JP4701031B2

JP4701031B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法

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Publication number: JP4701031B2
Application number: JP2005213361A
Authority: JP
Inventors: 貴智榎本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: JP2007030229A; US7641311B2; US20070019044A1

Description

本発明は、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

一般に、インクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子などの吐出エネルギ発生手段、インク吐出口、およびインク導入口が形成された記録素子基板と、インク供給口が形成された支持基板と、を備えている。

それらの記録素子基板と支持基板は、それぞれのインク供給口とインク連通口とが連通するように、位置決めされて紫外線と熱の併用硬化型接着剤（以下、単に接着剤とも称す）によって、接着固定される。その際用いられる接着剤には、支持基板と記録素子基板との密着性を高める目的で、シラン剤などのカップリング剤を添加したものを使用している。

仮に、接着剤へカップリング剤を添加しなかった場合には、接着剤の硬化中に、支持基板と記録素子基板との間に高い密着度が得られない。そのため、接着剤が硬化した後、時間の経過と共に、接着剤の一部が剥離して、記録素子基板外周へインクが漏出する等の問題が発生する恐れがある。

また仮に、接着剤として紫外線と熱の併用硬化型接着剤を使用せずに、熱だけで硬化する熱硬化型接着剤を使用した場合には、その接着剤が記録素子基板の位置を固定できる接着力を発揮するまでの間、記録素子基板を位置精度良く保持しなければならない。そのため、生産工程における作業性が悪くなり、量産性の悪化を招く恐れがある。
このような理由から、接着剤として紫外線と熱の併用硬化型接着剤を用いることが有効である。すなわち、まずはその接着剤を紫外線により短時間で硬化させて、記録素子基板の位置を位置精度良く仮固定する。その後、紫外線のとどかない、接着剤の部分を熱によって本硬化させる事ができる。

このような紫外線と熱の併用硬化型接着剤は、その一部分が紫外線によって短時間で硬化が進むことから、その部分に関しては、接着剤に添加されたカップリング剤の機能が損なわれる恐れがある。つまり、紫外線によって短時間で硬化した部分に関しては、カップリング剤に期待する密着性の向上が得られなくなる。従って、紫外線を照射して硬化させる接着剤の部分は、支持基板上に記録素子基板を仮固定できることを前提として、極力小さく抑えることが望ましい。

しかしながら、支持基板の表面に当たった紫外線の乱反射により、紫外線を直接露光していない接着剤の部分にまで、紫外線が到達し、紫外線による接着剤の硬化が進行する場合がある。この場合には、本来加熱による硬化を期待した接着剤の部分までもが短時間で硬化して、カップリング剤の反応性が鈍化してしまうおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされてもので、記録素子基板と支持基板との密着性を向上させて、信頼性の高いインクジェット記録ヘッド、およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、カップリング剤を添加した紫外線と熱の併用硬化型接着剤を用いて、インクの吐出手段を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、が接着固定された記録ヘッドの製造方法において、カーボンを含む樹脂材料を成形した、紫外線の反射を防止するための暗色系の樹脂からなる前記支持部材を用意する工程と、前記記録素子基板と前記支持部材の接着面に前記接着剤を付与する工程と、前記記録素子基板と前記支持部材の接着面からはみ出た前記接着剤に紫外線を照射して前記接着剤を硬化させる工程と、前記接着剤に熱を加えて前記接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。

ここでカップリング剤とは、無機成分（炭素を含まない材料）と結合しやすい「加水分解基」と、有機成分（炭素を含む材料）と結合しやすい「有機官能基」とが分子レベルで結合したものを意味する。このカップリング剤を接着剤に添加することで、接着対象物と接着剤との濡れ性を向上させることができ、結果的に硬化時の対象物どうしの密着度を高めることができる。

本発明によると、記録素子基板を接着する支持基板の接着面に紫外線反射防止面を形成することで、紫外線の乱反射によって、紫外線と熱の併用硬化型接着剤が必要以上に硬化することを防止して、接着剤中のカップリング剤の機能を充分に発揮させて、記録素子基板と支持基板の密着性を向上させることができる。

その結果、密着不良によるインクの漏出や、不吐出の発生を防止することができ、さらに記録素子基板の支持基板への固定位置精度を向上させて、インクの着弾位置精度をが向上させることができ、印字品位の高いインクジェット記録ヘッドを提供する。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明のインクジェット記録ヘッドの実施形態を説明する。

まず、図１０から図１１に基づき、本発明のインクジェット記録ヘッドの特徴部分の説明に先立って、その基本的な構成例について説明する。

図１０は、記録ヘッドカートリッジＨ１０００を示した斜視図である。この記録ヘッドカートリッジＨ１０００は、インクを貯留するインクタンクＨ１９００と、このインクタンクＨ１９００から供給されるインクを、記録情報に応じてノズルから吐出させる記録ヘッドＨ１００１と、を有する。記録ヘッドＨ１００１は、後述するキャリッジ（不図示）に対して着脱可能に搭載される、所謂カートリッジ方式を採るものとなっている。

図１１は、記録ヘッドカートリッジＨ１０００を分解して、その構成を示した分解斜視図である。ここに示す記録ヘッドカートリッジＨ１０００では、写真調の高画質なカラー記録を可能とするため、インクタンクとして、例えば、ブラック、ライトシアン、ライトマゼンタ、シアン、マゼンタおよびイエローの各色のインクを独立して収納する計６つのインクタンクＨ１９００が用意されており、それぞれが記録ヘッドＨ１００１に対して着脱自在となっている。

図１２は、記録ヘッドＨ１００１を分解してその構成を示した分解斜視図である。記録ヘッドＨ１００１は、図のように記録素子ユニットＨ１００２、タンクホルダＨ１５００、流路形成部材Ｈ１６００、フィルターＨ１７００、およびシールゴムＨ１８００から構成されている。そして、記録素子ユニットＨ１００２は図に示すように、２種類のインクジェット記録用の記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１と、支持部材である第１プレートＨ１２００と、可撓性の配線基板である電気配線テープＨ１３００と、電気コンタクト基板Ｈ２２００と、記録素子基板の収容部をなす第２の支持部材である第２のプレートＨ１４００とから構成されている。

２種類の記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１は、第１のプレートＨ１２００に接着され固定され、さらに、第１のプレートＨ１２００には、開口部Ｈ１４００Ａ、Ｈ１４００Ｂを有する第２のプレートＨ１４００が接着され固定されている。この第２のプレートＨ１４００には電気配線テープＨ１３００が接着され固定されており、それは、それぞれの記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１に対して所定の位置関係に設定されている。

この電気配線テープＨ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１に対応する電気配線を持ち、また電気コンタクト基板Ｈ２２００に接続されている。この電気コンタクト基板Ｈ２２００は、インクジェット記録装置本体からの電気信号を受け取る外部信号入力端子Ｈ１３０１を有しており、タンクホルダＨ１５００の端子位置決め穴Ｈ１５０１により位置決めされ、固定されている。

なお、図示の２種類の記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１は、例えば、ブラックインク用のものと、イエロー、マゼンタ、シアン、ライトシアン、およびライトマゼンタのインク用のものである。前者は、ブラックインクのインク供給口の両側に吐出エネルギ発生手段としての電気熱変換素子が配列されたもの、後者は、イエロー、マゼンタ、シアン、ライトシアン、およびライトマゼンタインク用の各インク供給口の両側に、それぞれ吐出エネルギ発生手段としての電気熱変換素子が配列されたものとなっている。

図１３および図１４は、それぞれ本実施形態の２種類の記録素子基板の一部を切断し、模式的に示す斜視図である。これらの記録素子基板は、図に示すように、例えば厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０を含み、その片面には、インクを吐出するための複数の電気熱変換素子（ヒータ）Ｈ１１０３部が形成されている。さらに、各電気熱変換素子Ｈ１１０３部に対向するように、吐出口Ｈ１１０７が配置される。この吐出口Ｈ１１０７は、吐出口形成部材に設けたインク流路Ｈ１１０６を介して、基板Ｈ１１００上に開口するインク供給口Ｈ１１０２に連通している。インク供給口Ｈ１１０２は、吐出口ないし電気熱変換素子Ｈ１１０３の配列に対応した範囲にわたる長溝状であり、基板Ｈ１１００を貫通してその裏面側にも開口している。その裏面側の開口は、第１のプレートＨ１２００に形成されたインク連通口Ｈ１２０１に対応して、インク供給を受けるようになっている。電気熱変換素子Ｈ１１０３は、インク供給口Ｈ１１０２を挟んで、両側にそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されている。従って、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して吐出口Ｈ１１０７が設けられているため、インク供給口Ｈ１１０２から供給されたインクは、電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱作用によって発泡し、その発泡エネルギにより吐出口から吐出される。

以下、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの特徴的な構成について説明する。
図1、図２および図３は、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの特徴的な構成を示した模式的斜視図である。前述した通り、第1の記録素子基板Ｈ１１００と、第２の記録素子基板Ｈ１１０１は、支持基板を構成する第1のプレートＨ１２００に接着されて、前者の記録素子基板に設けられたインクの供給口Ｈ１１０２と、後者の第１のプレートに設けられたインク連通口Ｈ１２０１と、が連通される。それらの接着としては、前述したようなシラン剤などのカップリング剤を添加した紫外線と熱の併用硬化型接着剤を用いる。

本実施形態では図1の様に、第1のプレートＨ１２００の表面の領域Ｈ１２５０に、暗色系の色剤の塗装によって、紫外線の乱反射防止処理が施されている。その色剤の塗装を行う領域（紫外線反射防止処理領域Ｈ１２５０）は、第１、第２の記録素子基板と第１のプレートとの接着面において、密着性が特に要求される範囲である。本例における領域Ｈ１２５０は、第1、第２の記録素子基板におけるインク供給口Ｈ１１０２の外周０．３mm以内の範囲Ｈ１１０３に対応する領域である。

乱反射防止のための塗装が領域Ｈ１２５０に施された第1のプレートＨ１２００は、１００℃〜１２０℃のキュア炉内にて０．５〜２時間の加熱、乾燥を行い、色剤を定着させる。また着色された領域Ｈ１２５０は、研磨により平面に仕上げる事で、各記録素子基板と第1のプレートとをより精度良く接着する事が可能となる。

図４、図５、図６および図７(ａ),(ｂ), (ｃ)は、シラン剤などのカップリング剤を添加した紫外線と熱の併用硬化型接着剤Ｈ１１５０を用いて、第１のプレートＨ１２００と各記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１とを接着する場合の説明図である。まず、第１のプレートと各記録素子基板との接着面の間に接着剤Ｈ１１５０を介在させてから、その接着剤Ｈ１１５０の一部分に紫外線を照射し、その部分を短時間で硬化させることによって、第１のプレートに対して各記録素子基板を素早く仮固定する。本例の場合は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、各記録素子基板の上方からそれらを覆う部材Ｈ１１１１を通して、インク供給口Ｈ１１０２の内側および各記録素子基板の外周に紫外線を照射する。このような紫外線露光により記録素子基板における接着面の外側にはみ出した接着剤Ｈ１１５０の部分Ｈ１１５０Ａに紫外線が当たり、その部分Ｈ１１５０Ａが短時間で硬化する。このように接着剤の部分Ｈ１１５０Ａが短時間で硬化することにより、各記録素子基板が第１のプレート上に素早く仮固定される。また、インク供給口Ｈ１１０２のエッジ部Ｈ１１１２における接着剤の部分Ｈ１１５０Ａが短時間で硬化することにより、供給口Ｈ１１０２内への接着剤の侵入を防止することもできる。その後、接着剤の他の部分を熱によって硬化させることにより、各記録素子基板を第１のプレート上に本固定することができる。

ところで、紫外線によって接着剤の部分Ｈ１１５０Ａを硬化させる際、その紫外線は、第１のプレートの表面の領域Ｈ１２５０によって乱反射が防止され、各記録素子基板と第１のプレートとの接着面の内方にまでは入り込まない。従って、接着剤Ｈ１１５０は、紫外線によって必要以上に硬化させることが無く、部分Ｈ１１５０を除く他の部分は、後の熱による硬化の過程において、前述したカップリング剤の機能を充分に発揮して、各記録素子基板と第１のプレートとを高い密着性を持って本固定する。紫外線の乱反射を防止する領域Ｈ１２５０は、紫外線が直接露光されない範囲にまで大きく設定することが有効である。

仮に紫外線が乱反射して、接着剤の部分に必要以上に入り込むことによって、その接着剤の部分が僅かでも硬化した場合には、後の熱による硬化の過程においてカップリング剤の機能が充分に発揮されない。つまり、カップリング剤の反応性が鈍化して、接着面の密着性が充分に得られなくなる恐れがある。

以上の様にして、乱反射防止処理が施された第1のプレートＨ１２００（支持基板）を用いて、上述のプロセスによってインクジェット記録ヘッドを製造する事により、紫外線による第１記録素子基板Ｈ１１００および第２記録素子基板Ｈ１１０１の仮固定時に、第1のプレートＨ１２００の表面における紫外線の乱反射を防止する。そのため、紫外線によって接着剤が必要以上に硬化されず、その後の熱による長時間をかけての硬化により、カップリング剤の機能を損なうことなく、高い密着力を得ることができる。その結果、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

（第２の実施形態）
図８、図９は、本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す模式図である。本実施形態は、乱反射防止処理の方法が第１の実施形態と異なっている。

本実施形態においては、紫外線の乱反射防止効果を得るために、黒色のセラミックSi3N4（窒化珪素）を第１のプレートＨ１２００の成形材料として用いている。第１のプレートＨ１２００の材質としては、他に、SiC（炭化珪素）系、ZrO2（ジルコニア）系、AlN（窒化アルミ）系の暗色系セラミック、またはC（カーボン）が添加された暗色系の樹脂などであっても良い。要は紫外線の乱反射を防止できる材料であればよい。

本実施例においても、前述した第１の実施形態と同様の硬化を得ることができる。さらに、本実施形態においては、第１のプレートに乱反射防止処理を施す面倒も無い。

（第３の実施形態）
第１のプレートＨ１２００は、Al2O3系（アルミナ）、ZrO2（ジルコニア）系、またはAlN（窒化アルミ）系の白色のセラミックなどの材料によって形成してその表面に、物理蒸着（PVD）によりTiN、TiCN、TiAlN等を蒸着させて、暗色系の紫外線乱反射防止面を形成してもよい。なお、蒸着の手段は化学蒸着（CVD）であってもよく、例えば、TiC、TiN、TiCN等を化学蒸着させる事によって、暗色系の表面を形成する事が可能で、同様の紫外線の乱反射防止効果を得る事ができる。

なお、紫外線の反射防止面は、第1のプレートＨ１２００の表面を粗面処理した面でもよい。この場合、接着界面が粗面になることで、紫外線の乱反射を防止することができる。また、接着強度の観点からみると祖面処理することで、接着界面でのアンカー効果を期待することができ、乱反射防止による接着強度向上の他に、副次的に接着強度の向上を図ることもできる。

また、接着剤自体の成分を調整し、透明度を低くすることや、着色剤を添加することで、紫外線の乱反射を防止することも可能である。

図１５は本発明と比較例としてのインクジェット記録ヘッドの性能の比較結果の一覧である。前者の記録ヘッドは、第１のプレートＨ１２００第1のプレートＨ１２００の表面を暗色系にすることで紫外線の反射防止面を形成した後者の記録ヘッドは、第１のプレートＨ１２００の表面が白色系とされていて、紫外線の乱反射防止面は形成されていない。それぞれの記録ヘッドの製造段階において、紫外線の照射量を変えて露光した。図１５からも分かるように、紫外線露光量の少ない 0 J/cm2と, 2 J/cm2の場合には、いずれの記録ヘッドも、全ての吐出口からインクを吐出させたときに吐出口の詰まりが発生した。また、本発明の記録ヘッドは、5.5J/cm2の露光量以上のときは印字品位、吐出状態ともに良好な結果が得られた。これに対し、比較例の記録ヘッドは、12 J/cm2以上の紫外線を露光すると、印字品位において混色が発生した。これは、第1のプレートＨ１２００と各記録素子基板との十分な密着状態が得られていないためと考えられる。

本発明の記録ヘッドは、7.5 J/cm2よりもはるかに大きな100 J/cm2までの紫外線を、露光する事ができた。したがって、接着剤をより短時間で硬化させて、記録素子基板の支持基板への固定位置精度をより向上させることができる。この結果、インクの着弾位置精度が向上して、印字品位の高い画像を記録可能なインクジェット記録ヘッドを得る事ができた。

また、記録素子基板裏面のインク供給口Ｈ１１０２のエッジ部Ｈ１１１２にある接着剤については、図７(ｃ)の様に、記録素子および液室を覆う部材Ｈ１１１１の上方から入射する紫外線によって、従来通り硬化し、吐出口への未硬化の接着剤の侵入防止機能を維持することができた。

なお、紫外線の照射方法および照射方向は任意であり、マスクを用いて硬化させたい部分のみに照射させてもよい。

本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの要部の分解斜視図である。図１の記録素子基板を裏面側から見た斜視図である。インクジェット記録ヘッドの要部の分解斜視図である。図３における第１のプレートの側面図である。図４における第１のプレートの側面図である。図５のV1円部の拡大図である。（ａ）は図６のVIIＡ円部の拡大図、（ｂ）は図６のVIIＢ円部の拡大図、（ｃ）は紫外線入射状態の詳細図である。本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの要部の分解斜視図である。本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの要部の分解斜視図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な構成例を示した斜視図である。図１０のインクジェット記録ヘッドとインクタンクの分解斜視図である。図１０のインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。図１２における第１の記録素子基板の一部を切断して示す斜視図である。図１２における第２の記録素子基板の一部を切断して示す斜視図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの性能の評価結果の説明図である。

符号の説明

Ｈ１２００第1のプレート（支持基板）
Ｈ１００１記録ヘッド
Ｈ１１００第１の記録素子基板
Ｈ１１０１第２の記録素子基板
Ｈ１１５０紫外線、熱併用硬化型接着剤
Ｈ１３００電気配線テープ
Ｈ１２５０紫外線反射防止処理領域

Claims

カップリング剤を添加した紫外線と熱の併用硬化型接着剤を用いて、インクの吐出手段を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、が接着固定された記録ヘッドの製造方法において、
カーボンを含む樹脂材料を成形した、紫外線の反射を防止するための暗色系の樹脂からなる前記支持部材を用意する工程と、
前記記録素子基板と前記支持部材の接着面に前記接着剤を付与する工程と、
前記記録素子基板と前記支持部材の接着面からはみ出た前記接着剤に紫外線を照射して前記接着剤を硬化させる工程と、
前記接着剤に熱を加えて前記接着剤を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記支持部材の接着面は、粗面処理により形成された事を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。