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JP6878902B2 - Nozzle plate, liquid discharge head, liquid discharge unit, liquid discharge device, manufacturing method of nozzle plate - Google Patents

Nozzle plate, liquid discharge head, liquid discharge unit, liquid discharge device, manufacturing method of nozzle plate Download PDF

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JP6878902B2 JP2017006905A JP2017006905A JP6878902B2 JP 6878902 B2 JP6878902 B2 JP 6878902B2 JP 2017006905 A JP2017006905 A JP 2017006905A JP 2017006905 A JP2017006905 A JP 2017006905A JP 6878902 B2 JP6878902 B2 JP 6878902B2
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智広 玉井
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敏郎 得能
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Description

本発明はノズル板、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置、ノズル板の製造方法に関する。 The present invention relates to a nozzle plate, a liquid discharge head, a liquid discharge unit, a device for discharging liquid, and a method for manufacturing a nozzle plate.

液体を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)は、液体を吐出する液体吐出面側表面に撥液膜が設けられる。 The liquid discharge head (droplet discharge head) for discharging the liquid is provided with a liquid repellent film on the surface on the liquid discharge surface side for discharging the liquid.

従来、撥液膜として例えばテフロン(登録商標)AFなどのヘテロ環状構造中にエーテル結合を有するフッ素樹脂を使用すること、撥液膜の成膜方法として、浸漬法、転写法、スプレー塗布法、スピンコート法、ワイヤーバー塗布法、熱蒸着法、メニスカス・コーティング法などによること、成膜後にガラス転移点以上の温度で加熱することが知られている。 Conventionally, a fluororesin having an ether bond in a heterocyclic structure such as Teflon (registered trademark) AF is used as the liquid repellent film, and a dipping method, a transfer method, a spray coating method, etc. It is known that the spin coating method, the wire bar coating method, the thermal vapor deposition method, the meniscus coating method and the like are used, and that the film is heated at a temperature equal to or higher than the glass transition point after film formation.

特開平4−211959号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-21959 特開2008−188911号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-188911 特開2010−5994号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-5994 特開2010−260281号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-260281 特開平7−68765号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-68765

ところで、ノズル板は、液体吐出性能を維持回復するために、払拭部材(ワイパ部材)によって払拭(ワイピング)するが、撥液膜がワイピングによって剥離、損傷すると、噴射曲りが発生することがある。 By the way, the nozzle plate is wiped (wiping) by a wiping member (wiping member) in order to maintain and recover the liquid ejection performance, but if the liquid repellent film is peeled off or damaged by wiping, injection bending may occur.

そのため、十分な撥液性を発揮させつつ、撥液膜の密着性を高めて、ワイピング耐性を高めることで、噴射曲りを抑制することが求められる。そこで、本発明者らは、エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂を含有する膜を撥液膜として使用する場合の撥液性、密着性について鋭意検討し、撥液膜のマルテンス硬さ及び弾性仕事率が撥液性、密着性に影響を与えることを見出した。 Therefore, it is required to suppress jet bending by enhancing the adhesion of the liquid-repellent film and enhancing the wiping resistance while exhibiting sufficient liquid-repellent property. Therefore, the present inventors have diligently studied the liquid repellency and adhesion when a film containing a fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond as a PTFE skeleton is used as a liquid repellent film, and liquid repellent. It was found that the Martens hardness and elastic work rate of the film affect the liquid repellency and adhesion.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、噴射曲りを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress injection bending.

上記の課題を解決するため、本発明に係るノズル板は、
液体を吐出するノズルを有し、少なくとも液体吐出面側表面に撥液膜を有するノズル板であって、
前記撥液膜は、エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂を含有する膜であり、膜表面のマルテンス硬さが100N/mm2以上、弾性仕事率が20%以上であり、
前記撥液膜内の下地との界面における前記フッ素樹脂の数平均分子量cと、膜最表面における前記フッ素樹脂の数平均分子量dとの間に、c<dの関係がある
構成とした。
In order to solve the above problems, the nozzle plate according to the present invention is
A nozzle plate having a nozzle for discharging a liquid and having a liquid-repellent film at least on the surface on the liquid discharge surface side.
The liquid-repellent film is a film containing a fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond in a PTFE skeleton, and has a Martens hardness of 100 N / mm2 or more and an elastic power of 20% or more on the surface of the film. Fluorine
There is a relationship of c <d between the number average molecular weight c of the fluororesin at the interface with the substrate in the liquid-repellent film and the number average molecular weight d of the fluororesin on the outermost surface of the film. And said.

本発明によれば、噴射曲りを抑制することができる。 According to the present invention, injection bending can be suppressed.

本発明の第1実施形態に係るノズル板の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the nozzle plate which concerns on 1st Embodiment of this invention. 同じく1つのノズル部分の拡大断面説明図である。Similarly, it is an enlarged cross-sectional explanatory view of one nozzle part. 撥液膜の膜厚の説明に供するノズル孔部分の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the nozzle hole part which provides the explanation of the film thickness of a liquid repellent film. 本発明の第2実施形態に係るノズル板の1つのノズル部分の拡大断面説明図である。It is an enlarged cross-sectional explanatory view of one nozzle part of the nozzle plate which concerns on 2nd Embodiment of this invention. ノズル板の製造方法の一例の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing which provides the explanation of an example of the manufacturing method of a nozzle plate. 同じく真空蒸着の説明に供する説明図である。It is also an explanatory diagram provided for the explanation of vacuum vapor deposition. 同じくベーク前の状態に説明に供する撥液膜のSEM写真である。It is also an SEM photograph of a liquid-repellent film provided for explanation in the state before baking. 同じくベーク後の状態に説明に供する撥液膜のSEM写真である。It is also an SEM photograph of a liquid-repellent film provided for explanation in the state after baking. アニール時間に対するマルテンス硬さ、弾性仕事率の変化の一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the change of Martens hardness and elastic power with respect to annealing time. ビッカース圧子の説明図である。It is explanatory drawing of a Vickers indenter. 微小硬さの測定の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing which provides the explanation of the measurement of the minute hardness. 微小硬さの測定プロファイルの一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example of the measurement profile of a microhardness. ベークによる蒸着膜の変化の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing which provides for the explanation of the change of the thin-film deposition film by baking. ベーク温度、マルテンス硬さ及び剥離荷重の関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between the bake temperature, the Martens hardness and the peeling load. ベーク温度、弾性仕事率及び剥離荷重の関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between baking temperature, elastic power and peeling load. ベーク温度、マルテンス硬さ及び剥離荷重の関係の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the relationship of baking temperature, Martens hardness and peeling load. ベーク温度、弾性仕事率及び剥離荷重の関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between baking temperature, elastic power and peeling load. ワイピング耐性評価装置の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing which provides the explanation of the wiping resistance evaluation apparatus. 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例のノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図である。It is sectional drawing in the direction orthogonal to the nozzle arrangement direction (the liquid chamber longitudinal direction) of the example of the liquid discharge head which concerns on this invention. 同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)の断面説明図である。It is sectional drawing in the nozzle arrangement direction (the liquid chamber short side direction) of the head. 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。It is a plane explanatory view of the main part of an example of the apparatus which discharges a liquid which concerns on this invention. 同装置の要部側面説明図である。It is explanatory drawing of the main part of the apparatus. 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。It is a plane explanatory view of the main part of another example of the liquid discharge unit which concerns on this invention. 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。It is a front explanatory view of still another example of the liquid discharge unit which concerns on this invention. エーテル結合を有するヘテロ環状骨格に対するエーテル結合を有するヘテロ環構造の割合の変化とガラス転移点Tgの変化の一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the change of the ratio of the heterocyclic structure having an ether bond with respect to the heterocyclic skeleton having an ether bond, and the change of the glass transition point Tg.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は同実施形態に係るノズル板の平面説明図、図2は同じく1つのノズル部分の拡大断面説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a plan explanatory view of a nozzle plate according to the same embodiment, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional explanatory view of one nozzle portion.

ノズル板1は、液体を吐出するノズル11となる孔(以下、「ノズル孔」という。)21が形成されたノズル基材20と、ノズル基材20の表面に形成された中間層30と、液体吐出面側表面に形成された撥液膜40とを有している。 The nozzle plate 1 includes a nozzle base material 20 in which a hole (hereinafter, referred to as “nozzle hole”) 21 serving as a nozzle 11 for discharging a liquid is formed, an intermediate layer 30 formed on the surface of the nozzle base material 20 and the like. It has a liquid repellent film 40 formed on the surface on the liquid discharge surface side.

ノズル基材20は、例えば金属製平板状部材である。ノズル基材20としてのステンレス鋼の金属製平板状部材を使用しているが、これに限るものではない。 The nozzle base material 20 is, for example, a metal flat plate member. A stainless steel metal flat plate member is used as the nozzle base material 20, but the nozzle base material 20 is not limited to this.

中間層30は、下地層となる例えばSiO層、シランカップリング剤の層などの1又は複数の層で構成している。 The intermediate layer 30 is composed of one or a plurality of layers such as a SiO 2 layer and a silane coupling agent layer, which are base layers.

撥液膜40は、エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂(以下、単に「フッ素樹脂」ともいう)を含有する膜である。フッ素樹脂は、常温以上のガラス転移点Tgを有することが好ましい。 The liquid-repellent film 40 is a film containing a fluororesin (hereinafter, also simply referred to as “fluororesin”) having a fluororesin-containing heterocyclic structure having an ether bond in a PTFE skeleton. The fluororesin preferably has a glass transition point Tg of room temperature or higher.

PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)骨格は、下記構造式(1)で表されるTFE(テトラフルオロエチレン)の構造単位を繰り返す主鎖である。 The PTFE (polytetrafluoroethylene) skeleton is a main chain that repeats the structural unit of TFE (tetrafluoroethylene) represented by the following structural formula (1).

Figure 0006878902
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撥液膜40には、ノズル11の外周部分において、ノズル11のエッジ11a側に向かって膜厚が薄くなる方向に傾斜している斜面41aが形成された斜面領域41がある。なお、斜面領域41の斜面41aは、断面形状で直線状に斜めになっていてもよく、あるいは、曲線状に斜めなっていてもよい。 The liquid-repellent film 40 has a slope region 41 in which a slope 41a is formed on the outer peripheral portion of the nozzle 11 so as to be inclined in a direction in which the film thickness becomes thinner toward the edge 11a side of the nozzle 11. The slope 41a of the slope region 41 may be slanted in a straight line in cross-sectional shape, or may be slanted in a curved shape.

なお、撥液膜40の斜面領域41を除く斜面領域以外の領域42は膜厚がほぼ一定で平坦である。 The film thickness of the region 42 other than the slope region 41 other than the slope region 41 of the liquid repellent film 40 is substantially constant and flat.

このように、撥液膜40に、ノズル11の外周部分において、ノズル11のエッジ側に向かって膜厚が薄くなる方向に傾斜している斜面領域41があることで、撥液膜40のノズル11側のエッジが、周囲の撥水膜40よりも低い位置にくるので、ワイパ部材が撥水膜40のエッジに干渉しにくくなることで、ワイパ部材が撥液膜40のエッジに引っ掛かることを低減・防止できる。 As described above, the liquid repellent film 40 has a slope region 41 that is inclined in the outer peripheral portion of the nozzle 11 in a direction in which the film thickness becomes thinner toward the edge side of the nozzle 11, so that the nozzle of the liquid repellent film 40 Since the edge on the 11 side comes to a position lower than the surrounding water-repellent film 40, the wiper member is less likely to interfere with the edge of the water-repellent film 40, so that the wiper member is caught on the edge of the liquid-repellent film 40. Can be reduced / prevented.

これにより、撥液膜40の耐久性を向上することができる。 Thereby, the durability of the liquid repellent film 40 can be improved.

ここで、撥液膜40の膜厚について図3も参照して説明する。図3は同説明に供するノズル孔部分の平面説明図である。 Here, the film thickness of the liquid repellent film 40 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan explanatory view of a nozzle hole portion provided for the same description.

図3に示すように、ノズル11のエッジ11aからエッジ11aの法線上にノズル中心11oとは反対方向に5μm離れた円周CC上における20点で膜厚を測定し、次の(2)式で求める膜厚の母集団の相加平均を平均膜厚mとする。 As shown in FIG. 3, the film thickness was measured at 20 points on the circumferential CC 5 μm away from the nozzle center 11o on the normal line of the edge 11a from the edge 11a of the nozzle 11, and the following equation (2) was obtained. Let the arithmetic mean of the population of film thicknesses obtained in 1 be the average film thickness m.

Figure 0006878902
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そして、次の(3)式で得られる量を分散と定義し、この分散の正の平方根σを、母集団(膜厚)の標準偏差とする。 Then, the quantity obtained by the following equation (3) is defined as the variance, and the positive square root σ of this variance is defined as the standard deviation of the population (thickness).

Figure 0006878902
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ここで、変動係数である「膜厚標準偏差σ/平均膜厚m」が小さいほど、膜厚に対する膜厚ばらつきが小さく平坦であることを意味する。 Here, the smaller the coefficient of variation "film thickness standard deviation σ / average film thickness m", the smaller the variation in film thickness with respect to the film thickness and the flatter it is.

円周CC上における平均膜厚aは、円周CCを等間隔にφ10μmのスポット径でエリプソメータにより測定した。 The average film thickness a on the circumferential CC was measured by an ellipsometer with a spot diameter of φ10 μm at equal intervals on the circumferential CC.

このσ/mを変えたときのワイピング後の表面の液体拭き残しの有無を評価したところ、σ/m=0.03:無し、σ/m=0.06:無し、σ/m=0.09:無しであったが、σ/m=0.12:有り、σ/m=0.15:有りとなった。液体の拭き残しがない場合には、吐出される液体の噴射曲がりが発生しない。 When the presence or absence of liquid wiping residue on the surface after wiping was evaluated when this σ / m was changed, σ / m = 0.03: none, σ / m = 0.06: none, σ / m = 0. 09: No, but σ / m = 0.12: Yes, σ / m = 0.15: Yes. When there is no unwiped liquid, the ejected liquid does not bend.

したがって、σ/m<0.1、とすることで、噴射曲りを低減できる。 Therefore, by setting σ / m <0.1, the injection bending can be reduced.

また、撥液膜40内の下地との界面におけるヘテロ環状構造を有するフッ素化合物は、エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂の数平均分子量cと、膜最表面における同フッ素樹脂の数平均分子量dとの間に、c<d、の関係があることが好ましい。 Further, the fluorine compound having a heterocyclic structure at the interface with the substrate in the liquid repellent film 40 has the same number average molecular weight c as the number average molecular weight c of the fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond in the PTFE skeleton and the same on the outermost surface of the film. It is preferable that there is a relationship of c <d with the number average molecular weight d of the fluororesin.

すなわち、分子量が相対的に低いと、高温環境において、分子運動性が活発になるため下地との結合状態が良好となる。一方、分子量が高いと、払拭部材と直接接触する膜最表面において物理的磨耗に対する耐久性が向上する。 That is, when the molecular weight is relatively low, the molecular motility becomes active in a high temperature environment, so that the bonding state with the substrate becomes good. On the other hand, when the molecular weight is high, the durability against physical wear is improved on the outermost surface of the film which comes into direct contact with the wiping member.

この撥液膜の深さ方向における分子量の大小は、温度を徐々に上げることで、低分子量のものから優先的に蒸発するため、樹脂蒸着時の温度をコントロールすることで達成可能である。 The magnitude of the molecular weight of the liquid-repellent film in the depth direction is achievable by controlling the temperature at the time of resin vapor deposition because it evaporates preferentially from the one having a low molecular weight by gradually increasing the temperature.

なお、撥液膜40における樹脂の平均分子量は、GPCにより測定した。測定結果は、c=24万、d=29万であった。 The average molecular weight of the resin in the liquid repellent film 40 was measured by GPC. The measurement results were c = 240,000 and d = 290,000.

また、中間層30は、撥液膜40の下地となる層がアミノ基を有するシランカップリング剤層であることが好ましい。 Further, the intermediate layer 30 is preferably a silane coupling agent layer in which the underlying layer of the liquid repellent film 40 has an amino group.

これにより、アミノ基と撥液材料が相互作用することで高い密着性が得られる。 As a result, high adhesion can be obtained by the interaction between the amino group and the liquid repellent material.

また、撥液膜40の膜厚は1μm以上3μm以下の範囲内にあることが好ましい。 Further, the film thickness of the liquid repellent film 40 is preferably in the range of 1 μm or more and 3 μm or less.

次に、本発明の第2実施形態について図4を参照して説明する。図4は同実施形態に係るノズル板の1つのノズル部分の拡大断面説明図である。 Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional explanatory view of one nozzle portion of the nozzle plate according to the same embodiment.

本実施形態では、ノズル板1は、ノズル基材20のノズル孔21の内壁面にも中間層30を形成し、ノズル11の内壁面に撥液膜40を形成している。 In the present embodiment, the nozzle plate 1 also forms an intermediate layer 30 on the inner wall surface of the nozzle hole 21 of the nozzle base material 20, and forms a liquid repellent film 40 on the inner wall surface of the nozzle 11.

ここで、ノズル11の内壁面(ノズル基材20のノズル孔21の壁面に相当する。)の撥液膜40bの膜厚t2は、撥液膜40aの領域42の膜厚t1の1/10以下(t2/t1<0.1)とすることが好ましい。 Here, the film thickness t2 of the liquid-repellent film 40b on the inner wall surface of the nozzle 11 (corresponding to the wall surface of the nozzle hole 21 of the nozzle base material 20) is 1/10 of the film thickness t1 of the region 42 of the liquid-repellent film 40a. The following (t2 / t1 <0.1) is preferable.

ノズル11の内壁面における撥液膜40aの膜厚t2は、膜厚が厚くなるとノズル径のバラつきが多くなるので、安定した吐出を実現させるためには薄いほうが好ましい。一方、液体吐出面側における撥液膜40aの膜厚t1は一般的に厚いほど耐久性が向上する。 The film thickness t2 of the liquid-repellent film 40a on the inner wall surface of the nozzle 11 increases in variation in nozzle diameter as the film thickness increases. Therefore, it is preferable that the film thickness t2 is thin in order to realize stable discharge. On the other hand, the thicker the film thickness t1 of the liquid repellent film 40a on the liquid discharge surface side, the better the durability.

これら相反する膜厚を有する撥液膜40は、例えば、気相法を用いて成膜することで得られる。 The liquid-repellent film 40 having these contradictory film thicknesses can be obtained, for example, by forming a film using a vapor phase method.

なお、膜厚の測定はイオンポリッシュによりノズル断面を出し、SEM観察することで測定可能である。 The film thickness can be measured by exposing the nozzle cross section by ion polishing and observing by SEM.

このノズル11の内壁面の撥液膜40bの膜厚t2と撥液膜40aの領域42の膜厚t1との関係について評価した。なお、t2/t1の比率が0.1を超えるものは、撥水膜をディップ工法で成膜し、その後、ノズル内に送風することでノズル内に流入したディップ液を飛ばし開口させた状態で乾燥させることでサンプルを得た。 The relationship between the film thickness t2 of the liquid-repellent film 40b on the inner wall surface of the nozzle 11 and the film thickness t1 of the region 42 of the liquid-repellent film 40a was evaluated. If the ratio of t2 / t1 exceeds 0.1, a water-repellent film is formed by the dip method, and then the dip liquid that has flowed into the nozzle is blown into the nozzle to open the nozzle. Samples were obtained by drying.

この結果、噴射曲がりの有無は、t2/t1<0.05:無し、t2/t1<0.10:無し、t2/t1≧0.3:有り、となった。このことから、t2/t1<0.10であれば噴射曲りを低減ないし防止できる。 As a result, the presence or absence of injection bending was t2 / t1 <0.05: none, t2 / t1 <0.10: none, and t2 / t1 ≧ 0.3: yes. From this, if t2 / t1 <0.10, the injection bending can be reduced or prevented.

次に、上記各実施形態における撥液膜について説明する。 Next, the liquid repellent film in each of the above embodiments will be described.

エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造とは、化学構造式でヘテロ原子として酸素を1〜2個含む5〜8員環の有機化合物の構造である。 The fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond is a structure of a 5- to 8-membered ring organic compound containing 1 to 2 oxygens as heteroatoms in the chemical structural formula.

フッ素樹脂は、撥液(接触角)の面から、フッ素の含有率が50質量%以上のものを用いることが好ましい。また、主鎖における環構造の割合は、目的とする被膜の強さや溶媒への溶解性、あるいは、ノズル基材との密着性等の面から、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上であることが好ましい。 From the viewpoint of liquid repellency (contact angle), it is preferable to use a fluororesin having a fluorine content of 50% by mass or more. The ratio of the ring structure in the main chain is preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass, from the viewpoints of the strength of the target coating film, solubility in a solvent, adhesion to the nozzle substrate, and the like. % Or more is preferable.

フッ素樹脂のうち、特に非晶質フッ素樹脂を用いることが好ましい。非晶質フッ素樹脂は、膜強度、基材への密着性、膜の均一性等が優れているために本発明の効果をより一層発揮することができる。 Of the fluororesins, it is particularly preferable to use an amorphous fluororesin. Since the amorphous fluororesin is excellent in film strength, adhesion to a substrate, film uniformity, etc., the effect of the present invention can be further exhibited.

エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造を有する構造単位としては、例えば以下の構造式(2)〜(6)で示されるものがある。 Examples of the structural unit having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond include those represented by the following structural formulas (2) to (6).

Figure 0006878902
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PTFE骨格に上記構造式(5)で表される構造単位のエーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造を持つフッ素樹脂は、テフロン(登録商標)AFという商品名でデュポン社より出されている。テフロン(登録商標)AFは、テトラフルオロエチレン構造と、パーフルオロアルキル基を有するジオキソール構造を有するコポリマー[TFE/PDD:テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー]であり、種々の液体に対する撥液性の面で優れ好ましい。 A fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond of the structural unit represented by the structural unit (5) in the PTFE skeleton is produced by DuPont under the trade name of Teflon (registered trademark) AF. Teflon (registered trademark) AF is a copolymer [TFE / PDD: tetrafluoroethylene-perfluorodioxol copolymer] having a tetrafluoroethylene structure and a dioxol structure having a perfluoroalkyl group, and is liquid-repellent against various liquids. It is excellent and preferable in terms of sex.

上記テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマーは、非晶性フッ素樹脂であり、透明な樹脂である。テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマーとしては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。 The tetrafluoroethylene-perfluorodioxol copolymer is an amorphous fluororesin and is a transparent resin. As the tetrafluoroethylene-perfluorodioxol copolymer, an appropriately synthesized copolymer may be used, or a commercially available product may be used.

上記テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマーは、テトラフルオロエチレン(TFE)成分に対して、パーフルオロイジオキソールコポリマー(PDD)成分の比率が高くなるにつれて、図5に示すようにガラス転移点が上昇する。市販されているのは、ガラス転移点が160℃のテフロン(登録商標)AF1600、240℃のテフロン(登録商標)AF2400のものである。 The tetrafluoroethylene-perfluorodioxol copolymer has a glass transition point as shown in FIG. 5 as the ratio of the perfluoroidioxol copolymer (PDD) component to the tetrafluoroethylene (TFE) component increases. Rise. Commercially available products are Teflon (registered trademark) AF1600 having a glass transition point of 160 ° C. and Teflon (registered trademark) AF2400 having a glass transition point of 240 ° C.

なお、図25は、テトラフルオロエチレンパーフルオロジオキソール(TFE/PDD)中のTFEとPDDとの比率とガラス転移温度との関係を示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the ratio of TFE and PDD in tetrafluoroethylene perfluorodioxol (TFE / PDD) and the glass transition temperature.

また、PTFE骨格に上記構造式(2)で表される構造単位のエーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造を持つフッ素樹脂は、ハイフロンという商品名でソルベイ社より出されている。 Further, a fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond of the structural unit represented by the structural unit (2) in the PTFE skeleton is available from Solvay under the trade name of Hyflon.

また、PTFE骨格に上記構造式(6)で表される構造単位のエーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造を持つフッ素樹脂は、サイトップCTX−105又はサイトップCTX−805という商品名で旭硝子株式会社より出されている。 Further, the fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond of the structural unit represented by the above structural formula (6) in the PTFE skeleton is a Asahi Glass stock under the trade name of Cytop CTX-105 or Cytop CTX-805. It is issued by the company.

撥液膜40(フッ素樹脂層)の平均厚みは、前述したように、好ましくは1μm〜3μmである。 As described above, the average thickness of the liquid repellent film 40 (fluororesin layer) is preferably 1 μm to 3 μm.

ノズル基材20に設けた凹凸が撥液膜40を構成するフッ素樹脂層表面に影響することなく平滑な表面を得るためには、1μm以上の膜厚が必要であり、また、ノズル11の形状やノズル径を維持する観点からは薄い方が好ましい。撥液膜40の平均厚みを1μm〜3μmの範囲とすると、ワイピング耐久性の観点からも、ノズル11の形状の観点からも好ましい。平均厚みは、例えば断面SEMにより測定することができる。 In order to obtain a smooth surface without the unevenness provided on the nozzle base material 20 affecting the surface of the fluororesin layer forming the liquid repellent film 40, a film thickness of 1 μm or more is required, and the shape of the nozzle 11 From the viewpoint of maintaining the nozzle diameter and the nozzle diameter, a thinner one is preferable. When the average thickness of the liquid repellent film 40 is in the range of 1 μm to 3 μm, it is preferable from the viewpoint of wiping durability and the shape of the nozzle 11. The average thickness can be measured, for example, by cross-sectional SEM.

撥液膜4(フッ素樹脂層)の算術平均粗さRaは、1.0nm以下であることが好ましい。平均粗さRaが1.0nm以下であると、ノズル面は極めて平滑になり、ワイピングによる拭き残しが少なくなり、耐摩耗性も優れる。 The arithmetic mean roughness Ra of the liquid repellent film 4 (fluororesin layer) is preferably 1.0 nm or less. When the average roughness Ra is 1.0 nm or less, the nozzle surface becomes extremely smooth, the amount of unwiped residue due to wiping is reduced, and the wear resistance is also excellent.

算術平均粗さRaは、次のように定義される。長さlの区間において粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、抜き取られた部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取る。粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、次の式(1)によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。 The arithmetic mean roughness Ra is defined as follows. In the section of length l, only the reference length is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, the X axis is taken in the direction of the average line of the extracted portion, and the Y axis is taken in the direction of the longitudinal magnification. When the roughness curve is expressed by y = f (x), the value obtained by the following equation (1) is expressed in micrometers (μm).

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なお、算術平均粗さRaの測定は、原子間力顕微鏡(ブルカー・エイエックス社製 Dimension Icon)のフォース・タッピングモード(空気中)によって行った。カンチレバーは低バネ定数シリコンカンチレバー(オリンパス社製 OMCL−AC240TS−C3)を使用し、測定長さは10μmとした。 The arithmetic mean roughness Ra was measured by the force tapping mode (in air) of an atomic force microscope (Dimension Icon manufactured by Bruker AEX Co., Ltd.). A low spring constant silicon cantilever (OMCL-AC240TS-C3 manufactured by Olympus Corporation) was used as the cantilever, and the measurement length was 10 μm.

次に、本発明に係るノズル板の製造方法の一例について図5を参照して説明する。図5は同説明に供する説明図である。 Next, an example of the method for manufacturing the nozzle plate according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for the same explanation.

図5(a)の基材準備工程では、ノズル基材20となる金属製平板状部材に対して鏡面研磨工程、洗浄工程の前工程を行う。 In the base material preparation step of FIG. 5A, a mirror polishing step and a pre-cleaning step are performed on the metal flat plate member to be the nozzle base material 20.

なお、ノズル基材20は、例えば、長さ30mm、幅15mm、厚み0.05mmの金属製平板状部材にプレス加工でノズル孔21を開口したものである。 The nozzle base material 20 is, for example, a metal flat plate member having a length of 30 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 0.05 mm in which a nozzle hole 21 is opened by press working.

金属製平板状部材としては、鉄基合金の代表例としてのステンレス鋼を使用できる。「ステンレス鋼」とはJIS G0203:2000の番号4201に記載されるように、Cr含有量が10.5%以上の鋼であり、種々の鋼種を使用できる。 As the metal flat plate member, stainless steel as a typical example of an iron-based alloy can be used. As described in JIS G0203: 2000 No. 4201, the “stainless steel” is a steel having a Cr content of 10.5% or more, and various steel types can be used.

鋼種として、オーステナイト系であれば、Cr:10.5〜35質量%、好ましくは、11〜30質量%、Ni:5〜30質量%程度、フェライト系であれば、Cr:10.5〜35質量%程度、好ましくは15〜30質量%程度の鋼種を採用することができる。例えば、JIS G4305:2005や、JIS G4312−1991に規定される鋼種を例示することができる。あるいは、これらの規格鋼種などをベースとして他の合金元素を添加し、各種特性の改善を図ったステンレス鋼も使用できる。 As the steel type, if it is an austenitic stainless steel, Cr: 10.5 to 35% by mass, preferably 11 to 30% by mass, Ni: about 5 to 30% by mass, and if it is a ferritic stainless steel, Cr: 10.5 to 35%. A steel grade of about mass%, preferably about 15 to 30% by mass can be adopted. For example, the steel grades specified in JIS G4305: 2005 and JIS G4312-1991 can be exemplified. Alternatively, stainless steel can be used in which other alloying elements are added based on these standard steel grades to improve various characteristics.

ニッケル基合金としては、Cr:12〜27質量%、Fe:5〜18質量%を含有する
高耐食性Ni−Cr−Fe合金を使用できる。この種の合金は「インコネル合金」として知られている。
As the nickel-based alloy, a highly corrosion-resistant Ni—Cr—Fe alloy containing Cr: 12 to 27% by mass and Fe: 5 to 18% by mass can be used. This type of alloy is known as "Inconel alloy".

そして、金属製平板状部材に、吐出面と反対側からパンチによる孔開け加工を行い、孔開け加工により生じるバリは、研磨または化学的なエッチングにより除去する。 Then, a metal flat plate member is punched from the side opposite to the discharge surface, and burrs generated by the punching are removed by polishing or chemical etching.

次いで、図5(b)の中間層形成工程では、中間層30として、ノズル基材20の表面にスパッタ法などでSIO膜31を成膜し、液体吐出面側と反対側の面にテープ60を貼り付けた後、SIO膜31の表面にシランカップリング剤層32を成膜して形成する。 Next, in the intermediate layer forming step of FIG. 5B, as the intermediate layer 30, an SIO 2 film 31 is formed on the surface of the nozzle base material 20 by a sputtering method or the like, and tape is applied to the surface opposite to the liquid discharge surface side. After attaching 60, a silane coupling agent layer 32 is formed on the surface of the SIO 2 film 31.

ここで、シランカップリング剤としては、アミノ基を有するカップリング剤が好ましく、特に、3−アミノプロピルトリエトキシシランが好ましい。具体的には、KBE−903(信越化学)、A1100(モメンティブパフォーマンスマテリアル)などが挙げられる。シランカップリング剤層32の形成は、ディッピング法、スピンコート法、又はスプレー法などいずれの方法を用いても良い。 Here, as the silane coupling agent, a coupling agent having an amino group is preferable, and 3-aminopropyltriethoxysilane is particularly preferable. Specific examples thereof include KBE-903 (Shin-Etsu Chemical) and A1100 (Momentive Performance Materials). Any method such as a dipping method, a spin coating method, or a spray method may be used to form the silane coupling agent layer 32.

アミノ基を有するカップリング剤は、フッ素樹脂の分子中におけるヘテロ環のエーテル部とアミノ基の親和性が良いことから、アミノ基をもつシランカップリング剤をシリカ層の上に一層設けることでフッ素樹脂の定着性が大きく向上する。 Since the coupling agent having an amino group has a good affinity between the ether portion of the heterocycle in the molecule of the fluororesin and the amino group, fluorine is provided by further providing a silane coupling agent having an amino group on the silica layer. The fixability of the resin is greatly improved.

その後、図5(c)に示す撥液膜40の成膜工程を行い、蒸着工法によって、ノズル基材20上に、撥液材料を蒸着して成膜する。このとき、撥液膜40はノズル基材20上であるシランカップリング剤層32の表面(中間層30の表面)に成膜される After that, the film formation step of the liquid repellent film 40 shown in FIG. 5C is performed, and the liquid repellent material is vapor-deposited on the nozzle base material 20 by a vapor deposition method to form a film. At this time, the liquid-repellent film 40 is formed on the surface of the silane coupling agent layer 32 (the surface of the intermediate layer 30) on the nozzle base material 20.

エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂は、1.5〜8.0×10−3Paの高真空下で、350〜420℃に加熱し、蒸着膜の厚さが蒸着源に対向したノズル基材20上の厚みが1〜3μm程度になるまで真空蒸着する。真空蒸着は、例えば、図6に示すように、真空槽500内に、蒸着源501とノズル基材20とを対向配置して行う。 The fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond in the PTFE skeleton is heated to 350 to 420 ° C. under a high vacuum of 1.5 to 8.0 × 10 -3 Pa, and the thickness of the vapor deposition film is increased. Vacuum vapor deposition is performed until the thickness on the nozzle substrate 20 facing the vapor deposition source is about 1 to 3 μm. For example, as shown in FIG. 6, vacuum vapor deposition is performed by arranging the vapor deposition source 501 and the nozzle base material 20 so as to face each other in the vacuum chamber 500.

その後、図5(d)に示すように、アニーリング(加熱処理)による平坦化工程を行う。 Then, as shown in FIG. 5D, a flattening step by annealing (heat treatment) is performed.

ノズル基材20を特に加熱せず、成り行きの温度で蒸着することで得られた膜を、フッ素樹脂のガラス転移点Tg以上の温度でベークする(アニーリング)加熱処理を行う。 The nozzle base material 20 is not particularly heated, and the film obtained by vapor deposition at a natural temperature is baked (annealed) at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg of the fluororesin.

ベークは、対流式乾燥炉、循環送風式乾燥炉、フラッシュアニール装置、ハロゲンランプヒータ、真空乾燥機など、いずれの方法でもよいが、窒素雰囲気下で実施するのが好ましい。ベーク温度は、ガラス転移点Tgより20〜30度高い温度が好ましく、例えばガラス転移点Tgが160度(テフロン(登録商標)AF1600)の場合は、およそ180℃での加熱が好ましい。 The baking may be performed by any method such as a convection drying oven, a circulating ventilation type drying oven, a flash annealing device, a halogen lamp heater, and a vacuum dryer, but it is preferably carried out in a nitrogen atmosphere. The bake temperature is preferably 20 to 30 degrees higher than the glass transition point Tg. For example, when the glass transition point Tg is 160 degrees (Teflon (registered trademark) AF1600), heating at about 180 ° C. is preferable.

フッ素樹脂のガラス転移点Tg以上の温度でベーク(アニール)することにより、緻密で、表面が平滑で、ノズル11へ近づくに従って膜厚が薄くなる斜面領域41を有する撥液膜40としてのフッ素樹脂膜となる。 Fluororesin as a liquid-repellent film 40 having a slope region 41 that is dense, has a smooth surface, and becomes thinner as it approaches the nozzle 11 by baking (annealing) at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg of the fluororesin. It becomes a film.

例えば、ベーク前は、図7に示すように、膜内部には細孔600が存在し、膜表面は純水に対する接触角が114°、Ra=8nmであるのに対して、ベーク後は、図8に示すように、膜内部には空洞がなくなり、膜表面は純水に対する接触角が129°、Raは1nm以下となる。 For example, before baking, as shown in FIG. 7, pores 600 exist inside the film, and the film surface has a contact angle with pure water of 114 ° and Ra = 8 nm, whereas after baking, after baking, As shown in FIG. 8, there are no cavities inside the membrane, and the surface of the membrane has a contact angle with pure water of 129 ° and Ra of 1 nm or less.

また、フッ素樹脂膜の表面は、ノズル11のエッジ11aから40nmの範囲内でテーパ形状(斜面形状)となり、40nmの周囲より外側では平坦な面となった。 Further, the surface of the fluororesin film had a tapered shape (slope shape) within a range of 40 nm from the edge 11a of the nozzle 11, and a flat surface outside the periphery of 40 nm.

なお、蒸着工程(図5(c))の後に加熱処理を行うのではなく、蒸着工程中に加熱処理(アニール)を行ってもよい。ノズル基材20を加熱しながらフッ素樹脂を蒸着することで、フッ素樹脂のガラス転移点Tgに達しない温度での加熱処理でも、フッ素樹脂の表面を平滑にすることができる。 The heat treatment (annealing) may be performed during the vapor deposition step instead of the heat treatment after the vapor deposition step (FIG. 5 (c)). By depositing the fluororesin while heating the nozzle base material 20, the surface of the fluororesin can be smoothed even by heat treatment at a temperature that does not reach the glass transition point Tg of the fluororesin.

次に、撥液膜の成膜方法について説明する。 Next, a method for forming a liquid-repellent film will be described.

エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂を使用し、蒸着によりノズル基材に成膜した撥液膜は、液相法(例えばディッピング)で得られる撥液膜と異なり、最表面が微小な凹凸状態になることが判明した。また、上述したように、膜内部には細孔が存在する。 The liquid-repellent film formed on the nozzle substrate by vapor deposition using a fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond in the PTFE skeleton is different from the liquid-repellent film obtained by the liquid phase method (for example, dipping). It was found that the outermost surface became a minute uneven state. Further, as described above, there are pores inside the membrane.

そのため、界面活性剤が添加されている液体、有機溶剤からなる液体のように表面張力が低い液体の場合には、ノズル面に設けたフッ素樹脂本来の撥液性を確保できない。 Therefore, in the case of a liquid having a low surface tension, such as a liquid to which a surfactant is added or a liquid composed of an organic solvent, the original liquid repellency of the fluororesin provided on the nozzle surface cannot be ensured.

そこで、上記実施形態では、蒸着後、若しくは、蒸着中に撥液膜を加熱することにより、撥液膜を流動させることで、膜の表面を平滑化し、膜内部の細孔が無くなるようにしている。 Therefore, in the above embodiment, the liquid-repellent film is made to flow by heating the liquid-repellent film after or during the vapor deposition, so that the surface of the film is smoothed and the pores inside the film are eliminated. There is.

そのため、蒸着後に撥液膜を加熱する場合には、上記フッ素樹脂のガラス転移点Tg以上の温度で加熱処理している。他方、ガラス転移点Tgより大幅に高い温度での加熱は、気相法で得られた高い寸法精度の膜形状を溶融し壊してしまうことから、ガラス転移点Tgより20〜30度高い温度で、成膜後の撥液膜を加熱処理することが好ましい。 Therefore, when the liquid-repellent film is heated after vapor deposition, the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg of the fluororesin. On the other hand, heating at a temperature significantly higher than the glass transition point Tg melts and breaks the film shape with high dimensional accuracy obtained by the vapor phase method, so that the temperature is 20 to 30 degrees higher than the glass transition point Tg. It is preferable to heat-treat the liquid-repellent film after the film formation.

また、蒸着工程中に加熱処理を行う場合は、ノズル基材20を加熱しながらフッ素樹脂を蒸着する。これにより、ノズル基材20に成膜された直後の撥液膜を加熱することになるので、ガラス転移点Tgに達しない温度での加熱処理とすることができる。この場合、ノズル基材や中間層に用いる材料を、耐熱性が比較的低い材料も選択することができる。 When heat treatment is performed during the vapor deposition process, the fluororesin is vapor-deposited while heating the nozzle base material 20. As a result, the liquid-repellent film immediately after being formed on the nozzle base material 20 is heated, so that the heat treatment can be performed at a temperature that does not reach the glass transition point Tg. In this case, a material having relatively low heat resistance can be selected as the material used for the nozzle base material and the intermediate layer.

次に、撥液膜40のマルテンス硬度及び弾性仕事率について説明する。 Next, the Martens hardness and elastic power of the liquid repellent film 40 will be described.

マルテンス硬度及び弾性仕事率は、図9に示すように、アニールの進行とともに上昇し、アニールが完了することで変化しなくなることから、アニール(ベーク)が適正に完了したことを示す指標となる。マルテンス硬さ、弾性仕事率は、例えば、フィッシャー・インストルメンツ社製の微小硬さ計、ピコデンターHM−500で確認することができる。 As shown in FIG. 9, the Martens hardness and the elastic power increase with the progress of the annealing and do not change when the annealing is completed, so that they are indicators indicating that the annealing (baking) is properly completed. The Martens hardness and elastic power can be confirmed, for example, with a micro-hardness meter manufactured by Fisher Instruments, Picodenter HM-500.

ここで、微小硬さの測定方法について図10及び図11を参照して説明する。 Here, a method for measuring the minute hardness will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

微小硬さの測定は、図10に示す形状のビッカース圧子を使用する。そして、図11(a)に示すように、圧子800を所定の速度でサンプル801(ノズル基材20上の蒸着膜44)に対して降下させ、図11(b)に示すように、蒸着膜44の所定の深さまで押し込んで所定時間保持し、図11(c)に示すように、一定の速度で上昇させる。 A Vickers indenter having the shape shown in FIG. 10 is used to measure the microhardness. Then, as shown in FIG. 11 (a), the indenter 800 is lowered with respect to the sample 801 (the vapor-deposited film 44 on the nozzle base material 20) at a predetermined speed, and as shown in FIG. 11 (b), the vapor-deposited film. It is pushed to a predetermined depth of 44, held for a predetermined time, and raised at a constant speed as shown in FIG. 11 (c).

例えば、ビッカース圧子800を9.8[mN]の力で、例えば10秒で押し込み、5秒保持し、一定の力で、10秒間で抜く動作を行う。 For example, the Vickers indenter 800 is pushed in with a force of 9.8 [mN] for, for example, 10 seconds, held for 5 seconds, and pulled out with a constant force for 10 seconds.

なお、ビッカース圧子はJIS Z 2244で定める形状のものを用いることができるが、本試験ではd1=d2=50[μm]、h=9.4[μm]、対面角=136°の四角錐圧子を用いた A Vickers indenter having a shape defined by JIS Z 2244 can be used, but in this test, a quadrangular pyramid indenter having d1 = d2 = 50 [μm], h = 9.4 [μm], and a facing angle = 136 °. Was used

これにより、例えば図12に示すように、ビッカース圧子を押し込むときの積算応力Wplast、試験荷重除荷時の積算応力Welastのプロファイルが得られるので、このプロファイルからマルテンス硬さや弾性仕事率を算出する。マルテンス硬さは、試験荷重が負荷された状態で測定される硬さであり、負荷増加時の荷重−押し込み深さから求められる。 As a result, for example, as shown in FIG. 12, a profile of the integrated stress Wlast when the Vickers indenter is pushed in and the integrated stress Welast when the test load is unloaded can be obtained. Therefore, the Martens hardness and the elastic power are calculated from these profiles. Martens hardness is the hardness measured under a test load, and is obtained from the load-pushing depth when the load increases.

この場合、マルテンス硬さは、Fmax/(26.43×(hmax))、弾性仕事率は、Welast/(Welast+Wplast)×100%、の式で定義される特性値である。 In this case, the Martens hardness is Fmax / (26.43 × (hmax) 2 ), and the elastic power is Welast / (Welast + Wblast) × 100%, which is a characteristic value defined by the equation.

なお、Fmaxは最大押し込み荷重、hmaxは圧子の最大押し込み量である。また、Wplast:塑性変形仕事量、Welast:弾性変形仕事量である。 Fmax is the maximum pushing load, and hmax is the maximum pushing amount of the indenter. Further, Wlast: plastic deformation work amount and Welast: elastic deformation work amount.

弾性仕事率が高いほど、ヒステリシスロス(塑性変形)が少ない、すなわちゴム性が高いことを表し、ワイピングによる摩耗が小さい。弾性仕事率が低すぎると、ゴムよりもガラスに近い状態になる。 The higher the elastic power, the smaller the hysteresis loss (plastic deformation), that is, the higher the rubber property, and the smaller the wear due to wiping. If the elastic power is too low, it will be closer to glass than rubber.

本件発明のマルテンス硬さは100N/mm以上であり、より好ましくは130N/mm以上である。また、本件発明の弾性仕事率は20%以上、より好ましくは25%以上である。 The Martens hardness of the present invention is 100 N / mm 2 or more, more preferably 130 N / mm 2 or more. The elastic power of the present invention is 20% or more, more preferably 25% or more.

このように、フッ素樹脂をガラス転移点温度Tgでベークして、撥液膜のマルテンス硬さを100N/mm以上、弾性仕事率を20%以上とすることで、撥液性及び密着性を向上させることができる。 In this way, the fluororesin is baked at the glass transition temperature Tg so that the Martens hardness of the liquid-repellent film is 100 N / mm 2 or more and the elastic power is 20% or more, thereby improving the liquid repellency and adhesion. Can be improved.

つまり、蒸着膜44内部の「疎」の部分が十分に減少し、撥液膜40の表面粗さが小さくなるため、撥液膜40は、高い撥液性を示す。また、ガラス転移点Tg以上の温度でベークをすることで、分子鎖の動きが活発化し、同一分子鎖同士、あるいは下地層(ノズル基材20若しくは中間層30)分子との絡み合いが進行するので、外部応力を受けた際の膜内部および界面での破壊が抑制され、膜の耐摩耗性(膜の密着性)が向上する。 That is, the "sparse" portion inside the vapor-deposited film 44 is sufficiently reduced, and the surface roughness of the liquid-repellent film 40 is reduced, so that the liquid-repellent film 40 exhibits high liquid-repellent properties. Further, by baking at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg, the movement of the molecular chains is activated, and the same molecular chains or the molecules of the underlying layer (nozzle base material 20 or intermediate layer 30) are entangled with each other. , Destruction inside and at the interface of the film when subjected to external stress is suppressed, and the abrasion resistance of the film (adhesion of the film) is improved.

また、蒸着膜44内部の「疎」の部分が充分に減少するとは、図13(a)に示すように、蒸着直後に蒸着膜44内に含まれている疎の部分550が、アニールによって、図13(b)に示すように減少し、撥液膜40の表面が平坦な状態になることである。 Further, it is said that the "sparse" portion inside the vapor-deposited film 44 is sufficiently reduced by annealing the sparse portion 550 contained in the vapor-deposited film 44 immediately after vapor deposition, as shown in FIG. 13 (a). As shown in FIG. 13B, the amount is reduced and the surface of the liquid-repellent film 40 becomes flat.

次に、撥液膜のマルテンス硬さ、弾性仕事率と密着性の関係について表1ないし表3及び図14ないし図17を参照して説明する。 Next, the relationship between the Martens hardness of the liquid-repellent film, the elastic power and the adhesion will be described with reference to Tables 1 to 3 and FIGS. 14 to 17.

密着性の指標としては、スクラッチ試験による剥離荷重を使用している。具体的には、超薄膜スクラッチ試験機(レスカ社 CSR−2000)を用い、先端R=15μmの触針を膜に触れさせて0mNから加圧していき、膜表面に傷・剥離が入るときの荷重を剥離荷重としている。剥離荷重が大きいほど密着性が高いことを示している。この指標は実機試験における耐久性と非常によく一致する。 The peeling load from the scratch test is used as an index of adhesion. Specifically, using an ultra-thin scratch tester (CSR-2000 manufactured by Reska), a stylus with a tip R = 15 μm is brought into contact with the film and pressurized from 0 mN to cause scratches or peeling on the film surface. The load is the peeling load. The larger the peeling load, the higher the adhesion. This index matches very well with the durability in the actual machine test.

ここでは、フッ素樹脂としてテフロン(登録商標)AF2400、同AF1600を使用し、各ベーク温度に対するマルテンス硬さ(HM)の測定結果を表1に、各ベーク温度に対する弾性仕事率(ηIT)の測定結果(算出結果)を表2に、剥離荷重の測定結果を表3にそれぞれ示している。 Here, Teflon (registered trademark) AF2400 and AF1600 are used as fluororesins, and the measurement results of Martens hardness (HM) for each bake temperature are shown in Table 1, and the measurement results of elastic power (ηIT) for each bake temperature are shown in Table 1. (Calculation results) are shown in Table 2, and the measurement results of the peeling load are shown in Table 3.

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そして、テフロン(登録商標)AF2400を使用した場合の各ベーク温度に対するマルテンス硬さと剥離荷重の関係を図14に、同じく、各ベーク温度に対する弾性仕事率と剥離荷重の関係を図15にそれぞれ示している。 The relationship between the Martens hardness and the peeling load for each bake temperature when Teflon (registered trademark) AF2400 is used is shown in FIG. 14, and the relationship between the elastic power and the peeling load for each bake temperature is also shown in FIG. There is.

また、テフロン(登録商標)AF1600を使用した場合の各ベーク温度に対するマルテンス硬さと剥離荷重の関係を図16に、同じく、各ベーク温度に対する弾性仕事率と剥離荷重の関係を図17にそれぞれ示している。 Further, FIG. 16 shows the relationship between the Martens hardness and the peeling load for each bake temperature when Teflon (registered trademark) AF1600 is used, and FIG. 17 shows the relationship between the elastic power and the peeling load for each bake temperature. There is.

これらの結果から、撥液膜のマルテンス硬さ及び弾性仕事率は、密着性と相関していることが分かる。 From these results, it can be seen that the Martens hardness and elastic power of the liquid-repellent film correlate with the adhesion.

そして、フッ素樹脂としてテフロン(登録商標)AF1600を用いる場合、撥液膜をガラス転移点温度Tg(160℃)でベークしたとき、ベーク後の撥液膜のマルテンス硬さは128N/mm、弾性仕事率は24%であり、Tg以上の温度でベークすることで、マルテンス硬さは100N/mm以上、弾性仕事率は20%以上とすることができる。 When Teflon (registered trademark) AF1600 is used as the fluororesin, when the liquid-repellent film is baked at the glass transition temperature Tg (160 ° C.), the Martens hardness of the liquid-repellent film after baking is 128 N / mm 2 , which is elastic. The work rate is 24%, and by baking at a temperature of Tg or more, the Martens hardness can be 100 N / mm 2 or more, and the elastic work rate can be 20% or more.

また、フッ素樹脂としてテフロン(登録商標)AF2400を用いる場合、撥液膜をガラス転移点温度Tg(240℃)でベークしたとき、ベーク後の撥液膜のマルテンス硬さは135N/mm、弾性仕事率は25%であり、Tg以上の温度でベークすることで、マルテンス硬さは100N/mm以上、弾性仕事率は20%以上とすることができる。 When Teflon (registered trademark) AF2400 is used as the fluororesin, when the liquid-repellent film is baked at the glass transition temperature Tg (240 ° C.), the Martens hardness of the liquid-repellent film after baking is 135 N / mm 2 , which is elastic. The work rate is 25%, and by baking at a temperature of Tg or more, the Martens hardness can be 100 N / mm 2 or more, and the elastic work rate can be 20% or more.

次に、具体的な実施例について説明する。 Next, a specific example will be described.

[ノズル基材]
長さ30mm、幅15mm、厚み0.05mmのSUS316Lからなる金属製平板状部材に対し、液体吐出面と反対側からパンチによって孔開け加工を行った。孔開け加工に用いたパンチは、円筒状の先端部分を長さ10μm、直径20μmとする。液体吐出面側に生じたバリは研磨により除去した。
[Nozzle base material]
A metal flat plate member made of SUS316L having a length of 30 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 0.05 mm was punched from the side opposite to the liquid discharge surface. The punch used for drilling has a cylindrical tip having a length of 10 μm and a diameter of 20 μm. The burrs generated on the liquid discharge surface side were removed by polishing.

これにより、液体吐出面側の円筒状部分21aの直径が20μm、液体吐出面と反対側の面の円錐台形状部分21bの開口の直径が40μm、円筒状部分21aの高さが10μmのノズル孔21を384個形成したノズル基材20を得た。 As a result, the diameter of the cylindrical portion 21a on the liquid discharge surface side is 20 μm, the diameter of the opening of the truncated cone-shaped portion 21b on the surface opposite to the liquid discharge surface is 40 μm, and the height of the cylindrical portion 21a is 10 μm. A nozzle base material 20 in which 384 pieces of 21 were formed was obtained.

[撥液膜]
上記ノズル基材20の液体吐出面側に、テトラフルオロエチレンパーフルオロジオキソールコポリマー(テフロン(登録商標)AF2400:デュポン社製)を、1.5〜8.0×10−3Paの高真空下で、350〜420℃に加熱し、蒸着膜の厚さが蒸着源に対向した部分で1〜3μm程度になるまで真空蒸着した。
[Liquid repellent film]
Tetrafluoroethylene perfluorodioxol copolymer (Teflon (registered trademark) AF2400: manufactured by DuPont) is placed on the liquid discharge surface side of the nozzle base material 20 in a high vacuum of 1.5 to 8.0 × 10 -3 Pa. Below, it was heated to 350 to 420 ° C., and vacuum-deposited until the thickness of the vapor-deposited film was about 1 to 3 μm at the portion facing the vapor deposition source.

得られた蒸着膜44は、フッ素樹脂のガラス転移点Tg以上の温度でベークすることにより、緻密で表面が平滑な撥液膜40となるフッ素樹脂膜を形成した。 The obtained thin-film film 44 was baked at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg of the fluororesin to form a fluororesin film 40 that became a dense, smooth-surfaced liquid-repellent film 40.

同様にして、表1に示すように、材料、温度(ベークの有無、温度)を変化させて、実施例1ないし9、比較例1ないし5のノズル板を製作した。 Similarly, as shown in Table 1, the nozzle plates of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were produced by changing the material and the temperature (presence or absence of baking, temperature).

そして、実施例1ないし9、比較例1ないし5の各ノズル板についてマルテンス硬度及び弾性仕事率を測定した。その結果を表1に示している。 Then, the Martens hardness and elastic power were measured for each of the nozzle plates of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5. The results are shown in Table 1.

[ワイピング耐久性の評価]
図18に示す評価装置を使用したワイピング耐久性を評価した。具体的には、インク610を収容した容器601内に、ノズル板1を固定治具602で固定し、ワイパ611を固定治具612に固定して、ノズル板1の撥液膜40表面に対するワイピング(払拭)動作を行った。
[Evaluation of wiping durability]
The wiping durability using the evaluation device shown in FIG. 18 was evaluated. Specifically, the nozzle plate 1 is fixed to the fixing jig 602, the wiper 611 is fixed to the fixing jig 612, and the nozzle plate 1 is wiped against the surface of the liquid-repellent film 40 in the container 601 containing the ink 610. (Wipe) operation was performed.

インク610としては、株式会社リコー製のRICOH GX−3000用のインクジェット用インクである、GXカートリッジブラック GC21Kを使用した。 As the ink 610, GX Cartridge Black GC21K, which is an inkjet ink for RICOH GX-3000 manufactured by Ricoh Co., Ltd., was used.

<噴射曲り評価>
実施例1〜9、比較例1〜5のノズル板1を備える液体吐出ヘッドを構成して、株式会社リコー製IPSiO G515に搭載して、噴射曲りの評価を行った。評価は、ワイピング耐久試験を実施する前の状態(耐久試験前)で、1万回のワイピング耐久試験を実施した後の状態(耐久試験後)で、それぞれ、ノズルチェックパターンを印刷し、印刷されたノズルチェックパターンを目視観察することにより噴射曲がりの有無により評価した。
<Injection bending evaluation>
A liquid discharge head including the nozzle plates 1 of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 was configured and mounted on an IPSiO G515 manufactured by Ricoh Co., Ltd. to evaluate injection bending. The evaluation is made by printing the nozzle check pattern in the state before the wiping durability test (before the durability test) and after the wiping durability test is performed 10,000 times (after the durability test). The nozzle check pattern was visually observed to evaluate the presence or absence of injection bending.

この評価結果を表4に示している。表4中、「△」は実使用上問題のない程度に収まっていることを、「×」は実使用に耐えない程度の曲りが生じていることを意味する。「○」は「△」よりも噴射曲りが少なく、更に、「◎」は「○」よりも噴射曲りが少ないことを意味している。 The evaluation results are shown in Table 4. In Table 4, "Δ" means that the value is within a range that does not cause a problem in actual use, and "x" means that the bending is such that it cannot withstand actual use. “○” means that there is less injection bending than “△”, and “◎” means that there is less injection bending than “○”.

Figure 0006878902
Figure 0006878902

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図19及び図20を参照して説明する。図19は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図、図20は同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)の断面説明図である。 Next, an example of the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 is a cross-sectional explanatory view of the head in a direction orthogonal to the nozzle arrangement direction (longitudinal direction of the liquid chamber), and FIG. 20 is a cross-sectional explanatory view of the head in the nozzle arrangement direction (short side of the liquid chamber).

この液体吐出ヘッドは、本発明に係るノズル板101と、流路板102と、壁面部材としての薄膜部材からなる振動板部材103とを積層接合している。そして、振動板部材103を変位させる圧電アクチュエータ111と、共通液室部材としてのフレーム部材120とを備えている。 In this liquid discharge head, the nozzle plate 101 according to the present invention, the flow path plate 102, and the diaphragm member 103 made of a thin film member as a wall surface member are laminated and joined. A piezoelectric actuator 111 that displaces the diaphragm member 103 and a frame member 120 as a common liquid chamber member are provided.

ノズル板101、流路板102及び振動板部材103によって、液体を吐出する複数のノズル104が通じる個別液室106と、個別液室106に液体を供給する流体抵抗部107と、流体抵抗部107に通じる液導入部108とを構成している。 An individual liquid chamber 106 through which a plurality of nozzles 104 for discharging liquid are communicated by a nozzle plate 101, a flow path plate 102, and a diaphragm member 103, a fluid resistance unit 107 for supplying liquid to the individual liquid chamber 106, and a fluid resistance unit 107. It constitutes a liquid introduction unit 108 leading to the above.

そして、フレーム部材120の共通流路としての共通液室110から振動板部材103に形成した供給口109を通じて、液導入部108、流体抵抗部107を経て個別液室106に液体が供給される。なお、供給口109にはフィルタが設けられても良い。 Then, the liquid is supplied from the common liquid chamber 110 as the common flow path of the frame member 120 to the individual liquid chamber 106 through the supply port 109 formed in the diaphragm member 103, through the liquid introduction portion 108 and the fluid resistance portion 107. A filter may be provided at the supply port 109.

振動板部材103は、流路板102の個別液室106の壁面を形成する壁面部材である。この振動板部材103は3層構造とし、流路板102側の1層で個別液室106に対応する部分に変形可能な振動領域(振動板)130を形成している。 The diaphragm member 103 is a wall surface member that forms the wall surface of the individual liquid chamber 106 of the flow path plate 102. The diaphragm member 103 has a three-layer structure, and a deformable vibration region (diaphragm) 130 is formed in a portion corresponding to the individual liquid chamber 106 in one layer on the flow path plate 102 side.

そして、この振動板部材103の個別液室106とは反対側に、振動板部材103の振動領域130を変形させるアクチュエータ手段、圧力発生手段としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ111を配置している。 Then, on the side of the diaphragm member 103 opposite to the individual liquid chamber 106, an actuator means for deforming the vibration region 130 of the diaphragm member 103 and a piezoelectric actuator 111 including an electromechanical conversion element as a pressure generating means are arranged. There is.

この圧電アクチュエータ111は、ベース部材113上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材112を有し、圧電部材112にはハーフカットダイシングによって溝加工して1つの圧電部材112に対して所要数の柱状の圧電素子(圧電柱)112A、112Bを所定の間隔で櫛歯状に形成している。 The piezoelectric actuator 111 has a plurality of laminated piezoelectric members 112 bonded on the base member 113 with an adhesive, and the piezoelectric members 112 are grooved by half-cut dicing to obtain a required number of piezoelectric members 112. The columnar piezoelectric elements (piezoelectric columns) 112A and 112B are formed in a comb-teeth shape at predetermined intervals.

圧電部材112の圧電素子112A、112Bは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子112Aと、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電素子112Bとしている。 The piezoelectric elements 112A and 112B of the piezoelectric member 112 are the same, but the piezoelectric element 112A that gives a drive waveform to drive the piezoelectric element 112A and the piezoelectric element 112B that is used as a mere column without giving a drive waveform.

そして、圧電素子112Aを振動板部材103の振動領域130に形成した島状の厚肉部である凸部130aに接合している。また、圧電素子112Bを振動板部材103の厚肉部である凸部130bに接合している。 Then, the piezoelectric element 112A is joined to the convex portion 130a, which is an island-shaped thick portion formed in the vibration region 130 of the diaphragm member 103. Further, the piezoelectric element 112B is joined to the convex portion 130b which is a thick portion of the diaphragm member 103.

この圧電部材112は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、圧電素子112Aの外部電極に駆動信号を与えるためのフレキシブル配線部材としてのFPC115が接続されている。 The piezoelectric member 112 is formed by alternately stacking piezoelectric layers and internal electrodes. The internal electrodes are pulled out to their end faces to provide external electrodes, and the piezoelectric member 112 is flexible for giving a drive signal to the external electrodes of the piezoelectric element 112A. The FPC 115 as a wiring member is connected.

フレーム部材120は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、ヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室110が形成されている。 The frame member 120 is formed by injection molding with, for example, an epoxy resin or polyphenylene sulfide which is a thermoplastic resin, and a common liquid chamber 110 to which a liquid is supplied from a head tank or a liquid cartridge is formed.

この液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子112Aに印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子112Aが収縮し、振動板部材103の振動領域130が引かれて個別液室106の容積が膨張することで、個別液室106内に液体が流入する。 In this liquid discharge head, for example, by lowering the voltage applied to the piezoelectric element 112A from the reference potential, the piezoelectric element 112A contracts, the vibration region 130 of the vibrating plate member 103 is pulled, and the volume of the individual liquid chamber 106 expands. As a result, the liquid flows into the individual liquid chamber 106.

その後、圧電素子112Aに印加する電圧を上げて圧電素子112Aを積層方向に伸長させ、振動板部材103の振動領域130をノズル104方向に変形させて個別液室106の容積を収縮させる。これにより、個別液室106内の液体が加圧され、ノズル104から液体が吐出(噴射)される。 After that, the voltage applied to the piezoelectric element 112A is increased to extend the piezoelectric element 112A in the stacking direction, and the vibration region 130 of the diaphragm member 103 is deformed in the nozzle 104 direction to contract the volume of the individual liquid chamber 106. As a result, the liquid in the individual liquid chamber 106 is pressurized, and the liquid is discharged (injected) from the nozzle 104.

そして、圧電素子112Aに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材103の振動領域130が初期位置に復元し、個別液室106が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室110から個別液室106内に液体が充填される。そこで、ノズル104のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。 Then, by returning the voltage applied to the piezoelectric element 112A to the reference potential, the vibration region 130 of the vibrating plate member 103 is restored to the initial position, the individual liquid chamber 106 expands, and a negative pressure is generated. The liquid is filled from the liquid chamber 110 into the individual liquid chamber 106. Therefore, after the vibration of the meniscus surface of the nozzle 104 is attenuated and stabilized, the operation for the next droplet ejection is started.

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例(引き−押し打ち)に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。 The driving method of this head is not limited to the above example (pull-pushing), and pulling or pushing may be performed depending on the driving waveform.

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図21及び図22を参照して説明する。図21は同装置の要部平面説明図、図22は同装置の要部側面説明図である。 Next, an example of the device for discharging the liquid according to the present invention will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 21 is a plan view of the main part of the device, and FIG. 22 is a side view of the main part of the device.

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。 This device is a serial type device, and the carriage 403 is reciprocated in the main scanning direction by the main scanning moving mechanism 493. The main scanning movement mechanism 493 includes a guide member 401, a main scanning motor 405, a timing belt 408, and the like. The guide member 401 is bridged over the left and right side plates 491A and 491B to movably hold the carriage 403. Then, the carriage 403 is reciprocated in the main scanning direction by the main scanning motor 405 via the timing belt 408 bridged between the drive pulley 406 and the driven pulley 407.

このキャリッジ403には、本発明に係る液体吐出ヘッド404及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド404は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド404は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。 The carriage 403 is equipped with a liquid discharge unit 440 in which the liquid discharge head 404 and the head tank 441 according to the present invention are integrated. The liquid discharge head 404 of the liquid discharge unit 440 discharges liquids of, for example, yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). Further, the liquid discharge head 404 is mounted by arranging a nozzle array composed of a plurality of nozzles in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction and directing the discharge direction downward.

液体吐出ヘッド404の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド404に供給するための供給機構494により、ヘッドタンク441には、液体カートリッジ450に貯留されている液体が供給される。 The liquid stored in the liquid cartridge 450 is supplied to the head tank 441 by the supply mechanism 494 for supplying the liquid stored outside the liquid discharge head 404 to the liquid discharge head 404.

供給機構494は、液体カートリッジ450を装着する充填部であるカートリッジホルダ451、チューブ456、送液ポンプを含む送液ユニット452等で構成される。液体カートリッジ450はカートリッジホルダ451に着脱可能に装着される。ヘッドタンク441には、チューブ456を介して送液ユニット452によって、液体カートリッジ450から液体が送液される。 The supply mechanism 494 includes a cartridge holder 451 which is a filling portion for mounting the liquid cartridge 450, a tube 456, a liquid feeding unit 452 including a liquid feeding pump, and the like. The liquid cartridge 450 is detachably attached to the cartridge holder 451. Liquid is fed from the liquid cartridge 450 to the head tank 441 by the liquid feeding unit 452 via the tube 456.

この装置は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。 This device includes a transport mechanism 495 for transporting the paper 410. The transport mechanism 495 includes a transport belt 412, which is a transport means, and a sub-scanning motor 416 for driving the transport belt 412.

搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド404に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。 The transport belt 412 attracts the paper 410 and transports it at a position facing the liquid discharge head 404. The transport belt 412 is an endless belt, and is hung between the transport roller 413 and the tension roller 414. Adsorption can be performed by electrostatic adsorption, air suction, or the like.

そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。 Then, the transport belt 412 orbits in the sub-scanning direction by rotationally driving the transport roller 413 via the timing belt 417 and the timing pulley 418 by the sub-scanning motor 416.

さらに、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド404の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。 Further, on one side of the carriage 403 in the main scanning direction, a maintenance / recovery mechanism 420 for maintaining / recovering the liquid discharge head 404 is arranged on the side of the transport belt 412.

維持回復機構420は、例えば液体吐出ヘッド404のノズル面(ノズルが形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422などで構成されている。 The maintenance / recovery mechanism 420 is composed of, for example, a cap member 421 that caps the nozzle surface (the surface on which the nozzle is formed) of the liquid discharge head 404, a wiper member 422 that wipes the nozzle surface, and the like.

主走査移動機構493、供給機構494、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。 The main scanning movement mechanism 493, the supply mechanism 494, the maintenance / recovery mechanism 420, and the transport mechanism 495 are attached to a housing including the side plates 491A and 491B and the back plate 491C.

このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。 In this device configured in this way, the paper 410 is fed onto the transport belt 412 and sucked, and the paper 410 is transported in the sub-scanning direction by the orbital movement of the transport belt 412.

そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド404を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成する。 Therefore, by driving the liquid discharge head 404 in response to the image signal while moving the carriage 403 in the main scanning direction, the liquid is discharged to the stopped paper 410 to form an image.

このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。 As described above, since this device includes the liquid discharge head according to the present invention, it is possible to stably form a high-quality image.

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図23を参照して説明する。図23は同ユニットの要部平面説明図である。 Next, another example of the liquid discharge unit according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 23 is an explanatory plan view of a main part of the unit.

この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド404で構成されている。 This liquid discharge unit includes a housing portion composed of side plates 491A, 491B and a back plate 491C, a main scanning movement mechanism 493, a carriage 403, and a liquid among the members constituting the device for discharging the liquid. It is composed of a discharge head 404.

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。 A liquid discharge unit may be configured in which at least one of the above-mentioned maintenance / recovery mechanism 420 and the supply mechanism 494 is further attached to, for example, the side plate 491B of the liquid discharge unit.

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図24を参照して説明する。図24は同ユニットの正面説明図である。 Next, still another example of the liquid discharge unit according to the present invention will be described with reference to FIG. 24. FIG. 24 is a front explanatory view of the unit.

この液体吐出ユニットは、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド404と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。 This liquid discharge unit includes a liquid discharge head 404 to which the flow path component 444 is attached, and a tube 456 connected to the flow path component 444.

なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド404と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。 The flow path component 444 is arranged inside the cover 442. A head tank 441 may be included instead of the flow path component 444. Further, a connector 443 that electrically connects to the liquid discharge head 404 is provided on the upper part of the flow path component 444.

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。 In the present application, the liquid to be discharged may have a viscosity and surface tension that can be discharged from the head, and is not particularly limited, but the viscosity becomes 30 mPa · s or less at room temperature, under normal pressure, or by heating or cooling. It is preferable that it is a thing. More specifically, solvents such as water and organic solvents, colorants such as dyes and pigments, polymerizable compounds, resins, functionalizing materials such as surfactants, biocompatible materials such as DNA, amino acids and proteins, and calcium. , Solvents, suspensions, emulsions, etc. containing edible materials such as natural pigments, etc., for example, inks for inkjets, surface treatment liquids, constituents of electronic elements and light emitting elements, and formation of electronic circuit resist patterns. It can be used for applications such as liquids for three-dimensional modeling.

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ(積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子)、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。 Piezoelectric actuators (laminated piezoelectric elements and thin-film piezoelectric elements), thermal actuators that use electrothermal conversion elements such as heat-generating resistors, and electrostatic actuators that consist of a vibrating plate and counter electrodes are used as energy sources for discharging liquid. Includes what to do.

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。 The "liquid discharge unit" is a liquid discharge head integrated with functional parts and a mechanism, and includes an aggregate of parts related to liquid discharge. For example, the "liquid discharge unit" includes a combination of at least one of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance / recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism with a liquid discharge head.

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。 Here, "integration" means, for example, a liquid discharge head and a functional component, a mechanism in which the mechanism is fixed to each other by fastening, adhesion, engagement, etc., or one in which one is movably held with respect to the other. Including. Further, the liquid discharge head, the functional parts, and the mechanism may be detachably attached to each other.

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。 For example, as a liquid discharge unit, there is one in which a liquid discharge head and a head tank are integrated. In addition, there are some that are connected to each other by a tube or the like to integrate the liquid discharge head and the head tank. Here, a unit including a filter can be added between the head tank of these liquid discharge units and the liquid discharge head.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。 Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head and a carriage integrated.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。 Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head in which the liquid discharge head and the scanning movement mechanism are integrated by holding the liquid discharge head movably by a guide member forming a part of the scanning movement mechanism. In some cases, the liquid discharge head, the carriage, and the main scanning movement mechanism are integrated.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。 Further, as a liquid discharge unit, there is a carriage to which a liquid discharge head is attached, in which a cap member which is a part of the maintenance / recovery mechanism is fixed, and the liquid discharge head, the carriage, and the maintenance / recovery mechanism are integrated. ..

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。 Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge unit in which a tube is connected to a head tank or a liquid discharge head to which a flow path component is attached, and the liquid discharge head and a supply mechanism are integrated. Through this tube, the liquid of the liquid storage source is supplied to the liquid discharge head.

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。 The main scanning movement mechanism shall also include a single guide member. Further, the supply mechanism includes a single tube and a single loading unit.

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。 The "device for discharging a liquid" includes a device provided with a liquid discharge head or a liquid discharge unit and driving the liquid discharge head to discharge the liquid. The device for discharging the liquid includes not only a device capable of discharging the liquid to a device to which the liquid can adhere, but also a device for discharging the liquid into the air or the liquid.

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。 The "device for discharging the liquid" may include means for feeding, transporting, and discharging paper to which the liquid can be attached, as well as a pretreatment device, a posttreatment device, and the like.

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。 For example, as a "device that ejects a liquid", an image forming apparatus that ejects ink to form an image on paper, and a three-dimensional object (three-dimensional object) are formed in layers in order to form a three-dimensional object. There is a three-dimensional modeling device (three-dimensional modeling device) that discharges the modeling liquid into the powder layer.

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。 Further, the "device for discharging a liquid" is not limited to a device in which a significant image such as characters and figures is visualized by the discharged liquid. For example, those that form patterns that have no meaning in themselves and those that form a three-dimensional image are also included.

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。 The above-mentioned "material to which a liquid can adhere" means a material to which a liquid can adhere at least temporarily, such as one that adheres and adheres, and one that adheres and permeates. Specific examples include paper, recording paper, recording paper, film, recording media such as cloth, electronic substrates, electronic components such as piezoelectric elements, powder layers (powder layers), organ models, and media such as inspection cells. Yes, including anything to which the liquid adheres, unless otherwise specified.

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。 The material of the above-mentioned "material to which liquid can be attached" may be paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics or the like as long as the liquid can be attached even temporarily.

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。 Further, the "device for discharging the liquid" includes, but is not limited to, a device in which the liquid discharge head and the device to which the liquid can adhere move relatively. Specific examples include a serial type device that moves the liquid discharge head, a line type device that does not move the liquid discharge head, and the like.

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。 In addition, as a "device for ejecting a liquid", a treatment liquid coating device for ejecting a treatment liquid to a paper in order to apply the treatment liquid to the surface of the paper for the purpose of modifying the surface of the paper, etc. There is an injection granulation device that granulates fine particles of the raw material by injecting a composition liquid in which the raw material is dispersed in a solution through a nozzle.

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。 In addition, image formation, recording, printing, printing, printing, modeling, etc. in the terms of the present application are all synonymous.

1 ノズル板
11 ノズル
20 ノズル基材
21 ノズル孔
30 中間層
40 撥液膜
101 ノズル板
102 流路板
103 振動板部材
104 ノズル
106 個別液室
110 共通液室
112 圧電部材
120 フレーム部材
403 キャリッジ
404 液体吐出ヘッド
440 液体吐出ユニット
1 Nozzle plate 11 Nozzle 20 Nozzle base material 21 Nozzle hole 30 Intermediate layer 40 Liquid repellent film 101 Nozzle plate 102 Flow path plate 103 Vibrating plate member 104 Nozzle 106 Individual liquid chamber 110 Common liquid chamber 112 Hydraulic member 120 Frame member 403 Carrying 404 Liquid Discharge head 440 Liquid discharge unit

Claims (11)

液体を吐出するノズルを有し、少なくとも液体吐出面側表面に撥液膜を有するノズル板であって、
前記撥液膜は、エーテル結合を有する含フッ素ヘテロ環状構造をPTFE骨格にもつフッ素樹脂を含有する膜であり、膜表面のマルテンス硬さが100N/mm2以上、弾性仕事率が20%以上であり、
前記撥液膜内の下地との界面における前記フッ素樹脂の数平均分子量cと、膜最表面における前記フッ素樹脂の数平均分子量dとの間に、c<dの関係がある
ことを特徴とするノズル板。
A nozzle plate having a nozzle for discharging a liquid and having a liquid-repellent film at least on the surface on the liquid discharge surface side.
The liquid-repellent film is a film containing a fluororesin having a fluorine-containing heterocyclic structure having an ether bond in a PTFE skeleton, and has a Martens hardness of 100 N / mm2 or more and an elastic power of 20% or more on the surface of the film. Fluorine
There is a relationship of c <d between the number average molecular weight c of the fluororesin at the interface with the substrate in the liquid-repellent film and the number average molecular weight d of the fluororesin on the outermost surface of the film. A nozzle plate characterized by.
前記撥液膜には、前記ノズルの外周部分において、前記ノズルに向かって膜厚が薄くなる方向に傾斜している斜面領域があり、
前記撥液膜の表面は前記斜面領域以外の領域では平坦である
ことを特徴とする請求項1に記載のノズル板。
The liquid-repellent film has a slope region in the outer peripheral portion of the nozzle that is inclined in a direction in which the film thickness becomes thinner toward the nozzle.
The nozzle plate according to claim 1, wherein the surface of the liquid-repellent film is flat in a region other than the slope region.
前記ノズルのエッジからエッジの法線上にノズル中心とは反対方向に5μm離れた円周上における前記撥液膜の膜厚の平均膜厚mと、当該膜厚の標準偏差σとの関係が、σ/m<0.1、である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のノズル板。
The relationship between the average film thickness m of the film thickness of the liquid repellent film on the circumference 5 μm away from the edge of the nozzle in the direction opposite to the center of the nozzle on the normal line of the edge and the standard deviation σ of the film thickness is as follows. The nozzle plate according to claim 1 or 2, wherein σ / m <0.1.
前記ノズル基材と前記撥液膜は、シランカップリング剤層を介して密着している
ことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のノズル板。
The nozzle plate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the nozzle base material and the liquid repellent film are in close contact with each other via a silane coupling agent layer.
前記シランカップリング剤層は、アミノ基を有するシランカップリング剤層である
ことを特徴とする請求項に記載のノズル板。
The nozzle plate according to claim 4 , wherein the silane coupling agent layer is a silane coupling agent layer having an amino group.
前記撥液膜の前記液体吐出面側表面の膜厚は、1μm以上3μm以下の範囲内にある
ことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のノズル板。
The nozzle plate according to any one of claims 1 to 5 , wherein the film thickness of the liquid-repellent film on the liquid discharge surface side is in the range of 1 μm or more and 3 μm or less.
請求項1ないしのいずれかに記載のノズル板を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A liquid discharge head comprising the nozzle plate according to any one of claims 1 to 6. 請求項に記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。 A liquid discharge unit including the liquid discharge head according to claim 7. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
ことを特徴とする請求項に記載の液体吐出ユニット。
A head tank that stores the liquid to be supplied to the liquid discharge head, a carriage on which the liquid discharge head is mounted, a supply mechanism that supplies the liquid to the liquid discharge head, a maintenance / recovery mechanism that maintains and recovers the liquid discharge head, and the liquid. The liquid discharge unit according to claim 8 , wherein at least one of the main scanning moving mechanisms for moving the discharge head in the main scanning direction is integrated with the liquid discharge head.
請求項に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項若しくはに記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。 Liquid discharge head according to claim 7, or apparatus that ejects a liquid, characterized in that it comprises a liquid discharge unit according to claim 8 or 9. 前記請求項1ないし6のいずれかに記載のノズル板を製造する方法であって、
前記ノズル孔が設けられた金属製のノズル基材上に、前記フッ素樹脂を蒸着工法で成膜する工程と、
ガラス転移点Tg以上の温度で前記フッ素樹脂の膜を加熱処理する工程と、を行う
ことを特徴とするノズル板の製造方法。
The method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 6.
A step of forming a film of the fluororesin on a metal nozzle base material provided with the nozzle holes by a vapor deposition method, and
A method for manufacturing a nozzle plate, which comprises a step of heat-treating the fluororesin film at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg.
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