JP4078070B2

JP4078070B2 - インクジェットヘッドの製造方法

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Publication number: JP4078070B2
Application number: JP2001371348A
Authority: JP
Inventors: 昌士宮川; 香暁栗原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-12-05
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ、ホストコンピュータ等の出力装置としての、プリンタ、ビデオプリンタ等に用いられ、記録を行うインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
なお、ここで記録とは、布、糸、紙、シート材等へのインク付与等（プリント）を含むもので、文字だけではなく、パターン画像等のイメージ画像を含むものである。
【０００３】
【従来の技術】
インクジェットプリント方式は、プリント時の騒音が極めて少なく、かつ高速プリントが可能であり、カラー化及びコンパクト化が容易であるプリント方式である。このインクジェットプリント方式の一つに、発熱素子によってインクを発泡させ、この気泡の成長を利用してインクを吐出するタイプがある。このようなタイプに用いられる従来のインクジェットヘッドＨの一例の概略図を図１に示す。
【０００４】
図１において、４はフレキシブル配線基板、５は外部接続端子、６は配線基板、７は構造部材、１０は電気熱変換素子を形成した基板、２０は複合構造体であるノズル構造体、２１は吐出口である。
【０００５】
また、図２は、図１のインクジェットヘッドＨの吐出エレメントＴを示す拡大斜面図である。そしてこの吐出エレメントＴは、例えば特開平９−１１８０１７号公報に記載される米国Ｌｅｘｍａｒｋ社の出願に係るインクジェットヘッドを参照している。その製造過程を図３〜図７に示す。
【０００６】
図３は、ノズル構造体２０を製造する前段階の断面を示し、高分子フィルム材料２２と接着剤層２３より成り立っている。高分子フィルム材料２２は、ポリイミド、フルオロカーボン、ポリサルフォン、ポリカーボネートまたはポリエステル等であり、好ましくはポリイミドである。
【０００７】
次に、図４に示すように、接着剤層２３の上に保護層２４を形成する。
【０００８】
例えば、インク吐出面側に撥水性皮膜として、シリコンやフッ素原子を有する高分子皮膜を形成することは好適である。また、この撥水性皮膜面あるいは接着剤層２３の塗布面に保護層２４を予め形成し、レーザ加工後に保護層２４を除去し、レーザ加工により生ずる副生成物（デブリー，破片）を簡便に除去できることは一般的に用いられる手法である。
【０００９】
保護層として好適な一例は、前記特開平９−１１８０１７号公報に記載されるＰＶＡ等の水溶性樹脂を塗布する手段を挙げることができる。これら樹脂皮膜の塗布は、予め、これら高分子材料を溶解可能な溶媒に溶解し、通常のソルベントコート法にて行うことが一般的である。ソルベントコート法としては、スピンコート、バーコート、グラビアロールコート、スプレーコート等を挙げることができる。
【００１０】
次に、マスクを通じてレーザ加工を行って、図５のように、インク流路２６および吐出口２１を形成する。このときレーザ加工と同時に副生成物４０が発生するが、保護層２４に付着される。次に、この保護層２４を除去することで、そうした副生成物４０も共に除去される。そして、図６のようになった、ノズル構造体２０の接着剤層２３と、半導体プロセスにより作成した基板１０とを貼り合わせ、図７のような吐出エレメントＴとする。
【００１１】
また、上記とは別の構成のインクジェットヘッドを図８に示す。
【００１２】
図９は図８の断面図であり、インクジェットヘッドは、天板部材１０２、液流路、ヒーター基板１０１から成り立っている。該ヒーター基板１０１には発熱抵抗体１０５が半導体プロセスにて複数配置されている。
【００１３】
また、図１０に示したのは、吐出効率を高め、リフィル特性も改善したインクジェットヘッドの断面模式図である。インクジェットヘッドは、天板部材１０２、可動部材１２０、上方変位規制部材１２２、ヒーター基板１０１から成り立っている。該ヒーター基板１０１には発熱抵抗体１０５が複数配置されている。該発熱抵抗体１０５が加熱され、インクが発泡したときのエネルギーで該可動部材１２０を可動させる。該上方変位規制部材１２２にて該可動部材１２０の上方変位を規制することにより発泡エネルギーの効率化をはかっている。図１０も図９同様に、天板部材１０２にＳｉ異方性エッチングやブラスト加工により、液室およびインク供給孔が形成されている。
【００１４】
図９や図１０に示すように、ヒーター基板上に液流路を形成する場合には、液状光カチオン硬化型エポキシ樹脂組成物を基板上にスピンコート法等によりコーティングした後、紫外線光などを用いたフォトリソ技術にて形成される。該ヒーター基板上に液流路が形成された後、天板部材と接合されインクジェット吐出エレメントを得た後、オリフィスプレートを貼り付けてインクジェットヘッドを得ていた。従来、該ヒーター基板と該天板部材との接着には熱硬化エポキシ樹脂組成物が用いられてきた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成において、接着剤はインクと接するために高い耐インク性と耐熱性を要し、エポキシ樹脂より構成される。
【００１６】
しかし、エポキシ樹脂の接着剤は主剤と硬化剤との２成分を基本組成とするため、混合後に粘度が変化することがあり、混合物を安定保存することは極めて難しい。このことは、接着剤の処方、塗布及び接合までの工程に所定の時間制限があることを示唆し、生産効率の低下要因となり得る。
【００１７】
硬化剤として酸無水物やイミダゾール等を使用すればエポキシ樹脂の硬化性は低下し、保存安定性は高くなるが、硬化時に高い温度を長時間付与することが必要となる。よって、少なくとも吐出口が設けられた部材が高分子フィルム材料２２からなるインクジェットヘッドの場合には、基板１０の線膨張係数の相違に起因する吐出口２１とヒータとの位置ずれを起こす原因となる。
【００１８】
また、熱硬化型エポキシ樹脂組成物を用いて接合すると、硬化する際にエポキシ樹脂が軟化溶融し、液流路壁を伝って、流路つまりにより吐出不良が生じることがあった。
【００１９】
特に、図１０のように液流路内に稼動部材がある場合には、溶融したエポキシ樹脂が毛管力で流動して構造体周辺を埋め、該稼動部材が稼動しないことがあった。
【００２０】
このような課題に対して、特開平９−２４６１３号ではＵＶカチオン硬化型エポキシ樹脂にて２つの部材を接着することにより、熱の影響を少なくしたインクジェットヘッドの製造方法を開示している。接着工程フローは図１１に示すとおりである。基板１に接着剤２３を塗布し（図１１（ａ））、マスク３０を介してＵＶ照射する（図１１（ｂ））。次いで、加熱、現像して（図１１（ｃ））接着剤で形成される微細なパターンを構成した後に、別部材３１を接合し（図１１（ｄ））、加圧、加熱して本硬化している（図１１（ｅ））。この接合方法は、接着剤の厚みが２０μｍ〜３０μｍの厚みであるときには有効な手段である。しかしながら、近年の記録画像の高画質化に伴い、インクジェットヘッドは高精細化し、接着剤の厚みを薄くすることが要求されている。ところが、接着剤の厚みを例えば２０μｍ以下のように薄くして検討すると、以下のことが見出された。
【００２１】
即ち、微細パターン形成のための光照射工程で、エポキシ樹脂の硬化反応は大幅に進行し、接着工程時には接着剤は殆ど流動性を持たず、極めて接着強度の小さい接着しか行えないことがみられた。
【００２２】
また、ＵＶカチオン硬化型エポキシ接着剤は、紫外線透過型部材への適用は有効であるが、逆に紫外線を透過しない部材を接着する場合は良好な接着を実現できない場合があることが分かった。
【００２３】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、紫外線硬化型カチオン重合開始剤とエポキシ樹脂とを含有する接着剤を適用し、保存安定性に優れ、且つ、硬化後に高いインク耐性と耐熱性を実現でき、更には低い接合温度にてインク吐出口と基板の電気熱変換素子が高精度に位置合わせされたインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の技術的構成によって前記課題を解決できたものである。すなわち、少なくともインクを吐出する吐出口を有する部材と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板とを固体状接着剤により接合するインクジェットヘッドの製造方法において、前記固体状接着剤が、少なくとも紫外線硬化型カチオン性重合開始剤と融点が５０℃以上１２０℃以下であるエポキシ樹脂とを含有し、前記部材、または前記基板に前記固体状接着剤を塗布する工程と、前記固体状接着剤に紫外線を照射して前記紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を活性化する工程を行った後に、加熱工程を経ずに前記部材と前記基板とを位置合わせする工程と、前記部材と前記基板とが位置合わせされた状態で前記活性化された固体状接着剤を加熱することにより、前記固体状接着剤を溶融させつつ、硬化する工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、詳細に説明する。
【００２６】
エポキシ樹脂組成物は、少なくともエポキシ樹脂と紫外線硬化型カチオン重合開始剤とから成り、また接着力の向上、熱流動特性の制御等の諸特性を達成するため、バインダ、充填剤、カップリング剤、難燃剤、可撓性付与剤、硬化促進剤等の通常知られているエポキシ樹脂組成物の配合を適宜用いることができる。
【００２７】
主剤となるエポキシ樹脂は、分子構造内にエポキシ環を有するエポキシ樹脂であれば何れのエポキシ樹脂を用いても構わない。一般的にはフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００２８】
常温で液状の接着剤を使用する場合は、例えば、大日本インキ株式会社より上市される商品名：エピクロン８３０、８３５、８４０，８５０、エピコート８２８等を挙げることができる。
【００２９】
常温で固体状のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型ノボラックエポキシ樹脂としては、ＥｐｏｎＳＵ−８（シェルケミカル社製）のような多官能ビスフェノールノボラックエポキシやビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、エピコート１００１、１００７、１０１０等（分子量９００〜５５００）（油化シェルエポキシ社製）から適宜選択することができる。また、好適には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラックエポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の内、融点が５０℃以上１２０℃以下であればさらに好ましい。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、油化シェルエポキシ社より上市される商品名：エピコート１００１，１００２，１００３，１００４，１００４ＡＦ，１００３Ｆ，１００４Ｆ、ビスフェノールＡ型ノボラックエポキシ樹脂としては、同社より上市される１５７Ｓ７０，１５７Ｈ７０，オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては同社より上市される１８０Ｓ６５，１８０Ｈ６５等を用いることができる。
【００３０】
また、これらエポキシ樹脂は複数種混合して適用することも可能である。エポキシ樹脂は通常、比較的分子量が低い樹脂であり、一旦溶融すると急激に粘度が低下するが、複数種のエポキシ樹脂を混合して用いると粘度の急激な変化を防止できる。
【００３１】
紫外線硬化型カチオン重合開始剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルフォニウム塩、芳香族セレニウム塩なども挙げられる。好適な例として、芳香族スルフォニウム塩が挙げられる。
【００３２】
可撓性付与剤は、エポキシ樹脂の溶融粘度を調整するために用いることができ、フェノキシ樹脂、高分子エポキシ樹脂、ポリビニルアセタール、ポリサルフォン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリシロキサン、ポリエーテルイミド、ポリビニル、エポキシアクリレート、熱可塑性エラストマー、酸未端ニトリルゴム、ダイマー酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。これらは、エポキシ樹脂の相溶性や耐インク性を考慮して決定される。
【００３３】
また、可撓性付与剤としてのバインダの添加は、接着剤の溶融粘度を制御すること、架橋密度を適正化して強靭な接着性を実現する観点より、５〜３０ｗｔ％程度添加することが好ましい。
【００３４】
また、耐アルカリ性や密着性などの向上にはシランカップリング剤を添加してもかまわない。シランカップリング剤としては、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ―イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ―イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ―メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ―メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。しかしながら、シランカップリング剤として汎用的なアミノ系シランカップリング剤は、光硬化反応に寄与するカチオンをトラップしてしまうため、本発明に適用することは好適ではない。
【００３５】
これら接着剤は、接着剤が常温で液状であれば、そのままスクリーン印刷、フレキソ印刷等の手段で塗布するか、あるいはスタンプ法等の転写により接着する一方の部材上に塗布、形成することができる。また、常温で固体状であれば、汎用的な溶剤に溶解して塗布すること、熱転写法やホットメルト法で塗布することができる。最も好適には、汎用的溶剤に溶解し、ポリエチレンテレフタレートフィルム等のフィルムに塗布したドライフィルムを形成し、該フィルムを用いて接合部材上に熱転写法にて塗布することが好ましい。
【００３６】
本発明によるエポキシ樹脂を用いた接着剤は、保存安定性に優れ、長尺にて多重に塗布して作製した高分子フィルム材料を長期に亘って保管しても特性劣化が起こらないことが確認された。
【００３７】
以下、発明の実施の形態を実施例に基づき説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３８】
本発明におけるインクジェットヘッドの製造方法を図１２〜図１８および図２１を用いて説明する。
【００３９】
（実施例１）
エポキシ樹脂として、エピコート１００１（油化シェルエポキシ社製，商品名）８０部、可撓性付与剤として、フェノキシ樹脂のＰＫＨＪ（ユニオンカーバイド社製，商品名）２０部、シランカップリング剤（Ａ１８７、日本ユニカー社製，商品名）５部、紫外線硬化型カチオン重合開始剤（ＳＰ１７０、旭電化社製，商品名）１部をシクロヘキサノンに３０Ｗｗｔ％の固形分濃度で混合溶解し、接着剤層２３ａの塗布液を作製した。
【００４０】
次いで、高分子フィルム材料２２として、膜厚２５μｍ、幅１８０ｍｍ、長さ２００ｍのユーピレックス（宇部興産社製，商品名）にマイクログラビアロール法を用いて下記塗膜を形成した。先ず、撥水膜としてＣＴＸ（旭硝子社製，商品名）の１０ｗｔ％溶液（溶剤はＣＴｓｏｌｖ１８０）を＃２５０のグラビアロールにて塗布し、１５０℃の乾燥炉にて乾燥した。該塗布フィルムは、塗布面にポリプロピレン（トレファン：東レ社製，商品名）２５μｍ厚を介在させて巻き取った。次いでこの皮膜上に保護層２４として前記ＰＶＡ保護膜を＃２５０メッシュのロールを用いて塗布、乾燥して巻き取った。
【００４１】
さらに、反対面に、前記接着剤層２３ａの塗布液を＃２００のグラビアロールにて塗布して接着剤層２３ａと成し（図１２）、次いで前記ＰＶＡ保護膜を同様にして塗布して保護層２４と成した（図１３）。さらに、この塗布面もポリプロピレンフィルムにて保護した。これら各塗膜の厚さは、ＣＴＸ膜は０．２μｍ、保護層２４は０．５μｍ、接着剤層２３ａは１．５μｍであった。塗布後に前記塗布フィルムを幅２５ｍｍに切断し、搬送用のスプロケットホールを形成した。
【００４２】
このノズル構造体２０に、加工面上で１．３Ｊ／ｃｍの照射エネルギーとなるように調整した波長λ＝２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光により加工を行った。この加工は、インク流路部２６の加工を行い、次いでインク吐出口２１の加工をマスク交換しつつ順次実施した。（図１４）
次いで、保護層２４を水洗にて除去、乾燥し、（図１５）高圧水銀灯による紫外線を１Ｊ／ｃｍ２接着剤層２３ａ側より照射して紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を活性化した後、前記ノズル構造体２０を電気熱変換素子を形成した基板１０に位置合わせし、１００℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ２、３秒で加熱して接合した。そのまま接合体を吐出口２１と電気熱変換素子の位置ずれが生じないように、１０ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重を付与しつつ１５０℃にて１時間の本硬化を行って（図１６）、図１７に示す吐出エレメントＴを製造した。この接合体の高分子フィルム材料２２と基板１０との接着力を、公知のＴ−ｐｅｅｌテストにより評価したところ、２００ｇと充分な強度であり、またインク浸漬にて６０℃１ケ月の保存評価を行っても剥がれることはなかった。またこの吐出エレメントＴにインクタンク、ＴＡＢテープによる実装を施し、インク吐出評価を行ったところ、良好な印字結果が得られた。
【００４３】
尚、本実施例の活性化とは下記に定義できる。
【００４４】
紫外線硬化型接着剤等は、通常、反応性モノマーあるいはオリゴマーと光重合開始材が少なくとも含有され、紫外線照射によって光重合開始材が活性化され、これが触媒となって反応性モノマー等の反応基が反応して硬化する２段階硬化反応である。通常の紫外線硬化型接着剤は室温等で使用される為、紫外線の照射による光開始剤の活性化とモノマーの反応が同時に進行し硬化する。しかしながら、本発明の紫外線硬化型カチオン性重合開始材は紫外線照射による活性化は極めて早いが、低温での触媒活性が低く、室温付近でのモノマーとの反応速度が低い為、温度を付与しないと硬化反応が十分進行しない特性がある。本発明はその特性を利用したものであり、活性化とは紫外線照射によりカチオン性重合開始剤をモノマーと反応しうる状態にすることと定義する。
【００４５】
（実施例２）
まず、エポキシ樹脂として前記エピコート１００１を８０部、可撓性付与剤としてフェノキシ樹脂を２０部、シランカップリング剤（Ａ１８７、日本ユニカー社製，商品名）５部、紫外線硬化型カチオン重合開始剤としてジフェニルヨードニウムへキサフルオロアンチモネート（緑化学試薬）１部を混合し、シクロヘキサノンに３０ｗｔ％の濃度で溶解し、接着剤層２３ａの塗布液を作製した。この塗布液を２５μｍのポリイミドフィルム上（ユーピレックス、商品名，宇部興産社製）に塗布し、厚さ２μｍの接着剤層２３ａを形成した（図１２）後、厚さ０．５μｍの保護層２４を形成し（図１３）、ノズル構造体２０を得た。ノズル構造体２０に、加工面上で１．３Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギーとなるように調整した波長λ＝２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光により加工を行った（図１４）。
【００４６】
保護層２４を水洗にて除去し（図１５）、紫外線を１Ｊ／ｃｍ２照射した後、前記ノズル構造体２０を、基板１０に位置合わせし、１５０℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ２、２０秒で加熱して接合し（図１６）、図１７と同様の吐出エレメントＴを製造したところ、ノズル詰まりは観察されなかった。
【００４７】
前記Ｔ−ｐｅｅｌテストにより接着力を評価したところ、１６０ｇと充分な強度を示した。さらに、インク吐出評価を行ったところ、良好な印字結果が得られた。
【００４８】
（実施例３）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００１、油化シェルエポキシ社製）１００重量部、紫外線硬化型カチオン重合開始剤（ＳＰ−１７０、旭電化工業社製）１重量部をシクロヘキサノンに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ａを得た。該感光性樹脂組成物溶液Ａをポリイミド樹脂フィルム（ユーピレックス、宇部興産製）上に塗工せしめ、膜厚３μｍのドライフィルムＡを作成した。
【００４９】
ヒーター基板１には気泡を発生させるために利用される発熱抵抗体５がＳｉ上に半導体プロセスにて複数配置されているとともに、液流路１１が形成されている。接着剤の転写後から接合までの工程の模式図を図１８に示す。
【００５０】
液流路１１上に前記ドライフィルムＡを熱転写法にて、接着剤２３ａとして感光性樹脂組成物Ａを選択的に転写した（図１８（ａ））。
【００５１】
ここで記載する熱転写法とは、接着剤を塗布する被転写物とドライフィルムを圧着しつつ熱を付与した後、ドライフィルムを構成するベースフィルムを剥離して接着剤層のみ被転写物に転写塗布する方式である。熱転写法は、常温にて固体状の接着剤が熱により溶融し、被転写物との接着力が発現し、次いで冷却後にベースフィルムを剥離すると、接着剤がベースフィルムより剥ぎ取られ被転写物上に塗布される原理を用いている。被転写物に凸凹がある場合、凹部はドライフィルムに接触しない為、転写せず、凸部のみに接着剤を転写できる。転写時には接着剤に紫外線が照射されていないので、これら熱を付与しても接着剤には全く化学的な反応は起こらない。
【００５２】
該感光性樹脂組成物Ａにウシオ電機社製高圧水銀灯により３６５ｎｍの紫外光を１Ｊ／ｃｍ＾２照射し、硬化剤を活性化させた（図１８（ｂ））。尚、３６５ｎｍの紫外光はウシオ電機社製照度計にて３６５ｎｍのセンサーにより測定した値であり、該波長以外の光も照射されている。このままでは、反応は完結せず接着力も発現しない。続いて、天板部材２を位置合わせし（図１８（ｃ））、該ワークを１２０℃のホットプレス装置にて加熱、加圧し（図１８（ｄ））、反応を完結させて、ヒーター基板１と天板部材２を接合せしめチップユニットを得た。該チップユニットにオリフィスプレート４を接合し、図９のインクジェットヘッドを作成した。該ヘッドをｐＨ１２のインクに浸漬し、３ヶ月放置後に吐出特性評価および印字評価を行ったところ、良好な特性を示した。
【００５３】
（参考例１）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８、油化シェルエポキシ社製）１００重量部、紫外線硬化型カチオン重合開始剤（ＳＰ−１７０、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をシクロヘキサノンに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｂを得た。
【００５４】
該感光性樹脂組成物溶液Ｂをポリイミド樹脂フィルム（ユーピレックス、宇部興産製）上に塗工せしめ、膜厚３μｍのドライフィルムＢを作成した。
【００５５】
ヒーター基板１には気泡を発生させるために利用される発熱抵抗体５がＳｉ上に半導体プロセスにて複数配置されているとともに、液流路が形成されている。該液流路上に前記ドライフィルムＢを熱転写法にて、感光性樹脂組成物Ｂを選択的に転写した。
【００５６】
該感光性樹脂組成物Ｂに３６５ｎｍの紫外光を１Ｊ／ｃｍ＾２照射し、硬化剤を活性化させた。このままでは、反応は完結せず接着力も発現しない。続いて、天板部材２を位置合わせし、実施例３と同様に１２０℃にて加熱し反応を完結させて、ヒーター基板１と天板部材２を接合せしめチップユニットを得た。該チップユニットにオリフィスプレート４を接合し、図１０のインクジェットヘッドを作成した。ｐＨ１２のインクに浸漬し、３ヶ月放置後に吐出特性評価および印字評価を行ったところ、良好な特性を示した。
【００５７】
（比較例Ａ）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２７、油化シェルエポキシ社製）１００重量部、熱重合開始剤（ＣＰ−７７、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をシクロヘキサノンに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｃを得た。
【００５８】
該感光性樹脂組成物溶液Ｃをポリイミド樹脂フィルム（ユーピレックス、宇部興産製）上に塗工せしめ、膜厚３μｍの感光性樹脂組成物Ｃを形成した。
【００５９】
ヒーター基板１には気泡を発生させるために利用される発熱抵抗体５がＳｉ上に半導体プロセスにて複数配置されているとともに、液流路が形成されている。該液流路上に前記感光性樹脂組成物Ｃを転写せしめ、感光性樹脂組成物Ｃを選択的に転写した。
【００６０】
天板部材２を位置合わせし、１５０℃にて１時間加熱し反応を完結させた。
【００６１】
次いで、ヒーター基板１と天板部材２を接合せしめチップユニットを得た。該チップユニットにオリフィスプレート４を接合し、図９記載のインクジェットヘッドを作成した。液流路つまりによる不吐が発生し、良好な印字は得られなかった。
【００６２】
（参考例２）
ビスフェノール型Ａ型エポキシ樹脂（エピコート８２７、油化シェルエポキシ社製）９４部、ＳＰ−１７０（旭電化工業社）１部、Ａ−１８７（日本ユニカー社）５部を混合し、図１９に示す構造のインクタンク１６０に塗布した。本構成ではヒーターボード１６１をインクタンクに接着する個所、及びインク吐出口１６３が設けられたオリフィスプレート１６２をヒーターボードに接着する個所に接着剤を適用することが可能である。ヒーターボードをインクタンクに接着する構成は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−ｐａｃｋａｒｄＪｏｕｒｎａｌｆｅｂｒｕａｒｙ１９９４Ｐ４８に開示されている。
【００６３】
次いで、実施例３と同様にウシオ電機社製高圧水銀灯にて５０ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射せしめた。照射直後（５秒以内）に該接着剤上にヒーターボードをアライメントして圧着せしめ、ワークを７０℃に加熱して接着剤を硬化せしめた。該ワークを参考例１と同様のインクに６０℃にて３ヶ月浸漬したが、接着剤の剥離は起こらなかった。
【００６４】
本構成ではプラスチック製インクタンクに直接ヒーターボードを接着する為、紫外線カチオン重合型接着剤を適用すれば、安価な耐熱性の低いプラスチックをインクタンクに適用することが可能となり、また硬化時間も短縮することができる。また低温で硬化せしめた場合は、温度上昇による位置ズレを極めて低く抑えることができる。
【００６５】
（参考例３）
本参考例は基準プレートに高速且つ高精度にてヒーターボードをマウントする例を図２０（ａ）〜（ｅ）に記載する。
【００６６】
１５０は基準プレートを示す。接着剤塗布は熱転写方式を用いた為、基準プレート１５０には５０μｍの凸部１５１を形成した。またプレート中心にはインク供給のための貫通孔が形成されている。図２０（ｂ）は接着剤を転写する工程を示す。ドライフィルムはベースフィルム１５４に接着剤１５３が２０μｍの厚さにて塗布されている。基準プレートに接着剤を圧着し、加熱したローラー１５２を通過せしめることで接着剤を基準プレートに塗布した。図２０（ｃ）は接着剤を塗布したプレートの態様を示す。図２０（ｄ）は紫外線を照射し、接着剤中の光開始材を活性化せしめる工程を示す。本構成はパターン化された接着剤塗布が基準プレートの形状（凸部を設ける）にて実現されている為、マスク等を用いずに一括の全面照射で構わない。図２０（ｅ）は該接着剤層とヒーターボードを位置合わせして加圧、加熱することで接合した態様を示す。
【００６７】
インク供給の為の貫通穴を形成したアルミナ製基準プレートに、実施例１で作製したドライフィルムを用いて接着剤を転写、塗布した。尚、接着剤の塗布個所は予め５０μｍ凸形状としておき、選択的に接着剤が塗布できる構造としてある。次いで、紫外線の照射を行い、ヒーターボードを該基板上にマウントした。マウントヘッドはパルスヒート加熱できる構造となっており、位置決めを行った後に１００℃にて５秒間の加熱を行い強固にヒーターボードを接着した。
【００６８】
本サンプルを参考例１と同様にインク浸漬試験を行ったが、接着剤の剥離は起こらなかった。
【００６９】
（実施例４）
油化シェルエポキシ社製エポキシ樹脂エピコート１００３６０部、巴工業性フェノキシ樹脂を３４部、ＳＰ−１７０を１部、Ａ−１８７を５部を１００部のシクロヘキサノンに溶解し、ロールコーターにて厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上に１０μｍの厚さで塗布した。ポリイミドフィルムは宇部興産社製のユーピレックスを用いた。
【００７０】
該フィルムにエキシマレーザー照射装置にてインク流路及びインク吐出口を形成した。
【００７１】
形成したフィルムをヒーターボード上に位置決めし、次いで１２０℃にて加熱、加圧してフィルムとヒーターボードを接着した。本サンプルもインク浸漬の結果剥離は起こらず、またレーザー加工にて形成したインク流路等の微細構造も若干の変形だけで接着できた。
【００７２】
以下に、少なくとも紫外線硬化型カチオン性重合開始剤とエポキシ樹脂とを含有する常温にて固体状の接着剤を用いて接着する場合の実施例を示す。
【００７３】
（実施例５）
図２１は、融点の異なるエポキシ樹脂と、紫外線硬化型カチオン重合開始剤（ＳＰ−１７０、旭電化工業社製）、シランカップリング剤として日本ユニカー社Ａ−１８７を用いて３Ｊ／ｃｍ２の紫外線照射後に熱を付与せしめ、温度と硬化時間の関係を示す図である。
【００７４】
ＳＰ−１７０はエポキシ樹脂に対して１ｗｔ％、シランカップリング剤は５ｗｔ％添加した。尚、硬化の有無はメチルイソブチルケトンに浸漬してゲル化の有無で判断した。図１４にて、液状のエポキシ樹脂エピコート８２８を用いた場合、紫外線照射後室温にて３０分程度で硬化したが、融点が６５℃のエピコート１００１番を用いると３時間、融点が８５℃のＥＰＯＮ−ＳＵ−８（米国シェルケミカル社製）、融点が１２７℃のエピコート１００７番では殆ど反応しないことが判明した。
【００７５】
従って、融点５０℃以上のエポキシを用いることにより、室温での反応性が抑えられ、作業性が良いことが分かる。
【００７６】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００１、油化シェル社製）１００重量部、紫外線硬化型カチオン重合開始剤（ＳＰ−１７０、旭電化工業社製）１重量部をシクロヘキサノンに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ａを得た。
【００７７】
該感光性樹脂組成物溶液Ｄをポリイミド樹脂フィルム（ユーピレックス、宇部興産製）上に塗工せしめ、膜厚３μｍのドライフィルムＤを作成した。
【００７８】
ヒーター基板１には気泡を発生させるために利用される発熱抵抗体５がＳｉ上に半導体プロセスにて複数配置されているとともに、液流路が形成されている。該液流路上に前記ドライフィルムＤを熱転写法にて、感光性樹脂組成物Ｄを選択的に転写した。この時の転写温度は１２０℃であった。
【００７９】
該感光性樹脂組成物Ｄに３６５ｎｍの紫外光を１Ｊ／ｃｍ＾２照射し、硬化剤を活性化させた。このままでは、反応は完結せず接着力も発現しない。続いて、主材料としてＳｉにより構成される天板部材２を位置合わせし１００℃にて５分間加熱し反応を完結させて、ヒーター基板１と天板部材２を接合せしめチップユニットを得た。該チップユニットにオリフィスプレート４を接合し、図１７記載のインクジェットヘッドを作成した。ｐＨ１２のインクに浸漬し、３ヶ月放置後に吐出特性評価および印字評価を行ったところ、良好な特性を示した。
【００８０】
（実施例６）
融点が６５℃のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００１、油化シェル社製）１００重量部、紫外線硬化型カチオン重合開始剤（ＳＰ−１７０、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をシクロヘキサノンに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｅを得た。
【００８１】
該感光性樹脂組成物溶液Ｅをポリイミド樹脂フィルム（ユーピレックス、宇部興産製）上に塗工せしめ、膜厚３μｍのドライフィルムＥを作成した。
【００８２】
ヒーター基板１には気泡を発生させるために利用される発熱抵抗体５がＳｉ上に半導体プロセスにて複数配置されているとともに、液流路が形成されている。該液流路上に前記ドライフィルムＥを熱転写法にて、感光性樹脂組成物Ｂを選択的に転写した。
【００８３】
該感光性樹脂組成物Ｅに３６５ｎｍの紫外光を１Ｊ／ｃｍ＾２照射し、硬化剤を活性化させた。このままでは、反応は完結せず接着力も発現しない。続いて、天板部材２を位置合わせし、１００℃にて３０秒間加熱し反応を完結させて、ヒーター基板１と天板部材２を接合せしめチップユニットを得た。該チップユニットにオリフィスプレート４を接合し、図１７記載のインクジェットヘッドを作成した。ｐＨ１２のインクに浸漬し、３ヶ月放置後に吐出特性評価および印字評価を行ったところ、良好な特性を示した。
【００８４】
（比較例Ｂ）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００７、融点１２７℃、油化シェル社製）１００重量部、熱重合開始剤（ＣＰ−７７、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をシクロヘキサノンに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｆを得た。
【００８５】
該感光性樹脂組成物溶液Ｆをポリイミド樹脂フィルム（ユーピレックス、宇部興産製）上に塗工せしめ、膜厚３μｍの感光性樹脂組成物Ｆを形成した。
【００８６】
ヒーター基板１には気泡を発生させるために利用される発熱抵抗体５がＳｉ上に半導体プロセスにて複数配置されているとともに、液流路が形成されている。該液流路上に前記感光性樹脂組成物Ｆを転写温度１６０℃にて転写せしめ、感光性樹脂組成物Ｆを選択的に転写した。
【００８７】
該部材に紫外線を３Ｊ／ｃｍ２照射せしめ、天板部材２を位置合わせした後、１５０℃にて３０分間加熱したところ、接着剤が十分流動しないまま硬化し、良好な接着強度を得ることはできなかった。
【００８８】
以上のように、紫外線カチオン重合型エポキシ樹脂は、紫外線照射により紫外線硬化型カチオン性重合開始剤が活性化されてエポキシの開環重合を進行せしめるが、エポキシ樹脂として常温で固体状、好ましくは、融点が５０℃以上のエポキシ樹脂を使用すれば、活性化した紫外線硬化型カチオン性重合開始剤の拡散が抑えられ、熱を付与するまでの重合反応を抑えることができる。従って、２つの部材を圧着し、熱を付与せしめれば、該接着剤が流動して触媒が拡散する過程と、触媒がエポキシを開環重合せしめる過程が瞬時に起こり、高速に接着剤を硬化せしめることが可能である。
【００８９】
よって、高いパワーの光で短時間に露光することが可能である。接着に際しては、２部材の接合を行った後に接着剤の融点以上に加熱すれば、接着剤が溶融して硬化し、接着が完了する。しかしながら、融点が１２０℃以上のエポキシ樹脂を用いた場合、接合後に融点以上の熱を付与しても、該温度での硬化反応が極めて早く、流動しないため、十分な接着力を実現できない場合がある。
【００９０】
よって、常温にて固体状、好ましくは、エポキシ樹脂の融点を５０℃以上、１２０℃以下とすることにより、活性化した紫外線硬化型カチオン性重合開始剤の拡散が抑制され、常温では殆ど反応しない。よって、紫外線照射による温度上昇でも反応しないため、高いパワーの光で短時間に露光することが可能である。また、接合までの時間管理、温度管理も厳密にする必要はない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくともエポキシ樹脂と紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を含有する接着剤を適用することにより、保存安定性が極めて良好で、また耐インク特性、耐熱性が高いインクジェットヘッドを提供することができる。また本発明は、接合前に紫外線照射で紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を活性化させた後、接合工程にて熱の付与により反応が急激に進行する。よって、インクジェットヘッドの構造の高精細化に伴い、接着剤層の厚みが薄くなった場合であっても、十分な接着力を得ることができる。また、特に吐出口を形成している部材として高分子フィルムを使用している場合には、短時間での加熱で瞬時に接合されて動かない状態にしてから本硬化を行っているため、位置ズレが起こらず、インク吐出口と基板の電気熱変換素子が高精度に位置合わせすることができ、生産性に優れたインクジェットヘッドの製造方法を提供できる。また、接着剤は熱付与後に瞬時に硬化するため、インク流路に過剰にはみ出したりすることも無くなる。さらに本発明によれば、紫外線を照射は、エポキシ樹脂と紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を主成分とする接着剤の活性化のためであって、接合は熱の付与により反応が急激に進行することにより行われることから、３８０ｎｍ以下の波長に対して不透明な部材同士をも接合することができる。また、常温で液状の接着剤を用いた場合には、極めて弱い光にて接着剤の温度が高まらないように紫外線照射を行い、その後、短時間で接合することで、紫外線照射後に反応が進行して接着剤の粘度が変化すること、また、紫外線照射時に受ける熱にて硬化反応が進行することを防ぐことができる。
【００９２】
また、常温にて固体状、好ましくは、エポキシ樹脂の融点を５０℃以上、１２０℃以下とすることにより、活性化した紫外線硬化型カチオン性重合開始剤の拡散が抑制され、常温では殆ど反応しない。よって、紫外線照射時の温度上昇でも反応しないため、高いパワーの光で短時間に露光することが可能であるとともに、接合までの時間管理、温度管理も厳密にする必要がなくなる。
【００９３】
さらに、可撓性付与剤を含有して接着剤の溶融粘度を制御し、架橋密度を適正化した場合には、また、前記部材に微細な構造物が形成されていても、接着剤が流動することなく、高精度に接合することができる。その結果、ヒーター基板に形成された流路壁とが良好な密着性を得るとともに、液流路つまりのない、吐出性能の安定した信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。
【００９４】
また、本発明はインクジェットヘッドの特にインクと接する部分の接合に有効であり、サーマルインクジェットヘッドのみならず、ピエゾインクジェットにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能なインクジェットヘッドの概略図
【図２】本発明が適用可能なインクジェットヘッドの吐出エレメントを示す拡大斜視図
【図３】本発明が適用可能な保護層を形成する前段階のノズル構造体断面図
【図４】本発明が適用可能な接着剤層側に保護層を形成させたノズル構造体の断面図
【図５】本発明が適用可能な吐出口及びインク流路等レーザ加工を施されたノズル構造体の断面図
【図６】本発明が適用可能な保護層除去後のノズル構造体の断面図
【図７】本発明が適用可能なノズル構造体と基板とを接合して形成した吐出エレメントの断面図
【図８】本発明が適用可能なインクジェットヘッドの吐出エレメントを示す拡大斜視図
【図９】本発明が適用可能なノズル構造体の断面図
【図１０】参考例が適用可能な上方変位規制部材と稼動部材を有するノズル構造体の断面図
【図１１】従来の接着工程の基本的フローを示す工程図
【図１２】本発明の保護層を形成する前段階のノズル構造体断面図
【図１３】本発明の接着剤層側に保護層を形成されたノズル構造体の断面図
【図１４】本発明の吐出口及びインク流路などレーザー加工を施されたノズル構造体の断面図
【図１５】本発明の保護層除去後のノズル構造体の断面図
【図１６】本発明のノズル構造体と基板とを接合して形成した吐出エレメントの断面図
【図１７】本発明のインクジェットヘッドの吐出エレメントを示す拡大斜視図
【図１８】本発明による接着工程の基本的フローを示す工程図
【図１９】参考例により接着されて形成されるインクタンクの断面図
【図２０】参考例により基準プレートに高速且つ高精度にてヒーターボードをマウントするフローを示す工程図
【図２１】融点の異なるエポキシ樹脂の反応温度と硬化時間の関係を表す図
【符号の説明】
４フレキシブル配線基板
５外部接続端子
６配線基板
７構造部材
１０基板
２０ノズル構造体
２１吐出口
２２高分子フィルム材料
２３従来の接着剤層
２３ａ接着剤層
２４保護層
２６インク流路
４０デブリー（破片）
１０２天板部材
１０１ヒーター基板
１０５発熱抵抗体
１２０可動部材
１２２上方変位規制部材

Claims

少なくともインクを吐出する吐出口を有する部材と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板とを固体状接着剤により接合するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記固体状接着剤が、少なくとも紫外線硬化型カチオン性重合開始剤と融点が５０℃以上１２０℃以下であるエポキシ樹脂とを含有し、
前記部材、または前記基板に前記固体状接着剤を塗布する工程と、
前記固体状接着剤に紫外線を照射して前記紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を活性化する工程を行った後に、加熱工程を経ずに前記部材と前記基板とを位置合わせする工程と、
前記部材と前記基板とが位置合わせされた状態で前記活性化された固体状接着剤を加熱することにより、前記固体状接着剤を溶融させつつ、硬化する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
少なくともインクを吐出する吐出口を有する部材と、インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する基板とを接着剤により接合するインクジェットヘッドの製造方法において、
少なくとも紫外線硬化型カチオン性重合開始剤と融点が５０℃以上１２０℃以下であるエポキシ樹脂とを含有した前記接着剤のドライフィルムを作成する工程と、
前記部材、または前記基板に前記接着剤を転写する工程と、
前記接着剤に紫外線を照射して前記紫外線硬化型カチオン性重合開始剤を活性化する工程を行った後に、加熱工程を経ずに前記部材と前記基板とを位置合わせする工程と、
前記部材と前記基板とが位置合わせされた状態で加熱して前記活性化された接着剤を硬化する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。