TW202116572A - 液體吐出頭及噴墨裝置 - Google Patents
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Abstract
[課題]本發明之課題為提供一種液體吐出頭及噴墨裝置，可以抑制液體所包含的粒子等所造成之噴嘴的阻塞、或在流路及振動板表面中之粒子的附著，並實現隨時間而穩定的吐出。
[解決手段]解決手段為一種噴墨頭，具備：噴嘴，吐出液體；壓力室，與噴嘴連通；個別流路，透過窄縮部來與壓力室連通；共通流路，與個別流路連通；能量產生元件，使能量產生；及振動板，將能量傳遞至壓力室，在噴嘴、壓力室、窄縮部、振動板、及個別流路各自之內壁形成有對液體具有親液性的單分子膜。
Description
本揭示是有關於一種液體吐出頭及噴墨裝置。
以往，作為液體吐出頭的一例，已知有一種可以因應輸入訊號而在必要時塗佈必要量之墨水的按需滴墨(drop-on-demand)型噴墨頭。例如壓電方式的按需滴墨型噴墨頭，一般來說具有：墨水供給流路；複數個壓力室，連接於該墨水供給流路並具有噴嘴；及壓電元件，對已填充於該壓力室內的墨水施加壓力。
在此，針對以往之散裝(bulk)型噴墨頭的一例，使用圖1A、圖1B來說明。圖1A及圖1B是顯示以往之散裝型噴墨頭的截面構造的示意圖。圖1A是顯示電壓施加前的狀態，圖1B是顯示電壓施加時的狀態。
如圖1A及圖1B所示地，以往之散裝型噴墨頭具有：複數個噴嘴100，吐出墨水之液滴；壓力室110，連通於噴嘴100，並被墨水填充；分隔壁111，將對應相鄰之噴嘴100的壓力室110隔開；振動板112，構成壓力室110的一部分；壓電元件130，使振動板112振動；及壓電構件140，支撐壓電元件130及分隔壁111。又，雖省略圖示，但以往之散裝型噴墨頭具有對壓電元件130施加電壓的共通電極、及墨水的導入口。
壓電構件140是將1個壓電構件藉由切割而分離之物。噴嘴100的直徑是10μm~50μm。噴嘴100是以100μm~500μm的間隔排列。噴嘴100的數量是例如100~400。
如此而構成的以往之散裝型噴墨頭是如以下的方式動作。
當在壓電元件130的背側的共通電極(圖示略)與壓電元件130之間施加電壓時，壓電元件130會從圖1A所示的狀態變形為圖1B所示的狀態。具體而言，在圖1B中，左側起第2個壓電元件130之下部會變形。藉此，壓力室110的容積變小，且壓力室110內的墨水會被施加壓力，而從噴嘴100吐出墨水之液滴(圖示略)。
以上，針對以往之散裝型噴墨頭的一例進行了說明。
又，已知有一種具有墨水的注入口及排出口，並一邊使墨水循環一邊吐出墨水之噴墨頭。針對藉由使墨水循環可獲得的效果，於以下進行說明。
噴嘴附近的墨水是處於經常接觸大氣的狀態。由於墨水與大氣之接觸面積非常微小，因此處於連墨水的溶劑的蒸發都無法忽視的狀態。當墨水的溶劑蒸發後，墨水的固體成分濃度便會上升。其結果，墨水的黏度上升，正常的墨水吐出有可能變得困難。
因此，藉由使墨水循環，可以經常地更換噴嘴附近的墨水，而可以經常地將噴嘴附近的墨水保持在正常的黏度。其結果，變得可以抑制噴嘴阻塞，並恆定地進行正常的吐出。
又，已知有一種使用了薄膜的壓電元件之薄膜型噴墨頭。針對該薄膜型噴墨頭的一例，使用圖2A、圖2B，於以下進行說明。圖2A及圖2B是顯示以往之薄膜型噴墨頭的截面構造的示意圖。圖2A是顯示電壓施加前的狀態，圖2B是顯示電壓施加時的狀態。
如圖2A及圖2B所示地，以往之薄膜型噴墨頭具有：噴嘴200，吐出墨水之液滴；壓力室210，連通於噴嘴200，並被墨水填充；振動板212，構成壓力室210的一部分；薄膜壓電元件220，設置於振動板212之上部，並使振動板212振動；壓電構件140，支撐壓電元件130及分隔壁111；及共通壓力室230，對壓力室210供給墨水。
如此而構成的以往之薄膜型噴墨頭是如以下的方式動作。
當對薄膜壓電元件220施加電壓時，薄膜壓電元件220會從圖2A所示的狀態變形為圖2B所示的狀態。藉由該薄膜壓電元件220的變形，壓力室210的容積變小，且壓力室210內的液體會被施加壓力，而從噴嘴200吐出墨水之液滴(圖示略)。
以上，針對以往之薄膜型噴墨頭的一例進行了說明。
又，在例如專利文獻1中，揭示了一種噴墨頭，其為了抑制吐出的墨水附著，噴嘴之表面具有撥除墨水的性質(撥液性)，且為了抑制墨水中的氣泡滯留，噴嘴之內壁具有可融入墨水而潤濕的性質(親液性)。
在此，針對專利文獻1所揭示之使噴嘴撥液化及親液化的加工步驟，使用圖3來說明。圖3是顯示專利文獻1所揭示之噴墨頭的噴嘴板之加工步驟的截面示意圖。
首先，如圖3之上圖所示地，分別對噴嘴板60之表面及噴嘴孔51之內壁施以氫封端化處理(X)。
其次，如圖3之中圖所示地，對噴嘴板60之表面賦予光能61，使噴嘴板60之表面反應活性化。並且，使撥液膜原料接觸噴嘴板60之表面，藉此來使噴嘴板60之表面撥液化(Y)。
其次，如圖3之下圖所示地，對噴嘴孔51之內壁賦予熱能62，並使親液膜原料接觸噴嘴孔51之內壁，藉此來使噴嘴孔51之內壁親液化(Z)。
藉由以上的加工步驟，噴嘴板60之表面即具備撥液性，因此可以抑制墨水的附著。又，由於噴嘴孔50之內壁具備親液性，因此可以抑制氣泡積存。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2011-68095號公報
發明欲解決之課題
然而，在專利文獻1之噴墨頭中，並未保證噴嘴以外的墨水接液部(例如流路或壓力室之內壁面)的親液性。因此，在專利文獻1之噴墨頭中，當使用包含由無機化合物所構成的粒子或黏合劑成分等(以下稱為粒子等)的墨水時，粒子或黏合劑成分會附著於噴嘴以外的墨水接液部並堆積，因此有發生阻塞之虞。尤其黏合劑成分是由有機化合物所構成的材料，容易附著在由不鏽鋼等之金屬所構成的墨水接液部。
例如，噴墨頭的流路當中，在個別流路與壓力室連通的部分中，為了使壓力室內的壓力波難以釋出，因此設置有使寬度比個別流路更狹窄的流路即窄縮部。該窄縮部在墨水流動過程中會施加很大的剪應力。因此，墨水中的粒子等會變得容易凝集，且粒子等附著於流路的壁面而容易發生阻塞。
又，振動板是對應吐出的頻率而高速地振動。例如，振動板對應1~50kHz左右的頻率，會進行1秒鐘1000~50000次左右的振動。該振動會成為以高速對墨水賦予剪力的原因。因此，墨水中的粒子的分散狀態會崩壞並凝集，而有附著於振動板之表面之虞。
本揭示之一態樣的目的是提供一種液體吐出頭及噴墨裝置，可以抑制液體所包含的粒子等所造成之噴嘴的阻塞、或在流路及振動板表面中之粒子的附著，並實現隨時間而穩定的吐出。
用以解決課題之手段
本揭示之一態樣之液體吐出頭具備：噴嘴，吐出液體；壓力室，與前述噴嘴連通；個別流路，透過窄縮部來與前述壓力室連通；共通流路，與前述個別流路連通；能量產生元件，使能量產生；及振動板，將前述能量傳遞至前述壓力室，在前述噴嘴、前述壓力室、前述窄縮部、前述振動板、及前述個別流路各自之內壁形成有對前述液體具有親液性的單分子膜。
本揭示之一態樣之噴墨裝置具備：本揭示之一態樣之液體吐出頭；驅動控制部，生成施加於前述能量產生元件的驅動電壓訊號，並控制前述液體吐出頭的墨水吐出動作；及搬送部，使前述液體吐出頭與被描繪媒體相對移動。
發明效果
根據本揭示，可以抑制液體所包含的粒子等所造成之阻塞，並實現隨時間而穩定的吐出。
用以實施發明之形態
以下，針對本揭示之實施形態，一邊參照圖式一邊進行說明。另外，針對在各圖中共通之構成要素，附加相同符號並適當省略該等之說明。
＜噴墨頭300＞
針對本揭示之實施形態之噴墨頭300的構成，使用圖4A、圖4B、及圖4C來說明。
圖4A是顯示本實施形態之噴墨頭300的構成的截面示意圖。又，圖4A顯示了圖4C中之AA’截面。圖4B是圖4A的XY截面圖。圖4C是顯示噴墨頭300整體的共通流路351之配置的平面圖。
另外，本實施形態中，雖然是舉出液體吐出頭是吐出墨水之噴墨頭300的情況為例子來進行說明，但並不限定於此。液體吐出頭亦可為吐出墨水以外之液體者。
噴墨頭300具有：噴嘴312、壓力室314、壓電式元件(piezoelectric element)330、振動板317、窄縮部320、個別流路315、共通流路351、單分子膜340、及撥液膜350。
噴嘴312是用以吐出墨水的貫通孔，並與壓力室314連通。噴嘴312的直徑是例如5~50μm左右。噴嘴312是藉由例如雷射加工或蝕刻或沖孔等方法所形成。
在噴嘴312之表面，設置了具有撥除墨水的性質(撥液性)的撥液膜350。撥液膜350是藉由將撥液性的原材料的液體旋轉塗佈而形成。藉由形成撥液膜350，噴嘴312之表面便具備撥液性。撥液膜350對墨水的後退接觸角是例如30度以上。撥液膜350對墨水的靜態接觸角是例如50度以上。
壓電式元件330(能量產生元件的一例)是對應壓力室314而設置，並藉由電壓的施加而位移。作為壓電式元件330，可以使用例如d33模式或d31模式之積層型壓電式元件、或是利用剪切模式的壓電式元件。或者，作為取代該等壓電式元件的能量產生元件，亦可使用靜電致動器(electrostatic actuator)或發熱元件等。
振動板317配置成接觸壓電式元件330，並藉由壓電式元件330的位移而變形。振動板317是藉由例如鎳等金屬或聚醯亞胺等樹脂所構成，但並不限定於此。振動板317的厚度宜為例如5~50μm。
當壓電式元件330的位移傳達至振動板317時，振動板317會變形。藉此，壓力室314的容積改變，並從噴嘴312吐出墨水之液滴。因此，振動板317的變形量非常重要，並且由於與其有關的振動板317之剛性的參差會影響到吐出特性，因此會要求將振動板317之剛性均一化。
壓力室314是與噴嘴312連通。又，壓力室314是透過窄縮部320來與個別流路315連通。壓力室314的容積是依據振動板317的變形而變化。藉由該容積的變化而從噴嘴312吐出墨水。藉由壓力室314的容積或窄縮部320的流路阻力，墨水之共振週期改變，且吐出的墨水之體積或速度改變。因此，必須因應需要來將壓力室314的容積等調整為最適當。
個別流路315、共通流路351、及窄縮部320是墨水的流路。共通流路351是與個別流路315連通。個別流路315是透過窄縮部320來與壓力室314連通。窄縮部320具有比個別流路315之寬度更狹窄的寬度。藉此，壓力室314內的壓力波變得難以朝個別流路315釋出。
在噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之內壁形成有親液性的單分子膜340。針對該單分子膜340的詳細內容將於後敘述。又，亦可在共通流路351之內壁形成有單分子膜340。
上述之噴嘴312、壓力室314、個別流路315、振動板317、共通流路351、及窄縮部320是藉由例如以蝕刻等加工之複數個金屬板的熱擴散接合、或矽材的蝕刻等來製作。
＜單分子膜340＞
如圖4A所示地，在噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之內壁，形成有由對墨水具有良好潤濕性質(親液性，以下亦稱作潤濕性)之有機化合物所構成的單分子膜340。
單分子膜340的厚度是例如5~50nm左右。
作為單分子膜340的材料，可舉出例如在分子末端帶有矽烷醇基，且複數個帶有親水基之分子鏈從主骨架延伸的材料。作為這種材料，可以使用例如純正化學股份有限公司製的超親水性塗佈材料(具體而言是LAMBIC-771W)。因此，單分子膜340可說是以在分子末端帶有矽烷醇基，且複數個帶有親水基之分子鏈從主骨架延伸的分子為材料的膜。
在此，所謂單分子膜是指厚度成為剛好相當於1分子的薄膜，且分子已排列時的膜。另外，單分子膜亦稱為單分子層。
只要將高級脂肪酸或高級醇溶解於苯等易揮發性之溶劑並落下至水面，在溶劑揮發之後便可製成單分子膜。此時，由於醇的羥基或羧基(羧酸基)為親水基，因此會朝向水的那一邊，疏水基之長鏈的烷基則會在離水較遠處(空氣中)排列。當分子無縫隙地排列時，可以獲得厚度剛好相當於長鏈的烷基(加親水基)的長度之單分子的膜。
單分子膜340的材料具有分子自組裝地排列的特徴，且活性的矽烷醇基會起化學反應而吸附於基材表面。在基材表面必須有使矽烷醇基活性化之官能基存在。
例如，基材表面形成矽氧化物的膜，並出現羥基的狀態較佳。另外，由於只要基材表面出現羥基即可，因此形成於基材表面的膜並不限定於矽氧化物。例如，作為矽氧化物的替代物，亦可使用氧化鋁(Al2O3)或二氧化鈦(TiO2)等之金屬氧化物。單分子膜340是被覆已形成於基材表面之矽氧化物的膜或金屬氧化物的膜而設置。
由於單分子膜材料一定是可以化學吸附的表面，因此一旦有吸附，就不會再在其上面三維地吸附。藉由該原理，單分子級的膜會自組裝地形成。厚度是控制在5~30nm非常薄，但在成膜於噴嘴312或壓力室314之內壁時，該厚度是非常重要的。若使用顯示出親液性的塗佈劑等，則厚度的控制困難，導致成為數μm到數十μm級的厚度。當厚度變厚時，窄縮部320或噴嘴312會被埋入親液性的膜中而導致阻塞。又，針對成膜於振動板317之表面的膜，厚度也是非常重要的。原因是，由於振動板317的厚度為10μm左右，因此若厚度較厚的膜附著於振動板317之表面，振動板317之剛性會大幅改變，導致從壓電式元件330傳遞之振動特性大幅改變。另外，單分子膜340的材料只要是自組裝地以單分子級的膜厚結束反應的材料即可，並不限定於上述的材料。
從以上內容來看，單分子膜340可說是自組裝單分子膜(self-assembled monolayer)。自組裝單分子膜可藉由以下方式形成：在有機分子之溶液或蒸氣中先置有適當的材料，使有機分子化學吸附於材料表面，並在該過程中形成厚度1~2nm之有機分子的定向性一致的單分子膜。自組裝單分子膜只要將基板浸漬於帶有與其結合之官能基的分子之溶液中便可輕易地製成，並且，具有高定向性與穩定性，而可以藉由末端官能基來導入各種功能。另外，自組裝單分子膜亦稱為自聚性單分子膜。
藉由這種自組裝材料而生成的膜之後退接觸角以20度以下為佳，且15度以下更佳。又，靜態接觸角以25度以上為佳，且30度以上更佳。
在此，針對後退接觸角及靜態接觸角進行說明。
在使液體滴下至固體表面後，液體會因本身帶有之表面張力而變圓，並成立下述式(1)所示之關係。式(1)是被稱為楊氏方程式(Young's equation)。
γs=γL×cosθ＋γSL…(1)
γs：固體之表面張力
γL：液體之表面張力
γSL：固體與液體之界面張力
將此時之液滴之切線與固體表面所構成的角度θ稱為接觸角。其中，將液體在固體表面上靜止並達到平衡狀態時的接觸角稱為靜態接觸角。
另一方面，將液體與固體的界面移動的狀態，亦即液滴的界面移動之動態狀況的接觸角稱為前進接觸角及後退接觸角。在此，著眼於固體表面有被液體潤濕過後之動態接觸角即後退接觸角。
圖4A所示之單分子膜340對墨水的靜態接觸角為30度以上。圖4A所示之單分子膜340對墨水的後退接觸角為20度以下。這意味著以下的狀態。
噴嘴312或個別流路315等為乾燥的狀態，且墨水最初對形成於該等之內壁的單分子膜340接觸時的靜態接觸角為50度以上，是比較高的狀態。
如圖4A所示地，在共通流路351之內壁並未形成有單分子膜340。因此，在共通流路351中，顯示出其素材以往具有的潤濕性。作為共通流路351的素材，在例如使用不鏽鋼時，其靜態接觸角會成為50度以上。
在這種情況下，在共通流路351與個別流路315之間幾乎不會產生對墨水之潤濕性的差。因此，在墨水流動的過程中不會發生咬入氣泡等潤濕的不良情況，而在各流路內填充墨水。
在墨水流動的過程中，若潤濕性在共通流路351與個別流路315之間存在有很大的差，在該部分流動會變得不規則，而有導致咬入氣泡的情形。墨水中存在氣泡常常會成為引起吐出不良的原因，如何除去墨水中的氣泡是很重要的。
當在共通流路351也形成有單分子膜340時，靜態接觸角並不限於上述的內容，低至30度以下亦可。
另一方面，單分子膜340的後退接觸角是低至20度以下的狀態。單分子膜340只要有被墨水潤濕過，單分子膜340中的親水基便會擴展而顯示出高親液性。此時，墨水中的溶劑成分會成為覆蓋噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、及個別流路315各自之內壁表面的狀態。在該狀態下，即便墨水中的粒子或黏合劑欲附著於各內壁，也會因為各內壁被溶劑覆蓋著，因此不會附著便流走。
另外，在圖4A中，雖然僅顯示了1個噴嘴312與對應其之構成要素(例如壓力室314、窄縮部320、個別流路315、及壓電式元件330等)，但如圖4B所示地，該等是沿著Y方向設置有複數個。
如圖4B所示地，共通流路351是透過各個別流路315及各窄縮部320來與各複數個壓力室314連接。
共通流路351連接於墨水貯槽(圖示略)。墨水貯槽連接於墨水之供給源即墨水供給槽(圖示略)。墨水貯槽可說是存在於共通流路351與墨水供給槽之間的第2墨水供給槽。藉由將該墨水貯槽加壓或減壓，可以控制施加於噴嘴312的壓力，來使墨水以適當的狀態吐出。
如圖4C所示地，共通流路351是與供給口353及排出口354連通。墨水是從墨水貯槽透過供給口353而流入其中一邊的共通流路351，並從共通流路351透過各個別流路315及各窄縮部320而流入各壓力室314。從各壓力室314流入另一邊的共通流路351的墨水會從排出口354排出。被排出的墨水會在與墨水供給槽連接的墨水回收槽被回收，並再次流入墨水供給槽。
藉由在墨水供給槽與墨水回收槽之間設置壓力差，墨水會從墨水回收槽朝墨水供給槽流動。藉由採用這種墨水循環系統，可以經常地對各壓力室314供給新鮮的墨水，並可以在噴嘴312附近的接觸大氣的位置上防止因墨水的溶劑蒸發所造成之黏度的上升。藉此，可以實現涵蓋長時間穩定的墨水吐出。
＜噴墨裝置＞
上述之噴墨頭300亦可配備在噴墨裝置。噴墨裝置除了噴墨頭300之外，還具備例如驅動控制部及搬送部。驅動控制部會生成施加於壓電式元件330的驅動電壓訊號，並控制噴墨頭300的墨水吐出動作。搬送部會使噴墨頭300與墨水之液滴落點的被描繪媒體(亦可稱為被印刷對象物)相對移動。
＜實施例與比較例的評價＞
以下，針對實施例及比較例各自之評價進行說明。
在將單分子膜340形成於不鏽鋼板上的情況、與未將單分子膜340形成於不鏽鋼板上的情況下，進行了接觸角的比較評價(後述之實施例1、比較例1)。接觸角是使用接觸角計DSA100(KRUSS製)來測定。
又，在將單分子膜340形成於噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之內壁的情況、與未將單分子膜340形成於噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之內壁的情況下，進行了墨水之吐出特性的比較評價(後述之實施例2、比較例2)。
評價方法如以下所述。
使墨水從噴嘴312吐出，並與驅動波形的施加時間點同步而進行頻閃發光，且照射墨水之液滴(以下簡稱為液滴)，並以相機觀察，而進行了液滴的飛翔過程的觀察。又，藉由使頻閃發光的時間點延遲，來觀察不同時刻的兩點液滴，並測量兩點液滴的位置座標，而進行了液滴的飛翔方向的角度的評價。
使用於評價的墨水是黏度為8mPa.s，且表面張力為33mN/m的墨水。黏度是使用黏度計AR-G2(TA Insruments製)來測定。表面張力是使用表面張力計DSA100(KRUSS製)來測定。又，在使用於評價的墨水中，添加有粒徑為1μm的氧化鈦、及由有機化合物所構成的黏合劑材料。
(實施例1)
在實施例1中，首先，將20nm左右之氧化矽的膜成膜於不鏽鋼板之表面。該成膜是使用了稱為原子層沉積的方法。
其次，使已成膜出氧化矽之不鏽鋼板浸漬於成為單分子膜340之原料的液體材料(例如，純正化學股份有限公司製之超親水性塗佈材料，更具體而言是LAMBIC-771W)中約10秒鐘。然後，使用加熱爐，以80℃使浸漬後之不鏽鋼板乾燥15分鐘，藉此成膜出單分子膜340成膜。
接著，評價了已形成有單分子膜340之不鏽鋼板對墨水的接觸角的經時變化。該評價結果顯示於圖5A。
如圖5A所示地，初始(墨水最初接觸時)的靜態接觸角為95度，且使其浸漬於墨水中20日後的靜態接觸角為90度。因此，可知靜態接觸角幾乎不會經時變化。
又，如圖5A所示地，初始的後退接觸角為10度，且使其浸漬於墨水中20日後的後退接觸角為12度。因此，可知後退接觸角也幾乎不會經時變化。
在實施例1中，可想成是：由於單分子膜340已形成於不鏽鋼板上，因此可抑制墨水中的粒子或黏合劑的附著，來謀求不鏽鋼板之表面的穩定化。
(比較例1)
在比較例1中，與實施例1同樣地，首先，藉由原子層沉積，將20nm左右之氧化矽的膜成膜於不鏽鋼板之表面。
接著，評價了僅形成有氧化矽的膜之不鏽鋼板對墨水的接觸角的經時變化。該評價結果顯示於圖5B。
如圖5B所示地，初始的靜態接觸角為25度，相對於此，使其浸漬於墨水中20日後的靜態接觸角為70度，可知經時變化很大。
又，如圖5B所示地，初始的後退接觸角為16度，相對於此，使其浸漬於墨水中20日後的後退接觸角為12度。
在實施例2中，可想成是：由於單分子膜340未形成於不鏽鋼板上，因此在墨水浸漬中，墨水中的粒子或黏合劑附著於不鏽鋼板之表面，而導致接觸角大幅地變化。
(實施例2)
在實施例2中，首先，藉由原子層沉積，將氧化矽的膜成膜於噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、及個別流路315各自之內壁。在此，噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之材料為不鏽鋼。
其次，藉由與實施例1同樣的方法，將單分子膜340成膜於噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之內壁。
接著，如上述地，針對從噴嘴312吐出之液滴，進行了飛翔過程的觀察及飛翔方向的角度的評價。
液滴的飛翔過程顯示於圖6A。如圖6A所示地，觀察到從噴嘴312飛出之液滴延伸為圓柱狀且尾部變細而飛翔的樣子。又，可知尾部筆直地延伸而飛翔。另外，若尾部彎曲，後續之液滴也不會筆直地飛翔而會彎曲飛翔，使得液滴之落點位置的精確度降低。一旦落點位置的精確度降低，便無法將液滴塗佈於瞄準的位置，而招致印刷品質的降低。
從複數個噴嘴312吐出之液滴的飛翔角度顯示於圖6B。在圖6B中，橫軸是顯示各噴嘴，縱軸是顯示液滴的飛翔角度。在圖6B中顯示了如下的內容：當液滴相對於噴嘴312的鉛直方向筆直地飛翔時，飛翔角度為0度，且飛翔角度的數值越大，液滴飛翔的越彎曲。
當以標準偏差之3倍的值(3σ)來表示從數百個噴嘴312吐出之各液滴的飛翔角度的參差時，是成為17mrad。該值意指：假設將噴嘴312與被印刷對象物之間的距離設為1mm時，液滴之落點位置的參差會成為17μm。
落點之液滴的直徑為60μm左右，並且設為以液滴之半圓彼此重疊的方式來塗佈墨水。此時，若落點位置離開30μm以上，液滴便不重疊而導致產生未被塗佈的區域。因此，落點位置的精確度的目標值是設為30μm以內。並且，可知在實施例2中，有達成落點位置的目標值。
(比較例2)
在比較例2中，與實施例2同樣地，首先，藉由原子層沉積，將氧化矽的膜成膜於噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、及個別流路315各自之內壁。在此，噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之材料為不鏽鋼。
接著，如上述地，針對從噴嘴312吐出之液滴，進行了飛翔過程的觀察及飛翔方向的角度的評價。
液滴的飛翔過程顯示於圖7A。如圖7A所示地，觀察到從噴嘴312飛出之液滴延伸為圓柱狀且尾部變細而飛翔的樣子。又，可知尾部彎曲地飛翔。這可想成是由於墨水中的粒子或黏合劑附著於噴嘴312之內壁，因此導致尾部彎曲。如上述地，若尾部彎曲，後續之液滴也不會筆直地飛翔而會彎曲飛翔，使得液滴之落點位置的精確度降低。其結果，無法將液滴塗佈於瞄準的位置，而招致印刷品質的降低。
從複數個噴嘴312吐出之液滴的飛翔角度顯示於圖7B。圖7B的橫軸及縱軸是與圖6B同樣。又，與圖6B同樣地，在圖7B中顯示了如下的內容：當液滴相對於噴嘴312的鉛直方向筆直地飛翔時，飛翔角度為0度，且飛翔角度的數值越大，液滴飛翔的越彎曲。
當以3σ來表示從數百個噴嘴312吐出之各液滴的飛翔角度的參差時，是成為86mrad。因此，可知各液滴的飛翔角度的參差變得非常大。該值意指：假設將噴嘴312與被印刷對象物之間的距離設為1mm時，液滴之落點位置的參差會成為86μm。亦即，液滴彼此會非預期地重疊、或完全不重疊而產生未被印刷的部分，導致印刷品質降低。
如以上所說明地，本實施形態之噴墨頭300之特徵在於：具備：噴嘴312，吐出液體；壓力室314，與噴嘴312連通；個別流路315，透過窄縮部320來與壓力室314連通；共通流路351，與個別流路315連通；能量產生元件(例如壓電式元件330)，使能量產生；及振動板317，將能量傳遞至壓力室314，在噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315各自之內壁形成有對前述液體具有親液性的單分子膜340。
藉由該特徴，在噴嘴312、壓力室314、窄縮部320、振動板317、及個別流路315中，可以抑制墨水所包含的粒子或黏合劑等的附著。因此，可以抑制粒子或黏合劑等所造成之阻塞，並實現隨時間而穩定的吐出。其結果，可以實現印刷品質的高品質化。
另外，本揭示不限定於上述實施形態的說明，在不脫離其主旨之範圍內，可進行各種的變形。
產業上之可利用性
本揭示之液體吐出頭及噴墨裝置對於例如：含有氧化鈦的白色墨水、含有金屬奈米粒子的導電性墨水、含有量子點半導體粒子的量子點發光墨水、及含有細胞等的生物墨水等的吐出也是很有用的。
51:噴嘴孔
60:噴嘴板
61:光能
62:熱能
100,200,312:噴嘴
110,210,314:壓力室
111:分隔壁
112,212,317:振動板
130:壓電元件
140:壓電構件
220:薄膜壓電元件
230:共通壓力室
300:噴墨頭
315:個別流路
320:窄縮部
330:壓電式元件
340:單分子膜
350:撥液膜
351:共通流路
353:供給口
354:排出口
X,Y,Z:方向
圖1A是顯示以往之散裝型噴墨頭中之電壓施加前的狀態的截面示意圖。
圖1B是顯示以往之散裝型噴墨頭中之電壓施加時的狀態的截面示意圖。
圖2A是顯示以往之薄膜型噴墨頭中之電壓施加前的狀態的截面示意圖。
圖2B是顯示以往之薄膜型噴墨頭中之電壓施加時的狀態的截面示意圖。
圖3是顯示專利文獻1之噴墨頭的噴嘴板之加工步驟的截面示意圖。
圖4A是顯示本揭示之實施形態之噴墨頭的構成的截面示意圖。
圖4B是圖4A的XY截面圖。
圖4C是顯示本揭示之實施形態之噴墨頭整體的共通流路之配置的平面圖。
圖5A是顯示實施例1之親水性化處理後的接觸角的經時變化的圖。
圖5B是顯示比較例1之親水性化處理後的接觸角的經時變化的圖。
圖6A是顯示實施例2之墨水之液滴的飛翔過程的圖。
圖6B是顯示實施例2之墨水之液滴的飛翔角度的圖。
圖7A是顯示比較例2之墨水之液滴的飛翔過程的圖。
圖7B是顯示比較例2之墨水之液滴的飛翔角度的圖。
300:噴墨頭
312:噴嘴
314:壓力室
315:個別流路
317:振動板
320:窄縮部
330:壓電式元件
340:單分子膜
350:撥液膜
351:共通流路
X,Y,Z:方向
Claims (8)
- 一種液體吐出頭，具備： 噴嘴，吐出液體； 壓力室，與前述噴嘴連通； 個別流路，透過窄縮部來與前述壓力室連通； 共通流路，與前述個別流路連通； 能量產生元件，使能量產生；及 振動板，將前述能量傳遞至前述壓力室， 在前述噴嘴、前述壓力室、前述窄縮部、前述振動板、及前述個別流路各自之內壁形成有對前述液體具有親液性的單分子膜。
- 如請求項1之液體吐出頭，其中前述單分子膜是自組裝單分子膜。
- 如請求項1或2之液體吐出頭，其中前述單分子膜的厚度為50nm以下。
- 如請求項1或2之液體吐出頭，其中前述單分子膜是設置成被覆金屬氧化物的膜。
- 如請求項1或2之液體吐出頭，其中前述噴嘴、前述壓力室、前述窄縮部、及前述個別流路各自之內壁對前述液體的靜態接觸角比後退接觸角更大。
- 如請求項1或2之液體吐出頭，其中前述噴嘴之外側之表面對前述液體具有撥液性。
- 如請求項6之液體吐出頭，其中前述噴嘴之外側之表面對前述液體的後退接觸角為30度以上。
- 一種噴墨裝置，具備： 如請求項1至6中任一項之液體吐出頭； 驅動控制部，生成施加於前述能量產生元件的驅動電壓訊號，並控制前述液體吐出頭的墨水吐出動作；及 搬送部，使前述液體吐出頭與被描繪媒體相對移動。
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| JP2019-196069 | 2019-10-29 | ||
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|---|---|
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-
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