JP2007106024A - Nozzle plate, inkjet head and inkjet device - Google Patents

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JP2007106024A JP2005300426A JP2005300426A JP2007106024A JP 2007106024 A JP2007106024 A JP 2007106024A JP 2005300426 A JP2005300426 A JP 2005300426A JP 2005300426 A JP2005300426 A JP 2005300426A JP 2007106024 A JP2007106024 A JP 2007106024A
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Hiroe Takatani
弘枝 高谷
Kazuhiro Nishikawa
和宏 西川
Tomoyoshi Yoshioka
智良 吉岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a wiping performance and thereby, to ensure the fault-free operation of a discharging system for a long time, by making easily movable an ink which flows around to the back of a wiping blade in its proceeding direction during wiping, while keeping a contact angle and adherence, that is, making the ink follow the movement of the wiping blade through enhancing fall characteristics (a fall angle). <P>SOLUTION: This nozzle plate is constituted of: a nozzle plate base material 11A with nozzle holes 12 for discharging an ink liquid droplet 25 to the outside from a discharging surface; and a liquid repelling layer 11B formed of a fluorine-based silane coupling agent, formed on the discharging surface. The thickness dispersion of the liquid repelling layer 11B is 5 nm or below. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、インク液滴を吐出する吐出面側に撥液層を備えたノズルプレート、このノズルプレートを備えたインクジェットヘッド、及びこのインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置に関する。   The present invention relates to a nozzle plate having a liquid repellent layer on the ejection surface side from which ink droplets are ejected, an ink jet head having the nozzle plate, and an ink jet apparatus having the ink jet head.

一般的にインクジェット装置には、直線状に配列された複数のノズル孔(吐出孔)を有する平面状のノズルプレートを備えたインクジェットヘッドが設けられている。インクジェットヘッドは、インクをノズル孔に供給するとともに、ノズル孔からインク液滴が吐出されるようにインク液内に圧力パルスを発生させる手段を備え、数pLから数十pL程度の微量なインク液滴を吐出することが可能である。   In general, an ink jet apparatus is provided with an ink jet head provided with a planar nozzle plate having a plurality of nozzle holes (ejection holes) arranged in a straight line. The inkjet head includes means for supplying ink to the nozzle holes and generating pressure pulses in the ink liquid so that ink droplets are ejected from the nozzle holes, and a small amount of ink liquid of about several pL to several tens of pL. It is possible to eject drops.

このようなインクジェット装置において、高精度の印刷を行うためには、ノズル孔から吐出されたインク液滴を精度よく被印刷体に着弾させることが必要である。そのためには、ノズル孔と被印刷体との相対位置を正確に制御する必要がある。さらに、吐出するインク液滴の量を制御して微小化させること、及びインク液滴の吐出方向の正確な制御が必要である。その中でも、インク液滴の吐出方向を正確に制御するには、インク液滴をノズルプレートに対して垂直方向に吐出する必要があるが、ノズル孔付近に残存するインクと干渉する等の原因により安定してインク液滴を垂直方向に吐出するのは難しい。   In such an ink jet apparatus, in order to perform high-precision printing, it is necessary to land the ink droplets ejected from the nozzle holes on the printing medium with high accuracy. For this purpose, it is necessary to accurately control the relative position between the nozzle hole and the printing medium. Furthermore, it is necessary to control the amount of ejected ink droplets to make them minute and to accurately control the ejection direction of the ink droplets. Among them, in order to accurately control the ink droplet ejection direction, it is necessary to eject ink droplets in a direction perpendicular to the nozzle plate, but this may cause interference with ink remaining in the vicinity of the nozzle holes. It is difficult to stably eject ink droplets in the vertical direction.

例えば、ノズルプレートの吐出面上におけるノズル孔近傍にインク液滴が溜まっている状態で吐出を行うと、新たに吐出されたインク液滴がそのインク溜まりに接触する場合がある。そのような場合には、ノズル孔近傍に溜まっているインクと干渉して、新たに吐出されたインク液滴の吐出方向が変化してしまう。また、このインク溜まりが乾燥した場合には、同様にインク液滴の吐出方向が変化してしまい、さらにはノズル孔自体が目詰まりを起こしてインク液滴の不吐出となるといった弊害が生じてしまう。   For example, when ejection is performed in a state where ink droplets are accumulated near the nozzle holes on the ejection surface of the nozzle plate, the newly ejected ink droplets may come into contact with the ink reservoir. In such a case, the ejection direction of the newly ejected ink droplet changes due to interference with the ink accumulated in the vicinity of the nozzle hole. In addition, when the ink reservoir is dried, the discharge direction of the ink droplets changes in the same manner, and the nozzle holes themselves are clogged, resulting in a problem that the ink droplets are not discharged. End up.

そのため、従来のノズルプレートには、このようなインクの付着、吸着を防止するためにノズルプレートを構成するノズルプレート基材の吐出面に撥液処理を行っている。   Therefore, the conventional nozzle plate is subjected to a liquid repellent treatment on the discharge surface of the nozzle plate base material constituting the nozzle plate in order to prevent such ink adhesion and adsorption.

近年、インクジェット技術の開発が進むにつれ、その応用分野も幅広く発展し、様々な吐出材料が吐出に用いられている。その中でも、顔料や樹脂成分を含むインクは、ノズルプレートに付着し易いため、このような吐出材料を使用する場合には特に高い撥液性を有する撥液層を設ける必要がある。   In recent years, as the development of ink jet technology has progressed, the fields of application have been widely developed, and various ejection materials have been used for ejection. Among them, since ink containing pigments and resin components easily adheres to the nozzle plate, it is necessary to provide a liquid repellent layer having particularly high liquid repellency when using such a discharge material.

ところが撥液層を有するノズルプレートであっても、インクの吐出時に飛び散った微量なインク液滴がノズルプレートの吐出面に付着する場合がある。上述したように付着したインク液滴、及びインク液滴が乾燥した付着物は吐出精度の劣化を引き起こす原因となりうるため、一般的にインクジェット装置にはこれらを除去するため、ワイピングブレードでワイピングを行うノズル孔のクリーニング機構が設けられている。   However, even with a nozzle plate having a liquid repellent layer, a small amount of ink droplets scattered during ink ejection may adhere to the ejection surface of the nozzle plate. As described above, the ink droplets adhering to the ink droplets and the deposits from which the ink droplets are dried can cause deterioration in ejection accuracy. Therefore, in general, wiping with an wiping blade is performed to remove these ink jet devices. A nozzle hole cleaning mechanism is provided.

このとき、予めノズルプレートの吐出面に撥液層が形成されていると、吐出面に付着したインク液滴をワイピング操作によって除去し易くすることができる。すなわち、ノズルプレートに撥液層を形成することによる目的は、ノズル孔の近傍にインク溜まりが発生することを抑制することと、インク液滴やインク液滴の乾燥したものが固着することを防止し、ノズルプレートのクリーニングを容易にすることである。その結果、高い吐出精度を長期的に保持することができる。   At this time, if a liquid repellent layer is previously formed on the ejection surface of the nozzle plate, ink droplets adhering to the ejection surface can be easily removed by a wiping operation. In other words, the purpose of forming the liquid repellent layer on the nozzle plate is to suppress ink pooling in the vicinity of the nozzle holes and to prevent ink droplets or dried ink droplets from sticking. The nozzle plate can be easily cleaned. As a result, high discharge accuracy can be maintained for a long time.

微粒子分散系のインク、例えば、顔料や銀ナノ粒子を含有するインクを使用する場合において、ノズルプレートの吐出面上においてインクが乾燥した付着物は、再び吐出されたインク、もしくは溶媒に接触させても再溶解し難いので、ワイピングブレードによるワイピングによって物理的に除去する必要がある。この時、ワイピングブレードの当接によって撥液層が受けるダメージを軽減するため、ノズルプレートの吐出面をインクで濡らすことでワイピングブレードを濡らした状態で行うのが一般的である。   In the case of using a fine particle dispersed ink, for example, an ink containing a pigment or silver nanoparticles, the adhering matter that the ink has dried on the ejection surface of the nozzle plate is brought into contact with the ejected ink or solvent again. Since it is difficult to dissolve again, it is necessary to physically remove it by wiping with a wiping blade. At this time, in order to reduce the damage received by the liquid repellent layer due to the contact of the wiping blade, it is generally performed in a state where the wiping blade is wetted by wetting the ejection surface of the nozzle plate with ink.

撥液材料としては、シリコン系、フッ素系の材料が主として用いられるが、フッ素系とシリコン系を比較した場合、低エネルギ表面を形成するためには、材料的にはフッ素系の材料の方が高い撥液性を示すことから様々なフッ素系撥液材料が検討されている。   Silicone and fluorine-based materials are mainly used as the liquid repellent material. However, when comparing fluorine-based and silicon-based materials, in order to form a low-energy surface, fluorine-based materials are better. Various fluorinated liquid repellent materials have been studied because of their high liquid repellency.

また、撥液層を形成する撥液材料としては、高い撥液性に加えてノズルプレート基材との密着性も有することが重要である。これは、ノズルクリーニング時の物理的ダメージや、インクの種類によって浸漬等の化学的なダメージを受け、ノズルプレート基材から剥離してしまう場合があるからである。   In addition to high liquid repellency, it is important that the liquid repellent material for forming the liquid repellent layer also has adhesion to the nozzle plate substrate. This is because there may be physical damage during nozzle cleaning or chemical damage such as immersion depending on the type of ink, resulting in peeling from the nozzle plate substrate.

このような点から従来のインクジェットヘッドには、種々のフッ素系撥液材料の中でも水酸基等の反応基を表面に有する酸化物結合層(密着層)を介してノズルプレート基材と化学的に強固に結合させるため、密着性、耐磨耗性に優れるフッ素系シランカップリング剤を撥液層として用いた構成がある(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1の構成では、フッ素系シランカップリング剤をノズルプレート基材と化学的に結合させることにより、インク浸漬後もノズルプレートからの剥離が起こることを防止し、初期の接触角を維持している。   In view of this, conventional inkjet heads are chemically strong with the nozzle plate substrate through an oxide bonding layer (adhesion layer) having a reactive group such as a hydroxyl group on the surface among various fluorine-based liquid repellent materials. Therefore, there is a configuration in which a fluorine-based silane coupling agent having excellent adhesion and wear resistance is used as the liquid repellent layer (see, for example, Patent Document 1). In the configuration of Patent Document 1, the fluorine-based silane coupling agent is chemically bonded to the nozzle plate base material to prevent peeling from the nozzle plate even after ink immersion and to maintain the initial contact angle. ing.

また、撥液層の接触角をさらに高めるべく、基材と未反応で付着しているだけのフッ素系シランカップリング剤を除去するフッ素系シランカップリング剤の成膜方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平6−171094号公報 特開平6−210857号公報
Moreover, a film forming method of a fluorine-based silane coupling agent is disclosed in which a fluorine-based silane coupling agent that has not adhered to the base material in an unreacted manner is removed in order to further increase the contact angle of the liquid repellent layer ( For example, see Patent Document 2.)
Japanese Patent Laid-Open No. 6-171094 Japanese Patent Laid-Open No. 6-210857

しかしながら、上述の特許文献1,2の構成では、ノズルプレートの吐出面をワイピングする際、残存しているインク液溜まりを除去することはできるが、ワイピングのために吐出面を濡らしたインクが新たに目視不可能な程度微量に吐出面に残留してしまう。この新たに残留した微量のインクが付着物としてインク液滴の吐出精度に悪影響を及ぼす。さらに、この付着物を核としてインク溜まりが発生し易くなることから、吐出精度を劣化させ、また付着物の発生を促進させることになる。   However, in the configurations of Patent Documents 1 and 2 described above, when the ejection surface of the nozzle plate is wiped, the remaining ink liquid pool can be removed, but the ink that has wetted the ejection surface for wiping is newly added. In such a case, it remains on the discharge surface in a minute amount that cannot be visually observed. The newly remaining trace amount of ink as an adhering substance adversely affects the ink droplet ejection accuracy. Furthermore, since ink deposits are likely to occur with these deposits as nuclei, the discharge accuracy is deteriorated and the generation of deposits is promoted.

これは、ワイピング時におけるワイピングブレードを濡らすために供給したインクが、ワイピングブレードの進行方向の前面側に保持された状態からワイピングブレードの側方等からワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んでしまうからである。つまり、ワイピングブレードが回り込んだインクを引きずりながらワイピングを行ってしまっているからである。   This is because the ink supplied to wet the wiping blade at the time of wiping wraps around from the side of the wiping blade in the moving direction of the wiping blade to the rear surface of the wiping blade in the moving direction from the side of the wiping blade. Because. That is, wiping is performed while dragging the ink that the wiping blade has turned around.

ワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んだインクは、一部がワインピングブレードの移動に追随できず、途中で離間することになる。特に、ワイピングブレードが当接するノズルプレートの吐出面に段差が形成されている場合は、段差によりインクがワイピングブレードの後面に回り込むため段差部の近傍にインクが溜まり易くなり、インクの残留が顕著に現れる。   A part of the ink that has entered the rear surface of the wiping blade in the traveling direction cannot follow the movement of the wiping blade and is separated in the middle. In particular, when a step is formed on the ejection surface of the nozzle plate with which the wiping blade comes into contact, the ink wraps around the rear surface of the wiping blade due to the step, so that ink tends to accumulate near the step portion, and ink residue is noticeable. appear.

この発明の目的は、接触角、密着性を維持しつつ、ワイピング時にワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んだインクの移動し易さ、つまり転落特性(転落角)を向上させてインクをワイピングブレードの移動に追随させ、ワイピング性能の向上を図って長期間の吐出制度の維持を図ることができるノズルプレート、インクジェットヘッド、及びインクジェット装置を提供することにある。   The object of the present invention is to improve the ease of movement of the ink that wraps around the back surface of the wiping blade during wiping, that is, the tumbling characteristics (falling angle) while maintaining the contact angle and adhesion, and wiping the ink. An object of the present invention is to provide a nozzle plate, an ink jet head, and an ink jet apparatus that can follow the movement of the blade and improve the wiping performance to maintain a long-term discharge system.

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

(1)吐出面から外部にインク液滴を吐出するための吐出孔を有するノズルプレート基材と、
前記吐出面上にフッ素系シランカップリング剤で形成される撥液層であって、厚さのばらつきが5nm以下の撥液層と、を備えたことを特徴とする。
(1) a nozzle plate substrate having ejection holes for ejecting ink droplets from the ejection surface to the outside;
A liquid repellent layer formed of a fluorine-based silane coupling agent on the ejection surface, the liquid repellent layer having a thickness variation of 5 nm or less.

この構成においては、接触角の高いフッ素系シランカップリング剤でノズルプレート基材の吐出面上に撥液層が形成されている。また、撥液層の厚さのばらつきが5nm以下に形成されている。そのため、撥液層の転落角が90°未満となる。また、1.5nm以下では転落角が40°以下となる。   In this configuration, a liquid repellent layer is formed on the discharge surface of the nozzle plate base material with a fluorine-based silane coupling agent having a high contact angle. Further, the variation in the thickness of the liquid repellent layer is 5 nm or less. Therefore, the falling angle of the liquid repellent layer is less than 90 °. Further, when the thickness is 1.5 nm or less, the falling angle is 40 ° or less.

したがって、接触角、密着性が低下することなく、転落特性が向上するのでインクがワイピングブレードの移動に追随し易くなり、ワイピングブレードの移動の途中で追随するインクが離間することが低減され、付着物の発生が抑制される。   Therefore, the fall characteristics are improved without lowering the contact angle and adhesion, so that the ink can easily follow the movement of the wiping blade, and the ink that follows in the middle of the movement of the wiping blade is reduced and separated. Generation of kimono is suppressed.

(2)前記撥液層は、平均の厚さが1nm以上、4nm以下であることを特徴とする。   (2) The liquid repellent layer has an average thickness of 1 nm or more and 4 nm or less.

この構成においては、平均の厚さが1nm以上、4nm以下で撥液層がノズルプレート基材の吐出面に形成されている。フッ素系シランカップリング剤の撥液性を示すフッ素炭素基は、フッ素の数が多いほど表面エネルギが小さい。固体表面の接触角で比較するとCF3>CF2<CFとなる。そのため、平均の厚さが4nmよりも大きいとフッ素系シランカップリング剤同士が絡み合い、最も臨海表面エネルギの小さい末端部のCF3 が表面を被覆する割合が減少し、撥液性が劣化する虞がある。 In this configuration, the average thickness is 1 nm or more and 4 nm or less, and the liquid repellent layer is formed on the discharge surface of the nozzle plate substrate. The fluorine carbon group exhibiting liquid repellency of the fluorine-based silane coupling agent has a smaller surface energy as the number of fluorine atoms increases. When compared with the contact angle of the solid surface, CF 3 > CF 2 <CF. Therefore, when the average thickness is larger than 4 nm, the fluorine-based silane coupling agents are entangled with each other, and the ratio of the CF 3 at the end portion having the smallest sea surface energy covering the surface is decreased, and the liquid repellency may be deteriorated. There is.

一方、平均の厚さが1nm未満と薄すぎると、厚さのばらつきが生じ易く、また一部の撥液層がノズルプレート基材と反応しない箇所が発生する虞があり、密着性および撥液性に影響を与える。   On the other hand, if the average thickness is too thin, less than 1 nm, thickness variations are likely to occur, and there is a possibility that a part of the liquid repellent layer does not react with the nozzle plate substrate. Affects sex.

したがって、撥液層の平均の厚さが1nm以上、4nm以下で形成されるので、密着性および撥液性が低下しない。   Therefore, since the average thickness of the liquid repellent layer is 1 nm or more and 4 nm or less, adhesion and liquid repellency are not lowered.

(3)前記ノズルプレート基材は、前記吐出面と前記撥液層との間に密着層を有することを特徴とする。   (3) The nozzle plate base material has an adhesion layer between the ejection surface and the liquid repellent layer.

この構成においては、ノズルプレート基材の吐出面上に密着層が形成され、さらに密着層上に撥液層が形成されている。したがって、ノズルプレート基材の材質によって吐出面に十分な水酸基が存在しない場合であっても密着性が低下することがない。   In this configuration, an adhesion layer is formed on the discharge surface of the nozzle plate substrate, and a liquid repellent layer is further formed on the adhesion layer. Therefore, even if there is no sufficient hydroxyl group on the ejection surface due to the material of the nozzle plate base material, the adhesion does not deteriorate.

(4)前記密着層は、無機酸化物であることを特徴とする。   (4) The adhesion layer is an inorganic oxide.

この構成においては、無機酸化物で形成された密着層がノズルプレート基材の吐出面と撥液層との間に備えられている。無機酸化物は、表面に結合に十分な多くの水酸基を有しているのでフッ素系シランカップリング剤に結合し易い。   In this configuration, an adhesion layer formed of an inorganic oxide is provided between the discharge surface of the nozzle plate substrate and the liquid repellent layer. Since the inorganic oxide has a sufficient number of hydroxyl groups for bonding on the surface, it easily bonds to the fluorine-based silane coupling agent.

(5)前記ノズルプレート基材は、紫外線エネルギを吸収する高分子材料であり、
前記吐出孔は、エキシマレーザを用いて形成したことを特徴とする。
(5) The nozzle plate base material is a polymer material that absorbs ultraviolet energy,
The ejection holes are formed using an excimer laser.

この構成においては、ノズルプレート基材に加工精度の高いエキシマレーザを照射して吐出孔が形成されている。また、ノズルプレート基材が紫外線エネルギを吸収する高分子材料で形成されているので、エキシマレーザの加工精度が低下しない。   In this configuration, the nozzle plate base material is irradiated with an excimer laser with high processing accuracy to form discharge holes. In addition, since the nozzle plate base material is formed of a polymer material that absorbs ultraviolet energy, the processing accuracy of the excimer laser does not decrease.

(6)前記密着層は、平均の厚さが5nm以上、30nm以下であることを特徴とする。   (6) The adhesion layer has an average thickness of 5 nm or more and 30 nm or less.

この構成においては、平均の厚さが5nm以上、30nm以下で形成された密着層がノズルプレート基材の吐出面と撥液層との間に備えられている。ノズルプレート基材に密着層、撥液層を形成した後に吐出孔を形成する際は、加工精度が密着層の厚さによって影響されるので、密着層の平均の厚さが30nmより厚いと加工ムラが生じる虞がある。これは、密着層で形成される無機酸化物は、無機−酸素原子間の結合エネルギが高く、化学的にも安定な材料であるため、エキシマレーザによっても精度よく加工することが難しいからである。また、密着層の平均の厚さが30nmより厚いと膜ムラも生じ易い。この膜ムラによって、撥液層の膜ムラを引き起こす虞がある。   In this configuration, an adhesion layer formed with an average thickness of 5 nm or more and 30 nm or less is provided between the discharge surface of the nozzle plate substrate and the liquid repellent layer. When forming the discharge holes after forming the adhesion layer and the liquid repellent layer on the nozzle plate base material, the processing accuracy is affected by the thickness of the adhesion layer. Therefore, if the average thickness of the adhesion layer is greater than 30 nm, the processing is performed. There may be unevenness. This is because the inorganic oxide formed in the adhesion layer has a high bond energy between inorganic and oxygen atoms and is a chemically stable material, and therefore it is difficult to process with an excimer laser with high accuracy. . Further, if the average thickness of the adhesion layer is greater than 30 nm, film unevenness is likely to occur. This film unevenness may cause film unevenness in the liquid repellent layer.

一方、密着層の平均の厚さが5nm以下であるとノズルプレート基材上に密着層が満遍なくかつ再現性よく被覆できない場合があり、撥液層の密着性、撥液性、転落特性が確保できない虞がある。   On the other hand, if the average thickness of the adhesion layer is 5 nm or less, the adhesion layer may not be evenly and reproducibly coated on the nozzle plate base material, ensuring the adhesion, liquid repellency, and falling characteristics of the liquid repellent layer. There is a possibility that it cannot be done.

したがって、密着層の平均の厚さが5nm以上、30nm以下であるので、撥液層を満遍なくかつ再現性よく形成することができるとともに、吐出孔に加工ムラが生じることが防止される。   Therefore, since the average thickness of the adhesion layer is 5 nm or more and 30 nm or less, the liquid repellent layer can be formed uniformly and with good reproducibility, and processing unevenness in the discharge holes can be prevented.

(7)インク室を有するヘッド部と、
ノズル孔が前記インク室に連通した状態で前記ヘッド部に接着された請求項1〜6の何れかに記載のノズルプレートと、を備えたことを特徴とする。
(7) a head portion having an ink chamber;
The nozzle plate according to claim 1, wherein the nozzle hole is bonded to the head portion in a state where the nozzle hole communicates with the ink chamber.

この構成においては、インク室に収容されているインク液滴が(1)〜(6)の何れかに記載のノズルプレートに形成されている吐出孔から吐出される。また、ノズルプレートを構成するノズルプレート基材の吐出面上には、接触角の高いフッ素系シランカップリング剤で撥液層が形成されている。また、撥液層の厚さのばらつきが5nm以下に形成されている。そのため、撥液層の転落角が90°未満となる。また、1.5nm以下では転落角が40°以下となる。   In this configuration, ink droplets stored in the ink chamber are discharged from the discharge holes formed in the nozzle plate according to any one of (1) to (6). Further, a liquid repellent layer is formed with a fluorine-based silane coupling agent having a high contact angle on the discharge surface of the nozzle plate base material constituting the nozzle plate. Further, the variation in the thickness of the liquid repellent layer is 5 nm or less. Therefore, the falling angle of the liquid repellent layer is less than 90 °. Further, when the thickness is 1.5 nm or less, the falling angle is 40 ° or less.

したがって、接触角、密着性が低下することなく、転落特性が向上するのでインクがワイピングブレードの移動に追随し易くなり、ワイピングブレードの移動の途中で追随するインクが離間することが低減され、付着物の発生が抑制される。   Therefore, the fall characteristics are improved without lowering the contact angle and adhesion, so that the ink can easily follow the movement of the wiping blade, and the ink that follows in the middle of the movement of the wiping blade is reduced and separated. Generation of kimono is suppressed.

(8)インク液滴を所望の位置に吐出するインクジェット装置において、
請求項7に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とする。
(8) In an inkjet apparatus that ejects ink droplets to a desired position,
The inkjet head according to claim 7 is provided.

この構成においては、(7)に記載のインクジェットヘッドから所望の位置にインク液滴を吐出する。インクジェットヘッドを構成するノズルプレートを構成するノズルプレート基材の吐出面上には、接触角の高いフッ素系シランカップリング剤で撥液層が形成されている。また、撥液層の厚さのばらつきが5nm以下に形成されている。そのため、撥液層の転落角が90°未満となる。また、1.5nm以下では転落角が40°以下となる。   In this configuration, ink droplets are ejected from the inkjet head described in (7) to a desired position. A liquid repellent layer is formed with a fluorine-based silane coupling agent having a high contact angle on the ejection surface of the nozzle plate base material constituting the nozzle plate constituting the ink jet head. Further, the variation in the thickness of the liquid repellent layer is 5 nm or less. Therefore, the falling angle of the liquid repellent layer is less than 90 °. Further, when the thickness is 1.5 nm or less, the falling angle is 40 ° or less.

したがって、接触角、密着性が低下することなく、転落特性が向上するのでインクがワイピングブレードの移動に追随し易くなり、ワイピングブレードの移動の途中で追随するインクが離間することが低減され、付着物の発生が抑制される。   Therefore, the fall characteristics are improved without lowering the contact angle and adhesion, so that the ink can easily follow the movement of the wiping blade, and the ink that follows in the middle of the movement of the wiping blade is reduced and separated. Generation of kimono is suppressed.

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

(1)ノズルプレートの吐出面上にフッ素系シランカップリング剤を用いて厚さのばらつきが5nm以下の撥液層を備えたことによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる付着物の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。また、厚さのばらつきが1.5nm以下であればより付着物の発生を抑制できる。   (1) By providing a liquid-repellent layer with a thickness variation of 5 nm or less using a fluorine-based silane coupling agent on the discharge surface of the nozzle plate, the fall characteristics can be improved and the occurrence of deposits due to wiping can be suppressed. Therefore, wiping performance can be improved, and high discharge accuracy can be maintained in the long term while maintaining the contact angle and adhesion. Moreover, if the thickness variation is 1.5 nm or less, the generation of deposits can be further suppressed.

さらに、転落特性を向上できるので、ワイピング時にワイピングブレードに必要な押し当て圧力を小さくすることが可能となり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレートのワイピングに対する耐久性を向上させることができる。   Furthermore, since the fall characteristics can be improved, it is possible to reduce the pressing pressure required for the wiping blade at the time of wiping, and it is possible to solve problems such as wear and scratches, so that the durability of the nozzle plate against wiping can be improved. .

(2)平均の厚さが1nm以上、4nm以下の撥液層をノズルプレート基材の吐出面上に形成することによって、撥液性、密着性が低下することを防止できる。   (2) By forming a liquid repellent layer having an average thickness of 1 nm or more and 4 nm or less on the discharge surface of the nozzle plate base material, it is possible to prevent the liquid repellency and adhesion from deteriorating.

(3)ノズルプレート基材の吐出面と撥液層との間に密着層を形成することによって、ノズルプレートの材質によって吐出面に十分な水酸基が存在しない場合であっても密着性を確保することができる。   (3) By forming an adhesion layer between the discharge surface of the nozzle plate base material and the liquid repellent layer, even if there is not enough hydroxyl group on the discharge surface depending on the material of the nozzle plate, adhesion is ensured. be able to.

(4)密着層を無機酸化物で形成することによって、ノズルプレート基材の吐出面と撥液層とを強固に結合させることができ、密着性を確保することができる。   (4) By forming the adhesion layer with an inorganic oxide, the ejection surface of the nozzle plate substrate and the liquid repellent layer can be firmly bonded, and adhesion can be ensured.

(5)紫外線エネルギを吸収する高分子材料で形成されたノズルプレート基材にエキシマレーザを用いて吐出孔を形成することによって、加工精度の高い吐出孔を安定して形成でき、吐出精度を確保することができる。   (5) By using the excimer laser to form the discharge holes in the nozzle plate base material made of a polymer material that absorbs ultraviolet energy, it is possible to stably form the discharge holes with high processing accuracy and ensure the discharge accuracy. can do.

(6)平均の厚さが5nm以上、30nm以下の密着層をノズルプレート基材の吐出面上に形成することによって、撥液層を満遍なくかつ再現性よく形成することができるとともに、吐出孔の加工ムラを防止できるので、安定した吐出精度を確保することができる。   (6) By forming an adhesion layer having an average thickness of 5 nm or more and 30 nm or less on the discharge surface of the nozzle plate substrate, the liquid repellent layer can be formed uniformly and with good reproducibility, and the discharge hole Since processing unevenness can be prevented, stable ejection accuracy can be ensured.

(7)ヘッド部に(1)〜(6)に記載のノズルプレートを接着することによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる付着物の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。 さらに、転落特性を向上できるので、ワイピング時にワイピングブレードに必要な押し当て圧力を小さくすることが可能となり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレートのワイピングに対する耐久性を向上させることができる。   (7) By adhering the nozzle plate described in (1) to (6) to the head part, the fall characteristics can be improved, and the occurrence of deposits due to wiping can be suppressed, so that the wiping performance can be improved, and the contact angle and adhesion High discharge accuracy can be maintained in the long term while maintaining the properties. Furthermore, since the fall characteristics can be improved, it is possible to reduce the pressing pressure required for the wiping blade at the time of wiping, and it is possible to solve problems such as wear and scratches, so that the durability of the nozzle plate against wiping can be improved. .

(8)(7)に記載のインクジェットヘッドを備えたことによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる付着物の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。   (8) By providing the ink jet head described in (7), the fall characteristics can be improved, and the generation of deposits due to wiping can be suppressed, so that the wiping performance can be improved, and the contact angle and adhesion are maintained for a long time. High discharge accuracy can be maintained.

さらに、転落特性を向上できるので、ワイピング時にワイピングブレードに必要な押し当て圧力を小さくすることが可能となり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレートのワイピングに対する耐久性を向上させることができる。   Furthermore, since the fall characteristics can be improved, it is possible to reduce the pressing pressure required for the wiping blade at the time of wiping, and it is possible to solve problems such as wear and scratches, so that the durability of the nozzle plate against wiping can be improved. .

以下、この発明の最良の実施形態に係るインクジェット装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、かかる実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。   Hereinafter, an ink jet apparatus according to the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this embodiment is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

図1は、この発明の実施形態に係るインクジェット装置の簡単な構成を示す説明図である。インクジェット装置20は、液滴吐出ユニット21、メンテナンスユニット22、及び液滴硬化ユニット23等から構成されている。液滴吐出ユニット21は、インクジェットヘッド10を搭載している。メンテナンスユニット22は、後述するノズルプレートの吐出面をワイピングによりクリーニングする。液滴硬化ユニット23は、必要に応じて被印刷体24に着弾したインク液滴25を硬化させる。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing a simple configuration of an ink jet apparatus according to an embodiment of the present invention. The inkjet apparatus 20 includes a droplet discharge unit 21, a maintenance unit 22, a droplet curing unit 23, and the like. The droplet discharge unit 21 has the inkjet head 10 mounted thereon. The maintenance unit 22 cleans a discharge surface of a nozzle plate described later by wiping. The droplet curing unit 23 cures the ink droplet 25 that has landed on the substrate 24 as necessary.

液滴吐出ユニット21は、XYステージ26、インクジェットヘッド10、CCDカメラ27、制御装置28、XYステージドライバユニット29、インクジェットヘッドドライバユニット30、及び支持部材31等から構成されている。   The droplet discharge unit 21 includes an XY stage 26, an inkjet head 10, a CCD camera 27, a control device 28, an XY stage driver unit 29, an inkjet head driver unit 30, a support member 31, and the like.

XYステージ26は、被印刷体24が載置され、水平面座標である2次元平面座標を表すX軸及びY軸の2軸方向に移動可能に支持されている。インクジェットヘッド10は、ノズルプレートが有する複数のノズル孔からインク液滴25を吐出する。CCDカメラ27は、電荷結合素子(Charge Coupled Device;略称CCD)を有し、被印刷体24表面に略垂直な方向から被印刷体24上に着弾したインク液滴25を撮像し、撮像した画像データを制御装置28に送信する。   The XY stage 26 is mounted with a printing medium 24 and supported so as to be movable in two axial directions of an X axis and a Y axis representing two-dimensional plane coordinates that are horizontal plane coordinates. The inkjet head 10 ejects ink droplets 25 from a plurality of nozzle holes of the nozzle plate. The CCD camera 27 has a charge coupled device (abbreviated as CCD), images the ink droplets 25 landed on the printing medium 24 from a direction substantially perpendicular to the surface of the printing medium 24, and the captured image. Data is transmitted to the control device 28.

制御装置28は、インクジェット装置20全体の動作を制御する。XYステージドライバユニット29及びインクジェットヘッドドライバユニット30は、制御装置28に接続されている。支持部材31は、インクジェットヘッドドライバ30及びCCDカメラ27を支持する。   The control device 28 controls the overall operation of the inkjet device 20. The XY stage driver unit 29 and the inkjet head driver unit 30 are connected to the control device 28. The support member 31 supports the inkjet head driver 30 and the CCD camera 27.

XYステージ26は、平坦な一表面部を有し、該一表面部が被印刷体24を載置する載置面となる。XYステージ26は、図示しない突起形状の位置決めピンによって被印刷体24を位置決めし、図示しない真空吸着手段によって被印刷体24を真空吸着して載置面に固定する。   The XY stage 26 has a flat one surface portion, and the one surface portion serves as a placement surface on which the printing medium 24 is placed. The XY stage 26 positions the printing medium 24 by a projection-shaped positioning pin (not shown), and vacuum-sucks the printing medium 24 by a vacuum suction means (not shown) to fix it on the mounting surface.

また、XYステージ26は、XYステージドライバユニット29を介して制御装置28によって駆動される。制御装置28は、XYステージ26に載置された被印刷体24におけるインク液滴25が着弾すべき位置がCCDカメラ27で撮像可能な位置となるように、XYステージ26の位置を調整する。また、制御装置28は、XYステージ26に載置された被印刷体24の撮像された画像データで確認したインク液滴25が着弾すべき位置がインクジェットヘッド10から液体材料を吐出可能な位置となるように、XYステージ26の位置を調整する。   The XY stage 26 is driven by the control device 28 via the XY stage driver unit 29. The control device 28 adjusts the position of the XY stage 26 so that the position where the ink droplet 25 should land on the printing medium 24 placed on the XY stage 26 is a position where the CCD camera 27 can capture an image. Further, the control device 28 determines that the position where the ink droplet 25 confirmed by the captured image data of the printing medium 24 placed on the XY stage 26 should land is a position where the liquid material can be ejected from the inkjet head 10. Thus, the position of the XY stage 26 is adjusted.

インクジェットヘッド10は、インクジェットヘッドドライバユニット30を介して制御装置28によって駆動される。制御装置28は、XYステージ26に載置される被印刷体24の撮像された画像データで確認したインク液滴25が着弾すべき位置に吐出材料が吐出されるように、インクジェットヘッド10を駆動する。これによって、インク液滴25が着弾すべき位置にインクジェットヘッド10から吐出材料が吐出される。   The inkjet head 10 is driven by the control device 28 via the inkjet head driver unit 30. The control device 28 drives the inkjet head 10 so that the ejection material is ejected to the position where the ink droplet 25 confirmed by the imaged image data of the printing medium 24 placed on the XY stage 26 should land. To do. As a result, the ejection material is ejected from the inkjet head 10 to the position where the ink droplet 25 should land.

メンテナンスユニット22は、吸引キャップ32、ゴムブレード(ワイピングブレード)33等から構成され、ノズルプレート11の吐出面をワイピングによりクリーニングする。吸引キャップ32は、ノズル孔を覆い、また覆ったノズル孔からインクを吸引する。ゴムブレード33は、ノズルプレート11の吐出面上に残るインク液滴を拭き取る。   The maintenance unit 22 includes a suction cap 32, a rubber blade (wiping blade) 33, and the like, and cleans the discharge surface of the nozzle plate 11 by wiping. The suction cap 32 covers the nozzle holes and sucks ink from the covered nozzle holes. The rubber blade 33 wipes ink droplets remaining on the ejection surface of the nozzle plate 11.

なお、吸引キャップ32及びゴムブレード33は、複数個設けることも可能であり、例えば、複数のインクジェットヘッド10を搭載している場合に、一度に複数個のインクジェットヘッド10のインクの吸引及びワイピングを行うことができる。   A plurality of suction caps 32 and rubber blades 33 may be provided. For example, when a plurality of ink jet heads 10 are mounted, ink suction and wiping of the plurality of ink jet heads 10 are performed at a time. It can be carried out.

吸引キャップ32には、インクジェットヘッド10のノズルプレート11の吐出面の周囲を覆うとともに、密閉性を保つために弾性を有するリップ部が備えられている。さらに、この吸引キャップ32は、ノズルプレート11とによって形成された空間内部を吸引する図示しない吸引ポンプ、大気連通弁が背面に連結されている。この吸引ポンプが、吸引キャップ32により覆われ、密閉された状態のノズルプレート11の吐出面を、吸引キャップ32を介して吸引する。   The suction cap 32 is provided with a lip portion having elasticity to cover the periphery of the ejection surface of the nozzle plate 11 of the inkjet head 10 and to maintain hermeticity. Further, the suction cap 32 is connected to the back surface of a suction pump (not shown) and an air communication valve that sucks the inside of the space formed by the nozzle plate 11. This suction pump sucks the discharge surface of the nozzle plate 11 covered and sealed by the suction cap 32 through the suction cap 32.

また、メンテナンスユニット22には、ゴムブレード33を支持し、このゴムブレード33の当接面をノズルプレート11の吐出面に平行に回動させる図示しないブレード可動部が備えられている。なお、ゴムブレード33は、弾性体で形成され、使用する吐出材料にもよるが、耐薬品性に優れるパーフロロフッ素ゴムなどが望ましい。   Further, the maintenance unit 22 includes a blade movable portion (not shown) that supports the rubber blade 33 and rotates the contact surface of the rubber blade 33 in parallel with the discharge surface of the nozzle plate 11. The rubber blade 33 is formed of an elastic body, and although it depends on the discharge material used, perfluorofluororubber having excellent chemical resistance is desirable.

液滴硬化ユニット23は、吐出材料が硬化性樹脂等である場合に必要に応じて被印刷体24に着弾したインク液滴25を乾燥させる。これにより、同一装置上においてインク液滴25の吐出と乾燥処理とを行うことができ、より簡便に印刷を完了させることができる。   The droplet curing unit 23 dries the ink droplet 25 that has landed on the printing medium 24 as necessary when the discharge material is a curable resin or the like. Accordingly, the ink droplets 25 can be ejected and dried on the same apparatus, and printing can be completed more easily.

液滴硬化ユニット23は、例えば、吐出材料に紫外線硬化性樹脂組成物等の光硬化性樹脂組成物を用いる場合には、紫外線等の光照射機構34を搭載すればよい。光照射機構34は、図1に示すように、被印刷体24が載置される基板台341と、被印刷体24に光を照射するランプ342と、ランプ34からの光の照射量を調整する照射量調整装置343とを含んで構成されている。なお、吐出材料を硬化させる必要がない場合には、液滴硬化ユニット23を有しない構成とすることもできる。   For example, when a photocurable resin composition such as an ultraviolet curable resin composition is used as the discharge material, the droplet curing unit 23 may be equipped with a light irradiation mechanism 34 such as an ultraviolet ray. As shown in FIG. 1, the light irradiation mechanism 34 adjusts the amount of light emitted from the lamp 34, a substrate table 341 on which the printed material 24 is placed, a lamp 342 that irradiates the printed material 24 with light. And an irradiation amount adjusting device 343. In the case where it is not necessary to cure the discharged material, a configuration without the droplet curing unit 23 may be employed.

また、熱硬化性樹脂組成物を用いる場合には、光照射機構34に代えて、固化成分を加熱する図示しない加熱手段を設ければよい。加熱手段としては、赤外線ランプやホットプレートなどが挙げられるが、使用者が適宜選択すればよい。   Moreover, when using a thermosetting resin composition, it may replace with the light irradiation mechanism 34, and should just provide the heating means which is not shown in figure which heats a solidification component. Examples of the heating means include an infrared lamp and a hot plate, but the user may select as appropriate.

図2は、この発明の実施形態に係るインクジェット装置20に備えられたインクジェットヘッド10の構成を示す説明図である。また、図2はノズルプレート11がインクジェットヘッド10に接着される前の状態を示している。なお、インクジェットヘッド10は内部構造がわかるように断面の図を示している。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the inkjet head 10 provided in the inkjet apparatus 20 according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state before the nozzle plate 11 is bonded to the inkjet head 10. The inkjet head 10 is shown in a cross-sectional view so that the internal structure can be seen.

インクジェットヘッド10は、ノズルプレート11、ピエゾ素子13、カバープレート14等から構成されている。一般的にインクジェットヘッドは、ピエゾ方式とサーマル方式に大別される。前者は、電圧をかけることで変形する圧電素子(ピエゾ素子)を用い、ピストンのような仕組みを作って、インクを吐出する方法である。対して、後者は、インクにヒーターで高温を加え、インクを瞬間的に気化させ、このとき発生する泡によって、インクをノズル孔より吐出させる。   The inkjet head 10 includes a nozzle plate 11, a piezo element 13, a cover plate 14, and the like. In general, inkjet heads are roughly classified into a piezo type and a thermal type. The former is a method of ejecting ink by using a piezoelectric element (piezo element) that is deformed by applying a voltage, creating a mechanism like a piston. On the other hand, in the latter, a high temperature is applied to the ink with a heater, the ink is vaporized instantaneously, and the ink is ejected from the nozzle holes by bubbles generated at this time.

本実施形態に係るインクジェットヘッド10はピエゾ方式であるが、サーマル方式や他の方式のインクジェットヘッドにも適用することが可能である。   Although the inkjet head 10 according to the present embodiment is a piezo type, it can also be applied to a thermal type or other type of inkjet head.

ノズルプレート11は、複数のノズル孔12を有し、ノズル孔12がインク流路15に連通した状態でピエゾ素子13及びカバープレート14が接着されたヘッド部に接着される。ピエゾ素子13は、分極方向が異なる上部13Aと下部13Bの素子とからなる。これらピエゾ素子13A,13Bに電圧を印加することによって、ピエゾ素子13A、13Bの隔壁を駆動し、隔壁の囲まれた部分(インク流路15)の体積を変化させる。これにより、インク流路15内の圧力が変化し、インク室14に供給されているインクがノズル孔12から吐出される。ノズル孔12は、本発明の吐出孔に相当する。   The nozzle plate 11 has a plurality of nozzle holes 12, and is bonded to the head portion to which the piezo elements 13 and the cover plate 14 are bonded in a state where the nozzle holes 12 communicate with the ink flow path 15. The piezo element 13 includes upper 13A and lower 13B elements having different polarization directions. By applying a voltage to the piezo elements 13A and 13B, the partition walls of the piezo elements 13A and 13B are driven, and the volume of the portion surrounded by the partition walls (ink flow path 15) is changed. As a result, the pressure in the ink flow path 15 changes, and the ink supplied to the ink chamber 14 is ejected from the nozzle hole 12. The nozzle hole 12 corresponds to the discharge hole of the present invention.

カバープレート14は、インクを収容するインク室16を備え、ピエゾ素子13Aに接着される。   The cover plate 14 includes an ink chamber 16 that stores ink, and is bonded to the piezo element 13A.

また、ノズルプレート11は、図3(A)に示すように、ノズルプレート基材11A、及び撥液層11Bから構成されている。ノズルプレート基材11Aは、撥液層11Bと結合すべく多くの水酸基を有する材料である、鉄、アルミニウム、ニッケル、ステンレス等の金属材料やガラス等で形成されている。   Moreover, the nozzle plate 11 is comprised from the nozzle plate base material 11A and the liquid repellent layer 11B, as shown to FIG. 3 (A). 11 A of nozzle plate base materials are formed with metal materials, such as iron, aluminum, nickel, stainless steel, glass, etc. which are materials which have many hydroxyl groups in order to couple | bond with the liquid repellent layer 11B.

なお、ノズルプレート基材11Aの材料については、フッ素系シランカップリング剤と反応するために十分な水酸基を有するものであれば、上述したものに限らず、使用者が適宜選択することができる。   In addition, about the material of 11 A of nozzle plate base materials, if it has sufficient hydroxyl group in order to react with a fluorine-type silane coupling agent, not only what was mentioned above but a user can select suitably.

したがって、上記以外の材料でも、酸素プラズマ等を用いて吐出面に水酸基を導入することができる材料であれば使用可能である。水酸基を導入できる材料としては、シリコンウエハ、酸化ジルコニウム等の無機材料や、ポリイミド、ポリプロピレン等の樹脂材料が挙げられる。   Therefore, materials other than those described above can be used as long as they can introduce hydroxyl groups into the discharge surface using oxygen plasma or the like. Examples of the material capable of introducing a hydroxyl group include inorganic materials such as silicon wafer and zirconium oxide, and resin materials such as polyimide and polypropylene.

ただし、水酸基が存在する部分については、ノズルプレート基材11Aとフッ素系シランカップリング剤とが化学的に強固に結合できるが、水酸基が不十分であると良好な密着性及び撥液性が得られないことがあるので、所望とする耐摩耗性や撥液性によって、ノズルプレート基材11Aの材料を選択する、もしくは適切な処理を施す必要がある。   However, in the portion where the hydroxyl group exists, the nozzle plate substrate 11A and the fluorine-based silane coupling agent can be chemically strongly bonded, but if the hydroxyl group is insufficient, good adhesion and liquid repellency are obtained. In some cases, it is necessary to select a material for the nozzle plate base 11A or perform an appropriate treatment depending on the desired wear resistance and liquid repellency.

撥液層11Bは、フッ素系シランカップリング剤に類する撥液層材料から構成されている。フッ素系シランカップリング剤は、YnSiX4-n(n=1、2、3)で表されるケイ素化合物であり、Xはノズルプレート基材11Aの吐出面の水酸基あるいは吸着水との縮合により結合可能な基からなる。そして、Yの本数によって用途が異なり、例えば、n=1のものはカップリング剤として、n=2はシロキサンポリマーの原料、n=3はシリル化剤あるいはポリマーのエンドキャッピング剤として用いられている。 The liquid repellent layer 11B is composed of a liquid repellent layer material similar to a fluorine-based silane coupling agent. The fluorine-based silane coupling agent is a silicon compound represented by Y n SiX 4-n (n = 1, 2, 3), and X is a condensation with a hydroxyl group or adsorbed water on the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A. It consists of a group that can be bound by The use varies depending on the number of Y. For example, n = 1 is used as a coupling agent, n = 2 is used as a siloxane polymer raw material, and n = 3 is used as a silylating agent or polymer endcapping agent. .

特に、Yにフッ化炭素鎖を含むシランカップリング剤は、フッ素系シランカップリング剤と称され、撥水性と撥油性の両性質を有しており、撥液、防汚、防臭、潤滑などを目的とする表面処理剤として広く用いられている。   In particular, a silane coupling agent containing a fluorocarbon chain in Y is called a fluorine-based silane coupling agent, and has both water repellency and oil repellency properties, such as liquid repellency, antifouling, deodorization, and lubrication. It is widely used as a surface treatment agent for the purpose.

なお、フッ化炭素化合物とは、電気陰性度の最も大きなフッ素が炭素と結合し、炭素が最も酸化された状態となっているため、耐酸化性に優れ、不燃性で、化学的に極めて安定であるという特徴を有する。また、電気陰性度が高いため、炭素−フッ素の結合エネルギが大きく、さらにフッ素原子が水素原子よりも10%程度大きいだけであるため、炭素−フッ素間の結合距離が短い。   Fluorocarbon compounds are the most electronegative fluorine combined with carbon and the most oxidized state of carbon, so it has excellent oxidation resistance, nonflammability, and is extremely chemically stable. It has the characteristic of being. Moreover, since the electronegativity is high, the bond energy of carbon-fluorine is large, and furthermore, the fluorine atom is only about 10% larger than the hydrogen atom, so the bond distance between carbon and fluorine is short.

しかも、フッ化炭素鎖は炭素数13のねじれ周期を持つ剛直な棒状の構造をしている。この剛直な棒の内部にある炭素骨格は、その表面に隙間なく存在するフッ素原子で覆われ、つまり炭素鎖がフッ素製のサヤを被せたような状態になっている。したがって、フッ化炭素化合物は炭素とフッ素とが分子内で極めて強く結合している反面、分子間は極めて弱い相互作用しか示さないことから上述した特性を有している。   Moreover, the fluorocarbon chain has a rigid rod-like structure having a twist period of 13 carbon atoms. The carbon skeleton inside the rigid rod is covered with fluorine atoms present on the surface without any gaps, that is, the carbon chain is covered with a fluorine sheath. Therefore, the fluorocarbon compound has the above-described characteristics because carbon and fluorine are extremely strongly bonded in the molecule, but only a very weak interaction is exhibited between the molecules.

本発明の撥液層材料としては、カップリング剤として使用されるYSiX3 で表される化合物であって、Yにフッ化炭素鎖を含むフッ素系シランカップリング剤であればよい。   The liquid repellent layer material of the present invention may be a compound represented by YSiX3 used as a coupling agent and may be any fluorine-based silane coupling agent containing a fluorocarbon chain in Y.

例えば、Yとしては、CF3 (CF)n (CH22 (n=3、5、7、9)、(CF32 CF(CF2n (CH22 (n=4、6、8)、CF3 (CF2n (C64 )(CH22 (n=0、3、5、7)が挙げられる。 For example, as Y, CF 3 (CF 2 ) n (CH 2 ) 2 (n = 3, 5, 7, 9), (CF 3 ) 2 CF (CF 2 ) n (CH 2 ) 2 (n = 4) , 6, 8), CF 3 (CF 2 ) n (C 6 H 4 ) (CH 2 ) 2 (n = 0, 3, 5, 7).

一般的に、フッ素系シランカップリング剤の撥液性を示すフッ化炭素鎖は、直鎖で、かつそのフッ化炭素鎖が長いほど、撥液性が良好であることが知られている。したがって、上述したYの中でも、CF3 (CF27 (CH22 やCF3 (CF29 (CH22 の撥液層材料を用いることが望ましい。 In general, it is known that a fluorocarbon chain exhibiting liquid repellency of a fluorine-based silane coupling agent is linear, and the longer the fluorocarbon chain, the better the liquid repellency. Therefore, among Y mentioned above, it is desirable to use a liquid repellent layer material such as CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 or CF 3 (CF 2 ) 9 (CH 2 ) 2 .

また、Xは、ノズルプレート基材11Aの吐出面の水酸基や吸着水と縮合して結合するために、加水分解性の結合基である必要があり、例えば、Cl、OCH3 、OCH2 CH3 が挙げられる。ただし、ノズルプレート基材11Aとの反応性を抑制する必要がある場合は、Xが3基とも上述したものである必要はなく、1又は2基が加水分解性のないCH3 等であってもよい。   Further, X needs to be a hydrolyzable linking group in order to condense and bond with the hydroxyl group and adsorbed water on the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A, and examples thereof include Cl, OCH3, and OCH2 CH3. . However, when it is necessary to suppress the reactivity with the nozzle plate base material 11A, it is not necessary that all three Xs are as described above, and even if one or two groups are non-hydrolyzable CH3 or the like. Good.

以上のように、本発明のフッ系シランカップリング剤からなる撥液層材料としては、上述したX、Yの組み合わせのうち、所望とする撥液性やノズルプレート11A基材との反応性等によって、使用者が適宜使用する撥液層材料を選択して構わない。   As described above, as the liquid repellent layer material comprising the fluorine-based silane coupling agent of the present invention, the desired liquid repellency, reactivity with the nozzle plate 11A base material, etc., among the combinations of X and Y described above, etc. Therefore, the user may select a liquid repellent layer material to be used as appropriate.

撥液層11Bとしてフッ素系シランカップリング剤を水酸基を有するノズルプレート基材11Aの吐出面に塗布すると、結合基の1つがノズルプレート11A基材の水酸基と縮合反応する。その結果、SiとOが化学的に結合したシロキサン(−Si−O−)結合によって、ノズルプレート基材11Aとフッ素系シランカップリング剤とが強固に結合するため高い密着性が発現する。   When a fluorine-based silane coupling agent is applied as the liquid repellent layer 11B to the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A having a hydroxyl group, one of the bonding groups undergoes a condensation reaction with the hydroxyl group of the nozzle plate 11A substrate. As a result, the siloxane (—Si—O—) bond in which Si and O are chemically bonded strongly bonds the nozzle plate base material 11A and the fluorine-based silane coupling agent, thereby exhibiting high adhesion.

また、残る2基の結合基は水との反応で水酸基に変わり、シラノール(−Si−OH)基となって、隣り合うフッ素系シランカップリング剤のシラノール(−Si−OH)基と縮合反応するので、フッ素系シランカップリング剤同士の間にもシロキサン(−Si−O−)ネットワークが形成される。   In addition, the remaining two bonding groups are converted into hydroxyl groups by reaction with water to form silanol (—Si—OH) groups, which are condensed with the silanol (—Si—OH) groups of adjacent fluorine-based silane coupling agents. Therefore, a siloxane (—Si—O—) network is also formed between the fluorine-based silane coupling agents.

上述したフッ素系シランカップリング剤のうち、Y=CF3 (CF2n (CH22
の場合を例として、撥液化されたノズルプレート基材11Aの吐出面における面構造を図4に模式的に示す。フッ素系シランカップリング剤は、結合基が基材と縮合反応し、シロキサン(- Si- O- )結合111Bを介して、ノズルプレート基材11Aと化学的に結合している。
Of the fluorine-based silane coupling agents described above, Y = CF 3 (CF 2 ) n (CH 2 ) 2
As an example, FIG. 4 schematically shows the surface structure of the discharge surface of the lyophobic nozzle plate substrate 11A. In the fluorine-based silane coupling agent, the bonding group undergoes a condensation reaction with the base material, and is chemically bonded to the nozzle plate base material 11A via the siloxane (—Si—O—) bond 111B.

さらに、もう一端のフッ化炭素鎖112Bがノズルプレート基材11Aの吐出面を覆うような構造となって、ノズルプレート基材11Aの吐出面上に撥液層11Bを形成する。その結果、フッ化炭素鎖112Bの持つ撥液性、不燃性、化学的不活性等の特性が、ノズルプレート基材11Aの吐出面に付与される。また、各フッ素系シランカップリング剤同士もシロキサン(- Si- O- )結合111Bによって、強固に結合している。   Further, the other end of the fluorocarbon chain 112B covers the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A, and the liquid repellent layer 11B is formed on the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A. As a result, characteristics such as liquid repellency, incombustibility, and chemical inertness of the fluorocarbon chain 112B are imparted to the ejection surface of the nozzle plate base 11A. In addition, the fluorine-based silane coupling agents are also strongly bonded to each other by a siloxane (—Si—O—) bond 111B.

また、本実施形態では、ノズルプレート基材11Aの吐出面上に撥液層11Bを形成しているが、図3(B)に示すように吐出面と撥液層11Bとの間に密着層11Cを設けてもよい。これは、酸素プラズマ処理等を用いてもノズルプレート基材11Aの吐出面に十分な水酸基を発現できない場合に、ノズルプレート11Aの吐出面上に水酸基を付与することができ、密着性を確保できる点で有効である。   In this embodiment, the liquid repellent layer 11B is formed on the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A. However, as shown in FIG. 3B, an adhesion layer is provided between the discharge surface and the liquid repellent layer 11B. 11C may be provided. This is because, even when oxygen plasma treatment or the like is used, when a sufficient hydroxyl group cannot be expressed on the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A, a hydroxyl group can be provided on the discharge surface of the nozzle plate 11A, and adhesion can be secured. Effective in terms.

密着層11Cを形成する密着層材料としては、例えば、アルミナやチタニア、シリコン酸化物といった無機酸化物が望ましい。この無機酸化物の表面には、多くの水酸基が存在するため、フッ素系シランカップリング剤の密着層として好適である。そのため、フッ素系シランカップリング剤が密着層11Cの多くの水酸基と結合し、高密度な撥液層を形成できるので、高い撥液性が得られる。さらに、ノズルプレート基材11Aとの密着性も高められ、撥液層の物理的及び化学的な耐久性が付与される。   As an adhesive layer material for forming the adhesive layer 11C, for example, an inorganic oxide such as alumina, titania, or silicon oxide is desirable. Since many hydroxyl groups exist on the surface of this inorganic oxide, it is suitable as an adhesive layer for a fluorine-based silane coupling agent. Therefore, the fluorine-based silane coupling agent is bonded to many hydroxyl groups of the adhesion layer 11C, and a high-density liquid repellent layer can be formed, so that high liquid repellency can be obtained. Furthermore, the adhesion to the nozzle plate substrate 11A is also improved, and the physical and chemical durability of the liquid repellent layer is imparted.

また、無機酸化物は一般的に自由エネルギが大きく、化学的に安定であるため、密着層自体の耐薬液性にも繋がる。   Inorganic oxides generally have large free energy and are chemically stable, which leads to chemical resistance of the adhesion layer itself.

なお、密着層11Cの形成方法は特に指定されることはなく、例えば、無機酸化物をノズルプレート基材11Aの吐出面上にスパッタ成膜して形成するスパッタ法や、アルミニウムやチタン、シリコン等の未酸化状態の材料を用いて、酸素を導入しつつスパッタ成膜を行う反応性スパッタ法がある。   The method for forming the adhesion layer 11C is not particularly specified. For example, a sputtering method in which an inorganic oxide is formed by sputtering on the discharge surface of the nozzle plate base 11A, aluminum, titanium, silicon, or the like. There is a reactive sputtering method in which sputter film formation is performed while introducing oxygen using a non-oxidized material.

また、アルミニウムやチタン、シリコン等の単体をスパッタ法により成膜した後、酸素プラズマ等を用いて酸化処理を行い、無機酸化物の密着層を形成することも可能である。   It is also possible to form an inorganic oxide adhesion layer by forming a simple substance such as aluminum, titanium, or silicon by sputtering and then performing an oxidation treatment using oxygen plasma or the like.

撥液層11B、密着層11Cを有するノズルプレート11の製造工程の一例を説明する。   An example of a manufacturing process of the nozzle plate 11 having the liquid repellent layer 11B and the adhesion layer 11C will be described.

撥液層材料、ノズルプレート基材11A、密着層材料については、上記したものの中から使用者が適宜選択して使用すればよく、以下に示すのは一例である。   The liquid repellent layer material, the nozzle plate base material 11A, and the adhesion layer material may be appropriately selected and used by the user from the above-described materials, and the following is an example.

ノズルプレート基材11Aとして、ポリイミドフィルム(宇部興産社製 ユーピレックスS50)を使用する場合を例として説明する。ポリイミドフィルムは、機械強度、耐熱性、耐薬液性に優れるという特徴を持ち、またレーザー加工性も良好であるため、ノズルプレート基材11Aに好適である。ただし、上記の通り、ノズルプレート基材11Aは、これに限定されるものではない。 The case where a polyimide film (Upilex S50 manufactured by Ube Industries, Ltd.) is used as the nozzle plate substrate 11A will be described as an example. The polyimide film is suitable for the nozzle plate substrate 11A because it has the characteristics of excellent mechanical strength, heat resistance, and chemical resistance and also has good laser processability. However, as described above, the nozzle plate base material 11A is not limited to this.

なお、ノズルプレート基材11Aは密着層11Cの形成前に、表面の油脂汚れを除去する目的で、必要に応じて洗浄することが好ましい。例えば、ポリイミドフィルムを用いた場合は、中性洗剤による洗浄を行い、表面の油脂汚れを除去した後、洗剤成分が残留することのないよう純水を用いて十分に水洗する等の洗浄処理を行えばよい。 In addition, it is preferable to wash | clean the nozzle plate base material 11A as needed for the purpose of removing the oil-and-fat dirt on the surface before formation of the contact | adherence layer 11C. For example, when using a polyimide film, wash with a neutral detergent, remove the oil and grease stains on the surface, and then wash with pure water so that the detergent components do not remain. Just do it.

また、密着層材料は、上記の通り、表面に水酸基を多く有する無機酸化物を用いることが望ましい。 Further, as described above, it is desirable to use an inorganic oxide having many hydroxyl groups on the surface as the adhesion layer material.

まず、RFスパッタによりシリコン酸化物を10nmの膜厚でノズルプレート基材11Aの吐出面上に成膜し、密着層11Cを形成する。密着層11Cの成膜方法についても、上記の通り、特に限定されることはなく、公知の方法を使用者が適宜選択すればよい。   First, silicon oxide is formed with a film thickness of 10 nm on the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A by RF sputtering to form the adhesion layer 11C. The method for forming the adhesion layer 11C is not particularly limited as described above, and the user may appropriately select a known method.

撥液層材料はフッ素系シランカップリング剤を用いる。一般的に、フッ素系シランカップリング剤のフッ化炭素鎖が、直鎖で、かつそのフッ化炭素鎖が長いほど、撥液性が良好である。したがって、高い撥液性を必要とする場合は、フッ素系シランカップリング剤を使用すればよいが、その種類は特に限定されることはない。所望とする撥液性やノズルプレート基材11Aとの反応性等を考慮して使用者が適宜選択すればよい。   As the liquid repellent layer material, a fluorine-based silane coupling agent is used. In general, the longer the fluorocarbon chain of the fluorinated silane coupling agent is, and the longer the fluorocarbon chain, the better the liquid repellency. Therefore, when high liquid repellency is required, a fluorine-based silane coupling agent may be used, but the type is not particularly limited. The user may appropriately select the desired liquid repellency, reactivity with the nozzle plate substrate 11A, and the like.

また、フッ素系シランカップリング剤の撥液性を示すフッ素炭素基は、そのフッ素の数が多いほど、表面エネルギが小さく、固体表面の接触角で比較すれば、CF>CF>CFの順に接触角が高くなる。したがって、フッ素系シランカップリング剤が絡み合って基材表面を分厚く被覆しているよりも、図4に示すように末端のCF3 がきれいに表面に現れるように、フッ素系シランカップリング剤がノズルプレート基材11Aの吐出面に過不足なく、単分子膜の状態で配列している撥液層11Bの方が良好な撥液性が得られる。 In addition, the fluorine-carbon group exhibiting liquid repellency of the fluorine-based silane coupling agent has a smaller surface energy as the number of fluorines increases. Compared with the contact angle of the solid surface, CF 3 > CF 2 > CF. The contact angle increases in order. Therefore, the fluorine-based silane coupling agent is used in the nozzle plate so that the terminal CF 3 appears cleanly on the surface as shown in FIG. 4 rather than the fluorine-based silane coupling agent is entangled to coat the surface of the substrate thickly. The liquid-repellent layer 11B arranged in a monomolecular state can be obtained with better liquid repellency without excessive or insufficient on the discharge surface of the base material 11A.

使用する撥液層溶液は、フッ素系シランカップリング剤の濃度が高すぎると、フッ素系シランカップリング剤同士のシロキサン(−Si−O−)結合が進行しやすく、絡み合ってしまい、かえって撥液性を劣化させてしまう恐れがあるため、適当な濃度に希釈することが望ましい。   If the concentration of the fluorinated silane coupling agent is too high, the siloxane (—Si—O—) bond between the fluorinated silane coupling agents tends to advance and become entangled. Therefore, it is desirable to dilute to an appropriate concentration.

ここで、使用することのできる溶媒としては、クロロフルオロカーボン、パーフルオロヘキサン等のフッ素系溶剤やメタノール、エタノール、酢酸エチル、ベンゼン等が挙げられ、1%以下の低濃度に希釈することが好ましい。   Here, examples of the solvent that can be used include fluorinated solvents such as chlorofluorocarbon and perfluorohexane, methanol, ethanol, ethyl acetate, benzene, and the like, and it is preferable to dilute to a low concentration of 1% or less.

このように調整したフッ素系シランカップリング剤溶液を密着層11Cが形成されたノズルプレート基材11Aの吐出面上に塗布し、撥液層11Bを形成する。   The thus prepared fluorinated silane coupling agent solution is applied onto the discharge surface of the nozzle plate base 11A on which the adhesion layer 11C is formed, thereby forming the liquid repellent layer 11B.

なお、フッ素系シランカップリング剤溶液の塗布方法としては、特に限定されることはなく、刷毛塗り、スプレーコート、ディップコート、スピンコート、蒸着法等を用いてもよい。但し、塗りムラの起こらないように塗布することが重要である。 The application method of the fluorine-based silane coupling agent solution is not particularly limited, and brush coating, spray coating, dip coating, spin coating, vapor deposition, or the like may be used. However, it is important to apply so as not to cause uneven coating.

また、フッ素系シランカップリング剤塗布後に加熱処理を行ってもよい。一般的に、フッ素系シランカップリング剤塗布後に加熱処理を行うことは、シロキサン(−Si−O−)ネットワークの形成を促進する効果があるからである。   Moreover, you may heat-process after fluorine-type silane coupling agent application | coating. This is because heat treatment after application of the fluorine-based silane coupling agent generally has an effect of promoting the formation of a siloxane (—Si—O—) network.

一般的に、フッ素系シランカップリング剤を塗布して撥液層11Bを形成する場合には、余剰のフッ素系シランカップリング剤を除去する目的で溶媒洗浄が行われる。ここで、使用する溶媒は、フッ素系シランカップリング剤を希釈する際に使用したものと同じであってもよいし、上記に例として挙げた他の溶剤を使用しても構わない。溶媒洗浄方法は、例えば、希釈剤に使用した溶媒中に、数分程度浸漬すればよい。   In general, when a liquid repellent layer 11B is formed by applying a fluorine-based silane coupling agent, solvent cleaning is performed for the purpose of removing excess fluorine-based silane coupling agent. Here, the solvent to be used may be the same as that used when diluting the fluorine-based silane coupling agent, or other solvents exemplified above may be used. The solvent washing | cleaning method should just immerse for about several minutes in the solvent used for the diluent, for example.

次に、撥液層11Bが形成されたノズルプレート基材11Aに対し、エキシマレーザ加工装置を用いてノズル孔12を形成する。なお、ノズル孔12の加工は、撥液層11Bが形成されていないノズルプレート基材11Aの面側から加工を行う。加工するノズル孔径は、マスクサイズによって規定され、所望とするインクの吐出量に応じて適宜設定することが可能である。インクジェットヘッド10用のノズル孔12は、一般的に直径10μm乃至100μmの円形のものが用いられる。 Next, nozzle holes 12 are formed on the nozzle plate base material 11A on which the liquid repellent layer 11B is formed using an excimer laser processing apparatus. The nozzle hole 12 is processed from the surface side of the nozzle plate substrate 11A where the liquid repellent layer 11B is not formed. The nozzle hole diameter to be processed is defined by the mask size, and can be appropriately set according to the desired ink discharge amount. The nozzle hole 12 for the inkjet head 10 is generally a circular one having a diameter of 10 μm to 100 μm.

なお、エキシマレーザによる加工における加工精度をさらに高めるため、紫外線を吸収するポリイミドフィルム、ポリプロピレン等の高分子材料をノズルプレート基材11Aに用いるのがよい。   In order to further improve the processing accuracy in processing using an excimer laser, a polymer material such as a polyimide film or polypropylene that absorbs ultraviolet rays is preferably used for the nozzle plate base 11A.

(実施例1)
本発明のノズルプレート11について、撥液層11Bの厚さのばらつきが異なるノズルプレートを生成して性能比較を行い、また生成した撥液層11Bの表面状態を観察した結果について示す。なお、本実施例1では、密着層11Cを設けない構成にて性能評価等を行った。
Example 1
With respect to the nozzle plate 11 of the present invention, nozzle plates with different variations in the thickness of the liquid repellent layer 11B are generated and the performance is compared, and the results of observing the surface state of the generated liquid repellent layer 11B are shown. In Example 1, performance evaluation and the like were performed with a configuration in which the adhesion layer 11C was not provided.

本実施例1では、熱酸化シリコン基板(エレクトロニクスエンドマテリアルズコーポレーション社製)をノズルプレート基材11Aとして用いる。熱酸化シリコン基板は表面に緻密なシリコン酸化物層が形成されているため、十分な水酸基を有していることから高密度にフッ素系シランカップリング剤を成膜することができるとともに、基板表面が極めて平坦であるため、形成した撥液層11Bの厚さばらつきを見積もることができる。   In the first embodiment, a thermally oxidized silicon substrate (manufactured by Electronics End Materials Corporation) is used as the nozzle plate substrate 11A. Since a dense silicon oxide layer is formed on the surface of a thermally oxidized silicon substrate, it has a sufficient hydroxyl group, so that a fluorine-based silane coupling agent can be formed at a high density, and the substrate surface Is extremely flat, the thickness variation of the formed liquid repellent layer 11B can be estimated.

熱酸化シリコン基板は、直径150mm、厚み625μm、表層に形成されているシリコン酸化物層の厚みが500nmである。これを50mm角に切り出したものをノズルプレート基材11Aとして使用した。   The thermally oxidized silicon substrate has a diameter of 150 mm, a thickness of 625 μm, and the thickness of the silicon oxide layer formed on the surface layer is 500 nm. A 50 mm square cut out was used as the nozzle plate substrate 11A.

撥液層11Bを形成する撥液層材料は、オプツールDSX(ダイキン工業株式会社製)を用い、希釈剤としてデムナムソルベントSOL−1(ダイキン工業株式会社製)を用いて200倍に希釈したものを使用した。オプツールDSXは、それ自体がフッ素炭素系化合物が溶媒によって20%希釈されたものであり、生成した撥液層溶液のフッ素炭素系化合物濃度は0.1%となる。   The liquid repellent layer material for forming the liquid repellent layer 11B is Optool DSX (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) and 200-fold diluted with demnum solvent SOL-1 (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) as a diluent. It was used. Optool DSX itself is obtained by diluting a fluorine-carbon compound by 20% with a solvent, and the resulting liquid-repellent layer solution has a fluorine-carbon compound concentration of 0.1%.

撥液層溶液(フッ素系シランカップリング剤溶液)の塗布方法は、スピンコートを用いた。スピンコートは、撥液層溶液をシリンジを用いて1mL量り取り、ノズルプレート基材11Aの吐出面上に滴下し、回転数500rpmにおいて30秒間行った。その後、溶媒洗浄ならびに加熱処理を行った。   As a coating method of the liquid repellent layer solution (fluorine silane coupling agent solution), spin coating was used. For spin coating, 1 mL of the liquid repellent layer solution was weighed out using a syringe, dropped onto the discharge surface of the nozzle plate substrate 11A, and performed at a rotation speed of 500 rpm for 30 seconds. Thereafter, solvent washing and heat treatment were performed.

加熱処理は、100℃のオーブンの中で2時間行った。溶媒洗浄には、希釈剤に使用したデムナムソルベントSOL−1を用いた。この溶媒洗浄は、シャーレに100mL程度デムナムソルベントSOL−1を量り入れ、ノズルプレート基材11Aを2分間浸漬した後、そのまま引き上げて完了した。   The heat treatment was performed in an oven at 100 ° C. for 2 hours. For solvent washing, demnam solvent SOL-1 used as a diluent was used. This solvent washing was completed by weighing about 100 mL of demnum solvent SOL-1 in a petri dish, immersing the nozzle plate base material 11A for 2 minutes, and then pulling up as it was.

上述の手順で行った結果、撥液層11Bを有するノズルプレート11の試料A〜Eが形成された。この試料A〜Eは、同一のノズルプレート基材11A及び同一の撥液層材料を用い、撥液性材料の塗布量等も同一であるが、後述するように転落角が異なっている。   As a result of the above procedure, samples A to E of the nozzle plate 11 having the liquid repellent layer 11B were formed. The samples A to E use the same nozzle plate base material 11A and the same liquid repellent layer material, and have the same application amount of the liquid repellent material, but have different falling angles as will be described later.

また、同一の撥液層材料、ノズルプレート基材11Aを用いて、撥液層11Bを真空蒸着により成膜した試料Fを形成した。なお、資料A〜Fについての撥液層11Bの平均の厚さはほぼ同一である。   Moreover, the sample F which formed the liquid repellent layer 11B into a film by vacuum deposition using the same liquid repellent layer material and the nozzle plate base material 11A was formed. The average thickness of the liquid repellent layer 11B for the materials A to F is substantially the same.

試料A〜Fについて、接触角及び転落角の測定を行い、撥液層11Bの性能比較を行った。   For samples A to F, the contact angle and the falling angle were measured, and the performance of the liquid repellent layer 11B was compared.

接触角及び転落角の測定には、協和界面科学社の接触角計(Drop Master700)を用いた。接触角は、試料上に純水1.3μlを滴下し、水滴が試料表面となす角度をθ/2法によって算出した値である。転落角の測定では、試料上に純水1.8μlを滴下し、約40秒で0°から90°まで連続的に試料台を傾斜させる。このとき、滴下した純水をCCDカメラにより観察し、水滴が動き始めるときの試料台の傾斜角度を転落角とした。   A contact angle meter (Drop Master 700) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. was used for measurement of the contact angle and the sliding angle. The contact angle is a value obtained by dropping 1.3 μl of pure water on the sample and calculating the angle formed by the water droplet with the sample surface by the θ / 2 method. In the measurement of the falling angle, 1.8 μl of pure water is dropped on the sample, and the sample stage is continuously inclined from 0 ° to 90 ° in about 40 seconds. At this time, the dropped pure water was observed with a CCD camera, and the tilt angle of the sample stage when the water droplet started to move was defined as the falling angle.

図5は、試料A〜Fにおける接触角及び転落角の測定結果を示す図である。接触角は全試料A〜Fにおいて113°以上と高い値が得られたが、転落角が大きくばらつく結果が得られた。なお、この値は優れた撥水材料として知られるテフロン(登録商標)(PTFE)の接触角約109°を上回る値である。   FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the contact angle and the sliding angle in samples A to F. Although the contact angle was a high value of 113 ° or more in all the samples A to F, a result that the falling angle varied greatly was obtained. This value exceeds the contact angle of about 109 ° of Teflon (PTFE), which is known as an excellent water repellent material.

ここで、同様のスピンコートにより塗布を行った試料A〜Eにおいてもばらついているので、転落角のばらつきは、スピンコートと蒸着との塗布方法の違いによって生じたものではない。   Here, since the samples A to E applied by the same spin coating vary, the variation in the falling angle is not caused by the difference in the application method between spin coating and vapor deposition.

このような撥液層11Bをインクジェット用のノズルプレート11に形成して使用する場合において、特に樹脂と顔料を含有するインクのように、液体の付着力が大きな作用を及ぼすインクを使用する構成では、単にノズルプレート11とインクとの静的な接触角のみでワイピング性能の良し悪しを評価することは不適切で、転落特性(転落角)についても考慮する必要がある。   In the case where such a liquid repellent layer 11B is formed on an inkjet nozzle plate 11 and used, particularly in an ink that has a large effect on the adhesion of a liquid, such as an ink containing a resin and a pigment. It is inappropriate to simply evaluate the wiping performance based on the static contact angle between the nozzle plate 11 and the ink, and it is necessary to consider the fall characteristics (fall angle).

そこで、転落角の違いによるワイピング性能の確認実験を行った。転落特性の良好な試料A(転落角13°)と転落特性の悪い試料B(転落角>90°)を、インクに浸漬することによって、ノズルプレート11の吐出面がワイピング時にインクで濡れる状況を再現した。使用したインクは、有機溶剤を溶媒として、顔料と合成樹脂とをそれぞれ10%程度分散させたものであり、常温での表面張力は約30mN/mであり、粘度は約10cPである。   Then, the confirmation experiment of the wiping performance by the difference of the falling angle was conducted. By immersing Sample A (with a falling angle of 13 °) with good falling characteristics and Sample B (with a falling angle> 90 °) with poor falling characteristics in ink, the discharge surface of the nozzle plate 11 gets wet with ink during wiping. Reproduced. The ink used is an ink obtained by dispersing about 10% of a pigment and a synthetic resin using an organic solvent as a solvent, has a surface tension of about 30 mN / m at room temperature, and a viscosity of about 10 cP.

1時間程度浸漬した後、インクから約20mm/秒の速度で引き上げ、顕微鏡観察を行うと、図6に示すような1μm程度の付着物40が確認された。図6は転落特性の良好な試料Aの場合の写真であるが、転落特性の悪い試料Bも同程度の付着物40が確認されたため、写真を省略する。なお、このとき両試料A,Bとも目視レベルでのインク液滴は残留しなかった。これは、両試料とも113°以上という高い撥液性を有しているためであると考えられる。   After dipping for about 1 hour, the ink was pulled up from the ink at a speed of about 20 mm / second and observed with a microscope, and a deposit 40 of about 1 μm as shown in FIG. 6 was confirmed. Although FIG. 6 is a photograph in the case of sample A with good falling characteristics, the same amount of deposit 40 was confirmed in sample B with poor falling characteristics, so the photograph is omitted. At this time, the ink droplets at the visual level did not remain in both samples A and B. This is considered to be because both samples have high liquid repellency of 113 ° or more.

付着物40を有する両試料A,Bについて、浸漬に使用したものと同一のインクをたらし、ゴムブレードを用いて、手動でのワイピングを行った。なお、このゴムブレードは、幅16.1mm、厚み0.5mmであり、ゴム硬度は70度である。   About both samples A and B which have the deposit 40, the same ink as what was used for immersion was dripped, and the manual wiping was performed using the rubber blade. The rubber blade has a width of 16.1 mm, a thickness of 0.5 mm, and a rubber hardness of 70 degrees.

ワイピング後に再び顕微鏡観察を行った結果を、転落特性の良好な試料Aについて図7、転落特性の悪い試料Bについて図8に示す。図7に示すように、転落特性の良好な試料Aでは付着物40を除去することができたが、転落特性の悪い試料Bでは図8に示すように、付着物40がスジ状に残り、除去することができなかった。   The result of microscopic observation again after wiping is shown in FIG. 7 for sample A with good fall characteristics and in FIG. 8 for sample B with bad fall characteristics. As shown in FIG. 7, the deposit 40 was able to be removed in the sample A having a good fall characteristic, but in the sample B having a bad fall characteristic, as shown in FIG. It could not be removed.

なお、両試料とも、インクをたらさずにワイピングを行った場合には、付着物40が除去されたことを確認している。したがって、ノズルプレート11をインクから引き上げた時点で既に発生していた付着物40については、ワイピングによって、物理的に除去することができると考えられる。   In both samples, it was confirmed that the deposit 40 was removed when wiping was performed without dropping ink. Therefore, it is considered that the deposit 40 that has already occurred when the nozzle plate 11 is lifted from the ink can be physically removed by wiping.

本実験の結果について、図9に示すワイピング動作の模式図を用いて次のように考察する。上記確認実験より、インクから引き上げた時点で発生していた付着物40は、ゴムブレード33によるワイピングを行えば、ゴムブレード33のエッジ部分の物理的接触によって、撥液層11B表面から除去することができているはずである。   The result of this experiment will be considered as follows using the schematic diagram of the wiping operation shown in FIG. From the above confirmation experiment, the deposit 40 generated at the time of lifting from the ink is removed from the surface of the liquid repellent layer 11B by physical contact of the edge portion of the rubber blade 33 when wiping is performed by the rubber blade 33. Should have been.

しかしながら、図9に示すように、ゴムブレードを濡らすために供給したインク41が、ゴムブレード33の図9の矢印に示すワイピング方向の前面に保持された状態でワイピングが行われているのではなく、ゴムブレード33の側方等を伝わってゴムブレード33のワイピング方向の後面にも回り込み、実際にはゴムブレード33のワイピング方向の後面に位置するインク41を引きずりながらワイピングが行われている。   However, as shown in FIG. 9, the wiping is not performed in a state where the ink 41 supplied to wet the rubber blade is held on the front surface of the rubber blade 33 in the wiping direction indicated by the arrow in FIG. The rubber blade 33 is transmitted to the side of the rubber blade 33 and the like, and also wraps around the rear surface of the rubber blade 33 in the wiping direction.

転落特性が悪い試料Bでは、このゴムブレード33に引きずられるインク42がゴムブレード33の移動に追随することができずに離間し、目視不可能な程度微量に撥液層11B上に残留してしまう。この微量なインクが乾燥した結果、新たな付着物43となってワイピング操作後の撥液層11B上に発生するものと考えられる。   In the sample B having poor fall characteristics, the ink 42 dragged by the rubber blade 33 cannot follow the movement of the rubber blade 33 and is separated and remains on the liquid repellent layer 11B in a minute amount that cannot be visually observed. End up. As a result of drying of this small amount of ink, it is considered that a new deposit 43 is generated on the liquid repellent layer 11B after the wiping operation.

このことを支持するように、図8には矢印に示すゴムブレードのワイピング方向に沿ってスジ状に付着物40が確認されている。つまり、図8に示すスジ状の付着物40は新たな付着物43に相当すると考えられる。これに対して、転落特性が良好な試料Aでは、ゴムブレード33のワイピング方向の後面に回り込んだインク41がゴムブレード33の動きに追随して、容易に撥液層11B上を移動することができるので、ワイピング後に新たな付着物43が発生することなく、付着物40を除去できたと考えることができる。   In order to support this, in FIG. 8, the deposit 40 is confirmed in a streak shape along the wiping direction of the rubber blade indicated by the arrow. That is, the stripe-shaped deposit 40 shown in FIG. 8 is considered to correspond to the new deposit 43. On the other hand, in the sample A having good fall characteristics, the ink 41 that wraps around the rear surface in the wiping direction of the rubber blade 33 follows the movement of the rubber blade 33 and easily moves on the liquid repellent layer 11B. Therefore, it can be considered that the deposit 40 can be removed without generating a new deposit 43 after wiping.

以上のことより、転落特性の良好な撥液層11B上ではワイピングにより付着物40の除去が可能であることが示され、本発明の課題とするインクジェットヘッド10に用いるノズルプレート11の転落特性の重要性も確認できた。   From the above, it has been shown that the deposit 40 can be removed by wiping on the liquid repellent layer 11B having good fall characteristics, and the fall characteristics of the nozzle plate 11 used in the inkjet head 10 which is the subject of the present invention. The importance was also confirmed.

上記確認実験では、ノズルプレート基材11Aとして熱酸化シリコン基板を用いた結果を記載したが、ポリイミドやポリプロピレン等の樹脂材料をノズルプレート基材11Aに用いたノズルプレート11の構成でも同様の転落特性の効果を確認した。また、ノズルプレート基材11Aの吐出面と撥液層11Bとの間に密着層11Cを設けた構成についても同様の転落特性の効果を確認した。   In the above confirmation experiment, the result of using a thermally oxidized silicon substrate as the nozzle plate base material 11A was described. However, the same fall characteristics are also obtained in the configuration of the nozzle plate 11 using a resin material such as polyimide or polypropylene for the nozzle plate base material 11A. The effect of was confirmed. Moreover, the effect of the same fall characteristic was confirmed also about the structure which provided 11 C of contact | adherence layers between the discharge surface of 11 A of nozzle plate base materials, and the liquid repellent layer 11B.

次に、各試料A〜Fについて、撥液層11Bの表面状態(最大高低差)の観察を行った結果を図10に示す。表面状態の観察は、セイコーインスツルメンツ社の原子間力顕微鏡(SPA400)を使用し、測定範囲は20μm角である。図10は、試料A〜Fの最大高低差と転落角との関係を示した図である。   Next, the results of observing the surface state (maximum height difference) of the liquid repellent layer 11B for each of the samples A to F are shown in FIG. The surface state is observed using an atomic force microscope (SPA400) manufactured by Seiko Instruments Inc., and the measurement range is 20 μm square. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the maximum height difference of samples A to F and the falling angle.

ここで、最大高低差とは、原子間力顕微鏡に備えられた測定パラメータのうちP−Vとして算出される値で、測定範囲面における最も高い点と最も低い点の高さの差である。なお、本実施例にてノズルプレート基材11Aとして使用した熱酸化シリコン基板のみの吐出面の最大高低差は、0.5nmである。   Here, the maximum height difference is a value calculated as PV among the measurement parameters provided in the atomic force microscope, and is a difference in height between the highest point and the lowest point on the measurement range plane. In addition, the maximum height difference of the discharge surface of only the thermally oxidized silicon substrate used as the nozzle plate base material 11A in this embodiment is 0.5 nm.

図10に示されるように、撥液層11Bにおける転落角及び最大高低差には明らかな相関が見られ、最大高低差が小さいほど転落角が小さくなる傾向があることが明確である。   As shown in FIG. 10, there is a clear correlation between the falling angle and the maximum height difference in the liquid repellent layer 11B, and it is clear that the falling angle tends to decrease as the maximum height difference decreases.

そこで、撥液層11Bにおける最大高低差と転落角との関係について以下のように考察する。なお、最大高低差は、平均の厚さに対する最大の厚さ(高さ)と、最小の厚さ(低さ)との差であり、厚さのばらつきを示す。   Therefore, the relationship between the maximum height difference in the liquid repellent layer 11B and the falling angle will be considered as follows. The maximum height difference is a difference between the maximum thickness (height) and the minimum thickness (height) with respect to the average thickness, and indicates a variation in thickness.

はじめに、最大高低差の値が意味する撥液層11Bの表面状態について説明する。上述したようにノズルプレート基材11Aのみの最大高低差は0.5nmであり、例えば測定した試料のノズルプレート11の最大高低差がXnmである場合を考える。この測定値Xには、ノズルプレート基材11Aのみの最大高低差も加算されているので、ノズルプレート基材11Aの吐出面上に形成されている撥液層11B自体の厚さのばらつきは、X−0.5〜X+0.5nmと見積もることができる。   First, the surface state of the liquid repellent layer 11B, which means the value of the maximum height difference, will be described. As described above, the maximum height difference of only the nozzle plate substrate 11A is 0.5 nm. For example, a case is considered where the maximum height difference of the measured nozzle plate 11 of the sample is X nm. Since the maximum height difference of only the nozzle plate base material 11A is also added to the measured value X, the variation in the thickness of the liquid repellent layer 11B itself formed on the ejection surface of the nozzle plate base material 11A is: X-0.5 to X + 0.5 nm can be estimated.

すなわち、ノズルプレート基材11Aのみの最大高低差が既知であれば、撥液層11Bを形成したノズルプレート11の吐出面の最大高低差を測定することで、ノズルプレート基材11Aのみの最大高低差分の厚さのばらつきを含んではいるが、撥液層11B自体の厚さのばらつきを知ることができる。   That is, if the maximum height difference of only the nozzle plate base material 11A is known, the maximum height difference of only the nozzle plate base material 11A is measured by measuring the maximum height difference of the discharge surface of the nozzle plate 11 on which the liquid repellent layer 11B is formed. Although the thickness variation of the difference is included, it is possible to know the thickness variation of the liquid repellent layer 11B itself.

次に、図10に示す試料A〜Fの最大高低差と転落角との関係から、所望の転落角を有する撥液層11Bを形成するために必要な撥液層11Bの厚さのばらつきを見積もることができることを説明する。   Next, the variation in the thickness of the liquid repellent layer 11B necessary for forming the liquid repellent layer 11B having a desired drop angle is determined from the relationship between the maximum height difference of the samples A to F and the drop angle shown in FIG. Explain that an estimate can be made.

例えば、吐出面の転落角がY°であったときのノズルプレート11の最大高低差の値を図10のグラフから読み取った値がXnmであるとする。このときの撥液層11B自体の厚さばらつきはX−0.5〜X+0.5nmであると考えることができる。したがって、転落角がY°の撥液層11Bを形成するためには、撥液層11Bの厚さのばらつきが少なくともX−0.5nm以下であれば、転落角Y°を実現することができると考えられる。   For example, it is assumed that the value obtained by reading the value of the maximum height difference of the nozzle plate 11 when the drop angle of the ejection surface is Y ° from the graph of FIG. 10 is Xnm. The thickness variation of the liquid repellent layer 11B itself at this time can be considered to be X−0.5 to X + 0.5 nm. Therefore, in order to form the liquid repellent layer 11B having a drop angle of Y °, the drop angle Y ° can be realized if the variation in the thickness of the liquid repellent layer 11B is at least X−0.5 nm. it is conceivable that.

なお、図10に示すプロット点は、ノズルプレート11の最大高低差の測定値であり、ノズルプレート基材11Aのみの最大高低差も含まれた値となっている。図10はプロット点についてのプレート基材11Aのみの最大高低差(±0.5nm)をエラーバーTA 〜TF として図示しているので、上記した転落角Y°を実現するための撥液層11Bの厚さのばらつき(X−0.5nm)の値はエラーバーの最下点に対応している。 The plotted points shown in FIG. 10 are measured values of the maximum height difference of the nozzle plate 11, and are values including the maximum height difference of only the nozzle plate substrate 11A. FIG. 10 illustrates the maximum height difference (± 0.5 nm) of only the plate base material 11A with respect to the plot points as error bars T A to T F , so that the liquid repellent for realizing the above-described sliding angle Y °. The value of the thickness variation (X−0.5 nm) of the layer 11B corresponds to the lowest point of the error bar.

したがって、図10に示すように、撥液層11B自体の厚さばらつきが5nm以下である場合は、転落特性を有する(転落角<90°)撥液層11Bを形成できる。さらに好ましくは厚さのばらつきを1.5nm以下とすることにより、転落角を40°以下にでき、転落特性のより良好な撥液層11Bを形成することが可能である。   Therefore, as shown in FIG. 10, when the thickness variation of the liquid repellent layer 11B itself is 5 nm or less, it is possible to form the liquid repellent layer 11B having a fall characteristic (fall angle <90 °). More preferably, by setting the thickness variation to 1.5 nm or less, the falling angle can be reduced to 40 ° or less, and the liquid repellent layer 11B having better falling characteristics can be formed.

転落角は、小さいほどわずかな厚さのばらつきによって大きく左右される一方で、厚さのばらつきが5nm以上になってしまうと、厚さのばらつきに関わらず転落特性は完全に失われ、吐出面に付着したインク液滴25が転落しなくなってしまう。   The smaller the drop angle, the greater the influence of the slight thickness variation. On the other hand, when the thickness variation is 5 nm or more, the fall characteristics are completely lost regardless of the thickness variation, and the discharge surface. Ink droplets 25 adhering to the ink no longer fall down.

転落しない試料B及びDにおいて、5nm以上の突起のようなものが確認された。このような突起が存在する場合は、撥液層11Bの厚さのばらつきが大きくなって、表面の均一性が失われ、転落特性が悪くなると考えられる。   In Samples B and D that did not fall down, protrusions of 5 nm or more were observed. When such protrusions exist, it is considered that the variation in the thickness of the liquid repellent layer 11B becomes large, the surface uniformity is lost, and the fall characteristics are deteriorated.

したがって、公知の方法を用いて撥液層11B等を塗布してノズルプレート11を形成した後、原子間力顕微鏡等を用いて撥液層11Bの厚さのばらつきを測定し、厚さのばらつきが5nm又は1.5nm以下のノズルプレート11のみを選択してインクジェットヘッド10の製造を行えばよい。   Therefore, after forming the nozzle plate 11 by applying the liquid repellent layer 11B or the like using a known method, the thickness variation of the liquid repellent layer 11B is measured using an atomic force microscope or the like, and the thickness variation is measured. The inkjet head 10 may be manufactured by selecting only the nozzle plate 11 having a thickness of 5 nm or 1.5 nm or less.

なお、本実施例1では、最大高低差を測定するために、原子間力顕微鏡による測定を行ったが、透過型電子顕微鏡による断面観察等によっても測定可能である。透過型電子顕微鏡を使用する場合には、薄片状の観察試料を生成する必要があるが、例えば、撥液層11Bが形成されたノズルプレート基材11Aをエポキシ樹脂などに埋包した後に薄片状に切り出すことによって生成することができる。切断方法としては、集束イオンビーム(FIB)法やダイアモンドナイフによるウルトラミクロトーム法等があり、ノズルプレート基材11Aや撥液層材料の種類により使用者が適宜選択すればよい。   In Example 1, in order to measure the maximum height difference, measurement was performed with an atomic force microscope, but measurement is also possible by cross-sectional observation using a transmission electron microscope. When a transmission electron microscope is used, it is necessary to generate a flaky observation sample. For example, a flaky shape is formed after embedding the nozzle plate substrate 11A on which the liquid repellent layer 11B is formed in an epoxy resin or the like. It can be generated by cutting out. As the cutting method, there are a focused ion beam (FIB) method, an ultramicrotome method using a diamond knife, and the like, and the user may select appropriately according to the type of the nozzle plate substrate 11A and the liquid repellent layer material.

また、本実施例1では、試料の最大高低差の測定を容易にするため、ノズルプレート基材11Aとして熱酸化シリコン基板を用いたが、これに限定されるものではなく、5nm以下の厚さのばらつきの撥液層11Bを形成すれば、同程度の転落特性を有するノズルプレート11を形成することができる。   In Example 1, a thermally oxidized silicon substrate was used as the nozzle plate base material 11A in order to facilitate measurement of the maximum height difference of the sample. However, the present invention is not limited to this, and the thickness is 5 nm or less. If the liquid repellent layer 11B having the above variation is formed, it is possible to form the nozzle plate 11 having the same level of fall characteristics.

以上のように、撥液層11Bの厚さのばらつきを5nm以下に形成することによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる新たな付着物43の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。また、厚さのばらつきが1.5nm以下であればより付着物の発生を抑制できる。   As described above, by forming the thickness variation of the liquid repellent layer 11B to be 5 nm or less, it is possible to improve the fall characteristics, and to suppress the generation of new deposits 43 due to wiping, so that the wiping performance can be improved and the contact angle In addition, it is possible to maintain high discharge accuracy in the long term while maintaining adhesion. Moreover, if the thickness variation is 1.5 nm or less, the generation of deposits can be further suppressed.

さらに、ワイピング時にゴムブレード33に必要な押し当て圧力を小さくすることが可能であり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレート11のワイピングに対する耐久性が高められる。   Further, the pressing pressure required for the rubber blade 33 during wiping can be reduced, and problems such as wear and scratches can be solved, so that the durability of the nozzle plate 11 against wiping can be improved.

なお、本実施形態では、撥液層材料をノズルプレート基材の吐出面上に形成しているが、ノズルプレートに限らず、例えば、自動車用の窓ガラスや液晶ディスプレイ、光学レンズ表面などに対する表面処理用途に適用することも可能である。   In this embodiment, the liquid repellent layer material is formed on the discharge surface of the nozzle plate base material, but the surface is not limited to the nozzle plate, for example, a window glass for a car, a liquid crystal display, an optical lens surface, It can also be applied to processing applications.

(実施例2)
次に、ノズルプレート11の5つの試料を形成し、撥液層11Bの平均の膜厚(厚さ)と撥液性、転落特性との関係についての試験を行った結果を図11に示す。
(Example 2)
Next, five samples of the nozzle plate 11 are formed, and the results of tests on the relationship between the average film thickness (thickness) of the liquid repellent layer 11B, liquid repellency, and falling characteristics are shown in FIG.

本実施例2において形成したノズルプレート11の5つの試料は、実施例1で用いた同一のノズルプレート基材11A、撥液層材料を用い、実施例1の試料Fと同様に真空蒸着法により形成した。5つの試料における撥液層11Bの平均の厚さは、0.5、1、2、4、6nmである。なお、5つの試料は、撥液層11Bの厚さのばらつきがほぼ同一のものを用いた。   Five samples of the nozzle plate 11 formed in the second embodiment use the same nozzle plate base material 11A and the liquid repellent layer material used in the first embodiment, and the same as the sample F of the first embodiment, by the vacuum evaporation method. Formed. The average thickness of the liquid repellent layer 11B in the five samples is 0.5, 1, 2, 4, 6 nm. As the five samples, those having the same variation in the thickness of the liquid repellent layer 11B were used.

接触角は撥液層11Bの平均の厚さが1nm以上であれば、113°以上と高い値が得られたが、0.5nmでは接触角の劣化が見られた。これは、撥液層11Bの厚さが薄すぎると、厚さのばらつきが生じ易く、また一部の撥液層11Bがノズルプレート基材11Aと反応しない箇所が発生している可能性があるからである。 When the average thickness of the liquid repellent layer 11B was 1 nm or more, the contact angle was as high as 113 ° or more, but at 0.5 nm, the contact angle was deteriorated. This is because if the thickness of the liquid repellent layer 11B is too thin, thickness variations are likely to occur, and there is a possibility that a part of the liquid repellent layer 11B does not react with the nozzle plate substrate 11A. Because.

一方、転落角については、撥液層11Bの平均の厚さが4nm以上になると急激に大きくなり、転落特性が劣化し、平均の厚さが6nmでは転落特性が消失する結果が得られた。これは、撥液層11Bの平均の厚さが厚くなると、フッ素系シランカップリング剤同士が絡み合い、最も臨海表面エネルギの小さい末端部のCF3 基が表面を被覆する割合が減少してしまうためであると考えられる。また、不規則にシロキサン(−Si−O−)ネットワークが形成され、撥液層11Bの厚さのばらつきが大きくなってしまうためであると考えられる。 On the other hand, the falling angle increased rapidly when the average thickness of the liquid repellent layer 11B was 4 nm or more, and the falling characteristics deteriorated. When the average thickness was 6 nm, the falling characteristics disappeared. This is because when the average thickness of the liquid repellent layer 11B is increased, the fluorinated silane coupling agents are entangled with each other, and the ratio of the CF 3 group at the end portion with the smallest coastal surface energy covering the surface decreases. It is thought that. Further, it is considered that the siloxane (—Si—O—) network is irregularly formed and the variation in the thickness of the liquid repellent layer 11B becomes large.

一方、撥液層11Bの平均の厚さが1nm以下になると転落角が高くなる傾向が見られる。これは、撥液層11Bの厚さがばらついていることや、撥液層11Bがノズルプレート基材11Aの一部を被覆していない箇所があるためであると考えられる。 On the other hand, when the average thickness of the liquid repellent layer 11B is 1 nm or less, the falling angle tends to increase. This is considered to be because the thickness of the liquid repellent layer 11B varies and there are places where the liquid repellent layer 11B does not cover a part of the nozzle plate substrate 11A.

なお、平均の厚さが5nmであっても、図11に示すように接触角および転落角が適切な範囲に含まれると考えられるが、転落角が90°を超えてしまう可能性があるため4nm以下が適切であると考えられる。   Even if the average thickness is 5 nm, the contact angle and the falling angle are considered to be included in an appropriate range as shown in FIG. 11, but the falling angle may exceed 90 °. 4 nm or less is considered appropriate.

以上の結果から、撥液層11Bの平均の厚さを1nm以上、4nm以下とすることによって、撥液性、転落特性ならびにノズルプレート基材11Aとの密着性が良好なノズルプレート11を形成することができる。   From the above results, by setting the average thickness of the liquid repellent layer 11B to 1 nm or more and 4 nm or less, the nozzle plate 11 having good liquid repellency, falling characteristics and adhesion to the nozzle plate substrate 11A is formed. be able to.

(実施例3)
次に本発明のノズルプレート11について、密着層11Cの平均の膜厚(厚さ)とノズル孔12の加工精度との関係について行った試験結果を図12に示す。
(Example 3)
Next, FIG. 12 shows the test results of the relationship between the average film thickness (thickness) of the adhesion layer 11C and the processing accuracy of the nozzle holes 12 for the nozzle plate 11 of the present invention.

ノズルプレート基材11Aは、宇部興産社製のユーピレックスS50を用い、密着層11Cの形成前に、中性洗剤による洗浄を行い、表面の油脂汚れを除去した後、洗剤成分が残留することのないよう純水を用いて十分に水洗したものを使用した。密着層材料としてシリコン酸化物(SiO)を用い、RFスパッタにより密着層11Cの平均の厚さが3、5、30、100nmを有するノズルプレート11の4つの試料を形成した。 Nozzle plate base material 11A uses Upilex S50 manufactured by Ube Industries, Ltd., and after washing with neutral detergent before forming the adhesion layer 11C to remove oily and dirt on the surface, no detergent components remain. What was sufficiently washed with pure water was used. Using silicon oxide (SiO 2 ) as the adhesion layer material, four samples of the nozzle plate 11 having an average thickness of the adhesion layer 11C of 3, 5, 30, and 100 nm were formed by RF sputtering.

なお、各試料の撥液層11Bは、真空蒸着法を用いて形成し、平均の厚さが2nmである。また、形成工程において各試料の撥液層11Bの厚さのばらつきが異なってしまうのを避けるため、撥液層11Bの形成は、同一バッチで処理を行った。したがって、4つの試料は、ほぼ同一の厚さのばらつきである。 In addition, the liquid repellent layer 11B of each sample is formed using a vacuum evaporation method, and average thickness is 2 nm. In addition, in order to avoid variations in the thickness of the liquid repellent layer 11B of each sample in the forming step, the liquid repellent layer 11B was formed in the same batch. Therefore, the four samples have almost the same thickness variation.

撥液層11Bを形成後、大気雰囲気中で1日以上放置する時間を設け、その後、エキシマレーザを用いてノズル孔12を加工した。ノズル孔12は、ノズルプレート基材11Aの撥液層11Bが形成された面の裏面側から、波長248nm、照射パワー約0.6J/cmで直径が約20μmの円形に加工した。 After forming the liquid repellent layer 11B, a time was allowed to stand for 1 day or more in an air atmosphere, and then the nozzle hole 12 was processed using an excimer laser. The nozzle hole 12 was processed into a circular shape having a wavelength of 248 nm, an irradiation power of about 0.6 J / cm 2 and a diameter of about 20 μm from the back side of the surface on which the liquid repellent layer 11B of the nozzle plate substrate 11A was formed.

図12は、ノズルプレート11の撥液層11Bが形成された吐出面側におけるノズル孔12周辺の観察写真を示す。観察写真は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮像した。図12(A)〜(D)は、密着層11Cの平均の厚さが3,5,30,100nmの各試料の観察写真である。   FIG. 12 shows an observation photograph around the nozzle hole 12 on the ejection surface side where the liquid repellent layer 11B of the nozzle plate 11 is formed. The observation photograph was imaged using a scanning electron microscope (SEM). 12A to 12D are observation photographs of samples with an average thickness of the adhesion layer 11C of 3, 5, 30, and 100 nm.

図12(A)〜(C)に示すように、密着層11Cの平均の厚さが3nm〜30nmである場合は、ノズル孔12の形状に加工ムラが見られないが、図12(D)に示すように、密着層11Cの平均の厚さが100nmである場合は、ノズル孔12のエッジ部にバリのような加工ムラが観察され、真円度が著しく低下したことが分かる。   As shown in FIGS. 12A to 12C, when the average thickness of the adhesion layer 11C is 3 nm to 30 nm, there is no processing unevenness in the shape of the nozzle hole 12, but FIG. As shown in the graph, when the average thickness of the adhesion layer 11C is 100 nm, it is understood that processing irregularities such as burrs are observed at the edge portion of the nozzle hole 12 and the roundness is remarkably reduced.

シリコン酸化物からなる密着層11Cの平均の厚さが大きい場合は、エキシマレーザ(波長248nm)では加工が困難であるからである。したがって、密着層11Cの平均の厚さは極力薄くすべきであり、30nm以下にすることで、ノズル孔12を高精度に形成することができる。   This is because if the average thickness of the adhesion layer 11C made of silicon oxide is large, it is difficult to process with an excimer laser (wavelength 248 nm). Therefore, the average thickness of the adhesion layer 11C should be as thin as possible, and the nozzle hole 12 can be formed with high accuracy by setting it to 30 nm or less.

一方、密着層11Cの平均の厚さが3nmの場合は、加工ムラがないが、シリコン酸化物からなる密着層11Cがポリイミドフィルムからなるノズルプレート基材11Aを完全に被覆できない。密着層11Cの連続膜を形成するための条件は、ノズルプレート基材11Aの表面粗さと関係する。一般的に市販されているポリイミドフィルムの表面粗さは、概ね3nm以下であるので、5nm以上の膜厚があれば、連続膜を形成できると考えられる。   On the other hand, when the average thickness of the adhesion layer 11C is 3 nm, there is no processing unevenness, but the adhesion layer 11C made of silicon oxide cannot completely cover the nozzle plate substrate 11A made of a polyimide film. The conditions for forming the continuous film of the adhesion layer 11C are related to the surface roughness of the nozzle plate substrate 11A. Since the surface roughness of a commercially available polyimide film is generally 3 nm or less, it is considered that a continuous film can be formed if the film thickness is 5 nm or more.

したがって、ノズルプレート11の吐出面の転落特性を高くするためには、密着層11Cの平均の厚さを5nm以上に形成するべきであることがわかる。密着層11Cの平均の厚さを5nm以上にすることで、ノズルプレート基材11Aを密着層11Cで満遍なく被覆できるので、撥液層11Bも満遍なく再現性よく形成することができる。   Therefore, it can be seen that the average thickness of the adhesion layer 11C should be 5 nm or more in order to improve the falling characteristics of the ejection surface of the nozzle plate 11. By setting the average thickness of the adhesion layer 11C to 5 nm or more, the nozzle plate substrate 11A can be evenly covered with the adhesion layer 11C, so that the liquid repellent layer 11B can be evenly formed with good reproducibility.

以上の試験結果から、密着層11Cの平均の厚さは、ノズル孔12の加工精度の維持と、ノズルプレート11の良好な転落特性とをともに満足させるべく、5nm以上30nm以下に設定することが望ましい。   From the above test results, the average thickness of the adhesion layer 11C can be set to 5 nm or more and 30 nm or less in order to satisfy both the maintenance of the processing accuracy of the nozzle hole 12 and the good fall characteristics of the nozzle plate 11. desirable.

この発明の実施形態に係るインクジェット装置の簡単な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the simple structure of the inkjet apparatus which concerns on embodiment of this invention. インクジェットヘッドの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of an inkjet head. ノズルプレートの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a nozzle plate. フッ素系シランカップリング剤によって撥液化されたノズルプレート基材の表面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the surface structure of the nozzle plate base material made liquid-repellent with the fluorine-type silane coupling agent. 試料A〜Fにおける接触角及び転落角の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the contact angle and sliding angle in samples AF. 転落角の違いによるワイピング性能の確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment of the wiping performance by the difference in a fall angle. 転落角の違いによるワイピング性能の確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment of the wiping performance by the difference in a fall angle. 転落角の違いによるワイピング性能の確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the confirmation experiment of the wiping performance by the difference in a fall angle. ワイピング時におけるインク及び付着物の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the ink at the time of wiping, and a deposit | attachment. 試料A〜Fの最大高低差と転落角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the maximum height difference of samples AF and a fall angle. 撥液層の平均の厚さと撥液性(接触角)および転落特性(転落角)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the average thickness of a liquid repellent layer, liquid repellency (contact angle), and a fall characteristic (fall angle). 密着層の平均の厚さとノズル孔の加工精度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the average thickness of an adhesion layer, and the processing precision of a nozzle hole.

符号の説明Explanation of symbols

10−インクジェットヘッド
11−ノズルプレート
11A−ノズルプレート基材
11B−撥液層
11C−密着層
12−ノズル孔
20−インクジェット装置
10- Inkjet head 11- Nozzle plate 11A- Nozzle plate base material 11B- Liquid repellent layer 11C- Adhesion layer 12- Nozzle hole 20- Inkjet device

Claims (8)

吐出面から外部にインク液滴を吐出するための吐出孔を有するノズルプレート基材と、
前記吐出面上にフッ素系シランカップリング剤で形成される撥液層であって、厚さのばらつきが5nm以下の撥液層と、を備えたことを特徴とするノズルプレート。
A nozzle plate substrate having ejection holes for ejecting ink droplets from the ejection surface to the outside;
A nozzle plate comprising: a liquid repellent layer formed of a fluorine-based silane coupling agent on the discharge surface, wherein the thickness variation is 5 nm or less.
前記撥液層は、平均の厚さが1nm以上、4nm以下であることを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。   2. The nozzle plate according to claim 1, wherein the liquid repellent layer has an average thickness of 1 nm or more and 4 nm or less. 前記ノズルプレート基材は、前記吐出面と前記撥液層との間に密着層を有することを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。   The nozzle plate according to claim 1, wherein the nozzle plate base material has an adhesion layer between the ejection surface and the liquid repellent layer. 前記密着層は、無機酸化物であることを特徴とする請求項3に記載のノズルプレート。   The nozzle plate according to claim 3, wherein the adhesion layer is an inorganic oxide. 前記ノズルプレート基材は、紫外線エネルギを吸収する高分子材料であり、
前記吐出孔は、エキシマレーザを用いて形成したことを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。
The nozzle plate base material is a polymer material that absorbs ultraviolet energy,
The nozzle plate according to claim 1, wherein the discharge hole is formed using an excimer laser.
前記密着層は、平均の厚さが5nm以上、30nm以下であることを特徴とする請求項4に記載のノズルプレート。   The nozzle plate according to claim 4, wherein the adhesion layer has an average thickness of 5 nm or more and 30 nm or less. インク室を有するヘッド部と、
ノズル孔が前記インク室に連通した状態で前記ヘッド部に接着された請求項1〜6の何れかに記載のノズルプレートと、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
A head portion having an ink chamber;
An ink jet head comprising: the nozzle plate according to claim 1, wherein the nozzle hole is bonded to the head portion in a state where the nozzle hole communicates with the ink chamber.
インク液滴を所望の位置に吐出するインクジェット装置において、
請求項7に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット装置。
In an inkjet apparatus that ejects ink droplets to a desired position,
An inkjet apparatus comprising the inkjet head according to claim 7.
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