JP2009061591A

JP2009061591A - インクジェット記録ヘッド

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Publication number: JP2009061591A
Application number: JP2007228698A
Authority: JP
Inventors: Kodai Matsushita; 剛大松下
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: JP5228408B2

Abstract

【課題】基材との密着性の低下を伴うことなくインクジェット記録ヘッドへの紫外光による撥インク処理層の劣化を防止することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】フッ素樹脂と熱可塑性樹脂と紫外線吸収剤とを含む撥インク層を、少なくともインク吐出面に有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【選択図】図３

Description

本発明はインクジェット記録ヘッドに関する。

紫外線硬化インクを用い、インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドと記す場合がある。）から記録媒体上に吐出された紫外線硬化インクに紫外線を照射することにより、紫外線硬化インクを記録媒体上に定着させる紫外線硬化型のインクジェット記録装置が知られている。

特許文献１には、紫外線が照射されることによって硬化するインクを記録媒体に吐出する吐出口が配置されたノズル天板及びノズル天板を保護する保護天板を有する記録ヘッドと、記録ヘッドから記録媒体上に吐出されたインクに対して紫外線を照射する紫外線照射装置と、を備え、ノズル天板の表面及び保護天板の表面の少なくとも一方は、基板の上に黒色着色処理層が備えられ、その上に無機紫外線吸収剤コーティング層と撥水性処理層とが備えられた紫外線硬化型のインクジェット記録装置が記載されている。
特開２００５−４７２６１号公報

特許文献１では、撥水性処理層が最上層に形成されているため、紫外線照射装置からの漏れ光が記録ヘッドの撥水性処理層に回り込んで到達する場合がある。

この撥水性処理層への漏れ光により、そのインク吐出面の撥水処理にムラが発生し、インク吐出安定性が低下する傾向にあることが判明した。これは紫外線が撥水性処理層を構成するフッ素樹脂等の分解反応を促進して基材との密着性を低下させるためと推測される。

一方、撥水性処理層への漏れ光を低減させるために撥水性処理層を下層に設けると、インク吐出面の撥水処理という特徴を生かせず、結局インク吐出安定性が低下する。

また、特許文献１には、撥水性処理層を形成する撥水性処理液に無機紫外線吸収剤コーティング層を形成する無機紫外線吸収剤を混合したコーティング剤を塗布することにより、無機紫外線吸収剤コーティング層と撥水性処理層が一の層で形成されているようにしてもよいとも記載されている。

しかしながら、無機紫外線吸収剤は粒子状であるため撥水性処理層全体への均一分散が難しく、十分な紫外線吸収性能を有する撥水性処理層を得ることができないとともに基材との密着性が低下するといった問題がある。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、フッ素樹脂を含む撥インク層の紫外光による劣化を低減することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的としている。

下記の発明により本発明の目的が達成される。
１．
フッ素樹脂と熱可塑性樹脂と紫外線吸収剤とを含む撥インク層を、少なくともインク吐出面に有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
２．
前記紫外線吸収剤が無機紫外線吸収剤であることを特徴とする１に記載のインクジェット記録ヘッド。
３．
前記無機紫外線吸収剤が前記フッ素樹脂に対して５質量％以下の濃度で含まれることを特徴とする２に記載のインクジェット記録ヘッド。
４．
前記無機紫外線吸収剤が酸化セリウムであることを特徴とする２または３に記載のインクジェット記録ヘッド。
５．
前記熱可塑性樹脂がポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする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。
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。
７．
インクジェット記録ヘッドから吐出された紫外線硬化インクに紫外線照射を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする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。

本発明によれば、フッ素樹脂を含む撥インク層の紫外光による劣化を低減することができ、インク吐出安定性の低下を防止できる。

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。

本発明の撥インク層は、フッ素樹脂と熱可塑性樹脂と紫外線吸収剤とを含む。

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。

紫外線吸収剤としては、無機紫外線吸収剤を用いることが好ましい。この無機紫外線吸収剤は、有機紫外線吸収剤に比べ融点が高いので、熱による揮発や劣化が無く、例えば、撥インク膜を形成後、高温（例えば３００℃〜４００℃）の熱処理が加えられても、分解されることなく紫外線吸収能を維持することができる。

この無機紫外線吸収剤としてしては、例えば、酸化チタン（融点１６４０℃）、酸化セリウム（融点１９５０℃）、酸化亜鉛（融点１９７５℃）、酸化スズ（融点１０８０℃）、酸化鉄（融点１３６０℃）、などが挙げられ、特に好ましくは酸化セリウムである。酸化セリウムは、紫外線吸収能が高いので、より少ない濃度で撥インク層の劣化防止効果が得られる。酸化セリウム紫外線吸収剤としては、例えば、多木化学（株）製のニードラールＰ−１０を用いることができる。

また、この無機紫外線吸収剤の濃度としては、フッ素樹脂に対し５質量％以下とすることが好ましい。５質量％を超えると、基材との密着性向上のための熱可塑性樹脂の濃度が減少することによる基材への密着性の低下が発生し、また撥インク性でない紫外線吸収剤濃度の増加やフッ素樹脂の濃度が減少することによる撥インク性の低下が生じる恐れがある。

撥インク層の基材への密着性を上げるとともに、特に無機紫外線吸収剤の分散性を向上させる物質として、本発明においては、熱可塑性樹脂が用いられる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチエレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリ（メタ）アクリル酸の共重合体、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリル酸アミド、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロース系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリアミドイミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、チオコール、ポリスルフォン、ポリウレタン、ポリスチレン、その他これらの樹脂の単量体の共重合物等等を用いることが出来るが、ポリアミドイミド樹脂は、基材との密着性に優れ撥インク層の基材への密着性を上げるとともに、無機紫外線吸収剤の分散性を向上させる効果に優れており、均一な膜形成が可能な点で好ましい。

撥インク層を形成する方法としては、塗布が好ましく、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。

水系の塗布液を用いることが、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ため好ましい。

通常ポリアミドイミド樹脂は水に溶解しないため、水溶性ポリアミドイミド樹脂を用いることがより好ましい。水溶性ポリアミドイミド樹脂は次の一般式１で表される。

式中Ａ、Ｂは有機基である。

ポリアミドイミド樹脂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、水溶性ポリアミドイミド樹脂を得ることができる。また、日立化成工業（株）製のＨＰＣ−１０００を用いても良い。

フッ素樹脂の水性分散液と水溶性ポリアミドイミド樹脂と無機紫外線吸収剤とを含む塗布液を基材に塗布することにより撥インク層を形成することは好ましい態様である。

塗布・乾燥後、塗布層の撥インク性を向上させるため熱処理することが好ましい。処理温度としては、３００℃〜４００℃が好ましい。

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。ノズルプレート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２２ａを形成した後にレーザビームを照射してノズル２３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。

図３は、本発明のインクジェット記録ヘッドが適用されるインクジェット記録装置の一例を示す模式図である。

キャリッジ２１は、ＹＭＣＫ４色のインクジェット記録ヘッド（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）、インクジェット記録ヘッドの両側に設けられた紫外線照射装置２３、インクジェット記録ヘッド及び紫外線照射装置２３を支持する支持フレーム２４、等から構成され、記録媒体Ｐ上を矢印Ａ方向に往復走査するようになっている。

各インクジェット記録ヘッドは、その下面がインク吐出面となっており、記録媒体Ｐに対向するように配置されている。

紫外線照射装置２３は、各インクジェット記録ヘッドのノズル１３から記録媒体Ｐ上に吐出された紫外線硬化インクに紫外線照射を行う。

以上のように、本実施形態によれば、撥インク層に含まれる紫外線吸収剤により紫外光が吸収されるため、フッ素樹脂を含む撥インク層の紫外光による劣化を低減することができ、インク吐出安定性の低下を抑制できる。また、撥インク層に含まれる熱可塑性樹脂により撥インク層と基材との密着性に優れる。

（１）実施例１
ＦＥＰの水性分散液（ダイキン工業（株）製のＮＤ−１）と水溶性ポリアミドイミド樹脂（日立化成工業（株）製のＨＰＣ−１０００）と紫外線吸収剤（多木化学（株）製のニードラールＰ−１０）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％、水溶性ポリアミドイミド樹脂の固形分含有量は６質量％とし、ＦＥＰに対する紫外線吸収剤濃度を３．８質量％とした。
（２）実施例２
ＦＥＰに対する紫外線吸収剤濃度を０．２質量％とした以外は、実施例１と同様にして塗布液を調整した。
（３）実施例３
ＦＥＰに対する紫外線吸収剤濃度を７．５質量％とした以外は、実施例１と同様にして塗布液を調整した。
（４）比較例
紫外線吸収剤を添加せずに、実施例１と同様にして塗布液を調整した。

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程度になるように厚さ７５μｍのポリイミドシート（宇部興産（株）製ユーピレックス）の片面に塗布した。

塗布乾燥後、３５０℃で４時間熱処理して、インク吐出面に撥インク層を形成した。

以上の処理によりインク吐出面に撥インク層を形成したポリイミドシートにエキシマレーザーでノズル孔を穿孔し、ノズルプレートを作製した。

このノズルプレートをヘッド本体の前面に貼り付けてインクジェット記録ヘッドを作製した。

以上の処理により作製したインクジェット記録ヘッドについて、インク吐出面に紫外線を照射した後、不織布で５０回擦り、後退接触角の初期値と５０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。紫外線の照射量は４５００ｍＪ／ｃｍ²とした。

後退接触角は紫外線硬化インクについて測定した。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。また、通常、撥インク層はゴムブレードや不織布等により摺擦されるので、耐久性が重要である。

表１に示すように、撥インク層に紫外線吸収剤を含む実施例１〜３では紫外線吸収剤を含まない比較例よりも紫外線照射、５０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１．２においては、後退接触角の低下が小さい。

また、水溶性ポリアミドイミド樹脂を添加せずに、実施例１と同様にして塗布液を調整し作製したインクジェット記録ヘッドについて紫外線を照射せずに不織布で５０回擦り、後退接触角の初期値と５０回摺擦後における値を測定したところ、初期の後退接触角は、４０°であったが、５０回摺擦後は０°に低下した。これは、撥インク層に熱可塑性樹脂である水溶性ポリアミドイミド樹脂が含まれていないために、撥インク層と基材との密着性が低下したことが原因と思われる。

また、上記の実施形態で説明したインクジェット記録装置を用いて、紫外線照射装置によって紫外線を記録媒体に照射しながら、インクジェット記録ヘッドから紫外線硬化インクを連続吐出させて吐出試験を行った。

実施例１〜３のインクジェット記録ヘッドでは、長時間のインク吐出、紫外線照射を行ってもインク吐出面は高い撥インク性を保っており、インクの付着や硬化物の付着もなく吐出安定性が保たれていた。

一方、比較例のインクジェット記録ヘッドでは、インク吐出面の撥インク性の低下が見られ、インク吐出面にインクや硬化物が付着し、連続吐出できなかった。

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。インクジェット記録ヘッドが適用されるインクジェット記録装置の一例の模式図である。

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

フッ素樹脂と熱可塑性樹脂と紫外線吸収剤とを含む撥インク層を、少なくともインク吐出面に有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記紫外線吸収剤が無機紫外線吸収剤であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記無機紫外線吸収剤が前記フッ素樹脂に対して５質量％以下の濃度で含まれることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記無機紫外線吸収剤が酸化セリウムであることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記熱可塑性樹脂がポリアミドイミド樹脂であ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。
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。
インクジェット記録ヘッドから吐出された紫外線硬化インクに紫外線照射を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド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。