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【発明の名称】 インクジェット記録ヘッドユニット、インクジェット記録ヘッドの接着方法
【発明者】 【氏名】豊澤 栄嗣

【要約】 【課題】流路形成部材と基板とが、良好に接着されることにより、良好な印字状態を確保し、且つ記録ヘッドとしての性能を長期にわたり維持することができるインクジェット記録ヘッドユニットを提供する。

【構成】基板12と支持部材14の接着面を熱硬化性接着剤で接着し、前記基板の長手方向の端部の外周において、前記熱硬化性接着剤を被覆するように紫外線硬化性接着剤を設ける。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インクを吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、インクが通る流路と、インクを吐出する吐出口と、を形成する流路形成部材と、を有する基板からなる記録ヘッドと前記記録ヘッドを支持する支持部材とが接着剤によって接着されてなるインクジェット記録ヘッドユニットであって、
前記接着剤は熱硬化性接着剤と、紫外線硬化性接着剤であり、前記基板と支持部材とが、接着面を形成し、該接着面において前記熱硬化性接着剤により接着され、前記紫外線硬化性接着剤は基板の支持部材との接着面における長手方向の端部外周のみにおいて前記熱硬化性接着剤を覆っていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドユニット。
【請求項2】
インクを吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、インクが通る流路と、インクを吐出する吐出口と、を形成する流路形成部材と、を有する基板からなる記録ヘッドと前記記録ヘッドを支持する支持部材とを接着する接着方法であって、
前記接着は前記基板と前記支持部材とを接着剤により接着することにより行なわれ、前記接着剤には熱硬化性接着剤と紫外線硬化性接着剤が用いられ、且つ、前記熱硬化性接着剤は前記基板と前記支持部材との接着面に配され、前記紫外線硬化性接着剤は基板の長手方向の両端部外周のみにおいて前記熱硬化性接着剤を覆うように配されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの接着方法。
【請求項3】
前記記録ヘッドと前記支持部材との位置合わせを行い、記録ヘッド両端部外周において前記熱硬化性接着剤を覆うように配される前記紫外線硬化性接着剤に紫外線を照射することにより硬化させた後に、熱により前記記録ヘッドと前記支持部材との接着面に配される前記熱硬化性接着剤を硬化させ、常温に戻すことを特徴とする請求項2記載のインクジェット記録ヘッドの接着方法。
【請求項4】
前記基板の裏面に、インクを供給するための開口である供給口が形成されている前記記録ヘッドと前記支持部材との接着方法として用いられることを特徴とする請求項2記載のインクジェット記録ヘッドの接着方法。
【請求項5】
前記基板と支持部材との線膨張率が異なることを特徴とする請求項2記載のインクジェット記録ヘッドの接着方法。
【請求項6】
前記記録ヘッド両端部において、前記記録ヘッド端部からヘッド中央部に向かう基板下面外周での紫外線硬化性接着剤が熱硬化性接着剤を覆う領域が、基板の端部から前記供給口までの領域であることを特徴とする請求項3に記載のインクジェット記録ヘッドの接着方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、インクジェット記録ヘッドユニットの組立てにおいて、記録ヘッドと支持部材とを接着する場合に用いられる接着方法、及びこの接着方法を用いて製造されたインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット記録ヘッドユニットの組立てにおいて、記録ヘッドと支持部材とを接着する場合には、印字の高画質化、高精細化を可能とするために、ノズルの高精度な配置が要求される。すなわち記録ヘッドと支持部材との高精度な接着が必要となる。
【0003】
たとえば特許文献1に開示の接着方法は以下のようなものであった。記録ヘッドと支持部材との接着面に熱硬化性接着材を配するとともに、記録ヘッド外周全周において熱硬化性接着剤を覆うように紫外線硬化性接着剤を配し、記録ヘッドと支持部材との位置合わせを行う。次いで記録ヘッド外周全周の紫外線硬化性接着剤を照射により硬化させることで記録ヘッドと支持部材との仮止めを行う。その後、照射ができない記録ヘッドと支持部材との接着面に配されている熱硬化性接着剤を温度上昇により硬化させ、記録ヘッドと支持部材とを完全に接着した状態で常温に戻す工程を経る。
【0004】
図2(a)(b)に、従来の接着方法を示す。図2(a)において、21は流路形成部材、22は基板、23は支持部材、24は熱硬化性接着剤の接着領域、25はインク吐出口、であり、図1(b)において、26は紫外線硬化性接着剤の接着領域である。図2(a)に示すように、熱硬化性接着剤の接着領域24に熱硬化性接着剤が付けられた状態で、図2(b)に示すように、記録ヘッドを構成する基板22の下面と支持部材23の上面を高精度の位置合わせを行った状態で結合する。その後、基板22の下面と支持部材23の上面との接着面外周全周の紫外線硬化性接着剤の接着領域26に紫外線硬化性接着剤を付け、紫外線により紫外線硬化性接着剤を硬化させる。続いて、温度上昇により、基板22の下面と支持部材23の上面との接着面の熱硬化性接着を硬化させ、記録ヘッド20と支持部材とを完全に接着した状態で常温に戻す。
【0005】
この従来の記録ヘッドと支持部材の接着方法は、現状では満足のいくものであると考えられる。
【特許文献1】特開2005‐125516号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述した接着方法を適用したインクジェット記録ヘッドユニットは、印字の高画質化、高精細化を実現するものが得られると考えられる。
【0007】
一方近年、印字速度のさらなる高速化を達成するために、単位記録ヘッドの吐出素子(インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、対応する吐出口)の部分の長さを長くし、長尺化する必要がある。
【0008】
しかしながら、前記した長尺化(特に0.5インチ以上)に伴い、インク流路や吐出口を形成する流路形成部材が形成されている基板、記録ヘッドの土台となる支持部材等の構成部材を長尺化することで、構成部材の線膨張率の差による影響が大きくなる。そのため、製造工程時、及び製造後に、流路形成部材と基板との間で剥離が発生してしまう。また、基板上に密着向上層を設けたとしても、密着向上層と前記流路形成部材の界面付近で剥離が発生する場合が考えられる。そのため、インクが基板上に浸透し、配線の腐食を引き起こしてしまい、その結果、良好な印字が得られなかったり、記録ヘッドとしての性能を長期にわたり維持することが困難となる場合がある。
【0009】
本発明者らの検討によって以下のことが明らかになっている。すなわち記流路形成部材の剥離の要因として、流路形成部材を形成する際に、前記流路形成部材と前記基板との間に発生する残留応力、及び変形状態を維持した状態での、記録ヘッドと支持部材との接着方法にあるということである。
【0010】
そこで、本発明の目的は、吐出素子を長尺化しても、流路形成部材と基板とが、良好に接着され、良好な印字状態を確保し、且つ記録ヘッドとしての性能を長期にわたり維持することができるインクジェット記録ヘッドユニット、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明では上記課題を解決するためになされたものである。
【0012】
本発明は、インクを吐出するために用いられるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、インクが通る流路と、インクを吐出する吐出口と、を形成する流路形成部材と、
を有する直方体の基板からなる記録ヘッドと前記記録ヘッドの土台となる支持部材とが接着剤によって接着されてなるインクジェット記録ヘッドユニットであって、
前記接着剤は熱硬化性接着剤と、紫外線硬化性接着剤であり、前記基板と支持部材とが、接着面を形成し、該接着面において前記熱硬化性接着剤により接着され、前記紫外線硬化性接着剤は基板の支持部材との接着面における長手方向の端部外周のみにおいて前記熱硬化性接着剤を覆っていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドユニット。である。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように、本発明によれば、インク流路や吐出口を形成する流路形成部材と基板との剥離を抑制することができるとともに、流路形成部材と基板からなる記録ヘッド製造後の残留応力を低減することができる。そのため、高速、高精度、高精細を達成し且つ長期にわたり性能を維持することができるインクジェット記録ヘッド、およびこれを用いたインクジェット記録ヘッドユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0015】
(第一の実施形態)
図1(a)(b)は本発明に係わるインクジェット記録ヘッドと支持部材との接着方法を説明するための斜視図である。また図1(b)は本発明の第一実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットの模式的斜視図である。
【0016】
図1に示すように、インクジェット記録ヘッド(記録以下ヘッド)10においては、長方形の基板11に、インクを吐出するために利用されるエネルギー発生素子(不図示)と形成する流路形成部材12が設けられている。流路形成部材には吐出口15が複数と、対応する流路が形成されている。支持部材13に記録ヘッド10が取り付けられ、14は熱硬化性接着剤の接着領域である。
【0017】
図1(b)において、16は紫外線硬化性接着剤と該接着剤が設けられている接着領域示している。すなわち、図1(a)に示す熱硬化性接着剤の接着領域14に熱硬化性接着剤が付けられた状態で、図1(b)に示すように、記録ヘッドを構成する基板12の下面と支持部材13の上面を高精度の位置合わせを行った状態で結合される。
【0018】
その後、基板12と支持部材13との上面との接着面の外周のうち、記録ヘッドの長手方向の両端部外周のみに紫外線硬化性接着剤の接着領域16に紫外線硬化性接着剤を付け、紫外線を照射し、紫外線硬化性接着剤を硬化させる。ここで長手方向の端部とは長方形の基板面における長い方の辺の端点を含み、該端点周囲と、端点を結ぶことにより形成される短い方の辺の領域にあたる部位である。本実施例では、頂点基板12と支持部材13との接着面の四隅周囲に紫外線硬化性接着剤を設けている。温度上昇により、基板12の下面と支持部材13の上面との接着面の熱硬化性接着を硬化させ、記録ヘッドと支持部材とを完全に接着した状態で常温に戻し、接着を完了する。
【0019】
図3に、本発明に係わる、図1(b)に示す記録ヘッド中央部A−A´断面の断面図を示す。31は流路形成部材、32は基板、33は支持部材、34は熱硬化性接着剤、35は吐出口、36は供給口、37は流路形成部材の壁先端、38は基板下面外周、39は流路形成部材の供給口上部である。
【0020】
一方図4に、従来の接着方法による、図2(b)に示す記録ヘッド中央部B−B´断面の断面図を示す。401は流路形成部材、402は基板、403は支持部材、404は熱硬化性接着剤、405は吐出口、406はインクを供給するための開口である供給口である。また、407は紫外線硬化性接着剤、408は流路形成部材の壁先端、409は基板下面外周、410は流路形成部材の供給口上部である。
【0021】
本実施例では、1インチのインクジェット記録ヘッドに対して、本発明の接着方法を適用した。図5は、基板を供給口から流路形成部材の方向に見た図である。51は基板下面、52は供給口、53は基板端部から裏面に設けられたのインク流路までの距離である。また54は記録ヘッド端部から記録ヘッド中央部に向かう基板下面外周での紫外線硬化性接着剤が熱硬化性接着剤を覆う領域、55は記録ヘッド長手方向側面の基板下面外周での紫外線硬化性接着剤が熱硬化性接着剤を覆う領域である。
【0022】
本実施形態では、基板端部から供給口までの距離53は2.2mとした。またヘッド端部からヘッド中央部に向かう基板下面外周での紫外線硬化性接着剤が熱硬化性接着剤を覆う領域54は1.0mmとした。またヘッド長手方向側面の基板下面外周での紫外線硬化性接着剤が熱硬化性接着剤を覆う領域55は1.0mmとした。
【0023】
また、本発明の実施形態に用いた1インチの記録ヘッドの斜視図を図6に示す。61は基板下面外周の位置、62は流路形成部材壁先端の位置を示し、両方ともXZ対称面側を位置0とする。本実施形態では基板と支持部材の線膨張率が異なっている。すなわち基板の材質にはシリコン、支持部材の材質にはシリコンより線膨張率の大きいアルミナを使用している。
【0024】
図7(a)は流路形成部材の形成時における記録ヘッドの基板下面外周38の変位量分布を示すグラフである。また図7(b)は、前述の剥離が問題となっている流路形成部材の壁先端37の応力分布を示すグラフである。図7(a)の横軸には基板下面外周の位置61を、図7(b)の横軸には流路形成部材壁先端の位置62をとっている。
【0025】
図7(a)から分かるように、記録ヘッドを形成する基板が弓なりに変形していることが分かる。これは、供給口が形成されている基板上に流路形成部材が塗布された状態で、200℃から常温までの温度低下により流路形成部材が成形されるという構成により、生じる収縮変形に起因している。この変形が引き金となり、図7(b)に示すように、流路形成部材壁先端に記録ヘッド中央部が高くなるような分布の残留応力が発生する。
【0026】
本発明の接着方法では、この変形状態、及び残留応力状態のまま、記録ヘッドと支持部材とを結合する。ついで、基板下面外周の4隅に配される紫外線硬化性接着剤を紫外線により硬化させた後に、150℃まで温度上昇させ、基板と支持部材との接着面に配されている熱硬化性接着剤を硬化させ、記録ヘッドと支持部材とを完全に接着した状態で常温に戻す工程を経る。
【0027】
一方、従来の接着方法では、この変形状態、及び残留応力状態のまま、記録ヘッドと支持部材とを結合し、基板下面外周全周に配される紫外線硬化性接着剤を紫外線により硬化させる。その後に、150℃まで温度上昇させ、基板と支持部材との接着面に配されている熱硬化性接着剤を硬化させ、記録ヘッドと支持部材とを完全に接着した状態で常温に戻す工程を経る。この従来の接着方法で上記の工程を経る際に、ヘッド中央部から剥離するという問題が生じる。
【0028】
以下に、本発明の接着方法を適用した構成と、従来の接着方法での構成を比較したグラフを示す。
【0029】
図8(a)は記録ヘッドと支持部材を結合し紫外線硬化性接着剤を硬化させた後に150℃まで温度上昇させた時の基板下面外周の変位量分布である。
【0030】
また図8(b)はその時の流路形成部材の壁先端の応力分布である。流路形成部材の形成時には200℃から常温までの温度低下による流路形成部材自身の収縮よって生じる応力が、150℃までの温度上昇による膨張により緩和されると考えられる。このため、流路形成部材成形時の流路形成部材壁先端の応力は、紫外線硬化性接着剤を硬化させた後に150℃まで温度上昇させた際に低下するとともに、この温度上昇の際に同時に流路形成部材壁先端の接着力も低下すると考えられる。
【0031】
また図8(c)は150℃まで上昇させ熱硬化性接着剤が硬化した後に常温までもどった時の基板下面外周の変位量分布である。
【0032】
また図8(d)は、その時の流路形成部材壁先端の応力分布である。この際には、また流路形成部材自身の収縮よって応力が増加する。
【0033】
図8(a)から分かるように、従来の接着方法では基板下面外周全周を接着してからの温度上昇により、基板の弓なりの変形状態を維持したまま膨張している。これに対し、本発明での接着方法では基板下面外周4隅の接着であることから、温度上昇により基板の弓なりの変形が緩和される。
【0034】
また、図7(b)から、この時の流路形成部材壁先端の応力の最大値は、従来の接着方法での流路形成部材壁先端の応力の最大値102が、25.0MPaである。一方、本発明の接着方法での流路形成部材壁先端の応力の最大値101は、13.0MPaとなり、本発明の接着方法により約50%低減される。すなわち、従来の接着方法では弓なりの変形状態のまま紫外線硬化性接着剤により基板下面外周全周を硬化された状態での150℃までの温度上昇がおこる。そのため、流路形成部材の膨張が押さえ込まれ、流路形成部材の供給口上部410に圧縮応力が大きく作用し、流路形成部材の壁先端408の剥がれの要因となる。これに対し、本発明の接着方法では、紫外線硬化性接着剤による基板下面外周の接着領域が4隅であるため、温度上昇時に、流路形成部材の膨張による流路形成部材の供給口上部39の圧縮応力がほとんど作用せず、流路形成部材壁先端37の応力が緩和される。
【0035】
また、図8(a)、図8(c)から分かるように、本発明の接着方法、従来の接着方法ともに150℃の時点で基板と支持部材との接着面に配される熱硬化性接着剤が硬化してから常温にもどる。このため150℃の時点での基板下面外周の変位状態を維持したまま、常温にもどる。このことから図8(d)に示すように、常温にもどった状態での流路形成部材の壁先端の応力の最大値は、従来の接着方法を用いた際の最大値122が、41.0MPaであるのに対し、本発明の接着方法での最大値121は、29.8MPaとなっている。本発明の接着方法での150℃の時点での応力低減の効果を維持したまま常温にもどり、従来の接着方法での応力値から約30%低減され、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録装置製造後の残留応力が低減されると考えられる。
【0036】
(第二の実施形態)
図9を参照して本発明の第ニの実施形態を説明する。
【0037】
図9(a)(b)は本発明の第2の実施形態に係わる記録ヘッドと支持部材との接着方法を示す模式的斜視図である。
【0038】
図9(a)において、131は流路形成部材、132は基板、133は支持部材、134は熱硬化性接着剤の接着領域、135はインク吐出口、であり、図9(b)において、136は紫外線硬化性接着剤およびその接着領域を示している。
【0039】
図9(a)に示すように、熱硬化性接着剤の接着領域134に熱硬化性接着剤が付けられた状態で、図9(b)に示すように、記録ヘッドを構成する基板132の下面と支持部材133の上面を高精度の位置合わせを行った状態で結合する。その後、基板132の下面と支持部材133の上面との接着面における長手方向の端部外周の紫外線硬化性接着剤の接着領域136に紫外線硬化性接着剤を付け、紫外線により紫外線硬化性接着剤を硬化させる。続いて、温度上昇により、基板132の下面と支持部材133の上面との接着面の熱硬化性接着を硬化させ、記録ヘッドと支持部材とを完全に接着した状態で常温に戻し、接着を完了する。
【0040】
上記接着方法により、上記実施例1とほぼ同様の効果を得られる。特に、良好な印字を確保するために記録ヘッドの支持部材への高精度の配置が要求される場合に、効果的である。
【0041】
また本発明は、流路と吐出口とが、同一の流路形成部材に形成されている形態のインクジェット記録ヘッドのみならず、吐出口を形成する部材と流路を形成する部材とが、別体であるインクジェット記録ヘッドと、支持部材との接着にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明に係わるインクジェット記録ヘッドユニットおよび、接着方法の一例を説明するための模式的斜視図である。
【図2】従来の接着方法によるインクジェット記録ヘッドユニットおよび、接着方法の一例を説明するための模式的斜視図である。
【図3】本発明に係わる、インクジェット記録ヘッドと支持部材との接着状態を示す模式的断面図である。
【図4】従来のインクジェット記録ヘッドと支持部材との接着状態を示す模式的断面図である。
【図5】基板を裏面から見た平面図である。
【図6】インクジェット記録ヘッドの模式的斜視図である。
【図7】流路形成部材を形成する際の成形時の記録ヘッドの基板下面外周の変位量分布を示すグラフおよび、記録ヘッドの流路形成部材壁先端の応力分布である。
【図8】紫外線硬化性接着剤硬化後、150℃まで温度上昇させた時、熱硬化性接着剤硬化後に常温までもどった時、それぞれにおける基板下面外周の変位量分布および、流路形成部材の壁先端の応力分布を示すグラフである。
【図9】本発明に係わるインクジェット記録ヘッドユニットおよび、接着方法の一例を説明するための模式的斜視図である。
【符号の説明】
【0043】
10、20、130 記録ヘッド
11、21、131 流路形成部材
12、22、132 基板
13、23、133 支持部材
15、25、135 吐出口
16、26、136 紫外線硬化性接着剤
【出願人】 【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【出願日】 平成18年6月22日(2006.6.22)
【代理人】 【識別番号】100090538
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 恵三

【識別番号】100096965
【弁理士】
【氏名又は名称】内尾 裕一


【公開番号】 特開2008−986(P2008−986A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−172718(P2006−172718)