(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シロキシフルオロカーボンで構成されるゾルゲル架橋した材料を含む、インクジェットプリンタ要素のトップコート層であって、前記ゾルゲル架橋した材料は、モノマーをゾルゲル架橋した材料であり、前記モノマーは、
【化１】
0005878039.tif 000012
を含み、
【化２】
0005878039.tif 000013
（上記各式中、独立して、それぞれのＣｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり、それぞれのＬは、ＣｎＨ２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜１０の数であり、それぞれのＸ１，Ｘ２，Ｘ３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性脂肪族官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性芳香族官能基である。）
を含んでもよい、インクジェットプリンタ要素のトップコート層。
【請求項２】
前記トップコート層の５重量％〜９５重量％の量でフルオロプラスチック樹脂をさらに含む、請求項１に記載のトップコート層。
【請求項３】
前記インクジェットプリンタ要素が、印刷ヘッドフェイスプレートである、請求項１に記載のトップコート層。
【請求項４】
前記モノマーが、以下の
【化３】
0005878039.tif 000014
およびこれらの混合物からなる群から選択され、Ｒは、水素、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、またはこれらの混合物である、請求項１に記載のトップコート層。
【請求項５】
シロキシフルオロカーボンで構成されるゾルゲル架橋した材料を含む、インクジェットプリンタ要素のトップコート層であって、前記ゾルゲル架橋した材料は、モノマーをゾルゲル架橋した材料であり、前記モノマーは、
【化４】
0005878039.tif 000015
を含み、
【化５】
0005878039.tif 000016
（上記各式中、独立して、それぞれのＣｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり、それぞれのＬは、ＣｎＨ２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜１０の数であり、それぞれのＸ１，Ｘ２，Ｘ３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性脂肪族官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性芳香族官能基である。）
を含んでもよく、
さらに、
【化６】
0005878039.tif 000017
（式中、Ｒは、水素、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、またはこれらの混合物である。）
を含む、インクジェットプリンタ要素のトップコート層。
【請求項６】
インクジェットプリンタ要素のトップコート層の製造方法であって、
シロキシフルオロカーボンで構成されるゾルゲル架橋した材料を得るためにモノマーをゾルゲル架橋する工程を含み、前記モノマーは、モノマーをゾルゲル架橋した材料であり、前記モノマーは、
【化７】
0005878039.tif 000018
を含み、
【化８】
0005878039.tif 000019
（式中、独立して、それぞれのＣｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり、それぞれのＬは、ＣｎＨ２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜１０の数であり、それぞれのＸ１，Ｘ２，Ｘ３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性脂肪族官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性芳香族官能基である。）
を含んでもよい、インクジェットプリンタ要素のトップコート層の製造方法。
【請求項７】
インクジェットプリンタ要素のトップコート層の製造方法であって、
シロキシフルオロカーボンで構成されるゾルゲル架橋した材料を得るためにモノマーをゾルゲル架橋する工程を含み、前記モノマーは、モノマーをゾルゲル架橋した材料であり、前記モノマーは、
【化９】
0005878039.tif 000020
を含み、
【化１０】
0005878039.tif 000021
（式中、独立して、それぞれのＣｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり、それぞれのＬは、ＣｎＨ２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜１０の数であり、それぞれのＸ１，Ｘ２，Ｘ３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性脂肪族官能基、１〜１０個の炭素原子を含む非反応性芳香族官能基である。）
を含んでもよく、
さらに、
【化１１】
0005878039.tif 000022
（式中、Ｒは、水素、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、またはこれらの混合物である。）
を含む、インクジェットプリンタ要素のトップコート層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
インクジェット印刷は、印刷ヘッド内のオリフィスからある種の受け入れ媒体へとインク滴を放出し、望ましい画像を作成することを含む。これらのプリンタは、一般的に、固体インクまたは相転移インクを使用する。固体インクまたは相転移インクのプリンタは、通常は、インクが固体形態で入っており、このインクは、固体インクスティックと呼ばれることもある。固体インクスティックは、典型的には、プリンタのインクローダの挿入開口部から入れられ、供給機構および／または重力によって加熱プレートに移動する。加熱プレートは、プレートに衝突した固体インクを溶融させて液体にし、この液体は、記録媒体に吐出するために印刷ヘッドアセンブリへと運ばれる。記録媒体は、典型的には、金属製のドラムまたはベルトのような中間画像形成体に保持された紙または液体層である。
【０００２】
相転移インクプリンタの印刷ヘッドアセンブリは、典型的には、固体インクが溶融した液滴が記録媒体に向かって放出される複数のインク吐出部をそれぞれ備える１つ以上の印刷ヘッドを備えている。印刷ヘッドのインク吐出部は、印刷ヘッド内のインク供給チャンバまたはマニホルドから溶融したインクを受け入れ、インク供給チャンバまたはマニホルドは、溶融したインクの保存器またはインクカートリッジのような供給源からのインクを受け入れている。それぞれのインク吐出部は、インク供給マニホルドに片方の末端が接続したチャネルを備えている。インクチャネルの他端は、インク液滴を放出するためのオリフィスまたはノズルを備えている。インク吐出部のノズルは、穴に形成されていてもよく、またはインク吐出部のノズルに対応する開口部を備えるノズルプレートに形成されていてもよい。操作中に、液滴を放出するシグナルは、インク吐出部内のアクチュエータを活性化し、インク吐出部のノズルから記録媒体へと流体の液滴が吐き出される。記録媒体および／または印刷ヘッドアセンブリを相対的に移動させるのに伴って、インク吐出部のアクチュエータを選択的に活性化し、液滴を放出することによって、堆積させた液滴が正確にパターンを描き、特定の文字および画像を記録媒体上に作成することができる。
【０００３】
インク吐出部の適切な操作には、吐出部のオリフィスで、インクのメニスカス形状を維持することが必要である。インクがパルスシーケンスによって周期的に動くときに、信頼性の高い吐出を行い、良好な指向性を達成するために、このメニスカス形状は、全吐出時にわずかに移動するものの、応答が均一であることが必要だろう。メニスカス形状は、ノズルの汚染によって影響を受けることがある。ノズルの汚染は、印刷ヘッドのノズルまたはフェイスプレートにたまった塵、紙繊維、インクなどによって引き起こされることがある。インクジェットチャネルに入り込む可能性があるこのような汚染および気泡を除去することは、通常は、オリフィスから汚染または気泡を外に流し出すようにインクに圧力をかけてパージすることによって行うことができる。インクは、フェイスプレートの底部へと重力によって流れるか、または、ワイピング機構または減圧によって流れやすくなるだろう。首尾よい印刷ヘッド操作のために、フェイスプレートは、過剰なインクのパージまたは他の方法でジェット開口部周囲に蓄積するインクを除去することができなければならない。吐出部の穴周囲の汚染または吐出部の穴付近の表面の品質劣化によって、インクのメニスカス形状が自然に失われ、垂れ落ちと記載されることが多い。
【０００４】
垂れ落ち、すなわち、吐出部の穴内部でインクのメニスカス形状が失われることによって、印刷品質が受け入れがたいほど損なわれる。上述のもの以外にも、ある種のインク配合物がもつ固有の性質、インクの老化、突発的なインクによる汚染、および／またはフェイスプレートのコーティングの機械的劣化が合わさって垂れ落ちが起こることがある。摩耗／損傷によるインクの付着または他の問題によって印刷ヘッドの機能が悪化し、ランニングコストが増大する。
【０００５】
このように、使用されている従来の印刷ヘッドフェイスプレートのコーティングに代わるものが望まれている。特に、もっと丈夫なコーティングが望ましい。つまり、表面損傷に耐性があり、かつ、固体インクまたは紫外線（ＵＶ）硬化性硬化性インクの垂れ落ちまたはあふれ出しを引き起こすような表面の濡れが最小限であるようなものが望ましい。理想的には、インク吐出部前面のコーティングは、フェイスプレートの表面に十分に接着性であり、この表面全体にわたって１〜５ミクロンの粘着性コーティングを形成し、インクと接触したときに疎水性および／または疎油性の相互作用を示さなければならない。このようなコーティングの利点は、印刷ヘッドに関連する欠陥が少なく、フェイスプレートの寿命が長くなることであろう。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に示される実施形態によれば、印刷ヘッドアセンブリで使用する新規組成物が提供される。
【０００７】
特に、本実施形態は、シロキシフルオロカーボンで構成される完全に架橋した材料を含む、インクジェット印刷ヘッド要素のためのトップコート層を提供する。
【０００８】
さらなる実施形態では、金属、セラミックまたはポリマーのフェイスプレートと、フェイスプレートに配置されているトップコート層とを含む、インクジェット印刷ヘッドのフェイスプレートが提供され、ここで、トップコート層は、シロキシフルオロカーボンで構成される架橋した材料を含む。
【０００９】
さらに他の実施形態では、金属、セラミックまたはポリマーのフェイスプレートと、フェイスプレートに配置されているトップコート層とを含む、インクジェット印刷ヘッドのフェイスプレートが提供され、ここで、シロキシフルオロカーボンを含むトップコート層は、ケイ素アルコキシド基を含有するフルオロカーボンを１種以上のアルコール溶媒中に含むコーティング溶液から作られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】垂れ落ちを示す例示的なフェイスプレートの図である。
【図２】本実施形態のコーティングを含む印刷ヘッドの図である。
【図３】本実施形態のコーティングを含む代替的な印刷ヘッドの図である。
【図４】本実施形態のゾル硬化性プロセスによるＳＦＣ網目構造の合成を示す反応スキームである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態は、従来のフェイスプレートが直面していた多くの問題（例えば、垂れ落ちまたはあふれ出し）を避けるために、印刷ヘッドフェイスプレートのコーティングとして使用するための新規組成物を提供する。この新規組成物は、他のインクジェットプリンタの要素（例えば、画像転写固定部材）に使用することもできる。特に、このコーティングは、シロキシフルオロカーボン（ＳＦＣ）を含む。図１は、例示的なフェイスプレート５を示す。示されているように、印刷ヘッドフェイスプレート５の前面１０は、前面１０の中央にある細長い部分に沿って配置されているインクノズル１５を備えた状態で示されている。示されている画像は、あふれ出しの例を示しており、インクは、ノズル１５から垂れ落ち（２０）、印刷ヘッドの機能が失われている。本開示のコーティングを、任意の種類の印刷ヘッドとともに用いてもよい。図２を参照すると、本開示のコーティング（ＳＦＣを含む）が上に配置されている印刷ヘッド２００が示されている。印刷ヘッド２００は、ベース基材２０２を備えており、ベース基材２０２は、片面にトランスデューサ２０４を備え、反対側の表面に音響レンズ２０６を備えている。ベース基材２０２から離れた位置に、液位制御板２０８がある。本開示のコーティング２１０は、板２０８に沿って配置されている。いくつかの実施形態では、ＳＦＣを含むコーティングは、厚みが約１００ｎｍ〜約２０μｍ、例えば、約５００ｎｍ〜約１０μｍ、または約１μｍ〜約５μｍの範囲であってもよい。
【００１２】
ベース基材２０２と液位制御板２０８とでチャネルが規定されており、この中に流動する液体２１２が保持されている。液位制御板２０８は、穴２１６の集合体２１４を備えている。トランスデューサ２０４、音響レンズ２０６、穴２１６は、１個のトランスデューサ２０４によって作り出される音波が、整列した音響材２０６によって、整列した音響材２１６の中にある液体２１２の自由表面２１８付近の位置に集まるように、すべて同軸方向に整列している。十分な力が得られると、液滴は、表面２１８から放出される。
【００１３】
本実施形態によるコーティング２１０は、印刷ヘッドの前面にプレート２０８に沿って配置されており、ノズル付近にインクが蓄積せず、インク滴の吐出を妨害しないような滑り角特性を有する印刷ヘッド前面が得られる。特定の実施形態では、コーティング２１０によって、ノズルプレート上にあるインク（例えば、ＵＶ硬化性インクおよび固体インク）のサテライト液滴が低い滑り角を示すような滑り角特性を有し、この低い滑り角が、コーティングを有する印刷ヘッド前面に対して約８０未満〜約３０未満であるような印刷ヘッド前面が得られるだろう。
【００１４】
図３は、本実施形態にしたがってコーティングが配置されている印刷ヘッド３００の別の実施形態を示す。図３では、ドロップオンデマンド式のインクジェット印刷ヘッド３００は、１つ以上のインク供給源３０６に接続しているか、１つ以上のインク供給源３０６と連絡している１つ以上のインク加圧チャンバ３０４を備える本体３０２を備えている。インクジェット印刷ヘッド３００は、１つ以上のインク放出手段、例えば、オリフィスまたはノズル／出口３０８を備えている。典型的なインクジェットプリンタは、複数のインク加圧チャンバ３０４を備えており、加圧チャンバ３０４は、それぞれ、１つ以上のノズル／出口３０８に接続している。簡略化のために、図３では１個の出口３０８が示されている。それぞれのノズル／出口３０８は、矢印３１０によって示されるインク経路によって、インク加圧チャンバ３０４に接続しているか、インク加圧チャンバ３０４と連絡している。インクは、インク液滴生成中に、ノズル／出口３０８を通って流れる。インク液滴は、ノズル出口３０８から、ノズル／出口３０８から離れた印刷媒体（図示せず）に向かって経路３１０に沿った方向に移動する。ノズル／出口３０８は、インクジェット印刷ヘッド３００の出口側の本体３０２に含まれるオリフィス板または印刷ヘッド前面のプレート３１２内に作られていてもよい。本開示のコーティング３１４は、オリフィス板３１２に沿って配置されている。
【００１５】
上述のように、本実施形態は、印刷ヘッドフェイスプレートのコーティングとして使用する新規組成物を提供し、特に、コーティングはＳＦＣを含む。ＳＦＣは、フルオロカーボン鎖に結合した反応性シロキサン基を含む網目構造の前駆体で構成されている。ゾル−ゲル合成によってＳＦＣ前駆体を処理すると、架橋が始まり、高度に化学結合した材料系が得られる。ＳＦＣ系では、シロキサン基は、鋼鉄およびポリイミドのような基材に有効に結合し、一方、表面エネルギーの低いフルオロカーボン鎖は、粘着防止性表面に寄与している。本発明のＳＦＣコーティングを用い、高温に長時間さらされても固体インクおよびＵＶ硬化性インクが付着しないような表面を製造することができる。例えば、ＳＦＣコーティングは、約４０〜約１８０℃の温度で固体インクおよびＵＶ硬化性インクにほとんど付着しないか、まったく付着しない。コーティングされた表面とインクとの間の相互作用が最低限であることは、ＳＦＣコーティング材料の表面エネルギーが低いことによるものである。このセラミック／フルオロカーボンハイブリッドの固有強度および表面（例えば、プライマーを含まない）に対する自己接着性は、現行の印刷ヘッドフェースコーティング材料の丈夫さを超えて改良されている。したがって、本実施形態は、垂れ落ちまたはあふれ出しに起因する印刷欠陥の発生を減らし、また、印刷ヘッドに関連する欠陥を減らし、フロントフェースの寿命を長くするだろう。このように、本実施形態は、従来のフェイスプレートが直面する問題を起こさずに、固体インクおよびＵＶインクとともに用いることが可能なフェイスプレートを提供する。さらなる実施形態では、この組成物は、１つ以上のフルオロプラスチック樹脂、例えば、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）を含んでいてもよい。このような実施形態では、フルオロプラスチック樹脂は、組成物の合計重量の約５重量％〜約９５重量％の量で存在していてもよい。
【００１６】
固体インクは、室温で固体であり、溶融インクを基材に塗布する高温では溶融することを特徴とするインクである。固体インクは、一般的に、インク媒剤と、１つ以上のワックスと、任意要素の着色剤と、１つ以上の任意要素の添加剤（例えば、粘度調整剤、酸化防止剤、可塑剤など）とを含む。ＵＶ硬化性インクは、一般的に、光開始剤パッケージと、硬化性キャリア材料と、任意要素の着色剤と、１つ以上の任意要素の添加剤（例えば、粘度調整剤、分散剤、共力剤など）とを含む。ＵＶ硬化性相転移インク、ＵＶ硬化性インクのサブセットは、ゲル化剤と、場合により硬化性ワックスとをさらに含んでいてもよい。用語「硬化性」は、例えば、重合可能な成分または組み合わせ、つまり、重合、例えば、遊離ラジカル経路によって硬化させることが可能な材料、および／または、放射線感受性の光開始剤を用いることによって、重合が光によって開始されるような材料を指す。例えば、硬化性キャリア材料は、１つ以上の硬化性モノマーまたは硬化性ワックスであってもよい。
【００１７】
本明細書には、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを含むフェイスプレートコーティングが開示されている。ＳＦＣは、反応性シロキサン官能基を含み、図４に示されるようなゾル−ゲル処理によって網目構造が作られる。ＳＦＣ前駆体にはフッ素化された鎖が組み込まれており、これにより、得られた材料に可とう性が付与され、表面エネルギーが低くなる。シロキサン成分およびフルオロカーボン成分を変えた種々のＳＦＣ前駆体を用い、ジアルコキシシランおよびトリアルコキシシラン、直鎖および分枝鎖のフルオロアルカン、フルオロアレーン、これらの混合物を含むコーティングを調製してもよい。
【００１８】
シロキシフルオロカーボンモノマーは、ゾル−ゲル化学によって架橋し、アルコキシド基または水酸基の加水分解および縮合が起こり、高温で硬化させると、融合表面で用いられるコーティングが得られる。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、溶融したり分解したりすることなく、高温条件に耐えることができ、このような条件で機械的に丈夫であり、このような条件で良好な剥離性を示す。
【００１９】
一官能、二官能または三官能のシラン末端基を用い、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを調製してもよい。シロキシフルオロカーボンモノマーは、以下の構造によってあらわされ、
【化１】
0005878039.tif 000002
式中、Ｃｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり、Ｌは、ＣｎＨ２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜約１０の数であり、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、約１〜約１０個の炭素原子を含む非反応性脂肪族官能基、約１〜約１０個の炭素原子を含む非反応性芳香族官能基である。
【００２０】
上に列挙したモノマーに加え、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、以下の構造を有するモノマーを用いて調製することができ、
【化２】
0005878039.tif 000003
式中、Ｃｆは、フルオロカーボン鎖をあらわし、脂肪族のフルオロカーボン鎖、芳香族のフルオロカーボン鎖であってもよく、または、脂肪族のフルオロカーボン鎖または芳香族のフルオロカーボン鎖の混合物を含んでいてもよく、Ｌは、ＣｎＨ２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜約１０の数であり（ほとんどの場合は、０〜２であり）、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、反応性ヒドロキシド官能基または反応性アルコキシド官能基、または非反応性官能基（脂肪族炭化水素または芳香族炭化水素）であってもよい。
【００２１】
上に列挙したモノマーに加え、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、ケイ素テトラアルコキシドおよび分岐したペンタシリルクロリドからなる群から選択される、フッ素化していないシランモノマーを含むモノマーを用いて調製することができる。ケイ素テトラアルコキシドおよび分岐したペンタシリルクロリドは、それぞれ以下の構造であらわされる。
【化３】
0005878039.tif 000004
【００２２】
網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、フッ素含有量が約３０重量％〜約７０重量％、または約４０重量％〜約７０重量％、または約５０重量％〜約７０重量％である。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー中のケイ素含有量は、重量基準だと、ケイ素が約１重量％〜約２０重量％、または約１．５重量％〜約１５重量％、または約２重量％〜約１０重量％である。
【００２３】
これらのモノマーは、酸化ケイ素（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合によって、硬化したコーティング中に全モノマーが分子単位でお互いに結合するように、一緒に網目構造を形成する。したがって、このコーティングは、１つの系になるように架橋しているため、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーとしての分子量を得ることはできない。
【００２４】
一実施形態では、フルオロカーボン鎖の間を架橋する成分として金属アルコキシド（Ｍ＝Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉなど）の官能基を用いてもよい。コンポジット全体を効率よく架橋するために、二官能フルオロカーボン鎖を用いる。フッ素含有量を高めるために、一官能フルオロカーボン鎖も加えてもよい。末端がＣＦ３の鎖は、融合表面に整列し、表面エネルギーを下げ、剥離性を高める。
【００２５】
コンポジット系を生成するのに使用可能な前駆体の例としては、ケイ素テトラアルコキシドおよび末端がシロキサンのフルオロカーボン鎖が挙げられ、これらを以下に示す。シロキサン系のゾルゲル前駆体は、市販されている。ケイ素テトラアルコキシド（例えば、以下のケイ素テトラアルコキシド）を加えると、材料に過剰の架橋が導入され、丈夫になるが、ゾルゲル／フルオロカーボンコンポジット系を作成するのに必須ではない。
【化４】
0005878039.tif 000005
【００２６】
フルオロカーボン鎖としては、容易に入手可能なジアルケン前駆体が挙げられ、この前駆体をヒドロシリル化によってシランに変換することができる（反応１）。一官能フッ素化シロキサン鎖は、メチルシロキサンまたはエチルシロキサンとして市販されており、または、クロロシラン前駆体またはジアルケン前駆体から変換してもよい。
【化５】
0005878039.tif 000006
反応１：フルオロカーボン鎖／ケイ素アルコキシド前駆体の調製
【００２７】
以下に示すのは、市販されているいくつかのフッ素化前駆体およびシロキサン前駆体である。フルオロカーボン材料およびシロキサン材料は、Ｇｅｌｅｓｔ、Ｓｙｎｑｕｅｓｔ、Ａｐｏｌｌｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｆｌｕｏｒｏｃｈｅｍ、ＴＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａ、Ａｎａｃｈｅｍｉｃａ、Ｌａｎｃａｓｔｅｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  Ｉｎｃ．、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ  Ｉｎｃを含む種々の業者から入手可能である。
【化６】
0005878039.tif 000007
【００２８】
一官能フッ素化シロキサン鎖および二官能フッ素化シロキサン鎖の両方を組み込んだ、架橋したコンポジット系の代表例を、構造１に示す。この実施例では、機械特性およびフッ素含有量を、一官能前駆体と二官能前駆体の比率を調節することによって変えることができる。
【化７】
0005878039.tif 000008
【００２９】
有機−無機ハイブリッド材料は、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．２００８、１８、５７９〜５８５に記載される三官能シロキサン基、フッ素化ビス−フェノール−Ａを用い、可とう性光導波路用途のために調製されてきた。得られた材料は、硬いが柔軟性があり、欠けがないことが報告された。この種のハイブリッド材料は、フッ素化材料の望ましい屈折率の特性と、セラミックの機械強度をあわせもつために、光導波路用途で引用されることが多い。しかし、これらの材料は、表面が丈夫であること、表面エネルギーが低いことが必要な印刷ヘッドフェイスプレート用途には適していない。
【００３０】
シロキシフルオロカーボン前駆体のゾルゲル処理および層のコーティングに用いられる溶媒としては、有機炭化水素溶媒、フッ素化溶媒が挙げられる。溶液中でゾルゲル反応を促進するために、典型的には、メタノール、エタノール、イソプロパノールのようなアルコールが用いられる。溶媒のさらなる例としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトンが挙げられる。溶媒の混合物を用いてもよい。溶媒系は、少量の水を加えることを含み、例えば、シロキシフルオロカーボン前駆体または末端がシロキサンのフルオロカーボンに対し、約１モル当量〜約１０モル当量、または約２モル当量〜約４モル当量の水を加えることを含んでいた。
【００３１】
ゾルゲル前駆体の溶液に水を加えると、アルコキシ基が水と反応し、縮合して、部分的に網目構造になった凝集物を形成し、これをゾルと呼ぶ。部分的に網目構造のゾルを基板にコーティングすると、乾燥時にゲルを生成し、その後に加熱処理すると、完全に網目構造のＳＦＣコーティング（網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー）がフェイスプレート上に生成する。
【００３２】
溶媒（例えば、ケトン、塩素化溶媒、エーテルなど）にさらしても、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは溶解せず、３５０℃までの温度では分解せず、系によってはもっと高温でも安定である。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、ＳＦＣコーティングが固体インクまたはＵＶインクまたはインク基剤にさらされても、インクに濡れ性を示さず、その結果、インクおよび他のマーキングに関連する物質は、フェイスプレートに付着しない。
【００３３】
ＳＦＣ層の塗布は、スプレーコーティング、フローコーティング、または他のコーティング方法によって行われてもよい。使用可能な特定のコーティング技術は、コーティング中の穴の閉塞を避けるために、穴に対して正圧を加えつつ、表面が鋼鉄の吐出スタックをメニスカスコーティングすることである。ポリイミドの穴プレートを製造するとき、吐出部の開口部は、コーティング後のレーザーアブレーションによって作られる。コーティングは、アブレーション処理を補助するために、レーザーを吸収する材料を含んでいてもよい。さらに、このコーティングは、高価なフッ素化溶媒を必要としない。典型的には、ＳＦＣ材料をエタノールまたは別のアルコール（例えば、メタノールまたはイソプロパノール）またはアルコールを含む混合物に溶かした溶液をコーティング溶液として用いてもよく、この溶液は、約３〜４モル当量の水と、網目構造形成を開始させる触媒量の酸または塩基（例えば、約０．０１〜約０．１モル当量の酸または塩基）を加えて調製される。いくつかの実施形態では、酸は、塩酸、臭化水素酸、過塩素酸、硝酸、硫酸、酢酸、ギ酸、これらの混合物からなる群から選択されてもよい。いくつかの実施形態では、塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、メチルアミン、これらの混合物からなる群から選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ケイ素アルコキシド基を含むフルオロカーボンは、コーティング溶液の合計重量の約５〜約５０重量％の量で存在し、アルコール溶媒は、コーティング溶液の合計重量の約５０〜約９５重量％の量で存在し、水は、コーティング溶液の合計重量の約０．１〜約０．５重量％の量で存在し、触媒は、コーティング溶液の合計重量の約０．０２〜約１重量％の量で存在する。しかし、上述のように、溶媒は、アルコール以外の溶媒であってもよい。
【００３４】
コーティングした後、ＳＦＣ層を風乾し、熱処理する。風乾し、１００℃〜２５０℃で熱処理した後、ＳＦＣ層が網目構造になり、コーティングが得られるだろう。ＳＦＣのシロキサン官能基は、自己結合して網目構造を形成し、さらに、種々の基材に結合することになる。シロキシ官能基は、金属、セラミック、ポリマーの基材に結合するだろう。金属基材は、アルミニウム、鋼鉄、金、ケイ素、これらの混合物からなる群から選択されてもよい。セラミック基材は、ガラス、石英、金属酸化物、これらの混合物からなる群から選択されてもよい。ポリマー基材は、ポリイミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、液晶ポリマー、これらの混合物からなる群から選択されてもよい。ＳＦＣコーティングは、すでに述べた基材に対して接着性を示し、表面をかなり多くこすったり、または引っかいたりしても除去することはできない。
【００３５】
このセラミック／フルオロカーボンハイブリッドの固有強度および表面に対する自己接着性によって、ＳＦＣは、プライマーを含まないトップコートの良好な候補物質になる。表１に示されるように、シリコーン基材の上のＳＦＣコーティングは、ポリフルオロ−アルコキシ（ＰＦＡ）よりもわずかに高い表面エネルギー値を示すことがわかっており、この値は、商品名ＶＩＴＯＮ（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ）から入手可能）で入手可能なフルオロエラストマーとほぼ同じ程度の値である。前駆体のフルオロカーボン鎖の長さを伸ばすと、対応してフッ素含有量が多くなり、表面エネルギーが顕著に低下することが示されている。表面エネルギーは、前駆体を選択することによって調整することができる。
【表１】
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【００３６】
本実施形態は、シロキシフルオロカーボンで構成される架橋した材料を含む、インクジェットプリンタ要素のためのトップコート層を提供する。フェイスプレートのコーティングには、他の材料を必要としない。むしろ、本実施形態は、ゾル−ゲル前駆体で構成される完全に網目構造になったコーティングを提供する。シロキシフルオロカーボンは、ケイ素アルコキシド基を含むフルオロカーボンの縮合物を含む。アルコキシド基は、一官能、二官能、またはこれより高次の官能基であってもよい。特に、シロキシフルオロカーボンは、ケイ素アルコキシド基の加水分解および縮合によって促進されるゾル−ゲルプロセスの生成物である。特定の実施形態では、ケイ素アルコキシド基を含むフルオロカーボンは、以下の
【化８】
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およびこれらの混合物からなる群から選択され、式中、Ｒは、水素、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、他の炭化水素基、またはこれらの混合物である。
【００３７】
特定の実施形態では、トップコート層を備えるインクジェットプリンタ要素は、印刷ヘッドのフェイスプレートである。このような実施形態では、トップコート層は、シロキシフルオロカーボンを含まないトップコート層と比較して、金属またはポリマーのフェイスプレートに対する接着性が高まっており、耐摩耗性が高まっている。また、このような実施形態では、トップコート層は、シロキシフルオロカーボンを含まないトップコート層と比較して、約４０〜約１８０℃の温度で固体インクまたは紫外線硬化性インクに対してほとんど接着性を示さないか、またはまったく示さない。
【００３８】
本開示のコーティングは、室温で固体であり、高温で溶融することを特徴とする固体インクとともに用いるのに適している。マゼンタインクの例は、ポリエチレンワックス系であり、アミドを含むものである。また、顔料、分散剤、共力剤、他の添加剤も存在するが、このコーティングは、着色していない系での使用にも応用可能である。
【００３９】
本開示のコーティングは、相転移ＵＶ硬化性インクを含むＵＶ硬化性インクと共に用いるのに適している。シアンインクの例は、二官能アクリレートおよび多官能アクリレートの両方を含むアクリレート系インクである。また、このインクは、場合により、硬化性ワックス（代わりに、ポリエステルまたは他のワックス状の鎖であってもよい）と、有機ゲル化剤とを含む。また、ＵＶインクは、光開始剤（例えば、ホスフィンオキシド、α−ヒドロキシケトン、α−アミノケトンなど）と、ラジカル安定化剤（例えば、ニトロオキシドラジカル安定化剤）とを含む。また、顔料、分散剤（ブロックコポリマーを含んでいてもよい）も存在しているが、このコーティングは、着色していない系での使用にも応用可能である。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
（コーティング）
可能性のあるインクジェットフェイスコーティング基材の上でシロキシフルオロカーボン（ＳＦＣ）コーティングを評価するために、ステンレス鋼およびポリイミド基材の上でジシロキシフルオロヘキサン（ＤＳＦＨ）コーティングを調製した。ＤＳＦＨ（０．２５ｇ）をエタノール（２ｍＬ）に溶解し、濃度が０．４Ｍの溶液を得た。この溶液を、微細ノズルを用いたＰａａｓｈｅ噴霧銃を用い、１５ｃｍ×８ｃｍの四角形のステンレス鋼およびポリイミドの薄いシートにスプレーコーティングした。このコーティングを乾燥させ、乾燥器内で２１８℃の温度で熱処理した。約２〜５ミクロンの薄く光沢のある透明コーティングを表面に作成し、表面はその後も堅く、中程度に可とう性であった。このコーティングは、両基材に対し十分な接着性を有しており、表面をこするか、または引っかくことによっても除去することができなかった。
【００４１】
（表面エネルギー）
ＤＳＦＨでコーティングされたステンレス鋼サンプルおよびポリイミドサンプルの表面自由エネルギーを、水、ホルムアミド、ジヨードメタンの接触角を測定することによって評価した。表面エネルギーは、シリコーン基材で観察したのと同様であり（ステンレス鋼基材およびポリイミド基材の上のＤＳＦＨ  ＳＦＣコーティングの表面エネルギーを算出した表２に示されるように）、その差は、ＳＦＣ層の薄いコーティングによって引き起こされるであろう基材の表面エネルギーによるものである。ＳＦＣ層を基材に確実に粘着させて覆うためのプロセスの最適化によって、表面エネルギーがさらに変わるだろう。表２では、コーティング１は、８ｃｍ×１５ｃｍのステンレス鋼基材にコーティングされたＳＦＣ（０．１ｇ）であり、コーティング２は、８ｃｍ×１５ｃｍのポリイミド基材にコーティングされたＳＦＣ（０．１ｇ）である。
【表２】
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【００４２】
（固体インクとの相互作用）
固体インクの接着性を試験するインクおよびインク成分には、マゼンタ顔料を含む固体インクの配合物、イエロー顔料またはマゼンタ顔料を含む共力剤配合物が含まれていた。ＤＳＦＨでコーティングされたポリイミドをホットプレート上で、１２０℃で加熱した。上のインクおよびインク成分を本発明のコーティング表面の上に落とした。１０分後、先端に綿を付けたアプリケータで、液滴あたり１回たたくことによって液滴を拭き取った。インク滴が完全に除去されたのが観察された。
【００４３】
２４時間後に先端に綿を付けたアプリケータで、液滴あたり１回たたくことによって液滴を拭き取る以外は同じ手順を繰り返した。残渣がみられたが、ＫＩＭＷＩＰＥで表面を穏やかにこすることによって非常に簡単に除去することができ、表面に染みはなかった。
【００４４】
ＤＳＦＨ  ＳＦＣでコーティングされたステンレス鋼表面に塗布された固体インク／インク成分について、接着性試験を行うと、表面に対する接着性が永久的ではないことが示された。１０分後に、綿を付けたアプリケータで、液滴あたり１回たたくことによってインクを拭き取ることができた。１２０℃で２４時間放置した後に、綿を付けたアプリケータで１回叩いても、残渣がいくらか残っている。しかし、インクは、永久的な残渣を残すことはなく、ＫＩＭＷＩＰＥで拭き取るか、綿を付けたアプリケータで繰り返したたくことによって、残った残渣はすべて除去される。これらの結果は、ＳＦＣコーティングが、表面の固体インクに起因する染みまたは残渣の蓄積が生じにくい非粘着性層を与えることを示している。
【００４５】
（ＵＶインクとの相互作用）
固体インク接着試験と同じ方法によって、２種類のＵＶ硬化性相転移インク（シアン１およびシアン２）およびインク基剤の液滴を、８５℃で、ＤＳＦＨでコーティングされたポリイミドシートに置いた。この温度で２時間放置した後、ＵＶ硬化性インクおよびインク基剤の液滴は、綿を付けたアプリケータを用い、なんら残渣を残すことなく拭き取ることができた。２４時間後の実験は、この間にモノマーの蒸発が起こると思われるため、行わなかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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