JP2017177656A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク、特に紫外線硬化型インクに対する耐性を向上させ、寿命を延ばすことができる、インクジェットヘッドとインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】複数の部材を接着剤で接合して形成され、内部に形成された流路を通じてノズルノズル２１からインクを吐出するインクジェットヘッド１０であって、複数の部材同士を接合する接着剤の少なくとも一部に、主剤がウレタン変性エポキシ樹脂であり、硬化剤が変性芳香族ポリアミンである二液硬化型エポキシ系接着剤を用いた。インクジェットヘッド１０に供給されるインクは、反応性モノマーを含む紫外線硬化型インクである。【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェットヘッドと、インクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置のインクジェットヘッドに関する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、インクジェット記録ヘッドが開示されている。このインクジェット記録ヘッドでは、ノズルプレートとプールプレートと供給孔プレートと圧力室プレートと振動プレートが順次積層され、アクチュエータが取り付けられる。各プレートは、それぞれ複数の接着剤層によって張り合わされる。各接着剤層は、エポキシ系接着剤からなり、その厚さを１〜４μｍとしている。

特許文献２には、さまざまなインクに対して高い耐性をもつインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドでは、インクに接する接合部分の接着剤に、ポリシロキサン変性エポキシ樹脂を含有する接着剤を用いている。

特開２０００−１６８０７８号公報 特開２００２−２１０６９４号公報

インクジェットヘッドを、複数の部材を積層して形成することがある。複数の部材を積層して形成したインクジェットヘッドの内部には、インクタンクから供給されたインクをノズルへと流す流路が形成されている。この流路は、積層される各部材に、予め形成された穴及び／又は溝を、それぞれ接続して、連続させることで形成される。インクジェットヘッドを形成する各部材は、積層された状態で接着剤によって接合される。しかしながら、上記のような接着剤を用いたとしても十分ではなく、接着剤層からの剥がれによるインクジェットヘッドの寿命の低下が問題になっている。特に、インクジェットヘッドから紫外線硬化型インクを噴射する場合、接着剤層からの剥がれによる寿命の低下が顕著になっている。これは紫外線硬化型インク内に含まれる反応性モノマーによって接着剤が溶解され、接着剤の接着力が低下することが原因であることが分かっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インク、特に紫外線硬化型インクに対する耐性を向上させ、寿命を延ばすことができる、インクジェットヘッドとインクジェット記録装置を提供することである。

本発明の一側面は、複数の部材を接着剤で接合して形成され、内部に形成された流路を通じてノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドであって、前記複数の部材同士を接合する接着剤の少なくとも一部に、主剤がウレタン変性エポキシ樹脂であり、硬化剤が変性芳香族ポリアミンである二液硬化型エポキシ系接着剤を用いたインクジェットヘッドである。

インクジェットヘッドにおいて、供給されるインクが、反応性モノマーを含む紫外線硬化型インクであるようにしてもよい。

本発明の他の側面は、上述したインクジェットヘッドを備える、インクジェット記録装置である。

本発明によれば、インク、特に紫外線硬化型インクに対する耐性を向上させ、寿命を延ばすことができる、インクジェットヘッドとインクジェット記録装置を得ることができる。

インクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。 図１に示すＰ−Ｑ−Ｒ−Ｓ線端面図である。インクジェットヘッドの内部流路の一例を示す。

本発明を実施するための実施形態について、図面を用いて説明する。本発明は、以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができる。例えば、以下に示す構成の一部は、省略し又は他の構成等に置換してもよい。他の構成を含むようにしてもよい。

＜インクジェットヘッド＞
インクジェットヘッド１０について、図１及び図２を参照して説明する。インクジェットヘッド１０Ｋは、ブラックインクを吐出し、ブラックインクによって画像を記録するインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０Ｍは、マゼンタインクを吐出し、マゼンタインクによって画像を記録するインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０Ｙは、イエローインクを吐出し、イエローインクによって画像を記録するインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０Ｃは、シアンインクを吐出し、シアンインクによって画像を記録するインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０Ｋ，１０Ｍ，１０Ｙ，１０Ｃは、同様の構成を有する。従って、以下では、インク色を区別することなく、インクジェットヘッド１０という。

インクジェットヘッド１０に形成される複数のノズル２１は、その半数が副走査方向に配列して１列のノズル列をなし、このノズル列が主走査方向に２列設けられた状態で配置される。この場合、２本のノズル列は、副走査方向に所定量だけずれた状態で主走査方向に隣り合って設けられる。即ち、複数のノズル２１は、千鳥状に配置される。このような複数のノズル２１の配置は例示である。従って、複数のノズル２１の配置は、このような配置とは異なる配置としてもよい。

インクジェットヘッド１０は、内部流路３２を含む。内部流路３２は、インクジェットヘッド１０の内部に形成された流路である。内部流路３２は、供給口３３（図１参照）を通過してインクジェットヘッド１０に供給されたインクをノズル２１へと流す。メインタンクから供給されたインクは、供給口３３からインクジェットヘッド１０内に流入し、内部流路３２を流れる。内部流路３２を流れるインクは、複数のノズル２１にそれぞれ到達し、各ノズル２１から吐出される。

インクジェットヘッド１０は、図２に示すように、第一部材２０と、第二部材４０と、第三部材５０と、第四部材６０と、第一接着層７１と、第二接着層７２と、第三接着層７３を備える。第一部材２０は、複数のノズル２１を含む。即ち、インクジェットヘッド１０において、複数のノズル２１は、第一部材２０に形成される。この他、第一部材２０は、第二流入部２２を含む。第二部材４０は、第一流路４１と、第二流路４２を含む。第一流路４１は、メインタンクから供給されたインクが流れる流路である。第二流路４２は、ノズル２１へと繋がる流路である。

第三部材５０は、圧力室５１と、第一流入部５２と、流出部５３を含む。圧力室５１は、インクを貯留する。第一流入部５２は、第一流路４１と圧力室５１を接続する。第一流入部５２は、第一流路４１を流れるインクを圧力室５１へと流す流路である。圧力室５１に貯留されるインクは、第一流路４１から第一流入部５２を通過して、圧力室５１に流入する。流出部５３は、圧力室５１と第二流路４２を接続する。流出部５３は、圧力室５１に貯留されたインクを第二流路４２へと流す流路である。圧力室５１に貯留されたインクは、圧力室５１から流出部５３を通過して、第二流路４２へと流れる。

第四部材６０には、駆動素子６１が設けられる。実施形態では、駆動素子６１は、第四部材６０の鉛直方向の上側の端面に接合される。駆動素子６１は、第四部材６０を挟み、圧力室５１に対向する。駆動素子６１の接合には、接着剤が用いられる。接着剤としては、例えば、後述する、第一接着層７１と第二接着層７２と第三接着層７３を形成する接着剤と同様の接着剤が用いられる。駆動素子６１は、インクをノズル２１から吐出させるエネルギーを発生する。駆動素子６１としては、例えば、ピエゾ素子が挙げられる。駆動素子６１がピエゾ素子である場合、ノズル２１からインクを吐出させるエネルギーは、ピエゾ素子が変形することで発生する。ピエゾ素子は、電圧の印加に応じて変形する。圧力室５１に貯留されたインクには、駆動素子６１が発生させたエネルギーが作用する。即ち、圧力室５１に貯留されたインクには、ピエゾ素子の変形に伴う圧力が作用する。圧力室５１に貯留されたインクは、自身に作用する圧力によって、圧力室５１から流出部５３を通過して、第二流路４２へと流れ込む。これに伴い、ノズル２１からインクが吐出される。駆動素子６１としては、公知のインクジェットヘッドと同様、ヒータを採用することもできる。駆動素子６１がヒータである場合、ノズル２１からインクを吐出させるエネルギーは、ヒータが発生させた熱エネルギーである。

第一部材２０の第二流入部２２は、ノズル２１と第二流路４２を接続する。第二流入部２２は、第二流路４２を流れるインクをノズル２１へと流す流路である。第二流路４２を流れるインクは、第二流路４２から第二流入部２２を通過して、ノズル２１へと到達する。

第一部材２０と第二部材４０と第三部材５０と第四部材６０は、次に説明する状態で積層され、第一接着層７１と第二接着層７２と第三接着層７３によってそれぞれ接合される。第一接着層７１と第二接着層７２と第三接着層７３は、接着剤が硬化した接着層である。

第二部材４０は、第一部材２０に積層される。第一接着層７１は、第一部材２０と第二部材４０を接合する。即ち、第一部材２０と第二部材４０は、第一部材２０の鉛直方向の上側の端面と、第二部材４０の鉛直方向の下側の端面が対向する状態で積層され、第一接着層７１によって接合される。第一部材２０の鉛直方向の上側の端面は、鉛直方向において、吐出面２３とは反対側となる端面である。インクジェットヘッド１０における吐出面２３は、第一部材２０の鉛直方向の下側の端面によって形成される。第一接着層７１を形成する接着剤は、第一部材２０の鉛直方向の上側の端面と、第二部材４０の鉛直方向の下側の端面の一方又は両方に塗布される。例えば、接着剤は、第二部材４０の鉛直方向の下側の端面に塗布される。

第三部材５０は、第二部材４０に積層される。第二接着層７２は、第二部材４０と第三部材５０を接合する。即ち、第二部材４０と第三部材５０は、第二部材４０の鉛直方向の上側の端面と、第三部材５０の鉛直方向の下側の端面が対向する状態で積層され、第二接着層７２によって接合される。第二接着層７２を形成する接着剤は、第二部材４０の鉛直方向の上側の端面と、第三部材５０の鉛直方向の下側の端面の一方又は両方に塗布される。例えば、接着剤は、第二部材４０の鉛直方向の上側の端面に塗布される。

第四部材６０は、第三部材５０に積層される。第三接着層７３は、第三部材５０と第四部材６０を接合する。即ち、第三部材５０と第四部材６０は、第三部材５０の鉛直方向の上側の端面と、第四部材６０の鉛直方向の下側の端面が対向する状態で積層され、第三接着層７３によって接合される。第三接着層７３を形成する接着剤は、第三部材５０の鉛直方向の上側の端面と、第四部材６０の鉛直方向の下側の端面の一方又は両方に塗布される。例えば、接着剤は、第三部材５０の鉛直方向の上側の端面に塗布される。第四部材６０の鉛直方向の上側の端面には、上述した通り、駆動素子６１が接合される。

第一部材２０と第二部材４０と第三部材５０と第四部材６０が、第一接着層７１と第二接着層７２と第三接着層７３によってそれぞれ接合される等して、インクジェットヘッド１０が一体的に組み立てられたとする。この場合、第一流路４１と第一流入部５２と圧力室５１と流出部５３と第二流路４２と第二流入部２２は、それぞれ接続されて、連続した流路を形成する。この流路は、インクジェットヘッド１０の内部流路３２に含まれる。即ち、第一流路４１と第一流入部５２と圧力室５１と流出部５３と第二流路４２と第二流入部２２は、少なくとも、内部流路３２のうちの支流路となる部分を形成する。内部流路３２の支流路は、供給口３３を端部とする内部流路３２の本流部３１から、各ノズル２１の側へと分岐した部分である。

第一部材２０、第二部材４０、第三部材５０、第四部材６０の各部材の材質については、特に限定されず、ニッケル、アルミニウム、ステンレス等の金属材料やポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂材料が用いられる。なお、接着剤にて接着される部材の少なくとも一方は、金属材料とすることが、接着強度を上げることができることから好ましい。

＜接着剤＞
接着剤としては、二液硬化型のエポキシ系接着剤が用いられる。ここで、二液硬化型のエポキシ系接着剤とは、主剤にウレタン変性エポキシ樹脂を用い、硬化剤に変性芳香族ポリアミンを用いたものであり、ウレタン変性エポキシ樹脂としては、株式会社ＡＤＥＫＡのＥＰＵシリーズ、三井化学株式会社のエポキーシリーズ、等が上市されており、変性芳香族ポリアミンとしては、株式会社ＡＤＥＫＡのアデカハードナーＥＨ＿１０５Ｌ、三菱化学株式会社のＪＥＲキュア変性芳香族アミングレードＷ、等が上市されている。

接着剤を塗布する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、スプレー塗布、ディスペンサー、スクリーン印刷、ハケ塗り、転写、等によるものが挙げられる。なかでも、微少量からの塗布が可能であり、塗布面を均一に塗布できることから、スプレー塗布が好ましい。なお、スプレー塗布でおこなう場合、接着剤の粘度は２０ｍＰａ・ｓ以下とすることが好ましい。これより粘度が高いと、塗布面を均一に塗布することが難しくなるので、接着剤の粘度が高い場合は、溶剤で希釈し、粘度がこれ以下となるよう調整するとよい。

第一接着層７１、第二接着層７２、第三接着層７３の各接着層の膜厚は、１〜２０μｍとすることが好ましい。膜厚が１μｍ未満であると、接着層に各部材の凹凸による空隙が出来、そこからリークが生じるおそれがある。また、膜厚が２０μｍより厚くなると、接着剤が多すぎて、流路にはみ出し、ノズル等を塞いでしまうおそれがある。

接着剤の硬化温度としては、６０〜１２０℃が好ましい。硬化温度が６０℃未満であると、接着剤の耐熱性が悪くなるおそれがあり。また、１２０℃より高いと、駆動素子６１のピエゾ素子が消極してしまったり、部材間の熱膨張係数の違いからインクジェットヘッド１０に反りが生じてしまったりするおそれがある。

＜紫外線硬化型インク＞
インクジェットヘッド１０に供給されるインクとしては、特に限定されるものではないが、インクジェットヘッド１０は、特に、紫外線硬化型インクに対して耐性が従来のものより向上している。紫外線硬化型インクは、紫外線照射により硬化する性質を示す。ラジカル重合型の紫外線硬化型インクは、色材、反応性モノマー、反応性オリゴマー、光重合開始剤を主に含む。色材の種類は、染料または顔料であり、特に限定されない。

反応性モノマーの種類は、一例を挙げると、反応性モノマーは、硬化した樹脂の強靭性および柔軟性が優れる点から、２官能モノマーであることが好ましい。２官能モノマーとしては、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、１，３−ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，９−ノナンジオールジアクリレート等の脂肪族反応性モノマーが例示される。反応性モノマーは、２種以上が併用されてもよい。

反応性モノマーの含有量は特に限定されない。一例を挙げると、反応性モノマーは、紫外線硬化型インク中４０重量％以上となるように含まれることが好ましく、５０重量％以上となるように含まれることがより好ましい。また、反応性モノマーは、紫外線硬化型インク中７５重量％以下となるように含まれることがより好ましい。反応性モノマーの含有量が４０重量％未満の場合、紫外線硬化型インクの粘度が高くなりすぎて、ヘッドからの吐出不良を生じるおそれがある。一方、反応性モノマーの含有量が７５重量％を超える場合、紫外線硬化型インクは、硬化しにくい傾向がある。

反応性オリゴマーの種類は、一例を挙げると、反応性オリゴマーは、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、シリコンアクリレート、ポリブタジエンアクリレート等である。これらの中でも、反応性オリゴマーは、硬化した樹脂の強靭性、付着性および柔軟性が優れる点から、ウレタンアクリレートであることが好ましい。反応性オリゴマーは、２種以上が併用されてもよい。

反応性オリゴマーの含有量は特に限定されない。一例を挙げると、反応性オリゴマーは、紫外線硬化型インク中１０重量％以上となるように含まれることが好ましく、１５重量％以上となるように含まれることがより好ましい。また、反応性オリゴマーは、紫外線硬化型インク中３０重量％以下となるように含まれることがより好ましい。反応性オリゴマーの含有量が１０重量％未満の場合、硬化した樹脂の強靭性、付着性、柔軟性が低下するおそれがある。一方、反応性オリゴマーの含有量が３０重量％を超える場合、紫外線硬化型インクの粘度が高くなりすぎて、ヘッドからの吐出不良を生じるおそれがある。

光重合開始剤の種類は、一例を挙げると、光重合開始剤は、ヒドロキシケトン類またはアシルホスフィンオキサイド類等である。光重合開始剤は、２種以上が併用されてもよい。

光重合開始剤の含有量は特に限定されない。一例を挙げると、光重合開始剤は、紫外線硬化型インク中５重量％以上となるように含まれることが好ましく、６重量％以上となるように含まれることがより好ましい。また、光重合開始剤は、紫外線硬化型インク中１０重量％以下となるように含まれることがより好ましい。光重合開始剤の含有量が５重量％未満の場合、紫外線硬化型インクが硬化しにくい傾向がある。一方、光重合開始剤の含有量が１０重量％を超える場合、紫外線硬化型インクの硬化率や硬化速度は、向上しない傾向がある。

なお、紫外線硬化型インクは、必要に応じて増感剤、熱安定剤、酸化防止剤、防腐剤、消泡剤、樹脂バインダー、樹脂エマルション、還元防止剤、レベリング剤、ｐＨ調整剤、顔料誘導体、重合禁止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等が配合されてもよい。

（実施例）
本実施形態のインクジェットヘッド１０の紫外線硬化型インクに対する耐性を調べるために、インクジェットヘッド１０をインクに長時間浸漬し、接着剤層からの剥がれの有無について観察した。以下、この耐性試験の結果について、説明する。

接着剤として、主剤にウレタン変性エポキシ樹脂２０重量部、硬化剤に変性芳香族ポリアミン５重量部、希釈剤７５重量部からなる二液硬化型エポキシ系接着剤を用いた。接着剤の粘度は６ｍＰａ・ｓとし、スプレー塗布にて各接着層の膜厚が３μｍとなるように接着剤を塗布し、９０℃で硬化をおこない、図１及び図２に示したようなインクジェットヘッド１０を作製した。なお、第一部材２０、第三部材５０、第四部材６０の各部材にはステンレス、第二部材４０にはポリイミド樹脂を用いた。

インクとして、無機顔料（黄色酸化鉄）を５重量部、反応性モノマー（１，６−ヘキサンジオールジアクリレート）を７０重量部、反応性オリゴマー（脂肪族ウレタンアクリレート）を２５重量部からなる紫外線硬化型インクを作製した。

作製した紫外線硬化型インクに、インクの温度が６０℃となるようにして、インクジェットヘッド１０を６か月間浸漬し、接着剤層からの剥がれの有無について観察したところ、６か月経過後も接着剤層からの剥がれは無く、充分に実用に耐えうるものであった。

１０ インクジェットヘッド
２０ 第一部材、 ２１ ノズル、 ２２ 第二流入部、 ２３ 吐出面、
３１ 本流部、 ３２ 内部流路、 ３３ 供給口、
４０ 第二部材、 ４１ 第一流路、４２ 第二流路、
５０ 第三部材、 ５１ 圧力室、 ５２ 第一流入部、 ５３ 流出部、
６０ 第四部材、 ６１ 駆動素子、
７１ 第一接着層、 ７２ 第二接着層、 ７３ 第三接着層

Claims (3)

1. 複数の部材を接着剤で接合して形成され、内部に形成された流路を通じてノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドであって、
   前記複数の部材同士を接合する接着剤の少なくとも一部に、
   主剤がウレタン変性エポキシ樹脂であり、硬化剤が変性芳香族ポリアミンである二液硬化型エポキシ系接着剤を用いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記インクジェットヘッドに供給されるインクが、反応性モノマーを含む紫外線硬化型インクである請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドを備える、インクジェット記録装置。