JP2010069853A - Liquid repelling film formation method, nozzle plate, ink-jet head, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撥液膜形成方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、及び電子機器に係り、特に、ノズル孔を有する基材の表面に撥液性を有する撥液膜を形成する技術に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a liquid repellent film, a nozzle plate, an ink jet head, and an electronic apparatus, and more particularly to a technique for forming a liquid repellent film having liquid repellency on the surface of a substrate having nozzle holes.
一般に、インクジェット記録装置の記録ヘッド(インクジェットヘッド)は、複数のノズル孔が形成されるノズル形成基板(ノズルプレート)を備え、例えば圧電素子や発熱素子などのエネルギー発生手段を利用して、圧力室内のインクを加圧することにより、圧力室に連通するノズルからインク滴をそれぞれ吐出して記録媒体上に記録を行う。 In general, a recording head (inkjet head) of an inkjet recording apparatus includes a nozzle forming substrate (nozzle plate) in which a plurality of nozzle holes are formed, and uses, for example, an energy generating means such as a piezoelectric element or a heating element to form a pressure chamber. By pressurizing the ink, ink droplets are ejected from the nozzles communicating with the pressure chamber, and recording is performed on the recording medium.
インクジェットヘッドにおいては、ノズル孔の形状や精度などがインク滴の吐出特性に影響を与えるとともに、ノズルプレートの表面特性がインク滴の吐出特性に影響を与えることが知られている。例えば、ノズルプレート表面のノズル周辺部にインクが付着すると、インク滴の吐出方向が曲げられたり、インク滴の大きさのバラツキが生じたり、インク滴の吐出速度が不安定になる等の弊害が生じる。これらの弊害を防止するため、一般的にノズルプレートの表面(インク吐出面)には撥液膜(撥液性被膜)が形成されており、インク滴の吐出特性の安定化が図られている。 In an ink jet head, it is known that the shape and accuracy of nozzle holes affect the ejection characteristics of ink droplets, and the surface characteristics of the nozzle plate affect the ejection characteristics of ink droplets. For example, if ink adheres to the nozzle periphery of the nozzle plate surface, the ink droplet ejection direction may be bent, the ink droplet size may vary, or the ink droplet ejection speed may become unstable. Arise. In order to prevent these adverse effects, a liquid repellent film (liquid repellent film) is generally formed on the surface (ink discharge surface) of the nozzle plate to stabilize the discharge characteristics of ink droplets. .
しかし、紙ジャム等により吐出口近傍に紙が滞留した状態でインクジェットヘッドが走行すると、紙と撥液処理を施したノズルプレート表面とが接触するために、ノズルプレートの表面の撥液性がなくなってしまうという問題がある。 However, when the inkjet head runs with paper remaining in the vicinity of the discharge port due to paper jam or the like, the surface of the nozzle plate loses liquid repellency because the paper contacts the surface of the nozzle plate that has been subjected to liquid repellent treatment. There is a problem that it ends up.
この問題を解決するために、特許文献1には、インクジェットヘッドのノズル孔の外周部に段差を設けることにより、紙ジャム発生時においてもノズル孔外周部を保護し、撥液膜の耐擦性を向上することが開示されている。この段差は、ノズルプレートの液滴吐出側の面に形成したプラズマ重合膜に、処理ガス雰囲気下で酸化処理を施すことにより、プラズマ重合膜の表面に終端しているアルキル基がSi原子から切断されて消失するためにプラズマ重合膜の膜厚が減少することを利用して生成している。
特許文献1に記載された撥液膜形成方法では、ノズル孔の外周部の段差の程度、即ち酸化処理によるプラズマ重合膜の膜厚の減少の程度は、酸化処理時における紫外線やプラズマのエネルギー強度や照射時間等によって調整する。しかしながら、エネルギー線の強度分布等を考えると、膜厚の減少を全面均一に実現することは困難である。このように、ノズル孔の外周部の段差の均一性が十分でないと、ノズル長が変化し、インクの吐出特性が変化してしまうという問題が生じる。 In the liquid repellent film forming method described in Patent Document 1, the degree of the step on the outer periphery of the nozzle hole, that is, the degree of reduction in the film thickness of the plasma polymerized film due to the oxidation treatment is determined by the energy intensity of ultraviolet rays or plasma during the oxidation treatment. Adjust according to the irradiation time. However, considering the intensity distribution of energy rays and the like, it is difficult to realize a reduction in film thickness uniformly over the entire surface. As described above, if the uniformity of the level difference at the outer peripheral portion of the nozzle hole is not sufficient, there arises a problem that the nozzle length changes and the ink ejection characteristics change.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノズル孔の段差を均一にし、ノズル長の精度を向上し、インクの吐出特性を安定化するとともに、撥液膜の耐擦性と耐アルカリ性を改善する撥液膜形成方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、及び電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. The nozzle hole is made uniform in level, the accuracy of the nozzle length is improved, the ink ejection characteristics are stabilized, and the rub resistance of the liquid repellent film is improved. It is an object of the present invention to provide a method for forming a liquid repellent film, a nozzle plate, an inkjet head, and an electronic device that improve alkali resistance.
前記目的を達成するために、本発明に係る撥液膜形成方法(請求項1に記載の発明)は、ノズル孔を有するノズル形成基板の表面に撥液性を有する撥液膜を形成する撥液膜形成方法であって、前記ノズル形成基板の一方の面側の領域であって、前記ノズル孔を含む所定の領域以外の領域にプラズマ重合膜で構成される第1の下地層を形成する第1の工程と、前記第1の下地層及び前記ノズル孔を含む所定の領域にプラズマ重合膜で構成される第2の下地層を形成する第2の工程と、露点が−40〜20℃であるガス雰囲気下で、前記第2の下地層の表面に酸化処理を施し、水酸基および/または吸着水を導入する第3の工程と、前記酸化処理が施された前記第2の下地層に前記撥液膜を形成する第4の工程とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the liquid repellent film forming method according to the present invention (the invention according to claim 1) forms a liquid repellent film having liquid repellency on the surface of a nozzle forming substrate having nozzle holes. A liquid film forming method, wherein a first underlayer composed of a plasma polymerized film is formed in a region on one surface side of the nozzle forming substrate other than a predetermined region including the nozzle holes. A first step, a second step of forming a second underlayer composed of a plasma polymerized film in a predetermined region including the first underlayer and the nozzle hole, and a dew point of −40 to 20 ° C. In a gas atmosphere, the surface of the second underlayer is oxidized to introduce a hydroxyl group and / or adsorbed water, and the oxidation-treated second underlayer is applied to the second underlayer. And a fourth step of forming the liquid repellent film.
本発明によれば、ノズル孔を含む所定の領域以外の領域に第1の下地層を形成し、第1の下地層及びノズル孔を含む所定の領域に第2の下地層を形成し、酸化処理した第2の下地層の上に撥液膜を形成したので、ノズル孔開口周辺部の撥液膜に均一に段差を形成することができ、インクの吐出特性を安定化するとともに、撥液膜の耐擦性を改善することができる。 According to the present invention, the first base layer is formed in a region other than the predetermined region including the nozzle hole, the second base layer is formed in the predetermined region including the first base layer and the nozzle hole, and the oxidation is performed. Since the liquid repellent film is formed on the treated second undercoat layer, a step can be formed uniformly in the liquid repellent film around the nozzle hole opening, stabilizing the ink ejection characteristics, and The abrasion resistance of the film can be improved.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の撥液膜形成方法の一態様に係り、前記第1の工程は、前記ノズル形成基板の一方の面側にプラズマ重合膜で構成される第1の下地層を形成する工程と、前記ノズル孔を含む所定の領域以外の領域にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をマスクとして前記第1の下地層を除去する工程と、前記レジスト層を除去する工程とを備えたことを特徴とする。 A second aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid repellent film forming method according to the first aspect, wherein the first step includes a plasma polymerized film on one surface side of the nozzle forming substrate. A step of forming a first underlayer, a step of forming a resist layer in a region other than the predetermined region including the nozzle holes, a step of removing the first underlayer using the resist layer as a mask, And a step of removing the resist layer.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の撥液膜形成方法の一態様に係り、前記第1の工程は、前記ノズル形成基板の一方の面側の前記ノズル孔を含む所定の領域にレジスト層を形成する工程と、前記ノズル形成基板の一方の面側にプラズマ重合膜で構成される第1の下地層を形成する工程と、前記レジスト層及び該レジスト層上に形成された前記第1の下地層をリフトオフにより除去する工程とを備えたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid repellent film forming method according to the first aspect, wherein the first step includes a predetermined hole including the nozzle hole on one surface side of the nozzle forming substrate. A step of forming a resist layer in the region, a step of forming a first underlayer composed of a plasma polymerization film on one side of the nozzle forming substrate, and the resist layer and the resist layer And a step of removing the first underlayer by lift-off.
また、前記目的を達成するために、本発明に係るノズルプレート(請求項4に記載の発明)は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撥液膜形成方法によって形成された撥液膜を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a nozzle plate according to the present invention (invention according to claim 4) is formed by the liquid repellent film forming method according to any one of claims 1 to 3. A liquid film is provided.
また、前記目的を達成するために、本発明に係るインクジェットヘッド(請求項5に記載の発明)は、請求項4に記載のノズルプレートを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the object, an ink jet head according to the present invention (invention according to claim 5) is provided with the nozzle plate according to claim 4.
また、前記目的を達成するために、本発明に係る電子機器(請求項6に記載の発明)は、請求項5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。 In order to achieve the object, an electronic apparatus according to the present invention (invention according to claim 6) is provided with the ink jet head according to claim 5.
本発明によれば、ノズル孔を含む所定の領域以外の領域に第1の下地層を形成し、第1の下地層及びノズル孔を含む所定の領域に第2の下地層を形成し、酸化処理した第2の下地層の上に撥液膜を形成したので、ノズル孔開口周辺部の撥液膜に均一に段差を形成することができ、ノズル長の精度を向上し、インクの吐出特性を安定化するとともに、撥液膜の耐擦性と耐アルカリ性を改善することができる。 According to the present invention, the first base layer is formed in a region other than the predetermined region including the nozzle hole, the second base layer is formed in the predetermined region including the first base layer and the nozzle hole, and the oxidation is performed. Since the liquid repellent film is formed on the treated second underlayer, steps can be uniformly formed in the liquid repellent film around the nozzle hole opening, improving the nozzle length accuracy, and ink ejection characteristics. In addition, the rub resistance and alkali resistance of the liquid repellent film can be improved.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
まず、本発明に係る画像形成装置としての一実施形態であるインクジェット記録装置について説明する。図1は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図1に示すように、このインクジェット記録装置10は、インクの色毎に設けられた複数の記録ヘッド12K、12C、12M、12Yを有する印字部12と、各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
First, an ink jet recording apparatus as an embodiment as an image forming apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of an ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 1, the
図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the
ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。
In the case of an apparatus configuration using roll paper, a
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。 When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.
給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
The
デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラー31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
After the decurling process, the
ベルト33は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラー31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー34が設けられており、この吸着チャンバー34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録紙16が吸着保持される。
The
ベルト33が巻かれているローラー31、32の少なくとも一方にモータ(不図示)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1において、時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は、図1の左から右へと搬送される。
The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the
縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
Since ink adheres to the
なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考え
られるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
It is possible to use a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction
吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹きつけ、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
A
印字部12は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部12を構成する各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yは、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録紙16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
The
記録紙16の搬送方向(紙搬送方向)に沿って上流側(図1の左側)から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した記録ヘッド12K、12C、12M、12Yが配置されている。記録紙16を搬送しつつ各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。
Recording corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side (left side in FIG. 1) along the conveyance direction (paper conveyance direction) of the
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部12によれば、紙搬送方向(副走査方向)について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(即ち、一回の副走査で)記録紙16の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向(主走査方向)に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
Thus, according to the
なお、本発明の適用範囲はライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録紙16の幅方向(主走査方向)の長さに満たない短尺のヘッドを記録紙16の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、1回の幅方向の印字が終わると記録紙16を幅方向と直交する方向(副走査方向)に所定量だけ移動させて、次の印字領域の記録紙16の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録紙16の印字領域の全面にわたって印字を行うシリアル方式を適用してもよい。
Note that the application range of the present invention is not limited to the printing method using the line-type head, and a short head that is less than the length in the width direction (main scanning direction) of the
また本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。 Further, in this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a recording head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.
図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段等)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
As shown in FIG. 1, the ink storage /
印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ等)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
The
本例の印字検出部24は、少なくとも各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)
がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列とからなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
The
A color separation line CCD sensor comprising: an R sensor array in which G is arranged in a line, a G sensor array provided with a green (G) color filter, and a B sensor array provided with a blue (B) color filter It consists of Instead of the line sensor, an area sensor in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged can be used.
印字検出部24は、各色の記録ヘッド12K、12C、12M、12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
The
印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
A
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。 When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.
後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating /
このようにして生成されたプリント物は、排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える選別手段(不図示)が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
The printed matter generated in this manner is outputted from the
なお、インク色ごとに設けられている各記録ヘッド12K、12M、12C、12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって記録ヘッドを示すものとする。
Since the recording heads 12K, 12M, 12C, and 12Y provided for each ink color have the same structure, hereinafter, the recording head is represented by
図2は、記録ヘッド50の構造例を示す平面透視図である。図2に示すように、記録ヘッド50は、インク滴の吐出口であるノズル孔51と、各ノズル孔51に対応する圧力室52等からなる複数のインク室ユニット(1ノズルに対応した記録素子単位となる液滴吐出素子)53を千鳥でマトリクス状(2次元的)に配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
FIG. 2 is a perspective plan view showing a structural example of the
各ノズル孔51に対応して設けられている圧力室52は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル孔51と供給口54が設けられている。なお、圧力室52の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形、その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。また、ノズル孔51や供給口54の配置も図2に示す配置に限定されない。
The
図3は、記録ヘッド50の一部を示した概略断面図(1つのインク室ユニット53に対応する断面図)である。図3に示すように、記録ヘッド50の前面側(インク吐出側)にはノズルプレート60が接合されており、該ノズルプレート60によって記録ヘッド50のノズル面50aが構成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view (a cross-sectional view corresponding to one ink chamber unit 53) showing a part of the
ノズルプレート60には、複数のノズル(ノズル孔)51が2次元的に形成されており、図示するように、各ノズル孔51はそれぞれ対応する圧力室52に連通している。
A plurality of nozzles (nozzle holes) 51 are two-dimensionally formed in the
各圧力室52の一端には供給口54がそれぞれ形成されており、各圧力室52は各々の供給口54を介して共通流路55に連通している。図1に示したインク貯蔵/装填部14から供給されるインクは、共通流路55を介して各圧力室52に分配供給される。
A
圧力室52の一壁面(図3の上壁面)は振動板56で構成されており、振動板56上の圧力室52に対応する位置(即ち、振動板56を挟んで圧力室52に対向する位置)には、個別電極57を備えた圧電素子58が設けられている。振動板56はSUS等の導電性材料で構成され、複数の圧電素子58に対する共通電極を兼ねている。なお、樹脂等の非導電性材料で振動板を構成する態様も可能であり、この場合は振動板部材の表面に金属等の導電材料による共通電極層が形成される。圧電素子58には、ピエゾなどの圧電体が好適に用いられる。
One wall surface of the pressure chamber 52 (upper wall surface in FIG. 3) is constituted by a
圧力室52にインクが充填された状態で、圧電素子58に所定の駆動電圧が印加されると、圧電素子58の変位に伴う振動板56の変形によって、圧力室52内のインクは加圧され、ノズル孔51からインク滴が吐出される。インク吐出後、圧電素子58が元の状態に戻る際、共通流路55から供給口54を通って新しいインクが圧力室52に再充填される。
When a predetermined drive voltage is applied to the
なお、本実施の形態では、圧電素子の変位を利用してインク吐出を行う圧電方式が採用されているが、本発明の実施に際して、インク吐出の方式は限定されず、例えば、ヒーター等の発熱素子から生じる熱エネルギーを利用して、圧力室内に気泡を発生させ、その圧力でインク滴を吐出するサーマル方式も採用することができる。 In the present embodiment, a piezoelectric method is employed in which ink is ejected using the displacement of the piezoelectric element. However, in the practice of the present invention, the ink ejection method is not limited. A thermal method in which bubbles are generated in the pressure chamber using thermal energy generated from the element and ink droplets are ejected with the pressure can also be employed.
次に、ノズルプレート60の詳細構造について説明する。図4は、ノズルプレート60のノズル孔51周辺部の拡大断面図である。図4に示すように、ノズルプレート60の表面には、第1のプラズマ重合膜61、第2のプラズマ重合膜62、及び撥液膜63の3種類の膜が形成されている。
Next, the detailed structure of the
ノズルプレート60を構成する材料は、特に限定されるものではないが、シリコン系材料、金属系材料、酸化物材料、炭素系材料で構成されることが好ましく、その中でもシリコン系材料が特に好ましい。
Although the material which comprises the
また、ノズルプレート60におけるノズル孔51の形状は、特に限定されるものではないが、インク吐出方向(図5において上方向)に向かって先細となるテーパ状、或いは、漏斗状に構成されることが、吐出安定化を図る観点から好ましい。さらに、ノズル孔51の内径は、5〜50μmであることが好ましい。本実施の形態では、内径20μmのノズル孔51が用いられる。
Further, the shape of the
また、撥液膜63は、ノズル孔51のインク吐出側の開口端部に段差を有するように形成されている。このように形成することで、紙ジャム発生時においてもノズル孔51を保護し、撥液膜の耐擦性を向上することが可能となる。
The
次に、本発明に係る撥液膜形成方法の一例について説明する。 Next, an example of the liquid repellent film forming method according to the present invention will be described.
図5は、本発明に係る撥液膜形成方法を説明するための工程図である。ここでは、図5(g)に示すように、ノズルプレート60のインク吐出側の面60aに撥液膜63を形成する場合について説明する。
FIG. 5 is a process diagram for explaining the liquid-repellent film forming method according to the present invention. Here, as shown in FIG. 5G, the case where the
まず、図5(a)に示すように、ノズルプレート60のインク吐出側の面60aに第1のプラズマ重合膜61を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the first
第1のプラズマ重合膜61の構成材料や形成方法(成膜方法)については、特開2008−105231号公報明細書に記載されている材料、方法を好ましく用いることができる。
As the constituent material and the formation method (film formation method) of the first
即ち、第1のプラズマ重合膜61の構成材料としては、例えば、オルガノポリシロキサン等のシリコーン材料、アルコキシシラン等のシラン化合物が挙げられる。このうち、シリコーン材料が好ましく、オルガノポリシロキサンが特に好ましい。第1のプラズマ重合膜61にオルガノポリシロキサンを用いることにより、シロキサン結合(Si−O)を骨格とした構造を有するので、ノズルプレート60の構成材料(シリコン系材料など)と結合しやすく、容易にプラズマ重合膜を形成することができる。
That is, examples of the constituent material of the first
オルガノポリシロキサンの中でも、アルキルポリシロキサンを用いることが好ましい。アルキルポリシロキサンは高分子化合物であるため、ノズルプレート60上に高分子膜を形成することができる。また、高分子中にアルキル基を有するため、高分子構造に立体障害が少なく、分子が規則正しく配列した膜を形成することができる。また、アルキルポリシロキサンの中でも、特にジメチルポリシロキサンが好ましい。ジメチルポリシロキサンは、製造が容易なため、容易に入手することができる。
Of the organopolysiloxanes, it is preferable to use alkylpolysiloxanes. Since alkylpolysiloxane is a polymer compound, a polymer film can be formed on the
また、第1のプラズマ重合膜61の形成方法としては、プラズマ重合法、蒸着法、シランカップリング剤による処理、ポリオルガノシロキサンを含有する液状材料による処理等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the method for forming the first
これらの方法の中でも、プラズマ重合法を用いるのが好適である。プラズマ重合法を用いることにより、オルガノポリシロキサンのプラズマが発生するため、均質かつ均一な膜厚の第1のプラズマ重合膜61を形成することができる。
Among these methods, it is preferable to use a plasma polymerization method. Since the plasma of organopolysiloxane is generated by using the plasma polymerization method, the first
この第1のプラズマ重合膜61の平均膜厚T1は、10〜1000nm程度であるのが好ましく、50〜500nm程度であるのがより好ましい。
The average film thickness T1 of the first
次に、図5(b)に示すように、第1のプラズマ重合膜61上にレジスト64を塗布し、ノズル孔51を中心とした同心円の領域のパターンに対応したマスクを用いて露光した後、現像を行うことにより、ノズル孔51を中心とした同心円の領域以外の領域にレジスト64をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5B, a resist 64 is applied on the first
次に、図5(c)に示すように、レジスト64がパターニングされていない部分の第1のプラズマ重合膜61をエッチング除去し、さらに図5(d)に示すように、レジスト64を除去する。
Next, as shown in FIG. 5C, the portion of the first
次に、図5(e)に示すように、第1のプラズマ重合膜61、及び第1のプラズマ重合膜61が除去されて露出したノズルプレート60のインク吐出側の面60aに、第2のプラズマ重合膜62を形成する。第2のプラズマ重合膜62の構成材料、形成方法などは、第1のプラズマ重合膜61と同様である。
Next, as shown in FIG. 5E, the first
なお、第2のプラズマ重合膜62の構成材料として、前述のジメチルポリシロキサンを用いると、反応性が高いため、後述するような酸化処理を第2のプラズマ重合膜62に施したときに、メチル基を簡単に切断することができ、好ましい。
In addition, when the above-mentioned dimethylpolysiloxane is used as a constituent material of the second plasma polymerized
この第2のプラズマ重合膜62の平均膜厚T2は、10〜1000nm程度であるのが好ましく、50〜500nm程度であるのがより好ましい。このような厚さであれば、第2のプラズマ重合膜62の表面に最適な量のアルキル基が終端するため、後述する酸化処理、金属アルコキシドとの反応によって、撥液性を有する撥液膜63を形成することができる。
The average film thickness T2 of the second
また、第1のプラズマ重合膜61の膜厚T1と第2のプラズマ重合膜62の膜厚T2との膜厚比(T1/T2)は、0.5〜1.5であることが好ましい。このような膜厚比であれば、適正な高さを有する段差を形成することができる。
The film thickness ratio (T1 / T2) between the film thickness T1 of the first
なお、第2のプラズマ重合膜62は、第1のプラズマ重合膜61と同一材料を用いることが望ましいが、第1のプラズマ重合膜61とは異なる構成材料を用いても構わない。
The second plasma polymerized
次に、図5(f)に示すように、水分を含有するガス(以下、「処理ガス」という。)雰囲気下において、第2のプラズマ重合膜62に酸化処理を施す。第2のプラズマ重合膜62を酸化処理することにより、第2のプラズマ重合膜62に水酸基化及び/または吸着水を導入し、撥液膜63との反応を確実にする。即ち、酸化処理により、第2のプラズマ重合膜62と撥液膜63との密着力が大きくなり、撥液膜63の耐擦性を向上することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 5F, the second
処理ガスに対する条件や酸化処理の方法などについては、特開2008−105231号公報明細書に記載されている条件、方法などを好ましく用いることができる。 Regarding the conditions for the processing gas and the method for the oxidation treatment, the conditions and methods described in JP-A-2008-105231 can be preferably used.
即ち、処理ガスの露点は、−40〜−20℃であることがより好ましい。このような処理ガスによれば、耐擦性と耐アルカリ性とのバランスが取れた撥液膜63を得ることができる。
That is, the dew point of the processing gas is more preferably −40 to −20 ° C. With such a processing gas, it is possible to obtain the
また、酸化処理の方法として、紫外線、プラズマなどのエネルギー線を照射する方法を適用することができる。この方法によれば、エネルギー線が照射される領域にのみ酸化処理を施すことができるので、SiO2化を効率的に行うことができる。 Further, as an oxidation treatment method, a method of irradiating energy rays such as ultraviolet rays or plasma can be applied. According to this method, since the oxidation treatment can be performed only on the region irradiated with the energy rays, the SiO 2 conversion can be efficiently performed.
特に本実施形態においては、エネルギー線を照射する方法の中でも、プラズマ照射を用いて酸化処理を行う方法が好適である。酸化処理としてプラズマ照射を用いる場合、プラズマを発生させるガス種としては、例えば、酸素ガス、窒素ガス、水素、不活性ガス(アルゴンガス、ヘリウムガス等)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 In particular, in the present embodiment, among the methods of irradiating energy rays, a method of performing oxidation treatment using plasma irradiation is preferable. In the case of using plasma irradiation as the oxidation treatment, examples of gas species that generate plasma include oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen, inert gas (argon gas, helium gas, etc.), and one of these. Alternatively, two or more kinds can be used in combination.
最後に、図5(g)に示すように、酸化処理が施された第2のプラズマ重合膜62の表面に撥液膜63を形成する。
Finally, as shown in FIG. 5G, a
撥液膜63としては、第2のプラズマ重合膜62とシロキサン結合が可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、金属アルコキシド系撥液膜、フッ素含有プラズマ重合膜、シリコーン系プラズマ重合撥液膜などを適用することできる。
The
金属アルコキシド系撥液膜の形成方法としては、特開2008−105231号公報明細書に記載される方法を好ましく用いることができる。即ち、液相プロセスや気相プロセスのような各種プロセスを用いて行うことができ、その中でも液相プロセスを用いることが好ましく、比較的簡単な工程により、金属アルコキシドで構成される撥液膜を形成することができる。 As a method for forming the metal alkoxide-based liquid repellent film, a method described in JP 2008-105231 A can be preferably used. That is, it can be performed using various processes such as a liquid phase process and a gas phase process, and among them, the liquid phase process is preferably used, and a liquid repellent film composed of a metal alkoxide is formed by a relatively simple process. Can be formed.
また、プラズマ重合膜で構成される撥液膜の形成方法としては、特開2004−1006203号公報明細書に記載される方法を好ましく用いることができる。即ち、プラズマ重合膜(撥液膜)の形成は、従来公知のプラズマ処理装置を用いて行うことができる。原料としては、液状オルガノポリシロキサン(シリコーン)を気化させたものを原料ガスとして用いる。必要に応じて、この原料ガスにアルゴンやヘリウム等の希ガス、酸素や二酸化炭素等の酸化力を有するガスなどを混合させる。これにより、原料を重合させた状態で第2のプラズマ重合膜62に積層することができる。
As a method for forming a liquid repellent film composed of a plasma polymerized film, the method described in JP-A-2004-1006203 can be preferably used. That is, the plasma polymerized film (liquid repellent film) can be formed using a conventionally known plasma processing apparatus. As a raw material, a gasified liquid organopolysiloxane (silicone) is used as a raw material gas. If necessary, this raw material gas is mixed with a rare gas such as argon or helium, or a gas having an oxidizing power such as oxygen or carbon dioxide. Thereby, it can laminate | stack on the 2nd plasma polymerization film |
プラズマ重合膜で構成される撥液膜は、上述のとおり、低分子量の金属アルコキシドを原料とし、これをプラズマ重合させることにより形成されるもので、金属塩に対する耐性に優れており、該金属塩をインク凝集剤として含有する水性前処理液(金属塩溶液)用のノズルプレートの撥液層として好適である。 As described above, the liquid repellent film composed of a plasma polymerized film is formed by using a low molecular weight metal alkoxide as a raw material and subjecting it to plasma polymerization, and is excellent in resistance to a metal salt. Is suitable as a liquid repellent layer of a nozzle plate for an aqueous pretreatment liquid (metal salt solution) containing an ink flocculant.
また、撥液膜63の段差部分の領域(凹部の領域)は、ノズル孔51のインク吐出側の開口端部から外側に向かって0.5μm以上の領域を含むことが好ましい。即ち、図5(g)における長さLが0.5μm以上あることが好ましい。このような段差の領域であれば、適切にインクの吐出部の撥液性を保護することができる。
Further, it is preferable that the stepped portion region (recessed portion region) of the
なお、第1のプラズマ重合膜61の開口部は、異なる方法を用いて形成してもよい。
In addition, you may form the opening part of the 1st plasma polymerization film |
図6は、本発明に係る撥液膜形成方法の変形例を説明するための工程図である。 FIG. 6 is a process diagram for explaining a modification of the liquid repellent film forming method according to the present invention.
まず、図6(a)に示すように、ノズルプレート60のインク吐出側の面60a上にレジスト65を塗布し、ノズル孔51を中心とした同心円の領域のパターンに対応したマスクを用いて露光した後、現像を行うことにより、ノズル孔51を中心とした同心円の領域にレジスト65をパターニングする。
First, as shown in FIG. 6A, a resist 65 is applied on the ink
次に、図6(b)に示すように、ノズルプレート60のインク吐出側の面60aが露出した領域、及びレジスト65上に第1のプラズマ重合膜61を形成する。第1のプラズマ重合膜61の構成材料、形成方法、平均膜厚については、図5に示した第1のプラズマ重合膜61と同様でよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a first
次に、図6(c)に示すように、リフトオフにより、レジスト65が形成されている円形状の領域の第1のプラズマ重合膜61をレジスト65と共に除去する。
Next, as shown in FIG. 6C, the first
図6(c)以降の処理は、図5(e)以降の処理と同様である。 The process after FIG.6 (c) is the same as the process after FIG.5 (e).
以上説明したように、図4に示すような、ノズルプレート60のインク吐出側の面に段差を有する撥液膜63を形成することができる。この段差の高さは、第1のプラズマ重合膜及び第2のプラズマ重合膜の形成時の膜厚によって決まるものであり、プラズマ重合膜の膜厚の減少量を調整して段差の高さを決める特許文献1に記載の技術と比較すると、精度がよく、かつ均一に段差を形成することができる。
As described above, the
このように、本実施形態によれば、ノズルプレート60上の第1のプラズマ重合膜61に、ノズル孔51を中心とした同心円状の開口部を設け、その上から第2の重合膜62を形成することにより下地のプラズマ重合膜を2段成膜で形成し、さらにその上に撥液膜63を形成することにより、撥液膜63の段差の均一性を改善することができるので、ノズル長も均一になり、インクの吐出特性を安定化すると同時に、撥液膜の耐擦性と耐アルカリ性も改善することが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, the first
上述の実施の形態では、印刷用のインクジェット記録装置への適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、電子回路の配線パターンを描画する配線描画装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを得る装置にも広く適用できる。 In the above-described embodiment, application to an inkjet recording apparatus for printing has been described as an example. However, the scope of application of the present invention is not limited to this example. For example, various shapes and patterns are obtained using liquid functional materials such as a wiring drawing device for drawing a wiring pattern of an electronic circuit and a fine structure forming device for forming a fine structure using a material for material deposition. It can be widely applied to devices.
10…インクジェット記録装置、50…記録ヘッド、51…ノズル孔、52…圧力室、54…インク供給口、55…共通流路、60…ノズルプレート、60a…ノズルプレート60のインク吐出側の面、61…第1のプラズマ重合膜、62…第2のプラズマ重合膜、63…撥液膜、64、65…レジスト
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ノズル形成基板の一方の面側の領域であって、前記ノズル孔を含む所定の領域以外の領域にプラズマ重合膜で構成される第1の下地層を形成する第1の工程と、
前記第1の下地層及び前記ノズル孔を含む所定の領域にプラズマ重合膜で構成される第2の下地層を形成する第2の工程と、
露点が−40〜20℃であるガス雰囲気下で、前記第2の下地層の表面に酸化処理を施し、水酸基および/または吸着水を導入する第3の工程と、
前記酸化処理が施された前記第2の下地層に前記撥液膜を形成する第4の工程と、
を備えたことを特徴とする撥液膜形成方法。 A liquid repellent film forming method for forming a liquid repellent film having liquid repellency on a surface of a nozzle forming substrate having nozzle holes,
A first step of forming a first underlayer composed of a plasma polymerized film in a region other than the predetermined region including the nozzle hole on one surface side of the nozzle forming substrate;
A second step of forming a second underlayer composed of a plasma polymerization film in a predetermined region including the first underlayer and the nozzle hole;
A third step of oxidizing the surface of the second underlayer under a gas atmosphere having a dew point of −40 to 20 ° C. to introduce hydroxyl groups and / or adsorbed water;
A fourth step of forming the liquid repellent film on the second underlayer subjected to the oxidation treatment;
A method for forming a liquid repellent film, comprising:
前記ノズル形成基板の一方の面側にプラズマ重合膜で構成される第1の下地層を形成する工程と、
前記ノズル孔を含む所定の領域以外の領域にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記第1の下地層を除去する工程と、
前記レジスト層を除去する工程と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の撥液膜形成方法。 The first step includes
Forming a first underlayer composed of a plasma polymerized film on one surface side of the nozzle forming substrate;
Forming a resist layer in a region other than the predetermined region including the nozzle hole;
Removing the first underlayer using the resist layer as a mask;
Removing the resist layer;
The liquid repellent film forming method according to claim 1, comprising:
前記ノズル形成基板の一方の面側の前記ノズル孔を含む所定の領域にレジスト層を形成する工程と、
前記ノズル形成基板の一方の面側にプラズマ重合膜で構成される第1の下地層を形成する工程と、
前記レジスト層及び該レジスト層上に形成された前記第1の下地層をリフトオフにより除去する工程と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の撥液膜形成方法。 The first step includes
Forming a resist layer in a predetermined region including the nozzle holes on one side of the nozzle forming substrate;
Forming a first underlayer composed of a plasma polymerized film on one surface side of the nozzle forming substrate;
Removing the resist layer and the first underlayer formed on the resist layer by lift-off;
The liquid repellent film forming method according to claim 1, comprising:
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JP2014201066A (en) * | 2013-04-03 | 2014-10-27 | パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッドPalo Alto Research Center Incorporated | Inkjet printhead incorporating oleophobic membrane |
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