【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種の樹脂材料同士、あるいは無機物と樹脂材料などのような異種材料からなる接合部をもつ接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
要求される機能を得るために個々の部品の材料が選択される。これらを要求される信頼性を損なわずに接合することは工業的に重要である。
【０００３】
図２は、ヒーター基板の略垂直方向に液滴を吐出するサイドシュータ型とされるバブルジェット方式のインクジェットカートリッジである。
【０００４】
予めＴＡＢ（テープオートメーテッドボンディング）テープＨ１３００のデバイスホールＨ１３０５にてＩＬＢ（インナーリードボンディング）結合されたシリコンの記録素子Ｈ１１００が、ＰＰＯ（変性ポリフェニレンエーテル）からなる素子基板Ｈ１２００に精度よくマウントされ、エポキシ樹脂により接着固定される。インクタンク本体Ｈ１５００はポリプロピレンからなり、記録素子Ｈ１１００がマウントされた素子基板Ｈ１２００と接合される。両者の接合後、インクを保持するインク保持部材Ｈ１５０２としてポリプロピレン繊維体を圧入し、ポリプロピレンのタンクふたＨ１５０１をインクタンク本体Ｈ１５００に熱溶着あるいは超音波溶着することで、インクカートリッジＨ１０００の外形が完成する。
【０００５】
インクタンクＨ１５００を構成するポリプロピレンは耐インク性とガスバリア性に優れ、安定なインクの維持を可能とする。一方で、精密な成形精度を得ることが比較的難しい欠点を持つ。
【０００６】
一方、記録素子Ｈ１１００を精度よくマウントする素子基板Ｈ１２００は、比較的高いマウント面精度を要求される。これは素子基板の変形がマウント面に固定される記録素子の姿勢を左右し、吐出する液滴の飛翔を介して印字品位に大きな影響をおよぼすためである。ＰＰＯはポリプロピレンよりもガスバリア性が劣るが比較的高いマウント面精度を得ることができる。またＰＰＯはオレフィン系の樹脂に比べ記録素子Ｈ１１００を信頼性高く接着することができる。
【０００７】
以上の理由により、インクジェットカートリッジの各々の部位に要求される性能を考慮し、多くのインクを貯蔵するインクタンクにはガスバリア性と耐インク性に優れた材料が選択され、素子基板には記録素子を精度よく支持できる材料が選択され、しばしば素子基板Ｈ１２００とインクタンク本体Ｈ１５００とは、異なる材料で構成される。
【０００８】
このような素子基板とインクタンクを接着する技術を開示するものとして、例えば特許文献１がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−９２５６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
異種材料である素子基板Ｈ１２００とインクタンク本体Ｈ１５００との接合方法は限定される。接合方法としては（１）ビスなどによる機械的な固定、（２）溶着、（３）接着、が考えられる。
【００１１】
ジョイントシールゴムなどを介した（１）の方法は、インクリークなどがなく最も簡単だが、部品点数と工程が増えるため、コスト面で不利である。
【００１２】
（２）の方法は生産性に優れ、かつ信頼性の高い接合ができるが、素子基板とインクタンクが異種材料であれば、互いに溶融しない樹脂の界面に微小な隙間が残り、ガスバリア性を確保するような両者の溶着は容易ではない。一般にインクジェットカートリッジは、数〜数十μｍ程度の径のノズルから液滴を吐出するため、ジョイント部から侵入したごく僅かなエアが記録素子へ流れノズル内に侵入するだけで吐出不良の原因となることが知られている。
【００１３】
（３）の方法による、耐インク性とガスバリア性に優れた接着は、そりのないフラットな面を接着剤を介して荷重をかけて圧着することで得られる。このとき、接着に適しないオレフィン系のポリプロピレンの接合面とＰＰＯの接合面とを確実に接合することができる。
【００１４】
しかし、一般にそりを有する２面の接着は容易ではなく、インクカートリッジの物流保管中にインクの侵食により接着界面が剥離する場合がある。
【００１５】
インクタンク本体Ｈ１５００は成形により得られるが、特にポリプロピレンのような成形収縮の大きな材料の場合、インクタンクのような複雑な形状であれば、接着に適した精度の高いフラットな面を得ることは難しく、インクカートリッジの供給路に適した信頼性の高い接着を行なうことは容易ではない。
【００１６】
また、特許文献１には面状の２部品をシリコーン接着シートを介して接着することでインクジェットデバイスの流路を形成する構成が記載されており、柔軟性に富むシリコーン接着剤により２部品を接合する場合もある。しかしシリコーン接着剤に代表されるような、２部品の接合面のそりによる隙間に充填するような接合に好適な柔軟性の高い接着材料は、一般的にガスバリア性が劣り、インクカートリッジの物流時に流路へのエアの侵入を許す場合がある。
【００１７】
本発明の目的は、生産性良く製造でき、かつ接合部のガスバリア性などの信頼性が高い、接合体を提供することである。特に、接合部が互いに異種の材料で構成された二つの部材が接合されてなる接合体において、このように優れた特性を持つ接合体を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明により、第１部材と第２部材とを接合してなる接合体であり、前記第１部材および第２部材の各々の接合部が互いに異種の材料で構成されてなる接合体において、
前記第１部材と前記第２部材の少なくとも一方の前記接合部が熱可塑性材料からなり、
前記第１部材と前記第２部材との接合が、可撓性部材を介してなされるとともに、
当該可撓性部材の前記熱可塑性材料と接合される面が、前記熱可塑性材料と同種材料を含むことを特徴とする接合体が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本出願にかかる発明によれば、異種材料の接合部を有する２つの部材を、いずれか一方の接合部と同種材料を含む材料にて一面以上が構成されるような可撓性部材を、他方の接合面にラミネートし、実質的に２つの部材各々に、同種材料の２つの接合面を構成することができる。
【００２０】
本発明は、液体収納容器を構成する接合体、特に収納するインクの変性や供給系のガスバリアが要求されるインクジェットユニットに好適に適用できる。例えばインクジェットカートリッジにおいては、素子基板とインクタンクの接合を、一方の部材の接合部に予め接着あるいは溶着などによりラミネートした可撓性フィルムと、他方の接合部との溶着により行なうことで、信頼性の高い接合を得ることが可能である。
【００２１】
本発明の接合体は、第１部材と第２部材とを接合してなる接合体であり、前記第１部材および第２部材の各々の接合部が互いに異種の材料で構成されてなる接合体において、前記第１部材と前記第２部材の少なくとも一方の前記接合部が熱可塑性材料からなり、前記第１部材と前記第２部材との接合が、可撓性部材を介してなされるとともに、当該可撓性部材の前記熱可塑性材料と接合される面が、前記熱可塑性材料と同種材料を含むことを特徴とする接合体である。
【００２２】
第１部材および第２部材の材料の例について述べると、平面性が要求される第１部材の場合は、アルミナなどのセラミック、ポリサルホンなどのエンジニアリングプラスティック、加熱変形防止のために無機フィラーを添加したフィラー添加型ＰＰＯ、などの材料を用いることができる。低コストとガスバリア性が要求される第２部材の場合は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂や、フィラー添加型またはフィラーレスＰＰＯ（ナチュラルなＰＰＯ）などの材料を用いることができる。
【００２３】
接合体は、例えば、インクタンクと素子基板との２部品を結合したものとすることができる。
【００２４】
本発明は、例えば、アルミナからなる第１部材と、ナチュラルなＰＰＯからなる第２部材の場合のように、溶着が困難な異種材料の組み合わせに好適なものである。
【００２５】
本発明において、２材料のラミネートフィルムのように、表裏面が異種材料である可撓性部材を用いることができる。
【００２６】
上記接合体において、前記可撓性部材は、接合面に倣うための可撓性と、溶着時の放熱による熱のロスを極力排除できるような、素子基板やインクタンクに比べ無視できる厚みとなるような、フィルム状の部材であることが好ましい。
具体的には、好ましくは１０〜５００μｍ、より好ましくは２５〜１００μｍの厚さのフィルムであるが、フィルムの厚みはインクタンクまたは素子基板の各々の接合面の平面のうねりに応じて、例えばうねりが大きければ厚さの大きなフィルムを採用するなど、適切に選択することができる。
【００２７】
本発明のインクジェットユニットは、インクを貯留もしくは通過させる第１部材と、インクを通過させる供給パスをもつ第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の間にインクを流通する接合部を有するインクジェットユニットにおいて、前記第１部材と前記第２部材の各々の接合部は互いに異なる材料で構成され、少なくとも一方の前記接合部が熱可塑性樹脂からなり、前記第１部材と前記第２部材との接合が可撓性部材を介してなされるとともに、当該可撓性部材の前記熱可塑性材料と接合される面が前記可塑性樹脂と同種材料を含むことを特徴とするインクジェットユニットである。
【００２８】
本発明は素子基板の裏面にインクタンクが接合され、インクが基板の背面側より、基板の通路を経て基板の表側の素子へ供給される構造をもつインクジェットカートリッジ、インクジェットヘッドに、特に有効である。
【００２９】
このインクジェットユニットにおいて、接合体について述べたのと同様の理由で、前記可撓性部材がフィルム状部材であることが好ましい。
【００３０】
上記インクジェットユニットが、前記第１部材および前記第２部材が、少なくともその一方の接合面に前記可撓性部材を積層したうえで接合されてなることが好ましい。
【００３１】
本発明のインクジェットユニットの製造方法は、インクを貯留もしくは通過させる第１部材と、インクを通過させる供給パスをもつ第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の間にインクを流通する接合部を有するインクジェットユニットの製造方法であり、前記第１部材と前記第２部材の各々の接合部は互いに異なる材料で構成され、前記第１部材と前記第２部材の接合前に、前記第１部材および／または前記第２部材の接合面に、他方の前記接合面と溶着可能な可撓性部材を接合する可撓性部材接合工程を有することを特徴とするインクジェットユニットの製造方法である。
【００３２】
前記可撓性部材接合工程において、前記第１部材および／または前記第２部材の接合面にフィルム状部材を積層することが好ましい。
【００３３】
また本発明のインクジェットユニットは、インクを貯留もしくは通過させる第１部材と、インクを通過させる供給パスをもつ第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の間にインクを流通する接合部を有するインクジェットユニットにおいて、前記第１部材と前記第２部材の各々の接合部は互いに異なる材料で構成され、少なくとも一方の前記接合部は熱可塑性材料からなり、前記第１部材と前記第２部材との接合が、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも１つと溶着が可能な可撓性部材を介してなされたことを特徴とするインクジェットユニットである。
【００３４】
このインクジェットユニットにおいても、上記インクジェットについて述べたのと同様の理由により、前記可撓性部材がフィルム状部材であることが好ましい。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
本出願にかかる発明の一例である熱インクジェット方式のインクカートリッジについて、素子基板を図１に、素子基板とそれを用いたインクカートリッジの製造工程を図３および４に示す。
【００３６】
インクタンク本体Ｈ１５００はガスバリア性と耐インク性に優れたポリプロピレンにて射出成形により形成される。また同じく射出成形により得られる素子基板Ｈ１２００は、耐インク性を有することは当然であり、さらに成形マウント面に高い平面精度が要求される。記録素子は印字時に発熱源となり素子基板を昇温させるため、熱変形の少ない材料が要求される。このため素子基板の材料としては、ポリプロピレンより、素子基板Ｈ１２００はガラスなどの無機フィラーを含有したＰＰＯ（変性ポリフェリレンエーテル）が好ましい。ＰＰＯよりも平面性、耐熱性、耐薬品性に優れた材料としてアルミナなどの無機材料を採用してもよい。ＰＰＯ自体は一般にガスバリア性がポリプロピレンよりも劣るため、大量のインクを貯蔵するインクタンク本体の材料としては、ＰＰＯよりポリプロピレンが好適である。素子基板Ｈ１２００には裏面Ｈ１２０２からマウント面Ｈ１２０３へインクを供給する供給パスが設けられ、インクは、インクタンクＨ１５００と接合された裏面Ｈ１２０２からマウント面Ｈ１２０３上の記録素子Ｈ１１００へ供給される。
【００３７】
本実施例においては、インクタンクＨ１５００に接合される素子基板の当接部すなわち素子基板の裏面Ｈ１２０２に、可撓性部材としてインクタンクＨ１５００と同系材料のポリプロピレンのフィルムＨ１２０１が接着ラミネートされ、フィルムＨ１２０１とインクタンクの当接部が同種材料間の熱溶着により接合されるものである。
【００３８】
図３は、素子基板Ｈ１２００に対して、記録素子Ｈ１１００のマウントに先立って、マウント面の裏面に、インクタンクＨ１５００の当接部と溶着可能なポリプロピレンフィルムを接着被覆する工程を示す。フィルム厚さは、素子基板の裏面に倣うことができる程度の可撓性を有することが好ましく、０．０１〜０．５ｍｍが好ましい。本実施例では０．０４ｍｍとした。
【００３９】
インクタンク側にポリプロピレン層を露出し他方の面が変性ＰＰＯと接着や溶着可能な材料の層を露出する多層フィルムを用いることもできる。
【００４０】
裏面Ｈ１２０２には、キュア後に耐インク性を有する３００ｎｍ前後のＵＶ吸収により反応を開始するカチオン重合型エポキシ接着剤Ｈ１２０４を塗布することができる（図３（ｂ））。
【００４１】
より信頼性の高い接着を行なうために、接合面に対し、予め接着剤の濡れ性を向上する表面処理を行なうこともできる。例えば、供給パスに対応する穴が開口された所定の形状のポリプロピレンフィルムＨ１２０１や素子基板の裏面Ｈ１２０２に対して予めコロナ放電処理あるいは酸素プラズマ処理を行なうことが好ましい。
【００４２】
裏面Ｈ１２０２に塗布された接着剤Ｈ１２０４に反応開始に適したＵＶ光を照射し（図３（ｃ））、その直後、フィルムＨ１２０１を裏面Ｈ１２０２の所定の位置に重ね、ヒートツールによって裏面に強く圧着しながら接着剤を８０〜１００℃にて加熱キュアし、フイルムを素子基板に接着することができる（図３（ｄ））。
【００４３】
ポリプロピレンフィルムはインクタンク本体のような複雑な形状をもたないため比較的厚み精度を得やすく、また可撓性に富むため接着面の形状に倣い、フィルムＨ１２０１と裏面Ｈ１２０２との圧着が容易である。これにより、フィルムＨ１２０１と素子基板Ｈ１２００とは、例えばエポキシ接着剤により、インクシール性やガスバリア性に優れた強固な結合がなされる。
【００４４】
以上の工程によって、素子基板の裏面Ｈ１２０２には面精度が高くかつインクタンクＨ１５００と同種材料間溶着が可能なポリプロピレンの面が形成された（図３（ｅ））。
【００４５】
裏面Ｈ１２０２のポリプロピレンの層を厚くするためにはフィルムの厚みを増せばよいが、それによってフィルムの可撓性が低下する場合は、裏面に接着されたフィルム上に他のフィルムを順次積層することもできる。このようにして可撓性部材の厚さを調節することができる。
【００４６】
次に、裏面に可撓性部材、ここではポリプロピレン層を形成した素子基板を、次のように実装することができる。
【００４７】
裏面Ｈ１２０２をポリプロピレンフィルムにて接着被覆した素子基板Ｈ１２００に対して、ＴＡＢテープＨ１３００にＩＬＢ接合された記録素子Ｈ１１００がマウントされる（図４（ａ））。マウント接着剤は、裏面にラミネートされたフィルムＨ１２０１の変形や剥離が生じないような加熱によりキュア可能な材料が選択される。その後、インクタンク本体Ｈ１５００が裏面Ｈ１２０２にヒートツールを使って加圧溶着により接合される（図４（ｂ））。超音波振動ツールや振動溶着ツールなどの公知の溶着手段を用いることもできる。
【００４８】
溶着のフィルムＨ１２０１にラミネートされた素子基板の接合面にくらべ、ポリプロピレン成形品であるインクタンク本体Ｈ１５００の接合面は比較的大きなソリを有するが、溶着ツールの荷重によってフィルムＨ１２０１とインクタンクＨ１５００の接合面が圧接され、溶着可能な程度にそりが矯正された状態で双方の面の樹脂を溶融することができる。裏面のポリプロピレンフィルムＨ１２０１はインクタンク本体Ｈ１５００の接合部とは熱可塑性の同種材料であるので、溶融により分子レベルでの結合がなされ、インクリークのない信頼性の高い溶着ができる。
【００４９】
素子基板と接合されたインクタンク本体Ｈ１５００へは、ポリプロピレン繊維体からなるインク保持部材が圧入される工程やインク注入などの工程が行なわれ、インクジェットカートリッジが完成する。
【００５０】
得られたインクカートリッジにおいては、高い平面度を有する素子基板Ｈ１２００に支持された記録素子Ｈ１１００から吐出される液滴が、好ましい軌跡で記録紙に着弾し、良好な印字がなされた。またインクタンクからノズルに供給されるインクは、インクタンクのガスバリア性によってエアが混入することはなく、連続的な吐出が可能なインクの供給を実現できた。
【００５１】
本実施例によれば、記録素子Ｈ１１００をマウントするための精度を要求される素子基板Ｈ１２００とフィルムＨ１２０１は異種材料間の接合であるが、フィルムが素子基板に倣うことで確実に接着された。また互いの接合面が倣うことが比較的難しい素子基板Ｈ１２００とインクタンクＨ１５００とは、同種材料の溶着により確実に接合された。
【００５２】
フィルムと素子基板との接着剤は耐薬品性とガスバリア性に優れたエポキシ樹脂系のものが好適であるが、フィルムと素子基板双方に接着可能な材料を選べばよい。
【００５３】
本実施例と類似の構成として、ＰＰＯの素子基板の裏面にポリプロピレンの層を２色成形にて形成することが考えられる。しかし本発明者らの検討によれば、ポリプロピレンと変性ＰＰＯの組み合わせのような異種材料の２色成形は樹脂間の親和性の制限のために確実な接合が困難であり、本実施例の構成の代替手段にはなりえなかった。
【００５４】
本実施例は、接合されるいずれか一方が接着や面精度だしが困難なオレフィン系の材料の場合に特に有効である。
【００５５】
本実施例の変形例として、素子基板とフィルムとを、各々溶着可能な材料とし、素子基板−フィルム−インクタンク本体の間の接合を溶着のみで行なうこともできる。また、当接面の双方に予めフィルムでラミネートすることもできる。またいずれの部材にも予めラミネートしないこともできる。
【００５６】
本実施例では、ポリプロピレンと変性ＰＰＯの２部材をポリプロピレンのフィルムを介して接合したが、ポリプロピレンと変性ＰＰＯの組み合わせに限定する必要はない。インクタンクとなる第１の部材の材質として、変性ＰＰＯ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＰＥＴなどを用いることができ、それに対するインクの供給パスを有する第２の部材の材質として、ポリサルホン、変性ＰＰＯなどの樹脂のほか、アルミナなどを用いることができる。
【００５７】
またポリプロピレンフィルムに相当する中間部材としては、第１と第２の部材の少なくとも一方の接合面に倣う可撓性を有し、かつ第１と第２の部材の少なくとも一方と溶着可能な材料を選ぶことができる。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンの単体フィルムや、それらを予め積層したフィルムであってもよい。少なくとも一方の接合面に倣う可撓性を得られるのであれば構造をフィルムに限定する必要はない。
【００５８】
また接合すべき可撓性部材と、素子基板またはインクタンクの面の主たる構成材料が同じで、一方が無機フィラーなどを充填した材料、他方がフィラーを充填しない材料であっても、溶着できるならば同種の材料と考えてよい。
【００５９】
以上の説明ではインクジェットカートリッジを例にあげ、従来技術に対する接合部のシール性能の優位を説明したが、インクジェットカートリッジに限らず、互いに異種材料の部品を接合する接合体に上記の構成を適応することで、信頼性の高い接合が可能である。
【００６０】
〔実施例２〕
本実施例は、インク吸収体を有しないインクタンクであり、インクタンク本体Ｈ１５００の内部にインクを収容しかつ負圧を発生する収容ユニットＨ１４００を有する。図５にその構成を示す。
【００６１】
収容ユニットＨ１４００は、凸形に成形された２つのポリプロピレン可撓性フィルム（４０μｍ厚）からなる凸部材Ｈ１４０２がフレームＨ１４０１に接合され、凸部材Ｈ１４０２は板バネＨ１４０３により収納ユニット内側への変形がある程度抑制される。収容ユニットＨ１４００は例えば米国特許第４４２２０８４号公報に記載の構成と同様に負圧発生が可能である。
【００６２】
凸部材の材質としては、ガスバリア性に優れ、かつフィルム状に成形可能なポリプロピレンが好適である。フレームＨ１４０１はポリプロピレンで形成され、凸部材Ｈ１４０２とは同材料同士の熱溶着により容易にかつ確実に接合がなされる。
【００６３】
インクの供給パスの一部を有するタンクふたＨ１５０５はタンク外面への素子基板（図示せず）あるいは記録素子（図示せず）を直接接合することを考慮し、平面精度を得やすい変性ＰＰＯにて形成されている。
【００６４】
ポリプロピレンフィルムＨ１２０１は、タンクふた（ＰＰＯ）に塗布されたＵＶ反応型カチオン重合エポキシ接着剤Ｈ１５０４の上に圧着され、タンクふたＨ１５０５の表面をラミネートする。接着剤に対するＵＶ照射は、フィルムの接合前でもよく、またフィルムが感光波長光を透過するのであれば、接合後にフィルムを透過して照射してもよい。可撓性のあるフィルムをタンクふたＨ１５０５表面に接着することは、フレームＨ１４０１をインクリークなきよう直接タンクふたに接合するよりも容易である。
【００６５】
収容ユニットＨ１４００とタンクふたＨ１５０５とはポリプロピレンフィルムＨ１２０１を介して接合される。このとき両者（収容ユニットと、ポリプロピレンフィルムを接合面に持つタンクふた）は接合部において同種材料であり熱可塑性樹脂であるため、超音波溶着や振動溶着により確実に接合される。最後にインクタンク本体Ｈ１５００で収容ユニットを覆い、インク吸収体を用いないインクタンクが完成する。
【００６６】
タンクふたＨ１５０５に記録素子あるいは記録素子を搭載した素子基板を接合することでインクジェットカートリッジを構成することもできる。
【００６７】
本実施例のインクタンクは、負圧維持のための変形が要求される凸部材に可撓性とガスバリア性に優れたポリプロピレンを採用し、フレームを固定するタンクふたをポリプロピレンよりも成形精度の得やすい変性ＰＰＯを採用し、フレームとタンクふたをポリプロピレンフィルムを介して接合することで、接合部のバリア性などの信頼性と負圧機能に優れた性能を有する。
【００６８】
収容ユニットＨ１４００とタンクふたＨ１５０５とを振動を使って熱溶着する場合には、溶着部の加熱性能を高めるため、凸状のダイレクターをフレームＨ１４０１やタンクふたＨ１５０５の接合面に予め設けてもよい。タンクふたの接合面にダイレクターを設けるために、フィルムＨ１２０１を、表面の所定の位置に凸状のリブを予め成形したフィルムとすることや、タンクふたＨ１５０５上に凸状のリブを設け、このリブの上をフィルムＨ１２０１で覆うように両者を接着することなどもできる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本出願にかかる発明によれば、部品の機能に適して選択された互いに異種材料からなる部品を確実に接合することができる。
【００７０】
特に安定なインク貯留が要求されるインクジェットカートリッジにおいては、インクを流通する個々の部品を簡単に且つ確実に接合でき、また平面精度の劣る異種材料の接合も容易である。このため、素子基板には平面精度の高い材料、インクタンクにはガスバリア性に優れたオレフィン系材料を用いるなど各部位に好適な材料を選択でき、インクジェットカートリッジとしてより高い性能と信頼性を得ることができる。
【００７１】
なお本出願にかかる発明の思想に沿うものであれば、実施形態は、本明細書の実施例やその他の具体的形状、材料に限定されるものではない。また記載の実施例の構成を組み合わせても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた素子基板を説明するための模式図である。
【図２】インクジェットヘッドを説明するための模式図である。
【図３】実施例１における、素子基板を製造する方法を示す工程図である。
【図４】実施例１における、インクジェットカートリッジを製造する方法を示す工程図である。
【図５】実施例２のインクタンクを説明するための模式図である。
【符号の説明】
Ｈ１０００ インクジェットカートリッジ
Ｈ１１００ 記録素子
Ｈ１２００ 素子基板
Ｈ１２０１ ポリプロピレンフィルム
Ｈ１２０２ （素子基板の）裏面
Ｈ１２０３ マウント面
Ｈ１２０４ 接着剤
Ｈ１３００ ＴＡＢテープ
Ｈ１３０５ デバイスホール
Ｈ１４００ 収容ユニット
Ｈ１４０１ フレーム
Ｈ１４０２ 凸部材
Ｈ１４０３ 板バネ
Ｈ１５００ インクタンク
Ｈ１５０１ ふた
Ｈ１５０２ インク保持部材
Ｈ１５０４ 接着剤
Ｈ１５０５ タンクふた[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a joined body having a joined portion made of different kinds of resin materials, such as different resin materials or an inorganic substance and a resin material.
[0002]
[Prior art]
The materials of the individual components are selected to obtain the required function. It is industrially important to join them without impairing the required reliability.
[0003]
FIG. 2 shows a bubble jet type ink jet cartridge of a side shooter type for discharging liquid droplets in a direction substantially perpendicular to the heater substrate.
[0004]
A silicon recording element H1100, which has been previously bonded by ILB (inner lead bonding) at a device hole H1305 of a TAB (tape automated bonding) tape H1300, is accurately mounted on an element substrate H1200 made of PPO (modified polyphenylene ether). Adhesively fixed with resin. The ink tank body H1500 is made of polypropylene, and is joined to the element substrate H1200 on which the recording elements H1100 are mounted. After joining the two, a polypropylene fiber body is press-fitted as an ink holding member H1502 for holding ink, and the outer shape of the ink cartridge H1000 is completed by heat welding or ultrasonic welding of the polypropylene tank lid H1501 to the ink tank body H1500. .
[0005]
The polypropylene constituting the ink tank H1500 has excellent ink resistance and gas barrier properties, and can maintain stable ink. On the other hand, it has a disadvantage that it is relatively difficult to obtain precise molding accuracy.
[0006]
On the other hand, the element substrate H1200 on which the recording element H1100 is mounted with high accuracy requires relatively high mounting surface accuracy. This is because the deformation of the element substrate affects the attitude of the recording element fixed to the mounting surface, and greatly affects the print quality through the flight of the ejected droplets. PPO is inferior to polypropylene in gas barrier properties, but can provide relatively high mounting surface accuracy. Also, PPO can bond the recording element H1100 with higher reliability than olefin-based resins.
[0007]
For the above reasons, in consideration of the performance required for each part of the ink jet cartridge, a material having excellent gas barrier properties and ink resistance is selected for an ink tank that stores a large amount of ink, and a recording element is used for an element substrate. The element substrate H1200 and the ink tank main body H1500 are often made of different materials.
[0008]
Patent Document 1 discloses, for example, a technique for bonding such an element substrate and an ink tank.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-5-92563
[Problems to be solved by the invention]
The method of joining the element substrate H1200, which is a dissimilar material, to the ink tank body H1500 is limited. As the joining method, (1) mechanical fixing with a screw or the like, (2) welding, and (3) adhesion can be considered.
[0011]
The method (1) using a joint seal rubber or the like is the simplest method without ink leakage or the like, but is disadvantageous in terms of cost because the number of parts and steps are increased.
[0012]
The method (2) is excellent in productivity and enables highly reliable bonding. However, if the element substrate and the ink tank are made of different materials, a small gap remains at the interface of the resin that does not melt with each other, and the gas barrier property is secured. It is not easy to weld them together. In general, an ink jet cartridge ejects liquid droplets from a nozzle having a diameter of several to several tens of μm, so that only a small amount of air that has entered from a joint portion flows into a recording element and enters the nozzle, causing ejection failure. It is known.
[0013]
Adhesion excellent in ink resistance and gas barrier properties by the method (3) can be obtained by pressing a flat surface without warpage by applying a load via an adhesive. At this time, the joining surface of the olefin-based polypropylene and the joining surface of the PPO, which are not suitable for adhesion, can be securely joined.
[0014]
However, in general, it is not easy to bond two surfaces having a warp, and the adhesive interface may peel off due to erosion of the ink during the distribution and storage of the ink cartridge.
[0015]
The ink tank main body H1500 is obtained by molding. In particular, in the case of a material having a large molding shrinkage such as polypropylene, if a complicated shape such as an ink tank is used, it is not possible to obtain a highly accurate flat surface suitable for bonding. It is difficult, and it is not easy to perform reliable bonding suitable for the supply path of the ink cartridge.
[0016]
Further, Patent Document 1 discloses a configuration in which a flow path of an ink jet device is formed by bonding two planar components through a silicone adhesive sheet, and the two components are joined by a highly flexible silicone adhesive. In some cases. However, a highly flexible adhesive material suitable for joining, such as a silicone adhesive, which fills gaps formed by warpage of the joining surface of two parts, generally has poor gas barrier properties, and is difficult to use during distribution of ink cartridges. In some cases, air may enter the flow path.
[0017]
An object of the present invention is to provide a joined body that can be manufactured with high productivity and has high reliability such as a gas barrier property of a joined portion. In particular, it is an object of the present invention to provide a joined body having such excellent characteristics in a joined body in which two members whose joining portions are made of different materials are joined to each other.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a joined body obtained by joining a first member and a second member, wherein each joined portion of the first member and the second member is made of different materials.
The joint of at least one of the first member and the second member is made of a thermoplastic material,
The joining between the first member and the second member is performed via a flexible member,
A joined body is provided, wherein a surface of the flexible member to be joined to the thermoplastic material contains a material similar to the thermoplastic material.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the invention of the present application, two members having a joint portion of different materials, a flexible member whose one or more surfaces are formed of a material containing the same kind of material as one of the joint portions, Can be laminated to substantially two members of the same material to form two bonding surfaces of the same material.
[0020]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably applied to a joined body constituting a liquid storage container, particularly to an ink jet unit that requires modification of stored ink and a gas barrier of a supply system. For example, in an ink jet cartridge, the reliability of the device is improved by bonding the element substrate and the ink tank by welding a flexible film that has been laminated to the bonding portion of one member in advance by bonding or welding and the other bonding portion. It is possible to obtain a high bonding.
[0021]
A joined body of the present invention is a joined body obtained by joining a first member and a second member, and a joined body in which the joining portions of the first member and the second member are made of different materials from each other. In the above, the joining portion of at least one of the first member and the second member is made of a thermoplastic material, and the joining of the first member and the second member is performed via a flexible member, A surface of the flexible member to be bonded to the thermoplastic material includes a material similar to the thermoplastic material.
[0022]
As for the example of the material of the first member and the second member, in the case of the first member requiring flatness, ceramic such as alumina, engineering plastic such as polysulfone, and inorganic filler added to prevent heat deformation. Materials such as filler-added PPO can be used. In the case of the second member requiring low cost and gas barrier properties, a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a material such as a filler-added type or a filler-less PPO (natural PPO) can be used.
[0023]
The joined body may be, for example, a combination of two parts, an ink tank and an element substrate.
[0024]
The present invention is suitable for a combination of different materials that are difficult to weld, such as a first member made of alumina and a second member made of natural PPO.
[0025]
In the present invention, a flexible member whose front and back surfaces are made of different materials, such as a two-material laminated film, can be used.
[0026]
In the above joined body, the flexible member has a thickness to be negligible as compared with the element substrate and the ink tank so that the flexibility to follow the joining surface and the heat loss due to the heat radiation at the time of welding can be eliminated as much as possible. Such a film-like member is preferable.
Specifically, it is preferably a film having a thickness of 10 to 500 μm, more preferably 25 to 100 μm, and the thickness of the film depends on the undulation of the plane of the bonding surface of each of the ink tank and the element substrate. If the value is large, a film having a large thickness can be adopted, and an appropriate selection can be made.
[0027]
The inkjet unit of the present invention includes a first member that stores or passes ink, a second member that has a supply path through which the ink passes, and a joint that circulates ink between the first member and the second member. In the inkjet unit having the first member and the second member, the joints of the first member and the second member are made of different materials, and at least one of the joints is made of a thermoplastic resin. Is joined via a flexible member, and the surface of the flexible member joined to the thermoplastic material contains the same kind of material as the plastic resin.
[0028]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly effective for an ink jet cartridge and an ink jet head having a structure in which an ink tank is joined to the back surface of an element substrate, and ink is supplied from the back surface side of the substrate to elements on the front side of the substrate through the passage of the substrate. .
[0029]
In this ink jet unit, it is preferable that the flexible member is a film-shaped member for the same reason as described for the joined body.
[0030]
It is preferable that the inkjet unit is formed by joining the first member and the second member after laminating the flexible member on at least one joint surface.
[0031]
According to the method of manufacturing an ink jet unit of the present invention, a first member for storing or passing ink, a second member having a supply path for passing ink, and flowing ink between the first member and the second member are provided. A method of manufacturing an ink jet unit having a joint, wherein the joints of the first member and the second member are made of different materials from each other, and the first member and the second member are connected to each other before joining the first member and the second member. A method for manufacturing an ink jet unit, comprising a flexible member joining step of joining a flexible member that can be welded to the other joining surface to a joining surface of one member and / or the second member. .
[0032]
In the flexible member bonding step, it is preferable that a film-like member is laminated on a bonding surface of the first member and / or the second member.
[0033]
Further, the ink jet unit of the present invention includes a first member for storing or passing the ink, a second member having a supply path for passing the ink, and a joint for flowing the ink between the first member and the second member. In the inkjet unit having the first member and the second member, the joints of the first member and the second member are made of different materials, and at least one of the joints is made of a thermoplastic material. Is joined via a flexible member that can be welded to at least one of the first member and the second member.
[0034]
In this ink jet unit, it is preferable that the flexible member is a film member for the same reason as described for the ink jet.
[0035]
【Example】
[Example 1]
FIG. 1 shows an element substrate of a thermal ink jet type ink cartridge which is an example of the invention according to the present application, and FIGS. 3 and 4 show steps of manufacturing an element substrate and an ink cartridge using the same.
[0036]
The ink tank body H1500 is formed by injection molding of polypropylene having excellent gas barrier properties and ink resistance. Also, the element substrate H1200 similarly obtained by injection molding naturally has ink resistance, and further requires high planar accuracy on the molding mount surface. Since the recording element becomes a heat source at the time of printing and raises the temperature of the element substrate, a material having little thermal deformation is required. Therefore, as a material of the element substrate, the element substrate H1200 is preferably made of PPO (modified polyphenylene ether) containing an inorganic filler such as glass, rather than polypropylene. An inorganic material such as alumina may be employed as a material having better flatness, heat resistance and chemical resistance than PPO. Since PPO itself generally has inferior gas barrier properties to polypropylene, polypropylene is preferable to PPO as a material for the ink tank body that stores a large amount of ink. The element substrate H1200 is provided with a supply path for supplying ink from the back surface H1202 to the mounting surface H1203, and the ink is supplied from the back surface H1202 joined to the ink tank H1500 to the recording elements H1100 on the mounting surface H1203.
[0037]
In this embodiment, a polypropylene film H1201 of the same material as the ink tank H1500 is bonded and laminated as a flexible member on the contact portion of the element substrate joined to the ink tank H1500, that is, on the back surface H1202 of the element substrate. And the contact portion of the ink tank are joined by heat welding between the same materials.
[0038]
FIG. 3 shows a step of adhesively covering the element substrate H1200 with a polypropylene film that can be welded to the contact portion of the ink tank H1500 on the back surface of the mounting surface prior to mounting the recording element H1100. The film thickness is preferably flexible enough to follow the back surface of the element substrate, and is preferably from 0.01 to 0.5 mm. In this embodiment, the thickness is set to 0.04 mm.
[0039]
It is also possible to use a multilayer film in which the polypropylene layer is exposed on the ink tank side and the other surface exposes a layer of a material that can be bonded or welded to the modified PPO.
[0040]
The back surface H1202 can be coated with a cationic polymerization type epoxy adhesive H1204, which has a resistance to ink after curing and starts a reaction by UV absorption around 300 nm (FIG. 3B).
[0041]
In order to perform bonding with higher reliability, a surface treatment for improving the wettability of the adhesive can be performed on the bonding surface in advance. For example, it is preferable that corona discharge treatment or oxygen plasma treatment be performed in advance on a polypropylene film H1201 having a predetermined shape in which a hole corresponding to the supply path is opened or on the back surface H1202 of the element substrate.
[0042]
The adhesive H1204 applied to the back surface H1202 is irradiated with UV light suitable for starting the reaction (FIG. 3 (c)). Immediately thereafter, the film H1201 is placed on a predetermined position on the back surface H1202, and strongly pressed against the back surface by a heat tool. While the adhesive is heated and cured at 80 to 100 ° C., the film can be adhered to the element substrate (FIG. 3D).
[0043]
Since the polypropylene film does not have a complicated shape like the ink tank body, it is easy to obtain a relatively high thickness accuracy, and since it is rich in flexibility, it can easily follow the shape of the adhesive surface and can easily press the film H1201 and the back surface H1202. is there. As a result, the film H1201 and the element substrate H1200 are firmly bonded to each other by, for example, an epoxy adhesive with excellent ink sealing properties and gas barrier properties.
[0044]
Through the above steps, a polypropylene surface was formed on the back surface H1202 of the element substrate with high surface accuracy and capable of welding the same kind of material as the ink tank H1500 (FIG. 3E).
[0045]
To increase the thickness of the polypropylene layer on the back surface H1202, the thickness of the film may be increased. However, when the flexibility of the film is reduced, another film is sequentially laminated on the film bonded to the back surface. You can also. Thus, the thickness of the flexible member can be adjusted.
[0046]
Next, an element substrate having a flexible member, here a polypropylene layer, formed on the back surface can be mounted as follows.
[0047]
The recording element H1100 ILB-bonded to the TAB tape H1300 is mounted on the element substrate H1200 having the back surface H1202 adhesively covered with a polypropylene film (FIG. 4A). As the mount adhesive, a material which can be cured by heating so as not to cause deformation or peeling of the film H1201 laminated on the back surface is selected. Thereafter, the ink tank body H1500 is joined to the back surface H1202 by pressure welding using a heat tool (FIG. 4B). Known welding means such as an ultrasonic vibration tool and a vibration welding tool can also be used.
[0048]
The bonding surface of the ink tank body H1500, which is a polypropylene molded product, has a relatively large warp compared to the bonding surface of the element substrate laminated on the welded film H1201, but the bonding between the film H1201 and the ink tank H1500 is caused by the load of the welding tool. The resin on both surfaces can be melted in a state where the surfaces are pressed and the warp is corrected to the extent that welding is possible. Since the polypropylene film H1201 on the back side is made of the same thermoplastic material as the joint portion of the ink tank body H1500, it is bonded at the molecular level by melting, and highly reliable welding without ink leakage can be performed.
[0049]
A process of press-fitting an ink holding member made of a polypropylene fiber body and a process of injecting ink into the ink tank main body H1500 joined to the element substrate are performed to complete an ink jet cartridge.
[0050]
In the obtained ink cartridge, droplets ejected from the recording element H1100 supported on the element substrate H1200 having high flatness landed on the recording paper with a preferable locus, and good printing was performed. In addition, the ink supplied from the ink tank to the nozzle was not mixed with air due to the gas barrier property of the ink tank, and the ink supply capable of continuous ejection was realized.
[0051]
According to this embodiment, the element substrate H1200 and the film H1201, which require precision for mounting the recording element H1100, are joined between different kinds of materials, but the film is adhered reliably by following the element substrate. In addition, the element substrate H1200 and the ink tank H1500, which are relatively difficult to bond with each other, were securely joined by welding the same kind of material.
[0052]
The adhesive between the film and the element substrate is preferably an epoxy resin-based adhesive having excellent chemical resistance and gas barrier properties, but a material that can be adhered to both the film and the element substrate may be selected.
[0053]
As a configuration similar to this embodiment, it is conceivable to form a polypropylene layer on the back surface of the PPO element substrate by two-color molding. However, according to the study of the present inventors, it is difficult to perform reliable joining of two-color molding of a different material such as a combination of polypropylene and modified PPO due to limitation of affinity between resins. Could not be an alternative.
[0054]
This embodiment is particularly effective when any one of the members to be joined is an olefin-based material in which adhesion or surface accuracy is difficult.
[0055]
As a modification of this embodiment, the element substrate and the film may be made of a material that can be welded to each other, and the bonding between the element substrate, the film, and the ink tank body may be performed only by welding. Further, it is also possible to laminate a film on both of the contact surfaces in advance. In addition, it is not necessary to laminate any of the members in advance.
[0056]
In the present embodiment, the two members, polypropylene and modified PPO, were joined via a polypropylene film, but it is not necessary to limit to the combination of polypropylene and modified PPO. Modified PPO, polypropylene, polyethylene, polystyrene, PET, or the like can be used as the material of the first member serving as the ink tank, and polysulfone, modified PPO, or the like can be used as the material of the second member having an ink supply path for the material. In addition to the above resin, alumina and the like can be used.
[0057]
Further, as the intermediate member corresponding to the polypropylene film, a material which has flexibility following at least one joint surface of the first and second members and which can be welded to at least one of the first and second members is used. You can choose. For example, it may be a single film of polypropylene or polyethylene, or a film obtained by laminating them in advance. It is not necessary to limit the structure to a film as long as flexibility can be obtained in accordance with at least one joining surface.
[0058]
If the flexible member to be joined and the main constituent material of the element substrate or the surface of the ink tank are the same, and one is a material filled with an inorganic filler or the like, and the other is a material not filled with a filler, if welding is possible, If it is the same kind of material, it may be considered.
[0059]
In the above description, an ink jet cartridge is taken as an example, and the superiority of the sealing performance of the joining portion with respect to the conventional technology has been described. However, the above configuration is applied not only to the ink jet cartridge but also to a joined body that joins parts of different materials to each other. Thus, highly reliable bonding is possible.
[0060]
[Example 2]
This embodiment is an ink tank having no ink absorber, and has a storage unit H1400 that stores ink inside the ink tank body H1500 and generates a negative pressure. FIG. 5 shows the configuration.
[0061]
In the housing unit H1400, a convex member H1402 made of two polypropylene flexible films (40 μm thick) formed in a convex shape is joined to the frame H1401, and the convex member H1402 is deformed to some extent inside the housing unit by the leaf spring H1403. Be suppressed. The accommodation unit H1400 can generate a negative pressure, for example, similarly to the configuration described in US Pat. No. 4,422,084.
[0062]
As the material of the convex member, polypropylene that is excellent in gas barrier properties and can be formed into a film is preferable. The frame H1401 is formed of polypropylene, and is easily and reliably joined to the convex member H1402 by thermal welding of the same material.
[0063]
The tank lid H1505 having a part of the ink supply path is made of a modified PPO which is easy to obtain planar accuracy in consideration of directly joining an element substrate (not shown) or a recording element (not shown) to the outer surface of the tank. Is formed.
[0064]
The polypropylene film H1201 is pressed onto the UV-reactive cationic polymerization epoxy adhesive H1504 applied to the tank lid (PPO), and laminates the surface of the tank lid H1505. The UV irradiation on the adhesive may be performed before the bonding of the film, or, if the film transmits light of the photosensitive wavelength, the UV may be transmitted through the film after the bonding. Adhering a flexible film to the surface of the tank lid H1505 is easier than bonding the frame H1401 directly to the tank lid without ink leakage.
[0065]
The housing unit H1400 and the tank lid H1505 are joined via a polypropylene film H1201. At this time, both (the housing unit and the tank lid having the polypropylene film on the bonding surface) are made of the same material and a thermoplastic resin at the bonding portion, so that they are reliably bonded by ultrasonic welding or vibration welding. Finally, the housing unit is covered with the ink tank body H1500, and an ink tank without using an ink absorber is completed.
[0066]
An ink jet cartridge can also be configured by joining a recording element or an element substrate on which the recording element is mounted to the tank lid H1505.
[0067]
The ink tank of the present embodiment employs polypropylene having excellent flexibility and gas barrier properties for the convex member which is required to be deformed for maintaining negative pressure, and the tank lid for fixing the frame has higher molding accuracy than polypropylene. Adopting easily modified PPO and joining the frame and the tank lid via a polypropylene film, it has excellent performance such as reliability such as barrier properties at the joint and negative pressure function.
[0068]
When heat-welding the housing unit H1400 and the tank lid H1505 using vibration, a convex director may be provided in advance on the joining surface of the frame H1401 and the tank lid H1505 in order to enhance the heating performance of the welded portion. . In order to provide a director on the joint surface of the tank lid, the film H1201 may be a film in which a convex rib is formed in a predetermined position on the surface in advance, or a convex rib may be provided on the tank lid H1505. The two may be bonded together so that the film H1201 covers the ribs.
[0069]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the invention according to the present application, parts made of different kinds of materials selected appropriately for the function of the parts can be securely joined.
[0070]
In particular, in an ink jet cartridge that requires stable ink storage, it is possible to easily and surely join individual components that circulate ink, and it is also easy to join different materials having poor planar accuracy. For this reason, it is possible to select a suitable material for each part, such as using a material with high flatness for the element substrate and an olefin material with excellent gas barrier properties for the ink tank, and obtain higher performance and reliability as an ink jet cartridge Can be.
[0071]
The embodiments are not limited to the examples in this specification and other specific shapes and materials as long as they are in line with the concept of the invention according to the present application. Similar effects can be obtained by combining the configurations of the described embodiments.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an element substrate used in Example 1.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an inkjet head.
FIG. 3 is a process chart showing a method for manufacturing an element substrate in Example 1.
FIG. 4 is a process chart showing a method for manufacturing an ink jet cartridge in Example 1.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an ink tank according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
H1000 Ink cartridge H1100 Recording element H1200 Element substrate H1201 Polypropylene film H1202 Back surface H1203 (of element substrate) Mounting surface H1204 Adhesive H1300 TAB tape H1305 Device hole H1400 Housing unit H1401 Frame H1402 Convex member H1403 Leaf spring H1500 Ink tank H1501 Cover H1502 Ink holding Member H1504 Adhesive H1505 Tank lid
