JP2007253611A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク吐出面の撥インク性が長期間維持される高耐久性のインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】フッ素樹脂の水性分散液と水溶性ポリアミドイミドとを含む塗布液をインクジェット記録ヘッドのインク吐出面に塗布し、焼成する。
【選択図】図２

Description

本発明はインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

インク吐出口からインクを微細な液滴状に吐出することにより画像記録を行うためのインクジェットヘッドは、常に安定したインク吐出により高品質な画像記録を実現するため、ノズル吐出口から吐出されるインクの直進性が高度に要求される。このノズル吐出口の周辺にインクが付着すると、インク吐出口から吐出されるインクに曲がりが発生し、インクの直進性が損なわれてしまう。このため、インク吐出面であるノズルプレートの表面に撥インク膜を形成することによって撥インク性を付与し、ノズル吐出口の周縁部にインクが付着しないようにしてインク吐出時の直進性を損ねないようにすることが行われている。撥インク膜としては撥インク性に優れたフッ素樹脂膜があるが、撥インク性に優れているフッ素樹脂塗膜はその表面エネルギーが低いために、基材への密着性が低い。基材への密着性が低いと、撥インク層が脱落しやすくなり、安定した吐出を維持することが困難となり、ヘッドの耐久性が低くなるという問題がある。

そのために、フッ素樹脂塗膜の基材密着性を向上する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、感光性ガラスにより形成されたノズル面にポリアミド酸溶液及びポリイミド溶液の少なくとも一方を塗装、乾燥して形成したプライマー層の上にトップコート用組成物として、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体の水性分散液を塗装し、しかる後に、焼成してインクジェット記録ヘッドを製造する方法が提案されている。

同様に、特許文献２においても、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド及び／又はポリイミド、フッ素樹脂、金属粉末を含有する組成物でプライマー層を形成することが提案されている。

また、特許文献３では、ポリアリレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂及び／又はポリイミド樹脂並びにフッ素樹脂の少なくとも３成分を分散させた塗布組成物が提案されている。
特開昭６３−１２６７５８号公報 特開平６−２６４０００号公報 特開昭５３−７４５３２号公報

特許文献１、２のように、プライマー層を形成し、その上にフッ素樹脂層を形成する方法では、撥インク層形成工程がプライマー層の塗布工程とトップコート層の形成工程という２工程からなるために、工数が増え、製造コストが高くなるという問題がある。

また、ポリアミドイミド樹脂は通常水に溶解しないので、ポリアミドイミド樹脂を含む水性の塗布溶液は通常不均一系になるが、例えば、特許文献３のように不均一系の塗布液を用いた場合、塗布むらが生じやすく、インクジェット記録ヘッドに応用した場合、インク吐出性能にバラツキが出るという問題がある。

本発明は、インク吐出面に撥インク性を持たせる従来技術における前記の問題を解決し、安定したインク吐出性能を有し、高画質の画像形成を可能にする高耐久性のインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、水溶性ポリアミドイミドを用いることにより、単一の塗布工程で密着性に優れたフッ素樹脂塗膜を形成し、前記目的を達成したものであり、下記の発明により本発明の目的が達成される。
１．
フッ素樹脂の水性分散液と水溶性ポリアミドイミドとを含む塗布液をインクジェット記録ヘッドの少なくともインク吐出面に塗布した後に、熱処理することにより、前記インク吐出面に撥インク層を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
２．
前記熱処理を、３００℃〜４００℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする前記１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
３．
前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなることを特徴とする前記１又は前記２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
４．
前記塗布液は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを含有することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
５．
前記塗布液を塗布する被塗布面を活性化処理した後に、前記塗布液を塗布することを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
６．
前記インク吐出面はノズル形成部材に形成されることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
７．
前記水溶性ポリアミドイミドは、ポリアミドイミドを塩基性極性溶媒に溶解させた塩基性極性溶液中に塩基性化合物を混合し、水を加えることにより得られたものであることを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

本発明では、フッ素樹脂の水性分散液と水溶性ポリアミドイミドとを含む塗布溶液をインク吐出面に塗布して、インク吐出面に撥インク性を有する層を形成しているので、簡便で短時間の処理、即ち、ワンコート処理によりノズル面に撥インク層が設けられ、しかも、均一で密着性の高い撥インク層が形成される。従って、本発明により安定したインク吐出性能を有する高耐久性のインクジェット記録ヘッドを低コストで製造することが可能となる。

以下に、実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

撥インク層を形成する物質として、フッ素樹脂が用いられ、本発明の塗布液はフッ素樹脂の水性分散液を含有する。

フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を用いることが出来るが、ＦＥＰは臨界表面張力が低く、撥インク性に優れており、また、熱処理温度である３００℃〜４００℃における溶融粘度が低く、均一な膜形成が可能な点で好ましい。

撥インク層のノズル面への密着性を上げる物質として、本発明においては、水溶性ポリアミドイミド（ＰＡＩ）が用いられる。ＰＡＩは次の一般式１で表される。

式中Ａ、Ｂは有機基である。

通常ＰＡＩは水に溶解しない。このために、本発明においては、ＰＡＩを塩基性極性溶液中で、アミン化合物等の塩基性化合物と混合・攪拌し、水を徐々に加えることにより、水溶性のＰＡＩを得た。

更に検討を行った結果、塗布液に界面活性剤を加えると、撥インク層の撥インク性を低下させることなく皮膜の密着性を向上することができ、撥インク層の耐久性を更に向上させることができる。

界面活性剤としては、特にポリオキシエチレンアルキルエーテルを用いると、撥インク層の耐久性をさらに向上することができる。

ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、次の一般式２で表される。

Ｒは炭素数６以上の長鎖アルキル基であり、芳香環を有していてもよい。また、ｎ＝１０〜３０程度の化合物が好ましい。

撥インク層を形成する塗布方法としては、スプレーコーティング、スピンコーティング、はけコーティング、ディップコーティング、ワイヤーバーコーティング等を用いることができるが、本発明においては、ワンコート、即ち、１回の塗布工程で、密着性のよい皮膜を形成することが可能であり、効率的な塗布が可能となる。

塗布・乾燥後、塗布層は熱処理される。処理温度としては、３００℃〜４００℃が好ましい。

プライマー層を形成した後に、プライマー層上に撥インク性の層を形成する方法では、撥インク層形成工程に時間がかかるとともに、十分な密着性を持った皮膜を形成することが困難である。即ち、プライマー層とフッ素樹脂層との間に境界が存在するので、フッ素樹脂層は比較的密着性が低いためである。

本発明におけるように、水溶性ＰＡＩを含有する均一系の塗布液を用いた場合、基材と比較的結合力があるＰＡＩは、基材表面付近に偏在し、フッ素樹脂が表面付近に偏在する層構成となるが、層中に境界が出来ないために、密着性がより向上すると考えられる。

本発明は、また、水系の塗布液を用いているので、環境の面、安全性の面及び経済性の面における利点を有する。

なお、基材であるノズル形成部材の塗布液に対する濡れ性を向上するために、塗布に先立って、基材表面を活性化処理することもできる。

活性化処理としては、プラズマ処理、コロナ処理、オゾン処理、ＵＶ処理、エキシマレーザ処理等が用いられる。

図１、２はインクジェット記録ヘッドの一例を示す図であり、図１は概観斜視図、図２は断面図である。同図において、１はインクジェット記録ヘッド、１１はインクチューブ、１２はノズル形成部材（ノズルプレート）、１３はノズル、１４はカバープレート、１５はインク供給口、１６は基板、１７は隔壁である。そして、インクチャネル１８が隔壁１７、カバープレート１４及び基板１６によって形成されている。

インクジェット記録ヘッド１は、カバープレート１４と基板１６の間に、電気・機械変換手段であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁１７（一部のみが示されている）で隔てられたインクチャネル１８（一部のみが示されている）が多数並設されたせん断モード（シェアモード）タイプの記録ヘッドである。

ノズル形成部材１２としては、機械的強度が高く、耐インク性を備え、寸法安定性に優れた、例えば、セラミック、金属、ガラス或いは樹脂を用いることができる。ガラスとしては、例えば石英、合成石英、高純度ガラス等から適宜選べば良く、樹脂としては、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）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等から適宜選べば良い。ノズル形成部材１２の厚さは５０μｍ〜５００μｍ程度が好ましい。

駆動信号により隔壁１７が変形し、インクチャネル１８の容積を変化させて、インクをノズル１３から吐出するとともに、インクチャネル１８にインクを流入させる。

撥インク層１２ａはノズル形成部材１２の外面、即ち、インク吐出面に 形成される。

撥インク層１２ａの形成方法としては、前記に説明したように、従来周知の塗布方法により形成されるが、撥インク層１２ａを形成した後にレーザビームを照射してノズル１３が形成されるか又はノズル形成後に撥インク層１２ａが形成される。

インクジェット記録ヘッド１は、隔壁１７によりインクチャネル１８を形成するとともに、ヘッド本体Ｈの前面に、ノズル１３を形成したノズル形成部材１２を接着することにより作成される。

（１）実施例１
ＦＥＰの水性分散液と水溶性ＰＡＩを水中に添加し、塗布液を調整した。なお、ＦＥＰの固形分含有量は１０質量％、水溶性ＰＡＩの固形分含有量は６質量％であり、ＦＥＰの水性分散液としては、ダイキン工業（株）製のＮＤ−１を使用し、水溶性ＰＡＩとしては、日立化成工業（株）製のＨＰＣ−１０００を使用した。
（２）実施例２
実施例１で調整した塗布液にポリエチレングリコールモノドデシルエーテルを添加して塗布液を調整した。なお、ポリエチレングリコールモノドデシルエーテルの含有量を１０質量％とした。
（３）実施例３
ＦＥＰの水性分散液と水溶性ＰＡＩを水中に添加し、塗布液を調整した。なお、ＦＥＰの水性分散液としては、ダイキン工業（株）製のＮＤ−１を使用し、ＦＥＰの固形分含有量は２０質量％とした。また、水溶性ＰＡＩは、ＰＡＩ樹脂２ｇをＮＭＰ１ｇに溶解させた溶液にＮ−メチルアミノエタノール０．２ｇを混合させ、さらに７０℃で撹拌しながら水を１滴ずつ加えていき、均一系を保ったまま水を合計８ｇ滴下し、１時間撹拌させ合成した。塗布液に用いた水溶性ＰＡＩの固形分含有量は３０質量％とした。
（４）比較例
ＦＥＰの水性分散液を水で希釈し、塗布液を調整した。ＦＥＰの固形分含有量を１０質量％とした。

実施例１〜３及び比較例で調整した塗布液をワイヤーバーを用いて、膜厚が５０μｍ程度になるようにノズル形成部材（厚さ７５μｍのポリイミド）に塗布した。

塗布乾燥後、３５０℃で４時間熱処理して、撥インク層を形成した。

以上の処理により撥インク層を形成した試料について、不織布で１００回擦り、後退接触角の初期値と１００回摺擦後における値を協和界面科学株式会社製の接触角計ＣＡ−Ｘで測定した。

後退接触角は下記のインク１、２、３について測定した。
・インク１
分散染料（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｙｅｌｌｏｗ） ５質量％
分散剤（花王（株）製デモールＣ） ０．５質量％
グリセリン ２０質量％
尿素 ３質量％
イオン交換水 ７１．５質量％
・インク２
分散顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ） ２質量％
バインダー樹脂（スチレン−アクリル酸共重合体） ５質量％
ジエチレングリコールジエチルエーテル ８８質量％
Ｎ−ピロリドン ５質量％
・インク３
分散顔料（カーボンブラック） ５質量％
飽和炭化水素系溶剤（Ｃ１５〜Ｃ１９を中心とする直鎖及び分岐構造）
９５質量％
測定結果を表１に示す。

インクジェット記録ヘッドにおいては、インク吐出面の残留インクによる濡れがインク吐出性能に大きく影響し問題となるために、後退接触角が大きいことが重要である。表１に示すように、実施例１〜３では比較例よりも１００回摺擦後の後退接触角が大きく良好な撥インク性が維持されていることが分かる。

特に、実施例２、３においては、インク３に対する後退接触角が低下することなく、撥インク性が維持されている。

このように、インク吐出面に本発明の撥インク層を設けたインクジェット記録ヘッドは良好なインク吐出性能を長期間維持することが可能となり、耐久性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となった。

インクジェット記録ヘッドの一例の斜視図である。 インクジェット記録ヘッドの一例の断面図である。

符号の説明

１ インクジェット記録ヘッド
１２ ノズル形成部材
１２ａ 撥インク層

Claims (7)

1. フッ素樹脂の水性分散液と水溶性ポリアミドイミドとを含む塗布液をインクジェット記録ヘッドの少なくともインク吐出面に塗布した後に、熱処理することにより、前記インク吐出面に撥インク層を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 前記熱処理を、３００℃〜４００℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. 前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
4. 前記塗布液は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5. 前記塗布液を塗布する被塗布面を活性化処理した後に、前記塗布液を塗布することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6. 前記インク吐出面はノズル形成部材に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
7. 前記水溶性ポリアミドイミドは、ポリアミドイミドを塩基性極性溶媒に溶解させた塩基性極性溶液中に塩基性化合物を混合し、水を加えることにより得られたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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