JP2023007189A - インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置 - Google Patents

インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023007189A
JP2023007189A JP2021110284A JP2021110284A JP2023007189A JP 2023007189 A JP2023007189 A JP 2023007189A JP 2021110284 A JP2021110284 A JP 2021110284A JP 2021110284 A JP2021110284 A JP 2021110284A JP 2023007189 A JP2023007189 A JP 2023007189A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
nozzle
inkjet head
repellent film
contact angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021110284A
Other languages
English (en)
Inventor
修平 中谷
Shuhei Nakatani
一伸 入江
Kazunobu Irie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2021110284A priority Critical patent/JP2023007189A/ja
Priority to CN202210720546.9A priority patent/CN115556485A/zh
Priority to KR1020220078045A priority patent/KR20230005762A/ko
Publication of JP2023007189A publication Critical patent/JP2023007189A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/07—Ink jet characterised by jet control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/1433—Structure of nozzle plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/165—Prevention or detection of nozzle clogging, e.g. cleaning, capping or moistening for nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/165—Prevention or detection of nozzle clogging, e.g. cleaning, capping or moistening for nozzles
    • B41J2/16502—Printhead constructions to prevent nozzle clogging or facilitate nozzle cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J25/00—Actions or mechanisms not otherwise provided for
    • B41J25/001—Mechanisms for bodily moving print heads or carriages parallel to the paper surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14338—Multiple pressure elements per ink chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】経時的に安定した撥液性を維持する。【解決手段】インクジェットヘッド１０は、ノズル１２が形成されたノズルプレート１１と、ノズル１２に連通する圧力室１４と、圧力室１４を加圧する加圧部３０と、加圧部３０で発生されたエネルギーを圧力室１４に伝える振動板１７とを備える。ノズルプレート１１の外表面１１ａには、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜５０が形成されている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置に関する。
従来より、インクジェットヘッドのノズルから液滴を吐出して、記録媒体上に画像を形成するインクジェット印刷装置が知られている。インクジェットヘッドにおいては、ノズルから液滴を吐出したときに、ノズルの吐出側開口の周囲にインクが付着してしまうことがある。そうすると、ノズルから液滴を吐出するときに、吐出角度が曲がってしまうおそれがある。
そこで、例えば、特許文献１では、ノズルプレートとして、有機フィルム上にシランカップリング剤、アルコシシラン化合物及びフルオロアルキルシラン化合物を用いてシリコンレジン層を形成し、そのシリコンレジン層上にフッ素樹脂を用いてフッ素樹脂層を形成している。
特開２００７ー２３００６１号公報
ところで、ノズル面の撥液性は安定した液滴の吐出には必要不可欠であるため、撥液膜の経時的な安定性が求められる。しかしながら、例えば、特許文献１に示された従来の撥液膜は、インクが接液することに対する経時的な安定性に乏しいという課題があった。特に、従来の撥液膜は、酸化チタンなどの無機化合物の粒子が分散されたインクに対して、撥液性がすぐに低下してしまう。酸化チタン粒子は、硬くて研磨作用があり、撥液膜が削れてしまうからである。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、無機化合物を含むインクを使用した場合においても経時的に安定した撥液性が維持されるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
本開示の一態様に係るインクジェットヘッドは、ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室を加圧する加圧部と、前記加圧部で発生されたエネルギーを前記圧力室に伝える振動板とを備え、前記ノズルプレートの外表面には、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜が形成されている。
本開示の他の一態様に係る印刷装置は、上記態様に記載のインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドの吐出動作を制御する制御部と、前記インクジェットヘッドと被印刷媒体とを相対移動させる搬送部とを備える。
本開示の他の一態様は、ノズルプレートに形成されたノズルから液滴を吐出して被印刷媒体に液滴を着弾させるインクジェットヘッドを製造する方法に関し、前記ノズルプレートの外表面に、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜を形成する撥液膜工程と、前記撥液膜が形成された前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するノズル工程とを含む。
本開示によれば、ノズルプレートの外表面に、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜を形成している。これにより、インクジェットヘッドから無機化合物を含む液体を吐出させる場合においても経時的に安定した撥液性を維持することができる。
インクジェットヘッドの構成を示す断面模式図 図１Ａの撥液膜とノズルの位置関係の詳細を示す断面模式図 図１ＡのＡ－Ａ線断面図 インクジェットヘッドを被印刷媒体側から見た図 インクジェットヘッドの他の構成例を示す図１Ｂ相当図 インクジェットヘッドの他の構成例を示す図１Ｂ相当図 インクジェットヘッドの撥液膜のフッ素濃度の一例を示す図 インクジェットヘッドの撥液膜の接触角の一例を示す図 インクジェットヘッドの製造方法を説明するためのフローチャート 実施例１に係るインクジェットヘッドの撥液膜の接触角を示す図 比較例１に係るインクジェットヘッドの撥液膜の接触角を示す図 実施例１に係るインクジェットヘッドの液滴の吐出状態を示す図 その他の実施形態に係る図１Ｂ相当図 欠けが発生した場合におけるインクジェットヘッドの液滴の吐出状態を示す図 印刷装置の構成を示す平面図 印刷装置の構成を示す側面図
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
＜インクジェットヘッド＞
図１（図１Ａ～図１Ｄ）には、インクジェットヘッド１０の構成例を示す。
本開示のインクジェットヘッド１０は、ノズルプレート１１に形成されたノズルからインク液滴を吐出して被印刷媒体に液滴を着弾させる。吐出対象のインクは、特に限定されない。例えば、（１）量子ドット半導体粒子を含有する量子ドット発光インクや酸化チタンを含有する白色の加飾インク、（２）ペロブスカイト太陽電池を構成するための機能インク、（３）金属ナノ粒子を含有する導電性インク、（４）細胞などを含有する生体インク、などが吐出される。なお、インクジェットヘッド１０が、インク以外の液体を吐出してもよい。
インクジェットヘッド１０は、１つ以上のノズル１２が形成されたノズルプレート１１と、圧力室１４と、加圧部３０と、振動板１７とを備える。インクジェットヘッド１０は、ノズル１２から吐出されたインク液滴７０（図７参照）を被印刷媒体（図示省略）に着弾させるために用いる。
以下の説明では、インクジェットヘッド１０の長手方向をＹ方向、長手方向と直交する幅方向をＸ方向と呼ぶ。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向と呼ぶ。本開示において、ノズルプレート１１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿うように配置されている。
－ノズルプレート－
前述のとおり、ノズルプレート１１には、圧力室１４内に収容されたインクを液滴として吐出するためのノズル１２が形成されている。ノズルプレート１１の材質は、特に限定されないが、例えば、ステンレスなどの金属である。ノズル１２は、ノズルプレート１１にＺ方向に貫通形成された、平面視で円形状の貫通孔である。
ノズル１２の直径Ｒは、例えば、５～５０μｍ程度である。ノズル１２は、例えば、レーザ加工、エッチングまたはパンチングなどの方法を用いて形成される。
なお、ノズル１２の形状は、断面視において図１Ｂのようなストレート形状でなくてもよい。例えば、図１Ｅの断面図に示すように、ノズル１２の開口が吐出口１２ａに向かって次第に縮小するように傾斜する、いわゆる「すり鉢状」であっても構わない。また、図１Ｆの断面図に示すように、ノズル１２の開口が吐出口１２ａに向かって次第に縮小した後に断面視でストレート形状になる、いわゆる「漏斗状」であっても構わない。なお、図１Ｅ及び図１Ｆの形状は、レーザ加工を用いてノズル１２の形成することで好適に実現できる。
また、図１Ａに示すように、ノズルプレート１１が、圧力室１４を区画する外壁の一部を構成するようにしてもよい。
－撥水膜－
ノズルプレート１１には、被印刷媒体と対向させる外表面１１ａ（以下、単に外表面１１ａという）に、インクを撥く性質（撥液性）を有する撥液膜５０が形成されている。
撥液膜５０は、フッ素を含有したダイヤモンドライクカーボン膜からなる。撥液膜５０の厚みは、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍから３００ｎｍ程度である。撥液膜５０の膜厚が薄すぎると撥液性が乏しくなる。一方で、撥液膜５０の膜厚が厚すぎると膜応力が大きくなり、ノズルプレート１１が反ってしまう。このような反った状態になると、インクジェットヘッド１０の組み立て時に他の部材（例えば流路プレート１６）との接着が難しくなる。撥液膜５０としてフッ素を含有したダイヤモンドライクカーボン膜を用いることで、耐摩耗性に優れた特性を有する。
ここで、インクの中には酸化チタンなどの無機化合物の粒子が含まれるものもある。従来技術では、酸化チタンが撥液膜を削り取ることで、撥液性を劣化させることがあった。ノズルの周囲の撥液性が損なわれるとインクがノズル付近で濡れ広がり、適切なメニスカスを形成することができない。そうすると、インクジェットヘッド１０が安定してインクを吐出することができなくなる。これに対し、本実施の形態のインクジェットヘッド１０では、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることで、撥液膜５０に耐摩耗性があるので、上記の従来技術のような問題が起こらない。
図１Ｂ及び図１Ｄに示すように、撥液膜５０は、ノズル１２に対して隙間を確保して形成される。すなわち、撥液膜５０は、ノズル１２の吐出口１２ａの周囲の一定距離Ｌ内には形成されていない。換言すると、ノズル１２の吐出口において、ノズルプレート１１の外表面１１ａと撥液膜５０の表面５０ａとの間に段差部６０が設けられている。
隙間は、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍから５００ｎｍ程度であり、より望ましくは２００ｎｍ以下である。隙間が５００ｎｍ程度までと設定されているのは、隙間があまりに大きいと、ノズル１２の周囲の濡れ性が高くなり、インクが濡れ広がるおそれが生じるためである。
撥液膜５０は、深さ方向Ｄ（Ｚ方向）に対してフッ素濃度に勾配がある。具体的には、撥液膜５０の表面５０ａほどフッ素濃度が高く、底面（ノズルプレート１１と接する面）に近づくのにしたがってフッ素濃度が低くなっている。例えば、撥液膜５０に存在するフッ素濃度は、表面付近で１．０atom%から２．０atom%程度であり、底面付近で０．２atom%から０．５atom%程度である。
図２は、撥液膜５０のフッ素濃度を測定した結果を示している。フッ素濃度の測定は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）により行った。図２に示すように、撥液膜５０の表面付近は１．４原子％（atom%）の濃度で、底面付近は０．３原子％（atom%）の濃度でフッ素が存在していることが分かった。
上記のようなフッ素濃度の勾配を設けることで、ノズルプレート１１の外表面１１ａと撥液膜５０の底面との密着性を高めつつ、撥液膜５０の表面５０ａでの撥液性を確保することができる。また、ノズル１２でのインクのメニスカスがより安定に形成できる。
インク液滴７０に対する接触角α，β，γの関係は［式１］のようになっている。接触角αは、インク液滴７０に対する撥液膜５０の表面５０ａの接触角である。接触角をβは、インク液滴７０に対する撥液膜５０の側面５０ｂの接触角である。接触角γは、インク液滴７０に対するノズルプレート１１の外表面１１ａの接触角である。
［式１］
接触角α ＞ 接触角β ＞ 接触角γ
ここで、接触角には２種類あり、静止角と後退角がある。以下において、静止角と後退角について説明する。
液体を固体表面に滴下すると、液体は自らの持つ表面張力で丸くなり、［式２］に示す関係が成り立つ。［式２］は、Ｙｏｕｎｇの式と呼ばれる。
［式２］
γｓ＝γＬ×ｃｏｓθ＋γＳＬ
γｓ：固体の表面張力
γＬ：液体の表面張力
γＳＬ：固体と液体の界面張力
このときのインク液滴７０の接線と固体表面とのなす角度θを接触角と呼ぶ。中でも液体が固体表面上で静止しており、平衡状態に達しているときの接触角を、静止角と呼ぶ。
一方、液体と固体の界面が動いている状態、すなわち、液滴の界面が動くような動的な状況での接触角を「前進角」および「後退角」と呼ぶ。ここでは、固体表面が液体で濡れた後の動的な接触角である後退角に注目する。撥液膜５０のインクに対する後退角は、例えば、３０度以上である。
図３は、具体的なインクを例にして前述の接触角α，β，γの値を比較した例を示す。図３において、インクＸは、水を主成分とする溶媒に酸化チタンの粒子が分散されたインクである。インクＹは、アクリルモノマーを主成分とする液状樹脂に酸化チタンが分散されたインクである。
図３に示すように、接触角α，β，γの関係は、インクＸ，Ｙのいずれにおいても上記の［式１］の関係となっていることがわかる。これにより、ノズル面への液体の付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができる。なお、インクＸの方がインクＹよりも全体的に大きな接触角の値となっており、濡れ性が低い（濡れにくい）状態である。
－圧力室－
図１に戻り、圧力室１４は、ノズル１２と連通している。また、圧力室１４は、絞り部２０を介して個別流路１５と連通している。圧力室１４の容積は、振動板１７の変形により変化する。この容積の変化によってノズル１２からインクが吐出される。圧力室１４の容積や絞り部２０の流路抵抗によってインクの共振周期が変わり、吐出されるインク液滴７０の吐出体積や吐出速度が変わる。よって、必要に応じて圧力室１４の容積などを最適に調整する必要がある。
－加圧部－
加圧部３０は、圧力室１４に対応して設けられており、電圧の印加により変位する。加圧部３０として、例えば、ｄ３３モードまたはｄ３１モードの積層型ピエゾ、あるいは、せん断モードを利用するピエゾ素子を用いることができる。また、加圧部３０として、上記のピエゾ素子に代えて、静電アクチュータまたは発熱素子などのエネルギー発生素子を用いてもよい。
－振動板－
振動板１７は、加圧部３０で発生されたエネルギーを圧力室１４に伝える。図１において、振動板１７は、加圧部３０と圧力室１４の間において、加圧部３０に接するように配置される。振動板１７は、加圧部３０の変位により変形する。振動板１７を構成する素材は、特に限定されないが、例えば、ニッケルやステンレスなどの金属や、ポリイミドなどの樹脂により構成される。振動板１７の厚みは、特に限定されないが、例えば、５～５０μｍであるのが好ましい。
なお、図１Ａでは、１つのノズル１２とそれに対応する構成要素（例えば、圧力室１４、絞り部２０、個別流路１５、加圧部３０等）のみを示しているが、これらの構成要素は、図１Ｃに示すように、Ｙ方向に沿って複数設けられる。
－インクの流路－
共通流路５１、個別流路１５および絞り部２０は、インクの流路である。
図１Ｃは、インクジェットヘッド１０のノズル１２及びインクの流路の配置を示す断面模式図である。
図１Ｃに示すように、共通流路５１は、個別流路１５と連通している。個別流路１５は、絞り部２０を介して圧力室１４と連通している。すなわち、共通流路５１は、各個別流路１５および各絞り部２０を介して各複数の圧力室１４と接続されている。
共通流路５１は、インクリザーバ（図示省略）に接続される。インクリザーバは、インクの供給源であるインク供給タンク（図示省略）に接続される。インクリザーバは、共通流路５１とインク供給タンクとの間に存在する第２のインク供給タンクと言える。このインクリザーバを加圧もしくは減圧することで、インクジェットヘッド１０内の共通流路５１や個別流路１５を流れるインクの循環流量を制御することができる。さらに、ノズル１２にかかる圧力を制御し、適切な状態でインクを吐出させることができる。
図１Ｃにおいて、図面左右に設けられた共通流路５１の一方は、供給口（図示省略）と連通され、他方は、排出口（図示省略）と連通している。インクは、前述のインクリザーバから供給口を介して一方の共通流路５１に流入し、共通流路５１から各個別流路１５および各絞り部２０を介して各圧力室１４に流入する。各圧力室１４から他方の共通流路５１に流れ込んだインクは、排出口から排出される。排出されたインクは、インク供給タンクと接続されたインク回収タンクで回収され、再びインク供給タンクへ流入する。
絞り部２０は、個別流路１５の幅よりも狭い幅になっている。これにより、振動板１７の変形によって発生する圧力室１４内の圧力波が個別流路１５へ逃げにくくなる。こうなることで、圧力室１４内のインクがノズル１２よりインク液滴７０となって吐出される。
＜インクジェットヘッドの製造方法＞
以下において、図４のフローチャートを参照しつつ、インクジェットヘッド１０の製造方法について具体的に説明する。
ノズルプレート１１のベースとして平板状のノズルプレート素材を用いる。ノズルプレート素材は、ステンレス、ニッケル又はその他の金属材料、ポリイミド樹脂材料又はその他の有機物材料、あるいは、シリコン材料からなる。
ステップＳ１では、ノズルプレート素材の外表面１１ａに、フッ素を含有したダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜５０を形成する。ダイヤモンドライクカーボン膜の形成（成膜）には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（例えば、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ）を用いる。ＣＶＤ法では、ガスや液体を気化させてガス化させる。そして、そのガスに熱や光によってエネルギーを与える、又は、そのガスを高周波でプラズマ化することにより、原料物質をラジカル化し、基板上に吸着させて堆積させる。
フッ素を含有させる方法として、例えば、原料ガスとしてアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素ガスとフッ素を含有するガスを用いてもよい。また、ダイヤモンドライクカーボン膜の成膜後にフッ素を含有するガスを用いて膜の表面を処理することにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面をフッ素で修飾してもよい。なお、撥液膜５０は、成膜の途中から原料ガス中のフッ素濃度を徐々に増加させて成膜するのが好ましい。
次のステップＳ２において、撥液膜５０が形成されたノズルプレート素材に、ノズル１２を形成してノズルプレート１１とする。
ノズル１２の形成方法は、特に限定されず、例えば、下記の方法を採用することができる。例えば、ノズル１２は、ノズルプレート素材にレーザ加工を施して形成してもよい。また、ノズル１２は、ノズルプレート素材に対するパンチ加工による穴開けの後に、穴周辺を研磨して形成してもよい。また、エッチングによりノズル１２を形成してもよい。
次のステップＳ３では、インクジェットヘッド１０の組み立てが行われる。
具体的には、上述した圧力室１４、個別流路１５、振動板１７、共通流路５１、および絞り部２０（以下、まとめて「構成要素」ともいう）が、例えば、エッチングなどにより加工された複数の金属板の熱拡散接合により作製される。また、これらの構成要素をシリコン材のエッチングなどにより作製してもよい。
ノズルプレート１１は、個別流路１５や絞り部２０が形成された流路プレート１６に接着される、また、流路プレート１６と振動板１７とが接着される。上記の接着により形成された構造物に対し、インクジェットヘッド１０の筐体になるハウジング１８が接着により貼り合わされる。ハウジング１８には、共通流路５１が設けられている。さらに、加圧部３０が、振動板１７に貼り合わされることで、インクジェットヘッド１０が完成する。
以上をまとめると、本開示に係るインクジェットヘッド１０の製造方法は、ノズルプレート１１の外表面１１ａに、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜５０を形成する撥液膜工程と、撥液膜５０が形成されたノズルプレート１１にノズル１２を形成するノズル工程とを含む。
このように、ノズルプレート１１に撥液膜５０を形成した後に、ノズル１２を形成することで、ノズル１２の周囲に撥液膜５０が形成されない部分が形成される。これにより、インク液滴７０の飛翔の直進性を高めることができる。
＜印刷装置＞
上述したインクジェットヘッド１０は、図１０及び図１１に示した印刷装置９に備えられてもよい。印刷装置９は、搬送部を備える。搬送部の構成は特に限定されないが、例えば、基台１と、前記基台１上に配置されるガイド２と、ガイド２に沿って移動可能な可動部７と、可動部７に接続され、基板を走査方向へ搬送する搬送テーブル３と、基台１上に配置された門型ガントリー４と、門型ガントリー４に取り付けられたラインヘッド５と、から構成される。ラインヘッド５は、インクジェットヘッド１０を複数並べて配置し、一つのユニットにしたものである。図示していないが、印刷装置９は、上記のほかに制御部を備える。制御部は、インクジェットヘッド１０の吐出動作を制御する。制御部は、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）と、ＣＰＵを動作させるためのプログラムやＣＰＵでの処理結果などの情報を記憶するメモリとにより構成される。
具体的には、制御部は、加圧部３０に印加する駆動電圧信号を生成する。制御部は、その駆動電圧信号を用いて加圧部３０の加圧動作を制御する。加圧部３０と振動板１７は接着されているため、加圧部３０の制御は振動板１７の制御と同義になり、加圧部３０の制御によりインクジェットヘッド１０の吐出動作を制御することができる。
搬送テーブル３は、インクジェットヘッド１０と、インク液滴７０を着弾させる被印刷媒体６とを相対移動させる。
＜撥液膜の種類による実施例と比較例の評価＞
以下、実施例および比較例のそれぞれの評価について説明する。
ここでは、撥液性の耐久性の評価として撥液膜５０の接触角の比較評価で行った。実施例１では、撥液膜５０として、フッ素が含まれたダイヤモンドライクカーボン膜を用いた。これに対し、比較例では、上記の撥液膜５０に代えて、撥液膜として特許文献１のようなシランカップリングによる脱水縮合反応により形成した膜を用いた。撥液膜以外については、実施例及び比較例ともに同じ構成としている。
本比較評価において、接触角は、接触角計ＤＳＡ１００（ＫＲＵＳＳ製）を使用して測定した。耐久性の評価は、撥液膜５０の初期の接触角と、酸化チタンを含有した水系インクを撥液膜５０の表面に付着させた状態で、布で３００回ワイピングした後の接触角（以下、摩擦試験後の接触角という）を測定した。酸化チタンの粒径は１μｍ程度である。
（実施例１）
実施例１では、ノズルプレート１１の外表面１１ａに、フッ素が含まれたダイヤモンドライクカーボン膜からなる前述の撥液膜５０をＣＶＤで形成したインクジェットヘッドを用いた。
また、実施例１では、ノズルプレート１１の外表面に、ＣＶＤで撥液膜５０を形成した後に、レーザー加工によりノズル１２を形成している。この製造過程において、図１に示すように段差部６０を設けた。撥水膜５０の膜厚は１２０ｎｍで、ノズル１２との隙間Ｌは１７０ｎｍであった。
図５は、実施例１の撥液膜５０の接触角を示している。図５左側の棒グラフで示すように、初期状態においては、静止角が９７°で後退角が８２°であった。また、図５右側の棒グラフで示すように、摩擦試験後の接触角は、静止角は９５°で後退角が６１°であった。
ここで、発明者らの知見として、インク液滴７０の安定した吐出には撥液膜５０の接触角は後退角で４０°以上必要であることが分かっている。
実施例１では、本実施形態の構成を採用することで、酸化チタンにより撥液膜５０が削られ接触角が低下しているものの、経時的に安定して液滴を吐出できることが分かった。
図６は、実施例１のインクジェットヘッド１０を用いてインク液滴７０を飛翔させたときの飛翔状態を示している。インク液滴７０のメニスカスは、撥液膜５０が形成されてないノズルプレート１１の外表面１１ａから撥液膜５０の側面５０ｂにかけて安定して形成される。これにより、インク液滴７０は、直進性が良好な状態で飛翔することが分かった。
（比較例１）
比較例１では、ノズルプレート１１の外表面１１ａに、実施例１の撥液膜５０に代えて、シランカップリングによる脱水縮合反応により形成した撥液膜をスピンコート法で形成したインクジェットヘッドを用いた。
図６は、比較例１の撥液膜の接触角を示している。図６左側の棒グラフで示すように、初期状態においては、静止角が８３°で後退角が８２°であった。また、図６右側の棒グラフで示すように、摩擦試験後の接触角は、静止角は６２°で後退角が５°であった。
ところで、酸化チタンは非常に硬度が高く研磨作用がある。よって、撥液膜の種類によっては酸化チタンによって撥液膜が削れてしまい、撥液性が低下してしまう。図示しないが、比較例１では、酸化チタンにより撥液膜の大部分が削れて、接触角が大きく低下していることが確認された。
ここで、後退角５°の状態では、インクははじくことはなく、撥液膜５０上でインクが濡れ広がる状態になる。この状態ではノズル１２で形成されるメニスカスが安定して存在することは難しく、液滴の正確な飛翔は困難である。
以上のように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０は、ノズル１２が形成されたノズルプレート１１と、ノズル１２に連通する圧力室１４と、圧力室１４を加圧する加圧部３０と、加圧部３０で発生されたエネルギーを圧力室１４に伝える振動板１７とを備える。そして、ノズルプレート１１の外表面１１ａには、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜５０が形成されている。
本実施形態によると、インクジェットヘッド１０の外表面１１ａにダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜５０を形成したので、十分な信頼性、耐久性を維持できる。これにより、外表面１１ａへのインクの付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができる。上記のインクジェットヘッド１０を用いた印刷装置についても同様の効果が得られる。
また、上記の実施形態では、ノズルの吐出口周囲の一定距離内（例えば、１０ｎｍから５００ｎｍ）には撥液膜５０を形成しない領域、すなわち、撥液膜５０の非形成領域を設けている。換言すると、ノズル１２の吐出口１２ａにおいて、ノズルプレート１１の外表面１１ａと撥液膜５０の表面５０ａとの間に段差部６０が設けられている。
これにより、インクジェットヘッド１０の信頼性や耐久性をより高めることができる。この点については、後述する「その他の実施形態」において、具体例を示しつつ説明する。
上記の実施形態では、ノズル１２から吐出されたインク液滴７０に対する撥液膜５０の表面５０ａの接触角αと、ノズル１２から吐出されたインク液滴７０に対する撥液膜５０の側面５０ｂの接触角βと、ノズル１２から吐出されたインク液滴７０に対するノズルプレート１１の外表面１１ａの接触角γとの関係が、前述の［式１］の関係となっている。
これにより、インクに含まれる粒子やバインダーなどの付着を抑制することできる。よって、粒子やバインダーなどによる目詰まりを抑制し、経時的に安定した吐出を実現することができる。その結果、印刷の高品質化を実現できる。
＜その他の実施形態＞
なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、ノズル１２の吐出口１２ａの周囲の一定距離Ｌ内に撥液膜５０を形成しない非形成領域を設ける例について、説明したがこれに限定されない。
例えば、ノズル１２の吐出口１２ａの周囲に撥液膜５０の非形成領域を設けないようにしてもよい。すなわち、図８に示すように、ノズル１２の内壁面１２ｂと、撥液膜５０の側面とが実質的に面一になるように構成してもよい。
この場合においても、インクに対する、撥液膜５０の表面５０ａの接触角をα、撥液膜５０の側面５０ｂの接触角をβ、ノズル１２の内壁面１２ｂの接触角をθとすると、それぞれの接触角α，β，θの関係は［式３］のようになっている。
［式３］
接触角α ＞ 接触角β ＞ 接触角θ
これにより、ノズル面への液体の付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができる。また、インク液滴７０のメニスカスは、ノズル１２の内壁面１２ｂから撥液膜５０の側面５０ｂにかけて安定して形成される。これにより、インク液滴７０は、直進性が良好な状態で飛翔させることができる。
図８の構成においても、ノズルプレート１１上にノズル１２を形成した後に、ＣＶＤ法を用いて、フッ素が含まれたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜５０を形成するとよい。
なお、撥液膜５０の形成において、ノズル１２の部分をマスキングした状態で撥液膜５０を成膜することにより、ノズル１２の中には撥液膜５０が形成されない状態にすることもできる。
その場合、図８に示すように、前述の実施例１の場合とは異なり、ノズル１２の吐出口の周囲ぎりぎりまで撥液膜５０が形成された状態となる。そうすると、図９に示すように、被印刷媒体との摩擦により、ノズル１２の吐出口１２ａの周辺において撥液膜５０（ダイヤモンドライクカーボン膜）のコーナー部分に欠けが発生することがあり得る。
図９では、撥液膜５０に欠けが発生したインクジェットヘッド１０を用いてインク液滴７０を飛翔させたときの飛翔状態を示している。図９のように欠けが発生すると、メニスカスは撥液膜５０上で非対称な形状になり、インク液滴７０の直進性は損なわれてしまう。これに対し、前述の実施例１で示したように、ノズル１２の吐出口１２ａの周囲に撥液膜５０の非形成領域を設けることにより、撥液膜５０に欠けが発生しにくくすることができる。これにより、インクジェットヘッド１０の信頼性や耐久性をより高めることができる。
以上説明したように、本開示のインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法および印刷装置は、例えば、量子ドット半導体粒子を含有する量子ドット発光インクや酸化チタンを含有する白色の加飾インク、ペロブスカイト太陽電池を構成するための機能インク、金属ナノ粒子を含有する導電性インク、細胞などを含有する生体インクなどの吐出に有用であり、産業上の利用可能性は高い。
９ 印刷装置
１０ インクジェットヘッド
１１ ノズルプレート
１２ ノズル
１４ 圧力室
１７ 振動板
３０ 加圧部
５０ 撥液膜

Claims (9)

  1. ノズルが形成されたノズルプレートと、
    前記ノズルに連通する圧力室と、
    前記圧力室を加圧する加圧部と、
    前記加圧部で発生されたエネルギーを前記圧力室に伝える振動板とを備え、
    前記ノズルプレートの外表面には、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜が形成されている、インクジェットヘッド。
  2. 前記撥液膜は、表面からの深さが深くなるに連れて、フッ素濃度が小さくなる、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
  3. 前記撥液膜は、前記ノズルの吐出口周囲の一定距離内には形成されていない、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
  4. 前記一定距離は、１０ｎｍから５００ｎｍである、請求項３記載のインクジェットヘッド。
  5. 前記ノズルの吐出口において、前記ノズルプレートの外表面と前記撥液膜の表面との間に段差部が設けられている、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
  6. 前記ノズルから吐出された液滴に対する前記撥液膜表面の接触角αと、前記ノズルから吐出された液滴に対する前記撥液膜側面の接触角βと、前記ノズルから吐出された液滴に対する前記ノズルプレートの外表面の接触角γとの関係が［式１］の条件を満たす、請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
    ［式１］ 接触角α ＞ 接触角β ＞ 接触角γ
  7. ノズルプレートに形成されたノズルから液滴を吐出して被印刷媒体に液滴を着弾させるインクジェットヘッドを製造する方法であって、
    前記ノズルプレートの外表面に、フッ素が添加されたダイヤモンドライクカーボン膜からなる撥液膜を形成する撥液膜工程と、
    前記撥液膜が形成された前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するノズル工程と、
    を含むインクジェットヘッドの製造方法。
  8. 前記ノズル工程では、前記ノズルプレートにレーザを照射して前記ノズルを形成する、請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  9. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドと、
    前記インクジェットヘッドから液滴を吐出させる動作を制御する制御部と、
    前記インクジェットヘッドと被印刷媒体とを相対移動させる搬送部とを備える印刷装置。
JP2021110284A 2021-07-01 2021-07-01 インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置 Pending JP2023007189A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021110284A JP2023007189A (ja) 2021-07-01 2021-07-01 インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置
CN202210720546.9A CN115556485A (zh) 2021-07-01 2022-06-23 喷墨头、喷墨头的制造方法及印刷装置
KR1020220078045A KR20230005762A (ko) 2021-07-01 2022-06-27 잉크젯 헤드, 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 인쇄 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021110284A JP2023007189A (ja) 2021-07-01 2021-07-01 インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023007189A true JP2023007189A (ja) 2023-01-18

Family

ID=84737151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021110284A Pending JP2023007189A (ja) 2021-07-01 2021-07-01 インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2023007189A (ja)
KR (1) KR20230005762A (ja)
CN (1) CN115556485A (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007230061A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Fujifilm Corp インクジェット記録装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115556485A (zh) 2023-01-03
KR20230005762A (ko) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5387096B2 (ja) 液体吐出ヘッド及び画像形成装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法
US6497474B2 (en) Electrostatic actuator, method of producing electrostatic actuator, micropump, recording head, ink jet recording apparatus, ink cartridge, and method of producing recording head
US7926177B2 (en) Method of forming hydrophobic coating layer on surface of nozzle plate of inkjet printhead
JP2007276256A (ja) 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法
JP2012091419A (ja) 印字装置、インクジェットヘッドのクリーニング装置、及び、インクジェットヘッドのクリーニング方法
JP2008012704A (ja) 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法
KR20070055129A (ko) 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성코팅막을 형성하는 방법
JP2014054788A (ja) 液体吐出ヘッド及び画像形成装置
KR20080060919A (ko) 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트
JP6119152B2 (ja) ノズル板、ノズル板の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置
JP2023007189A (ja) インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及び印刷装置
JP2011018836A (ja) 圧電型アクチュエータの製造方法、及び該製造方法によって製造された圧電型アクチュエータ
JP2011189641A (ja) 液体吐出ヘッド及び画像形成装置
CN112743985A (zh) 液体喷出头及喷墨装置
JP2014151469A (ja) 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置
JP2012131177A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2008213159A (ja) 吐出ヘッド、吐出装置
JPH106494A (ja) インクジェットヘッド
JP2001239671A (ja) ノズル形成部材、液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置
WO2018110034A1 (ja) インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置
JP7249774B2 (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法
JP5059227B2 (ja) 吐出ヘッド製造方法
JP2004066571A (ja) 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像記録装置
JPH06297701A (ja) インクジェットヘッド
EP4360890A1 (en) Liquid discharge head, liquid discharge unit, and liquid discharge apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240425