JP2006327002A - マウント装置および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録素子基板を支持部材に接着するマウント工程における接着剤硬化処理を効率的に行う。
【解決手段】接着剤１１１によって記録素子基板１０３を支持部材１０１に貼り合わせるマウント装置において、貼り合わせ手段を構成する吸着フィンガー５ａの遮光部５１に複数のスリット５１ａ、５１ｂを設ける。第１のスリット５１ａから、記録素子基板１０３の外形部にはみ出した接着剤１１１ａに紫外線Ｐを照射して仮固定を行い、第２のスリット５１ｂから、記録素子基板１０３の流路端部に浸透した接着剤１１１ｂに紫外線Ｐを照射することで、選択的に接着剤の流動性を低下させる硬化処理を行う。紫外線Ｐによる仮固定と流路端部の接着剤硬化処理を一括して行ったのちに、加熱キュアによって接着剤１１１を全体的に硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等の記録装置に搭載される液体吐出ヘッドの製造工程において、吐出素子基板（記録素子基板）を支持部材に接着固定するためのマウント装置および液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

液体吐出方式の記録装置に搭載される液体吐出ヘッドの製造工程においては、特許文献１および特許文献２に開示されたように、記録素子基板と支持部材の貼り合わせ（マウント工程）は、例えばインクジェットプリンタにおいてインクを吐出する吐出口の位置を決定する中核となる工程であるため、高い精度が要求される。具体的には支持部材の基準に対する各記録素子基板の位置を決める絶対位置精度と、記録素子基板同士の位置関係を示す相対位置精度である。

図７の（ａ）は、従来のマウント装置を示すもので、記録素子基板１１０３を吸着して保持する吸着フィンガー１００５ａと、記録素子基板１１０３を位置決めして保持する図示しないワーク受け台を有し、支持部材１１０１と記録素子基板１１０３を、吸着フィンガー１００５ａとワーク受け台によって上下方向から挟み込むようにして貼り合わせる。記録素子基板１１０３は、吐出口を形成したノズル層１１０３ａと、その下にインクの流路１１０３ｂおよび吐出エネルギー発生素子等を形成したシリコン基板を有する。

図７の（ｂ）に示すように、吸着フィンガー１００５ａは、記録素子基板１１０３を搬送したり貼り合わせたりする時に吸着保持するための吸着手段１００５ｂを有し、紫外線を照射して短時間で接着剤を硬化させるため記録素子基板１１０３の両端部（外形部）を吸着フィンガー１００５ａより外側に露出させている。このように、吸着フィンガー１００５ａの外形は記録素子基板１１０３の外形より小さく形成される。記録素子基板１１０３のマウント工程では、まず、予め転写やディスペンスなどの手法で接着剤１１１１が供給された支持部材１１０１に、記録素子基板１１０３を押し付けることで、記録素子基板１１０３の外周に接着剤１１１１をはみ出させるようにして、接着剤１１１１のはみ出し部１１１１ａに紫外線Ｐ₁ を照射し、硬化させて記録素子基板１１０３を仮固定する。

次に、図８に示すように、吸着フィンガー１００５ａを退避させ、吸着フィンガー１００５ａに覆われていた接着剤領域１１１１ｂに紫外線Ｐ₂ を照射して光による硬化処理を行い、さらに、加熱による全体の接着剤硬化処理を行って、記録素子基板１１０３を固定する。

すなわち、マウント装置を用いる記録素子基板と支持部材の接合工程は、接着剤転写→ＵＶ照射仮固定→追加ＵＶ照射→加熱キュアの工程手順で以下のように行われる。

１ 接着剤転写
支持部材へ熱硬化併用紫外線硬化型接着剤を転写（塗布）する。

２ ＵＶ照射仮固定
支持部材に対して記録素子基板の位置決めは画像処理等で精度良く位置決めし、記録素子基板を押圧する。記録素子基板の押圧にて記録素子基板の外周にはみ出した接着剤に紫外線を照射し、記録素子基板と支持部材を仮固定する。

３ 追加ＵＶ照射
記録素子基板の押圧にて記録素子基板の流路端部に浸透した接着剤に紫外線を照射し硬化させる。

４ 加熱キュア
接着剤が転写された場所のうち記録素子基板と支持部材間は紫外線光の影部分になるため接着剤は未硬化状態である。そこで熱硬化により接着剤を完全に硬化させる。

次に追加ＵＶ照射の必要性を説明する。

仮固定時に記録素子基板外周にはみ出した接着剤は紫外線により硬化させるが、記録素子基板と支持部材の間は紫外線の影部分となるため接着剤は未硬化状態である。このような接着剤の未硬化部分は次工程である加熱キュア工程において硬化させるが、熱を加えることで硬化の直前に接着剤が低粘度化して流出し、毛管力により流路端部の稜線部分を伝わり、ノズル層まで到達して吐出性能に不具合が生じる場合がある。このため、加熱キュア工程の前に記録素子基板の流路端部に浸透した接着剤に紫外線を照射して硬化処理を行い、接着剤の毛管力を低減する。
特開平０９−１８７９５２号公報 特開２００２−１５４２０９号公報

記録素子基板のマウント工程で使用する接着剤は、支持部材上に記録素子基板を固定する機能に加えて、インクを吐出する時の記録素子基板の熱を支持部材に逃がす放熱機能や、供給されたインクが漏れないようにするための封止の役割も持っている。従って、インクの流路の周りには確実に接着剤が満たされていることが重要であり、かつ放熱のためには接着剤の厚みはできるだけ薄い方が望ましい。

仮固定では、まず吸着フィンガーに吸着保持された記録素子基板上に設けられたアライメントマークを画像処理しながら位置補正する。次に予め接着剤が供給された支持部材に記録素子基板を押し付けて貼り合わせることにより接着剤の一部を記録素子基板の外周にはみ出させる。そして、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように記録素子基板の両端部に紫外線を照射して接着剤を硬化させて記録素子基板を仮固定する。また、追加ＵＶ工程にて記録素子基板の押圧によって記録素子基板の流路端部に浸透した接着剤に紫外線を照射し硬化処理をする。

しかしながら、この仮固定および追加ＵＶ照射時に紫外線を過剰に照射すると、記録素子基板の外周だけでなく紫外線が直接当たらない記録素子基板の裏面部まで接着剤の硬化が進行してしまう。また、接着剤を硬化させる手段として紫外線のみで硬化させると、接着剤のエポキシ基の重合反応による硬化が促進しすぎて接着剤が含有するシランカップリング剤の反応を抑制してしまい、耐アルカリ性に対する接着力の持続性が低下してしまう傾向があった。実使用上においても、インクをヘッド内に注入した状態で充分な接着力持続性が得られず、色間部の接着剤が剥がれて流路間で混色を起こしてしまう。そこで記録素子基板の仮固定および追加ＵＶ照射時において接着剤を必要以上に硬化させずに、加熱キュアにより完全硬化させる必要があった。

このように、仮固定と追加ＵＶ照射の２つの工程を必要としているため、工程数の増加や、装置の投資額の増加と言った問題も生じてしまう。さらに記録素子基板が大型化した場合、仮固定の段階で充分な固定力が確保できず、追加ＵＶを行う前に位置ズレを起こす可能性がある。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、吐出素子基板（記録素子基板）のマウント工程において、吐出素子基板の仮固定および流路端部における接着剤硬化処理を一括で行うとともに、必要最低限の紫外線（光）を必要な箇所に限定して照射できるマウント装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明のマウント装置は、液体吐出ヘッドの吐出素子基板を支持部材に接着固定するためのマウント装置であって、保持部材によって前記吐出素子基板を保持し、接着剤を介して前記支持部材に当接する貼り合わせ手段を有し、前記保持部材が、前記吐出素子基板の外形部に開口するように配設された第１の開口部と、前記吐出素子基板の流路端部に開口するように配設された第２の開口部と、を備えており、前記吐出素子基板の前記外形部における接着剤硬化処理と前記流路端部における接着剤硬化処理をそれぞれ前記第１および前記第２の開口部を介して行うことを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、保持部材によって液体吐出ヘッドの吐出素子基板を吸着保持し、接着剤を介して支持部材に当接して貼り合わせるマウント工程を有し、前記マウント工程において、前記吐出素子基板の外形部における仮固定のための接着剤硬化処理と、前記吐出素子基板の流路端部における接着剤硬化処理とを、前記保持部材に形成された複数の開口部を介して照射される光によって、一括で行うことを特徴とする。

液体吐出ヘッドの吐出素子基板を支持部材上に高精度に接着固定するためのマウント装置において、吐出素子基板を吸着保持する保持部材に、吐出素子基板の外形部と流路端部にそれぞれ対応する紫外線照射用の第１、第２の開口部を設けることで、接着剤硬化のための紫外線照射範囲を吐出素子基板の外形部と流路端部に限定し、しかも吐出素子基板の仮固定および流路端部の接着剤硬化処理を一括で行うことを可能とする。

これによって、工程数の削減と装置の簡略化を促進することができる。また、大型化した吐出素子基板でも極めて効率的に仮固定することができる。さらに、吐出素子基板の形状や大きさ等の変化に対応して、接着剤硬化処理に要する照射領域を高精度で設定することが可能となる。このように、紫外線による硬化領域を必要最低限に抑えることで、接着剤を加熱キュアによって完全硬化する際のエポキシ基の重合による硬化の促進を防ぎ、接着剤が含有するシランカップリング剤の反応による適正な硬化処理によって吐出素子基板を接着、固定することができる。その結果、長期に渡って耐液性、耐熱性の高い強固な接着力を得ることができる。

図１に示すように、支持部材１０１上に、液体であるインクを吐出する吐出口を備えたノズル層１０３ａや流路１０３ｂ等を有する吐出素子基板である記録素子基板１０３を高精度で接着固定するマウント装置は、記録素子基板１０３を吸着して保持するための保持部材である吸着フィンガー５ａや支持部材１０１を支持する貼り合わせ台５ｂ等を備えた貼り合わせ装置５を有する。吸着フィンガー５ａは、図２の（ａ）に示すように、少なくとも記録素子基板１０３の外形より大きい遮光部５１と、吸着力を発生させる吸着手段５２を有し、遮光部５１には、記録素子基板１０３の外形部（外周）と流路１０３ｂの端部（流路端部）の位置にそれぞれ対応して貫通する第１、第２の開口部であるスリット５１ａ、５１ｂを設ける。

吸着フィンガー５ａの遮光部５１に、貫通穴であるスリット５１ａ、５１ｂを高精度に加工することにより、紫外線照射ユニット５ｃからの紫外線Ｐの照射領域を高度に限定することができる。

図１に示す吸着フィンガー５ａによって記録素子基板１０３を支持部材１０１に貼り合わせる。記録素子基板１０３を支持部材１０１に貼り合わせるマウント工程は、液体吐出ヘッドである記録ヘッドにおけるインクを吐出する吐出口の位置を規定する中核となる工程で、支持部材１０１の基準に対する記録素子基板１０３の貼り合わせ位置を規定する絶対精度と、複数の記録素子基板１０３の相対位置を規定する相対精度が要求される。接着剤１１１は、熱硬化併用紫外線硬化型の接着剤で、エポキシ樹脂と光・熱重合開始剤およびエポキシ系シランカップリング剤からなる。

次に、図３に基づいて、記録素子基板１０３を支持部材１０１にマウントするプロセスを説明する。図３は、本実施例によるマウント装置全体の概略を示す平面図である。

（ステップ１）部品供給
図３の装置において、支持部材は供給部１ａから、記録素子基板は供給部１ｂからそれぞれ供給される。

スカラロボット２のフィンガーにより、それぞれの部品は仮位置決めされる。支持部材は接着剤転写装置３の回転ステージ３ａに隣接する転写位置決め台３ｂに、記録素子基板は画像処理ステージ４にそれぞれ供給される。

（ステップ２）接着剤転写
接着剤転写装置３の転写位置決め台３ｂに供給された支持部材は、Ｘ方向、Ｙ方向のクランプを交互に動作させて転写位置決め台３ｂに設けられた位置決めピンに対して突き当てて位置決めを行い、その後転写位置決め台３ｂに設けられた吸着穴で吸着して固定する。

接着剤は、熱硬化併用紫外線硬化型の接着剤であり、予め回転ステージ３ａ上に供給され、回転ステージ３ａは一定方向（矢印方向）に等速回転しており、０．１ｍｍ程度の隙間で設定されたスキージによって薄い接着剤の層を形成している。

接着剤は転写ピンの下降・上昇によって転写され、支持部材に転写供給される。

（ステップ３）画像処理／アライメント
ステップ２の転写工程により接着剤が供給された支持部材は、スカラロボット２により転写位置決め台３ｂから貼り合わせ装置５の貼り合わせ台５ｂに移載される。

画像処理ステージ４に置かれている記録素子基板は、アライメントマークを画像処理により認識し、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向の補正を行い所定の精度に追い込まれる。

（ステップ４）貼り合わせ／固定
記録素子基板の画像処理が終わると記録素子基板は吸着フィンガー５ａにより精度を保持したまま貼り合わせ台５ｂの支持部材上方に旋回する。

吸着フィンガー５ａは、記録素子基板の位置を保持した状態で支持部材と貼り合わせる。この時接着剤は記録素子基板の流路内と外周へはみ出す。次に、紫外線照射ユニット５ｃが貼り合わせ台５ｂの上方に移動し紫外線Ｐを照射する。

図１に示したように、吸着フィンガー５ａの遮光部５１には、外周へはみ出した接着剤１１１ａに紫外線Ｐを照射する第１のスリット５１ａと、記録素子基板１０３の流路端部に浸透した接着剤１１１ｂに紫外線Ｐを照射するための第２のスリット５１ｂが設けられており、スリット５１ａ、５１ｂから照射された紫外線Ｐによって接着剤１１１ａ、１１１ｂは硬化される。このようにして、記録素子基板１０３と支持部材１０１の位置ズレ防止のための仮固定と、流路１０３ｂ内への接着剤の流れ込み防止のための接着剤１１１ｂの選択的硬化処理を行う。

（ステップ５）加熱キュア
紫外線で硬化されていない残りの部分の接着剤を確実に硬化、固定させるため、例えば１５０℃に設定されたクリーンオーブンに入れて所定の時間加熱する。

こうして記録素子基板と支持部材を接合し、記録素子ユニットとする。

図２の（ａ）に示すように、吸着フィンガー５ａの遮光部５１の外形寸法は記録素子基板１０３より大きく、紫外線照射用の貫通穴である第１、第２のスリット５１ａ、５１ｂを有する。スリット５１ａ、５１ｂは、記録素子基板１０３の外形部と流路端部にそれぞれ対応する形状を有する。

また、図２の（ｂ）に示すように、記録素子基板１０３の大きさの違いに対応できるように、スリット５１ａ、５１ｂの長さや幅を拡大したより広い開口部を有するスリット５１ｃ、５１ｄを用いてもよい。

次に、インクジェットプリンタ等に搭載される液体吐出ヘッドである記録ヘッドの全体を説明する。図４に示すように、記録ヘッド５００は、電気配線板１０５を接合した記録素子ユニット１００とチップタンク等の接合体であるチップタンクユニット５０１と、複数のインクタンク５０３を収容するタンクホルダ５０２とが組み付けられて構成されている。

記録素子ユニット１００は、図５に示すように、支持部材１０１に補助板１０２を接着し、さらに記録素子基板１０３、１０４を接着し、そこへ電気配線板１０５を高精度で貼り合わせて完成する。

次に、この記録素子ユニット１００をインクによる腐食や外的衝撃から保護するために、各記録素子基板１０３、１０４の外周部を第１の封止剤１０６で封止し、次いで記録素子基板１０３、１０４と電気配線板１０５との接続部の表側を第２の封止剤１０７で封止する。

封止後、記録素子ユニット１００は前記チップタンクと精度良く位置決めしてネジで固定する。その後、電気配線板１０５の外部信号入力端子とプリンタ本体からインクを吐出する記録信号となる電気パルスを受け取るＰＷＢ基板を電気的に接続する。電気配線板１０５の外部入力端子側をチップタンクの外形に合わせて折り曲げ、さらにＰＷＢを熱加締めによってチップタンクに固定する。こうして前記チップタンクユニットが完成する。

チップタンクには記録素子組み付けの位置決め部と記録素子ユニットへのインク供給路が形成されており、前記インク供給路にはフィルターが溶着され、その周囲にはシールゴムが組み付けられている。

記録素子基板１０３、１０４はサイドシューター型として公知の構造である。例えば、図６に示すように、吐出口２０１を有するノズル層を形成するノズルプレートと、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板２０２に形成された長溝状の流路であるインク供給口２０３と、インク供給口２０３を挟んだ両側にそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列された吐出エネルギー発生素子であるヒーター列２０４と、ヒーター列２０４に電気配線により接続され基板の両外側に接続パッドが配列された電極部２０５等を有する。接続パッドにはＡｕスタッドバンプが形成されている。また、吐出口２０１を有するノズルプレートは、樹脂材料でフォトリソ技術により形成されている。

電気配線板１０５は、テープ基材、配線、カバー層の積層体であり、記録素子基板１０３、１０４に対してインクを吐出するための電気信号を印加する。一例としてＴＡＢテープが考えられる。記録素子基板１０３、１０４に対応するデバイスホールの辺にあたる素子接続部には、配線がデバイスホールに露出してなるインナーリードが設けられている。電気配線板１０５はカバー層の側をタンク表面に接着層を介して接着固定される。

電気配線板１０５と記録素子基板１０３、１０４は、それぞれ熱超音波圧着法や異方性導電テープを介して電気的に接続される。ＴＡＢテープの場合は熱超音波圧着法によるインナーリードボンディング（ＩＬＢ）が好適である。図５の記録素子ユニット１００においては、電気配線板１０５のインナーリードと記録素子基板１０３、１０４上のスタッドバンプとがＩＬＢ接合される。

そしてこの電気的接合部および記録素子基板側面に対して外的衝撃やインク付着を防止するため封止剤１０６、１０７を塗布する。この封止剤は熱硬化型が一般に使用され、記録素子基板１０３、１０４の側面の封止と、電気接続部の封止はそれぞれ物性および硬化条件が異なる２種類の封止剤で封止される。

実施例１を示すもので、（ａ）は貼り合わせ装置を示す側面図、（ｂ）は吸着フィンガーの構成を示す模式断面図である。 吸着フィンガーのスリットの配置を説明する図である。 マウント装置全体を説明する模式図である。 液体吐出ヘッド全体を示す斜視図である。 記録素子ユニットの構成を示す分解斜視図である。 記録素子基板の構成を示す図である。 従来例による仮固定を説明する図である。 従来例による接着剤硬化処理を説明する図である。

符号の説明

５ａ 吸着フィンガー
５１ 遮光部
５１ａ、５１ｂ スリット
５２ 吸着手段
１０１ 支持部材
１０３、１０４ 記録素子基板
１１１ 接着剤

Claims (5)

1. 液体吐出ヘッドの吐出素子基板を支持部材に接着固定するためのマウント装置であって、保持部材によって前記吐出素子基板を保持し、接着剤を介して前記支持部材に当接する貼り合わせ手段を有し、前記保持部材が、前記吐出素子基板の外形部に開口するように配設された第１の開口部と、前記吐出素子基板の流路端部に開口するように配設された第２の開口部と、を備えており、前記吐出素子基板の前記外形部における接着剤硬化処理と前記流路端部における接着剤硬化処理をそれぞれ前記第１および前記第２の開口部を介して行うことを特徴とするマウント装置。
2. 前記保持部材に前記吐出素子基板を吸着する吸着手段が配設されていることを特徴とする請求項１記載のマウント装置。
3. 熱硬化併用光硬化型の接着剤を用いることを特徴とする請求項１または２記載のマウント装置。
4. 保持部材によって液体吐出ヘッドの吐出素子基板を吸着保持し、接着剤を介して支持部材に当接して貼り合わせるマウント工程を有し、前記マウント工程において、前記吐出素子基板の外形部における仮固定のための接着剤硬化処理と、前記吐出素子基板の流路端部における接着剤硬化処理とを、前記保持部材に形成された複数の開口部を介して照射される光によって、一括で行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記光による接着剤硬化処理の後に、加熱による接着剤硬化処理を行うことを特徴とする請求項４記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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