JP4987291B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
インクのチャネルを有するチャネル基板と、前記チャネル基板に対し接着される被接着部材と、前記被接着部材に対し更に接着される第2の被接着部材と、を備えるインクジェットヘッドであって、
ビスフェノールFエポキシ樹脂である第1のエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂とが混合された第2のエポキシ樹脂又はビスフェノールAエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂とが混合された第3のエポキシ樹脂のいずれかを含有する主剤と、C36の不飽和脂肪酸ダイマーとポリアミンとの縮合体からなるポリアミドと脂環式ポリアミンとを含有しかつ前記ポリアミド100重量部に対し前記脂環式ポリアミン5〜200重量部が含有された硬化剤とが、前記主剤100重量部に対し前記硬化剤10〜200重量部の割合で混合された接着剤で、前記チャネル基板と前記被接着部材とが、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材とが、接着されていることを特徴としている。
インクのチャネルを有するチャネル基板と、前記チャネル基板に対し接着される被接着部材と、前記被接着部材に対し更に接着される第2 の被接着部材と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
ビスフェノールFエポキシ樹脂である第1のエポキシ樹脂、ビスフェノールF エポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂とが混合された第2のエポキシ樹脂又はビスフェノールAエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂とが混合された第3のエポキシ樹脂のいずれかを含有する主剤と、C36の不飽和脂肪酸ダイマーとポリアミンとの縮合体からなるポリアミドと脂環式ポリアミンとを含有しかつ前記ポリアミド100重量部に対し前記脂環式ポリアミン5〜200重量部が含有された硬化剤とが、前記主剤100重量部に対し前記硬化剤10〜200重量部の割合で混合された接着剤を、前記チャネル基板と前記被接着部材との間に、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材との間に塗布し、
前記接着剤に60℃以下の熱を加えて前記接着剤を硬化させ、
前記チャネル基板と前記被接着部材とを、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材とを接着させることを特徴としている。
前記接着剤に40℃以下の熱を加えて前記接着剤を硬化させるのが好ましい。
図1に示す通り、インクジェットヘッド100はインクの流路(チャネル3)が形成されたチャネル基板1を有している。チャネル基板1の前側の上部には接着部aを介してカバープレート2が接着されている。カバープレート2はガラス,セラミックス,金属,樹脂等の材料から構成されている。
図2に示す通り、チャネル基板1は2枚の基板1a,1bが接着部jを介して互いに接着された構成を有している。各基板1a,1bはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材料から構成されており、厚さ方向において互いに逆方向に分極されている。チャネル基板1には互いに等間隔をあけた状態で複数のチャネル3,3,…が形成されており、各チャネル3間に隔壁6が形成されている。すなわち、チャネル基板1にはチャネル3と隔壁6とが交互に形成されている。
図3に示す通り、各チャネル3の内壁にはアルミニウム等の金属製の電極膜7がU字状に製膜されており、各電極膜7の内壁と接着部aの下部の一部とには保護膜8が矩形状に製膜されている。各保護膜8は電極膜7を保護するものであり、絶縁性のポリ−p−キシリレンから構成されている。
主剤は「(1.1)第1のエポキシ樹脂」、「(1.2)第2のエポキシ樹脂」又は「(1.3)第3のエポキシ樹脂」のいずれか一を含有するものである。主剤は第1〜第3のエポキシ樹脂のうち、いずれか一のエポキシ樹脂を単独で含有してもよいし、2以上のエポキシ樹脂を含有してもよい。
第1のエポキシ樹脂は「ビスフェノールFエポキシ樹脂」である。ビスフェノールFエポキシ樹脂の具体例としては、エピコート806,807(ジャパンエポキシレジン製),RE303S−L(日本化薬社製)等が挙げられる。
第2のエポキシ樹脂は「(1.2.1)ビスフェノールFエポキシ樹脂」と「(1.2.2)3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂」とが混合されたものである。
ビスフェノールFエポキシ樹脂は上記(1.1)の第1のエポキシ樹脂を構成するものと同様のものである。
3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂としては、トリグリシジル−p−アミノフェノール(TGAP),テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDADPM),トリグリシジルイソシアヌレート,トリグリシジルウラゾール,トリグリシジルアミノクレゾール,テトラグリシジル−1,3−ジアミノメチルシクロヘキサン,グリセロールトリグリシジルエーテル等が適用可能である。
フェノールノボラック型エポキシ樹脂の具体例としては、EPPN201,202(日本化薬製),エピコート154(ジャパンエポキシレジン製),DEN−438(ダウケミカル製)等が挙げられる。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の具体例としては、EOCN102,103S,104S,1020,1025,1027(日本化薬製),エピコート180S(ジャパンエポキシレジン製)等が挙げられる。
第3のエポキシ樹脂は「(1.3.1)ビスフェノールAエポキシ樹脂」と「(1.3.2)3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂」とが混合されたものである。
ビスフェノールAエポキシ樹脂の具体例としては、エピコート828(ジャパンエポキシレジン製)等が挙げられる。
3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂は上記(1.2.2)のエポキシ樹脂を構成するものと同様のものである。
硬化剤は「(2.1)ポリアミド」と「(2.2)脂環式ポリアミン」とを含有するものであり、100重量部のポリアミドに対し5〜200重量部の脂環式ポリアミンを(好ましくは100重量部のポリアミドに対し10〜150重量部の脂環式ポリアミンを、更に好ましくは100重量部のポリアミドに対し20〜100重量部の脂環式ポリアミンを)含有するものである。
ポリアミドとしては、C36の不飽和脂肪酸ダイマーとポリアミンとの縮合体が適用可能である。ポリアミドの具体例としては、リノール酸の二量体であるダイマー酸とエチレンジアミンとの縮合物等が挙げられる。
脂環式ポリアミンの具体例としては、メンセンジアミン,イソホロンジアミン,N−アミノエチルピペラジン,ジアミノジシクロヘキシルメタン,ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン,1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン,2,4−ジ(4−アミノシクロヘキシルメチル)アニリン等が挙げられる。
P≒EΔα(t2−t1) … (A)
式(A)中、E:接着剤の弾性率,Δα:接着剤と被接着部材との間の線膨張係数の差,t2:硬化温度(接着剤に加える熱の温度),t1:室温
(1.1)試料1〜7の作製
主剤と硬化剤とを混合し、その混合物を1粒当たり0.1〜0.2gの粒状物としてテフロン(登録商標)シート上に滴下した。その後、滴下した各粒状物を25℃で10時間放置して硬化させ、接着剤の錠剤を作製し、これらを「試料1〜7」とした。各試料1〜7の組成(主剤と硬化剤の種類)は下記表1に示す通りである。
試料1〜7の作製後、各試料1〜7の質量を測定し、各試料1〜7を溶剤(ブトキシエチルアセテート,キシレン)中に浸漬させて60℃で7日間放置した。7日間経過後、各試料1〜7を溶剤から取り出して洗瓶のイソプロピルアルコールで洗浄した。洗浄後、各試料1〜7の表面に付着したイソプロピルアルコールを除去し、各試料1〜7の質量を再度測定した。
質量増加率=(((溶剤浸漬後の質量)−(溶剤浸漬前の質量))/(溶剤浸漬前の質量))×100
表1に示す通り、試料1〜4はそれ以外の試料5〜7に比較して重量変化率が極めて低く、試料1〜4が溶剤に溶解されにくいことがわかる。以上から、試料1〜4のような特定組成の接着剤は、60℃以下の低温で硬化して溶剤に対しても耐性を有することがわかる。
「第1のPZT基板(厚さ150μm,キューリー温度210℃,線膨張係数4ppm/K)」と「第2のPZT基板(厚さ700μm,キューリー温度210℃,線膨張係数4ppm/K)」との2枚のPZT基板を準備して、これら第1,第2の各PZT基板を分極方向が反対向きになるように接着剤で接着した。第1のPZT基板と第2のPZT基板との接着に際しては、接着剤としてエポテック353ND((株)理経製)を使用し、当該接着剤に80〜100℃の熱を加えて当該接着剤を硬化させた。
(2.2.1)吐出試験
インクの代替物としてブトキシエチルアセテート(SP値=8.9、双極子能率=3.10)90重量部と2−ピロリジノン(SP値=14.7、双極子能率=3.83)10重量部との混合物を適用し、各ヘッド1〜7の内部に当該混合物を満たした状態で各ヘッド1〜7を60℃で1〜5週間放置し、その後所定期間経過するごとに各ヘッド1〜7から当該混合物を吐出させ、各ヘッド1〜7の吐出性能(いつインクの漏れが発生したか)を評価した。評価結果(上記放置期間のうちインクの漏れが発生しなかった最長の放置日数)を下記表2に示す。
1回目のヒートサイクル試験として、25℃→(60℃,1時間)→(25℃,30分)→(0℃,1時間)→(25℃,30分)を1サイクルとした3サイクル分のヒートサイクル環境に各ヘッド1〜7を供し、各ヘッド1〜7のチャネルを減圧して当該チャネルに空気漏れがあるか否かを確認した。
◎…1,2回目の両ヒートサイクル試験で空気漏れが無かった
○…1回目のヒートサイクル試験では空気漏れは無かったが2回目のヒートサイクル試験で空気漏れが発生した
△…1回目のヒートサイクル試験で若干の空気漏れが発生した
×…1回目のヒートサイクル試験で空気漏れが発生した
上記ヒートサイクル試験後において、カバープレートとマニホールドとの間の接着剤にひび割れがあるか否かを各ヘッド1〜7ごとに目視により観察した。観察結果を下記表2に示す。表2「ひび割れ」の項目中、○,△,×の各基準は下記の通りである。
○…ひび割れは無かった
△…1〜2箇所のひび割れが認められた
×…3箇所以上のひび割れが認められた
表2に示す通り、ヘッド1〜4はそれ以外のヘッド5〜7に比較して結果が良好であり、特に、吐出試験及びヒートサイクル試験からはマニホールド等の部材においてひび割れ、歪み、剥離等がないことがわかり、ひび割れの観察からは接着剤が可撓性を有しているのがわかる。以上から、ヘッド1〜4のような特定組成の接着剤は、60℃以下の熱で硬化して可撓性を有することがわかる。更に、このような接着剤が部材のひび割れ、歪み、剥離等を防止するのに有効に機能することもわかる。
(3.1)試料1〜9の作製
実施例1の項目(1.1)と同様にして「試料1〜9」を作製した。各試料1〜9の組成(主剤と硬化剤の種類)は下記表3に示す通りである。
実施例1の項目(1.2)と同様にして各試料1〜9の質量増加率を算出した。算出結果は下記表3に示す通りである。
表3に示す通り、試料1〜5,9はそれ以外の試料6〜8に比較して重量変化率が極めて低く、試料1〜5,9が溶剤に溶解されにくいことがわかる。以上から、試料1〜5,9のような特定組成の接着剤は、60℃以下の低温で硬化して溶剤に対しても耐性を有することがわかる。
実施例2の項目(2.1)と同様にしてインクジェットヘッドを製造した。本実施例4では、マニホールドの接着(マニホールドとカバープレートとの接着及びマニホールドと第1のPZT基板との接着)において、下記表4に示す8種類の接着剤を適用し、それら各接着剤に30℃の熱を6時間加えて当該各接着剤を硬化させた。そして、それら接着剤の種類に応じた合計8種類のインクジェットヘッドを製造し、これらインクジェットヘッドを「ヘッド1〜9」とした。
(4.2.1)吐出試験
実施例2の項目(2.2.1)と同様にして各ヘッド1〜9の吐出性能(いつインクの漏れが発生したか)を評価した。評価結果(上記放置期間のうちインクの漏れが発生しなかった最長の放置日数)を下記表4に示す。
実施例2の項目(2.2.2)と同様にして各ヘッド1〜9に対しヒートサイクル試験をおこなった。試験結果を下記表4に示す。表4「ヒートサイクル試験」の項目中、◎,○,△,×の各基準は実施例2の表2と同様である。
上記ヒートサイクル試験後において、カバープレートとマニホールドとの間の接着剤にひび割れがあるか否かを各ヘッド1〜9ごとに目視により観察した。観察結果を下記表4に示す。表4「ひび割れ」の項目中、○,△,×の各基準は実施例2の表2と同様である。
表4に示す通り、ヘッド1〜5,9はそれ以外のヘッド6〜8に比較して結果が良好であり、特に、吐出試験及びヒートサイクル試験からはマニホールド等の部材においてひび割れ、歪み、剥離等がないことがわかり、ひび割れの観察からは接着剤が可撓性を有しているのがわかる。以上から、ヘッド1〜5,9のような特定組成の接着剤は、60℃以下の熱で硬化して可撓性を有することがわかる。更に、このような接着剤が部材のひび割れ、歪み、剥離等を防止するのに有効に機能することもわかる。
101 ヘッドチップ
a〜j 接着部
1 チャネル基板
2 カバープレート(被接着部材)
3 チャネル
4 吐出口
5 ノズルプレート(被接着部材)
6 隔壁
7 電極膜
8 保護膜
10 インクチューブ(第2の被接着部材)
11 マニホールド(被接着部材,第2の被接着部材)
12 フィルタ(第2の被接着部材)
20 FPC(被接着部材)
21 駆動IC(第2の被接着部材)
30 筐体
Claims (9)
- インクのチャネルを有するチャネル基板と、前記チャネル基板に対し接着される被接着部材と、前記被接着部材に対し更に接着される第2の被接着部材と、を備えるインクジェットヘッドであって、
ビスフェノールFエポキシ樹脂である第1のエポキシ樹脂、ビスフェノールFエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂とが混合された第2のエポキシ樹脂又はビスフェノールAエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有するエポキシ樹脂とが混合された第3のエポキシ樹脂のいずれかを含有する主剤と、C36の不飽和脂肪酸ダイマーとポリアミンとの縮合体からなるポリアミドと脂環式ポリアミンとを含有しかつ前記ポリアミド100重量部に対し前記脂環式ポリアミン5〜200重量部が含有された硬化剤とが、前記主剤100重量部に対し前記硬化剤10〜200重量部の割合で混合された接着剤で、前記チャネル基板と前記被接着部材とが、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材とが、接着されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記硬化剤が、前記ポリアミド100重量部に対し前記脂環式ポリアミン10〜150重量部が含有されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
- 前記硬化剤が、前記ポリアミド100重量部に対し前記脂環式ポリアミン20〜100重量部が含有されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
- 前記接着剤に平均粒子径0.1μm以下の微粒子が添加されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記チャネル基板と前記被接着部材との間で、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材との間で、12ppm/Kを超える線膨張係数の差があることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記インクが、SP値9.5〜15.0でかつ双極子能率2.0〜5.0の溶媒を全溶媒に対し3重量%以上含有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記接着剤を、前記チャネル基板と前記被接着部材との間に、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材との間に塗布し、
前記接着剤に60℃以下の熱を加えて前記接着剤を硬化させ、
前記チャネル基板と前記被接着部材とを、又は前記被接着部材と前記第2の被接着部材とを接着させることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記主剤が、前記第2のエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項7に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記接着剤に40℃以下の熱を加えて前記接着剤を硬化させることを特徴とする請求項7に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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