JPH04505895A - 特にインクジエツト印字ヘツドにおける疎水化剤とその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特にインクジェット印字ヘッドにおける疎水化剤とその使用方法この発明は、特 にインクジェット印字ヘッドの表面処理のための疎水化剤及び表面の疎水化方法 に関する。

技術の極めて種々の領域において対象物が液体に濡れにくい又は濡れない表面を 持つことが望ましいことがある。金属の表面又は金属を含む表面に関しては、例 えば車両の金属製シャシ部品の場合、腐食の防止のためにこのことが望ましいか 又は必要となることがある。繊維製品も濡れや繊維又は織物の吸水を防止するた めに発水性に処理されることがある。池の対象物の場合に表面の濡れは技術的な 理由から不利となることがある。例えばインクジェットプリンタの印字ヘッドで はインクによる印字ヘッドの濡れ特性が、得られる印刷品質にとって非常に重要 である。

インクジェット印刷法においては、個々のインク小滴がインク印刷装置の構成部 品である印字ヘッドのノズルから放出されることにより、例えば記号が印刷媒体 上に描かれる。個々の小滴の放出と印刷媒体・印字ヘッド間の相対運動との間の 同調により、記号及び／又は図形を印刷媒体上に作り出すことができる。印刷の 品質は小滴放出の均一性に著しく関係する。個々の小滴は所定の大きさを有しか つそれぞれ同じ速度で印字ヘッドのノズルを離れなければならない。まさにイン ク小滴の大きさにとって印字ヘッドのインクと接触する範囲の濡れ特性が非常に 重要である。印字ヘッドのノズルへ通じるインク溝はインクに良好に濡れなけれ ばならないが、しかしノズル開口の外の領域はそうではない。この種のノズルの 周囲のよく濡れる表面は、インクがノズルから流れ出て過大な滴を形成する危険 を高める。極端な場合にはこの滴は複数のノズル開口にわたって広がり、それに より個々の滴の適当な放出を妨げるおそれさえある。更にこの種の滴が印字ヘッ ドの開口板へ付着するおそれがノズルの周囲で高まる。このことは種々の滴の大 きさ及び種々の滴放出速度従って印刷品質の低下を招く。

アメリカ合衆国特許第３７４７１２０号明細書には、十分に疎水性の表面を印字 ヘッドで得るために、印字ヘッドをシリコーン油で処理することが提案されてい る。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０４７８３５号公報にはフッ素を含む疎水化 剤が記載されている。作用物質としてこの薬剤は水素をフッ素で置換した有機残 基を有するシランを含む。

しかしながらこれらの公知の疎水化剤では、ノズル開口を形成する材料（ガラス 、セラミック又は金ＩＣＥ）上への付着性の悪さが欠点である。すなわちシリコ ーン油は運転時間の増加と共にインクにより洗い落とされる。別の欠点として、 水性溶媒を含むインクに対して当初は有利なこの処理剤が、有機溶媒を含むイン クに対しては時間と共に反発力の明らかな低下を示すことが挙げられる。フッ素 を含む処理剤によりインクは確かに比較的良好に反発されるが、しかしこの作用 は成る限度しかもたない。

この発明の課題は、水性インクばかりでなく非水性インクに対しても高くかつ同 時に永続する反発能力を示すような、インクジェット印字ヘッドの表面処理のた めの疎水化剤を提供することにある。

この課題は前記の種類の疎水化剤においてこの発明に基づき、疎水化剤が少な（ とも下記の一般式１、すなわち、 （Ｉ）　（ＲＣＨｗ　ＣＨ−）　、、Ｓｉ　ＸＱＡ−ここでＲは、少な（とも部 分的にフッ素処理したアルキル残基又はアリール残基であり、 Ｘは、ハロゲン又は擬似ハロゲンを表すか、あるいは水酸基、アミノ基又は加水 分解可能なアルコキシ基を意味し、 Ａは、１〜６個のＣ原子を有するアルキル残基であり、指数ｎ、ｏ及びｐは合計 で４となり、そのＶＡｎと０は無関係にそれぞれｌ、２又は３であり、ｐはＯ５ １又は２を表す、の化合物を含むことにより解決される。

この発明の別の実施態様及び表面の疎水化方法は請求の範囲２以下に記載されて いる。

この発明に基づく疎水化剤を用いた処理により極めて種々の表面上に疎水性層を 作り出すことができ、これらの層は水性溶媒に対してばかりでな（有機溶媒に対 しても良好に反発性に働き、すなわちこれらの溶媒に濡れにくいか又は全（濡れ ない。このことは特にノズルの開ロ領域ｔインクジェット印字ヘッドの表面に対 して成り立つ。そこでは印字ヘッドの表面は印字ヘッドの薄膜構造から生じる種 々の材料から成る。これらの材料は例えば金属、シリコン、酸化シリコン、ホト レジスト（例えばアクリル樹脂）又はガラスであり、従ってこの発明に基づき疎 水化剤により処理可能な表面にわたる代表的な断面を与える。

この発明に基づく化合物の優れた疎水化効果に対する尺度として濡れ角を用いる ことができる。濡れ角は液滴が接触時に表面に対し形成する角度を意味する。

液と表面又は表面の材料との間の相互作用が反発性であればあるほど、濡れ角は 一層大きい。この発明に基づ（化合物に対しては前記の表面においてそれぞれ９ ０”以上の濡れ角が測定された。従って公知の疎水化剤により得られる値を明ら かに超える。

この発明に基づく薬剤により処理された表面の疎水化効果の耐久性が長期間試験 により明らかとなった。試験時にこの発明に基づく薬剤により処理された印字ヘ ッドは、８０％の水のほかに更に別の有機溶媒、色素及び添加物を含むインク中 に浸して４週間５０°Ｃに置かれた。その後に改めて濡れ角が測定された。すべ てのこの発明に基づく化合物の場合この角度の低下は最大で１０°しか観測され なかった。このことは疎水性効果の優れた耐久性又は処理された表面上での薬剤 の優れた付着性を示す。この効果はフッ素を含む残基Ｒをケイ素原子に結合する ときに働（エチレン基の４個のプロトンに起因する。このことは例えばドイツ連 邦共和国特許出願公開第３０４７８３５号公報から知られ一貫して水素をフッ素 で置換した残基をケイ素で支持するシランに対して、この発明に基づく化合物の 重要な差異のうちの一つである。比較試験によりこれらの公知の疎水化剤に対し ては、これらの薬剤により処理された表面がこの発明に基づく疎水化剤に比べて 明らかに低い付着性又は疎水性効果の低い耐久性を有することが判明した。また この試験により、有機溶媒に対する公知の疎水化剤の濡れ角が最大で６５°であ り、従って明らかにこの発明に基づ（疎水化剤に対する値（最小で９０°）以下 であることが判明した。

別の有利な効果は、この発明に基づく疎水化剤に対する一般構造式において指数 ０が値２又は３を取るときに得られる。ケイ素に結合された残基Ｘの指数Ｏによ り表された数は、同時に疎水化剤をケイ素原子を介して表面又は表面の材料に結 合できる結合個所の数に相応する。すなわち残基Ｘは置換可能な断片（例えば水 酸基の場合のプロトン）を持っているか、又はそれ自体置換反応のための離脱基 （例えばハロゲン原子）である。従って残基Ｘが分子光たり二つ又は三つ存在す る場合に疎水化剤による表面の「網目状結合」が生じる。なぜならばそのとき各 分子が表面又は表面の材料に対し二つ又は三つの結合を行うことができるからで ある。多重に表面に結合した基はそれ相応に表面への一層良好な付着性を有する ので加水分解作用を受けにく（、従って時間的に見ても一層良好な付着性を示す 。

特別な長所は残基Ｘが塩素原子であるような化合物により得られる。その際に生 じる塩素処理したシランは一般に高い揮発性又は既に室温で高い蒸気圧を有する 。このことは特にこの発明に基づくシランによる表面の同じくこの発明に基づく 処理に対して有利である。その場合処理は既に室温で気相中で行うことができる 。表面との化学反応により既にこの条件のもとてかつ別の後処理無しに疎水性層 が作られる。しかしながら工程の短縮のために熱的後処理を行うこともできる。

疎水化剤の疎水性効果に対しては主としてフッ素処理した残基Ｒが有効である。

残基Ｒは水素をフッ素で置換され、例えば１〜６個のＣ原子を有するアルキル基 又はシクロアルキル基とするのが有利である。その際疎水性効果の尺度は成る鎖 の長さ以上では残基Ｒ又はその中に含まれるフッ素原子の数にもはやほとんど関 係しない。しかし既にトリフルオルメチル基により良好な疎水性効果が得られる 。更にケイ素原子には一つ又は二つの基Ａが存在し得る。基Ａはアルキル基望ま しくはメチル基である。基Ａはシランの疎水性効果にほとんど影響しないが、し かし疎水化剤の残りの特性の仕上げのために必要であり、例えば蒸気圧を高める か又は反応性に適当に影響を与えることができる。

同じくこの発明に基づ（表面の疎水化方法において、表面を既に述べた一般式１ の化合物により処理しなければならない。疎水化剤は室温で液体であるので、処 理すべき表面の浸漬、吹き付は又は蒸着により処理を行うことができる。原理的 にはこのために別の処置は必要でないが、しかし処理は加速のために約８０°Ｃ までの温度で行うことができる。疎水化方法の一層の短縮は既に述べたように熱 的後処理により得られる。しかし大抵の表面上の疎水特性及び疎水性効果の耐久 性についてはこのことは重大な影響を持たない。

８０°Ｃまでの温度で気相中で疎水化剤により表面を処理することは技術的な長 所をもたらす。特にインクジェット印字ヘッドの場合にこのことは有利である。

なぜならば気相法の場合にはインク溝を貫流する（例えば窒素のような）不活性 ガスにより望ましくない疎水化から容易に守ることができるからである。

インク溝は必ず疎水化剤から隔離して置（べきであるので、気相処理又は蒸気相 処理が浸漬処理に比べて極めて有利である。浸漬処理の場合にはインク溝の閉鎖 が必要であり、この閉鎖は例えば水銀、水及び別の液状媒体の充填により達成す ることができる。浸漬の場合にはさもないとインク溝の毛管作用力がインク溝中 への疎水化剤の侵入を招くが、このことは気相中では心配する必要がない。

処理時間は０．５〜１０分であり、既に述べたように熱的後処理又は処理中の温 度の上昇により短縮できるが、しかしこのことは原理的に必要でない。

処理により表面は、水性溶媒又は有機溶媒と表面が接触する場合に９０°以上の 濡れ角が生じるように疎水性になる。ここでもインクジェット印字ヘッドに関し て、このことはプリント（印刷又は印字）中にインク滴が直接インク溝又はイン ク溝のノズルの上方に発生し、開口領域のノズルに隣接する表面を濡らさないこ とを意味する。その結果としてこの種の滴は、インクの残りの調節可能なパラメ ータ（例えば粘度及び温度）だけに関係する正確な所定の大きさを有する。所定 の大きさのインク滴は正確に再現可能に印刷媒体例えば紙上に噴射され、きれい で正確な字形を生み出すことができる。滴の大きさが均一であると常に印刷媒体 へ向かう均一な滴の飛来軌道を維持することができるので、印刷媒体上では再現 可能な画素が生じる。

次に一実施例及び付属の二つの図面により、この発明の詳細な説明する。その際 、 第１図は、インクジェット印字ヘッドを斜視図で、第２図は、印字ヘッドのイン ク溝を断面図で示す。

第１図に示すように、インクジェット印字ヘッドは例えば薄膜構造で製造するこ とができる。この種の構造が図に概略的に示されている。例えばアルミニウムか ら成る金属製板１上には基板２としてシリコンウェーハが接着されている。その 上に絶縁層及びカバ一層として二つの酸化シリコン層３．４が設けられ、両層の 間に図示されていない導体及び抵抗加熱要素が埋め込まれ、これらは印字ヘッド の作動の際にインクの放出をもたらしかつ制御する。本来のインク溝６は例えば ホトレジスト層中で実現される。−例としてインク溝６の側壁５はアクリル樹脂 から成る。インク溝６の上側境界をアクリル樹脂層７上に接着されたガラス板８ が形成する。

この種の印字ヘッドは次に閉じた室中てこの発明に基づく疎水化剤を蒸着される 。そのために例えば所定量のトリデカフルオロチル−トリクロルシランが（水又 は水蒸気の無い）乾燥雰囲気中で僅かに加熱される。５分後に印字ヘッドが室か ら取り出され、適当な炉中で例えば８０°Ｃで次の５分間後処理される。印字ヘ ッドの表面はこうして疎水化剤の薄い層を備え、その際疎水化剤の個々の分子が 化学反応により印字ヘッドの表面の種々の材料に結合し、かつ部分的に相互に網 目状に結合している。疎水性効果が望まれる例えば板状の印字ヘッドの側面は、 インク溝６が開口し第１図に示された座標軸ａとｂを含む平面である。

第２図はプリント中のこの種のインク溝の断面を示し、インク小滴を噴射する直 前の状態を示す。インク溝１０を経て（色素、別の有機溶媒及び添加物のほかに ）例えば８０％の水を含むインクが印字ヘッドの表面１２　（ａ、　ｂ）に導か れる。この発明に基づ（処理により表面１２はインク溝１０のノズルに隣接する 領域では疎水性であり、従ってインク小滴１１は専らインク溝１０の上方に発生 する。滴１１は表面１２といわゆる濡れ角の補角に相応する角度１３を成す。明 らかに分かるように角度１３は９０°より小さく、従って濡れ角は同じ量だけ９ ０°より大きい。このことは、印字ヘッドの層構造のために用いられた材料から 成り処理された表面１２の優れた疎水特性を明示する。それによりインク小滴１ １の確実で均一な従って再現可能な噴射が印刷過程中に保証される。噴射は例え ば少量のインク溶媒の気化により発生させられるインク溝１０中のインクの突然 の体積増加により行われる。

この発明に基づく疎水化剤、及びインクジェット印字ヘッドのためにこれを使用 する方法は特別の長所をもたらすが、この発明はこれには制限されない。なぜな らば任意の表面をこの疎水化剤により処理することができるからである。

ＩＧＩ 国際調査報告 国際７査報告　２ｏ７．。。９゜１０００゜９

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．特にインクジェット印字ヘッドの表面処理のための疎水化剤において、疎水 化剤が少なくとも下記の一般式Ｉ、すなわち、（Ｉ）（Ｒ−ＣＨ２ＣＨ２−）ｎ ＳｉＸｏＡｐここでＲは、少なくとも部分的にフッ素処理したアルキル残基又は アリール残基であり、 Ｘは、ハロゲン又は擬似ハロゲンを表すか、あるいは水酸基、アミノ基又は加水 分解可能なアルコキシ基を意味し、 Ａは、１〜６個のＣ原子を有するアルキル残基であり、指数ｎ、ｏ及ひｐは合計 で４となり、その際ｎとｏは無関係にそれぞれ１、２又は３であり、ｐは０、１ 又は２を表す、の化合物を含むことを特徴とする疎水化剤。
2. ２．化合物Ｉが少なくとも二つの残基Ｘを含むことを特徴とする請求の範囲１記 載の疎水化剤。
3. ３．化合物Ｉ中の残基Ｘが塩素を意味することを特徴とする請求の範囲１又は２ 記載の疎水化剤。
4. ４．化合物Ｉの残基Ｒが水素をフッ素で置換されていることを特徴とする請求の 範囲１ないし３の一つに記載の疎水化剤。
5. ５．化合物１の残基Ｒが１〜６個のＣ原子を有するアルキル残基またはシクロア ルキル残基であることを特徴とする請求の範囲１ないし４の少なくとも一つに記 載の疎水化剤。
6. ６．化合物Ｉが残基Ａとして少なくともメチル基を含むことを特徴とする請求の 範囲１ないし５の少なくとも一つに記載の疎水化剤。
7. ７．表面が少なくとも下記の一般式Ｉ、すなわち、（Ｉ）（Ｒ−ＣＨ２ＣＨ２− ）ｎＳｉＸｏＡｐここでＲは、少なくとも部分的にフッ素処理したアルキル残基 またはアリール基であり、 Ｘは、ハロゲン又は擬似ハロゲンを表すか、あるいは水酸基、アミノ基又は加水 分解可能なアルコキシ基を意味し、 一方指数ｎ、ｏ及びｐは合計で４となり、ｎとｏは１、２又は３を表し、ｐは０ 、１又は２を意味する、 の化合物により処理されること特徴とする表面の疎水化方法。
8. ８．処理が表面の浸漬、吹き付け又は蒸着により行われることを特徴とする請求 の範囲７記載の方法。
9. ９．表面の処理が気相中で実施され、その際温度が８０℃を超えないことを特徴 とする請求の範囲７又は８記載の方法。
10. １０．処理が室温で十分に揮発性の化合物により気相中で実施されることを特徴 とする請求の範囲７ないし９の一つに記載の方法。
11. １１．化合物Ｉによる表面の処理後に熱的後処理が実施されることを特徴とする 請求の範囲７ないし１０の一つに記載の方法。
12. １２．処理が気相中で実施され、処理時間が０．５〜１０分であることを特徴と する請求の範囲７ないし１１の少なくとも一つに記載の方法。
13. １３．処理により、水小滴又は水を含む液小滴がこの表面と接触する際に、９０ ℃以上の濡れ角を有するほど疎水性の表面が作り出されることを特徴とする請求 の範囲７ないし１２の少なくとも一つに記載の方法。
14. １４．処理によりインクジェット印字ヘッドの開口板が疎水性にされることを特 徴とする請求の範囲７ないし１３の少なくとも一つに記載の方法。
15. １５．インクジェット印字ヘッドの処理が気相中で実施され、インク溝を疎水化 から守るために、処理中に不活性ガスを印字ヘッドのインク溝を通して流すこと を特徴とする請求の範囲１４記載の方法。