液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法
【課題】目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供する。
【解決手段】吐出液を収容する液溜容器１０と、液溜容器１０の下側に連通する吐出筒２０とを備える。吐出筒２０の吐出口先端２０ａ、吐出筒２０の内壁面２０ｂ、及び液溜容器１０の内壁面１０ａには撥水層５が設けられている。撥水層５は、フッ素系撥水層からなっている。フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられている。積層された酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。
【解決手段】吐出液を収容する液溜容器１０と、液溜容器１０の下側に連通する吐出筒２０とを備える。吐出筒２０の吐出口先端２０ａ、吐出筒２０の内壁面２０ｂ、及び液溜容器１０の内壁面１０ａには撥水層５が設けられている。撥水層５は、フッ素系撥水層からなっている。フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられている。積層された酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液滴に対し、ノズルの吐出口先端での液溜まりを抑制する方法として、撥水膜を形成したノズルが用いられている。このノズルは、分注を行う液体定量吐出装置を用い、ノズルを通して液体を塗布する。ノズルは通常、ステンレス等の非腐食性金属により作製されている。このため、これらのノズルをそのまま使用したり撥水膜が剥がれてきたりすると、ノズルの吐出口先端に液体が付着し易くなり、分注の際に最初の滴下量が大きくなることにより滴下量及び液滴形状が不良となる問題がある。この現象は、蛍光体を含有するＬＥＤ封止や接着面積を問われるカメラモジュール等に分注する際に特に問題となる。
【０００３】
このようなノズルの吐出口先端の液溜まりをなくす方法として、液体定量吐出装置にサクションバックと呼ばれる減圧機構を取り付け、ノズル先端の液溜まりを引き戻す方法が採用されている。しかしながら、サクションバックを用いてもノズル先端に付着した液溜まりを充分に取り除くことはできない。この結果、連続して液滴吐出を続けていくうちに、撥水膜でもあっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって撥水膜が物理的に剥がれてノズルの吐出口先端に液体が付着したりして液溜まりが発生し、吐出量及び液滴形状が不均一となることは避けられない。また、ノズルの内外壁の表面粗さ及びノズルの先端部の肉厚によっても液溜まりに影響する。一方、ノズルの加工精度を上げたものとして、金属以外にルビー又はセラミックス等の非金属材料を用いるケースが多いが、ノズルが高価になってしまうことから、安価でかつ塗布を均一に行い得る技術が望まれている。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、例えば、特許文献１〜３に開示された液体吐出ヘッドでは、図５に示すように、撥水膜の耐久性を得るため、ノズルプレート１０１の表面に、下地層１０２を設け、その表面にフッ素を添加しためっき膜や有機性の撥水膜１０３を成膜したノズル１００が開示されている。また、その他の技術として、ノズルプレートの表面に、フッ素系撥水剤又はシリコーン系撥水剤をコーティングしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７５７３９号公報（２００４年３月１１日公開）
【特許文献２】特開２００３−３２７９０９号公報（２００３年１１月１９日公開）
【特許文献３】特開２０１０−７６４２２号公報（２０１０年４月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の液体吐出ヘッドでは、連続して液滴吐出を続けていくうちに、長期的には撥水膜であっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって撥水膜が物理的に剥がれたりして、ノズル先端に液溜まりが発生するという問題点を有している。また、撥水膜に液滴が固化した場合、又は撥水膜に他の付着物が付着した場合においても、このような付着物等は容易には取り除くことができないので、結果的に、ノズル先端に液溜まりが発生する。
【０００７】
さらに、吐出液が、インクジェットのような低粘度のインクではなく、インクよりも高粘度の樹脂である場合には、液体吐出ノズルにおいて液の濡れ面積が大きいときには、容易に吐出することができず、或いは目詰まりが発生し易くなるという問題点を有している。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体吐出ノズルは、上記課題を解決するために、吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備え、上記吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられていると共に、上記撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、上記フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられており、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、上記フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍであることを特徴としている。
【００１０】
上記の発明によれば、吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備えており、吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられている。そして、撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられている。
【００１１】
すなわち、一般的に、液体吐出ノズルにおいては、吐出部の吐出口先端には撥水層を設けるが、吐出部の内壁面には撥水層を設けない。この理由は、本来、ノズルの液溜まりが問題となるのは、吐出口の出口である吐出口先端に液溜まりが発生するためである。また、吐出部の内壁面は、一般に、液の流速が速く、撥水層が剥がれ易いためである。
【００１２】
これに対して、本発明では、吐出部の内壁面及び液溜容器の内壁面にも撥水層を設けている。これは、吐出液が、例えば、インクジェットのような低粘度のインクではなく、インクよりも高粘度の樹脂である場合には、吐出部等の内壁面の界面張力を大きくした方が、樹脂の濡れ面積が小さくなり、吐出部等の内壁面と樹脂との表面密着力及び摩擦が小さくなり、樹脂の流動性がよくなるためである。
【００１３】
このように、本発明では、吐出部の内壁面及び液溜容器の内壁面にも撥水層を設けているので、液体吐出ノズルの内部において、粘性の高い吐出液であっても、流動性がよくなるというメリットを有している。
【００１４】
ここで、吐出部の内壁面は、液の流速が速い場合又は液体中の粒子によって撥水層が物理的に剥がれ易いという問題は依然として残る。
【００１５】
そこで、本発明では、撥水層には、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜からなる下地層を設けている。この結果、撥水層の付着強度が高まり、撥水層が容易に剥がれることがないので、耐久性が高まる。
【００１６】
また、本発明では、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍとなっている。
【００１７】
ところで、従来の液体吐出ノズルにおける撥水層の膜厚では、耐久性をよくするために例えばディップ（浸漬）処理によるテフロン（登録商標）コーティングでは、１００μｍ程度のものがある。しかしながら、例えば、吐出部の内壁面に総膜厚１００μｍ程度の撥水層を設けた場合に、吐出部の内径が大きく変化し、膜厚のばらつきも大きくノズルの内径形状への影響がある。この結果、吐出量にも変化をもたらす。
【００１８】
そこで、本発明では、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下となっている。
【００１９】
この結果、長期間の使用により、撥水層であっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって物理的に撥水層が剥がれたときにおいても、吐出部の径が大きく変化することがなくなる。
【００２０】
また、本発明では、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。すなわち、このように膜厚を薄くしておけば、撥水層の一部が剥がれた場合、又は撥水層に液滴が固化した場合、若しくは撥水層に他の付着物が付着した場合においても、例えば、プラズマ処理をして、撥水層、及び撥水層の付着物を容易に剥がし取り、再度、撥水層を設けることが可能である。
【００２１】
この結果、撥水層を容易に再生処理することにより、液体吐出ノズルの寿命を延ばすことができる。
【００２２】
したがって、粘性の高い吐出液であっても、流動性をよくし、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズルを提供することができる。
【００２３】
本発明の液体吐出ノズルでは、前記吐出液は、樹脂材料であるとすることができる。
【００２４】
これにより、樹脂材料はインクに比べて粘性が高いので、本発明の液体吐出ノズルの吐出媒体とすることによって、本発明の効果をより大きく得ることができる。
【００２５】
本発明における液体吐出ノズルの撥水層の再生方法は、上記記載の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法であって、前記撥水層に付着した付着物及び該撥水層を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層を形成することを特徴としている。
【００２６】
すなわち、撥水層の一部が剥がれた場合、又は撥水層に液滴が固化した場合、若しくは撥水層に他の付着物が付着した場合には、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により、化学的な結合を切断することによって、撥水層及び撥水層の付着物を容易に剥がし取り、削除することができる。そして、撥水層の膜厚も１〜４ｎｍというように薄いものであるので、撥水層を容易に再塗布することができる。
【００２７】
したがって、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の液体吐出ノズルは、以上のように、吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備え、上記吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられていると共に、上記撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、上記フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられており、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、上記フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。
【００２９】
また、本発明の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法は、以上のように、上記記載の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法であって、前記撥水層に付着した付着物及び該撥水層を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層を形成する方法である。
【００３０】
それゆえ、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明における液体吐出ノズルの実施の一形態を示すものであって、円錐状液溜容器と吐出筒とを有する液体吐出ノズルの構成を示す断面図であり、（ｂ）は吐出筒の吐出口先端、吐出筒の内壁面、及び液溜容器の内壁面に形成された撥水層を示す断面図である。
【図２】（ａ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す正面図であり、（ｂ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す底面図である。
【図３】（ａ）はテーパタイプの液体吐出ノズルを示す断面図であり、（ｂ）はテーパー＋ストレートタイプの液体吐出ノズルを示す断面図であり、（ｃ）はテーパー＋段付き＋ストレートタイプの液体吐出ノズルを示す断面図である。
【図４】液体材料と液体吐出方式との関係を示すグラフである。
【図５】従来の液体吐出ノズルの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３３】
（液体吐出ノズルの構成）
本実施の形態の液体吐出ノズルの構成について、図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）は、上記液体吐出ノズルにおける円錐状液溜容器と吐出筒とを有する上記液体吐出ノズルの構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は吐出筒の吐出口先端、吐出筒の内壁面、及び液溜容器の内壁面に形成された撥水層を示す断面図である。また、図２（ａ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す正面図であり、図２（ｂ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す底面図である。
【００３４】
本実施の形態の液体吐出ノズル１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の蛍光体の樹脂を塗布するために使用されるものであり、図２（ａ）（ｂ）に示すように、吐出液を収容する液溜容器１０と、該液溜容器１０の下側に連通する吐出筒２０とを備えている。
【００３５】
上記液溜容器１０は、上側に形成された筒状液溜容器１１と下側に形成された円錐状液溜容器１２とからなっている。
【００３６】
上記筒状液溜容器１１は下側の円錐状液溜容器１２に合わせて円筒に形成され、吐出部としての吐出筒２０も円錐状液溜容器１２に合わせてあわせて円筒に形成されている。ただし、必ずしも円筒に限らず、全体的に角筒であってもよい。
【００３７】
上記液体吐出ノズル１の高さＨ１は例えば１８ｍｍであり、円錐状液溜容器１２と吐出筒２０とを合わせた高さＨ２は例えば６．５ｍｍとなっている。また、筒状液溜容器１１の外径Ｄは例えば６ｍｍとなっている。液体吐出ノズル１の筒状液溜容器１１の正面及び背面は平坦面に形成されており、この平坦面には、例えば液滴吐出量が記載されている。
【００３８】
上記液溜容器１０の円錐状液溜容器１２は、図１（ａ）に示すように、該円錐状液溜容器１２の下側に設けられた吐出筒２０に連通していると共に、吐出筒２０は円錐状液溜容器１２の内径よりも細い内径を有している。
【００３９】
本実施の形態の液体吐出ノズル１では、図１（ｂ）に示すように、円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内外壁面２には撥水層５が設けられている。尚、本発明では、少なくとも吐出筒２０の吐出口先端２０ａ、吐出筒の内壁面２０ｂ、及び液溜容器１０の内壁面１０ａに撥水層５が設けられていれば足りる。
【００４０】
詳細には、円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内外壁面２に形成された撥水層５は、フッ素系撥水層からなっていると共に、フッ素系撥水層からなる撥水層５の下地層としての酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３、及び該酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３に積層された下地層としての酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４が設けられている。
【００４１】
尚、本実施の形態の液体吐出ノズル１では、円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内外壁面２に撥水層５が設けられている。しかし、本発明においては必ずしもこれに限らず、撥水層５は少なくとも円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内壁面に形成されていればよい。
【００４２】
本実施の形態では、上記撥水層５の厚さは１〜４ｎｍであり、撥水層５、並びに下地層としての酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４の３層を合わせても例えば２５ｎｍ以下となっている。好ましくは、２０ｎｍ以下とすることが好ましい。この理由は、撥水層５、並びに下地層としての酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４の３層の膜厚が２５ｎｍを越えると、長期間の使用により、吐出筒２０の内径が変わってくるため、吐出筒２０の形状に変化をもたらすためである。具体的には、試作品の液体吐出ノズル１における各層の厚さは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３が１０．５ｎｍであり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４が６．５ｎｍであり、フッ素系撥水層からなる撥水層５が１．２ｎｍであった。
【００４３】
（液体吐出ノズルにおける撥水層の形成方法）
上記構成の液体吐出ノズル１における撥水層５の形成方法について説明する。
【００４４】
すなわち、本実施の形態では、内外壁面２に下地層として酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を積層形成し、その上にフッ素系撥水層（自己組織化単分子）を形成する。これにより、３層の総膜厚が２０ｎｍ程度となり、吐出筒２０の内径形状への影響を与えない。
【００４５】
まず、有機分子の気相成長法を用いて、チャンバー内に液体吐出ノズル１を設置し、液体吐出ノズル１の内外壁面２を、酸素プラズマを用いてクリーニングし、活性化させる。次いで、反応ガスを１００℃に加熱し気化させて、予め５５℃に加熱したチャンバー内に導入し、該チャンバー内で酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３を形成する。その後、該チャンバー内を３〜８Ｐａとなるまで排気し、サイクルを繰り返すことによって、１０ｎｍ程度の酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３を形成する。
【００４６】
続いて、同一チャンバー内で、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３の上面を、酸素プラズマを用いてクリーニングし、活性化させる。そして、反応ガスを１００℃に加熱し気化させて、予め５５℃に加熱したチャンバー内に導入して酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を形成する。その後、該チャンバー内を３〜８Ｐａとなるまで排気し、サイクルを繰り返すことによって、１０ｎｍ程度の酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を形成する。
【００４７】
続いて、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４の上面全域に、フッ素系撥水膜を形成する。これにより、膜厚は、１〜４ｎｍ程度の単分子膜となる。
【００４８】
（液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法）
液体吐出ノズル１の撥水層５は、一般的に撥水性は高いが撥油性は万全ではなく、液体の吐出を繰り返していくうちに残渣が発生し、撥水性能が劣化してくる。これらは、例えばアセトン等による有機溶剤の洗浄、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等による超音波洗浄等を用いても完全には除去できない。そこで、残渣ごと内外壁面２の最表面に形成されているフッ素系撥水層だけを酸素プラズマによって除去し、下地層となっている酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を露出させて、清浄化した状態で、再度、フッ素系撥水層を形成する。
【００４９】
このように、本実施の形態の液体吐出ノズル１は、吐出液を収容する液溜容器１０と、該液溜容器１０の下側に連通する吐出筒２０とを備えており、吐出筒２０の吐出口先端２０ａ、吐出筒２０の内壁面２０ｂ、及び液溜容器１０の内壁面１０ａには撥水層５が設けられている。そして、撥水層５は、フッ素系撥水層からなっており、フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３と酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４との積層膜が用いられている。
【００５０】
すなわち、一般的に、液体吐出ノズルにおいては、吐出筒の吐出口先端には撥水層を設けるが、吐出筒の内壁面には撥水層を設けない。この理由は、本来、ノズルの液溜まりが問題となるのは、吐出口の出口である吐出口先端に液溜まりが発生するためである。また、吐出筒の内壁面は、一般に、液の流速が速く、撥水層が剥がれ易いためである。
【００５１】
これに対して、本実施の形態では、吐出筒２０の内壁面２０ｂ及び液溜容器１０の内壁面１０ａにも撥水層５を設けている。これは、吐出液が、例えば、インクジェットのような低粘度のインクではなく、インクよりも高粘度の樹脂である場合には、吐出筒２０等の内壁面２０ｂの界面張力を大きくした方が、樹脂の濡れ面積が小さくなり、吐出筒２０等の内壁面２０ｂと樹脂との表面密着力及び摩擦が小さくなり、樹脂の流動性がよくなるためである。
【００５２】
このように、本実施の形態では、吐出筒２０の内壁面２０ｂ及び液溜容器１０の内壁面１０ａにも撥水層５を設けているので、液体吐出ノズル１の内部において、粘性の高い吐出液であっても、流動性がよくなるというメリットを有している。
【００５３】
ここで、吐出筒２０の内壁面２０ｂは、液の流速が速い場合又は液体中の粒子によって撥水層５が物理的に剥がれ易いという問題は依然として残る。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、撥水層５には、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３と酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４との積層膜からなる下地層を設けている。この結果の、撥水層５の付着強度が高まり、撥水層５が容易に剥がれることがないので、耐久性が高まる。
【００５５】
また、本実施の形態では、積層された酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４、及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍとなっている。尚、フッ素系撥水層の単分子膜を膜厚１ｎｍ未満に形成することは困難である。一方、フッ素系撥水層の膜厚が４ｎｍを超えると、特許文献３に示すように分子鎖が絡まった層が厚くなる。しかし、このようになると、フッ素系撥水層が剥がれ易くなるので好ましくない。
【００５６】
ところで、従来の液体吐出ノズルにおける撥水層の膜厚では、耐久性をよくするために例えばディップ（浸漬）処理によるテフロン（登録商標）コーティングでは、１００μｍ程度のものがある。しかしながら、例えば、吐出筒の内壁面に総膜厚１００μｍ程度の撥水層を設けた場合には、吐出部の内径が大きく変化し、膜厚のばらつきも大きくノズルの内径形状への影響がある。この結果、吐出量にも変化をもたらす。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、積層された酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４、及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下となっている。
【００５８】
この結果、長期間の使用により、撥水層５であっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって物理的に撥水層５が剥がれたときにおいても、吐出筒２０の筒径が大きく変化することがなくなる。
【００５９】
また、本実施の形態では、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。すなわち、このように膜厚を薄くしておけば、撥水層５の一部が剥がれた場合、又は撥水層５に液滴が固化した場合、若しくは撥水層５に他の付着物が付着した場合においても、例えば、プラズマ処理をして、撥水層５、及び撥水層５の付着物を容易に剥がし取り、再度、撥水層５を設けることが可能である。
【００６０】
この結果、撥水層５を容易に再生処理することにより、液体吐出ノズル１の寿命を延ばすことができる。
【００６１】
したがって、粘性の高い吐出液であっても、流動性をよくし、目詰まりを防止すると共に、撥水層５が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層５を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル１を提供することができる。
【００６２】
また、本実施の形態の液体吐出ノズル１では、吐出液は、樹脂材料である。これにより、樹脂材料はインクに比べて粘性が高いので、本実施の形態の液体吐出ノズル１の吐出媒体とすることによって、本実施の形態の効果をより大きく得ることができる。
【００６３】
さらに、本実施の形態における液体吐出ノズル１の撥水層５の再生方法は、撥水層５に付着した付着物及び該撥水層５を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層５を形成する。
【００６４】
すなわち、液の繰り返し吐出により、撥水層５の一部が剥がれた場合、又は撥水層５に液滴が固化した場合、若しくは撥水層５に他の付着物が付着した場合には、物理的な機械加工、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により、化学的な結合を切断することによって、撥水層５、及び撥水層５の付着物を容易に剥がし取り、削除することができる。そして、撥水層５の膜厚も１〜４ｎｍというように薄いものであるので、撥水層５を容易に再塗布することができる。
【００６５】
尚、上記各種の撥水層５等の除去方法においては、プラズマ処理には。酸素プラズマ処理、又はアルゴンプラズマ処理がある。また、紫外線照射にはオゾン処理が含まれる。このように、撥水層５等を削除するときには、物理的な機械加工、化学的な除去方法が適用できる。
【００６６】
また、上記各種の撥水層５等の除去方法のうちでは、アルゴンプラズマ及び酸素プラズマが好ましく、酸素プラズマが最も好ましい。この理由は、撥水層５等を形成する場合には、真空チャンバー内で膜形成する。したがって、アルゴンプラズマ及び酸素プラズマ処理も同一の真空チャンバー内で行うことができるので、被膜形成対象の液体吐出ノズル１を途中で大気中に曝す必要がない。この結果、大気中の浮遊物が付着することが無いので、清浄な状態で膜形成ができるためである。さらに、アルゴンプラズマよりも酸素プラズマの方が一般的でであり、コストも安い。
【００６７】
このように、液の繰り返し吐出による膜の劣化に伴う膜再生を、酸素プラズマ等の処理によって、表面のフッ素系撥水層のみを除去することにより、下地層である酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４が露出し、清浄化された状態で再びフッ素系撥水層を形成することができる。
【００６８】
したがって、目詰まりを防止すると共に、撥水層５が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層５を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル１における撥水層５の再生方法を提供することができる。
【００６９】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、液体吐出ノズル１は、下側が吐出筒２０のように筒状になっていたが、必ずしもこれに限らない。すなわち、本発明の液体吐出ノズル１は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各タイプの液体吐出ノズルに適用することが可能である。
【００７０】
すなわち、図３（ａ）に示す液体吐出ノズル１は、テーパタイプのものである。このタイプの液体吐出ノズル１は、吐出部がテーパー形状となっており、この吐出部において流速が増し、内部ストレートの配管抵抗の影響を受けないままの流速を保つ。このタイプの液体吐出ノズル１は、抵抗は少ない分、吐出液自体の不安定性が流速に悪影響を及ぼし、定量性が悪くなり易い。
【００７１】
次に、図３（ｂ）に示す液体吐出ノズル１は、テーパー＋ストレートタイプである。このタイプの液体吐出ノズル１は、吐出部がストレートとなっており、上側のテーパー形状で流速が増すが、内径がストレートの吐出部における配管抵抗によって、速度が落ち、ある一定速度で流速が落ち着く。このタイプの液体吐出ノズル１は、抵抗は大きいが、定量性は高い。
【００７２】
次に、図３（ｃ）に示す液体吐出ノズル１は、本実施の形態で説明したものであり、テーパー＋段付き＋ストレートタイプである。このタイプの液体吐出ノズル１は、上側のテーパー形状の部分で流速を増すが、段差の影響で滞留を起こし、流速が落ちる。そして、流速が落ちたところに、内径がストレートの吐出部における配管抵抗が加わり、さらに流速が落ちる。このタイプの液体吐出ノズル１は、全体的に流動性が鈍り、吐出液の硬化が進む。
【００７３】
また、上記の説明では、本実施の形態の液体吐出ノズル１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の蛍光体の樹脂を塗布するために使用されるものであるとして説明した。しかしながら、本発明の液体吐出ノズル１は、必ずしもこれに限らず、さらに幅広い液体材料に適用が可能である。
【００７４】
すなわち、本実施の形態の液体吐出ノズル１の適用可能な液体材料について、図４に基づいて説明する。図４は、液体材料と液体吐出方式との関係を示すグラフである。
【００７５】
図４に示すように、液体吐出装置には、低塗布径のインクジェッットの他に、中〜高塗布径ためのエアパルス方式（バルブタイプ含む）、オーガポンプ方式（スクリュー）、ピストンポンプ方式（プランジャ）及びジェット方式が存在する。
【００７６】
上記エアパルス方式（バルブタイプ含む）は、圧力と時間を調整して吐出を行なうものであり、オーガポンプ方式（スクリュー）はスクリューを回転させることにより液体の吐出を行なうものである。また、ピストンポンプ方式（プランジャ）はプランジャのストローク量をメカ的に調整（容積を計量）し、粘度変化に影響しないものである。さらに、ジェット方式はワークから離れた位置より非接触でノズルから液体を高速度で送出し、液体を噴射、射出するものである。
【００７７】
ここで、本実施の形態の液体吐出ノズル１は、これら中〜高塗布径ためのエアパルス方式（バルブタイプ含む）、オーガポンプ方式（スクリュー）、ピストンポンプ方式（プランジャ）及びジェット方式に適用が可能である。すなわち、本実施の形態の液体吐出ノズル１では、吐出筒２０の内壁面２０ｂ等に撥水層５を設けて液体の流動抵抗を小さくすることができる。したがって、特に、液の流速の速いジェット方式において、粘性の高い液体に適用することによって、負荷を軽減することが可能となる。一方、エアパルス方式（バルブタイプ含む）、オーガポンプ方式（スクリュー）、及びピストンポンプ方式（プランジャ）において、低粘度の液体でも液の流動抵抗を下げたい場合には、使用することが可能である。
【００７８】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の蛍光体の樹脂を塗布するための液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法に適用できる。
【００８０】
すなわち、粘性の高い樹脂等の吐出液、又は表面張力が大きい吐出液に好適に適用することができる。また、低粘度の液体でも液の流動抵抗を下げたい場合に使用することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 液体吐出ノズル
２ 内外壁面
３ 酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層
４ 酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層
５ 撥水層
１０ 液溜容器
１０ａ 液溜容器の内壁面
１１ 筒状液溜容器
１２ 円錐状液溜容器
２０ 吐出筒（吐出部）
２０ａ 吐出口先端
２０ｂ 吐出筒の内壁面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液滴に対し、ノズルの吐出口先端での液溜まりを抑制する方法として、撥水膜を形成したノズルが用いられている。このノズルは、分注を行う液体定量吐出装置を用い、ノズルを通して液体を塗布する。ノズルは通常、ステンレス等の非腐食性金属により作製されている。このため、これらのノズルをそのまま使用したり撥水膜が剥がれてきたりすると、ノズルの吐出口先端に液体が付着し易くなり、分注の際に最初の滴下量が大きくなることにより滴下量及び液滴形状が不良となる問題がある。この現象は、蛍光体を含有するＬＥＤ封止や接着面積を問われるカメラモジュール等に分注する際に特に問題となる。
【０００３】
このようなノズルの吐出口先端の液溜まりをなくす方法として、液体定量吐出装置にサクションバックと呼ばれる減圧機構を取り付け、ノズル先端の液溜まりを引き戻す方法が採用されている。しかしながら、サクションバックを用いてもノズル先端に付着した液溜まりを充分に取り除くことはできない。この結果、連続して液滴吐出を続けていくうちに、撥水膜でもあっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって撥水膜が物理的に剥がれてノズルの吐出口先端に液体が付着したりして液溜まりが発生し、吐出量及び液滴形状が不均一となることは避けられない。また、ノズルの内外壁の表面粗さ及びノズルの先端部の肉厚によっても液溜まりに影響する。一方、ノズルの加工精度を上げたものとして、金属以外にルビー又はセラミックス等の非金属材料を用いるケースが多いが、ノズルが高価になってしまうことから、安価でかつ塗布を均一に行い得る技術が望まれている。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、例えば、特許文献１〜３に開示された液体吐出ヘッドでは、図５に示すように、撥水膜の耐久性を得るため、ノズルプレート１０１の表面に、下地層１０２を設け、その表面にフッ素を添加しためっき膜や有機性の撥水膜１０３を成膜したノズル１００が開示されている。また、その他の技術として、ノズルプレートの表面に、フッ素系撥水剤又はシリコーン系撥水剤をコーティングしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７５７３９号公報（２００４年３月１１日公開）
【特許文献２】特開２００３−３２７９０９号公報（２００３年１１月１９日公開）
【特許文献３】特開２０１０−７６４２２号公報（２０１０年４月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の液体吐出ヘッドでは、連続して液滴吐出を続けていくうちに、長期的には撥水膜であっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって撥水膜が物理的に剥がれたりして、ノズル先端に液溜まりが発生するという問題点を有している。また、撥水膜に液滴が固化した場合、又は撥水膜に他の付着物が付着した場合においても、このような付着物等は容易には取り除くことができないので、結果的に、ノズル先端に液溜まりが発生する。
【０００７】
さらに、吐出液が、インクジェットのような低粘度のインクではなく、インクよりも高粘度の樹脂である場合には、液体吐出ノズルにおいて液の濡れ面積が大きいときには、容易に吐出することができず、或いは目詰まりが発生し易くなるという問題点を有している。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体吐出ノズルは、上記課題を解決するために、吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備え、上記吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられていると共に、上記撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、上記フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられており、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、上記フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍであることを特徴としている。
【００１０】
上記の発明によれば、吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備えており、吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられている。そして、撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられている。
【００１１】
すなわち、一般的に、液体吐出ノズルにおいては、吐出部の吐出口先端には撥水層を設けるが、吐出部の内壁面には撥水層を設けない。この理由は、本来、ノズルの液溜まりが問題となるのは、吐出口の出口である吐出口先端に液溜まりが発生するためである。また、吐出部の内壁面は、一般に、液の流速が速く、撥水層が剥がれ易いためである。
【００１２】
これに対して、本発明では、吐出部の内壁面及び液溜容器の内壁面にも撥水層を設けている。これは、吐出液が、例えば、インクジェットのような低粘度のインクではなく、インクよりも高粘度の樹脂である場合には、吐出部等の内壁面の界面張力を大きくした方が、樹脂の濡れ面積が小さくなり、吐出部等の内壁面と樹脂との表面密着力及び摩擦が小さくなり、樹脂の流動性がよくなるためである。
【００１３】
このように、本発明では、吐出部の内壁面及び液溜容器の内壁面にも撥水層を設けているので、液体吐出ノズルの内部において、粘性の高い吐出液であっても、流動性がよくなるというメリットを有している。
【００１４】
ここで、吐出部の内壁面は、液の流速が速い場合又は液体中の粒子によって撥水層が物理的に剥がれ易いという問題は依然として残る。
【００１５】
そこで、本発明では、撥水層には、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜からなる下地層を設けている。この結果、撥水層の付着強度が高まり、撥水層が容易に剥がれることがないので、耐久性が高まる。
【００１６】
また、本発明では、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍとなっている。
【００１７】
ところで、従来の液体吐出ノズルにおける撥水層の膜厚では、耐久性をよくするために例えばディップ（浸漬）処理によるテフロン（登録商標）コーティングでは、１００μｍ程度のものがある。しかしながら、例えば、吐出部の内壁面に総膜厚１００μｍ程度の撥水層を設けた場合に、吐出部の内径が大きく変化し、膜厚のばらつきも大きくノズルの内径形状への影響がある。この結果、吐出量にも変化をもたらす。
【００１８】
そこで、本発明では、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下となっている。
【００１９】
この結果、長期間の使用により、撥水層であっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって物理的に撥水層が剥がれたときにおいても、吐出部の径が大きく変化することがなくなる。
【００２０】
また、本発明では、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。すなわち、このように膜厚を薄くしておけば、撥水層の一部が剥がれた場合、又は撥水層に液滴が固化した場合、若しくは撥水層に他の付着物が付着した場合においても、例えば、プラズマ処理をして、撥水層、及び撥水層の付着物を容易に剥がし取り、再度、撥水層を設けることが可能である。
【００２１】
この結果、撥水層を容易に再生処理することにより、液体吐出ノズルの寿命を延ばすことができる。
【００２２】
したがって、粘性の高い吐出液であっても、流動性をよくし、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズルを提供することができる。
【００２３】
本発明の液体吐出ノズルでは、前記吐出液は、樹脂材料であるとすることができる。
【００２４】
これにより、樹脂材料はインクに比べて粘性が高いので、本発明の液体吐出ノズルの吐出媒体とすることによって、本発明の効果をより大きく得ることができる。
【００２５】
本発明における液体吐出ノズルの撥水層の再生方法は、上記記載の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法であって、前記撥水層に付着した付着物及び該撥水層を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層を形成することを特徴としている。
【００２６】
すなわち、撥水層の一部が剥がれた場合、又は撥水層に液滴が固化した場合、若しくは撥水層に他の付着物が付着した場合には、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により、化学的な結合を切断することによって、撥水層及び撥水層の付着物を容易に剥がし取り、削除することができる。そして、撥水層の膜厚も１〜４ｎｍというように薄いものであるので、撥水層を容易に再塗布することができる。
【００２７】
したがって、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の液体吐出ノズルは、以上のように、吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備え、上記吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられていると共に、上記撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、上記フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられており、積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、上記フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。
【００２９】
また、本発明の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法は、以上のように、上記記載の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法であって、前記撥水層に付着した付着物及び該撥水層を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層を形成する方法である。
【００３０】
それゆえ、目詰まりを防止すると共に、撥水層が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明における液体吐出ノズルの実施の一形態を示すものであって、円錐状液溜容器と吐出筒とを有する液体吐出ノズルの構成を示す断面図であり、（ｂ）は吐出筒の吐出口先端、吐出筒の内壁面、及び液溜容器の内壁面に形成された撥水層を示す断面図である。
【図２】（ａ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す正面図であり、（ｂ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す底面図である。
【図３】（ａ）はテーパタイプの液体吐出ノズルを示す断面図であり、（ｂ）はテーパー＋ストレートタイプの液体吐出ノズルを示す断面図であり、（ｃ）はテーパー＋段付き＋ストレートタイプの液体吐出ノズルを示す断面図である。
【図４】液体材料と液体吐出方式との関係を示すグラフである。
【図５】従来の液体吐出ノズルの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３３】
（液体吐出ノズルの構成）
本実施の形態の液体吐出ノズルの構成について、図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）は、上記液体吐出ノズルにおける円錐状液溜容器と吐出筒とを有する上記液体吐出ノズルの構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は吐出筒の吐出口先端、吐出筒の内壁面、及び液溜容器の内壁面に形成された撥水層を示す断面図である。また、図２（ａ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す正面図であり、図２（ｂ）は上記液体吐出ノズルの構成を示す底面図である。
【００３４】
本実施の形態の液体吐出ノズル１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の蛍光体の樹脂を塗布するために使用されるものであり、図２（ａ）（ｂ）に示すように、吐出液を収容する液溜容器１０と、該液溜容器１０の下側に連通する吐出筒２０とを備えている。
【００３５】
上記液溜容器１０は、上側に形成された筒状液溜容器１１と下側に形成された円錐状液溜容器１２とからなっている。
【００３６】
上記筒状液溜容器１１は下側の円錐状液溜容器１２に合わせて円筒に形成され、吐出部としての吐出筒２０も円錐状液溜容器１２に合わせてあわせて円筒に形成されている。ただし、必ずしも円筒に限らず、全体的に角筒であってもよい。
【００３７】
上記液体吐出ノズル１の高さＨ１は例えば１８ｍｍであり、円錐状液溜容器１２と吐出筒２０とを合わせた高さＨ２は例えば６．５ｍｍとなっている。また、筒状液溜容器１１の外径Ｄは例えば６ｍｍとなっている。液体吐出ノズル１の筒状液溜容器１１の正面及び背面は平坦面に形成されており、この平坦面には、例えば液滴吐出量が記載されている。
【００３８】
上記液溜容器１０の円錐状液溜容器１２は、図１（ａ）に示すように、該円錐状液溜容器１２の下側に設けられた吐出筒２０に連通していると共に、吐出筒２０は円錐状液溜容器１２の内径よりも細い内径を有している。
【００３９】
本実施の形態の液体吐出ノズル１では、図１（ｂ）に示すように、円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内外壁面２には撥水層５が設けられている。尚、本発明では、少なくとも吐出筒２０の吐出口先端２０ａ、吐出筒の内壁面２０ｂ、及び液溜容器１０の内壁面１０ａに撥水層５が設けられていれば足りる。
【００４０】
詳細には、円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内外壁面２に形成された撥水層５は、フッ素系撥水層からなっていると共に、フッ素系撥水層からなる撥水層５の下地層としての酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３、及び該酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３に積層された下地層としての酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４が設けられている。
【００４１】
尚、本実施の形態の液体吐出ノズル１では、円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内外壁面２に撥水層５が設けられている。しかし、本発明においては必ずしもこれに限らず、撥水層５は少なくとも円錐状液溜容器１２及び吐出筒２０の内壁面に形成されていればよい。
【００４２】
本実施の形態では、上記撥水層５の厚さは１〜４ｎｍであり、撥水層５、並びに下地層としての酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４の３層を合わせても例えば２５ｎｍ以下となっている。好ましくは、２０ｎｍ以下とすることが好ましい。この理由は、撥水層５、並びに下地層としての酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４の３層の膜厚が２５ｎｍを越えると、長期間の使用により、吐出筒２０の内径が変わってくるため、吐出筒２０の形状に変化をもたらすためである。具体的には、試作品の液体吐出ノズル１における各層の厚さは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３が１０．５ｎｍであり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４が６．５ｎｍであり、フッ素系撥水層からなる撥水層５が１．２ｎｍであった。
【００４３】
（液体吐出ノズルにおける撥水層の形成方法）
上記構成の液体吐出ノズル１における撥水層５の形成方法について説明する。
【００４４】
すなわち、本実施の形態では、内外壁面２に下地層として酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を積層形成し、その上にフッ素系撥水層（自己組織化単分子）を形成する。これにより、３層の総膜厚が２０ｎｍ程度となり、吐出筒２０の内径形状への影響を与えない。
【００４５】
まず、有機分子の気相成長法を用いて、チャンバー内に液体吐出ノズル１を設置し、液体吐出ノズル１の内外壁面２を、酸素プラズマを用いてクリーニングし、活性化させる。次いで、反応ガスを１００℃に加熱し気化させて、予め５５℃に加熱したチャンバー内に導入し、該チャンバー内で酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３を形成する。その後、該チャンバー内を３〜８Ｐａとなるまで排気し、サイクルを繰り返すことによって、１０ｎｍ程度の酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３を形成する。
【００４６】
続いて、同一チャンバー内で、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３の上面を、酸素プラズマを用いてクリーニングし、活性化させる。そして、反応ガスを１００℃に加熱し気化させて、予め５５℃に加熱したチャンバー内に導入して酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を形成する。その後、該チャンバー内を３〜８Ｐａとなるまで排気し、サイクルを繰り返すことによって、１０ｎｍ程度の酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を形成する。
【００４７】
続いて、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４の上面全域に、フッ素系撥水膜を形成する。これにより、膜厚は、１〜４ｎｍ程度の単分子膜となる。
【００４８】
（液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法）
液体吐出ノズル１の撥水層５は、一般的に撥水性は高いが撥油性は万全ではなく、液体の吐出を繰り返していくうちに残渣が発生し、撥水性能が劣化してくる。これらは、例えばアセトン等による有機溶剤の洗浄、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等による超音波洗浄等を用いても完全には除去できない。そこで、残渣ごと内外壁面２の最表面に形成されているフッ素系撥水層だけを酸素プラズマによって除去し、下地層となっている酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４を露出させて、清浄化した状態で、再度、フッ素系撥水層を形成する。
【００４９】
このように、本実施の形態の液体吐出ノズル１は、吐出液を収容する液溜容器１０と、該液溜容器１０の下側に連通する吐出筒２０とを備えており、吐出筒２０の吐出口先端２０ａ、吐出筒２０の内壁面２０ｂ、及び液溜容器１０の内壁面１０ａには撥水層５が設けられている。そして、撥水層５は、フッ素系撥水層からなっており、フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３と酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４との積層膜が用いられている。
【００５０】
すなわち、一般的に、液体吐出ノズルにおいては、吐出筒の吐出口先端には撥水層を設けるが、吐出筒の内壁面には撥水層を設けない。この理由は、本来、ノズルの液溜まりが問題となるのは、吐出口の出口である吐出口先端に液溜まりが発生するためである。また、吐出筒の内壁面は、一般に、液の流速が速く、撥水層が剥がれ易いためである。
【００５１】
これに対して、本実施の形態では、吐出筒２０の内壁面２０ｂ及び液溜容器１０の内壁面１０ａにも撥水層５を設けている。これは、吐出液が、例えば、インクジェットのような低粘度のインクではなく、インクよりも高粘度の樹脂である場合には、吐出筒２０等の内壁面２０ｂの界面張力を大きくした方が、樹脂の濡れ面積が小さくなり、吐出筒２０等の内壁面２０ｂと樹脂との表面密着力及び摩擦が小さくなり、樹脂の流動性がよくなるためである。
【００５２】
このように、本実施の形態では、吐出筒２０の内壁面２０ｂ及び液溜容器１０の内壁面１０ａにも撥水層５を設けているので、液体吐出ノズル１の内部において、粘性の高い吐出液であっても、流動性がよくなるというメリットを有している。
【００５３】
ここで、吐出筒２０の内壁面２０ｂは、液の流速が速い場合又は液体中の粒子によって撥水層５が物理的に剥がれ易いという問題は依然として残る。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、撥水層５には、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３と酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４との積層膜からなる下地層を設けている。この結果の、撥水層５の付着強度が高まり、撥水層５が容易に剥がれることがないので、耐久性が高まる。
【００５５】
また、本実施の形態では、積層された酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４、及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍとなっている。尚、フッ素系撥水層の単分子膜を膜厚１ｎｍ未満に形成することは困難である。一方、フッ素系撥水層の膜厚が４ｎｍを超えると、特許文献３に示すように分子鎖が絡まった層が厚くなる。しかし、このようになると、フッ素系撥水層が剥がれ易くなるので好ましくない。
【００５６】
ところで、従来の液体吐出ノズルにおける撥水層の膜厚では、耐久性をよくするために例えばディップ（浸漬）処理によるテフロン（登録商標）コーティングでは、１００μｍ程度のものがある。しかしながら、例えば、吐出筒の内壁面に総膜厚１００μｍ程度の撥水層を設けた場合には、吐出部の内径が大きく変化し、膜厚のばらつきも大きくノズルの内径形状への影響がある。この結果、吐出量にも変化をもたらす。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、積層された酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層３、酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４、及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下となっている。
【００５８】
この結果、長期間の使用により、撥水層５であっても経時的な汚れが付着したり、液体中の粒子によって物理的に撥水層５が剥がれたときにおいても、吐出筒２０の筒径が大きく変化することがなくなる。
【００５９】
また、本実施の形態では、フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍである。すなわち、このように膜厚を薄くしておけば、撥水層５の一部が剥がれた場合、又は撥水層５に液滴が固化した場合、若しくは撥水層５に他の付着物が付着した場合においても、例えば、プラズマ処理をして、撥水層５、及び撥水層５の付着物を容易に剥がし取り、再度、撥水層５を設けることが可能である。
【００６０】
この結果、撥水層５を容易に再生処理することにより、液体吐出ノズル１の寿命を延ばすことができる。
【００６１】
したがって、粘性の高い吐出液であっても、流動性をよくし、目詰まりを防止すると共に、撥水層５が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層５を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル１を提供することができる。
【００６２】
また、本実施の形態の液体吐出ノズル１では、吐出液は、樹脂材料である。これにより、樹脂材料はインクに比べて粘性が高いので、本実施の形態の液体吐出ノズル１の吐出媒体とすることによって、本実施の形態の効果をより大きく得ることができる。
【００６３】
さらに、本実施の形態における液体吐出ノズル１の撥水層５の再生方法は、撥水層５に付着した付着物及び該撥水層５を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層５を形成する。
【００６４】
すなわち、液の繰り返し吐出により、撥水層５の一部が剥がれた場合、又は撥水層５に液滴が固化した場合、若しくは撥水層５に他の付着物が付着した場合には、物理的な機械加工、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により、化学的な結合を切断することによって、撥水層５、及び撥水層５の付着物を容易に剥がし取り、削除することができる。そして、撥水層５の膜厚も１〜４ｎｍというように薄いものであるので、撥水層５を容易に再塗布することができる。
【００６５】
尚、上記各種の撥水層５等の除去方法においては、プラズマ処理には。酸素プラズマ処理、又はアルゴンプラズマ処理がある。また、紫外線照射にはオゾン処理が含まれる。このように、撥水層５等を削除するときには、物理的な機械加工、化学的な除去方法が適用できる。
【００６６】
また、上記各種の撥水層５等の除去方法のうちでは、アルゴンプラズマ及び酸素プラズマが好ましく、酸素プラズマが最も好ましい。この理由は、撥水層５等を形成する場合には、真空チャンバー内で膜形成する。したがって、アルゴンプラズマ及び酸素プラズマ処理も同一の真空チャンバー内で行うことができるので、被膜形成対象の液体吐出ノズル１を途中で大気中に曝す必要がない。この結果、大気中の浮遊物が付着することが無いので、清浄な状態で膜形成ができるためである。さらに、アルゴンプラズマよりも酸素プラズマの方が一般的でであり、コストも安い。
【００６７】
このように、液の繰り返し吐出による膜の劣化に伴う膜再生を、酸素プラズマ等の処理によって、表面のフッ素系撥水層のみを除去することにより、下地層である酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層４が露出し、清浄化された状態で再びフッ素系撥水層を形成することができる。
【００６８】
したがって、目詰まりを防止すると共に、撥水層５が剥がれたり付着物が付着したりしても容易に撥水層５を再生し得ることにより、結果的に長寿命を確保し得る液体吐出ノズル１における撥水層５の再生方法を提供することができる。
【００６９】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、液体吐出ノズル１は、下側が吐出筒２０のように筒状になっていたが、必ずしもこれに限らない。すなわち、本発明の液体吐出ノズル１は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各タイプの液体吐出ノズルに適用することが可能である。
【００７０】
すなわち、図３（ａ）に示す液体吐出ノズル１は、テーパタイプのものである。このタイプの液体吐出ノズル１は、吐出部がテーパー形状となっており、この吐出部において流速が増し、内部ストレートの配管抵抗の影響を受けないままの流速を保つ。このタイプの液体吐出ノズル１は、抵抗は少ない分、吐出液自体の不安定性が流速に悪影響を及ぼし、定量性が悪くなり易い。
【００７１】
次に、図３（ｂ）に示す液体吐出ノズル１は、テーパー＋ストレートタイプである。このタイプの液体吐出ノズル１は、吐出部がストレートとなっており、上側のテーパー形状で流速が増すが、内径がストレートの吐出部における配管抵抗によって、速度が落ち、ある一定速度で流速が落ち着く。このタイプの液体吐出ノズル１は、抵抗は大きいが、定量性は高い。
【００７２】
次に、図３（ｃ）に示す液体吐出ノズル１は、本実施の形態で説明したものであり、テーパー＋段付き＋ストレートタイプである。このタイプの液体吐出ノズル１は、上側のテーパー形状の部分で流速を増すが、段差の影響で滞留を起こし、流速が落ちる。そして、流速が落ちたところに、内径がストレートの吐出部における配管抵抗が加わり、さらに流速が落ちる。このタイプの液体吐出ノズル１は、全体的に流動性が鈍り、吐出液の硬化が進む。
【００７３】
また、上記の説明では、本実施の形態の液体吐出ノズル１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の蛍光体の樹脂を塗布するために使用されるものであるとして説明した。しかしながら、本発明の液体吐出ノズル１は、必ずしもこれに限らず、さらに幅広い液体材料に適用が可能である。
【００７４】
すなわち、本実施の形態の液体吐出ノズル１の適用可能な液体材料について、図４に基づいて説明する。図４は、液体材料と液体吐出方式との関係を示すグラフである。
【００７５】
図４に示すように、液体吐出装置には、低塗布径のインクジェッットの他に、中〜高塗布径ためのエアパルス方式（バルブタイプ含む）、オーガポンプ方式（スクリュー）、ピストンポンプ方式（プランジャ）及びジェット方式が存在する。
【００７６】
上記エアパルス方式（バルブタイプ含む）は、圧力と時間を調整して吐出を行なうものであり、オーガポンプ方式（スクリュー）はスクリューを回転させることにより液体の吐出を行なうものである。また、ピストンポンプ方式（プランジャ）はプランジャのストローク量をメカ的に調整（容積を計量）し、粘度変化に影響しないものである。さらに、ジェット方式はワークから離れた位置より非接触でノズルから液体を高速度で送出し、液体を噴射、射出するものである。
【００７７】
ここで、本実施の形態の液体吐出ノズル１は、これら中〜高塗布径ためのエアパルス方式（バルブタイプ含む）、オーガポンプ方式（スクリュー）、ピストンポンプ方式（プランジャ）及びジェット方式に適用が可能である。すなわち、本実施の形態の液体吐出ノズル１では、吐出筒２０の内壁面２０ｂ等に撥水層５を設けて液体の流動抵抗を小さくすることができる。したがって、特に、液の流速の速いジェット方式において、粘性の高い液体に適用することによって、負荷を軽減することが可能となる。一方、エアパルス方式（バルブタイプ含む）、オーガポンプ方式（スクリュー）、及びピストンポンプ方式（プランジャ）において、低粘度の液体でも液の流動抵抗を下げたい場合には、使用することが可能である。
【００７８】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の蛍光体の樹脂を塗布するための液体吐出ノズル、及び液体吐出ノズルにおける撥水層の再生方法に適用できる。
【００８０】
すなわち、粘性の高い樹脂等の吐出液、又は表面張力が大きい吐出液に好適に適用することができる。また、低粘度の液体でも液の流動抵抗を下げたい場合に使用することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 液体吐出ノズル
２ 内外壁面
３ 酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）層
４ 酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）層
５ 撥水層
１０ 液溜容器
１０ａ 液溜容器の内壁面
１１ 筒状液溜容器
１２ 円錐状液溜容器
２０ 吐出筒（吐出部）
２０ａ 吐出口先端
２０ｂ 吐出筒の内壁面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備え、
上記吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられていると共に、
上記撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、
上記フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられており、
積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、上記フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍであることを特徴とする液体吐出ノズル。
【請求項２】
前記吐出液は、樹脂材料であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ノズル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法であって、
前記撥水層に付着した付着物及び該撥水層を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層を形成することを特徴とする液体吐出ノズルの撥水層の再生方法。
【請求項１】
吐出液を収容する液溜容器と、該液溜容器の下側に連通する吐出部とを備え、
上記吐出部の吐出口先端、吐出部の内壁面、及び液溜容器の内壁面には撥水層が設けられていると共に、
上記撥水層は、フッ素系撥水層からなっており、
上記フッ素系撥水層の下地層として、酸化アルミ層と酸化ケイ素層との積層膜が用いられており、
積層された上記酸化アルミ層、酸化ケイ素層及びフッ素系撥水層の総膜厚は２５ｎｍ以下であり、上記フッ素系撥水層の膜厚は１〜４ｎｍであることを特徴とする液体吐出ノズル。
【請求項２】
前記吐出液は、樹脂材料であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ノズル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出ノズルの撥水層の再生方法であって、
前記撥水層に付着した付着物及び該撥水層を、プラズマ、紫外線照射、又はアルカリ洗浄の少なくとも１つ以上の方法により削除した後、再度、撥水層を形成することを特徴とする液体吐出ノズルの撥水層の再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３１９４８（Ｐ２０１３−３１９４８Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６８７９７（Ｐ２０１１−１６８７９７）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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