CN101920597A - 排液头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

排液头包括：基板，该基板在其一侧具有能量产生元件，该能量产生元件用于产生用于排出液体的能量；和与该基板的一个或多个端面的至少一部分接触地配置的密封部件，该密封部件是组合物的固化产物，该组合物有具有丁二烯骨架的环氧树脂和具有丁二烯骨架的环氧树脂固化剂。

Description

排液头及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于排出液体的排液头的制造方法，具体地涉及用于通过将墨排出到记录介质上来记录的喷墨记录头的制造方法。

背景技术

排出液体的排液头的实例包括用于通过将墨排出到记录介质上来喷墨记录的喷墨记录头。

美国专利申请公开No.2005/0078143如下讨论喷墨记录头。将包括产生用于排液的能量的能量产生元件和具有排液口和液体流路的部件的排出元件基板与柔性配线板电连接。用密封剂涂布该排出元件基板的侧面以形成用于保护侧面免受墨和灰尘的侧面密封部件。该侧面密封部件的主剂包括具有聚丁二烯骨架的环氧树脂。将成为用于密封引线接合部位(其为电接触部)的密封部件的材料(电接触部密封材料)施涂并固化，由此形成密封部件。

从弹性模量的观点出发，该侧面密封部件的主剂由低反应性的具有丁二烯骨架的环氧树脂组成。但是，由于其性能，存在树脂产生低固化度且具有低耐液性的问题。此外，该固化可能需要长时间。

发明内容

根据本发明的方面，排液头包括基板和密封部件，该基板在其一侧具有能量产生元件，该能量产生元件用于产生用于排出液体的能量，该密封部件与该基板的一个或多个端面的至少一部分接触地配置，该密封部件是有具有丁二烯骨架的环氧树脂与具有丁二烯骨架的环氧树脂固化剂的组合物的固化产物。

由以下参照附图的示例性实施方案的详细描述，本发明的进一步的特征和方面将变得清楚。

附图说明

引入并构成说明书的一部分的附图例示本发明的示例性实施方案、特征和方面并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是例示根据本发明的示例性实施方案的排液头的透视图。

图2是例示根据本发明的示例性实施方案的排液头基板的透视图。

图3A和3B是例示根据本发明的示例性实施方案的排液头的制造方法的顶视图和横截面图。

图4A和4B是例示根据本发明的示例性实施方案的排液头的制造工艺的顶视图和横截面图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的各个示例性实施方案、特征和方面进行详细说明。

图1是例示根据本发明的示例性实施方案的排液头的透视图。排液头2包括排出元件基板300和在基板3的周围配置的密封部件11，基板3是排出元件基板300的一部分。排出元件基板300包括基板3和排出口部件9，该基板3具有多个能量产生元件30，该能量产生元件30用于产生用于排液的能量，该排出口部件9具有对应该元件设置的排出口10。设置与流路13连通的排出口10。用支持部件5支持并固定排出元件基板300。与作为基板3的侧面的一个或多个端面的至少一部分接触地在基板3的周围设置密封部件11，由此防止作为基板3的侧面的端面暴露于液体。密封部件11与支持部件5接触。通过引线6将排出元件基板300与电气配线部件1连接，并且用引线密封部件12将引线6密封。

图2是例示排出元件基板300的透视图。在排出元件基板300中，在具有排出口部件9的基板3的表面的边缘设置垫8，通过垫8供给外部电力。密封部件11与作为基板3的侧面的端面15接触。基板3通常为长方体状(rectangular parallelepiped)。从表面看，基板3也可以是圆形或椭圆形，其圆周周围没有角。密封部件11可以配置在基板3的整个周围。

图3A是例示从上表面看到的根据本发明的示例性实施方案的排液头的一部分的透视图。在基板上设置的供给口4的两侧成列地配置排出口10。可在一个基板上设置多个供给口4。

图3B是图3A的A-A’横截面图。通过粘合剂7将基板3与支持部件5接合。供给口4通过流路13向能量产生元件30例如加热器或压电元件供给待排出的液体例如墨。

密封部件11与基板3的端面和支持部件5接触。排出口部件9也充当形成流路13的壁的流路壁部件。密封部件11可与流路壁部件的侧面紧密接触。流路壁部件由环氧树脂的固化产物、金属或氮化硅组成。

将电气配线部件1接合并固定于支持部件5，并且可以部分地与密封部件11接触。支持部件5由例如工程塑料树脂、氧化铝、陶瓷或金属制成。

以下对根据本发明的示例性实施方案的密封部件11的材料和密封工艺详细说明。图4A是例示施涂密封部件前的密封部分的顶视图。图4B是图4A的A-A’横截面图。将成为用于保护基板3的侧面免受墨和灰尘的端面密封部件的组合物施涂到待用端面密封部件涂布的部位14。用成为用于密封作为电接触部的引线6的引线密封部件12的第二组合物(电接触部密封剂)进一步涂布该组合物。引线密封部件12从基板延伸到引线和支持部件。随后，将成为端面密封部件和引线密封部件的材料固化。可通过同时将它们加热来使它们热固化。固化停止的时间在它们之间可不同。完成它们中一个的固化后，可以进一步加热另一个，由此实现对于它们两者充分的固化度。端面密封部件例如设置在上面没有设置引线密封部件的区域，并且可以在引线密封部件12的下面不设置。在这种情况下，没有设置端面密封部件11，而是设置引线密封部件12以将间隙填充，由此将基板的整个端面密封。

以下对基板端面密封部件11和引线密封部件12进行说明。

基板端面密封部件11可迅速地填充待用端面密封部件将其涂覆的部位14，该部位14位于基板和作为排出元件基板的支持部件的板5之间。部位14具有1mm以下的宽度，以致基板端面密封部件11可以是流体，并且可以保护基板免受液体例如墨和其他因素的影响。

引线密封部件12可将电气部件可靠地密封。此外，当将引线密封部件12安装于打印机中时，其不会由于为了清洁具有排出口的表面用刮板或擦拭器摩擦或者由于塞纸产生的与纸的接触而剥离。此外，引线密封部件12可不含氟化烷基化合物、低分子量环状硅氧烷和其他可能抑制该排液头面的拒墨功能的化合物。

为了发挥上述功能，基板端面密封部件11可由柔性材料制成，该柔性材料在宽的环境温度范围内具有良好的流动性和低触变性。另一方面，引线密封部件可由具有高硬度、高粘度和高触变性的形状保持材料制成。

根据本发明的示例性实施方案的端面密封部件的材料是具有作为主剂的包括丁二烯骨架的环氧树脂、和具有丁二烯骨架的固化剂的组合物。该丁二烯骨架是指含有1，4-丁二烯或1，2-丁二烯结构的结构，并且并不限定该结构的其他部分。该丁二烯骨架可称为聚丁二烯骨架。具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂可通过包括将丁二烯的双键氧化，由此实现环氧化的方法，或者包括将环氧基、羧酸、胺或酰胺引入丁二烯的常规方法制备。

具有丁二烯骨架的环氧树脂的实例包括，但并不限于，由式(1)、(3)和(4)表示的结构：

其中X表示1-100的整数，和Y表示0-100的整数；

其中R表示H或烷基，a和b各自表示1-100的整数，并且c和d各自表示0-100的整数；

其中e表示24-35的整数，和f表示8-11的整数。

本发明中可使用的具有丁二烯骨架的环氧树脂的实例包括，但并不限于，以下的具有丁二烯骨架的环氧树脂。可商购的具有丁二烯骨架的环氧树脂的实例包括R657(由Sartomer Company，Inc.制造)、JP200(由Nippon Soda Co.，Ltd.制造)、R45EPT(由Nagase ChemteXCorporation制造)、BF1000(由ADEKA Corporation制造)、PB3600(由Daicel Chemical Industries，Ltd.制造)和E-700-3.5(由Nippon Petrochemicals Co.，Ltd.制造)。

具有丁二烯骨架的固化剂的实例包括，但并不限于，由式(2)、(5)和(6)表示的结构：

其中g表示10-30的整数，和h表示1-4的整数；

其中i和j各自表示1-100的整数，和k表示0-100的整数；

其中m表示1-100的整数，和n表示0-100的整数。

具有丁二烯骨架的固化剂的实例包括，但并不限于，BN-1015(由Nippon Soda Co.，Ltd.制造)、R130MA8(由Sartomer Company，Inc.制造)、R130MA13(由Sartomer Company，Inc.制造)和R131MA5(由Sartomer Company，Inc.制造)。

可以将具有丁二烯骨架的树脂氢化。可以在任何阶段加氢；可以在聚丁二烯的环氧改性后对残留的双键进行加氢，或者可以在聚丁二烯的部分氢化后进行残留双键的环氧化。在末端改性后引入环氧基时，可以在环氧改性前或后任何阶段中加氢。

用作主剂的环氧树脂和固化剂的添加量使得环氧当量等于酸酐或活性氢当量。使用固化促进剂时，可以将固化剂的加料减少约10％，由此制备具有良好耐墨性的材料。

可使用稀释剂调节粘度。该稀释剂可以是具有聚硅氧烷骨架的化合物，该聚硅氧烷骨架含有能与环氧树脂反应的基团。例如，可使用作为反应性硅油已知的化合物，即具有其中引入了任何有机基团例如环氧基的聚硅氧烷骨架的化合物。根据一个方面，可使用具有两个以上环氧基的那些，原因在于它们反应性高并因此提高固化产物的硬度。具体化合物的实例包括，但并不限于，由式(7)、(8)和(9)表示的结构：

其中p表示1-1000的整数，和q表示0-10的整数，R₁表示亚烷基(其在碳原子之间可任选含有氧原子)，和R₂表示选自环氧基、氨基、羟基和巯基中的任一种基团；

其中r表示1-100的整数，R₁表示亚烷基(其在碳原子之间可任选含有氧原子)，和R₂表示选自环氧基、氨基、羟基和巯基中的任一种基团；

其中s表示1-500的整数，和t表示1-10的整数，R₁表示亚烷基(其在碳原子之间可任选含有氧原子)，和R₂表示选自环氧基、氨基、羟基和巯基中的任一种基团。

环氧基R₂可以是脂环族环氧基。该反应性硅油的实例包括，但并不限于，可商购的反应性硅油例如KF-101、KF-1001、X-22-343、X-22-2000、X-22-2046、KF-102、X-22-163和KF-105(由Shin-EtsuChemical Co.，Ltd.制造)，和X-22-163A、X-22-163B、X-22-163C、X-22-169AS、X-22-169B和X-22-9002(由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造)。以实现目标粘度的量添加反应性硅油。相对于100重量份具有丁二烯骨架的环氧树脂，反应性硅油的比例可以是，但并不限于，10-90重量份。稀释剂可以是反应性硅油，由此实现与具有丁二烯骨架的环氧树脂和具有丁二烯骨架的固化剂的良好的相容性和亲和性。其结果，可在保持固化性且耐液性没有劣化的情况下实现低粘度。

用作固化促进剂的固化催化剂的实例包括，但并不限于，咪唑类例如2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、1，2-二甲基咪唑和2-甲基-4-甲基咪唑。或者，可使用与环氧树脂加成的咪唑类作为固化催化剂，其能够变成固体，因此改善保存稳定性。可商购的产品包括Amicure PN-23(由Ajinomoto Fine-Techno Co.，Inc.制造)。固化催化剂的实例还包括叔胺例如三(二甲基氨基甲基)苯酚、苄基二甲基胺和1，8-二氮杂双环(5，4，0)十一碳烯-7；阳离子聚合催化剂例如三氟化硼胺络合物和三苯基锍盐；和其他催化剂例如三苯基砜。或者，可以使用热阳离子聚合引发剂。还可任选使用光阳离子聚合引发剂。光阳离子聚合引发剂的实例包括芳香族鎓盐。

为了改善粘合性、降低粘度和调节反应性，基板端面密封部件的材料可含有通常的环氧树脂和固化剂。通常的环氧树脂的实例包括，但并不限于，双酚A型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂和其他多官能环氧树脂。固化剂的实例包括，但并不限于，酸酐例如DDSA或MeHHPA、多胺和酰胺(amides)。其他添加剂的实例包括，但并不限于，环氧单官能类、醇类、酚类、硅烷偶联剂、氧杂环丁烷和乙烯基醚。可以添加填料例如石英。

由于主剂和固化剂具有丁二烯骨架，添加通常的老化抑制剂可有效防止氧化劣化，因此改善排液头的长期可靠性。老化抑制剂的实例包括，但并不限于，“NOCRAC TNP”和“NOCRAC NS-6”(商品名，由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造)。

根据本发明人的研究，具有丁二烯骨架的环氧树脂与其他通用环氧树脂或固化剂的混溶性差，并且倾向于被通常的固化剂差地固化。其原因可能是由于其骨架其具有低极性，并且具有比通用环氧树脂例如双酚A型环氧树脂低的SP值。

根据本发明的方面，固化剂具有丁二烯骨架，其为主剂的骨架，因此与主剂具有良好的相容性和亲和性，并且改善它们之间的反应性。此外，设置在基板3和支持部件5之间时，根据本发明方面的基板端面密封部件11如此柔韧以致其对基板产生很小的影响例如收缩应力。

考虑上述性能，引线密封部件的主剂可具有或者可不具有丁二烯骨架。可考虑与主剂的相容性来选择固化剂，并且可具有或可不具有丁二烯骨架。

以下例示本发明的实施例。

作为基板端面密封部件的材料，制备对应于实施例1-6和比较例1-5的组合物，并进行以下评价。

(柔性评价)

将实施例1-6和比较例1-5的组合物的每一个以2.5g的量放置在Teflon(注册商标)反应板上，并且在120℃的烘箱中加热1小时，由此促进固化，然后使用NANO INDENTER(由Fischer Instruments K.K.制造)测定固化产物的弹性模量。

评价标准

弹性模量为10MPa以下。

○：弹性模量为10MPa-500MPa。

△：弹性模量为500MPa以上。

(固化性评价)

将实施例1-6和比较例1-5的组合物的每一个以2.5g的量放置在Teflon(注册商标)反应板上，并且在烘箱中在120℃下加热1小时，由此促进固化，然后用手指接触固化产物来评价粘性(表面粘性)。

评价标准

○：不发粘

△：发粘

(共固化性)

将引线密封部件用密封剂施涂于基板端面密封部件用密封剂，开始加热，并进行对应于包括共固化的制造方法的试验。

将其量为2g的引线密封部件用密封剂施涂于2g实施例1-6和比较例1-5的每一个组合物，并且在150℃的烘箱中加热1小时，由此促进固化，然后用手指接触固化产物。将下述密封剂A和B用作引线密封部件用密封剂，并且进行对应于引线密封部件密封剂A和B的共固化性1和2的评价。

(引线密封部件用密封剂A)

具有丁二烯骨架的环氧树脂(BF1000，由ADEKA Corporation制造)  100重量份

三亚乙基四胺  20重量份

二甲基氨基苯酚  1重量份

石英填料(平均颗粒尺寸：10μm)  350重量份

硅烷偶联剂(A-187，由Nippon Unicar Company Limited制造)5重量份

(引线密封部件用密封剂B)

双酚A型环氧树脂(EP-4100E，由ADEKA Corporation制造)100重量份

六氢邻苯二甲酸酐  80重量份

咪唑固化促进剂(2E4MZ，由Shikoku Chemicals Corporation制造)  1重量份

石英填料(平均颗粒尺寸：10μm)  550重量份

硅烷偶联剂(A-187，由Nippon Unicar Company Limited制造)5重量份

评价标准

○：在端面密封部件和引线密封部件之间没有观察到分离。

△：在端面密封部件和引线密封部件之间观察到一些分离。

(安装评价)

通过以下方法制造图2中所示的排液头。首先，在基板表面上设置填充成为墨流路的部分的模具，然后在其上施涂用于形成流路壁的下述树脂组合物，并在80℃的热板上烘烤三分钟，这样形成具有80μm厚度的树脂层。接着，使用MPA-1500(由Canon Inc.制造)进行图案化，这样形成也充当排出口部件的流路壁部件。接着，形成从基板的背面穿到正面的供液口。然后，将模具移去，并将基板切割为排液头所需尺寸的片材，这样得到排液头。将实施例1-6和比较例1-5的密封树脂组合物各自施涂到基板的侧面(横截面)与片材上流路壁部件之间的边界，并且在150℃的烘箱中加热1小时，由此使基板周围的密封剂固化。然后，观察边界。

(用于形成流路壁的树脂组合物)

环氧树脂(EHPE-3150，由Daicel Chemical Industries，Ltd.制造)  100重量份

光酸产生剂(ADEKA OPTMER SP-170，由ADEKA Corporation制造)  2重量份

二甘醇二甲醚  100重量份

(评价标准)

○：在基板和流路壁部件之间的界面没有观察到渗入。

△：在基板和流路壁部件之间的界面观察到渗入。

将评价的结果汇总于表1中。表中的数字表示重量份，并且表示组分的重量比。

[表1]

(*1)：R45EPT(商品名)，由Nagase ChemteX Corporation制造

(*2)：BF1000(商品名)，由ADEKA Corporation制造

(*3)：EP-4100E(商品名)，由ADEKA Corporation制造

(*4)：BN-1015(商品名)，由Nippon Soda Co.，Ltd.制造

(*5)：R130MA13(商品名)，由Nippon Soda Co.，Ltd.制造

(*6)：三亚乙基四胺

(*7)：六氢邻苯二甲酸酐

(*8)：2E4MZ(商品名)，由Shikoku Chemicals Corporation制造

(*9)：TEP-2E4MZ(商品名)，由Nippon Soda Co.，Ltd.制造

(*10)：二甲基氨基苯酚

(*11)：ANCHOR 1140(商品名)，由Air Product Japan，Inc.制造

(*12)：ED-518S(商品名)，由ADEKA Corporation制造

(*13)：KF-105(商品名)，由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造；KF-105具有两个以上环氧基。

表1中所示的柔性评价和固化性评价的结果表明实施例1-6实现了柔性和高反应性，但比较例1-5没有实现柔性和高反应性。例如，实施例1-3和比较例1之间的比较表明与比较例相比实施例实现了充分的柔性和固化性。其原因可能是作为主剂的具有丁二烯骨架的环氧树脂和作为固化剂的具有丁二烯骨架的酸酐的组合实现两者之间的高亲和性，因此固化反应成功地进行，并且实现了较高的柔性。这也可通过实施例4、5和比较例2-4之间的比较理解。

本发明人已发现使用均具有丁二烯骨架的作为主剂的环氧树脂和固化剂显著地改善它们之间的反应性。反应性的改善通过比较均具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂之间的相容性和均不具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂之间的相容性而得以证明。通过Small的估算法计算SP值时，均不具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂具有约20(J/cm³)^1/2的SP值。另一方面，均具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂具有约16(J/cm³)^1/2的SP值。因此认为在比较例中使用的具有丁二烯骨架的环氧树脂和不具有丁二烯骨架的固化剂之间的相容性差。

比较例1、2和4包括具有丁二烯骨架的环氧树脂和不具有丁二烯骨架的固化剂的组合。因此，相容性差，反应性低，因此交联密度难以提高。这可能是低温下固化不足的原因。

如共固化性评价的结果所示，无论是密封剂A或B用作引线密封部件密封剂，在实施例中都没有检测到未固化的部分。其原因可能是作为主剂的环氧树脂和固化剂之间的相容性如此良好以致以足够的速率进行固化，因此在基板端面密封部件和引线密封部件之间在固化速率方面差异很小，以致基板端面密封部件被引线密封部件剥夺了其固化剂。

实施例的安装形式的排液头的评价中，在基板和流路壁部件之间的界面没有检测到基板端面密封部件的渗入。如上所述，均具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂的SP值与通常的环氧树脂的SP值显著不同，以致它们显示出低的与流路壁部件中使用的环氧树脂的亲和性。这可能是在基板和流路壁部件之间的界面没有密封剂的渗入的原因。将流路壁部件和基板之间的接合保持在良好的状态，这将有助于排液头的长期可靠性。

如实施例6所示，通过使用SP值与均具有丁二烯骨架的环氧树脂和固化剂的SP值接近的反应性硅油，有效地使粘度降低。其结果，在短时间内完成基板端面密封部件的施涂。

因此实施例表明本发明的方面可提供排液头和短时间内制造该排液头的方法，该排液头包括侧面用具有良好的耐液性和高可靠性的密封部件密封的基板。

尽管已参照示例性实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于公开的示例性实施方案。对以下权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有变形、等同结构和功能。

Claims (12)

1.排液头，其包括：

基板，该基板在其一侧具有能量产生元件，该能量产生元件用于产生用于排出液体的能量；和

与该基板的一个或多个端面的至少一部分接触地配置的密封部件，该密封部件是组合物的固化产物，该组合物包括具有丁二烯骨架的环氧树脂和具有丁二烯骨架的环氧树脂固化剂。

2.根据权利要求1所述的排液头，其中该环氧树脂是由式(1)表示的化合物：

其中X表示1-100的整数，和Y表示0-100的整数。

3.根据权利要求1所述的排液头，其中该固化剂是由式(2)表示的化合物：

其中g表示10-30的整数，和h表示1-4的整数。

4.根据权利要求1所述的排液头，其中将该密封部件配置在该基板的端面的整个周围。

5.根据权利要求1所述的排液头，其中该基板由支持部件支持。

6.根据权利要求1所述的排液头，其中该基板在其上具有流路壁部件，该流路壁部件具有与对应于该能量产生元件设置的排液口连通的流路的壁，该密封部件与该流路壁部件的一个或多个端面的至少一部分接触。

7.根据权利要求1所述的排液头，其中该组合物包括含有能与该环氧树脂反应的基团且具有聚硅氧烷骨架的化合物。

8.根据权利要求7所述的排液头，其中该具有聚硅氧烷骨架的化合物由式(8)表示：

其中r表示1-100的整数，R₁表示亚烷基，该亚烷基任选地在碳原子之间具有氧原子，和R₂表示选自环氧基、氨基、羟基和巯基中的任一种基团。

9.排液头的制造方法，该排液头包括基板，该基板在其一侧具有能量产生元件，该能量产生元件用于产生用于排出液体的能量，该方法包括：

以第一组合物与该基板的一个或多个端面的至少一部分接触的方式施涂该第一组合物，该第一组合物包括具有丁二烯骨架的环氧树脂和具有丁二烯骨架的环氧树脂固化剂，和

将该第一组合物固化。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括向该基板的整个端面周围施涂该第一组合物。

11.根据权利要求9所述的方法，其还包括，在施涂该第一组合物后：

在该第一组合物上施涂第二组合物，该第二组合物包括不具有丁二烯骨架的环氧树脂和不具有丁二烯骨架的环氧树脂固化剂；和

将该第一组合物和该第二组合物固化。

12.根据权利要求9所述的方法，其还包括加热该第一组合物以将该第一组合物固化。

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