DE69227659T2

DE69227659T2 - Farbstrahldruckkopf und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69227659T2
Application number: DE69227659T
Authority: DE
Inventors: Mitsuro Suwa-Shi Nagano 392 Atobe; Yasushi Suwa-Shi Nagano 392 Karasawa; Satoru Suwa-Shi Nagano 392 Miyashita; Yasuhiro Suwa-Shi Nagano 392 Ouki; Kiyohiko Suwa-Shi Nagano 392 Takemoto
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: WO1992013720A1; DE69227659D1; EP0531535A1; JP3160908B2; HK1005288A1; EP0531535B1; US5502470A; EP0531535A4

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruck-Kopf mit einer hervorragenden Wasserabstoßung zur Verwendung in einer Tintenstrahldruck-Vorrichtung und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

STAND DER TECHNIK

Für Tintenstrahldruckköpfe wird als Material Glas, Metall oder Kunststoff benutzt.
Wenn bei der Verwendung von Druckfarbe auf Wasserbasis in einen Tintenstrahldruckkopf die Wasserabstoßung der Düsenoberfläche ungenügend ist, neigen Tröpfchen der Druckfarbe dazu, an der Düsenoberfläche zu haften, was die Geradlinigkeit der ausgespritzten Farbtröpfchen beeinträchtigt, so daß es oft unmöglich wird, den Druckvorgang auszuführen wegen der auftretenden Schwierigkeiten, wie z. B. der Störung der Einstellung.
Aus diesem Grund wurde die Düsenoberfläche, die den Abschnitt zum Ausstoßen der Druckfarbe darstellt, einer Behandlung unterworfen, um die Düsenoberfläche wasserabweisend auszurüsten. Beispielsweise wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Partikel eines wasserabstoßenden Materials auf der Oberfläche der Düse niedergeschlagen werden, z. B. unter Verwendung einer Dispersion von Fluorkohlenstoff-Partikeln in einer Epoxy-Matrix (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 157765) und Einbrennen im Vakuum sowie Plasma-Polymerisation (siehe offengelegte japanische Patentanmeldungen Nr. 183161/1985 und 176059/1984), um die Düsenoberfläche wasserabweisend zu machen.
Bei der oben genannten üblichen Behandlung zur wasserabstoßenden Ausrüstung der Düsenoberfläche ist es nicht immer leicht, eine glatte, abweisende Oberfläche herzustellen, die frei von irgendwelchen Fehlern, wie z. B. winzigen Löchern, ist. Die Eigenschaften schwanken infolgedessen von Produkt zu Produkt und verändern sich im Laufe der Zeit. Außerdem sollte bei der elektrostatischen Pulverbeschichtung die Einbrenntemperatur bei 300ºC oder darüber liegen. Im Fall von Metall (als Düsenmaterial) ist die Maßgenauigkeit gestört und es ist unmöglich, diese Methode auf Kunststoff anzuwenden. Wenn von einer Vakuumabscheidung Gebrauch gemacht werden soll, wird eine große Vorrichtung benötigt und die Verfahrenssteuerung ist schwierig durchzuführen. Da bei dieser Methode zudem die Bindekräfte nicht ausreichen, erhält man nur ein Produkt mit ungenügender Beschichtungshaftung.
Die vorliegende Erfindung kann das oben dargelegte Problem lösen und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tintenstrahldruck-Kopf zur Verfügung zu stellen, bei dem die Wasserabstoßung der Düsenoberfläche, die Beständigkeit der Wasserabstoßung und die Haltbarkeit hervorragend sind, und der es ermöglicht, über einen langen Zeitraum eine hohe Druckqualität zu halten, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Tintenstrahldruck-Vorrichtungen, bei denen auf der Düsenoberfläche eine wasserabweisende Schicht aus einem Fluorpolymer gebildet wird, sind in der JP-A 62-202743, im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 22 Nr. 5 vom Oktober 1979, S. 1965 und 1966, sowie in der JP-A 58-124661 beschrieben.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt einen Tintenstrahldruck-Kopf zur Verwendung in einer Tintenstrahldruck-Vorrichtung bereit, bei dem eine wasserabweisende Schicht, umfassend eine homogene Schicht, die einen LB- (Langmuir-Blodgett-) Film eines Fluorpolymers umfaßt, auf der Oberfläche der Druckfarben-Ausspritzdüse ausgebildet ist.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren vor zur Herstellung eines Tintenstrahldruck-Kopfes zur Verwendung in einer Tintenstrahldruck-Vorrichtung, umfassend das Unterziehen der Oberfläche der Druckfarben-Ausspritzdüse einer Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Herstellen einer Polymerlösung aus einem Fluorpolymer in einem Lösemittel;
Spreiten der Polymerlösung auf der Oberfläche von Wasser;
Verdunsten des Lösemittels aus der so gespreiteten Polymerlösung, um aus dem erhaltenen gespreiteten Film einen Langmuir-Film zu bilden;
In-Kontakt-Bringen des erhaltenen Langmuir-Films mit der Düsenoberfläche, um den gebildeten Langmuir-Film darauf zu übertragen und so einen LB- Film auf einem vorbestimmten Abschnitt der Düsenoberfläche zu bilden. Da der Kontaktwinkel von Wasser zu der Oberfläche der Düse mindestens 90º, vorzugsweise mindestens 100º, betragen soll, ist bei der Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche die Polarisierbarkeit so gering, daß es nützlich erscheint, Fluor einzuführen, das eine auffallend schwache intermolekulare Kohäsionskraft besitzt. Obgleich Polytetrafluorethylen als Fluorpolymer hervorragende Eigenschaften, wie Hitzebeständigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit und Wetterfestigkeit, aufweist, kann dieses Fluorpolymer wegen seiner Unlöslichkeit in Lösemitteln nur durch Pulverbeschichtung aufgebracht werden. Das ermöglicht es, eine gute wasserabstoßende Eigenschaft zu erreichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittansicht eines Tintenstrahldruck-Kopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittansicht eines Tintenstrahldruck-Kopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig'en 3 und 4 sind erläuternde Ansichten, die das Verfahren zur Bildung einer wasserabweisenden Schicht gemäß einer Wasseroberflächen-Spreitmethode darstellen;
Fig. 5 ist eine typische Querschnittansicht, welche die Schritte der wasserabstoßenden Ausrüstung der Düsenoberfläche darstellt; und
Fig'en 6 und 7 sind erläuternde Ansichten, die das Verfahren zur Bildung einer wasserabweisenden Schicht gemäß einer LB-Filmbildungsmethode darstellen.

Die beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung

Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Tintenstrahldruck-Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist in eine Tintenstrahldruck-Vorrichtung eingebaut und er ist dadurch gekennzeichnet, daß eine wasserabweisende Überzugsschicht, die eine homogene Schicht eines Fluorpolymers umfaßt, auf der Oberfläche der die Druckfarbe ausstoßenden Düse gebildet wird.
Die oben genannte wasserabweisende Schicht wird unter Verwendung eines lösemittellöslichen Fluorpolymers hergestellt. Das lösemittellösliche Fluorpolymer ist vorzugsweise amorph. Spezielle bevorzugte Beispiele für das lösemittellösliche Fluorpolymer umfassen Poly-diperfluoralkylfumarat, Teflon AF (Warenzeichen der Du Pont (E. I.) de Nemour & Co.), lösemittellösliche Fluorpolymere wie CYTOP (Warenzeichen der Asahi Glass Co., Ltd.) und alternierende Copolymere von Fluorethylenen mit Ethylenkohlenwasserstoffen, wie ein alternierendes Copolymer von Diperfluoralkylfumarat mit Styrol, ein alternierendes Colpolymer von Trifluorchlorethylen mit einem Vinylether und ein alternierendes Copolymer von Tetrafluorethylen mit einem Vinylester und ihre Homologen und Derivate.
Bevorzugt Beispiele von Lösemitteln umfassen fluorhaltige Flüssigkeiten, u. a. Fluorinert (Warenzeichen der 3M Co.), Garden (Warenzeichen der Montefluos), Trifluormethylbenzol und Chlorfluorkohlenwasserstoff.
Die Konzentration des Fluorpolymers in der Fluorpolymerlösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 7 Gew.-%, noch bevorzugter 0,1 bis 5 Gew.-%.
Da das oben genannte Fluorpolymer lösemittel-löslich ist, ist es möglich, eine wasserabweisende Schicht durch Anwendung des Fluorpolymers in gelöster Form nach einer Überzugsmethode oder einer Übertragungsmethode aufzubringen. Die so gebildete wasserabstoßende Schicht umfaßt einen dichten, homogenen Film, der eine homogene Schicht oder eine kontinuierliche Schicht eines Fluorpolymers umfaßt und es wird angenommen, daß eine solche Filmstruktur zu der bemerkenswerten Verbesserung der wasserabstoßenden Eigenschaft und der Beständigkeit der wasserabstoßenden Wirkung beiträgt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die wasserabweisende Schicht über eine Schicht einer haftvermittelnden Verbindung aufzubringen zu dem Zweck einer weiteren Verbesserung der Haftung zwischen der wasserabweisenden Schicht und der Düsenoberfläche.
Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist es, daß die wasserabweisende Schicht durch einfache und schnelle Verfahren gebildet werden kann, z. B. ein Überzugsverfahren wie Tauchen oder ein Übertragungsverfahren, das später beschrieben wird.
Bei dem oben genannten LB-Film kann zumindest eine Schicht bis zur gewünschte Dicke auflaminiert werden. Eine homogenere und dichtere wasserabweisende Schicht kann mit der Durchführung einer Wärmebehandlung nach dem Aufbringen des LB-Films ausgebildet werden.
Vor dem Aufbringen der Polymerschicht kann auf der Düsenoberfläche eine Schicht einer haftvermittelnden Verbindung gebildet werden und eine Kombination der Film-Übertragungsmethode mit der Ausbildung einer haftvermittelnden Schicht ermöglicht es, eine wasserabweisende Schicht mit hervorragender Haftung und beträchtlicher Dicke herzustellen. Verfahren, die Oberfläche der Düse wasserabweisend zu machen einschließlich der Bildung einer haftvermittelnden Schicht, wird jetzt beschrieben.
Zunächst wird die Düsenplatte in die haftvermittelnde Lösung, die eine haftvermittelnde Verbindung und ein Lösemittel enhält, und dann in ein Lösemittel getaucht. Das Eintauchen der Düsenplatte in ein Lösemittel hat den vorteilhaften Effekt, die Dicke des Überzugs der haftvermittelnden Verbindung gleichmäßig zu machen, um weiterhin die Haftung zwischen der wasserabweisenden Schicht und der Oberfläche der Düsenplatte zu festigen.
Wasser und Alkohole, wie Methanol und Ethanol, können als Lösemittel in der Haftvermittlerlösung eingesetzt werden. Wenn Wasser als Lösemittel benutzt wird, verbessert das die Handhabbarkeit. Außerdem ist dabei die Oberflächenspannung so hoch, daß es möglich ist, die haftverbessernde Verbindung am Eindringen in die Düsenöffnung zu hindern.
Die Polymerschicht wird nach dem Übertragen eingebrannt. Das Einbrennen wird vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht unter dem Glasübergangspunkt des Polymers liegt, durchgeführt. Das Einbrennen ermöglicht es, das flüchtige Lösemittel, das in der Polymerschicht enthalten ist, vollständig zu entfernen. Des weiteren haben die Erfinder festgestellt, daß das Erhitzen der aufgebrachten Polymerschicht auf eine Temperatur nicht unterhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers zu einer Erhöhung der Fließfähigkeit der Polymerschicht führt, was die Eigenschaft des Überzugs verbessert und zudem zu einer Verbesserung seiner Haftung beiträgt.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann außerdem die folgende Arbeitsweise angewendet werden. Nach Einwirken einer Ozonatmosphäre auf die Oberfläche der Düsenplatte wird die Haftschicht gebildet und dann wird die wasserabweisende Schicht aufgebracht. Wahlweise kann man auch die Oberfläche der Haftschicht nach der Ausbildung der Haftschicht einer Ozonatmosphäre aussetzen, gefolgt von der Bildung der wasserabstoßenden Schicht. Die Reinigungsbehandlung der Oberfläche, bei der Ozon angewendet wird, beseitigt Flecken auf der Oberfläche, was zu einer weiteren Verbesserung der Haftung der aufgebrachten Schicht beiträgt. Die Ozonatmosphäre kann durch Einwir kung eines Plasmas oder Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen auf Sauerstoff erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun bezugnehmend auf die folgenden Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.

Ausführungsform "G"

Beim Verfahren gemäß dieser Ausführungsform wird ein Tintenstrahldruck- Kopf, der eine Fluorpolymer-Schicht umfaßt, die auf der Oberfläche der Farbausspritz-Düse gebildet wird, dadurch hergestellt, daß man die Lösung eines Fluorpolymers in einem Lösemittel auf der Oberfläche von Wasser spreitet, das Lösemittel verdunstet und den aufschwimmenden Film mit der Oberfläche der Düse in Berührung bringt. Da bei der Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche der Kontaktwinkel des Wassers mit der Düsenoberfläche mindestens 90º, vorzugsweise mindestens 100º betragen sollte, ist die Polarisierbarkeit so gering, daß es unerläßlich ist, Fluor einzuführen, das eine bemerkenswert kleine intermolekulare Kohäsionskraft aufweist. Weiterhin ist, unabhängig davon, bei der Behandlung der Düsenoberfläche zu ihrer wasserabweisenden Ausrüstung eine hohe Adhäsionskraft im Hinblick auf ihre Verwendung erforderlich.
Das Fluorpolymer vom Typ Polyethylentetrafluorid weist hervorragende Merkmale auf, wie Hitzebeständigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit und Wetterfestigkeit. Es ist jedoch in Lösemitteln unlöslich, so daß es - wie oben ausgeführt - nur durch Pulverbeschichtung angewendet werden kann. Deshalb ist nicht nur die Filmstärke gering, sondern die Haftfestigkeit an der Grenzfläche ist auch auffallend schwach. In den letzten Jahren wurde ein Copolymer aus einem lösemittel-löslichen Polymer mit einem Fluorpolymer und einem synthetischen Polymer, das fluorhaltige Seitenketten enthält, entwickelt. Da diese Polmere Eigenschaften der üblichen Fluorpolymere beibehalten können und dabei in einem Lösemittel löslich sind, kann durch Beschichten leicht eine glatte Oberfläche, die frei von winzigen Löchern ist, hergestellt werden. Um (ausreichende) Filmstärke und Bindekraft zwischen dem Überzug und dem Substrat, die sich von der Filmstärke herleitet, zu erreichen, ist es unerläßlich, daß das Molekulargewicht vor der Filmbildung erhöht wird.
Wenn eine Lösung eines Fluorpolymers in einem Lösemittel auf einer Wasseroberfläche gespreitet wird und das Lösemittel dann verdunstet, wird ein auf der Wasseroberfläche schwimmender Film gebildet. Die Filmdicke kann durch Erstellen einer Kalibrierkurve und Regeln der Tropfenmenge der Lösung, der Lösungskonzentration u. s. w. gesteuert werden. Wenn man die Oberfläche der Düse mit der Wasseroberfläche in Kontakt bringt, wird der auf der Wasseroberfläche ausgebreitete Film des Fluorpolymers nur auf den Teilbereich übertragen, der den gespreiteten Film berührt, aber nicht im Inneren der Düse aufgebracht. Selbst bei einem Arbeitsfehler, bei dem der auf der Wasseroberfläche ausgebreitete Film in das Innere der Düse maximal bis zu der Höhe eindringt, die dem inneren Durchmesser der Düse entspricht, wird der Innendurchmesser der Düse nur um die Filmdicke des auf der Wasseroberfläche ausgebreiteten Films verengt. Eine Druckfarben-Abstoßung kann selbst dann erreicht werden, wenn die Dicke des Fluorpolymerfilms nur etwa 10 nm beträgt. Da die Düse einen Durchmesser von 100 um oder weniger hat, treten keine Schwierigkeiten beim praktischen Gebrauch auf.
Der auf der Wasseroberfläche gespreitete Film des Fluorpolymers hat eine ausreichende Filmstärke. Eine ausreichende Filmstärke kann durch Übertragung des auf der Wasseroberfläche ausgebreiteten Films des Fluorpolymers auf die Düsenoberfläche und Wärmebehandlung des übertragenen Films erhalten werden. Falls nötig, kann die Übertragung des auf der Wasseroberfläche schwimmenden Films des Fluorpolymers auf die Düsenoberfläche mehrmals wiederholt werden, um die Druckfarben-Abstoßung zu verstärken.

Beispiel "G1"

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Tintenstrahldruck-Kopfs. Bezugsziffer (101) bedeutet eine Druckkammer, die den Abschnitt zum Aufbau des Drucks darstellt, der zum Ausstoßen der Druckfarbe mittels eines PZT- Elements oder eines Heizelements dient. Bezugsziffer (102) bezeichnet einen Druckfarbenkanal und Bezugsziffer (103) bedeutet eine Tintenstrahldüse.
Fig. 3 ist eine typische Querschnittansicht, die den Behandlungsschritt zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche darstellt. Fig. 3 (a) zeigt den Zustand, der erhalten wird, wenn "Teflon AF" (hergestellt von Du Pont (E. I.) de Nemour & Co.) in einem Fluorkohlenstoff-Lösemittel aufgelöst und diese Lösung auf der Oberfläche von Wasser gespreitet wird. Obgleich die Konzentration der Lösung und die zutropfende Lösungsmenge in geigneter Weise gewählt werden können, wurde für dieses Beispiel eine Lösung einer Konzentration von 0,05 Gew.-% bereitet, die Lösungsmenge, die eine 0,1 um dicke Schicht von "Teflon AF" bilden kann, berechnet und die so bestimmte Menge der Lösung auf die Wasseroberfläche getropft. Fig. 3 (b) zeigt den Zustand, den man erhält, wenn man die Oberfläche der Düse aus einem Acrylharz mit der auf dem Wasserspiegel ausgebreiteten Schicht des Fluorpolymers, die durch Verdunsten des Fluorkohlenstoff-Lösemittels gebildet wird, in Berührung bringt. Es ist nicht immer notwendig, daß die Oberfläche der Düse mit der Wasserfläche parallel ausgerichtet berührt wird, die Düsenfrontfläche kann auch in einem leicht geneigten Winkel zum Wasserspiegel berührt werden. Außerdem kann die Düse bis zu einem gewissen Grad in das Wasser eingetaucht werden. Fig. 3 (c) zeigt den Zustand, der erhalten wird, wenn man die Düse vom Wasserspiegel hochzieht, um den auf der Wasserfläche gespreiteten Film des Fluorpolymers auf die Düsenoberfläche zu übertragen.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 3 (c) gezeigten Teils der Düse zum Ausstoßen der Druckfarbe. Wenn die Oberfläche der Düse mit dem Wasserspiegel in Berührung gebracht wurde, übertrug sich der auf der Was serfläche ausgebreitete Film des Fluorpolymers auf die Düsenoberfläche nur in dem Abschnitt, der den auf der Wasserfläche gespreiteten Film berührte und der in der Düsenöffnung gelegene, auf der Wasserfläche gespreitete Film blieb auf der Wasserfläche unverändert zurück. Der übertragene Film wurde eine Stunde lang bei 150ºC wärmebehandelt und dann unter dem Mikroskop betrachtet. Als Ergebnis wurde bestätigt, daß sich ein sehr dichter und homogener Film gebildet hatte. Der Film hatte einen Kontaktwinkel mit Wasser von 100º, das bedeutet eine hohe Wasserabstoßung. Des weiteren wurde festgestellt, daß im Inneren der Düse keine Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung stattgefunden hatte.
Der Tintenstrahldruck-Kopf wurde an einer Druckvorrichtung angebracht und ein Probelauf durchgeführt. Es zeigte sich, daß weder ein Ausfall von Punkten noch eine Störung der Einstellung auftraten. Das heißt, es wurde bestätigt, daß die Düse erfolgreich wasserabweisend ausgerüstet war. Dann wurde der Tintenstrahldruck-Kopf 5 Tage lang bei 70ºC in eine Druckfarbe eingetaucht und ein Testlauf in der gleichen Weise durchführt, wie oben beschrieben. Die Druckqualität war die gleiche wie die ursprüngliche. Das bedeutet, der Druckkopf hat eine genügende Druckfarben-Abstoßung beibehalten. Unter Verwendung von Silicongummi wurde auch ein Reibtest ausgeführt, während Druckfarbe zugespritzt wurde. Es ergab sich, daß der Kontaktwinkel des Druckkopfs mit Wasser 100º oder mehr betrug, nachdem der Druckkopf 5000-mal gerieben worden war. Demnach konnte ein Tintenstrahldruck-Kopf verwirklicht werden, der im wesentlichen zu keinem Nachlassen der Wasserabstoßung führt und der für einen langen Zeitraum eine hohe Druckqualität liefern kann.

Beispiel "G2"

Figur ist eine typische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Tintenstrahldruck-Kopfs. Bezugsziffer (1) bedeutet eine Druckkammer, die den Abschnitt zum Aufbau des Drucks darstellt, der zum Ausspritzen der Druckfarbe mittels eines PZT-Elements oder eines Heizelements dient. Bezugsziffer (3) bezeichnet eine Tintenstrahldüse. Bezugsziffer (31) bedeutet ein erstes Substrat, das mit einer vorbereiteten Rinne für einen Druckfarbenkanal versehen ist. Bezugsziffer (32) bezeichnet ein zweites solches Substrat. Ein Druckfarbenkanal wird durch Aufeinanderschichten der beiden Teilstücke gebildet. Bezugsziffer (33) bedeutet eine Düsenplatte.
Fig. 5 ist eine typische Querschnittansicht, welche die Schritte zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche darstellt. Fig. 5 (a) ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung einer Düse in einer Nickel enthaltenden Düsenplatte (43) vor ihrer Behandlung. Fig. 5 (b) zeigt einen Zustand, der erhalten wird, wenn "CYTOP" (hergestellt von der Asahi Glass Co., Ltd.) in einem Fluorkohlenstoff-Lösemittel aufgelöst wird, die Lösung auf einer Wasseroberfläche gespreitet wird, der auf dem Wasserspiegel gebildete, auf dem Wasserspiegel ausgebreitete 0,05 um dicke Film des Fluorpolymers auf die Oberfläche der Düsenplatte übertragen wird und der übertragene Film eine Stunde lang bei 180ºC wärmebehandelt wird. Die Betrachtung des dünnen Films unter dem Mikroskop hat gezeigt, daß der gebildete Dünnfilm sehr dicht und gleichmäßig war. Der Film wies einen Kontaktwinkel zu Wasser von 108º, also eine hohe Wasserabstoßung auf. Weiterhin hat sich bestätigt, daß die Innenseite der Düse keiner Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung ausgesetzt war. Fig. 5 (c) zeigt einen Zustand, der erhalten wird, wenn die Düsenplatte der oben beschriebenen Oberflächenbehandlung zur wasserabstoßenden Ausrüstung der Düsenoberfläche unterworfen war und mit einem ersten Substrat (52), das einen Polycarbonat-Kunststoff umfaßt, gewaschen und getrocknet und dann durch einen Klebstoff (51) miteinander verbunden wurde.
Der Tintenstrahldruck-Kopf wurde an einer Tintenstrahldruck-Vorrichtung angebracht und ein Testlauf durchgeführt. Es ergab sich, daß weder ein Ausfall von Punkten noch eine Störung der Einstellung auftraten. Das bedeutet, es wurde bestätigt, daß die Düse mit Erfolg wasserabweisend ausgerüstet war. Dann wurde der Tintenstrahldruck-Kopf 5 Tage lang bei 70ºC in eine Druckfarbe eingetaucht und ein Probelauf in der gleichen Weise, wie oben angegeben, durchgeführt. Die Druckqualität war die gleiche wie die ursprüngliche. Das heißt, der Druckkopf hatte eine ausreichende Druckfarben- Abstoßung beibehalten. Unter Verwendung von Silicongummi wurde ein Reibtest durchgeführt, während Druckfarbe zugespritzt wurde. Es ergab sich, daß der Kontaktwinkel des Druckkopfs zu Wasser 100º oder mehr betrug, nachdem der Druckkopf 5000-mal gerieben worden war. Demnach konnte ein Tintenstrahldruck-Kopf verwirklicht werden, der zu keinem wesentlichen Nachlassen der Wasserabstoßung führt und der für einen langen Zeitraum eine hohe Druckqualität liefert.

Beispiel "G3"

Ein hochmolekulares Diperfluoralkylfumarat/Dialkylfumarat-Copolymer wurde in einem Fluorkohlenstoff-Lösemittel aufgelöst und die Lösung auf einer Wasserfläche gespreitet. Der sich ergebende auf dem Wasser gespreitete Film des Fluorpolymers, dessen Dicke 0,01 um betrug, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 auf die Oberfläche einer Düse übertragen. Der obige Übertragungsschritt wurde zusätzlich zweimal wiederholt und der erhaltene Film wurde bei 120ºC eine Stunde lang wärmebehandelt. Die Betrachtung des dünnen Films unter dem Mikroskop zeigte, daß der gebildete Dünnfilm sehr dicht und homogen war. Der Film wies einen Kontaktwinkel zu Wasser von 105º, d. h. eine hohe Wasserabstoßung auf. Außerdem wurde festgestellt, daß die Innenseite der Düse im wesentlichen keiner Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung ausgesetzt war.
Der so hergestellte Tintenstrahldruck-Kopf wurde an einer Druckvorrichtung angebracht und ein Testlauf wurde durchgeführt. Im Ergebnis trat weder ein Ausfall von Punkten noch eine Störung der Einstellung auf. Das bedeutet, es wurde festgestellt, daß die Düse mit Erfolg wasserabweisend ausgerüstet war. Dann tauchte man den Tintenstrahldruck-Kopf 5 Tage lang bei 70 ºC in eine Pigmentdruckfarbe und führte den Probelauf in der gleichen Weise durch wie oben beschrieben. Die Druckqualität war die gleiche wie die ursprüngliche. Das heißt, der Druckkopf hatte eine ausreichende Druckfarben- Abstoßung beibehalten.
Unter Verwendung von Silicongummi wurde ein Reibtest durchgeführt, während eine Pigmentdruckfarbe zugespritzt wurde. Es ergab sich, daß der Kontaktwinkel des Druckkopfs zu Wasser 95º oder mehr betrug, nachdem der Druckkopf 5000-mal gerieben worden war. Demnach konnte ein Druckkopf verwirklicht werden, der zu keinem wesentlichen Nachlassen der Wasserabstoßung führt und der eine hohe Druckqualität für einen langen Zeitraum liefern kann.
Die vorliegende Erfindung wurde an Hand von Beispielen beschrieben. Die für den Tintenstrahldruck-Kopf benutzten Materialien und die Gestaltung des Tintenstrahldruck-Kopfs sowie die Art der auf der Oberfläche der Düse gebildeten Fluorpolymer-Schicht können abgeändert werden und sind nicht besonders beschränkt.

Ausführungsform "H"

Bei dieser Ausführungsform wird ein LB-Film aus einem Fluorpolymer auf der Oberfläche einer Druckfarben-Ausstoßdüse gebildet. Der LB-Film wird unter Verwendung von Polydiperfluoralkylfumarat oder einem seiner Copolymeren als Fluorpolymer hergestellt.
Bei dem Verfahren gemäß dieser Ausführungsform wird ein LB-Film gebildet durch Spreiten einer Lösung eines in einem Lösemittel aufgelösten Fluor polymeren auf einer Wasserfläche, Abdunsten des Lösemittels, Verschieben einer Barriere, um aus dem erhaltenen gespreiteten Film einen Langmuirfilm zu formen, und Bilden eines LB-Films aus dem Fluorpolymeren auf der Oberfläche einer Düse nach einer horizontalen Ablegemethode.
Da der Kontaktwinkel von Wasser zu der Oberfläche der Düse mindestens 90º, vorzugsweise mindestens 100º betragen sollte, ist bei der Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche die Polarisierbarkeit so gering, daß es unerläßlich ist, Fluor einzuführen, das eine bemerkenswert schwache intermolekulare Kohäsionskraft aufweist. Weiterhin ist, unabhängig davon, bei der Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche im Hinblick auf die Verwendung eine starke Adhäsionskraft erforderlich.
Das Fluorpolymer vom Typ Polyethylentetrafluorid hat hervorragende Eigenschaften, wie Hitzebeständigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit und Wetterfestigkeit. Es ist jedoch in Lösemitteln unlöslich, so daß - wie oben dargelegt - nur Pulverbeschichtung angewendet werden kann. Daher ist nicht nur die Filmstärke gering, sondern die Haftfestigkeit an der Grenzfläche ist auch ungewöhnlich schwach. In den letzten Jahren wurde ein Copolymer aus einem lösemittel-löslichen Polymer mit einem Fluorpolymer und einem synthetischen Polymer mit einer besonderen fluorhaltigen Seitenkette entwickelt. Da diese Polymere Eigenschaften der üblichen Fluorpolymere beibehalten können, aber löslich in einem Lösemittel sind, kann auf einfache Weise durch Überziehen eine glatte Oberfläche, die frei von winzigen Löchern ist, hergestellt werden. Um eine (ausreichende) Filmstärke und von der Filmstärke hergeleitete Bindekraft zwischen Überzugsfilm und Substrat zu erreichen, ist es unerläßlich, daß das Molekulargewicht vor der Filmbildung erhöht wird.
Da der LB-Film aus einem Fluorpolymer ein dichter Film auf molekularer Ebene ist, kann eine sehr gleichmäßige wasserabweisende Wirkung erhalten werden, selbst wenn die Filmdicke gering ist. Die Oberflächenenergie des LB-Films aus einem Fluorpolymer mit einer Laminatstruktur aus mindestens einer Schicht ist gleich jener einer festen Folie, so daß eine vollkommenere Abstoßung der Druckfarbe erzielt werden kann. Da jedoch in einem üblichen Polymer das molekulare Gerüst einen hohen Freiheitsgrad besitzt, befindet sich das Molekül in einer zufällig gewundenen Form. In diesem Fall wird kein LB-Film ausgebildet und selbst wenn die Beschichtung dick ausgeführt wird, ist die Festigkeit des erhaltenen Films geringer als die des LB-Films und die Homogenität ist mangelhaft wegen des Auftretens von Lücken. Wenn das Fluorpolymer dagegen ein Polydiperfluoralkylfumarat oder ein Copolymer davon ist, nimmt das Molekül wegen des großen Umfangs der Seitenketten die Form eines starren Stabes an, was es ermöglicht, daß sich mühelos ein LB-Film ausbildet.
Wenn ein LB-Film gebildet wird durch Spreiten der Lösung eines Fluorpolymers, aufgelöst in einem Lösemittel, auf einer Wasseroberfläche, Eingrenzen mit einer Barriere, um aus dem erhaltenen gespreiteten Film einen Langmuir-Film zu formen, und Bildung eines LB-Films des Fluorpolymers auf der Oberfläche einer Düse durch die Methode einer horizontalen Ablagerung, wird nur der Teilbereich (der Düsenoberfläche), der den Langmuir-Film berührt hat, wasserabweisend ausgerüstet, während die Innenseite der Düse keiner Behandlung ausgesetzt ist. Selbst bei einem Arbeitsfehler wird der innere Durchmesser nur um die Filmdicke des LB-Films verengt, wobei der LB-Film im Inneren der Düse maximal bis zur gleichen Höhe eindringt, die dem Innendurchmesser der Düse entspricht. Der LB-Film des Fluorpolymers hat eine Dicke von etwa 1 nm pro Schicht, während der Durchmesser der Düse ungefähr einige zehn um beträgt, so daß beim praktischen Gebrauch keine Probleme auftreten.
Der LB-Film aus dem Fluorpolymer hat eine ausreichende Filmfestigkeit. Da der LB-Film durch ein Verfahren horizontaler Ablagerung aufgebracht wird, befindet sich keine Wasserschicht oder ähnliches zwischen der Düsenoberfläche und dem LB-Film des Fluorpolymers, so daß eine befriedigende Haftfestigkeit erzielt werden kann. Wenn möglich, ist es vorzuziehen, den Film auf eine Temperatur nicht unterhalb des Glasübergangspunkts des Fluorpoloymers zu erhitzen.

Beispiel "H1"

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Tintenstrahldruck-Kopfs. Bezugsziffer (101) bezeichnet eine Druckkammer, die den Abschnitt zum Aufbau des Drucks darstellt, der für den Ausstoß der Druckfarbe mittels eines PZT- Elements oder eines Heizelements benutzt wird. Bezugsziffer (102) bezeichnet einen Druckfarbenkanal und Bezugsziffer (103) bedeutet eine Tintenstrahldüse.
Fig. 6 ist eine typische Querschnittansicht, die den Behandlungsschritt zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche darstellt. Fig. 6 (a) zeigt den Zustand (224), der erhalten wird, wenn ein Polydiperfluoralkylfumarat in einem Fluorkohlenstoff-Lösemittel aufgelöst und die Lösung auf einer Wasseroberfläche gespreitet wird.
In Bezug auf die Konzentration der Lösung und die zugetropfte Menge wurde ein Vorversuch durchgeführt, um eine π-A-Kurve zu erstellen, wobei die Menge der Lösung, die nötig ist, um auf dem Wasserspiegel eine monomolekulare Schicht mit einer Fläche zu erzeugen, die halb so groß ist wie die Wasserfläche, berechnet wurde und die berechnete Menge der Lösung auf die Wasserfläche getropft wurde. Fig. 6 (b) zeigt den Zustand, der erhalten wird, wenn nach dem Verdunsten des Fluorkohlenstoff-Lösemittels eine Barriere (223) verschoben wird, um einen Langmuir-Film (225) zu bilden und die Oberfläche einer Düse aus Acrylharz in einem Tintenstrahldruck-Kopf (226) mit dem Langmuir-Film in Berührung gebracht wird. Es ist nicht immer notwendig, daß man die Düsenoberfläche den Wasserspiegel parallel ausgerichtet berühren läßt, man kann die Düsenoberfläche auch in leicht geneigtem Zustand die Wasserfläche berühren lassen. Außerdem kann die Düse bis zu einer gewissen Tiefe in das Wasser eingetaucht werden. Fig. 6 (c) zeigt den Zustand, der erhalten wird, wenn die Düse vom Wasserspiegel hochgezogen wird, wobei der LB-Film aus einem Fluorpolymer auf die Oberfläche der Düse übertragen wird.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht des Düsenabschnitts zum Ausspritzen der Druckfarbe, der in Fig. 6 (c) dargestellt ist. Wenn die Düsenoberfläche mit dem Wasserspiegel in Kontakt gebracht wurde, übertrug sich der LB-Film des Fluorpolymers (231) auf die Oberfläche der Düse nur in dem Abschnitt, der mit dem LB-Film in Berührung kam und der in der Düsenöffnung gelegene Langmuir-Film (225) wurde so, wie er war, auf dem Wasserspiegel zurückgelassen. Der übertragene Film wurde eine Stunde lang bei 150ºC wärmebehandelt und dann unter dem Mikroskop betrachtet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß der gebildete dünne Film sehr dicht und homogen war. Der Film wies einen Kontaktwinkel zu Wasser von 110º, also eine hohe Wasserabstoßung auf. Des weiteren wurde festgestellt, daß die Innenseite der Düse keiner Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung ausgesetzt war.
Der so hergestellte Tintenstrahldruck-Kopf wurde an einer Druckvorrichtung angebracht und ein Testlauf wurde durchgeführt. Es ergab sich, daß weder ein Ausfall von Punkten noch eine Störung der Einstellung auftraten. Das bedeutet, es wurde festgestellt, daß die Düse mit Erfolg wasserabwei send ausgerüstet war. Dann wurde der Tintenstrahldruck-Kopf 5 Tage lang bei 70ºC in eine Druckfarbe eingetaucht und ein Probelauf in der gleichen Weise, wie oben angegeben, durchgeführt. Die Druckqualität war die gleiche wie die anfängliche. Das heißt, der Druckkopf hatte eine ausreichende Druckfarben-Abstoßung beibehalten. Unter Verwendung von Silicongummi wurde ein Reibtest durchgeführt, während Druckfarbe zugespritzt wurde. Das Ergebnis war, daß der Kontaktwinkel des Druckkopfs zu Wasser 100º oder mehr betrug, nachdem der Druckkopf 5000-mal gerieben worden war. Demnach konnte ein Tintenstrahldruck-Kopf verwirklicht werden, der im wesentlichen zu keinem Nachlassen der Wasserabstoßung führt und der während eines langen Zeitraums eine hohe Druckqualität liefern kann.

Beispiel "H2"

Fig. 1 ist eine typische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Tintenstrahldruck-Kopfs. Bezugsziffer (1) bezeichnet eine Druckkammer, die den Abschnitt zum Aufbau des für das Ausspritzen der Druckfarbe gebrauchten Drucks mittels eines PZT-Elements oder eines Heizelements darstellt. Bezugsziffer (2) bezeichnet eine Tintenstrahldüse. Bezugsziffer (31) bedeutet ein erstes Substrat, das mit einer vorgezeichneten Rinne für einen Druckfarbenkanal versehen ist. Bezugsziffer (32) bezeichnet ein zweites solches Substrat. Ein Druckfarbenkanal wird durch Aufeinanderschichten beider Teilstücke gebildet. Bezugsziffer (33) bezeichnet eine Düsenplatte.
Fig. 5 ist eine typische Querschnittansicht, welche die Behandlungsschritte zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche darstellt. Fig. 5 (a) ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung einer Düse in einer Nickel enthaltenden Düsenplatte, die keiner Behandlung unterworfen war. Fig. 5 (b) zeigt einen Zustand, der erhalten wird, wenn ein hochmolekulares Polydiperfluoralkylfumarat/Polydiisopropyl-fumarat (4 : 1-Copolymerisat) in einem Fluorkohlenstoff-Lösemittel aufgelöst wird, die Lösung auf einer Was seroberfläche gespreitet wird, der ausgebreitete Film verdichtet wird, um einen Langmuir-Film zu bilden, ein LB-Film mit einem dreischichtigen Aufbau auf die Oberfläche einer Düsenplatte aufgebracht wird und der LB-Film eine Stunde lang bei 180ºC wärmebehandelt wird. Die Betrachtung unter dem Mikroskop zeigte, daß der gebildete Film sehr dicht und gleichmäßig war. Der Film wies einen Kontaktwinkel zu Wasser von 108º, also eine hohe Wasserabstoßung auf. Des weiteren wurde festgestellt, daß die Innenseite der Düse keiner Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung ausgesetzt war. Fig. 5 (c) stellt den Zustand dar, der erhalten wird, wenn die Düsenplatte der oben beschriebenen Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche unterworfen war und (diese und) ein erstes Substrat, das ein Polysulfonharz enthielt, gewaschen und getrocknet werden und dann mit einem Klebstoff aneinander geklebt werden.
Der so hergestellte Tintenstrahldruck-Kopf wurde an einer Druckvorrichtung angebracht und ein Testlauf wurde durchgeführt. Es erwies sich, daß weder ein Ausfall von Punkten noch eine Störung der Einstellung auftraten. Das heißt, es wurde festgestellt, daß die Düse mit Erfolg wasserabweisend ausgerüstet war. Dann wurde der Tintenstrahldruck-Kopf 5 Tage lang bei 70 ºC in eine Druckfarbe eingetaucht und der Testlauf in der gleichen Weise wie oben angegeben durchgeführt. Die Druckqualität war die gleiche wie zuvor. Das bedeutet, der Druckkopf hatte eine ausreichende Farbabstoßung beibehalten. Ein Reibtest wurde unter Verwendung von Silicongummi ausgeführt, während Druckfarbe zugespritzt wurde. Es ergab sich, daß der Kontaktwinkel des Druckkopfs zu Wasser 100º oder mehr betrug, nachdem der Druckkopf 5000-mal gerieben worden war. Demnach konnte ein Tintenstrahldruck-Kopf verwirklicht werden, der im wesentlichen zu keinem Nachlassen der Wasserabstoßung führt und während eines langen Zeitraums eine hohe Druckqualität liefern kann.

Beispiel "H3"

Ein hochmolekulares Polydiperalkylfumarat/Polyvinylester-Copolymerisat (9 : 1) wurde in einem Fluorkohlenstoff-Lösemittel aufgelöst, die Lösung wurde auf einer Wasseroberfläche gespreitet und der erhaltene Film wurde verdichtet, um einen Langmuir-Film zu bilden, der dann in der gleichen Weise wie im Beispiel "H1" auf die Oberfläche einer Düse übertragen wurde. Der oben geschilderte Übertragungsschritt wurde viermal wiederholt und der aufgebrachte LB-Film wurde eine Stunde lang bei 120ºC wärmebehandelt. Die Betrachtung unter dem Mikroskop hat gezeigt, daß der entstandene Film sehr dicht und homogen war. Der Film wies einen Kontaktwinkel zu Wasser von 105º, also eine hohe Wasserabstoßung auf. Außerdem wurde festgestellt, daß die Innenseite der Düse keiner Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung ausgesetzt war.
Der so hergestellte Tintenstrahldruck-Kopf wurde an einer Druckvorrichtung angebracht und ein Testlauf wurde durchgeführt. Es ergab sich, daß weder ein Ausfall von Punkten noch eine Störung der Einstellung aufgetreten sind. Das heißt, es wurde bestätigt, daß die Düse mit Erfolg wasserabweisend ausgerüstet war. Dann tauchte man den Tintenstrahldruck-Kopf 5 Tage lang bei 70ºC in eine Pigmentdruckfarbe ein und führte den Testlauf in der gleichen Weise durch wie oben angegeben. Die Druckqualität war die gleiche wie am Anfang. Das bedeutet, der Druckkopf hat eine ausreichende Druckfarben- Abstoßung beibehalten. Unter Verwendung eines Silicongummis wurde ein Reibtest ausgeführt, während eine Pigmentdruckfarbe zugespritzt wurde. Dabei ergab sich, daß der Kontaktwinkel des Druckkopfs zu Wasser 95º oder mehr betrug, nachdem der Druckkopf 5000-mal gerieben worden war. Demnach konnte ein Druckkopf verwirklicht werden, der zu keinem wesentlichen Nachlassen der Wasserabstoßung führt und der für einen langen Zeitraum eine hohe Druckqualität liefern kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Tintenstrahldruck-Kopf der vorliegenden Erfindung kann, in einer Druckvorrichtung, wie einem Tintenstrahldrucker, montiert, eine breite Anwendung finden.

Claims

1. Tintenstrahldruck-Kopf zur Verwendung in einer Tintenstrahldruck-Vorrichtung, bei dem eine wasserabweisende Schicht, umfassend eine homogene Schicht, die einen LB-Film aus einem Fluorpolymer umfaßt, auf der Oberfläche einer Druckfarben-Ausspritzdüse ausgebildet ist.

2. Tintenstrahldruck-Kopf nach Anspruch 1, wobei die wasserabweisende Schicht ein lösemittel-lösliches Fluorpolymer umfaßt.

3. Tintenstrahldruck-Kopf nach Anspruch 2, wobei das lösemittel-lösliche Fluorpolymer Fluoratome in im wesentlichen allen seinen Molekül-Endgruppen enthält.

4. Tintenstrahldruck-Kopf nach Anspruch 1, bei dem die wasserabweisende Schicht über eine Schicht einer haftvermittelnden Verbindung gebildet ist.

5. Tintenstrahldruck-Kopf nach Anspruch 1, wobei die wasserabweisende Schicht ein alternierendes Copolymer aus einem Fluorethylen mit einem Kohlenwasserstoff-Ethylen oder seinen Homologen oder Derivaten umfaßt.

6. Tintenstrahldruck-Kopf nach Anspruch 1, wobei die wasserabweisende Schicht ein fluorcyclisches Polymer umfaßt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruck-Kopfs zur Verwendung in einer Tintenstrahldruck-Vorrichtung, umfassend das Unterwerfen der Oberfläche einer Tintenstrahlausspritzdüse des Tintenstrahldruck-Kopfs einer Behandlung zur wasserabweisenden Ausrüstung der Düsenoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Herstellen einer Polymerlösung aus einem Fluorpolymer, gelöst in einem Lösemittel;

- Spreiten der Polymer-Lösung auf der Oberfläche von Wasser;

- Verdunsten des Lösemittels aus der so gespreiteten Polymer-Lösung, um aus dem erhaltenen gespreiteten Film einen Langmuir-Film zu bereiten;

- In-Kontakt-Bringen des erhaltenen Langmuir-Films mit der Oberfläche der Düse, um den erhaltenen Langmuir-Film darauf zu übertragen und auf einem vorherbestimmten Abschnitt der Düsenoberfläche einen LB-Film auszubilden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach der Übertragung der Polymerschicht die übertragene Polymerschicht wärmebehandelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor der Übertragung der Polymerschicht auf der Düsenoberfläche eine haftvermittelnde Schicht gebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Oberfläche des Übertragungsmediums glatt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die haftvermittelnde Schicht durch Eintauchen der Düse in eine haftvermittelnde Lösung, die eine haftvermittelnde Verbindung und ein Lösemittel umfaßt, gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die haftvermittelnde Schicht nach Einwirken einer Ozonatmosphäre auf die Düse gebildet wird und danach die wasserabweisende Schicht gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach Einwirken einer Ozonatmosphäre auf die Düse die wasserabweisende Schicht durch Übertragung gebildet wird.