JP2019064206A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び記録方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(A)は、本発明の一実施形態にかかる記録ヘッドの例を示す模式図であり、図1(B)はこの記録ヘッドを図1(A)におけるA−Bを通り基板1に垂直な断面で見た断面図である。
含フッ素化合物は撥液層7に含まれる撥液成分である。含フッ素化合物としては、長期間に渡って撥液性を発現することが可能であることから、フッ素含有基を有する加水分解性シラン化合物の縮合物が好ましい。この縮合物は膜強度に優れるため、特に記録ヘッドの表面に付着したインクをふき取るワイピング動作に対して耐久性が高い。
式(6)
CF3(CF2)n−Z−
(式(6)中、nは0以上20以下の整数であり、Zは二価の有機基である。)
金属酸化物粒子としては、ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、In2O3、SiO2、MgO、BaO、MoO2、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ、スズドープ酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)、アンチモンドープ酸化チタン、及びニオブドープ酸化チタンからなる群より選択される少なくとも一つが好ましい。これらの中でも、ZnO、TiO2、SnO2、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)、アンチモンドープ酸化チタン、及びニオブドープ酸化チタンからなる群より選択される少なくとも一つ、特にはSnO2又はアンチモンドープ酸化スズ(ATO)が好ましい。これらの金属酸化物粒子は一種単独で又は二種以上を併用して用いることができる。
両親媒性化合物は一つの分子内に親水性基と疎水性基の両方を有する化合物である。両親媒性化合物は、溶液中で金属酸化物粒子と混合されることで、親水性基が金属酸化物粒子の表面側に、疎水性基がその外側に配向されて金属酸化物粒子を覆うように吸着して、いわゆるコアシェル型の粒子を形成する。このコアシェル型の粒子は溶液中で安定に存在し、両親媒性化合物がない場合と比べて金属酸化物粒子を溶液中に良好に分散させることができる。
溶媒としては、含フッ素化合物の溶解性を考慮すると、非極性溶媒又は含フッ素溶媒を用いることが好ましい。非極性溶媒としては、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、へプタン、ジオキサン、及びTHFが挙げられる。含フッ素溶媒としてはハイドロフルオロエーテルが挙げられる。これらの溶媒は二種以上を混合して用いても良い。
撥液層7を形成するための溶液には感光性樹脂や光重合開始剤を添加してもよい。これらを添加することで、硬化に必要なエネルギーを少なくすることができ、撥液性及びパターニング性が向上する。
次いで、図2を参照して本発明の実施形態にかかる記録ヘッドの製造方法の例を説明する。
本発明の実施形態にかかる記録方法は、上記記録ヘッドを用い、電荷を有する分散剤若しくは樹脂で分散させた顔料を含む液体、又は、表面に電荷を有する基が直接若しくは原子団を介して結合している自己分散顔料を含む液体を、記録ヘッドから吐出することにより記録媒体に画像を記録するものである。
フッ素含有基を有する加水分解性シラン化合物の縮合物を含む撥液材(i)〜(iii)を以下の手順で合成した。
加水分解性シラン化合物の縮合物を含む撥液材(i)を以下の手順により調製した。γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン27.84g(0.1000mol)、メチルトリエトキシシラン17.83g(0.1000mol)、パーフルオロデシルエチルトリエトキシシラン3.35g(0.0047mol)、水16.58g、及びエタノール30.05gを、冷却管を備えるフラスコ内で、室温で5分間攪拌した。その後、24間環流することによって、撥液材(i)を得た。ここで、加水分解性シラン化合物の加水分解性基が全て加水分解・縮合したとして計算した理論上の撥液成分濃度は28%であった。
加水分解性シラン化合物の縮合物を含む撥液材(ii)は、以下の手順により調製した。γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン13.81g(0.0496mol)、メチルトリエトキシシラン4.42g(0.0248mol)、フェニルトリメトキシシラン5.96g(0.0248mol)、下記式(15)で表される化合物1.05g(0.0008mol)、水6.54g及びエタノール19.06g、ハイドロフルオロエーテル4.22gを室温で5分間撹拌し、次に33時間加熱還流することで撥液材(ii)を得た。ここで、加水分解性シラン化合物の加水分解性基が全て加水分解・縮合したとして計算した理論上の撥液成分濃度は28%であった。
下記表1に示す組成にて各成分を混合することにより、加水分解性シラン化合物の縮合物を含む撥液材(iii)を得た。尚、下記表1に記載の縮合物の質量部は、実施例2で得た撥液材(ii)から溶媒を除いた、含フッ素化合物としての縮合物のみの質量部を指す。
上記で合成した撥液材を用い、撥液層7を形成するための溶液を以下の手順で調製した。
溶液(A)を以下の手順により調製した。撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して、金属酸化物粒子としての平均粒子径が50nmのSnO2を10質量部、溶媒としてのジオキサンを1000質量部となるよう混合し、室温で5分間撹拌した。その後、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して、両親媒性化合物として下記式(16)で表される化合物を100質量部添加し、室温で1時間撹拌することで、金属酸化物粒子を両親媒性化合物で覆わせた。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して20質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(B)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して80質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(C)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して100質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(D)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して5質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(E)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して120質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(F)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が10nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して50質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(G)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が100nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して50質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(H)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が5nmのSnO2を、液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して50質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(I)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が120nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して50質量部用いた以外は、調合例1と同様に調合し、溶液(J)を得た。
溶液(K)を以下の手順により調製した。撥液材(ii)の溶媒を除く成分100質量部に対して、金属酸化物粒子としての平均粒子径が50nmのSnO2を50質量部、溶媒としてのジオキサンを1000質量部となるよう混合し、室温で5分間撹拌した。その後、撥液材(ii)の溶媒を除く成分100質量部に対して、式(16)で表される化合物を100質量部添加し、室温で1時間撹拌し、溶液(K)を得た。
溶液(L)を以下の手順により調製した。撥液材(iii)の溶媒を除く成分100質量部に対して、金属酸化物粒子としての平均粒子径が50nmのSnO2を20質量部、溶媒としてのジオキサンを1000質量部となるよう混合し、室温で5分間撹拌した。その後、撥液材(iii)の溶媒を除く成分100質量部に対して、式(16)で表される化合物を100質量部添加し、室温で1時間撹拌し、溶液(L)を得た。
溶媒として、ハイドロフルオロエーテル(商品名HFE7200、住友スリーエム製)を用いた以外は、調合例2と同様に調合し、溶液(M)を得た。
両親媒性化合物として下記式(17)で表される化合物を用いた以外は、調合例2と同様に調合し、溶液(N)を得た。
両親媒性化合物として下記式(18)で表される化合物を用いた以外は、調合例2と同様に調合し、溶液(O)を得た。
両親媒性化合物として下記式(19)で表される化合物を用いた以外は、調合例2と同様に調合し、溶液(P)を得た。
両親媒性化合物として、下記式(20)で表される化合物を用いた以外は、調合例2と同様に調合し、溶液(Q)を得た。
金属酸化物粒子として、平均粒子径が50nmのATOを、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して20質量部用いた以外は、調合例2と同様に調合し、溶液(R)を得た。
溶液(a)を以下の手順により調製した。撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して、平均粒子径が50nmのLiBF4を50質量部、ジオキサンを1000質量部となるよう混合し、室温で5分間撹拌し、溶液(a)を得た。
平均粒子径が50nmのLiBF4を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して120質量部用いた以外は、比較調合例1と同様に調合し、溶液(b)を得た。
平均粒子径が50nmのLiBF4を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して200質量部用いた以外は、比較調合例1と同様に調合し、溶液(c)を得た。
平均粒子径が50nmのLiBF4のかわりに、平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して50質量部用いた以外は、比較調合例1と同様に調合し、溶液(d)を得た。
平均粒子径が50nmのSnO2を、撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して200質量部用いた以外は、比較調合例4と同様に調合し、溶液(e)を得た。
撥液材(i)の溶媒を除く成分100質量部に対して、ジオキサンを1000質量部となるよう混合し、室温で5分間撹拌し、溶液(f)を得た。
(実施例1)
以下の手順により液体吐出ヘッドの吐出口形成部材4と撥液層7を簡易的に作製した。まず、下記表2に示される組成を有するエポキシ樹脂組成物をシリコン基板上に塗布して、感光性樹脂層を形成した。この感光性樹脂層は吐出口形成部材4となる層である。
撥液層7の形成において、調合例2〜11、13〜18で得た溶液(B)〜(K)、(M)〜(R)をそれぞれ用いた以外は実施例1と同様に吐出口形成部材4、吐出口5、及び撥液層7を形成した。
感光性樹脂層の形成において、下記表3に示される組成を有するエポキシ樹脂組成物を、撥液層7の形成において、調合例12で得た溶液(L)をそれぞれ用いた以外は実施例1と同様に吐出口形成部材4、吐出口5、及び撥液層7を形成した。
撥液層7の形成において、比較調合例1〜6で得た溶液(a)〜(f)をそれぞれ用いた以外は実施例1と同様に吐出口形成部材4、吐出口5、及び撥液層7を形成した。
上記実施例1〜18、及び比較例1〜6の方法にて作製した撥液層について以下の評価を行った。まず、撥液層の表面に顔料インクを吹き付けながらHNBR(水素化ニトリルゴム)のブレードを用いてワイピング操作を行ない、ワイピング5000回後と10000回後の積層物表面へのインクの固着の有無について目視及び光学顕微鏡を用いて確認した。表面の観察結果から以下の基準で帯電防止性の評価を行なった。
帯電防止性の評価基準
A:目視、光学顕微鏡観察において、インクの固着なし
B:目視でインクの固着なしだが、光学顕微鏡観察において固着あり
C:目視で一部にインクの固着あり
D:目視で全面にインクの固着あり
また、微小接触角計(製品名:DropMeasure、(株)マイクロジェット製)を用いて、純水に対する動的後退接触角θrの測定を行ない、以下の基準で撥液性の評価を行なった。
撥液性の評価基準
A:95°以上
B:80°以上95°未満
C:70°以上80°未満
D:70°以下
これらの評価結果を下記表4に示す。
5 吐出口
7 撥液層
10 第1の感光性樹脂層
11 第2の感光性樹脂層
12 塗膜
Claims (21)
- 液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材上の撥液層とを有する液体吐出ヘッドであって、
前記撥液層が、含フッ素化合物、金属酸化物粒子及び両親媒性化合物を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記含フッ素化合物が、フッ素含有基を有する加水分解性シラン化合物の縮合物である請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記式(1)〜(5)中のaが3である請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記金属酸化物粒子が、ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、In2O3、SiO2、MgO、BaO、MoO2、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ、スズドープ酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)、アンチモンドープ酸化チタン、及びニオブドープ酸化チタンからなる群より選択される少なくとも一つである請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記金属酸化物粒子がSnO2又はアンチモンドープ酸化スズである請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記金属酸化物粒子の含有量が、前記含フッ素化合物100質量部に対して、5質量部以上、150質量部以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記金属酸化物粒子の粒子径が、5nm以上、180nm以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記両親媒性化合物が、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアリールエーテル、アルキルモノグリセリルエーテル及びポリオキシアルキレンパーフルオロアルキルエーテルからなる群より選択される少なくとも一つである請求項1〜8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記金属酸化物粒子が前記両親媒性化合物によって覆われている請求項1〜9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材上の撥液層とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記撥液層を、含フッ素化合物、金属酸化物粒子、両親媒性化合物及び溶媒を含む溶液を塗布し、該溶液の塗膜を硬化させることにより形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記吐出口形成部材となる感光性樹脂層を形成する工程と、
前記感光性樹脂層上に、前記溶液の塗膜を形成する工程と、
前記感光性樹脂層と前記塗膜とを露光及び現像することにより前記吐出口を形成する工程と、
を有する請求項11に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記含フッ素化合物が、フッ素含有基を有する加水分解性シラン化合物の縮合物である請求項11又は12に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記加水分解性シラン化合物の縮合物が下記式(1)〜(5)で表される化合物のいずれかである請求項13に記載の液体吐出ヘッド。
(式(1)中、Rfは、パーフルオロアルキル基を有する非加水分解性置換基であり、Yは非加水分解性置換基であり、Xは加水分解性置換基であり、aは1以上3以下の整数である。)
(式(2)〜(5)中、Rpはパーフルオロポリエーテル基、Aは炭素数1から12の結合基、Xは加水分解性置換基、Y及びRは非加水分解性置換基、Zは水素原子又はアルキル基、Qは2価又は3価の結合基である。ここでQが2価のときn=1、Qが3価のときn=2である。aは1以上3以下の整数、mは1以上4以下の整数である。) - 前記式(1)〜(5)中のaが3である請求項14に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記金属酸化物粒子が、ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、In2O3、SiO2、MgO、BaO、MoO2、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ、スズドープ酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(IZO)、アンチモンドープ酸化チタン、及びニオブドープ酸化チタンからなる群より選択される少なくとも一つである請求項11〜15のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記金属酸化物粒子がSnO2又はアンチモンドープ酸化スズである請求項11〜16のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記金属酸化物粒子の含有量が、前記含フッ素化合物100質量部に対して、5質量部以上、150質量部以下である請求項11〜17のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記金属酸化物粒子の粒子径が、5nm以上、180nm以下である請求項11〜18のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記両親媒性化合物が、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアリールエーテル、アルキルモノグリセリルエーテル及びポリオキシアルキレンパーフルオロアルキルエーテルからなる群より選択される少なくとも一つである請求項11〜19のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを用い、電荷を有する分散剤若しくは樹脂で分散させた顔料を含む液体、又は、表面に電荷を有する基が直接若しくは原子団を介して結合している自己分散顔料を含む液体を、前記液体吐出ヘッドから吐出することにより記録媒体に画像を記録することを特徴とする記録方法。
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