CN107009746A - 液体排出头以及液体排出头的流路构件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体排出头以及液体排出头的流路构件的制造方法。一种用于排出液体的液体排出头，其包括：流路构件，其由第一树脂和多个包覆树脂颗粒构成，且设置有构造为与所述液体接触的流路，所述包覆树脂颗粒具有由构成内核的填料和构成外核的第二树脂构成的芯‑鞘结构。

Description

液体排出头以及液体排出头的流路构件的制造方法

技术领域

本发明涉及液体排出头和该液体排出头的流路构件的制造方法。特别是，本发明涉及用于通过将填料添加至成形材料，例如树脂，来形成流路构件的技术。

背景技术

其中用于支承设置有能量产生元件的基板的支承构件通过用填料填充树脂来形成的喷墨记录头(在下文也仅称作记录头)是液体排出头的一个实例。日本专利特开第2010-247508号公开了，在记录头中，用于支承基板的支承构件通过用填料填充树脂而形成。在形成支承构件时，使用填料降低了线性膨胀系数，从而降低了支承构件与待接合的基板之间产生的应力。

日本专利特开第2010-247508号中描述的支承构件形成为设置有为了保证在墨供给室与基板之间墨连通的流路，与通常用作用于形成支承构件的材料的铝相比，该支承构件能以低廉的价格生产。

然而，在设置有配置为与液体例如墨接触的流路的流路构件通过用填料填充成形材料例如树脂而形成的上述支承构件的情况下，填料颗粒在成形物表面露出，可能会溶解在液体例如墨中。特别是在添加相对大量的填料以实现小的线性膨胀系数的情况下，填料在表面露出，容易溶解在液体中。如上所述溶解在液体中的填料可能会带来有害效果，例如堵塞记录头喷嘴。

发明内容

本发明提供一种用于排出液体的液体排出头，其包括：由第一树脂和多个包覆树脂颗粒构成且设置有构造为与所述液体接触的流路的流路构件，所述包覆树脂颗粒具有由构成内核的填料和构成外核的第二树脂构成的芯-鞘结构。

参照附图从以下示例性实施方式的描述本发明的进一步特征将变得显而易见。

附图说明

图1A和1B分别是根据本发明液体排出头的实施方式的喷墨记录头的侧视图和平面图。

图2是图1A和1B中所示的记录头的分解立体图。

图3是示出了根据本发明实施方式的、用于形成底板(base plate)的处理的流程图。

图4A和4B是分别示出了根据本发明实施方式的成形物的表面和截面的图。

图5A和5B是分别示出了根据比较例的成形物的表面和截面的图。

图6是设置有根据本发明实施方式的记录头的喷墨记录设备的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的实施方式。

图1A和1B分别是根据本发明液体排出头的实施方式的喷墨记录头的侧视图和平面图。图2是图1A和1B中所示的记录头的分解立体图。

如图1A和1B所示，根据实施方式的记录头1000以交错阵列设置有多个记录元件基板1100，墨水从构成配置在各记录元件基板的记录元件的喷嘴喷出。在记录头1000中，电配线基板1300配置在各记录元件基板1100周围，从而在各记录元件基板1100与其上安装记录头1000的记录设备主体之间进行电信号等的传送和接收。根据该实施方式的记录头1000为全幅型(full-line type)记录头。即，多个记录元件基板1100的所有喷嘴都排列在与输送的记录介质的宽度相对应的范围内。

如图2所示，根据该实施方式的记录头1000被构造为包括：由硅(Si)构成的记录元件基板1100、用于支承记录元件基板的底板1200、用于将记录元件基板电连接到记录设备的电配线基板1300、以及接合到底板1200的墨供给构件1500。多个记录元件基板1100在底板1200的主表面1200a上沿与记录介质的输送方向交叉的方向交错配置。墨供给构件1500接合到与主表面1200a相对侧上的表面1200b。在该构造中，贮存在设置于墨供给构件1500中的贮墨部1510中的墨，通过设置在底板1200中的且对应于各记录元件的墨供给狭缝1210，供给到记录元件基板1100的各喷嘴的各自设置有发热加热器的压力室。

如上所述，墨的流路(狭缝1210)设置在底板1200中。如下文所详细描述的，底板1200由含填料的树脂形成。

以下将描述用于形成用作流路构件的底板1200的材料和形成方法。如下文参照图3等所描述的，根据本发明的该实施方式的底板通过将混合入形成用树脂的填料用不同于该形成用树脂的树脂来包覆而生产。结果，防止填料颗粒在底板表面露出。

首先，将说明作为构成材料的混合入形成用树脂的填料。用于该实施方式的填料的实例包括：二氧化硅、熔融石英、碳酸钙、水合氧化铝、锆石堇青石、云母、滑石、氢氧化镁和玻璃纤维。关于根据本发明的填料颗粒的形状没有特别限制。为了增大填充率，可采用球状，为了实现最紧密的填充，希望将不同粒径的填料混入树脂中。大粒径颗粒与小粒径颗粒的比率优选在约9:1至6:4的范围内。

尤其是，熔融石英的线性膨胀系数小且价格低廉。此外，颗粒形状是球状，因此可将各种粒径的颗粒混合，从而实现最紧密的填充。玻璃纤维为纤维状，因此在通过例如包括在通过使用粉碎机的切割纤维的步骤前浸入后述包覆液并提起的方法配置包覆膜的情况下，防止了纤维聚集，能容易地控制包覆膜厚度。

可根据所需特性组合使用多种填料。例如，在用于强碱性溶液的容器等的情况下，可通过使用具有高耐化学品性的氧化铝来得到良好的耐性。

对于包覆填料的树脂没有特别限定。在树脂为热塑性树脂的情况下，如下所述，熔点可以充分高于与填料混炼时的温度和在成形时的树脂温度。包覆填料的树脂的熔点可以高于用于形成流路构件的树脂的熔点。结果，填料的包覆树脂的熔融在成形底板期间的加热状态下得到抑制，从而抑制填料因包覆树脂颗粒的熔融而露出。其实例包括HIMAL，它是由Hitachi Chemical Company,Ltd.生产的聚醚酰胺树脂。HIMAL的玻璃化转变温度高，且显示高的耐化学品性。同时，在树脂为热固性树脂的情况下，其实例包括：酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂和不饱和聚酯树脂。从对填料的密合性、耐墨性等观点来看，环氧树脂特别适合。在此，环氧树脂是指由环氧树脂、固化剂、固化促进剂、和硅烷偶联剂等构成的环氧树脂组合物。可使用液体或固体，这是因为当包覆填料时要制备溶液。

环氧树脂组合物中，环氧树脂的实例包括：双酚A环氧，如双酚F的缩水甘油醚、双酚AD或进一步加成烯化氧的化合物，环氧线型酚醛树脂，双酚A线型酚醛二缩水甘油醚树脂和双酚F线型酚醛二缩水甘油醚树脂等缩水甘油醚型或缩水甘油胺型环氧，以及脂环族环氧。此外，不仅可以使用液体树脂，还可以使用固体树脂，只要制备成液体树脂组合物即可。固体树脂的实例包括具有以下骨架的环氧：联苯骨架、萘骨架、甲酚线型酚醛骨架、三苯酚甲烷骨架、二环戊二烯骨架、苯酚-亚联苯骨架等。

在环氧树脂组合物中，对固化剂没有特别限制。可使用例如胺、叔胺、聚酰胺、酸酐、咪唑和酚。此外，可使用将环氧树脂添加到该固化剂从而改善适用期和反应性的材料。作为固化剂的酸酐的实例包括：四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、氢化甲基纳迪克酸酐和三烷基四氢邻苯二甲酸酐。咪唑的实例包括：2-乙基-4-甲基咪唑和1-(2-氰基乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑。固体固化剂的实例包括酚固化剂，例如，苯撑二甲基线型酚醛、联苯线型酚醛和二环戊二烯苯酚线型酚醛(dicyclopentadiene phenol novolac)。

可通过采用通常使用的方法将挠性赋予剂或其它添加剂添加至树脂组合物。挠性赋予剂的实例包括：如1,6-己二醇二缩水甘油醚和甘油三缩水甘油醚等通常的醇改性的环氧，氨基甲酸酯改性的环氧，以及硅酮改性的环氧。还包括例如，在主链中具有硅氧烷键的1,1,3,3-四甲基-1,3-二缩水甘油醚二硅氧烷等。

可将硅烷偶联剂添加至环氧树脂组合物中。硅烷偶联剂的实例包括：γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)-乙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三乙氧基硅烷、和γ-氨基丙基三甲氧基硅烷。还可以使用钛酸酯系或铝酸酯系材料。

对于当用树脂组合物包覆填料时的包覆厚度，没有特别限制。然而，在厚度过大的情况下，添加填料的效果因线性膨胀系数降低而减小，成形用树脂的填充量也降低。存在填料颗粒因包覆而可能容易聚集并且可能不是所有的填料颗粒都得以包覆的问题。从上述各点，尽管包覆厚度依赖于填料的尺寸，但包覆厚度为0.1μm以下，优选0.05μm以下。

与填料混炼的形成用树脂的实例包括：PPS、改性PPE和LCP。可组合使用这些树脂。例如，可使用相对廉价的PPS与改性PPE的混合物。在这种情况下，PPS是具有高耐热性和高流动性材料，改性PPE具有优异的粘接性、膜形成性和机械特性。因此，如在该实施方式中，在添加大量填料的情况下，成形材料自身的流动性大大降低。因此，通过增加PPS的比例，能确保流动性，可组合使用改性PPE，从而保持对填料的密合性。

包覆的填料的添加量依赖于种类、形状、和成形用树脂的熔融粘度而变化。在添加填料使得质量含量相对于成形用树脂为60％以上的情况下，在成形表面露出的填料比例增加，本发明的效果得以有效发挥。例如，在熔融石英用于填料的情况下，当填料以75wt％以上的量添加时，本发明的效果得以有效发挥。

下面，对形成底板1200的方法进行描述。

图3是用于形成由上述材料构成的底板的处理的流程图。

在S31中，制备包覆用树脂。表1示出了用作包覆用树脂的两种环氧树脂组合物。在表1中，由数字“1”表示的组合物为液体，由数字“2”表示的组合物为固体。在以下说明中，将描述其中通过分别使用环氧树脂组合物1和2形成填料的包覆材料的示例性实施方式(下文称作示例性实施方式1和示例性实施方式2)。然而，除非另有说明，用于形成两者的处理是相同的，因此，在说明中并不区分示例性实施方式1和示例性实施方式2。环氧树脂组合物1和2含有硅烷偶联剂，尽管硅烷偶联剂并不总是必需的，只要填料自身经硅烷处理即可。然而，在硅烷偶联剂也包含在组合物中的情况下，从改进对填料密合的观点，可以有利地发挥效果。

表1：环氧树脂组合物

在步骤S32中，形成(制备)包覆用树脂的溶液。具体而言，通过将上述环氧树脂组合物与MEK以重量比1:1混合来制备溶液。溶剂的种类和溶剂的比例不限于该实施例。然而，当将环氧树脂组合物与填料混炼时，产生溶液状态是必要的。这是因为，如果不产生溶液状态，填料整体不能用树脂溶液可靠地包覆，会在填料表面产生缺陷，例如针孔。

在步骤S33中，将在步骤S32中形成的溶液与填料混合。填料为球状熔融石英。使用Micron Co.生产的HS-304，从其中切割出平均粒径25μm的小粒径颗粒。粒径不限于此，为了最紧密填充，可组合使用不同粒径的几种颗粒。使用从其中切割出小粒径颗粒的产品，这是因为，如果小粒径颗粒的比例大，小粒径颗粒与介于其间的包覆用树脂聚集，包覆用树脂无法铺展在整个填料上。

在该步骤中，先对填料进行硅烷处理。也就是，将10Kg填料放入亨舍尔混合机中。接着，在以700rpm进行搅拌的同时将由7g的A-187和500g乙醇构成的溶液放入混合机中，进行搅拌5分钟。检查到粘稠溶液均匀，引入蒸气。通过蒸气使溶剂蒸发后，将搅拌转数设置为1,400rpm，该状态在100℃下保持5分钟。然后，进行冷却。

用包覆用树脂包覆填料。也就是，在以约50rpm的低速度下进行搅拌的同时，将作为根据基于填料的比表面积的计算以与包覆厚度0.05μm相对应的量的溶液的800g环氧树脂组合物1或环氧树脂组合物2的溶液在冷却后，加入亨舍尔混合机中。然后，搅拌5分钟。

在步骤S34中，检查到粘稠溶液是均匀的。以1,000rpm进行搅拌10分钟，使得环氧树脂组合物1或环氧树脂组合物2铺展在填料的每个颗粒周围。如上所述，无论树脂组合物是粘稠液体还是固体，通过使用热固性树脂的溶液，树脂组合物都铺展在整个填料上。

在步骤S35中，将转速降低到700rpm，引入蒸气(进行加热)来蒸发溶剂。如上所述，在进行搅拌的同时加热去除溶剂，从而使填料的各颗粒都用树脂均匀地包覆。

在步骤S36中，加热和搅拌在150℃持续60分钟以固化包覆树脂颗粒，然后进行冷却。在搅拌下进行加热，从而使包覆树脂颗粒固化，而填料颗粒不彼此粘合。将用环氧树脂组合物2包覆的填料进行在200℃的炉中再额外加热1小时，从而增加交联度。通过在亨舍尔混合机中加热，很大程度地促进环氧树脂组合物2的固化。因此，即使进行额外加热时，填料颗粒也不彼此粘接。形成了填料的各球状颗粒都用包覆用树脂包覆的填料的包覆物。填料的包覆物的各颗粒都具有芯-鞘结构，其中，外核为包覆用树脂，内核为填料，填料的包覆物的外形基本为球状。

接下来，以下将描述将如上参照图3所述的通过用树脂包覆填料而得到的填料包覆物混合入用于形成底板的树脂的处理。

将与上述填料的包覆树脂不同的树脂用作用于制备底板的成形用树脂。具体而言，将B-060P(由Tosoh Susteel生产)用作PPS，将XYRON SX101(Asahi Kasei ChemicalsCorp.)用作改性PPE。通过将PPS与改性PPE以比率4:1粉碎和混合来制备成形用树脂。

如上所述，包覆的填料是示例性实施方式1中用环氧树脂组合物1包覆的HS-304，或为示例性实施方式2中用环氧树脂组合物2包覆的HS-304。在这点上，在比较例1中，使用未包覆的用作填料的HS-304。同样，在比较例2中，使用未包覆的用作填料的HS-304。

将这些填料的每一种与上述成形用树脂以成形用树脂：填料为20:80的重量比，用单螺杆挤出机混炼并造粒，从而获得底板形状的成形物。

四种如此制备的成形物，即示例性实施方式1和2以及比较例1和2的评价结果如下所述。

图4A和4B为分别示出根据示例性实施方式1或示例性实施方式2的成形物的表面和截面的图。图5A和5B为分别示出根据比较例1或比较例2的成形物的表面和截面的图。

这四种成形物均具有相对高的填料含量，因此，填料可能在成形物表面露出。如图4A所示，关于示例性实施方式1或示例性实施方式2的成形物，填料作为用包覆树脂包覆的、树脂包覆填料3200的颗粒露出。尤其是，树脂包覆填料3200的颗粒混入成形用树脂3100中，颗粒中的一些在成形物表面露出，其中填料的各颗粒处于用树脂完全包覆的状态。也就是说，如图4B所示，当将示例性实施方式1或示例性实施方式2中的成形物的树脂包覆填料3200的各颗粒切开时，由图4B中白色所表示的填料3210的颗粒处于用由黑色所表示的树脂包覆的状态。

另一方面，关于比较例1或比较例2的成形物，如图5A所示，当填料在成形物表面露出时，露出未用树脂包覆的、填料4200自身的颗粒。从图5B的截面图清楚的是，图5B中由白色所表示的填料4200的颗粒，混入成形物中，但未被包覆。

如上所述，在根据本发明的实施方式的示例性实施方式1和2的每个中，即使在填料在成形物表面露出的情况下，填料也是用树脂包覆的。结果，当成形物为如在该实施方式的情况下的底板(流路构件)时，能防止填料溶出至液体例如墨中。

在具体的评价试验中，将10g通过上述制造方法生产的成形物，浸入60℃下的200g黑色墨中1个月，然后测量填料溶出到墨中的量。结果，在示例性实施方式1和2中，该量为1ppm以下，因此，几乎不能确认溶出。另一方面，在比较例1和2中，观察到约10ppm的溶出。

设备的构造

图6是根据本发明的液体排出设备的实施方式的喷墨记录设备的立体图。喷墨记录设备1为全幅型打印机，其中，如图6所示，沿与记录介质P的输送方向(X方向：第二方向)交叉的方向(Y方向：第一方向)延伸的记录头2Y、2M、2C和2Bk并排设置。在此，2Y表示用于排出黄色墨的记录头，2M表示用于排出品红色墨的记录头，2C表示用于排出青色墨的记录头，2Bk表示用于排出黑色墨的记录头。这些记录头设置有以上述实施方式中描述的生产制造过程中生产的底板。记录头2连接到分别贮存黄色墨、品红色墨、青色墨和黑色墨的四个具有介由其之间的各连接管4连接的储墨器3Y、3M、3C和3Bk(下文中统称为储墨器3)。此外，储墨器3的每一个都与连接管4可交换。

控制器9控制图6中所示的所有机构，以控制整个喷墨记录设备1的操作。在进行记录操作时，控制器9通过使用电机驱动器16驱动进给电机15，从而使一对进给辊14旋转。随着该旋转，记录介质P沿着图6中所示的X方向进给。控制器9驱动电机驱动器12，从而使带驱动电机11旋转。随着该旋转，连接到带驱动电机11的驱动辊17旋转，环绕在驱动辊17上的输送带5移动。此外，控制器9驱动充电器驱动器13a，从而开动配置在输送带5上游的充电器13，使得进给到充电器13的记录介质P带电。带电的记录介质P被吸附至输送带5上，且伴随着输送带5的移动、沿X方向以预定速度输送。

在输送路径的记录位置处，配置用于从下方支持记录介质P的台板(platen)6和用于在该位置处在记录介质P上进行记录的记录头2。记录头2的每个喷嘴都用其间连接的头驱动器2a电连接到控制器9，并根据从控制器9发送的驱动信号来排出墨。结果，圆点记录到相对于记录头移动的记录介质P上。通过控制器9适当控制记录介质P的输送速度与墨从记录头2的每个喷嘴排出的频率之间的关系，图像以预定分辨率记录在记录介质P上。

当执行记录头的回复过程时，控制器9驱动头移动装置10，从而沿减少与台板6接近度的方向，暂时抬起记录头2。然后，使帽移装置8移动，从而使帽7恰好移动到记录头2的下方。接着，驱动头移动装置10，从而使记录头2朝向帽7下降。帽7达到覆盖记录头2的排出口表面的状态，从而接收从排出口排出的废墨，且从排出口强制吸出墨。

其它实施方式

根据上述实施方式的记录头是全幅型的，但其不限于此。例如，本发明可用于例如所谓的串行式(serial type)记录头的支承构件。

当然，本发明应用的构件不限于上述支承构件。可以使用任何构件，只要该构件与液体例如墨接触(在本说明书中称作“流路构件”)即可。例如，流路构件可设置在用于贮存液体的液体贮存部中，或在使液体贮存部与液体排出头之间连通的液体连通路径的至少一部分中。

根据上述构造，可提供填料颗粒在液体排出头的流路构件的表面不露出的液体排出头。

尽管参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但应该理解本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以涵盖所有的此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种用于排出液体的液体排出头，其特征在于，其包括：

流路构件，其由第一树脂和多个包覆树脂颗粒构成，且设置有构造为与所述液体接触的流路；

其中，各所述包覆树脂颗粒具有由构成内核的填料和构成外核的第二树脂构成的芯-鞘结构。

2.根据权利要求1所述的液体排出头，其中，包覆所述填料的所述第二树脂的熔点高于构成所述流路构件的所述第一树脂的熔点。

3.根据权利要求1所述的液体排出头，其中，包覆所述填料的所述第二树脂是热固化性的。

4.根据权利要求1所述的液体排出头，其中，包覆所述填料的所述第二树脂是环氧树脂组合物。

5.根据权利要求1所述的液体排出头，其中，所述填料在所述流路构件中的质量含量为60％以上。

6.根据权利要求1所述的液体排出头，其中，所述填料为熔融石英。

7.根据权利要求1所述的液体排出头，其中，所述包覆树脂颗粒的形状为球状。

8.一种液体排出头的流路构件的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将树脂溶液与填料混合，以产生溶液状态；

在所述溶液状态下进行所述混合时，通过进行加热去除溶剂；

在进行所述混合时通过进行加热以固化树脂，形成具有由构成内核的填料和构成外核的树脂构成的芯-鞘结构的包覆树脂颗粒；以及

将多个所述包覆树脂颗粒与用于成形所述流路构件的成形用树脂混炼。

9.根据权利要求8所述的液体排出头的流路构件的制造方法，其中，包含在所述包覆树脂颗粒中的所述树脂的熔点高于所述成形用树脂的熔点。

10.一种液体排出设备，其设置有用于排出液体的液体排出头，其特征在于，所述液体排出设备包括：

流路构件，其由第一树脂和多个包覆树脂颗粒构成，且设置有构造为供给所述液体的流路；

其中，所述包覆树脂颗粒具有由构成内核的填料和构成外核的第二树脂构成的芯-鞘结构。

11.根据权利要求10所述的液体排出设备，其中，所述流路构件配置在使用于贮存所述液体的液体贮存部与所述液体排出头之间连通的路径中。