專利名稱：噴墨頭及其制造方法和憎水膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)在打印裝置中的噴墨頭及其制造方法。本發(fā)明特別涉及一種在噴墨頭上形成憎水膜的方法。
背景技術(shù)：
在諸如打印機(jī)和傳真機(jī)等這樣的打印裝置中所設(shè)置的噴墨頭上通常具有一個(gè)噴嘴板，其上排列很多用于噴墨的噴嘴。在噴墨頭上，噴嘴分別與壓力室連通，而諸如壓電元件的致動(dòng)器則分別連接到壓力室上。通過操作致動(dòng)器，將壓力室中一定數(shù)量的受壓墨水引入噴嘴，然后從噴嘴噴出。
如果墨水殘余保留在噴嘴的噴射側(cè)，可能會(huì)發(fā)生墨水噴射方向及/或噴射數(shù)量的變化，這將降低墨水噴射操作的精度。為此，噴嘴板(下文稱之為噴射表面)的噴射側(cè)表面通常覆蓋一層憎水膜。
WO 99/15337揭示了一種由Ni-PTFE(聚四氟乙烯)制成的憎水膜所覆蓋的噴墨頭。Ni-PTFE涂層例如由電鍍法制成。Ni-PTFE膜在高于其熔點(diǎn)的溫度例如350℃進(jìn)行熱處理。通過熱處理，Ni-PTFE膜的部分表面熔化，由此可獲得防水特性。

發(fā)明內(nèi)容
最近，形成在噴墨頭上的噴嘴密度加大以提高將形成圖像的分辨率。為此，提高噴嘴板防水特性的需求也相應(yīng)提高。
上文提及的出版物WO 99/15337中揭示，通過利用如水冷方式迅速冷卻憎水膜可以使憎水膜的耐用性得到增強(qiáng)。然而，在該出版物中并未解釋如何提高憎水膜的防水特性。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種噴墨頭及其制造方法，噴墨頭的結(jié)構(gòu)可以提高其防水特性，以及一種可以提高防水特性的憎水膜形成方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種噴墨頭，它設(shè)有由一層包含Ni-PTFE膜的憎水膜覆蓋的噴嘴板，以及穿過噴嘴板形成的用于噴墨的多個(gè)噴嘴。在這種結(jié)構(gòu)中，Ni-PTFE膜在噴嘴板上形成之后，噴嘴板經(jīng)受熱處理，然后進(jìn)行水冷處理。在熱處理完成之后，通過使用15℃到30℃溫度范圍內(nèi)的冷卻水進(jìn)行水冷處理。
由于通過使用溫度范圍在15℃到30℃的冷卻水對(duì)具有Ni-PTFE膜的噴嘴板進(jìn)行冷卻，憎水膜后退接觸角變大，Ni-PTFE膜的防水特性增強(qiáng)。
可選擇性地，熱處理可以在340℃到380℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且可以在10分鐘到45分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行。
熱處理也可以有選擇性地在350℃到360℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種噴墨頭的制造方法，噴墨頭具有噴嘴板，通過噴嘴板形成了多個(gè)噴嘴。此方法包含以下步驟在噴嘴板的噴墨表面上形成一層包含Ni-PTFE膜的憎水膜；Ni-PTFE膜形成之后對(duì)噴嘴板進(jìn)行熱處理；并在對(duì)噴嘴板進(jìn)行熱處理之后，用15℃到30℃溫度范圍內(nèi)的冷卻水對(duì)噴嘴板進(jìn)行水冷處理。
由于通過使用溫度范圍在15℃到30℃的冷卻水對(duì)具有Ni-PTFE膜的噴嘴板進(jìn)行冷卻，憎水膜的后退接觸角變大，Ni-PTFE膜的防水特性增強(qiáng)。
可選擇性地，熱處理步驟可以在340℃到380℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且可以在10分鐘到45分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行。
熱處理也可以有選擇性地在350℃到360℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種形成憎水膜的方法。此方法包含以下步驟在工件上形成一層含有Ni-PTFE膜的憎水膜Ni-PTFE膜形成之后對(duì)工件進(jìn)行熱處理；和在對(duì)工件進(jìn)行熱處理之后，用15℃到30℃溫度范圍內(nèi)的冷卻水對(duì)工件進(jìn)行水冷處理。
由于通過使用溫度范圍在15℃到30℃的冷卻水對(duì)具有Ni-PTFE膜的工件進(jìn)行冷卻，憎水膜后退接觸角變大，Ni-PTFE膜的防水特性增強(qiáng)。
可選擇性地，熱處理步驟可以在340℃到380℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且可以在10分鐘到45分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行。
熱處理也可以有選擇性地在350℃到360℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的噴墨頭透視圖；圖2是圖1所示頭單元的平面圖；圖3是圖2中一部分的放大圖；圖4是噴墨頭中一噴射元件的橫截面視圖；圖5是圖4中一部分的放大圖，顯示致動(dòng)器單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖6是位于致動(dòng)器單元上的電極單元的平面圖；圖7是噴嘴的橫截面視圖；圖8顯示噴嘴板生產(chǎn)過程；圖9顯示噴嘴板上Ni-PTFE膜的后退接觸角與熱處理溫度間關(guān)系；和圖10顯示噴嘴板上Ni-PTFE膜的后退接觸角與水冷處理溫度間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于如噴墨打印機(jī)中的噴墨頭1的透視圖。噴墨頭1具有頭單元70和基座71。噴墨頭70由基座71支撐。在噴墨打印機(jī)中，噴墨頭1在主掃描方向(X方向)移動(dòng)，而紙張?jiān)谂c主掃描方向垂直的副掃描方向(Y方向)移動(dòng)，因此可以在紙張上形成二維圖像。
如后面詳細(xì)說明那樣，噴墨頭1具有墨水流道單元2和致動(dòng)器單元4(請(qǐng)參考圖2和圖4)。墨水流道單元2具有多個(gè)壓力室10和多個(gè)噴嘴8用于噴射墨水。致動(dòng)器單元4用來對(duì)壓力室10進(jìn)行施壓，以便從噴嘴8噴射墨水。
基座71包括基座塊75和固定器72。基座塊75連接在頭單元70的上表面以支撐頭單元70。固定器72包括本體部分73和支撐部分74。如圖1所示，支撐部分74沿與頭單元70側(cè)相反的方向伸長，因此噴墨頭1在噴墨打印機(jī)中得到支撐。
通過如海綿等彈性元件81，在基座71的外部區(qū)域連接著FPC(柔性印刷電路)50。FPC 50將致動(dòng)器單元4上設(shè)置的電極電連接到驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)80上，此集成電路驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器單元4。另外，F(xiàn)PC50將驅(qū)動(dòng)器集成電路80連接到控制板81上。如圖1所示，散熱器82連接在驅(qū)動(dòng)器集成電路80上，用于驅(qū)動(dòng)器集成電路80的熱輻射散熱。
圖2是頭單元70的平面圖。如圖2所示，墨水流道單元2為一長方形形狀并具有多個(gè)噴射元件組9。相鄰噴射元件組9相對(duì)于墨水流道單元2的短側(cè)的中心線在彼此相反的方向移動(dòng)相同的距離。每一噴射元件組9為一梯形形狀。
在每一噴射元件組9中連接著具有壓電致動(dòng)器的致動(dòng)器單元4。從通過孔3a和3b與墨水儲(chǔ)存器(未示出)連通的集管5向噴射單元組9提供墨水。
圖3是圖2中所示E部分的放大圖。如圖3所示，每一噴射元件組9由排列成陣列的很多噴射元件11形成。如后面詳細(xì)說明的那樣，每一噴射元件11有一孔13與集管5、壓力室10及噴嘴8連通(請(qǐng)參考圖4和5)。
圖4是噴射元件11的橫截面視圖。如圖4所示，墨水流道單元2為多個(gè)薄板層的層疊結(jié)構(gòu)，每個(gè)薄板層例如由Ni(鎳)制成。更準(zhǔn)確地說，從致動(dòng)器側(cè)開始，墨水流道單元2具有空腔板21，基板22，孔板23，供應(yīng)板24，集管板25、26和27，蓋板28，和噴嘴板29。
壓力室10由空腔板21形成。通過操作致動(dòng)器單元4，壓力室10從集管5中吸入墨水，并向從那里導(dǎo)入的墨水施壓以便從噴嘴8噴出?？装?3形成有孔13和構(gòu)成排出通道7的一部分的開口?？?3是用來減小/增大從集管5流向壓力室10的墨水流量?；?2形成有連通孔13和壓力室10的開口以及構(gòu)成排出通道7的一部分的開口。
通過集管板25、26和27的層疊結(jié)構(gòu)，形成了集管5和構(gòu)成排出通道7的一部分的開口。蓋板28由構(gòu)成排出通道7的開口形成。噴嘴板29形成有構(gòu)成噴嘴8的開口，由壓力室10流來的墨水從噴嘴8噴出。
通過上面提到的層疊結(jié)構(gòu)，多個(gè)墨水流道在墨水流道單元2中形成。如圖4所示，每一薄板層都有捕捉多余膠水的凹槽14。凹槽14防止墨水流道的堵塞發(fā)生和/或墨水流道的阻力變化，因此保證了多個(gè)噴射元件噴射性能的一致。
圖5是圖4所示F部分的放大圖，顯示了致動(dòng)器單元4的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖5所示，致動(dòng)器單元4具有一層疊結(jié)構(gòu)，此層疊結(jié)構(gòu)具有多個(gè)壓電片41、42、43和44，以及內(nèi)部電極45。在距墨水流道單元2最遠(yuǎn)的致動(dòng)器單元4的表面上，為每一壓力室10形成一電極單元6。
圖6是電極單元6的平面圖。如圖6所示，電極單元6有一焊盤62和一電極61。電極61為菱形形狀，當(dāng)從平面圖觀察電極61和壓力室10時(shí)，此形狀與壓力室10的形狀基本相同。因此，形成了分別與噴射元件11相對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器。
基于此結(jié)構(gòu)，向電極61加電壓時(shí)，壓力室10變形，其體積容量變化，從而進(jìn)行墨水的吸入/噴射。
圖7是噴嘴8的橫截面視圖。如圖7所示，在噴嘴板29的外表面，形成由如Ni-PTFE(聚四氟乙烯)制成的憎水膜30。憎水膜30阻止墨水留在噴嘴8噴射側(cè)外圍，因而墨水噴射操作精度得以提高。
圖8顯示噴嘴板29的生產(chǎn)過程。在噴嘴形成過程中(步驟S1)，使用例如壓力加工穿過噴嘴板29形成多個(gè)噴射元件組9，每一噴射元件組9都有多個(gè)噴嘴8，每個(gè)噴嘴如圖8所示在朝向噴射側(cè)的方向上逐漸變細(xì)。
在形成抗蝕劑涂層的過程中(步驟S2)，噴嘴板29的噴射側(cè)表面被涂上一層抗蝕劑，因此噴嘴8中充滿了這種抗蝕劑。從而阻止了憎水膜粘在每一噴嘴8的內(nèi)表面上。同時(shí)阻止了墨水噴射操作的精度降低。
之后，在憎水膜電鍍過程中(步驟S3)，通過使用例如電解電鍍方法，由例如Ni-PTFE膜制成的憎水膜在噴嘴板29的噴射側(cè)表面上形成。在抗蝕劑去除過程中(步驟S4)，充滿在噴嘴8中的抗蝕劑被去除。
在熱處理過程中(步驟S5)，例如用恒溫加熱爐對(duì)噴嘴板29進(jìn)行熱處理。更準(zhǔn)確地說，對(duì)噴嘴板29在溫度范圍340℃到380℃內(nèi)進(jìn)行時(shí)間范圍為10分鐘到45分鐘內(nèi)的熱處理。熱處理的溫度高于PTFE的熔點(diǎn)(即327℃)，并低于400℃，在400℃溫度下PTFE將發(fā)生高溫分解。
通過如上所述的熱處理，位于膜表面上的PTFE熔化并擴(kuò)散開來，且不改變它的性質(zhì)。從而使膜30獲得極佳的防水特性和均勻一致性。
在水冷過程中(步驟S6)，將熱處理過的噴嘴板29浸入溫度范圍在15℃到30℃的水中進(jìn)行冷卻。通過這一冷卻步驟，膜30可以獲得極佳的防水特性。
針對(duì)于墨水的防水特性由后退接觸角表示，此角在恒速吸入放置在試樣上的墨水時(shí)進(jìn)行測量。材料的后退接觸角越大，該材料的防水特性就越好。表1列出了噴嘴板29上Ni-PTFE膜的后退接觸角和步驟S5中熱處理溫度之間的關(guān)系。如表1中所示，水冷，空氣冷卻和恒溫加熱爐內(nèi)冷卻這三種冷卻方式中，每一種方式下的此關(guān)系均列入其中。
表1

圖9顯示噴嘴板29上Ni-PTFE膜的后退接觸角和步驟S5中熱處理溫度之間的關(guān)系。如圖9中所示，表示此關(guān)系的三條曲線分別對(duì)應(yīng)水冷，空氣冷卻和恒溫加熱爐內(nèi)冷卻。在表1和圖9中，PTFE體積含量為35～40％，熱處理時(shí)間為10分鐘，PTFE膜厚度為1微米。
從表1和圖9中可以看出，Ni-PTFE膜在熱處理之后進(jìn)行恒溫加熱爐內(nèi)冷卻時(shí)，后退接觸角變小，因此無法獲得期望的防水特性。Ni-PTFE膜在熱處理之后進(jìn)行空氣冷卻時(shí)，若熱處理溫度范圍在340℃到360℃之間，將獲得相對(duì)較高的后退接觸角，大于或等于37°。
Ni-PTFE膜在熱處理之后進(jìn)行水冷冷卻時(shí)，若熱處理溫度范圍在340℃到380℃之間，將獲得很高的后退接觸角，大于或等于39°。
因此，溫度范圍在340℃到380℃之間的熱處理后進(jìn)行水冷處理是理想的。若熱處理的溫度范圍設(shè)在350℃到360℃之間，防水特性可以得到進(jìn)一步提高。因此，熱處理的溫度設(shè)在350℃到360℃之間時(shí)，即使有一定程度的溫度變化發(fā)生，也完全可以保證整個(gè)噴嘴板29上均勻一致的高后退接觸角。
表2顯示噴嘴板29上Ni-PTFE膜的后退接觸角和步驟S6中水冷卻溫度之間的關(guān)系。
表2

圖10顯示噴嘴板29上Ni-PTFE膜的后退接觸角和步驟S6中水冷卻溫度之間的關(guān)系。在圖10中，水平軸表示水冷卻溫度(℃)，垂直軸表示后退接觸角(°)。表2和圖10中，PTFE體積含量為35～40％，熱處理溫度為350℃，熱處理時(shí)間為10分鐘，PTFE膜厚度為1微米。
從表2和圖10中可以看出，水冷卻溫度在0℃左右或太高時(shí)，后退接觸角減小。水冷卻溫度設(shè)置在15℃到30℃之間時(shí)，將獲得高后退接觸角，大于或等于38°。若水冷卻溫度設(shè)置在15℃到25℃之間，防水特性可以得到進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，水冷卻溫度設(shè)置在15℃到30℃或15℃到25℃之間時(shí)，將獲得整個(gè)噴嘴板29上Ni-PTFE膜的恒定高后退接觸角。
若熱處理時(shí)間太短，將得不到適當(dāng)?shù)臒崽幚硇Ч魺崽幚頃r(shí)間過長，又將導(dǎo)致PTFE的高溫分解。為此，熱處理時(shí)間通常設(shè)置在10到40分鐘之間。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有Ni-PTFE膜的噴嘴板在包括空氣冷卻和水冷的一定冷卻條件下進(jìn)行冷卻，能夠獲得理想的防水特性。
本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)一些優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳盡的描述，其他實(shí)施例同樣可以實(shí)現(xiàn)。
例如，盡管在此實(shí)施例中，使用電解電鍍的方法來形成Ni-PTFE膜，其他電鍍工藝(如化學(xué)鍍工藝)同樣可以用來形成Ni-PTFE膜。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭，它包括一個(gè)噴嘴板，它由包含一層Ni-PTFE膜的憎水膜覆蓋；和多個(gè)噴嘴，該多個(gè)噴嘴穿過噴嘴板形成以噴出墨水；其中，Ni-PTFE膜在噴嘴板上形成以后，對(duì)噴嘴板進(jìn)行熱處理，然后進(jìn)行水冷處理；熱處理結(jié)束后，使用溫度范圍在15℃到30℃之間的冷卻水進(jìn)行水冷處理。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭，其中在340℃到380℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，并且進(jìn)行熱處理的時(shí)間范圍在10分鐘到45分鐘之間。
3.如權(quán)利要求2所述的噴墨頭，其中在350℃到360℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理。
4.一種制造噴墨頭的方法，該噴墨頭具有一個(gè)噴嘴板，穿過該噴墨板形成了多個(gè)噴嘴，該方法包括以下步驟在噴嘴板的墨水噴射表面上形成一含有Ni-PTFE膜的憎水膜；Ni-PTFE膜形成之后對(duì)噴嘴板進(jìn)行熱處理；以及在噴嘴板經(jīng)過熱處理之后，使用溫度范圍在15℃到30℃之間的冷卻水對(duì)噴嘴板進(jìn)行水冷冷卻。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中熱處理步驟在340℃到380℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且進(jìn)行熱處理步驟的時(shí)間范圍在10分鐘到45分鐘之間。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在350℃到360℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理步驟。
7.一種用來形成憎水膜的方法，包括以下步驟在工件上形成含有Ni-PTFE膜的一層憎水膜；在Ni-PTFE膜形成之后對(duì)工件進(jìn)行熱處理；以及在工件經(jīng)過熱處理之后，使用溫度范圍在15℃到30℃之間的冷卻水對(duì)工件進(jìn)行水冷冷卻。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在340℃到380℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理步驟，進(jìn)行熱處理步驟的時(shí)間范圍在10分鐘到45分鐘之間。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在350℃到360℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理步驟。
全文摘要
一種噴墨頭，它設(shè)有由含有Ni－PTFE膜的憎水膜覆蓋的噴嘴板和多個(gè)穿過噴嘴板形成以噴射墨水的噴嘴。在此結(jié)構(gòu)中，在噴嘴板上形成Ni－PTFE膜之后對(duì)噴嘴板進(jìn)行熱處理，然后進(jìn)行水冷處理。在熱處理完成之后，使用溫度范圍在15℃到30℃之間的冷卻水進(jìn)行水冷處理。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1576005SQ200410061990
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者小林靖功, 伊藤敦 申請(qǐng)人:兄弟工業(yè)株式會(huì)社