DE60009771T2

DE60009771T2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung, Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterials sowie durch dieses Verfahren hergestelltes Material

Info

Publication number: DE60009771T2
Application number: DE60009771T
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Hino-shi Kondo
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: EP1029702B1; EP1029702A2; US6528129B1; DE60009771D1; EP1029702A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Tintenstrahlsysteme umfassen im weitgefassten Sinn beispielsweise ein Blasenstrahlverfahren, ein piezoelektrisches Verfahren und dgl. Drucker, die solche Systeme anwenden, sind kostengünstig und ergeben auch weniger Betriebskosten im Vergleich zu Laserdruckern, die ein elektrostatisches Aufzeichnungssystem einsetzen. So werden eine Anzahl Tintenstrahldrucker zur Anwendung durch den Verbraucher vermarktet, und die Entwicklung solcher Drucker nimmt stetig zu.
Wie allgemein bekannt ist, verwendet ein Tintenstrahlsystem eine Technik, bei der Tinte aus einer feinen Öffnung ausgestoßen wird, woraufhin die resultierenden Tintentröpfchen mit einem Aufzeichnungsmedium in Kontakt gebracht werden, um ein Bild zu erzeugen. Ferner werden in der vorliegenden Erfindung zur Beschreibung des Verhaltens von Tintentröpfchen, die eine Bildempfangsfläche eines Aufzeichnungsmediums erreichen und darauf ein Bild erzeugen, die Begriffe "Kollision", "Auftreffen" und "Schuss" angewandt, um dieses Verhalten zu beschreiben. Ferner ist beim Tintenstrahldrucken, wenn andere Bilddaten speziell als Zeichendaten gedruckt werden, ein Aufzeichnungsmedium erforderlich, um Tintentröpfchen rasch und wirksam zu absorbieren, so dass die aus einer Tintentröpfchen-Ausstoßeinheit ausgestoßenen Tintentröpfchen (gelegentlich auch als Druckerkopf bezeichnet) auf die richtigen Stellen geschossen werden und kein Verschwimmen in der Oberflächenrichtung der Bildempfangsfläche ergeben.
Als Aufzeichnungsmedium für ein solches Tintenstrahlsystem wird für gewöhnlich Papier allgemeinen angewandt. Mit der Entwicklung besserer Tinte ist jedoch der Tintenstrahldruck auch auf das Bedrucken von Stoff und dgl. angewandt worden. Ferner sind zusammen mit der Erzielung einer höheren Qualität infolge feinerer Tintentröpfchen, einer vielfarbigen und höheren Qualität, die durch präzisere Positionssteuerung des Druckkopfs erzielt wurde, Tintenstrahlsysteme in jüngster Zeit auf Druckvorgänge kleinen Volumens mit vielen Typen, Dokumentendruck kleinen Volumens und dgl. angewandt worden. Derzeit sind Tintenstrahldrucker auf dem Markt erhältlich, die in der Lage sind, einen Hochauflösungsdruck auszuführen, beispielsweise mindestens 1200 dpi, und ein solcher Druckertyp führt nicht nur einen detaillierten Druckvorgang aus, sondern kann auch mit einer Hochgeschwindigkeitsdruckfunktion versehen sein bzw. werden.
Eine Verbesserung der Bildqualität sowie eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit sind für Tintenstrahldrucker gefordert worden. Demgemäß sind Forschung und Entwicklung nicht nur für Drucker, sondern auch für die Software zum Antrieb der Drucker, die Tinte und das Aufzeichnungsmedium durchgeführt worden. Beispielsweise gibt es nun, im Januar 1999, einen Drucker zur Benutzung durch den Verbraucher, der ein minimal kleines Tröpfchen mit einem Volumen von nur sechs Picolitern (6 Trillionstel Liter) hat.
Gleichzeitig ist, um zu ermöglichen, dass das Aufzeichnungsmedium selbst zu verbesserter Bildqualität beiträgt, exklusives Druckpapier vorgeschlagen worden, und die Nachfrage danach hat zugenommen.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem Tintenstrahlsystem ein Verfahren eingesetzt, bei dem Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium ausgestoßen wird. Wenn infolgedessen das Aufzeichnungsmedium einfach mit Tinte befleckt wird, verschlechtert sich die Bildschärfe. Wenn dagegen das Aufzeichnungsmedium eine geringe Affinität zu Tinte zeigt oder Tinte abstößt, ist es unmöglich, Bilder zu erzeugen.
Spezielle Aufzeichnungsmedien, die vorgeschlagen oder vermarktet worden sind, sind solche, bei denen die Tinten-Bildrezeptivität verbessert ist, indem eine aus organischen Materialien wie Gelatine, PVA und dgl. oder anorganischen Materialien (Silika und dgl.) als Hauptkomponente bestehende funktionale Schicht aufgebracht wird, die auf die Oberfläche eines Substrats wie Papier, Kunststofffilm (PET, PE, PP, PEN und dgl.) aufgebracht wird.
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Es ist jedoch sehr schwierig, die physikalischen Oberflächeneigenschaften wie "Benetzbarkeit" des Inneren von Leerstellen nur durch Beschichtungsverfahren zu kontrollieren. Ferner sind die Qualität und die Performance von Tinten je nach Herstellern, ihren Erzeugnissen und den Tintentypen selbst unterschiedlich. Wenn die Kompatibilität berücksichtigt wird, ist es infolgedessen schwierig, eine Formel einer Überzeugsschicht zu bestimmen, die bei allen Tintentypen gut arbeitet. Ferner ist es nicht einfach, die Formel zu variieren, um die Tintenbildrezeptivität in geeigneter Weise zu steuern.
Ferner bestehen Probleme bei der Haftung und der Übertragung nach dem Druck. Diese sind auf die Erscheinung zurückzuführen, bei der Druckertinte genauso wie ein Klebstoff arbeitet. Speziell wenn gedruckte Blätter bzw. Lagen in engem Kontakt aufeinandergestapelt werden, haftet die Bildempfangsfläche an einer anderen Oberfläche. Wenn sie unter Kraftaufwand auseinandergeblättert werden, wird das gedruckte Bild übertragen oder im Extremfall das Blatt zerrissen.
Ferner ist infolge der Zunahme der Druckgeschwindigkeit der Tintenausstoßabstand (das Zeitintervall) kürzer geworden, und es sind Probleme mit der Erzeugung von "Verschiebungen" aufgetreten. Wenn ein Tintentröpfchen auf eine Bildempfangsschicht geschossen wird und deren Saugrate von der Oberfläche zum Innern hin gering ist, wie in den 13(a), 13(b) und 13(c) dargestellt ist, wird ein Tintentröpfchen 102 zu dem vorher aufgeschossenen Tintentröpfchen 101 hin gezogen, das aber noch nicht in die Papieroberfläche 201 eingesaugt wurde, und die Position des anschließend ausgestoßenen Tintentröpfchen wird von der vorgesehenen Position 104 verschoben. Infolgedessen wird an der Position, an der ein Tintentröpfchen vorhanden sein sollte, kein Tintentröpfchen aufgebracht (es wird kein Tintentröpfchen auf die Zielposition ausgestoßen), und somit wird die Farbreproduktion erheblich verschlechtert.
Ferner hat die Verbesserung der Bildrezeptivität gegenteilige Auswirkungen ergeben. Die erste gegenteilige Auswirkung ist ein Problem mit "Verschmutzung". Wenn beispielsweise eine Bildempfangsschicht mit den Fingern berührt wird, haften sowohl Schmutz als auch Fingerabdrücke daran, oder die Bildempfangsschicht wird infolge von Feuchtigkeitsaufnahme einem Schwellvorgang ausgesetzt und das sich ergebende Bild wird verformt und dgl. Die zweite nachteilige Auswirkung ist eine Zunahme in einem "longitudinalen Verschwimmen" ("longitudinal blotting"). Dieses Problem tritt auf die Weise auf, dass ein auf die Bildempfangsfläche ausgestoßenes Tintentröpfchen sich entlang der Oberflächenrichtung ausbreitet und sich mit auf benachbarten Positionen ausgestoßenen Tintentröpfchen vermischt, um eine unerwünschte Farbmischung zu verursachen.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Verbesserung der Bildrezeptivität von tatsächlichen Problemen begleitet. Derzeit sind jedoch noch keine effektiven Mittel zur Lösung solcher Probleme entdeckt worden, und alle Firmen entwickeln Aufzeichnungsmedien unter Anwendung einer "trial and error"-Methode. Beispielsweise im Fall einer in der öffentlicher Einsichtnahme zugänglichen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 10-193783 beschriebenen Technik wird eine Empfangsschicht mit einer kompakten Struktur ausgebildet, und es wird eine Technik vorgeschlagen, um die resultierende Oberfläche hydrophil zu machen. Wenn aber nur die Oberfläche hydrophil gemacht wird, verbreiten sich Tintentröpfchen zunehmend entlang der Oberflächenrichtung, um gegen die Erwartungen die Qualität zu verschlechtern.
Demgemäß haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung das Problem untersucht und haben erkannt, dass ein wichtiger Faktor darin besteht, dass ein Tintentröpfchen, wenn es auf eine Bildempfangsfläche ausgestoßen wird, schnell eingesaugt wird, mit anderen Worten ist der wichtige Faktor die Wasserabsorbierfähigkeit (sowohl hinsichtlich des Volumens als auch der Rate) in der Tiefe des Aufzeichnungsmediums. Im einzelnen ist herausgefunden worden, dass eine Interferenz zwischen Tintentröpfchen (gelegentlich auch als dots bezeichnet), die auf benachbarte Positionen ausgestoßen werden, durch Erhöhen der Wasserabsorptionseffizienz sowie der Wasserabsorptionsrate minimiert wird, indem das Innere der Leerstellenstruktur hydrophil gemacht wird und damit die Aufzeichnungsfunktion des Tintenstrahlverfahrens verbessert werden kann.
Ferner hat sich herausgestellt, dass im Gegensatz zur Gestaltung einer hydrophilen Oberfläche eine wasserabstoßende oberste Oberfläche eine wirksame Maßnahme ist, um ein Verschmutzen auf der Papieroberfläche und dgl. zu minimieren.
Ferner hat sich herausgestellt, dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium, bei dem die Oberflächenschicht hydrophil sein soll und nur ihre Oberfläche wasserabstoßend sein soll, eine hohe Bildempfangs- bzw. aufnahmefähigkeit zeigt.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Verbesserung der Bildempfangsleistung durch Variieren der physikalischen Eigenschaften einer Überzugsschicht nach obiger Beschreibung sind jedoch keine Mittel gefunden worden, die in der Lage sind, hinsichtlich der Eigenschaften von Tinte Tintentypen wirtschaftlich und wirksam auf einfache Weise zu variieren. Ferner ist hinsichtlich des Auftretens einer "Verschmutzung" sowie der Zunahme eines "longitudinalen Verschwimmens" in Zusammenhang mit der Verbesserung der Bildrezeptionsleistung keine Lösung vorgeschlagen worden, die eine Koexistenz beider erlaubt, da die Probleme der Verbesserung der Bildrezeptionsleistung entgegenstehen.
Hinsichtlich der Oberflächenmodifikation eines Trägers sind verschiedene Techniken vorgeschlagen worden. Beispielsweise sind hinsichtlich der Beschichtung verschiedene Techniken zur Verbesserung der Adhäsion (Schichtadhäsion) vorgeschlagen worden. Solche Techniken umfassen eine Korona-Entladungsbehandlung, eine Vakuumglüh-Entladungsbehandlung, eine Flamm-Behandlung und zusätzlich eine kürzlich vorgeschlagene Plasma-Oberflächenbehandlung unter atmosphärischem Druck und dgl. Insbesondere die Details der Plasmabehandlung unter atmosphärischem Druck sind in der öffentlicher Einsichtnahme zugänglichen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 3-143930 und 4-74525 sowie den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 2-48626, 6-72308 und 7-48480 und dgl. beschrieben worden. Das Merkmal besteht darin, dass unter atmosphärischem Druck oder einem Druck nahe an diesem Plasma durch Entladung in einer aus Argongas oder Heliumgas als Hauptkomponente bestehenden Atmosphäre erzeugt wird und ein Träger einer Oberflächenbehandlung unter Verwendung des resultierenden Plasmas unterzogen wird.
Die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung haben bestätigt, dass solche oberflächenmodifizierenden Techniken die Bildrezeptionsleistung der Tinten-Bildempfangsschicht bemerkenswert verbessern und ferner Probleme mit "Verschmutzung" sowie der Entstehung einer "Verschiebung" lösen, womit die vorliegende Erfindung bewerkstelligt wurde.
Die Plasmabehandlung weist jedoch Probleme dahingehend auf, dass Plasmaerzeugungsbedingungen schwierig sind und eine Steuerung des Prozesses schwierig ist.
Ferner trägt bei der Plasmabehandlung die Feuchtigkeit im Reaktionsgas zur Substitution einer funktionalen Gruppe bei. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt erhöht wird, um die Substitutionseffizienz zu verbessern, sind Probleme aufgetreten, bei denen die Leistung der Energiequelle abnimmt und eine Entladung nicht stabil ist.
US-A-5 780 118 offenbart ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Transparentschicht für Tintenstrahldrucken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die hydrophile Eigenschaft einer Oberflächenschicht wird durch einen Korona-Entladeprozess verbessert, der Änderungen in der Sauerstofffunktionalität an der Oberfläche erzeugt.
US-A-4 861 644 offenbart ein Drucksubstrat, das eine im wesentlichen aus linearem Polyolefin mit ultrahohem Molekulargewicht bestehende Matrix, einen hohen Anteil an fein verteiltem, wasserlöslichem siliziumhaltigem Füllstoff sowie Zwischenverbindungsporen umfasst. Eine Koronabehandlung ist ebenfalls erwähnt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren eines Trägers mit einer Leerstellen ent haltenden Schicht bereitgestellt, das den folgenden Schritt umfasst:
Durchführen einer Plasmabehandlung am Medium, gekennzeichnet durch:
Durchführen einer hydrophilen Behandlung unter Anwendung der Plasmabehandlung am/im Innern der Leerstellen enthaltenden Schicht, und Durchführen einer wasserabweisenden Behandlung unter Anwendung der Plasmabehandlung an der Oberfläche der Leerstellen enthaltenden Schicht.
Die Plasmabehandlung kann den Effekt des Bereitstellens einer funktionalen Gruppe in dem Substrat haben, wobei die Leerstellen oder Partikel in der Leerstellen enthaltenden Schicht aufgerauht werden.
Die Plasmabehandlung kann unter einer aus einem Inertgas als Hauptkomponente bestehenden Atmosphäre durchgeführt werden und kann eine Korona-Flammen- oder Glühentladung anwenden.
Die Leerstellen enthaltenden Schicht kann die Oberfläche des Trägers bilden und kann durch Beschichtung bereit gestellt werden.
Die wasserabstoßende Behandlung kann nach dem Ausführen der hydrophilen Behandlung durchgeführt werden.
Das Oberflächenbehandlungsverfahren kann den Schritt des Einbringens des Trägers in eine Gasatmosphäre und des Einleitens des Gases in die Leerstellenstruktur vor der Ausführung der Plasmabehandlung umfassen.
Die Plasmabehandlung kann in einer Atmosphäre durchgeführt werden, deren absolute Feuchtigkeit mindestens 0,0005 kg-Dampf/kg-Trockengas beträgt. Die Atmosphäre kann ein Reaktionsgas in einer Menge von mindestens dreißig Volumenprozent umfassen. Das Plasma kann in einem gepulsten elektrischen Feld erzeugt werden, und das Plasma kann aus einem Gas gebildet und dann in die Leerstellen eingeleitet werden, oder das Gas kann vor der Ausführung der Plasmabehandlung in die Leerstellen eingeleitet werden, wobei die Plasmabehandlung durch elektrische Entladung an dem Träger durchgeführt wird.
Das Verfahren kann auf die Herstellung von Tintenstrahlpapier angewandt werden.
Vorzugsweise wird die Leerstellen enthaltende Schicht auf dem Träger vor Durchführung der Plasmabehandlung ausgebildet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer Ausführungsform des ersten Verfahrens bzw. der ersten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung,
2 eine Ansicht zur Darstellung einer Wellenform eines Pulses,
3 eine schematische Aufbauansicht einer Ausführungsform des ersten Verfahrens und der ersten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer eine Elektrode vom Zylindertyp anwendenden Ausführungsform,
5 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer eine Elektrode vom Rollentyp anwendenden Ausführungsform,
6 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer eine Elektrode vom Rollentyp anwendenden Ausführungsform,
7 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer eine Elektrode vom Rollentyp anwendenden Ausführungsform,
8 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer eine Elektrode vom Rollentyp anwendenden Ausführungsform,
9 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer eine Elektrode mit gekrümmter Oberfläche vom Gasströmungstyp anwendenden Ausführungsform,
10 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung zur Verbesserung der Luftabdichtung,
11 eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung eines Beispiels einer weiteren Vorrichtung zur Verbesserung der Luftabdichtung,
12 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des fortgesetzten Behandlungsprozesses des vorliegenden Erfindung,
13(a),(b) und (c) Ansichten zur Darstellung eines Beschießungszustands, bei dem ein laterales verschwimmen auftritt,
14(a),(b) und (c) eine Ansicht zur Darstellung eines Beschießungszustands ohne das Auftreten eines lateralen Verschwimmens,
15 eine Schnittansicht eines Trägers vor der Plasmabehandlung gemäß der Erfindung,
16 eine schematische Ansicht einer Plasmabehandlung,
17 eine schematische Ansicht einer Plasmabehandlung, und
18 eine schematische Ansicht einer Plasmabehandlung.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.
15 ist eine Schnittansicht eines Trägers vor der Plasmabehandlung gemäß der Erfindung. Eine Unterschicht wie z.B. eine Gelatineschicht ist auf einem Träger vorgesehen, und eine Bildempfangsschicht mit Leerstellen (funktionale Schicht) ist darauf vorgesehen. Die oberste Schicht der Bildempfangsschicht wird als "Oberflächenschicht" bezeichnet, und eine Oberfläche von Partikeln innerhalb der Leerstellenschicht wird als "Oberfläche" bezeichnet.
Als Träger für das Substrat mit einer bei der vorliegenden Erfindung angewandten Leerstellenstruktur wird eine Schicht angewandt, die aus Polyethylen-Terephtalat, Polyethylen und Polypropylen, Papier und dgl. ausgewählt ist.
Im einzelnen wird ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium wie folgt erzeugt. Beispielsweise wird eine dünne Gelatineschicht auf die Oberfläche eines Trägers aufgebracht, der eine Polyethylenschicht bereitstellt, die auf beide Ober flächen von auf auf Papierbrei basierendem Papier aufgebracht ist. Die resultierende Oberfläche wird einer Einzel- oder Mehrfachschicht-Beschichtung unter Verwendung einer auf Wasser basierenden Beschichtungszusammensetzung unterzogen, die durch Auflösen von Silika und PVA als Hauptkomponenten und anschließendes Trocknen zubereitet wird. Somit wird ein Aufzeichnungsmedium mit der Bildempfangsschicht (einer funktionalen Schicht), die nach obiger Beschreibung erstellt wurde, erzeugt. Die resultierende Bildempfangsschicht wird einer Plasmabehandlung unterzogen, um die Bildempfangsleistung zu verbessern. Hinsichtlich der Schichtstruktur kann eine Beschichtungszusammensetzung mit der gleichen Zusammensetzung mehrfach beschichtet werden. Gemäß spezifischen Anforderungen ist es möglich, die Beschichtungszusammensetzung, die Schichtdicke sowie die Anzahl von Schichten auszuwählen. Bevorzugt wird die Bildempfangsschicht mittels einer Beschichtung bereitgestellt, es können aber auch andere Mittel angewandt werden.
Hinsichtlich der Beschichtung für die Bildung der Bildempfangsschicht werden Techniken vorgeschlagen, die herkömmlicherweise zur Herstellung lichtempfindlicher Materialien angewandt werden, wobei eine beliebige dieser Techniken angewandt werden kann. Beispielsweise kann irgendeine mehrerer bevorzugter Verfahren aus den folgenden ausgewählt werden: ein Tauchwalzenverfahren, ein Drahtbarrenverfahren, ein Klingenverfahren, ein Gleittrichterverfahren, ein Vorhangverfahren und dgl. Insbesondere wenn eine Mehrschichtbeschichtung für einen breiteren Träger mit relativ hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird, werden vorzugsweise die Gleittrichter- oder Vorhangtechniken angewandt.
Eine Bildempfangsschicht besteht aus Silika und PVA. Im einzelnen ist eine PVA-Schicht auf Silikapartikeln ausgebildet, und viele dieser Partikel koagulieren, während sie Leerstellen erzeugen. Wenn Tintentröpfchen die Bildempfangsschicht erreichen, saugen sich die Tintentröpfchen in diese Leerstellen ein, um ein Bild zu erzeugen.
Wenn die Bildempfangsschicht einer Plasmabehandlung unterzogen wird, um hydrophile Eigenschaften bereitzustellen, werden viele polare Funktionsgruppen (eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, eine Hydroxylgruppe, eine Carbonylgruppe und dgl.) mit der PVA-Schicht auf der Oberfläche des Silika bereitgestellt. Infolgedessen wird der Wirkungsgrad der Tintenabsorption sowie die Tintenabsorptionsrate verbessert. Ferner wird die Oberfläche der PVA-Schicht auf Silikateilchen im Innern der Leerstellenschicht durch Ätzung fein aufgerauht (was einen Verankerungseffekt ergibt), um den Oberflächenbereich der zwischen den Partikeln ausgebildeten Leerstelle zu vergrößern. Infolgedessen werden auch die Tintenabsorptionswirkung sowie die Tintenabsorptionsrate verbessert. Im Gegensatz zur hydrophilen Eigenschaft ist es durch Ausführen einer hydrophoben Behandlung an der obersten Oberfläche (Oberflächenschicht) der Bildempfangsschicht möglich, die Ausbreitung von Tintentröpfchen in der Oberflächenrichtung zu minimieren (die auch als Lateralrichtung bezeichnet wird), und eine "laterales Verschwimmen" zu verhindern, wie in den 14(a) , 14(b) und 14(c) gezeigt ist.
Wenn ein Tintentröpfchen auf eine Bildempfangsschicht geschossen wird, und seine Saugrate von der Oberfläche ins Innere gering ist, wie in den, 13(a), 13(b) und 13(c) dargestellt ist, wird ein Tintentröpfchen 102 zu dem vorher ausgestoßenen Tintentröpfchen 101 hin gezogen, das noch nicht in die Papierfläche 201 eingesaugt wurde, und die Position des nachfolgend ausgestoßenen Tintentröpfchen wird von der beabsichtigten Position 104 versetzt. Infolgedessen wird an der Position, an der ein Tintentröpfchen vorhanden sein sollte, kein Tintentröpfchen aufgebracht (es wird kein Tintentröpfchen auf die Zielposition abgegeben), und damit wird die Farbreproduktion erheblich verschlechtert. Wenn demgegenüber das Tintentröpfchen auf eine Bildempfangsschicht geschossen wird und seine Saugrate von der Oberfläche ins Innere ausreichend ist, wie in 14(a), 14(b) und 14(c) gezeigt ist, wird ein Tintentröpfchen 103 in der Papieroberfläche 201 an der vorgesehenen Position 106 aufgenommen.
Wie oben beschrieben wurde, ist es möglich, die vor gesehenen Eigenschaften und Graduierungen derselben zu steuern (Graduierung der Verteilung infolge der Plasmabehandlung), indem die elektrische Feldstärke , die Plasmabehandlungs-Gasbedingungen (Reaktionsgaskonzentration, die Gaseinschließbedingungen, der atmosphärische Druck und dgl.), die Entladebedingungen, die nachstehend beschriebenen Feuchtigkeitsbedingungen und dgl. in geeigneter Weise variiert werden. Es ist nämlich möglich, je nach Wunsch optional den Grad der bereitgestellten hydrophilen Eigenschaft sowie hydrophoben Eigenschaft zu variieren. Im einzelnen ist es möglich, die Tiefe und Dicke, mit der die hydrophile oder hydrophobe Eigenschaft verstärkt wird, sowie den Grad der Verstärkung der hydrophilen oder hydrophoben Eigenschaft und dgl. im Bereich einer Dicke von Å bis sub-μm zu steuern. Infolgedessen kann das Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedenen Marktansprüchen gerecht werden und ist für die Umwandlung von Produkttypen sowie die Produktion vieler Typen mit kleinen Volumen geeignet.
Die hydrophile Behandlung wird nachstehend inm einzelnen beschrieben. Wen die Leerstelle im Innern dessen, was später als das Ziel das Bild empfängt, einer Behandlung unterzogen wird, ist der ausreichende Einschluss eines für eine Entladung notwendigen Reaktionsgases in der Leerstelle erforderlich. Daher ist vorzuziehen, die Gasaustriebszeit (Gaseinführzeit) zu verlängern. Dies kann durch Anwenden eines Verfahrens, bei dem der Träger in einer Gaskammer aufgehängt ist (Offline-Austrieb genannt) oder eines Verfahrens, bei dem der Träger durch den Gasaustriebsprozess online passiert, durchgeführt werden. Bei anderen Verfahren als dem Gasaustriebsverfahren ist vorzuziehen, ein Gas mit kleinen Molekülen als Reaktionsgas anzuwenden. Wenn ein solches Gas mit kleinen Molekülen angewandt wird, wird das Reaktionsgas wahrscheinlich schnell in die Leerstellen eintreten, wobei speziell die Anwendung von He und dgl. bevorzugt ist. Das Reaktionsgas, das in der Leerstelle aufgenommen wird, wird nicht einfach ausgetrieben und wird während der Plasmabehand lung aufgebraucht, wodurch der Oberflächen-Modifizierungseffekt der Leerstelle, d.h., der Oberflächen-Modifizierungseffekt von Partikeln, verbessert wird.
Im folgenden wird speziell die hydrophobe Behandlung beschrieben. Durch Anwenden von Fluorid enthaltenden Verbundgasen als Behandlungsgas werden Fluorid enthaltende Gruppen auf der Oberfläche des Substrats (Oberflächenschicht) gebildet, um die Oberflächenenergie zu mindern, und es kann eine hydrophobe Oberfläche erhalten werden. Als die oben erwähnten, Fluorid enthaltenden Verbindungen können Fluorid-Kohlenstoffverbindungen wie Tetrafluorkohlenstoff, Hexafluorkohlenstoff, Propylentetrafluorid, Cyclobutanoctafluorid und dgl., Halogen-Kohlenstoffverbindungen wie Monochlorid-Trifluoridkohlenstoff und dgl. sowie Fluorid-Schwefelverbindungen wie Schwefelhexafluorid und dgl. genannt werden. Vom Standpunkt der Sicherheit her werden vorzugsweise Tetra fluoridkohlenstoff, Hexafluoridkohlenstoff, Propylenhexafluorid und Cyclobutanoctafluorid angewandt, da sie kein toxisches Wasserstofffluorid bilden.
Als nächstes wird eine ein durch ein gepulstes elektrisches Feld erzeugtes Plasma anwendende Behandlung beschrieben. Bei einer solchen Plasmabehandlung wird das Plasma hauptsächlich durch Bildung eines elektrischen Feldes im Reaktionsgas erzeugt. Durch Verwendung eines gepulsten elektrischen Feldes wird die Plasmaintensität besonders hoch und gleichmäßig. Somit wird ein starker modifizierender Effekt für ein behandeltes Material erzielt.
Entladungsplasma wird durch Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes an in einem Behandlungsabschnitt angeordnete Elektroden erzeugt. Als Impuls-Wellenform wird das in 2 gezeigte Beispiel angeführt. Sie ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und es kann auch eine Impuls-Wellenform gemäß 1(a) bis 1(d) der öffentlicher Einsichtnahme zugänglichen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 10-130851 angewandt werden. In 2 stellt die Ordinate die Impulsspannung und die Abszisse die Zeit dar.
Wenn das Entladungsplasma, das durch Anlegen des ge pulsten elektrischen Feldes an Elektroden erzeugt wird, für die Oberflächenbehandlung verwendet wird, zeigt Plasma auch in Luft eine ausreichende Behandlungsfunktion.
Die Frequenz des gepulsten elektrischen Feldes liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 kHz.
Die Zeit, in der ein gepulstes elektrisches Feld angelegt wird, liegt vorzugsweise zwischen 1 und 1000 μs. "Die Zeit, in der ein gepulstes elektrisches Feld angelegt wird", wie es hier beschrieben ist, bedeutet die Breite (Dauer) des in 2 gezeigten Impulses.
Die an eine Gegenelektrode angelegte Spannung ist nicht beschränkt. Wenn die Spannung an die Elektrode angelegt wird, liegt die resultierende elektrische Feldstärke jedoch vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 kV/cm.
Als nächstes werden Techniken zum Variieren des Grads der Plasmaerzeugung und des Grads der Behandlung durch Steuern der Umgebungsfeuchtigkeit beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, trägt während der Plasmabehandlung Feuchtigkeit (H₂O) in der Umgebungsluft als Reaktionsgas bei. Wenn dieses Verhältnis hoch ist, hat sich bei einer herkömmlichen Energiequelle eine verringerte Ausgangsleistung oder eine unstabile Entladung (nicht-einheitliche Plasmabehandlung) ergeben.
Andererseits wird es durch Erzeugen von Plasma durch Anwendung des gepulsten elektrischen Feldes möglich, eine Entladung auch bei Vorhandensein von reichlich H₂O durchzuführen, und es ist somit möglich, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden.
Im einzelnen ist H₂O im Vergleich zu O₂ und CO₂ bemerkenswert wirksam, da weniger Ozon erzeugt wird, das ein Nebenprodukt während der Erzeugung von Plasma ist, und da außerdem der gewünschte Oberflächen-Modifizierungseffekt erzielt wird. Ferner ist das Gehaltsverhältnis von Umgebungswasser vorzugsweise mindestens 0,005 kg-Dampf/kg-Trockengas hinsichtlich der absoluten Feuchtigkeit und beträgt vorzugsweise mindestens 0,009 kg-Dampf/kg-Trockengas und noch bevorzugter mindestens 0,0012 kg-Dampf/kg-Trockengas.
Die absolute Feuchtigkeit kann durch Bezugnahme auf den Graphen der konstanten Temperatur-Feuchtigkeit erhalten werden (als Nasslinien-Graph bezeichnet). Ferner bedeutet "mindestens 0,005 kg-Dampf/kg-Trockengas", wie es hier beschrieben ist, dass beispielsweise (1) bei einer Temperatur von 20° Celsius die relative Feuchtigkeit mindestens 35% beträgt, (2) bei einer Temperatur von 25° Celsius die relative Feuchtigkeit mindestens 25% beträgt und (3) bei einer Temperatur von 30° Celsius die relative Feuchtigkeit mindestens 19% beträgt.
Als nächstes werden Techniken zum Ausführen einer kontinuierlichen Behandlung beschrieben.
Auf einem Träger, auf den eine Oberflächen-Modifizierungsbehandlung angewandt wird, wird dessen Bildempfangsschicht durch eine Beschichtungstechnik ausgebildet. Nach Ausführung einer Vorbehandlung ist es durch kontinuierliches Ausführen einer Beschichtung und einer Nachbehandlung möglich, unter Anwendung eines kontinuierlichen Herstellungsprozesses auf wirksame Weise ein oberflächenbehandeltes Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium zu erhalten.
Im einzelnen wird gemäß 12 ein kontinuierlich transportierter Träger einer Vorbehandlung unterzogen, während er einen Vorbehandlungsprozess durchläuft.
Die Vorbehandlung dient dazu, die Affinität bzw. Haftung der Beschichtungszusammensetzung mit dem Träger zu verbessern, wobei es im einzelnen vorzuziehen ist, eine Plasmabehandlung, eine Korona-Entladebehandlung und dgl. anzuwenden. Eine Gelatineschicht oder dgl. kann durch Beschichtungsgelatine etc. gebildet werden.
Nachdem die Vorbehandlung durchlaufen ist, wird der Träger einem Beschichtungsvorgang zugeführt. Während des Beschichtungsvorgangs wird eine zuvor zubereitete Beschichtungszusammensetzung auf den Träger aufgebracht. Als Beschichtungsverfahren kann irgendeines von mehreren geeigneten Verfahren verwendet werden, z.B. ein Vorhangverfahren, ein Gleittrichterverfahren und dgl.
Während des Beschichtungsvorgangs ist es möglich, eine Hochgeschwindigkeitsbeschichtung sowie eine Dünnschichtbeschichtung durchzuführen, da die Haftung der Beschichtungszusammensetzung für eine Bildempfangsschicht auf dem Träger (gelegentlich auch als Schichtadhäsion bezeichnet) infolge der Oberflächenmodifikation des Trägers bei der Vorbehandlung verbessert ist.
Anschließend wird der sich ergebende Träger einem Trocknungsprozess zugeführt. Während dieses Prozesses werden die Trocknungsbedingungen (die Temperatur eingeblasener Luft, das Volumen eingeblasener Luft, die Größe, Form und Position des Ausblaslochs und dgl. des Luftblasauslasses) so eingestellt, dass die Beschichtung schneller trocknen kann.
Nach dem Durchlaufen des Trocknungsprozesses wird der Träger, nämlich das Substrat, auf dem eine Tintenaufnahmeschicht ausgebildet wurde, zu einem Nachbehandlungsverfahren transportiert. Während dieses Nachbehandlungsverfahrens wird die Oberflächen-Modifizierungsbehandlung an der Leerstelle nach obiger Beschreibung (d.h., eine Oberflächen-Modifizierungsbehandlung von Leerstellen auf der Bildempfangsschicht bildenden Teilchen) ausgeführt, um die Tintenaufnahmefähigkeit zu verbessern. Bei der Nachbehandlung nach obiger Beschreibung können zur Erzeugung von Plasma die umgebende Atmosphäre, Feuchtigkeitsbedingungen, Reaktionsgas und dgl. in geeigneter Weise bestimmt und angewandt werden.
Ferner können in dem Nachbehandlungsverfahren mehrere Plasmabehandlungsvorgänge vorgesehen sein bzw. werden. Beispielsweise kann eine erste hydrophile Behandlung durchgeführt werden, um die Wasserabsorptionsfähigkeit der Bildempfangsschicht zu verbessern, und anschließend kann hauptsächlich die Oberflächenschicht der Bildempfangsschicht einer hydrophoben Behandlung unterzogen werden. So ist es möglich, Maßnahmen zu ergreifen, um eine Verschmutzung der Oberfläche sowie ein Verschwimmen des Bildes in der Querrichtung (Flächenrichtung) zu minimieren.
Wie oben beschrieben wurde, ist es durch Anwendung einer kontinuierlichen Behandlung möglich, das gewünschte Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium wirksam herzustellen.
Obwohl dies in 12 nicht gezeigt ist, ist es ferner möglich, einen Setzvorgang vor dem Beschichtungsvorgang und dem Trocknungsvorgang vorzusehen. Wenn während des Beschichtungsvorgangs eine Beschichtungszusammensetzung auf Wasserbasis mit Bindern aufgebracht wird, und nach dem Beschichten die Beschichtung direkt in den Trocknungsprozess geschickt wird, erleidet die aufgebrachte Schicht infolge der Auswirkungen von Trocknungsluft eine Sprenkelung bzw. Marmorierung. Daher wird die beschichtete Schicht vorübergehend unter Anwendung von Kühlluft einem Setzvorgang unterzogen und dann getrocknet.
Nachstehend wird die spezifische Behandlungsvorrichtung beschrieben.
1 ist eine schematische Aufbauansicht zur Beschreibung eines ersten Verfahrens und einer ersten Vorrichtung.
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen kontinuierlichen Träger, der kontinuierlich gefördert wird, 2 einen Behandlungsabschnitt, der kontinuierlich eine Plasmabehandlung unter normalem atmosphärischem Druck oder einem ähnlichen Druck ausführt, und 3 und 4 gepaarte Elektroden.
Der Behandlungsabschnitt 2 wird der Umgebungsluft ausgesetzt, so dass ein erstes Verfahren durchgeführt wird, und bildet keinen Behandlungsabschnitt. Der zwischen den gepaarten Elektroden 3 und 4 gebildete Zwischenraum stellt einen Behandlungsabschnitt dar.
In dem Behandlungsabschnitt 2 ist es akzeptabel, dass Umgebungsluft unter normalem atmosphärischem oder einem ähnlichen Druck vorhanden ist. Es ist aber auch möglich, ferner eine Ablenkplatte oder eine Quetschwalze bereitzustellen, um eine Luftströmung zu erzeugen oder ihre Strömung zu regeln, und um die Luftströmung zu überprüfen. Außerdem ist es möglich, eine Ausstoßleitung zum Ausstoßen und Entfernen erzeugter Nebenprodukte (beispielsweise Gas und dgl.) bereitzustellen.
Wenn die Oberflächenbehandlung in dem Behandlungsabschnitt 2 durchgeführt wird, werden die Beschichtbarkeit und die Adhäsion der beschichteten Schicht sowie auch Formungseigenschaften einer funktionalen Gruppe verbessert. Ferner wird eine Oberfläche gebildet, die optische, elektrische, mechanische Funktionen und dgl. aufweist. Vom Gesichtspunkt der Verbesserung der Beschichtbarkeit wird die Beschichtung vorzugsweise unmittelbar nach einer solchen Oberflächenbehandlung durchgeführt, um die Beeinträchtigung der behandelten Oberfläche bei ihrer Lagerung zu minimieren.
In dem in 1 gezeigten Beispiel bestehen die gepaarten Elektroden 3 und 4 aus Metallelektroden 3A und 4A sowie Feststoff-Dielektrika 3B und 4B. Üblicherweise sind bzw. werden die Feststoff-Dielektrika 3B und 4B an die Metallelektroden 3A und 4A geklebt, die aus elektrisch leitenden Materialien wie Silber, Gold, Kupfer, rostfreiem Stahl, Aluminium und dgl. bestehen. Die Feststoff-Dielektrika 3B und 4B können aber auch unter Anwendung von Plattierung, Verdampfung, Besprühen und dgl. zum Anhaften an dieser gebracht.
Vorzugsweise werden Feststoff-Dielektrika 3B und 4B gesinterte Keramikstoffe verwendet, die durch Sintern stark hitzebeständiger Keramikstoffe mit hoher Luftdichtheit erhalten wurden. Materialien gesinterter Keramikstoffe umfassen beispielsweise Keramikstoffe auf Tonerdebasis, auf Zirkoniumbasis, auf auf Siliziumnitrit basierendem Silizium sowie auf Siliziumkarbidbasis. Die Dicke der TonerdeKeramikstoffe beträgt vorzugsweise etwa 1 Millimeter. Ferner beträgt ihr volumenspezifischer Widerstand vorzugsweise mindestens 10⁸ Ω·cm.
Wenn ein gesinterter Keramikstoff auf Tonerdebasis als gesinterter Keramikstoff angewandt wird, werden vorzugsweise auf Tonerde basierende gesinterte Keramikstoffe mit einer Reinheit von mindestens 99,6% angewandt, um die Dauerhaftigkeit der Elektrode zu verbessern. Als Referenz zu auf Tonerde basierendem Keramikstoffen kann die öffentlicher Einsichtnahme zugängliche japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-191500 verwendet werden.
Das Herstellungsverfahren für Elektroden unter Verwen dung gesinterter Keramikstoffe ist wie folgt. Ein gesinterter Keramikstoff wird durch Sintern eines stark hitzebeständigen Keramikstoffs zubereitet und Metallelektroden werden an den sich ergebenden gesinterten Keramikstoff unter Anwendung einer Plattierung, eines Aufdampfvorgangs, einer Besprühung, Beschichtung und dgl. zum Anhaften gebracht.
Ferner kann auch eine in der japanischen Patentanmeldung Nr. 10-300984 beschriebene Niedertemperatur-Glasauskleidung auf die Feststoff-Dielektrika 3B und 4B aufgebracht werden. Die Metallelektroden 3A und 4A können gänzlich oder teilweise mit den Feststoff-Dielektrika 3B und 4B bedeckt sein bzw. werden.
Der Zwischenraum zwischen den Elektroden beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 und 10 Millimeter hinsichtlich der Distanz zwischen den Oberflächen der einander zugewandten Feststoff-Dielektrika 3B und 4B, besser noch zwischen 1 und 10 Millimeter, und am besten 3 Millimeter.
Ferner werden in 1 Plattenelektroden wie die gepaarten Elektroden 3 und 4 angewandt. Eine oder beide Elektroden können aber auch zylindrischen Elektroden oder rollenförmige Elektroden sein, oder es können Elektroden vom Gasströmungstyp mit gekrümmter Oberfläche angewandt werden. Solche Elektroden werden beim zweiten Verfahren und dessen Vorrichtung detailliert behandelt.
Unter den gepaarten Elektroden 3 und 4 wird eine Elektrode 3 mit einer Hochfrequenz-Energiequelle 5 verbunden und die andere Elektrode über einen Leiter 6 geerdet, und die gepaarten Elektroden 3 und 4 werden so aufgebaut, dass ein gepulstes elektrisches Feld zwischen ihnen angelegt werden kann.
Beim ersten Verfahren ist vorzuziehen, dass vor irgendeiner Oberflächenbehandlung die Ladung auf der Oberfläche eines Substrats (Oberflächenschicht) eliminiert wird, und ferner, dass jeglicher Staub entfernt wird, da die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbehandlung dadurch weiter verbessert wird. Vorzugsweise werden als eine Ladung eliminierende Mittel zusätzlich zu der üblichen Blasmethode eine Kontaktmethode, ein hochdichtes Ladungs-Eliminationssystem (in der öffentlicher Einsichtnahme zugänglichen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-263173 beschrieben), bei der eine eine Ladung eliminierende Elektrode zum Bilden mehrerer positiver und negativer Ionen, eine eine Ladung eliminierende Einheit, die einer Ionenanzugselektrode so zugewandt ist, dass ein Substrat dazwischen eingebracht wird, und danach eine positive und negative, eine Ladung eliminierende Gleichstromeinheit angeordnet sind, angewandt. Dabei beträgt die Ladespannung des Trägers vorzugsweise nicht mehr als ±500Volt. Ferner wird als Staubentfernungsmittel nach dem die Ladung eliminierenden Vorgang eine Staubentfernungseinheit vom Nicht-Kontakt-Strahlflusssystem mit reduziertem Druck (in der öffentlicher Einsichtnahme zugänglichen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-60211 und dgl. beschrieben) und dgl. bevorzugt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Bei diesem ersten Verfahren und seiner Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der atmosphärischem Druck ähnliche Druck zwischen 13,332kPa bis 106,66kPa (100 bis 800Torr), und vorzugsweise im Bereich von 93,324kPa bis 103,99kPa (700 bis 780 Torr).
Bei diesem Verfahren wird Entladeplasma durch Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes im Zwischenraum zwischen den vorgenannten, einander zugewandten Elektroden erzeugt, und ein Beispiel der Impuls-Wellenform ist in 2 dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und es kann irgendeine der bei (a) bis (d) der 1 der JP-10-13085 gezeigten Impuls-Wellenformen angewandt werden. In 2 bezeichnet die Ordinate die Impulsspannung, während die Abszisse die Zeit bezeichnet.
Wenn ein durch die Anwendung eines solchen gepulsten elektrischen Feldes erzeugtes Entladeplasma für eine Oberflächenbehandlung verwendet wird, werden ausreichende Oberflächenbehandlungseigenschaften auch bei Umgebungsluft erhalten.
Die Frequenz des gepulsten elektrischen Feldes liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100kHz. Die Zeit für das Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 100μs. Die Zeit für das Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes, wie es hier beschrieben ist, bedeutet die Breite (Dauer) einer der in 2 gezeigten Impuls-Wellenformen.
Die an die einander zugewandten Elektroden angelegte Spannung ist nicht besonders beschränkt. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die Spannung gesteuert wird, so dass, wenn sie an die Elektroden angelegt wird, die elektrische Feldstärke im Bereiche von 1 bis 100kV/cm liegt.
Die Energiequellen-Ausgangsleistung, die an die einander zugewandten Elektroden angelegt wird, liegt vorzugsweise zwischen 3 und 40kW/m² und besser noch bei etwa 10kW/m².
Ferner kann die Dauer für die Anwendung der Plasmabehandlung auf einen Träger durch Steuern der Fördergeschwindigkeit des Trägers gemäß der Länge des Behandlungsabschnitt eingestellt bzw. angepasst werden. Die Zeit liegt jedoch vorzugsweise zwischen 0,3 und 60 Sekunden, und besser noch bei etwa 3 Sekunden.
Als nächstes wird ein zweites Verfahren und eine zweite Vorrichtung beschrieben.
3 ist eine schematische Aufbauansicht des zweiten Verfahrens und der zweiten Vorrichtung.
Wie in 3 gezeigt ist, besteht ein Behandlungsabschnitt 2, in dem ein kontinuierlich transportierter fortlaufender Träger 1 einer Plasmabehandlung unter normalem atmosphärischem Druck oder einem ähnlichen Druck unterzogen wird, aus einem unterteilten Behandlungsabschnitt mit einem Einlass 2B sowie einem Auslass 2B für den Träger 1. Im folgenden wird dieser Behandlungsabschnitt als Behandlungsabschnitt beschrieben.
In dem Behandlungsabschnitt 1 sind Plattenelektroden 3 und 4 vorgesehen. Der Aufbau der Plattenelektroden kann der gleiche wie der beim ersten Verfahren und der ersten Vorrichtung angewandte sein.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist angrenzend an den Behandlungsabschnitt 2 ein freier Abschnitt 10 an der Substrat-Einlassseite vorgesehen, und ein freier Abschnitt 11 ist angrenzend an den freien bzw. Aussparungsabschnitt 10 vorgesehen. Der Aussparungsabschnitt 12 angrenzend an den Behandlungsabschnitt 2 ist auch an der Träger-Auslassseite vorgesehen.
Wenn ein freier Abschnitt gemäß 3 vorgesehen ist, kann eine Ausführungsform angewandt werden, bei der zwei freie Abschnitte an der Einlassseite des Substrats und ein freier Abschnitt an der Auslassseite vorgesehen sind. Die Ausführungsform ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und es kann auch eine Ausführungsform angewandt werden, bei der ein freier Abschnitt an der Einlassseite des Trägers und ein freier Abschnitt an der Auslassseite vorgesehen ist, oder es kann eine Ausführungsform angewandt werden, bei der zwei Abschnitte an der Einlassseite und kein freier Abschnitt an der Auslassseite vorgesehen sind.
Bei jeder Ausführungsform ist es nötig, dass der atmosphärische Druck in dem Behandlungsabschnitt höher ist als in einem freien Abschnitt, der an den Behandlungsabschnitt angrenzt. Der Druckunterschied beträgt vorzugsweise mindestens 0,29 Pa (0,03 mm Aq). Wie oben beschrieben wurde, wird durch Vorsehen des Druckunterschieds zwischen dem Behandlungsabschnitt und dem freien Abschnitt die Vermischung mit externer Luft minimiert. Es wird so möglich, ein Reaktionsgas wirksam einzusetzen, um die Oberflächenbehandlungseffekte weiter zu verbessern.
Wenn ferner mindestens zwei freie Abschnitte an den Behandlungsabschnitt auf der Einlassseite angrenzen und mindestens zwei freie Abschnitte angrenzend an den Behandlungsabschnitt auf der Auslassseite vorgesehen sind, ist vorzuziehen, dass hinsichtlich des atmosphärischen Drucks aneinandergrenzender freier Abschnitt der atmosphärische Druck angrenzend an den Behandlungsabschnitt höher ist als derjenige angrenzend an den freien Abschnitt, und dass die Druckdifferenz vorzugsweise mindestens 0,29Pa (0,03mm Aq) beträgt. Durch Vorsehen der Druckdifferenzen unter mehreren aneinandergrenzenden freien Abschnitten wird das Vermischen mit externer Luft wirksam minimiert. Auf diese Weise ist es möglich, Reaktionsgas wirksam einzusetzen, um die Oberflächenbehandlungseffekte weiter zu verbessern.
Vom Gesichtspunkt des wirksamen Einsatzes von Reaktionsgasen sowie der Verbesserung der Oberflächenbehandlungseffekte ist es vorzuziehen, dass ein freier Abschnitt mit mindestens einem Reaktionsgas gefüllt ist bzw. wird.
Ferner ist es zur Bereitstellung mehrerer freier Abschnitte und auch zur Einstellung der Druckunterschiede vorzuziehen, Druckminderungsmittel 15 vorzusehen. Als Druckminderungsmittel sind eine Vakuumpumpe oder dgl. anzuführen.
Es ist notwendig, eine Unterteilung zwischen dem Behandlungsabschnitt und dem freien Abschnitt sowie zwischen den freien Abschnitten vorzusehen. Als Mittel für die Unterteilung bzw. Trennung wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der gepaarte Quetschwalzen 7 und 7 an der Einlassseite vorgesehen sind und gepaarte Quetschwalzen 8 und 8 an der Auslassseite vorgesehen sind, wie 3 zeigt. Solche Quetschwalzen zeigen Funktionen der Trennung oder Unterteilung, während sie in Kontakt mit einem Substrat sind. Es ist jedoch unmöglich, den Trennbereich zwischen zwei Abschnitten vollkommen abzudichten. Daher funktioniert ein Mittel, bei dem Druckunterschiede vorgesehen sind, wie sie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen werden, wirksam.
Ferner kann als das Mittel zur Unterteilung eine Ausführungsform akzeptabel sein, bei der ein spezifizierter Abstand von einem nicht in Kontakt befindlichen Substrat beibehalten wird. Als solches Mittel kann ein Luftvorhangsystem (nicht dargestellt) und dgl. angewandt werden. Es ist auch vorzuziehen, die in 10 und 11 gezeigten Einheiten anzuwenden, die nachstehend beschrieben werden. Ferner kann, wenn kein freier Abschnitt vorgesehen ist, eine Unterteilung zwischen dem Behandlungsabschnitt und dem Außenraum vorgesehen sein.
In 3 sind Teile, welche die gleichen Bezugsziffern wie in 1 aufweisen, auf die gleiche Weise aufgebaut wie in 1. Daher ist deren Beschreibung hier abgekürzt. Um eine Behandlung unter Verwendung der in 3 gezeigten Vorrichtung durchzuführen, wird zunächst das transportierte Substrat 1 in den Behandlungsabschnitt 2 eingeführt. In dem Behandlungsabschnitt wird ein gepulstes elektrisches Feld an das Substrat angelegt. Durch ein solches Anlegen wird die Substratoberfläche einer Plasmabehandlung und einer anschließenden Oberflächenbehandlung unterzogen.
Im zweiten Verfahren ist es bei einer solche Oberflächenbehandlung vorzuziehen, dass das Verhältnis eines Reaktionsgases in den Behandlungsgasen, die im Behandlungsabschnitt 2 eingeschlossen sind, mindestens 30 Prozent beträgt, und der atmosphärische Druck im Behandlungsabschnitt 2 höher als der Außendruck ist.
Durch Einstellen eines atmosphärischen Drucks im Behandlungsabschnitt 2, der höher ist als der Außendruck, wird das Eindringen von Gas in den Behandlungsabschnitt von außen verhindert. Somit ist es gemäß spezifischen Anforderungen möglich, nur Gas mit Elementen, die für die spezifizierte Behandlung angewandt werden (Elemente, die in ein Substrat einzuführen bzw. einzuleiten sind) mit hoher Reinheit einzuschließen und eine wirksamere Behandlung durchzuführen. Ferner ist es durch Anwenden von Reaktionsgasen mit einem Verhältnis von mindestens 30 Prozent möglich, die Menge an Inertgas zu verringern, und eine wirksame Behandlung mit geringen Kosten durchzuführen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es durch Anwenden einer Ausführungsform, bei der der atmosphärische Druck im Behandlungsabschnitt 2 mindestens 0,29 Pa (0,03 mm Aq) höher als der Außendruck ist, möglich, maximale Wirkungen bei niedrigstem Luftabdichtungsniveau zu erzielen.
Ferner wird vorzugsweise eine vorangehende Ladungseliminierbehandlung für die Oberfläche eines Substrats und eine Staubbeseitigung ausgeführt, um die gleichmäßige Oberflächenbehandlung weiter zu verbessern. Als Ladungseliminiermittel und als Staubbeseitigungsmittel nach der Ladungselimi nierung werden die gleichen Mittel wie die bei der oben genannten ersten Methode beschriebenen verwendet.
Das Verhältnis eines Reaktionsgases in dem Gemisch von Behandlungsgasen, die im Behandlungsabschnitt 2 eingeschlossen sind, beträgt mindestens 30 Prozent. Solche Reaktionsgase umfassen Stickstoff (N₂-Gas), Wasserstoff (H₂-Gas), Ammoniak (NH₃-Gas), Fluoridgas, Dampf und dgl., Es sind Gase akzeptabel, die polare funktionale Gruppen wie eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, eine Hydroxylgruppe, eine Carbonylgruppe und dgl., oder aber chemisch aktive Gruppen bereitstellen. Wenn eine hydrophile Behandlung ausgeführt wird, ist die Einführung einer Hydroxylgruppe bevorzugt. So ist hauptsächlich die Anwendung von Alkohol, H₂O, O₂, CO₂ und dgl. bevorzugt. Wenn eine hydrophobe Behandlung durchgeführt wird, ist die Anwendung von Fluorid enthaltenden Verbindungen (Fluorid, organische Fluorverbindungen und dgl.) und dgl. bevorzugt. Ferner können als Reaktionsgase Sauerstoff enthaltende Verbindungen (Sauerstoff, Ozon, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und zusätzlich Alkohole wie Methanol und dgl., Ketone wie Acetone und dgl., Aldehyde und dgl.), Stickstoff enthaltende Verbindungen (Stickstoff, Stickstoff entfaltenden anorganische Verbindungen wie Ammoniak, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dgl., auf Aminen basierende Verbindungen, andere Stickstoff enthaltende organische Verbindungen und dgl.) und dgl., angewandt werden.
Andere angewandte Gase außer Reaktionsgasen können Inertgase sein. Inertgase umfassen Argon (Ar), Neon (Ne), Helium (He), Krypton (Kr), Xenon (Xe) und dgl.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung eines Behandlungsgases bevorzugt, das vorher durch Mischen von Inertgasen und Reaktionsgasen vor dem Einleiten des Gases in den Behandlungsabschnitt 2 zubereitet wird. Gase können aber auch einzeln eingeleitet werden, so dass die Umgebung zwischen den Elektroden 3 und 4 im Behandlungsabschnitt das oben beschriebene Reaktionsgasverhältnis aufweist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden Plattenelektroden eingesetzt. Statt dieser werden vorzugsweise als Elektroden auch solche vom Zylindertyp, Walzentyp oder Gasströmungstyp mit gekrümmter Oberfläche verwendet.
Zunächst wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Zylinderelektroden angewandt werden.
4 ist eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der zweiten Vorrichtung. Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei der die in der in 3 gezeigten Ausführungsform verwendeten Plattenelektroden durch eine Zylinderelektrode ersetzt sind.
Ferner haben hinsichtlich der in 4 verwendeten Bezugsziffern Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in 3 die gleiche Konfiguration. Daher ist deren Beschreibung verkürzt.
In der vorliegenden Erfindung sind mehrere zylindrische Elektroden 3 parallel auf beiden Seiten des Substrats 1 angeordnet. Wie in 4 gezeigt ist, können die Elektroden in versetzter Anordnung parallel vorgesehen sein. Sie können aber auch eine andere Anordnung aufweisen. Ein Spalt L zwischen den Elektroden wird als Abstand zwischen der untersten Oberfläche der Elektrode über dem Substrat 1 und der höchsten Oberfläche der Elektrode unter dem Substrat 1 ausgedrückt. Der Abstand zwischen gegenüberliegenden Elektroden kann der gleiche oder unterschiedlich sein.
Die zylindrische Elektrode hat eine Doppelröhrenstruktur, in deren Innerem ein elektrisch leitendes Metall und an deren Außenseite ein Dielektrikum angeordnet ist. Als Konfigurationen des elektrisch leitenden Metalls sowie des Dielektrikums können die oben beschriebenen dienen. Ferner kann ein Metallrohr ebenso wie ein Stab in ein Keramikrohr eingesetzt sein.
Übrigens bezeichnen die Bezugsziffern 20, 21 und 22 Förderwalzen.
Durch Anwenden einer solchen zylindrischen Elektrode werden Gase einfach in den Spalt zwischen Elektroden eingeleitet und der Wirkungsgrad des Kontakts von Reaktionsgasen mit der Elektrode wird verbessert. Infolgedessen werden Ober flächenbehandlungseffekte verbessert. Ferner ist dies ein einfacher Aufbau, er ist ausgezeichnet auszutauschen und ermöglicht die Ausführung einer Behandlung mit geringen Kosten. Außerdem zeigen sich ausgezeichnete Wirkungen bei relativ hoher Fördergeschwindigkeit des Trägers.
Im folgenden wird ein Beispiel beschrieben, das die Elektroden vom Rollen- bzw. Walzentyp anwendet.
5 bis 8 sind schematische Aufbauansichten zur Darstellung weiterer bevorzugter Ausführungsformen einer zweiten Vorrichtung. Die in 5 bis 8 gezeigten Ausführungsformen sind Beispiele, bei denen die in der in 3 gezeigten Ausführungsform angewandten Plattenelektroden durch Rollenelektroden ersetzt sind.
Ferner haben hinsichtlich der Bezugsziffern Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in 3 die gleiche Konfiguration. Daher ist eine Beschreibung derselben abgekürzt.
In den in 5(a) und 5(b) gezeigten Ausführungsformen ist die Elektrode 3 auf einer Seite eine zylindrische Rollenelektrode, die sich von selbst dreht, und der Träger 1 wird transportiert, während er sich in Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode befindet. In der Elektrode ist ein Dielektrikum an der Oberfläche eines rollenartigen, elektrisch leitenden Metalls vorgesehen.
Andererseits ist die Elektrode 4 eine Elektrode mit gekrümmter Oberfläche, die eine Oberfläche parallel zu der gekrümmten Oberfläche der Rollenelektrode aufweist.
Die Elektroden 3 und 4 sind gemäß 5 angeordnet, und von einer Zuführöffnung (nicht dargestellt) auf der Seite Elektrode 4 mit gekrümmter Oberfläche zugeführtes Gas wird aus mehreren Löchern (nicht dargestellt) ausgestoßen, wie durch den Pfeil dargestellt ist.
Die Ausstoßrichtung des Gases kann in der Radiusrichtung der Rolle gemäß 5(a) liegen. Wie in 5(b) gezeigt ist, kann die Richtung aber auch in der Tangentialrichtung der Rolle liegen. Ferner kann das Gasausstoßloch ein kreisförmiges Loch oder ein Schlitz sein. Wenn die Gase aus mehreren Löchern ausgestoßen werden, ist die Oberfläche eines Substrats, das durch die Gase transportiert wird, ausreichend mit den Gasen bedeckt, die es ermöglichen, eine stabilisierte Entladung durchzuführen. Da außerdem der Träger in Kontakt mit der anderen Rollenelektrode gebracht und durch diese gehalten wird, kann die Elektrode mit gekrümmter Oberfläche sich ferner dem Träger annähern. Somit wird die Oberflächenbehandlung stabilisiert und die Behandlungswirkungen werden verbessert. Da sich ferner die Rollenelektrode dreht, erleidet der Trägers weder Kratzer noch Abtragung während seines Transports. Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Ausführungsform zeigt diese Ausführungsform vorteilhafte Wirkungen, bei der die Anzahl von Quetschwalzen bzw. -rollen verringert werden kann. Die Ausführungsform zeigt auch exzellente Wirkungen während des Transports des Trägers mit relativ hoher Geschwindigkeit.
Eine in 6 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem ein Behandlungsabschnitt unter Verwendung der Kombination mehrerer Rollenelektrode und der Elektrode mit gekrümmter Oberfläche gebildet ist. Die Ausführungsform zeigt eine praktische Vorrichtung. Ferner zeigt die Ausführungsform exzellente Wirkungen bei dem Transport des Trägers mit relativ hoher Geschwindigkeit.
Eine in 7 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei der die Rollenelektrode und mehrere Zylinderelektroden kombiniert sind. Ein in 8 gezeigtes Beispiel ist eines, bei dem mehrere Vorrichtungen mit der in 7 gezeigten Ausführungsform vorgesehen sind und bei der eine praktische Vorrichtung aufgebaut ist. Ferner haben hinsichtlich der in 7 und 8 gezeigten Bezugsziffern Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie die in 3 gezeigten den gleichen Aufbau. Somit wird deren Beschreibung abgekürzt. Ferner zeigen diese Ausführungsformen auch ausgezeichnete Wirkungen während des Transport des Substrats mit hoher Geschwindigkeit.
Im folgenden wird ein Beispiel, bei dem die Gasströmungselektrode mit gekrümmter Oberfläche verwendet wird, beschrieben.
9 ist eine schematische Aufbauansicht zur Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer zweiten Vorrichtung. Die in 9 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei der die Plattenelektrode, die in der in 3 gezeigten Ausführungsform verwendet wurde, durch die Elektrode mit gekrümmter Oberfläche ersetzt ist.
Ferner haben hinsichtlich der in 9 gezeigten Ausführungsform Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in 3 den gleichen Aufbau. Somit fällt deren Beschreibung weg.
Die Elektroden 3 und 4 in der vorliegenden Ausführungsform sind parallel zur Oberfläche des Substrats 1. In der Richtung orthogonal zu der Förderrichtung des Trägers betrachtet ist bei der Elektrode mit gekrümmter Oberfläche die Querschnittsform der zugewandten Oberfläche eine gekrümmte Oberfläche. Durch Anordnung mehrerer der Elektroden 3 und 4 in der Transportrichtung sind diese so aufgebaut, dass der Weg des geförderten Substrats ein Zickzack-Weg ist. Dementsprechend wird das von einer Zuführöffnung (nicht dargestellt) zugeführte Gas aus mehreren Öffnungen (nicht dargestellt) ausgestoßen, so wie die Pfeile es zeigen. Es wird bevorzugt, dass der Ausstoß gleichmäßig stattfindet. Die Gasausstoßöffnung kann ein kreisförmiges Loch oder ein Schlitz sein.
Wenn das Gas aus mehreren Öffnungen ausgestoßen wird, wird der durch das Gas transportierte Träger 1 zu einem Spalt zwischen den gepaarten Elektroden 3 und 4 transportiert, die in einem Abstand von nicht mehr als 10 Millimeter bei keinem Kontakt eingestellt sind. In einer solchen Ausführungsform wird das Gas direkt in den Spalt zwischen den gepaarten Elektroden 3 und 4 ausgestoßen. Infolgedessen wird die Verteilung des ausgestoßenen Gases verbessert, um es zu ermöglichen, eine stabile Entladung zu erhalten. Ferner ist es möglich, gleichzeitig beide Seiten des Substrats 1 zu behandeln. Dementsprechend wird der höhere Wirkungsgrad der Behandlung erzielt.
In der Ausführungsform wird das Substrat 1 im Zickzack transportiert. Infolgedessen kann im Vergleich zu einer geraden Förderung (einer in 3 gezeigten Förderung) ein stabiler Transport erzielt werden. Somit ist es möglich, den Spalt zwischen Elektroden weiter zu verringern, um die Entladewirkungen zu verbessern. Außerdem zeigt die Ausführungsform ausgezeichnete Wirkungen bei dem Transport eines Substrats mir relativ hoher Geschwindigkeit.
Ferner wird bei der in 9 gezeigten Ausführungsform ein Zickzack-Transport durchgeführt. Wenn eine Ausführungsform es jedoch ermöglicht, einen kontaktlosen Transport durchzuführen, können verschiedene weiter verbesserte Ausführungsformen angewandt werden.
Bei der oben beschriebenen Vorrichtung werden zur weiteren Verbesserung der Wirkungen zum Auffangen der ein Substrat begleitenden Luft vorzugsweise die in den 10 und 11 gezeigten Vorrichtungen angewandt.
10 ist eine vergrößerte Ansicht einer Gasströmungs-Klingeneinheit. Die Gasströmungs-Klingeneinheit ist so aufgebaut, dass ein Abstand d zwischen der Oberfläche des Substrats 1, das auf der oberen Förderrolle 3 gefördert wird und dem Schlitzabschnitt 31 fein eingestellt werden kann. Druckbeaufschlagtes Gas, das aus dem Inneren (der rechten Seite in 10) der Gasströmungs-Klingeneinheit ausgestoßen wird, wird zu der Oberfläche eines Trägers durch einen Schlitz 31 ausgestoßen. Dabei ist der Austragungswinkel so eingestellt, dass er entgegengesetzt zur Förderrichtung des Substrats 1 ist. Der Winkel liegt vorzugsweise zwischen 60° und 90°. Das Gas kann aus nur einem Schlitz ausgestoßen werden. Wenn aber das ausgestoßene Gas einem Druckabfall und einer Saugwirkung in der Richtung entgegengesetzt zur Förderrichtung des Trägers 1 ausgesetzt ist, so dass die Gasströmung 33 gebildet wird, ist es möglich, die erforderliche Behandlung wirksamer auszuführen. Die Breite des Schlitzes 31 ist vorzugsweise schmäler und beträgt vorzugsweise nicht mehr als 2,0 mm. Es ist möglich, die Ausführungsform auf die in 1 gezeigte Vorrichtung anzuwenden. Die Ausführungsform kann als Trennwand zwischen dem Behandlungsabschnitt und dem Freiraum abschnitt angewandt werden, und auch zwischen dem Freiraumabschnitt und einem weiteren Freiraumabschnitt.
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Vorrichtung, bei der eine schichtförmige Klinge zur Verbesserung der Luftdichtheit installiert ist. Neben dem Spalt, durch den das Substrat 1 passiert, sind Öffnungen eliminiert, um eine Luftabdichtung derart zu verbessern, dass die schichtartige Klinge 43 mit der Rückseite einer Rolle wie der Förderrolle 41 und der Freilaufrolle 42, die als Trennelement angewandt wird, in Kontakt gebracht wird, so dass die Klinge auf der Rolle gleitet. Die Förderrolle 41 und die Freilaufrolle 42 können gepaart sein, um Quetschrollen bzw. Quetschwalzen zu bilden. Ferner wird, wenn sich keine Rolle über dem Träger 1 befindet, nur die Förderrolle 41 verwendet.
Im folgenden wird ein drittes Verfahren und eine dritte Vorrichtung beschrieben.
In 16 wird das Basismaterial 1 nicht in einen Spalt zwischen zwei einander zugewandten Dielektrika transportiert, sondern außen um die Dielektrika transportiert. Die Oberfläche der beiden einander zugewandten Dielektrika bildet einen rechten Winkel mit der Oberfläche des Basismaterials. In den Spalt zwischen den beiden einander zugewandten Dielektrika wird Gas eingeleitet. Das Gas kann Luft sein. Ein elektrisches Feld wird an das Gas angelegt, das in den Spalt zwischen den beiden zugewandten Dielektrika eingeleitet worden ist, was ein Entladungsplasma erzeugt. Das resultierende Entladungsplasma wird dann in das Basismaterial eingeleitet. Durch Bereitstellen eines solchen Aufbaus, wie er oben beschrieben ist, wird das elektrische Feld nicht direkt an das Basismaterial angelegt. Infolgedessen wird das Basismaterial weniger in Mitleidenschaft gezogen. Wenn ferner der genannte Aufbau verwendet wird, befindet sich kein Basismaterial in dem Spalt zwischen den beiden einander zugewandten Dielektrika. Somit wird das elektrische Feld einfach gebildet und es ist möglich, das Verhältnis bzw. den Anteil an Gas, das in Plasma umgewandelt wird, zu erhöhen. Infolgedessen ist es möglich, wirksamer noch ausgezeichnetere Ober flächenmodifikationseffekte zu erzielen.
Ferner kann auf die gleiche Weise wie in 17 die Richtung des erzeugten elektrischen Feldes im Vergleich zu 16 geändert werden.
18 zeigt eine Ausführungsform des in 17 gezeigten Aufbaus.
In einem Abschnitt, in dem Außenluft ausgeschlossen ist, wird Entladungsplasma gebildet. Ein Basismaterial wird kontinuierlich in den Abschnitt durch Anwendung gepaarter Quetschwalzen eingeleitet, und das resultierende Entladungsplasma wird dann in das Basismaterial eingeleitet. Am Eingang (dem Einlass zum Einleiten des Basismaterials) des Abschnitts dienen die gepaarten Quetschwalzen dazu, die Einleitung von Außenluft sowie den Ausstoß von Entladungsplasma nach außen zu mindern. Ferner sind am Ausgang (dem Auslass für das Basismaterial nach außen) ebenfalls gepaarte Quetschwalzen vorgesehen, die dazu dienen, die Einleitung von Außenluft sowie den Ausstoß des Entladungsplasmas nach außen auf die gleiche Weise wie am Eingang zu mindern.
Ferner ist in der vorliegenden Vorrichtung ein Zirkulationsrohr 304,305, welches das Entladungsplasma zirkulieren läßt, sowie ein Frischgas-Einleitrohr 303, das zum Einleiten von Gas verwendet wird, welches nicht in Plasma umgewandelt wird, vorgesehen. Das Zirkulationsrohr 304,305 ist ein Rohr zum Zirkulierenlassen des Entladungsplasmas derart, dass das von einem in dem Abschnitt vorgesehenen Gasansaugloch 205 angesaugte Entladungsplasma aus dem an der Eingangsseite des Spalts zwischen den Feststoff-Dielektrika vorgesehenen Gasausstoßloch ausgestoßen werden kann. Das von dem Gasausstoßloch ausgestoßene Entladungsplasma wird wieder einer Plasmabildung in dem Spalt zwischen den Feststoff-Dielektrika unterzogen und wird auf das Basismaterial geleitet. Ferner ist das Frischgas-Einleitrohr ein Rohr zum Einleiten von Gas, so dass das Zylindergas, das keiner Plasmabehandlung unterzogen wurde, aus dem an der Eingangsseite des Spalts zwischen den Feststoff-Dielektrika vorgesehenen Gasausstoßloch ausgestoßen werden kann. Das Gas, das keiner Plasmabildung unterzogen wurde und von dem Gasausstoßloch ausgestoßen wird, wird in den Spalt zwischen den Feststoff-Dielektrika einer Plasmabildung unterzogen und wird in das Basismaterial eingeleitet.
Wie oben beschrieben wurde, wird das Entladeplasma durch Zirkulation wiederverwendet und das Gas, das nicht in Plasma umgewandelt wurde, wird so eingeleitet, dass es zur Bildung des Entladeplasmas verwendet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, Abgas zu reduzieren und noch ausgezeichnetere Oberflächen-Modifikationseffekte wirksamer zu erzielen.
Nachstehend wird ein viertes Verfahren und eine vierte Vorrichtung beschrieben.
19 zeigt eine Plasmabehandlungsvorrichtung, die in einem eng abdichtenden Abschnitt vorgesehen ist.
An einen kontinuierlich transportierten Basisträger wird das elektrische Feld angelegt, das zwischen der geerdeten Rolle und der Elektrode 30 gebildet werden kann. Ein Gasausstoßmittel 306, das mit einer Düse mit einem Gasausstoßschlitz versehen ist, ist an der Basismaterial-Transportroute unmittelbar vor dem elektrischen Feld (unmittelbar vor der Elektrode) vorgesehen.
Bei einem solchen Aufbau, wie er oben beschrieben ist, wird von dem Schlitz des Gasausstoßmittels 306 ausgestoßenes Gas ins Innere des kontinuierlich transportierten Basismaterials 1 eingeleitet. Unmittelbar danach wird das Gas, das ins Innere des Basismaterials 1 eingeleitet wurde, einer Plasmabildung unter Anwendung des zwischen der Elektrode 30 und der Rolle erzeugten elektrischen Feldes unterzogen. Somit wird das Basismaterial 1 einer Plasmabehandlung unterzogen.
Wie oben beschrieben wurde, wird unmittelbar nachdem das ausgestoßene Gas in das Basismaterial eingeleitet wurde, die Plasmabehandlung durchgeführt. Somit wird das Gas einfacher in das Basismaterial eingeleitet. Infolgedessen ist es möglich, die Plasmabehandlung wirksam durchzuführen und ausgezeichnete Oberflächen-Modifikationseffekte zu erzielen.
Ferner ist die Form der Düse vorzugsweise eine Schlitzform oder eine poröse Form. Außerdem beträgt beim Gasausstoß der Innendruck der Düse vorzugsweise mindestens 15mm Aq für die wirksame Einleitung des Gases in das Basismaterial. Um den Wirkungsgrad beim Einleiten von Gas in das Basismaterial zu verbessern, ist vorzuziehen, dass der Abstand zwischen der Düsenspitze und dem Basismaterial nicht mehr als 5mm beträgt und die Gasausstoßgeschwindigkeit an der Düsenspitze mindestens 15m/s beträgt.
Die oberflächenbehandelten Substrate der vorliegenden Erfindung umfassen solche, die von allen Verfahren und Vorrichtungen nach obiger Beschreibung behandelt wurden.
Eine Plasmaerzeugung während der Oberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung kann durch Messungen unter Verwendung optischer Emissionsspektroskopie (abgekürzt: OES = Optical Emission Spectroscopy) oder photoelektrischer Spektroskopie (PES = Photo Electron Spectroscopy) erfasst werden.
Eine auf der Oberfläche eines Substrats, das die Entladeplasmabehandlung der vorliegenden Erfindung anwendet, gebildete aktive Gruppe kann unter Anwendung der Photoelektro-Spektroskopie (ESCA) erfasst werden. Beispielsweise ist es möglich, ein von VG Co. hergestelltes ESCAKLAB-200R anzuwenden.
Substrate bzw. Träger, auf die die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, werden nachstehend beschrieben.
Bei der vorliegenden Erfindung ist vorzuziehen, ein Substrat anzuwenden, das durch Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung zubereitet wurde, welche durch Verteilen von Silika in PVA auf einem Träger wie einer aus Polyethylen-Terephtalat, Polyethylen-Naphtalat, Polyethylen und Polypropylen oder Papier ausgewählten Schicht erstellt wurde.
Beispiele
Ein Substrat wurde einer Plasmabehandlung unter Anwendung der oben beschriebenen Bedingungen unterzogen. (1) Energiequelle

Bedingung (1) Hochfrequenz-Energiequelle, hergestellt von Shinko Denki Co. SPG50-25000

Bedingung (2) Hochfrequenz-Hochspannungs-Impuls-Energiequelle, hergestellt von Haiden Kenkyusho Co. PHF-6
(2) Behandlungsabschnitt
Eine Vorrichtung, die mit der Art eines in 3 gezeigten Behandlungsabschnitts versehen ist (unter der Bedingung, dass kein Gas ausgetrieben wird, wird der Behandlungsabschnitt ohne Luftabdichtung angewandt).

Kapazität des Behandlungsabschnitts 2000 m³

Elektrodenbereich 250 × 500mm

Dielektrikum 1mm dicke Tonerde-Keramik

Spalt zwischen Elektroden 3mm

(3) Entladebedingungen

Frequenz 50kHz

Ausgangsleistung 10kW/m²

Behandlungszeit 3s

(4) Behandlungsbedingungen
(5) Verwendete Substrate
Eine Gelatineschicht wurde als Unterschicht auf ein Konica-RC-Papier aufgebracht, die durch Aufbringen einer 5μm dicken Polypropylenfolie auf beide Oberflächen von auf Papierbrei basierendem Papier erstellt wurde. Dann wurde eine Beschichtungszusammensetzung, die durch Verteilen von Silika in PVA zubereitet wurde, auf das sich ergebende Substrat aufgebracht, um so vier Schichten zu bilden, und getrocknet. Das resultierende Substrat wurde als Substrat (nachstehend als von Konica hergestelltes Tintenstrahlpapier, von Konica herge stelltes QP oder als einfach als Tintenstrahlpapier) angewandt.
Beispiel 1
Ein Tintenstrahlpapier (von Konica hergestelltes QP) wurde in eine Behandlungsvorrichtung gegeben und eine Entladung durchgeführt. Eine bestimmte Menge (2μL von PMIC1C, dichtes Magenta, hergestellt von Epson) an Flüssigkeitströpfchen wurde auf das behandelte Tintenstrahlpapier unter Anwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts DAT1100MkII, hergestellt von Fibro Co. (in Schweden) aufgetröpfelt, und die Zeit, bis das Volumen der Restflüssigkeit auf der Oberfläche der Oberflächenschicht 05μL wurde, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind unten dargestellt.
Tabelle 1
Wenn die Menge an Resttinte auf der Oberfläche der Oberflächenschicht 0,5μL wird, wird eine laterale Verschwimmungserscheinung eines Tröpfchens, das auf einen Fleck angrenzend an andere Tröpfchen ausgestoßen wird, verzögert, um das laterale Verschwimmen wesentlich zu minimieren. Wenn jedoch keine Behandlung durchgeführt wird, sind mindestens 4 Sekunden erforderlich, um diesen Wert zu erreichen.
Demgegenüber stellte sich heraus, dass all diejenigen (Beispiele), die einer Plasmabehandlung unterzogen wurden, eine kürzere Zeit brauchten, wobei die Absorptionsrate erhöht wurde.
Im einzelnen wurden, wie in den vorliegenden Erfindungen 2 und 3 dargestellt ist, je länger die Austriebszeit war, umso mehr die Modifikationseffekte verbessert.
Ferner wurden, wenn die Impuls-Energiequelle verwendet wurde, bessere Oberflächenmodifikationswirkungen ohne den Gasaustrieb erzielt.
Allgemein stellte sich heraus, dass, wenn ein Tintenstrahlpapier, bei dem die Interaktion zwischen Tröpfchen, die nahe aneinander ausgestoßen werden, nicht eliminiert wurde, einer Plasmabehandlung unterzogen wurde, die Rate der Tintenabsorption erheblich zunahm und damit die Bilderzeugungsfähigkeit verbessert wurde.
Beispiel 2
Eine Plasmabehandlung wurde unter den gleiche Bedingungen wie bei der vorgenannten vorliegenden Erfindung 1 durchgeführt, außer dass die Energiequelle durch Korona-Energiequelle GI-020, hergestellt von Kasuga Denki Co., ersetzt wurde. Dabei wurde festgestellt, dass die Zeit 2,3 Sekunden betrug und die Bilderzeugungsfähigkeit im Vergleich zu der ohne Behandlung weiter verbessert wurde.
Beispiel 3
Ein Tintenstrahlpapier (durch Konica hergestelltes QP) wurde in eine Behandlungsvorrichtung gegeben und einer Entladung unter den gleichen Bedingungen wie bei der vorliegen den Erfindung 1 im Beispiel 1 nach einem Gasaustrieb über 5 Minuten unter der Gasbedingung (3) unterzogen. Eine bestimmte Menge (2μL PMIC1C, dichtes Magenta, hergestellt von Epson) an Flüssigkeitströpfchen wurde auf das behandelte Tintenstrahlpapier unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts DAT1100MkII, hergestellt von Fibro Co. (in Schweden) auf getröpfelt, und der Grad der Ausbreitung des aufgetröpfelten Tintendurchmessers wurde beobachtet.
Tabelle 2
Gemäß den Ergebnissen in Tabelle 2 ist die Feststellung möglich, dass die Ausbreitung (laterales Verschwimmen) eines Tintentröpfchens nach dem Ausstoß auf die Tintenstrahlpapieroberfläche infolge der Plasmabehandlung minimiert wird.
Beispiel 4
Das Tintenstrahlpapier, das einer Plasmabehandlung unter Anwendung der Gasbedingung 4 in Beispiel 1 unterzogen wurde, wurde ferner einer Plasmabehandlung unter Gasbedingungen von Ar 10%, CF₄ 10% unterzogen. Das resultierende Tintenstrahlpapier zeigte ausgezeichnete Ergebnisse in der Rate der Wasserabsorption sowie bei gegenüber einem Verschwimmen resistenten Eigenschaften.
Tabelle 3
Beispiel 5
Ein gerolltes, 400mm breites Tintenstrahlpapier (von Konica hergestelltes QP) mit einer Länge von 300m wurde in einen druckreduzierbaren Austriebsabschnitt gegeben, und Gas wurde unter der Gasbedingung 4 eingeschlossen, während der Innendruck auf 20Torr gehalten wurde. Nach 5 Minuten wurde das Tintenstrahlpapier aus dem Austriebsabschnitt entfernt und wurde von der Behandlungsstraße etwa 10 Minuten lang abgewickelt. Dann wurde das Papier einer Entladebehandlung unter den oben beschriebenen Bedingungen unterzogen, während es durch das Innere des Behandlungsabschnitts transportiert wurde. Eine bestimmte Menge (2μL PMIC1C, dichtes Magenta, hergestellt von Epson) von Flüssigkeitströpfchen wurde auf das behandelte Tintenstrahlpapier unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts DAT1100MkII, hergestellt von Fibro Co. (in Schweden) auf getröpfelt, und es wurden fast die gleichen Ergebnisse wie beim Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung 7 erzielt.
Beispiel 6
Ein Tintenstrahlpapier (von Konica hergestelltes QP) wurde in eine Behandlungsvorrichtung gegeben und eine Entladung wurde 1 Stunde nach dem Einschließen von Gas durchgeführt. Ferner wurde die Plasmabehandlung durchgeführt, während die Feuchtigkeitsbedingungen der Behandlungsgase variiert wurden. Eine bestimmte Menge (2μL PMIC1C, dichtes Magenta, hergestellt von Epson) an Flüssigkeitströpfchen wurde auf das behandelte Tintenstrahlpapier unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts DAT1100MkII, hergestellt von Fibro Co. (in Schweden) aufgetröpfelt, und eine Zeit, bis das Volumen der Restflüssigkeit auf der Oberfläche 0,5 μL wurde, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind nachstehend dargestellt.
Tabelle 4
Gemäß den Ergebnissen in Tabelle 4 stellt sich heraus, dass durch Variieren der Feuchtigkeitsbedingungen die Bildempfangseigenschaften weiter verbessert werden.
Beispiel 7
Die in Beispiel 1 angewandte Vorrichtung (Elektroden und Dielektrika) wurden annähend senkrecht zu einem Basismaterial angeordnet, wie in 18 gezeigt ist. Dann wurde eine be-, stimmte Menge eines Gasgemisches in den Spalt zwischen den Elektroden eingeleitet, und eine Entladung zwischen den Elektroden durchgeführt. Das aktivierte Gas wurde dann auf das Basismaterial geblasen. Der Behandlungsabschnitt, die Energiequelle, die Entladebedingungen, die Behandlungsgasbedingungen, und die auf das angewandte Basismaterial angewandten Bedingungen waren die gleichen wie bei Beispiel 1. Ferner betrug der Abstand d (der Abstand zwischen der Position des nächsten Dielektrikums vom Basismaterial und dem Basismaterial) zwischen dem Dielektrikum und dem Basis material 2mm, während der Innendruck im Behandlungsabschnitt 3mm Aq betrug. Auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde eine bestimmte Menge (2μL PMIC1C, dichtes Magenta, hergestellt von Epson) an Flüssigkeitströpfchen auf das behandelte Tintenstrahlpapier unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts DAT11100MkII, hergestellt von Fibro Co. aufgetröpfelt, und die Zeit, bis das Volumen der Restflüssigkeit auf der Oberfläche 0,5μL wurde, wurde gemessen. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse.
Tabelle 5
Wie oben beschrieben wurde, ist es bei dem vorliegenden Beispiel möglich, ausgezeichnete Oberflächen-Modifikationseffekte zu erzielen, während eine Beeinträchtigung des Basismaterials gemindert wird.
Ferner wurden Experimente unter den gleichen Bedingungen beim neuen Beispiel 2 (neues Beispiel 2 in Tabelle 5) durchgeführt, außer dass der Spalt einer Gasausstoßöffnung (unter den von zwei Dielektrika gebildeten Schlitzen die Öffnung, aus der Plasmagas ausgestoßen wird) auf 0,3mm eingestellt wurde, und durch Einstellen des Innendrucks des Behandlungsabschnitts auf 30mm Aq Gas auf das Basismaterial ausgestoßen wurde. Die Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse des Experiments.
Tabelle 7
Wie oben beschrieben wurde, ist es durch Bereitstellen eines Gasstrahls auf das Basismaterial möglich, auf wirksame Weise ausgezeichnete Oberflächen-Modifikationseffekte zu erzielen, die das Innere von Leerstellen erreichen.
Tabelle 6 zeigt die Behandlungsergebnisse, die durch Einsatz der in 19 dargestellten Vorrichtung erzielt wurden. Ferner war die benutzte Energiequelle die gleiche wie bei Bedingung 1, die Gasbedingung war die gleiche wie bei 1, und die anderen Bedingungen waren die gleichen wie bei Beispiel 1. Auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde eine bestimmte Menge (2μL PMIC1C, dichtes Magenta, hergestellt von Epson) an Flüssigkeitströpfchen auf das behandelte Tintenstrahlpapier unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts DAT1100MkII, hergestellt von Vibro Co. aufgetröpfelt, und die Zeit, bis das Volumen der Restflüssigkeit 0,5μL wurde, wurde gemessen.
Tabelle 6
Wie oben dargestellt ist, ist es bei dem vorliegenden Beispiel durch Bereitstellen eines Gasstrahls nicht nötig, Zeit zum Austreiben aufzubringen. Da ferner Gas wirksam ins Innere der Leerstellen eingeleitet werden kann, ist es möglich, noch bessere Oberflächen-Modifikationseffekte zu erzielen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Oberflächenbehandlungsverfahren eines Substrats sowie eine Vorrichtung hierzu bereitzustellen, das/die kostengünstiger und in der Produktivität ausgezeichnet ist, und die Oberflächen-Modifikationseffekte des Substrats auch bei einem Transport mit relativ hoher Geschwindigkeit zu erzielen.
Im einzelnen ist es möglich, die Bildempfangseigenschaften eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums bemerkenswert zu verbessern und eine Aufzeichnung stark detaillierter Bilder zu erzielen.
Ferner ist es durch Anwenden einer Impuls-Energiequelle möglich, eine Plasmabehandlung unter einer Atmosphäre durchzuführen und den Wirkungsgrad der Behandlung zu verbessern.
Des weiteren ist es durch Steuern der Feuchtigkeit in einem Behandlungsgas möglich, den Wirkungsgrad der Behand lung, sowie den aufgebrachten Grad hydrophiler und hydrophober Eigenschaften, zu steuern, und ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium mit verschiedenen Leistungsmerkmalen herzustellen.
Durch Herstellung der Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien unter Anwendung eines kontinuierlichen Prozesses ist es möglich, eine wirksame Oberflächen-Modifikation mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen.

Claims

Oberflächenbehandlungsverfahren eines Mediums mit einer Leerstellen enthaltenden Schicht, die an/auf einem Träger (1) vorgesehen ist, mit folgendem Schritt: Durchführen einer Plasmabehandlung am Medium, gekennzeichnet durch: Durchführen einer hydrophilen Behandlung unter Anwendung der Plasmabehandlung am Inneren der Leerstellen enthaltenden Schicht, und Durchführen einer wasserabweisenden Behandlung unter Anwendung der Plasmabehandlung an der Oberfläche der Leerstellen (120) enthaltenden Schicht.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei eine funktionale Gruppe innerhalb des Mediums infolge der Plasmabehandlung bereit gestellt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Leerstellen durch die Plasmabehandlung aufgerauht werden.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Leerstellen (120) enthaltende Schicht auch Teilchen enthält und die Teilchen durch die Plasmabehandlung aufgerauht werden.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmabehandlung unter einer aus einem inerten Gas als Hauptkomponente bestehenden Atmosphäre durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Leerstellen (120) enthaltende Schicht eine Oberfläche des Substrats bildet.
Oberflächenbehandlung nach Anspruch 1, wobei die Leerstellen (120) enthaltende Schicht durch einen Beschichtungsvorgang bereitgestellt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmabehandlung durch Anwendung einer Coronaentladung durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmabehandlung unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die wasserabstoßende Behandlung nach dem Ausführen der hydrophilen Behandlung durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, mit einem Schritt des Anordnens des Mediums in einer Gasatmosphäre und des Einleitens des Gases in die Leerstellen, bevor die Plasmabehandlung durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Medium Tintenstrahldruckpapier ist.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmabehandlung durch Anwenden von in einem gepulsten elektrischen Feld erzeugtem Plasma durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Durchführens der Plasmabehandlung am Medium die Schritte des Bildens des Plasmas aus einem Gas und des Einleitens des Plasmas in die Leerstellen umfasst.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Durchführens der Plasmabehandlung am Medium ein Einleiten von Gas in die Leerstellen und ein elektrisches Entladen auf dem bzw. das Medium, in dessen Leerstellen das Gas eingeleitet wurde, um das Plasma darin zu bilden, umfasst.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmabehandlung unter Anwendung einer Flamme durchgeführt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Plasma in einer Atmosphäre mit einer absoluten Feuchtigkeit von mindestens 0,005 kg-Dampf/kg trockenes Gas erzeugt wird.
Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Plasma in einer Atmosphäre erzeugt wird, die ein Reaktionsgas in einer Menge von mindestens 30 Volumenprozent aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckpapiers mit einem Medium mit einer Leerstellen enthaltenden Schicht auf einem Träger, wobei das Verfahren eine Oberflächenbehandlung des Mediums gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Leerstellen enthaltende Schicht auf dem Träger gebildet wird, bevor die Plasmabehandlung durchgeführt wird.