(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクに接する部分の少なくとも表面が樹脂を有し、外部又は内部のインク出口近傍が撥インク処理されたインク射出ノズルが付いた状態で該樹脂が親水化処理を施されたインクジェットヘッドであって、前記親水化処理がカチオン性の高い樹脂を表面に反応させて付与し、その上に親水性有機物を反応付加させるものであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
プラズマ処理又はオゾン処理を経て後親水化処理が施された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】
前記親水性有機物が酸無水物、カルボキシル基、スルホン酸基又はスルホン酸塩を構造内に含む樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
酸化性ガス又はその溶解水との接触を経て後親水化処理が施されたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
パーフルオロ構造のフッ素樹脂を用いる撥インク処理であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に用いるインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置用のヘッドにおいて、インク流路を含むほとんどの部分に樹脂を用いることは、加工組立が容易で製造の低コスト化が出来るという点からガラス、金属を用いる場合に比べて有利である。しかし樹脂を用いたインクジェットヘッドに水性インクを用いる場合、樹脂表面は撥水性が高く、樹脂部が水性インクに触れる部分で濡れが悪くなるため、インク充填の際インク流路内に気泡を取り残してしまい、流路内に発生した気泡に対して排出操作を行っても排出することが困難である。特にインクを射出するノズル付近に関しては、ノズル内はインクに良く濡れる事が求められ、ノズル口の外部および、またはノズル内の出口近傍は撥インク性であることが求められ、この相反する性質を両立させなければならない。ノズル内のインク濡れ性が悪かったり、ノズル外部の表面の撥インク性が悪い場合にはインクの斜め射出が起ったり、時にはドット抜けが起こる場合が有る。
【０００３】
そこで特開昭６０−２４９５７号には、水性インクの濡れを良くするために酸処理・プラズマ処理等によりインク流路内の樹脂表面に極性基を生成させて親水化処理をすることが、特公平２−５４７８４号には、染料水溶液をインク流路面と接触させた状態で加湿し、予め流路面に染料を吸着または浸透させることにより濡れを良くする方法が、特開平４−３０５４６１号、同４−３２５２５９号にはインクと接する樹脂表面であるインク流路に親水性高分子を表面グラフトすることにより濡れを良くする方法が、それぞれ提案されている。また特開平４−３５７０４０号、同５−２２９１１８号等にはインク流路に酸化物微粒子を塗布する、等多数の方法が提案されている。
【０００４】
しかしこれらの処理による親水化は一時的なもので持続性に乏しく、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たり、親水化処理の効果に持続性は期待できるが処理が複雑でインク流路すべてを処理することは非常に困難であったり、最終的には組立に接着剤等を使用することでその接着剤の撥水性の影響を受け完全な効果を期待できなかったりする。そこでこれらの親水化処理をインクジェットヘッドを組み立てた後に行うことも考えられるが、ノズルは１０〜１００μｍと微細なため親水化処理によりノズル付近に異物が付着してインクが曲がって射出されたり、ひどいときにはノズルをつまらせたりして実用的ではない。また、今までのノズルまわりの撥インク処理では親水化処理の影響を撥インク部が受けてしまい撥インク性が低下してしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、インク流路内の親水性が恒久的に維持されることにより、インク流路内における気泡による様々なトラブルが防止され、ノズル口の外部及びノズル内のインク出口近傍の撥インク性が良好なインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（請求項１）インクに接する部分の少なくとも表面が樹脂を有し、外部又は内部のインク出口近傍が撥インク処理されたインク射出ノズルが付いた状態で該樹脂が親水化処理を施されたインクジェットヘッドであって、前記親水化処理がカチオン性の高い樹脂を表面に反応させて付与し、その上に親水性有機物を反応付加させるものであることを特徴とするインクジェットヘッド。
（請求項２）プラズマ処理又はオゾン処理を経て後親水化処理が施された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）前記親水性有機物が酸無水物、カルボキシル基、スルホン酸基又はスルホン酸塩を構造内に含む樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
（請求項４）酸化性ガス又はその溶解水との接触を経て後親水化処理が施されたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のインクジェットヘッド。
（請求項５）パーフルオロ構造のフッ素樹脂を用いる撥インク処理であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のインクジェットヘッド。
【０００７】
なお本発明は撥インク性ノズルが付いた状態で親水化処理が行われれば良く、完全にインクジェットヘッドモジュールに組み立てられた状態でも中途の状態でも処理される形態は問わない。
【０００８】
以下、本発明について更に述べる。
【０００９】
本発明におけるインクに接する部分の少なくとも表面が樹脂を有するとは、ヘッドの材料自体が樹脂の場合、他の材質の材料の上に上樹脂をコーティングしたもの、或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樹脂が用いられているもので、その部分がインクに接するならいずれも含まれる。
【００１０】
樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ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、ポリメチルメタアクリレート、ポリイミド、ポリアリレート、ポリパラキシリレン、フッ素系ポリマー、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
【００１１】
撥インク処理としては実施例で具体的に述べるが、パーフルオロ構造のフッ素樹脂を用いるものが好ましい。
【００１２】
カチオン性の高い樹脂を表面に反応させて付与し、その上に親水性有機物を反応付加させる場合、カチオン性の高い樹脂を反応させる前に、プラズマ、オゾン、コロナ放電等の処理により活性化することが望ましい。特にオゾンガス、オゾン溶解水、Ｆ2ガス等の酸化性ガス又はその溶解水はインクジェットモジュールに組み立てられて複雑な流路を有する場合でも有効に処理できて好ましい。
【００１３】
またプラズマ処理によるものは、例えば次の処理を具体例として挙げることができる。
【００１４】
（処理条件）
装    置：平行平板型反応装置
原料ガス：酸素
ガス流量：５０ｓｃｃｍ
圧    力：１０Ｐａ
放電方法：高周波（１３．５６ＭＨｚ、出力２００Ｗ）
処理時間：２分間
他に有効なプラズマ処理として、マイクロ波を用いた方法等が挙げられ、採用するガスも酸素に限らず、窒素、アルゴン、炭酸ガス、アンモニアや他のガス又は酸素と不活性ガスの混合ガス等が挙げられる。
【００１５】
本発明におけるカチオン性の高い樹脂とは水に溶解するとプラスに荷電するもので、特にこれに限定されるものではないが、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン等が挙げられる。分子量としてはＭｎで１００以上が好ましく、更に好ましくはＭｎで１０００〜１００，０００である。
【００１６】
カチオン性の高い樹脂はプラズマ処理、オゾン処理、コロナ放電処理等を行ったインクジェット記録ヘッドの樹脂部の表面に存在する官能基（−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＯＯＨなど）と反応して樹脂表面に固定される。
【００１７】
カチオン性の高い樹脂を反応させるには、代表的にはポリエチレンイミン、ポリアリルアミンの水溶液を塗布・乾燥し、４０℃以上で加熱処理した後、純水で洗浄する。もしくは４０℃以上にした上記水溶液に浸漬した後、純水で洗浄することにより行うことが出来る。この場合水溶液の濃度は、０．０１〜５％程度のものが良く用いられる。
【００１８】
次に親水性有機物とは、酸無水物を含む樹脂、カルボキシル基を含む樹脂もしくはカルボキシル基を含むアクリル系モノマー、スルホン酸基又はスルホン酸塩を構造内に含む樹脂等である。酸無水物を含む樹脂としては、メチルビニルエーテル／無水マレイン酸交互共重合体等の無水マレイン酸を含む共重合体、カルボキシル基を含む樹脂としてはポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のアクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基を含むモノマーと他のアクリル酸系モノマーの共重合体、アクリル酸系モノマーとしてはアクリル酸、メタアクリル酸、スルホン酸基又はスルホン酸塩を構造内に含む樹脂としてはスチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム等が挙げられるがこれに限定されるものではない。好ましくはスルホン酸基又はスルホン酸塩を構造内に含む樹脂である。
【００１９】
共重合体に関しては、共重合比が（酸無水物を含む構成単位）：（その他の構成単位）もしくは（カルボキシル基を含む構成単位）：（その他の構成単位）が、１：９９〜１００：０が好ましく、更に好ましくは１０：９０〜１００：０である。
【００２０】
親水性有機物の分子量としてはＭｎで１０００〜１０，０００，０００であり、更に好ましくは１０，０００〜１，０００，０００である。
【００２１】
親水性有機物としてアクリル酸系モノマーを用いる場合は、カチオン性の高い樹脂をＭｎ１０，０００以上にするのが好ましい。親水性有機物はその中に含む酸無水物やカルボキシル基、もしくはアクリル系モノマーの活性二重結合と、インクジェット記録ヘッドの樹脂部表面に存在するカチオン性の高い樹脂とが反応して樹脂表面に固定される。
【００２２】
親水性有機物を反応させるには、例えばメチルビニルエーテル−無水マレイン酸交互共重合体、カルボキシビニルポリマー、メタクリル酸の水溶液を塗布・乾燥し、４０℃以上で加熱処理した後、純水で洗浄する。もしくは４０℃以上にした上記水溶液に浸漬した後、純水で洗浄することにより行うことが出来る。
【００２３】
樹脂に親水性有機物を反応させた後は、アルカリ金属を含む液で洗浄し乾燥させると親水化処理がより確かなものとなり、その効果が長持ちするので好ましい。この時アルカリ金属を含む液は、アルカリ性であることがより好ましい。
【００２４】
本発明のインクジェット記録ヘッドに適用できるインクとして好ましくは、着色剤として色素染料、分散染料又は分散顔料を３〜２０重量％；多くの場合アニオン系、ノニオン系又はカチオン系の界面活性剤を０．０５〜５重量％（分散系の場合、分散助剤を着色剤に対して２０〜１２０重量％）；保湿剤として尿素又はアミン類を０．０１〜５重量％；溶媒として多価アルコール又はそれらのエーテル誘導体を５〜７０重量％含有する水系のものである。これらのうち界面活性剤としてアニオン系又はノニオン系のものを用い、溶媒として多価アルコール又はそれらのエーテル誘導体を用いることが、本発明のインクジェット記録ヘッドの射出性能を補完するのに有利である。
【００２５】
着色剤としては、特に限定無く公知のものを用いることが出来る。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明について詳しく述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
撥インク処理１
ポリイミドシートにＤｕ  Ｐｏｎｔ社製テフロンＡＦ−１６０１の層を塗布・乾燥して設け、所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００２８】
撥インク処理２
ポリイミドシートに旭硝子（株）製非晶性パーフルオロ樹脂、サイトップＣＴＸ−１０７Ａの層を塗布・乾燥して設け、所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００２９】
撥インク処理３
ポリイミドシートに旭硝子（株）製、サイトップＣＴＸ−８０９Ａの層を塗布・乾燥して設け、所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００３０】
撥インク処理４
ポリイミドシートにダイキン工業（株）製ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合樹脂）、ネオフロンＮＤ−１の層を塗布・乾燥後焼き付けして設け、所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００３１】
撥インク処理５
ポリイミドシートに旭硝子（株）製ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）、アフロンＰＦＡ  Ｐ−６６の層を塗布・乾燥後焼き付けして設け、所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００３２】
なお以上において必要であれば、ポリイミドシートにプラズマ処理、コロナ放電処理、オゾン処理、プライマー処理、下地層をもうける等を単独もしくは組み合わせて行っても良い。
【００３３】
インクジェットヘッド駆動部と上記撥インク処理を施したポリイミドシートにエキシマレーザーでノズル穴を開けたノズルプレートを貼り合わせたインクジェットヘッドの、ノズルプレート撥インク処理部及び親水化処理したくない部分にマスクをしプラズマ処理（２００Ｗ，５分）を行った。マスクを取り外し４０℃の日本触媒（株）製ポリエチレンイミン、エポミン  ＳＰ−０１８の１％水溶液に６０分漬けた。取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、乾燥し６０℃のオーブンで１時間ベークした。つづいて４０℃のメチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体（商品名：ＧＡＮＴＲＥＺ  ＡＮ−１６９  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．）０．５％水溶液に６０分漬けて、取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、０．１Ｎ  ＮａＯＨ水溶液に２分漬け、十分純水で洗浄し乾燥させて、インクジェットヘッド１〜５を得た。親水化処理されたかは水接触角を液適法で測定し確認した。
【００３４】
インクジェットヘッド６
インクジェットヘッド駆動部と撥インク処理３を施したポリイミドシートにエキシマレーザーでノズル穴を開けたノズルプレートを貼り合わせたインクジェットヘッドの、ノズルプレート撥インク処理部及び親水化処理したくない部分にマスクをしプラズマ処理（２００Ｗ，５分）を行った。事前にモノマー若しくはモノマー溶液を容器に満たし十分真空脱気し溶存酸素を取り除いておく。プラズマ処理したインクジェットヘッドを耐真空容器に入れ真空脱気する。真空脱気して溶存酸素を取り除いたアクリル酸をこの容器に部材が浸るぐらいまで入れる。この容器を真空封緘し６０℃で３０分グラフト重合反応を進行させた。インクジェット記録ヘッドを十分洗浄後、水接触角を液適法で測定し、インクジェット記録ヘッドにグラフト重合され親水性が付与されたことを確認した。
【００３５】
インクジェットヘッド７
インクジェットヘッド駆動部と撥インク処理３を施したポリイミドシートにエキシマレーザーでノズル穴を開けたノズルプレートを貼り合わせたインクジェットヘッドの、ノズルプレート撥インク処理部及び親水化処理したくない部分にマスクをしプラズマ処理（２００Ｗ，５分）を行った。マスクを取り外し４０℃の日本触媒（株）製ポリエチレンイミン、エポミン  ＳＰ−０１８の１％水溶液に６０分漬けた。取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、乾燥し６０℃のオーブンで１時間ベークした。続いて東ソー（株）製スルホン酸ナトリウム、スピノマーＮａＳＳ  ＰＳ−１００の１％水溶液に漬け、乾燥してから６０℃のオーブンで１時間ベークした。純水で余分なスルホン酸ナトリウムを洗浄後、０．１ＮのＮａＯＨ水溶液に２分漬け、充分純水で洗浄してから乾燥させた。親水化処理されたかは水接触角を液適法で測定し確認した。
【００３６】
比較撥インク処理１
テトラエトキシシラン、γ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルメトキシシランをエタノールとヘキサノールの混合溶媒に加え、塩酸と酢酸でｐＨを調整してポリイミドシートに塗布・乾燥して設ける。続いて９５℃，８０％のオーブンで塗布乾燥済みポリイミドシートを２４時間焼き付けを行う。その後所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００３７】
比較撥インク処理２
ポリイミドシートに旭硝子（株）製ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂）、アフロンＣＯＰ  Ｐ−６６の層を塗布・乾燥後焼き付けして設け、所望のノズルプレートに加工して用いる。
【００３８】
以上において必要であればポリイミドシートにプラズマ処理、コロナ放電処理、オゾン処理、プライマー処理、下地層を設けるなどを単独若しくは組み合わせて行っても良い。
【００３９】
インクジェットヘッド駆動部と比較撥インク処理１、２を施したポリイミドシートにそれぞれエキシマレーザーでノズル穴を開けたノズルプレートを貼り合わせたインクジェットヘッドに、ノズルプレート撥インク処理部および親水化処理したくない部分にマスクをしプラズマ処理（２００Ｗ，５分）を行った。マスクを取り外し８０℃の日本触媒（株）製ポリエチレンイミン、エポミン  Ｐ−１０００の１％水溶液に３０分漬けて、取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、６０℃のメチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体（商品名：ＧＡＮＴＲＥＺ  ＡＮ−１６９  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．）０．５％水溶液に３０分漬けた。取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、０．１Ｎ  ＮａＯＨ水溶液に２分漬け、十分純水で洗浄し乾燥させ比較インクジェットヘッド１、２を得た。親水化処理されたかは水接触角を液適法で測定し確認した。
【００４０】
別途インクジェットヘッド駆動部と比較撥インク処理１、２を施したポリイミドシートにそれぞれエキシマレーザーでノズル穴を開けたノズルプレートを貼り合わせたインクジェットヘッドに、ノズルプレート撥インク処理部および親水化処理したくない部分にマスクをしプラズマ処理（２００Ｗ，５分）を行った。事前にモノマー若しくはモノマー溶液を容器に満たし十分真空脱気し溶存酸素を取り除いておく。プラズマ処理したインクジェットヘッドを耐真空容器に入れ真空脱気し、真空脱気して溶存酸素を取り除いたアクリル酸をこの容器に部材が浸るぐらいまで入れ、この容器を真空封緘し６０℃で３０分グラフト重合反応を進行させた。得られた比較インクジェットヘッド３、４を十分洗浄後、水接触角を液適法で測定し、インクジェットヘッドにグラフト重合され親水性が付与されたことを確認した。
【００４１】
親水化処理の前のプラズマ処理に代えて以下に示すオゾン処理を行った以外はインクジェットヘッド１〜７と同様にしてインクジェットヘッド８〜１４を得た。
【００４２】
オゾン処理
ノズルプレート撥インク部及び親水化処理したくない部分にマスクをし真空ポンプとつながった真空チャンバー内にインクジェットヘッドを置き、真空排気後荏原実業（株）製オゾン発生器ＯＺＳＤ３０００Ａよりオゾンガスをチャンバー内へ流入する。１気圧以上にならないように真空ポンプで引きながら１０分間処理し、真空ポンプで真空に排気する。オゾンの流入、１０分処理、排気を３回、計３０分処理後チャンバーより取り出した。
【００４３】
６４ノズルとした各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実際にインクを射出して評価した。インクタンクからインクをヘッド内に導入し、インクをノズルから２ｍｌ吸引し泡抜き操作を行った。この状態からインクジェットヘッドを１０分間射出しその時の射出状態を観察して欠損ノズルがないか観察した。それぞれ５個ずつインクジェットヘッドを作成し欠損ノズルが発生した場合にはその平均値（小数点以下四捨五入）で評価を行った。その評価を処理直後と１ヶ月後に行った。
【００４４】
結果を以下に示す。
【００４５】
【表１】
0003785854.tif 000002
【００４６】
本発明のインクジェットヘッドはいずれも初期、１ヶ月後ともに安定して射出できるが、比較ヘッド１〜４は射出している間にノズルまわりの撥インク部にインクが付着し隣接ノズル間にインク溜まりが出来斜め射出を起こし始め、そのうち欠損してしまう。付着したインクは徐々に周りのノズルも影響を与え欠損ノズルが増えていく。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば安定した吐出が長期に亘って行える。