JP5963919B2

JP5963919B2 - インクジェットプリントヘッドの前面のための、熱に安定な撥油性低接着性コーティング

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Publication number: JP5963919B2
Application number: JP2015125750A
Authority: JP
Inventors: サンバイヴァルン; ローコック−イー; チャオホン; チュアサマース
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: CN102372940B; KR101697377B1; KR20120042632A; JP2015221569A; JP2012040876A; US20120044298A1; DE102011081318A1; CN102372940A; US8544987B2

Description

インクジェットプリンタは、インクジェットプリントヘッドから記録基板（例えば、紙）に対し、液体インクの液滴を吐出するか、または放出することによって画像を作成する。プリントヘッドは、典型的には、ヘッド内に形成されているノズル開口部を有する前面を有しており、このノズル開口部から、液体インクが、記録基板に向けて液滴として放出される。

インクジェットプリントヘッドの前面は、インクで濡れるか、またはインクが垂れることによって汚れることがある。このような汚染によって、インクジェットプリントヘッド前面にあるノズル開口部が部分的または完全にふさがってしまう原因となるか、または原因のひとつとなることがある。このように開口部がふさがると、インク液滴がインクジェットプリントヘッドから放出される際の妨げとなり、インクジェットプリントヘッドから放出されるインク液滴の大きさが小さくなり過ぎるか、または大きくなり過ぎ、記録基板などに放出されたインク液滴の跡が所定量から変化し、このようなことから、インクジェットプリンタの印刷品質が悪化する。

インクジェットプリントヘッドの前面は、典型的には、この事象を防ぐために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））またはペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）のような材料でコーティングされている。Ｍａｖｅｒｉｃｋのような現行のプリントヘッドは、Ｘｅｒｏｘ固体インクとともに用いると、初期は良好な性能を示す。しかし、稼働寿命を過ぎると、性能が低下し、インクは、典型的なインク放出温度で、プリントヘッド前面コーティングから容易には滑り出てこなくなる。というよりも、インクは、プリントヘッド前面コーティングに付着し、コーティングに沿って流れ出て、インクが膜状になって残り、インクジェットプリントヘッド前面にあるノズル開口部を部分的または完全にふさいでしまうことがある。この問題は、ＵＶゲルインクの場合にはもっと深刻であり、インクが垂れる原因となるプリントヘッドの欠陥が、初期段階で発生することがある。図１は、印刷操作後のインクジェットプリントヘッド前面の写真であり、ノズル開口部周囲の前面領域のほとんどがＵＶ硬化性インクで濡れ、汚れていることを示している。したがって、堅牢性および信頼性を向上させ、将来的に、ＵＶゲルインクを新しい市場に浸透させていくことを可能にするために、液垂れの問題が起こりにくい撥油性低接着性コーティングが重要である。

インクジェットプリントヘッド前面の汚染は、パージ手順および／または拭き取り手順を行うことによって、ある程度は減らすことができる。しかし、これらの手順は、望ましくないほど時間がかかることがあり、および／または過剰量のインクを使用してしまうことがあり、そのため、インクジェットプリントヘッドの耐用期間を短くしてしまうことがある。また、インクジェットプリントヘッド前面の汚染は、プリントヘッドのノズル開口部から放出されるインクに対する濡れ性が大きくない撥油性低接着性プリントヘッド前面コーティングを施すことによっても、ある程度は減らすことができる。しかし、プリントヘッド加工プロセス中に加えられる典型的な温度まで加熱すると、既知の撥油性低接着性プリントヘッド前面コーティングに特徴的な表面特性は、インクジェットプリントヘッド前面の汚れを可能な限り減らすのには足りない状態まで低下してしまう。

印刷操作後に、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされているプリントヘッド前面のノズル領域がＵＶゲルインクで汚れていることを示す写真である。本発明のある実施形態にかかるインクジェットプリントヘッドの断面図である。本発明の一実施形態にかかる、図２に示されたインクジェットプリントヘッドを作成するプロセスを示す。本発明の一実施形態にかかる、図２に示されたインクジェットプリントヘッドを作成するプロセスを示す。本発明の一実施形態にかかる、図２に示されたインクジェットプリントヘッドを作成するプロセスを示す。撥油性低接着性コーティングに関し、重量減少％対温度のグラフを示す。

インクジェットプリントヘッド前面のための、撥油性低接着性ポリマー材料を含む撥油性低接着性表面コーティングが記載されている。インクジェットプリントヘッド前面表面に表面コーティングが施されている場合、紫外線（ＵＶ）ゲルインク（本明細書では、「ＵＶインク」とも呼ばれる）の吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴は、表面コーティングに対し、低い接着性を示す。表面に対するインク滴の接着性は、インク滴の滑り角（すなわち、インク滴が、残留分を残さず、または染みを残さない状態で表面を滑り始めるときの、表面が水平面に対して傾いている角度）を測定することによって決定することができる。滑り角が小さいほど、インク滴と表面との接着性が低い。本明細書で使用される場合、用語「低接着性」は、紫外線硬化性ゲルインクまたは固体インクを用いて測定した場合、プリントヘッド前面表面に対する滑り角が、約３０°未満と小さいことを意味する。ある実施形態では、紫外線硬化性ゲルインクまたは固体インクを用いて測定した場合、プリントヘッド前面表面に対する滑り角が、約２５°未満と小さい。ある実施形態では、紫外線硬化性ゲルインクまたは固体インクを用いて測定した場合、プリントヘッド前面表面に対する滑り角が、約２０°未満と小さい。ある実施形態では、紫外線硬化性ゲルインクまたは固体インクを用いて測定した場合、プリントヘッド前面表面に対する滑り角が、１°より大きい（または、約１°より大きい）。本明細書で使用される場合、撥油性低接着性表面コーティングは、紫外線ゲルインクまたは固体インクの液滴が、表面コーティングを、高温（例えば、１８０℃〜３２５℃の範囲の温度、または約１８０℃〜約３２５℃の範囲の温度）、高圧（例えば、１００ｐｓｉ〜４００ｐｓｉの範囲の圧力、または約１００ｐｓｉ〜約４００ｐｓｉの範囲の圧力）に所定時間（例えば、１０分〜２時間の範囲の時間、または約１０分〜約２時間の範囲の時間）さらした後にも、表面コーティングに対して低接着性を示すとき、「熱に安定」である。一実施形態では、表面コーティングは、表面コーティングを、２９０℃（または約２９０℃）の温度、３００ｐｓｉ（または約３００ｐｓｉ）の圧力に３０分（または約３０分）さらした後に、熱に安定である。したがって、表面コーティングを、なんら変性することなく、高温高圧でステンレス鋼開口留め具に結合することができる。その結果、得られたプリントヘッドは、インク液滴が、プリントヘッド前面から残留物を残さずに出て行くため、インクによる汚れを防ぐことができる。

ある実施形態では、印刷装置は、前面と、この前面の表面に配置されている撥油性低接着性表面コーティングとを有するインクジェットプリントヘッドを備えている。撥油性低接着性表面コーティングは、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴が、４５°より大きい（または、約４５°より大きい）接触角を示すような構成の撥油性低接着性ポリマー材料を含んでいる。一実施形態では、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴が、５５°より大きい（または、約５５°より大きい）接触角を示す。別の実施形態では、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴が、６５°より大きい（または、約６５°より大きい）接触角を示す。一実施形態では、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴と、表面コーティングとの間で示される接触角には上限値はない。別の実施形態では、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴は、１５０°より小さい（または、約１５０°より小さい）接触角を示す。さらに別の実施形態では、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴は、９０°より小さい（または、約９０°より小さい）接触角を示す。プリントヘッドがインクで満たされたら、インクが放出されるときまで、インクがノズル内に保持されていることが望ましい。一般的に、インク接触角が大きいほど、液垂れ圧が良くなる（高くなる）。液垂れ圧は、インク槽（容器）の圧力が増したときに、開口板が、ノズル開口部からインクが流れ出るのを防ぐ能力に関連する。ある実施形態では、コーティングは、熱に安定であり、高温（例えば、１８０℃〜３２５℃の範囲の温度、または約１８０℃〜約３２５℃の範囲の温度）、高圧（例えば、１００ｐｓｉ〜４００ｐｓｉの範囲の圧力、または約１００ｐｓｉ〜約４００ｐｓｉ）の範囲の圧力に、所定時間（例えば、１０分〜２時間の範囲の時間、または約１０分〜約２時間の範囲の時間）さらした後にも、この性質を保持しており、これにより、高い液垂れ圧を維持している。一実施形態では、コーティングは、熱に安定であり、２９０℃（または約２９０℃）の温度、３００ｐｓｉの圧力（または約３００ｐｓｉの圧力）に３０分（または約３０分）さらした後にも、この性質を保持しており、これにより、高い液垂れ圧を維持している。有益なことに、本明細書に記載されている撥油性低接着性表面コーティングは、紫外線硬化性ゲルインクおよび固体インクに対して接着性が低く、接触角が大きいのに加え、液垂れ圧が向上し、ノズルからインクが流れ出るのを減らすか、または完全になくす。

ある実施形態では、撥油性低接着性表面コーティングは、少なくとも１つのイソシアネートと、ヒドロキシル（例えば、アルコール）で官能化されたフルオロ架橋材料とを含む、反応剤混合物の反応生成物である。一実施形態では、ヒドロキシルで官能化されたフルオロ架橋材料は、反応剤混合物中に、約３０重量％（または約３０重量％）〜９０重量％（または約９０重量％）の量で存在する。アルコールとイソシアネートとの反応生成物は、ウレタンを含んでいてもよい（例えば、ポリウレタンポリマー）。一実施形態では、ヒドロキシルで官能化されたフルオロ架橋材料は、少なくとも１つのペルフルオロポリエーテル化合物を含む。

適切なイソシアネートとしては、イソシアネートのモノマー、オリゴマー、ポリマーがあげられ、（限定されないが）一般式Ｒ_１−（ＮＣＯ）_ｎのものを含み、式中、Ｒ_１は、アルキル基、アルキレン基、アリール基、アリーレン基、アリールアルキル基、アリールアルキレン基、アルキルアリール基、またはアルキルアリーレン基である。

一実施形態では、Ｒ_１は、アルキル基またはアルキレン基である（直鎖であり、分枝鎖であり、飽和であり、不飽和であり、環状であり、非環状であり、置換されており、置換されていないアルキル基およびアルキレン基を含み、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのようなヘテロ原子が、アルキル基またはアルキレン基に存在していてもよく、存在していなくてもよい）。一実施形態では、アルキル基またはアルキレン基は、少なくとも約８個の炭素原子を含む。別の実施形態では、アルキル基またはアルキレン基は、少なくとも約１０個の炭素原子を含む。別の実施形態では、アルキル基またはアルキレン基は、少なくとも約１２個の炭素原子を含む。一実施形態では、アルキル基またはアルキレン基は、約６０個以下の炭素原子を含む。別の実施形態では、アルキル基またはアルキレン基は、約５０個以下の炭素原子を含む。さらに別の実施形態では、アルキル基またはアルキレン基は、約４０個以下の炭素原子を含む。しかし、炭素原子の数が、これらの範囲から外れていてもよいことが理解されるであろう。

一実施形態では、Ｒ_１は、アリール基またはアリーレン基である（置換されており、置換されていないアリール基およびアリーレン基を含み、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのようなヘテロ原子が、アリール基またはアリーレン基に存在していてもよく、存在していなくてもよい）。一実施形態では、アリール基またはアリーレン基は、少なくとも約５個の炭素原子を含む。別の実施形態では、アリール基またはアリーレン基は、少なくとも約６個の炭素原子を含む。一実施形態では、アリール基またはアリーレン基は、約５０個以下の炭素原子を含む。別の実施形態では、アリール基またはアリーレン基は、約２５個以下の炭素原子を含む。さらに別の実施形態では、アリール基またはアリーレン基は、約１２個以下の炭素原子を含む。しかし、炭素原子の数が、これらの範囲から外れていてもよいことが理解されるであろう。

一実施形態では、Ｒ_１は、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基である（置換されており、置換されていないアリールアルキル基およびアリールアルキレン基を含み、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基のアルキル部分は、直鎖であるか、または分枝鎖であってもよく、飽和であるか、または不飽和であってもよく、環状であるか、または非環状であってもよく、置換されているか、または置換されていなくてもよく、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのようなヘテロ原子が、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基のアリール部分またはアルキル部分のいずれかに存在していてもよく、存在していなくてもよい）。一実施形態では、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、少なくとも約６個の炭素原子を含む。別の実施形態では、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、少なくとも約７個の炭素原子を含む。一実施形態では、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、約６０個以下の炭素原子を含む。別の実施形態では、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、約４０個以下の炭素原子を含む。さらに別の実施形態では、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、約３０個以下の炭素原子を含む。しかし、炭素原子の数が、これらの範囲から外れていてもよいことが理解されるであろう。

置換されたアルキル基、アルキレン基、アリール基、アリーレン基、アリールアルキル基、アリールアルキレン基、アルキルアリール基、アルキルアリーレン基の置換基は、（限定されないが）ハロゲン原子、イミン基、アンモニウム基、シアノ基、ピリジン基、ピリジニウム基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、アミド基、カルボニル基、チオカルボニル基、サルフェート基、スルホネート基、スルフィド基、スルホキシド基、ホスフィン基、ホスホニウム基、ホスフェート基、ニトリル基、メルカプト基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホン基、アシル基、酸無水物基、アジド基、アゾ基、シアネート基、イソシアネート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、カルボキシレート基、これらの混合物などであってもよく、２個以上の置換基があわさって、環を形成していてもよく、ｎは、イソシアネート基の数をあらわす整数であり、例えば、イソシアネートモノマーの場合には１、２、３などであり、イソシアネートポリマーの場合には、必須の上限値はない。

ジイソシアネートの例としては、以下の式を有するイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）

２，４−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）；ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）；水素化ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）；テトラ−メチルキシレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）；以下の式を有するヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート（ＨＤＩ）

ナフタレン−１，５−ジイソシアネート；３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニルジイソシアネート；３，３’−ジメチル−４，４’−ビメチル−４，４’−ビフェニルジイソシアネート；フェニレンジイソシアネート；４，４’−ビフェニルジイソシアネート；以下の式を有する２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートおよび２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート

テトラメチレンキシレンジイソシアネート；４，４’−メチレンビス（２，６−ジエチルフェニルイソシアネート）；１，１２−ジイソシアネートドデカン；１，５−ジイソシアネート−２−メチルペンタン；１，４−ジイソシアネートブタン；ダイマージイソシアネートおよびシクロヘキシレンジイソシアネート、これらの異性体；ＨＤＩのウレチジオンダイマーなど、およびこれらの混合物があげられる。トリイソシアネートまたはその等価物の例としては、トリフェニルメタン−４，４’，４”−トリイソシアネート；トリス（ｐ−イソシアナートフェニル）チオホスフェート；ＴＤＩなどのトリメチロールプロパントリマー、ＴＤＩ、ＨＤＩ、ＩＰＤＩなどのイソシアヌレートトリマー、ＴＤＩ、ＨＤＩ、ＩＰＤＩなどのビウレットトリマー、およびこれらの混合物が挙げられる。イソシアネート官能性がもっと高い例としては、ＴＤＩ／ＨＤＩなどのコポリマー、ＭＤＩオリゴマー、およびこれらの混合物が挙げられる。ある実施形態では、イソシアネート部分は、アロファン酸で改変されたＭＤＩ、またはアロファン酸で改変されたＭＤＩのポリマーであってもよい。ある実施形態では、イソシアネート部分は、従来技術に記載されており（米国特許第４，８６３，９８６号；米国特許第４，７０４，４２０号；米国特許第６，０７１，５６４号）、Ｆｌｕｏｒｏｂａｓｅ−Ｚとしてすでに市販されているような、ポリイソシアン酸官能基を有する（ペル）フルオロポリエーテル系プレポリマーであってもよい。ある実施形態では、適切なイソシアネートは、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）、Ｍｏｎｄｕｒ（登録商標）またはＩｍｐｒａｎｉｌ（登録商標）の名称で得られてもよく、例えば、ＢａｙｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅから入手可能なＤｅｓｍｏｄｕｒＮ３３００（登録商標）、ＤｅｓｍｏｄｕｒＮ３７９０（登録商標）など、またはこれらの混合物で得られてもよい。

適切なペルフルオロポリエーテル化合物としては、ヒドロキシルで一官能化または二官能化されたモノマー、オリゴマー、ポリマーのペルフルオロポリエーテル化合物が挙げられる。ヒドロキシルで二官能化された適切なペルフルオロポリエーテル化合物の例としては、（限定されないが）一般式

を有するものが挙げられ、式中、ａは、０〜２０の範囲の整数であり、ｂおよびｃは、０〜５０の範囲の整数であり、但し、ｂおよびｃの少なくとも１つはゼロではない。一実施形態では、適切な二官能ペルフルオロポリエーテル化合物は、以下の式によってあらわすことができる。
ＨＯＣＨ_２ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｂ（ＣＦ_２Ｏ）_ｃＣＦ_２ＣＨ_２ＯＨ

ある実施形態では、ヒドロキシルで二官能化された適切なペルフルオロポリエーテル化合物は、ＳｏｌｖａｙＳｏｌｅｘｉｓから入手可能なＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ（登録商標）、例えば、ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＤ（登録商標）、ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＤ１０（登録商標）、ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＤ１０Ｈ（登録商標）、ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＥ１０（登録商標）、ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＥ１０Ｈ（登録商標）などの名称で得られてもよく、またはこれらの混合物であってもよい。

１つ以上のペルフルオロポリエーテル化合物と、１つ以上のイソシアネートと縮合させることによる、ウレタン化合物など、またはこれらの混合物を製造するための任意の適切な反応条件を用い、撥油性低接着性プリントヘッド前面コーティングのポリマーを調製してもよい。典型的には（必須ではないが）、任意の反応触媒（例えば、ジブチルスズジラウレート、ビスマストリス−ネオデカノエート、コバルトベンゾエート、リチウムアセテート、オクタン酸スズ、トリエチルアミンなど）が存在する条件で、反応を種々の温度（例えば、約２５℃〜約１６０℃）で行ってもよい。他の例示的な触媒としては、ＲｈｅｉｎｅＣｈｅｍｉｅ製のＲＣ触媒が挙げられる。

反応剤のモル比を、わずかにモル過剰のアルコールを用いた反応において、イソシアネート官能基が完全に消費されるように調節することができる。反応剤を任意の順序で加えてもよく、および／または物理的な混合物として反応物に加えてもよい。所望な場合、いくつかの理由で、反応条件、反応剤を加える順序を制御し、発熱反応を制御し、ジイソシアネートとアルコール混合物などとを反応させるときの分子分布を調節してもよい。

これらの調節を行なうとき、アルコールとアミンが、イソシアネートに対して反応性が異なることを用いてもよく、イソホロンジイソシアネートのようなジイソシアネートの２個の別個のイソシアネート基の反応性が異なることを用いてもよい。例えば、この化学のさらなる説明は、ＩｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅｏｆＮｅｗＹｏｒｋ，Ｎ．Ｙ．によって１９６２に公開されたＪ．Ｈ．ＳａｕｎｄｅｒｓおよびＫ．Ｃ．Ｆｒｉｓｃｈ’ｓ「ＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓＰａｒｔＩ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」、およびＯｌｉｎＣｈｅｍｉｃａｌｓ’ ＬＵＸＡＴＥ（登録商標）ＩＭｉｓｏｐｈｏｒｏｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｈｅｅｔを参照（これらの開示内容は、その全体が参考として本明細書に組み込まれる）。分子分布を調節することによって、特定の用途に向けて設計された、制御された粘度を有し、制御されたガラス転移点および／または融点を有し、バッチごとに一貫性のある性質などを有する最終生成物を制御することができる。

一実施形態では、反応生成物の酸化または黄変を防ぎ、水分による望ましくない副反応を防ぐために、不活性雰囲気（例えば、アルゴンガスまたは窒素ガスまたは他の適切なガス）で反応条件を実施してもよい。反応は、ニートで（すなわち、無溶媒で）行ってもよく、場合により、望ましい溶媒または有効な溶媒を用いてもよい。適切な溶媒の例としては、キシレン、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、ニトロベンゼン、ジクロロベンゼン、Ｎ−メチルピロリジノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ヘキサン、テトラヒドロフラン、酢酸ブチル、酢酸アミル、ＨＦＥ７２００（３Ｍ）、ＨＦＥ７５００（３Ｍ）、Ｓｏｌｖｏｓｏｌ（Ｄｏｗ）など、およびこれらの混合物が挙げられる。使用可能な別の例示的な溶媒は、ＣｙｔｏｎｉｘＬＬＣから入手可能なＦＣＬ５２溶媒である。

イソシアネートを、アルコールのような化合物と反応させる反応は、例えば、米国特許公開第２００４／００７７８８７号、米国特許第６，８２１，３２７号、米国特許公開第２００４／００８２８０１号、米国特許公開第２００４／０１６７２４９号、米国第１０／９１８，０５３号、第１０／９１８，６１９号にも開示されており、これらの開示内容は、その全体が本明細書に参考として組み込まれる。

本明細書に開示されている撥油性低接着性表面コーティングを、記録基板に対してインクを放出するように構成された、インクジェットプリントヘッドのための濡れ防止性プリントヘッド前面コーティングとして使用することができる。普通紙、例えば、ＸＥＲＯＸ（登録商標）４０２４紙、ＸＥＲＯＸ（登録商標）ＩｍａｇｅＳｅｒｉｅｓ紙、Ｃｏｕｒｔｌａｎｄ４０２４ＤＰ紙、罫線付きノート紙、ボンド紙、シリカでコーティングされた紙、例えば、ＳｈａｒｐＣｏｍｐａｎｙのシリカでコーティングされた紙、ＪｕＪｏ紙、ＨａｍｍｅｒｍｉｌｌＬａｓｅｒｐｒｉｎｔ紙など、透明材料、布地、繊維製品、プラスチック、ポリマー膜、無機基板（例えば、金属および木材）などを含む、任意の適切な記録基板を用いてもよい。

ある実施形態では、プリントヘッドは、プリントヘッドの表面に配置される前面と、撥油性低接着性ポリマー材料を含む撥油性低接着性コーティングとを含み、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴は、表面コーティングに対する接触角が、４５°より大きい（または、約４５°より大きい）。ある実施形態では、接触角が５５°より大きい（または、約５５°より大きい）。ある実施形態では、接触角が６５°より大きい（または、約６５°より大きい）。一実施形態では、紫外線ゲルインクの吐出された液滴、または固体インクの吐出された液滴と、表面コーティングとの間で示される接触角には上限値はない。別の実施形態では、接触角は、１５０°より小さい（または、約１５０°より小さい）。別の実施形態では、接触角は、９０°より小さい（または、約９０°より小さい）。インク接触角が大きいほど、液垂れ圧が高くなる。液垂れ圧は、インク槽（容器）の圧力が増したときに、開口板が、ノズルからインクが流れ出るのを防ぐ能力に関連する。ある実施形態では、コーティングは、紫外線硬化性ゲルインクおよび固体インクに対し、接着性が低く、接触角が大きいとともに、有益なことに、液垂れ圧に影響を与える。ある実施形態では、本明細書のコーティングは、３０°より小さい（または、約３０°より小さい）低い滑り角を有する。ある実施形態では、滑り角は、２５°より小さい（または、約２５°より小さい）。ある実施形態では、滑り角は、１°より大きい（または、約１°より大きい）。接触角は、液滴の大きさにあまり影響を与えない。しかし、５〜１０μリットルのＵＶインクまたは固体インクの液滴を表面コーティングに置いて、接触角を測定してもよい。７〜１２μリットルのＵＶインクまたは固体インク液滴を表面コーティングに置いて、滑り角を測定してもよい。

本明細書に記載される実施形態では、撥油性低接着性コーティングは、熱に安定であり、それにより、高温（例えば、１８０℃〜３２５℃の範囲の温度、または約１８０℃〜約３２５℃の範囲の温度）、高圧（例えば、１００ｐｓｉ〜４００ｐｓｉの範囲の圧力、または約１００ｐｓｉ〜約４００ｐｓｉ）の範囲の圧力に、所定時間（例えば、１０分〜２時間の範囲の時間、または約１０分〜約２時間の範囲の時間）さらした後にも、１°〜３０°の範囲の（または、約１°〜３０°の範囲の）低い滑り角と、４５°〜１５０°の範囲の（または、約４５°〜約１５０°の範囲の）高い接触角を有する。一実施形態では、撥油性低接着性コーティングは、２９０℃（または約２９０℃）の温度、３００ｐｓｉ（または約３００ｐｓｉ）の圧力に３０分（または約３０分）さらした後にも、熱に安定である。高密度Ｐｉｅｚｏプリントヘッドの加工は、高温高圧の接着結合工程を必要とする。したがって、前面コーティングが、これらの高温高圧条件に耐えることが望ましいだろう。本明細書に記載されている撥油性低接着性表面コーティングの高温高圧での安定性は、現行のプリントヘッド製造プロセスにふさわしい。

インクジェットプリントヘッドの前面にコーティングされる場合、撥油性低接着性表面コーティングは、撥油性低接着性コーティングの表面に残るインク液滴が、単純な自己洗浄様式でプリントヘッドを滑り落ちるように、インクジェットプリントヘッドから放出されるインクに対して十分に低い接着性を示す。インクジェットプリントヘッドの前面に時折みられるような塵、紙粒子などの汚れ物質は、インク液滴を滑らすことによって、インクジェットプリントヘッド前面から離してもよい。したがって、撥油性低接着性プリントヘッド前面コーティングは、自己洗浄性であり、汚れ物質を含まないインクジェットプリントヘッドを与えてもよい。

本明細書で使用される場合、撥油性低接着性コーティングは、インクジェットプリントヘッドから放出されるインクに対し、「十分に低い濡れ性」を示してもよく、インクと撥油性低接着性コーティングとの接触角は、一実施形態では、４５°より大きく、別の実施形態では、約５５°より大きい。

本明細書に開示されている撥油性低接着性コーティングは、任意の適切なインクジェットプリンタ（例えば、連続式インクジェットプリンタ、サーマルドロップオンデマンド（ＤＯＤ）インクジェットプリンタ、ピエゾ式ＤＯＤインクジェットプリンタ）のインクジェットプリントヘッドのための撥油性低接着性プリントヘッド前面コーティングとして利用されてもよい。本明細書で使用される場合、用語「プリンタ」は、任意の目的のための印刷出力機能を発揮するデジタル複写機、製本機、ファクシミリ機、多機能機などの任意の装置を包含する。

本明細書に開示されている撥油性低接着性コーティングを、任意の適切なインク（例えば、水系インク、溶媒インク、ＵＶ硬化性インク、昇華染料インク、固体インクなど）を放出する構成になっているインクジェットプリントヘッドのための撥油性低接着性プリントヘッド前面コーティングとして用いてもよい。本明細書に開示されている撥油性低接着性コーティングで使用するのに適した、例示的なインクジェットプリントヘッドを、図２によって記載している。

図２を参照し、本発明の一実施形態にかかるインクジェットプリントヘッド２０は、支持具２２と、支持具２２に結合したノズル板２４と、撥油性低接着性コーティング（例えば、撥油性低接着性コーティング２６）とを含んでいる。

支持具２２は、ステンレス鋼のような任意の適切な材料で作られており、この支持具に形成されている開口部２２ａを備えている。開口部２２ａは、インク源（示されていない）とつながっていてもよい。ノズル板２４は、ポリイミドのような任意の適切な材料で作られており、この板に形成されているノズル２４ａを備えている。ノズル２４ａは、インク源からのインクを、プリントヘッド２０からノズル２４ａを経て記録基板に吐出することができるように、開口部２２ａによってインク源とつながっていてもよい。

図示されている実施形態では、ノズル板２４は、間に挟まった接着性材料２８によって、支持具２２に結合している。接着性材料２８は、熱可塑性接着剤として与えられてもよく、ノズル板２４を支持具２２に結合する結合プロセス中に溶融させてもよい。典型的には、ノズル板２４および撥油性低接着性コーティング２６も、結合プロセス中に加熱される。熱可塑性接着剤を形成させる材料に依存して、結合温度は、１８０℃〜３２５℃の範囲（または約１８０℃〜約３２５℃の範囲）であってもよい。

従来の撥油性低接着性コーティングは、典型的な結合プロセスまたはインクジェットプリントヘッド加工中に直面する他の高温高圧プロセス中に直面する温度にさらされると、分解する傾向がある。しかし、本明細書に開示されている撥油性低接着性コーティング２６は、結合温度まで加熱した後のインクに対し、十分に低い接着性（低い滑り角で示される）と、高い接触角とを示す。したがって、撥油性低接着性コーティング２６は、自己洗浄性であり、汚れ物質を含まず、液垂れ圧が高いインクジェットプリントヘッド２０を与えてもよい。撥油性低接着性コーティング２６が、高温にさらされたときに、望ましい表面特性（例えば、低い滑り角および高い接触角を含む）が実質的に低下しない能力によって、高い液垂れ圧を維持しつつ、自己洗浄性を有するインクジェットプリントヘッドを、高温高圧プロセスを用いて加工することができる。インクジェットプリントヘッドを作成する例示的なプロセスは、図２〜５に記載されている。

図３を参照すると、インクジェットプリントヘッド（例えば、インクジェットプリントヘッド２０）は、撥油性低接着性コーティング（例えば、撥油性低接着性コーティング２６）を基板３２の上に作成することによって作られてもよい。基板３２は、ポリイミドのような任意の適切な材料によって作られてもよい。

一実施形態では、撥油性低接着性コーティング２６は、まず、上述のように、少なくとも１つのイソシアネートおよび少なくとも１つのペルフルオロポリエーテル化合物を含む反応混合物を塗布することによって、基板３２の上に作られてもよい。反応剤混合物を基板３２に塗布した後、反応剤を反応させ、撥油性低接着性コーティング２６を作成する。反応剤は、例えば、反応剤混合物を硬化させることによって反応させることができる。一実施形態では、反応剤混合物を、最初に約１３０℃の温度で約３０分〜２時間加熱し、次いで、約２９０℃の高温で約３０分〜２時間、後硬化させる。

一実施形態では、ダイ押出コーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スタンプ印刷、ブレード技術のような任意の適切な方法を用い、反応剤混合物を基板３２に塗布してもよい。空気噴霧デバイス（例えば、エアブラシまたは自動空気／液体スプレー）を用い、反応剤混合物を噴霧してもよい。空気噴霧デバイスを、均一な（または実質的に均一な）量の反応剤混合物で基板３２の表面を覆う均一なパターンを作るように動く自動レシプロケータに取り付けてもよい。ドクターブレードを用いるのは、反応剤混合物を塗布するのに使用可能な別の技術である。フローコーティングにおいて、プログラミング可能なディスペンサーを用い、反応剤混合物を塗布する。

図４を参照すると、基板３２を接着性材料２８によって開口具２２に結合し、図５に示されている構造を得る。一実施形態では、接着性材料２８は、基板３２に結合する前に、開口具２２に結合する。別の実施形態では、接着性材料２８は、開口具２２に結合する前に、基板３２に結合する。さらに別の実施形態では、接着性材料２８は、基板３２と開口具２２に同時に結合する。

接着性材料２８が熱可塑性接着剤として提供される実施形態では、接着性材料２８は、熱可塑性接着剤を結合温度および結合圧力で溶融し、撥油性低接着性コーティング２６を結合温度および結合圧力にすることによって、基板３２と開口具２２に結合する。一実施形態では、結合温度は、少なくとも約２９０℃である。一実施形態では、結合温度は、少なくとも約３１０℃であってもよい。別の実施形態では、結合温度は、少なくとも約３２５℃であってもよい。一実施形態では、結合圧力は、少なくとも約１００ｐｓｉである。一実施形態では、結合圧力は、少なくとも約３００ｐｓｉであってもよい。

図２に示されるように、基板３２を開口具２２に結合した後、接着性材料２８内に開口部２２ａを広げていく１つ以上のパターン化プロセス中、開口具２２をマスクとして使用してもよい。また、基板３２内にノズル２４ａを作成する１つ以上のパターン化プロセス中、開口具２２をマスクとして使用してもよく、それによって、図２に示されるようなノズル板２４が得られる。また、ノズル２４ａを作成するために使用される１つ以上のパターン化プロセスを適用し、撥油性低接着性コーティング２６の中にノズル開口部２６ａを作成してもよく、ここで、ノズル開口部２６ａは、ノズル２４ａとつながっている。一実施形態では、レーザーアブレーションパターン化プロセスなどによって接着性材料２８の中に開口部２２ａを広げてもよい。一実施形態では、ノズル２４ａおよびノズル開口部２６ａを、それぞれ、レーザーアブレーションパターン化プロセスなどによって基板３２および撥油性低接着性コーティング２６の中に作成してもよい。

以下、特定の実施形態を詳細に記載する。これらの実施例は、例示を意図しており、特許請求の範囲は、これらの実施形態に記載されている材料、条件またはプロセスパラメータに限定されない。

（実施例１）
５．５ｇのＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ−Ｄ（Ｓｏｌｖａｙ−Ｓｏｌｅｘｉｓ製）、１．５ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３３００、１．０ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３７９０（Ｂａｙｅｒ製）、０．０５ｇのＲＣ触媒、８５ｍＬのＦＣＬ５２溶媒（Ｃｙｔｏｎｉｘ製）をビーカーで混合した。内容物を２５℃で３０分間撹拌し、次いで、ドローバーコーターを用い、ポリイミド基板表面をコーティングした。このコーティングに対し、オーブン中、１３０℃の温度で３０分間、第１の硬化処理を行った。次いで、コーティングに対し、炉中、温度を５℃／分で室温から２９０℃まで上げていき、次いで２９０℃に３０分間維持することによって、第２の硬化処理を行ない、コーティング１を作成した。このコーティングの接触角および滑り角を、コンピュータ制御された自動液体堆積システム、コンピュータ制御された傾斜ベースユニット（ＴＢＵ９０Ｅ）、コンピュータによる画像処理システムから構成されるＤａｔａｐｈｙｓｉｃｓ製ＯＣＡ２０ゴニオメータで決定した。

典型的な静的接触角測定において、約５μＬのヘキサデカンまたは約３μＬのＵＶインク（典型的なインク吐出温度８０℃で）、１μＬの固体インク（典型的なインク吐出温度１１５℃で）を、コーティング表面に穏やかに堆積させ、コンピュータソフトウェア（ＳＣＡ２０）を用いて静的接触角を決定し、それぞれの報告されているデータは、５個より多い個々の測定値の平均である。

滑り角の測定は、ヘキサデカン、ＵＶインク（典型的なインク吐出温度８０℃で）、固体インク（典型的なインク吐出温度１１５℃で）の約１０μＬの液滴を用い、傾斜ベースユニットＴＢＵ９０Ｅを用い、ベースユニットを１°／秒の速度で傾けることによって行った。滑り角は、試験液滴（ヘキサデカン、ＵＶインク、または固体インク）が、残留分を残さず、または染みを残さない状態で、コーティングされたポリイミド基板を滑り始めるような、コーティングされたポリイミド基板の傾いた角度であると定義される。

以下の表１は、実施例１にしたがって調製されたコーティングについて、接触角および滑り角をまとめたものである。

（実施例２）
４．５ｇのＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ−Ｄ（Ｓｏｌｖａｙ−Ｓｏｌｅｘｉｓ製）、１．５ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３３００、１．０ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３７９０（Ｂａｙｅｒ製）、０．０５ｇのＲＣ触媒、８５ｍＬのＦＣＬ５２溶媒（Ｃｙｔｏｎｉｘ製）をビーカーで混合した。内容物を２５℃で３０分間撹拌し、次いで、ドローバーコーターを用い、ポリイミド基板表面をコーティングした。まず、コーティングに対し、実施例１に記載した第１の硬化処理および第２の硬化処理を行ない、コーティング２を作成した。コーティングされた膜の接触角および滑り角を、これもまた実施例１に記載の手順を用いて決定した。以下の表２は、実施例２にしたがって調製されたコーティングについて、接触角および滑り角をまとめたものである。

（実施例３）
６．５ｇのＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ−Ｄ（Ｓｏｌｖａｙ−Ｓｏｌｅｘｉｓ製）、１．５ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３３００、１．０ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３７９０（Ｂａｙｅｒ製）、０．０５ｇのＲＣ触媒、８５ｍＬのＦＣＬ５２溶媒（Ｃｙｔｏｎｉｘ製）をビーカーで混合した。内容物を２５℃で３０分間撹拌し、次いで、ドローバーコーターを用い、ポリイミド基板表面をコーティングした。まず、コーティングに対し、実施例１に記載した第１の硬化処理および第２の硬化処理を行ない、コーティング３を作成した。このコーティングの接触角および滑り角を、これもまた実施例１に記載の手順を用いて決定した。以下の表３は、実施例３にしたがって調製されたコーティングについて、接触角および滑り角をまとめたものである。

（実施例４）
実施例４において、コーティング４を実施例１に記載の手順にしたがって調製し、コーティング５を実施例２に記載の手順にしたがって調製し、コーティング６を実施例３に記載の手順にしたがって調製した。しかし、コーティング４、５、６については、実施例１に記載の第１の硬化処理のみを行なった。コーティング４、５、６の表面特性を、実施例１に記載の手順にしたがった接触角測定によって決定した。以下の表４は、実施例４にしたがって調製されたコーティングについて、接触角および滑り角をまとめたものである。

（実施例５（比較例））
ステンレス鋼プリントヘッドを、米国特許第５，８６７，１８９号に記載のプロセスを用いて調製した。開口板を、Ｅ−Ｂｅａｍスパッタリング技術を用いてＰＦＡでコーティングし、それによってコーティング７を作成した。コーティング７に対する接触角および滑り角を実施例１に記載の手順を用いて決定し、データを表５にまとめている。相対的に、コーティング７に対する接触角は、コーティング１〜３に対する接触角と同様であるが、コーティング７に対する滑り角は、コーティング１〜３に対する滑り角よりもかなり大きい。滑り角が小さいことは、インク滴とコーティング表面との間の接着性が低いということであり、一方、滑り角がどの程度であるかは、インク滴とコーティング表面との間の接着性が高いということである。

（実施例６）
コーティング１およびコーティング４を、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの溶融したインク混合物に１４０℃で２日間浸すことによって、インク老化実験を行った。インクを老化させる前後の接触角および滑り角を測定した。接触角および滑り角のデータを表６にまとめている。このデータは、実施例１の手順で加工されたコーティングが、インクの老化に対し、堅牢性が高いことを示している。実施例１において、コーティング１を２９０℃で３０分〜２時間、後硬化したが、一方、コーティング４は、１３０℃で３０分間硬化させただけであった。

（実施例７）
コーティング１および４について、熱重量分析（ＴＧＡ）を行なった。コーティング１および４を、風袋を測定した白金皿に入れて秤量し、ＴＡＴＧＡＱ５００装置を用い、酸化（空気）環境で試験した。サンプルを４５℃で１０分間かけて平衡状態にし、次いで、２５ｍｌ／分の空気流を流しつつ、毎分１０℃で加熱した。重量減少プロフィール対温度を記録し、図６に示されているグラフの形で与えている。図６に示されるように、コーティング１は、分解発生温度が３１５℃であり、３０〜３００℃では、重量減少はほんの２％であった。このことは、コーティング１が良好な熱安定性を有していることを示していた。対照的に、コーティング４は、分解発生温度が２００℃であり、３０〜３００℃で重量減少が４７％であり、このことは、熱安定性が悪いことを示している。

（実施例８）
プリントヘッドを加工する接着剤の結合を模倣するオフライン試験において、コーティング１および４について、高温高圧の結合工程を行なった（例えば、２９０℃、３００ｐｓｉで３０分間）。接触角および滑り角を結合工程前後に測定した。接触角および滑り角のデータを表８にまとめている。コーティング１の接触角および滑り角は、変化していないことがわかり、コーティング４では分解が観察された。

（実施例９（本明細書に開示されている実施形態にしたがう、撥油性低接着性コーティングを用いたプリントヘッドの加工））
まず、ノズルのアレイを、レーザーアブレーション技術によって、低接着性コーティングでコーティングされたポリイミド膜（例えば、実施例１のコーティング１）で加工した。次いで、ポリイミド膜をステンレス鋼開口具に整列させ、高温接着剤を用い、２９０℃、３００ｐｓｉで３０分かけて結合させた。次いで、低接着性コーティング（コーティング１）を有する開口板を含む、得られた開口アセンブリを接着し、ジェットスタック／ＰＺＴアセンブリおよびマニホルドに結合し、プリントヘッドを得た。得られたプリントヘッドの前面は、コーティング１と同じ表面特性を示している。

Claims

インクジェットプリントヘッド前面のためのコーティングであって、このコーティングが、
撥油性低接着性コーティングを含み、前記撥油性低接着性コーティングが、
第１のイソシアネート化合物と；
ヒドロキシルで官能化されたフルオロ架橋材料とを含み、
前記第１のイソシアネート化合物が、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素化ＭＤＩ、テトラ−メチルキシレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス（４−イソシアナートシクロヘキシル）メタン、ＨＤＩ、ＩＰＤＩ、ＴＤＩおよびＭＤＩのうち１つ以上のジイソシアン酸モノマーのウレチジオンダイマー、ＨＤＩ、ＩＰＤＩおよびＴＤＩのうち１つ以上のジイソシアン酸モノマーが環化三量化したイソシアン酸化合物、イソシアネート（−ＮＣＯ）官能基を含むオリゴマー、ポリマーまたはコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つであり、
前記ヒドロキシルで官能化されたフルオロ架橋材料が、少なくとも１つのジヒドロキシペルフルオロポリエーテル化合物を含む、コーティング。
前記撥油性低接着性コーティングが、前記第１のイソシアネート化合物とは異なる第２のイソシアネート化合物をさらに含む、請求項１に記載のコーティング。
前記第２のイソシアネート化合物が、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素化ＭＤＩ、テトラ−メチルキシレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス（４−イソシアナートシクロヘキシル）メタン、ＨＤＩ、ＩＰＤＩ、ＴＤＩおよびＭＤＩのうち１つ以上のジイソシアン酸モノマーのウレチジオンダイマー、ＨＤＩ、ＩＰＤＩおよびＴＤＩのうち１つ以上のジイソシアン酸モノマーが環化三量化したイソシアン酸化合物、イソシアネート（−ＮＣＯ）官能基を含む適切なオリゴマー、ポリマーまたはコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項２に記載のコーティング。