JP4261243B2 - Ink jet printer, ink jet head for ink jet printer, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク流路面が親インク性にされたインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ、インクジェットプリンタ用のインクジェットヘッド、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙やＯＨＰシートにインク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。このプリンタの画像形成はヘッドのノズルから用紙に向かってインクを吐出することで、用紙上にインクが付着することで達成される。
【０００３】
その際、ノズル近傍にインクが付着・乾燥すると、これに新たに吐出されたインクが接触し、吐出方向が変化してしまうことがある。このため通常のインクジェットプリンタではヘッドのノズル側表面にはインクを弾く処理（撥インク処理）が施されている。またノズル側表面をワイプする機構も設けられている。
【０００４】
ところでインクジェットヘッド内のインクの流路は狭いため、流路面に何の処理も施されないとインクが充填し難い。即ちインク流路内に気泡が生じインクの充填を阻害する。なお、本発明でいうインク流路とは、インク室からヘッドのノズル内部の撥インク層を形成していない部分（この部分の説明は後述する）までを意味している。そこでインク流路には親インク性を持たせるための処理を行うことが提案されている。例えばインク流路面を粗化する（特開平４−３３９６６３号公報（特許文献１）、特開平８−２６７７５３号公報（特許文献２））、エチレングリコール・ポリプロピレングリコール等の親水（親インク）性物質を塗布する・あるいは酸化等で親インク物質層を形成する（特開平５−１６９６６７号公報（特許文献３）、特開平５−２５４１１９（特許文献４）、特開平６−３４００７１号公報（特許文献５）、特開平７−２６６５５３号公報（特許文献６）、特開平７−２９０７１４号公報（特許文献７）、特開平７−３０４１７６号公報（特許文献８）、特開平８−１１８６５６号公報（特許文献９）、特開平８−２３０１９８号公報（特許文献１０）、特開平８−２３８７７７号公報（特許文献１１）、特開平８−３１８６２８号公報（特許文献１２）、特開平１０−２３５８７７号公報（特許文献１３）、特開平１０−２６４３８３号公報（特許文献１４）、特開平１０−３０５５８４号公報（特許文献１５）、特開平１１−２０１７３号公報（特許文献１６）、特開平１１−９１１１８号公報（特許文献１７）、特開平１１−１６５４１７号公報（特許文献１８）、特開平１１−１７９９２１号公報（特許文献１９）、特開平１１−１９８３７７号公報（特許文献２０）、特開平１１−３３４０６７号公報（特許文献２１）、特開平１１−３３４０７８（特許文献２２）、特開２０００−０４３２７６（特許文献２３））、オゾンや酸素プラズマを照射する（特開平７−１０１０６８号公報（特許文献２４）、特開平７−２７６６２９号公報（特許文献２５））、あるいはこれらの処理を組み合わせるといった方法（特開平８−１０８５３５号公報（特許文献２６）、特開平１０−２５００８４号公報（特許文献２７）、特開平１１−１１５１９３号公報（特許文献２８）、特開平１１−３００９６８号公報（特許文献２９）、特開２０００−０３３６９８号公報（特許文献３０））等が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−３３９６６３号公報（要約）
【特許文献２】
特開平８−２６７７５３号公報（要約）
【特許文献３】
特開平５−１６９６６７号公報（要約）
【特許文献４】
特開平５−２５４１１９号公報（要約）
【特許文献５】
特開平６−３４００７１号公報（要約）
【特許文献６】
特開平７−２６６５５３号公報（要約）
【特許文献７】
特開平７−２９０７１４号公報（要約）
【特許文献８】
特開平７−３０４１７６号公報（要約）
【特許文献９】
特開平８−１１８６５６号公報（要約）
【特許文献１０】
特開平８−２３０１９８号公報（要約）
【特許文献１１】
特開平８−２３８７７７号公報（要約）
【特許文献１２】
特開平８−３１８６２８号公報（要約）
【特許文献１３】
特開平１０−２３５８７７号公報（要約）
【特許文献１４】
特開平１０−２６４３８３号公報（要約）
【特許文献１５】
特開平１０−３０５５８４号公報（要約）
【特許文献１６】
特開平１１−２０１７３号公報（要約）
【特許文献１７】
特開平１１−９１１１８号公報（要約）
【特許文献１８】
特開平１１−１６５４１７号公報（要約）
【特許文献１９】
特開平１１−１７９９２１号公報（要約）
【特許文献２０】
特開平１１−１９８３７７号公報（要約）
【特許文献２１】
特開平１１−３３４０６７号公報（要約）
【特許文献２２】
特開平１１−３３４０７８号公報（要約）
【特許文献２３】
特開２０００−４３２７６号公報（要約）
【特許文献２４】
特開平７−１０１０６８号公報（要約）
【特許文献２５】
特開平７−２７６６２９号公報（要約）
【特許文献２６】
特開平８−１０８５３５号公報（要約）
【特許文献２７】
特開平１０−２５００８４号公報（要約）
【特許文献２８】
特開平１１−１１５１９３号公報（要約）
【特許文献２９】
特開平１１−３００９６８号公報（要約）
【特許文献３０】
特開２０００−３３６９８号公報（要約）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
部品を親インク性に加工後にヘッドを製作する際、部品を接着すると、接着剤が流路にはみ出し、その部分の接触角が高くなる。そこでこの場合はヘッドを組み立てた後に親インク処理が必要になる。この処理に適するのは親インク性物質を塗布する方法である。
【０００７】
しかしエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等バルクが常温で液体の材料は塗布後、徐々に揮発するため、ある程度時間が経過すると親インク性が失われるという問題がある。そこで親インク性の樹脂を流路に塗布する方法が考えられる。しかしポリビニルアルコール、デキストリン等の親インク性樹脂で作製される膜の水との接触角は５０°前後、組成によって異なるがインクジェットプリンタ用インクに対しても２０〜３０°前後と高いため、インク流路の幅が数十μｍの場合は更なる親インク性が求められる。
【０００８】
この点でポリエチレングリコールは平均分子量によっても異なるが、水との接触角が５〜１５°程度と低いためインク流路の幅が数十μｍの場合でも十分対応できる親インク性を有している。
【０００９】
ただポリエチレングリコールも水溶性のためこの材料で作製された親インク層は流路を通過するインクに溶解し、消失してしまう問題があった。
【００１０】
そこでインクに不溶、或いはきわめて難溶の物質による親インク層が求められてきた。ヘッドを組み立てた後に親インク処理を行う場合、流路形状は細く複雑であるため、インク流路への親インク層形成用の塗料（親インク塗料）を充填し、製膜化する方法が現実的である。
【００１１】
しかし多くの場合、親インク塗料は水をかなりの程度含んでいるため流路にはみ出した接着剤には弾かれてしまい、結局親インク層を形成できない。この原因は塗布後の溶媒蒸発の際、初めに水以外の有機溶媒が揮発し、塗布表面の水の割合が相対的に大きくなる。水は有機溶媒に比べて表面張力が大きいため、有機物樹脂からなる接着剤に弾かれてしまう。
【００１２】
そこで本発明者らは親インク塗料にポリビニルアルコールのような増粘剤を加えることで接着剤にも塗布できることも可能であることを見出したが、この方法を試みたところ親インク塗料がインク吐出ノズルを有するオリフィスの表面に付着してしまう問題が生じた。オリフィス表面は撥インク処理が施されており、親インク塗料は弾かれるのであるが、ポリビニルアルコールを含有させたものでは撥インク層も塗布されてしまう問題が出てきた。
【００１３】
以上のようにヘッド組み立て後のインク流路面の親インク処理においては接着剤に弾かれないことと、撥インク層に弾かれる親インク塗料が求められてきた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、親インク層を式（１）に示す原子団を含む非晶質シリコンにより形成し、撥インク層をパーフルオロポリエーテル鎖と末端にアルコキシシラン基を持つ化合物を用いることにより解決できた。特に親インク層の水分含有量が重要であることが実験の結果確認された。水分含有量が３重量％以下であることが重要であることがわかった。親インク材として、コロイダルシリカにその保持体であるシリカゲルＳｉＯ（ＯＨ）を添加したものを、インク流路面に塗布・乾燥すると、好適な親インク層が形成される．
【００１５】
【化５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態は、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のインクジェットヘッドにおいて、該インクジェットヘッドのインクの流路表面に、ＳｉＯ2で保持されたコロイダルシリカからなる親インク層が形成されており、且つオリフィスのインク吐出ノズルを有する面に、パーフルオロポリエーテル鎖を有し末端に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が形成されているインクジェットプリンタ用のインクジェットヘッドである。
【００１７】
ここで、前記撥インク層は、インク吐出ノズルの直径の１／４以内の深さまで形成されていることが望ましい。
【００１８】
本発明の第２の実施形態は、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において、該インクジェットヘッドのインクの流路表面に、ＳｉＯ2で保持されたコロイダルシリカからなる親インク層が形成されており、且つオリフィスのインク吐出ノズルを有する面に、パーフルオロポリエーテル鎖を有し末端に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が形成されているインクジェットプリンタである。
【００１９】
本発明の第３の実施形態は、オリフィスのインク吐出ノズルを有する面に、パーフルオロポリエーテル鎖を有し末端に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を形成する操作後、該インクジェットヘッドのインクの流路表面に、コロイダルシリカとシリカゾルを含有する塗料を塗布し、引き続く加熱によりＳｉＯ2で保持されたコロイダルシリカからなる親インク層を形成する操作が行われることを特徴とするインクジェットプリンタ用のインクジェットヘッド製造方法である。
【００２０】
本発明の第４の実施形態は、オリフィスのインク吐出ノズルを有する面に、パーフルオロポリエーテル鎖を有し末端に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を形成する操作後、該インクジェットヘッドのインクの流路表面に、コロイダルシリカとシリカゾルを含有し含有水分が３％以内である塗料を塗布し、引き続く加熱によりＳｉＯ2で保持されたコロイダルシリカからなる親インク層を形成する操作が行われることを特徴とするインクジェットプリンタ用のインクジェットヘッド製造方法である。
【００２１】
上記インクジェットプリンタ用のインクジェットヘッド製造方法において、前記親インク層の形成が、ヘッド作製後、インク室に親インク塗料を充填し、インク吐出の動作を行わせることにより、インク流路全体に、親インク塗料を接触させた後、余分の親インク塗料をノズルより吸引し、またインク室へインクを投入する口より吸引し、余分の親インク塗料をインク流路より取り除いた後、ヘッドを加熱・乾燥し、親インク塗料中の溶媒を揮発させ、保持体材料であるシリカゾルを硬化させるものであることが好ましい。
【００２２】
本発明の他の実施形態は、インクジェットノズルを介してインク室に連通したインク流路と該ノズルが形成されるオリフィス板とを有するインクジェットヘッドと、記録媒体供給装置と、該インクジェットヘッドを制御するコントローラとを備え、親インク層が該インク流路表面に形成され、撥インク層がノズル穴が設けられたオリフィス板の表面に形成され、該親インク層は前記式（１）の原子団を含む非晶質シリコン層からなり（ここでｐ、ｑ及びｒは１以上の整数であり、ＯＲ1はアルコキシ基である）、該撥インク層はパーフルオロポリエーテル鎖と末端基としてアルコキシシラン残基を有する化合物を含んでいるインクジェットプリンタである。
【００２３】
また、他の実施形態は、インクジェットノズルを介してインク室に連通したインク流路と該ノズルが形成されるオリフィス板とを有するインクジェットヘッドと、記録媒体供給装置と、該インクジェットヘッドを制御するコントローラとを備え、親インク層が該インク流路表面に形成され、撥インク層がノズル穴が設けられたオリフィス板の表面に形成され、該親インク層は前記式（１）の原子団を含むポリマー材料からなり（ここでｐ、ｑ及びｒは１以上の整数であり、ＯＲ1はアルコキシ基である）、該撥インク層はパーフルオロポリエーテル鎖と末端基としてアルコキシシラン残基を有する化合物を含んでいるインクジェットプリンタである。
【００２４】
さらに本発明の他の実施形態は、インクジェットノズルを介してインク室に連通したインク流路と該ノズルが形成されるオリフィス板とを有し、親インク層が該インク流路表面に形成され、撥インク層がノズル穴が設けられたオリフィス板の表面に形成され、該親インク層は前記式（１）の原子団を含む非晶質シリコン層からなり（ここでｐ、ｑ及びｒは１以上の整数であり、ＯＲ1はアルコキシ基である）、該撥インク層はパーフルオロポリエーテル鎖と末端基としてアルコキシシラン残基を有する化合物を含んでいるインクジェットプリンタである。
【００２５】
また、他の実施形態は、パーフルオロポリエーテル鎖と末端基としてアルコキシシラン残基を有する化合物を含む撥インク層をノズルが形成されたオリフィス板の表面に形成し、前記式（１）で表される原子団（ここでｐ、ｑおよびｒは１以上の整数であり、ＯＲ１はアルコキシ基である）を含むポリマーからなる親インク層を上記インク流路面に形成することを特徴とする、インクジェットノズルを介してインク室に連通したインク流路と該ノズルが形成されるオリフィス板とを有するインクジェットヘッドの製法である。上記製法において、親インク層の水分含有量は３重量％以下に制御するのが好ましい。
【００２６】
本発明によれば、パーフルオロポリエーテル鎖と末端基としてアルコキシシラン残基を有する化合物を含む撥インク層をノズルが形成されたオリフィス板の表面に形成し、（ＳｉＯＲ2）で表されるポリマー（ここでＯＲ1はアルコキシ基である）によって結合されたシリカポリマを含み、水分含有量が３重量％以下である親インク層を上記インク流路面に形成することを特徴とする、インクジェットノズルを介してインク室に連通したインク流路と該ノズルが形成されるオリフィス板とを有するインクジェットヘッドの製法が提供される。
【００２７】
以下本発明における主要な項目について説明する。
【００２８】
１．親インク塗料・処理方法等
１，１親インク塗料
本発明で用いられる親インク塗料の組成はコロイダルシリカ（親インク性を発揮する材料）、シリカゾル（塗布後の加熱でコロイダルシリカの保持体であるＳｉＯ2に変化する物質）、溶媒を主成分とする。
【００２９】
それぞれの材料の混合比率は流路の構造や大きさによって異なるので、一概には言えないが、流路にはみ出した接着剤（材質はエポキシ、ウレタン、アクリル等）に弾かれず塗布できるようにするためには塗料としての表面張力は３０ｍＮ／ｍ以下のものが望ましい。
【００３０】
表面張力を低下させるには塗料中の水分割合を下げる、有機溶媒の割合を高める、或いは表面張力の低い有機溶媒を用いる等の方法が挙げられる。しかし一般に水と有機溶媒の混合された塗料では水と共沸する溶媒を用いないと、塗布後の乾燥の際、有機溶媒の方が速やかに蒸発し、乾燥の中間過程で水分割合の大きな状態になる。
【００３１】
そのため塗布した直後は濡れていたものが、時間の経過とともに弾かれることもある。そのため塗料中の水分割合は極力少ないことが望まれる。溶媒として水と共沸するエタノール等を用いた場合でも、水分量は具体的には３％以下が望ましい。
【００３２】
なお本発明の親インク塗料はパーフルオロポリエーテル鎖を有する化合物によって形成されている層には弾かれる。その他の材質で形成された撥インク層には弾かれない傾向がある。例えば、パーフルオロアルキル鎖を有する化合物によって形成されている撥インク層を形成した後、本発明の親インク層を形成する場合は、撥インク層に塗料が付着すると、撥インク性が低下する。従って撥インク層としてはパーフルオロポリエーテル鎖を有する化合物によって形成されている層である必要がある。
【００３３】
（１）溶媒
溶媒はコロイダルシリカの分散性を低下させず、且つシリカゾルが溶解するものとしてアルコール系のものが好ましい。またアルコール系のものの中でも、シリカゾル溶液中に若干含有している水と相溶性のあるものが好ましい。できれば水と無限希釈できるものがより好ましい。以上の点を考慮すると具体的にはメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等が望ましい。
【００３４】
ところで本発明の親インク塗料を塗布されるヘッド部材として考えられる主なものの水との接触角は以下の通りである。アルミニウム（８５〜９５°）、ＳＵＳ（７０〜８０°）、シリコン（５０〜６０°）、ガラス（４０〜５０°）。この中では接触角の一番大きなアルミニウムが一番濡れにくい。
【００３５】
そこでアルミニウムに対して塗料として塗布可能な溶媒を調べたところメタノール（２４．０ｍＮ／ｍ）、エタノール（２４．１ｍＮ／ｍ）、１−プロパノール（２５．３ｍＮ／ｍ）、２−プロパノール（２２．９ｍＮ／ｍ）、１−ブタノール（２７．２ ｍＮ／ｍ）、ｔ−ブタノール（２２．２ｍＮ／ｍ）、１−ペンタノール（２７．５ｍＮ／ｍ）、２−ペンタノール（２６．０ｍＮ／ｍ）等（（）内は表面張力）があった。これらはアルミ板との接触角が１０°以下であった。しかし２−エトキシエタノール（３０．６ｍＮ／ｍ）、エチレングリコール（５０．２ｍＮ／ｍ）、ジエチレングリコール（４７．０ｍＮ／ｍ）、トリエチレングリコール（４７．３ｍＮ／ｍ）等（（）内は表面張力）の溶媒はアルミ板との接触角が１０°以上である。
【００３６】
これらの結果より表面張力でみてもおおむね３０ｍＮ／ｍ以下のものがアルミ板に薄く塗布できる溶媒と考えられる。また水との接触角がアルミ板より低いＳＵＳやガラスの場合はもう少し表面張力が大きい場合でも塗布可能である。以上より用いる溶媒は部材によって選択する必要があるが、溶媒の濡れ性と表面張力の関係からも示されるように塗料としても既記のように３０ｍＮ／ｍ以下の組成になることが望ましい。
【００３７】
（２）親インク材料
本発明では親インク材料としてコロイダルシリカを用いる。コロイダルシリカは通常水に分散した形であるが、これを用いた場合は塗料中の水分の割合が増えるので好ましくない。そこで本発明では水を極力含まないように主溶媒として有機溶媒に分散したものを用いる。用いる有機溶媒は上記「（１）溶媒」と同様の理由でメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等が望ましい。
【００３８】
またアルコール系溶媒や水と相溶性の高いジメチルアセトアミド等も使用可能である。
【００３９】
親インク層は、前記式（１）の原子団を含む非晶質シリコン層からなり、該撥インク層はパーフルオロポリエーテル鎖と末端基としてアルコキシシラン基を有する化合物を含んでいる。
【００４０】
コロイダルシリカの平均粒子径は大きすぎると流路表面に大きな凹凸を形成し、インクの流れを阻害する可能性がある。インクジェットプリンタの流路幅は数十〜数百μｍなので、サブμｍオーダーの凹凸はインクの流れにかなり影響を与える。そのため平均粒子径は１００ｎｍ以下が望まれる。できれば１０〜２０ｎｍ程度がより好ましい。
【００４１】
以上のような条件で材料を選んでいくと、具体的には日産化学製のコロイダルシリカＭＴ−ＳＴ、ＩＰＡ−ＳＴ、ＥＧ−ＳＴ、ＥＧ−ＳＴ−ＺＬ、ＮＰＣ−ＳＴ、ＤＭＡＣ−ＳＴなどが例示される。
【００４２】
（３）保持体材料
本発明の親インク層の保持体はＳｉＯ2である。塗料の段階でＳｉＯ2の構造になっているとコロイダルシリカを保持できない。そのためＳｉＯ2の前駆体であるシリカゾルの形で塗料に添加する。シリカゾルはアルコキシシランが平均数十〜数百個重合したものである。平均分子量としては数千〜数万である。これは含水アルコールに溶解する。アルコールとしては親インク材料、溶媒との相溶性の良好なメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等が好ましい。
【００４３】
１．２．親インク塗料塗布・親インク層形成の方法
親インク塗料のインク流路への塗布方法は、次の通りである。ヘッド作製後、インク室に親インク塗料を充填する。インク吐出の動作を行わせることにより、インク流路全体に、親インク塗料を接触させる。その後、余分の親インク塗料をノズルより吸引する。
【００４４】
またインク室へインクを投入する口より吸引し、余分の親インク塗料をインク流路よりできるだけ吸引除く。その後、ヘッドを加熱・乾燥し、親インク塗料中の溶媒を揮発させ、保持体材料であるシリカゾルを硬化させることで親インク層が形成する。
【００４５】
熱硬化温度は溶媒の揮発の敏速化、及びシリカゾルがＳｉＯ2に硬化するのに必要な温度である。溶媒の揮発は用いる溶媒の沸点によって異なる。またシリカゾルの硬化温度は最低８０℃程度は必要である。またインクジェットヘッドが変形等の障害を生じないような温度で処理する。加熱方法はインク流路への熱風吹き込みが効果的である。
【００４６】
２．インクジェットヘッド・プリンタ等装置系の構成
２．１．オリフィスプレート
図１にオリフィスプレートの断面の模式図を示す。
【００４７】
オリフィスプレート１はインクを吐出するノズル２を有する。オリフィスプレートのインクを吐出する表面に撥インク層３が設けられている。またノズルの内側の一部にも撥インク層が設けられている。種々の大きさのノズル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、ノズル直径の１／４の深さまでは所望のインク量が吐出した。しかし１／４を超えると吐出量が著しく減少した。これはノズル直径の１／４より深い領域の撥インク層の撥インク作用がインク吐出を妨げているものと考える。
【００４８】
親インク層４はオリフィスプレートの撥インク層の設けられていない部分からインク室までのインク流路面に設けられている。
【００４９】
２．１．１．撥インク処理剤
撥インク処理をするための材料（撥インク処理剤）の例としては分子内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ものが好適である。この理由は形成される撥インク層が、後で塗布される親インク塗料も弾くため、撥インク層領域への親インク層形成を阻止できるためである。即ち撥インク領域と親インク領域の制御が可能となる特徴がある。
【００５０】
分子内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ものとしては以下の一般式（２）のようなものが例示される。ここでＸ、Ｙはパーフルオロポリエーテル鎖とアルコキシシラン基を結合する有機基で、は式（３）で例示される原子団であり、Ｙは式（４）で例示される原子団である。
【００５１】
【化６】
【化７】
【化８】
（ここで、Ｒは、炭素数１〜４のアルキル基で、ｎは１以上の整数である。）
この処理剤は前述の親インク塗料を弾くため、オリフィス表面に撥インク層形成後に流路に親インク塗料を塗布した場合、親インク塗料を弾いてくれる。そのため撥インク層領域に親インク層が形成することを防いでくれる役割も果たす。また図２に撥インク処理剤のオリフィスプレート表面との結合状態を示す。
【００５５】
これら化合物の構造のうち、繰り返し単位が−ＣＦ（ＣＦ3）ＣＦ2Ｏ−、或いは−ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2Ｏ−のパーフルオロポリエーテル鎖５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６はオリフィスプレート１表面の水酸基７と反応し、Ｏ−Ｓｉ−Ｏの結合が生成し、結果としてオリフィスプレート表面に撥インク層が形成される。
【００５６】
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オリフィス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、より撥インク性の高い撥インク層が形成される。
【００５７】
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、式（５）〜（８）の合成方法を記述する。
【００５８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
（化合物１、式（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。
【００６３】
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。
【００６４】
（化合物２、式（６）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。
【００６５】
（化合物３、式（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１の合成と同様にして化合物３（３０重量部）を得た。
【００６６】
（化合物４、式（８）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。
【００６７】
また分子内に複数のパーフルオロポリエーテル鎖を有することで耐擦性が更に向上することも見出した。以下にその一般式（９）を示す。ここでＹは前述の式（４）である。
【００６８】
【化１３】
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。
【００７０】
【化１４】
【化１５】
【化１６】
【化１７】
（化合物５、式（１０）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。
【００７５】
これにＰＦ−５０８０（１００重量部）、チッソ（株）製サイラエースＳ３２０（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。
【００７６】
（化合物６、式（１１）の合成）
チッソ（株）製サイラエースＳ３２０（２重量部）の代わりにチッソ（株）製サイラエースＳ３１０（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。
【００７７】
（化合物７、式（１２）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。
【００７８】
（化合物８、式（１３）の合成）
チッソ（株）製サイラエースＳ３２０（２重量部）の代わりにチッソ（株）製サイラエースＳ３１０（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。
【００７９】
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り、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、これら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わかった。
【００８０】
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オリフィス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オリフィス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オリフィスプレート表面に結合する。
【００８１】
こう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、且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などが挙げられる。
【００８２】
Ｘ、或いは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。
【００８３】
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。その他オリフィス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、或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。
【００８４】
撥インク層はノズル内面へは表面から深さがノズル直径の１／４未満までにする。１／４以上にするとインクの吐出が抑制される傾向がある。
【００８５】
２．１．２．オリフィスプレート材料
次にオリフィスプレートの材料を記述する。オリフィスプレート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。
【００８６】
そのためオリフィスプレート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にＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２に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。
【００８７】
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−ニッケル合金等でも用いることができる。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、熱硬化型接着剤でハウジングとオリフィス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＝５０〜６５：５０〜３５の比率の合金が好ましい。
【００８８】
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当する。
【００８９】
本発明の撥インク処理剤は末端にアルコキシシラン残基を有し、この残基が金属やシリコンなどと化学結合することにより、撥インク層を形成している。そのためオリフィス部材は特に金属、シリコンが望ましい。
【００９０】
２．２．インクジェットヘッド
図３（ａ）に本発明のインクジェットヘッドの一例の横から見た断面の模式図を示す。図３（ｂ）に同平面図を示す。
【００９１】
インクはインク室８に充填される。インク室よりインクはインクフィルター９によりろ過され、ノズル近傍まで満たされる。インクを吐出する際は以下のような過程を経る。まずパソコン等の機器（図３では図示していない）より発信された電気信号が電極１０から圧電素子１１に伝わる。
【００９２】
これにより圧電素子が収縮・伸長しこの運動が圧電素子とダイアフラム１２の接合部分を介してダイアフラムを動かす。するとインク流路のうちインク室とノズル間のインクがノズル２より押し出される。即ちインクの吐出が行われる。
【００９３】
インクジェットヘッド１３はガイドレール１４上を動きながらインクを吐出する。またインクジェットヘッドはベルト１５により動かされる。
【００９４】
２．３．インクジェットプリンタ
図４（ａ）に本発明のインクジェットプリンタの一例の断面の模式図を示す。図４（ｂ）は同平面図である。
【００９５】
給紙装置１６より紙送りロール１７で送られた用紙１８に向かってインクジェットヘッド１３はインクを吐出させる。こうして用紙に画像が形成される。インクジェットヘッドはベルト１５を介してベルト駆動モーター１９によりガイドレール１４上を動かされる。画像の形成された用紙は用紙受けトレー２０に運ばれる。またインクジェットヘッドのオリフィスプレートに付着したインクを除去するため、オリフィスプレート部分はシリコーンゴム板２１を擦る。
【００９６】
（実施例及び比較例）
以下、実施例により本発明を更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。
【００９７】
（実施例１）
オリフィスプレートの表面に撥インク層を形成する方法を記述する。この方法の概略を図５に示す。なお今後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。
【００９８】
ＳＵＳ３０４製でノズル２吐出側の直径が４０μｍ、厚さ８０μｍのオリフィスプレート１を用意する（図５（ａ））。おもて面にマスキングテープ２２として３Ｍ社製工業用テープＮＯ．９６６を貼り、その上から１．０Ｘ１０５ｋｇ／ｍ2の圧力を３０秒間かける（図５（ｂ））。
【００９９】
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。常温で乾燥すると溶媒である水が揮発しマスク層２３が形成する（図５（ｃ））。この時、マスキングテープ２２の膜厚、粘弾性、マスキングテープ２２への圧力などによって、撥インク層がインク吐出ノズル中に形成される深さを調整することが出来る。
【０１００】
本発明では、撥インク層は、インク吐出ノズルの直径の１／４以内の深さまで形成されていることが望ましい。
【０１０１】
マスキングテープを剥離し（図５（ｄ））、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。こうして撥インク層３が形成する（図５（ｅ））。次にこのオリフィスプレートを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、マスク層を除去する（図５（ｆ））。こう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オリフィスプレートを作製する。
【０１０２】
作製したオリフィス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：５０ｍＮ／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。
【０１０３】
このオリフィスプレートを接着剤としてスリーボンド社製ＮＯ．２２１０を用いて図３に示すインクジェットヘッドに固定し、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する。
【０１０４】
次に６重量％のシリカゾル溶液（硝酸でｐＨ３〜４に調整、溶媒の主成分はエタノール）（１重量部）、コロイダルシリカ（日産化学工業製スノーテックスＩＰＡ−ＳＴ）（１重量部）、及びエタノール（２０重量部）を混合し、親インク塗料を調製する。
【０１０５】
インクジェットヘッドのインク室に上記親インク塗料を入れ、すべてのノズルよりこの塗料を吐出させる。１回あたりの１個のノズルからの吐出量は１００ｐｌ、吐出回数は各ノズルとも１０回行う。こうしてインク室からノズルまでのインク流路に親インク塗料を接触させる。その後１００℃の熱風をインク室から１時間送り込むことで親インク層が形成される。
【０１０６】
なお親インク塗料は撥インク層が形成されているオリフィスプレート表面に弾かれる。そのため撥インク層には親インク塗料は塗布されないことを確認した。
【０１０７】
またＳＵＳ３０４板の上にヘッド組み立てで用いた接着剤であるスリーボンド社製Ｎｏ．２２１０を塗布後熱硬化したサンプルを作成する。接着剤形成部分の水の接触角を測定したところ約９０°であった。なおＳＵＳ３０４板表面の水との接触角は約７５°であった。
【０１０８】
次に親インク塗料を接着剤上に塗布したところ弾かれずに塗布可能であった。このサンプルの上に親インク塗料を塗布後熱硬化し、水の接触角を測定したところ２０°以下であった。即ち接着剤の上に親インク層を形成可能であることが示された。
【０１０９】
最後にインク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１１０】
以上より本発明の親インク層を設けたヘッドを用いたインクジェットプリンタでは所望のインクの吐出が可能であり、安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１１１】
（実施例２）
親インク塗料調製の際コロイダルシリカを日産化学工業製スノーテックスＩＰＡ−ＳＴからＭＴ−ＳＴに代える以外は実施例１と同様の操作を行った。ＩＰＡ−ＳＴは溶媒がイソプロパノール、ＭＴ−ＳＴは溶媒がメタノールである。本実施例の親インク塗料も撥インク層に弾かれ、塗布されないことを確認した。接着剤上には塗布可能であり、且つ水との接触角が２０°以下の親インク層を形成可能であることも確認した。
【０１１２】
親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１１３】
以上より本発明の親インク層形成に用いる親インク塗料は混合するコロイダルシリカの分散溶媒がイソプロパノールからメタノールに代わっても所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１１４】
（実施例３）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物２を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１１５】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１１６】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物２に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１１７】
（実施例４）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物３を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１１８】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１１９】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物３に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１２０】
（実施例５）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物４を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１２１】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１２２】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物４に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１２３】
（実施例６）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物５を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１２４】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１２５】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物５に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１２６】
（実施例７）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物６を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１２７】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１２８】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物６に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１２９】
（実施例８）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物７を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１３０】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１３１】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物７に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１３２】
（実施例９）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに化合物８を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１３３】
その結果本実施例の撥インク層は親インク塗料を弾き、塗膜を形成させないことを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全ノズルからインクが吐出し、所望の画像が形成できた。
【０１３４】
以上より撥インク層形成物質を化合物１から化合物８に代えてもヘッドは所望のインクの吐出が可能であり、本発明のインクジェットプリンタは安定な画像形成が可能であることが示された。
【０１３５】
（比較例１）
撥インク処理剤として化合物１の代わりに下記式の化合物９（式（１４））を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。
【０１３６】
【化１８】
その結果、本比較例の撥インク層は親インク塗料をある程度弾くことがわかった。しかし撥インク層上のところどころに親インクを形成することを確認した。親インク層形成後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行おうとしたところ、印刷前からインクがノズルから染み出し、印刷前の用紙に染み出したインクが付着してしまった。
【０１３８】
この原因を調査したところオリフィスの表面の撥インク層上にも親インク層が形成され、その親インク層に沿ってインクが染み出してきたことがわかった。この結果よりインク流路には親インク層が必要であるが、ノズル近傍、或いはオリフィス表面に親インク層が形成されるとインク染み出しの問題が発生することがわかった。
【０１３９】
上記染み出しの問題は下記式の化合物１０（式（１５））を用いた場合にも起こった。
【０１４０】
【化１９】
撥インク処理剤である化合物９或いは１０はパーフルオロポリエーテル鎖ではなくパーフルオロアルキル鎖を有する化合物である。これに対して撥インク処理剤として化合物１〜８を用いた場合は親インク塗料を弾くため、上記インク染み出しの問題を生じなかった。
【０１４２】
以上より親インク層が撥インク層の領域上に形成しないようにするには撥インク処理剤としてパーフルオロポリエーテル鎖を有する上記化合物群が有効であることが示された。
【０１４３】
なお実施例１〜９、及び本比較例より本発明の親インク層形成は撥インク層によって弾かれることで所望の領域に処理できるようになっている。即ち本発明の親インク層形成は撥インク層形成後に行う必要のあることが明らかになった。
【０１４４】
（比較例２）
親インク塗料調製の際コロイダルシリカ（日産化学工業製スノーテックスＩＰＡ−ＳＴ）（１重量部）からアルミナゾル（日産化学工業製ＮＯ．５２０）（１重量部）に代える以外は実施例１と同様の操作を行った。
【０１４５】
本比較例の親インク塗料も撥インク層に弾かれ、塗布されないことを確認した。しかし接着剤上にも弾かれ親インク層を形成不可能であることも確認した。この親水塗料により実施例１と同様のヘッドへの親インク層形成処理後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、ほとんどのノズルからインクが吐出せず、所望の画像は形成できなかった。この親水塗料の水分含有量を調べたところ５重量％であった。
【０１４６】
そこでコロイダルシリカ（日産化学工業製スノーテックスＩＰＡ−ＳＴ）（１重量部）からコロイダルシリカ（日産化学工業製スノーテックス３０）（１重量部）に代える以外は実施例１と同様の操作を行った。スノーテックスＩＰＡ−ＳＴとスノーテックス３０はどちらも３０重量％のコロイダルシリカを分散した液であり、分散溶媒がスノーテックスＩＰＡ−ＳＴの場合はイソプロパノール、スノーテックス３０の場合は水である。
【０１４７】
その結果、上記と同様に調製した親インク塗料は接着剤上にも弾かれ、親インク層を形成不可能であることも確認した。この親水塗料により実施例１と同様のヘッドへの親インク層形成処理後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、ほとんどのノズルからインクが吐出せず、所望の画像は形成できなかった。この親水塗料の水分含有量を調べたところ４重量％であった。
【０１４８】
そこでコロイダルシリカ（日産化学工業製３０）を（０．７重量部）に代える以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果この塗料は撥インク層には弾かれるが接着剤上には弾かれず親インク層を形成可能であることも確認した。この親水塗料により実施例１と同様のヘッドへの親インク層形成処理後、インク室にインクを充填し画像の印刷を行ったところ、全部のノズルからインクが吐出し、所望の画像を形成できた。この親水塗料の水分含有量を調べたところ３重量％であった。なお実施例１の親水塗料の水分含有量を調べたところ１重量％であった。
【０１４９】
以上より本発明においてはインク流路にはみ出した接着剤（スリーボンド製Ｎｏ．２２１０）にも塗布できるよう親水塗料の水分含有量は３重量％以下が必要であることが示された。
【０１５０】
本比較例、及び実施例１において調製した親水塗料の接着剤への塗布実験を実施例１とは異なる接着剤（スリーボンド製ＮＯ．２２７５）でも行った。その結果、接着剤上に塗布できる親水塗料の水分含有量は３重量％以下であった。また接着剤上に塗布できる親水塗料を用いてヘッドのインク流路を親インク処理したヘッドは全部のノズルよりインクが吐出し所望の画像を形成できた。しかし接着剤に弾かれる親水塗料を用いた場合にはほとんどのノズルからインクが吐出せず、所望の画像は形成できなかった。
【０１５１】
以上より本発明においてはインク流路にはみ出した接着剤にも塗布できるよう親水塗料の水分含有量は３重量％以下が必要であることが示された。
【０１５２】
【発明の効果】
以上より安定なインク充填が行えるインクジェットヘッド、及び安定な画像形成が行えるインクジェットプリンタを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインジェットヘッドのオリフィスプレート断面の模式図。
【図２】撥インク処理剤のオリフィスプレート表面との結合状態の模式図。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの断面模式図で、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は平面断面図。
【図４】本発明のインクジェットプリンタの模式図で、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は平面図。
【図５】本発明のオリフィスプレートへの撥インク層形成方法を示すフロー図。
【符号の説明】
１…オリフィスプレート、２…ノズル、３…撥インク層、４…親インク層、５…パーフ
ルオロポリエーテル鎖、６…アルコキシシラン残基、７…水酸基、８…インク室、９
…インクフィルター、１０…電極、１１…圧電素子、１２…ダイアフラム、１３…インク
ジェットヘッド、１４…ガイドレール、１５…ベルト、１６…給紙装置、１７…紙送りロ
ール、１８…用紙、１９…ベルト駆動モーター、２０…用紙受けトレー、２１…シリコー
ンゴム板、２２…マスキングテープ、２３…マスク層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet printer having an ink jet head whose ink flow path surface is made ink-philic, an ink jet head for an ink jet printer, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Inkjet printers that form images by ejecting ink onto paper or OHP sheets are much more popular not only in offices but also in homes because they are smaller in size than electrophotographic printers. The image formation of this printer is achieved by ejecting ink from the nozzles of the head toward the paper, thereby adhering the ink on the paper.
[0003]
At this time, if the ink adheres to the vicinity of the nozzle and dries, the newly ejected ink may come into contact therewith and the ejection direction may change. For this reason, in a normal ink jet printer, an ink repelling process (ink repellent process) is performed on the nozzle side surface of the head. A mechanism for wiping the nozzle side surface is also provided.
[0004]
By the way, since the flow path of the ink in the ink jet head is narrow, it is difficult to fill the ink unless any treatment is performed on the flow path surface. That is, air bubbles are generated in the ink flow path and obstruct ink filling. The ink flow path in the present invention means from the ink chamber to a portion where the ink repellent layer inside the nozzle of the head is not formed (this portion will be described later). Therefore, it has been proposed to perform a process for imparting ink affinity to the ink flow path. For example, the ink flow path surface is roughened (JP-A-4-339663 (Patent Document 1), JP-A-8-267553 (Patent Document 2)), hydrophilic (parent ink) substances such as ethylene glycol and polypropylene glycol. Or an ink-philic substance layer is formed by oxidation or the like (JP-A-5-169667 (Patent Document 3), JP-A-5-254119 (Patent Document 4), JP-A-6-340071 (Patent Document) 5), JP-A-7-266553 (Patent Document 6), JP-A-7-290714 (Patent Document 7), JP-A-7-304176 (Patent Document 8), JP-A-8-118656 ( Japanese Patent Laid-Open No. 8-230198 (Patent Document 10), Japanese Patent Laid-Open No. 8-238777 (Patent Document 11), Japanese Patent Laid-Open No. 8-318628. JP-A-10-235877 (Patent Document 13), JP-A-10-264383 (Patent Document 14), JP-A-10-305584 (Patent Document 15), JP-A-11-20173. Japanese Patent Laid-Open No. 11-91118 (Patent Document 17), Japanese Patent Laid-Open No. 11-165417 (Patent Document 18), Japanese Patent Laid-Open No. 11-179721 (Patent Document 19), Japanese Patent Laid-Open No. 11- 198377 (patent document 20), JP-A-11-334067 (patent document 21), JP-A-11-334078 (patent document 22), JP-A 2000-043276 (patent document 23)), ozone and oxygen plasma. Irradiation (Japanese Patent Laid-Open No. 7-101068 (Patent Document 24), Japanese Patent Laid-Open No. 7-276629 (Patent Document 25)) A method of combining these processes (JP-A-8-108535 (Patent Document 26), JP-A-10-250084 (Patent Document 27), JP-A-11-115193 (Patent Document 28), JP-A-11 No. -300968 (Patent Document 29), JP 2000-033698 (Patent Document 30)) and the like have been proposed.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-4-339663 (Summary)
[Patent Document 2]
JP-A-8-267553 (summary)
[Patent Document 3]
JP-A-5-169667 (summary)
[Patent Document 4]
JP-A-5-254119 (summary)
[Patent Document 5]
JP-A-6-340071 (summary)
[Patent Document 6]
JP 7-266553 A (summary)
[Patent Document 7]
JP 7-290714 A (summary)
[Patent Document 8]
JP-A-7-304176 (Abstract)
[Patent Document 9]
JP-A-8-118656 (summary)
[Patent Document 10]
JP-A-8-230198 (summary)
[Patent Document 11]
JP-A-8-238777 (summary)
[Patent Document 12]
JP-A-8-318628 (summary)
[Patent Document 13]
JP 10-235877 A (summary)
[Patent Document 14]
JP 10-264383 A (summary)
[Patent Document 15]
JP 10-305584 A (summary)
[Patent Document 16]
JP-A-11-20173 (summary)
[Patent Document 17]
JP 11-91118 A (summary)
[Patent Document 18]
JP 11-165417 A (summary)
[Patent Document 19]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-179921 (summary)
[Patent Document 20]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-198377 (summary)
[Patent Document 21]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-334067 (summary)
[Patent Document 22]
JP 11-334078 A (summary)
[Patent Document 23]
JP 2000-43276 A (summary)
[Patent Document 24]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-101068 (summary)
[Patent Document 25]
JP-A-7-276629 (Abstract)
[Patent Document 26]
JP-A-8-108535 (summary)
[Patent Document 27]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-250084 (Abstract)
[Patent Document 28]
JP 11-115193 A (summary)
[Patent Document 29]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-300968 (Summary)
[Patent Document 30]
JP 2000-33698 A (summary)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the head is manufactured after processing the part to be ink-philic, if the part is bonded, the adhesive protrudes into the flow path, and the contact angle of the part increases. Therefore, in this case, after the head is assembled, the parent ink processing is required. Suitable for this treatment is a method of applying an ink-philic substance.
[0007]
However, a material whose bulk is liquid at room temperature, such as ethylene glycol and polypropylene glycol, gradually evaporates after application, so that there is a problem that ink affinity is lost after a certain period of time. Therefore, a method of applying an ink-philic resin to the flow path can be considered. However, since the contact angle with water of a film made of an ink-philic resin such as polyvinyl alcohol and dextrin is around 50 ° and varies depending on the composition, it is as high as around 20 to 30 ° for ink for ink jet printers. When the width of the path is several tens of μm, further ink affinity is required.
[0008]
In this respect, although polyethylene glycol differs depending on the average molecular weight, it has an ink affinity that can sufficiently cope even when the width of the ink flow path is several tens of μm because the contact angle with water is as low as about 5 to 15 °. .
[0009]
However, since polyethylene glycol is also water-soluble, there is a problem that the parent ink layer made of this material is dissolved in the ink passing through the flow path and disappears.
[0010]
Accordingly, there has been a demand for a parent ink layer made of a substance that is insoluble or extremely insoluble in ink. When the parent ink treatment is performed after the head is assembled, the shape of the flow path is thin and complicated. Therefore, a method of forming a film by filling the ink flow path with a parent ink layer forming paint (parent ink paint) is a reality. Is.
[0011]
However, in many cases, the parent ink paint contains a considerable amount of water, so that it is repelled by the adhesive that protrudes from the flow path, so that the parent ink layer cannot be formed. This is because the organic solvent other than water volatilizes first at the time of evaporation of the solvent after coating, and the ratio of water on the coating surface becomes relatively large. Since water has a larger surface tension than an organic solvent, it is repelled by an adhesive made of an organic resin.
[0012]
Therefore, the present inventors have found that it is possible to apply to a binder by adding a thickener such as polyvinyl alcohol to the parent ink paint. There arises a problem of adhering to the surface of the orifice having the nozzle. The surface of the orifice is subjected to ink repellent treatment, and the parent ink paint is repelled. However, in the case of containing polyvinyl alcohol, an ink repellent layer is also applied.
[0013]
As described above, there has been a demand for a parent ink paint that is not repelled by the adhesive and that is repelled by the ink repellent layer in the parent ink treatment on the ink flow path surface after the head is assembled.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above problem can be solved by forming the parent ink layer from amorphous silicon containing the atomic group represented by formula (1) and using the compound having an alkoxysilane group at the terminal as the ink repellent layer. It was. As a result of experiments, it was confirmed that the water content of the parent ink layer is particularly important. It has been found that it is important that the water content is not more than 3% by weight. As a parent ink material, colloidal silica added with silica gel SiO (OH) as a holding member is applied to the ink flow path surface and dried to form a suitable parent ink layer.
[0015]
[Chemical formula 5]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a first embodiment of the present invention, an inkjet head for an inkjet printer that forms an image by ejecting liquid ink, the surface of the ink flow path of the inkjet head has
[0017]
Here, it is preferable that the ink repellent layer is formed to a depth within 1/4 of the diameter of the ink discharge nozzle.
[0018]
According to a second embodiment of the present invention, in an ink jet printer that forms an image by ejecting liquid ink, the surface of the ink flow path of the ink jet head has
[0019]
In the third embodiment of the present invention, after the operation of forming an ink repellent layer comprising a compound having a perfluoropolyether chain and having an alkoxysilane residue at the terminal on the surface of the orifice having the ink discharge nozzle, the ink jet A coating containing colloidal silica and silica sol is applied to the surface of the ink flow path of the head, and SiO 2 An ink-jet head manufacturing method for an ink-jet printer, characterized in that an operation of forming a parent ink layer made of colloidal silica held in
[0020]
In the fourth embodiment of the present invention, after the operation of forming an ink repellent layer comprising a compound having a perfluoropolyether chain and having an alkoxysilane residue at the terminal on the surface of the orifice having the ink discharge nozzle, the inkjet A coating containing colloidal silica and silica sol and containing 3% or less of moisture is applied to the surface of the ink flow path of the head, and the SiO2 is heated by subsequent heating. 2 An ink-jet head manufacturing method for an ink-jet printer, characterized in that an operation of forming a parent ink layer made of colloidal silica held in
[0021]
In the ink jet head manufacturing method for an ink jet printer described above, the parent ink layer is formed by filling the ink chamber with a parent ink paint and performing an ink ejection operation after the head is manufactured. After contact with the ink paint, the excess parent ink paint is sucked from the nozzle and sucked from the ink inlet to remove the excess parent ink paint from the ink flow path. It is preferable to dry and volatilize the solvent in the ink-philic paint to cure the silica sol as the support material.
[0022]
Another embodiment of the present invention controls an ink jet head having an ink flow path communicating with an ink chamber via an ink jet nozzle, an orifice plate on which the nozzle is formed, a recording medium supply device, and the ink jet head A controller, a parent ink layer is formed on the surface of the ink flow path, an ink repellent layer is formed on the surface of the orifice plate provided with the nozzle holes, and the parent ink layer has the atomic group of the formula (1). An amorphous silicon layer including (wherein p, q and r are integers of 1 or more, OR 1 Is an alkoxy group), the ink-repellent layer is an ink jet printer containing a compound having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue as a terminal group.
[0023]
In another embodiment, an inkjet head having an ink flow path communicating with an ink chamber via an inkjet nozzle and an orifice plate in which the nozzle is formed, a recording medium supply device, and a controller for controlling the inkjet head A parent ink layer is formed on the surface of the ink flow path, an ink repellent layer is formed on the surface of the orifice plate provided with the nozzle holes, and the parent ink layer includes the atomic group of the formula (1). Made of a polymer material (where p, q and r are integers greater than or equal to 1, OR 1 Is an alkoxy group), the ink-repellent layer is an ink jet printer containing a compound having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue as a terminal group.
[0024]
Still another embodiment of the present invention has an ink flow path communicating with an ink chamber via an inkjet nozzle and an orifice plate on which the nozzle is formed, and a parent ink layer is formed on the surface of the ink flow path. An ink repellent layer is formed on the surface of an orifice plate provided with nozzle holes, and the parent ink layer is composed of an amorphous silicon layer containing an atomic group of the above formula (1) (where p, q and r are 1). An integer greater than or equal to OR 1 Is an alkoxy group), the ink-repellent layer is an ink jet printer containing a compound having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue as a terminal group.
[0025]
In another embodiment, an ink repellent layer containing a compound having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue as a terminal group is formed on the surface of an orifice plate on which a nozzle is formed, and is represented by the formula (1). An ink jet layer characterized in that a parent ink layer made of a polymer containing an atomic group (where p, q, and r are integers of 1 or more and OR1 is an alkoxy group) is formed on the ink flow path surface. This is a method of manufacturing an ink-jet head having an ink flow path communicating with an ink chamber via a nozzle and an orifice plate on which the nozzle is formed. In the above production method, it is preferable to control the water content of the parent ink layer to 3% by weight or less.
[0026]
According to the present invention, an ink repellent layer containing a compound having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue as a terminal group is formed on the surface of the orifice plate on which the nozzle is formed, and (SiOR 2 ) Polymer (where OR 1 And a silica polymer bonded by an alkoxy group), and a water-water content of 3% by weight or less is formed on the ink flow path surface to communicate with the ink chamber through the ink jet nozzle. An ink jet head manufacturing method having an ink flow path and an orifice plate in which the nozzle is formed is provided.
[0027]
The main items in the present invention will be described below.
[0028]
1. Parent ink paint, treatment method, etc.
1,1 parent ink paint
The composition of the ink-philic paint used in the present invention is colloidal silica (a material that exhibits ink affinity), silica sol (SiO that is a support for colloidal silica by heating after coating). 2 A substance that changes to a main component).
[0029]
Since the mixing ratio of each material varies depending on the structure and size of the flow path, it cannot be generally stated, but it can be applied without being repelled by the adhesive (material is epoxy, urethane, acrylic, etc.) that protrudes from the flow path. Therefore, it is desirable that the surface tension of the paint is 30 mN / m or less.
[0030]
In order to reduce the surface tension, methods such as lowering the moisture content in the paint, increasing the proportion of the organic solvent, or using an organic solvent having a low surface tension can be used. In general, however, paints in which water and organic solvents are mixed do not use a solvent that azeotropes with water. When drying after application, the organic solvent evaporates more quickly, and the water content is high in the intermediate process of drying. become.
[0031]
Therefore, what has been wet immediately after application may be repelled over time. Therefore, it is desired that the water content in the coating is as small as possible. Even when ethanol or the like azeotroped with water is used as the solvent, the water content is specifically preferably 3% or less.
[0032]
The parent ink paint of the present invention is repelled by a layer formed of a compound having a perfluoropolyether chain. There is a tendency that the ink repellent layer formed of other materials is not repelled. For example, when the ink repellent layer of the present invention is formed after the ink repellent layer formed of a compound having a perfluoroalkyl chain is formed, the ink repellency is deteriorated when the paint adheres to the ink repellent layer. Therefore, the ink repellent layer needs to be a layer formed of a compound having a perfluoropolyether chain.
[0033]
(1) Solvent
The solvent is preferably an alcohol-based solvent that does not lower the dispersibility of colloidal silica and dissolves the silica sol. Among alcohol-based ones, those compatible with water slightly contained in the silica sol solution are preferable. If possible, those that can be diluted with water infinitely are more preferable. Considering the above points, specifically, methanol, ethanol, propanol, isopropanol and the like are desirable.
[0034]
By the way, the contact angles with water of the main components considered as the head member to which the ink-philic paint of the present invention is applied are as follows. Aluminum (85-95 °), SUS (70-80 °), silicon (50-60 °), glass (40-50 °). Among them, aluminum with the largest contact angle is the least wet.
[0035]
Then, when the solvent which can be applied as a paint to aluminum was examined, methanol (24.0 mN / m), ethanol (24.1 mN / m), 1-propanol (25.3 mN / m), 2-propanol (22. 9 mN / m), 1-butanol (27.2 mN / m), t-butanol (22.2 mN / m), 1-pentanol (27.5 mN / m), 2-pentanol (26.0 mN / m) ) Etc. (surface tension in ()). These had a contact angle with the aluminum plate of 10 ° or less. However, 2-ethoxyethanol (30.6 mN / m), ethylene glycol (50.2 mN / m), diethylene glycol (47.0 mN / m), triethylene glycol (47.3 mN / m), etc. ) Has a contact angle of 10 ° or more with the aluminum plate.
[0036]
From these results, it can be considered that a solvent having a surface tension of 30 mN / m or less can be thinly applied to an aluminum plate. In the case of SUS or glass whose contact angle with water is lower than that of the aluminum plate, it can be applied even when the surface tension is slightly higher. From the above, it is necessary to select the solvent to be used depending on the member, but it is desirable that the coating composition has a composition of 30 mN / m or less as described above, as indicated by the relationship between the wettability of the solvent and the surface tension.
[0037]
(2) Parent ink material
In the present invention, colloidal silica is used as the parent ink material. Colloidal silica is usually in a form dispersed in water. However, when this is used, the proportion of moisture in the paint increases, which is not preferable. Therefore, in the present invention, a dispersion in an organic solvent is used as a main solvent so as to contain as little water as possible. The organic solvent to be used is preferably methanol, ethanol, propanol, isopropanol or the like for the same reason as in the above “(1) solvent”.
[0038]
Also, dimethylacetamide and the like that are highly compatible with alcohol solvents and water can be used.
[0039]
The parent ink layer is composed of an amorphous silicon layer containing the atomic group of the formula (1), and the ink repellent layer contains a perfluoropolyether chain and a compound having an alkoxysilane group as a terminal group.
[0040]
If the average particle size of the colloidal silica is too large, large irregularities may be formed on the surface of the flow path, which may hinder the ink flow. Since the flow path width of an ink jet printer is several tens to several hundreds of μm, unevenness in the order of sub μm significantly affects the flow of ink. Therefore, the average particle size is desired to be 100 nm or less. If possible, about 10 to 20 nm is more preferable.
[0041]
When materials are selected under the above conditions, specifically, colloidal silica MT-ST, IPA-ST, EG-ST, EG-ST-ZL, NPC-ST, DMAC-ST, etc. manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. Illustrated.
[0042]
(3) Holder material
The support for the ink-philic layer of the present invention is SiO 2 It is. SiO at the paint stage 2 Colloidal silica cannot be retained with this structure. Therefore, SiO 2 It is added to the paint in the form of silica sol which is a precursor of Silica sol is an average of several tens to several hundreds of alkoxysilanes. The average molecular weight is thousands to tens of thousands. This is soluble in hydrous alcohol. As the alcohol, methanol, ethanol, propanol, isopropanol and the like having good compatibility with the ink material and the solvent are preferable.
[0043]
1.2. Method for applying parent ink paint and forming parent ink layer
The method of applying the parent ink paint to the ink flow path is as follows. After producing the head, the ink chamber is filled with the ink-philic paint. By performing the ink ejection operation, the parent ink paint is brought into contact with the entire ink flow path. Thereafter, the excess ink-philic paint is sucked from the nozzle.
[0044]
Further, the ink is sucked from the ink inlet and excess parent ink paint is sucked and removed from the ink flow path as much as possible. Thereafter, the head is heated and dried, the solvent in the ink-philic paint is volatilized, and the silica sol that is the support material is cured to form the ink-philic layer.
[0045]
The thermosetting temperature is accelerated by solvent volatilization, and the silica sol is SiO 2 This is the temperature necessary for curing. The volatilization of the solvent varies depending on the boiling point of the solvent used. Further, the curing temperature of the silica sol needs to be at least about 80 ° C. In addition, the ink jet head is processed at a temperature that does not cause an obstacle such as deformation. As a heating method, blowing hot air into the ink flow path is effective.
[0046]
2. Inkjet head / printer system configuration
2.1. Orifice plate
FIG. 1 shows a schematic diagram of a cross section of an orifice plate.
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
2.1.1. Ink repellent agent
As an example of a material (ink repellent agent) for performing the ink repellent treatment, a material having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue in the molecule is preferable. This is because the ink repellent layer to be formed also repels the parent ink paint to be applied later, so that the formation of the ink repellent layer in the ink repellent layer region can be prevented. That is, the ink repellent area and the parent ink area can be controlled.
[0050]
Examples of those having a perfluoropolyether chain and an alkoxysilane residue in the molecule include the following general formula (2). Here, X and Y are organic groups that bind the perfluoropolyether chain and the alkoxysilane group, are atomic groups exemplified by the formula (3), and Y is atomic groups exemplified by the formula (4). .
[0051]
[Chemical 6]
[Chemical 7]
[Chemical 8]
(Here, R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is an integer of 1 or more.)
Since this treatment agent repels the above-mentioned parent ink paint, it repels the parent ink paint when it is applied to the flow path after forming the ink repellent layer on the orifice surface. For this reason, it also serves to prevent the formation of the parent ink layer in the ink repellent layer region. FIG. 2 shows the state of bonding of the ink repellent agent to the orifice plate surface.
[0055]
Of these compound structures, the repeating unit is -CF (CF Three CF 2 O- or -CF 2 CF 2 CF 2 The O-
[0056]
End is -Si (OR) 2 The alkoxysilane residue of R is also -OR is Si (OR) Three It reacts in the same way as the above, but the R part does not react. Due to such a reaction, the more the number of hydroxyl groups per unit area on the orifice plate surface, the closer the ink repellent agent is bonded, and an ink repellent layer having higher ink repellency is formed.
[0057]
An ink repellent treatment agent that falls within the above general formula (the following
[0058]
[Chemical 9]
[Chemical Formula 10]
Embedded image
Embedded image
(Synthesis of
DuPont Krytox 157FS-L (average molecular weight 2500) (25 parts by weight) was dissolved in 3M PF-5080 (100 parts by weight), thionyl chloride (20 parts by weight) was added thereto, and the mixture was stirred for 48. Reflux for hours. Thionyl chloride and PF-5080 are volatilized with an evaporator to obtain acid chloride (25 parts by weight) of Krytox 157FS-L.
[0063]
PF-5080 (100 parts by weight), Silaace S330 (3 parts by weight) manufactured by Chisso Corporation, and triethylamine (3 parts by weight) are added thereto, and the mixture is stirred at room temperature for 20 hours. The reaction solution is filtered with Showa Kagaku Kogyo Radiolight Fine Flow A, and PF-5080 in the filtrate is volatilized by an evaporator.
Compound 1 (20 parts by weight) was obtained.
[0064]
(Synthesis of
Compound 2 (20 parts by weight) was obtained in the same manner as in the synthesis of
[0065]
(Synthesis of
Compound similar to the synthesis of
[0066]
(Synthesis of
Instead of Chisso Co., Ltd. Silaace S330 (3 parts by weight), Chisso Co., Ltd. Silaace S360 (3 parts by weight) was used instead of DuPont's Krytox 157FS-L (average molecular weight 2500) (25 parts by weight). Compound 4 (30 parts by weight) was obtained in the same manner as in the synthesis of
[0067]
It has also been found that the abrasion resistance is further improved by having a plurality of perfluoropolyether chains in the molecule. The general formula (9) is shown below. Here, Y is the aforementioned equation (4).
[0068]
Embedded image
A method for synthesizing an ink repellent agent (
[0070]
Embedded image
Embedded image
Embedded image
Embedded image
(Synthesis of
DuPont Krytox 157FS-L (average molecular weight 2500) (25 parts by weight) was dissolved in 3M PF-5080 (100 parts by weight), thionyl chloride (20 parts by weight) was added thereto, and the mixture was stirred for 48. Reflux for hours. Thionyl chloride and PF-5080 are volatilized with an evaporator to obtain acid chloride (25 parts by weight) of Krytox 157FS-L.
[0075]
PF-5080 (100 parts by weight), Chisso Co., Ltd. Silaace S320 (2 parts by weight), and triethylamine (3 parts by weight) are added to this and stirred at room temperature for 20 hours. The reaction solution was filtered with Showa Kagaku Kogyo Radiolight Fineflow A, and PF-5080 in the filtrate was volatilized with an evaporator to obtain Compound 5 (20 parts by weight).
[0076]
(Synthesis of
Compound 6 (20 parts by weight) was obtained in the same manner as in the synthesis of
[0077]
(Synthesis of
[0078]
(Synthesis of
Instead of Chisso Co., Ltd. Silaace S320 (2 parts by weight), Chisso Co., Ltd. Silaace S310 (2 parts by weight) was used instead of DuPont's Krytox 157FS-L (average molecular weight 2500) (25 parts by weight). Compound 8 (30 parts by weight) was obtained in the same manner as the synthesis of
[0079]
The average molecular weight of the ink repellent treatment agent is approximately from about 1000 to about 12000, although it varies depending on the size of the perfluoropolyether chain and the number of perfluoropolyether chains in the molecule. The formed ink repellent layer is a layer on the order of molecular level, and is several nm. The film thickness can be obtained by a non-contact type film thickness measuring device (Ellipsometer manufactured by Mizoji Optical Co., Ltd.) or by examining the CF stretching vibration near 1200 Kaiser in the IR spectrum reflection mode. As a result of experiments, it was found that the surface treated with these ink repellent treatment agents repels not only water-soluble water-based inks but also water-insoluble or hardly soluble oil-based inks.
[0080]
As a method for forming an ink repellent layer with an ink repellent agent, a solution is prepared by diluting an ink repellent agent in a solvent. This solution is applied to the orifice plate by brushing, spray coating, spin coating, dip coating or the like. Next, by heating, the alkoxysilane residue of the ink repellent agent and the hydroxyl group on the orifice plate surface react, and the ink repellent agent chemically binds to the orifice plate surface.
[0081]
Thus, an ink repellent layer can be formed. The ink repellent agent used in the present invention is hydrolyzed when it comes into contact with moisture. It is also necessary to enter a nozzle having a diameter of 10 to 50 μm. Therefore, the solvent used for preparing the coating solution is preferably a fluorine-based solvent having a low water content and a small surface tension. Specific examples include FC-72, FC-77, PF-5060, PF-5080, HFE-7100, HFE-7200, and DuPont Vertrel XF manufactured by 3M.
[0082]
X or Y represents a bonding site between the perfluoropolyether chain and the alkoxysilane residue. Although there is no particular limitation on the portion here, a structure that does not undergo hydrolysis even when using an ink whose liquidity is slightly offset is preferable. Specifically, a structure having an amide bond or an ether bond is desirable. A structure having no ester bond or ionic bond is desirable.
[0083]
The production of the ink repellent layer formed by the ink repellent treatment agent includes a method using a tape and a water-soluble resin shown in the examples. In addition, after an ink repellent layer is formed on the entire surface of the orifice plate, unnecessary portions can be physically removed with a plasma asher or sandblast.
[0084]
The ink repellent layer has a depth from the surface to the inner surface of the nozzle that is less than ¼ of the nozzle diameter. If it is 1/4 or more, ink ejection tends to be suppressed.
[0085]
2.1.2. Orifice plate material
Next, the material of the orifice plate is described. It is desirable that the orifice plate has many hydroxyl groups for reacting with the ink repellent treatment agent. Therefore, a metal material is preferable. In particular, those having a high content of iron, chromium and the like are preferable. However, when the ink is water-based, moisture in the air is more easily dissolved than oil-based ink, which may cause corrosion of the nozzle.
[0086]
For this reason, the material of the orifice plate is preferably made of stainless steel in view of rust prevention. Specifically, austenitic SUS201, SUS202 to SUS301, SUS302 to SUS303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316J, SUS3USL, SUS316S, SUS316S SUS317J1, SUS321, SUS347, SUSXM7, SUSXM15J1, SUS329J1, ferrite SUS405, SUS410L, SUS430, SUS430F, SUS434, SUS447J1, SUSXM27, martensitic SUS403, SUS410, SUS410 416, SUS420J1, SUS420F, SUS431, SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630, SUS631 or the like precipitation hardening systems.
[0087]
Further, when an antirust agent is added to the ink, it is possible to use an iron-nickel alloy that easily corrodes. When the base material of the inkjet head housing is a silicon wafer and the housing and the orifice plate are bonded with a thermosetting adhesive, the ratio of iron: nickel = 50 to 65:50 to 35 with a linear expansion coefficient close to that of the silicon wafer is used. Alloys are preferred.
[0088]
It is possible to introduce a hydroxyl group using oxygen plasma or the like even with a material other than metal. Examples of this material include inorganic materials such as silicon wafers and zirconium oxide, and resins such as polyimide and polypropylene. Any material that does not cause changes such as dissolution and swelling upon contact with the ink used is suitable.
[0089]
The ink repellent treatment agent of the present invention has an alkoxysilane residue at the end, and this residue chemically bonds with a metal, silicon or the like to form an ink repellent layer. Therefore, the orifice member is particularly preferably metal or silicon.
[0090]
2.2. Inkjet head
FIG. 3A shows a schematic view of a cross section viewed from the side of an example of the ink jet head of the present invention. FIG. 3B shows the plan view.
[0091]
Ink is filled in the
[0092]
As a result, the piezoelectric element contracts and expands, and this movement moves the diaphragm through the joint portion between the piezoelectric element and the
[0093]
The
[0094]
2.3. Inkjet printer
FIG. 4A shows a schematic cross-sectional view of an example of the ink jet printer of the present invention. FIG. 4B is a plan view of the same.
[0095]
The
[0096]
(Examples and Comparative Examples)
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.
[0097]
(Example 1)
A method for forming an ink repellent layer on the surface of an orifice plate is described. An outline of this method is shown in FIG. Hereinafter, the surface having the ink ejection side nozzle will be described as a front surface, and the other surface will be described as a back surface.
[0098]
An
[0099]
Next, a 15% by weight aqueous solution of Wako Pure Chemicals polyvinyl alcohol (repeat unit is 1500) is applied to the back surface as a water-soluble resin. When dried at room temperature, the solvent water is volatilized and a
[0100]
In the present invention, it is desirable that the ink repellent layer be formed to a depth within 1/4 of the diameter of the ink discharge nozzle.
[0101]
The masking tape is peeled off (FIG. 5 (d)), immersed in 3M PF-5080 solution (concentration: 0.5% by weight) of
[0102]
The contact angle with water of the ink repellent layer on the surface of the produced orifice plate was 115 to 117 °, and the contact angle with respect to the ink (surface tension: 50 mN / m) used in the subsequent image formation was 90 to 92 °. The thickness of the ink repellent layer was 4 to 5 nm as measured with an ellipsometer manufactured by Mizoji Optical Co., Ltd.
[0103]
No. 3 manufactured by Three Bond Co., Ltd. using this orifice plate as an adhesive. It fixes to the inkjet head shown in FIG. 3 using 2210, and also this inkjet head is mounted | worn with the inkjet printer shown in FIG.
[0104]
Next, a 6 wt% silica sol solution (adjusted to pH 3-4 with nitric acid, the main component of the solvent is ethanol) (1 part by weight), colloidal silica (Nissan Chemical Industries Snowtex IPA-ST) (1 part by weight), and Ethanol (20 parts by weight) is mixed to prepare a parent ink paint.
[0105]
The parent ink paint is put in the ink chamber of the ink jet head, and the paint is discharged from all nozzles. The discharge amount from one nozzle per time is 100 pl, and the number of discharges is 10 times for each nozzle. Thus, the parent ink paint is brought into contact with the ink flow path from the ink chamber to the nozzle. Thereafter, hot ink at 100 ° C. is sent from the ink chamber for 1 hour to form a parent ink layer.
[0106]
The parent ink paint is repelled on the orifice plate surface on which the ink repellent layer is formed. Therefore, it was confirmed that the ink repellent layer was not coated with the ink-repellent layer.
[0107]
Also, No. 3 manufactured by Three Bond Co., Ltd., which is an adhesive used for head assembly on a SUS304 plate. After applying 2210, a heat-cured sample is prepared. The water contact angle of the adhesive-formed part was measured and found to be about 90 °. The contact angle of the SUS304 plate surface with water was about 75 °.
[0108]
Next, when the parent ink paint was applied on the adhesive, it could be applied without being repelled. When the ink-philic paint was applied onto this sample and thermally cured, the contact angle of water was measured and found to be 20 ° or less. That is, it was shown that the ink-philic layer can be formed on the adhesive.
[0109]
Finally, the ink was filled in the ink chamber and the image was printed. As a result, the ink was ejected from all the nozzles, and a desired image could be formed.
[0110]
From the above, it was shown that the ink jet printer using the head provided with the parent ink layer of the present invention can discharge desired ink and can form a stable image.
[0111]
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was carried out except that colloidal silica was changed from Snowtex IPA-ST manufactured by Nissan Chemical Industries to MT-ST during the preparation of the parent ink paint. In IPA-ST, the solvent is isopropanol, and in MT-ST, the solvent is methanol. It was confirmed that the parent ink paint of this example was also repelled by the ink repellent layer and was not applied. It was also confirmed that an ink-philic layer having a contact angle with water of 20 ° or less can be formed on the adhesive.
[0112]
After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0113]
As described above, the ink-philic paint used for forming the ink-philic layer of the present invention can discharge desired ink even when the colloidal silica dispersion solvent to be mixed is changed from isopropanol to methanol, and the ink-jet printer of the present invention can form a stable image. Was shown to be possible.
[0114]
(Example 3)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0115]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0116]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer-forming substance is changed from
[0117]
(Example 4)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0118]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0119]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer-forming substance is changed from
[0120]
(Example 5)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0121]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0122]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer forming substance is changed from
[0123]
(Example 6)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0124]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0125]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer-forming substance is changed from
[0126]
(Example 7)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0127]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0128]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer-forming substance is changed from
[0129]
(Example 8)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0130]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0131]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer-forming substance is changed from
[0132]
Example 9
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that
[0133]
As a result, it was confirmed that the ink repellent layer of this example repels the ink-philic paint and does not form a coating film. After forming the parent ink layer, ink was filled into the ink chamber and printing of an image was performed. As a result, ink was ejected from all nozzles, and a desired image was formed.
[0134]
From the above, it has been shown that even if the ink repellent layer forming substance is changed from
[0135]
(Comparative Example 1)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that the compound 9 (formula (14)) of the following formula was used instead of the
[0136]
Embedded image
As a result, it was found that the ink repellent layer of this comparative example repels the parent ink paint to some extent. However, it was confirmed that the parent ink was formed in some places on the ink repellent layer. After forming the parent ink layer, the ink chamber was filled with ink and an image was printed. The ink exuded from the nozzle before printing, and the ink exuded on the paper before printing adhered.
[0138]
As a result of investigating the cause, it was found that a parent ink layer was also formed on the ink repellent layer on the surface of the orifice, and the ink exuded along the parent ink layer. As a result, it was found that the ink flow path requires a parent ink layer, but if the parent ink layer is formed in the vicinity of the nozzle or on the orifice surface, a problem of ink bleeding occurs.
[0139]
The above bleeding problem also occurred when using compound 10 (formula (15)) of the following formula.
[0140]
Embedded image
The
[0142]
From the above, it was shown that the above compound group having a perfluoropolyether chain as an ink repellent treatment agent is effective in preventing the parent ink layer from being formed on the region of the ink repellent layer.
[0143]
In addition, from Examples 1 to 9 and this comparative example, the formation of the parent ink layer of the present invention can be processed in a desired region by being repelled by the ink repellent layer. That is, it became clear that the ink-philic layer formation of the present invention must be performed after the ink-repellent layer is formed.
[0144]
(Comparative Example 2)
The same as in Example 1 except that colloidal silica (Snowtex IPA-ST manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) (1 part by weight) is replaced with alumina sol (NO. 520 manufactured by Nissan Chemical Industries) (1 part by weight) when preparing the parent ink paint. The operation was performed.
[0145]
It was confirmed that the parent ink paint of this comparative example was also repelled by the ink repellent layer and was not applied. However, it was confirmed that it was also repelled on the adhesive and a parent ink layer could not be formed. After the hydrophilic ink layer forming process on the head as in Example 1 with this hydrophilic paint, the ink chamber was filled with ink and the image was printed. The ink was not ejected from most of the nozzles, and the desired image was formed. could not. When the water content of this hydrophilic paint was examined, it was 5% by weight.
[0146]
Therefore, the same operation as in Example 1 was performed except that colloidal silica (Snowtex IPA-ST manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) (1 part by weight) was replaced by colloidal silica (Snowtex 30 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) (1 part by weight). . SNOWTEX IPA-ST and SNOWTEX 30 are both liquids in which 30% by weight of colloidal silica is dispersed, and when the dispersion solvent is SNOWTEX IPA-ST, it is isopropanol, and in the case of SNOWTEX 30, it is water.
[0147]
As a result, it was confirmed that the parent ink paint prepared in the same manner as above was also repelled on the adhesive, making it impossible to form the parent ink layer. After the hydrophilic ink layer forming process on the head as in Example 1 with this hydrophilic paint, the ink chamber was filled with ink and the image was printed. The ink was not ejected from most of the nozzles, and the desired image was formed. could not. When the water content of this hydrophilic paint was examined, it was 4% by weight.
[0148]
Therefore, the same operation as in Example 1 was performed except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. 30) was replaced with (0.7 parts by weight). As a result, it was also confirmed that this paint can be repelled on the ink repellent layer but not on the adhesive and can form a parent ink layer. After the hydrophilic ink layer forming process on the head as in Example 1 with this hydrophilic paint, the ink chamber was filled with ink and the image was printed. The ink was ejected from all the nozzles, and a desired image could be formed. It was. When the water content of this hydrophilic paint was examined, it was 3% by weight. The water content of the hydrophilic coating material of Example 1 was examined and found to be 1% by weight.
[0149]
As described above, in the present invention, it was shown that the water content of the hydrophilic coating must be 3% by weight or less so that it can be applied to the adhesive (No. 2210 manufactured by ThreeBond) that protrudes from the ink flow path.
[0150]
An application experiment to the adhesive of the hydrophilic paint prepared in this comparative example and in Example 1 was also performed with an adhesive different from Example 1 (No. 2275 manufactured by ThreeBond). As a result, the water content of the hydrophilic paint that can be applied onto the adhesive was 3% by weight or less. In addition, a head in which the ink flow path of the head was treated with a hydrophilic ink using a hydrophilic paint that can be applied on the adhesive was able to form a desired image by ejecting ink from all the nozzles. However, when a hydrophilic paint repelled by the adhesive was used, ink was not ejected from most nozzles and a desired image could not be formed.
[0151]
As described above, in the present invention, it was shown that the water content of the hydrophilic paint is required to be 3% by weight or less so that it can be applied to the adhesive protruding from the ink flow path.
[0152]
【The invention's effect】
As described above, it is possible to provide an ink jet head capable of stably filling an ink and an ink jet printer capable of forming a stable image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a cross section of an orifice plate of an inject head according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a state in which an ink repellent treatment agent is bonded to an orifice plate surface.
3A and 3B are schematic cross-sectional views of the ink jet head of the present invention, in which FIG. 3A is a side cross-sectional view, and FIG.
4A and 4B are schematic views of the ink jet printer of the present invention, in which FIG. 4A is a side sectional view, and FIG. 4B is a plan view.
FIG. 5 is a flowchart showing a method of forming an ink repellent layer on the orifice plate of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Fluoropolyether chain, 6 ... alkoxysilane residue, 7 ... hydroxyl group, 8 ... ink chamber, 9
... Ink filter, 10 ... Electrode, 11 ... Piezoelectric element, 12 ... Diaphragm, 13 ... Ink
Jet head, 14 ... guide rail, 15 ... belt, 16 ... paper feeding device, 17 ... paper feed roller
18 ... paper, 19 ... belt drive motor, 20 ... paper tray, 21 ... Silico
Rubber plate, 22 ... masking tape, 23 ... mask layer
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