JP2010095595A - 接合方法および接合体 - Google Patents
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- B29C65/4805—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the type of adhesives
- B29C65/483—Reactive adhesives, e.g. chemically curing adhesives
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- B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/526—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by printing or by transfer from the surfaces of elements carrying the adhesive, e.g. using brushes, pads, rollers, stencils or silk screens
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
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- B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
- B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
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- B29C66/91411—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature of the parts to be joined, e.g. the joining process taking the temperature of the parts to be joined into account
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
- C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
- C03C23/006—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by plasma or corona discharge
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
- C03C27/06—Joining glass to glass by processes other than fusing
- C03C27/10—Joining glass to glass by processes other than fusing with the aid of adhesive specially adapted for that purpose
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J183/00—Adhesives based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J183/04—Polysiloxanes
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
- C09J5/06—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving heating of the applied adhesive
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- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0827—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
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- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0866—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using particle radiation
- B29C2035/0877—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using particle radiation using electron radiation, e.g. beta-rays
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- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
- B29C65/4805—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the type of adhesives
- B29C65/481—Non-reactive adhesives, e.g. physically hardening adhesives
- B29C65/482—Drying adhesives, e.g. solvent based adhesives
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/521—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by spin coating
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- B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/523—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by dipping
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
- B29C65/52—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive
- B29C65/528—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding characterised by the way of applying the adhesive by CVD or by PVD, i.e. by chemical vapour deposition or by physical vapour deposition
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
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- B29K2059/00—Use of polyacetals, e.g. POM, i.e. polyoxymethylene or derivatives thereof, as moulding material
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- B29K2063/00—Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
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- B29K2067/006—PBT, i.e. polybutylene terephthalate
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- B29K2079/00—Use of polymers having nitrogen, with or without oxygen or carbon only, in the main chain, not provided for in groups B29K2061/00 - B29K2077/00, as moulding material
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- B29K2079/00—Use of polymers having nitrogen, with or without oxygen or carbon only, in the main chain, not provided for in groups B29K2061/00 - B29K2077/00, as moulding material
- B29K2079/08—PI, i.e. polyimides or derivatives thereof
- B29K2079/085—Thermoplastic polyimides, e.g. polyesterimides, PEI, i.e. polyetherimides, or polyamideimides; Derivatives thereof
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Abstract
【解決手段】接合方法は、接合膜を介して互いに接合すべき第1の基材21と第2の基材22とを用意し、第1の基材21および第2の基材22の少なくとも一方に、シリコーン材料を含有する液状材料を供給することにより液状被膜を形成する工程と、液状被膜を乾燥して、第1の基材21および第2の基材22の少なくとも一方に、接合膜3を得る工程と、接合膜3を加熱することにより、この接合膜3中に含まれる前記シリコーン材料同士を架橋する工程と、接合膜3にエネルギーを付与することにより、接合膜3の表面32付近に接着性を発現させこの接合膜3を介して第1の基材21と第2の基材22とが接合された接合体1を得る工程とを有する。
【選択図】図6
Description
接着剤は、一般的に、接合する部材の材質によらず、優れた接着性を示すものである。このため、種々の材料で構成された部材同士を、様々な組み合わせで接着剤を用いて接着することができる。
このような接着剤を用いた接合を、インクジェットプリンタが備える液滴吐出ヘッド(インクジェット式記録ヘッド)に適用した場合、この液滴吐出ヘッドは、樹脂材料、金属材料およびシリコン系材料等の異種材料で構成された部品同士を、接着剤を用いて接着することにより組み立てられている(例えば、特許文献1参照)。
本発明の接合方法は、接合膜を介して互いに接合すべき第1の基材と第2の基材とを用意し、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、シリコーン材料を含有する液状材料を供給することにより液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜を乾燥して、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、接合膜を得る工程と、
前記接合膜を加熱することにより、当該接合膜中に含まれる前記シリコーン材料同士を架橋する工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させ、当該接合膜を介して前記第1の基材と前記第2の基材とが接合された接合体を得る工程とを有することを特徴とする。
これにより、2つの基材同士を接合するために設けられる接合膜を優れた耐溶剤性を発揮するものとすることができる。
さらに接合体に反りが生じたり、接合膜に気泡が残留してしまうのを的確に抑制または防止することができる。
前記液状被膜を乾燥して、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、接合膜を得る工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させ、当該接合膜を介して前記第1の基材と前記第2の基材とが接合された接合体を得る工程と、
前記接合膜を加熱することにより、当該接合膜中に含まれる前記シリコーン材料同士を架橋する工程とを有することを特徴とする。
これにより、2つの基材同士を接合するために設けられる接合膜を優れた耐溶剤性を発揮するものとすることができる。
これにより、接合膜の耐溶剤性をより確実に向上させることができるとともに、接合膜に対してエネルギーを付与した際に、接着性が好適に発現する接合膜とすることができる。
本発明の接合方法では、前記接合膜を加熱する時間は、0.2〜15時間であることが好ましい。
これにより、接合膜の耐溶剤性をより確実に向上させることができるとともに、接合膜に対してエネルギーを付与した際に、接着性が好適に発現する接合膜とすることができる。
かかる方法は、接合膜に対して比較的簡単にかつ、表面付近に対して選択的にエネルギーを付与することができるので、エネルギーを付与する方法として好適に用いられる。
本発明の接合方法では、前記プラズマの接触を、大気圧下で行うことが好ましい。
大気圧下で行われるプラズマの接触、すなわち、大気圧プラズマ処理によれば、接合膜の周囲が減圧状態とならないので、プラズマの作用により、例えば、接合膜を構成するシリコーン材料が含んでいるポリジメチルシロキサン骨格が備えるメチル基を切断、除去して、接合膜の表面付近に接着性を発現させる際に、この切断が不要に進行するのを防止することができる。
これにより、容易かつ確実に、接合膜にプラズマを接触させ、接合膜の表面付近に接着性を確実に発現させることができる。
これにより、接合膜の活性化の程度を制御し易くなる。
本発明の接合方法では、前記シリコーン材料は、その主骨格がポリジメチルシロキサンで構成されることが好ましい。
かかる化合物は、比較的入手が容易で、かつ安価であるとともに、かかる化合物を含有する接合膜にエネルギーを付与することにより、化合物を構成するメチル基が容易に切断されて、その結果として、接合膜に確実に接着性を発現させることができるため、シリコーン材料として好適に用いられる。
これにより、得られる接合膜の膜強度が優れたものとなり、接合膜は優れた耐溶剤性を発揮するものとなる。
これにより、第1の基材と第2の基材とを接合した接合体の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
本発明の接合方法では、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも前記接合膜と接触する部分は、シリコン材料、金属材料またはガラス材料を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、表面処理を施さなくても、十分な接合強度が得られる。
これにより、基材の接合面が清浄化および活性化され、接合面に対して接合膜が化学的に作用し易くなる。その結果、基材の接合面と接合膜との接合強度を高めることができる。
これにより、接合膜を形成するために、基材の表面を特に最適化することができる。
本発明の接合体は、本発明の接合方法により、前記第1の基材と前記第2の基材とを、前記接合膜を介して接合してなることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い接合体が得られる。
<接合方法>
本発明の接合方法を説明するが、以下では、まず、本発明の接合方法第1実施形態を、工程ごとに詳述する。
図1および図2は、本発明の接合方法の第1実施形態を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図1および図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本実施形態の接合方法は、[1]接合膜を介して互いに接合すべき第1の基材21と第2の基材22とを用意し、第1の基材21に、シリコーン材料を含有する液状材料を供給することにより液状被膜30を形成する液状被膜形成工程と、[2]液状被膜を乾燥して、第1の基材21に接合膜3を得る接合膜形成工程と、[3]接合膜3を加熱することにより、この接合膜3中に含まれるシリコーン材料同士を架橋する加熱工程と、[4]接合膜3にエネルギーを付与することにより、接合膜3の表面付近に接着性を発現させ、この接着性が発現した接合膜3を介して第1の基材21と第2の基材22とが接合された接合体1を得る接合体形成工程とを有する。
[1−1] まず、図1(a)に示すように、第1の基材21と第2の基材22とを用意する。なお、図1(a)では、第2の基材22を省略している。
このような第1の基材21および第2の基材22の各構成材料は、それぞれ特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリブテン−1、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−(4−メチルペンテン−1)、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンテレフタレート(PCT)等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アラミド系樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の樹脂系材料、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、Zn、Pt、Au、Ag、Cu、Pd、Al、W、Ti、V、Mo、Nb、Zr、Pr、Nd、Smのような金属、またはこれらの金属を含む合金、炭素鋼、ステンレス鋼、インジウム錫酸化物(ITO)、ガリウムヒ素のような金属系材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのようなシリコン系材料、ケイ酸ガラス(石英ガラス)、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛(アルカリ)ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス系材料、アルミナ、ジルコニア、MgAl2O4、フェライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、またはこれらの各材料の1種または2種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
なお、第1の基材21の構成材料と第2の基材22の構成材料とは、それぞれ同じでも、異なっていてもよい。
なお、後に詳述するが、第1の基材21の熱膨張率と第2の基材22の熱膨張率が互いに異なる場合でも、後述する工程において、第1の基材21と第2の基材22とを接合する際の条件を最適化することにより、これらを高い寸法精度で強固に接合することができる。
また、2つの基材21、22のうち、少なくとも一方の構成材料は、樹脂材料であるのが好ましい。樹脂材料は、その柔軟性により、2つの基材21、22を接合した際に、その接合界面に発生する応力(例えば、熱膨張に伴う応力等)を緩和することができる。このため、接合界面が破壊し難くなり、結果的に、2つの基材21、22が高い接合強度で接合された接合体1を得ることができる。
また、各基材21、22の形状は、それぞれ、接合膜3を支持する面を有するような形状であればよく、例えば、板状(層状)、塊状(ブロック状)、棒状等とされる。
また、各基材21、22が撓むことによって、接合界面に生じる応力を、ある程度緩和する作用が期待できる。
この場合、各基材21、22の平均厚さは、特に限定されないが、0.01〜10mm程度であるのが好ましく、0.1〜3mm程度であるのがより好ましい。
なお、表面処理を施す第1の基材21が、樹脂材料(高分子材料)で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
また、第1の基材21の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜3との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第1の基材21の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
なお、この場合、第1の基材21の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合膜3を形成する接合面23付近が上記のような材料で構成されていればよい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、接合膜3との密着性を高める機能、クッション性(緩衝機能)、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層上に接合膜3を成膜することにより、最終的に、信頼性の高い接合体1を得ることができる。
一方、第1の基材21と同様、第2の基材22の接合面24(後述する工程において、接合膜3と密着する面)にも、必要に応じて、あらかじめ接合膜3との密着性を高める表面処理を施してもよい。これにより、接合面24を清浄化および活性化する。その結果、後述する工程において、接合面24と接合膜3とを密着させ、これらを接合したとき、接合面24と接合膜3との接合強度を高めることができる。
また、第1の基材21の場合と同様に、第2の基材22の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜3との密着性が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第2の基材22の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
なお、この場合、第2の基材22の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合面24付近が上記のような材料で構成されていればよい。
また、第2の基材22の接合面24に、以下の基や物質を有する場合には、上記のような表面処理を施さなくても、第2の基材22の接合面24と接合膜3との接合強度を十分に高くすることができる。
また、接合面24が有する官能基は、特に水酸基が好ましい。これにより、接合面24は、接合膜3に対して特に容易かつ強固に接合可能なものとなる。特に接合膜3の表面に水酸基が露出している場合には、水酸基同士間に生じる水素結合に基づいて、接合面24と接合膜3との間を短時間で強固に接合することができる。
このうち、第2の基材22の接合面24には、水酸基が存在しているのが好ましい。このような接合面24には、水酸基が露出した接合膜3との間に、水素結合に基づく大きな引力が生じる。これにより、最終的に、第1の基材21と第2の基材22とを特に強固に接合することができる。
また、表面処理に代えて、第2の基材22の接合面24に、あらかじめ、表面層を形成しておいてもよい。
かかる表面層の構成材料には、例えば、前記第1の基材21の接合面23に形成する中間層の構成材料と同様の材料を用いることができる。
なお、上記のような表面処理および表面層の形成は、必要に応じて行えばよく、特に高い接合強度を必要としない場合には、省略することができる。
ここで、接合面23に液状材料35を付与する方法としては、例えば、浸漬法、液滴吐出法(例えば、インクジェット法)、スピンコート法、ドクターブレード法、バーコート法、刷毛塗り等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
ここで、「シリコーン材料」とは、ポリオルガノシロキサン骨格を有する化合物であり、通常、主骨格(主鎖)部分が主としてオルガノシロキサン単位の繰り返しからなる化合物のことを言い、主鎖の途中から枝分かれする分枝状の構造を有するものであってもよく、主鎖が環状をなす環状体であってもよく、主鎖の末端同士が連結しない直鎖状のものであってもよい。
例えば、ポリオルガノシロキサン骨格を有する化合物において、オルガノシロキサン単位は、その末端部では下記一般式(1)で表わされる構造単位を有し、連結部では下記一般式(2)で表わされる構造単位を有し、また、分枝部では下記一般式(3)で表わされる構造単位を有している。
このようなシリコーン材料において、ポリオルガノシロキサン骨格は、分枝状をなすもの、すなわち上記一般式(1)で表わされる構造単位、上記一般式(2)で表わされる構造単位および上記一般式(3)で表わされる構造単位で構成されているのが好ましい。この分枝状をなすポリオルガノシロキサン骨格を有する化合物(以下、「分枝状化合物」と略すこともある。)は、主骨格(主鎖)部分が主としてオルガノシロキサン単位の繰り返しからなる化合物であり、主鎖の途中でオルガノシロキサン単位の繰り返しが分枝するとともに、主鎖の末端同士が連結しないものである。
この分枝状化合物を用いることにより、次工程[2]において、液状材料35中に含まれるこの化合物の分枝鎖同士が互いに絡まり合うようにして接合膜3が形成されることから、得られる接合膜3は優れた膜強度を発揮するものとなる。
加水分解基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、ジメチルケトオキシム基、メチルエチルケトオキシム基等のケトオキシム基、アセトキシ基等のアシルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、イソブテニルオキシ基等のアルケニルオキシ基等が挙げられる。
また、シラノール基が有するシリコン原子に連結している炭化水素基は、フェニル基であるのが好ましい。すなわち、基Zが水酸基である上記一般式(1)〜上記一般式(3)で表わされる構造単位に存在する基Rは、フェニル基であるのが好ましい。これにより、シラノール基の反応性がより向上するため、後工程[3]において、隣接する分枝状化合物が有する水酸基同士の結合がより円滑に行われるようになる。
以上のことを考慮すると、分枝状化合物(シリコーン材料)としては、例えば、下記一般式(4)で表わされる化合物が好適に用いられる。
なお、分枝状化合物は、その分子量が、1×104〜1×106程度のものであるのが好ましく、1×105〜1×106程度のものであるのがより好ましい。分子量をかかる範囲内に設定することにより、液状材料35の粘度を上述したような範囲内に比較的容易に設定することができる。
次に、第1の基材21上に供給された液状材料35、すなわち、液状被膜30を乾燥する。これにより、図1(c)に示すように、第1の基材21上に接合膜3が得られる。
液状被膜30を乾燥させる際の温度は、25℃以上であるのが好ましく、25〜70℃程度であるのがより好ましい。
かかる条件で液状被膜30を乾燥させることにより、後工程[4]において、得られた接合膜3に対してエネルギーを付与することにより接着性が好適に発現する接合膜3を確実に形成することができる。
接合膜3の平均厚さは、10〜10000nm程度であるのが好ましく、3000〜6000nm程度であるのがより好ましい。供給する液状材料35の量を適宜設定して、形成される接合膜3の平均厚さを前記範囲内とすることにより、第1の基材21と第2の基材22とを接合した接合体の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、より強固に接合することができる。
さらに、接合膜3の平均厚さをかかる範囲とすることにより、接合膜3がある程度弾性に富むものとなることから、後工程[4]において、第1の基材21と第2の基材22とを接合する際に、接合膜3と接触させる第2の基材22の接合面24にパーティクル等が付着していても、このパーティクルを接合膜3で取り囲むようにして接合膜3と接合面24とが接合することとなる。そのため、このパーティクルが存在することによって、接合膜3と接合面24との界面における接合強度が低下したり、この界面において剥離が生じたりするのを的確に抑制または防止することができる。
なお、シリコーン材料は、次工程[3]において、接合膜3を加熱することにより架橋されるが、本工程[2]において、液状被膜30を乾燥させて接合膜3を得る際に、その一部が既に架橋されていても良い。
次に、得られた接合膜3を、図1(d)に示すように、加熱する。
これにより、接合膜3中に含まれるシリコーン材料同士が架橋することとなる。その結果、接合膜3の膜強度が優れたものとなり、溶剤に対する耐溶剤性がより向上する。そのため、溶剤等に長期にわたって曝されるような部材同士の接合にこの接合膜3を適用したとしても、接合膜3は優れた耐久性を有していることから、接合膜3に溶剤等が接触することによる変質・劣化を的確に抑制または防止することができる。
また、加熱する時間は、0.2〜15時間程度であるのが好ましく、0.5〜5時間程度であるのがより好ましい。
さらに、接合膜3を加熱する際の雰囲気の圧力は、液状被膜30を乾燥させる場合と同様に、大気圧であってもよいが、減圧であるのが好ましい。また、減圧の程度は、液状被膜30を乾燥させる場合と同様に設定される。これにより、接合膜3全体が均一に加熱されるため、シリコーン材料同士の架橋が接合膜3全体に亘って均一に行われることとなる。
しかしながら、接合体1を形成した後に、本工程[3]を行う構成、すなわち、接合膜3を加熱する第2実施形態の構成とした場合には、以下に示すような問題が生じることもある。
[4−1]次に、接合面23に形成された接合膜3の表面32に対してエネルギーを付与する。
接合膜3にエネルギーを付与すると、この接合膜3では、表面32付近の分子結合の一部が切断されることに起因して、表面32が活性化されて表面32付近に第2の基材22に対する接着性が発現する。
なお、本明細書中において、表面32が「活性化された」状態とは、上述のように接合膜3の表面32の分子結合の一部、具体的には、例えば、ポリジメチルシロキサン骨格が備えるメチル基が切断されて、接合膜3を構成する原子が終端化されないで、未結合手(または、「ダングリングボンド」)が生じた状態の他、この未結合手を持っていた原子が、水酸基(OH基)によって終端化された状態、さらに、これらの状態が混在した状態を含めて、接合膜3が「活性化された」状態と言うこととする。
ここで、対象物に対してエネルギーを付与する方法としては、一般的に、光、電磁波、電子線、粒子線のようなエネルギー線を照射する方法が用いられるが、本発明において、接合膜3の表面32の活性化のために、例えば、エネルギー線として紫外線を用いた場合には、次のような問題がある。
B:また、紫外線を用いた場合、この紫外線は、接合膜3を厚さ方向に透過し易い。このため、基材(本実施形態では、第1の基材21)の構成材料(例えば、樹脂材料)等によっては、基材の接合膜3との界面(接触面)において劣化が生じ、接合膜3が基材から剥離し易くなる。
これに対して、接合膜3の表面32を活性化させる方法として、表面32にプラズマを接触させる方法を用いることにより、接合膜3の表面32付近において、選択的に、この接合膜3を構成する材料の分子結合の一部、例えば、ポリジメチルシロキサン骨格が備えるメチル基が切断される。
また、プラズマは、接合膜3の表面32に選択的に作用し、その内部にまで影響を及ぼし難い。このため、分子結合の切断は、接合膜3の表面32付近で選択的に生じる。すなわち、接合膜3は、その表面32付近で選択的に活性化される。しかがって、紫外線を用いて接合膜3を活性化させる場合の不都合(前述したようなBおよびCの不都合)が生じ難い。
また、紫外線照射により接合膜3を活性化させる場合、照射する紫外線の強度に依存する接合膜3の活性化の程度の変化が極めて大きい。このため、第1の基材21と第2の基材22との接合に適した程度に接合膜3を活性化させるのには、紫外線照射の厳密な条件管理が必要である。また、厳密な管理をしない場合、得られる接合体1間における、第1の基材21と第2の基材22との接合強度のバラつきが生じる。
以上のように、プラズマにより接合膜3を活性化させる場合には、紫外線により接合膜3を活性化させる場合に比べて、多くのメリットがある。
かかる大気圧下におけるプラズマ処理は、例えば、図3に示す大気圧プラズマ処理装置を用いて行うことができる。
図3に示す大気圧プラズマ装置1000は、接合膜3が形成された第1の基材21(以下、単に「被処理基板W」と言う。)を搬送する搬送装置1002と、搬送装置1002の上方に設置されたヘッド1010とを備えている。
この大気圧プラズマ装置1000では、ヘッド1010が備える印加電極1015と対向電極1019との間に、プラズマが発生するプラズマ発生領域Pが形成される。
以下、各部の構成について説明する。
なお、移動ステージ1020は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属材料で構成されている。
ヘッド1010には、移動ステージ1020(搬送装置1002)の上面とヘッド1010の下面1103との間隙1102に、プラズマ化された処理ガスGを供給するガス供給流路1018が設けられている。
ヘッド本体1101には、ガス供給流路1018を挟むように、印加電極1015と対向電極1019とが対抗して設置され、これにより一対の平行平板型電極が構成されている。これらのうち、印加電極1015は高周波電源1017に電気的に接続され、対向電極1019は接地されている。
これら印加電極1015および対向電極1019は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属材料で構成されている。
ここで、印加電極1015と移動ステージ1020(被処理基板W)と間の距離、すなわち、間隙1102高さ(図3中、h1で示す長さ)は、高周波電源1017の出力や、被処理基板Wに施すプラズマ処理の種類等を考慮して適宜決定されるが、0.5〜10mm程度であるのが好ましく、0.5〜2mm程度であるのがより好ましい。これにより、接合膜3にプラズマを接触させて、接合膜3をより確実に活性化させることができる。
処理ガスGの種類としては、特に限定されないが、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガスのような希ガス、酸素ガス等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、処理ガスGには、希ガスを主成分とするガスを用いるのが好ましく、特にヘリウムガスを主成分とするガスを用いるのが好ましい。
また、このガス(処理ガスG)中のヘリウムガスの含有量は、85vol%以上が好ましく、90vol%以上(100%も含む)がより好ましい。これにより、前述した効果をさらに顕著に発揮させることができる。
また、移動ステージ1020の移動速度は、特に限定されないが、1〜20mm/秒程度であるのが好ましく、3〜6mm/秒程度であるのがより好ましい。このような速度でプラズマを接合膜3に接触させることにより、短時間であるにもかかわらず、接合膜3を十分かつ確実に活性化させることができる。
また、接合膜3を介して第1の基材21と第2の基材22とを接合しているため、各基材21、22の構成材料に制約がないという利点もある。
以上のことから、本発明によれば、第1の基材21および第2の基材22の各構成材料の選択の幅をそれぞれ広げることができる。
具体的には、第1の基材21と第2の基材22との熱膨張率の差にもよるが、第1の基材21および第2の基材22の温度が25〜50℃程度である状態下で、第1の基材21と第2の基材22とを貼り合わせるのが好ましく、25〜40℃程度である状態下で貼り合わせるのがより好ましい。このような温度範囲であれば、第1の基材21と第2の基材22との熱膨張率の差がある程度大きくても、接合界面に発生する熱応力を十分に低減することができる。その結果、接合体1における反りや剥離等の発生を確実に抑制または防止することができる。
ここで、本工程において、第1の基材21と第2の基材22とを接合するメカニズムについて説明する。
また、第1の基材21の接合膜3の表面や内部、および、第2の基材22の接合面24や内部に、それぞれ終端化されていない結合手すなわち未結合手(ダングリングボンド)が存在している場合、第1の基材21と第2の基材22とを貼り合わせた時、これらの未結合手同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う(絡み合う)ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成されることとなる。これにより、接合膜3と第2の基材22とが特に強固に接合される。
この圧力は、第1の基材21および第2の基材22の各構成材料や各厚さ、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、第1の基材21および第2の基材22の各構成材料や各厚さ等に応じて若干異なるものの、5〜60MPa程度であるのが好ましく、20〜50MPa程度であるのがより好ましい。これにより、接合体1の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第1の基材21および第2の基材22の各構成材料によっては、各基材21、22に損傷等が生じるおそれがある。
以上のようにして、図2(g)に示す接合体(本発明の接合体)1を得ることができる。
さらに、本発明の接合方法によれば、接合膜3中に含まれるシリコーン材料同士が互いに架橋していることから、優れた耐溶剤性を発揮する。そのため、接合膜3を、溶剤等の液剤に長期間曝されるような部材同士の接合に適用したとしても、接合膜3が変質・劣化してしまうのを的確に抑制または防止することができる。
次に、本発明の接合方法の第2実施形態について説明する。
図4、5は、本発明の接合方法の第2実施形態を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図4、5中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、接合方法の第2実施形態について説明するが、前記第1実施形態にかかる接合方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる接合方法は、接合膜3の加熱によりシリコーン材料を架橋する加熱工程を、接合膜3を介して第1の基材21と第2の基材22とが接合された接合体1を得る接合体形成工程に先立って行うのではなく、接合体形成工程の後に行うこと以外は、前記第1実施形態と同様である。
[2’]次に、前記工程[2]で説明したのと同様にして、液状被膜30を乾燥することにより、図4(c)に示すように、第1の基材21上に接合膜3を形成する。
以上のようにして接合体1を得ることができる。
次に、本発明の接合方法の第3実施形態について説明する。
図6は、本発明の接合方法の第3実施形態を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、接合方法の第3実施形態について説明するが、前記第1実施形態および前記第2実施形態にかかる接合方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
[2”]次に、前記工程[2]で説明したのと同様にして、液状被膜30を乾燥することにより、第1の基材21上および第2の基材22上の双方に接合膜3を形成する。
[3”]次に、前記工程[3]で説明したのと同様にして、第1の基材21上および第2の基材22上の双方の接合膜3を加熱することにより、接合膜3中に含まれるシリコーン材料同士を架橋させる。これにより、溶剤に対する耐溶剤性をより向上させる。
以上のようにして接合体1を得ることができる。
この場合、接合膜3を形成する領域の大きさを適宜設定することのみで、第1の基材21と第2の基材22とが接合される領域を簡単に選択することができる。これにより、例えば、第1の基材21と第2の基材22とが接合する接合膜3の面積や形状を制御して、接合体1の接合強度を容易に調整することができる。その結果、例えば、接合膜3を容易に剥離可能な接合体1が得られる。
かかる観点から、容易に分離可能な接合体1を作製する場合には、接合体1の接合強度は、人の手で容易に分離可能な程度の大きさであるのが好ましい。これにより、接合体1を分離する際、装置等を用いることなく、簡単に行うことができる。
さらに、この場合、接合膜3を形成しない領域(非膜形成領域)42では、第1の基材21と第2の基材22との間に、接合膜3の厚さに相当する距離(高さ)の空間が形成される。この空間を活かすため、接合膜3を形成する領域(膜形成領域)の形状を適宜調整することにより、第1の基材21と第2の基材22との間に、閉空間や流路を形成したりすることができる。
次に、本発明の接合体をインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。
図5は、本発明の接合体を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)を示す分解斜視図、図6は、図5に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図、図7は、図5に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。なお、図5は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。
図7に示すインクジェットプリンタ9は、装置本体92を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ921と、下部前方に記録用紙Pを排出する排紙口922と、上部面に操作パネル97とが設けられている。
また、装置本体92の内部には、主に、往復動するヘッドユニット93を備える印刷装置(印刷手段)94と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置94に送り込む給紙装置(給紙手段)95と、印刷装置94および給紙装置95を制御する制御部(制御手段)96とを有している。
ヘッドユニット93は、その下部に、多数のノズル孔111を備えるインクジェット式記録ヘッド10(以下、単に「ヘッド10」と言う。)と、ヘッド10にインクを供給するインクカートリッジ931と、ヘッド10およびインクカートリッジ931を搭載したキャリッジ932とを有している。
往復動機構942は、その両端をフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸944と、キャリッジガイド軸944と平行に延在するタイミングベルト943とを有している。
キャリッジモータ941の作動により、プーリを介してタイミングベルト943を正逆走行させると、キャリッジガイド軸944に案内されて、ヘッドユニット93が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッド10から適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。
給紙装置95は、その駆動源となる給紙モータ951と、給紙モータ951の作動により回転する給紙ローラ952とを有している。
制御部96は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子(振動源)14を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置94(キャリッジモータ941)を駆動する駆動回路、給紙装置95(給紙モータ951)を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うCPUとを備えている。
制御部96は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。CPUは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子14、印刷装置94および給紙装置95は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Pに印刷が行われる。
以下、ヘッド10について、図5および図6を参照しつつ詳述する。
ノズル板11は、例えば、SiO2、SiN、石英ガラスのようなシリコン系材料、Al、Fe、Ni、Cuまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物系材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料等で構成されている。
ノズル板11には、インク室基板12が固着(固定)されている。
このインク室基板12は、ノズル板11、側壁(隔壁)122および後述する振動板13により、複数のインク室(キャビティ、圧力室)121と、インクカートリッジ931から供給されるインクを貯留するリザーバ室123と、リザーバ室123から各インク室121に、それぞれインクを供給する供給口124とが区画形成されている。
インク室基板12を得るための母材としては、例えば、シリコン単結晶基板、各種ガラス基板、各種樹脂基板等を用いることができる。これらの基板は、いずれも汎用的な基板であるので、これらの基板を用いることにより、ヘッド10の製造コストを低減することができる。
また、振動板13の所定位置には、振動板13の厚さ方向に貫通して連通孔131が形成されている。この連通孔131を介して、前述したインクカートリッジ931からリザーバ室123に、インクが供給可能となっている。
各圧電素子14は、それぞれ、振動源として機能し、振動板13は、圧電素子14の振動により振動し、インク室121の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
以上のような、ノズル板11とインク室基板12との接合、インク室基板12と振動板13との接合、およびノズル板11と基体16との接合のうち、少なくとも1箇所を接合する際に本発明の接合方法が用いられる。
このようなヘッド10は、上記の接合界面に前述したような接合膜3が介挿されて接合されている。このため、接合界面の接合強度および耐薬品性が高くなっており、これにより、各インク室121に貯留されたインクに対する耐久性および液密性が高くなっている。その結果、ヘッド10は、信頼性の高いものとなる。
また、ヘッド10の一部に本発明の接合体が適用されていると、寸法精度の高いヘッド10を構築することができる。このため、ヘッド10から吐出されたインク滴の吐出方向や、ヘッド10と記録用紙Pとの離間距離を高度に制御することができ、インクジェットプリンタ9による印字結果の品位を高めることができる。
このようなヘッド10は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子14の下部電極142と上部電極141との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層143に変形が生じない。このため、振動板13にも変形が生じず、インク室121には容積変化が生じない。したがって、ノズル孔111からインク滴は吐出されない。
なお、ヘッド10は、圧電素子14の代わりに電気熱変換素子を有していてもよい。つまり、ヘッド10は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用してインクを吐出するバブルジェット方式(「バブルジェット」は登録商標))のものであってもよい。
以上、本発明の接合方法および接合体を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、本発明の接合体は、液滴吐出ヘッド以外のものに適用可能であることは言うまでもない。具体的には、本発明の接合体は、耐溶剤性が求められないものにも当然適用することができ、このような接合体としては、例えば、光学装置が備えるレンズ、半導体装置、マイクロリアクタ等が挙げられる。
1.接合体の製造
以下の各実施例および各比較例において、接合体を3個ずつ製造した
(実施例1)
まず、第1の基材として、縦20mm×横20mm×平均厚さ1mmの単結晶シリコン基板を用意し、第2の基材として、縦20mm×横20mm×平均厚さ1mmのガラス基板を用意し、シリコン基板とガラス基板との双方を、酸素プラズマによる下地処理を行った。
次に、この液状被膜を、常温(25℃)で、24時間乾燥させることにより、シリコン基板上に、接合膜(平均厚さ:約3μm)を形成した。
なお、この加熱後の接合膜の表面の純水に対する接触角を、固液界面解析システム(協和界面科学社製、「DM−700」)を用いて測定したところ104.6°(各接合体の接合膜で測定された接触角の平均値(n=3))であった。
次に、シリコン基板上に形成された接合膜に、図3に示す大気圧プラズマ装置を用いて、以下に示す条件でプラズマを接触させた。これにより、接合膜を活性化させて、その表面に接着性を発現させた。
・処理ガス :ヘリウムガス
・ガス供給速度:10SLM
・電極間距離 :1mm
・印加電圧 :1kVp−p
・電圧周波数 :40MHz
・移動速度 :5mm/秒
そして、シリコン基板とガラス基板とを50MPaで加圧しつつ、常温(25度前後)で、1 分間維持した。これにより、シリコン基板とガラス基板とが接合膜を介して接合された接合体を得た。
第1の基板の構成材料および第2の基板の構成材料を、それぞれ表1に示す材料に変更した以外は、前記実施例1と同様にして接合体を得た。
(実施例6)
接合膜の加熱を、接合体形成の前でなく、接合体形成の後に行ったこと以外は、前記実施例1と同様にして接合体を得た。
なお、プラズマ接触前の接合膜に、接合膜の表面の純水に対する接触角を、固液界面解析システム(協和界面科学社製、「DM−700」)を用いて測定したところ99.5°(各接合体の接合膜で測定された接触角の平均値(n=3))であった。
第1の基板の構成材料および第2の基板の構成材料を、それぞれ表1に示す材料に変更した以外は、前記実施例6と同様にして接合体を得た。
(実施例11)
液状材料として、シリコーン材料としてポリジメチルシロキサン骨格を有するものを含有し、溶媒を含まない液状材料(信越化学工業社製、「KR-400」:粘度(25℃)1.20mPa・s)を用いた以外は、前記実施例1と同様にして、接合体を得た。
まず、第1の基材として、縦20mm×横20mm×平均厚さ1mmの単結晶シリコン基板を用意し、第2の基材として、縦20mm×横20mm×平均厚さ1mmのガラス基板を用意し、シリコン基板とガラス基板との双方を、酸素プラズマによる下地処理を行った。
次に、これら液状被膜を、常温(25℃)で、24時間乾燥させることにより、シリコン基板上およびガラス基板上の双方に、接合膜(平均厚さ:約3μm)を形成した。
次に、各基板上に形成された接合膜に、それぞれ、図3に示す大気圧プラズマ装置を用いて、以下に示す条件でプラズマを接触させた。これにより、接合膜を活性化させて、その表面に接着性を発現させた。
・処理ガス :ヘリウムガス
・ガス供給速度:10SLM
・電極間距離 :1mm
・印加電圧 :1kVp−p
・電圧周波数 :40MHz
・移動速度 :5mm/秒
そして、シリコン基板とガラス基板とを50MPaで加圧しつつ、常温(25度前後)で、1 分間維持した。これにより、接合膜同士を一体化させることにより、シリコン基板とガラス基板とが接合膜を介して接合された接合体を得た。
接合膜の加熱を省略した以外は、前記実施例1と同様にして、接合体を得た。
(実施例2〜5)
第1の基板の構成材料および第2の基板の構成材料を、それぞれ表1に示す材料に変更した以外は、前記比較例1と同様にして接合体を得た。
2.1 接合強度(割裂強度)
各実施例および各比較例で得られた接合体について、それぞれ接合強度を測定した。
接合強度の測定は、各基材を引き剥がしたとき、剥がれる直前の強度を測定することにより行った。そして、接合強度を以下の基準にしたがって評価した。
◎:10MPa(100kgf/cm2)以上
○: 5MPa( 50kgf/cm2)以上、10MPa(100kgf/cm2)未満
△: 1MPa( 10kgf/cm2)以上、 5MPa( 50kgf/cm2)未満
×: 1MPa( 10kgf/cm2)未満
各実施例および各比較例で得られた接合体について、それぞれ厚さ方向の反りを測定した。
この反りの測定は、接合体の中心部の厚さ方向の位置を基準点とし、四隅において、それぞれ、この基準点からの厚さ方向の距離を測定し、これらの平均値を反りとして求めた。そして、この反りの値を以下の基準にしたがって評価した。
◎: 2 mm未満
○: 3 mm未満、 2 mm以上
△: 4 mm未満、 3 mm以上
×: 4 mm以上
各実施例および各比較例で得られた接合体について、それぞれ接合膜中の気泡の有無を目視にて確認した。
<気泡の有無の評価基準>
◎:気泡が認められない
○:若干の気泡が認められる
△:明らかに気泡が認められる
×:接合膜全体に亘って明らかに気泡が認められる
各実施例および各比較例で得られた接合体を、90℃に維持したインクジェットプリンタ用インク(工業用インク)に、以下の条件で6週間浸漬した。その後、各基材を引き剥がし、接合界面にインクが浸入していないかを確認した。そして、その結果を以下の基準にしたがって評価した。
◎:全く浸入していない
○:角部にわずかに浸入している
△:縁部に沿って浸入している
×:内側に浸入している
以上、2.1〜2.4の各評価結果を表1に示す。
一方、実施例6〜10で得られた接合体は、反りおよび気泡の有無の項目において、実施例1〜5で得られた接合体と比較して劣る特性を示した。これにより、接合膜の加熱を接合体の形成前に行うことにより、反りおよび気泡の発生を効果的に抑制し得ることが明らかとなった。
さらに、比較例1〜5で得られた接合体は、実施例1〜5で得られた接合体と比較して、接合強度、反りおよび気泡の有無の項目において遜色ない特性を示したものの、耐溶剤性に劣る特性を示した。これにより、接合膜を加熱してシリコーン材料を架橋させることにより、接合膜の耐溶剤性を効果的に向上させ得ることが明らかとなった。
Claims (15)
- 接合膜を介して互いに接合すべき第1の基材と第2の基材とを用意し、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、シリコーン材料を含有する液状材料を供給することにより液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜を乾燥して、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、接合膜を得る工程と、
前記接合膜を加熱することにより、当該接合膜中に含まれる前記シリコーン材料同士を架橋する工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させ、当該接合膜を介して前記第1の基材と前記第2の基材とが接合された接合体を得る工程とを有することを特徴とする接合方法。 - 接合膜を介して互いに接合すべき第1の基材と第2の基材とを用意し、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、シリコーン材料を含有する液状材料を供給することにより液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜を乾燥して、前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも一方に、接合膜を得る工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜の表面付近に接着性を発現させ、当該接合膜を介して前記第1の基材と前記第2の基材とが接合された接合体を得る工程と、
前記接合膜を加熱することにより、当該接合膜中に含まれる前記シリコーン材料同士を架橋する工程とを有することを特徴とする接合方法。 - 前記接合膜を加熱する温度は、80〜250℃である請求項1または2に記載の接合方法。
- 前記接合膜を加熱する時間は、0.2〜15時間である請求項1ないし3のいずれかに記載の接合方法。
- 前記接合膜へのエネルギーの付与は、前記接合膜にプラズマを接触させることにより行われる請求項1ないし4のいずれかに記載の接合方法。
- 前記プラズマの接触を、大気圧下で行う請求項5に記載の接合方法。
- 前記プラズマの接触は、互いに対向する電極間に電圧を印加した状態で、これらの間にガスを導入することにより前記ガスをプラズマ化した後、このプラズマ化された前記ガスを前記接合膜に供給することによりなされる請求項5または6に記載の接合方法。
- 前記プラズマは、ヘリウムガスを主成分とするガスをプラズマ化したものである請求項5ないし7のいずれかに記載の接合方法。
- 前記シリコーン材料は、その主骨格がポリジメチルシロキサンで構成される請求項1ないし8のいずれかに記載の接合方法。
- 前記シリコーン材料は、シラノール基を有し、隣接する前記シリコーン材料が有するシラノール基同士が反応することにより、前記シリコーン材料同士が架橋する請求項1ないし9のいずれかに記載の接合方法。
- 前記接合膜の平均厚さは、10〜10000nmである請求項1ないし10のいずれかに記載の接合方法。
- 前記第1の基材および前記第2の基材の少なくとも前記接合膜と接触する部分は、シリコン材料、金属材料またはガラス材料を主材料として構成されている請求項1ないし11のいずれかに記載の接合方法。
- 前記第1の基材および前記第2の基材の前記接合膜と接触する面には、あらかじめ、前記接合膜との密着性を高める表面処理が施されている請求項1ないし12のいずれかに記載の接合方法。
- 前記表面処理は、プラズマ処理または紫外線照射処理である請求項13に記載の接合方法。
- 請求項1ないし14のいずれかに記載の接合方法により、前記第1の基材と前記第2の基材とを、前記接合膜を介して接合してなることを特徴とする接合体。
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