(57)【要約】【課題】特別な顔料を用いたり、或いは顔料精製をすること無く、不純物としてアルカリ金属イオンを多く含有するＵＶ硬化型インクを用いても、ノズル孔近傍の析出物成長を抑制し、長期の出射安定性が得られるインクジェットヘッドおよびそれを用いた画像記録方法を提供する。【解決手段】ピエゾ方式のインクジェットヘッドにおいて、ピエゾ電極が絶縁され、ノズルプレートの表面または裏面が電気導電性を有し、該電気導電性の表面電位がグランド電位又はプラス電位に維持されていることを特徴とするインクジェットヘッド。【選択図】図４
2009166278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾ方式のインクジェットヘッドにおいて、ピエゾ電極が絶縁され、ノズルプレートの表面または裏面が電気導電性を有し、該電気導電性の表面電位がグランド電位又はプラス電位に維持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】
前記電気導電性を付与する方法が、電気導電性層であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
ノズル孔のオリフィス内面に電気導電性層を有し、ノズルプレートの表面または裏面のいずれかの電気導電性層に導通していることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のインクジェットヘッドを用い、ＵＶ硬化型インクを用いる画像記録方法であって、該ＵＶ硬化型インク中にアルカリ金属イオンを含有する化合物を１０ｐｐｍ以上含有し、ＵＶ光を用いて硬化することを特徴とする画像記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピエゾ方式のインクジェットヘッド及び画像記録方法に関し、特にＵＶインクの出射安定性に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＶ硬化型インクを用いてインクジェット方式による画像形成方法が注目を集めている。これは、種々の受像媒体に対する適応性が高いことによるものであり、例えばインク吸収性の媒体であっても、インク吸収性の無いプラスチック表面や金属表面に対しても、画像記録が可能なためである。
【０００３】
ＵＶ硬化型インクに用いられるインクジェットヘッドとしては、一般にピエゾ型のＤＯＤ（Ｄｒｏｐ  Ｏｎ  Ｄｅｍａｎｄ）ヘッドが用いられてきている。
【０００４】
ＵＶ硬化型インクはラジカル重合型とカチオン重合型に大別され、現在はラジカル重合型が主流であるり、ラジカル重合型のインクは電気電導度が低く、ピエゾ電極が絶縁されていないインクジェットヘッドでも使用可能である。
【０００５】
しかしながら、もう一方のカチオン重合型のＵＶ硬化型インクは、イオン性のトリアリールスルホニウム塩などの光酸発生剤を開始剤種として含有するため、インクは僅かに電気電導性を持っている。このため、圧電素子であるＰＺＴ素子を駆動させるための電極が絶縁されていないと、接触したインクが電気泳動や電気化学反応を起こす場合があった。
【０００６】
これらの現象を防ぐには、電極の絶縁が最も効果的である。
【０００７】
しかしながら、電極を絶縁しても、長期の出射安定性に支障を起こす場合があることが、本発明者の検討により分かってきた。
【０００８】
カチオン重合型のＵＶ硬化型インクを長期間にわたりインクジェットヘッドより出射すると、ノズル孔の近傍にアルカリ金属イオンを含む析出物が生成することがあり、この析出物はインクの直進性を損ね、最終的には詰まりを引き起こす。
【０００９】
この析出現象は、（ａ）アルカリ金属イオンの不純物量の多いインク、（ｂ）ノズル出射面にＵＶ光が漏れてくる、（ｃ）インクを出射するノズル、の組み合わせで起こる特異的なものであることが分かった。そしてノズル出口のメニスカス面上に析出物が成長することが分かった。
【００１０】
アルカリ金属イオンがノズルのメニスカス面に局在化し、かつＵＶ光が照射されたとき、アニオン種が生成し、インクに不溶性の金属塩を生成するためと推定される。
【００１１】
また、一方では、電極の絶縁により、インクに電荷が残り、出射安定性を損ねると言う問題が発生し、加圧室、流体抵抗部、共通流路室のインク接液部分とノズル板との接合面、振動板の絶縁性膜の全面に、電気導電層をもうけて電気シールド性を持たせ、インクの電気分解や電気泳動による液体の流れを防ぎ、出射安定性を得る方法が開示されている（特許文献１参照。）。しかしながら、該特許文献１には、ノズルプレートの表面或いはノズル孔に関する記載はない。
【００１２】
一方、精度の高いノズル孔を形成するために電解メッキ法を用いてノズルプレートを金属で形成する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。ここに記載されているような電気導電性の金属製ノズルプレートを用いることは良く知られた技術である。
【特許文献１】特開２００４−６６５７１号公報
【特許文献２】特開平７−３２９３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、特別な顔料を用いたり、或いは顔料精製をすること無く、不純物としてアルカリ金属イオンを多く含有するＵＶ硬化型インクを用いても、ノズル孔近傍の析出物成長を抑制し、長期の安定出射性が得られるインクジェットヘッドおよびそれを用いた画像記録方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、ノズルプレート全面に電気導電性層を設け、かつ、該電気導電性層の電位をグランドレベルに設定することにより、インク中に含まれるアルカリ金属イオンがメニスカス界面に局在化することを防ぐことにより、アルカリ金属塩からなる析出物の形成を抑制し、長期出射安定性が得られることを見出したものである。
【００１５】
更には積極的にプラス電位に帯電させることにより、析出を効果的に抑制することができることを見出した。
【００１６】
即ち、上記課題は、以下の構成により解決することができた。
【００１７】
１．ピエゾ方式のインクジェットヘッドにおいて、ピエゾ電極が絶縁され、ノズルプレートの表面または裏面が電気導電性を有し、該電気導電性の表面電位がグランド電位又はプラス電位に維持されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【００１８】
２．前記電気導電性を付与する方法が、電気導電性層であることを特徴とする前記１に記載のインクジェットヘッド。
【００１９】
３．ノズル孔のオリフィス内面に電気導電性層を有し、ノズルプレートの表面または裏面のいずれかの電気導電性層に導通していることを特徴とする前記２に記載のインクジェットヘッド。
【００２０】
４．前記１〜３の何れか１項に記載のインクジェットヘッドを用い、ＵＶ硬化型インクを用いる画像記録方法であって、該ＵＶ硬化型インク中にアルカリ金属イオンを含有する化合物を１０ｐｐｍ以上含有し、ＵＶ光を用いて硬化することを特徴とする画像記録方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、カチオン重合型のＵＶ硬化性インクを用いたインクジェット記録方法において、ノズル孔近傍の汚染、析出を防止し、長期に亘り安定した出射安定性を維持することがきた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２３】
本発明に用いられるピエゾ方式インクジェットヘッドを図を以て説明する。
【００２４】
図１は、通常用いられるピエゾ方式インクジェットヘッドの１例を示す主要構成断面図である。
【００２５】
図１中、インクジェットヘッド１は、ＰＺＴ素子１５、カバープレート１４、バックプレート１８及びノズルプレート２０によってインク室１６が形成され、マニホールド１３、インク供給チューブ１１等が接続され、インクジェットヘッド筐体に保持されている。矢印方向に供給されたインクはインク室１６に保持され、ＰＺＴ素子に電荷を印可することによりノズル孔１０よりインク滴１７として吐出される。
【００２６】
図２は、インクジェットヘッドの更なる分解斜視図である。各部材は図１と同様である。
【００２７】
図３は、本発明に係るノズルプレートを示す図であり、図３（ａ）は、ノズルプレートの正面図、図３（ｂ）はその断面図である。
【００２８】
該ノズルプレートは大気側の表面（大気面）２１と裏面（インク接液面）２２、と貫通するノズル孔を形成するオリフィス面２３とを有している。
【００２９】
図３（ｂ）に示す様にノズル孔の断面は、通常接液面が広く、大気側が狭いテーパ構造を有しており、ノズルプレート２０は多数のノズル孔１０を有する。
【００３０】
図４は、図３の円形で囲ったノズル孔部分の、本発明の電気導電性層を形成した部分を示す拡大図である。
【００３１】
本発明は、品質レベルの低い、不純物としてアルカリ金属を多く含むＵＶ硬化型インクジェット用インクを用いて画像形成したとき、このオリフィス面にアルカリ金属を含有する析出物が生成し、インクの直進性を阻害し、最終的には詰まりを引き起こすことという課題を見出し、その解決策を見出したものである。
【００３２】
即ち、本発明は、カチオン重合型のＵＶ硬化性インクジェット用インクに特有の問題であり、前述した如く、駆動されたノズルのみに析出物が発生する現象であり、ＵＶ光が照射されたノズル孔のみに起こる現象であり、析出物はアルカリ金属を多く含む物質で構成されているものである。
【００３３】
これらの現象から、発明者らは種々考察し、仮説を立てて検証したが、未だその原因を明確にできていない。しかしながら、ノズルプレートの表面側或いは裏面側に電気導電性層を形成し、電位をグランドレベル、更には＋側に設定することにより、析出物の発生を効果的に防止できることを見出した。
【００３４】
更には、本発明においては、オリフィス面にも電気導電性層を形成し、表面側或いは裏面側の電気導電性膜と接合、短絡させることにより、より効果的に析出物の発生を防止できることを見出した。
【００３５】
本発明のノズルプレートの好ましい態様を図４を用いて説明する。
【００３６】
図４（ａ）のノズルプレート３０は、表面側に電気導電性層３１を形成したもの、（ｂ）は、電気導電性層３３を裏面側に形成したもの、更に、図４（ｃ）はオリフィス面にも電気導電性層３５を形成し、表面側の電気導電性層３１と導通させたもの、図４（ｄ）はオリフィス面にも電気導電性層３５を形成し、裏面側の電気導電性層３３と短絡させたものを示す。
【００３７】
更に、図４（ｅ）はノズルプレートの表面側、裏面側、オリフィス面の総ての面に電気導電性層を形成したものである。
【００３８】
本発明に用いられるピエゾ方式インクジェットヘッドの作製方法としては、特開２００２−１０３６２９号公報を基本とし作製することができる。
【００３９】
また、インク液の接液面（インク流路やＰＺＴ駆動電極）は絶縁されていないと、インクに電気泳動や電気化学反応が起こるので、電極の絶縁は必須である。
【００４０】
インクの接液面の絶縁の方法としては、特開２００２−１０３６２９号公報や特開２００４−６６５７１号公報を参照して作製することができる。
【００４１】
本発明に用いられるノズルプレートは、導電性の無いノズルプレート基材の表面または裏面乃至はオリフィス面に電気導電性層を形成するものであっても、全体が導電性の金属のノズルプレートであってもよい。
【００４２】
ノズルプレート基材としては、例えば、金属板や樹脂フィルム等種々のものを用いることができる。本発明においては、好ましくは樹脂フィルムであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アロマティックポリアミド樹脂、ポリサルフォン樹脂等の合成樹脂を挙げることができる。ノズルプレート基材の厚みは、６０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００４３】
電気導電性層を形成する材料としては、無機、有機の導電性材料を用いることが出来る。無機の導電性材料としては、金属や金属酸化物の導電性材料を用いることができ、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金、パラジウム、チタン、炭素、窒化チタン、酸化インジウム、酸化スズ、ＩＴＯなどの導電性材料が挙げられる。また有機導電性材料としては、例えば、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセンなどのπ電子共役系導電性高分子を用い、溶剤による塗布等により電気導電性層を形成することができる。
【００４４】
これらの導電性材料を電気導電性層として形成する方法としては、ノズルプレート基材の表面に、プラズマ法、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の方法や導電性材料を溶媒に溶解或いは分散して塗布する方法、電解や無電解メッキ法等や、箔を形成して貼り付ける方法、他の基材の表面に導電性層を形成した後転写する方法等種々の方法を用いることが出来る。
【００４５】
ノズル孔を予め形成した後、電気導電性層を形成したものであっても、基材上に電気導電性層を形成した後ノズル孔を形成する方法であっても良い。
【００４６】
ノズルプレートの表面或いは裏面のみに電気導電性層を形成する方法としては、基材の一方の面に電気導電性層を形成した後、ノズル孔を形成する方法が挙げられ、ノズル孔のオリフィス面にも電気導電性層を形成する場合は、予めノズル孔を形成した後、プレートを導電性材料が溶解された溶液に浸積して電気導電性層を全面及びノズル孔オリフィス面にも形成する方法や、ノズル孔を形成する突起を有する金型の表面に電気導電性層を形成し、金型をプレスすることによりノズル孔を有するノズルプレートを形成する際にオリフィス面及び基材表面にも電気導電性層を転写して形成すると言う方法を挙げることができる。
【００４７】
電気導電性膜の膜厚としては、好ましくは数十ｎｍ〜数百ｎｍである。
【００４８】
形成された電気導電性層の電位はゼロＶ以上が必要であり、好ましくは＋電位である。電位はプラスに設定することで、アルカリ金属イオンのメニスカス面への局在化を効果的に防ぐことができる。＋電位としては、好ましくは０．０１〜１０Ｖであり、更に好ましくは０．０１〜２Ｖの範囲である。１０Ｖ以上ではヘッドを含めた流路に何らかのアクシデントで通電が起こったときにインクが電気泳動を起こしてしまうからである。
【００４９】
最も好ましい構成は、ノズルプレート表裏面からオリフィス内まで、電気導電性層を有し、０．０１〜２Ｖの電位を与える構成である。
【００５０】
＋電位を与える電源装置としては種々の方法を用いることができるが、図５に本発明に用いられる電源装置の１例を示す。
【００５１】
図５に示す電源装置は、２Ｖの電池に１００ｋΩの可変抵抗と１ｋΩの固定抵抗が直列に接続された回路を形成し、図５に示すように端子Ａ及びＢを取り出し、両端子間に電位計が接続されている。可変抵抗を１００ｋΩ〜０まで変更することにより、端子間には０．０１〜２Ｖまでの電圧を発生することが出来る。
【００５２】
本発明の表面に電気導電性層を有するノズルプレートの表面には端子Ｂを接続し、端子Ａをグランドに落とすことにより、ノズルプレートに＋電位を発生し、維持することができる。
【００５３】
更に本発明で好ましく用いられるノズルプレートは、ノズルプレート表面のみ、撥水性の層を更に設けるか、フッ素化合物とＮｉなどの共析メッキにより撥水性を持たせる構成としたものである。尚、オリフィス内部は撥水性を持たせない方が好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。
【００５５】
《インクジェットヘッドの作製》
〈ノズルプレート１の作製〉
厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの一方の面に大気圧プラズマ法（特開）によりＩＴＯの電気導電性層（膜厚２０ｎｍ）を形成した後、エキシマレーザーを用い、電気導電性層が形成された面を大気側とする、大気面径１８μｍ、インク接液面径２０μｍのノズル孔を複数有するノズルプレート１を得た（図４（ａ）参照。）。
【００５６】
〈ＰＺＴ素子〉
ＰＺＴ素子は電界を印加することにより変形を生じる２枚のＰＺＴ圧電材料基板を、分極方向を互いに反対に向けてエポキシ系接着剤等を用いて上下に接合し、それら２枚の圧電材料基板に亘って円盤状の砥石（ダイシングブレード）等の公知の研削機を用いて所定ピッチで互いに平行な複数列の溝を加工することにより、チャネルと隔壁とが交互に形成されている。各インクチャネルに駆動電極を設けた後、インク接液部はパリレンコンフォーマルコーティングにより絶縁性の被膜を形成した。
【００５７】
〈インクジェットヘッドの組み立て〉
上記で作製したＰＺＴ素子、ノズルプレート１の他、下記の材料を準備した。
【００５８】
チューブ：テフロン（登録商標）
マニホールド：ナイロン
カバープレート：セラミックス
これらの材料を組み立て接合することにより、インクジェットヘッド１を作製した。
【００５９】
インクタンク（図示せず）からノズルプレートの間、インク接液面はノズルプレートを除いて全て絶縁性の部材とした。
【００６０】
ノズルプレートの表面（大気面）をグランドアースして電位を０Ｖとした。
【００６１】
実施例２〜５及び比較１〜４
実施例１において、用いたノズルプレート１の代わりに、表１に記載のノズルプレートを用いた以外はインクジェットヘッド１と同様にして各インクジェットヘッドを作製した。
【００６２】
尚、比較例１，２は実施例１と同じインクジェットヘッドを用いた。
【００６３】
比較例３，４の電気導電性層の無いノズルプレートは厚さ５０μｍのポリイミドフィルムをそのまま用い、ノズル孔を形成したものを用いた。
【００６４】
実施例４は、比較例３のノズルプレート（ノズル孔を形成した基材）にインク接液側から大気圧プラズマ法によりＩＴＯ膜を形成したものでオリフィス面にもＩＴＯ膜を形成した。
【００６５】
実施例５は、実施例４のノズルプレートの表面からも大気圧プラズマ法によりＩＴＯ膜を形成し、表裏面及びオリフィス面にもＩＴＯ膜を形成した。
【００６６】
各インクジェットヘッドを用い、ノズルプレートの表面又は裏面（インク接液面）乃至オリフィス面の電気導電性の面の電位を０Ｖ（グランドアース）または０．０１Ｖ乃至０．２Ｖ（図５に示す電源装置を用いた。）に制御した。
【００６７】
〔出射評価〕
上記で作製したインクジェットヘッドを組み込んだＵＶＩＪプリンター（コニカミノルタＨＩＪ社製）を用い、カチオンＵＶインクの長期出射安定性を評価した。
【００６８】
長期出射安定性評価においては、ＵＶランプを点灯し、ＵＶ漏れ光がノズルプレート面に照射される状況とした。
【００６９】
〈ＵＶ硬化型インク〉
インクとしてはアルカリ金属量の異なる２種のカチオン重合性ＵＶ硬化型インクについて評価した。
【００７０】
インクＡ：アルカリ金属（Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇの合計量）が２００ｐｐｍ
インクＢ：アルカリ金属（Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇの合計量）が３０ｐｐｍ
〈評価法〉
長期出射安定性
◎：３０日以上出射しても出射曲がりは発生せず、ノズル孔に析出物は見られない
○：３０日以上出射しても出射曲がりは僅かであり、ノズル孔に析出物は殆ど見られない
△：７日間出射すると出射曲がりが僅かに生じるが、ノズル孔に析出物は殆ど見られない、３０日間の出射で出射曲がりが生じ、ノズル孔に析出物が僅かに見られる
×：１日の出射で出射曲がりが出始め、７日間の出射で出射曲がりが顕著となり、ノズル孔に析出物が大量に観察される
【００７１】
【表１】
2009166278.tif 000003
【００７２】
表から分かる通り、ノズルプレートの裏面或いは表面に電気導電性層を形成し、電位を０以上プラス電位に制御することにより、ノズル孔への析出を効果的に防止することができることが分かる。また、ノズルプレートの表面及びオリフィス面に連続した電気導電性層を形成することにより更に優れた効果を有することがわかる。
【００７３】
尚、△、×で見られる析出物を分析するとアルカリ金属塩が検出された。本ヘッドを用いることにより、アルカリ金属からなる不純物を多く含むインクを用いてもＵＶ漏れ光に伴う出射不良を抑制できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】ピエゾ方式インクジェットヘッドの模式断面図である。
【図２】ピエゾ方式インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】本発明に係るノズルプレートの断面図である。
【図４】本発明の電気導伝性層を有するノズルプレートのノズル孔部分の拡大断面図である。
【図５】本発明に用いられる電源装置の１例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  インクジェットヘッド
１０  ノズル孔
１１  インク供給チューブ
１３  マニホールド
１４  カバープレート
１５  ＰＺＴ素子
１７  インク滴
１８  バックプレート
２０、３０  ノズルプレート
２１  ノズルプレート表面（大気面）
２２  ノズルプレート裏面（インク接液面）
２３  オリフィス面
３１、３３、３５  電気導電性層
【図１】
2009166278.tif 000004
【図２】
2009166278.tif 000005
【図３】
2009166278.tif 000006
【図４】
2009166278.tif 000007
【図５】
2009166278.tif 000008