具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，对各图中相同的构成要素标以相同的附图标记，适当省略它们的说明。

<喷墨头300>

使用图4A、图4B、图4C，对本发明的实施方式的喷墨头300的结构进行说明。

图4A是表示本实施方式的喷墨头300的结构的剖面示意图。另外，图4A表示了图4C中的AA’剖面。图4B是图4A的XY剖面图。图4C是表示喷墨头300整体的共用流路351的配置的俯视图。

此外，在本实施方式中，以液体喷出头是喷出墨水的喷墨头300的情况为例进行说明，但不限于此。液体喷出头也可以喷出墨水以外的液体。

喷墨头300具有：喷嘴312、压力室314、压电元件330、振动板317、节流部320、独立流路315、共用流路351、单分子膜340、疏液膜350。

喷嘴312是用于喷出墨水的通孔，与压力室314连通。喷嘴312的直径例如为5μm～50μm左右。例如通过激光加工、蚀刻或穿孔等方法来形成喷嘴312。

在喷嘴312的表面设置有具有排斥墨水的性质(疏液性)的疏液膜350。通过对疏液性的原材料的液体进行旋涂来形成疏液膜350。通过形成疏液膜350，从而喷嘴312的表面具备疏液性。疏液膜350对墨水的后退接触角(receding contact angle)例如为30度以上。疏液膜350对墨水的静态接触角例如为50度以上。

压电元件330(能量产生元件的一例)以与压力室314对应的方式设置，通过电压的施加而位移。作为压电元件330，例如可以使用d33模式或d31模式的层叠型压电元件，或使用采用了剪切模式的压电元件。或者，也可以代替这些压电元件而使用静电致动器或发热元件等作为能量产生元件。

振动板317以与压电元件330邻接的方式配置，通过压电元件330的位移而变形。振动板317例如由镍等金属或聚酰亚胺等树脂构成，但不限于这些。振动板317的厚度例如优选为5μm～50μm。

若压电元件330的位移传递至振动板317，则振动板317变形。由此，压力室314的容积变化，从喷嘴312喷出墨水的液滴。因此，振动板317的变形量是非常重要的，而振动板317的刚性与变形量相关，其偏差会影响喷出特性，因此要求使振动板317的刚性均匀化。

压力室314与喷嘴312连通。另外，压力室314经由节流部320与独立流路315连通。压力室314的容积由于振动板317的变形而变化。由于该容积的变化使得墨水从喷嘴312喷出。根据压力室314的容积或节流部320的流路阻力的不同，墨水的共振周期发生变化，所喷出的墨水的体积、速度发生变化。由此，需根据需要对压力室314的容积等进行最佳调节。

独立流路315、共用流路351、以及节流部320是墨水的流路。共用流路351与独立流路315连通。独立流路315经由节流部320与压力室314连通。节流部320具有比独立流路315的宽度窄的宽度。由此，压力室314内的压力波不易向独立流路315散逸。

在喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315各自的内壁上形成有亲液性的单分子膜340。关于该单分子膜340的细节，将在后面进行说明。另外，也可以是，在共用流路351的内壁上形成有单分子膜340。

对于上述的喷嘴312、压力室314、独立流路315、振动板317、共用流路351、以及节流部320，例如通过将经过蚀刻等加工后的多个金属板热扩散连接、或硅材料的蚀刻等来制作。

<单分子膜340>

如图4A所示，在喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315各自的内壁上，形成有包含对墨水具有易润湿的性质(亲液性，以下，也称作“润湿性”)的有机化合物的单分子膜340。

单分子膜340的厚度例如为5nm～50nm左右。

作为单分子膜340的材料，例如可举出在分子末端具有硅烷醇基且从主骨架伸出多个具有亲水基的分子链的材料。作为这样的材料，例如可以使用纯正化学株式会社制的超亲水性涂膜材料(具体而言，LAMBIC-771W)。因此，单分子膜340可以说是以如下的分子为材料的膜：在分子末端具有硅烷醇基且从主骨架伸出多个具有亲水基的分子链的分子。

在此，单分子膜是指分子排列成厚度正好相当于一个分子的较薄的膜时的膜。此外，单分子膜也称作“单分子层”。

若将高级脂肪酸或高级醇溶解在苯等易挥发性的溶剂中并使其落到水面上，则在溶剂挥发之后，能够制成单分子膜。这时，以如下方式排列：醇的羟基和羧基(carboxygroup，又称“carboxyl group”)是亲水基，因而朝向水的方向，而疏水基的长链的烷基则在远离水的一侧(空气中)排列。分子无间隙地排列，即可得到厚度正好相当于长链的烷基(加上亲水基)的长度的单分子的膜。

单分子膜340的材料具有分子自组装地排列这一特征，活性的硅烷醇基在基材表面发生化学反应并吸附于基材表面。在基材表面需要存在使硅烷醇基活化的官能团。

例如，期望是在基材表面上形成有硅氧化物的膜，且羟基露出的状态。此外，只要羟基在基材表面上露出即可，因此形成于基材表面的膜不限于硅氧化物。例如，也可以代替硅氧化物而使用氧化铝(Al₂O₃)或二氧化钛(TiO₂)等金属氧化物。单分子膜340以将形成于基材表面的硅氧化物的膜或金属氧化物的膜覆盖的方式设置。

单分子膜材料能够化学吸附的表面是固定的，因此一旦吸附则不会在其之上进一步立体地吸附。通过该原理，自组装地形成单分子级的膜。膜的厚度被控制为非常薄的5nm～30nm。当在喷嘴312或压力室314的内壁上形成膜时，该厚度是非常重要的。若是使用显示出亲液性的涂膜剂等，则难以进行厚度的控制，会成为数μm至数十μm级的厚度。若厚度较厚，则节流部320或喷嘴312会被亲液性的膜填满，从而导致堵塞。另外，就在振动板317的表面上形成的膜而言，厚度也是非常重要的。这是由于，振动板317的厚度为10μm左右，因此若在振动板317的表面上附以厚度较厚的膜，则振动板317的刚性较大地变化，从而从压电元件330传递的振动特性较大地变化。此外，单分子膜340的材料只要是自组装地、以单分子级的膜厚结束反应的材料即可，不限于上述的材料。

根据以上所述，单分子膜340可以说是一种自组装单分子膜。能够通过以下方法来形成自组装单分子膜：将适当的材料放置于有机分子的溶液或蒸气中，使有机分子化学吸附于材料表面，通过该过程形成厚度1nm～2nm的、有机分子的取向性一致的单分子膜，从而形成自组装单分子膜。自组装单分子膜能够仅通过将基板浸渍于具有与基板结合的官能团的分子的溶液中而容易地制成，而且，具有高取向性和稳定性，且能够由末端官能团导入各种功能。此外，自组装单分子膜也称作“自组织单分子膜”。

优选利用这样的自组装材料生成的膜的后退接触角为20度以下，更优选为15度以下。另外，静态接触角优选为25度以上，更优选为30度以上。

在此，对后退接触角及静态接触角进行说明。

若将液体在固体表面滴下，则液体通过自身所具有的表面张力而变圆，下述式(1)所示的关系成立。式(1)被称作“杨氏(Young)方程”。

γs＝γL×cosθ+γSL…(1)

γs：固体的表面张力

γL：液体的表面张力

γSL：固体与液体的界面张力

将这时的液滴的切线与固体表面所成的角度θ称作“接触角”。其中，将液体在固体表面上静止且达到平衡状态时的接触角称作“静态接触角”。

另一方面，将液体与固体间的界面活动的状态、即液滴的界面活动的动态情况下的接触角，称作“前进接触角”(advancing contact angle)及“后退接触角”(recedingcontact angle)。在此，所关注的是后退接触角，即，固体表面已由液体润湿后的、动态的接触角。

图4A所示的单分子膜340对墨水的静态接触角为30度以上。图4A所示的单分子膜340对墨水的后退接触角为20度以下。其含义如下。

在喷嘴312、独立流路315等干燥的状态下，墨水最开始接触形成于喷嘴312、独立流路315等的内壁上的单分子膜340时的静态接触角为50度以上，是接触角比较大的状态。

如图4A所示，在共用流路351的内壁上未形成单分子膜340。因此，在共用流路351中，显示出其材料原有的润湿性。例如在使用不锈钢作为共用流路351的材料的情况下，其静态接触角为50度以上。

在这样的情况下，在共用流路351与独立流路315之间几乎未产生对墨水的润湿性之差。因此，墨水填充于各流路内时，在墨水流动的过程中不会发生夹带气泡等润湿不良的情况。

在墨水流动的过程中，若在共用流路351与独立流路315之间润湿性存在较大的差，则在该部分处流动不规则地变化，有时会夹带气泡。墨水中的气泡的存在常常成为引起喷出不良的原因，因而设法将墨水中的气泡除去是重要的。

当在共用流路351中也形成有单分子膜340的情况下，静态接触角不限于上述的角度，也可以是30度以下的较小的角度。

另一方面，单分子膜340的后退接触角为20度以下的较小的状态。若单分子膜340一旦由墨水润湿，则单分子膜340中的亲水基展开，显示出较高的亲液性。这时，成为如下状态：墨水中的溶剂成分覆盖喷嘴312、压力室314、节流部320和独立流路315各自的内壁表面。在该状态下，即使墨水中的颗粒或粘合剂要附着于各内壁，也会因溶剂的覆盖，从而不附着而流走。

此外，在图4A中，仅示出了一个喷嘴312和与其对应的构成要素(例如，压力室314、节流部320、独立流路315、压电元件330等)，但如图4B所示那样，沿着Y方向设置有多个喷嘴312及与其对应的构成要素。

如图4B所示，共用流路351经由各独立流路315及各节流部320而与多个压力室314中的每一个连接。

共用流路351与墨水储液器(省略图示)连接。墨水储液器与作为墨水的供给源的墨水供给罐(省略图示)连接。可以认为，墨水储液器是存在于共用流路351与墨水供给罐之间的第二墨水供给罐。通过对该墨水储液器进行加压或者减压，能够控制施加于喷嘴312的压力，使墨水以适当的状态喷出。

如图4C所示，共用流路351与供给口353及排出口354连通。墨水从墨水储液器经由供给口353流入一方的共用流路351，从共用流路351经由各独立流路315及各节流部320流入各压力室314。从各压力室314流入到另一方的共用流路351的墨水从排出口354排出。所排出的墨水由与墨水供给罐连接的墨水回收罐回收，再次流入至墨水供给罐。

在墨水供给罐与墨水回收罐之间设置压力差，由此，墨水从墨水回收罐向墨水供给罐流动。通过采用这样的墨水循环系统，能够不断对各压力室314供给新的墨水，能够防止在喷嘴312附近的与大气接触的部位的、由于墨水的溶剂蒸发导致的粘度的升高。由此，能够实现长时间稳定的墨水喷出。

<喷墨装置>

上述的喷墨头300也可以设置于喷墨装置。喷墨装置除了具备喷墨头300以外，例如还具备驱动控制部及输送部。驱动控制部生成施加于压电元件330的驱动电压信号，对喷墨头300的墨水喷出动作进行控制。输送部使喷墨头300与墨水的液滴所着落的被描绘介质(也可以称作“被印刷对象物”)相对移动。

<实施例与比较例的评价>

下面，关于对各个实施例及比较例的评价进行说明。

针对将单分子膜340形成于不锈钢板上的情况、以及未在不锈钢板上形成单分子膜340的情况，进行了接触角的比较评价(后述的实施例1、比较例1)。使用接触角测量仪DSA100(KRUSS制)进行了接触角的测定。

另外，针对将单分子膜340形成于喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315各自的内壁上的情况、以及未在喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315各自的内壁上形成单分子膜340的情况，进行了墨水的喷出特性的比较评价(后述的实施例2、比较例2)。

评价方法如以下所述。

使墨水从喷嘴312喷出，并与驱动波形的施加时机同步地进行闪光灯发光，对墨水的液滴(以下，简称作“液滴”)进行照射，利用摄像机对此进行观察，从而进行了液滴的飞翔过程的观察。另外，通过使闪光灯发光的时刻延迟，来对不同的两个时刻即两个时间点的液滴进行观察，测量两个时间点的液滴的位置坐标，进行了液滴的飞翔方向的角度的评价。

评价中所使用的墨水是粘度为8mPa·s、表面张力为33mN/m的墨水。使用粘度计AR-G2(TA Insruments制)对粘度进行了测定。使用表面张力计DSA100(KRUSS制)对表面张力进行了测定。另外，在评价中所使用的墨水中添加有粒径为1μm的氧化钛、以及由有机化合物构成的粘合剂材料。

(实施例1)

在实施例1中，首先，在不锈钢板的表面上进行制膜而形成了20nm左右的氧化硅的膜。该制膜中采用的是被称作“原子层沉积”的方法。

接着，使形成有氧化硅的膜的不锈钢板浸渍于作为单分子膜340的原料的液体材料(例如，纯正化学株式会社制的超亲水性涂膜材料。更具体而言，LAMBIC-771W)中约10秒。之后，使用加热炉，使浸渍后的不锈钢板以80℃干燥了15分钟，从而形成了单分子膜340。

而且，对形成有单分子膜340的不锈钢板对墨水的接触角的随时间推移的变化进行了评价。该评价结果如图5A所示。

如图5A所示，初期(墨水最开始接触时)的静态接触角为95度，浸渍于墨水中20天后的静态接触角为90度。由此，可知静态接触角几乎没有随时间推移的变化。

另外，如图5A所示，初期的后退接触角为10度，浸渍于墨水20天后的后退接触角为12度。由此，可知后退接触角也几乎没有随时间推移的变化。

可以认为，在实施例1中，单分子膜340形成于不锈钢板上，从而抑制了墨水中的颗粒或粘合剂的附着，实现了不锈钢板的表面的稳定化。

(比较例1)

在比较例1中，与实施例1同样地，首先，通过原子层沉积，在不锈钢板的表面上形成了20nm左右的氧化硅的膜。

而且，对仅形成有氧化硅的膜的不锈钢板对墨水的接触角的随时间推移的变化进行了评价。该评价结果如图5B所示。

如图5B所示，可知，初期的静态接触角为25度，相对于此，浸渍于墨水中20天后的静态接触角为70度，随时间推移的变化较大。

另外，如图5B所示，初期的后退接触角为16度，相对于此，浸渍于墨水中20天后的后退接触角为12度。

可以认为，在实施例2中，由于未在不锈钢板上形成单分子膜340，因而在墨水浸渍过程中，墨水中的颗粒或粘合剂附着于不锈钢板的表面，从而接触角发生了较大地变化。

(实施例2)

在实施例2中，首先，通过原子层沉积，在喷嘴312、压力室314、节流部320和独立流路315各自的内壁上形成了氧化硅的膜。在此，构成喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315中的每一个的材料均为不锈钢。

接着，通过与实施例1相同的方法，在喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315各自的内壁上形成了单分子膜340。

而且，如上所述，针对从喷嘴312喷出的液滴，进行了飞翔过程的观察及飞翔方向的角度的评价。

图6A中示出液滴的飞翔过程。如图6A所示，观察到从喷嘴312飞出的液滴呈末尾变细的圆柱状延伸而飞翔的情况。另外，确认了飞翔时末尾是笔直地延伸的。应予说明，若末尾是弯曲的，则后续的液滴也会弯曲地飞翔而不是笔直地飞翔，从而液滴的着落位置的精度下降。若着落位置的精度下降，则无法将液滴涂覆于目标位置，导致印刷品质的降低。

图6B中示出从多个喷嘴312喷出的液滴的飞翔角度。图6B中，横轴表示各喷嘴，纵轴表示液滴的飞翔角度。在图6B中，若液滴相对于喷嘴312的铅垂方向笔直地飞翔，则飞翔角度为0度，飞翔角度的数值越大则表示液滴飞翔时的弯曲程度越大。

在以三倍标准偏差(3σ)表示时，从数百个喷嘴312喷出的各液滴的飞翔角度的偏差为17mrad。该值意味着，若假设将喷嘴312与被印刷对象物之间的距离设为1mm，则液滴的着落位置的偏差为17μm。

假设以使着落的液滴的直径为60μm左右，且液滴的半圆彼此重叠的方式来涂覆墨水。在该情况下，若着落位置离开30μm以上，则会产生液滴未相互重叠而未涂覆的区域。因此，将着落位置的精度的目标值设为30μm以内。而且，经确认，在实施例2中，实现了着落位置的目标值。

(比较例2)

在比较例2中，与实施例2同样地，首先，通过原子层沉积，在喷嘴312、压力室314、节流部320和独立流路315各自的内壁上形成了氧化硅的膜。在此，构成喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315中的每一个的材料均为不锈钢。

而且，如上所述，针对从喷嘴312喷出的液滴，进行了飞翔过程的观察及飞翔方向的角度的评价。

图7A中示出液滴的飞翔过程。如图7A所示，观察到从喷嘴312飞出的液滴呈末尾变细的圆柱状延伸而飞翔的情况。另外，确认了飞翔时末尾是弯曲的。可以认为，墨水中的颗粒或粘合剂附着于喷嘴312的内壁，从而导致了末尾弯曲。如上所述，若末尾是弯曲的，则后续的液滴也会弯曲地飞翔而不是笔直地飞翔，从而液滴的着落位置的精度下降。其结果，无法将液滴涂覆于目标位置，导致印刷品质的降低。

图7B中示出从多个喷嘴312喷出的液滴的飞翔角度。图7B的横轴及纵轴与图6B相同。另外，与图6B同样地，在图7B中，若液滴相对于喷嘴312的铅垂方向笔直地飞翔，则飞翔角度为0度，飞翔角度的数值越大则表示液滴飞翔时的弯曲程度越大。

在以三倍标准偏差(3σ)表示时，从数百个喷嘴312喷出的各液滴的飞翔角度的偏差为86mrad。由此可知，各液滴的飞翔角度的偏差非常大。该值意味着，若假设将喷嘴312与被印刷对象物之间的距离设为1mm，则液滴的着落位置偏差为86μm。即，液滴会非预期地彼此重叠，或产生全然未重叠而未印刷的部分，导致印刷品质下降。

如以上所说明的那样，本实施方式的喷墨头300的特征在于，具备：喷嘴312，喷出液体；压力室314，与喷嘴312连通；独立流路315，经由节流部320与压力室314连通；共用流路351，与独立流路315连通；能量产生元件(例如，压电元件330)，产生能量；以及振动板317，将能量传递至压力室314，在喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315各自的内壁上，形成有对所述液体具有亲液性的单分子膜340。

通过上述特征，能够在喷嘴312、压力室314、节流部320、振动板317和独立流路315中，抑制墨水中包含的颗粒或粘合剂等的附着。由此，能够抑制颗粒或粘合剂等所导致的堵塞，能够实现长期稳定的喷出。其结果，能够实现印刷品质的高品质化。

此外，本发明不限于上述实施方式的说明，能够在不脱离其要点的范围内进行各种变形。

工业实用性

本发明的液体喷出头及喷墨装置例如在喷出如下墨水的用途中也是有用的：含有氧化钛的白色墨水、含有金属纳米颗粒的导电性墨水、含有量子点半导体颗粒的量子点发光墨水、含有细胞等的生物墨水等。