墨水噴射頭及其製造方法
2023-05-02 03:30:21 2
專利名稱：墨水噴射頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種墨水噴射頭及其製造方法，特別是涉及一種在噴嘴部件表面形成防水性薄膜的墨水噴射頭及其製造方法。
近年來，隨著打字機、數字處理機或傳真機等記錄裝置的迅速發展，高圖象質量以及低成本的墨水噴射式的記錄裝置經常被應用。在這種記錄裝置上所使用的墨水噴射頭從噴嘴排出墨水滴，通過使該墨水噴射在紙等記錄介質上進行記錄。
可是，當噴嘴部件的噴嘴孔周圍的防水性不充分時，墨水容易附著在噴嘴孔周圍。而一旦墨水附著在噴嘴孔周圍，被排出的墨水滴的流動性就會降低、因此，難於得到良好的記錄。為此，例如象特開平6-87216號公報中所公開的，通過在噴嘴部件的表面形成防水膜。
在噴嘴部件的表面上所形成的防水膜，根據其形成方法，大致可分為塗布型防水膜和等離子聚合膜。塗布型防水膜是通過浸漬塗層法、噴射塗層法、旋轉塗層法等，在噴嘴部件的表面上塗布防水性材料所形成的膜。另一方面，等離子聚合膜是通過等離子聚合法所形成的膜。
一般來說，在墨水噴射頭中，定期地進行隨著附著在噴嘴部件表面的墨水的擦拭動作的清洗。但是，以往的塗布型防水膜不管其膜厚度是厚還是薄，都容易脫離，並且耐摩耗性低，所以，由於擦拭動作防水膜容易脫離或摩耗，難於保持長時期的防水性。為了提高耐摩耗性，曾考慮使膜作得更厚。但是，當膜厚過厚、則在形成噴嘴孔時膜形狀成扁圓形，或者在噴嘴孔附近容易發偏離，其結果容易造成墨水排出不穩定。
相反，在等離子聚合法中，能形成的膜厚最大不過10nm，等離子聚合膜由於膜厚度薄，耐摩性容易變得不充分。另外，一般來說，由於膜與基材(噴嘴部件)的密接性差，為了使密接性提高、在兩者之間需要設有無機膜等的密接層。還有，為了等離子聚合需要真空裝置，並且為形成防水膜的所需的工藝多，所需設備成本大。
本發明得鑑於上述問題，其目的是提供一種不易脫離耐摩耗性優異的，並且形成容易穩定排出墨水滴的防水性薄膜的墨水噴射頭及其製造方法。
為了達到上述目的，本發明的墨水噴射頭，在噴嘴部件的表面形成含有在矽氧化物中結合或分散氟烷基鏈的分子的防水性薄膜。
由此，本發明通過矽氧化物提高耐摩耗性，同時氟烷基鏈具有防水性，得到耐摩耗性高並且具有防水性薄膜壽命長的墨水噴射頭。
上述的防水性薄膜形成厚度為10nm-1000nm是理想的。
防水性薄膜其膜厚過薄容易脫離，並且耐摩耗性也降低。另一方面，當膜厚過厚則膜形狀成扁圓形，並且容易發生裂縫。因此，通過使膜厚為10nm-1000nm，能得到膜形狀均勻，耐摩耗性優異、穩定排出墨水滴的防水性薄膜。並且由於是薄膜，噴嘴容易小型化。另外，由於薄膜熱傳導性高，在用雷射加工或放電加工形成噴嘴孔時不容易受到不良影響(薄膜損傷、脫離等)。並且，由於密接性優異，即使用衝孔加工等機械加工形成噴嘴孔時，在加工時膜也不脫離。因此，即使通過機械加工，也能容易形成噴嘴孔。
上述防水性薄膜，形成表面側的薄膜比與噴嘴部件的表面側薄膜具有氟烷基鏈的分子密度大是理想的。
一般來說，具有防水性的分子，與噴嘴部件的表面的密接性差。但是，通過上述那樣，由於在防水薄膜與噴嘴部件的表面具有氟烷基鏈的分子的密度小，因此防水性薄膜與噴嘴部件的密接性良好。另一方面，在防水性薄膜的表面側，由於具有氟烷基鏈的分子的密度大，因此，防水性變大。
本發明的墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水性薄膜的墨水噴射頭的製造方法，包括將塗層液塗布在噴嘴部件表面上的工序和其後乾燥上述噴嘴部件的工序。而所述塗層液是溶解了作為矽氧化物前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲基矽烷化合物的塗層液。
另外，這裡所稱「乾燥」即可以是只指脫水或者加熱燒成，也可以是指脫水及熱燒成兩者。
這樣，在室溫空氣中僅將塗層液塗布在噴嘴部件上就可形成防水性薄膜。因此，能實現製造工序少並且製造成本價廉的製造方法。另外，在形成防水性薄膜時，由於不需要象等離子聚合膜形成工序那樣將噴嘴部件設在真空爐內，因此也容易使薄膜大面積化。
本發明的另外的墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水性薄膜的墨水噴射頭的製造方法，是包括將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物的第一塗層液塗布在噴嘴部件的表面的工序、將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的第二塗層淮塗布在塗布了上述第一塗層液的上述噴嘴部件表面的工序和其後乾燥上述噴嘴部件的工序。
這樣，由於含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物不含在第一塗層液中，在防水性薄膜的噴嘴部件則的表面附近幾乎不含防水性分子，能提高防水性薄膜與噴嘴部分的密接性。
本發明的另一種墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水薄膜的墨水噴射頭的製造方法，是包括將熔解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的塗層塗布在噴嘴部件的表面上的工序，其後乾燥上述噴嘴部件的方法和然後在上述噴嘴部件上形成噴嘴孔的工序。
這樣，由於形成防水性薄膜後形成噴嘴孔，因此與形成噴嘴孔後形成防水性薄膜的情況不同，能可靠地防止因防水薄膜阻塞噴嘴孔。
本發明的另一和墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水性薄膜的墨水噴射頭的製造方法，是包括將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物的第一塗層液塗布在噴嘴部件的表面的工序、將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的第二塗層塗布在塗布了上述第一塗層液的上述噴嘴部件表面的工序、其後乾燥上述噴嘴部件的工序和然後在上述噴嘴部件上形成噴嘴孔的工序。
這樣，在防水性薄膜的噴嘴部件側的表面附近幾乎不含防水性分子，防水性薄膜與噴嘴部件的密接性提高。並且，能可靠地防止因防水性薄膜的噴嘴孔的阻塞。
在形成防水性薄膜後於噴嘴部件上形成噴嘴孔的工序為通過放電加工形成噴嘴孔的工序是特別理想的。
按放電加工，在很寬的範圍內能設定噴嘴孔的錐角。並且，利用放電加工時的熱，使在防水性薄膜的側壁部分所含的防水性分子蒸發，噴嘴內部成親水性。因此，墨水滴的排出較穩定。
由上述，按本發明能得到形成難剝離、耐摩耗性優異、並且容易穩定地排出墨水滴的防水性薄膜的墨水噴射頭。
通過使防水性薄膜的膜厚為10nm-1000nm，容易形成膜形狀整齊的均勻的薄膜，並且也容易成為噴嘴的微細化。
通過使防水性薄膜中的具有氟化烷基鏈的分子密度在表面側的比防水性薄膜與噴嘴部件的表面側的大，在提高防水性薄膜與噴嘴部件的密接性的同時，使在表面的防水性提高。
通過利用放電加工形成噴嘴孔，能在寬範圍設定噴嘴孔的錐角。並且，通過在形成防水性薄膜後由放電加工形成噴嘴孔，能從防水性薄膜的噴嘴孔側壁部分蒸發防水性分子並能使墨水滴的排出穩定化。
下面對附圖進行簡單的說明。
圖1為墨水噴射頭的剖視圖。
圖2(a)及(b)分別為表示噴嘴的具體實施例的剖視圖。
圖3(a)及(b)為說明防水性薄膜的製造工藝的圖，其中圖3(a)表示塗層液的反應，圖3(b)表示塗層液的燒成後狀態。
圖4為表示防水性薄膜的防水性分子分布的示意圖。
下面參照
本發明的實施例。
實施例1如圖1所示，在本實施例的墨水噴射頭1中，在形成壓力室2的側壁的頭主體3的外側(圖1的上側)固定有形成噴嘴孔4的噴嘴板5，在頭主體3的裡側(圖1的下側)固定有分割形成與頭主體3一起的壓力室2的振動板6。在振動板6的裡側固定有PZT膜所形成的壓電元件7。在噴嘴板5的排出面(圖1的上側面)上形成有含有在矽氧化物中結合或分散氟烷基鏈的分子的防水性薄膜8。
防水性薄膜8的膜厚為10nm-1000nm是理想的，而最好為100nm-300nm。噴嘴板5的厚度為0.01mm-0.1mm是理想的。噴嘴孔4的排出口的直徑B為14μm-28μm，其圓錐角θ為5°-60°是理想的。例如如圖2(a)所示，即可以噴嘴板5的厚度T＝30μm、噴嘴孔4的錐角θ＝5°、噴嘴孔4的供給口直徑A＝19.25μm-33.25μm、排出口的直徑B＝14μm-28μm，另外，如圖2(b)所示，也可以噴嘴板5的厚度T＝30μm、噴嘴孔4的錐角θ＝30°、噴嘴孔4的供給口直徑A＝48.6μm-62.64μm、排出口的直徑B＝14μm-28μm。
其次，說明在本墨水噴射頭1的噴嘴板5上形成防水性薄膜8的方法。首先，準備下述兩種液體A、B。
A液2，2，2-三氟乙醇 50ml四乙氧基矽烷(Si(OC2H5)4) 25mlKBM(CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3) 4mlB液2，2，2-三氟乙醇 50ml水7ml鹽酸 0.4ml然後，將A液加入容積200ml的燒杯中，用電磁式攪拌器攪拌該A液的同時，用滴液管逐滴地滴入B液，作成A液與B液的混合溶液(塗層液)(圖3(a)參照)。
另一方面，用表面活性劑超聲波洗滌長10mm、寬10mm、厚0.2mm的不鏽鋼(SUS)制基材，再用流水洗滌，除去該基材表面的汙染物。
其次，將這種基材裝入塗布機中，滴下上述除層液後，以500rpm的旋轉速度5秒，以300rpm的旋轉迅速20秒使之旋轉塗布塗層液。
然後，從塗布機中取出該基材，在室溫條件下使之乾燥1小時後，在200℃溫度下燒成30分鐘(圖3(b)參照)。這樣，在基材表面均勻地形成厚度0.2μm左右的防水性薄膜。
其後，在該基材上形成噴嘴孔4。噴嘴孔4的形成，可用激元雷射器(Excimer laser)或衝孔加工等以往的加工方法進行，但是用以往的加工方法，錐角限於5°-10°。因此在錐角大時用放電加工是特別理想的。按放電加工，由於能在5°-60°的範圍自由地加工錐角，所以是特別理想的。在本實施例中，從沒形成防水性薄膜的裡面，通過放電加工形成噴嘴孔4。由此，形成在表面形成了防水性薄膜8的噴嘴板5。
但是，噴嘴孔4的形成不限於放電加工，不用說用激元雷射器等的雷射加工也是可以的。另外，如放電加工或雷射器加工等，在利用熱形成噴嘴孔4時，由於在防水性薄膜8的噴嘴孔4的側壁部分20所含的防水性分子蒸發，在該部分20失去防水性。因此，在防水性薄膜8的側壁部分20上不使墨水滴的流動不穩定，而使從噴嘴孔4的墨水滴排出穩定。
另外，本實施例的防水性薄膜十分薄，對基材的密接性高，因此即使為衝孔加工或噴射加工那樣的機械加工，也能形成防水性薄膜不脫離高精度的噴嘴孔4。因此，當噴嘴孔4的直徑及錐角為規定的範圍內時，也可很好地適用於機械加工。
其後，將該噴嘴板5固定在頭主體3上，完成墨水噴射頭1。這樣，能得到形成了不易脫離並且耐摩耗性優異的防水性薄膜8的墨水噴射頭1。
在本墨水噴射頭1中，由於噴嘴板5的防水性薄膜能長期保持，因此，能長期保持穩定的排出性能。並且，由於防水性薄膜8不容易老化，因此，對於本墨水噴射頭1在清洗時的限制(擦拭次數或擦拭時的壓力等)少。
實施例2如圖4所示的那樣，在實施例2墨水噴射頭形成防水性薄膜8中的具有氟烷基鏈的分子(防水性分子)14的密度時，使表面11側(排出側)的密度比與噴嘴5(基材9)的表面10側密度大。
一般來說，防水性分子14與矽網絡15的相溶性低，因此防水性分子14的密度具有在防水性薄膜8的兩側的表面(表面11及基材9側的表面10)具有增大的傾向。這裡，當防水性薄膜8的表面11側的防水性分子14的密度大時，則由於其防水性提高是理想的。但是，相反當與基材9的表面10側的密度大時，由於防水性薄膜8與基材9的密接性降低是不理想的。因而，在本實施例中，使表面10側的密度小提高防水性薄膜8與基材9的密接性，同時使表面11側的密度大提高防水性。
在本實施例，首先，生成如表1所示的第一塗層液及第二塗層液。
表1
TEOS(四乙氧基矽烷)Si(OC2H5)4KBMCF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3第一塗層液是通過在容積200ml的燒壞中加入A1液，邊用電磁式攪拌器攪拌該A1液的同時，用滴液管逐滴地滴入A2液，並通過使A1液與A2液2混合生成。同樣，通過在容積200ml的燒壞中加入B1液，邊用電磁式攪拌器攪拌該B1液的同時，用滴液管逐滴地滴入B2液，使B1液與B2液混合生成第二液層液。
其次，用表面活性劑超聲波洗滌長10mm、寬10mm、厚0.2mm的不鏽鋼(SUS)制的基材，再用流水洗滌，除去表面的汙染物。
然後，將該基材裝入旋轉塗布機，滴下第一塗層液後，通過在500rpm的旋轉速度5秒種、以300rpm的旋轉速度20秒鐘塗布第一塗層液。接著，在該基材上滴下第二塗層液，同樣地通過在500rpm的旋轉速度5秒鐘、以300rpm的旋轉速度20秒鐘旋轉塗布第二塗層液。
然後，從旋轉塗布面中取出該基材，在室溫條件下使之乾燥1小時後，在200℃的溫度燒成30分鐘。
其結果，在基材的表面均勻地形成厚度0.2μm左右的防水性薄膜。另外，測定對該防水性薄膜的水的靜接觸角，接觸角為110度，可以確認防水性高。
另外，在本實施例中，在作為第一次塗布液的第一塗層液中不含作為防水性分子的KBM，而KBM只含在作為第二次的塗布液的第二塗層液中。因此，具有氟烷基鏈的分子14的密度表面11側的，比表面10側的大。另外，塗布了第一塗層液後，不乾燥的燒成，塗布第二塗層液後，含氟烷基鏈的分子進入第一塗層液的塗布所形成的第一層12的內部。但是，這些分子14沒到達第一層12的底部，即表面10的附近，表面10附近的防水性分子14為不存在的狀態。因此，提高防水性薄膜8與基材9之間的密接性，防水性薄膜8不容易從基材9脫離。
另外，在通過第二塗層液的塗布所形成的第二層13與第一層12間防水性分子14存在，在不乾燥燒成第一塗層液而塗布第二塗布液後，在兩種塗層液中所含的TEOS在燒成工序中脫水聚合。因此，第一層12與第二層13之間的密接性高，並且第二層13沒有脫離。
用由氬離子的物理刻蝕一點點地削去這種防水性薄膜8的表面，研究作為防水性分子的組成元素的氟原子的元素比(俄歇法)。其結果可以確認氟原子的濃度在表面11高，而隨著向表面10變低。
然後，與實施例1同樣，通過放電加工在基材9及防水性薄膜8上形成噴嘴孔4，完成噴嘴板5，並將該噴嘴板5固接在頭主體3上。
另外，在上述各實施例中，作為塗布塗層液的方法用旋轉塗布法，但是塗布方法不限定於旋轉塗布法，浸漬塗布法、噴霧法等也都可以。
溶劑不限於2，2，2-三氟乙醇，若能溶解KBM的溶劑即可，也可為乙醇、丙醇。
防水性分子CF3(CF2)nC2H4Si(OCH3)3的n為1-15的任何一種甲氧基矽烷化合物都可以，另外，CF3(CF2)nC2H4Si(OCH3)3的n為1-15的任何一種乙氧基矽烷化合物也都可以。並且，由於這些分子n為4以上時防水性提高，因此，以n為4以上是特別理想的。
本發明只要不離開其主要的特徵，也可以其他各種形式實施。因此，上述的實施例沒有在所有的點都單獨舉例，並沒有限定地進行解釋。只要在本發明的範圍之內任意等同的變換，都應屬本發明的範圍。
權利要求
1.一種墨水噴射頭，在噴嘴部件的表面形成含有在矽氧化物中結合或分散氟烷基鏈的分子的防水性薄膜。
2.根據權利要求1所述的墨水噴射頭，所述的防水性薄膜被形成厚度為10nm-1000nm。
3.根據權利要求1或2所述的墨水噴射頭，形成所述防水性薄膜，使表面側的比與噴嘴部件的表面側的具有氟烷基鏈的分子密度大。
4.一種墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水性薄膜，包括將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲基矽烷化合物的塗層液塗布在噴嘴部件的表面的工序和其後乾燥上述噴嘴部件的工序。
5.一種墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面上形成防水性薄膜，包括將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物的第一塗層液塗布在噴嘴部件的表面的工序、將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的第二塗層淮塗布在塗布了上述第一塗層液的上述噴嘴部件表面的工序和其後乾燥上述噴嘴部件的工序。
6.一種墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水薄膜，包括將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的塗層塗布在噴嘴部件的表面上的工序，其後乾燥上述噴嘴部件的工序和然後在上述噴嘴部件上形成噴嘴孔的工序。
7.一和墨水噴射頭的製造方法，是在噴嘴部件的表面形成防水性薄膜，包括將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物的第一塗層液塗布在噴嘴部件的表面的工序、將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的第二塗層塗布在塗布了上述第一塗層液的上述噴嘴部件表面的工序、其後乾燥上述噴嘴部件的工序、和然後在上述噴嘴部件上形成噴嘴孔的工序。
8.根據權利要求6或7所述的墨水噴射頭的製造方法，在所述噴嘴部件上形成噴嘴孔的工序是通過放電加工形成噴嘴孔的工序。
全文摘要
一種墨水噴射頭的製造方法,是將溶解了作為矽氧化物的前身的甲氧基矽烷或乙氧基矽烷化合物與含氟化碳鏈的乙氧基矽烷或甲氧基矽烷化合物的塗層液塗布在厚度20μm的SUS制基材表面。然後,在室溫下乾燥該基材1小時後,在200℃溫度下燒成30分鐘,形成在矽氧化物上含結合了氟烷基鏈的分子厚度為10nm－1000nm的防水性薄膜。然後從基材的裡面一側利用放電工形成噴嘴孔。
文檔編號B41J2/16GK1269288SQ00105
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月30日 優先權日1999年4月1日
發明者富田健二, 中川徹, 曾我真守, 島本敬介 申請人:松下電器產業株式會社