JP4055091B2

JP4055091B2 - Ink jet head and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4055091B2
Application number: JP7183298A
Authority: JP
Inventors: 幸雄瀧川; 修谷口
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JPH11268268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルからインクを噴射して紙の上に文字又は図形を描くインクジェットタイプのプリンタ用インクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微細なノズルからインクを噴射して紙の上に文字又は図形を描くインクジェットタイプのプリンタが広く使用されている。インクジェットタイプのプリンタヘッドは、インク噴射エネルギーを発生する複数のインク噴射エネルギー発生素子を備えた第１の板状部材と、インク流路となる複数の溝を備えた第２の板状部材と、複数のノズル孔が設けられたノズル板とを接合して形成されている。インク噴射エネルギー発生素子は、例えば圧電効果を有するセラミックスにより形成されている。また、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合するときには、インク噴射エネルギー発生素子は第２の板状部材の溝の上に配置される。溝と第１の板状部材とにより、インクが通る空間が形成される。この空間をインク流路という。ノズル板は、各ノズルが各インク流路の端部に位置するように、第１の板状部材及び第２の板状部材の端部に接合される。
【０００３】
このように構成されたインクジェットヘッドにおいて、インク噴射エネルギー発生素子に電圧が印加されると圧電効果により歪みが発生し、インク流路内のインクに圧力が加わり、ノズルからインクが噴射される。インクヘッド又は紙を移動させながら各インク噴射エネルギー発生素子に印加する電圧を制御することにより、紙の上に文字、図形又は画像を描くことができる。
【０００４】
ところで、第２の板状部材には、溝の寸法精度がよいこと、平面性が優れていること、ヤング率が高くインクを吐出するときの圧力により変形し難いこと、が必要である。このため、従来は、第２の板状部材の材料としてガラスが使用されており、溝をエッチングにより形成していた。
しかし、ガラスにより形成された第２の板状部材は破損しやすいという欠点がある。また、エッチングにより溝を形成するために製造に時間がかかり、生産性が悪いとう欠点もある。このため、現在では、第２の板状部材は、ポリサルフォン、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ポリカーボネート、アクリル樹脂及びポリエーテルサルファイドなどの熱可塑性樹脂を材料とし、射出成形により製造している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱可塑性樹脂を射出成形して第２の板状部材を製造すると、射出成形時に樹脂が溝間の壁部等の微細な部分にまで充填されず、製造不良が発生することがある。また、第２の板状部材が長時間インクに接触していると、樹脂が膨潤したりインク中に溶出することがある。更に、上記の樹脂は線膨張係数が大きいために、第１の板状部材と接合する工程で熱を加えると反りが発生しやすい。
【０００６】
本発明は、製造が容易であり、長時間インクに接触していても膨潤及び樹脂の溶出が発生し難く、線膨張係数が小さくて製造不良が発生し難いインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、インク噴射エネルギーを発生させるインク噴射エネルギー発生素子を備えた第１の板状部材と、前記第１の板状部材に接合され、前記インク噴射エネルギー発生素子に対向する位置にインクが通る溝を備えた第２の板状部材とにより構成されるインクジェットヘッドにおいて、前記第２の板状部材が図１に示す化学式で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂と充填剤とを混合した混合物により形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドにより解決する。
【０００８】
但し、図１において、Ｒ１〜Ｒ８は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ４（炭素数が１〜４）の低級アルキル基又はハロゲン原子を示す。
上記した課題は、インク噴射エネルギーを発生するインク噴射エネルギー発生素子を備えた第１の板状部材を用意する工程と、図１に示す化学式で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂と充填剤とを混合して混合物とし、この混合物を成形加工して、インクが通る溝を備えた第２の板状部材を形成する工程と、前記インク噴射エネルギー発生素子と前記溝とを位置合わせして前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを接合する工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法により解決する。
【０００９】
以下、作用について説明する。
図１の化学式で示す骨格を有するエポキシ樹脂は、結晶性であるため溶融粘度が低く、シリカ、炭酸カルシウム及びアルミナ等の線膨張係数が小さい材料からなる充填剤（フィラー）を多量に添加することができる。これらの充填剤を多量に樹脂と混合することにより、樹脂の線膨張係数を低くすることができる。第１の板状部材は通常セラミックスにより形成されているため、第２の板状部材の線膨張係数を低くしてセラミックスの線膨張係数に近づけることにより、第１の板状部材と第２の板状部材とを接合するときに、線膨張係数の差による反りの発生が抑制される。前記の充填剤を多量に添加した図１の化学式で示す骨格を有するエポキシ樹脂混合物は、インクと接触しても膨潤及び溶出が殆どない。
【００１０】
本願発明者らの実験から、第２の板状部材の線膨張係数は、セラミックスにより形成された第１の板状部材と接合する場合、１．２×１０^-5／℃以下とすることが好ましいことが判明した。また、インクの噴射性能を良好にするためには、第２の板状部材の密度は２．００〜２．０４ｇ／ｃｍ³とすることが好ましい。
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、図１の化学式で示す骨格を有するエポキシ樹脂と充填剤とを混合して混合物とし、この混合物を成形して第２の板状部材を形成する。前述の如く、図１に化学式を示す骨格を有するエポキシ樹脂は、結晶性であるため溶融粘度が低く、シリカ、炭酸カルシウム及びアルミニウムな等の充填剤を多量に添加しても、未充填による不良が発生し難い。特に、上記の樹脂と充填剤との混合物を圧縮成形法で成形すると、より確実に未充填による不良が低減される。更に、圧縮成形に使用する金型として、キャビティから押し出された余分な樹脂が入る空間が設けられた金型を使用すると、バリの発生を低減できるとともに寸法安定性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図２は本発明の実施の形態のインクジェットヘッドを示す斜視図、図３は同じくその断面図、図４は同じくその第２の板状部材２０を示す斜視図である。
インクジェットヘッド１は、第１の板状部材１０、第２の板状部材２０、ノズル板３０及びシート状接着剤２５により構成されている。インクジェットヘッド１には、図３に示すように複数本のインク流路２１が設けられている。
【００１２】
第１の板状部材１０はセラミックスにより形成されており、各インク流路２１に対応する位置には、それぞれインク噴射エネルギー発生素子１１が配置されている。これらのインク噴射エネルギー発生素子１１は、例えばチタン酸バリウム等の圧電効果を示すセラミックスにより形成されている。また、各インク噴射エネルギー発生素子１１の間には溝１２が設けられており、各インク噴射エネルギー素子１１で発生したインク噴射エネルギーが相互に干渉しないようになっている。
【００１３】
第２の板状部材２０は、図１の化学式で表わされる骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を主成分とする樹脂と、溶融シリカ等の充填剤との混合物により形成されている。図４に示すように、第２の板状部材２０には、インクタンク（図示せず）から供給されたインクを一時的に貯留するための共通インク室２２と、インク流路２１となる溝２１ａと、共通インク室２２とインク流路２１とを連絡するための溝２３とが設けられている。溝２３はインク流路２１となる溝２１ａに比べて狭い幅で形成されている。
【００１４】
第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０は、図３に示すように、シート状の接着剤２５により接合されている。シート状接着剤２５は弾力性を有しており、噴射エネルギー発生素子１１により発生した噴射エネルギーは、シート状接着剤２５を介してインク流路２１内のインクに伝達される。
ノズル板３０はステンレス、アルミニウム合金、銅合金又はニッケル合金などにより形成されており、インク流路２１に連絡するノズル孔３１が形成されている。
【００１５】
このように構成されたインクジェットヘッド１において、インクタンクから共通インク室２１内にインクが供給され、更にインク流路２１内にもインクが充填される。この状態でインク噴射エネルギー発生素子１１に電圧が印加されると、インク噴射エネルギー発生素子１１に歪みが発生してインク流路２１内のインクに圧力が加わる。これにより、ノズル孔３１からインクが噴射される。
【００１６】
なお、噴射エネルギー発生素子１１は圧電効果を利用するものだけでなく、例えば図５に示すようにインク流路２１内のインクを部分的に加熱して気泡３６を発生させ、気泡３６が膨張するときの圧力によりインク噴射エネルギーを発生する抵抗発熱素子３５であってもよい。
本実施の形態においては、前述したように、第２の板状部材２０の材料となる混合物中には図１に示す化学式で表わされる骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を含んでいる。このようなビフェニル型エポキシ樹脂としては、図６に化学式を示す４−４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、図７に化学式を示す４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、図８に化学式を示す４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチル−２−クロロビフェニル、図９に化学式を示す４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチル−２−ブロモビフェニル、図１０に化学式を示す４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラエチルビフェニル、図１１に化学式を示す４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラブチルビフェニルなどがある。これらのエポキシ樹脂は結晶性であるために溶融粘度が低く、充填剤を多量に添加することができる。
【００１７】
また、上記のエポキシ樹脂に、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンから合成される各種ノボラック型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、又はハロゲン化エポキシ樹脂などを混合してもよい。しかし、粘度の上昇を抑えるために、ビフェニル型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全体の５０ｗｔ％以上含むことが好ましい。
【００１８】
更に、第２の板状部材２０の材料となるエポキシ樹脂中に、１分子中に２個以上の水酸基（ＯＨ基）を有するフェノール系化合物の硬化剤を添加することが好ましい。上記の硬化剤を使用すると、成形時の樹脂の収縮が少なく、寸法安定性が向上する。また、フェノール系化合物の硬化剤が添加された樹脂は、成形時の発ガス量も少ないためにボイドが発生し難い。上記のフェノール系化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキルリル樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン、ビスフェノールＡやレゾルシンから合成される各種ノボラック樹脂、ポリアリルフェノール、キシリレン型フェノール及びジシクロペンタジエタン型フェノールなどがある。
【００１９】
また、第２の板状部材２０の材料となる混合物中に、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進することを目的として硬化触媒を添加してもよい。硬化触媒としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−メチル−４メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセンなど３級アミン化合物、トリ（アセチルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物、トリフェニマホスフィン、トリブチルホスフィンなどの有機ホスフィン化合物などがある。但し、硬化触媒はこれらの化合物に限定されるものではなく、上記以外の化合物を使用してもよい。
【００２０】
前記のエポキシ樹脂に混合する充填剤として、非晶性シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンモニウム、アスベスト又はガラス繊維などを使用することができる。特に、非晶性シリカは樹脂の線膨張係数を低下させる効果が大きい。充填剤として非晶性シリカを使用すると、第２の板状部材の寸法安定性が向上し、第１の板状部材との接合時に熱を加えても反りが発生し難くなる。非晶性シリカには、石英を溶融して製造した溶融シリカや、各種合成法で製造された合成シリカがある。また、非晶性シリカには、シリカの塊を破砕して微小化したものや球形状のものを使用することができる。球形状の非晶性シリカを添加した樹脂は成形加工時の流動性が優れており、樹脂未充填による不良の発生を防止する効果が大きい。
【００２１】
充填剤の添加量は、８８〜９７ｗｔ％とすることが好ましい。充填剤の添加量が８８ｗｔ％未満であると樹脂の線膨張係数が大きくなり、寸法安定性が低下するとともに、インクの噴射性能が低下する。また、充填剤の添加量が９７ｗｔ％を超えると、成形時に樹脂の未充填による不良が発生しやすくなる。
また、充填剤の粒径は、樹脂の成形時の流動性や溝壁部への樹脂充填性を考慮すると、７５μｍ以下にすることが好ましい。
【００２２】
上記の充填剤及び硬化剤の他に、離型剤、着色剤、カップリング剤及び難燃剤などを必要に応じて添加してもよい。
インクジェットヘッドのインク噴射性能を考慮すると、第２の板状部材のヤング率は２０ＧＰａ以上、密度が２．００〜２．０４ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。インクの噴射速度Ｖは、下記（１）式に示すように、ヤング率Ｅと密度ρとの比の１／２乗に比例する。
【００２３】
Ｖ∝（Ｅ／ρ）^1/2 …（１）
本願発明者らが種々実験研究を行った結果、第２の板状部材の密度が２．００〜２．０４ｇ／ｃｍ²であり、ヤング率が２０ＧＰａ以上の場合に、良好なインク噴射性能が得られた。
第２の板状部材の線膨張係数は、１．２×１０^-5／℃以下とすることが好ましい。第２の板状部材の線膨張係数が１．２×１０^-5／℃を超えると、セラミックスにより形成された第１の板状部材と接合するときに、加熱によりインクジェットヘッドに反りが発生したり、インク噴射性能が低下することがある。また、第２の板状部材の熱膨張係数は、前述の樹脂及び充填剤を使用した場合、０．５×１０^-5／℃よりも小さくすることは難しい。
【００２４】
以下、本発明のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図１２，図１３は第２の板状部材２０の製造方法を示す断面図である。圧縮成形装置は下金型５１と上金型５２とを有し、下金型５１と上金型５２とが組み合わされると、第２の板状部材２０の形状の空間（キャビティ）が形成される。下金型５１には、成型品を取り出すためのイジェクトピン５３が配置されている。また、上金型５２にはキャビティから押し出された余分な樹脂が入る空間５４が設けられている。更に、上金型及び下金型にはそれぞれヒータ（図示せず）が設けられており、所定の温度に加熱することができるようになっている。更にまた、駆動装置（図示せず）により、上金型又は下金型の少なくとも一方が上下方向に移動する。また、他の駆動装置（図示せず）によりイジェクトピン５３が上下方向に移動するようになっている。
【００２５】
第２の板状部材２０を製造する場合、まず、前述のビフェニル型エポキシ樹脂と充填剤とを混合し、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤を添加して混練した後、円筒形に成形して樹脂タブレット５５を形成する。
次に、図１２（ａ）に示すように、圧縮成形装置の下金型５１上にタブレット５５を載置する。このとき、タブレット５５の体積はキャビティの体積よりも若干大きいことが必要である。
【００２６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、ヒータにより下金型５１及び上金型５２を加熱しながら上金型５２（又は、下金型５１）を移動させる。そして、下金型５１と上金型５２とを組み合わせることにより樹脂を所定の形状に成形して成型品５６とする。このとき、キャビティから押し出された余分な樹脂が上金型５２の空間５４内に入る。成形時の条件は、例えば温度が１５０〜２００℃、型締め圧力が１〜１０ＭＰａ、成形時間が３０〜３００秒間とする。
【００２７】
樹脂を硬化させた後、図１３（ａ）に示すように、下金型５１と上金型５２とを分離させる。また、イジェクトピン５３を上昇させて、下金型５１から成型品５６を取り出す。
その後、成型品５６から上金型５２の空間５４内で硬化した樹脂及びバリを除去する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、第２の板状部材２０が形成される。
【００２８】
なお、成型品５６を金型から取外した後、樹脂の硬化反応を完全に終結させるために後硬化を行ってもよい。後硬化は、例えば温度が１５０〜２００℃の雰囲気中に成型品５６又はバリ取り後の板状部材５７を３〜１２時間保持することにより行う。また、このとき、成形時に生じた反りを矯正するために、第２の板状部材２０を２枚の平板で挟んで荷重をかけながら行ってもよい。
【００２９】
このようにして第２の板状部材２０を形成した後、予め用意した第１の板状部材１０と接合する。すなわち、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との間にシート状の熱硬化性接着剤２５を挟み、圧力を加えながら加熱して、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを接合する。その後、第１の板状部材１０及び第２の板状部材２０の端部にノズル板３０を接合する。これにより、インクジェットヘッド１が完成する。
【００３０】
従来から、エポキシ樹脂の成形方法として半導体封止に使用される低圧トランスファ成形法が知られている。しかし、低圧トランスファ成形法では、プランジャの圧力によりランナーからキャビティ内に樹脂を注入するため、キャビティの位置により成形品の密度が異なるという現象が発生する。インクジェットヘッドでは、第２の板状部材の密度が部分的に異なると、各ノズルから噴射されるインクの量にばらつきが発生する。また、低圧トランスファ成形法では、熱膨張係数を下げるために充填剤を多量に添加すると金型未充填が発生する。未充填を防止するためには、樹脂の流れ性がよいことが必要である。樹脂の流れ性が良好でかつ発ガス量の少ない樹脂として、熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂が知られている。しかし、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂や、ノボラック系エポキシ樹脂では非晶質であるために溶融粘度が高く、熱膨張係数を下げるために必要な充填剤を多量に添加できない。
【００３１】
一方、圧縮成型法を使用した本発明の実施の形態の方法によれば、図１に示す化学式の骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を使用するので、樹脂の溶融粘度が低く、シリカ等の充填剤を多量に配合することができる。これにより、第２の板状部材２０の線膨張係数が低くなり、第１の板状部材１０と接合する工程において、反りが低減される。また、上記のビフェニル型エポキシ樹脂と充填剤とを混合して第２の板状部材を形成するので、長時間インクに接触しても第２の板状部材が膨潤することがなく、樹脂の溶出も抑えられる。
【００３２】
また、本実施の形態では圧縮成型法により第２の板状部材を形成するので、低圧トランスファ成形法に比べて微細な部分まで樹脂が充填され、樹脂未充填による不良品の発生が低減される。更に、樹脂と充填剤とを混合してタブレットを形成した後、タブレットを金型内に載置し圧縮成形して第２の板状部材２０を形成するので、第２の板状部材２０の密度が均一になる。更にまた、上金型５２にキャビティから押し出された余分な樹脂が入る空間５４が設けられているので、バリの発生を低減できるとともに、寸法安定性が優れ、第２の板状部材２０の厚さが均一になる。
【００３３】
なお、上記の例では圧縮成型法により第２の板状部材２０を製造する場合について説明したが、マルチプランジャ方式のトランスファ成形法により第２の板状部材を形成してもよい。但し、その場合は、未充填を防止し、密度を均一化するために、ランナーをできるだけ短くすることが好ましい。トランスファ成形法では、上述した圧縮成型法に比べて寸法精度及び密度の均一化の点で若干劣るが、量産性が優れている。
【００３４】
以下、上述の圧縮成形法によりインクジェットヘッドを製造し、その特性を調べた結果について説明する。
主剤としてビフェニル型エポキシ樹脂（ＹＸ−４０００：油化シェルエポキシ（株）製）、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（バーカムＴＤ−２１３１：大日本インキ化学工業（株）製）、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン（ＰＰ−３６０：ケイ・アイ化成（株）製）、離型剤としてカルバナワックス、充填剤として球状溶融シリカ（ＦＢ−７４：電気化学工業（株）製）を使用し、これらを下記表１に示す割合で配合し、ミキサーにてドライブレンドした。但し、溶融シリカは予めγ−グルシジルトキシトリメトキシシランでシランカップリング処理した。また、表１において、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤の添加量はエポキシ樹脂に対する重量比（エポキシ樹脂の重量を１００としたときの割合）で示し、充填剤の含有量は混合物全体に対する割合で示した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
これを二軸エクストルーダを用いて溶融混練をした後、冷却し粉砕した。粉砕パウダーを直径が４ｍｍのタブレットに形成した。
得られたタブレットを用いて圧縮成形を行い、図１４に示す形状で、幅が２０ｍｍ、長さが３０ｍｍの第２の板状部材２０を形成した。但し、溝２１ａの本数は全部で５０本であり、図１５に示すように、インク流路２１の横が２００μｍ、縦が２００μｍ、長さが７ｍｍ、溝２３の横が５０μｍ、縦が３０〜５０μｍ、長さが１００μｍである。圧縮成形時の条件は、温度が１７０℃、圧力が３ＭＰａ、加圧時間が１２０秒間である。また、成形後は、第２の板状部材を１７０℃の温度で５時間加熱して後硬化させた。
【００３７】
このようにして製造した第２の板状部材２０について、以下の検査を行った。
（ｉ）キャビティ充填性及びボイドの有無
圧縮成形後の第２の板状部材２０を５０倍実態顕微鏡にて観察し、未充填部分の有無及びボイドの有無を調べた。
（ii）寸法安定性
成形後の第２の板状部材２０について、溝２１ａの横の長さ（図１５にＡで示す部分）の寸法を測定し、設定値に対する誤差を求めた。
【００３８】
（iii ）ヘッドの反り
予め用意した第１の板状部材（セラミックス製）と上記の方法により形成した第２の板状部材との間にシート状の熱硬化性接着剤を挟んで加熱し、第１の板状部材及び第２の板状部材を接合した。その後、表面粗さ計を使用して上面の凹凸を測定することにより、反りを調べた。
【００３９】
（iv）インク噴射特性
上記の第２の板状部材を使用してインクジェットヘッドを製造し、インクジェットヘッドの中央部の２本のインク流路の上にそれぞれ配置されたインク噴射エネルギー発生素子に一定の電圧を印加したときのインク噴射速度と、全てのインク噴射エネルギー発生素子に一定の電圧を印加したときのインク噴射速度を測定し、クロストーク率を算出した。なお、クロストーク率は以下の計算式により算出される。
クロストーク率（％）＝１００×（２本噴射時の速度−５０本噴射時の速度）／２本噴射時の速度
（ｖ）耐インク性
第２の板状部材をインク成分である溶剤（グリコール、アセトン、エタノール、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、水）の各溶液に浸漬した。そして、１０００時間経過後に、第２の板状部材の表面を目視で調べ、また表面を手で触って、膨潤の有無を調べた。
【００４０】
（vi）第２の板状部材と同一の材料により試験片を成形し、曲げ弾性率、熱膨張係数及び比重を測定した。なお、曲げ弾性率はJIS K 6911に規定する方法により測定し、熱膨張係数はＴＭＡ（thermal mechanical analysis ）法により測定した。
これらの試験結果を表２にまとめて示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
この表２から明らかなように、充填剤の含有量を８８ｗｔ％〜９７％とした実施例１〜４はいずれも未充填部分がなく、寸法精度も±５μｍ以下であった。また、反りも±１０μｍ以下であり、クロストークが１０％以下、耐溶剤性も良好であった。一方、充填剤の含有量が８７ｗｔ％である比較例１は、未充填及びボイドはないものの、寸法精度が±１０μｍ、反りが±２０μｍ、クロストーク率が１５％であった。充填剤の含有量が９８ｗｔ％である比較例２は、寸法誤差、ヘッドの反り、及びクロストーク率は良好であるものの、未充填が発生した。なお、耐溶剤性については、実施例１〜４及び比較例１，２とも良好であった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドによれば、インク噴射エネルギー発生素子を備えた第１の板状部材に接合された第２の板状部材が、所定の化学式で表わされるエポキシ樹脂に充填剤を混合した混合物により形成されているので、反りの発生が抑えられるとともに、インクとの接触による膨潤や樹脂の溶出がない。
【００４４】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、所定の化学式で表わされるエポキシ樹脂にシリカ等の充填剤を混合して混合物とし、該混合物を成形して第２の板状部材を形成するので、第２の板状部材中における組成が均一になる。また、成形時の未充填やボイドの発生が抑制される。特に、余分な樹脂が入る樹脂だまりを有する金型を使用した圧縮成型法により第２の板状部材を成形する場合は、未充填やボイドを防止する効果が大きく、寸法安定性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において第２の板状部材の材料として使用するエポキシ樹脂の骨格の化学式を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のインクジェットヘッドを示す斜視図である。
【図３】同じくそのインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】同じくその第２の板状部材を示す斜視図である。
【図５】抵抗発熱素子を噴射エネルギー発生素子として使用した例を示す模式図である。
【図６】４−４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニルの化学式を示す図である。
【図７】４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニルの化学式を示す図である。
【図８】４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチル−２−クロロビフェニルの化学式を示す図である。
【図９】４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチル−２−ブロモビフェニルの化学式を示す図である。
【図１０】４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラエチルビフェニルの化学式を示す図である。
【図１１】４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラブチルビフェニルの化学式を示す図である。
【図１２】第２の板状部材の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図１３】第２の板状部材の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１４】本発明の実施の形態により製造した第２の板状部材の形状及びサイズを示す図である。
【図１５】同じくその第２の板状部材のインクが通る溝の形状及びサイズを拡大して示す図である。
【符号の説明】
１インクヘットヘッド、
１０第１の板状部材、
１１インク噴射エネルギー発生素子、
２０第２の板状部材、
２１インク流路、
２１ａインク流路となる溝、
２２共通インク室、
２５シート状接着剤、
３０ノズル板、
３１ノズル孔、
５１下金型、
５２上金型、
５３イジェクトピン、
５４余分な樹脂が入る空間、
５５タブレット。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head for an ink jet type printer that draws characters or figures on paper by ejecting ink from nozzles.
[0002]
[Prior art]
In recent years, ink jet type printers that draw characters or figures on paper by ejecting ink from fine nozzles have been widely used. An ink jet type printer head includes a first plate-like member having a plurality of ink-jet energy generating elements that generate ink-jet energy, a second plate-like member having a plurality of grooves that serve as ink flow paths, It is formed by joining a nozzle plate provided with a plurality of nozzle holes. The ink ejection energy generating element is made of ceramics having a piezoelectric effect, for example. Further, when the first plate member and the second plate member are joined, the ink ejection energy generating element is disposed on the groove of the second plate member. A space through which ink passes is formed by the groove and the first plate-like member. This space is called an ink flow path. The nozzle plate is joined to the end portions of the first plate member and the second plate member so that each nozzle is positioned at the end portion of each ink flow path.
[0003]
In the ink jet head configured as described above, when a voltage is applied to the ink ejection energy generating element, distortion is generated due to the piezoelectric effect, pressure is applied to the ink in the ink flow path, and the ink is ejected from the nozzle. By controlling the voltage applied to each ink ejection energy generating element while moving the ink head or paper, it is possible to draw characters, figures or images on the paper.
[0004]
By the way, the second plate-like member needs to have good groove dimensional accuracy, excellent flatness, and a high Young's modulus, which is difficult to be deformed by pressure when ink is ejected. For this reason, conventionally, glass has been used as the material of the second plate member, and the grooves have been formed by etching.
However, the second plate member formed of glass has a drawback that it is easily damaged. In addition, since the grooves are formed by etching, it takes time to manufacture, and there is a disadvantage that productivity is poor. Therefore, at present, the second plate-like member is made of thermoplastic resin such as polysulfone, PES (polyethersulfone), PEI (polyetherimide), polycarbonate, acrylic resin and polyethersulfide, and is injection molded. It is manufactured by.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the second plate-shaped member is manufactured by injection molding of the above thermoplastic resin, the resin is not filled into fine portions such as wall portions between the grooves at the time of injection molding, and manufacturing defects may occur. is there. In addition, when the second plate-shaped member is in contact with the ink for a long time, the resin may swell or elute into the ink. Furthermore, since the above resin has a large coefficient of linear expansion, warping is likely to occur when heat is applied in the step of joining the first plate-like member.
[0006]
The present invention provides an ink jet head that is easy to manufacture, hardly swells and dissolves even when it is in contact with ink for a long time, has a low coefficient of linear expansion, and is unlikely to cause defective manufacturing, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problems include a first plate-like member having an ink-jet energy generating element that generates ink-jet energy, and an ink at a position that is bonded to the first plate-like member and faces the ink-jet energy generating element. In the inkjet head constituted by the second plate-like member having a groove through which the second plate-like member passes, a mixture in which the second plate-like member is mixed with an epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula shown in FIG. 1 and a filler. This is solved by an ink jet head characterized by being formed.
[0008]
However, in FIG. 1, R1-R8 shows a hydrogen atom, a C1-C4 (C1-C4) lower alkyl group, or a halogen atom.
The above-described problem is that a step of preparing a first plate-like member provided with an ink ejection energy generating element that generates ink ejection energy, and an epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula shown in FIG. 1 and a filler are mixed. And forming the second plate member having a groove through which ink passes, and aligning the ink ejection energy generating element and the groove to form the first mixture. And a step of joining the second plate-like member and the second plate-like member to solve the problem.
[0009]
Hereinafter, the operation will be described.
The epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula in FIG. 1 has a low melt viscosity because it is crystalline, and a large amount of a filler (filler) made of a material having a low linear expansion coefficient such as silica, calcium carbonate, and alumina is added. Can do. By mixing a large amount of these fillers with the resin, the linear expansion coefficient of the resin can be lowered. Since the first plate-like member is usually made of ceramics, the first plate-like member and the second plate-like member can be obtained by lowering the linear expansion coefficient of the second plate-like member to be close to that of ceramics. When joining a plate-shaped member, generation | occurrence | production of the curvature by the difference in a linear expansion coefficient is suppressed. The epoxy resin mixture having a skeleton represented by the chemical formula in FIG. 1 to which a large amount of the filler is added hardly swells or dissolves even when it comes into contact with ink.
[0010]
From the experiments by the present inventors, the linear expansion coefficient of the second plate member is 1.2 × 10 when the first plate member formed of ceramics is joined. ^-Five It was found that it is preferable to set the temperature to / ° C or lower. In order to improve the ink ejection performance, the density of the second plate member is 2.00 to 2.04 g / cm. ^Three It is preferable that
Further, in the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, an epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula of FIG. 1 and a filler are mixed to form a mixture, and the mixture is molded to form a second plate-like member. . As described above, the epoxy resin having the skeleton represented by the chemical formula in FIG. 1 has a low melt viscosity because it is crystalline, and even if a large amount of fillers such as silica, calcium carbonate and aluminum are added, it is defective due to unfilling. Is unlikely to occur. In particular, when a mixture of the above resin and filler is molded by a compression molding method, defects due to unfilling are more reliably reduced. Further, when a mold provided with a space for containing excess resin extruded from the cavity is used as a mold for compression molding, the generation of burrs can be reduced and the dimensional stability can be improved.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
2 is a perspective view showing the inkjet head according to the embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view thereof, and FIG. 4 is a perspective view showing the second plate-like member 20 similarly.
The inkjet head 1 includes a first plate member 10, a second plate member 20, a nozzle plate 30, and a sheet adhesive 25. The inkjet head 1 is provided with a plurality of ink flow paths 21 as shown in FIG.
[0012]
The first plate-like member 10 is made of ceramics, and ink ejection energy generating elements 11 are arranged at positions corresponding to the respective ink flow paths 21. These ink ejection energy generating elements 11 are made of ceramics that exhibit a piezoelectric effect, such as barium titanate. Further, a groove 12 is provided between each ink ejection energy generating element 11 so that the ink ejection energy generated by each ink ejection energy element 11 does not interfere with each other.
[0013]
The second plate member 20 is formed of a mixture of a resin mainly composed of a biphenyl type epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula of FIG. 1 and a filler such as fused silica. As shown in FIG. 4, the second plate-like member 20 has a common ink chamber 22 for temporarily storing ink supplied from an ink tank (not shown), and a groove serving as the ink flow path 21. 21 a and a groove 23 for connecting the common ink chamber 22 and the ink flow path 21 are provided. The groove 23 is formed with a narrower width than the groove 21 a that becomes the ink flow path 21.
[0014]
As shown in FIG. 3, the first plate member 10 and the second plate member 20 are joined together by a sheet-like adhesive 25. The sheet-like adhesive 25 has elasticity, and the ejection energy generated by the ejection energy generating element 11 is transmitted to the ink in the ink flow path 21 through the sheet-like adhesive 25.
The nozzle plate 30 is made of stainless steel, aluminum alloy, copper alloy, nickel alloy or the like, and nozzle holes 31 communicating with the ink flow paths 21 are formed.
[0015]
In the ink jet head 1 configured as described above, ink is supplied from the ink tank into the common ink chamber 21, and ink is also filled into the ink flow path 21. When a voltage is applied to the ink ejection energy generating element 11 in this state, the ink ejection energy generating element 11 is distorted and pressure is applied to the ink in the ink flow path 21. As a result, ink is ejected from the nozzle holes 31.
[0016]
The ejection energy generating element 11 is not limited to the element that uses the piezoelectric effect. For example, as shown in FIG. 5, the ink in the ink flow path 21 is partially heated to generate bubbles 36, and the bubbles 36 expand. It may be a resistance heating element 35 that generates ink ejection energy by the pressure of time.
In the present embodiment, as described above, the mixture serving as the material of the second plate-like member 20 contains a biphenyl type epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula shown in FIG. As such a biphenyl type epoxy resin, 4-4′-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl having a chemical formula shown in FIG. 6 and 4,4′-bis (2,3-epoxy) having a chemical formula shown in FIG. Propoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethylbiphenyl, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethyl, whose chemical formula is shown in FIG. 2-chlorobiphenyl, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-2-bromobiphenyl, whose chemical formula is shown in FIG. 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ', 5,5'-tetraethylbiphenyl shown, 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy)-having the chemical formula shown in FIG. 3,3 ′, 5,5′-tetrabutylbiphenyl, etc. There is. Since these epoxy resins are crystalline, the melt viscosity is low, and a large amount of filler can be added.
[0017]
In addition, cresol novolac epoxy resin, phenol novolac epoxy resin, naphthalene epoxy resin, various novolac epoxy resins synthesized from bisphenol A and resorcin, linear aliphatic epoxy resin, heterocyclic epoxy A resin or a halogenated epoxy resin may be mixed. However, in order to suppress an increase in viscosity, it is preferable that the biphenyl type epoxy resin is contained in an amount of 50 wt% or more of the entire epoxy resin component.
[0018]
Furthermore, it is preferable to add a phenolic compound curing agent having two or more hydroxyl groups (OH groups) in one molecule in the epoxy resin as the material of the second plate-like member 20. When the above curing agent is used, there is little shrinkage of the resin during molding, and the dimensional stability is improved. In addition, a resin to which a phenolic compound curing agent is added is less likely to generate voids because the amount of gas generated during molding is small. Examples of the phenolic compounds include phenol novolac resins, cresol novolac resins, phenol aralkylyl resins, various hydroxy novolak resins synthesized from trihydroxyphenylmethane, bisphenol A and resorcin, polyallylphenols, xylylene type phenols and dicyclopentadi There is ethane-type phenol.
[0019]
Further, a curing catalyst may be added to the mixture as the material of the second plate-like member 20 for the purpose of promoting the curing reaction between the epoxy resin and the curing agent. Examples of the curing catalyst include imidazole compounds such as 2-methylimidazole, 2,4-dimethylimidazole and 2-methyl-4methylimidazole, triethylamine, benzyldimethylamine, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene. And tertiary amine compounds, organometallic compounds such as tri (acetylacetonato) aluminum, and organic phosphine compounds such as triphenimapine and tributylphosphine. However, the curing catalyst is not limited to these compounds, and compounds other than those described above may be used.
[0020]
Use amorphous silica, crystalline silica, calcium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, titanium oxide, ammonium oxide, asbestos or glass fiber as a filler to be mixed with the epoxy resin. Can do. In particular, amorphous silica has a great effect of reducing the linear expansion coefficient of the resin. When amorphous silica is used as the filler, the dimensional stability of the second plate-like member is improved, and even when heat is applied at the time of joining to the first plate-like member, warpage is hardly generated. Amorphous silica includes fused silica produced by melting quartz and synthetic silica produced by various synthetic methods. In addition, as the amorphous silica, a silica lump obtained by crushing a silica lump or a spherical one can be used. Resin to which spherical amorphous silica is added has excellent fluidity during molding, and has a great effect of preventing the occurrence of defects due to unfilled resin.
[0021]
The amount of filler added is preferably 88 to 97 wt%. When the added amount of the filler is less than 88 wt%, the linear expansion coefficient of the resin is increased, the dimensional stability is lowered, and the ink jetting performance is lowered. Moreover, when the addition amount of a filler exceeds 97 wt%, it becomes easy to generate | occur | produce the defect by unfilling of resin at the time of shaping | molding.
Further, the particle size of the filler is preferably 75 μm or less in consideration of the fluidity at the time of molding the resin and the resin filling property to the groove wall.
[0022]
In addition to the above fillers and curing agents, a mold release agent, a colorant, a coupling agent, a flame retardant, and the like may be added as necessary.
Considering the ink ejection performance of the inkjet head, the second plate member has a Young's modulus of 20 GPa or more and a density of 2.00 to 2.04 g / cm. ^Three It is preferable that The ink ejection speed V is proportional to the 1/2 power of the ratio between the Young's modulus E and the density ρ, as shown in the following equation (1).
[0023]
V ∝ (E / ρ) ^1/2 ... (1)
As a result of the inventors conducting various experimental studies, the density of the second plate member is 2.00 to 2.04 g / cm. ² In the case where the Young's modulus is 20 GPa or more, good ink jetting performance was obtained.
The linear expansion coefficient of the second plate member is 1.2 × 10 ^-Five / ° C. or less is preferable. The linear expansion coefficient of the second plate member is 1.2 × 10 ^-Five If the temperature exceeds / ° C., the ink jet head may be warped or the ink jetting performance may be deteriorated due to heating when the first plate-like member formed of ceramics is joined. The thermal expansion coefficient of the second plate-like member is 0.5 × 10 when the aforementioned resin and filler are used. ^-Five It is difficult to make it smaller than / ° C.
[0024]
Hereinafter, the manufacturing method of the inkjet head of this invention is demonstrated. 12 and 13 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the second plate-like member 20. The compression molding apparatus has a lower mold 51 and an upper mold 52, and when the lower mold 51 and the upper mold 52 are combined, a space (cavity) in the shape of the second plate-shaped member 20 is formed. The The lower mold 51 is provided with an eject pin 53 for taking out a molded product. In addition, the upper mold 52 is provided with a space 54 into which excess resin pushed out from the cavity enters. Furthermore, each of the upper mold and the lower mold is provided with a heater (not shown) so that it can be heated to a predetermined temperature. Furthermore, at least one of the upper mold and the lower mold is moved in the vertical direction by a driving device (not shown). Further, the eject pin 53 is moved in the vertical direction by another drive device (not shown).
[0025]
When manufacturing the 2nd plate-shaped member 20, after mixing the above-mentioned biphenyl type epoxy resin and a filler, and adding and kneading a hardening | curing agent, a hardening accelerator, and a mold release agent, it shape | molds in a cylindrical shape. Thus, the resin tablet 55 is formed.
Next, as shown in FIG. 12A, the tablet 55 is placed on the lower mold 51 of the compression molding apparatus. At this time, the volume of the tablet 55 needs to be slightly larger than the volume of the cavity.
[0026]
Next, as shown in FIG. 12B, the upper mold 52 (or the lower mold 51) is moved while the lower mold 51 and the upper mold 52 are heated by the heater. Then, the resin is molded into a predetermined shape by combining the lower mold 51 and the upper mold 52 to obtain a molded product 56. At this time, excess resin extruded from the cavity enters the space 54 of the upper mold 52. The molding conditions are, for example, a temperature of 150 to 200 ° C., a clamping pressure of 1 to 10 MPa, and a molding time of 30 to 300 seconds.
[0027]
After the resin is cured, the lower mold 51 and the upper mold 52 are separated as shown in FIG. Further, the eject pin 53 is raised and the molded product 56 is taken out from the lower mold 51.
Thereafter, the resin and burrs cured in the space 54 of the upper mold 52 are removed from the molded product 56. Thereby, as shown in FIG.13 (b), the 2nd plate-shaped member 20 is formed.
[0028]
Note that after the molded product 56 is removed from the mold, post-curing may be performed in order to completely terminate the resin curing reaction. Post-curing is performed, for example, by holding the molded product 56 or the deburred plate-like member 57 in an atmosphere at a temperature of 150 to 200 ° C. for 3 to 12 hours. Further, at this time, in order to correct the warp generated during molding, the second plate member 20 may be sandwiched between two flat plates while applying a load.
[0029]
Thus, after forming the 2nd plate-shaped member 20, it joins with the 1st plate-shaped member 10 prepared previously. That is, the sheet-like thermosetting adhesive 25 is sandwiched between the first plate-like member 10 and the second plate-like member 20 and heated while applying pressure, so that the first plate-like member 10 and the first plate-like member 10 The two plate-like members 20 are joined. Thereafter, the nozzle plate 30 is joined to the end portions of the first plate member 10 and the second plate member 20. Thereby, the inkjet head 1 is completed.
[0030]
Conventionally, a low-pressure transfer molding method used for semiconductor encapsulation has been known as an epoxy resin molding method. However, in the low-pressure transfer molding method, the resin is injected from the runner into the cavity by the pressure of the plunger, so that the density of the molded product varies depending on the position of the cavity. In the ink jet head, if the density of the second plate-like member is partially different, the amount of ink ejected from each nozzle varies. Further, in the low pressure transfer molding method, when a large amount of filler is added in order to lower the thermal expansion coefficient, the mold is not filled. In order to prevent unfilling, the resin must have good flowability. Thermosetting resin epoxy resins are known as resins having good resin flowability and low gas generation. However, bisphenol A type epoxy resins and novolak type epoxy resins are amorphous and thus have high melt viscosity, and a large amount of filler necessary for lowering the thermal expansion coefficient cannot be added.
[0031]
On the other hand, according to the method of the embodiment of the present invention using the compression molding method, since the biphenyl type epoxy resin having the skeleton of the chemical formula shown in FIG. 1 is used, the resin has a low melt viscosity and is a filler such as silica. In a large amount. Thereby, the linear expansion coefficient of the 2nd plate-shaped member 20 becomes low, and curvature is reduced in the process joined to the 1st plate-shaped member 10. FIG. In addition, since the second plate-shaped member is formed by mixing the biphenyl type epoxy resin and the filler, the second plate-shaped member does not swell even when in contact with ink for a long time, and the resin Elution is also suppressed.
[0032]
In the present embodiment, since the second plate-like member is formed by the compression molding method, the resin is filled up to a finer portion compared to the low-pressure transfer molding method, and the generation of defective products due to the resin not being filled is reduced. . Further, after the resin and the filler are mixed to form a tablet, the tablet is placed in a mold and compression molded to form the second plate member 20, so that the second plate member 20 The density becomes uniform. Furthermore, since the upper mold 52 is provided with a space 54 for storing excess resin extruded from the cavity, the generation of burrs can be reduced, the dimensional stability is excellent, and the thickness of the second plate-like member 20 is increased. Becomes uniform.
[0033]
In the above example, the case where the second plate member 20 is manufactured by the compression molding method has been described. However, the second plate member may be formed by a multi-plunger transfer molding method. However, in that case, it is preferable to make the runner as short as possible in order to prevent unfilling and make the density uniform. The transfer molding method is slightly inferior in terms of uniformity of dimensional accuracy and density compared to the compression molding method described above, but is excellent in mass productivity.
[0034]
Hereinafter, the result of manufacturing the ink jet head by the above-described compression molding method and examining the characteristics thereof will be described.
Biphenyl type epoxy resin (YX-4000: manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) as the main agent, phenol novolak resin (Barcam TD-2131: manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) as the curing agent, and triphenyl as the curing accelerator Phosphine (PP-360: manufactured by Kay Kasei Chemical Co., Ltd.), carbana wax as a release agent, and spherical fused silica (FB-74: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a filler are used. It mix | blended in the ratio shown in Table 1, and dry blended with the mixer. However, the fused silica was previously subjected to silane coupling treatment with γ-glycidyloxytrimethoxysilane. Moreover, in Table 1, the addition amount of a hardening | curing agent, a hardening accelerator, and a mold release agent is shown by the weight ratio (ratio when the weight of an epoxy resin is set to 100) with respect to an epoxy resin, and content of a filler is with respect to the whole mixture. Shown as a percentage.
[0035]
[Table 1]

[0036]
This was melt kneaded using a biaxial extruder, then cooled and pulverized. The pulverized powder was formed into a tablet having a diameter of 4 mm.
Compression molding was performed using the obtained tablet, and a second plate-like member 20 having a shape shown in FIG. 14 and a width of 20 mm and a length of 30 mm was formed. However, the number of the grooves 21a is 50 in total, and as shown in FIG. 15, the width of the ink flow path 21 is 200 μm, the length is 200 μm, the length is 7 mm, the width of the groove 23 is 50 μm, and the length is 30˜30. 50 μm and length is 100 μm. The conditions at the time of compression molding are a temperature of 170 ° C., a pressure of 3 MPa, and a pressurization time of 120 seconds. Further, after the molding, the second plate member was post-cured by heating at 170 ° C. for 5 hours.
[0037]
The following inspection was performed on the second plate-shaped member 20 thus manufactured.
(I) Cavity fillability and presence / absence of voids
The second plate-like member 20 after compression molding was observed with a 50-fold actual microscope, and the presence or absence of unfilled portions and the presence or absence of voids were examined.
(Ii) Dimensional stability
About the 2nd plate-shaped member 20 after shaping | molding, the dimension of the horizontal length (part shown by A in FIG. 15) of the groove | channel 21a was measured, and the difference | error with respect to a setting value was calculated | required.
[0038]
(Iii) Head warp
The first plate member is heated by sandwiching a sheet-like thermosetting adhesive between the first plate member (made of ceramics) prepared in advance and the second plate member formed by the above method. And the 2nd plate-shaped member was joined. Then, the curvature was investigated by measuring the unevenness | corrugation of an upper surface using a surface roughness meter.
[0039]
(Iv) Ink ejection characteristics
When an inkjet head is manufactured using the second plate-shaped member described above, and a certain voltage is applied to the ink ejection energy generating elements respectively disposed on the two ink flow paths in the central portion of the inkjet head The ink jet speed and the ink jet speed when a constant voltage was applied to all the ink jet energy generating elements were measured, and the crosstalk rate was calculated. The crosstalk rate is calculated by the following calculation formula.
Crosstalk rate (%) = 100 × (speed during two injections−speed during 50 main injections) / speed during two main injections
(V) Ink resistance
The 2nd plate-shaped member was immersed in each solution of the solvent (glycol, acetone, ethanol, MEK (methyl ethyl ketone), water) which is an ink component. And after 1000 hours progress, the surface of the 2nd plate-shaped member was examined visually, and the surface was touched by hand, and the presence or absence of swelling was investigated.
[0040]
(Vi) A test piece was molded from the same material as that of the second plate member, and the flexural modulus, thermal expansion coefficient and specific gravity were measured. The flexural modulus was measured by the method specified in JIS K 6911, and the thermal expansion coefficient was measured by the TMA (thermal mechanical analysis) method.
These test results are summarized in Table 2.
[0041]
[Table 2]

[0042]
As is clear from Table 2, Examples 1 to 4 in which the filler content was 88 wt% to 97% had no unfilled portions, and the dimensional accuracy was ± 5 μm or less. Further, the warpage was ± 10 μm or less, the crosstalk was 10% or less, and the solvent resistance was good. On the other hand, Comparative Example 1 having a filler content of 87 wt% had dimensional accuracy of ± 10 μm, warpage of ± 20 μm, and a crosstalk ratio of 15%, although there was no unfilled or void. In Comparative Example 2 in which the filler content was 98 wt%, the dimensional error, head warpage, and crosstalk ratio were good, but unfilled. In addition, about solvent resistance, both Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2 were favorable.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the ink jet head of the present invention, the second plate-like member joined to the first plate-like member provided with the ink ejection energy generating element is formed on the epoxy resin represented by a predetermined chemical formula. Since it is formed of a mixture in which a filler is mixed, the occurrence of warpage is suppressed, and there is no swelling or resin elution due to contact with ink.
[0044]
In addition, according to the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, a filler such as silica is mixed with an epoxy resin represented by a predetermined chemical formula to form a mixture, and the mixture is molded to form the second plate member. Therefore, the composition in the second plate-like member becomes uniform. Moreover, generation | occurrence | production of the unfilling at the time of shaping | molding and a void is suppressed. In particular, when the second plate-shaped member is molded by a compression molding method using a mold having a resin pool containing excess resin, the effect of preventing unfilling and voids is great, and dimensional stability is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a chemical formula of a skeleton of an epoxy resin used as a material for a second plate member in the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head.
FIG. 4 is a perspective view showing the second plate-like member.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example in which a resistance heating element is used as an ejection energy generating element.
FIG. 6 shows a chemical formula of 4-4′-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl.
FIG. 7 shows a chemical formula of 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethylbiphenyl.
FIG. 8 is a view showing a chemical formula of 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-2-chlorobiphenyl.
FIG. 9 is a diagram showing a chemical formula of 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-2-bromobiphenyl.
FIG. 10 is a diagram showing a chemical formula of 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetraethylbiphenyl.
FIG. 11 is a diagram showing a chemical formula of 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetrabutylbiphenyl.
FIG. 12 is a sectional view (No. 1) showing the method for manufacturing the second plate-shaped member.
FIG. 13 is a sectional view (No. 2) showing the method for manufacturing the second plate-shaped member.
FIG. 14 is a diagram showing the shape and size of a second plate member manufactured according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an enlarged view of the shape and size of a groove through which ink passes through the second plate-like member.
[Explanation of symbols]
1 Ink head
10 1st plate-shaped member,
11 Ink ejection energy generating element,
20 second plate-like member,
21 ink flow path,
21a Groove to be an ink flow path,
22 Common ink chamber,
25 Sheet adhesive,
30 nozzle plate,
31 nozzle holes,
51 Lower mold,
52 Upper mold,
53 Eject pin,
54 Space for excess resin,
55 tablets.

Claims

A first plate-like member having an ink ejection energy generating element for generating ink ejection energy, and a groove which is joined to the first plate-like member and through which ink passes at a position facing the ink ejection energy generating element. In the inkjet head constituted by the second plate-like member, the second plate-like member is formed of a mixture obtained by mixing an epoxy resin having a skeleton represented by the following chemical formula 1 and a filler, and the second The plate-like member is formed by a compression molding method, and the first plate-like member and the second plate-like member are joined by a sheet-like adhesive having elasticity .

However, R1-R8 shows a hydrogen atom, a C1-C4 lower alkyl group, or a halogen atom.

As said filler, any 1 type, or 2 or more types of amorphous silica, crystalline silica, calcium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, titanium oxide, antimony oxide, asbestos or glass fiber are contained. The inkjet head according to claim 1 .

The inkjet head according to claim 2 , wherein the amorphous silica is fused silica.

The inkjet head according to claim 1, wherein the ink ejection energy generating element is an element that generates ink ejection energy by a piezoelectric effect.

The ink jet head according to claim 1, wherein the ink ejection energy generating element is an element that generates heat and generates bubbles in ink.

The linear expansion coefficient at 25 ° C. of the second plate-shaped member is 0.5 × 10 ⁻⁵ / ° C. or more and 1.2 × 10 ⁻⁵ / ° C. or less,
2. The inkjet head according to claim 1, wherein the density of the second plate-shaped member is 2.00 g / cm ³ or more and 2.04 g / cm ³ or less.

3. The inkjet head according to claim 2 , wherein the particle size of the filler in the mixture in the mixture is 75 μm or less.

2. The mixture according to claim 1, wherein a plurality of types of epoxy resins are mixed, and a biphenyl type epoxy resin having a skeleton represented by the chemical formula 1 is included in an amount of 50 wt% or more of the plurality of types of epoxy resins. Inkjet head.

A step of preparing a first plate-like member provided with an ink ejection energy generating element for generating ink ejection energy, an epoxy resin having a skeleton represented by the following chemical formula 2, and a filler are mixed to form a mixture, and the mixture Forming a second plate-like member having a groove through which ink passes , and a sheet shape having elasticity between the first plate-like member and the second plate-like member wherein said ink ejection energy generating elements are aligned and grooves have a a step of bonding the second plate member and the first plate member, said second plate sandwiching the adhesive A method of manufacturing an ink jet head , comprising: forming a tablet from the mixture, and compressing the tablet with a compression molding device to form the second plate member in the step of forming the member .

As the filler, one or more of amorphous silica, crystalline silica, calcium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, titanium oxide, antimony oxide, asbestos or glass fiber are used. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 9.

10. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 9 , wherein a mold provided with a space for containing a resin extruded from a cavity is used as the mold of the compression molding apparatus.

The method of manufacturing an ink jet head according to claim 9, wherein a curing agent is added to the mixture.

The method of manufacturing an ink jet head according to claim 12 , wherein the curing agent is a phenol compound.

The method for manufacturing an ink jet head according to claim 9, wherein a content of the filler in the mixture is 88 wt% or more and 97 wt% or less.

The method for producing an ink jet head according to claim 9, wherein a release agent is added to the mixture.

The method of manufacturing an ink jet head according to claim 9, wherein a colorant is added to the mixture.

The method of manufacturing an ink jet head according to claim 9, wherein a coupling agent is added to the mixture.

10. The mixture according to claim 9, wherein a plurality of types of epoxy resins are mixed, and a biphenyl type epoxy resin having a skeleton represented by Chemical Formula 2 is included in an amount of 50 wt% or more of the plurality of types of epoxy resins. A method for manufacturing an inkjet head.