(57)【要約】      （修正有）【課題】長期の耐インク性と小さい線膨張係数を両立できる材料を、流路部材に用いたインクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】インクジェット記録ヘッド１０００は、Ｓｉで形成されている記録素子基板１１００と、液体供給スリット１２１０と、記録素子基板を支持するためのベースプレート１２００とを有する。ベースプレート１２００は、常温で固体であるエポキシ樹脂と常温で固体であるフェノール樹脂を含有する固体エポキシ樹脂組成物とアルミナフィラーとの熱硬化物で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路部材を有するインクジェット記録ヘッドであって、前記流路部材が、常温で固体であるエポキシ樹脂と常温で固体であるフェノール樹脂を含有する固体エポキシ樹脂組成物と、アルミナフィラーとの熱硬化物で形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂及び前記フェノール樹脂が多官能である、請求項１のインクジェット記録ヘッド
【請求項３】
前記エポキシ樹脂及び前記フェノール樹脂の融点がそれぞれ５０℃以上である、請求項１又は２の記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記アルミナフィラーがシランカップリング剤により処理されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記流路部材が記録素子基板を支持するためのベースプレートである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂がトリフェニル型のエポキシ樹脂である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂のエポキシ基と前記フェノール樹脂のフェノール性水酸基のモル比が、１．０：０．７〜１．０：０．９８の範囲である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記アルミナフィラーの含有量が７０〜９２質量％である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記アルミナフィラーの含有量が８５〜９１質量％である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、流路部材を常温で固体であるエポキシ樹脂と常温で固体であるフェノール樹脂を含有する固体エポキシ樹脂組成物とアルミナフィラーとを含む熱硬化成形材料を射出成形して形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂成形品を用いたインクジェット記録ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置の記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子等の電気機械変換体が用いられる。他にも、レーザー等の電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるものや、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるものが知られている。
【０００３】
その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式（インクジェット方式）の記録ヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるので、高解像度の記録が可能である。さらに、その中でも電気熱変換素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も容易である。さらに、電気熱変換素子を用いた記録ヘッドは、最近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価なことから有利である。
【０００４】
より一層高精細の記録を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソグラフィ技術を用いて高精度に作製する方法等も利用されてきている。近年では、より一層高速に高精細な画像の記録を実現するために、記録幅がより一層長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ〜１２インチ等の長さのものも要求されてきている。
このように記録幅が長い記録ヘッドを実現するにあたって、特許文献１では、適度な個数のノズルを有することで、適度な長さにされた複数個の記録素子基板をベースプレート上に配置して、全体として長い記録幅の記録ヘッドを実現する構成が提案されている。この場合、吐出圧力発生素子をマウントし流路等を付加するベースプレート部材としては、高い平面度、Ｓｉ基板と応力を発生させない小さい線膨張係数が求められる。また、ベースプレート部材は、高い耐インク性が求められる。これは、インク中に不純物等が溶け出すと吐出性能に悪影響を与え、ひどい場合には析出物が生じノズルを詰まらす事になるからである。
これらの特性がある代表的な材料としては、アルミナが挙げられる。
しかし、アルミナによる大型部品の成形は大変高価な物になる傾向にある。
その為、ベースプレート部材を安価に作るために、アルミナの代わりに、特許文献２、特許文献３等に記載の樹脂成形材料を用いた場合、得られたインクジェット記録ヘッドは線膨張や溶出の観点で必ずしも満足のいくものではなかった。
材料としては、耐薬品性を考慮して、エポキシ樹脂を用い、フィラーを大量に配合する為に液状組成物としたが、アルミナ並みの小さい線膨張係数を達成するためには、更にフィラー量を増す必要があった。しかし、材料が細かい顆粒状や粉体等の粉状態になり、エポキシ樹脂とフィラーとを均一に混ぜる事ができなかった。また、フィラー添加量を低減し、粉状態にならず均一に混ぜられた材料でも、液状樹脂を用いているためトランスファーモールド成形を行おうとすると、加温押し出し時に、樹脂分が膨張し、樹脂粘度が下がる。この為、樹脂とフィラーが分離する肌荒れが起こり面精度を確保できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４１９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７３９７０号公報
【特許文献３】特開２００９−１５５３７０号公報
【特許文献４】特開２０１５−２０６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４では、前記問題を解決する為に液状樹脂による成形材の使用が記載されているが、インクジェットヘッドは、産業用途等の更なる長期信頼及び生産性の向上が求められている。長期のインク保存やプレシャークッカーテスター（ＰＣＴ）等の過激な条件でインクに浸漬するとフィラー上の薄皮が剥がれ、フィラーが顔を出し、フィラーが溶出してしまったり、ひどい場合は、脱落したりする場合がある。
したがって、本発明の目的は、長期の耐インク性と小さい線膨張係数を両立できる材料を、流路部材に用いたインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
流路部材を有するインクジェット記録ヘッドであって、前記流路部材が、常温で固体であるエポキシ樹脂と常温で固体であるフェノール樹脂を含有する固体エポキシ樹脂組成物と、アルミナフィラーとの熱硬化物で形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド、に関する。
また、本発明の別の態様は、インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、流路部材を常温で固体であるエポキシ樹脂と常温で固体であるフェノール樹脂を含有する固体エポキシ樹脂組成物と、アルミナフィラーとを含む熱硬化成形材料を射出成形して形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法、に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長期の耐インク性と小さい線膨張係数を両立できる材料を、流路部材に用いたインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、インクジェット記録ヘッドの一例を示す側面図及び底面図である。  図１（ｂ）は、インクジェット記録ヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、実施例で用いた射出成形機を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のインクジェット記録ヘッドとその製造方法について以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
＜インクジェット記録ヘッド＞
図１（ａ）は、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッド１０００の一例を示す側面図及び底面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のインクジェット記録ヘッド１０００の部品構成を示す分解斜視図である。
インクジェット記録ヘッド１０００は、使用が想定されるシートの最大幅をカバーする範囲でノズル列が形成されている。この記録ヘッドは、インクジェット記録ヘッドをスキャンすることなしに幅広の記録が可能なインクジェット方式のフルライン型記録ヘッドである。
【００１１】
インクジェット記録ヘッド１０００は、Ｓｉで形成されている記録素子基板１１００と、液体供給スリット１２１０と、記録素子基板を支持するためのベースプレート１２００とを有する。インクジェット記録ヘッド１０００は、さらに記録素子基板と記録装置との電気的接続を行うための電気配線基板１３００と、液体貯蔵部１５１０と、ベースプレート１２００に接合されるインク供給部材１５００とを有する。複数の記録素子基板１１００は、吐出口１１０５を有し、ベースプレート１２００の主面１２００ａに記録媒体搬送方向（Ｘ方向）と交差する方向（Ｙ方向）に精度よく配置されている。図１（ｂ）では、複数の記録素子基板１１００は、吐出口群の端部１１０９が互いに重なるように交互に２列に配置されている。主面１２００ａの反対側の面１２００ｂにはインク供給部材１５００が配置されている。電気配線基板１３００は電極端子１３２０と開口部１３３０とを備える。
【００１２】
ベースプレート１２００は流路の一部を形成するため、インク等の液体に対する高い耐性が必要である。例えば、ベースプレートの材料が数ｐｐｍでもインク等の液体に溶出すると、吐出口の近傍でインク等の液体が蒸発し、吐出口付近に析出物が付着する。そのため、吐出される液滴のヨレ等が発生し、印字不良が発生する場合がある。また、ベースプレート１２００は、Ｓｉ等により形成されている記録素子基板１１００とは接着剤等により接合され、高い寸法精度が要求されるため、ベースプレート１２００の線膨張係数は小さいほうが好ましい。
そこで、本発明では、ベースプレート１２００等の流路部材を、常温で固体であるエポキシ樹脂と常温で固体であるフェノール樹脂を含有する固体エポキシ樹脂組成物とアルミナフィラーとを含む熱硬化成形材料の熱硬化物で形成する。
本発明に係る材料は、線膨張係数が小さく、成形性に優れ、インク等の液体への溶出が少なく、さらに射出成形にも用いることができる材料である。
【００１３】
本発明では、樹脂成分を固体とすることで顆粒状の成形材料とすることができ、フィラーを高充填できる。特に射出成形機を用いた場合、固体エポキシ樹脂と固体フェノール樹脂の組み合わせは、比較的溶融粘度が低く、アルミナに対して濡れ性が高いので、射出成形機内のスクリューでフィラー表面を樹脂によく馴染ませる事ができる。特に固体エポキシ樹脂と固体フェノール樹脂として多官能樹脂を用いた場合、より架橋密度が高くなり、フィラーをより強固に接着するため脱落しにくい。また、フィラーをアルミナにすることで、樹脂薄皮が一部剥がれてもフィラーからの溶出が起こりにくい。さらに固体のエポキシ樹脂及び固体のフェノール樹脂を用いる事で、溶融粘度が低くなりフィラー含有量を増やしても、成形時の流動性は良好である。
以下、本発明に係る熱硬化物を成形するための熱硬化成形材料、それぞれの構成成分について説明する。
【００１４】
固体エポキシ樹脂組成物は、常温で固体であるエポキシ樹脂（以下、固体エポキシ樹脂ともいう）、硬化剤として常温で固体であるフェノール樹脂（以下、フェノール硬化剤ともいう）、硬化促進剤、シラン剤等を含有する。主剤の固体エポキシ樹脂及びフェノール硬化剤は、固体である必要があるが、その他の添加剤は、液体であっても固体であってもよい。また必要に応じ一般的に改質目的で添加されるエポキシ樹脂に関しても液体であっても固体であってもよい。固体エポキシ樹脂組成物は、常温で固体であればよく、保存安定性や取扱いを考慮すると、５０℃以上の融点を有していることが好ましい。
【００１５】
固体エポキシ樹脂は、常温（１５〜３５℃）で固体であり、その融点が５０〜１２０℃の範囲にあるものが好ましい。固体エポキシ樹脂としては、ナフタレン骨格型、クレゾールノボラック型、トリフェニル型、ビフェニル型、ジシクロペンタジエン型、ナフトール骨格型、ビスフェノールノボラック型、グリシジルアミン型、フェノールビフェニレン型、脂環式のエポキシ等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
固体エポキシ樹脂の中では、耐インク性やフィラーへの密着性、成形タクトの観点で、多官能エポキシ樹脂を好適に用いる事ができる。その中でも、トリフェニル型のエポキシ樹脂は、フェノール硬化剤との組み合わせで高いガラス転移点を有し、しかも優れた耐インク性を有する成形体を形成できるため、流路部材として最適に用いる事ができる。
【００１６】
硬化剤として用いる固体フェノール樹脂は、常温（１５〜３５℃）で固体であり、その融点が５０〜１２０℃の範囲にあるものが好ましい。固体フェノール樹脂としては、フェノールノボラック型、キシリレンノボラック型、ビスＡノボラック型、トリフェニルメタンノボラック型、ビフェニルノボラック型、ジシクロペンタジエン型等のフェノール樹脂が挙げられる。これらのフェノール樹脂は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
固体フェノール樹脂の中では、耐インク性やフィラーへの密着性、成形タクトの観点で多官能エポキシ樹脂を好適に用いる事ができる。本発明では、硬化剤としてフェノール樹脂を用いることにより、固体エポキシ樹脂組成物のアルミナフィラーに対する濡れ性がよくなり、エポキシ樹脂組成物とアルミナフィラーが強固に接着し、インクの長期の保存に信頼性を得られる。
【００１７】
本発明に係る熱硬化成形材料において、熱硬化反応後、成形物中にフェノール性水酸基が残ると耐インク性が低下するためエポキシ量を多くする必要がある。そこで、固体エポキシ樹脂と固体フェノール樹脂の含有量は、固体エポキシ樹脂のエポキシ基と固体フェノール樹脂のフェノール性水酸基のモル比を、１．０：０．７〜１．０：０．９８の範囲とすることが好ましく、１．０：０．９０〜１．０：０．９８の範囲とすることがより好ましい。
また、熱硬化成形材料中における固体エポキシ樹脂と固体フェノール樹脂の合計の含有量は、好ましくは８〜３０質量％、より好ましくは９〜１５質量％である。
【００１８】
硬化剤である固体フェノール樹脂は、一般的に反応性が低く硬化促進剤と組み合わせて使用することが好ましい。また、硬化促進剤を添加することにより、フェノール性水酸基と反応していないエポキシ基も反応を進めることができる。このため成形物中には、未反応成分は含まれておらず、耐インク性は良好である。かかる硬化促進剤としては、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−（２−シアノエチル）−２−エチル−４−メチルイミダゾールイミダゾール類等のイミダゾール類のほか、三級アミン類、トリフェニルホスフィン類等が挙げられる。
また、熱硬化成形材料中における硬化促進剤の含有量は、好ましくは０．０１〜０．５質量％、より好ましくは０．１〜０．３質量％である。
【００１９】
本発明では、インクへの溶出が抑制され、線膨張係数が小さい点から、アルミナフィラーを用いる。アルミナフィラーとしては、線膨張を抑えるため及び高充填にするため、球状のものが好ましく、最密充填にするためには、粒径の異なるものを組み合わせることが好ましい。最密充填にするには、平均粒径が大きい方のアルミナフィラーの粒径は、平均粒径が小さい方のアルミナフィラーの粒径の、３〜５倍であることが好ましい。また、平均粒径が大きい方のアルミナフィラーの粒径は、１５〜５０μｍであることが好ましく、平均粒径が小さい方のアルミナフィラーの粒径は、３〜１５μｍであることが好ましい。平均粒径の大きなアルミナフィラーと小さなアルミナフィラーとの重量の比率は、大：小＝９：１〜６：４とすることが好ましい。全体の平均粒径としては５０μｍ以下が好ましく、これよりも大きいと細部の充填性が悪くなったり、成形時の流動性が悪化したりすることがある。また、粒径が５μｍ以下位になると比表面積が増大していき、硬化特性は良好になっていくが、成形時の流動性が落ちる。したがってアルミナフィラー全体の平均粒径としては、１０〜３０μｍであることが特に好ましい。尚、ここでの平均粒径とは、数平均粒子径を意味する。
熱硬化物中のアルミナフィラーの充填量は、耐インク性や線膨張係数、熱伝導性を考慮するとなるべく多くしたいが、成形性を考慮すると７０〜９２質量％が好ましく、８５〜９１質量％がより好ましい。
【００２０】
アルミナフィラーは、樹脂成分に対する接着性を向上させるために、シランカップリング剤で処理されていることが好ましい。この場合、シランカップリング剤の使用量は、アルミナフィラー１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜０．０６質量部、より好ましくは０．０２〜０．０４質量部とする。シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）−エチルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。また、チタネート系やアルミネート系のカップリング剤を用いてもよい。これらのシランカップリング剤は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明に係る成形材料に関して、実施例及び比較例を例に挙げ説明を行う。なお、特に説明のない限り、「部」とは質量単位である。
【００２２】
＜成形材料の製造＞
表１及び表２に記載の成形材料１〜１１を調製した。具体的には、表１及び表２に記載の固体エポキシ樹脂、硬化剤である固体フェノール樹脂、硬化促進剤（硬化触媒）及び流動向上剤を表１及び表２に記載の配合量で混合した後、この混合物に少量ずつ充填材を入れながら攪拌を行った。各材料の混合は、ミキサーによる混合、熱ロール、ニーダにより熱溶融混合処理を行い、冷却固化し、粉砕し、粒径が揃うようにフィルタリングを行い、成形材料を得た。該成形材料について以下の評価を行った。結果を表１及び表２に併せて示す。
なお、充填材として用いたアルミナフィラーのシランカップリング剤による処理は、次のようにして行った。
ヘンシェルミキサーにアルミナフィラーを１０ｋｇ投入し、そして、７００ｒｐｍで撹拌しながら、シランカップリング剤（製品名：Ａ−１８７、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）の３ｇと、エタノールの４００ｇからなる溶液を投入し、５分撹拌を行う。そして、全体が均一の粘稠溶液になっていることを確認し、スチームを入れる。そして、スチームによって溶剤が蒸発すると、攪拌の回転数を１４００ｒｐｍにし、１００℃で５分保持した後、冷却することで、アルミナフィラーをシランカップリング剤により処理した。
【００２３】
＜射出成形性評価＞
得られた各成形材料について、図２に示す射出成形機を用いて射出成形を行い、射出成形の際の射出成形性を評価した。
ホッパー２１から成形材料を投入する。投入された材料は、スクリュー２２によって型２７の方に押し出されていく。押されながらヒーター２３によって加熱され、材料は、固体２４からベタツキ状態２５そして液体状態２６へと変わり、高温の型２７の中に押し出され、硬化が進み成形品２８となる。
以上の射出成形工程において、各成形材料が通常通り射出成形が行えるか否かについて観察し射出成形性を評価した。結果を表１又は表２に示す。尚、表中の混練後の性状は、目視と指触で確認した。
射出成形機の設定条件は以下の通りである。射出成形機（製品名：ＥＣ７５ＳＸＲ、東芝マシン社製）を用い、４０ｍｍ×４０ｍｍ×３ｍｍの平板を、１７５℃２分の条件で成形した。
【００２４】
＜耐インク性評価＞
前記の射出成形性評価にて成形した成形品に１８０℃、８ｈｒの追加熱硬化を行い、以下のとおり耐インク性の試験を行った。比較例の樹脂組成９〜１１については、射出成形ができなかったので、圧縮成形を行い得られた成形品を評価した。なお、耐インク性の評価は、成形直後の成形品でも可能であるが、フェノール硬化剤は、比較的に硬化反応性が低く、成形品の構成成分の反応が完結していないことも想定されることから、長期の耐インク性を考慮し、追加加熱を行った。
【００２５】
得られた成形品を物流用透明インク（インクジェットプリンタ用物流インク）（商品名：Ｆ８５０、キヤノン製）に浸漬し、ＰＣＴにて１２１℃で１０時間加温した。常温まで空冷した後、ＩＣＰ発光分析装置により成形品からのインク中へのフィラー（無機物）の溶出の有無を確認し、あわせて成形品からのフィラーの脱落の有無を観察した。溶出、脱落が観察されなかった成形品については、そのままの状態で再度ＰＣＴにて１２１℃で２５０時間加温し、同様にしてフィラーの溶出の有無の確認及びフィラーの脱落の有無を観察した。結果を表１および表２に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
実施例の成形材料１〜７及び比較例の成形材料８は、通常通り、射出成形により成形品を得ることができた。
これに対し、比較例の成形材料９〜１１では、ベタツキのある状態なので、材料を射出成形機に入れるとホッパー２１で材料が詰まり通常状態では成形ができなかった。
【００２９】
実施例の成形材料１〜７では、多官能材料及び固体材料を用いているので、１２１℃、１０時間までは、フィラー溶出、脱落がなく良好な耐インク性を示している。実施例の成形材料３及び４では、特に、エポキシ樹脂にトリフェニル骨格の多官能エポキシ樹脂を用いており、Ｔｇも１８５℃と、他の成形材料より２０〜４０℃高くなっている。製造中に使われる実装材料の硬化温度は、高いものでも１８０℃なので、実施例の成形材料３及び４は、製造中に、線膨張差による応力が加わることなく、また、架橋密度が高いため、耐インク性は良好である。さらに、実施例の成形材料３及び４は、１２１℃で２５０時間の結果を観ると、他の樹脂組成と比べてフィラー脱落が少ない。特に成形材料４では、アルミナフィラーにシランカップリング処理を行い、樹脂成分に対して密着向上を行っているので、フィラー脱落は観察されず、特に耐インク性が優れていた。
【００３０】
本実施例では、アルミナフィラーを９０質量％と多く含有しており、熱伝導率も、５Ｗ／ｍＫ程度になっている。印字中は、記録素子基板が発熱するために熱を逃がす必要があり、特に、産業用のインクジェットヘッドの場合、記録素子基板を多数配置するため、これらの点から本実施例の樹脂組成が有効な特性を有していることがわかる。
比較例の成形材料８では、アルミナフィラーを含有せず、フィラーに溶融石英を用い多く充填しているために、僅かに表面に出ているシリカが溶出してしまっている。溶出量が多いと再析出したりインク成分と反応したりして、固体物を作り、吐出のヨレや不吐出の原因となる。
また比較例の成形材料９〜１１では、アルミナと十分に接着していないために、フィラーが脱落してしまっている。脱落したフィラーは、インクと共に運ばれ、インク流路にとどまり流抵抗を上げ、ひどい場合は、吐出口につまり不吐出の原因となる。
【符号の説明】
【００３１】
１０００  インクジェット記録ヘッド
１１００  記録素子基板
１１０５  吐出口
１１０９  吐出口群の端部
１２００  ベースプレート
１２１０  インク供給スリット
１３００  電気配線基板
１３２０  電極端子
１３３０  開口部
１５００  インク供給部材
１５１０  インク貯蔵部
２１  ホッパー
２２  スクリュー
２３  ヒーター
２４  材料Ａ
２５  材料Ｂ
２６  材料Ｃ
２７  型
２８  成形品
【図１】
2019142213.tif 000005
【図２】
2019142213.tif 000006