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JP7545873B2 - Coating device nozzle - Google Patents

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JP7545873B2 JP2020198869A JP2020198869A JP7545873B2 JP 7545873 B2 JP7545873 B2 JP 7545873B2 JP 2020198869 A JP2020198869 A JP 2020198869A JP 2020198869 A JP2020198869 A JP 2020198869A JP 7545873 B2 JP7545873 B2 JP 7545873B2
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Description

本発明は、塗布装置用ノズルに関する。 The present invention relates to a nozzle for a coating device.

塗布装置として、インクを吐出して被記録媒体に画像を記録するインクジェット塗布装置が知られている。インクジェット塗布装置には、一般的に、インクを吐出するための塗布装置用ノズルを備えた液体吐出ヘッドが搭載されている。 A known example of an applicator is an inkjet applicator that ejects ink to record an image on a recording medium. Inkjet applicators are generally equipped with a liquid ejection head that has an applicator nozzle for ejecting ink.

このような塗布装置用ノズルとして、特許文献1にはプリント用インクジェットノズルにおいて、金属製のインクノズルの先端面およびインクノズルの噴出孔の内面の内の少なくともインクノズルの先端面にカーボン被膜が被覆されているノズルが記載されている。これにより、インクの漏れが低減され、吐出されるインクの直進性が向上してプリントされるインクの点着位置、点着寸法の精度が向上しうるとされている。 As an example of such a nozzle for an application device, Patent Document 1 describes an inkjet nozzle for printing in which at least the tip surface of the metallic ink nozzle and the inner surface of the ink nozzle's ejection hole are coated with a carbon film. This is said to reduce ink leakage and improve the straightness of the ejected ink, thereby improving the accuracy of the ink spot placement position and size when printed.

特開昭60-54858号公報Japanese Patent Application Publication No. 60-54858

近年、車両のデザイン性の向上を目的に、インクジェットプリンタなどの塗布装置を用いて車両を塗装する技術が求められている。しかしながら、インクジェットプリンタを用いて車両を塗装する場合は、紙などに印刷する場合に比べ、インクジェットのノズルと印刷対象である車両までの距離が離れていることや、インクの液だれ防止のためにインクを高粘度で使用する場合があることから、高圧でのインクの吐出が要求される。さらに、塗装の精度の点から、一般に車両の塗装に使用されているスプレーガンよりも小さい径のノズルが要求されている。 In recent years, there has been a demand for technology to paint vehicles using coating devices such as inkjet printers in order to improve the design of vehicles. However, when painting vehicles using inkjet printers, the distance between the inkjet nozzle and the vehicle to be printed is greater than when printing on paper, and the ink may be used at a high viscosity to prevent dripping, so ink must be ejected at high pressure. Furthermore, from the perspective of painting accuracy, there is a demand for nozzles with smaller diameters than the spray guns typically used for painting vehicles.

しかしながら、特許文献1に記載されるようなノズルを用いた場合、径の小さいノズルから高圧でインクを吐出する条件では、インクに含まれる顔料やメタリック塗料に用いられる光輝材などの無機成分によりノズルが摩耗劣化してしまうという問題があることが明らかになった。 However, when using a nozzle such as that described in Patent Document 1, it has become clear that there is a problem in that when ink is ejected from a small-diameter nozzle at high pressure, the nozzle wears out due to inorganic components such as the pigment contained in the ink and the luster materials used in metallic paints.

そこで本発明は、耐摩耗性に優れた塗布装置用ノズルを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a nozzle for a coating device that has excellent wear resistance.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を積み重ねた。その結果、ノズルの少なくとも吐出孔表面にダイヤモンド結晶粒を含む層を設けることで、ノズルの摩耗量を低減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the above problems. As a result, they discovered that the amount of wear on the nozzle can be reduced by providing a layer containing diamond crystal grains on at least the surface of the nozzle's discharge hole, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、流体を被塗布体に塗布するための塗布装置用ノズルであって、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも前記流体と接する吐出孔表面に形成されていることを特徴とする、塗布装置用ノズルである。 That is, the present invention is a nozzle for a coating device for coating a fluid onto a substrate, characterized in that a layer containing diamond crystal grains is formed on at least the surface of the discharge hole that comes into contact with the fluid.

本発明の塗布装置用ノズルによれば、高粘度インクに含まれる成分よりも硬度の高いダイヤモンド結晶粒の層が少なくともインクなどの流体と接する吐出孔表面に設けられる。これにより、耐摩耗性に優れた塗布装置用ノズルが得られうる。 According to the nozzle for an applicator of the present invention, a layer of diamond crystal grains, which is harder than the components contained in high-viscosity ink, is provided at least on the surface of the ejection hole that comes into contact with a fluid such as ink. This makes it possible to obtain a nozzle for an applicator with excellent abrasion resistance.

本発明の一実施形態に係るノズルを備えたインク吐出ヘッドを示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an ink ejection head equipped with a nozzle according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るノズルを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a nozzle according to an embodiment of the present invention. ダイヤモンド結晶粒を含む層において、導電性ダイヤモンド結晶粒が導電性の結合材により結合されている形態を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration in which conductive diamond crystal grains are bonded together by a conductive binder in a layer containing diamond crystal grains. 耐摩耗性の測定装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an apparatus for measuring wear resistance. 比抵抗および表面温度の測定装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a measuring device for resistivity and surface temperature. ダイヤモンド結晶粒の平均粒径とダイヤモンド結晶粒を含む焼結成形体の表面粗さとの関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the average grain size of diamond crystal grains and the surface roughness of a sintered compact containing diamond crystal grains. ダイヤモンド結晶粒を含む焼結成形体の表面粗さと液体シュミュレーションで求めた圧力損失との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the surface roughness of a sintered compact containing diamond crystal grains and the pressure loss obtained by liquid simulation.

本発明は、流体を被塗布体に塗布するための塗布装置用ノズルであって、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも前記流体と接する吐出孔表面に形成されていることを特徴とする、塗布装置用ノズルである。 The present invention is a nozzle for a coating device for coating a fluid onto a substrate, characterized in that a layer containing diamond crystal grains is formed on at least the surface of the discharge hole that comes into contact with the fluid.

上述の特許文献1に記載の技術では、OA機器のプリント用インクジェットノズルにおいて、ステンレス鋼などの金属製のノズルが用いられている。しかしながら、車両を塗装する場合は、ノズルから塗布対象の車両までの距離が離れていることに加え、塗料として液だれ防止のため高粘度インクを用いる必要がある。そのため、OA機器のプリント用インクジェットノズルにおける塗布条件ではノズルの耐摩耗性に問題はないものの、高粘度インクを高圧条件で塗布する車両用の塗布装置の塗布条件では耐摩耗性が不十分であることがわかった。 In the technology described in Patent Document 1 above, a nozzle made of metal such as stainless steel is used in the inkjet nozzle for printing in office equipment. However, when painting a vehicle, in addition to the distance between the nozzle and the vehicle to be painted being large, it is necessary to use a high-viscosity ink as the paint to prevent dripping. Therefore, although there is no problem with the wear resistance of the nozzle under the application conditions of the inkjet nozzle for printing in office equipment, it was found that the wear resistance is insufficient under the application conditions of the application device for vehicles, which applies high-viscosity ink under high-pressure conditions.

これに対して、本発明の塗布装置用ノズルは、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも流体と接する吐出孔表面に形成されている。ダイヤモンド結晶粒は、車両塗装用のインクのような高粘度インクに含まれる顔料や光輝材などの無機成分よりも硬度が高い。また、ダイヤモンド結晶粒は、ステンレス鋼やWCなどの超硬合金よりも硬度が高い。そのため、ダイヤモンド結晶粒を含む層をノズルの吐出孔表面に形成することで、ノズルの耐摩耗性を高めることができる。 In contrast, in the nozzle for application device of the present invention, a layer containing diamond crystal grains is formed at least on the surface of the discharge hole that comes into contact with the fluid. Diamond crystal grains are harder than inorganic components such as pigments and luster materials contained in high-viscosity inks such as inks for vehicle painting. Diamond crystal grains are also harder than cemented carbide such as stainless steel and WC. Therefore, by forming a layer containing diamond crystal grains on the surface of the discharge hole of the nozzle, the wear resistance of the nozzle can be increased.

加えて、ダイヤモンド結晶粒は酸化劣化しにくく、熱伝導性に優れることから、ダイヤモンド結晶粒を含む層を設けることでノズルの酸化劣化が防止されうる。また、インクの熱容量を抑制することができるため、インクの色素劣化を防止できる。 In addition, diamond crystal grains are resistant to oxidation and have excellent thermal conductivity, so providing a layer containing diamond crystal grains can prevent oxidation and deterioration of the nozzle. Also, since the heat capacity of the ink can be suppressed, deterioration of the ink pigment can be prevented.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention is not limited to the following form. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for the convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

[塗布装置用ノズル]
本発明は、流体を被塗布体に塗布するための塗布装置用ノズルであって、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも前記流体と接する吐出孔表面に形成されているものである。
[Nozzle for coating device]
The present invention relates to a nozzle for a coating device for coating a fluid onto a substrate, in which a layer containing diamond crystal grains is formed at least on the surface of the discharge hole that comes into contact with the fluid.

塗布装置としては、例えば、インクジェット塗布装置が用いられうる。インクジェット塗布装置には、一般的に、インクを吐出するためのインク吐出ヘッドが搭載されている。 As an example of the applicator, an inkjet applicator can be used. Inkjet applicators are generally equipped with an ink ejection head for ejecting ink.

図1に、一実施形態によるインク吐出ヘッド1の概略を示す。インク吐出ヘッド1がインクを吐出する機構としては、圧電素子2によって変形可能なインク室3を用いる機構が用いられうる。インク室3には、流体としてのインクが流れる液供給路4と、インクを吐出するインク吐出孔8を備えたノズル(ノズルプレート)5が設けられる。図中の矢印は、流体としてのインクの流れの方向を示す。インク室3の容積収縮時にはインク吐出孔8からインクが液滴6として吐出され、インク室の容積膨張時には液供給路4からインク室3にインクが導入される。 Figure 1 shows an outline of an ink ejection head 1 according to one embodiment. The mechanism by which the ink ejection head 1 ejects ink may be a mechanism that uses an ink chamber 3 that is deformable by a piezoelectric element 2. The ink chamber 3 is provided with a liquid supply path 4 through which ink flows as a fluid, and a nozzle (nozzle plate) 5 equipped with an ink ejection hole 8 that ejects ink. The arrows in the figure indicate the direction of flow of ink as a fluid. When the volume of the ink chamber 3 contracts, ink is ejected as droplets 6 from the ink ejection hole 8, and when the volume of the ink chamber expands, ink is introduced into the ink chamber 3 from the liquid supply path 4.

図2は、本実施形態のノズル(ノズルプレート)5におけるインク吐出孔8を通る断面図を示す。図2に示すように、ノズル(ノズルプレート)5は、インクの流れを最適化するためにインク吐出孔8の上流に円錐型の吐出孔上流部8aと、下流に円筒状の吐出孔下流部8bとを有していてもよい。なお、ノズルプレートは貫通孔であるインク吐出孔を複数有していてもよく、これらの貫通孔は、例えば、ノズルプレートに等間隔でマトリクス状に配置されうる(図示せず)。 Figure 2 shows a cross-sectional view through the ink ejection hole 8 in the nozzle (nozzle plate) 5 of this embodiment. As shown in Figure 2, the nozzle (nozzle plate) 5 may have a conical ejection hole upstream portion 8a upstream of the ink ejection hole 8 and a cylindrical ejection hole downstream portion 8b downstream in order to optimize the flow of ink. The nozzle plate may have multiple ink ejection holes that are through holes, and these through holes may be arranged, for example, in a matrix at equal intervals in the nozzle plate (not shown).

本実施形態のノズルは、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも流体と接する吐出孔表面に形成されている。ダイヤモンド結晶粒を含む層は、少なくともノズルの吐出孔の表面に形成されていればよく、例えば図2(a)のように、ノズルプレート5の全体がダイヤモンド結晶粒を含む層7aであってもよい。また、図2(b)のように、吐出孔上流部8aの表面と、吐出孔下流部8bの表面とにダイヤモンド結晶粒を含む層7bが形成されていてもよい。また、図2(c)のように、吐出孔下流部8bの表面にダイヤモンド結晶粒を含む層7cが形成されていてもよい。好ましい一実施形態としては、吐出孔下流部8bにおいて最下流の部分にダイヤモンド結晶粒を含む層を有する形態が挙げられる。 In the nozzle of this embodiment, a layer containing diamond crystal grains is formed at least on the surface of the nozzle outlet that comes into contact with the fluid. The layer containing diamond crystal grains may be formed at least on the surface of the nozzle outlet, and for example, as shown in FIG. 2(a), the entire nozzle plate 5 may be a layer containing diamond crystal grains 7a. Also, as shown in FIG. 2(b), a layer containing diamond crystal grains 7b may be formed on the surface of the upstream part 8a of the outlet hole and the surface of the downstream part 8b of the outlet hole. Also, as shown in FIG. 2(c), a layer containing diamond crystal grains 7c may be formed on the surface of the downstream part 8b of the outlet hole. One preferred embodiment is a form in which a layer containing diamond crystal grains is formed in the most downstream part of the downstream part 8b of the outlet hole.

本発明のノズルにおいて、インク吐出孔は、好ましくは、上記吐出孔下流部8bに示されるような円筒状の形状の構造を含む。上記円筒状の構造は、好ましくは内径が0.03~1.0mmであり、より好ましくは0.05~0.1mmである。また、上記円筒状の構造は、好ましくは長さ(高さ)が10μm~1mmである。 In the nozzle of the present invention, the ink ejection hole preferably includes a cylindrical structure as shown in the ejection hole downstream portion 8b. The cylindrical structure preferably has an inner diameter of 0.03 to 1.0 mm, more preferably 0.05 to 0.1 mm. The cylindrical structure also preferably has a length (height) of 10 μm to 1 mm.

ダイヤモンド結晶粒を含む層は、特に制限されないが、多結晶ダイヤモンド(PCD)を含む層でありうる。多結晶ダイヤモンドは、例えばダイヤモンド結晶粒が88体積%以上、好ましくは90体積%以上含まれる合成多結晶ダイヤモンド材料であってもよい。上記合成多結晶ダイヤモンド材料は従来公知の方法で調製することができる。多結晶ダイヤモンドの具体的な形態については、例えば、特開2012-528780号公報を参照することができる。上記多結晶ダイヤモンドとしては、例えば、導電性(EC)-PCD-合成ダイヤモンドパウダーなどが用いられうる。 The layer containing diamond crystal grains is not particularly limited, but may be a layer containing polycrystalline diamond (PCD). The polycrystalline diamond may be, for example, a synthetic polycrystalline diamond material containing 88% by volume or more, preferably 90% by volume or more, of diamond crystal grains. The synthetic polycrystalline diamond material may be prepared by a conventional method. For the specific form of polycrystalline diamond, see, for example, JP 2012-528780 A. As the polycrystalline diamond, for example, conductive (EC)-PCD-synthetic diamond powder may be used.

ダイヤモンド結晶粒の平均粒径は特に制限されないが、好ましくは0.01~100μmであり、より好ましくは0.1~60μmである。なお、後述するように、ダイヤモンド結晶粒の平均粒径を調節することでダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さを制御することができる。一実施形態によれば、ダイヤモンド結晶粒の平均粒径が10μm以下であると表面粗さが小さくなり圧力損失がより小さくなるため好ましい。 The average grain size of the diamond crystal grains is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100 μm, and more preferably 0.1 to 60 μm. As described below, the surface roughness of the layer containing diamond crystal grains can be controlled by adjusting the average grain size of the diamond crystal grains. According to one embodiment, it is preferable for the average grain size of the diamond crystal grains to be 10 μm or less, since this reduces the surface roughness and the pressure loss.

前記ダイヤモンド結晶粒を含む層における前記ダイヤモンド結晶粒の体積比率は、50体積%以上であることが好ましく、70体積%以上であることがより好ましい。上記範囲であれば、耐摩耗性がより向上しうる。 The volume ratio of the diamond crystal grains in the layer containing the diamond crystal grains is preferably 50 volume % or more, and more preferably 70 volume % or more. If it is in the above range, the wear resistance can be further improved.

例えば、本実施形態のノズルは、上記図2(a)のように、ノズルプレート5の全体がダイヤモンド結晶粒を含む層7aでありうる。ノズルプレート5の全体がダイヤモンド結晶粒を含む層である場合、本実施形態のノズルにおいて、ダイヤモンド結晶粒の体積比率は50体積%以上であることが好ましい。上記範囲であれば、耐摩耗性がより向上しうる。上記図2(b)、(c)のように、ノズルプレート5の流体と接する表面にダイヤモンド結晶粒を含む層7b、7cを有する場合も、ダイヤモンド結晶粒を含む層7b、7cにおけるダイヤモンド結晶粒の体積比率は50体積%以上であると、耐摩耗性がより向上しうる。 For example, in the nozzle of this embodiment, the entire nozzle plate 5 may be layer 7a containing diamond crystal grains, as shown in FIG. 2(a) above. When the entire nozzle plate 5 is a layer containing diamond crystal grains, the volume ratio of diamond crystal grains in the nozzle of this embodiment is preferably 50 volume % or more. If it is in the above range, the wear resistance can be further improved. As shown in FIG. 2(b) and (c) above, even when the nozzle plate 5 has layers 7b and 7c containing diamond crystal grains on the surface that contacts the fluid, the wear resistance can be further improved if the volume ratio of diamond crystal grains in the layers 7b and 7c containing diamond crystal grains is 50 volume % or more.

また、本実施形態のノズルは、ダイヤモンド結晶粒の体積比率が、前記流体と接する表面のうち、上流の部位から下流の部位に向かって増加していることが好ましい。図2(a)~(c)に示すようなノズルを例にとると、ノズル(ノズルプレート)5の吐出孔8に導入された流体としてのインクの流速は、上流の部位である吐出孔上流部8aよりも下流の部位である吐出孔下流部8bで相対的に高くなる。したがって、下流である吐出孔下流部8bの表面においてダイヤモンド結晶粒の体積比率を高くして硬度を高めることにより、高い流速で流体が表面に接した場合であっても、十分な耐摩耗性がより効果的に確保できる。また、ノズルの酸化劣化防止の効果により優れる。好ましい一実施形態として、図2(c)のように、吐出孔上流部8aの表面にはダイヤモンド結晶粒を有する層を設けず、吐出孔下流部8bの表面にダイヤモンド結晶粒を有する層7cを設ける構造が挙げられる。 In addition, in the nozzle of this embodiment, it is preferable that the volume ratio of diamond crystal grains increases from the upstream part to the downstream part of the surface that contacts the fluid. Taking the nozzle shown in Figures 2 (a) to (c) as an example, the flow rate of ink as a fluid introduced into the discharge hole 8 of the nozzle (nozzle plate) 5 is relatively higher in the downstream discharge hole downstream part 8b, which is the downstream part, than in the upstream discharge hole upstream part 8a, which is the upstream part. Therefore, by increasing the volume ratio of diamond crystal grains on the surface of the downstream discharge hole downstream part 8b, which is the downstream part, and increasing the hardness, sufficient wear resistance can be more effectively ensured even when the fluid contacts the surface at a high flow rate. In addition, it is more effective in preventing oxidation deterioration of the nozzle. As a preferred embodiment, as shown in Figure 2 (c), a structure in which a layer having diamond crystal grains is not provided on the surface of the discharge hole upstream part 8a, and a layer having diamond crystal grains 7c is provided on the surface of the discharge hole downstream part 8b.

ダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さは特に制限されないが、流体と接する吐出孔の表面(ノズルのインク吐出孔の内表面)の表面粗さが0.3μm以下であることが好ましい。流体と接する吐出孔の表面の表面粗さが小さいほど、流体であるインクを吐出する際の圧力損失を抑制することができる。本実施形態のノズルにおいては、表面粗さが0.3μm以下であると、流体として高粘度インクを用いた場合であってもノズルのインク吐出孔の入口と出口との間の圧力損失を十分に低減することができる。その結果、インクの流れがよくなり、高粘度インクの塗布に好適に使用できる。ダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さRaは、図3のように、ダイヤモンド結晶粒を含む層を構成するダイヤモンド結晶粒(または導電性ダイヤモンド結晶粒)の平均粒径により調節することができ、平均粒径が小さいほど表面粗さが小さくなる傾向にある。一実施形態において、ダイヤモンド結晶粒の平均粒径が10μm以下であると、上記範囲の表面粗さが容易に得られうるため好ましい。ダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さの下限値は特に制限されないが、実質的に、0.1μm以上であり、好ましくは0.16μm以上である。ダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さは、例えば、走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより求めることができる。 The surface roughness of the layer containing diamond crystal grains is not particularly limited, but it is preferable that the surface roughness of the surface of the ejection hole in contact with the fluid (the inner surface of the ink ejection hole of the nozzle) is 0.3 μm or less. The smaller the surface roughness of the surface of the ejection hole in contact with the fluid, the more the pressure loss when ejecting the ink, which is the fluid, can be suppressed. In the nozzle of this embodiment, if the surface roughness is 0.3 μm or less, the pressure loss between the inlet and outlet of the ink ejection hole of the nozzle can be sufficiently reduced even when high-viscosity ink is used as the fluid. As a result, the ink flow is improved and it can be suitably used for applying high-viscosity ink. The surface roughness Ra of the layer containing diamond crystal grains can be adjusted by the average particle size of the diamond crystal grains (or conductive diamond crystal grains) constituting the layer containing diamond crystal grains, as shown in FIG. 3, and the smaller the average particle size, the smaller the surface roughness tends to be. In one embodiment, it is preferable that the average particle size of the diamond crystal grains is 10 μm or less, because the surface roughness in the above range can be easily obtained. The lower limit of the surface roughness of the layer containing diamond crystal grains is not particularly limited, but is substantially 0.1 μm or more, and preferably 0.16 μm or more. The surface roughness of the layer containing diamond crystal grains can be determined, for example, by image analysis of a scanning electron microscope photograph.

ダイヤモンド結晶粒を含む層は、外部からの電気エネルギーによって発熱する導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層であることが好ましい。ダイヤモンド結晶粒を含む層が外部からの電気エネルギーによって発熱すると、ダイヤモンド結晶粒を含む層を発熱体として流体を加熱し、流体を低粘度化することができる。これにより、高粘度インクをノズルつまりなく吐出することが可能になる。また、液滴の熱容量を小さくすることができる。そして、吐出後速やかにインクが冷却されて高粘度に戻ることから、垂直面に塗布したときの液だれを防止することができ、平滑な塗布面が得られうる。 The layer containing diamond crystal grains is preferably a layer containing conductive diamond crystal grains that generate heat when exposed to external electrical energy. When the layer containing diamond crystal grains generates heat when exposed to external electrical energy, the layer containing diamond crystal grains acts as a heating element to heat the fluid and reduce the viscosity of the fluid. This makes it possible to eject high-viscosity ink without clogging the nozzle. It also makes it possible to reduce the heat capacity of the droplets. And since the ink is quickly cooled after ejection and returns to its high viscosity, dripping when applied to a vertical surface can be prevented, and a smooth coating surface can be obtained.

導電性ダイヤモンド結晶粒としては、例えば、ボロンドープダイヤモンドが挙げられる。ボロンドープダイヤモンドの具体的な形態は特に制限されず、従来公知の知見が適宜採用されうる。 An example of the conductive diamond crystal grains is boron-doped diamond. The specific form of the boron-doped diamond is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately adopted.

導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層に外部から電気エネルギーを与える手段は特に限定されず、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層に端子を取り付けて直流電源に接続して電圧を印加し、電流を流すことができる。電流の大きさは、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層が発熱し、インクを加熱して低粘度化させることができる範囲であることが好ましく、ノズルの形状、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗、インクの組成などに応じて調整されうる。 The means for externally applying electrical energy to the layer containing conductive diamond crystal grains is not particularly limited, and a terminal can be attached to the layer containing conductive diamond crystal grains and connected to a DC power source to apply a voltage and pass a current. The magnitude of the current is preferably within a range in which the layer containing conductive diamond crystal grains generates heat and the ink can be heated to reduce its viscosity, and can be adjusted according to the shape of the nozzle, the resistivity of the layer containing conductive diamond crystal grains, the composition of the ink, etc.

この際、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層は、比抵抗が0.1~100Ω・cmであることが好ましく、5~90Ω・cmであることがより好ましい。導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗が0.1Ω・cm以上であると、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層に電流を流したときに発熱し、インクの粘度を低下させる効果に優れる。一方、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗が100Ω・cm以下であると、発熱温度が大きくなりすぎないため、インクの色素劣化が生じにくいため好ましい。導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗は、導電性ダイヤモンドのドーパントの種類や量、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層における導電性ダイヤモンド結晶粒の体積比率、後述の導電性の結合材を用いる場合は、その種類や量を変化させることにより上記比抵抗を調節することもできる。また、導電性ダイヤモンド結晶粒の平均粒径を変化させることにより上記比抵抗を調節することもできる。導電性ダイヤモンド結晶粒の平均粒径が小さくなるほど、ダイヤモンド粒子と導電性の結合材との接触界面の面積が増加するため、比抵抗が大きくなる。導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗は実施例に記載の方法で測定することができる。 In this case, the layer containing conductive diamond crystal grains preferably has a resistivity of 0.1 to 100 Ω·cm, more preferably 5 to 90 Ω·cm. When the resistivity of the layer containing conductive diamond crystal grains is 0.1 Ω·cm or more, it generates heat when a current is passed through the layer containing conductive diamond crystal grains, and is excellent in the effect of reducing the viscosity of the ink. On the other hand, when the resistivity of the layer containing conductive diamond crystal grains is 100 Ω·cm or less, the heat generation temperature does not become too high, so that the ink pigment is less likely to deteriorate. The resistivity of the layer containing conductive diamond crystal grains can be adjusted by changing the type and amount of the conductive diamond dopant, the volume ratio of the conductive diamond crystal grains in the layer containing conductive diamond crystal grains, and the type and amount of the conductive binder, if used, as described below. The resistivity can also be adjusted by changing the average particle size of the conductive diamond crystal grains. The smaller the average particle size of the conductive diamond crystal grains, the larger the area of the contact interface between the diamond particles and the conductive binder, and therefore the larger the resistivity. The resistivity of the layer containing conductive diamond crystal grains can be measured by the method described in the examples.

(導電性の結合材)
導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層は、導電性ダイヤモンド結晶粒同士を結びつける導電性の結合材を含有することが好ましい。図3に示すように、本発明の一実施形態において、導電性の結合材12は、導電性ダイヤモンド結晶粒11の粒子間に存在し、導電性ダイヤモンド結晶粒11同士を結着させる。導電性の結合材12を用いることで、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の導電性を適切に調節することができる。これにより、電流により導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層を加熱する際の温度調節が容易になり、インクの粘度の調節がより効果的に行われうる。
(Conductive binder)
The layer containing conductive diamond grains preferably contains a conductive binder that binds the conductive diamond grains together. As shown in Fig. 3, in one embodiment of the present invention, the conductive binder 12 exists between the particles of the conductive diamond grains 11, and binds the conductive diamond grains 11 together. By using the conductive binder 12, the conductivity of the layer containing conductive diamond grains can be appropriately adjusted. This makes it easier to adjust the temperature when heating the layer containing conductive diamond grains by current, and the viscosity of the ink can be adjusted more effectively.

導電性の結合材としては、特に制限されないが、例えば、Co、Si、Ni、Cr、Mo、Ti、B、WC、Cu、Snの粒子が用いられうる。2種類以上の結合材を用いてもよい。導電性の結合材の種類を適切に選択することで導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗を調節することができ、導電性を調節することができる。導電性の結合材の平均粒径は特に制限されないが、導電性ダイヤモンド結晶粒の平均粒径よりも小さいことが好ましく、例えば、0.01~30μmであり、好ましくは0.1~10μmである。 The conductive binder is not particularly limited, but may be, for example, particles of Co, Si, Ni, Cr, Mo, Ti, B, WC, Cu, or Sn. Two or more types of binder may be used. By appropriately selecting the type of conductive binder, the resistivity of the layer containing the conductive diamond crystal grains can be adjusted, and the conductivity can be adjusted. The average particle size of the conductive binder is not particularly limited, but is preferably smaller than the average particle size of the conductive diamond crystal grains, for example, 0.01 to 30 μm, and preferably 0.1 to 10 μm.

導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層において、導電性ダイヤモンド結晶粒と導電性の結合材との体積比率は特に制限されない。例えば、導電性ダイヤモンド結晶粒と導電性の結合材との合計量に対して、導電性ダイヤモンド結晶粒の体積比率が30~100体積%であり、好ましくは50体積%以上であり、さらに好ましくは50~90体積%である。導電性ダイヤモンド結晶粒の体積比率が30体積%以上、特には50体積%以上であれば、耐摩耗性に優れる。また、導電性ダイヤモンド結晶粒の体積比率が大きいほど比抵抗が大きくなり、小さい電流で発熱して流体を加熱できることから、導電性ダイヤモンド結晶粒の体積比率が30体積%以上であることが好ましく、50体積%以上であることがより好ましい。2種類以上の導電性の結合材を用いるときはその合計量が上記範囲であることが好ましい。 In the layer containing conductive diamond crystal grains, the volume ratio of the conductive diamond crystal grains to the conductive binder is not particularly limited. For example, the volume ratio of the conductive diamond crystal grains to the total amount of the conductive diamond crystal grains and the conductive binder is 30 to 100 volume%, preferably 50 volume% or more, and more preferably 50 to 90 volume%. If the volume ratio of the conductive diamond crystal grains is 30 volume% or more, particularly 50 volume% or more, the wear resistance is excellent. In addition, the larger the volume ratio of the conductive diamond crystal grains, the higher the resistivity becomes, and the heat can be generated with a small current to heat the fluid, so the volume ratio of the conductive diamond crystal grains is preferably 30 volume% or more, and more preferably 50 volume% or more. When two or more types of conductive binders are used, the total amount is preferably within the above range.

なお、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層が導電性ダイヤモンド結晶粒および導電性の結合材を含む場合、導電性ダイヤモンド結晶粒および導電性の結合材の合計量は、ダイヤモンド結晶粒を含む層の総体積に対して90体積%以上であることが好ましく、95体積%以上であることがより好ましく、99体積%以上であることがさらに好ましい。 When the layer containing conductive diamond crystal grains contains conductive diamond crystal grains and a conductive binder, the combined amount of the conductive diamond crystal grains and the conductive binder is preferably 90 volume % or more, more preferably 95 volume % or more, and even more preferably 99 volume % or more, of the total volume of the layer containing diamond crystal grains.

(ダイヤモンド結晶粒を有する層を含むノズルの作製方法)
ダイヤモンド結晶粒を有する層を含むノズルの作製方法は特に制限されない。例えば、ダイヤモンド結晶粒の粉体を準備し、必要に応じて導電性の結合材と混合する。これを適当な型に入れて超高圧高温発生装置で焼成することでノズルを作製することができる。焼成条件は特に制限されないが、例えば、1300~1500℃に加熱保持し、圧力5~6GPa下で15~50分保持する条件が採用されうる。
(Method of making a nozzle including a layer having diamond grains)
There is no particular restriction on the method of producing a nozzle including a layer having diamond crystal grains. For example, a powder of diamond crystal grains is prepared and mixed with a conductive binder as necessary. This is placed in a suitable mold and sintered in an ultra-high pressure and high temperature generating device to produce a nozzle. There is no particular restriction on the sintering conditions, but for example, conditions of heating and holding at 1300 to 1500°C and holding at a pressure of 5 to 6 GPa for 15 to 50 minutes can be adopted.

ダイヤモンド結晶粒を含む層をノズルのインク吐出孔の表面に形成する場合は、例えば、CVDコーティングによる方法が採用されうる。例えば、超硬合金のノズルプレートを準備し、ノズルのインク吐出孔の表面に、熱フィラメント型CVD装置を用いてダイヤモンド結晶粒を含む層をコーティングすることができる。この際の温度、圧力などの条件は特に制限されない。一例としては、母材温度を650~800℃ ガス圧力500Pa、ガス流量比 H:CH=100:1にて、24時間保持する条件が挙げられる。導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層として、ボロンドープダイヤモンドを含む層を形成する場合は、原料ガスとしてトリメチルボロンなどのホウ素化合物をさらに用いることができる。ダイヤモンド結晶粒を含む層の厚さも特に制限されない。この際、ガスの組成や各成分の流量比を変更することで、ダイヤモンド結晶粒を含む層におけるダイヤモンド結晶粒の体積比率を所望の値に調整することができる。 When a layer containing diamond crystal grains is formed on the surface of the ink ejection hole of a nozzle, for example, a method using CVD coating can be adopted. For example, a nozzle plate made of cemented carbide is prepared, and a layer containing diamond crystal grains can be coated on the surface of the ink ejection hole of the nozzle using a hot filament type CVD device. The conditions such as temperature and pressure at this time are not particularly limited. As an example, the conditions include a base material temperature of 650 to 800°C, a gas pressure of 500 Pa, and a gas flow rate ratio of H 2 :CH 4 = 100:1, and the material is maintained for 24 hours. When a layer containing boron-doped diamond is formed as a layer containing conductive diamond crystal grains, a boron compound such as trimethylboron can be further used as the raw material gas. The thickness of the layer containing diamond crystal grains is also not particularly limited. At this time, the volume ratio of diamond crystal grains in the layer containing diamond crystal grains can be adjusted to a desired value by changing the gas composition and the flow rate ratio of each component.

(インク)
本実施形態のノズルを有する塗布装置を用いて塗布される流体としてのインクとは、被塗布体に塗布可能なものであれば特に制限されない。水性インク、油性インク、エマルションインク等の公知のインクを使用することができる。
(ink)
The ink as a fluid to be applied using the application device having the nozzle of the present embodiment is not particularly limited as long as it can be applied to a substrate. Known inks such as water-based inks, oil-based inks, and emulsion inks can be used.

インクとしては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂および溶剤を含むものが用いられうる。必要に応じて、着色剤;光輝材;界面活性剤、中和剤、安定剤、増粘剤、消泡剤、表面調整剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加剤;シリカ等の無機充填剤等をさらに配合することができる。着色剤としては、酸化チタン、カーボンブラック、酸化鉄、酸化クロム、紺青等の無機顔料;アゾ系顔料、アントラセン系顔料、ペリレン系顔料、キナクリドン系顔料、インジゴ系顔料、フタロシアニン系顔料等の有機顔料;染料などが挙げられる。光輝材としては、アルミフレーク、マイカなどが用いられうる。光輝材は、特に制限されないが、平均粒径が10μm~1mm程度、平均厚さが0.1~15μm程度のフレーク状の粒子であることが好ましく、インク全量に対して20~40質量%の含有量で用いられうる。 The ink may contain a resin such as an acrylic resin, a polyester resin, or an epoxy resin, and a solvent. If necessary, colorants, luster materials, additives such as surfactants, neutralizers, stabilizers, thickeners, defoamers, surface conditioners, UV absorbers, and antioxidants, and inorganic fillers such as silica may be further blended. Examples of colorants include inorganic pigments such as titanium oxide, carbon black, iron oxide, chromium oxide, and Prussian blue, organic pigments such as azo pigments, anthracene pigments, perylene pigments, quinacridone pigments, indigo pigments, and phthalocyanine pigments, and dyes. Examples of luster materials include aluminum flakes and mica. The luster materials are not particularly limited, but are preferably flake-shaped particles with an average particle size of about 10 μm to 1 mm and an average thickness of about 0.1 to 15 μm, and may be used in an amount of 20 to 40% by mass based on the total amount of ink.

インクの粘度は特に制限されないが、25℃での粘度が例えば70mPa・s以上、好ましくは90mPa・s以上である高粘度インクであると、本発明の効果がより顕著に得られうる。 There are no particular limitations on the viscosity of the ink, but the effects of the present invention can be more pronounced with a high-viscosity ink, for example, with a viscosity of 70 mPa·s or more at 25°C, preferably 90 mPa·s or more.

本発明のノズルは、特に制限されないが、例えば、自動車、オートバイ等の自動車車両またはその部品、トラック、バス、建機もしくは鉄道車両等の大型車両またはその部品;などの被塗布体の塗装のための塗布装置に好適に用いられうる。 The nozzle of the present invention can be suitably used in coating devices for coating objects such as, but not limited to, automobiles, motorcycles, and other motor vehicles or parts thereof, large vehicles such as trucks, buses, construction machinery, and railroad cars, and other parts thereof.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」または「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」または「質量%」を表す。 The present invention will be specifically explained below with reference to examples, but the present invention is not limited to these. In the examples, the terms "parts" and "%" are used, but unless otherwise specified, they represent "parts by mass" or "% by mass."

(実施例1)
導電性ダイヤモンド結晶粒として、平均粒経5μmのEC-PCD-合成ダイヤモンドパウダー(ボロンドープダイヤモンド)を準備した。導電性の結合材としてCo粉末(平均粒径1.5μm)を用い、EC-PCD-合成ダイヤモンドパウダー50体積%、Co粉末50体積%の体積比率で、高温・高圧下で焼結して結合させ、φ30mm×1mmtの焼結体を得た。具体的には、EC-PCD-合成ダイヤモンドパウダーと導電性の結合材とを混合して型内に挿入し、超高圧高温発生装置で1300~1500℃、圧力5~6GPa下で15~50分間加熱保持した。
Example 1
As the conductive diamond grains, EC-PCD-synthetic diamond powder (boron-doped diamond) with an average grain size of 5 μm was prepared. Co powder (average grain size 1.5 μm) was used as the conductive binder, and the EC-PCD-synthetic diamond powder and Co powder were sintered and bonded at a volume ratio of 50% by volume by 50% by volume under high temperature and high pressure to obtain a sintered body with a diameter of 30 mm and a thickness of 1 mm. Specifically, the EC-PCD-synthetic diamond powder and the conductive binder were mixed and inserted into a mold, and heated and held in an ultra-high pressure and high temperature generating device at 1300 to 1500 ° C and a pressure of 5 to 6 GPa for 15 to 50 minutes.

(実施例2~6、8、9、11)
EC-PCD-合成ダイヤモンドパウダーおよび導電性の結合材を下記表1のように変更したことを除いては、実施例1と同様にφ30mm×1mmtの焼結体を得た。なお、実施例5では、導電性の結合材としてCoパウダー(平均粒径1.5μm)およびSiパウダー(平均粒径1.5μm)をCo:Si=9:1(体積比)で混合して用いた。
(Examples 2 to 6, 8, 9, and 11)
Except for changing the EC-PCD-synthetic diamond powder and conductive binder as shown in Table 1 below, a φ30 mm×1 mmt sintered body was obtained in the same manner as in Example 1. In Example 5, Co powder (average particle size 1.5 μm) and Si powder (average particle size 1.5 μm) were mixed at Co:Si=9:1 (volume ratio) as the conductive binder.

(実施例7)
基材にCo5%の超硬合金(WC)φ30mm×1mmtを用い、CVD法により20μm厚さのボロンドープ多結晶ダイヤモンド膜を成膜した。CVDコーティングは、超硬基材を使用し、熱フィラメント型CVD装置で母材温度を650~800℃、ガス圧力500Pa、ガス流量比 H:CH=100:1にて、24時間保持することで行った。ダイヤモンド中へのホウ素の添加は、水素で1000ppmに希釈したトリメチルボロンB(CHをメタン供給量に対し6000ppmを供給して行った。
(Example 7)
A 20μm thick boron-doped polycrystalline diamond film was formed by CVD on a carbide (WC) substrate with 5% Co, φ30mm×1mmt. CVD coating was performed using a carbide substrate in a hot filament CVD apparatus with the substrate temperature at 650-800°C, gas pressure at 500Pa, and gas flow ratio H2 : CH4 =100:1 for 24 hours. Boron was added to the diamond by supplying 6000ppm of trimethylboron B( CH3 ) 3 diluted with hydrogen to 1000ppm with respect to the methane supply.

得られたボロンドープ多結晶ダイヤモンド膜は、ダイヤモンド結晶粒の体積比率が100体積%であった。 The resulting boron-doped polycrystalline diamond film had a volume ratio of diamond crystal grains of 100% by volume.

(実施例10)
基材にCo5%の超硬合金(WC)φ30mm×1mmtを用い、CVD法により20μm厚さのボロンドープ多結晶ダイヤモンド膜を成膜した。CVDコーティングは、超硬基材を使用し、熱フィラメント型CVD装置で母材温度を650~800℃、ガス圧力500Pa、ガス流量比 H:CH=100:5にて、24時間保持することで行った。ダイヤモンド中へのホウ素の添加は、水素で1000ppmに希釈したトリメチルボロンB(CHをメタン供給量に対し6000ppmを供給して行った。
Example 10
A 20μm thick boron-doped polycrystalline diamond film was formed by CVD on a carbide (WC) substrate with 5% Co, φ30mm×1mmt. CVD coating was performed using a carbide substrate in a hot filament CVD apparatus with the substrate temperature at 650-800°C, gas pressure at 500Pa, and gas flow ratio H2 : CH4 =100:5 for 24 hours. Boron was added to the diamond by supplying 6000ppm of trimethylboron B( CH3 ) 3 diluted with hydrogen to 1000ppm with respect to the methane supply.

得られたボロンドープ多結晶ダイヤモンド膜は、ダイヤモンド結晶粒の体積比率が50体積%であった。残部の50体積%の成分は、完全にダイヤモンド結晶(SP3)化していないグラファイト(SP2)を含むダイヤモンド状の炭素膜成分である。 The resulting boron-doped polycrystalline diamond film had a diamond crystal grain volume ratio of 50% by volume. The remaining 50% by volume was a diamond-like carbon film component that contained graphite (SP2) that had not completely crystallized into diamond (SP3).

(比較例1)
SUS304板材からφ30mm×1mmtの試料を切り出した。
(Comparative Example 1)
A sample of φ30 mm×1 mmt was cut out from a SUS304 plate.

(比較例2)
超硬合金(WC)φ30mm丸棒からφ30mm×1mmtの試料を切り出した。
(Comparative Example 2)
A sample of φ30 mm × 1 mm thickness was cut out from a φ30 mm round bar of cemented carbide (WC).

(耐摩耗性試験)
耐摩耗性試験は、ボールオンディスク方式にて行った。ボールとしては、銅製のφ3/8インチ、表面粗さRaは0.1μmのものを用いた。ディスクとしては、上記の実施例および比較例で作製した試料を用いた。図4のようにボールに荷重をかけてディスクを回転させ、ディスクの比摩耗量を測定した。試験条件、評価方法は以下の通りである:
試験条件
荷重:10N
回転数:1000rpm
温度:30℃
試験時間:300min
評価方法:比摩耗量。
(Wear resistance test)
The wear resistance test was carried out by the ball-on-disk method. The ball used was made of copper, φ3/8 inch, with a surface roughness Ra of 0.1 μm. The disks used were the samples prepared in the above examples and comparative examples. A load was applied to the ball as shown in FIG. 4, and the disk was rotated to measure the specific wear rate of the disk. The test conditions and evaluation method were as follows:
Test conditions Load: 10N
Rotation speed: 1000 rpm
Temperature: 30°C
Test time: 300 min
Evaluation method: specific wear rate.

耐摩耗性試験の評価結果を下記表1に示す。表1に示すように、ダイヤモンド結晶粒を含む層を有する実施例1~11は、いずれも、比較例1のステンレス鋼および比較例2の超硬合金に比較して、摩耗量を大幅に低減できることがわかった。また、実施例1、3、4、5の比較から、ダイヤモンド結晶粒の平均粒径が同等であればダイヤモンド結晶粒の体積比率が大きいほど耐摩耗性が高くなる傾向にあり、ダイヤモンド結晶粒の体積比率が50体積%以上であると好適であることがわかった。 The evaluation results of the wear resistance test are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, it was found that all of Examples 1 to 11, which have a layer containing diamond crystal grains, were able to significantly reduce the amount of wear compared to the stainless steel of Comparative Example 1 and the cemented carbide of Comparative Example 2. Furthermore, a comparison of Examples 1, 3, 4, and 5 showed that, if the average grain size of the diamond crystal grains is the same, the larger the volume ratio of the diamond crystal grains, the higher the wear resistance tends to be, and that a volume ratio of diamond crystal grains of 50 volume % or more is preferable.

(比抵抗および表面温度の測定)
ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗および表面温度をディスク加熱試験により測定した。ディスクとしては、上記の実施例で作製した試料を用いた。図5のように、ディスクの表面に、ポリエステル樹脂に平均粒径が平均30μm、平均厚さが平均2.0μmのアルミニウムフレークを塗料の全量に対して30質量%程度加えたポリエステル樹脂有機溶剤系塗料を塗布量2μLで塗布した。
(Measurement of resistivity and surface temperature)
The resistivity and surface temperature of the layer containing diamond crystal grains were measured by disk heating test.The sample prepared in the above-mentioned embodiment was used as the disk.As shown in FIG.5, polyester resin organic solvent-based paint, which is made by adding aluminum flakes with an average particle size of 30 μm and an average thickness of 2.0 μm to polyester resin in an amount of about 30 mass% relative to the total amount of paint, was applied to the surface of the disk with an application amount of 2 μL.

(比抵抗の測定)
ディスク試料の表面の1cm間に2Aの電流を流した際の接触抵抗を測定し、下記式に従って比抵抗を求めた:
比抵抗ρ=(接触抵抗R×断面積S)/長さL
ここで、接触抵抗Rは四端子法により測定した電気抵抗であり、断面積Sはディスクの断面積であり、長さLはディスクの長さである。
(Measurement of resistivity)
The contact resistance was measured when a current of 2 A was passed over a distance of 1 cm on the surface of the disk sample, and the specific resistance was calculated according to the following formula:
Specific resistance ρ = (contact resistance R x cross-sectional area S) / length L
Here, the contact resistance R is the electrical resistance measured by the four-terminal method, the cross-sectional area S is the cross-sectional area of the disk, and the length L is the length of the disk.

(加熱温度の測定)
電流を2A、4A、および6A流した際の5秒後のディスクの表面温度を熱電対を用いて測定した。ここで、初期のディスクの表面温度は10℃であり、塗料の粘度は135mPa・sであった。
(Measurement of heating temperature)
The surface temperature of the disk was measured using a thermocouple after 5 seconds when a current of 2 A, 4 A, and 6 A was applied. Here, the initial surface temperature of the disk was 10° C., and the viscosity of the paint was 135 mPa·s.

結果を下記表2に示す。表2中、6A流した際の塗料粘度は、あらかじめ塗料の温度に対する粘度の変化を測定し、上記で測定したディスクの表面温度に基づいて求めた。6A流した際の塗料粘度の評価基準は下記の通りである:
〇:安定的な温度上昇により粘度低下
△:温度が不安定で粘度が下がりにくい、または温度上昇が大きすぎてインクの色素劣化のおそれがある。
The results are shown in Table 2. In Table 2, the paint viscosity when 6A was applied was calculated based on the disk surface temperature measured above, by measuring the change in viscosity of the paint with respect to the temperature in advance. The evaluation criteria for paint viscosity when 6A was applied are as follows:
◯: Viscosity decreases due to a stable temperature rise. △: The temperature is unstable and the viscosity is difficult to reduce, or the temperature rise is so great that there is a risk of the ink pigment deteriorating.

上記表2に示されるように、実施例1~11において、ダイヤモンド結晶粒を含む層は、ボロンドープダイヤモンドを含み、外部からの電気エネルギーによって発熱する導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層である。このような導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層は、電気エネルギーにより発熱し、塗料が加熱されて塗料の粘度が低下することが確認された。 As shown in Table 2 above, in Examples 1 to 11, the layer containing diamond crystal grains is a layer containing boron-doped diamond and conductive diamond crystal grains that generate heat when exposed to external electrical energy. It was confirmed that such a layer containing conductive diamond crystal grains generates heat when exposed to electrical energy, heating the paint and reducing the viscosity of the paint.

導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層は、実施例1~6、8、9、11のように導電性ダイヤモンド結晶粒が導電性の結合材により結合しているものであっても電気エネルギーにより発熱し、塗料が加熱されて塗料の粘度が低下する効果が得られた。実施例7、10のように、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層が基材の表面にコーティングされているものであっても、電気エネルギーにより発熱し、塗料が加熱されて塗料の粘度が低下する効果が得られた。 Even when the layer containing conductive diamond crystal grains is bonded with a conductive binder as in Examples 1 to 6, 8, 9, and 11, heat is generated by electrical energy, and the paint is heated, resulting in a decrease in viscosity of the paint. Even when the layer containing conductive diamond crystal grains is coated on the surface of the substrate as in Examples 7 and 10, heat is generated by electrical energy, and the paint is heated, resulting in a decrease in viscosity of the paint.

特に、実施例1~8のように、導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層の比抵抗が0.1~100Ω・cmである実施例1~9では、安定的な温度上昇により十分な粘度低下が生じることがわかった。また、過度な温度上昇による色素の劣化が生じにくいことがわかった。これに対して、比抵抗が100Ω・cmを超える実施例10では安定的な温度上昇が難しく、塗料の粘度が下がりにくい。また、比抵抗が0.1Ω・cmを下回る実施例11では温度上昇が大きすぎてインクの色素の劣化の可能性がある。 In particular, it was found that in Examples 1 to 9, in which the resistivity of the layer containing conductive diamond crystal grains is 0.1 to 100 Ω·cm, as in Examples 1 to 8, a stable temperature rise leads to a sufficient viscosity reduction. It was also found that the pigment is less likely to deteriorate due to an excessive temperature rise. In contrast, in Example 10, in which the resistivity exceeds 100 Ω·cm, it is difficult to achieve a stable temperature rise, and the viscosity of the paint is less likely to decrease. Also, in Example 11, in which the resistivity is below 0.1 Ω·cm, the temperature rise is too large, which may cause deterioration of the ink pigment.

また、実施例1~8のようにダイヤモンド結晶粒を含む層のダイヤモンド結晶粒の体積比率が50体積%以上であると導電性に優れ、塗料の粘度を低下させる効果が高い。 In addition, when the volume ratio of diamond crystal grains in the layer containing diamond crystal grains is 50 volume % or more as in Examples 1 to 8, the electrical conductivity is excellent and the effect of reducing the viscosity of the paint is high.

(ダイヤモンド結晶粒の平均粒径、表面粗さおよび圧力損失)
ダイヤモンド結晶粒の平均粒径を変化させて、上記の各実施例と同様に導電性の結合材を用いて焼結成形体を作製した。作製した焼結成形体の表面粗さRaを測定し、ダイヤモンド結晶粒の平均粒径と表面粗さRaの関係を求めた。表面粗さは、走査型電子顕微鏡写真を画像解析することにより求めた。図6に、平均粒径に対する表面粗さの上限、下限の範囲を示す。図6から、例えば、平均粒径が10μmでは、表面粗さRaは0.16~0.3μmの範囲にあるといえる。
(Average diamond grain size, surface roughness and pressure loss)
The average grain size of diamond crystal grains was changed, and sintered compacts were produced using a conductive binder in the same manner as in the above examples. The surface roughness Ra of the produced sintered compacts was measured, and the relationship between the average grain size of diamond crystal grains and the surface roughness Ra was obtained. The surface roughness was obtained by image analysis of scanning electron microscope photographs. Figure 6 shows the upper and lower limits of the surface roughness relative to the average grain size. From Figure 6, for example, when the average grain size is 10 μm, it can be said that the surface roughness Ra is in the range of 0.16 to 0.3 μm.

高粘度インクの粘度100mPa・s、円筒状のインク吐出孔の長さ300μm、インク吐出孔の直径(内径)30μm、入口圧力100kPa、摩擦係数を表面粗さRaとし、摩擦係数が変化した場合の入口出口間の圧力損失を流体シミュレーションから求めた。シーメンス社製の流れ解析ソフトstar-ccm+を使用し、ノズル形状モデルを作成し、インク吐出孔の表面粗さ(摩擦係数)を変化させて、インク吐出孔の入口と出口との間の圧力損失を求めた。結果を図7に示す。圧力損失80kPa以下であれば、圧力損失が十分に小さく、インクの流れがより良好になるといえる。圧力損失80kPa以下を満足する表面粗さRaは、0.3μm以下であった。表3に、各実施例で作製した試料のダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さと、流体シミュレーションから求めた圧力損失の結果を示す。表3中、圧力損失の評価基準は以下の通りである:
〇:圧力損失が80kPa以下である、
△:圧力損失が80kPaを超える。
The viscosity of the high-viscosity ink was 100 mPa·s, the length of the cylindrical ink ejection hole was 300 μm, the diameter (inner diameter) of the ink ejection hole was 30 μm, the inlet pressure was 100 kPa, and the friction coefficient was the surface roughness Ra. The pressure loss between the inlet and outlet when the friction coefficient was changed was obtained from a fluid simulation. A nozzle shape model was created using the flow analysis software star-ccm+ manufactured by Siemens, and the surface roughness (friction coefficient) of the ink ejection hole was changed to obtain the pressure loss between the inlet and outlet of the ink ejection hole. The results are shown in FIG. 7. If the pressure loss is 80 kPa or less, it can be said that the pressure loss is sufficiently small and the ink flow is better. The surface roughness Ra that satisfies the pressure loss of 80 kPa or less was 0.3 μm or less. Table 3 shows the surface roughness of the layer containing diamond crystal grains of the samples prepared in each example and the results of the pressure loss obtained from the fluid simulation. In Table 3, the evaluation criteria for pressure loss are as follows:
◯: Pressure loss is 80 kPa or less.
Δ: Pressure loss exceeds 80 kPa.

表3、図6、7のように、ダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さRaを0.3μm以下に制御することで、高粘度インクを用いたときのノズルの圧力損失を低減できることがわかった。 As shown in Table 3 and Figures 6 and 7, it was found that by controlling the surface roughness Ra of the layer containing diamond crystal grains to 0.3 μm or less, the pressure loss in the nozzle can be reduced when using high viscosity ink.

1 インク吐出ヘッド、
2 圧電素子、
3 インク室、
4 液供給路、
5 塗布装置用ノズル(ノズルプレート)、
6 液滴、
7a、7b、7c ダイヤモンド結晶粒を含む層、
8 インク吐出孔(吐出孔)、
8a 吐出孔上流部、
8b 吐出孔下流部、
11 導電性ダイヤモンド結晶粒、
12 導電性の結合材、
Ra 表面粗さ。
1 ink ejection head,
2 Piezoelectric element,
3 ink chamber,
4 liquid supply passage,
5. Coating device nozzle (nozzle plate),
6 droplets,
7a, 7b, 7c layers containing diamond grains;
8 ink ejection hole (ejection hole),
8a upstream of the discharge hole,
8b downstream of the discharge hole,
11 conductive diamond grains,
12 conductive binder,
Ra: surface roughness.

Claims (6)

流体を被塗布体に塗布するための塗布装置用ノズルであって、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも前記流体と接する吐出孔表面に形成されており、
前記ダイヤモンド結晶粒を含む層は、外部からの電気エネルギーによって発熱する導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層であることを特徴とする、塗布装置用ノズル。
A nozzle for a coating device for coating a fluid onto a substrate, the nozzle having a layer including diamond grains formed on at least a surface of a discharge hole that comes into contact with the fluid ,
A nozzle for a coating device , wherein the layer containing diamond crystal grains is a layer containing conductive diamond crystal grains that generate heat by electrical energy from an outside source.
前記導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層は、前記導電性ダイヤモンド結晶粒同士を結びつける導電性の結合材を含有する、請求項に記載の塗布装置用ノズル。 The nozzle for a coating apparatus according to claim 1 , wherein the layer containing the conductive diamond crystal grains contains a conductive binder that binds the conductive diamond crystal grains together. 前記導電性ダイヤモンド結晶粒を含む層は、比抵抗が0.1~100Ω・cmである、請求項1または2に記載の塗布装置用ノズル。 3. The nozzle for a coating apparatus according to claim 1 , wherein the layer containing the conductive diamond crystal grains has a resistivity of 0.1 to 100 Ω·cm. 前記ダイヤモンド結晶粒を含む層における前記ダイヤモンド結晶粒の体積比率が50体積%以上である、請求項1~のいずれか1項に記載の塗布装置用ノズル。 The nozzle for a coating apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein a volume ratio of said diamond crystal grains in said layer containing said diamond crystal grains is 50 volume % or more. 流体を被塗布体に塗布するための塗布装置用ノズルであって、ダイヤモンド結晶粒を含む層が少なくとも前記流体と接する吐出孔表面に形成されており、
前記ダイヤモンド結晶粒の体積比率が、前記流体と接する表面のうち、上流の部位から下流の部位に向かって増加している、塗布装置用ノズル。
A nozzle for a coating device for coating a fluid onto a substrate, the nozzle having a layer including diamond grains formed on at least a surface of a discharge hole that comes into contact with the fluid,
A nozzle for an applicator, wherein the volume ratio of the diamond crystal grains increases from an upstream portion to a downstream portion of the surface in contact with the fluid .
前記ダイヤモンド結晶粒を含む層の表面粗さRaは、0.3μm以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の塗布装置用ノズル。 The nozzle for a coating apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the layer containing diamond crystal grains has a surface roughness Ra of 0.3 µm or less.
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