JPH0764061B2 - INKJET HEAD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

INKJET HEAD AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

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JPH0764061B2
JPH0764061B2 JP1169712A JP16971289A JPH0764061B2 JP H0764061 B2 JPH0764061 B2 JP H0764061B2 JP 1169712 A JP1169712 A JP 1169712A JP 16971289 A JP16971289 A JP 16971289A JP H0764061 B2 JPH0764061 B2 JP H0764061B2
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phase change
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inkjet head
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ジェフリー・ジェイ・アンダーソン
ジョン・エス・モーア
テッド・イー・デウア
ドナルド・アール・チテリントン
カーチス・エフ・シェリー
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テクトロニックス・インコーポレイテッド
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1606Coating the nozzle area or the ink chamber

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクジェットヘッドに関し、特に相変化イ
ンクによるノズルの湿潤を防止することができるインク
ジェットヘッド及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inkjet head, and more particularly to an inkjet head capable of preventing wetting of nozzles by phase change ink and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

1つ以上のノズルを有するヘッドを、1つ以上有するイ
ンクジェットプリンタによって、紙その他の印刷媒体に
画像または文書を精製していくことは、益々広まってい
る。カラー画像を形成するために、複数のインクジェッ
トノズルをもったインクジェットプリンタが用いられ、
各ノズルは、異なった色のインクの供給を受けている。
これらの色インクは、単独または混合の形で記録媒体の
上に供給され、完成されたカラー印刷となる。典型的に
は、印刷に必要な色の総ては、シアン、マゼンタ及びイ
エロウのインクから生成される。生地の材料を印刷する
ために、また忠実な4色印刷を行うために黒色インクが
上記の混合インクの中に加えらえる場合もある。
BACKGROUND OF THE INVENTION Purifying images or documents onto paper or other print media with inkjet printers having one or more nozzles with one or more nozzles is becoming increasingly popular. An inkjet printer with multiple inkjet nozzles is used to form color images,
Each nozzle is supplied with a different color of ink.
These color inks are supplied onto the recording medium alone or in the form of a mixture to form a completed color print. Typically, all of the colors needed for printing are produced from cyan, magenta and yellow inks. In some cases, black ink may be added to the above mixed inks to print the material of the fabric and to perform faithful four-color printing.

通常のアレンジメントでは、記録媒体は、回転ドラムの
上に設けられるか、またはタイプライタの様な機構の中
を進み、移動する台の上にインクジェットヘッドが乗せ
られたプリンタヘッドがドラムの軸方向に運動するか、
または先のタイプライタ的な機構の上で交互に行き交う
ような運動をする。ヘッドが、記録媒体の上で螺旋的な
軌跡を描きながら走査したり、または交互に行き交うよ
うな運動をしたりするにつれて、インク滴が微小な外部
ノズルから印刷媒体に向かって噴射し、記録媒体上で画
像が形成される。適当な制御装置によって、インク滴の
噴射と、回転ドラムまたはタイプライタ機構とが同期し
ている。
In a normal arrangement, the recording medium is provided on a rotating drum, or goes through a mechanism such as a typewriter, and a printer head with an inkjet head placed on a moving table is moved in the axial direction of the drum. Do you exercise
Or, exercises that alternate with each other on the typewriter mechanism. As the head scans on the recording medium while drawing a spiral locus or moves alternately, the ink droplets are ejected from the minute external nozzles toward the printing medium, and the recording medium is ejected. An image is formed above. The ejection of the ink drops is synchronized with the rotating drum or typewriter mechanism by a suitable controller.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

水性材料をベースにしたインクによって記録材料上に画
像を印刷するための様々な装置または方法が、知られて
いる。水性インクを用いてインクジェット画像を印刷す
る場合の重大な問題は、インクの放出面が湿潤すること
である。インク滴を放出するノズルを囲むインク放出面
上にインクの堆積物があると、装置から出るインク滴の
大きさが均一にならず、画像の品質が低下する。これゆ
え、インクジェット装置の放出面を非湿潤材料で処理し
て、インクジェット装置のインク滴放出ノズルから放出
面にわたってインクの堆積物が広がるのを防止する方法
が提供されてきた。米国特許第4533569号では、ガラス
のノズルの内側面は、フッ化水素酸によって清浄にされ
ていて、エチレングリコール、グリセリンなどの保護材
料によって覆われている。陰イオンによる前処理の後、
長い鎖状になった陰イオンの非湿潤材料のような抗湿潤
剤を流体ノズルに適用し、インク滴の質を高める。米国
特許第4623906号では、窒化シリコンまたは窒化アルミ
ニウムを含んだガラスまたはシリコンのインクジェット
ノズルのための3層コーティングを開示している。米国
特許第4343013号では、インクジェットプリンタのノズ
ル板は、ガラスで出来ていて、インク成分の水性的特性
に対して非湿潤的性質を有する材料によって覆われてい
る。テトラフルオロエチレンやある種のシリコンをベー
スにした材料は、既に述べた非湿潤的特性を持っている
ので、この目的に有用である。米国特許第4368476号で
は、フッ化けい素の非湿潤性材料による水をはじく性質
をもった層が、ジェットノズルを囲む表面に設けられて
いる。米国特許第4643948号では、インクを噴出するノ
ズル板は、部分的にフッ素化したアルキルシラン及び過
フッ素化したアルカンの夫々を含む非湿潤性被膜によっ
て覆われている。米国特許第4728393号では、静電偏向
型のインクジェットプリンタのノズル板が、鏡面仕上げ
されていて、テフロン樹脂の薄膜によって完全に覆われ
ている。しかしながら、この場合、テフロンコーティン
グは、静電制御のために用いられており、インク滴の形
成のためには用いられていない。インク滴の形成は、空
気の援助及びメサ的な形状のメカニズムによって容易に
なる。この理由のために、インクジェットは、テフロン
コーティングをしなくても機能する。フルオロカーボン
・ポリメリック層の湿潤性に関連したその他の記事に
は、「テトラフルオロエチレンのプラズマポリマ蒸着に
よる高度に非湿潤性を有する表面」と題するB.D.ワショ
ウによるIBMのテクニカル・デスクロージャ・ブリテン
第26巻第4番の2074頁にある論文、及び「過フッ素化カ
ーボンのポリマ層の湿潤性:荒さの効果」と題するA.J.
G.アランらによるジャーナル・オブ・ポリマ・サイエン
スの第39巻の第1頁にある論文が含まれる。
Various devices or methods are known for printing an image on a recording material with an ink based on an aqueous material. A significant problem when printing inkjet images with aqueous inks is the wetting of the ink ejection surface. Ink deposits on the ink ejection surface surrounding the nozzles ejecting the ink droplets result in non-uniform ink droplet size exiting the device, resulting in poor image quality. Therefore, methods have been provided to treat the ejection surface of an inkjet device with a non-wetting material to prevent the spread of ink deposits from the ink drop ejection nozzles of the inkjet device across the ejection surface. In U.S. Pat. No. 4,533,569, the inside surface of the glass nozzle is cleaned with hydrofluoric acid and covered with a protective material such as ethylene glycol, glycerin. After pretreatment with anions,
An anti-wetting agent, such as a long chain of anionic non-wetting materials, is applied to the fluid nozzle to enhance ink drop quality. U.S. Pat. No. 4,623,906 discloses a three-layer coating for glass or silicon inkjet nozzles containing silicon nitride or aluminum nitride. In U.S. Pat. No. 4343013, the nozzle plate of an inkjet printer is covered with a material made of glass and having non-wetting properties with respect to the aqueous properties of the ink components. Tetrafluoroethylene and certain silicon-based materials are useful for this purpose because they have the non-wetting properties already mentioned. In U.S. Pat. No. 4,368,476, a water repellent layer of silicon fluoride non-wetting material is provided on the surface surrounding the jet nozzle. In U.S. Pat. No. 4,643,948, the ink jetting nozzle plate is covered with a non-wetting coating containing partially fluorinated alkylsilanes and perfluorinated alkanes, respectively. In U.S. Pat. No. 4,728,393, the nozzle plate of an electrostatic deflection type inkjet printer is mirror-finished and completely covered with a thin film of Teflon resin. However, in this case, the Teflon coating is used for electrostatic control and not for ink drop formation. Ink drop formation is facilitated by the aid of air and mesa-shaped mechanism. For this reason, inkjet works without a Teflon coating. Other articles related to the wettability of fluorocarbon polymeric layers include IBM's Technical Disclosure Bulletin Vol. 26 by BD Washow entitled "Highly non-wettable surfaces from plasma polymer deposition of tetrafluoroethylene". No. 4, p. 2074, and AJ entitled "Wetting of Perfluorinated Carbon Polymer Layers: Effect of Roughness"
Includes the paper on page 1 of Volume 39 of the Journal of Polymer Science by G. Alan et al.

別のインクジェット印刷技術では、インクジェット装置
の水性材料をベースとしたインクの代わりに、水性でな
い、相変化をするインク(Phase Change Ink:例えば加
熱によって固体から液体へと相が変化するインク。以下
相変化インクという)が用いられてきている。相変化イ
ンクは、室温では個体であるが、記録媒体上に噴射して
所定の図柄を描くことができるように、インクジェット
の動作温度では液体となる。噴射して図柄を形成したイ
ンクは、記録媒体上で個体となる。水性インクの場合、
上述を表面の湿潤に起因して、噴射するインク滴の不均
一の問題があったように、相変化インクの場合でも、同
様な問題が発生する。この問題は、概念的にも、実施の
レベルでも、インクジェットノズルの構造を特に改良す
ることによって解決できる。いくつかの例としては、メ
サ、インクのかたまり、管の絞り、及び似てはいない液
体の固まりがある。しかしながら、これらの構成では、
それを作るのに必要な費用は、所望の水準より高いもの
となりうる。特に、噴出口が列を成している場合にそう
である。
In another inkjet printing technology, instead of an ink based on an aqueous material of an inkjet device, a non-aqueous phase change ink (Phase Change Ink, for example, an ink that changes phase from solid to liquid by heating. Changeable ink) has been used. The phase change ink is solid at room temperature, but becomes liquid at the operating temperature of the inkjet so that the phase change ink can be ejected onto the recording medium to draw a predetermined pattern. The ejected ink forms a pattern on the recording medium. For water-based ink,
As described above, due to the wetting of the surface, there is a problem of nonuniformity of ejected ink drops, and the same problem occurs in the case of phase change ink. This problem can be solved both conceptually and in terms of implementation by making particular improvements to the structure of the inkjet nozzle. Some examples are mesas, ink lumps, squeezing tubes, and dissimilar lumps of liquid. However, with these configurations,
The cost required to make it can be higher than desired. This is especially the case when the spouts are in rows.

従って、相変化インク成分を含むインク成分で、再現性
があり、均一なインク滴を生成し、ゆえにインクジェッ
トノズルの設計に多額の費用をかけてなくとも、記録媒
体に所望の特性で画像を印刷することが可能なインクジ
ェットヘッドが望まれている。
Therefore, with the ink component including the phase change ink component, a reproducible and uniform ink droplet is generated, and therefore, an image can be printed on a recording medium with desired characteristics without costing a large amount of ink jet nozzles. There is a demand for an inkjet head that can do so.

そこで本発明の目的は、ノズル近傍でのインクの湿潤性
を低下させ、均一な形状のインク滴を高い頻度で発生さ
せることのできるインクジェットヘッド及びその製造方
法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an inkjet head that can reduce the wettability of the ink in the vicinity of the nozzle and can generate ink droplets having a uniform shape with high frequency, and a manufacturing method thereof.

本発明の他の目的は、インク滴のアドレス性能を高め、
画質及び画像の位置決め精度を向上させることにある。
Another object of the present invention is to enhance ink drop addressing performance,
It is to improve image quality and image positioning accuracy.

本発明の更に他の目的は、プリンタに搭載するインクジ
ェットヘッドの台数を減らし、あるいは印刷速度を向上
させることのできるインクジェットヘッド、及びその製
造方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide an inkjet head capable of reducing the number of inkjet heads mounted in a printer or improving a printing speed, and a manufacturing method thereof.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明は、相変化インク成分を用いて、上述のインク滴
生成の所望の特性を発揮することにより、インクジェッ
トプリンタヘッドの必要性を満たすものである。本発明
の方法と装置を採用することによって、相変化インク用
のインクジェットノズルの設計を、多額の費用をかけて
再構成することなく、印刷媒体上に重要な画像印刷特性
を実現できる。一層詳しくいうと、本発明の方法と、本
発明のインクジェットプリントヘッドを用いることによ
って、相変化インクによって作られる印刷画像は、イン
ク滴が良好に形作られ、付着する位置が正確になるた
め、品質を落とすことなく、さらには、優れて鮮明な画
像が提供できる。
The present invention meets the need for inkjet printer heads by using the phase change ink components to exhibit the desired properties of ink drop formation described above. By employing the method and apparatus of the present invention, important image printing characteristics can be achieved on the print medium without the costly reconfiguration of the inkjet nozzle design for phase change inks. More specifically, by using the method of the present invention and the ink jet print head of the present invention, the printed image produced by the phase change ink has a good quality because the ink droplets are well formed and the positions of deposition are accurate. Further, an excellent and clear image can be provided without dropping.

水性材料がベースとなっているインクの噴射装置では、
インクジェットヘッドの放出面の湿潤性を低下させるこ
とによって、インク滴の性質が向上しうる。これは、こ
れらの表面を、もともと水性インクよりもかなり低い表
面エネルギを呈する材料にてコーティングすることによ
って達成される。コーティング材料の表面エネルギが低
いと、インクの接触角が、インクを放出するノズル近傍
表面での湿潤性を抑制するのに必要な最小角を充分上回
るていどの比較的高い値となる。ゆえに、水性材料をベ
ースとするインクの場合、高品質のインク滴を作るため
の条件は容易に達成できる。
In an ink jet device based on a water-based material,
By reducing the wettability of the ejection surface of the inkjet head, the properties of the ink droplets can be improved. This is accomplished by coating these surfaces with a material that inherently exhibits a much lower surface energy than aqueous inks. If the surface energy of the coating material is low, the contact angle of the ink will be a relatively high value, well above the minimum angle required to suppress wettability at the ink ejection surface near the nozzle. Therefore, for inks based on water-based materials, the conditions for producing high quality ink drops can be easily achieved.

出願人は、多種のコーティング材料と水性インクとの間
にあった大きな表面エネルギの差、すなわち少くとも約
20dynes/cmの差は、これらのコーティング材料と相変化
インクとの間にはもともとなかったと認識している。従
って、水性インク場合では、放出面の湿潤性をかなり抑
制することのできたコーティング材料であっても、相変
化インクの場合に同様な働きはしないであろう。
Applicants have found that there is a large surface energy difference between various coating materials and water-based inks, i.e. at least about
We recognize that the 20 dynes / cm difference was not originally present between these coating materials and phase change inks. Therefore, in the case of water-based inks, even coating materials that were able to significantly reduce the wetting of the ejection surface would not work as well in the case of phase change inks.

本出願によって、上述の画像は、ある種のノズル板を有
するインクジェットヘッドを用いることによって、相変
化インク成分でも形成できることがわかった。このノズ
ル板は、少なくとも1つの放出ノズルを形作り、この放
出ノズルは、特別に工夫される必要はない。このこと
は、放出ノズルを囲む領域内でのインクの接触角を予め
決めておいた水準にまで高め、これによって相変化イン
ク成分による先の囲んでいる表面領域の湿潤を防止する
ことによって達成される。このインクの接触角は、イン
クジェットヘッドの放出面に、特定のコーティング材料
の膜を設けることによって増加する。本発明が教えると
ころに従って、放出面をコーティングすると、各液化し
た相変化インク成分のインク滴は、実質的に均一な大き
さと形状となり、予め決められた図柄に従って噴出する
ことが可能で、ゆえに、記録媒体上に実質的に質の低下
がなく、位置が正確に決められた印刷画像を形成でき
る。
It has been found by the present application that the image described above can also be formed with a phase change ink component by using an inkjet head having some type of nozzle plate. The nozzle plate forms at least one discharge nozzle, which need not be specially devised. This is accomplished by raising the contact angle of the ink in the area surrounding the ejection nozzle to a predetermined level, thereby preventing wetting of the previously surrounding surface area by the phase change ink component. It The contact angle of the ink is increased by providing a film of a specific coating material on the emission surface of the inkjet head. According to the teachings of the present invention, when the ejection surface is coated, the droplets of each liquefied phase change ink component are of substantially uniform size and shape and can be ejected according to a predetermined pattern, and thus, It is possible to form a printed image whose position is accurately determined on the recording medium with substantially no deterioration in quality.

このように、上記の各放出ノズルを囲むプリントジェッ
トヘッドの表面領域に、コーティング材料の層を設ける
という上記の方法の提供によって、インクジェットプリ
ントヘッドの改良がおこなわれる。このコーティングさ
れた(ノズルを)囲んでいる表面領域では、相変化イン
クとの接触角は、増加して少なくとも約70℃動作温度に
おいて、少なくとも約50゜となる。このコーティング材
料は、コーティングされている囲んでいる領域において
処理されており、ノズルを囲む領域にてインクとの高い
接触角を維持する。このように、動作温度において、囲
んでいる領域をインク成分に長時間さらすと、接触角
は、この処理をしていないコーティング材料が囲んでい
る領域上での接触角よりも、少なくとも約20%は大きく
なる。このことにより、囲んでいる表面領域のインク成
分による湿潤が、実質的に防止される。この方法によっ
て、このインクジェットプリントヘッドは、相変化イン
クを用いて、上述の個々のインク滴を複数噴射すること
ができ、印刷媒体上に品質低下のない位置が正確に決め
られた印刷画像を形成できる。
Thus, an improved inkjet printhead is provided by providing the above method of providing a layer of coating material in the surface area of the print jet head surrounding each of the above discharge nozzles. In this coated (nozzle) surrounding surface area, the contact angle with the phase change ink increases to at least about 50 ° at operating temperatures of at least about 70 ° C. The coating material has been treated in the surrounding area being coated and maintains a high contact angle with the ink in the area surrounding the nozzle. Thus, at operating temperature, upon prolonged exposure of the enclosed area to the ink components, the contact angle will be at least about 20% greater than the contact angle on the area enclosed by the untreated coating material. Grows. This substantially prevents wetting of the surrounding surface area by the ink components. By this method, the inkjet printhead can eject a plurality of the above-mentioned individual ink droplets by using the phase change ink to form a print image on the print medium, the position of which is accurately determined without deterioration. it can.

本発明の既に述べた、あるいはその他の目的、特徴及び
利点は、図面を参照しての好適実施例の詳細な説明によ
りいっそう明らかになろう。
The above-mentioned or other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent by the detailed description of the preferred embodiments with reference to the drawings.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、印刷媒体上に相変化インク成分にて印刷を
行うための本発明のインクジェットヘッドの断面図が示
されている。インクジェットヘッド(10)は、単一コン
パートメントのインク室(14)が中に設けられた本体部
分(12)を含んでいる。インク室(14)は、インク室の
壁となっている板(16)によって閉じられている。ノズ
ル板(16)の外側部分は、放出面(18)となっている。
ノズル板(16)によって形成されるインク滴を放出する
ノズル(20)の外側は、ノズル(20)を囲む領域を形成
し、ノズルはインク室(14)からインクジェットヘッド
(10)の外側まで通っている。ノズル板(16)に単一の
ノズル(20)を設けることが可能であっても、複数のノ
ズル及び関連のインク室を適宜設けてもよい。インク室
(14)は、部分(22)及び部分(24)からなり、必ずし
もそうする必要があるわけではないが、おおむね断面が
円形となっている。部分(24)は、壁(16)及び外側の
ノズル(20)と隣接しており、本体部分(12)の内壁
(26)によって仕切られている。部分(22)は、部分
(24)よりも直径が大きく、内壁(28)によって仕切ら
れている。部分(22)及び(24)は、図示のごとく軸
(30)の周りに対称であるが、これは必ずしも必要でな
い。
FIG. 1 shows a sectional view of an inkjet head of the present invention for printing with a phase change ink component on a print medium. The inkjet head (10) includes a body portion (12) having a single compartment ink chamber (14) disposed therein. The ink chamber (14) is closed by a plate (16) which is a wall of the ink chamber. The outer surface of the nozzle plate (16) serves as a discharge surface (18).
The outside of the nozzle (20) for ejecting ink droplets formed by the nozzle plate (16) forms an area surrounding the nozzle (20), and the nozzle passes from the ink chamber (14) to the outside of the inkjet head (10). ing. Even if the nozzle plate (16) can be provided with a single nozzle (20), a plurality of nozzles and associated ink chambers may be provided as appropriate. The ink chamber (14) is composed of a portion (22) and a portion (24), and although it is not necessary to do so, the cross section is generally circular. The part (24) is adjacent to the wall (16) and the outer nozzle (20) and is partitioned by the inner wall (26) of the main body part (12). The part (22) has a larger diameter than the part (24) and is partitioned by the inner wall (28). Portions (22) and (24) are symmetrical about axis (30) as shown, but this is not necessary.

溶けた状態の相変化インクは、インクを受ける入口(3
2)から導入され、インク通路(34)を通って流れ、イ
ンクジェットヘッド(10)内のインク内(14)に満たさ
れる。外側のノズル(20)と反対側のインク室の端部
は、ステンレス鋼のような柔軟性のある膜(38)によっ
て閉じられている。圧電セラミック円盤(36)は、その
両面が金属で被覆され、膜(38)に披着していて、圧力
パルス発生素子としての一形態をなしている。しかしな
がら、圧電セラミックを用いたその他の形態を用いても
よい。圧電円盤にかける電気パルスに応じて、インク室
(14)に圧力パルスが発生する。これによって、ノズル
(20)からインク滴がでる。インク滴は、印刷媒体に向
かって進み、ここで所望の印刷画像をつくる。
The melted phase change ink has an inlet (3
It is introduced from 2), flows through the ink passage (34), and is filled in the ink (14) in the inkjet head (10). The end of the ink chamber opposite the outer nozzle (20) is closed by a flexible membrane (38) such as stainless steel. The piezoceramic disk (36) is covered with metal on both sides and is attached to the film (38) to form a form of a pressure pulse generating element. However, other forms using piezoelectric ceramics may be used. A pressure pulse is generated in the ink chamber (14) in response to the electric pulse applied to the piezoelectric disk. As a result, ink droplets are ejected from the nozzle (20). The ink drops travel toward the print medium, where they create the desired printed image.

ノズル板(16)の放出面(18)は、コーティング材料
(50)の層を有し、これが、インクジェットヘッドのノ
ズル(20)を囲む領域に、この中と同様に選択的に施さ
れ、ノズル(20)から放出される相変化インク成分のイ
ンク的によって、とりかこんでいる領域の表面を湿潤す
ることを実質的に防止する。
The emission surface (18) of the nozzle plate (16) has a layer of coating material (50), which is also selectively applied to the area surrounding the nozzle (20) of the inkjet head, as in the nozzle. The ink of the phase change ink component released from (20) substantially prevents wetting the surface of the entrapped area.

表面のコーティング層(50)を設けることによって、表
面の湿潤は、実質的に減少し、コーティング層上におけ
るインクの接触角は、実質的に増加する。典型的には、
接触角は、ASTM(American Society of Testing Materi
al:アメリカ材料試験協会)の規格D72445に記述されて
いる方法によって測定される。更に、接触角は、典型的
には少なくとも動作温度が約70℃の、好ましくは少なく
とも100℃の、最も好ましくは少なくとも150℃の相変化
インクの動作温度において、相変化インクに対して、周
囲領域が延びて露出した部分上で、実質的に維持され
る。このように、コーティング層(50)との関連におい
て、本発明を採用することにより発生するインク成分の
接触角は、少なくとも50゜に維持され、好ましくは少な
くとも55゜に、更に好ましくは60゜に維持される。コー
ティング材料は、この材料を、少なくとも24時間の期間
150℃の温度で相変化インクの中に浸し(すなわちエイ
ジングをし)たあとで、相変化インクの接触角を測定す
ることによって、このコーティング材料を評価する。所
与の相変化インクとコーティング材料との間の角度は、
ラム−ハート社(Rame−Hart Inc)によって製作された
ベアリングモデルNo.100−00−115のゴニオメータによ
って測定する。
By providing a surface coating layer (50), surface wetting is substantially reduced and the contact angle of the ink on the coating layer is substantially increased. Typically,
The contact angle is based on ASTM (American Society of Testing Materi
al: American Society for Testing and Materials) standard D72445. Further, the contact angle is typically at least about 70 ° C. operating temperature, preferably at least 100 ° C., most preferably at least 150 ° C. operating temperature of the phase change ink, relative to the phase change ink, the ambient area. Is substantially maintained on the extended and exposed portion. Thus, in relation to the coating layer (50), the contact angle of the ink component generated by employing the present invention is maintained at least 50 °, preferably at least 55 °, more preferably 60 °. Maintained. Coating material, this material, for a period of at least 24 hours
The coating material is evaluated by measuring the contact angle of the phase change ink after soaking (ie aging) in the phase change ink at a temperature of 150 ° C. The angle between a given phase change ink and the coating material is
It is measured with a bearing model No. 100-00-115 goniometer manufactured by Rame-Hart Inc.

接触角を最大にするために、コーティング材料の表面エ
ネルギと相変化インク成分の表面張力のエネルギとの差
を最小にしなげればならない。いっそう詳しくいうと、
コーティング材料の表面エネルギは、相変化インク成分
の表面エネルギとの比較して、少なくとも約4dynes/c
m、一層好ましくは6dynes/cmだけ低いことが望ましい。
コーティング材料の表面エネルギと、相変化インクの表
面張力のエネルギとは、すでに述べたようなゴニオメー
タによって測定することが好ましい。
To maximize the contact angle, the difference between the surface energy of the coating material and the surface tension energy of the phase change ink components must be minimized. To be more specific,
The surface energy of the coating material is at least about 4 dynes / c compared to the surface energy of the phase change ink component.
It is desirable that m, more preferably 6 dynes / cm lower.
The surface energy of the coating material and the surface tension energy of the phase change ink are preferably measured by a goniometer as described above.

コーティング材料(50)として一般に採用されている材
料は、ポリメリック材料であり、好適には、既に述べた
ような必要とされるインク接触角及び表面エネルギレベ
ルを有するフルオロカーボン・ポリマである。選択され
たフルオロカーボン・ポリマは、デュポン社のテフロン
の商標によるポリマであり、特にテフロンPTFE(ポリテ
トラフルオロエチレン)、及びテフロンPFA(ポリパー
フルオロアルコキシブタジエン)、またはテフロンPTFE
かテフロンPFAのいづれかの分散(dispersion)である
フルオロカーボン分散である。好適な分散は、リチャー
ドソン・インダストリ社の型式75−A及び型式75−Rの
「ダイナプレート」という商品の中に上述のテフロンPT
FEが分散したもののような無電解(electroless)ニッ
ケルの中に分散したコロイド性のフルオロカーボンポリ
マである。
The material commonly employed as the coating material (50) is a polymeric material, preferably a fluorocarbon polymer having the required ink contact angle and surface energy level as previously described. The fluorocarbon polymer selected is a polymer under the DuPont Teflon trademark, especially Teflon PTFE (polytetrafluoroethylene), and Teflon PFA (polyperfluoroalkoxy butadiene), or Teflon PTFE.
Or fluorocarbon dispersion, which is a dispersion of either Teflon PFA. A suitable dispersion is the Teflon PT described above in the product "Dynaplate" of Richardson Industry Co., Model 75-A and Model 75-R.
It is a colloidal fluorocarbon polymer dispersed in electroless nickel, such as one in which FE is dispersed.

インクジェットヘッド(10)にコーティング材料(50)
を適用するためには、様々な方法がある。これらの方法
には、フルオロカーボンポリマの熱蒸着、ディップ、後
続する熱硬化処理とともに行う水性フルオロカーボン分
散のスプレイまたはスピンコーティング(spin coatin
g)、プリカーソル(precursor)単量体のプラズマ重合
による基板上へのフルオロポリマの堆積、及び無電解ニ
ッケル中のコロイド性フルオロカーボンを含む堆積でも
良い。好ましい方法は、フルオロカーボン樹脂の熱蒸着
及び無電解ニッケル中にコロイド性のフルオロカーボン
を堆積させる方法である。
Inkjet head (10) coating material (50)
There are various ways to apply. These methods include thermal vapor deposition, dipping of fluorocarbon polymers, followed by spin coating or spin coating of an aqueous fluorocarbon dispersion with subsequent thermosetting treatment.
g), deposition of fluoropolymer on the substrate by plasma polymerization of precursor monomers, and deposition with colloidal fluorocarbon in electroless nickel. Preferred methods are thermal vapor deposition of fluorocarbon resins and deposition of colloidal fluorocarbons in electroless nickel.

インクの中で長時間露出させても、コーティング層(5
0)の表面エネルギをいっそう良好に低く保つには、ポ
リメリック材料を、堆積に続いて加熱によって焼き鈍し
する。この制御された加熱は、しばしば熱サイクルの形
態をとり、ここでコーティング層(50)は、個々の複数
の焼き鈍し温度において、個々の複数の熱処理過程を経
て、この過程を完了する。各熱処理過程における好まし
い焼き鈍し温度は、約150℃から500℃であり、より好適
には200℃から400℃である。
The coating layer (5
To keep the surface energy of 0) even better, the polymeric material is annealed by heating following deposition. This controlled heating often takes the form of a thermal cycle, where the coating layer (50) undergoes individual heat treatment steps at individual annealing temperatures to complete this step. The preferred annealing temperature in each heat treatment step is about 150 ° C to 500 ° C, more preferably 200 ° C to 400 ° C.

たいていの相変化インク成分は、本発明の要旨の一環と
して採用可能であるが、好適な相変化インク成分として
は、すでに述べた上昇した運転温度において効果を奏す
るものがよい。例としては、相変化インク成分として
は、相変化インクキャリア成分、好適には、粘着性付与
材、可塑剤及び着色剤とともに脂肪性アミドを含む樹脂
材料が含まれる。好適な脂肪性アミド樹脂材料は、テト
ラアミド混合物とステアリル・ステアラミドとの組合わ
せである。
Most phase change ink components can be employed as part of the essence of the invention, however, suitable phase change ink components are those that are effective at the elevated operating temperatures described above. By way of example, the phase change ink component includes a phase change ink carrier component, preferably a resin material containing a fatty amide with a tackifier, a plasticizer and a colorant. A preferred fatty amide resin material is a combination of a tetraamide mixture and stearyl stearamide.

〈ヘッドの構成について〉 ここでは、コーティング材料の層によって覆われたノズ
ル板を含む、本発明の相変化インクジェットプリンタヘ
ッドを示している。これはまた相変化インク成分によっ
て、実質的に品質低下のない位置の正確な印刷画像をつ
くりだすための、本発明の方法を提供する。主題のコー
ティングされた装置は、コーティングされていないノズ
ル板を有する同様なプリンタヘッドと比較される。
<Regarding Head Configuration> Here, a phase change inkjet printer head of the present invention is shown that includes a nozzle plate covered with a layer of coating material. This also provides the method of the present invention for producing an accurate printed image at locations with substantially no degradation with the phase change ink component. The subject coated device is compared to a similar printer head with an uncoated nozzle plate.

このように、実験は、第1図に示すようなジェットプリ
ンタヘッドで、〈コーティング層の形成方法〉でも述べ
られるように、テフロンPFA(ポリパーフルオロアルコ
キシブタジエン)のコーティング層(50)ある場合とな
る場合とで、相変化インクのインク滴を作ることが行わ
れた。この噴射ヘッドは、共に構造が同じであり、モノ
リシック・ユニットに一体に取り付けられた化学的な腐
食を施したステンレススチールの層構造となっている。
As described above, the experiment was performed with the jet printer head as shown in FIG. 1 in the case where the coating layer (50) of Teflon PFA (polyperfluoroalkoxy butadiene) was used as described in <Method of forming coating layer>. In some cases, ink drops of phase change ink have been made. The jet heads are both of the same construction and have a chemically corroded stainless steel layer structure integrally attached to the monolithic unit.

噴射は、インク滴の形成過程の点、及び噴射の失敗が起
こるときの単位秒あたりの最大噴射インク滴数によって
特徴付けられる。この特性は、インクの開口から、この
開口から約1mmの下流の軸上の位置にかけて撮像装置、
電気的遅延回路、及びストロボライトを用いて観察され
る。この撮像装置は、インク滴の軌跡に対して垂直に設
けられた顕微鏡から成っている。この顕微鏡は、ビデオ
カメラに接続され、このビデオカメラは、モニタに接続
されている。装置の倍率は、約250倍であった。ストロ
ボライトは、インク滴を照らす。この装置は、噴射へと
いたる駆動信号によってトリガがかけられる遅延回路に
よって制御される。この遅延回路によって、一時的なイ
ンク滴形成過程の測定が可能になった。
Jetting is characterized by the point in the ink drop formation process and the maximum number of ink droplets ejected per second when jetting failure occurs. This characteristic is that the image pickup device extends from the ink opening to a position on the axis about 1 mm downstream from this opening.
Observed using electrical delay circuits and strobe lights. This image pickup device is composed of a microscope provided perpendicularly to the trajectory of the ink droplet. The microscope is connected to a video camera, which is connected to a monitor. The magnification of the device was about 250 times. Strobe lights illuminate ink drops. The device is controlled by a delay circuit which is triggered by a drive signal leading to the injection. This delay circuit made it possible to measure the temporary ink drop formation process.

脂肪性アミドのインク成分は、以下の成分のものが用い
られた。ユニオンキャンプ(Union Camp)社製のテトラ
アミド39.2%、ステリル・ステアラミド49.0%、ハーク
ルス社(Herculs Inc.)製の粘着性付与剤フォーラル
(Foral)105を9.8%、及びモンサントカンパニ(Monsa
nto Company)社製の可塑剤サニティサイザ278を2%で
ある。各噴射時の動作温度は、160℃になるようにし
た。ユニオンキャンプ社のテトラアミドは、1モルのデ
ィアー酸、2モルのエチレンダイアミン、2モルのステ
アリック酸の化合によって作られる。表面がコーティン
グされ、焼き鈍しされているため、接触角は、インクと
表面が150℃に熱せられているときは、すくなくとも60
℃である。表面がコーティングされていないときは、接
触角は、150℃のとき、せいぜい20゜である。
As the ink component of the fatty amide, the following components were used. Union Camp Tetraamide 39.2%, Steryl Stearamide 49.0%, Herculs Inc. Tackifier Foral 105 9.8%, and Monsanto Campani (Monsa).
2% plasticizer sanity sizer 278 manufactured by Nto Company. The operating temperature during each injection was set to 160 ° C. Union Camp Tetraamide is made by combining 1 mole of diacid, 2 moles of ethylene diamine, 2 moles of stearic acid. Because the surface is coated and annealed, the contact angle should be at least 60 when the ink and surface are heated to 150 ° C.
℃. When the surface is uncoated, the contact angle is at most 20 ° at 150 ° C.

各ジェットの電圧は、各ジェットが1秒間に1000個の割
合でインク滴を生成するとき、各インク滴が350マイク
ロ秒の間にノズルの下流1mmのところに到達するように
設定する。プリンタ装置においてジェットノズルから印
刷媒体までどれくらい遠いかをよく表わすので、1mmと
いう距離が選定された。噴射頻度が上昇するにつれて、
インク滴が1mm進むのに必要な時間、インク滴の大き
さ、形状のそれぞれの変化を記録する。
The voltage of each jet is set so that when each jet produces 1000 drops per second, each drop reaches 1 mm downstream of the nozzle in 350 microseconds. A distance of 1 mm was chosen because it gives a good indication of how far the printer device is from the jet nozzle to the print medium. As the injection frequency increases,
The time required for the ink droplet to travel 1 mm, and the change in each ink droplet size and shape are recorded.

第3図は、2つの噴射装置の性能を比較したものであ
る。このグラフは、ノズルにコーティングがなさていな
い噴射装置は、そのようなコーティングがなされている
ノズルを有する噴射装置のようには、単位秒あたりたく
さんのインク滴を発生することができないことを示して
いる。毎秒2000個のインク滴を発生しようとするとき
は、コーティングがなされていない噴射装置の場合は、
ノズルの周りのメニスカス湿潤のために駆動できなくな
る。コーティングがなされている噴射装置では、毎秒10
000個以上のインク滴を噴射する場合でも駆動可能であ
る。いづれの場合でも、噴射装置が駆動できなくなると
ころまで、夫々の生成頻度にて単一のインク滴が形成さ
れる。
FIG. 3 compares the performance of the two injectors. This graph shows that an ejector with uncoated nozzles cannot generate as many drops per second as an ejector with a nozzle with such a coating. There is. When trying to produce 2000 drops per second, for uncoated jetting devices,
It becomes impossible to drive due to meniscus wetting around the nozzle. 10% per second for coated sprayers
It can be driven even when ejecting 000 or more ink drops. In either case, a single ink drop is formed at each generation frequency to the point where the ejection device cannot be driven.

噴射装置が駆動できる最大のインク滴生成頻度は、プリ
ントエンジンのアーキテキチュアに直接影響する。プリ
ンタが印刷画像をつくるのに必要な時間は、各噴射装置
からでる単位秒当たりの最大生成インク滴数と同様、印
刷のために利用可能な噴射装置の数と直接関係してく
る。このデータから言えることは、コピー時間が所定の
ものだとすると、コーティングがなされていない噴射装
置のプリンタでは、コーティングがなされている噴射装
置のプリンタの5倍の数の噴射装置が必要となる。さも
なければ、前者のプリンタの場合、後者のプリンタの約
5倍の印刷時間がかかることになる。
The maximum drop generation frequency that the ejector can drive directly impacts the print engine architecture. The time required for a printer to produce a printed image is directly related to the number of ejectors available for printing, as well as the maximum number of drops produced per second from each ejector. The data can be said that, given a given copy time, an uncoated jetting device printer requires five times as many jetting devices as a coated jetting device printer. Otherwise, the former printer will take about five times as long as the latter printer.

反復速度の関数としての、インク滴が1mm進むのに必要
な時間の、絶対最大値と絶対最小値との差(これは、範
囲を規定する)も、やはりプリントエンジンのアーキテ
クチュアに影響を与える。なぜなら、反復速度の関数と
してのこの範囲は、ある種のインク滴の位置決め誤差の
直接的な限界があるからである。この誤差は、噴射装置
が印刷に適用可能となる最大のアドレス可能性(これ
は、インチあたり配置されるドットの数として定義さ
れ、媒体上にて、物理的ドット配置よりも理論的なビッ
トマップ配置と関係している。)を制限する。印刷方向
における最大アドレス可能性は、インク滴の媒体までの
時間の変化との関係から以下のように表せる。
The difference between the absolute maximum and absolute minimum (which defines the range) of the time required for a drop to travel 1 mm, as a function of repetition rate, also affects the print engine architecture. This range as a function of repetition rate has a direct bound on the positioning error of some drops. This error is the maximum addressability that an ejector can apply to printing (which is defined as the number of dots placed per inch, which is a more theoretical bitmap on the medium than physical dot placement. Related to placement.) The maximum addressability in the printing direction can be expressed as follows from the relationship with the change in the time until the ink droplet reaches the medium.

nD=1/(VΔt) ここで、nは、インク滴の位置の許容範囲を決める正の
数、Dは、単位インチあたりのドットの数、Vは、イン
ク滴を噴射しているときの媒体と噴射装置との相対速
度、そしてΔtは、噴射装置が印刷をしているときのそ
の反復速度における印刷媒体に到達するまでの時間の範
囲である。nの典型的な値は、ドット配置の1/3が許容
できる配置エラーの最大量であるとすると、3となる。
もし、たとえばエラーがこの値よりも大きいと、1イン
チの中に同数のドットが配置されえても、これらのドッ
トによって伝達される情報は、媒体の上では意味をなさ
ないであろう。従って、意味をもちうる最大のアドレス
可能性は低い。この方程式から、nとVとが所与である
場合、Δtが増加するに従って、アドレス可能性は減少
する。もし、アドレス可能性が一定であるなら、Δtの
増加を補償するために相対速度を低下させることもでき
る。Vが小さめであると、印刷の水準を一定に保つため
に多くの噴射装置を増やすのでないのなら、印刷時間が
長くなる。
nD = 1 / (VΔt) Here, n is a positive number that determines the allowable range of the position of the ink droplet, D is the number of dots per inch, and V is the medium when the ink droplet is ejected. And the relative velocity of the ejector, and Δt, is the range of time to reach the print medium at its repetition rate as the ejector is printing. A typical value for n is 3, where 1/3 of the dot placement is the maximum amount of placement error that can be tolerated.
If, for example, the error is larger than this value, the information carried by these dots will not make sense on the medium, even if the same number of dots could be placed in one inch. Therefore, the maximum addressability that can make sense is low. From this equation, given n and V, the addressability decreases as Δt increases. If the addressability is constant, the relative speed can be reduced to compensate for the increase in Δt. A lower V will increase the printing time unless more jets are added to keep the printing level constant.

第3図を見てわかるように、インク滴が1mm進むのに必
要な時間は、コーティングが施されていない噴射装置の
場合、噴射装置の駆動ができなくなるまでの間急激に上
昇する。このコーティングがされていない噴射装置の場
合のΔtの範囲は、約120マイクロ秒であった。コーテ
ィングされている噴射装置の場合、Δtの範囲は、わず
か25マイクロ秒であった。従って、コーティングが存在
していると、Δtが約1/5に改善される。この議論か
ら、このΔtにおける1/5という差異は、n及びVが所
与であるとき、コーティングされている噴射装置のアド
レス可能性は、されていない噴射装置の5倍であるとい
うことを意味することがわかる。さもなければ、コーテ
ィングされている噴射装置の印刷時間は、コーティング
されていない噴射装置の印刷時間の1/5であるともいえ
る。同様に、コーティングされていない噴射装置の場合
と同様の印刷時間及びアドレス可能性を達成するには、
コーティングされている噴射装置の台数は、1/5でよい
ともいえる。
As can be seen from FIG. 3, the time required for the ink droplet to travel 1 mm increases rapidly in the case of the uncoated ejector until the ejector cannot be driven. The range of Δt for this uncoated injector was about 120 microseconds. For coated injectors, the Δt range was only 25 microseconds. Therefore, the presence of the coating improves Δt to about 1/5. From this discussion, this 1/5 difference in Δt means that, given n and V, the addressability of a coated injector is five times that of an uninjected injector. I understand that Otherwise, it can be said that the printing time of a coated jet is 1/5 of the printing time of an uncoated jet. Similarly, to achieve similar print times and addressability as for uncoated jetting devices,
It can be said that the number of coated injectors is 1/5.

〈コーティング層の形成方法〉 この例では、本発明のコーティング材料を応用する好適
な方法を示している。我々の装置と似通っている、コー
ティング層を施すためのいくつかの電子ビーム蒸発装置
が、市場で販売されている。そのような装置のひとつと
して、CHAインダストリの電子ビーム蒸発装置、モデル
#SE600がある。第2図は、電子ビーム蒸発装置の斜視
図であるが、第2図に示すように、コーティング材料
は、切り取り試片(70)に施される。この試片は、イン
クジェットヘッドを作るときに用いられる型のステンレ
ススティールによって作られている。電子ビーム蒸発装
置(60)は、釣鐘形の蓋(62)を具え、ベース板(64)
によって支持され、これらにより密封された真空蒸着室
(66)を形成している。このポリメリックコーティング
材料の源は、金属保持カップ(72)内にあるテフロンPF
Aの棒(68)であるポリパーフルオロアルコキシブタジ
エンである。蒸着室(66)は、これと連通しているポン
プ(図示せず)によって排気される。試料保持台(74)
は、釣鐘形の蓋(62)の頂部に向かって付けられてい
る。切り取り試片(70)は、棒(68)のすぐ上の試料保
持台(74)上に設置される。電子ビーム源(76)は、保
持カップ(72)のずぐ真下に位置している。
<Method of forming coating layer> In this example, a suitable method of applying the coating material of the present invention is shown. There are several electron beam evaporation devices on the market for applying coating layers that are similar to ours. One such device is the CHA Industry Electron Beam Evaporator, Model # SE600. FIG. 2 is a perspective view of the electron beam evaporation apparatus, but as shown in FIG. 2, the coating material is applied to the cutting test piece (70). This sample is made of stainless steel of the type used when making inkjet heads. The electron beam evaporator (60) has a bell-shaped lid (62) and a base plate (64).
A vacuum deposition chamber (66) supported by and sealed by these is formed. The source of this polymeric coating material is Teflon PF in a metal retention cup (72).
It is polyperfluoroalkoxy butadiene which is the rod (68) of A. The vapor deposition chamber (66) is evacuated by a pump (not shown) communicating with the vapor deposition chamber (66). Sample holder (74)
Is attached to the top of the bell-shaped lid (62). The coupon (70) is placed on the sample holder (74) just above the rod (68). The electron beam source (76) is located directly below the holding cup (72).

真空蒸着室(66)は、約5X10-6トルの初期圧力まで排気
し、蒸発のときは、約5X10-4トルの圧力となる。電子ビ
ームの力は、駆動中約300ワットに維持される。この切
り取り試片は、釣鐘形の蓋の中の、切り取り試片の上の
位置する赤外線ランプ(78)によって、約120℃に加熱
される。電子ビーム源が保持台の下にあっても、ビーム
はある角度で発生し、磁界によって偏向を受け、保持台
のなかに向かい、焦点合わせされる。ポリメリック棒
(68)は、電子ビーム源(76)によって300℃から600℃
の間に加熱される。この電子ビームは、ポリテトラフル
オロエチレン材料を蒸発させ、これの蒸気が、切り取り
試片をコーティングするようにこれの上で濃縮される。
約400nmから600nmの厚さのコーティング層がその方法に
よってできる。
The vacuum deposition chamber (66) is evacuated to an initial pressure of about 5X10 -6 Torr and has a pressure of about 5X10 -4 Torr during evaporation. The power of the electron beam is maintained at about 300 watts during driving. The coupon is heated to approximately 120 ° C. by an infrared lamp (78) located above the coupon in a bell-shaped lid. Even though the electron beam source is below the pedestal, the beam is generated at an angle, is deflected by the magnetic field, is directed into the pedestal, and is focused. Polymeric rod (68) is 300 ℃ -600 ℃ by electron beam source (76)
To be heated during. The electron beam vaporizes the polytetrafluoroethylene material, the vapor of which is concentrated on it to coat the coupon.
A coating layer with a thickness of about 400 nm to 600 nm is produced by the method.

コーティングされた試料は、窒素の雰囲気下で、ベルト
式の炉の中で、全処理工程で約1.75時間の焼き鈍しを、
順次行う。このベルト式の炉は、実質的に寸法が同一の
5つの温度領域に区分されている。このなかでベルト
は、一定の速度で移動し、試料は、各温度領域の中を順
次同じ時間だけくぐりぬける。各領域の温度は、隣合う
領域と同一でもよく、異なってもよい。この例では、処
理サイクルは、200℃→400℃→400℃→400℃→200℃の
温度順となっている。
The coated sample was annealed under a nitrogen atmosphere in a belt furnace for about 1.75 hours during the entire process.
Perform sequentially. This belt-type furnace is divided into five temperature regions having substantially the same dimensions. In this, the belt moves at a constant speed, and the sample passes through each temperature region sequentially for the same time. The temperature of each area may be the same as or different from that of the adjacent area. In this example, the processing cycle is in the order of temperature of 200 ° C. → 400 ° C. → 400 ° C. → 400 ° C. → 200 ° C.

相変化インクジェットのノズルを取り囲むインク放出面
上の表面コーティングすることの効果は、インクジェッ
トヘッドの製作に用いられる型のステンレススチールに
よって作られた切り取り試片の、コーティングされたも
のとコーティングされていないものとの、湿潤性を比較
することによって、知ることができる。ひとつはPFAに
よるコーティングがなされ、もうひとつは、コーティン
グがされていない2つの試料の湿潤性は、以下のように
なった。
The effect of surface coating on the ink ejection surface surrounding the phase change inkjet nozzle is the effect of the coated and uncoated coupons made of stainless steel of the type used to make inkjet heads. It can be known by comparing the wettability with and. One was PFA coated and the other two uncoated samples had the following wettability:

a.150℃で測定された、焼き鈍しされたコーティング表
面上の相変化インクの接触角は、エイジングする前で、
約68゜と測定された。
a. The contact angle of the phase change ink on the annealed coating surface, measured at 150 ° C, before aging,
It was measured at about 68 °.

150℃の相変化インクの表面張力は、約24.5dynes/cmで
あった。エイジングされていないコーティングされた表
面のエネルギは、16dynes/cmと測定された。コーティン
グされてにいない試料の相変化インクの接触角は、同様
な条件で測定した場合、わずか約20゜であった。
The surface tension of the phase change ink at 150 ° C was about 24.5 dynes / cm. The energy of the unaged coated surface was measured to be 16 dynes / cm. The contact angle of the phase change ink of the uncoated sample was only about 20 ° when measured under similar conditions.

b.試料を72時間にわたって150℃のインク中に浸すこと
によって、試料をエイジングしたあとは、コーティング
され、焼き鈍しされた表面の接触角は、150℃の温度の
とき、約60゜と測定された。150℃のときの相変化イン
クの表面張力は、やはり約24.5dynes/cmと測定された。
また、エイジングを行ったコーティング表面のエネルギ
は約20dynes/cmと測定された。エイジングをした後での
コーティングしていない試料の接触角を同様な条件で測
定すると、約15゜であった。
b. After aging the samples by soaking them in ink at 150 ° C for 72 hours, the contact angle of the coated and annealed surface was measured to be about 60 ° at a temperature of 150 ° C. . The surface tension of the phase change ink at 150 ° C was also measured to be about 24.5 dynes / cm.
The energy of the aged coating surface was measured to be about 20 dynes / cm. The contact angle of the uncoated sample after aging was measured under the same conditions and was about 15 °.

c.〈コーティング層の形成方法〉で説明したように、テ
フロンPFAによってコーティングされた試料は、150℃で
72時間インクの中に浸すことによってエイジングを行っ
た。これらのコーティングされた試料は、エイジングに
先立って焼き鈍しされていない。これらの試料上での相
変化インクの接触角は、エイジングの前では、約72゜で
あり、エイジングの後では、40゜から43゜と測定され
た。
c. As described in <Coating layer formation method>, the sample coated with Teflon PFA was tested at 150 ℃.
Aging was done by soaking in ink for 72 hours. These coated samples have not been annealed prior to aging. The contact angle of the phase change ink on these samples was measured to be about 72 ° before aging and 40 ° to 43 ° after aging.

従って、処理され(焼き鈍しされ)、エイジングされた
フルオロカーボン・ポリマは、動作温度において相変化
インク中に長時間さらしても、高い接触角を維持し、処
理を行っていないものと比較して、品質が低下すること
なく、既に述べた形式の印刷画像をいっそう正確に位置
決めできることが確かめられた。
Thus, the treated (annealed) and aged fluorocarbon polymer maintains a high contact angle with prolonged exposure to phase change inks at operating temperatures, and has a higher quality than untreated ones. It has been found that it is possible to position a printed image of the type already mentioned more accurately, without the loss of power.

〈その他〉 〈コーティング層の形成方法〉では、オフルオロカーボ
ンポリメリックの分散によるコーティング層、この場
合、ニッケル中のポリマの分散による混合物を採用して
繰り返された。
<Others><Method of forming coating layer> was repeated using a coating layer by dispersion of an ofluorocarbon polymer, in this case a mixture by dispersion of polymer in nickel.

この実験では、市販の無電解のニッケル混合物は、リチ
ャードソン・インダストリズ・ダイナプレートの定式化
のなかで利用されている。これらの定式化の殆どが燐酸
塩ニッケルベースであるにもかかわらず、ホウ素ニッケ
ル混合物がその中に用いられている。リチャードソン・
インダストリズの752Aを150ml/liter含んだもの、リチ
ャードソン・インダストリズの752Aを50ml/liter含んだ
もの、及び800mlの蒸留水でもって、デュポン社の30サ
ブミクロPTFEエマルジョンと混合したものを、コーティ
ング材料として用いる。
In this experiment, a commercially available electroless nickel mixture was utilized in the Richardson Industries Dynaplate formulation. Despite the fact that most of these formulations are nickel phosphate based, a boron nickel mixture is used therein. Richardson
A coating material containing 150 ml / liter of Industriz 752A, 50 ml / liter of Richardson Industriz 752A, and 800 ml of distilled water mixed with 30 submicro PTFE emulsion of DuPont. Used as.

ステンレススチールの切り取り試片を、上述のコーティ
ング用混合物の中に85℃−90℃の温度にて10分から30分
間浸し、0.00254mm(0.0001インチ)から0.0102mm(0.0
004インチ)の厚さのコーティング層を形成する。試料
は、その後、窒素雰囲気中で300℃の温度で1時間焼き
鈍しされる。
A stainless steel coupon is soaked in the coating mixture described above at a temperature of 85 ° C to 90 ° C for 10 minutes to 30 minutes to form 0.00254 mm (0.0001 inch) to 0.0102 mm (0.001 mm).
004 inches) thick coating layer is formed. The sample is then annealed at a temperature of 300 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

試料の上でのインクの接触角は、エイジングの前では60
゜でエイジングの後では58゜であった。このエイジング
は、〈コーティング層の形成方法〉の場合と同様の方法
で行われた。
The contact angle of the ink on the sample is 60 before aging.
After aging it was 58 °. This aging was performed by the same method as in <Method of forming coating layer>.

ゆえに、その他の処理と共にコーティングされたインク
ジェットヘッド、エイジングされまたはエイジングされ
ていないフルオロカーボンポリマ、及び特に上述のフル
オロカーボンポリメリック分散らによって、必要とされ
る接触角をうみだすことができる。さらにこれゆえ、相
変化インクにおいても、すでに述べた形式で、品質低下
のない、画像が正確に位置決めされた印刷ができること
が確かめられた。
Thus, the inkjet heads coated with other treatments, the aged or unaged fluorocarbon polymers, and especially the fluorocarbon polymeric dispersions described above, can produce the required contact angle. Furthermore, it has therefore been found that even with phase change inks, it is possible in the previously described formats to print with precisely positioned images without quality degradation.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明では、インクジェットヘッド表面のノズルの周囲
に湿潤低減材料で形成し、焼鈍処理を施したコーティン
グ層が設けられる。このコーティング層は、少なくとも
約70度Cのインクジェットヘッドの動作温度においても
その表面エネルギは相変化インクの表面張力より少なく
とも4ダイン/cm小さい。これによって、先に示したエ
イジングの実験結果からもわかるように、コーティング
層を相変化インクに長期間露出した後でも相変化インク
がコーティング層と少なくとも約50度の接触角をなすこ
とができる。このため均一な形状のインク滴を高い頻度
で発生させることができ、インク滴のアドレス可能性が
高まる。従って、印刷の画質を低下させることなく、ま
た画像の位置決めも正確になる。更に、プリンタに搭載
するインクジェットヘッドの台数を減らすこともできる
し、印刷速度を向上させることもできる。
In the present invention, the coating layer formed of the wetting reducing material and subjected to the annealing treatment is provided around the nozzle on the surface of the inkjet head. The surface energy of the coating layer is at least 4 dynes / cm less than the surface tension of the phase change ink even at an operating temperature of the inkjet head of at least about 70 degrees Celsius. This allows the phase change ink to form a contact angle with the coating layer of at least about 50 degrees even after the coating layer has been exposed to the phase change ink for a long period of time, as can be seen from the results of the aging experiment described above. Therefore, it is possible to generate ink droplets having a uniform shape with high frequency, and the addressability of the ink droplets is increased. Therefore, the image positioning is accurate without deteriorating the print quality. Further, it is possible to reduce the number of inkjet heads mounted on the printer and to improve the printing speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明のインクジェットヘッドの断面図、第
2図は、第1図のヘッドの材料にコーティング層を被着
させるための装置の斜視図、第3図は、コーティグ層を
設けたインクジェットへどヘッドとコーティング層を設
けていないインクジェットヘッドとのインク噴射の様態
を比較するためのグラフである。 これらの図において、(10)がインクジェットヘッド、
(20)がノズル、(50)がコーティング層である。
1 is a sectional view of an ink jet head of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an apparatus for applying a coating layer to the material of the head of FIG. 1, and FIG. 3 is provided with a coating layer. 6 is a graph for comparing the ink jetting states of an inkjet head and an inkjet head not provided with a coating layer. In these figures, (10) is an inkjet head,
(20) is a nozzle and (50) is a coating layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テッド・イー・デウア アメリカ合衆国 オレゴン州 97229 ポ ートランド ノースウエスト ソルツマン ロード ナンバー77 670 (72)発明者 ドナルド・アール・チテリントン アメリカ合衆国 オレゴン州 97062 チ ュアラチン サウスウエスト シレツ・ド ライブ 10185 (72)発明者 カーチス・エフ・シェリー アメリカ合衆国 オレゴン州 97330 コ ーバリス ノースウエスト ルーズベル ト・ドライブ 3415 (56)参考文献 特開 昭63−122559(JP,A) 特開 昭61−74849(JP,A) 特開 昭63−126757(JP,A) 特開 昭60−183161(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ted E. Deua U.S.A. Oregon 97229 Portland Northwest Saltsman Road No. 77 670 (72) Inventor Donald Earl Citterington United States Oregon 97062 Chuarachin Southwest Siletz Do Live 10185 (72) Inventor Curtis F. Shelley Oregon, USA 97330 Coballis Northwest Roosevelt Drive 3415 (56) Reference JP 63-122559 (JP, A) JP 61-74849 (JP, A) ) JP-A-63-126757 (JP, A) JP-A-60-183161 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】相変化インクのインク滴をノズルから噴出
することにより実質的に劣化なく正確な画像を印刷媒体
上に形成するインクジェットヘッドであって、 該インクジェットヘッドの表面の上記ノズルの周囲に湿
潤低減材料で形成し、焼鈍処理を施したコーティング層
を具え、 少なくとも約70度Cの上記インクジェットヘッドの動作
温度においても、上記コーティング層の表面エネルギは
上記相変化インクの表面張力より少なくとも4ダイン/c
m小さく、上記コーティング層を上記相変化インクに長
期間露出した後でも上記相変化インクが上記コーティン
グ層と少なくとも約50度の接触角をなすことを特徴とす
るインクジェットヘッド。
1. An ink jet head for forming an accurate image on a print medium substantially without deterioration by ejecting ink droplets of a phase change ink from a nozzle, the ink jet head having a surface around the nozzle. With a coating layer formed of a wetting reducing material and annealed, the surface energy of the coating layer is at least 4 dynes above the surface tension of the phase change ink, even at operating temperatures of the inkjet head of at least about 70 ° C. / c
An inkjet head characterized in that the phase change ink has a small contact angle with the coating layer of at least about 50 degrees even after being exposed to the phase change ink for a long time.
【請求項2】相変化インクのインク滴をノズルから噴出
することにより実質的に劣化なく正確な画像を印刷媒体
上に形成するインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、 該インクジェットヘッドの表面の上記ノズルの周囲に湿
潤低減材料でコーティング層を形成し、 上記コーティング層に焼鈍処理を施し、 該焼鈍処理により、少なくとも約70度Cの上記インクジ
ェットヘッドの動作温度においても上記コーティング層
の表面エネルギを上記相変化インクの表面張力より少な
くとも4ダイン/cm小さく維持できることを特徴とする
インクジェットヘッドの製造方法。
2. A method of manufacturing an ink jet head, wherein an accurate image is formed on a print medium without substantially deteriorating by ejecting ink droplets of phase change ink from the nozzle, wherein the nozzle on the surface of the ink jet head. A coating layer formed of a wetting reducing material on the periphery of the coating layer, the coating layer is annealed, and the surface energy of the coating layer is controlled by the annealing treatment even at an operating temperature of the inkjet head of at least about 70 ° C. A method for manufacturing an inkjet head, characterized in that it can be kept at least 4 dyne / cm smaller than the surface tension of the changing ink.
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