(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体インクを吐出することで画像を形成するインクジェットプリンタ用記録ヘッドの製作方法において、インク吐出ノズルを有するノズルプレートの表面に、パーフルオロポリエーテル鎖とアルコキシシラン残基を有する化合物によって形成される撥インク層を存在せしめ、かつパーフルオロポリエーテル化合物によって形成される撥インク層を作製する前処理として、該プレートに酸素プラズマを照射して前記ノズルプレートに水酸基を導入した後、前記アルコキシシラン残基と前記導入された水酸基を反応させてパーフルオロポリエーテル化合物からなる層を前記ノズルプレートの表面に形成することを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの製作方法。
【請求項２】
請求項１において、前記パーフルオロポリエーテル鎖と前記アルコキシシラン残基を有する前記化合物が以下の構造であることを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの製作方法。
【化１】
0004087085.tif 000018
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記インクジェットプリンタ用記録ヘッドが圧電素子を用いて前記液体インクを吐出するインクジェットプリンタ用記録ヘッドであり、
前記ノズルプレートが金属によって形成されているインクジェットプリンタ用記録ヘッドの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ用の記録ヘッドに係り、特に顔料使用のインクに対応して好適なインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙やOHPシートに対してインクを吐出させることで画像を形成するインクジェットプリンタは、電子写真方式のプリンタに比べて装置が小型であるため、オフィスばかりでなく家庭へもかなり普及している。
【０００３】
しかしインクジェットヘッドのインクを吐出するノズルを有するプレート（ノズルプレート）表面にインクが付着すると、吐出方向が変化したり、吐出量が少なくなる等の現象が起き、インクの到達位置がずれたり、画像濃度が低下する等の問題が発生した。
【０００４】
そこで現在のインクジェットプリンタでは、ノズルプレート表面をシリコーンゴム等でワイプして付着インクを除去する機構や、ノズルプレート表面を撥インク性にする等の対策が施されている。
【０００５】
撥インク処理の場合、フッ素系樹脂の微粒子を含有したメッキ膜を設ける方法(特開平5−193141、特開平5−116327、特開平6−246921、特開平7−125220、特開平9−286941、12−86948号の各公報)、フッ素系樹脂の微粒子を含有した樹脂膜を設ける方法(特開昭63−122550号公報)、シリコーン系材料から形成される膜を設ける方法(特開平4−234663、特開平9−267478号の各公報)、フッ素系樹脂膜を設ける方法(特開平2−153744、特開平3−53942、特開平5−330060、特開平5−338180、特開平6−55739、特開平6−106727、特開平6−143587号の各公報)、あるいはフルオロアルキル基を有するシラン化合物からなる膜を設ける方法(特開平7−125219号公報)等が開示されている。
【０００６】
また、インクジェットプリンタの記録ヘッドのノズル表面に、パーフルオロポリエーテルを特定化学構造の溶媒に溶解又は分散させた液を塗布して、撥インク性を発揮させる方法が提案されている(WO97／35919)。
【０００７】
さらに、特開平10−29308号公報には、やはりインクジェットプリンタの記録ヘッドのノズル表面に、撥インク材料としてパーフルオロアルキル鎖とアルコキシシラン残基を有する化合物によって形成される撥インク層を設ける技術が提案されている。これには撥インク性を更に向上させるために、撥インク層にパーフルオロポリエーテルを上塗りすることも提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、メッキにより形成される膜や上記樹脂膜の場合、撥インク層は厚さが数μmになるため、設計時に膜厚を考慮する必要がある。現在のノズルの直径は10〜数十μmである。膜厚を考慮する必要な領域はその0.5％以上、すなわちノズルの直径が10μmの場合は、撥インク層の膜厚が50nm以上の場合に膜厚を考慮することが必要になる。また、メッキ液や樹脂膜形成のための処理液の濃度の変化で膜厚が変動するため、濃度管理を適切に行う必要がある。
【０００９】
フルオロアルキル基を有するシラン化合物からなる膜を設ける方法は、単〜数分子レベルで撥インク層を形成できるため、膜厚は数〜10nm程度である。そのため、膜厚は設計時に考慮する必要は無く、濃度管理も容易である。しかし、耐擦性が低く、ノズルプレート表面を清掃するため繰り返してシリコーンゴム等でワイプすると、撥インク性が低下しやすいという問題がある。
【００１０】
また単にパーフルオロポリエーテル化合物を塗布したり、パーフルオロアルキル鎖とアルコキシシラン残基を有する化合物によって形成される撥インク層にパーフルオロポリエーテル化合物を上塗りする方法も、シリコーンゴム等でワイプすると、撥インク性が低下しやすく、ノズルの寿命が短くなるという問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、撥インク性はもちろん耐擦性の点でも従来に比べて優れ、長期使用に耐え得るインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、液体インクを吐出することで画像を形成するインクジェットプリンタ用記録ヘッドの、インク吐出ノズルを有するノズルプレートに、パーフルオロポリエーテル鎖とアルコキシシラン残基を有する化合物により形成される撥インク層を存在せしめることによって達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（１）本発明の撥インク処理剤
本発明で示される撥インク処理剤の構造の一般式の一つを示す。
【００１４】
【化２】
0004087085.tif 000002
【００１５】
これら化合物の構造のうち、繰り返し単位がCF(CF3)CF2O、あるいはCF2CF2CF2Oのパーフルオロポリエーテル鎖が撥インク性を発揮している部位である。この鎖の撥インク性は水性インクにも、油性インクにも発揮される。表面を固体で擦られた場合の撥インク性の低下もパーフルオロアルキル鎖を有する化合物に比べて小さい。また末端のSi(OR)3のアルコキシシラン残基は、ノズルプレート表面の水酸基と反応し、図1に示すようにO−Si−Oの結合が生成し、結果として、表面を固体で擦られる場合の耐擦性に優れた撥インク層がノズルプレート表面に形成される。
【００１６】
末端がSi(OR)2Rのアルコキシシラン残基も、−ORの部分は、Si(OR)3のものと同様の反応をするが、Rの部分は反応しない。このような反応のためノズルプレート表面に単位面積当たりの水酸基が多いほど撥インク処理剤が密に結合し、結果として、表面を固体で擦られる場合の耐擦性がより優れた撥インク層をノズルプレート表面に形成することができる。
【００１７】
上記一般式の範疇に入る撥インク処理剤（以下の化合物１〜４）の合成方法を記述する。
【００１８】
【化３】
0004087085.tif 000003
【００１９】
【化４】
0004087085.tif 000004
【００２０】
【化５】
0004087085.tif 000005
【００２１】
【化６】
0004087085.tif 000006
【００２２】
（化合物１の合成）
デュポン社製クライトックス157FS−L（平均分子量2500）（25重量部）を3M社製PF−5080（100重量部）に溶解し、これに塩化チオニル（20重量部）を加え、撹拌しながら48時間還流する。塩化チオニルとPF−5080をエバポレーターで揮発させクライトックス157FS−Lの酸クロライド（25重量部）を得る。これにPF−5080（100重量部）、チッソ（株）製サイラエースS330（3重量部）、トリエチルアミン（3重量部）を加え、室温で20時間撹拌する。反応液を昭和化学工業製ラジオライト ファインフローAでろ過し、ろ液中のPF−5080をエバポレーターで揮発させ、化合物１（20重量部）を得た。
（化合物２の合成）
チッソ（株）製サイラエースS330（3重量部）の代わりにチッソ（株）製サイラエースS360（3重量部）を用いる以外は、化合物1の合成と同様にして化合物２（20重量部）を得た。
（化合物３の合成）
デュポン社製クライトックス157FS−L（平均分子量2500）（25重量部）の代わりにダイキン工業社製デムナムSH（平均分子量3500）（35重量部）を用いる以外は、化合物1の合成と同様にして化合物３（30重量部）を得た。
（化合物４の合成）
チッソ（株）製サイラエースS330（3重量部）の代わりにチッソ（株）製サイラエースS360（3重量部）を用い、デュポン社製クライトックス157FS−L（平均分子量2500）（25重量部）の代わりにダイキン工業社製デムナムSH（平均分子量3500）（35重量部）を用いる以外は、化合物1の合成と同様にして化合物４（30重量部）を得た。
【００２３】
そして、分子内における複数のパーフルオロポリエーテル鎖の末端のSi(OR)3のアルコキシシラン残基は、ノズルプレート表面の水酸基と反応し、図1に示すようにO−Si−Oの結合が生成し、結果として、表面を固体で擦られる場合の耐擦性に優れた撥インク層がノズルプレート表面に形成される。
【００２４】
末端がSi(OR)2Rのアルコキシシラン残基も、−ORの部分は、Si(OR)3のものと同様の反応をするが、Rの部分は反応しない。このような反応のためノズルプレート表面に単位面積当たりの水酸基が多いほど撥インク処理剤が密に結合し、結果として、表面を固体で擦られる場合の耐擦性がより優れた撥インク層をノズルプレート表面に形成することができる。
【００２５】
【化７】
0004087085.tif 000007
【００２６】
上記一般式の範疇に入る撥インク処理剤（以下の化合物５〜８）の合成方法を記述する。
【００２７】
【化８】
0004087085.tif 000008
【００２８】
【化９】
0004087085.tif 000009
【００２９】
【化１０】
0004087085.tif 000010
【００３０】
【化１１】
0004087085.tif 000011
【００３１】
（化合物５の合成）
デュポン社製クライトックス157FS−L（平均分子量2500）（25重量部）を3M社製PF−5080（100重量部）に溶解し、これに塩化チオニル（20重量部）を加え、撹拌しながら48時間還流する。塩化チオニルとPF−5080をエバポレーターで揮発させクライトックス157FS−Lの酸クロライド（25重量部）を得る。これにPF−5080（100重量部）、チッソ（株）製サイラエースS310（2重量部）、トリエチルアミン（3重量部）を加え、室温で20時間撹拌する。反応液を昭和化学工業製ラジオライト ファインフローAでろ過し、ろ液中のPF−5080をエバポレーターで揮発させ、化合物5（20重量部）を得た。
（化合物６の合成）
チッソ（株）製サイラエースS310（2重量部）の代わりにチッソ（株）製サイラエースS320（2重量部）を用いる以外は、化合物5の合成と同様にして化合物6（20重量部）を得た。
（化合物７の合成）
デュポン社製クライトックス157FS−L（平均分子量2500）（25重量部）の代わりにダイキン工業社製デムナムSH（平均分子量3500）（35重量部）を用いる以外は、化合物5の合成と同様にして化合物7（30重量部）を得た。
（化合物８の合成）
チッソ（株）製サイラエースS310（2重量部）の代わりにチッソ（株）製サイラエースS320（2重量部）を用い、デュポン社製クライトックス157FS−L（平均分子量2500）（25重量部）の代わりにダイキン工業社製デムナムSH（平均分子量3500）（35重量部）を用いる以外は、化合物5の合成と同様にして化合物8（30重量部）を得た。
【００３２】
撥インク処理剤の平均分子量はパーフルオロポリエーテル鎖の大きさ、分子内のパーフルオロポリエーテル鎖の本数によって異なるが、概ね1000前後から12000前後である。形成される撥インク層は分子レベルオーダーの層であるため数nmである。膜厚は非接触式の膜厚測定装置（溝尻光学株式会社製エリプソメーター）か、ＩＲスペクトルの反射モードで1200カイザー付近のＣＦ伸縮振動を調べることで求められる。なお、実験の結果、本発明で用いる撥インク処理剤で処理された表面は水に易溶の水性インクだけでなく、水に不溶、或いは難溶の油性インクもはじくことが分かった。
【００３３】
撥インク処理剤による撥インク層の形成方法は、撥インク処理剤を溶媒に希釈した溶液を調製する。この溶液を刷毛塗り、スプレーコート、スピンコート、ディップコート等の方法でノズルプレートに塗布する。次に加熱することで、撥インク処理剤のアルコキシシラン残基とノズルプレート表面の水酸基が反応し、撥インク処理剤が化学的にノズルプレート表面に結合する。このようにして撥インク層が形成できる。本発明で用いる撥インク処理剤は、水分と接触すると加水分解する。また、直径10〜50μmのノズル内に入っていく必要もある。そのため、塗布溶液調製で用いる溶媒は含水率が低く、かつ表面張力の小さなフッ素系の溶媒が望ましい。具体的には3M社製のFC−72、FC−77、PF−5060、PF−5080、HFE−7100、HFE−7200、デュポン社製バートレルXF等が挙げられる。
【００３４】
X、あるいはYはパーフルオロポリエーテル鎖とアルコキシシラン残基との結合部位を表している。この部分に特に限定は無いが、液性が若干塩基性に片寄っているインクを用いた場合でも加水分解を受けないような構造のものが好ましい。具体的にはアミド結合、エーテル結合等のある構造が望ましい。また、エステル結合やイオン結合の無い構造が望ましい。
【００３５】
また、撥インク処理剤によって形成される撥インク層の作製は、実施例で示されるテープと水溶性樹脂による方法が挙げられる。その他ノズルプレート全面に撥インク層を形成した後、不要の部分をプラズマアッシャー、あるいはサンドブラスト等で物理的に除くことも可能である。
（２）用いるインク
用いるインクは、着色剤とそれを分散あるいは溶解する溶媒が主成分である。
【００３６】
着色剤が染料の場合、溶媒中にほぼ溶解した形で存在する。黒の場合はニグロシン系の化合物が主に使われる。他の色はアゾ系、ローダミン系、キサンテン系、ナフトール系等が使われる。
【００３７】
これに対して顔料の場合は、溶媒中に分散する形で存在する。黒の場合はカーボンブラックが主に使われる。このインクで形成された画像は耐光性が高く、長期保存に向いている。しかし、溶媒への分散を良好に保つため、種々の分散剤が必要である。また、カーボンブラック等の顔料は硬度が高いため、固体表面の研磨剤として働いてしまうことがある。ノズルプレート表面のインクを除去するために該プレートをシリコーンゴム板で擦る際、インク中の顔料がプレート表面を研磨し、撥インク層を削り取ってしまうことがある。そのため顔料の研磨に耐えられる撥インク層が必要となる。なお、他の色はピグメントイエロー1、2、3、5、12、13、14、15、83、ピグメントオレンジ1、5、13、16、17、24、ピグメントレッド1、2、3、4、5、7、9、12、22、23、37、38、48、49、50、51、53、57、58、60、63、81、83、88、112、ピグメントバイオレット1、3、23、2、ピグメントブルー1、2、15、16、17、ピグメントグリーン2、7、8、10等が挙げられる。
【００３８】
溶媒はその表面張力と粘度によって画像形成する際の紙・OHPシートへの浸透性・拡散性を制御することができる。表面張力が小さいと、浸透性・拡散性が高まる傾向がある。また、粘度が低いと、浸透性・拡散性が高まる傾向がある。さらに、粘度が低いと、インクジェットヘッドからの吐出量が多くなる傾向がある。
（３）ノズルプレート
図２にノズルプレートの断面の模式図を示す。
【００３９】
ノズルプレート１はノズル穴２を有する。インクを吐出するノズルプレート１の表面に撥インク層３が設けられている。また、ノズル穴２の内側の一部にも撥インク層３が設けられている。種々の大きさのノズル穴・ノズルプレート表面から深さが異なる撥インク層を形成し、種々のインクを用いてインク吐出実験をした結果、撥インク層３のノズル内面への深さは、ノズルプレート１の表面からノズル直径の1／4未満までとするのが望ましいことが分かった。1／4以上に徐々に深くなると、撥インク性によるインク供給量の減少という影響が出始め、インクの吐出性能が徐々に低下する傾向がみられた。ただし、その場合でも、耐擦性の点では従来よりも優れた結果が得られた。
【００４０】
次にノズルプレート１の材料を記述する。ノズルプレート１は、撥インク処理剤と反応するための水酸基を多く有していることが望ましい。そのため金属材料が好ましい。特に鉄、クロム等の含有量が多いものが好ましい。ただインクが水性の場合、油性インクに比べて空気中の水分が溶解しやすく、これがノズルを腐食する原因になる可能性がある。そのためノズルプレート１の材料は防錆性を考えるとステンレス製が望ましい。具体的にはオーステナイト系のSUS201、SUS202、SUS301、SUS302、SUS303、SUS303Se、SUS304、SUS304L、SUS304N1、SUS304N2、SUS304LN、SUS305、SUS309S、SUS310S、SUS316、SUS316L、SUS316N、SUS316LN、SUS316J1、SUS316J1L、SUS317、SUS317L、SUS317J1、SUS321、SUS347、SUSXM7、SUSXM15J1、SUS329J1、フェライト系のSUS405、SUS410L、SUS430、SUS430F、SUS434、SUS447J1、SUSXM27、マルテンサイト系のSUS403、SUS410、SUS410J1、SUS416、SUS420J1、SUS420F、SUS431、SUS440A、SUS440B、SUS440C、SUS440F、析出硬化系のSUS630、SUS631等が挙げられる。またインクに防錆剤が添加されている場合は、腐食しやすい鉄−ニッケル合金等を用いることもできる。インクジェットヘッドのハウジングの母材がシリコンウエハであり、熱硬化型接着剤でハウジングとノズルプレートを接着する際は、シリコンウエハと線膨張率の近い鉄：ニッケル＝50〜65：35〜50の比率の合金が好ましい。
【００４１】
金属以外の材料でも酸素プラズマ等で水酸基を導入することが可能である。この材料としてはシリコンウエハ、酸化ジルコニウム等の無機材料やポリイミド、ポリプロピレン等の樹脂が挙げられる。いずれも用いるインクに接触することで溶解・膨潤等の変化を起こさない材料が適応する。
（４）インクジェットヘッド
図３にインクジェットヘッドの断面の模式図を示す。
【００４２】
図３において、４は記録ヘッドのハウジング、５はインク室、６は圧電素子、７は圧電素子制御系、８はダイアフラム、９はインク流路、１０は記録ヘッドの走行をガイドするガイドレール、１１はプーリー、１２はベルトを示している。
【００４３】
記録ヘッドにインクを充填すると、インクはインク室５からインク流路９を通ってノズル近傍に達する。画像形成の際は、圧電素子６による圧力を受けてダイアフラム８が変形する。するとインク流路９の体積が狭くなり、結果としてインクはノズルから吐出される。吐出したインクは紙やOHPシートに付着して画像が形成される。
（５）インクジェットプリンタ
図４にインクジェットプリンタの模式図を示す。
【００４４】
図４において、１０はガイドレール、１２はベルト、１３はプリンタのハウジング、１４は記録ヘッド、１５は給紙装置、１６は紙、OHPシート、１７は紙送りロール、１８は用紙受けトレー、１９はベルト駆動用モーター、２０はヘッドクリーニングのためのシリコーンゴム板、２１はシリコーンゴム板２０の台を示している。
【００４５】
インクの吐出・記録ヘッド１４の動き・紙送り機構を制御することで画像が形成される。また、記録ヘッド１４のノズルプレートに付着したインクは、クリーニングのためのシリコーンゴム板２０に擦られることで除去される。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
インク吐出ノズルを有するノズルプレートの表面に撥インク層を形成する方法を、図５を用いて説明する。
【００４６】
なお、以下の説明では、インクの吐出側ノズルを有する表面をおもて面、そうでない面を裏面と記述する。
【００４７】
SUS304製で厚さ80μmのノズルプレート（ノズルの直径は30、40、および60μmのものを用意）おもて面にマスキングテープとして種々の3M社製工業用テープを貼り、その上から10kg／cm2の圧力を30秒間かける。なお、3M社製工業用テープはNo.966、4485、Y4627、4016、MIX−802、1060の6種類を用いた。後述するようにテープの種類によってノズル内側のマスキングの深さが異なってくる。次に、裏面に水溶性樹脂として和光純薬製ポリビニルアルコール（繰り返し単位は1500）の15重量％水溶液を塗布する。ポリビニルアルコールが乾燥後、マスキングテープを剥離し、化合物１の3M社製PF−5080溶液（濃度：0.5重量％）に10分間浸漬後、120℃で20分間加熱する。次に、このノズルプレートを80℃の水を入れたビーカー中に入れた後、ビーカーを超音波洗浄器で10分間振動させる。水を取り替え、再び超音波洗浄器で10分間振動させる操作を以後4回繰り返し、ポリビニルアルコールを除去する。このようにしてインク吐出ノズルを有する表面に撥インク層が形成されたノズルプレートを作製する。作製したノズルプレート表面の撥インク層の水との接触角は115〜117°であり、以後の画像形成で用いるインク（表面張力：50 mN／m）に対する接触角は90〜92°であった。また、撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、4〜5nmであった。
【００４８】
このノズルプレートを図３に示すインクジェットヘッドに取り付け、更にこのインクジェットヘッドを図４に示すインクジェットプリンタに装着し、印刷したところ、用いたマスキングテープ、およびノズルの直径によって状況が異なり、表1の網掛けの条件の場合に非常に良好な画像が得られ、網掛けの無い条件のものについては、画像濃度が若干低いものがみられた。なおインクの顔料はニグロシン系の染料インクである。
【００４９】
【表１】
0004087085.tif 000012
【００５０】
そこで、インクの付着していない部分に撥インク層が形成され、インクの付着している部分は撥インク層が形成されていないとみなし、ノズルプレートをノズル内が観察できるようノズルの真ん中から切断し、ノズル内のインク付着部分を観察した。結果を表1に示す。いずれのインクジェットヘッドにおいても、撥インク層のノズル内面への深さは、ノズルプレートの表面からノズル直径の1／4未満までにするのが望ましいことが分かった。1／4以上に徐々に深くなると、インクの吐出性能も徐々に低下する傾向がみられた。ただし、その場合でも、耐擦性の点では従来よりも優れた結果が得られた。
【００５１】
ここで、表1の網掛けの条件のものについて印刷後、ヘッドクリーニングのためインクジェットプリンタ内のシリコーンゴム板にインクジェットヘッドのノズルプレートを圧力60g／cm2で往復3回擦った場合の結果を下記すると、上記操作によりノズルプレートの表面に若干付着しているインクが除去された。印刷した後ヘッドクリーニングする操作（以後耐擦試験と記述する）を10000回行った。その結果、耐擦試験10000回後もヘッドクリーニングによってノズルプレートの表面に若干付着しているインクを除去できた。また、10000回後のノズルプレートの接触角は、水に対しては98〜100°、インクに対しては73〜75°であった。
【００５２】
上記ヘッドクリーニングは、通常の使用条件では、スイッチを入れる際と、100枚程度印刷の都度1回行う可能性がある。1日に1回スイッチを入れ、1日300枚印刷すると仮定した場合、本実施例のインクジェットヘッドの耐久性は、通常の使用条件では2500日、すなわち7年近い長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００５３】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では2500日、すなわち7年近い長期にわたりインクジェットヘッドを交換する必要が無いという、実質的にメンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔比較例１〕
化合物1の代わりに、撥インク作用を示す部位としてのパーフルオロアルキル鎖と、ノズル表面と結合するためのアルコキシシラン残基を有する化合物であるヒドラス化学株式会社製1H,1H,2H,2H−パーフルオロドデシルトリエトキシシラン（今後化合物9と記述する）を用いる以外は、実施例１と同様の実験を行った。
【００５４】
【化１２】
0004087085.tif 000013
【００５５】
なお、撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、4〜5nmであった。
【００５６】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を行い、シリコーンゴムに対する耐擦性を調べたところ、30回あたりからクリーニングが不十分になり、ノズルプレート表面にインク滴が残るようになった。このときのノズルプレートの接触角を測定したところ、水に対しては52〜65°、インクに対しては23〜27°と接触角が低下していることが分かった。
【００５７】
耐擦試験も100回目終了時には、ノズルプレート表面はインクをほとんどはじかなくなり、ほとんどのインクがクリーニングされずに残った。そこで100回後のノズルプレートの接触角も測定したところ、水に対しては40〜43°、インクに対しては12〜15°と大きく低下していることが分かった。
〔実施例２〕
インクを染料インクに代えて、黒の顔料インク（着色剤：カーボンブラック、表面張力：50 mN／m）を用いる以外は、実施例1と同様の実験を行った。
【００５８】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を10000回行った。その結果、いずれのノズルプレートでも耐擦試験10000回後のヘッドクリーニングによってノズルプレートの表面に若干付着しているインクを除去できた。また、10000回後のノズルプレートの接触角は、水に対しては82〜85°、インクに対しては61〜63°であった。なお、耐擦試験前の水に対するノズルプレートの接触角は115〜117°、インクに対する接触角は90〜92°であった。結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
0004087085.tif 000014
【００６０】
〔比較例２〕
化合物1の代わりに、撥インク作用を示す部位としてのパーフルオロアルキル鎖と、ノズル表面と結合するためのアルコキシシラン残基を有する化合物である化合物９を用いる以外は、実施例２と同様の実験を行った。
【００６１】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を行い、シリコーンゴムに対する耐擦性を調べたところ、5回目あたりからクリーニングが不十分になり、ノズルプレート表面にインク滴が残るようになった。このときのノズルプレートの接触角を測定したところ、水に対しては51〜66°、インクに対しては22〜26°と低下していることが分かった。
【００６２】
耐擦試験も15回目終了時には、ノズルプレート表面はインクをほとんどはじかなくなり、ほとんどのインクがクリーニングされずに残った。そこで15回後のノズルプレートの接触角を測定したところ、水に対しては38〜40°、インクに対しては10〜12°と大きく低下していることが分かった。
〔実施例３〕
化合物1の代わりに、化合物２〜８を用いる以外は、実施例２と同様の実験を行った。
【００６３】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を10000回行った。その結果、いずれのノズルプレートにおいても耐擦試験10000回後のヘッドクリーニングによって表面に若干付着しているインクが除去できた。また、10000回後のインクに対するノズルプレートの接触角は61〜89°であった。なお、耐擦試験前の水に対するノズルプレートの接触角は115〜120°、インクに対する接触角は90〜95°であった。表２に上記接触角測定の結果を併記する。また、化合物２〜８によって形成される撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、4〜8nmであった。
【００６４】
そして、本実施例によれば、実施例１、２と同様、インクジェットヘッドの耐久性は、通常の使用条件では2500日、すなわち７年近い長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００６５】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では2500日、すなわち7年近い長期にわたってインクジェットヘッドを交換する必要が無いという、実質的にメンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔実施例４〕
耐擦試験を30000回行う以外は、実施例２、３と同様の実験を行った。その結果、化合物１、２を処理したノズルプレートは、シリコーンゴム板でワイプしてもインクの残量が認められた。化合物３、４を処理したノズルプレートは、化合物１，２を処理したものに比べて残量は少ないものの、シリコーンゴム板でワイプしても、これまた若干インクが残った。これに対し、化合物５〜８を処理したノズルプレートは、耐擦試験前と同様、ワイプによってインクを除去することが可能であった。耐擦試験後のノズルプレートのインクに対する接触角を表２に併記する。化合物５〜８を処理したノズルプレートは、接触角が60〜77°であった。これに対し、化合物１〜４を処理したノズルプレートは、接触角が11〜30°まで下がった。
【００６６】
1日300枚印刷すると仮定した場合、化合物５〜８のように、分子内に複数のパーフルオロポリエーテル鎖を有する化合物でノズルプレートに形成された撥インク層を有するインクジェットヘッドは、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００６７】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期にわたってインクジェットヘッドを交換する必要が無いという、実質的にメンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔実施例５〕
ノズルプレートを15重量％の硝酸に10秒間浸した後、すぐ水で洗って硝酸を除去する。さらに、ノズルプレートに付着している水を乾燥窒素で揮発させ、以後、実施例２と同様の実験を試みた。ただし、撥インク処理剤は、実施例３で耐擦性の低い結果であった化合物１〜４のみ用いた。また、化合物１〜４によって形成される撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、6〜10nmであった。
【００６８】
実施例３に示すように単に化合物1〜4を処理したノズルプレートは、30000回の耐擦試験により、ノズルプレート部分における撥インク性の低下がみられた。これに対し、ノズルプレートを予め硝酸に浸漬する操作を行っておくことで、耐擦試験前と同様、ワイプによってインクを除去することが可能であった。
【００６９】
なお、耐擦試験後のノズルプレートのインクに対する接触角を表３に示す。
【００７０】
【表３】
0004087085.tif 000015
【００７１】
ノズルプレートのインクに対する接触角は62〜74°であり、硝酸に浸漬する操作を行わなかったものに比べて接触角の低下も小さかった。
【００７２】
以上より、予め硝酸に浸漬する操作を行った後に、パーフルオロポリエーテル化合物からなる撥インク層が形成されたノズルプレートを用いるインクジェットヘッドは、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００７３】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期にわたってインクジェットヘッドを交換する必要が無いという、実質的にメンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔実施例６〕
ノズルプレートに酸素プラズマを照射し、以後、実施例２と同様の実験を試みた。ただし、撥インク処理剤は、実施例３で耐擦性の低い結果であった化合物１〜４のみ用いた。
【００７４】
また、用いた装置は、ダイオニクス社製プラズマアッシャー型番IPC−8005Tであり、チャンバー内の酸素導入前の圧力は0.1Torr以下、酸素導入後の圧力は0.5Torr、装置の高周波電源の出力は300Wに設定し、ノズルプレートへのプラズマ照射は30秒間行った。なお、化合物1〜4によって形成される撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、6〜10 nmであった。
【００７５】
実施例３に示すように単に化合物１〜４を処理したノズルプレートは、30000回の耐擦試験により、ノズルプレート部分における撥インク性の低下がみられた。これに対し、ノズルプレートに予め酸素プラズマを照射する操作を行っておくことで、耐擦試験前と同様、ワイプによってインクを除去することが可能であった。
【００７６】
なお、耐擦試験後のノズルプレートのインクに対する接触角を表３に併記する。
【００７７】
ノズルプレートのインクに対する接触角は60〜73°であり、酸素プラズマ照射を行わなかったものに比べて接触角の低下も小さかった。
【００７８】
以上より、予め酸素プラズマ照射を行った後に、パーフルオロポリエーテル化合物からなる撥インク層を形成されたノズルプレートを用いるインクジェットヘッドは、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００７９】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期にわたってインクジェットヘッドを交換する必要が無いという、メンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔実施例７〕
ノズルプレートの材質をSUS304からFe−42Niに代える以外は、実施例５と同様の操作を行った。その結果、30000回の耐擦試験後も耐擦試験前と同様、ワイプによってインクを除去することが可能であった。
【００８０】
なお、耐擦試験前のノズルプレートのインクに対する接触角は91〜95°であった。また、耐擦試験後のノズルプレートのインクに対する接触角は62〜74°であった。また、化合物１〜４によって形成される撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、6〜10nmであった。
【００８１】
そして、本実施例によれば、実施例５と同様、ノズルプレートの材質が異なっていても、予め硝酸に浸漬する操作を行った後に、パーフルオロポリエーテル化合物からなる撥インク層が形成されたノズルプレートを用いるインクジェットヘッドは、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００８２】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期にわたって記録ヘッドを交換する必要が無いという、実質的にメンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔実施例８〕
ノズルプレートの材質をSUS304からSUS316に代える以外は、実施例６と同様の操作を行った。その結果、30000回の耐擦試験後も耐擦試験前と同様、ワイプによってインクを除去することが可能であった。
【００８３】
なお、耐擦試験前のノズルプレートのインクに対する接触角は91〜95°であった。また、耐擦試験後のノズルプレートのインクに対する接触角は60〜73°であった。また、化合物１〜４によって形成される撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、6〜10nmであった。
【００８４】
そして、本実施例によれば、実施例６と同様、ノズルプレートの材質が異なっていても、予め酸素プラズマ照射を行った後に、パーフルオロポリエーテル化合物からなる撥インク層が形成されたノズルプレートを用いるインクジェットヘッドは、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００８５】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では7500日、すなわち20年以上の長期にわたって記録ヘッドを交換する必要が無いという、実質的にメンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔実施例９〕
インクをハイドロカーボン系の化合物が溶媒の主成分であり、かつ水に難溶の油性の染料インク（表面張力：28 mN／m）を用いる以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、10000回の耐擦試験後も耐擦試験前と同様、ワイプによってインクを除去することが可能であった。
【００８６】
なお、耐擦試験前のノズルプレートのインクに対する接触角は64〜66°であったが、耐擦試験後は39〜42°であった。
【００８７】
以上より、本実施例のインクジェットヘッドは、油性のインクを用いた場合でも通常の使用条件では2500日、すなわち7年近い長期使用に耐える高耐久性を有することが示された。
【００８８】
また、本実施例のインクジェットプリンタは、耐久性の高いインクジェットヘッドを用いるため、通常の使用条件では2500日、すなわち7年近い長期にわたってインクジェットヘッドを交換する必要が無いという、メンテナンスの必要の無い装置であることが示された。
〔比較例３〕
化合物1の代わりに、撥インク作用を示す部位としてのパーフルオロアルキル鎖と、ノズル表面と結合するためのアルコキシシラン残基を有する化合物である化合物9を用いる以外は、実施例９と同様の実験を試みた。
【００８９】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を行おうとしたところ、２回目からシリコーンゴムによるクリーニングが不十分になり、ノズルプレート表面にインク滴が残った。このときのノズルプレートの耐擦試験を行った部分の接触角を測定したところ、インクに対しては10〜15°しかないことが分かった。
〔比較例４〕
撥インク処理剤として化合物１、あるいはアウジモント社製フォンブリンZ−25、アウジモント社製フォンブリンZ−03、ダイキン工業製デムナムS65、デュポン社製クライトックス143AAの0.5重量％溶液（溶媒は3M社製PF−5080）を用いる以外は、実施例２と同様の実験を行った。フォンブリンZ−25、フォンブリンZ−03、デムナムS65、クライトックス143AAはいずれもパーフルオロポリエーテル鎖を有する化合物であるがアルコキシシラン残基は有していない。
【００９０】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を行い、シリコーンゴムに対する耐擦性を調べたところ、フォンブリンZ−25、フォンブリンZ−03、デムナムS65、クライトックス143AAを用いた場合は、20回目あたりからクリーニングが不十分になり、ノズルプレート表面にインク滴が残るようになった。このときのノズルプレートの接触角を測定したところ、水に対しては51〜66°、インクに対しては22〜26°と低下していることが分かった。
【００９１】
フォンブリンZ−25、フォンブリンZ−03、デムナムS65、クライトックス143AAを用いた場合、耐擦試験が100回目終了時には、ノズルプレート表面はインクをほとんどはじかなくなり、ほとんどのインクがクリーニングされずに残った。100回後のノズルプレートのインクとの接触角を測定した結果を表４に示す。
【００９２】
【表４】
0004087085.tif 000016
【００９３】
化合物１で処理したノズルプレート表面のインクに対する接触角は88〜90°と耐擦試験前とほとんど変わらなかった。しかし、化合物１以外で処理したノズルプレート表面のインクに対する接触角は12°以下と大きく低下していることが分かった。なお、これらにより形成された撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、4〜7nmであった。これも表４に併記する。
【００９４】
以上より、パーフルオロポリエーテル鎖を有する化合物のうちでもアルコキシシラン残基を有する化合物の耐擦性が高いことが示された。
〔比較例５〕
化合物９で撥インク層を形成後、この上にアウジモント社製フォンブリンZ−25、あるいはアウジモント社製フォンブリンZ−03、ダイキン工業製デムナムS65、デュポン社製クライトックス143AAの0.5重量％溶液（溶媒は3M社製PF−5080）を塗布する以外は、比較例２と同様の実験を行った。すなわち、撥インク層を２層構造にする以外は比較例２と同様の実験を行った。
【００９５】
そして、上記のようにして得られたインクジェットヘッドに対して耐擦試験を行い、シリコーンゴムに対する耐擦性を調べたところ、100回目あたりからクリーニングが不十分になり、ノズルプレート表面にインク滴が残るようになった。このときのノズルプレートの接触角を測定したところ、水に対しては50〜64°、インクに対しては20〜24°と低下していることが分かった。
【００９６】
フォンブリンZ−25、フォンブリンZ−03、デムナムS65、クライトックス143AAを用いた場合、耐擦試験が300回目終了時には、ノズルプレート表面はインクをほとんどはじかなくなり、ほとんどのインクがクリーニングされずに残った。300回後のノズルプレートの接触角を測定した結果を表5に示す。また、比較のため、化合物１で処理したノズルプレート表面の接触角も表５に併記する。
【００９７】
【表５】
0004087085.tif 000017
【００９８】
耐擦試験が300回目終了後、化合物１で処理した場合、インクに対する接触角は84〜87°と耐擦試験前とほとんど変わらなかった。しかし、化合物１以外で処理したノズルプレート表面のインクに対する接触角は12°以下と大きく低下していることが分かった。なお、これらにより形成された撥インク層の厚さを溝尻光学株式会社製エリプソメーターで測定したところ、4〜12nmであった。これも表5に併記する。
【００９９】
以上よりパーフルオロアルキル鎖とアルコキシシラン残基を有する化合物からなる層、およびパーフルオロポリエーテル鎖を有する化合物からなる層の２つからなる撥インク層に比べてパーフルオロポリエーテル鎖とアルコキシシラン残基を有する化合物からなる撥インク層の耐擦性が高いことが示された。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、撥インク性はもちろん耐擦性の点でも従来に比べて優れ、長期使用に耐え得るインクジェットヘッドを得ることができる。
【０１０１】
また、本発明によれば、長期使用に耐え得るヘッドを用いることにより、記録ヘッド交換のメンテナンスが低減されたインクジェットプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撥インク処理剤のノズルプレート表面との結合状態の模式図である。
【図２】ノズルプレート断面の模式図である。
【図３】インクジェットヘッドの模式図である。
【図４】インクジェットプリンタの模式図である。
【図５】ノズルプレートの撥インク層形成方法の概略図である。
【符号の説明】
１…ノズルプレート、２…ノズル穴、３…撥インク層、１４…記録ヘッド、２０…シリコーンゴム板。
【図１】
0004087085.tif 000019
【図２】
0004087085.tif 000020
【図３】
0004087085.tif 000021
【図４】
0004087085.tif 000022
【図５】
0004087085.tif 000023