JP2019077098A

JP2019077098A - 液体吐出ヘッドの製造方法、圧着ユニット

Info

Publication number: JP2019077098A
Application number: JP2017205573A
Authority: JP
Inventors: 山田　裕也; Hironari Yamada; 裕也山田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-05-23

Abstract

【課題】電気配線基板と支持部材との間に配された接着剤を押し広げつつ、接着剤の加熱不足を抑制する。【解決手段】加熱されることで硬化する接着剤を介して支持部材と電気配線基板とを接触させる。第１の部材と、第１の部材よりも熱伝導率が高く、第１の部材よりも弾性率が高い材料からなる第２の部材と、加熱部材と、を有する圧着ユニットの、第１の部材と第２の部材とにより、接着剤と接触する側とは反対側の電気配線基板の面を押圧する。加熱部材により電気配線基板を介して接着剤を加熱する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法、部材を押圧する圧着ユニットに関するものである。

液体吐出ヘッドは、記録液を吐出する記録素子基板（液体吐出ヘッド基板）と、該基板を支持固定する支持部材と、吐出信号を記録素子基板に伝達する電気配線基板と、を含む。これらを接着する際の工程としては、まず、熱硬化型接着剤を用いて記録素子基板と支持部材とを接着固定し、中間体である記録素子ユニットを製造する。次に、記録素子ユニットに含まれる支持部材の面に熱硬化型接着剤を塗布した後、電気配線基板を記録素子ユニットに対して位置合わせし、電気配線基板と記録素子ユニットとを接着固定する。

記録素子ユニットと電気配線基板とを接着固定する際に、ヒーター（加熱部材）を内蔵する圧着ツール（圧着ユニット）により電気配線基板を押圧し、電気配線基板と支持部材との間に介在する熱硬化型接着剤を硬化する。このとき、圧着ツールを電気配線基板の表面へ接触させることで、ヒーターからの熱が電気配線基板を介して接着剤に伝わり、その硬化が促進される。そのため、圧着ツールには熱伝導率の高い材料が用いられる。圧着ツールに用いる高熱伝導性を有する材料としては、アルミ、銅、ＳＵＳ等の金属材料や、窒化アルミやアルミナ等のセラミックが挙げられる。

上述の接着固定を行う際、電気配線基板の押圧面に段差が存在する場合や支持部材の面に高低差がある場合に、剛性の高い部材で構成された圧着ツールを用いると、電気配線基板と支持部材と間の接着領域の全体を充分に押圧することが困難となる恐れがある。そのため、電気配線基板と支持部材との間の接着剤を充分に押し広げることが出来ず、電気配線基板の周囲部分が浮き上がり、電気配線基板と支持部材との接着が不充分となり、電気配線基板が剥がれる可能性が生じる。

そこで、特許文献１では、高さの異なる押圧面を有する電気配線基板と支持部材との接着固定において、接着剤を安定的に押し広げるために、圧着ツールの表面を低弾性体で構成することを開示している。

特開２０１２−２４０２１２号公報

上述の特許文献１による方法では、圧着ユニットの表面を構成する部材の熱伝導率によっては、製造工程のサイクル内に加熱により硬化する接着剤をその硬化温度まで昇温できない可能性がある。

そこで、本発明は、電気配線基板と支持部材との間に配された接着剤を押し広げつつ、接着剤の加熱不足を抑制することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体吐出ヘッド基板と、前記液体吐出ヘッド基板を支持する支持部材と、前記液体吐出ヘッド基板に信号を伝達するための電気配線基板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、加熱されることで硬化する接着剤を介して前記支持部材と前記電気配線基板とを接触させ、第１の部材と、前記第１の部材よりも熱伝導率が高く、前記第１の部材よりも弾性率が高い材料からなる第２の部材と、加熱部材と、を有する圧着ユニットの、前記第１の部材と前記第２の部材とにより、前記接着剤と接触する側とは反対側の前記電気配線基板の面を押圧し、前記加熱部材により前記電気配線基板を介して前記接着剤を加熱することを特徴とする。

本発明によれば、電気配線基板と支持部材との間に配された接着剤を押し広げつつ、接着剤の加熱不足を抑制することが可能となる。

液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための断面図記録素子ユニットおよび電気配線基板を示す模式図記録素子ユニットを示す上面図および側面図圧着ツールを示す下面図および断面図液体吐出ヘッドの製造方法および圧着ツールの構成を説明するための断面図

以下に、本発明を適用可能な実施形態について、図面を用いて説明する。

図２は液体吐出ヘッドに含まれる記録素子ユニット３と電気配線基板４とを示す模式図である。記録素子ユニット３は、液体を吐出する液体吐出ヘッド基板としての記録素子基板１と、記録素子基板１を支持する支持部材２とを含む。支持部材２は例えば樹脂やアルミナ等の材料で形成される。なお、本実施形態では支持部材２として板状の支持基板を用いているが、支持部材は液体を収容するための収容部を備えた筐体を用いてもよい。電気配線基板４は記録素子基板１に信号や電力を伝達するための配線を備えた基板であり、電気配線基板４は接着剤（第１の接着剤５、第２の接着剤６）を介して記録素子ユニット３に接合される。なお、本実施形態では２種類の接着剤５、６を用いる例を挙げて説明するが、複数種類の接着剤を用いなくてもよく、すなわち、１種類の接着剤を配置してもよい。

図１（ａ）、（ｂ）は液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。図１（ｃ）は電気配線基板４を示す断面図である。図１（ａ）、（ｂ）は支持部材２における記録素子基板１が設けられていない領域を含む断面を示しており、図２のＩ−Ｉ線における支持部材２、電気配線基板４、接着剤５、６の断面を示している。

電気配線基板４は、補強板４ａ、被覆層４ｂ、リード４ｃ、基材４ｄを含む積層体である。このような構成の電気配線基板４を含む液体吐出ヘッドにおいて、補強板４ａの表面は、回復動作を行う際の記録装置本体によるキャッピング領域となる。補強板４ａは、本体のキャッピング機構やインククリーニングを行うブレード機構から受ける外力による変形を防ぐために、キャッピング面の剛性を高める機能も担っている。また、被覆層４ｂはリード４ｃ面の汚れや傷の発生を防止する保護層を成す。また、電気配線基板４には記録素子基板１を囲うようにデバイスホール４ｅが設けられており、このデバイスホール４ｅから記録素子基板１の側に向かうようにリード４ｃが突出している（図２）。このリード４ｃは記録素子基板１の電極パッドと電気的に接続される電気接続部である。なお、記録素子基板１と電気配線基板４との電気接続は、リードやワイヤを用いて行うことができる。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、支持部材２の表面に配された接着剤を、電気配線基板４を介して圧着ユニットとしての圧着ツール１０により押圧し、接着剤を硬化させることで、支持部材２と電気配線基板４とを接着させる。

この際に用いる圧着ツール１０の構成について説明する。図４（ａ）は圧着ツール１０の押圧面の上面図であり、図４（ｂ）は図４（ｂ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面図である。電気配線基板４と支持部材２とを接着固定する際に電気配線基板４の面を押圧して圧力を付与する圧着ツール１０の押圧面は、第１の部材としての低弾性体１１と第２の部材としての高熱伝導体１２とを含んで構成されている。低弾性体１１と高熱伝導体１２とは、電気配線基板４に含まれる補強板４ａの表面を押圧する。また、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、低弾性体１１は電気配線基板４を介して接着剤５を押圧する位置に配置されている。また、高熱伝導体１２は電気配線基板４を介して接着剤６を押圧する位置に配置されている。

電気配線基板４と支持部材２とを接着するための接着剤としては、紫外線熱併用硬化型や熱硬化型の接着剤といった加熱によって硬化する接着剤を用いる。そこで、図５に示すように、圧着ツール１０に含まれる第３の部材としての剛体１３は加熱部材としてのヒーター１４を内部に備えており、圧着時にヒーター１４によって接着剤を加熱できる構成となっている。低弾性体１１は剛体１３に対して接合テープや接着剤を用いて接合されている。また、高熱伝導体１２は圧着ツール１０を構成する剛体１３の一部であり、剛体１３と一体的に形成されている。

低弾性体１１に適用可能な材料としては、電気配線基板４の押圧される面に段差が存在する場合や支持部材の面に高低差がある場合であっても充分に平面度を吸収できるように、弾性率が３．０ＭＰａ以下の材料であることが望ましい。また、このような弾性特性を備える材料として、シリコン系やウレタン系のラバー材料を用いることが望ましい。低弾性体１１に高い耐熱性能が要求される場合には、シリコン系のラバー材料を用いることがより望ましい。

高熱伝導体１２は低弾性体よりも弾性率が高い材料で構成される。また、高熱伝導体１２は低弾性体１１よりも熱伝導率が高い材料で構成される。高熱伝導体１２に適用可能な材料としては、接着剤を充分に加熱するために、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・℃以上の材料を用いることが望ましい。このような熱伝導特性を備える材料として、アルミ、銅、ＳＵＳ等の金属材料や窒化アルミやアルミナ等のセラミック材料を用いることが望ましい。

次に、記録素子基板１が接合された支持部材２と電気配線基板４とを接着するプロセスについて説明する。

まず、支持部材２の表面に接着剤５と接着剤６とを配置する。この際、ディスペンサーを用いたり転写判を用いたりして接着剤を配置することができる。図２、図３に示すように、接着剤６は、圧着ツール１０で電気配線基板４を介して押圧された際に、デバイスホール４ｅから突出するリード４ｃの近傍に広がるような領域に配置される。また、接着剤５は、接着剤６と記録素子基板１との周囲を囲うような領域に配置される。

次に、電気配線基板４のデバイスホール４ｅから記録素子基板１が露出する位置に、位置決め部２０を用いて支持部材２の位置を合わせて位置決めする（図５）。そして、電気配線基板４を吸着した状態の圧着ツール１０を、Ｚ駆動軸１５を用いて支持部材２の方向へ下降させ、接着剤５と接着剤６とを介して支持部材２と電気配線基板４とを接触させる（図１（ａ））。

そして、圧着ツール１０の低弾性体１１と高熱伝導体１２とで電気配線基板４を介して接着剤５と接着剤６とを押圧する（図１（ｂ））。この際、接着剤５は主に低弾性体１１によって押圧され、接着剤６は主に高熱伝導体１２によって押圧される。また、圧着ツール１０のヒーター１４によって電気配線基板４を介して接着剤５と接着剤６とが加熱され、その硬化が開始される。このようにして、記録素子基板１が接合された支持部材２と電気配線基板４とが接着固定される。

以上説明したように、圧着ツール１０の押圧面に含まれる低弾性体１１と高熱伝導体１２とを用いて電気配線基板４の補強板４ａの表面を押圧することで、接着剤５、接着剤６を充分に押し広げることができる。これにより、電気配線基板の押圧面に段差が存在する場合や支持部材の面に高低差がある場合であっても、支持部材２と電気配線基板４とを充分に接着固定することでき、両者の剥がれの恐れを抑制することができる。また、部分的に高熱伝導体１２を用いることで、接着剤を押圧する際に製造工程のサイクル内で接着剤を充分に加熱することができ、接着剤の加熱不足を抑制することができる。

なお、上述したように接着剤６は電気配線基板４のリード４ｃの近傍に配置されるため、接着剤６は電気信頼性の高い接着剤を用いることが好ましい。また、接着剤５はリード４ｃの近傍とは別の領域に配置されるため、接着強度の高い接着剤を用いることが好ましい。このように塗布される領域によって接着剤に求められる性能が異なる場合に複数種類に接着剤を用いることが好ましい。種類の異なる接着剤は硬化温度も異なる場合があり、接着剤６が接着剤５よりも硬化温度が高い場合に、製造工程のサイクル内での接着剤６の加熱が不充分となったり、両方の接着剤の硬化のタイミングがずれてしまったりする可能性が高まる。本実施形態では、高熱伝導体１２で電気配線基板４を介して硬化温度の高い接着剤６を押圧することで、製造工程のサイクル内で接着剤６を充分に加熱することができる。

また、図３に示すように、支持部材２の接着剤が配置される面は、平面度の大きい第１の領域２ａと、平面度の小さい（すなわち、平面度が安定した）第２の領域２ｂと、を備えている。図に示す点線の内側の領域である第２の領域２ｂは、点線の外側の領域である第１の領域２ａに囲われている。圧着ツール１０で接着剤を押圧する際には、第１の領域２ａに配された接着剤は低弾性体１１によって押圧されることが好ましい。これにより、平面度の大きい領域２ａに配された接着剤を充分に押し広げることができる。また、低弾性体１１よりも弾性率の高い高熱伝導体１２は第２の領域２ｂに配された接着剤を押圧することが好ましい。

また、図４（ｂ）に示すように、圧着ツール１０の押圧面の側において、低弾性体１１は高熱伝導体１２よりも電気配線基板４の側に向かって突出していることが好ましい。すなわち、剛体１３の表面からの低弾性体１１の高さＥ１は、剛体１３の表面からの高熱伝導体１２の高さＥ２よりも高いことが好ましい。これにより、低弾性体１１を変形させながら高熱伝導体１２を押しつけることができ、電気配線基板４の支持部材２の面への追従性を向上することができ、第１の領域２ａにおいても平面度を吸収することができ、接着剤をより充分に押し広げることができる。また、図３の支持部材２の側面図に示すように、第２の領域２ｂは第１の領域２ａよりも電気配線基板４の側に向かって突出している。このような構成において、上記のように低弾性体１１を高熱伝導体１２よりも電気配線基板の側に向かって突出する構成とすることがより好ましい。

さらに、低弾性体１１や高熱伝導体１２の表面には、電気配線基板４の貼り付きを防止するために、撥水処理が施されていることが好ましい。

（実施例）
本発明を適用可能な実施例について説明する。上述のように、液体吐出ヘッドは記録素子基板１と支持部材２と電気配線基板４とを含むように構成した。

電気配線基板４は、厚みが１００〜５００μｍの補強板４ａと、厚みが１０〜５０μｍの被覆層４ｂと、厚みが１５〜３５μｍのリード４ｃと、厚みが１００〜５００μｍの基材４ｄとを積層して構成した。

図３に示すように、本実施例では表面にうねりがある樹脂材料で形成された支持部材２を用いた。支持部材２の表面の平面度については、外側ほど高低差が大きく、支持部材２の外側領域（第１の領域２ａ）は平面度が大きく、記録素子基板１が搭載される支持部材２の中央領域（第２の領域２ｂ）は平面度が小さく安定していた。

図１に示すように、圧着ツール１０としては、電気配線基板４の接着面の反対側の面を押圧するように、低弾性体１１と高熱伝導体１２とを剛体１３に装着する構成とした。高熱伝導体１２は、図２に示される接着剤６を押圧する位置に設けた。この位置は、記録素子基板１が配置された領域の近傍であり支持部材２の表面の中央領域であるため、平面度が安定している領域であった。

また、低弾性体１１としては硬度５０〜７０°（弾性率が１．０ＭＰａ程度）のシリコン系のラバー材を用いた。このように、低弾性体１１の部分に、より弾性率の低い材料を適用することで、支持部材２の平面形状に追従し、支持部材２と電気配線基板４とを隙間無く抑え込んだ状態で接着を行うことが可能になった。また、高熱伝導体１２としては、低弾性体１１よりも弾性率が高く熱伝導率が高いＳＵＳ材を用いた。さらに、電気配線基板４の貼り付きを防止するため、低弾性体１１および高熱伝導体１２の表面にフッ素処理を施した。

また、低弾性体１１の表面と高熱伝導体１２の表面はそれぞれ平坦な面として形成し、低弾性体１１の表面を高熱伝導体１２の表面に対して、支持部材２の平面度１００μｍを吸収できる分だけ電気配線基板４の側へ突出させた。

接着剤５、接着剤６の硬化を促進するために、圧着ツール１０の剛体１３にヒーター１４を内蔵し、圧着した際の接着剤５の温度が４０〜１００℃、接着剤６の温度が１００〜１５０℃、となるように、加熱を施せる構成とした。

以下のように、接着剤を支持部材２に配置して圧着ツール１０を用いて電気配線基板４の側から押圧し、支持部材２と電気配線基板４とを接着固定した。

まず、図２に示すように、支持部材２の表面に接着剤５と接着剤６とを配置した。接着剤５としては紫外線と熱の併用硬化型のエポキシ接着剤を用い、接着剤６としては熱硬化型のエポキシ接着剤を用いた。また、接着剤６は接着剤５よりも硬化温度の高い接着剤を用いた。

そして、接着剤５に紫外線を照射し接着剤５の硬化を開始させた。次に、圧着ツール１０によって吸着された電気配線基板４のデバイスホール４ｅから記録素子基板１が露出する位置に支持部材２の位置を合わせた。そして、圧着ツール１０の低弾性体１１と高熱伝導体１２とで電気配線基板４を押圧して圧力を付与し、接着剤５と接着剤６とを押し広げた。

その結果、図１（ｂ）に示すように、接着剤５と接着剤６とが充分に押し広げられた状態で支持部材２と電気配線基板４とを接着固定することできた。また、ヒーター１４からの熱によって、低弾性体１１や高熱伝導体１２、電気配線基板４を介し、接着剤５と接着剤６とをそれぞれ必要な温度に加熱することでき、両方の接着剤を製造工程のサイクル内で硬化することができた。

以上説明した本発明は、上記実施形態や実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。

１記録素子基板（液体吐出ヘッド基板）
２支持部材
４電気配線基板
５接着剤（第１の接着剤）
６接着剤（第２の接着剤）
１０圧着ツール（圧着ユニット）
１１低弾性体（第１の部材）
１２高熱伝導体（第２の部材）
１４ヒーター（加熱部材）

Claims

液体吐出ヘッド基板と、前記液体吐出ヘッド基板を支持する支持部材と、前記液体吐出ヘッド基板に信号を伝達するための電気配線基板と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
加熱されることで硬化する接着剤を介して前記支持部材と前記電気配線基板とを接触させ、第１の部材と、前記第１の部材よりも熱伝導率が高く、前記第１の部材よりも弾性率が高い材料からなる第２の部材と、加熱部材と、を有する圧着ユニットの、前記第１の部材と前記第２の部材とにより、前記接着剤と接触する側とは反対側の前記電気配線基板の面を押圧し、前記加熱部材により前記電気配線基板を介して前記接着剤を加熱することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
前記接着剤は、前記第１の部材により前記電気配線基板を介して押圧される第１の接着剤と、前記第２の部材により前記電気配線基板を介して押圧され、前記第１の接着剤よりも硬化温度の高い第２の接着剤と、を含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記電気配線基板は、前記液体吐出ヘッド基板との電気接続のための電気接続部を備え、
前記第２の接着剤は前記第１の接着剤よりも前記電気接続部の近傍に配される、請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記支持部材の前記接着剤と接触する面は、第１の領域と、前記第１の領域よりも平面度の小さい第２の領域と、を備え、
前記第１の部材は、少なくとも前記第１の領域に配された前記接着剤を押圧し、前記第２の部材は前記第２の領域に配された前記接着剤を押圧する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記第２の領域は前記第１の領域よりも前記支持部材の前記面における内側に位置する、請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記圧着ユニットの前記電気配線基板を押圧する側の面において、前記第１の部材は前記第２の部材よりも前記電気配線基板の側に向かって突出している、請求項４または請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記第２の領域は前記第１の領域よりも前記電気配線基板の側に向かって突出している、請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記第１の部材はラバー材料からなり、前記第２の部材は金属材料またはセラミック材料からなる、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
前記圧着ユニットは、前記電気配線基板を押圧する側の面とは反対の側に設けられた第３の部材を有し、前記第３の部材は内部に前記加熱部材を備え、前記第２の部材と前記第３の部材とが一体的に形成されている、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
第１の部材と、前記第１の部材よりも熱伝導率が高く、前記第１の部材よりも弾性率が高い材料からなる第２の部材と、加熱部材と、を有し、
前記第１の部材の表面と前記第２の部材の表面とを含んで構成された押圧面であって、前記加熱部材による熱を伝導するための押圧面を有する圧着ユニット。
前記第１の部材の前記表面は前記第２の部材の前記表面よりも押圧する方向に向かって突出している、請求項１０に記載の圧着ユニット。
前記第１の部材はラバー材料からなり、前記第２の部材は金属材料またはセラミック材料からなる、請求項１０または請求項１１に記載の圧着ユニット。
前記第１の部材の前記表面および前記第２の部材の前記表面とは反対の側に設けられた第３の部材を有し、前記第３の部材は内部に前記加熱部材を備え、前記第２の部材と前記第３の部材とが一体的に形成されている、請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の圧着ユニット。