JP2022080462A - Inkjet head and inkjet printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。 Embodiments of the present invention relate to inkjet heads and inkjet printers.
例えば圧電素子によってインクを加圧して、ノズルプレートに設けられたノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドでは、ノズルプレートの表面にインクが付着しないように撥液性を付与している。ノズルプレートの表面に撥液性を付与するためには、ノズルプレート基板の表面に、フッ素系化合物を塗布法又は気相成長法によって成膜して撥液膜を形成している。 For example, in an inkjet head that pressurizes ink with a piezoelectric element and ejects ink droplets from a nozzle provided on the nozzle plate, liquid repellency is imparted so that the ink does not adhere to the surface of the nozzle plate. In order to impart liquid repellency to the surface of the nozzle plate, a fluorine-based compound is formed on the surface of the nozzle plate substrate by a coating method or a vapor phase growth method to form a liquid repellent film.
本発明が解決しようとする課題は、撥液性に優れたインクジェットヘッド、及びこのようなインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタを提供することにある。 An object to be solved by the present invention is to provide an inkjet head having excellent liquid repellency and an inkjet printer provided with such an inkjet head.
実施形態のインクジェットヘッドは、記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルが設けられたノズルプレートを備えている。ノズルプレートは、ノズルプレート基板と、前記ノズルプレート基板の前記記録媒体と対向する面に設けられ、シリコン原子と炭素原子とを含んだプライマー剤の単分子膜からなるプライマー層と、前記プライマー層上に設けられ、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を表面側に有し、他方の末端基が前記プライマー層に結合した直鎖状フッ素化合物の単分子膜からなる撥液層とを含んでいる。 The inkjet head of the embodiment includes a nozzle plate provided with a nozzle for ejecting ink toward a recording medium. The nozzle plate is provided on the nozzle plate substrate and the surface of the nozzle plate substrate facing the recording medium, and is formed on a primer layer made of a monomolecular film of a primer agent containing silicon atoms and carbon atoms, and on the primer layer. Includes a liquid repellent layer made of a monomolecular film of a linear fluorine compound bonded to the primer layer, which has a perfluoroalkyl group on the surface side as one terminal group. ..
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図1は、実施形態に係る、インクジェットプリンタのヘッドキャリッジに搭載して使用するオンデマンド型のインクジェットヘッド1を示す斜視図である。以下の説明では、X軸、Y軸、Z軸からなる直交座標系を用いる。図中の矢印の指し示す方向を便宜上プラス方向とする。X軸方向は印刷幅方向に対応する。Y軸方向は記録媒体が搬送される方向に対応する。Z軸プラス方向は記録媒体に対向する方向である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an on-demand type inkjet head 1 mounted on a head carriage of an inkjet printer according to an embodiment. In the following description, a Cartesian coordinate system including an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis is used. The direction indicated by the arrow in the figure is the positive direction for convenience. The X-axis direction corresponds to the print width direction. The Y-axis direction corresponds to the direction in which the recording medium is conveyed. The Z-axis plus direction is the direction facing the recording medium.
図1を参照して概略的に説明すると、インクジェットヘッド1は、インクマニホールド10、アクチュエータ基板20、フレーム40及びノズルプレート50を備えている。
Briefly with reference to FIG. 1, the inkjet head 1 includes an
アクチュエータ基板20は、X軸方向を長手方向とする矩形をなしている。アクチュエータ基板20の材料としては、例えばアルミナ(Al2O3)、窒化珪素(Si3N4)、炭化珪素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)及びチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)等が挙げられる。
The
アクチュエータ基板20は、インクマニホールド10の開口端を塞ぐようにインクマニホールド10の上に重ねられている。インクマニホールド10は、インク供給管11及びインク戻し管12を介してインクカートリッジに接続される。
The
アクチュエータ基板20上には、フレーム40が取り付けられている。フレーム40上には、ノズルプレート50が取り付けられている。ノズルプレート50には、Y軸に沿って2列を形成するように、複数のノズルNがX軸方向に沿って所定の間隔をあけて設けられている。
A
図2は、実施形態に係るインクジェットヘッド1を構成するアクチュエータ基板20、フレーム40及びノズルプレート50の分解斜視図である。このインクジェットヘッド1は、いわゆるせん断モードシェアードウォールのサイドシューター型である。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
アクチュエータ基板20には、Y軸方向の中央部で列を形成するように、複数のインク供給口21がX軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。また、アクチュエータ基板20には、インク供給口21の列に対してY軸プラス方向及びY軸マイナス方向においてそれぞれ列を形成するように、複数のインク排出口22がX軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。
The
中央のインク供給口21の列と一方のインク排出口22の列との間には、複数のアクチュエータ30が設けられている。これらアクチュエータ30は、X軸方向に延びた列を形成している。また、中央のインク供給口21の列と他方のインク排出口22の列との間にも、複数のアクチュエータ30が設けられている。これらアクチュエータ30も、X軸方向に延びた列を形成している。
A plurality of
複数のアクチュエータ30からなる列の各々は、アクチュエータ基板20上に積層された第1の圧電体及び第2の圧電体で構成されている。第1及び第2の圧電体の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)等が挙げられる。第1及び第2の圧電体は、厚さ方向に沿って互いに逆向きに分極されている。
Each of the rows of the plurality of
第1及び第2の圧電体からなる積層体には、Y軸方向に各々が延び、X軸方向に配列した複数の溝が設けられている。これら溝は、第2の圧電体側で開口しており、第2の圧電体の厚さよりも大きな深さを有している。以下、この積層体のうち、隣り合った溝に挟まれた部分をチャネル壁という。これらチャネル壁は、Y軸方向に各々が延び、X軸方向に配列している。なお、隣り合った2つのチャネル壁の間の溝が、インクが流通するインクチャネルである。 The laminated body made of the first and second piezoelectric bodies is provided with a plurality of grooves each extending in the Y-axis direction and arranged in the X-axis direction. These grooves are open on the side of the second piezoelectric body and have a depth larger than the thickness of the second piezoelectric body. Hereinafter, the portion of the laminated body sandwiched between the adjacent grooves is referred to as a channel wall. Each of these channel walls extends in the Y-axis direction and is arranged in the X-axis direction. The groove between the two adjacent channel walls is the ink channel through which the ink flows.
インクチャネルの側壁及び底には、電極が形成されている。これら電極は、Y軸方向に沿って延びた配線パターン31に接続されている。
Electrodes are formed on the side walls and the bottom of the ink channel. These electrodes are connected to a
後述するフレキシブルプリント基板との接続部を除き、電極及び配線パターン31を含むアクチュエータ基板20の表面には、図示しない保護膜が形成されている。保護膜は、例えば複数層の無機絶縁膜及び有機絶縁膜を含む。
A protective film (not shown) is formed on the surface of the
フレーム40は、開口部を有している。この開口部は、アクチュエータ基板20よりも小さく、かつ、アクチュエータ基板20のうち、インク供給口21、アクチュエータ30、及びインク排出口22が設けられた領域よりも大きい。フレーム40は、例えばセラミックスからなる。フレーム40は、例えば接着剤によりアクチュエータ基板20に接合される。
The
ノズルプレート50は、ノズルプレート基板と、その媒体対向面(ノズルNからインクを吐出する吐出面)に設けられたプライマー層と、プライマー層の上に設けられた撥液層とを含んでいる。ノズルプレート基板は、例えば、ポリイミドフィルム等の樹脂フィルムからなる。プライマー層及び撥液層については、後で詳述する。
The
ノズルプレート50は、フレーム40の開口部よりも大きい。ノズルプレート50は、例えば接着剤によってフレーム40に接合される。
The
ノズルプレート50には、複数のノズルNが設けられている。これらノズルNは、インクチャネルに対応して2つの列を形成している。ノズルNは、記録媒体対向面からインクチャネルの方向に進むに従って径が大きくなっている。ノズルNの寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。ノズルNは、例えば、エキシマレーザーを用いたレーザー加工を施すことによって形成することができる。
The
アクチュエータ基板20、フレーム40及びノズルプレート50は、図1に示すように一体化されており、中空構造を形成している。アクチュエータ基板20、フレーム40及びノズルプレート50によって囲まれた領域は、インク流通室である。インクは、インクマニホールド10からインク供給口21を通してインク流通室に供給され、インクチャネルを通過し、余剰のインクがインク排出口22からインクマニホールド10へ戻るように循環する。インクの一部は、インクチャネルを流れる間にノズルNから吐出されて印刷に用いられる。
The
配線パターン31には、アクチュエータ基板20上であってフレーム40の外側の位置でフレキシブルプリント基板60が接続されている。フレキシブルプリント基板60には、アクチュエータ30を駆動する駆動回路61が搭載されている。
A flexible printed
以下、アクチュエータ30の動作を説明する。ここでは、隣り合う3つのインクチャネルのうち中央のインクチャネルに着目して動作を説明する。隣り合う3つのインクチャネルに対応する電極をA、B及びCとする。チャネル壁に直交する方向に電界を印加していない場合には、チャネル壁は直立した状態である。
Hereinafter, the operation of the
例えば、中央の電極Bに、両隣の電極A及びCの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁に直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁をせん断モードで駆動させ、中央のインクチャネルを挟む1対のチャネル壁を、中央のインクチャネルの体積を拡張するように変形させる。 For example, a voltage pulse having a potential higher than the potentials of the adjacent electrodes A and C is applied to the central electrode B to generate an electric field in a direction orthogonal to the channel wall. In this way, the channel wall is driven in shear mode, and the pair of channel walls sandwiching the central ink channel is deformed so as to expand the volume of the central ink channel.
次に、両隣の電極A及びCに、中央の電極Bの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁に直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁をせん断モードで駆動させ、中央のインクチャネルを挟む1対のチャネル壁を、中央のインクチャネルの体積を縮小するように変形させる。この動作により、中央のインクチャネル内のインクに圧力を加え、このインクチャネルに対応するノズルNからインクを吐出させて記録媒体に着弾させる。 Next, a voltage pulse having a potential higher than the potential of the central electrode B is applied to the electrodes A and C on both sides to generate an electric field in the direction orthogonal to the channel wall. In this way, the channel wall is driven in shear mode, and the pair of channel walls sandwiching the central ink channel is deformed so as to reduce the volume of the central ink channel. By this operation, pressure is applied to the ink in the central ink channel, and the ink is ejected from the nozzle N corresponding to this ink channel and landed on the recording medium.
例えば、すべてのノズルを3つの群に分けて、上で説明した駆動操作を時分割制御して3サイクル行い、記録媒体への印刷を行う。 For example, all the nozzles are divided into three groups, and the drive operation described above is time-division-controlled to perform three cycles to print on a recording medium.
図3に、インクジェットプリンタ100の模式図を示す。図3に示すインクジェットプリンタ100は、排紙トレイ118が設けられた筐体を含んでいる。筐体内には、カセット1011及び1012、給紙ローラ102及び103、搬送ローラ対104及び105、レジストローラ対106、搬送ベルト107、ファン119、負圧チャンバ111、搬送ローラ対112、113及び114、インクジェットヘッド1151、1152、1153及び1154、インクカートリッジ1161、1162、1163及び1164、並びに、チューブ1171、1172、1173及び1174が設置されている。
FIG. 3 shows a schematic diagram of the
カセット1011及び1012は、サイズの異なる記録媒体Pを収容している。給紙ローラ102又は103は、選択された記録媒体のサイズに対応した記録媒体Pをカセット1011又は1012から取り出し、搬送ローラ対104及び105並びにレジストローラ対106へ搬送する。
The
搬送ベルト107は、駆動ローラ108と2本の従動ローラ109とによって張力が与えられている。搬送ベルト107の表面には、所定間隔で穴が設けられている。搬送ベルト107の内側には、記録媒体Pを搬送ベルト107に吸着させるための、ファン119に連結された負圧チャンバ111が設置されている。搬送ベルト107の搬送方向下流には、搬送ローラ対112、113及び114が設置されている。なお、搬送ベルト107から排紙トレイ118までの搬送経路には、記録媒体P上に形成された印刷層を加熱するヒータを設置することができる。
The
搬送ベルト107の上方には、画像データに応じてインクを記録媒体Pに吐出する4つのインクジェットヘッドが配置されている。具体的には、シアン(C)インクを吐出するインクジェットヘッド1151、マゼンタ(M)インクを吐出するインクジェットヘッド1152、イエロー(Y)インクを吐出するインクジェットヘッド1153、及びブラック(Bk)インクを吐出するインクジェットヘッド1154が、上流側からこの順に配置されている。インクジェットヘッド1151、1152、1153及び1154の各々は、図1及び図2を参照しながら説明したインクジェットヘッド1である。
Above the
インクジェットヘッド1151、1152、1153及び1154の上方には、これらに対応したインクをそれぞれ収容した、シアン(C)インクカートリッジ1161、マゼンタ(M)インクカートリッジ1162、イエロー(Y)インクカートリッジ1163、及びブラック(Bk)インクカートリッジ1164が設置されている。これらカートリッジ1161、1162、1163及び1164は、それぞれ、チューブ1171、1172、1173及び1174によって、インクジェットヘッド1151、1152、1153及び1154に連結されている。
Above the inkjet heads 1151, 1152, 1153 and 1154, there are cyan (C)
次に、このインクジェットプリンタ100の画像形成動作について説明する。
先ず、画像処理手段(図示しない)が、記録のための画像処理を開始し、画像データに対応した画像信号を生成するとともに、各種ローラや負圧チャンバ111等の動作を制御する制御信号を生成する。
Next, the image forming operation of the
First, an image processing means (not shown) starts image processing for recording, generates an image signal corresponding to the image data, and generates a control signal for controlling the operation of various rollers, the
給紙ローラ102又は103は、画像処理手段による制御のもと、カセット1011又は1012から、選択されたサイズの記録媒体Pを1枚ずつ取り出し、搬送ローラ対104及び105並びにレジストローラ対106へ搬送する。レジストローラ対106は、記録媒体Pのスキューを補正し、所定のタイミングで記録媒体Pを搬送する。
Under the control of the image processing means, the
負圧チャンバ111は、搬送ベルト107の穴を介して空気を吸い込んでいる。従って、記録媒体Pは、搬送ベルト107に吸着された状態で、搬送ベルト107の移動に伴い、インクジェットヘッド1151、1152、1153及び1154の下方の位置へと順次搬送される。
The
インクジェットヘッド1151、1152、1153及び1154は、画像処理手段による制御のもと、記録媒体Pが搬送されるタイミングに同期してインクを吐出する。これにより、記録媒体Pの所望の位置に、カラー画像が形成される。 The inkjet heads 1151, 1152, 1153, and 1154 eject ink in synchronization with the timing at which the recording medium P is conveyed under the control of the image processing means. As a result, a color image is formed at a desired position on the recording medium P.
その後、搬送ローラ対112、113及び114は、画像が形成された記録媒体Pを排紙トレイ118へ排紙する。搬送ベルト107から排紙トレイ118までの搬送経路にヒータを設置した場合、記録媒体P上に形成された印刷層をヒータによって加熱してもよい。ヒータによる加熱を行うと、特に、記録媒体Pが非浸透性である場合に、記録媒体Pに対する印刷層の密着性を高めることができる。
After that, the transport roller pairs 112, 113, and 114 discharge the recording medium P on which the image is formed to the
図4に、インクジェットプリンタ100の要部の斜視図を示す。図4には、上で説明したインクジェットヘッド1と、媒体保持機構110と、ヘッド移動機構120と、ブレード移動機構130と、ワイピングブレード140とを描いている。
FIG. 4 shows a perspective view of a main part of the
媒体保持機構110は、記録媒体P、例えば記録用紙を、インクジェットヘッド1に対向して保持する。媒体保持機構110は、記録媒体を移動させる記録用紙移動機構としての機能も有している。媒体保持機構110は、図3の搬送ベルト107、駆動ローラ108、従動ローラ109、負圧チャンバ111、及びファン119を含んでいる。媒体保持機構110は、印刷時には、記録媒体Pを、インクジェットヘッド1に対向させた状態で、記録媒体Pの印刷面に平行な方向へ移動させる。その間に、インクジェットヘッド1は、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体P上に印刷する。
The
ヘッド移動機構120は、印刷時には、インクジェットヘッド1を印刷位置に移動させる。また、ヘッド移動機構120は、クリーニング時には、インクジェットヘッド1をクリーニング位置に移動させる。
The
ワイピングブレード140は、インクジェットヘッド1のノズルプレートの記録媒体と対向する面、即ち、記録媒体対向面を擦って、この記録媒体対向面から付着物を除去する。ここで、付着物は、例えば、インクや塵及び埃等のゴミである。
The
ブレード移動機構130は、ワイピングブレード140を移動させる。具体的には、ブレード移動機構130は、ヘッド移動機構120がインクジェットヘッド1をクリーニング位置に移動させた後、ワイピングブレード140を、ノズルプレート50の記録媒体対向面に押し当ながら、その上で移動させる。これにより、ノズルプレート50の記録媒体対向面に付着しているインク等の付着物を取り除く。
なお、ワイピングブレード140及びブレード移動機構130は省略してもよい。
The
The
上記のインクジェットヘッド1では、ノズルプレート50の媒体対向面に撥液性が付与されている。撥液性を付与するために、ノズルプレート基板の媒体対向面に、プライマー層及び撥液層を設けている。これについて、図5を参照しながら説明する。
In the inkjet head 1 described above, liquid repellency is imparted to the surface of the
図5は、図1及び図2のノズルプレート50の構造を概略的に示す断面図である。ノズルプレート50は、上記の通り、ノズルプレート基板51とプライマー層52と撥液層53とを含んでいる。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
プライマー層52は、ノズルプレート基板51の記録媒体Pと対向する面に設けられている。プライマー層52はプライマー剤の単分子膜からなる。プライマー剤は、シリコン原子と炭素原子とを含んでいる。
The
プライマー剤は、例えば、第1及び第2反応性官能基、炭素骨格並びにアルコキシシリル基を含んでいる。 The primer agent contains, for example, first and second reactive functional groups, a carbon skeleton and an alkoxysilyl group.
第1反応性官能基は、ノズルプレート基板51の表面に存在している官能基と反応することによって、プライマー剤をノズルプレート基板51と結合させる。第1反応性官能基は、例えば、水酸基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基等の不飽和炭化水素基、又はメルカプト基である。ノズルプレート基板51の表面に存在する官能基は、例えば、水酸基、エステル結合、アミノ基、又はチオール基である。
The first reactive functional group binds the primer agent to the
第2反応性官能基は、撥液層53の形成に使用する直鎖状フッ素化合物と反応することによって、直鎖状フッ素化合物をプライマー剤と結合させる。直鎖状フッ素化合物については後述する。第2反応性官能基は、例えば、水酸基、又はメトキシ基及びエトキシ基等のアルコキシ基である。
The second reactive functional group binds the linear fluorine compound to the primer agent by reacting with the linear fluorine compound used for forming the
炭素骨格は、第1反応性官能基と第2反応性官能基とを連結している。炭素骨格は、1以上の炭素原子を含む。炭素骨格の炭素原子数は、4乃至30の範囲内にあることが好ましく、4乃至22の範囲内にあることがより好ましい。炭素骨格は、1以上のフッ素原子を更に含んでいることが好ましい。炭素骨格がフッ素原子を有していると、撥液性に優れる。 The carbon skeleton connects the first reactive functional group and the second reactive functional group. The carbon skeleton contains one or more carbon atoms. The number of carbon atoms in the carbon skeleton is preferably in the range of 4 to 30, more preferably in the range of 4 to 22. The carbon skeleton preferably further contains one or more fluorine atoms. When the carbon skeleton has a fluorine atom, it has excellent liquid repellency.
アルコキシシリル基は、炭素骨格に連結している。アルコキシシリル基を加水分解するとシラノール基が生じる。ノズルプレート基板51上で隣り合ったプライマー剤の分子間でシラノール基の脱水縮合を生じさせることにより、プライマー剤に分子間結合を生じさせることができる。このように、プライマー剤の分子は互いに結合していることが好ましい。一例によれば、ノズルプレート基板51上で隣り合ったプライマー剤の分子は、シロキサン結合(Si-O-Si)によって相互に結合している。これにより、プライマー剤は、ノズルプレート基板51の媒体対向面に対して略平行な結合を形成する。
The alkoxysilyl group is linked to the carbon skeleton. Hydrolysis of the alkoxysilyl group yields a silanol group. By causing dehydration condensation of silanol groups between adjacent molecules of the primer agent on the
なお、加水分解によって生じたシラノール基のうち、プライマー剤の分子間結合に使用されなかったシラノール基は、プライマー剤と直鎖状フッ素化合物との結合に使用することができる。 Of the silanol groups generated by hydrolysis, the silanol groups that were not used for the intermolecular bond of the primer agent can be used for the bond between the primer agent and the linear fluorine compound.
プライマー剤としては、例えば、下記の一般式(1)で表される化合物を使用することができる。 As the primer agent, for example, a compound represented by the following general formula (1) can be used.
一般式(1)において、nは1乃至10の自然数である。一般式(1)において、R1及びR2は、それぞれ上述した第1及び第2反応性官能基である。一般式(1)で表される化合物は、第1及び第2反応性官能基、炭素骨格並びにアルコキシシリル基を含んでいる。 In the general formula (1), n is a natural number of 1 to 10. In the general formula (1), R1 and R2 are the above-mentioned first and second reactive functional groups, respectively. The compound represented by the general formula (1) contains a first and second reactive functional group, a carbon skeleton and an alkoxysilyl group.
一般式(1)においてアルコキシシリル基はトリメトキシシリル基であるが、アルコキシシリル基はトリエトキシシリル基等の官能基であってもよい。また、一般式(1)において、炭素骨格に含まれるCF2基の個数は2であるが、CF2基の個数は1であってもよく、3以上であってもよい。また、炭素骨格のうち繰り返し単位に含まれる炭素原子数は2であるが、炭素原子数は1であってもよく、3以上であってもよい。 In the general formula (1), the alkoxysilyl group is a trimethoxysilyl group, but the alkoxysilyl group may be a functional group such as a triethoxysilyl group. Further, in the general formula (1), the number of CF 2 groups contained in the carbon skeleton is 2, but the number of CF 2 groups may be 1 or 3 or more. Further, although the number of carbon atoms contained in the repeating unit of the carbon skeleton is 2, the number of carbon atoms may be 1 or 3 or more.
上記のプライマー剤を使用して単分子膜を形成すると、通常0.7nm乃至1nmの厚さのプライマー層52が得られる。
When a monomolecular film is formed using the above-mentioned primer agent, a
撥液層53は、プライマー層52上に設けられている。撥液層53は、直鎖状フッ素化合物の単分子膜からなる。直鎖状フッ素化合物は、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を表面側に有し、他方の末端基がプライマー層52に結合した直鎖状分子である。
The
撥液層53は、例えば、一方の末端基がパーフルオロアルキル基であり、他方の末端基が第3反応性官能基である直鎖状フッ素化合物を使用して形成することができる。
The
パーフルオロアルキル基は、直鎖状である。パーフルオロアルキル基の炭素原子数は、4以下(C1乃至C4)の範囲内で選択することができる。パーフルオロアルキル基は、ノズルプレート基板51の表面に対する垂線方向に沿って直立していることが好ましい。パーフルオロアルキル基の炭素原子数を増やすと、パーフルオロアルキル基を直立させることが容易になるが、発がん性等の人体への悪影響がある。
The perfluoroalkyl group is linear. The number of carbon atoms of the perfluoroalkyl group can be selected within the range of 4 or less (C1 to C4). The perfluoroalkyl group is preferably upright along the perpendicular direction to the surface of the
第3反応性官能基は、第2反応性官能基と反応することによって、直鎖状フッ素化合物をプライマー剤と結合させる。第3反応性官能基は、例えば、水酸基、又はメトキシ基及びエトキシ基等のアルコキシ基である。
なお、第3反応性官能基は、アルコキシシリル基の加水分解によって生じるシラノール基のうち、分子間結合に使用されなかったシラノール基と反応することによって、直鎖状フッ素化合物をプライマー剤と結合させることも可能である。
The third reactive functional group binds the linear fluorine compound to the primer agent by reacting with the second reactive functional group. The third reactive functional group is, for example, a hydroxyl group or an alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group.
The third reactive functional group binds a linear fluorine compound to a primer agent by reacting with a silanol group that was not used for the intermolecular bond among the silanol groups generated by hydrolysis of the alkoxysilyl group. It is also possible.
直鎖状フッ素化合物は、例えば、パーフルオロアルキル基と第3反応性官能基とを連結するスペーサ連結基を有している。スペーサ連結基が存在すると、パーフルオロアルキル基がノズルプレート基板51の表面に対する垂線方向に沿って直立した構造をとるのに有利になる。スペーサ連結基は、例えば、パーフルオロポリエーテル基である。
The linear fluorine compound has, for example, a spacer linking group that links the perfluoroalkyl group and the third reactive functional group. The presence of the spacer linking group is advantageous for the perfluoroalkyl group to have an upright structure along the perpendicular direction to the surface of the
直鎖状フッ素化合物としては、例えば、下記の一般式(2)で表される化合物を使用することができる。 As the linear fluorine compound, for example, a compound represented by the following general formula (2) can be used.
一般式(2)において、pは1乃至50の自然数であり、R3は第3反応性官能基である。 In the general formula (2), p is a natural number from 1 to 50, and R3 is a third reactive functional group.
上記の直鎖状フッ素化合物を使用して単分子膜を形成すると、通常9nm乃至10nmの厚さの撥液層53が得られる。
When a monomolecular film is formed using the above-mentioned linear fluorine compound, a liquid-
図5に示すノズルプレート50は、例えば、以下のようにして得られる。なお、ここでは、一例として、ノズルプレート基板51はポリイミドからなり、プライマー剤はアルコキシシリル基を含んでいるとする。
The
先ず、ポリイミドからなるノズルプレート基板51を準備する。ノズルプレート基板51の表面のうち記録媒体Pと対向する面は、プライマー剤との結合に必要な官能基、例えば、水酸基をほとんど有していない場合がある。そのような場合、プライマー層52の形成に先立ち、ノズルプレート基板51に以下のような前処理を行うことが好ましい。
First, a
例えば、ノズルプレート基板51の表面に対して、アルゴン-酸素混合ガス中でイオンプラズマ処理を施し、表面の改質を行う。イオンプラズマ処理は、例えば、以下のように行う。即ち、ノズルプレート基板51を真空チャンバ内に設置し、チャンバ内の空気を真空引きする。そして、上記ノズルプレート基板51を取り巻く雰囲気をアルゴン-酸素混合ガスへと切り替え、その後、プラズマを発生させる。
For example, the surface of the
酸素を含んだ雰囲気中でイオンプラズマ処理を行うことで、ノズルプレート基板51表面のポリイミドで開環反応を生じさせて、この表面を水酸基で修飾する。これに加えて、アルゴンを含んだ雰囲気中でイオンプラズマ処理を行うことで、ノズルプレート基板51に付着しているゴミを除去する。
By performing ion plasma treatment in an atmosphere containing oxygen, a ring-opening reaction is caused by the polyimide on the surface of the
イオンプラズマ処理は、好ましくは、酸素濃度が50体積%以下のアルゴン-酸素混合ガス中で行い、より好ましくは、酸素濃度が20乃至50体積%の範囲内にあるアルゴン-酸素混合ガス中で行う。なお、酸素濃度が大きすぎる場合、ノズルプレート基板51の表面が損傷し、表面荒れを生じる虞がある。ノズルプレート基板51の表面に荒れが生じた場合、プライマー剤との結合が不十分となる虞がある。
The ion plasma treatment is preferably performed in an argon-oxygen mixed gas having an oxygen concentration of 50% by volume or less, and more preferably performed in an argon-oxygen mixed gas having an oxygen concentration in the range of 20 to 50% by volume. .. If the oxygen concentration is too high, the surface of the
イオンプラズマ処理は、100秒以上行うことが好ましく、200秒以上行うことがより好ましい。プラズマ照射時間が短すぎる場合、ノズルプレート基板51への表面修飾が十分に行われない虞がある。
The ion plasma treatment is preferably performed for 100 seconds or longer, and more preferably 200 seconds or longer. If the plasma irradiation time is too short, the surface modification of the
次に、ノズルプレート基板51の表面にプライマー剤を含む溶液を塗布する。プライマー剤を含む溶液としては、例えば、プライマー剤を、有機溶剤で溶かした溶液を用いることができる。また、溶液の塗布は、スプレー法、スピンコーティング法、ブレードコート法等通常の方法を用いることができる。
Next, a solution containing a primer is applied to the surface of the
次いで、プライマー剤を含んだ塗膜とノズルプレート基板51とを備えた積層体を加熱する。このようにして、プライマー剤をポリイミドに結合させるとともに、塗膜を乾燥させる。加熱は、例えば、200℃で15分間行う。
Next, the laminate provided with the coating film containing the primer agent and the
次いで、プライマー剤のアルコキシシリル基を加水分解させる。プライマー剤のアルコキシシリル基が加水分解すると、シラノール基が生成する。そして、ノズルプレート基板51上で隣り合ったプライマー剤の分子間でシラノール基の脱水縮合が生じる。これにより、プライマー剤の分子間結合を形成する。
The alkoxysilyl group of the primer is then hydrolyzed. Hydrolysis of the alkoxysilyl group of the primer produces a silanol group. Then, dehydration condensation of silanol groups occurs between the molecules of the primer agents adjacent to each other on the
このようにして、ノズルプレート基板51上にプライマー層52を形成する。
In this way, the
次いで、プライマー層52の表面に直鎖状フッ素化合物を含む溶液を塗布して撥液層53を形成する。直鎖状フッ素化合物を含む溶液としては、例えば、直鎖状フッ素化合物を、有機溶剤で溶かした溶液を用いることができる。また、溶液の塗布には、プライマー剤を含む溶液について上述した方法を用いることができる。
Next, a solution containing a linear fluorine compound is applied to the surface of the
次いで、直鎖状フッ素化合物を含んだ塗膜とプライマー層52とノズルプレート基板51とを備えた積層体を加熱する。このようにして、直鎖状フッ素化合物とプライマー剤との間で反応を生じさせて、直鎖状フッ素化合物をプライマー層52の表面に結合させる。これにより、撥液層53として、直鎖状フッ素化合物からなる単分子膜を形成する。加熱は、例えば、200℃で15分間行う。
Next, the laminate including the coating film containing the linear fluorine compound, the
以上のようにして、図5に示すノズルプレート50が得られる。
As described above, the
上述したノズルプレート50は、撥液性に優れる。このため、上述したノズルプレート50を備えたインクジェットヘッド1も、撥液性に優れる。
The
上述したノズルプレート50に類似した構造を有するノズルプレートは、例えば、プライマー層を省略し、プライマー剤について上述した構造と直鎖状フッ素化合物について上述した構造とを一分子内に有する材料を使用して撥液層をノズルプレート基板上に形成することにより得ることが可能である。
For the nozzle plate having a structure similar to the
しかしながら、このような撥液層の形成に使用する分子は、プライマー剤について上述した構造と直鎖状フッ素化合物について上述した構造とを一分子内に有するため長い。このため、これら分子をノズルプレート基板上に緻密に且つ整然と配置することは難しい。 However, the molecule used for forming such a liquid-repellent layer is long because it has the above-mentioned structure for the primer agent and the above-mentioned structure for the linear fluorine compound in one molecule. Therefore, it is difficult to arrange these molecules precisely and orderly on the nozzle plate substrate.
他方、上述したノズルプレート50の製造に使用するプライマー剤は、分子の長さが比較的短い。このため、これらプライマー剤の分子は、ノズルプレート基板51上に緻密に且つ整然と配置することが容易である。また、上述したノズルプレート50の製造に使用する直鎖状フッ素化合物も、分子の長さが比較的短い。このため、これら直鎖状フッ素化合物の分子も、プライマー層52上に緻密に且つ整然と配置することが容易である。従って、上述したプライマー層52と撥液層53との二層構造をノズルプレート基板51上に有するノズルプレート50は、プライマー層を省略した上記のノズルプレートよりも優れた撥液性を達成し得る。
On the other hand, the primer agent used for manufacturing the
また、上述したノズルプレート50は、プライマー層52と撥液層53との二層構造をノズルプレート基板51上に有しているため、プライマー剤のモル数と直鎖状フッ素化合物のモル数とは一致している必要はない。それ故、例えば、プライマー層52が含むプライマー剤のモル数と比較して、撥液層53が含む直鎖状フッ素化合物のモル数をより大きくすることができる。具体的には、第2反応性官能基と、分子間結合に使用されなかったシラノール基とが、それぞれ別の直鎖状フッ素化合物の分子と結合することで、撥液層53が含む直鎖状フッ素化合物のモル数をプライマー層52が含むプライマー剤のモル数よりも大きくすることができる。このように、上述したノズルプレート50では、所望の撥液性を容易に達成することができる。
Further, since the
上述したノズルプレート50は単分子膜からなるプライマー層52を含む。そのようなノズルプレート50は、プライマー層が複数の単分子膜の積層体からなるノズルプレートよりも、撥液層とノズルプレート基板との密着性及び耐擦過性に優れる。耐擦過性とは、ワイピングブレード140等を用いた擦過による撥液性の劣化が生じにくい性質である。
The
なお、プライマー層52が単分子膜からなるか否かの判断には、X線光電子分光分析(XPS)法を利用することができる。例えば、撥液層53とプライマー層52とノズルプレート基板51とを備えたノズルプレート50を、撥液層53の表面からエッチングして得られるノズルプレート50についてX線光電子分光(XPS)スペクトルを調べることで上記の判断が可能である。
The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method can be used to determine whether or not the
以下、実施例及び比較例を説明する。
(実施例)
本例では、プライマー層と撥液層とを有するノズルプレートを製造した。プライマー層及び撥液層は、以下の方法により形成した。
Hereinafter, examples and comparative examples will be described.
(Example)
In this example, a nozzle plate having a primer layer and a liquid-repellent layer was manufactured. The primer layer and the liquid-repellent layer were formed by the following method.
ノズルプレート基板として、ポリイミドフィルムを準備した。このノズルプレート基板に対して、アルゴン-酸素混合ガスを含んだ減圧雰囲気中でプラズマ処理を施した。これにより、基板表面のポリイミドで開環反応を生じさせて、この表面に水酸基を付与した。 A polyimide film was prepared as a nozzle plate substrate. The nozzle plate substrate was subjected to plasma treatment in a reduced pressure atmosphere containing an argon-oxygen mixed gas. As a result, a ring-opening reaction was caused by the polyimide on the surface of the substrate, and a hydroxyl group was imparted to this surface.
プライマー剤の溶液を、ノズルプレート基板の上記表面にブレードコート法により塗布した。プライマー剤としては、上記一般式(1)で表され、R1が水酸基であり、R2が水酸基であり、nが10であるものを使用した。
この塗膜は、200℃で15分間に亘って加熱した。このようにして、プライマー剤をポリイミドに結合させるとともに、塗膜を乾燥させた。更に、プライマー剤のアルコキシシリル基を加水分解させ、隣り合ったプライマー剤分子の間で、シラノール基の脱水縮合を生じさせた。これにより、プライマー層として、プライマー剤からなる単分子膜を形成した。
The primer solution was applied to the surface of the nozzle plate substrate by the blade coating method. As the primer agent, which is represented by the above general formula (1), R1 is a hydroxyl group, R2 is a hydroxyl group, and n is 10.
The coating was heated at 200 ° C. for 15 minutes. In this way, the primer agent was bonded to the polyimide and the coating film was dried. Further, the alkoxysilyl group of the primer agent was hydrolyzed to cause dehydration condensation of the silanol group between adjacent primer agent molecules. As a result, a monomolecular film made of a primer agent was formed as a primer layer.
その後、プライマー層の上に、直鎖状フッ素化合物の溶液をブレードコート法により塗布した。直鎖状フッ素化合物としては、上記一般式(2)で表され、R3が水酸基であり、pが1であるものを使用した。
この塗膜は、200℃で15分間に亘って加熱した。このようにして、直鎖状フッ素化合物の第3反応性官能基をプライマー層の第2反応性官能基と反応させた。これにより、撥液層として、フッ素化合物からなる単分子膜を形成した。
Then, a solution of the linear fluorine compound was applied on the primer layer by the blade coating method. As the linear fluorine compound, a compound represented by the above general formula (2), in which R3 is a hydroxyl group and p is 1, was used.
The coating was heated at 200 ° C. for 15 minutes. In this way, the third reactive functional group of the linear fluorine compound was reacted with the second reactive functional group of the primer layer. As a result, a monomolecular film made of a fluorine compound was formed as a liquid-repellent layer.
(比較例)
プライマー層の形成を2回行ったこと以外は、上記実施例と同様の方法によりノズルプレートを製造した。
(Comparative example)
A nozzle plate was manufactured by the same method as in the above example except that the primer layer was formed twice.
(撥液性試験)
実施例及び比較例に係るノズルプレートの各々を、15mmの幅に切断した。これら試料の各々を、その主面が重力方向に対して平行になるようにインクジェットインクに数秒間浸漬させた。そして、各試料を長さ45mmだけインクから引き上げ、引き上げた部分からインクが無くなるまでに要した時間を測定した。その結果、何れの試料も、インクから引き上げた直後に、引き上げた部分からインクが無くなった。このことから、実施例及び比較例に係るノズルプレートは何れも撥液性に優れていた。
(Liquid repellent test)
Each of the nozzle plates according to Examples and Comparative Examples was cut to a width of 15 mm. Each of these samples was immersed in inkjet ink for a few seconds so that its main surface was parallel to the direction of gravity. Then, each sample was pulled up from the ink by a length of 45 mm, and the time required for the ink to run out from the pulled up portion was measured. As a result, in each sample, the ink disappeared from the pulled-up portion immediately after being pulled up from the ink. From this, both the nozzle plates according to the examples and the comparative examples were excellent in liquid repellency.
(密着性及び耐擦過性試験)
実施例に係るノズルプレートをワイピングブレードによって6000回擦った。その結果、実施例に係るノズルプレートは、6000回擦った後であっても撥液層がノズルプレート基板から剥離しなかった。また、擦った後のノズルプレートは撥液性に優れていた。このように、実施例に係るノズルプレートは撥液層とノズルプレート基板との密着性、及び耐擦過性に優れていた。
(Adhesion and scratch resistance test)
The nozzle plate according to the embodiment was rubbed 6000 times with a wiping blade. As a result, in the nozzle plate according to the example, the liquid-repellent layer did not peel off from the nozzle plate substrate even after being rubbed 6000 times. In addition, the nozzle plate after rubbing was excellent in liquid repellency. As described above, the nozzle plate according to the embodiment was excellent in adhesion between the liquid repellent layer and the nozzle plate substrate and scratch resistance.
比較例に係るノズルプレートをワイピングブレードによって擦ったところ、撥液層がノズルプレート基板からすぐに剥離した。このように、比較例に係るノズルプレートは、撥液層とノズルプレート基板との密着性に優れておらず、従って、耐擦過性にも優れていなかった。 When the nozzle plate according to the comparative example was rubbed with a wiping blade, the liquid-repellent layer was immediately peeled off from the nozzle plate substrate. As described above, the nozzle plate according to the comparative example did not have excellent adhesion between the liquid-repellent layer and the nozzle plate substrate, and therefore did not have excellent scratch resistance.
(XPS分析)
実施例及び比較例に係るノズルプレートの各々についてXPSスペクトルを測定した。上記のXPSスペクトルの測定に加え、実施例及び比較例に係るノズルプレートの各々をエッチングし、エッチングして得られたノズルプレートについてもXPSスペクトルを測定した。また、エッチング時間を変更して得られたノズルプレートについてもXPSスペクトルを測定した。エッチングは、エッチング速度が1.7pm/秒となるように行った。
(XPS analysis)
XPS spectra were measured for each of the nozzle plates according to Examples and Comparative Examples. In addition to the above-mentioned measurement of the XPS spectrum, each of the nozzle plates according to Examples and Comparative Examples was etched, and the XPS spectrum was also measured for the nozzle plate obtained by etching. The XPS spectrum was also measured for the nozzle plate obtained by changing the etching time. The etching was performed so that the etching rate was 1.7 pm / sec.
図6及び図7は、それぞれ、実施例及び比較例に係るノズルプレートについて得られたXPSスペクトルを示すグラフである。図6及び図7に示すように、例えば6000秒間に亘ってエッチングした場合、実施例に係るノズルプレートは、比較例に係るノズルプレートと比較して、680乃至690eVの結合エネルギーの範囲内におけるエネルギー強度のピーク値がより小さい。
このように、実施例に係るノズルプレートの構造と、比較例に係るノズルプレートの構造との差異はXPSスペクトルに表れる。
6 and 7 are graphs showing XPS spectra obtained for the nozzle plates according to Examples and Comparative Examples, respectively. As shown in FIGS. 6 and 7, for example, when etched for 6000 seconds, the nozzle plate according to the embodiment has an energy within the range of binding energy of 680 to 690 eV as compared with the nozzle plate according to the comparative example. The peak value of intensity is smaller.
As described above, the difference between the structure of the nozzle plate according to the embodiment and the structure of the nozzle plate according to the comparative example appears in the XPS spectrum.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified at the implementation stage without departing from the gist thereof. Further, the embodiments may be carried out in combination as appropriate, and in that case, the combined effect can be obtained. Further, the above-described embodiment includes various inventions, and various inventions can be extracted by a combination selected from a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, if the problem can be solved and the effect is obtained, the configuration in which the constituent elements are deleted can be extracted as an invention.
1…インクジェットヘッド、10…インクマニホールド、11…インク供給管、12…インク戻し管、20…アクチュエータ基板、21…インク供給口、22…インク排出口、30…アクチュエータ、31…配線パターン、40…フレーム、50…ノズルプレート、N…ノズル、51…ノズルプレート基板、52…プライマー層、53…撥液層、60…フレキシブルプリント基板、61…駆動回路、100…インクジェットプリンタ、1011…カセット、1012…カセット、102…給紙ローラ、103…給紙ローラ、104…搬送ローラ対、105…搬送ローラ対、106…レジストローラ対、107…搬送ベルト、108…駆動ローラ、109…従動ローラ、111…負圧チャンバ、112、搬送ローラ対、113…搬送ローラ対、114…搬送ローラ対、1151…インクジェットヘッド、1152…インクジェットヘッド、1153…インクジェットヘッド、1154…インクジェットヘッド、1161…インクカートリッジ、1162…インクカートリッジ、1163…インクカートリッジ、1164…インクカートリッジ、1171…チューブ、1172…チューブ、1173…チューブ、1174…チューブ、118…排紙トレイ、119…ファン、P…記録媒体、110…媒体保持機構、120…ヘッド移動機構、130…ブレード移動機構、140…ワイピングブレード。 1 ... inkjet head, 10 ... ink manifold, 11 ... ink supply tube, 12 ... ink return tube, 20 ... actuator board, 21 ... ink supply port, 22 ... ink discharge port, 30 ... actuator, 31 ... wiring pattern, 40 ... Frame, 50 ... Nozzle plate, N ... Nozzle, 51 ... Nozzle plate substrate, 52 ... Primer layer, 53 ... Liquid repellent layer, 60 ... Flexible printed substrate, 61 ... Drive circuit, 100 ... Inkjet printer, 1011 ... Cassette, 1012 ... Cassette, 102 ... Ink roller, 103 ... Ink roller, 104 ... Ink roller pair, 105 ... Ink roller pair, 106 ... Ink roller pair, 107 ... Ink belt, 108 ... Drive roller, 109 ... Driven roller, 111 ... Negative Pressure chamber, 112, transfer roller pair, 113 ... transfer roller pair, 114 ... transfer roller pair, 1151 ... inkjet head, 1152 ... inkjet head, 1153 ... inkjet head, 1154 ... inkjet head, 1161 ... ink cartridge, 1162 ... ink cartridge , 1163 ... ink cartridge, 1164 ... ink cartridge, 1171 ... tube, 1172 ... tube, 1173 ... tube, 1174 ... tube, 118 ... paper ejection tray, 119 ... fan, P ... recording medium, 110 ... medium holding mechanism, 120 ... Head movement mechanism, 130 ... blade movement mechanism, 140 ... wiping blade.
Claims (5)
前記ノズルプレートは、
ノズルプレート基板と、
前記ノズルプレート基板の前記記録媒体と対向する面に設けられ、シリコン原子と炭素原子とを含んだプライマー剤の単分子膜からなるプライマー層と、
前記プライマー層上に設けられ、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を表面側に有し、他方の末端基が前記プライマー層に結合した直鎖状フッ素化合物の単分子膜からなる撥液層と
を含んだインクジェットヘッド。 It is equipped with a nozzle plate provided with a nozzle that ejects ink toward the recording medium.
The nozzle plate is
Nozzle plate board and
A primer layer provided on the surface of the nozzle plate substrate facing the recording medium and made of a monomolecular film of a primer agent containing silicon atoms and carbon atoms.
A liquid-repellent layer provided on the primer layer, having a perfluoroalkyl group as one terminal group on the surface side, and having the other terminal group bonded to the primer layer, which is a monomolecular film of a linear fluorine compound. Including inkjet head.
前記インクジェットヘッドに対向して前記記録媒体を保持する媒体保持機構と
を備えたインクジェットプリンタ。 The inkjet head according to any one of claims 1 to 3 and the inkjet head.
An inkjet printer provided with a medium holding mechanism for holding the recording medium facing the inkjet head.
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