(57)【要約】【課題】インクと接する樹脂表面を容易に親水化して水性インクに対する濡れ性を向上させることができ、親水化の持続性に優れ、安定した射出特性を維持できるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  インクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理することにより親水性高分子膜１０を形成する。グラフト重合処理の前に、インクに接する樹脂表面の活性化処理を行うことが好ましく、また、グラフト重合処理をノズルプレート貼り付け面に行った後、ノズルプレートを貼り付けることが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理されることにより親水性高分子膜が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
インクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理することにより親水性高分子膜を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記グラフト重合処理の前に、インクに接する樹脂表面の活性化処理を行うことを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記グラフト重合処理をノズルプレート貼り付け面に行った後、ノズルプレートを貼り付けることを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関し、詳しくは、インクと接する樹脂表面を容易に親水化して水性インクに対する濡れ性を向上させることができ、親水化の持続性に優れ、安定した射出特性を維持できるようにしたインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドのインク流路を含むほとんどの部品に樹脂を用いることは、組み立ての容易化や低コスト化をもたらすが、通常、樹脂表面は撥水性が高く、水性インクを用いる場合に濡れ性が悪くなり、インク充填の際、インク流路内に気泡を残してしまい、また、インク流路内に発生した気泡の排出が困難になる。インク流路内に気泡が残留すると、インク不吐出等の欠損ノズルが発生するおそれがある。
【０００３】
また、インクに接する電極の表面をポリパラキシリレン膜で保護する場合があるが、その場合も表面の撥水性が高くなり、同様の問題を抱えている。
【０００４】
このため、従来、インクと接する表面の濡れ性を改善する方法として、インクと接する樹脂表面を、Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7−Ｈ2ＳＯ4系薬液、紫外線、プラズマ、コロナ放電、電子線、または火炎処理を行うことで活性化させる方法（特許文献１）、染料水溶液とインク接液面とを接触させた状態で加温し、インク接液面に染料を予め吸着または浸透させる方法（特許文献２）、インクに接する樹脂表面に、アクリル酸またはメタクリル酸モノマーによってグラフト処理を施す方法（特許文献３）等が提案されている。
【特許文献１】特開昭６０−２４９５７号公報
【特許文献２】特公平２−５４７８４号公報
【特許文献３】特開平１１−３３４０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２の方法では、いずれも親水化処理の持続性が期待できず、インクジェットヘッドにインクが充填されていない状態で放置すると、インク流路内の親水化処理の効果が失われてしまう問題がある。
【０００６】
また、特許文献３の方法では、インクのｐＨによって膜特性が変化するおそれがあるため、安定した射出特性を維持する上では改善の余地がある。
【０００７】
そこで、本発明は、インクと接する樹脂表面を容易に親水化して水性インクに対する濡れ性を向上させることができ、親水化の持続性に優れ、安定した射出特性を維持できるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１０】
（請求項１）
インクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理されることにより親水性高分子膜が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【００１１】
（請求項２）
インクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理することにより親水性高分子膜を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【００１２】
（請求項３）
前記グラフト重合処理の前に、インクに接する樹脂表面の活性化処理を行うことを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【００１３】
（請求項４）
前記グラフト重合処理をノズルプレート貼り付け面に行った後、ノズルプレートを貼り付けることを特徴とする請求項２又は３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インクと接する樹脂表面を容易に親水化して水性インクに対する濡れ性を向上させることができ、親水化の持続性に優れ、安定した射出特性を維持でき、更にノズルプレートの接着性を向上させ、ノズル詰まりの発生を抑制することのできるインクジェットヘッドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
本発明において、インクジェットヘッドに用いられるインクに接する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルホン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、フッ素系ポリマー、液晶ポリマー、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エポキシ樹脂、ポリパラキシリレン、クロロプレンゴム、ＳＢＲ、ＢＲ、ＮＢＲ、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリ尿素等が挙げられる。
【００１７】
本発明において、これらの樹脂には、インクジェットヘッドの材料自体が上記の樹脂の場合、他の材質の材料の上に上記の樹脂をコーティングしたもの、あるいは樹脂を含む構成部材からなるもの、即ち構成部材の一部に上記の樹脂が用いられ、その部分もインクに接するならいずれも含まれる。
【００１８】
本発明は、このようなインクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理することにより親水性高分子膜を形成する。
【００１９】
親水性高分子膜を形成するモノマーとしては、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル等のヒドロキシル基を有する（メタ）アクリル酸エステル類、アクリル酸２−メトキシエチル、メタクリル酸２−（２−メトキシエトキシ）エチル等のメトキシ基を有する（メタ）アクリル酸エステル類、アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド類、ビニルピロリドン、ビニルアルコール、メチルビニルエーテル等の親水性置換基を有するビニル化合物類、無水マレイン酸類等がある。
【００２０】
中でも、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミドは、水性インクのｐＨによって膜特性が変化しない中性のものであるために好ましい。
【００２１】
これらモノマーは、それぞれ単独で用いてもよいし、混合溶液や水溶液として用いてもよい。
【００２２】
グラフト重合処理は、樹脂表面にモノマーがグラフト重合されて親水性が付与される処理である。樹脂表面がグラフト重合されて親水性を有しているかどうかは、液滴法等で水接触角を測定して確認することができる。
【００２３】
本発明のグラフト重合処理を行う手法の一例を化１に示す反応機構とともに説明する。
【００２４】
ポリパラキシリレンのようないわゆるパリレン膜が形成された樹脂表面に、最初に例えば酸素プラズマを照射し、表面にラジカル（Ｏ・）を生成させる。なお酸素ガス以外に、窒素ガス、アルゴンガスなどを用いることもできる。かかるラジカル（Ｏ・）生成処理は、樹脂表面の活性化処理であり、プラズマ処理以外にも、オゾン処理、コロナ放電処理等の方法も採用できるが、樹脂表面をラジカル化できるものであれば特に限定されない。
【００２５】
次いで、これを大気（Air）中にさらし、重合開始点となる−Ｏ−ＯＨ基を樹脂表面に形成させる。
【００２６】
次いで、グラフト重合をするために、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）溶液に浸漬した状態で加温し、熱エネルギーを与えることで−Ｏ−ＯＨ基を開裂させて、樹脂表面に生成するラジカル（Ｏ・）とＨＥＭＡをグラフト重合反応させる。所定時間のグラフト重合処理の後、純水で十分洗浄、乾燥させる。
【００２７】
このようにして樹脂表面にＯＨ基（親水基）を有するグラフトポリマーを生成する。
【００２８】
【化１】
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【００２９】
インクに接する樹脂表面に対するグラフト重合処理は、インクジェットヘッドの主たる構成要素の部材を組み立てる前に行っても良いし、処理できる範囲で組み立て後に行っても良い。
【００３０】
グラフト重合処理をしたくない箇所には、マスキングテープ等を貼ることによってマスクしておくことが好ましい。
【００３１】
インクジェットヘッドのインク射出の原理としては、例えば、インク室を構成するチャネルの側壁を圧電素子によって形成し、該側壁に電圧を印加することによってくの字型にせん断変形させるもの、ヒーターの熱によってインクを加熱した際に発生する気泡の破裂作用を利用するもの、ピエゾ素子の電気−機械変換作用を利用するもの等が挙げられるが、本発明においては特に限定されない。
【００３２】
次に、インクジェットヘッドの一例を挙げて本発明を更に説明する。
【００３３】
図１は、せん断変形タイプのインクジェットヘッドの要部を示す斜視図、図２は、そのインクジェットヘッドの１つのインクチャネルの構造を示す断面図である。
【００３４】
この実施形態に示すインクジェットヘッド１は、圧電性セラミック基板にインク流路であるインクチャネル４が形成された圧電性セラミック素子２と、天板３と、ノズルプレート７とを備えている。５は隣接するインクチャネル４、４間の側壁、６はインクチャネル４内に臨む側壁５の表面に形成された電極、８はノズルプレート７に設けられたインク射出孔となるノズルである。
【００３５】
圧電性セラミック素子２に用いられるセラミック基板としては、例えば、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3等を使用することができる。その中でも、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を含有し、圧電特性を有する圧電性セラミックス基板であるＰＺＴ基板が、圧電定数やその高周波応答性などの圧電特性に優れるので好ましい。
【００３６】
また、天板３としては、機械的強度が高く、耐インク性を備えたものであれば、例えばガラス、セラミック、金属或いはプラスチックなどのような種々の材質のものを用いることができるが、セラミックス基板を用いることが好ましい。
【００３７】
更に変形されるＰＺＴ基板等の圧電性セラミックス基板と接合された態様を考慮すると、非圧電性のセラミックス基板を用いることが好ましい。
【００３８】
非圧電性セラミック基板としては、例えば、シリコン、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン、シリコンカーバイト、石英の少なくとも１つを主成分とした基板等を挙げることができる。特に、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウム等を主成分とするセラミックス基板は、板厚が薄くても優れた基板特性を有し、駆動時の発熱や環境温度の変化に伴う基板の膨張によるそりやストレスでの破壊を低下できるので好ましく、酸化アルミニウムを主成分とする基板は安価で高絶縁性であるので特に好ましい。
【００３９】
電極６としては、例えば、蒸着、スパッタリングあるいはメッキ等により形成でき、好ましくは電解メッキ又は無電解メッキにより形成され、該メッキがニッケルメッキ、金メッキ、銅メッキ、パラジウムメッキ、銀メッキ又は白金メッキの何れかから選択されることである。電極膜は通常、０．５〜５．０μｍ程度に形成されることが好ましい。
【００４０】
ノズルプレート７としては、例えば、ポリアルキレン、エチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロース、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂が好適である。
【００４１】
電極６の形成後、保護膜形成工程前に、他の壁を形成する天板３を圧電性セラミック素子２に接着する。この接着工程では、接着剤を塗布する前に、圧電性セラミック素子２の溝部が設けられた加工面及び前記溝部を覆う天板３の接着面は、その状態に応じて洗浄や研磨等の前処理を行うことが好ましい。接着面の前処理により良好な接着を行うことができる。
【００４２】
圧電性セラミック素子２の接着面と天板３の接着面とを、例えばエポキシ系接着剤で接着して、圧電性セラミック素子２と天板３は一体に組み立てられる。
【００４３】
組立後、例えば、接着面は加圧状態で、約１２０℃まで加熱され、さらにこの加圧・加熱状態が約２時間保持されて、接着剤が硬化される。この接着工程により厚さ１．０〜２．０μｍの接着剤層が接着面に形成される。
【００４４】
接着終了後一体化された圧電性セラミック素子２に対し、パリレン膜９を形成する。
【００４５】
パリレン膜９は、ポリパラキシリレン樹脂及び／又はその誘導体樹脂からなる被膜であり、固体のジパラキシリレンダイマー又はその誘導体を蒸着源とする気相合成法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）により形成する。
【００４６】
即ち、ジパラキシリレンダイマーが気化、熱分解して発生したジラジカルパラキシリレンモノマーの被膜を形成するものである。
【００４７】
また本発明では、種々のパリレン膜を用いることができ、例えばパラキシレンの２量体であるジパラキシリレンダイマーを用いて膜形成した「パリレンＮ」や、パラキシレンのモノクロロ置換体の２量体であるジパラキシリレンダイマー（従ってダイマー中には二つの塩素原子をもつ）を用いて膜形成したポリクロロパラキシリレンである「パリレンＣ」を用いることができる。
【００４８】
さらに本発明では、その他、種々の置換したジパラキシリレンダイマー又はその誘導体を用いた種々のパリレン膜を用いることができ、必要な性能等に応じて、各種のパリレン膜やそれら種々のパリレン膜を複数積層したような多層構成のパリレン膜等を所望のパリレン膜として適用することができる。
【００４９】
（パリレンＮの構造式）
【００５０】
【化２】
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【００５１】
（パリレンＣの構造式）
【００５２】
【化３】
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【００５３】
インクジェットヘッドにおいては、パリレン膜９の膜厚を１μｍ以上１０μｍ以下とすることが、インク射出性能に優れる点で好ましい。
【００５４】
このようにして電極６の表面にパリレン膜９を形成したインクジェットヘッド１は、パリレン膜９がインク流路に面するため直接インクと接することとなる。このため、このパリレン膜９を形成したインクジェットヘッド１に対し、そのパリレン膜９の表面をグラフト重合処理、好ましくはパリレン膜９の表面を活性化処理した後にグラフト重合処理することにより、該パリレン膜９の表面に上記した親水性高分子膜１０を形成する。
【００５５】
インクジェットヘッド製造工程において、ノズルプレート貼り付け工程前に、このようにインクに接する樹脂表面に、（メタ）アクリル酸エステルモノマーでグラフト重合処理する際は、ノズルプレート７の貼り付け面１１（図１参照）にも同時に、同様にしてグラフト重合処理を行うことができる。該グラフト重合処理により親水化処理を行った後に接着剤を塗布し、ノズルプレート７を貼り付けることが好ましい。
【００５６】
ノズルプレート７の貼り付け面１１にもインクと接する樹脂表面と同じグラフト重合処理を行うことで、ノズルプレート７の貼り付け面１１の接着剤の濡れ性が向上し、接着剤を貼り付け面１１に塗布した後にノズルプレート７を貼り付ける際の貼り付け作業が容易に行えるようになる。これにより接着剤が均一に塗布でき、接着剤のノズル８への流れ込みによるノズル詰まりの発生を抑制することができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって何ら制限されるものではない。
【００５８】
（実施例）
チャネル数２５６チャネルのせん断変形タイプのインクジェットヘッドの駆動部の電極表面に、パリレンＮによるパリレン膜を形成した後、このパリレン膜の表面をグラフト重合処理した。
【００５９】
この駆動部のインク流路へのグラフト重合処理は、次のように行った。
【００６０】
まず、グラフト重合処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護し、プラズマ処理（２００Ｗ、１分）を行い、ＨＥＭＡ溶液に６０℃で３時間浸漬した。グラフト重合処理の後、純水で十分洗浄、乾燥させた。
【００６１】
本方法で駆動部へのグラフト重合処理を行うと、ノズルプレート貼り付け面へも同時にグラフト重合処理が行える。ＨＥＭＡを用いたグラフト重合処理によると、接着剤（商品名：Ｅｐｏｔｅｋ３５３ＮＤ）の接触角が低下（前進接触角５７．８°→３９．１°、後退接触角２２．４°→１４．４°）して濡れ性が向上し、その後のノズルプレート貼り付け工程での作業性が向上した。
【００６２】
次に、このグラフト重合処理した駆動部を組み込んだインクジェットヘッドを記録装置に実装し、インクタンクからインクを入れ、ノズルから実際にインクを射出して評価した。
【００６３】
最初に、インクタンクからインクをインクジェットヘッドのインクチャネル内に導入し、インクをノズルから２ｍｌ吸引して泡抜き操作を行った。この状態から１０分間インクを射出し、そのときの射出状態を観察して、全２５６ノズル中の欠損ノズル数を観察した。
【００６４】
評価にはインク１（ｐＨ７）、インク２（ｐＨ１２）を用いた。
【００６５】
その結果を表１に示す。
【００６６】
（比較例１）
実施例においてグラフト重合処理を行わずに、駆動部をインクジェットヘッドに組み込んで、インクを射出して同様に評価した。
【００６７】
その結果を表１に示す。
【００６８】
（比較例２）
実施例においてプラズマ処理の後、アクリル酸溶液に６０℃で３時間浸漬した。その後純水で十分洗浄、乾燥させて、駆動部をインクジェットヘッドに組み込んで、インクを射出して同様に評価した。
【００６９】
その結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】せん断変形タイプのインクジェットヘッドの要部を示す斜視図
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの１つのインクチャネルの構造を示す断面図
【符号の説明】
【００７２】
１：インクジェットヘッド
２：圧電性セラミック素子
３：天板
４：インクチャネル
５：側壁
６：電極
７：ノズルプレート
８：ノズル
９：パリレン膜
１０：親水性高分子膜
１１：ノズルプレート貼り付け面
【図１】
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【図２】
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