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JP3675207B2 - Inkjet ejection method - Google Patents
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JP3675207B2 - Inkjet ejection method - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、ワープロ、ホストコンピュータの記録のための出力用端末としてのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられる液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドおよびインクジェット吐出方法に関する。その中でも、特に液体状態のインクを用いるオンデマンド型インクジェットヘッドおよびインクジェット吐出方法に関する。
【0002】
なお、本明細書の説明において、「インク」とは、通常の可視色のインクのみならず、かかるインクを被記録媒体上で凝集固化する等で画質を向上するために用いられる無色透明の液体、いわゆる画質向上剤をも含む意味で用いる。
【0003】
【従来の技術】
従来のインクジェットヘッドにおいては、インクジェット吐出孔の出口側にインクの液滴が付着することによりインクの吐出が不安定になり、吐出方向が大きく外れるという問題が発生していた。
【0004】
そこで、インクジェット吐出孔の出口側の面(以後、出口形成面と称する)は、全域に渡って、撥インク性材料を用いて撥インク性面とするか、インクジェット吐出孔の出口周辺付近のみを撥インク性面としていた。これらの技術は、特開平5−69555号公報や特開平8−318628号公報などに詳細に報告されている。
【0005】
しかしながら、この撥インク性の部分のインクジェット吐出孔の内側の孔面における効用についてはあまり検討されていない。
【0006】
特開平9−136423号公報には、図4に示すように、前述の撥水性面がインクジェット吐出孔の出口側に1〜10μmの厚みで形成され、且つ、これをインクジェット吐出孔の径方向内側に突出させることで、インク液滴のインクジェット吐出孔からの飛び出し方向を安定させることが記載されている。これによると、インクのメニスカス面は前記の撥水性突出部分2の存在により平準化され、飛び出し方向が安定するとされている。なお、インクジェット吐出孔の出口の撥水性部分2の孔の大きさが親水性部分5の孔の大きさ未満であるという限定条件が設定されている。
【0007】
しかしながら、上記特開平9- 136423号公報に記載の技術においても、撥インク性の部分2はインクを撥く性質を持っているために、インクジェット吐出の際にインク液滴の移動、つまりインクメニスカスの移動を妨げる動作を行う。この結果、図4の撥インク性の部分2を余りに長く(厚く)形成するとインクジェットの吐出が行えなくなるという現象が発生する。その上に吐出孔の径方向内側に吐出孔の断面積を狭くするように撥インク性の部分が迫り出していることは、さらにインクジェットの吐出を妨げる動作を強く行うこととなる。
【0008】
従って、現時点で市場に販売されているインクジェットプリンタのインクジェット吐出孔の出口側に形成されている撥インク性の部分の長さは、0.005μmからlμm未満である。また、インクジェット吐出孔の直径を1とした場合、径方向内側への突出距離は0%から5%未満である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェットの吐出メカニズムは、基本的には物体への力の付加と加速と飛び出しという運動の法則に従って構築されていることはいうまでもない。よって、インクジェット吐出方式はインク液体を加熱し気体への相変化を起こさせインクジェット吐出を行う、バブルジェット等の熱エネルギー吐出方式であっても、或いは、電気機械変換素子を用いて液体の圧力を瞬間的に高めてインクジェット吐出を行う、いわゆるピエゾ型インクジェット吐出方式であろうとも、運動の法則に従って動作している。熱エネルギー吐出方式は、液体の相変化を利用、つまり基本的には水の臨界沸騰現象を利用しているためにその吐出能力には限界があり、発生圧力は300℃付近での臨界圧が限度である。また、連続して発泡現象を維持させるために発泡も膜沸騰現象を利用しており、10マイクロ秒以下程度の発泡時間である。さらに、熱エネルギー吐出方式は発泡による体積の増加という一方向の現象のみを利用しているために、インクジェット吐出孔内部にインクを一旦引き込んで加速して打ち出すという操作を行うことが困難である。
【0010】
ピストルやライフル銃などのように、砲身の奥に弾丸を装填し、これに発射火薬の爆発膨張による力を付加して砲身内で加速させながら弾道方向を安定させて打ち出すということが出来ないのである。その理由は、弾丸に相当するインクの液滴が、砲身に相当するインクジェット吐出孔の先端部に装填されているためである。同時に、吐出能力が低いために、インクジェット吐出孔の出口に長い加速空間を形成することが出来ないからである。つまり、撥インク性面を有する長いインクジェット吐出孔を形成しても、撥インク性面の反インク力に負けて、インクを吐出することが不可能となるからである。
【0011】
また、前記のピエゾ型インクジェット方式においては、変位を電気機械的に制御可能なために、インク液滴を、つまりインクメニスカスを一旦インク吐出孔の内側に僅かに引き込み、そこから、加速して打ち出すということが可能である。しかし、ピエゾ変位の限界は、3/10000〜1/1000の変位比率というように極めて少ないので、圧力発生の変位面積を大きく取り、津波効果を利用してインク液滴の吐出を行っている。前記のインク吐出孔の内部への引き込みの量は、インクジェット吐出孔の親インク性部分と撥インク性部分との境界付近までである。さらには、インクの表面張力に逆らって僅かに少し内部に入った程度である。つまり、インクジェット吐出孔の出口より1μmか、2〜3μm程度である。
【0012】
また、ピエゾ型インクジェット方式の津波効果による吐出量の確保のために、吐出素子の集積度が低くなるという問題があると同時に、前述したようにこれでも吐出能力が低いために、インクジェット吐出孔内部の撥インク性の部分の長さは1μm以下となっている。前記津波効果とは、津波の発生原理に基づくものである。地震での変位は僅かに50cm〜1m程度であるが、それが水深が浅くなったり湾の回り込みなどの現象により集積されて、20mとか40mの高さの津波となることである。つまり、ピエゾ変位面の変位が0.1μm程度であっても、その変位面の面積が大きけれぱ、インクジェット吐出孔の僅かな断面積の部分に集積されると変位が増大されるのである。
【0013】
一般的に、ピエゾ型インクジェット方式は、熱エネルギー吐出方式の発泡面積の300倍程度の変位面積を必要としている。ただし、共通インク液室やインク流路の関係で実際は、1または10倍程度のインクジェット吐出部としての集積度となっている。しかし、この1または10の比率は実際のインクジェットプリンタ装置としての機能においては、非常に重大である。
【0014】
ピエゾ型インクジェット方式であれ、熱エネルギー吐出方式であれ、長い撥インク性のインクジェット吐出孔を用いることは、現時点では共に吐出能力の不足により不可能なのである。
【0015】
また、長い撥インク性のインクジェット吐出孔を形成した場合には、インクの液滴が球形となり、該インクジェット吐出孔の内部に滞留するという現象が発生する。一旦、インクジェット吐出孔内に球形のインク液滴の滞留が発生すると、インクメニスカスは停滞し、インクのインクジェット吐出エネルギ発生素子部分への補給、つまり通称リフィルが行われなくなり、インクジェット吐出が完全に停止することとなる。インクのリフィルは、毛細管現象に起因するが、それはインクの供給側と受給側との圧力が平衡もしくは拮抗している場合に生じ、一旦、一方のみが高くなるような状態になると停止する。細いインクジェット吐出孔の先端に、インク液滴による蓋が形成されれば、このような現象のためにインクのリフィルは停止するものである。
【0016】
つまり、従来技術の問題点は、以下の2点にほぼ集約される。
【0017】
1)インク吐出エネルギ発生素子のインク吐出能力の不足が原因して、長い撥インク性面を有するインクジェット吐出孔を形成することによるインク液滴の加速空間を形成することは不可能であった。つまり、撥インク性のインクジェット吐出孔を用いてインク液滴を加速し飛び出し方向を安定させて吐出するというインクジェット吐出方法は実現出来ないという問題点である。
【0018】
2)長い撥インク性のインクジェット吐出孔を形成すると、インク液滴の滞留が発生し、インクのリフィルを行うことが不可能となる場合が多々発生するという問題点である。
【0019】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決し、インクジェット吐出の飛び出し方向を安定させることができ、また、リフィルをも問題なく行なうことのできるインクジェット吐出方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
以下に、先ず、課題を解決する手段の解決原理を説明する。そこで、第一の問題点であるところのインクジェット吐出孔への加速空間の形成について説明する。
【0021】
インクジェット吐出におけるインクジェット液滴は、インクジェット吐出エネルギ発生素子の先端側に形成されるインク吐出孔内部の液体インクが対象となる。また、インクジェット液滴が10ピコリットル程度以下となると、インク吐出孔の内部にあるインク液体でも、その先端部つまり出口の部分にあるインク液体がほぼ対象である。
【0022】
ところが、インクジェット吐出動作は、その先端から離れた部分で行われる。例えば、前記インク先端より50μmから70μm離れた部位でのインクジェット吐出エネルギ発生素子による熱発泡現象を利用した熱エネルギー吐出方式を採用しているものがある。また、所謂エッジシューター方式において前記先端より80μm〜250μm程度離れた部位での熱発泡現象を利用した熱エネルギー吐出方式を採用しているものもある。また、先端より20〜30μm離れた部位での前記熱発泡現象を利用した熱エネルギー吐出方式を採用しているものもある。さらに、先端より約l200μm程度離れた部位でのインク液室のピエゾ変位を利用したピエゾ型インクジェット方式を採用しているものもある。
【0023】
このように、ピストルやライフル銃では弾丸となるインクジェット吐出孔の先端部位に位置するインク液体のはるか後方を瞬間的に変化させて、その変位をインクジェット吐出孔先端にあるインク液体に伝播し、加速して吐出させるメカニズムとなっている。従って、インクジェットの吐出はそのほとんどの加速がインクジェット吐出孔の出口から出た部分で行われることとなる。つまり、弾道学で言われる砲外発射であり、軌道が不安定となる。従って、インクジェット吐出孔の形状とその均質性は非常に重要となっている。このように、インク液滴の吐出軌道の安定は重要であるために、ピエゾ方式では特開昭60−2372号公報に示されるような引き打ち方式を採用し、僅ではあるが加速空間を実現している。インク液体の表面張力により、インク液滴の変位は出口面と直角に安定されるので、この安定領域を加速空間としている。しかし、それでも加速空間が不足しているために、E社のピエゾヘッドは出口形成面の撥水層の厚さを1μm程度として、1μmの加速空間らしきものを形成している。
【0024】
ところが、吐出の周波数が高くなって来たり、吐出能力の未達レベルでは、この撥水、つまり疎または撥インク性部分の距離が長くなると、インクジェット吐出は良好に行えなくなる。事実として、1OKHzの吐出周波数を超えると、この撥インク性の部分の距離は1μm程度が限界である。しかしながら、1μm程度の加速空間では、インクジェット液滴の弾道の軌道安定性からいって不十分である。少なくとも、5μm以上は必要となる。その理由は、インクジェット吐出孔の直径が20μmとすれば、高さ10μmのインク液柱では約3.1ピコリットルのインク量であり、少なくともその半分の量が軌道方向を安定される必要があるためである。
【0025】
出来得るならば、その加速距離は10μmとか20μmあることが望ましい。しかしこの撥インク性の距離が長くなれば、インクジェット吐出の阻害要因となりインクが吐出されなくなるからである。
【0026】
そこで、鋭意検討を進めた結果、吐出する前のインクのインクジェット吐出孔内部への装填状態では、出口側の部分がある所定の距離に亘り撥インク性であり、インクジェット吐出の動作状態においては親インク性に変化するようにする手段により良好にインク液滴の吐出軌道を安定させる手法を実現した。このようにすれば、弾丸となるインク液滴のインクジェット吐出孔への装填時において、前記インク液滴の先端に撥インク性部分が形成され、すなわち、加速空間を形成することが可能となり、インクジェット吐出の時には親インク性となるので、インクジェット吐出を良好に行うことが可能となる。つまり、瞬間的に撥インク性と親インク性とに任意に信号制御により切り替えられる手段としたのである。
【0027】
その具体的な手段としては、光の照射により撥インク性と親インク性とに可逆的に変化する材料でインクジェット吐出孔の部分を形成する手段を用いることとした。
【0028】
さらには、この材料を光触媒反応やフォトクロミズム反応により、撥インク性と超親インク性との可逆反応を示す材料とし、インクの吐出と加速とを良好に行えるようにする。
【0029】
このようにして、第一の問題が解決される。
【0030】
次に、第二の問題である撥インク性のインクジェット吐出孔内部でのインク液滴の滞留は、インクの表面張力よりもはるかに高い界面張力を発生させる材料でインクジェット吐出孔の孔面を形成するようにすれば良いことを見出した。つまり、撥インク性の部分はインクとの界面張力がほぼ0であるかむしろマイナスつまり反発の界面斥力を有する面である。そこで、この撥インク性の部分を高いインクとの界面張力を有する面にすれば良いことを見出した。前述のように、前記出口形成面の加速空間に相当する部分は、撥インク性と親インク性に可逆的に変化する面であるので、この親インク性の部分を超親インク性にすれば良いのである。前述のように、光触媒反応やフォトクロミズム反応により、超親インク性とすることが可能であるために、インク液滴の滞留の発生は防止することが可能となる。
【0031】
このような手段を取ることで、第二の問題も解決される。
【0032】
そこで、上記問題を解決する本発明のインクジェット吐出方法は、インクを吐出するインクジェット吐出孔の出口もしくは出口近傍に配置されている孔面の少なくとも一部が、光の照射に応じ疎インク性から親インク性に変化する材料により形成されているインクジェット吐出部と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、を備えるインクジェットヘッドを用いて前インクジェット吐出孔の出口からインクを吐出させるインクジェット吐出方法であって、
前記光の照射に応じ疎インク性から親インク性に変化する材料が疎インク性を呈する状態で、インクメニスカスを前記インクジェット吐出孔の出口より内側に位置させ、インクジェットの加速空間を確保した後、さらに、光を照射し、前記光の照射に応じ疎インクから親インク性に変化する材料を親インク性に変化させながら、もしくは、親インク性に変化させて、前記インクメニスカスを前記加速空間を移動させながら加速して、前記エネルギー発生素子が発生するエネルギーによりインクを吐出させることを特徴とする。
【0033】
ここで、前記光は、発信と停止が制御可能な光源より照射されてもよい。
【0035】
さらに、前記インクジェット吐出孔の出口が形成される面は疎インク性の表面であることが好ましい。
【0036】
また、前記インクジェット吐出孔の孔面がその出口から奥部に向かい、疎インク性材料の部分、光の照射に応じ疎インクから親インク性に変化する材料の部分、親インク性材料の部分の順序で形成されていることが好ましい。
【0037】
また、前記光の照射に応じ疎インク性から親インク性に変化する材料は、光触媒反応またはフォトクロミズム反応により疎インク性または親インク性に可逆変化することが好ましい。
【0038】
さらに、前記フォトクロミズム反応を示す材料は、2、3エポキシインダノン誘導体、該2、3エポキシインダノン誘導体と有機物または無機物との混合体、スピロベンゾピラン誘導体、該スピロベンゾピラン誘導体と有機物または無機物との混合体からなる群から選ばれた一つであることが好ましい。
【0039】
さらに、前記光触媒反応を示す材料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化鉄、硫化カドミウムのそれぞれの無機化合物、該それぞれの無機化合物と有機物または無機物との混合体からなる群から選ばれた一つであることが好ましい。
【0045】
なお、前記光の照射に応じ疎インクから親インク性に可逆変化する材料を疎インク性状態にして、インクの前記インクジェット吐出部へのリフィルを行うことが好ましい。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に記載された実施例に基づき、本発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明する。なお、記載された説明および図面を通して、同一機能部位には同一番号が用いられている。
【0047】
図1は、本発明の好適な実施の形態の断面概略図である。インクジェット吐出孔3の出口1の部位には長さ(厚さ)0.5μmの撥インク性層2が配置されており、次に12μmの長さの撥インク性または親インク性へ変化する層4(以後変態層、あるいは変態部と称する)と、その奧に親インク性層5よりなるインクジェット吐出孔3の構成部6が配置されている。
【0048】
インクジェット吐出孔3の最奥部には、インクジェット吐出のためのインクジェット吐出エネルギ発生素子7が配置されている。インク8はインクメニスカス9によって外部の大気層10と界面を形成しており、前記変態層4が疎または撥インク性の場合には、インクメニスカス9は変態層4と親インク性層5との境界の位置に形成される。
【0049】
また、前記変態層4が親インク性もしくは超親インク性の場合にはインクメニスカス9は前記撥インク性層2と前記変態層4との境界に、図2のような状態で存在する。
【0050】
このようにして、インクメニスカス9の位置を制御することで、ライフル銃やピストルでいうところの砲身を形成することが可能となり、インク液滴11の加速空間を形成することが可能となる。従って、この場合には、加速空間の長さは、12μmということとなる。
【0051】
しかし、ここで示した0.5μmとか、12μmとは理解の容易化のための単なる例示としての数値であり、決して限定されるものではない。
【0052】
次に、動作のタイミングであるが、図3に示すように、インクの装填であるリフィル時においては撥インク性を維持するために、光200を遮断するか照射しない状態にしておき、インクジェット吐出エネルギ発生素子7が動作する瞬間、あるいはその前後の時点において、光200を前記変態層4に照射することで変態層4を親インク性あるいは超親インク性の状態に変態させインクジェット吐出を良好に行わせるようにする構成とする。このようにすることで、インク8はインクジェット吐出動作とほぼ同時に変態層4の中を移動し、吐出軌道が規定化され、吐出の安定化が実現される。
【0053】
その後、吐出が終了すると、光200の照射は停止され、該変態層4が撥インク性へと変態することで、リフィル時におけるインクメニスカス9の位置は、図1に示される親インク性層5と変態層4との境界面位置に規定される。これを、サイクル的に繰り返すことで加速空間を持った良好なインクジェット吐出が実現されるようになる。
【0054】
前記撥インク性層2は、フッ素系の撥水性層で構成されており、具体的にはポリテトラフルオロエチレン(商品名:テフロン)との有機樹脂や無機物などの混合体や弗化カーボンや弗化ジルコニウムとの有機樹脂や無機物との混合体で構成される。
【0055】
前記変態層4は、酸化チタンや酸化亜鉛、酸化タングステンなどの光触媒反応を示す材料と、あるいはそれらとの有機、無機物との混合体で構成される。もしくは、フォトクロミズム反応を示すエポキシインダノン誘導体やスピロベンゾピラン誘導体などの材料やあるいはこれらとの有機、無機物との混合体で構成される。
【0056】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【0057】
図1および図2に示す断面構成のインクジェットヘッド100を以下のようにして形成した。
【0058】
インクジェット吐出孔3の出ロ1の部位には深さ0.5μmの撥インク性層2を、次にl2μmの深さの撥インク性または親インク性へ変化する変態層4を、さらにその下に親インク性層5を配置する構成とした。
【0059】
この構成の製造方法は、未硬化のシリコン樹脂もしくはその前駆体の中に酸化チタン(アナターゼ型)で粒径0.0lμmのものを混合した溶液を塗工法により、ポリイミド層5の上に15μmほど塗布した。
【0060】
その後、l80℃の温度にてl時間保持し、縮重合にて硬化結合させた。重縮合により僅かに、薄くなり12〜13μm程度の層4となった。この上に、フェニル基を有するフッ素系の撥インク性材料をスピンコートして撥インク性層2の製作を行った。
【0061】
次に、エキシマ紫外線レーザにより、直径30μmの孔を(吐出孔の一部となる)ポリイミド層5に約80μmのピッチで形成した。また、この操作と別途に、該レーザによりインクの流路102を、図1、図2に示すように、該孔に直交して連通するように形成した。流路の深さは該レーザの照射時間の調整にてほぼ任意に設定可能である。
【0062】
変態層4は、大きな紫外線吸収域を持たないので、ポリイミドの層がアブレーションにより除去されても、孔が開くほどにには変形せず、ほぼ平面状態で残存する。
【0063】
次に、炭酸ガスレーザにより、直径20μmの吐出孔3を前記直径30μmの孔の中心に位置するように、撥インク性層2および変態層4に形成した。なお、炭酸ガスレーザは、熱により瞬間的に撥インク性層2および変態層4を溶解して孔を開けるので、その屑を吹き飛ばすためにアシストガスとして8気圧の窒素ヘリウムの混合ガスを吹き付けることで行った。その結果、図1、2に示すような形態のインクジェット吐出孔3が構成された。なお、炭酸ガスレーザに代え、YAGレーザを用いてもよい。
【0064】
ポリイミド層5の一方側にはあらかじめエキシマレーザにより除去される接着剤層が形成されており、この層を介して、インクジェット吐出エネルギ発生素子7が上面に形成されているインクジェット吐出エネルギ発生素子基板10lと接合した。なお、インクジェット吐出エネルギ発生素子7としては電気熱変換素子を用いた。ポリイミド層5(103)には図1、2に示される前述のインク流路102が形成されており、この一端はインク供給路104へと連通する構成とした。このようにして、インクジェットへッド100が構成された。
【0065】
この状態のインクジェットヘッドl00に暗室中で、インク8を供給すると、インク8はインクメニスカス9によって外部の大気層10と界面を形成した。メニスカス9の位置は、前記変態層4と親インク性層であるポリイミド層5との境界の位置に、図1に示すように形成された。それは、キーエンス社製のレーザ位置変位計により計測した。ここで用いるレーザ位置変位計の使用波長は950nmの近赤外線領域のものである。
【0066】
次に、300nm程度の紫外線をインクジェットへッド100に照射すると、前記変態層4が親インク性もしくは超親インク性になり、インクメニスカス9は前記撥インク性層2と前記変態層4との境界に、図2に示すような状態で存在することが確認された。
【0067】
かくて、インクメニスカス9の位置を制御することで、ライフル銃やピストルでいうところの砲身を形成することが可能となり、インク液滴11の加速空間を形成することが可能であることが確認できた。
【0068】
従って、この場合、加速空間の長さは、変態層4の厚さに対応し、約12μmということとなる。なお、繰り返すが、ここで示した0.5μmとか、l2μmとは一例の数値であり、決してこれに限定されるものではない。
【0069】
次に、動作のタイミングであるが、図3に示すように、インクの装填であるリフィル時においては撥インク性を維持するために、光200を遮断するか照射しない暗闇状態にしておき、インクジェット吐出エネルギ発生素子7がON動作する2マイクロ秒前に光200を前記変態層4に照射した。変態層4を親インク性あるいは超親インク性の状態に変態させると、約lμm/マイクロ秒程度の速度で、変態層4で形成された孔面を表面エネルギーを減らす方向で、図3に示すように、インク8のメニスカス9の位置が移動していくことが確認された。なお、図3には吐出をした場合としない場合のメニスカス9の位置の移動の様子を示している。
【0070】
その結果、インク8のメニスカス9の移動するのと合わせて、インクジェット吐出エネルギ発生素子7によるインクジェット吐出が行われ、該変態層4で形成された吐出孔3の孔面内を加速されながらインクジェット液滴l1が吐出されることとなる。この加速空間内での移動により、液滴11の移動方向ベクトルが定まり、従来のインクジェット吐出による「ヨレ」のレベルが低減された。
【0071】
光200の照射は、インクジェット液滴llが吐出孔3から出てしまえば停止しても良いので、その照射時間はインクジェット吐出に要する時間が約l0マイクロ秒以下であるから、10マイクロ秒の時間に設定した。
【0072】
吐出終了後、光200の照射を停止すると、変態層4は撥インク性へと変化し、リフィルにおけるインクメニスカス9の位置は図1に示される親インク性層5と変態層4との境界面位置に規定された。これらを、サイクル的に繰り返すことで加速空間を持った良好なインクジェット吐出が実現されるようになった。
【0073】
なお、前記撥インク性層2は、フッ素系の撥水性層で構成されており、具体的には旭化成撥水剤CTX一1500である。その他、ポリテトラフルオロエチレン(商品名:テフロン)との有機樹脂や無機物などの混合体や弗化カーボンとの有機樹脂や無機物との混合体で構成されてもよい。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光の照射により、インクのメニスカスの位置を制御することが可能なために、インクの加速空間を形成することが可能となる。この効果で、インクジェット液滴の加速空間での加速移動により、インク液滴の移動方向ベクトルが一定となり、インクジェット吐出の場合の「ヨレ」が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な実施の形態によるインクジェットヘッドを示す概略断面図であり、光を照射しない場合のメニスカスの位置が示されている。
【図2】図1の実施の形態で、光を照射した場合にメニスカスの位置が変化したときの断面図である。
【図3】本発明のインクジェット吐出方法の制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図4】従来のインクジェットヘッドの概略断面図である。
【符号の説明】
l インクジェット吐出孔出口
2 撥(疎)インク層
3 インクジェット吐出孔
4 変態層
5 親インク性層
6 インクジェット吐出孔構成部
7 インクジェット吐出エネルギ発生素子
8 インク
9 メニスカス
l0 大気層
1l インクジェット液滴
100 インクジェットヘッド
101 インクジェット吐出エネルギ発生素子基板
102 インク流路
103 ポリイミド層
l04 インク供給路
200 光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head as a liquid ejection head and an inkjet ejection method used in a printer, a video printer, or the like as an output terminal for recording in a copying machine, a facsimile machine, a word processor, or a host computer. In particular, the present invention relates to an on-demand ink jet head and an ink jet discharge method using ink in a liquid state.
[0002]
In the description of the present specification, “ink” means not only a normal visible color ink but also a colorless and transparent liquid used for improving image quality by agglomerating and solidifying such ink on a recording medium. The term “image quality improving agent” is also used.
[0003]
[Prior art]
In the conventional ink jet head, ink droplets adhere to the outlet side of the ink jet ejection hole, resulting in unstable ink ejection and a problem that the ejection direction deviates greatly.
[0004]
Therefore, the surface on the outlet side of the ink jet discharge hole (hereinafter referred to as the outlet forming surface) is made to be an ink repellent surface using an ink repellent material over the entire region, or only the vicinity of the vicinity of the outlet of the ink jet discharge hole. The surface was ink repellent. These techniques are reported in detail in JP-A-5-69555, JP-A-8-318628, and the like.
[0005]
However, little consideration has been given to the utility of the ink-repellent part on the inner surface of the ink jet discharge hole.
[0006]
In JP-A-9-136423, as shown in FIG. 4, the above-mentioned water-repellent surface is formed with a thickness of 1 to 10 μm on the outlet side of the inkjet discharge hole, and this is formed on the radially inner side of the inkjet discharge hole. It is described that the protruding direction of the ink droplets from the ink jet discharge holes is stabilized by projecting the ink droplets. According to this, the meniscus surface of the ink is leveled by the presence of the water-repellent protruding portion 2, and the ejection direction is stabilized. In addition, the limiting condition that the size of the water-repellent portion 2 at the outlet of the inkjet discharge hole is smaller than the size of the hydrophilic portion 5 is set.
[0007]
However, even in the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-136423, the ink repellency portion 2 has the property of repelling ink. The action which prevents the movement of is performed. As a result, if the ink-repellent portion 2 in FIG. 4 is formed too long (thick), a phenomenon that ink jet discharge cannot be performed occurs. Further, the fact that the ink-repellent part is protruding so as to narrow the cross-sectional area of the discharge hole on the inner side in the radial direction of the discharge hole further strengthens an operation that hinders the discharge of the ink jet.
[0008]
Therefore, the length of the ink-repellent part formed on the outlet side of the ink jet discharge hole of the ink jet printer currently on the market is 0.005 μm to less than 1 μm. Further, when the diameter of the ink jet discharge hole is 1, the projecting distance inward in the radial direction is 0% to less than 5%.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, it goes without saying that the ink jet ejection mechanism is basically constructed in accordance with the laws of motion, that is, the application of force to an object, acceleration, and ejection. Therefore, the inkjet discharge method is a thermal energy discharge method such as a bubble jet that heats an ink liquid and causes a phase change to a gas to perform inkjet discharge, or the pressure of the liquid can be controlled using an electromechanical transducer. Even if it is a so-called piezo-type ink jet discharge method that performs ink jet discharge with a momentary increase, it operates according to the law of motion. Since the thermal energy discharge method uses the phase change of the liquid, that is, basically uses the critical boiling phenomenon of water, its discharge capacity is limited, and the generated pressure has a critical pressure around 300 ° C. It is a limit. Moreover, in order to maintain the foaming phenomenon continuously, foaming also uses the film boiling phenomenon, and the foaming time is about 10 microseconds or less. Furthermore, since the thermal energy discharge method uses only a unidirectional phenomenon of volume increase due to foaming, it is difficult to perform an operation of drawing the ink into the ink jet discharge hole and accelerating it.
[0010]
Like a pistol or a rifle, you can't load a bullet in the back of the gun barrel, add a force due to the explosive expansion of the gunpowder to accelerate it, and stabilize the trajectory while firing. is there. The reason is that ink droplets corresponding to bullets are loaded at the tip of the ink jet discharge holes corresponding to gun barrels. At the same time, since the discharge capability is low, a long acceleration space cannot be formed at the outlet of the inkjet discharge hole. That is, even if a long ink jet discharge hole having an ink repellent surface is formed, it is impossible to discharge ink due to the anti-ink force of the ink repellent surface.
[0011]
Further, since the displacement can be controlled electromechanically in the above-described piezo type ink jet system, the ink droplet, that is, the ink meniscus is once drawn slightly inside the ink ejection hole, and then accelerated and ejected therefrom. It is possible. However, since the limit of piezo displacement is extremely small, such as a displacement ratio of 3/10000 to 1/1000, a large displacement area is generated for pressure generation, and ink droplets are ejected using the tsunami effect. The amount of the ink drawn into the ink discharge hole is up to the vicinity of the boundary between the ink-philic part and the ink-repellent part of the ink jet discharge hole. Furthermore, it is just a little inside the ink against the surface tension of the ink. That is, it is about 1 μm or about 2 to 3 μm from the outlet of the ink jet discharge hole.
[0012]
In addition, in order to secure the discharge amount due to the tsunami effect of the piezo-type ink jet method, there is a problem that the degree of integration of the discharge elements becomes low. The length of the ink repellency portion is 1 μm or less. The tsunami effect is based on the principle of tsunami generation. The displacement due to the earthquake is only about 50 cm to 1 m, but it is accumulated by phenomena such as shallow water depth and wraparound of the bay, resulting in a tsunami with a height of 20 m or 40 m. In other words, even if the displacement of the piezo displacement surface is about 0.1 μm, if the displacement surface has a large area, the displacement is increased if it is accumulated in a small cross-sectional area of the ink jet discharge hole.
[0013]
In general, the piezo ink jet method requires a displacement area of about 300 times the foaming area of the thermal energy discharge method. However, due to the relationship between the common ink liquid chamber and the ink flow path, the degree of integration as an inkjet discharge unit is about 1 or 10 times. However, the ratio of 1 or 10 is very important in the function as an actual ink jet printer apparatus.
[0014]
Regardless of whether it is a piezo-type ink jet system or a thermal energy discharge system, it is impossible to use long ink-repellent ink jet discharge holes due to insufficient discharge capability at present.
[0015]
In addition, when a long ink-repellent inkjet discharge hole is formed, a phenomenon that ink droplets become spherical and stay inside the inkjet discharge hole occurs. Once spherical ink droplets stay in the ink jet ejection holes, the ink meniscus stagnates, and ink replenishment to the ink jet ejection energy generating element, that is, so-called refilling is not performed, and ink jet ejection is completely stopped. Will be. The ink refill is caused by a capillary phenomenon, which occurs when the pressure on the ink supply side and the ink receiving side is balanced or antagonistic, and stops once only one of them becomes high. If a lid made of ink droplets is formed at the tip of a thin inkjet discharge hole, ink refilling stops because of this phenomenon.
[0016]
That is, the problems of the prior art are almost summarized in the following two points.
[0017]
1) Due to the lack of ink discharge capability of the ink discharge energy generating element, it was impossible to form an ink droplet acceleration space by forming an ink jet discharge hole having a long ink-repellent surface. That is, there is a problem that an ink jet discharge method in which ink droplets are accelerated using an ink repellent ink jet discharge hole and discharged in a stable manner cannot be realized.
[0018]
2) When a long ink-repellent inkjet discharge hole is formed, ink droplets stay, and it is often impossible to refill ink.
[0019]
An object of the present invention is to provide an ink jet discharge method which can solve such conventional problems, can stabilize the pop-out direction of ink jet discharge, and can perform refill without any problem.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
First, the solution principle of the means for solving the problem will be described. Therefore, the formation of the acceleration space in the inkjet discharge hole, which is the first problem, will be described.
[0021]
Ink jet droplets in ink jet ejection are targeted for liquid ink inside the ink ejection holes formed on the tip side of the ink jet ejection energy generating element. Further, when the ink jet droplet is about 10 picoliters or less, even the ink liquid inside the ink ejection hole is almost the target of the ink liquid at the tip, that is, at the outlet.
[0022]
However, the ink jet ejection operation is performed at a portion away from the tip. For example, there is one that employs a thermal energy ejection method that utilizes a thermal foaming phenomenon by an inkjet ejection energy generating element at a site that is 50 μm to 70 μm away from the tip of the ink. In addition, there is a so-called edge shooter system that employs a thermal energy discharge system that utilizes a thermal foaming phenomenon at a site about 80 μm to 250 μm away from the tip. Some adopt a thermal energy discharge method utilizing the thermal foaming phenomenon at a site 20 to 30 μm away from the tip. Further, there is a printer that employs a piezo-type ink jet system that uses a piezo displacement of an ink liquid chamber at a position about l200 μm away from the tip.
[0023]
In this way, with a pistol or rifle, the ink liquid located at the tip of the inkjet discharge hole, which is a bullet, is instantaneously changed and the displacement is propagated to the ink liquid at the tip of the inkjet discharge hole for acceleration. It is a mechanism for discharging. Therefore, most of the ink jet discharge is performed at a portion where the acceleration is output from the outlet of the ink jet discharge hole. In other words, it is an extra-fire launch called ballistics, and the trajectory becomes unstable. Therefore, the shape of the ink jet discharge hole and its homogeneity are very important. As described above, since the stability of the ejection trajectory of the ink droplet is important, the piezo method adopts a striking method as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-2372, and realizes a slight acceleration space. doing. Due to the surface tension of the ink liquid, the displacement of the ink droplet is stabilized at a right angle to the exit surface, so this stable region is used as an acceleration space. However, since the acceleration space is still insufficient, the piezo head of company E has a water repellent layer with a thickness of about 1 μm on the exit forming surface to form a 1 μm acceleration space.
[0024]
However, when the frequency of ejection becomes higher or the level of ejection capability is not achieved, if this water repellency, that is, the distance between the sparse or ink-repellent portions is increased, inkjet ejection cannot be performed satisfactorily. In fact, when the discharge frequency exceeds 1 OKHz, the distance of the ink repellency is limited to about 1 μm. However, an acceleration space of about 1 μm is insufficient because of the trajectory stability of the ink jet droplet trajectory. At least 5 μm or more is required. The reason is that if the diameter of the ink jet discharge hole is 20 μm, the ink liquid column having a height of 10 μm has an ink amount of about 3.1 picoliters, and at least half of the amount needs to stabilize the orbital direction. Because.
[0025]
If possible, the acceleration distance is preferably 10 μm or 20 μm. However, if this distance of ink repellency becomes long, it becomes a hindrance to ink jet ejection, and ink is not ejected.
[0026]
Therefore, as a result of diligent investigations, the outlet side portion is ink repellant for a predetermined distance when ink is loaded inside the ink jet discharge hole before being discharged, and the ink discharge operation state is the parent in the ink jet discharge operation state. We realized a method to stabilize the ejection trajectory of ink droplets well by means to change to ink properties. In this way, when the ink droplets to be bullets are loaded into the ink jet discharge holes, an ink repellent portion can be formed at the tip of the ink droplets, that is, an acceleration space can be formed. Since it becomes ink-philic at the time of ejection, it becomes possible to perform ink-jet ejection satisfactorily. In other words, it is a means for instantaneously switching between ink repellency and ink affinity by signal control.
[0027]
As the specific means, a means for forming the ink jet discharge hole portion with a material that reversibly changes to ink repellency and ink repellency by light irradiation is used.
[0028]
Furthermore, this material is made to exhibit a reversible reaction between ink repellency and super-ink affinity by photocatalytic reaction or photochromic reaction so that ink can be discharged and accelerated satisfactorily.
[0029]
In this way, the first problem is solved.
[0030]
Next, the second problem is that ink droplets stay inside the ink-repellent inkjet discharge hole, and the surface of the inkjet discharge hole is formed with a material that generates an interfacial tension much higher than the surface tension of the ink. I found out that I should do it. In other words, the ink repellent portion is a surface having an interfacial repulsive force of which the interfacial tension with the ink is almost zero or rather negative. Thus, it has been found that the ink repellency portion may be a surface having a high interfacial tension with ink. As described above, the portion corresponding to the acceleration space on the exit forming surface is a surface that reversibly changes to ink repellency and ink affinity, so if this ink affinity portion is made super ink affinity, It ’s good. As described above, since super-ink affinity can be obtained by a photocatalytic reaction or a photochromic reaction, it is possible to prevent ink droplets from staying.
[0031]
By taking such measures, the second problem is solved.
[0032]
Therefore, in the inkjet discharge method of the present invention that solves the above-described problem, at least a part of the hole surface arranged at or near the outlet of the inkjet discharge hole for discharging ink has a phobic property due to light sparseness. Inkjet ejection part formed of a material that changes to ink properties And an energy generating element that generates energy for discharging ink, Before using an inkjet head with Record An ink jet discharge method for discharging ink from an outlet of an ink jet discharge hole,
In a state where the material that changes from ink repellency to ink repellency in response to light irradiation exhibits ink repellency, an ink meniscus is positioned on the inner side from the outlet of the inkjet discharge hole, and an inkjet acceleration space is secured. Further, the ink meniscus is changed in the acceleration space by irradiating light and changing the material that changes from sparse ink to ink affinity according to the light irradiation to ink affinity. Accelerate while moving, said Depending on the energy generated by the energy generating element Ink is ejected.
[0033]
Here, the light may be emitted from a light source that can control transmission and stoppage.
[0035]
Furthermore, it is preferable that the surface on which the outlet of the inkjet discharge hole is formed is an ink-phobic surface.
[0036]
Further, the hole surface of the inkjet discharge hole is directed from the outlet toward the back, and a portion of the ink-phobic material, Depending on light irradiation Sparse ink From It is preferable to form in order of the part of the material which changes to ink affinity, and the part of the ink affinity material.
[0037]
Also, the above Depending on light irradiation Sparse ink From The material that changes to ink affinity is preferably reversibly changed to ink phobic or ink affinity by a photocatalytic reaction or a photochromic reaction.
[0038]
Further, the material exhibiting the photochromic reaction is a 2,3 epoxyindanone derivative, a mixture of the 2,3 epoxyindanone derivative and an organic substance or an inorganic substance, a spirobenzopyran derivative, the spirobenzopyran derivative and an organic substance or an inorganic substance, Preferably, it is one selected from the group consisting of:
[0039]
Further, the material exhibiting the photocatalytic reaction was selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, iron oxide, cadmium sulfide, each inorganic compound, and each inorganic compound and organic substance or a mixture of inorganic substances. One is preferable.
[0045]
The light Irradiation Depending on sparse ink From It is preferable that the material reversibly changing to the ink affinity is made to be an ink-phobic state and the ink is refilled to the ink jet discharge section.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on examples described in the accompanying drawings. Throughout the description and the drawings, the same numbers are used for the same functional parts.
[0047]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of the present invention. An ink-repellent layer 2 having a length (thickness) of 0.5 μm is disposed at the exit 1 portion of the ink jet discharge hole 3, and then a layer having a length of 12 μm that changes to ink repellency or ink affinity. 4 (hereinafter referred to as “transformation layer” or “transformation part”), a component part 6 of the ink jet discharge hole 3 made of the ink-philic layer 5 is disposed on the side.
[0048]
An inkjet discharge energy generating element 7 for inkjet discharge is disposed in the innermost part of the inkjet discharge hole 3. The ink 8 forms an interface with the external air layer 10 by the ink meniscus 9, and when the transformation layer 4 is sparse or ink repellent, the ink meniscus 9 is formed between the transformation layer 4 and the ink-philic layer 5. It is formed at the boundary position.
[0049]
When the transformation layer 4 is ink-philic or super-ink affinity, the ink meniscus 9 exists at the boundary between the ink-repellent layer 2 and the transformation layer 4 in the state shown in FIG.
[0050]
By controlling the position of the ink meniscus 9 in this way, it is possible to form a barrel as in the case of a rifle or pistol, and it is possible to form an acceleration space for the ink droplets 11. Therefore, in this case, the length of the acceleration space is 12 μm.
[0051]
However, 0.5 μm or 12 μm shown here is merely a numerical value for ease of understanding and is not limited in any way.
[0052]
Next, as shown in FIG. 3, in order to maintain ink repellency at the time of refilling as ink loading, as shown in FIG. 3, light 200 is blocked or not irradiated, and ink jet discharge is performed. At the moment when the energy generating element 7 operates, or at the time before and after the operation, the transformation layer 4 is transformed into an ink-philic or super-ink-philic state by irradiating the transformation layer 4 with light, thereby improving ink jet discharge. It is set to be made to perform. By doing so, the ink 8 moves in the transformation layer 4 almost simultaneously with the ink jet discharge operation, the discharge trajectory is defined, and the discharge is stabilized.
[0053]
Thereafter, when the ejection is completed, the irradiation of the light 200 is stopped, and the transformation layer 4 is transformed into ink repellency, whereby the position of the ink meniscus 9 at the time of refilling is the ink-philic layer 5 shown in FIG. And a boundary surface position between the transformation layer 4. By repeating this in a cycle, good ink jet discharge with an acceleration space can be realized.
[0054]
The ink-repellent layer 2 is composed of a fluorine-based water-repellent layer. Specifically, the ink-repellent layer 2 is a mixture of an organic resin or an inorganic substance with polytetrafluoroethylene (trade name: Teflon), carbon fluoride, fluorocarbon, or the like. It is composed of a mixture of zirconium fluoride with an organic resin or an inorganic substance.
[0055]
The transformation layer 4 is composed of a material exhibiting a photocatalytic reaction such as titanium oxide, zinc oxide, or tungsten oxide, or a mixture thereof with an organic or inorganic material. Alternatively, it is composed of a material such as an epoxyindanone derivative or a spirobenzopyran derivative exhibiting a photochromic reaction, or a mixture thereof with an organic or inorganic substance.
[0056]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0057]
The ink jet head 100 having the cross-sectional configuration shown in FIGS. 1 and 2 was formed as follows.
[0058]
An ink-repellent layer 2 having a depth of 0.5 μm is formed at the outlet 1 of the ink jet discharge hole 3, and then a transformation layer 4 having a depth of 12 μm and changing to an ink-repellent or ink-philic property is further provided thereunder. The ink-philic layer 5 is disposed on the surface.
[0059]
In the manufacturing method of this configuration, an uncured silicon resin or a precursor thereof mixed with titanium oxide (anatase type) having a particle size of 0.0 lμm is coated on the polyimide layer 5 by about 15 μm by a coating method. Applied.
[0060]
Thereafter, it was held at a temperature of 80 ° C. for 1 hour and cured and bonded by condensation polymerization. By polycondensation, the layer 4 was slightly thinned to form a layer 4 of about 12 to 13 μm. On top of this, a fluorine-based ink repellent material having a phenyl group was spin-coated to produce the ink repellent layer 2.
[0061]
Next, holes having a diameter of 30 μm were formed in the polyimide layer 5 (which becomes a part of the discharge holes) at a pitch of about 80 μm by an excimer ultraviolet laser. Separately from this operation, an ink flow path 102 was formed by the laser so as to communicate perpendicularly to the hole as shown in FIGS. The depth of the flow path can be set almost arbitrarily by adjusting the irradiation time of the laser.
[0062]
Since the transformation layer 4 does not have a large ultraviolet absorption range, even if the polyimide layer is removed by ablation, the transformation layer 4 is not deformed to the extent that a hole is opened, and remains in a substantially planar state.
[0063]
Next, the discharge hole 3 having a diameter of 20 μm was formed in the ink repellent layer 2 and the transformation layer 4 by a carbon dioxide gas laser so as to be positioned at the center of the hole having a diameter of 30 μm. Since the carbon dioxide laser instantaneously melts the ink-repellent layer 2 and the transformation layer 4 with heat and opens holes, by blowing a mixed gas of nitrogen helium at 8 atm as an assist gas in order to blow off the waste. went. As a result, an ink jet discharge hole 3 having a configuration as shown in FIGS. A YAG laser may be used instead of the carbon dioxide laser.
[0064]
An adhesive layer to be removed by an excimer laser is formed in advance on one side of the polyimide layer 5, and an inkjet discharge energy generating element substrate 10 l on which an inkjet discharge energy generating element 7 is formed on the upper surface through this layer. And joined. An electrothermal conversion element was used as the inkjet discharge energy generating element 7. The polyimide layer 5 (103) is formed with the above-described ink flow path 102 shown in FIGS. 1 and 2, and one end thereof communicates with the ink supply path 104. In this way, the inkjet head 100 was constructed.
[0065]
When ink 8 was supplied to the inkjet head 100 in this state in a dark room, the ink 8 formed an interface with the external air layer 10 by the ink meniscus 9. The meniscus 9 was formed as shown in FIG. 1 at the boundary between the transformation layer 4 and the polyimide layer 5 which is an ink-philic layer. It was measured with a Keyence Corporation laser position displacement meter. The operating wavelength of the laser position displacement meter used here is in the near infrared region of 950 nm.
[0066]
Next, when the inkjet head 100 is irradiated with ultraviolet rays of about 300 nm, the transformation layer 4 becomes ink-philic or super-ink affinity, and the ink meniscus 9 is formed between the ink-repellent layer 2 and the transformation layer 4. It was confirmed that the boundary exists in the state as shown in FIG.
[0067]
Thus, by controlling the position of the ink meniscus 9, it is possible to form a gun barrel as a rifle or a pistol, and to confirm that an acceleration space for the ink droplet 11 can be formed. It was.
[0068]
Therefore, in this case, the length of the acceleration space corresponds to the thickness of the transformation layer 4 and is about 12 μm. In addition, although it repeats, 0.5 micrometer shown here or l2 micrometer is a numerical value of an example, and is not limited to this at all.
[0069]
Next, as shown in FIG. 3, in order to maintain ink repellency, as shown in FIG. 3, in order to maintain the ink repellency, the operation is performed in a dark state where the light 200 is blocked or not irradiated. The transformation layer 4 was irradiated with light 200 2 microseconds before the discharge energy generating element 7 was turned on. When the transformation layer 4 is transformed into an ink-philic or super-ink-philic state, the pore surface formed by the transformation layer 4 is reduced in surface energy at a speed of about 1 μm / microsecond, as shown in FIG. Thus, it was confirmed that the position of the meniscus 9 of the ink 8 moves. FIG. 3 shows how the meniscus 9 moves with and without ejection.
[0070]
As a result, along with the movement of the meniscus 9 of the ink 8, inkjet discharge is performed by the inkjet discharge energy generating element 7, and the inkjet liquid is accelerated while being accelerated in the hole surface of the discharge hole 3 formed by the transformation layer 4. The droplet l1 is ejected. Due to the movement in the acceleration space, the moving direction vector of the droplet 11 is determined, and the level of “smoothness” due to the conventional inkjet discharge is reduced.
[0071]
Irradiation of the light 200 may be stopped once the ink jet droplet 11 exits from the ejection hole 3, and therefore the time required for ink jet ejection is approximately 10 microseconds or less because the irradiation time is about 10 microseconds or less. Set to.
[0072]
When the irradiation of the light 200 is stopped after completion of the ejection, the transformation layer 4 changes to ink repellency, and the position of the ink meniscus 9 in the refill is the boundary surface between the ink-philic layer 5 and the transformation layer 4 shown in FIG. Defined in position. By repeating these in a cyclic manner, good ink jet discharge with an acceleration space has been realized.
[0073]
The ink repellent layer 2 is composed of a fluorine-based water repellent layer, specifically, Asahi Kasei water repellent CTX-1500. In addition, it may be composed of a mixture of an organic resin or inorganic substance with polytetrafluoroethylene (trade name: Teflon), or a mixture of an organic resin or inorganic substance with carbon fluoride.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the position of the ink meniscus can be controlled by light irradiation, an ink acceleration space can be formed. With this effect, the movement direction vector of the ink droplet is made constant by the accelerated movement of the inkjet droplet in the acceleration space, and the “blurring” in the case of inkjet discharge is eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an ink jet head according to a preferred embodiment of the present invention, showing the position of a meniscus when light is not irradiated.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 1 when the meniscus position changes when light is irradiated.
FIG. 3 is a timing chart showing an example of control of the inkjet discharge method of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
l Inkjet ejection hole outlet
2 Repellent (sparse) ink layer
3 Inkjet ejection holes
4 Transformation layer
5 Ink affinity layer
6 Inkjet ejection hole component
7 Inkjet discharge energy generating element
8 Ink
9 Meniscus
10 atmosphere layer
1l inkjet droplet
100 inkjet head
101 Inkjet discharge energy generating element substrate
102 Ink channel
103 Polyimide layer
104 Ink supply path
200 light

Claims (8)

インクを吐出するインクジェット吐出孔の出口もしくは出口近傍に配置されている孔面の少なくとも一部が、光の照射に応じ疎インク性から親インク性に変化する材料により形成されているインクジェット吐出部と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、を備えるインクジェットヘッドを用いて前インクジェット吐出孔の出口からインクを吐出させるインクジェット吐出方法であって、
前記光の照射に応じ疎インク性から親インク性に変化する材料が疎インク性を呈する状態で、インクメニスカスを前記インクジェット吐出孔の出口より内側に位置させ、インクジェットの加速空間を確保した後、さらに、光を照射し、前記光の照射に応じ疎インクから親インク性に変化する材料を親インク性に変化させながら、もしくは、親インク性に変化させて、前記インクメニスカスを前記加速空間を移動させながら加速して、前記エネルギー発生素子が発生するエネルギーによりインクを吐出させることを特徴とするインクジェット吐出方法。
An inkjet discharge section in which at least a part of a hole surface disposed at or near an outlet of an inkjet discharge hole for discharging ink is formed of a material that changes from sparse ink property to ink affinity according to light irradiation ; , an ink jet ejection method to eject ink from the outlet of the previous SL inkjet discharge holes using an inkjet head comprising an energy generating element for generating energy for discharging ink,
After the ink meniscus is positioned on the inner side from the outlet of the inkjet discharge hole in a state in which the material that changes from ink repellency to ink affinity in response to the light irradiation exhibits ink repellency, after securing an acceleration space of the inkjet, Further, the ink meniscus is changed in the acceleration space by irradiating light and changing the material that changes from sparse ink to ink affinity according to the light irradiation to ink affinity. An inkjet ejection method, wherein the ink is ejected by energy generated by the energy generation element while being accelerated while being moved.
前記光は、発信と停止が制御可能な光源より照射されることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット吐出方法。  2. The inkjet discharge method according to claim 1, wherein the light is emitted from a light source that can control transmission and stop. 前記インクジェット吐出孔の出口が形成される面は疎インク性の表面であることを特徴とする請求項2に記載のインクジェット吐出方法。  The inkjet discharge method according to claim 2, wherein the surface on which the outlet of the inkjet discharge hole is formed is an ink-phobic surface. 前記インクジェット吐出孔の孔面がその出口から奥部に向かい、疎インク性材料の部分、疎インクから親インク性に変化する材料の部分、親インク性材料の部分の順序で形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のインクジェット吐出方法。  The surface of the ink jet discharge hole is formed in the order of the ink-phobic material part, the ink-phobic material part, the material part changing from the sparse ink to the ink-philicity part, and the ink-philic material part in order. The inkjet discharge method according to any one of claims 1 to 3. 前記光の照射に応じ疎インク性から親インク性に変化する材料は、光触媒反応またはフォトクロミズム反応により疎インク性または親インク性に可逆変化することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のインクジェット吐出方法。  5. The material that changes from an ink phobic property to an ink repellency in response to light irradiation, reversibly changes to an ink phobic property or an ink philic property by a photocatalytic reaction or a photochromic reaction. The inkjet discharge method as described. 前記フォトクロミズム反応を示す材料は、2、3エポキシインダノン誘導体、該2、3エポキシインダノン誘導体と有機物または無機物との混合体、スピロベンゾピラン誘導体、該スピロベンゾピラン誘導体と有機物または無機物との混合体からなる群から選ばれた一つであることを特徴とする請求項5に記載のインクジェット吐出方法。  The material showing the photochromic reaction is a 2,3 epoxyindanone derivative, a mixture of the 2,3 epoxyindanone derivative and an organic or inorganic substance, a spirobenzopyran derivative, or a mixture of the spirobenzopyran derivative and an organic or inorganic substance. 6. The inkjet discharge method according to claim 5, wherein the inkjet discharge method is one selected from the group consisting of bodies. 前記光触媒反応を示す材料は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化鉄、硫化カドミウムのそれぞれの無機化合物、該それぞれの無機化合物と有機物または無機物との混合体からなる群から選ばれた一つであることを特徴とする請求項6に記載のインクジェット吐出方法。  The material exhibiting the photocatalytic reaction is one selected from the group consisting of an inorganic compound of titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, iron oxide, and cadmium sulfide, and a mixture of the inorganic compound and an organic substance or an inorganic substance. The inkjet discharge method according to claim 6, wherein: 前記光の照射に応じ疎インクから親インク性に可逆変化する材料を疎インク性状態にして、インクの前記インクジェット吐出部へのリフィルを行うことを特徴とする請求項1に記載のインクジェット吐出方法。  2. The inkjet discharge method according to claim 1, wherein a material that reversibly changes from sparse ink to ink affinity in response to the irradiation of light is set to an ink phobic state and ink is refilled to the inkjet discharge unit. 3. .
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