JP6793466B2 - 樹脂成形品の接合方法、液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
一方の樹脂成形品は、50〜80質量%の非繊維状フィラーを含有した熱可塑性樹脂からなり、前記第一の樹脂成型品と前記第二の樹脂成型品の接合面を、外部からの物理的加熱により溶融し、両接合面を接触させて融着する樹脂成形品の接合方法であって、前記非繊維状フィラーは、球形度0.9以上の球状フィラーを含む粒状フィラーである、または/および、前記非繊維状フィラーは、シリカ、またはアルミナであり、その平均粒径は5〜30μmで、かつ2種以上の平均粒径分布を持つことを特徴とする接合方法に関する。
また、本発明は、液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を備えた基板を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板に駆動パルスを供給するための配線部材を組み込んだ吐出モジュールを備え、液体を前記吐出素子基板へ供給する複数の狭小流路を持つ液体供給部と、前記吐出モジュールの支持部を兼ねた支持部材を有する液体吐出ヘッドであって、前記支持部材は、樹脂成形品で構成された第一部材と第二部材を少なくとも一部で融着した融着部を有し、該樹脂成形品の少なくとも一方は50〜80質量%の非繊維状フィラーを含んだ熱可塑性樹脂からなることを特徴とする液体吐出ヘッドに関する。
さらに本発明は、液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を備えた基板を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板に駆動パルスを供給するための配線部材を組み込んだ吐出モジュールを備え、液体を前記吐出素子基板へ供給する複数の狭小流路を持つ液体供給部と、前記吐出モジュールの支持部を兼ねた支持部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記支持部材は、樹脂成形品で構成された第一部材と第二部材とを少なくとも一部で加熱溶融により接合して形成されてなり、該第一部材と第二部材の少なくとも一方は50〜80質量%の非繊維状フィラーを含んだ熱可塑性樹脂からなり、前記加熱溶融は前記第一部材と前記第二部材の接合面を、外部からの物理的加熱により溶融し、両接合面を接触させて融着することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。なお、以下説明する実施例の材料、構造および接合方式では、複数の樹脂成形品を用いた吐出モジュールの支持部材に適用した場合について説明する。
図1は本発明の一側面としての熱板溶着装置1を示す斜視図である。熱板溶着装置1は液体収納容器や液体輸送管路などの中空体を形成するときに使われる装置であって、熱可塑性樹脂の成形部材などを、加熱溶融して直接接合する。熱板溶着装置1は、本実施形態では、物理的加熱溶融の方法として、熱板からの輻射熱によって熱可塑性樹脂を溶融させる非接触加熱溶融を採用する。
図2(b)に示すように、部材を加熱溶融させる熱板8は熱板を所定の位置へ移動させる熱板駆動機構9により、部材を加熱溶融させる際に加熱溶着エリアへ移動し、それ以外の時は熱板待機エリアに配置される。熱板の加熱方法は、例えばステンレス鋼のような鋼材内部にヒーターのような熱源を内蔵し、所望の温度に常時加温する方式や、熱板を電磁誘導加熱で加温する方式がある。本発明においては熱板が所望の温度を満たし、温度センシング可能であるならば、熱板自体を昇温させる加熱方式は問わず、いずれの方式においても適用可能である。
図5は、本発明に係る液体吐出ヘッドの概略分解斜視図である。液体吐出ヘッドは複数の吐出モジュール16と、吐出モジュール16を支持する支持部材15と筐体17で構成されている。吐出モジュール16は、例えば、液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を備えた基板を有する吐出素子基板と、吐出素子基板に駆動パルスを供給するための配線部材を組み込んだものである。
支持部材15は複数種の液体を、複数の吐出モジュール16の吐出素子基板(不図示)へ供給する複数の狭小流路を持つ液体供給部と、吐出モジュール16を支持する支持部を兼ねる。図5に示す支持部材15は、液体供給部を構成する第一部材2及び第二部材5と、液体供給部と同時に支持部となる第三部材14により構成される。支持部材15は、流路を流れる液体に対して十分な接液性を有することが必要であり、また、初期の吐出モジュール16の搭載位置精度を確保するため、ある程度の剛性を必要とする。また、その後の、温度等の外的要因によって起こる支持部材の寸法変化による、吐出モジュール16の搭載位置精度変化を抑制させるため、比較的線膨張係数が小さいことが必要とされる。これらの必要事項に対応するために、支持部材を構成する第一、第二、第三部材は、具体的には、PPS(ポリフェニレンサルファイド)や変性PPE(変性ポリフェニレンエーテル)、LCP(液晶ポリマー)、PSF(ポリサルフォン)、ポリイミドおよびこれらのいずれかと他の樹脂とのポリマーアロイ等を母材として、シリカやガラスなどの無機フィラーを添加した樹脂材料を射出成形して形成される。フィラーを充填する場合には、表面の平坦性の観点と、膨張率に異方性を生じさせない観点において非繊維状の粒子フィラーを使用する。特に、球形度0.9以上の球状フィラーを含む粒状フィラーであることが好ましい。非繊維状フィラーは、シリカ、またはアルミナであることが好ましい。また、その平均粒径は5〜30μmで、かつ2種以上の平均粒径分布を持つことことが好ましい。これは、線膨張係数を吐出モジュールに近づけるためには、充填量を多くすることが好ましく、充填率を高めるためには、粒子径の異なる2種類以上のフィラーを組み合わせることで、大きな粒子の隙間に小さな粒子を充填していくことを繰り返して、空隙率を下げることが効果的である。
本発明では、50〜80質量%の非繊維状フィラーを含有した熱可塑性樹脂を接合する部材の少なくとも一方に用いる。本発明においては、複数の狭小流路を持つ液体供給部を構成する第一部材2と第二部材5の両方に50〜80質量%の非繊維状フィラーを含有した熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、第三部材14を含む全てに同じ樹脂を使用することが好ましい。
以下、本発明の実施例では、長尺支持部材上に液体を吐出する記録素子基板を備えた吐出モジュールを複数配置し、記録ヘッドの幅を記録媒体幅に対応して長尺化させた、ラインヘッドをモデルに説明するが、記録ヘッドを、被記録媒体幅方向に走査して印刷するスキャンヘッドにも適用可能である。
以下のようにして、まず、3種類の材料で支持部材を作成した。
第一の材料として、平均粒径が30μmで球形度0.9の球状シリカフィラー(マイクロン(株)製)と平均粒径6μmの粒状フィラーを質量比で85/15の割合で混合したフィラーと、PPS(ポリプラスチック製;直鎖型PPS 0220A4)を質量比で80/20の割合で、樹脂温度を300〜320℃で混錬を行い、ペレット化した。この材料を部材の金型内に射出速度1500mm/s、射出圧343MPa、樹脂温度330℃、金型温度100℃、冷却時間60secの条件で成形を行った。
第二の材料として、PPS+LCP+ガラスフィラー40質量%(ポリプラスチック製;1140V1)を選定し、部材の金型内に射出速度80mm/s、射出圧70MPa、樹脂温度310℃、金型温度140℃、冷却時間60secの条件で成形を行った。
第三の材料として、変性PPE+PS+ガラスフレーク+無機フィラー50質量%(旭化成製;XYRON L565V)を、部材の金型内に射出速度100mm/s、射出圧80MPa、樹脂温度290℃、金型温度80℃、冷却時間60secの条件で成形を行った。以上により3種類の材料で、図3に示すような、幅が約1.5mmの壁部を有する第一部材2及び第二部材5の二つの部材をそれぞれ得た。
以上、3種類の材料で得られた部材の線膨張係数を測定した。線膨張係数は、恒温チャンバー内に部材を設置し、非接触光学式3Dひずみ・変形測定器(ARAMIS:GOMmbH製)で測定した。
表1にその結果を表す。
本発明の実施例として挙げた3種類の材料で得られた部材は、いずれも、部材として必要な接液性、及び剛性を満足し、線膨張係数においても使用可能な材料であった。
以上で得られた3種類の部材を、前記非接触式の熱板溶着方式により、接合を行った。
図7に、前記熱板溶着による接合で得られた支持部材結合品の断面を示す。溶着部は第一部材2と第二部材5との接合部Aと第一部材2と第三部材14との接合部Bの2か所である。
第二の材料では、前述したように接合界面に繊維状フィラーが浮き出てしまうスプリングバック現象が発生し、より過度に溶融圧着する必要があった(図9参照)。結果として、過大なバリが発生してしまい、また、繊維状のフィラーが溶着部側面から突き出る現象が見られた。これは、異物発生の懸念があり、支持部材の流路部には適さない結果となった。
第三の材料では、第二の材料より程度は軽いが、スプリングバックに似た現象が発生し、やや大きめのバリが発生した(図10参照)。
第一の材料は、バリの発生が最も小さく、溶着界面も十分に一体化している状況が得られている(図8参照)。
一般に、熱可塑性樹脂の熱板溶着は、加熱により樹脂中の結晶部が無定形分子化し、接合界面で相互に拡散し、その後の保持冷却により、界面での分子の絡み合い効果と、結晶形成により溶着強度が発現すると云われている。この現象の中で、多量に充填されたフィラーは樹脂とともに、流動拡散しなければならない。この流動拡散性は、球状フィラー>フレーク状フィラー>繊維状フィラーの順であり、本実施例で、球状フィラーの優位性が確認された。
図11を用いて第二の実施形態を説明する。
図11は、溶着する部材の壁部18の断面模式図を表す。図11(a)において、壁部18の幅が不均一な場合、熱板による加熱で壁部18の先端部が溶融する際に、壁の先端部における、蓄熱と支持部材内部への放熱のバランスが異なることにより、溶融量(深さ方向の後退量、「溶融深さ」ともいう)にばらつきを生じる。また、溶融後に部材同士を接合する際に、溶融量の差により、押し出される樹脂の量にばらつきを生じ、結果として、バリの発生量が増加する。図11(b)において、溶融する部材の壁部18の高さを溶融深さ以下とした場合(図11(b)では下の部材を平面としている)、部材の溶融領域が拡大化し、対向する部材間の溶融深さを、同等とすることが困難となる。
図11(c)に示すように、壁部18の幅を略均一とし、かつ壁部の高さを溶融深さ以上(本実施例では0.5mmとした)とすることにより、バリの発生量が均一化し、結果としてバリの発生量を抑えることが可能となる。
第三の実施形態に係る溶着方法を、図12を用いて説明する。図12(a)は部材を装置に配置した状態を示し、図12(b)は熱板8による加熱溶融状態、図12(c)は接合終了状態を表す。本実施形態は、図12(b)で示すように、熱板8と第一部材2との距離W1と熱板8と第二部材5との距離W2は異なり、熱板8の上方側の距離W1が広い寸法とした溶着方法としている。均熱化された熱板8であっても、熱板8と部材との空間に存在する温められた空気の影響を受ける。通常、温められた空気は上方側へ流れる事により、輻射熱による部材に与える実温度は、前記の温められた空気の対流により熱板8の上方と下方とでは差異が生じている。よって、上方側W1を下方側W2より広く設定する事により、第一部材2と第二部材5の溶融速度、溶融状態を合わせ、溶融量を均一化できる。よって、接合部のバリの発生を抑えることが可能となる。
図13および図14を用い、第四の実施形態に係る溶着方法を説明する。図13は被接合面である壁の先端の接触状態を模式図で表す。図14は各接合位置で接合した結果の断面写真を示す。本実施形態は接合位置が、非溶融状態の部材接触位置とは異なる位置を接合面としている。前述の非溶融状態の被接合面同士が接触した状態を図13(a)に示し、第一部材2と第二部材5の非溶融状態の被接合面同士が接触する位置を接合位置ゼロ点とする。図13(b)で示すように、熱板で加熱溶融する事により、壁部の先端が丸みを帯びることにより非溶融状態の先端位置(破線)よりもやや盛り上がり、接合位置ゼロ点よりもW3離れた位置で接触する。また、図13(c)で示すように、成形品は母材となる、例えば熱可塑性樹脂に、強化繊維や無機フィラーを含有し成形するが、充填、混練の際少なからず、成形品内に空気を抱き込みながら成形される。熱板で加熱溶融する事により、成形品内部に含んだ空気が樹脂内部で膨張し、加熱溶融された、壁部の先端はさらに盛り上がり、接合位置ゼロ点よりもW4離れた位置で接触する。本発明で用いた部材においてはそれぞれの部材溶融面が約0.2mm盛り上がる。盛り上がり量は材料や加熱温度や時間等の溶融条件により異なる。その状態で前述した接合位置ゼロ点で接合させると、盛り上がった部材を押し込む事となり、図14(a)で示すように、押し込まれた部材は接合部のバリとなってはみ出す事となる。本実施形態では、気密性を犠牲にしない程度の範囲で接合位置を決め、具体的には、加熱溶融時の盛り上がり量から接合位置ゼロ点より部材が離れた位置を含んで、表部材間の相対位置を制御する方法を採用する。本発明において、溶融した前記壁部の先端同士を接合する際の前記両部材間の相対位置は、盛り上がりの量を基に接合位置ゼロ点から両方の部材の盛り上がり量の平均値に相当する0.2mm程度部材を離した位置とした。これにより図14(b)で示すような接合が可能となり、接合信頼性を維持したままバリの発生を抑制することが可能となる。よって、加熱溶融し、接合した部材の流路内へのはみだしを抑制し、狭小流路であっても、流路内の圧力損出の悪化を抑制した、安定した液体供給が可能となる。
2.第一部材
3.第一保持部
4.第一保持部駆動機構
5.第二部材
6.第二保持部
7.第二保持部駆動機構
8.熱板
9.熱板駆動機構
10.第一締め具
11.第二締め具
12.第一部材フランジ部
13.第二部材フランジ部
14.第三部材
15.支持部材
16.吐出モジュール
17.筐体
100.記録装置
101.被記録媒体
102.搬送部
103.液体吐出ヘッド
104.液体供給部材
Claims (14)
- 第一の樹脂成型品と第二の樹脂成型品とを接合する方法であって、少なくとも一方の樹脂成形品は、50〜80質量%の非繊維状フィラーを含有した熱可塑性樹脂からなり、前記第一の樹脂成型品と前記第二の樹脂成型品の接合面を、外部からの物理的加熱により溶融し、両接合面を接触させて融着する樹脂成形品の接合方法であって、前記非繊維状フィラーは、球形度0.9以上の球状フィラーを含む粒状フィラーであることを特徴とする接合方法。
- 第一の樹脂成型品と第二の樹脂成型品とを接合する方法であって、少なくとも一方の樹脂成形品は、50〜80質量%の非繊維状フィラーを含有した熱可塑性樹脂からなり、前記第一の樹脂成型品と前記第二の樹脂成型品の接合面を、外部からの物理的加熱により溶融し、両接合面を接触させて融着する樹脂成形品の接合方法であって、前記非繊維状フィラーは、シリカ、またはアルミナであり、その平均粒径は5〜30μmで、かつ2種以上の平均粒径分布を持つことを特徴とする接合方法。
- 前記非繊維状フィラーは、シリカ、またはアルミナであり、その平均粒径は5〜30μmで、かつ2種以上の平均粒径分布を持つことを特徴とする請求項1に記載の接合方法。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、液晶ポリマーまたはポリイミド、およびこれらのいずれかと他の樹脂とのポリマーアロイを形成した樹脂から選択されることを特徴とする請求項11乃至3のいずれか1項に記載の接合方法。
- 前記物理的加熱溶融による接合は、熱線による非接触加熱溶融による接合であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の接合方法。
- 液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を備えた基板を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板に駆動パルスを供給するための配線部材を組み込んだ吐出モジュールを備え、液体を前記吐出素子基板へ供給する複数の狭小流路を持つ液体供給部と、前記吐出モジュールの支持部を兼ねた支持部材を有する液体吐出ヘッドであって、
前記支持部材は、樹脂成形品で構成された第一部材と第二部材を少なくとも一部で融着した融着部を有し、該樹脂成形品の少なくとも一方は50〜80質量%の非繊維状フィラーを含んだ熱可塑性樹脂からなることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記非繊維状フィラーは、球形度0.9以上の球状フィラーを含む粒状フィラーであることを特徴とする請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記非繊維状フィラーは、シリカ、またはアルミナであり、その平均粒径は5〜30μmで、かつ2種以上の平均粒径分布を持つことを特徴とする請求項6又は7に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、液晶ポリマーまたはポリイミド、およびこれらのいずれかと他の樹脂とのポリマーアロイを形成した樹脂から選択されることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子を備えた基板を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板に駆動パルスを供給するための配線部材を組み込んだ吐出モジュールを備え、液体を前記吐出素子基板へ供給する複数の流路を持つ液体供給部と、前記吐出モジュールの支持部を兼ねた支持部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記支持部材は、樹脂成形品で構成された第一部材と第二部材とを少なくとも一部で加熱溶融により接合して形成されてなり、該第一部材と第二部材の少なくとも一方は50〜
80質量%の非繊維状フィラーを含んだ熱可塑性樹脂からなり、前記加熱溶融は前記第一部材と前記第二部材の接合面を、外部からの物理的加熱により溶融し、両接合面を接触させて融着することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記外部から物理的加熱は、輻射熱又は熱線による非接触加熱であることを特徴とする請求項10に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記物理的加熱溶融は、前記第一部材と前記第二部材の被接合面を対向して離間配置し、両部材の間に均一に加熱された熱板を略水平に非接触に挿入して行い、前記熱板と前記被接合面との距離は、下方側よりも、上方側を離すことを特徴とする請求項10又は11に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持部材の前記複数の狭小流路を形成する壁部に融着部を有し、前記第一部材と第二部材のそれぞれに複数の壁部が形成されており、該複数の壁部の先端の幅が略均一であり、前記第一部材と第二部材のそれぞれの前記壁部の高さが物理的加熱による前記熱可塑性樹脂の溶融深さ以上であることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持部材の前記複数の狭小流路を形成する壁部に融着部を有し、前記第一部材と第二部材のそれぞれに複数の壁部が形成されており、前記壁部の先端が溶融し、溶融した前記壁部の先端同士を接合する際の前記両部材間の相対位置は、非溶融状態での被接合面同士が接触する接合位置ゼロ点よりも、離れた位置であって、両部材の前記溶融による前記接合位置ゼロ点からの盛り上がり量の平均値とすることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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