(57)【要約】【課題】  インク中の金属イオン増加による吐出安定性の低下を招かず、寸法安定性に優れ、複雑な形状でも容易に製造可能なオリフィスプレートを提供する。【解決手段】  本発明のオリフィスプレートは、樹脂と３価以上の陽イオンから構成される無機化合物により構成される材料からなるものであり、これにより、上記課題を解決した。【選択図】図１
2005271506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と３価以上の陽イオンから構成される無機化合物とにより構成される材料からなることを特徴とするインクジェットプリンタ用オリフィスプレート。
【請求項２】
陽イオンがＺｒ４＋であることを特徴とする請求項１記載のオリフィスプレート。
【請求項３】
無機化合物の配合割合が、樹脂１００重量部に対して１００乃至７００重量部であることを特徴とする請求項１又は２記載のオリフィスプレート。
【請求項４】
無機化合物は、酸化物、炭化物及び窒化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかの項記載のオリフィスプレート。
【請求項５】
樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかの項記載のオリフィスプレート
【請求項６】
熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項５記載のオリフィスプレート。
【請求項７】
更に、強化材を含有することを特徴とする請求項１乃至６いずれかの項記載のオリフィスプレート。
【請求項８】
熱線膨張係数が１２ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７いずれかの項記載のオリフィスプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタ用のオリフィスプレートに関し、特にインクジェットプリンタの記録ヘッド部分等の耐インク性と高精度が要求される、インク噴出ヘッドの吐出口を形成するインクジェットプリンタ用オリフィスプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の画像処理技術の発達に伴い、電子画像の出力装置であるプリンタには、高画質化、高速化、コンパクト化、省力化などの多様なニーズに対応することが求められており、プリンタに係る技術分野は、急速な技術進歩を遂げている。
特に、インクジェットプリンタは、産業用から家庭用まで多様なニーズに対応する高機能化が実現され、プリンタの一形態として重要な位置を占めている。
インクジェットプリンタの原理は、インク噴出ヘッドの先端から微量インクを高速で選択的に吐出しながら、記録体とインク噴出ヘッドとを相対的に移動させ、所要の画像・文字を記録するものである。
【０００３】
インクジェットプリンタの高機能化を達成するには、プリンタ装置自体に関わる多様な技術改良から画像信号処理の改善まで、多種多様な技術開発を必要とするが、その中でも、特に、インクの吐出及び用紙等の記録体へのインク付着工程は、最終的な画質を決定する重要なポイントと言える。
このため、インクの吐出口については、インクの吐出量や吐出方向が正確に制御されること、また、吐出口付近に残留インクが無いこと、更には、長期間に渡る不使用などに起因するインク乾燥・付着を除去するためのクリーニング工程への耐久性などが求められており、このため、インク噴出ヘッドの吐出口については、形状の成形精度や材料の適切な選択などが、重要な条件として求められていた。
【０００４】
このような条件を満たすため、インク噴出ヘッドの吐出口を形成するオリフィスプレートについては、様々な材料・方法による製造が試みられている。
例えば、アルミナセラミックスを粉体プレスし、得られた成形体を焼結し、更に、オリフィス部などを機械加工によって精密成形する方法や、レーザ加工が可能な樹脂上にＮｉＰメッキ層及びＰｄメッキ層などを積層する基盤を用いて、樹脂層側からレーザ光を利用して貫通穴を形成して寸法精度の高い吐出口とし、更にその先端部を撥水層で覆う処理を施す方法など、多様な方法が用いられてきた。
【０００５】
しかしながら、アルミナセラミックスなどの焼結過程を必要とする材料においては、成形品と焼結後の製品とでは寸法変化が発生し易く、正確な寸法精度が確保できず、焼結後の製品を再度加工する必要があり、歩留まりが不安定となる。また、樹脂層を用いる場合には、多層構造を形成したり、撥水処理など後処理を必要とするなど、製造工程が複雑化するという欠点を有していた。
【０００６】
本発明者らは上記欠点を解決するために、水硬性粉体と非水硬性粉体と樹脂とからなる組成物を射出成形することにより得られるオリフィスプレートを提案している（特開２００４−９３５２号公報）。
【０００７】
一方、近年におけるインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置の分野では、特に普通紙に対する印字濃度、印字品位、耐水性及び耐光性等の堅牢性の優れた黒色画像を形成するために顔料を含有するブラックインクを用い、また、ブラックインクで印字された画像領域とカラーインクで印字された画像領域と境界部に生じる滲みや、カラーインクとの境界部のブラック画像領域内に発生する白い不均一な画像乱れを防止するインクセットを用いる技術が使用されている。
【０００８】
インクセットはカラーインクに高い濃度の金属イオンを含有させることによりブラックインクとの相互反応性を高め、ブリードや白もやを低減するものであるが、インクセットにおける金属イオンの濃度が高くなることでインクの粘度が増加し、インクの吐出安定性の低下を招くことが懸念されるようになっており、上記オリフィスプレートを用いても、インク吐出安定性の低下を招くという新たな問題点が生じた。
【特許文献１】特開２００４−９３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、インク吐出安定性の低下を招かず、更に寸法安定性に優れ、複雑な形状でも容易に製造可能なオリフィスプレートを提供することにあり、特に、更に線膨張率が少なく、面精度の高いオリフィスプレートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記インク吐出安定性の低下について研究を重ねた結果、その原因は水硬性粉体、非水硬性粉体に含まれる金属イオンが溶出する場合があり、インクセットにおける金属イオン濃度の増加を招いていたことによることを突き止めた。
そして、このようなインクセットの金属イオンの増大は、無機化合物として３価以上の陽イオンから構成される無機化合物を用いた場合には生じないことを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
更に、特定の樹脂と無機化合物から構成されるオリフィスプレートは、樹脂を母体としていることから熱線膨張率が大きいと考えられるところ、実際にはその熱線膨張係数が予想外に小さく、オリフィスプレートに要求される寸法安定性を実現できることを見出し、本発明に到達した。
【００１２】
本発明のインクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、樹脂と３価以上の陽イオンから構成される無機化合物とにより構成される材料からなることを特徴とし、好適には、陽イオンがＺｒ４＋であることを特徴とする。
好適には上記インクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、更に、無機化合物の配合割合が、樹脂１００重量部に対して１００乃至７００重量部であることを特徴とする。
また好適には、上記インクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、無機化合物が、酸化物、炭化物及び窒化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であることを特徴とする。
【００１３】
また好適には上記インクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、材料中の樹脂が、熱可塑性樹脂であり、特にポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする。
更に好適には、上記インクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、更に強化材を含有することを特徴とする。
また、上記インクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、熱線膨張係数が１２ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のオリフィスプレートは、無機化合物として、３価以上の陽イオンから構成される無機化合物を用いているので、インクセットにおける金属イオンの増大が起こらず、インク吐出安定性の低下を招かない。
【００１５】
また、本発明のオリフィスプレートは、単純な組成ながら、低熱線膨張係数を達成でき、２５℃〜２５０℃における温度依存性が小さく寸法安定性がよい。
【００１６】
さらに、本発明のオリフィスプレートは、樹脂と無機化合物からなる組成物により製造されていることから、成形方法として射出成形を採用することができるので、複雑な形状でも容易に製造可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を以下の好適例を用いて詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のインクジェットプリンタ用オリフィスプレートは、樹脂と３価以上の陽イオンから構成される無機化合物とにより構成される材料からなる。
このように、本発明においては、樹脂と３価以上の陽イオンから構成される無機化合物とにより構成されるオリフィスプレートを用いることにより、インク吐出安定性、寸法安定性の向上という課題を解決することを可能とした。
【００１８】
本発明のインクジェットプリンタ用オリフィスプレートに使用する材料中の樹脂は、特に限定されず、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂を使用することができる。特に射出成型法への適用が容易である点から、熱可塑性樹脂が望ましく使用できる。
【００１９】
熱可塑性樹脂とは、加熱により融解し、冷却すると固化する樹脂を意味し、例えばポリエチレン、ポリプロビレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエステル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステル、ＰＥＥＫ、ＰＥＮ、パラフィンワックス、モンタンワックス、カルナバワックス、脂肪酸エステル、グリセライト、変性ワックス及びシラン変性ポリオレフィン重合体等の公知の熱可塑性樹脂が挙げられ、これらを１種又は２種以上混合して用いることができる。
特に好適には、ポリフェニレンサルファイドを使用することができる。これは、ポリフェニレンサルフィドが、耐熱性に優れるためである。一般的にオリフィスプレートは周辺部品とエポキシ系接着剤を使用して加熱接着されることから耐熱性が要求される。
【００２０】
また特に、当該熱可塑性樹脂は、成形性をより優れたものとするため、分子量は５０００以上、好ましくは１００００以上であることが望ましい。なお、その上限については、混練性に影響を与える恐れがあるので、混練性に大きく影響を与えない範囲で適宜選択することが好ましい。
【００２１】
また、熱硬化性樹脂を用いたときは、樹脂が流動化して型枠内に充填されるホットプレス成形法を用いることが好ましく、熱硬化性樹脂とは、熱可塑性樹脂とは逆に加熱により固化する樹脂を意味し、例えばフェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコーン樹脂等の公知の熱硬化性樹脂が挙げられ、これらを１種またはそれ以上で用いることができ、その分子量は１００００以上のものが好ましい。なお、その上限については、混練性に影響を与えない範囲で分子量を適宜選択することが好ましい。
上記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを混合して一緒に用いることもできる。
【００２２】
本発明のインクジェットプリンタ用オリフィスプレートに使用する材料中の３価以上の陽イオンにより構成される無機化合物としては、３価以上の陽イオンにより構成された酸化物、窒化物、炭化物を１種以上、または混合して用いることが可能である。
３価以上の陽イオンにより構成された無機化合物を用いることにより、好ましくは４価以上の陽イオンにより構成された無機化合物を用いることにより、インクセット中の、予め添加された陽イオンのイオンバランスが崩れてインクの粘性が増しインクの吐出安定性が劣ることを防止することができる。これにより、インクセットへの悪影響がなくなる。
好ましくは、化学的安定性の点から、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＮ，Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＣからなる群より選ばれた少なくとも一種の無機化合物が使用される。この中でも、特に、好ましいのはＺｒＯ２である。
【００２３】
前記無機化合物の粒径や形状は特に制限されないが、成形性を良くし、熱線膨張係数を小さくするという観点から、平均粒径０．５〜１０μｍの球形のものが好ましく、０．５〜１μｍの球形のものがより好ましい。
【００２４】
上記無機化合物の配合割合は、上記樹脂１００重量部に対して無機化合物１００〜７００重量部とすることが好ましく、特に好ましくは、樹脂１００重量部に対して無機化合物が３００〜７００重量部である。
無機化合物の配合割合が樹脂１００重量部に対して１００重量部未満であると、熱線膨張率が大きくなり、また成形収縮率が大きくなることから面平滑度が低下し好ましくなく、また、７００重量部を越えると成形性が低下し好ましくない。更には、３００〜７００重量部とすると、後述する熱線膨張係数や面平滑度を更に優れたものとすることができる。
【００２５】
本発明のオリフィスプレートに用いる材料には、耐衝撃性、強度、特に引張強度を改善するため、更に強化材を含有することが望ましい。
当該強化材としては、例えばガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の繊維およびチタン酸カリウムウィスカー等の強化繊維が使用できる。
好適には強化繊維の長さは１〜２０ｍｍ、より好適には３〜１３ｍｍであり、また太さは５〜３０μｍであることが、調製の容易さ、成形性の点から好ましい。
【００２６】
当該強化材の添加量については、前記樹脂１００重量部に対して、１〜１００重量部を添加することが好ましく、１００重量部より多いと流動性への影響が大きく成形不良の原因となる。
好ましくは、前記樹脂１００重量部に対して、５０〜１００重量部であり、これにより、後述する熱膨張率をより優れたものとすることができる。
【００２７】
また、本発明のオリフィスプレートに用いる材料に添加するその他の添加物としては、離型剤等がある。離型剤を適量添加することによって、例えば射出成形後の型枠からの剥離性が良好になる。
離型剤としては、ステアリン酸、ステアリルアルコール、エチレンビスステアオロアミド、グリセリントリエステル、グリセリンモノエステル等が使用できる。
【００２８】
本発明のオリフィスプレートは、上記樹脂及び無機化合物の材料を所定の形状に成形した後、硬化することにより製造される。
本発明のオリフィスプレートの一例を図１に示す。図１は、オリフィスプレート１の外形を示す図であり、図１（ａ）は、オリフィスプレートの正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図を示す。２は、インクの吐出口であり、３は、オリフィスプレート１をインクヘッドの筐体に螺子等で取り付けるための開口である。インクは、図１（ｂ）の上側からインク吐出口２を通過して下方に出射する。
【００２９】
本発明のオリフィスプレートは、上記樹脂と、上記無機化合物と、更に必要に応じて添加される強化材、離型剤等の添加剤とを、上記の配合割合で混合し、所定のオリフィスプレート形状に成形した後、硬化させることにより製造される。
【００３０】
混合方法については、特に限定はなく、これらの成分を均一に混合できればよい。
次いで、得られた混合材料を用いて、所定形状に成形してオリフィスプレート成形体を製造する。
具体的には、オリフィスプレートの成形方法としては、射出成形法、押出成形法、加圧成形法等を用いることができるが、これらに限定されるものではなく、公知の成形法を利用することができる。特に射出成形では、三次元の任意の形状に精度よく成形できるので、カラープリンタやマルチノズル型のプリンタなどのように複数の吐出部を高精度に配置する必要のあるインクジェットプリンタに対しても、複雑な形状のオリフィスプレートを精度良く制作・提供することができる。
【００３１】
しかも、射出成形を用いることにより、最初から吐出部の開口を成形したり、プリンタの機種に応じた各種の形状を有するオリフィスプレートを再現性よく、かつ寸法精度性よく製造することができる。
射出成形を用いる場合には、水硬性組成物を混練することにより、例えばペレット状に成形し、これを射出成形用の原料として用いることが好ましい。
【００３２】
特に樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、当該熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で樹脂と無機化合物とを溶融混練して、射出成形用ペレット状原料に成形することができる。
前記ペレット状原料は、射出成形機内部の加熱シリンダ内で再び溶融・混練されて、射出装置によって所望する形状の金型内に充填され、オリフィスプレート成形体を得る。
【００３３】
得られた本発明のオリフィスプレートの熱線膨張係数は、１２ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、更に好ましくは８ｐｐｍ以下である。
インクジェットプリンタは、多様な温度環境の下で使用され、しかも、高画質機能を有するプリンタにおいては、１ドットが４ｐｌ以下という極めて少量のインクを正確に吐出制御することが必要となる。このため、温度変化によりインク噴出ヘッドのオリフィスプレートの形状が変化すると、インクの吐出方向や速度、また、吐出時の飛翔インクの形状なども変化し、安定した画像形成が困難なものとなる。
したがって、線膨張係数は可能な限り低く抑えることが望ましい。
この熱線膨張係数は、無機化合物や繊維材料の配合量などにより調整することができる。
【００３４】
また、オリフィスプレートの面平滑度は１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下である。
オリフィスプレートをインク噴出ヘッドの先端に接合する際に、インクノズル部とオリフィス部とを正確に位置合わせするためには、オリフィスプレートの接合面の面平滑度を高めることが必要である。ここで、面平滑度とは、ＪＩＳ  Ｂ  ００２４に規定する平面度をいうものである。
また、上述のようにインクジェットプリンタが４ｐｌ以下という極めて少量のインクを正確に吐出制御することが必要であるため、吐出部の開口形状を滑らかで、かつ精度良く成形することが必要であり、そのためにはオリフィスプレートの面平滑度を高めることが不可欠である。
【００３５】
さらに、インクジェットプリンタのインク噴出ヘッドは、画像等の記録時において、記録体の進行方向に対して垂直方向に高速な往復運動を行っている。このため、インク噴出ヘッドと記録体との間に空気が存在すると、気流が生じ、インクの吐出制御を正確に行うことができなくなる。これに対して、オリフィスプレートの記録体に対向する面についても面平滑度を高くすれば、吐出部を含む周辺部の空気の流れをスムーズに設定でき、安定した画像形成が可能となる。
この面平滑度は、無機化合物の配合量などにより調整することができ、無機化合物を多量に含有することにより、面平滑度を向上させることができる。
【実施例】
【００３６】
本発明を以下の実施例、比較例及び試験例により説明する。
（実施例１〜５）
表１に示す配合割合に従って、無機化合物としてジルコニア（平均粒径０．６μｍ、商品名：酸化ジルコニア（住友大阪セメント株式会社製））、アルミナ（平均粒径１０μｍ、商品名：ＡＸ１０−３２（マイクロン株式会社製））、樹脂としてポリフェニレンサルファイド（商品名：フォートロン（ポリプラスチックス社製））、強化材としてカーボン繊維（商品名：ベスファイト（東邦手ナックス株式会社製））を添加し、均一に混合してオリフィスプレート用材料組成物を調製した。
次いで、当該組成物を２軸加熱押出機（商品名：ＴＰ−２５−Ｔ（サーモプラスチックス社製））にて２９０℃で混錬してペレットを得た。当該ペレットを使用して、３０×４０ｍｍの面積を有し平面精度が１μｍであるオリフィスプレート用金型を用いて、オリフィスプレート射出成形体である本発明のオリフィスプレートを得た。
【００３７】
（比較例１〜２）
表１に示す配合割合に従って、無機質材として炭酸カルシウム（平均粒径１μｍ、諸品名：ＮＣＣ＃１０１０（日東粉化工業株式会社製）、石英粉末（平均粒径３５μｍ、商品名：マイクロシリカ（秩父工業株式会社製）、樹脂としてポリフェニレンサルファイド（商品名：フォートロン（ポリプラスチックス社製））、強化材としてカーボン繊維（商品名：ベスファイト（東邦手ナックス株式会社製））を添加し、均一に混合してオリフィスプレート用材料組成物を調製し、以下、実施例１と同様にして、オリフィスプレートを得た。
【００３８】
（試験例１）
上記実施例１〜５及び比較例１〜２で得られたオリフィスプレートを、以下の試験に供した。但し、比較のために、インク単体（色調  マゼンタインク  キャノン社）も以下の試験に供した。
熱膨張係数の評価
ＡＳＴＭ  Ｄ−６４８に準拠して、線膨張係数の試験を行った。φ３×２０ｍｍの試験片を用意し、熱応力歪測定装置（商品名；ＴＭＡ／ＳＳ：セイコーインスツルメント株式会社製）を使用して、１００〜２５０℃の温度域で線膨張係数を測定した。
【００３９】
面精度の評価
面精度は、射出成形した養生硬化する前のオリフィスプレート成形体と該成形体を養生硬化して得られたオリフィスプレートに関して、それぞれの中心部８×８ｍｍ部の面精度を三次元測定器（商品名  マイクロコードＢＨ−Ｖ７００、株式会社ミツトヨ製）により、ＪＩＳ  Ｂ  ０６２１に準拠して測定した。
曲げ強度の評価
ＪＩＳ  Ｋ  ７１７４に準拠して測定した。すなわち、実施例１〜５及び比較例１及び２のオリフィスプレートを製造したと同様の成形体から各長さ１２０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚み３ｍｍの成形体試験片を製造し、スパン８０ｍｍとして中央部を１ｍｍ／分の速度で加重をかけ破壊点を測定した。
【００４０】
インクへのイオン溶出量の評価
各オリフィスプレートを、それぞれインクジェット用インク（商品名：マゼンタ（キャノン社製））中に、６０℃で１ヶ月浸漬し、イオン溶出量をＩＣＰ発行分析法（ＪＩＳ  Ｋ０１０２準拠）により定量した。なお、比較のために、インクジェット用インク（商品名：マゼンタ（キャノン社製））単体を６０℃で１ヶ月静置したもののイオン含有量も同様に測定した。
【００４１】
インクへの影響
インク単体に元から入っている各イオン濃度に対してイオンを増加させたか否かを評価した。すなわちインク自体が最初から含有しているイオン量を増加させないオリフィスプレートを○、増加させるものを×で表した。
【００４２】
得られた結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2005271506.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のオリフィスプレートは、インクの吐出安定性に優れるため、特にインクジェットプリンタに有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のオリフィスプレートの一例を模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  オリフィスプレート
２  インクの吐出口
３  インクヘッドの筐体に螺子等で取り付けるための開口
【図１】
2005271506.tif 000004