(57)【要約】【課題】シリコン材料により形成されてなるインク流路を有する記録ヘッドにおける、シリコン溶解を低減することができ、インク流路へインクを導入した後にも色材を含む凝集物の発生が抑制された保存液を提供すること。【解決手段】  少なくとも一部がシリコン材料により形成されてなるインク流路を有するインクジェット方式の記録ヘッドに用いられ、インクが充填されていないときにインク流路に充填される水性の保存液であって、アルミナ水和物を含有することを特徴とする保存液。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部がシリコン材料により形成されてなるインク流路を有するインクジェット方式の記録ヘッドに用いられ、インクが充填されていないときにインク流路に充填される水性の保存液であって、
アルミナ水和物を含有することを特徴とする保存液。
【請求項２】
前記保存液のｐＨが、８以上１０以下である請求項１に記載の保存液。
【請求項３】
前記アルミナ水和物の含有量（質量％）が、保存液全質量を基準として、０．１０質量％以上３．００質量％以下である請求項１又は２に記載の保存液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式の記録ヘッドのインク流路に充填するための保存液に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方法における記録ヘッドからのインクの吐出方式としては、サーマル方式やピエゾ方式などがある。インクジェット記録装置は、吐出方式に関わらずに、記録ヘッドのインク流路に予め、インクとは異なる液体（保存液）を満たした状態で出荷されることがある（特許文献１）。これは、ユーザーが最初にインクジェット記録装置を使用する際のインク流路へのインクの導入性を向上し、また、気泡を混入させることなくスムーズにインク流路にインクを満たすことができるようにするためである。この保存液は、インクジェット記録装置を長期間使用しない場合にも、記録ヘッドの性能を維持するために使用されることがある。保存液には、インク流路から保存液を排出した後にインクを導入しても色材を含む凝集物の発生が抑制されることにより、吐出性の低下を招かないというインク置換性のよいことなどが求められる。
【０００３】
記録ヘッドのインク流路を構成する部材には、アルミニウムやシリコンなどの基板、圧電素子や発熱素子などの吐出エネルギー発生源、これらを接合する接着剤、シリコーンチューブなどの接続部材などが含まれる。記録ヘッドは、吐出エネルギー発生源とその駆動回路、インク流路、吐出口、インク供給口などのインクを吐出するための一連の構造体を一の基板に容易に作り込むことができるため、シリコン基板が多用される。これらのシリコン材料は、インクに接触すると成分の溶解が生じることが知られている。特に、アルカリ性液体を用いてエッチングされやすいという特性を有する、（１１０）面や高次の面においては、シリコンの溶解が少なからず生じ、吐出特性の低下につながるという課題がある。
【０００４】
シリコン溶解を低減するために、第４級アンモニウム塩や第４級ホスホニウム塩を含有するインクが提案されている（特許文献２及び３）。また、ジアルキルスルホンを含有するインクや保存液が提案されている（特許文献４及び５）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２８２６９号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３６１９号公報
【特許文献３】特開２００２−３４８５０９号公報
【特許文献４】特開２０１０−０７６３９６号公報
【特許文献５】特開２０１１−０３７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、記録ヘッドのさらなる長寿命化が要求されている。しかし、本発明者らの検討の結果、特許文献２〜５に記載の化合物を含有する保存液を用いても、シリコン溶解を十分に抑制できてはいなかった。特に、インクジェット記録方法により得られる画像の堅牢性や品位を今まで以上に向上するためにはインクに様々な機能性材料を添加する必要があるものの、これらの材料によるシリコン溶解を未然に抑制することも重要とされてきている。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、シリコン材料により形成されてなるインク流路を有する記録ヘッドにおける、シリコン溶解を低減することができ、インク流路へインクを導入した後にも色材を含む凝集物の発生が抑制された保存液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明にかかる保存液は、少なくとも一部がシリコン材料により形成されてなるインク流路を有するインクジェット方式の記録ヘッドに用いられ、インクが充填されていないときにインク流路に充填される水性の保存液であって、アルミナ水和物を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリコン材料により形成されてなるインク流路を有する記録ヘッドにおける、シリコン溶解を低減することができ、インク流路へインクを導入した後にも色材を含む凝集物の発生が抑制された保存液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明で用いることのできる記録ヘッドの一部を破断して示す模式図である。
【図２】シリコン溶解の評価に使用した評価用サンプルの断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、好ましい実施の形態を挙げて、さらに本発明を詳細に説明する。本発明における各種の物性値は、特に断りのない限り２５℃における値である。
【００１２】
まず、記録ヘッドを構成するシリコン材料がインクなどのアルカリ性を示す液体によって溶解されやすい理由を説明する。シリコンウェハは単結晶シリコンであることが多いが、その製法によってはアルカリ性の液体に対する耐性の低い（１００）面や（１１０）面が表面に露出する。また、単結晶シリコンであっても、単結晶の結晶面そのものの他に、結晶が歪んでいるいわゆる結晶欠陥や、自然酸化膜を有し得る。そして、アルカリ性の液体によるシリコン材料の溶解は、シリコンの単結晶面、結晶欠陥、自然酸化膜のいずれからも進行し、水酸化物イオンの攻撃を受けて、ケイ酸イオンを生じて溶解することが知られている。
【００１３】
本発明の保存液はアルミナ水和物を含有する。かかる保存液によりシリコン溶解を抑制できる理由を、本発明者らは以下のように推測している。保存液が記録ヘッドのインク流路に充填されると、アルミナ水和物はインク流路のうちシリコン材料に特異的に配向し、吸着する。これは、アルミナ水和物のアルミニウム原子と珪素原子とがいわゆるシリサイド化反応により化学結合を生じるためと考えられる。
【００１４】
一旦保存液をインク流路から排出して、その後に記録に用いる水性インクを充填しても、シリコン材料に吸着したアルミナ水和物は脱離しづらい。このため、結果として、シリコン材料への水性インク中のアルカリ性成分による攻撃に対して立体障害効果を発現する。このようなメカニズムから、アルカリ性成分の攻撃を受ける以前にアルミナ水和物をあらかじめシリコン材料と接触させておくことが極めて重要である。したがって、アルミナ水和物は記録に用いる水性インクに含有させるのではなく、保存液に含有させる必要がある。
【００１５】
＜記録ヘッド＞
以下、本発明に用いることのできるインクジェット方式の記録ヘッドの好適な態様について説明する。図１は、記録ヘッドの一部を破断して示す模式図である。シリコン基板１０１の上面には、電気熱変換素子１０２と駆動回路（不図示）が配置される。シリコン基板の材料としては、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。シリコン基板１０１には、電気熱変換素子１０２に対応する位置に吐出口１０３が開口し、吐出口１０３はインク供給口１０４に連通している。吐出口１０３はエッチングにより形成することが好ましく、アルカリ溶液によるエッチングの効率を高めるためには、シリコン基板１０１として（１００）面が露出したものを用いることが好ましい。このようにして形成された吐出口１０３の壁面のインクと接触する部分は、（１１１）面、（１００）面、（１１０）面がランダムに露出している。
【００１６】
インク供給口や吐出口を含むインク流路にシリコン材料が使用されている場合、上記の通りシリコン溶解が生じ得る。なお、上記ではサーマル方式の記録ヘッドについて説明したが、ピエゾ方式であっても、インク流路にシリコン材料が使用されていれば同様にシリコン溶解が生じ得る。
【００１７】
＜保存液＞
本発明の保存液は、物流時や記録装置を長期間使用しない場合など、インクが充填されていないときにインク流路に充填されるものである。以下、保存液を構成する成分や保存液の物性について詳細に説明する。
【００１８】
（アルミナ水和物）
本発明の保存液に用いるアルミナ水和物は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に水分子が水和したものである。アルミナ水和物の好適な具体例としては、下記の一般式（１）で表される化合物が挙げられる。
Ａｌ２Ｏ３−ｎ（ＯＨ）２ｎ・ｍＨ２Ｏ・・・・（１）
（一般式（１）中、ｎは０乃至４であり、ｍは０乃至１０である。ただし、ｍ及びｎは同時に０とはならない。）
ｍは０乃至５であることが好ましい。ｍＨ２Ｏは脱離可能な水分子を表すため、ｍは整数でない場合もある。なお、アルミナ水和物を加熱するとｍは０となり得るが、通常は水和物として存在するため、この場合を含めて「アルミナ水和物」と記載する。アルミナ水和物は、非晶質、キブサイト型、ベーマイト型などの結晶構造を取り、結晶構造はＸ線回折法により知ることができる。中でも、非晶質、ベーマイト型のアルミナ水和物を用いることが好ましい。アルミナ水和物を水性媒体中に分散させて保存液を調製するためには、蟻酸、酢酸、グリコール酸、メタンスルホン酸などの有機酸；塩酸、硝酸などの鉱酸；の一塩基塩を用いて処理を行うことが好ましい。
【００１９】
保存液中のアルミナ水和物の含有量（質量％）は、保存液の全質量を基準として、０．１０質量％以上３．００質量％以下であることが好ましい。含有量が０．１０質量％未満であると、アルミナ水和物がシリコン材料表面にほとんど存在しなくなるため、シリコン溶解を十分に抑制できない場合がある。含有量が３．００質量％超であると、シリコン溶解の抑制はできるものの、保存液をインク流路から排出して、その後に記録に用いる水性インクを充填した際に、アルミナ水和物と水性インク中の色材とで形成された凝集物により吐出性がやや低下する場合がある。
【００２０】
（水性媒体）
本発明の保存液には、水、又は水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を用いることができる。本発明においては、水性媒体として少なくとも水を含有する、水性の保存液とすることが好ましい。水は、脱イオン水（イオン交換水）を用いることが好ましい。保存液中の水の含有量（質量％）は、保存液全質量を基準として、１０．０質量％以上９０．０質量％以下であることが好ましい。
【００２１】
水溶性有機溶剤は、水溶性であれば特に制限はなく、アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、グリコールエーテル、含窒素極性溶媒、含硫黄極性溶媒などを用いることができる。特に、２５℃において水よりも蒸気圧が低い水溶性有機溶剤を用いることが好ましい。保存液中の水溶性有機溶剤の含有量（質量％）は、保存液全質量を基準として、５．０質量％以上９０．０質量％以下、さらには１０．０質量％以上５０．０質量％以下であることが好ましい。
【００２２】
（その他の添加剤）
本発明の保存液は、上記した成分以外にも必要に応じて、界面活性剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、及びキレート化剤など、種々の添加剤を含有してもよい。
【００２３】
（保存液の物性）
保存液のｐＨは８以上１０以下であることが好ましい。保存液の液性が適度なアルカリ性であることで、シリコン材料の自然酸化膜を溶解により除去することができる。これにより、アルミナ水和物のアルミニウム原子と珪素原子とのシリサイド化反応による化学結合が生じやすくなり、シリコン溶解をより効果的に抑制することができるためである。ｐＨが８未満であると自然酸化膜を除去する性能が低くなり、シリコン溶解を十分に抑制できない場合がある。一方、ｐＨが１０超であると自然酸化膜だけでなくシリコン材料を溶解しやすくなってしまうため、シリサイド化反応が生じにくくなり、シリコン溶解を十分に抑制できない場合がある。また、保存液の表面張力は１０ｍＮ／ｍ以上６０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。なお、成分量に関して「部」及び「％」と記載しているものは特に断らない限り質量基準である。
【００２５】
＜保存液の調製＞
先ず、アルミナ水和物の分散液を以下のようにして調製した。３０．０部のアルミナ水和物（水分散性ベーマイト、商品名「Ｄｉｓｐｅｒａｌ  ＨＰ１４」、サソール製）、及び７０．０部の水を混合した。次いで、純分で０．５部となる酢酸水溶液を加えて撹拌し、適量の水を加えて、アルミナ水和物の含有量が２０．０％のアルミナ水和物分散液を得た。
【００２６】
表１の上段に示す各成分（単位：％）を混合し、十分撹拌した後、ポアサイズ０．２μｍのフィルターで加圧ろ過して各保存液を調製した。この際、ｐＨの調整には水酸化カリウム水溶液を用い、この水溶液の使用量は水の含有量に含めた。なお、表１中の「アセチレノールＥ１００」（川研ファインケミカル製）は、ノニオン性界面活性剤の商品名である。表１の下段には、アルミナ水和物の含有量（％）、ｐＨメータ（商品名「卓上型ｐＨメータＦ−２１」、堀場製作所製）を用いて測定した保存液のｐＨを示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
＜評価＞
上記で得られた各保存液を用いて、下記の評価を行った。本発明においては、下記の各項目の評価基準で、「Ｃ」を許容できないレベル、「ＡＡ」、「Ａ」、及び「Ｂ」を許容できるレベルとした。評価結果を表２に示す。
【００２９】
（シリコン溶解）
シリコンウェハ２０１に常法により熱酸化シリコン膜２０２（厚さ約７００ｎｍ）を形成した（図２（ａ））。ｇ線用フォトレジスト（商品名「ＯＦＰＲ−ＰＲ８  ＰＭ」、東京応化工業製）を用い、エッチングのマスクとして使用するフォトレジスト２０３を形成した（図２（ｂ））。フォトレジスト２０３により形成したパターンは、約１ｍｍ幅の矩形パターン２０４である。そして、ウェットエッチング液（商品名「バッファードフッ酸１１０Ｕ」、ダイキン工業製）により酸化シリコン膜２０２をエッチングした後、剥離液（商品名「剥離液」、東京応化工業製）を用いてフォトレジスト２０３を剥離した（図２（ｃ））。次いで、シリコンウェハ２０１を適当なサイズに切断し、シリコンウェハ上に、矩形パターン２０４として酸化シリコン膜が型抜きされた状態（この部分はシリコンが露出している）の評価用サンプルを作製した。そして、接触式段差計（商品名「アルファステップ２００」、ケーエルエーテンコール製）を用いて、評価用サンプルの酸化シリコン膜の厚さｄ１を測定した（図２（ｄ））。
【００３０】
密閉容器に調製した保存液を充填し、上記で得られた評価用サンプルを浸漬して密封し、温度６０℃で７日間保存した後、評価用サンプルを取りだした。また、密閉容器に、アルカリ性の水性インクを想定したｐＨ８の水酸化ナトリウム水溶液を充填し、先に取り出した評価用サンプルを浸漬し、温度６０℃で７日間保存した。その後、評価用サンプルを取り出して純水で洗浄し、先の場合と同様に評価用サンプルの酸化シリコン膜の厚さｄ２を測定した（図２（ｅ））。そして、ｄ１−ｄ２の値を求め、以下に示す評価基準にしたがってシリコン溶解を評価した。
ＡＡ：ｄ１−ｄ２の値が０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であった
Ａ：ｄ１−ｄ２の値が１００ｎｍ以上２００ｎｍ未満であった
Ｂ：ｄ１−ｄ２の値が２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満であった
Ｃ：ｄ１−ｄ２の値が３００ｎｍ以上であった。
【００３１】
（インク置換性）
上記で得られた保存液を、インクジェット記録装置（商品名「ＰＩＸＵＳ  ｉＰ８６００」、キヤノン製）の記録ヘッドのインク流路に充填し、保存液が蒸発しないようにして、温度３０℃、相対湿度１０％の恒温槽に入れて１４日間保存した。その後、記録ヘッド及び「ＰＩＸＵＳ  ｉＰ８６００」用のシアンインクのインクカートリッジを前記インクジェット記録装置に装着した。そして、記録ヘッドを装着した際に行う吸引動作を行って吐出口までシアンインクを満たした後、吐出口の近傍にアルミナ水和物と色材で形成された凝集物が付着していないかを顕微鏡で確認し、以下に示す評価基準にしたがってインク置換性を評価した。
ＡＡ：凝集物が付着している吐出口はなかった
Ａ：凝集物が付着している吐出口の数が、全吐出口のうち０％を超えて１０％未満であった
Ｂ：凝集物が付着している吐出口の数が、全吐出口のうち１０％以上５０％未満であった
Ｃ：凝集物が付着している吐出口の数が、全吐出口のうち５０％以上であった。
【００３２】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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