JP7175757B2 - Inkjet recording head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an ink jet recording head using an epoxy resin molded product and a manufacturing method thereof.
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。 An electromechanical transducer such as a piezo element is used as an energy generating element that generates energy for ejecting ink from ejection openings of a recording head of an inkjet recording apparatus. In addition, there is known a device in which an electromagnetic wave such as a laser is irradiated to generate heat, and ink droplets are ejected by the effect of this heat generation, and a device in which liquid is heated by an electrothermal conversion element having a heating resistor.
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。 Among them, a recording head that uses thermal energy to eject ink droplets (inkjet method) can arrange ejection openings at a high density, so high-resolution printing is possible. Furthermore, among them, a recording head using an electrothermal conversion element as an energy generating element can easily be miniaturized. Furthermore, recording heads using electrothermal conversion elements can fully utilize the advantages of IC technology and microfabrication technology, which have seen remarkable advances in technology and improved reliability in the field of semiconductors in recent years, and facilitate high-density mounting. It is also advantageous because the manufacturing cost is low.
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。
In order to perform recording with even higher definition, a method of manufacturing nozzles for ejecting ink with high precision using a photolithography technique has been used. In recent years, in order to print high-definition images at even higher speeds, there has been a demand for a print head with a longer print width. Specifically, recording heads with a length of 4 inches to 12 inches are also required.
In order to realize a recording head with such a long recording width, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200000 discloses that a plurality of recording element substrates having an appropriate number of nozzles and having an appropriate length are arranged on a base plate. A configuration has been proposed that realizes a recording head with a long recording width as a whole. In this case, the base plate member that mounts the ejection pressure generating element and adds the flow path and the like is required to have a high flatness and a small linear expansion coefficient that does not generate stress with the Si substrate. Also, the base plate member is required to have high ink resistance. This is because if impurities or the like dissolve into the ink, they adversely affect the ejection performance, and in the worst case, deposits are generated to clog the nozzles.
Alumina is a representative material having these properties.
However, molding large parts with alumina tends to be very expensive.
Therefore, in order to make the base plate member at a low cost, when the resin molding materials described in Patent Documents 2 and 3, etc., are used instead of alumina, the obtained ink jet recording head has a problem in terms of linear expansion and elution. was not always satisfactory.
Considering chemical resistance, epoxy resin was used as the material, and a liquid composition was used in order to incorporate a large amount of filler. had to increase. However, since the material becomes fine granules or powder, it is impossible to uniformly mix the epoxy resin and the filler. In addition, even if the amount of filler added is reduced and the material is uniformly mixed without becoming powdery, the liquid resin is used. goes down. As a result, the resin and the filler were separated from each other, resulting in a rough surface, making it impossible to ensure surface precision.
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。
Patent Document 4 describes the use of a molding material made of liquid resin in order to solve the above problem, but inkjet heads are required to have further long-term reliability and improved productivity for industrial applications. When immersed in ink under extreme conditions such as long-term ink storage or pressure cooker tester (PCT), the thin skin on the filler peels off, the filler is exposed, and the filler is eluted, or in severe cases, it falls off. Sometimes.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head in which a material that achieves both long-term ink resistance and a small coefficient of linear expansion is used for a flow path member.
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。
One aspect of the present invention is
An inkjet recording head having a channel member, wherein the channel member is a thermoset product of a solid epoxy resin composition containing an epoxy resin that is solid at room temperature and a phenolic resin that is solid at room temperature, and an alumina filler. The present invention relates to an ink jet recording head characterized by being formed of
Another aspect of the present invention is a method for manufacturing an inkjet recording head, wherein the flow path member is composed of a solid epoxy resin composition containing an epoxy resin that is solid at room temperature and a phenolic resin that is solid at room temperature; The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head characterized by injection molding a thermosetting molding material containing a filler.
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。 According to the present invention, it is possible to provide an ink jet recording head in which a material capable of achieving both long-term ink resistance and a small coefficient of linear expansion is used for a flow path member.
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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings for an ink jet recording head of the present invention and a method for manufacturing the same.
<Inkjet recording head>
FIG. 1A is a side view and a bottom view showing an example of an
In the
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。
The
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。
Since the
Therefore, in the present invention, the flow path member such as the
The material according to the present invention has a small linear expansion coefficient, excellent moldability, little elution into liquid such as ink, and can be used for injection molding.
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。
In the present invention, by making the resin component solid, a granular molding material can be obtained, and the filler can be highly filled. Especially when an injection molding machine is used, the combination of solid epoxy resin and solid phenolic resin has a relatively low melt viscosity and high wettability to alumina, so the screw in the injection molding machine allows the filler surface to blend well with the resin. can let In particular, when polyfunctional resins are used as the solid epoxy resin and the solid phenol resin, the cross-linking density becomes higher and the filler is adhered more firmly, so that it is difficult to fall off. In addition, by using alumina as the filler, elution from the filler is less likely to occur even if the resin thin film is partially peeled off. Furthermore, by using a solid epoxy resin and a solid phenol resin, the melt viscosity is lowered, and even if the filler content is increased, the fluidity during molding is good.
Hereinafter, the thermosetting molding material for molding the thermosetting material according to the present invention and the components thereof will be described.
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。 The solid epoxy resin composition includes an epoxy resin that is solid at normal temperature (hereinafter also referred to as solid epoxy resin), a phenol resin that is solid at normal temperature as a curing agent (hereinafter also referred to as phenol curing agent), a curing accelerator, and a silane agent. etc. The base solid epoxy resin and phenolic hardener should be solid, but the other additives may be liquid or solid. Epoxy resins, which are generally added for the purpose of modification as necessary, may be either liquid or solid. The solid epoxy resin composition may be solid at room temperature, and preferably has a melting point of 50° C. or higher in consideration of storage stability and handling.
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。
The solid epoxy resin is preferably solid at room temperature (15 to 35°C) and has a melting point in the range of 50 to 120°C. Solid epoxy resins include naphthalene skeleton type, cresol novolak type, triphenyl type, biphenyl type, dicyclopentadiene type, naphthol skeleton type, bisphenol novolac type, glycidylamine type, phenolbiphenylene type, and alicyclic epoxy. be done. One of these epoxy resins may be used, or two or more thereof may be used in combination.
Among solid epoxy resins, polyfunctional epoxy resins can be preferably used from the viewpoint of ink resistance, adhesion to filler, and molding tact. Among them, triphenyl-type epoxy resin has a high glass transition point when combined with a phenolic curing agent, and can form a molded product with excellent ink resistance, so it can be used optimally as a flow channel member. can.
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。
The solid phenolic resin used as the curing agent is preferably solid at room temperature (15 to 35°C) and has a melting point in the range of 50 to 120°C. Examples of solid phenolic resins include phenolic novolak type, xylylene novolak type, bis A novolak type, triphenylmethane novolak type, biphenyl novolac type, dicyclopentadiene type phenolic resins, and the like. These phenol resins may be used alone or in combination of two or more.
Among solid phenolic resins, polyfunctional epoxy resins can be preferably used from the viewpoint of ink resistance, adhesion to filler, and molding tact. In the present invention, by using a phenolic resin as a curing agent, the wettability of the solid epoxy resin composition with respect to the alumina filler is improved, and the epoxy resin composition and the alumina filler are strongly adhered to each other, resulting in reliability in long-term ink storage. is obtained.
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。
In the thermosetting molding material according to the present invention, if phenolic hydroxyl groups remain in the molded article after the thermosetting reaction, the ink resistance is lowered, so it is necessary to increase the amount of epoxy. Therefore, the content of the solid epoxy resin and the solid phenolic resin is such that the molar ratio of the epoxy group of the solid epoxy resin to the phenolic hydroxyl group of the solid phenolic resin is in the range of 1.0:0.7 to 1.0:0.98. and more preferably in the range of 1.0:0.90 to 1.0:0.98.
The total content of solid epoxy resin and solid phenol resin in the thermosetting molding material is preferably 8-30% by mass, more preferably 9-15% by mass.
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。
Solid phenolic resins, which are curing agents, generally have low reactivity and are preferably used in combination with curing accelerators. Moreover, by adding a curing accelerator, the reaction of epoxy groups that have not reacted with phenolic hydroxyl groups can also proceed. Therefore, the molded article does not contain unreacted components, and has good ink resistance. Such curing accelerators include imidazoles such as 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-(2-cyanoethyl)-2-ethyl-4-methylimidazole imidazoles, tertiary amines, and triphenylphosphines. etc.
Also, the content of the curing accelerator in the thermosetting molding material is preferably 0.01 to 0.5% by mass, more preferably 0.1 to 0.3% by mass.
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。
In the present invention, an alumina filler is used because it suppresses elution into the ink and has a small coefficient of linear expansion. The alumina filler is preferably spherical in order to suppress linear expansion and achieve high packing, and it is preferred to combine alumina fillers having different particle sizes in order to achieve the closest packing. For close packing, the particle size of the alumina filler with the larger average particle size is preferably 3 to 5 times the particle size of the alumina filler with the smaller average particle size. The particle size of the alumina filler having the larger average particle size is preferably 15 to 50 μm, and the particle size of the alumina filler having the smaller average particle size is preferably 3 to 15 μm. The weight ratio of the alumina filler having a large average particle size and the alumina filler having a small average particle size is preferably large:small=9:1 to 6:4. The average particle size of the whole is preferably 50 μm or less, and if it is larger than this, the fillability of details may be deteriorated, and the flowability during molding may be deteriorated. On the other hand, when the particle size is less than 5 μm, the specific surface area increases and the curing properties become better, but the fluidity during molding decreases. Therefore, the average particle diameter of the alumina filler as a whole is particularly preferably 10 to 30 μm. In addition, the average particle diameter here means a number average particle diameter.
The filling amount of the alumina filler in the thermosetting product should be as large as possible in consideration of ink resistance, coefficient of linear expansion, and thermal conductivity. more preferred.
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。 The alumina filler is preferably treated with a silane coupling agent in order to improve adhesion to the resin component. In this case, the amount of the silane coupling agent used is preferably 0.01 to 0.06 parts by mass, more preferably 0.02 to 0.04 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the alumina filler. Silane coupling agents include γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β-(3,4 epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, and the like. be done. A titanate-based or aluminate-based coupling agent may also be used. One of these silane coupling agents may be used, or two or more thereof may be used in combination.
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。 Next, the molding material according to the present invention will be described with reference to examples and comparative examples. Unless otherwise specified, "parts" are units of mass.
<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。
<Manufacture of molding material>
Molding materials 1 to 11 listed in Tables 1 and 2 were prepared. Specifically, the solid epoxy resin shown in Tables 1 and 2, the solid phenolic resin as a curing agent, the curing accelerator (curing catalyst), and the flow improver were mixed in the amounts shown in Tables 1 and 2. After that, the mixture was stirred while adding the filler little by little. The materials were mixed by a mixer, hot-melted and mixed by hot rolls and a kneader, cooled and solidified, pulverized, and filtered so as to have a uniform particle size to obtain a molding material. The molding material was evaluated as follows. The results are also shown in Tables 1 and 2.
The treatment of the alumina filler used as the filler with the silane coupling agent was carried out as follows.
10 kg of alumina filler is put into a Henschel mixer, and while stirring at 700 rpm, a solution consisting of 3 g of a silane coupling agent (product name: A-187, manufactured by Momentive Performance Materials) and 400 g of ethanol is added. Add and stir for 5 minutes. After confirming that the whole is a uniform viscous solution, steam is added. Then, when the solvent was evaporated by steam, the rotation speed of stirring was set to 1400 rpm, and after holding at 100° C. for 5 minutes, the alumina filler was treated with the silane coupling agent by cooling.
<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。
<Injection moldability evaluation>
Each of the obtained molding materials was injection molded using the injection molding machine shown in FIG. 2, and the injection moldability during the injection molding was evaluated.
A molding material is charged from the
In the injection molding process described above, the injection moldability was evaluated by observing whether or not each molding material could be injection molded as usual. The results are shown in Table 1 or Table 2. The properties after kneading in the table were confirmed by visual inspection and finger touch.
The setting conditions of the injection molding machine are as follows. Using an injection molding machine (product name: EC75SXR, manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), a flat plate of 40 mm×40 mm×3 mm was molded at 175° C. for 2 minutes.
<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。
<Ink resistance evaluation>
The molded article molded by the injection moldability evaluation was subjected to additional heat curing at 180° C. for 8 hours, and the ink resistance test was performed as follows. Resin compositions 9 to 11 of Comparative Examples could not be injection-molded, so compression molding was performed and the obtained molded articles were evaluated. Ink resistance can also be evaluated on molded products immediately after molding, but phenol curing agents have relatively low curing reactivity, and it is assumed that the reaction of the constituent components of the molded product is not complete. Therefore, additional heating was performed in consideration of long-term ink resistance.
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。 The resulting molded product was immersed in a transparent ink for distribution (distribution ink for inkjet printers) (trade name: F850, manufactured by Canon) and heated at 121° C. for 10 hours using PCT. After air-cooling to room temperature, the presence or absence of elution of filler (inorganic matter) from the molded article into the ink was confirmed by an ICP emission spectrometer, and the presence or absence of dropout of the filler from the molded article was observed. Molded articles for which no elution or detachment was observed were again heated at 121° C. for 250 hours in the PCT, and the presence or absence of elution of filler and the presence or absence of detachment of filler were observed in the same manner. Results are shown in Tables 1 and 2.
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。
The molding materials 1 to 7 of Examples and the molding material 8 of Comparative Example could be molded by injection molding as usual.
On the other hand, the molding materials 9 to 11 of Comparative Examples were in a sticky state, and when the materials were put into the injection molding machine, the
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。 Since the molding materials 1 to 7 of Examples use a polyfunctional material and a solid material, they show good ink resistance without filler elution or falling off at 121° C. for up to 10 hours. In the molding materials 3 and 4 of Examples, a polyfunctional epoxy resin having a triphenyl skeleton is used as the epoxy resin, and the Tg is 185° C., which is 20 to 40° C. higher than the other molding materials. Since the curing temperature of the mounting material used during manufacturing is 180° C. at the highest, the molding materials 3 and 4 of Examples are not subjected to stress due to the difference in linear expansion during manufacturing and have a high crosslink density. , ink resistance is good. Furthermore, the molding materials 3 and 4 of Examples showed less filler drop-out compared to other resin compositions when observing the results of 250 hours at 121°C. In particular, in molding material 4, since the alumina filler was subjected to silane coupling treatment to improve adhesion to the resin component, no filler drop-off was observed, and the ink resistance was particularly excellent.
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。
In this example, the alumina filler is contained as much as 90% by mass, and the thermal conductivity is also about 5 W/mK. Since the recording element substrate generates heat during printing, it is necessary to let the heat escape. In particular, in the case of an industrial ink jet head, since a large number of recording element substrates are arranged, the resin composition of this embodiment is effective in this respect. characteristics.
In the molding material 8 of the comparative example, since the alumina filler was not contained and the filler was filled with a large amount of fused quartz, a small amount of silica protruding from the surface was eluted. If the amount of elution is large, it may re-precipitate or react with the ink components to form a solid matter, which may cause uneven ejection or non-ejection.
Further, in the molding materials 9 to 11 of the comparative examples, the filler fell off because they were not sufficiently adhered to the alumina. The fallen filler is carried together with the ink and stays in the ink flow path to increase the flow resistance, and in the worst case, clog the ejection port, causing non-ejection.
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
1000
25 Material B
26 Material C
27
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