JP4092771B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に用いる樹脂製インクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録ヘッドはインク流路を含むほとんどの部分に樹脂を用いることは、加工組立が容易で製造の低コスト化が出来るという点からガラス、金属に比べて有利である。
【0003】
しかし、樹脂を用いたインクジェット記録ヘッドに水性インクを用いる場合、通常樹脂表面は撥水性が高いため、樹脂部が水性インクに触れる部分で濡れが悪くなるため、インク充填の際インク流路内に気泡を取り残してしまったり、流路内に発生した気泡に対して排出操作を行っても排出することが困難であり、斜め射出を起こしたりひどいときにはドット抜けを起こす。
【0004】
そこで、インク流路内の樹脂表面を水性インクの濡れを良くするために特開昭60−24957号公報では酸処理・プラズマ処理等により樹脂表面に極性基を生成させて親水化処理をすることが提案されている。また、特公平2−54784号公報では染料水溶液をインク流路面と接触させた状態で加湿し、あらかじめ流路面に染料を吸着または浸透させることにより濡れを良くする方法も提案されている。またインクと接する樹脂表面であるインク流路に親水性高分子を表面グラフトすることにより濡れを良くする方法も提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法で前述前半の2つの樹脂表面の親水化処理はいずれも一時的なものであり持続性に乏しいためインクジェット記録ヘッドにインクが充填されていない状態で放置するとインク流路内の親水化処理の効果が失われる。
【0006】
後半の1つは表面の極性基を大きくし埋没を防止しているため親水化処理の効果に持続性は期待できるが、組み立て後にグラフト処理をすると複雑なインク流路すべてを処理することは非常に困難であり、またノズル面の濡れ性に影響を与え出射特性に影響がでることもある。また、組立前にグラフト処理をしても組立時に接着剤等を使用すればその接着剤の撥水性の影響を受けてしまう。
【0007】
本発明は前記課題を解決するためのものであり、インクジェット記録ヘッドのインク流路内の親水性を恒久的に維持することにより、インク流路内における様々な気泡によるトラブルを未然に防ぐことのできる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している。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成を採ることにより達成される。
【0009】
1.インクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドの製造方法において、樹脂からなっているインクに接する部分の表面であって、官能基を有する該樹脂の表面にポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンから選ばれる少なくとも1つのカチオン性の高い樹脂を反応させて付け、さらにその上に、構造内に酸無水物を含む樹脂、構造内にカルボキシル基を含む樹脂、構造内にカルボキシル基を含むアクリル系モノマーから選ばれる親水性有機物を反応させて付けて造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.前記親水性有機物を反応させて洗浄後、アルカリ金属を含む液に漬け、純水で洗浄することを特徴とする1記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
3.前記親水性有機物が構造内に酸無水物を含む樹脂であることを特徴とする1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
4.前記親水性有機物が構造内にカルボキシル基を含む樹脂であることを特徴とする1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5.前記親水性有機物が構造内にカルボキシル基を含むアクリル系モノマーであることを特徴とする1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6.前記官能基は、−COOH、−OH、−OOHから選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする1乃至5の何れか1項記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
7.前記カチオン性の高い樹脂を反応させる前に、プラズマ、オゾン、及びコロナ放電から選ばれる少なくとも1つの表面処理により前記樹脂からなっているインクに接する部分の表面を処理することにより前記官能基を生成させることを特徴とする1乃至6の何れか1項記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【0015】
この樹脂の表面処理は本インクジェット記録ヘッドの主たる構成要素の部材を組み立てる前に行っても良いし、処理できる範囲で組み立ててから行っても良い。
【0016】
本発明のインクジェット記録ヘッドのインク射出原理は、図1の模式図に示す如く、駆動部分1の変位により加圧されたインク2がノズルプレート3のノズル4より射出されてインク滴5を形成するものである。尚、本発明のインクジェットヘッドはインク流路、インク流路にインクを供給するインク導入路、インク流路に対応した位置にノズルを有するノズルプレートを有し、その駆動部分は圧電性セラミック基体上に電極膜及び樹脂皮膜をこの順に設けたものである。
【0017】
以下、本発明について更に述べる。
【0018】
本発明において、インクジェット記録ヘッドの材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルホン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート、ポリイミド、ポリアリレート、フッ素系ポリマー、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
【0019】
本発明におけるインクに接する部分が樹脂からなるとは、ヘッドの材料自体が上記の樹脂の場合、他の材質の材料の上に上記のごとき樹脂をコーティングしたもの、あるいは樹脂を含む構成部材からなるもの即ち構成部材の一部に上記のごとき疎水性樹脂が用いられているもので、その部分がインクに接するならいずれも含まれる。
【0020】
これら樹脂の表面は、該ヘッドのインクと接する面の少なくとも一部が、カチオン性の高い樹脂を反応させる前に、プラズマ、オゾン、コロナ放電等の処理により活性化することが望ましい。
【0021】
その代表的なものとしてプラズマ処理によるものは、例えば次の処理を具体例として挙げることができる。
【0022】
(処理条件)
装 置:平行平板型反応装置
原料ガス:酸素
ガス流量:50sccm
圧 力:10Pa
放電方法:高周波(13.56MHz、出力200W)
処理時間:2分間
他に有効なプラズマ処理として、マイクロ波を用いた方法等が挙げられ、採用するガスも酸素に限らず、窒素、アルゴン、炭酸ガス、アンモニアや他のガス又は酸素と不活性ガスの混合ガス等が挙げられる。
【0023】
本発明におけるカチオン性の高い樹脂とは水に溶解するとプラスに荷電するもので、特にこれに限定されるものではないが、例えばポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン等が挙げられる。分子量としてはMnで100以上が好ましく、更に好ましくはMnで1000〜100,000である。
【0024】
カチオン性の高い樹脂はプラズマ処理、オゾン処理、コロナ放電処理等を行ったインクジェット記録ヘッドの樹脂部の表面に存在する官能基(−COOH、−OH、−OOHなど)と反応して樹脂表面に固定される。
【0025】
カチオン性の高い樹脂を反応させるには、代表的にはポリエチレンイミン、ポリアリルアミンの水溶液を塗布・乾燥し、40℃以上で加熱処理した後、純水で洗浄する。もしくは40℃以上にした上記水溶液に浸漬した後、純水で洗浄することにより行うことが出来る。この場合水溶液の濃度は、0.01〜5%程度のものが良く用いられる。
【0026】
次に親水性有機物とは、請求項2〜4に記載したごとき酸無水物を含む樹脂、カルボキシル基を含む樹脂もしくはカルボキシル基を含むアクリル系モノマー等である。酸無水物を含む樹脂としては、メチルビニルエーテル/無水マレイン酸交互共重合体等の無水マレイン酸を含む共重合体、カルボキシル基を含む樹脂としてはポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のアクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基を含むモノマーと他のアクリル酸系モノマーの共重合体、アクリル酸系モノマーとしてはアクリル酸、メタアクリル酸等が挙げられるがこれに限定されるものではない。共重合体に関しては、共重合比が(酸無水物を含む構成単位):(その他の構成単位)もしくは(カルボキシル基を含む構成単位):(その他の構成単位)が、1:99〜100:0が好ましく、更に好ましくは10:90〜100:0である。
【0027】
親水性有機物の分子量としてはMnで1000〜10,000,000であり、更に好ましくは10,000〜1,000,000である。
【0028】
親水性有機物としてアクリル酸系モノマーを用いる場合は、カチオン性の高い樹脂をMn10,000以上にするのが好ましい。親水性有機物はその中に含む酸無水物やカルボキシル基、もしくはアクリル系モノマーの活性二重結合と、インクジェット記録ヘッドの樹脂部表面に存在するカチオン性の高い樹脂とが反応して樹脂表面に固定される。
【0029】
親水性有機物を反応させるには、例えばメチルビニルエーテル−無水マレイン酸交互共重合体、カルボキシビニルポリマー、メタクリル酸の水溶液を塗布・乾燥し、40℃以上で加熱処理した後、純水で洗浄する。もしくは40℃以上にした上記水溶液に浸漬した後、純水で洗浄することにより行うことが出来る。
【0030】
樹脂に親水性有機物を反応させた後は、アルカリ金属を含む液で洗浄し乾燥させると親水化処理がより確かなものとなり、その効果が長持ちするので好ましい。この時アルカリ金属を含む液は、アルカリ性であることがより好ましい。
【0031】
本発明のインクジェット記録ヘッドに適用できるインクとして好ましくは、着色剤として色素染料、分散染料又は分散顔料を3〜20重量%;多くの場合アニオン系、ノニオン系又はカチオン系の界面活性剤を0.05〜5重量%(分散系の場合、分散助剤を着色剤に対して20〜120重量%);保湿剤として尿素又はアミン類を0.01〜5重量%;溶媒として多価アルコール又はそれらのエーテル誘導体を5〜70重量%含有する水系のものである。これらのうち界面活性剤としてアニオン系又はノニオン系のものを用い、溶媒として多価アルコール又はそれらのエーテル誘導体を用いることが、本発明のインクジェット記録ヘッドの射出性能を補完するのに有利である。
【0032】
着色剤としては、特に限定無く公知のものを用いることが出来る。
【0033】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。
【0034】
インク流路およびノズルのポリマー修飾処理は以下のように行った。この処理は駆動部とノズルプレートを張り合わせた状態で行った。
【0035】
実施例1
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護し、プラズマ処理(200W、5min)を行い、ポリエチレンイミン(商品名:エポミンP−1000 日本触媒)1%水溶液を塗布・乾燥した。60℃で5時間ベークした後100℃の0.1N塩酸水溶液で洗浄し、純水で十分すすいだあと乾燥させた。
【0036】
続いてメチルビニルエーテル−無水マレイン酸交互共重合体(商品名:GANTREZ AN−169 International Specialty Products Inc.製)0.5%水溶液を塗布・乾燥した。60℃で8時間ベークした後100℃の純水で洗浄し乾燥させた。
【0037】
実施例2
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、ポリアリルアミン(商品名:PAA−H 日東紡績)1%水溶液を塗布・乾燥した。
【0038】
60℃で5時間ベークした後100℃の0.1N塩酸水溶液で洗浄し、純水で十分すすいだあと乾燥させる。続いてメチルビニルエーテル−無水マレイン酸交互共重合体(商品名:GANTREZ AN−169 International Specialty Products Inc.製)0.5%水溶液を塗布・乾燥させた。続いて60℃で8時間ベークした後100℃の純水で洗浄し乾燥させた。
【0039】
実施例3
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、80℃のポリエチレンイミン(商品名:エポミン P−1000 日本触媒)1%水溶液に30min漬けた。取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、60℃のメチルビニルエーテル−無水マレイン酸交互共重合体(商品名:GANTREZ AN−169 International Specialty Products Inc.製)0.5%水溶液に30min漬けた。部材を十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0040】
実施例4
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、80℃のポリアリルアミン(商品名:PAA−H 日東紡績)1%水溶液に30min漬けた。
【0041】
取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、60℃のメチルビニルエーテル−無水マレイン酸交互共重合体(商品名:GANTREZ AN−169 International Specialty Products Inc.製)0.5%水溶液に30min漬けた。次に部材を十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0042】
実施例5
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、80℃のポリエチレンイミン(商品名:エポミン P−1000 日本触媒)1%水溶液に30min漬けた。
【0043】
取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、60℃のカルボキシビニルポリマー(和光純薬)0.5%水溶液に30min漬けた。次に部材を十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0044】
実施例6
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、80℃のポリエチレンイミン(商品名:エポミン P−1000 日本触媒)1%水溶液に30min漬けた。
【0045】
取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、60℃のメタクリル酸10%水溶液に30min漬けた。次に部材を十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0046】
実施例7〜12
実施例1〜6のそれぞれについて親水性有機物を反応させ洗浄したあとに、0.1N NaOH水溶液に2min漬け、十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0047】
比較例1
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、ポリエチレンイミン(商品名:エポミン P−1000 日本触媒)1%水溶液を塗布・乾燥した。60℃で5時間ベークした後100℃の0.1N塩酸水溶液で洗浄し、純水で十分すすいだあと乾燥させた。
【0048】
比較例2
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、ポリアリルアミン1%水溶液を塗布・乾燥した。次に60℃で5時間ベークした後100℃の0.1N塩酸水溶液で洗浄し、純水で十分すすいだあと乾燥させた。
【0049】
比較例3
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、60℃のメチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体0.5%水溶液に30min漬けた。次に部材を十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0050】
比較例4
ポリマー修飾処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行い、80℃のポリエチレンイミン1%水溶液に30min漬けた。取り出し純水で十分すすぎ洗浄をした後、60℃のアクリルアミド10%水溶液に30min漬けた。部材を十分純水で洗浄し乾燥させた。
【0051】
比較例5
プラズマ処理したくない部分にマスキングテープを貼って保護した部材にプラズマ処理(200W、5min)を行った。
【0052】
実施例・比較例ともに処理後に実装しヘッドにインクタンクからインクを入れ射出可能になるまでに消費するインク量および1ヶ月間常温常圧の空気中に保管してあったヘッドにインクタンクからインクを入れ正常に射出可能になるまでに消費するインクの量で評価した。当然この量は少ないほど性能がよいことになる。
【0053】
【表1】
【0054】
表1を見れば明らかなごとく、本発明内の実施例1〜12のものは、本発明外の比較例1〜5に比して、正常に射出可能になるまでの消費インク量が少ない場合が多い。更に特記すべきは1ヶ月間保管後の特性であり、この場合は例外なく、本発明内のものは、保存前と特性がほとんど劣化しないのに比べ、本発明外のものは、保存前に特性が良いものは特性が大きく劣化していることがわかる。
【0055】
特に、処理後0.1NのNaOH水溶液に漬け、純水で洗浄した実施例7〜12は特性が優れていることがわかる。
【0056】
【発明の効果】
本発明により、インクジェット記録ヘッドのインク流路内の親水性を恒久的に維持することにより、インク流路内における様々な気泡によるトラブルを未然に防ぐことのできるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェットヘッドのインク射出原理の模式図。
【符号の説明】
1 駆動部分
2 インク
3 ノズルプレート
4 ノズル
5 インク滴
Claims (7)
- インクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドの製造方法において、樹脂からなっているインクに接する部分の表面であって、官能基を有する該樹脂の表面にポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミンから選ばれる少なくとも1つのカチオン性の高い樹脂を反応させて付け、さらにその上に、構造内に酸無水物を含む樹脂、構造内にカルボキシル基を含む樹脂、構造内にカルボキシル基を含むアクリル系モノマーから選ばれる親水性有機物を反応させて付けて造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。
- 前記親水性有機物を反応させて洗浄後、アルカリ金属を含む液に漬け、純水で洗浄することを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記親水性有機物が構造内に酸無水物を含む樹脂であることを特徴とする請求項1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記親水性有機物が構造内にカルボキシル基を含む樹脂であることを特徴とする請求項1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記親水性有機物が構造内にカルボキシル基を含むアクリル系モノマーであることを特徴とする請求項1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記官能基は、−COOH、−OH、−OOHから選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記カチオン性の高い樹脂を反応させる前に、プラズマ、オゾン、及びコロナ放電から選ばれる少なくとも1つの表面処理により前記樹脂からなっているインクに接する部分の表面を処理することにより前記官能基を生成させることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
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