JPH1081021A - ホットメルトインクジェット式印刷ヘッド - Google Patents

ホットメルトインクジェット式印刷ヘッド

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JPH1081021A
JPH1081021A JP9222629A JP22262997A JPH1081021A JP H1081021 A JPH1081021 A JP H1081021A JP 9222629 A JP9222629 A JP 9222629A JP 22262997 A JP22262997 A JP 22262997A JP H1081021 A JPH1081021 A JP H1081021A
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print head
coating
wetting
ink
hot melt
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JP9222629A
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Bruir Anton
ブルイル アントン
Antonius Maria Shureuls Wilhelms
アントニウス マリア シュレウルス ヴィルヘルムス
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04—Polysiloxanes

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ホットメルトインクジェット式印
刷ヘッドの改良されたぬれ防止被覆を提供することを目
的とする。 【解決手段】 ホットメルトインクで印刷するよう適合
され、ぬれ防止被覆（２２）が設けられたノズル面（１
４）を有するインクジェット式印刷ヘッドであって、前
記ぬれ防止被覆は主成分としてシリコーン及び／又はポ
リシランを含有し、、少なくとも４０°のぬれ角を有
し、ホットメルトインクに曝された１００日間当たり５
％以下のぬれ角の減少を示す印刷ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
印刷ヘッド並びにその製造方法、及び、この印刷ヘッド
を用いた印刷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット式印刷装置は、一般に、
液体インク、すなわち、室温で液体状態である水ベース
又は溶媒ベースのインクを用いるものと、例えば１００
°Ｃ以上の室温を越える融点を有する、いわゆるホット
メルトインクを用いるものとに分類される。何れの装置
においても、印刷ヘッドは、典型的には、インク小滴が
一定周波数で、又は、要求に応じて印刷媒体へ向けて噴
射される複数のオリフィスが形成された平坦なノズル面
を有している。印刷ヘッドは、各ノズルオリフィスに対
応するノズル通路に収容されたインク液の圧力を急激に
上昇させることによりインク小滴を生成する圧縮手段を
更に含んでいる。ホットメルト型装置の場合、印刷ヘッ
ドは、印刷ヘッドの作動中にインクの温度をその融点よ
りも高温に保持する加熱手段を更に含む。
【０００３】本技術分野において、ノズル面のノズルオ
リフィスの周囲がインクでぬれていると、ノズルオリフ
ィスから噴射されるインク小滴の方向安定性が悪化する
ことが一般に知られている。ノズル面のかかるぬれは、
塵がノズル面のインクに吸着され、インク通路に引き込
まれることで、ノズルオリフィスの詰まりを生じさせる
という問題をも有している。少なくとも水ベースのイン
ク装置についての、これらの問題に対する周知の対応策
は、印刷ヘッドのノズル面に疎水性被覆を設けることで
ある。所与のインク液との関係で、被覆材料は、液体の
凝縮力（表面張力）に比較して小さな付着力を有するべ
きである。換言すれば、ぬれ角、すなわち、被覆とイン
ク液との接触角は比較的大きくなけれならず、好ましく
は７０°のオーダかそれ以上であるべきである。その結
果、インク液はノズル面の被覆により「はじかれ」、ノ
ズル面の望ましくないぬれが排除される。
【０００４】液体インク式の装置については、特に水ベ
ースのインクに対して、多数の適切なぬれ防止被覆材料
が公知である。例えば、米国特許US-A-4 296 421号は、
ポリウレタン、エポキシド樹脂、フェノール樹脂を提案
し、特に、シリコーン樹脂をインクジェット式印刷ヘッ
ドのぬれ防止被覆に好適な材料として挙げている。しか
しながら、水性インクに対して効果的な被覆材料が、溶
媒ベースのインク、特に、ホットメルトインクに適して
いるとは限らない。水性インクと比較して、ホットメル
トインクはかなり低い表面張力を有している。このた
め、被覆材料もまた低い表面張力、すなわち、大きなぬ
れ角を有していなければならない。ホットメルトインク
が用いられる高い温度を考慮すると、被覆材料が高温有
機溶媒内で膨張したり劣化したりしないことも更に要求
される。また、ホットメルトインクは、一般に、インク
が圧電アクチュエータ（セラミック）によって圧縮され
る印刷ヘッドにおいて用いられるので、圧電材料の減極
を防止するために被覆樹脂の硬化温度は低くなければな
らない。
【０００５】通常の有機材料は、ホットメルトインク等
の有機溶媒に対して低い化学的耐性を有していることが
知られている。例えば、多くのシリコーン系のエラスト
マー及び樹脂は、高温のホットメルトインクに曝される
と一般的に膨張し、事実上劣化する。普通に用いられる
表面張力が低い被覆材料の中で、フッ素化ポリマーのみ
が典型的に有機溶媒に対する耐性を有している。
【０００６】これらの理由により、ホットメルトインク
で印刷を行なうように適合された印刷ヘッドについて、
フッ素化樹脂がぬれ防止被覆として提案されている。例
えば、欧州特許EP-A-0 359 365号は、ノズル面にポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はこれに類似の材
料のぬれ防止被覆が設けられた請求項１の前段に係る印
刷ヘッドを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ素
化樹脂被覆材料には幾つかの欠点がある。フッ素化被覆
は比較的高温、すなわち、２５０°Ｃ以上で硬化されな
ければならないのである。かかる高温は圧電クチュエー
タの減極を招き易く、従って、印刷ヘッドの製造工程に
おいて許容されない。
【０００８】更に、フッ素化ポリマーは一般的に基板へ
付着し難い。被覆の十分な性能を得るため、フッ素化樹
脂を塗布する前に、基板に適切な下塗りを施さねばなら
ない。これにより製造工程が複雑となってコストが上昇
する。フッ素化ポリマーは、被覆工程において特別な溶
媒の使用を更に必要とし、これによっても、コストが上
昇する。
【０００９】フッ素化ポリマー被覆のひっかき強度は低
いことが一般に知られている。このため、印刷ヘッドの
洗浄工程で被覆が損傷する危険性が高い。フッ素化樹脂
は当初は比較的大きなぬれ角を有しているが、おそらく
は被覆の膨張及び／又は溶解に起因して、時間と共にぬ
れ角が減少することがわかっている。この効果は特に印
刷ヘッドの一定の噴射挙動を得る上で好ましくない。
【００１０】本発明は、ホットメルトインクジェット印
刷ヘッドの改良されたぬれ防止被覆を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、独立請求項に示された特徴により達成される。
本発明の有用な更なる詳細は従属項において特定されて
いる。特定のシラン及びシリコーン、例えば、ポリ有機
シロキサンは、ホットメルトインクについてぬれ防止被
覆として用いられた場合に優れた特性を有することがわ
かっている。特に、こららの材料は、一般的に用いられ
るほとんどのホットメルトインクに対して驚異的に良好
なインクはじき挙動を示す。シリコーン樹脂のぬれ角
は、フッ素化ポリマーの初期のぬれ角ほど大きくはない
ものの、シリコーン系の被覆はぬれ防止被覆として好適
である。特に、これら被覆のぬれ角は時間的にほぼ一定
であり、フッ素化被覆と比較してはるかに小さな長期劣
化しか示さない。このことは、印刷ヘッドの安定な性能
を高い信頼度で保証するうえで非常に有利である。本発
明において用いられる被覆は、また、インクに対する十
分な化学的安定性と、予測される約１００〜１５０°Ｃ
の温度範囲における十分な温度的安定性を有することも
わかっている。更に、こららの被覆は基板、すなわち、
印刷ヘッドのノズル面に、スプレー被覆やプラズマ被覆
等の容易に適用可能な被覆技術を用いて直接塗布できる
という利点を有している。下塗りを使用することは不要
である。従って、本発明に係る印刷ヘッドを比較的低い
コストで高品質に製造することができる。フッ素化被覆
と比較した場合の更にもう一つの利点は、被覆が硬いた
め、ひっかきや摩擦に対する耐性が向上することであ
る。
【００１２】小滴形成に悪影響を与えることを防止する
ため、ぬれ防止被覆は印刷ヘッドのノズル面にのみ堆積
され、ノズルオリフィスの内壁には堆積されないことが
重要である。本発明に係る製造方法の一実施例におい
て、この要求は、被覆工程の前にノズルオリフィスを固
化インクで詰まらせることにより満足される。固化イン
クの栓及びその表面に堆積された被覆材料は、印刷ヘッ
ドが動作温度まで加熱され最初に使用される際に自動的
に除去される。別の実施例において、スプレー被覆工程
の間、ノズルオリフィスは、ノズルを通してスプレー方
向とは逆向きに導かれる空気流により開いた状態に保持
される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好ましい実施例について説明する。図１に示す如く、印
刷ヘッド１０は、ノズル面１４を有する基板１２を備え
ている。ノズル面１４には複数のノズルオリフィス１６
が形成されている。なお、図１には、１本のノズルオリ
フィス１６の長手方向断面が示されている。溶融したホ
ットメルトインクの噴流がノズルオリフィス１６から噴
射され、インク小滴２０を形成する。
【００１４】本技術分野で一般に知られているように、
印刷ヘッド１０は加熱手段及び圧電アクチュエータ（共
に図示せず）を備えている。動作中、加熱手段は、印刷
ヘッドをホットメルトインクの融点よりも高温に保ち、
インクを液体状態に維持する役割を有している。圧電ア
クチュエータは各ノズルオリフィス１６の上流側に配置
され、対応する小滴要求信号により電圧が印加される。
これにより、インク液の圧力が上昇し、インクがノズル
オリフィス１６を通して噴射される。
【００１５】ノズル面１４は、ノズル面の特に各ノズル
オリフィス１６の周囲の領域が液体インクでぬれるのを
防止するぬれ防止被覆２２により形成されている。基板
１２は真鍮（例えば、３５％Ｚｎ／６５％Ｃｕ）やアル
ミニウム等の金属又はセラミック材料より構成されてい
る。ぬれ防止被覆２２は基板に直接堆積された層により
形成され、主に、ホットメルトインクに対して大きなぬ
れ角を有するシリコーン樹脂及び／又はシランより組成
されている。このため、ホットメルトインクに曝されて
も安定である。従って、ノズル面１４のインクによるぬ
れは、印刷ヘッドの長期使用にわたって高い信頼度で防
止される。その結果、噴流１８は、ノズル面を濡らす残
留液や、液体噴流のメニスカスとノズル面の表面との間
の吸引力によって偏向されることなく、ノズル面１４か
ら直角に噴射され、インク小滴２０を高い位置精度で印
刷媒体に付着させることができる。ぬれ防止被覆層の厚
さは１０ｎｍ〜１０μｍの間であり、好ましくは３０ｎ
ｍ〜３μｍの間である。なお、ぬれ防止被覆２２はノズ
ル面１４にのみ設けられ、ノズルオリフィス１６の内壁
に設けられないことが重要である。
【００１６】図２は、本発明に係る印刷ヘッド１０の製
造方法の第１実施例を示す。基板１２には、その下面に
複数の平行溝２４が設けられている。各溝２４は、ノズ
ル面１４のノズルオリフィス１６に向けて傾斜するイン
ク通路を画成している。溝２４及びノズルオリフィス１
６は底部板２６により閉じられている。底部板２６は、
基板１２と同じ材料（真鍮）から構成されてもよく、基
板に堅く固定されている。印刷ヘッド１０はホットメル
トインクの融点よりも高温に加熱され、インクは各溝２
４に供給される。そして、インクが溝２４内で固化する
ことで、各ノズルオリフィス１６は固体インクの栓で閉
塞される。
【００１７】被覆溶媒は、２．５重量％のＭＫ−ジメチ
ル−シリコーン樹脂（ドイツのWacker Chemie GnbHによ
り供給される）をテトラヒドロフラン及びｎ−プロパノ
ールの混合液に溶解することにより調製される。テトラ
ヒドロフランのｎ−プロパノールに対する比は、１：１
〜１０：１の間、好ましくは５：１が、平滑な被覆面を
得るうえで適している。１％（シリコーン樹脂に対する
比）のスズオクトアートを触媒として溶液に加えてもよ
い。インクはその融点よりも僅かに高い温度に加熱され
る。
【００１８】次に、被覆溶液が従来のスプレー被覆方法
によりノズル面１４にスプレーされる。図２に示す如
く、印刷ヘッド１０は、スプレーされた被覆溶液の線束
の軸に対して僅かに傾斜して保持され、これにより、被
覆溶液はノズル面１４に堆積すると共に、基板の頂面に
も少量が堆積する。インクの栓２８は被覆溶液がノズル
オリフィス１６に浸入するのを防止する。
【００１９】被覆は８０°Ｃの温度で２４時間硬化さ
れ、印刷ヘッド１０が使用できるようになる。インクの
栓２８は、印刷ヘッドが動作温度まで加熱され最初に使
用される際に自動的に除去される。第２実施例におい
て、被覆溶液を調製するのにポリ−メチル−メトキシシ
ロキサン（ドイツのWacker Chemie GmbHが供給するシリ
コーン樹脂ＭＳＥ−１００）が用いられる。約１ｇのＭ
ＳＥ−１００が１００ｍｌのテトラヒドロフラン・キシ
レン混合液（４：１）に溶解される。約５重量％のポリ
ブチルチタン酸塩が触媒として加えられる。スプレー被
覆方法により厚さ約２μｍの被覆層が得られる。この場
合、ノズルオリフィスからスプレー方向とは逆向きに流
出するようにインク通路に供給された空気流によって、
ノズルを開いた状態に保持することができる。
【００２０】更にもう一つの実施例において、ぬれ防止
被覆２２はプラズマ被覆方法により形成される。この場
合、好ましくはシラン化合物又は種々のシラン化合物の
混合物である被覆材料が気化され、被覆されるべき基板
の近傍において蒸気に高周波の電場が作用する。これに
より、気相での重合反応が誘起され、その結果、ガスプ
ラズマ内に存在する原子、イオン、及びラジカルが基板
の表面と反応して所望の被覆層が形成される。この場
合、被覆層の厚さは好ましくは僅かに０．３μｍであ
る。
【００２１】もちろん、本発明に係るぬれ防止被覆を、
他の方法、例えば、浸漬被覆等に適用してもよい。とく
に好ましい被覆構成物は： （ａ）ＭＫ−ジメチル−シリコーン樹脂（上述の如く調
製された被覆溶液） （ｂ）シリコーン樹脂ＭＳＥ−１００（上述の如く調製
された被覆溶液） （ｃ）シリコーン樹脂５０Ｅ（ドイツのWecker chemie
GmbHより供給される） （ｄ）３−アミノプロピル−ポリエトキシシラン（適切
な被覆溶液は４重量％のこの化合物をトルエンに溶解さ
せることにより得られる） （ｅ）１０％（シリコーン樹脂の分量に対して）のｎ−
２アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラ
ンが加えられたシリコーン樹脂 これらの被覆構成物は、好ましくは一般に用いられる以
下の３つのタイプのホットメルトインクに対して用いら
れる。 Ｉ．ｎ−メチル−ｐ−トルエンスルホンアミド II. ビスウレタン（メチルエチレングリコールとヘキサ
メチレン−ジイソシアン酸塩との反応生成物） III.１，２−ヘキサデカンジオール 図３は、上述した本発明の第２実施例に係わるシリコー
ン樹脂ＭＳＥ−１００を主成分とするぬれ防止被覆につ
いてのぬれ角の測定結果を示す。ぬれ角は、新鮮な被覆
についてだけではなく、被覆が、上述した３種類のホッ
トメルトインクの夫々に９０日間曝された場合について
も測定された。比較のため、欧州特許EP-A-0 359 365に
記載された従来のフッ素化被覆（デュポンＡＦ２４０
０）のぬれ角についても同条件で測定された。本発明に
係る被覆のぬれ角はほぼ一定に保たれているのに対し
て、従来の被覆は、数日間曝された後、ぬれ角の大幅な
減少を示すことがわかる。
【００２２】ＭＫジメチルシリコーン樹脂又はシリコー
ン樹脂５０Ｅを主成分とする被覆に対しても同様の結果
が得られている。シリコーン樹脂５０Ｅはヘキサカンジ
オールにおいて３０°付近の比較的大きなほぼ一定の接
触角を有している。本発明の特定の実施例について述べ
たが、当業者には、請求項により画定される本発明の範
囲から逸脱することなく、これらの例を種々の方法で変
更することができよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る印刷ヘッドのノズル部の断面図で
ある。
【図２】図１に示す印刷ヘッドの製造方法を示す図であ
る。
【図３】本発明に係るぬれ防止被覆、及び、比較例に係
るぬれ防止被覆の種々のホットメルトインクに対するぬ
れ角の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ 印刷ヘッド １４ ノズル面 １６ ノズルオリフィス ２２ ぬれ防止皮膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ０９Ｄ 11/00 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｓ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ホットメルトインクで印刷するよう適合
    され、ぬれ防止被覆（２２）が設けられたノズル面（１
    ４）を有するインクジェット式印刷ヘッドであって、 前記ぬれ防止被覆は主成分としてシリコーン及び／又は
    ポリシランを含有し、、少なくとも４０°のぬれ角を有
    し、ホットメルトインクに曝された１００日間当たり５
    ％以下のぬれ角の減少を示すことを特徴とする印刷ヘッ
    ド。
  2. 【請求項２】 前記ぬれ防止被覆は主成分としてポリ有
    機シロキサン（poly-organosiloxane ）を含有する請求
    項１記載の印刷ヘッド。
  3. 【請求項３】 前記ぬれ防止被覆は主成分としてポリ−
    メチル−メトキシシロキサンを含有する請求項２記載の
    印刷ヘッド。
  4. 【請求項４】 前記ぬれ防止被覆は主成分としてジメチ
    ル−シリコーン樹脂を含有する請求項１記載の印刷ヘッ
    ド。
  5. 【請求項５】 前記ぬれ防止被覆はｎ−２−アミノエチ
    ル−３−アミノプロピルトリメトキシシランを含有する
    請求項１乃至４のうち何れか１項記載の印刷ヘッド。
  6. 【請求項６】 前記漏れ防止被覆は３−アミノプロピル
    −トリエトキシシランを主成分として含有する請求項１
    記載の印刷ヘッド。
  7. 【請求項７】 前記濡れ防止被覆（２２）をスプレー被
    覆により形成し、 前記ノズルオリフィス（１６）を通してガス流をスプレ
    ー方向とは逆方向に通過させる、請求項１乃至５のうち
    何れか１項記載の印刷ヘッド（１０）を製造する方法。
  8. 【請求項８】 前記ぬれ防止被覆（２２）を気相シラン
    化合物を用いてプラズマ被覆により形成する、請求項１
    又は６記載の印刷ヘッド（１０）を製造する方法。
  9. 【請求項９】 前記印刷ヘッド（１０）の前記ノズルオ
    リフィス（１６）をインク（２８）で詰まらせ、 前記ぬれ防止被覆（２２）を前記印刷ヘッドの前記ノズ
    ル面（１４）に形成し、 前記インク（２８）を前記ノズルオリフィス（１６）か
    ら除去する、各段階を備える、請求項１乃至６のうち何
    れか１項記載の印刷ヘッド（１０）を製造する方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至６のうち何れか１項記載
    の印刷ヘッドと、ｎ−メチル−ｐ−トルエンスルホンア
    ミド、１，２−ヘキサデカンジオール、又は、ビスウレ
    タンを主成分とするホットメルトインクとを備える印刷
    装置。
JP9222629A 1996-08-22 1997-08-19 ホットメルトインクジェット式印刷ヘッド Pending JPH1081021A (ja)

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EP96202321A EP0825025A1 (en) 1996-08-22 1996-08-22 Hot-melt ink-jet printhead
NL96202321:4 1996-08-22

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