JP5535248B2 - 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、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、下記接着剤で接着されていることを特徴としている。
当該接着剤は、主剤と硬化剤とが混合された接着剤であって、前記主剤が、2官能以下の官能基を有する第1のエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有する第2のエポキシ樹脂とを含有し、前記第1のエポキシ樹脂が当該主剤中に20〜90重量%含有されかつ前記第2のエポキシ樹脂が当該主剤中に10〜80重量%含有されており、前記硬化剤がイミダゾール類であり、100重量部の前記主剤に対し6重量部以上の前記硬化剤が混合され、かつ、樹脂微粒子が添加されている。
第1の発明に係るインクジェットヘッドであって、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している。
第1又は第2の発明に係る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第2の被接着部材との間に、前記接着剤を塗布し、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。
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。
主剤は、2官能以下の官能基を有する「(1.1)第1のエポキシ樹脂」と3官能以上の官能基を有する「(1.2)第2のエポキシ樹脂」との含有物であり、当該主剤全体のエポキシ当量が150以下のものである。
第1のエポキシ樹脂は主剤中に20〜90重量%含有されるものである。当該第1のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が適用可能であり、その具体例としては、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のエポキシ樹脂は主剤中に10〜80重量%含有されるものである。当該第2の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,テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン,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。
硬化剤としては、イミダゾール類(1位又は1位及び2位をアルキル基で置換したイミダゾール)が適用可能である。当該アルキル基としては、メチル基,エチル基,イソプロピル基,t−ブチル基,ヘキシル基,ドデシル基,ペンタデシル基等の分岐・直鎖アルキル基や、シクロペンチル基,シクロヘキシル基等の環状アルキル基が挙げられ、これらアルキル基には置換基が配されていてもよい。当該置換基としては、アルキル基,アルケニル基,アリール基,ヘテロ環基,ハロゲン原子,アルコキシ基,アリールオキシ基,アルコキシカルボニル基,アリールオキシカルボニル基,スルホンアミド基,スルファモイル基,ウレイド基,アシル基,アシルオキシ基,カルバモイル基,アルキルスルホニル基,アリールスルホニル基,シアノ基,ニトロ基,スルホ基,ヒドロキシル基等が挙げられる。また、1位をアルキル基で置換したイミダゾール類においては1位以外の位置に置換基が配されていてもよく、1位及び2位をアルキル基で置換したイミダゾール類においては1位及び2位以外の位置に置換基が配されていてもよく、当該置換基としては上記アルキル基に配される置換基として挙げられたものが適用可能である。
樹脂微粒子としては、メチルメタアクリレートとブチルアクリレートとの共重合体等の粒子が適用可能である。
シランカップリング剤としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン,N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン,N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン,N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン,N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン,γ−ユレイドプロピルトリエトキシシラン等のアミノシランカップリング剤や、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン,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メチルジエトキシシラン等のエポキシシランカップリング剤が適用可能である。
ジルコネートとしては、ネオペンチル(ジアリル)オキシトリネオデカノイルジルコネート,ネオペンチル(ジアリル)オキシトリ(ドデシル)ベンゼン−スルホニルジルコネート,ネオペンチル(ジアリル)オキシ・トリ(p−アミノ)ベンゾエート・ジルコネート(LZ−37),テトラプロピルジルコネート,テトラブチルジルコネート,テトラ(エタノールアミン)ジルコネート,テトライソプロピルジルコネート,イソプロピルトリ(n−アミノエチル−アミノエチル)ジルコネート,ジイソプロピルジ(4−アミノベンゾイル)ジルコネート,トリス−2−プロポキシ(2−エチルアミノ)エチルジルコネート,トリス[(2,2−ビス2−プロペニルオキシメチル)ブトキシ]エチレンジアミノエトキシジルコネート等が適用可能である。
カバープレート2を接着したら、電極膜7の内壁に対しCVD(Chemical Vapor Deposition)法でポリ−p−キシリレン処理を施して、各チャネル3の内部に保護膜8を製膜する。保護膜8を製膜したら、図5(c)に示す通り、各チャネル3の長さ方向に対し直交する方向に沿ってチャネル基板1とカバープレート2との中央部を切断し(2分割し)、2片のヘッドチップ101,101を製造する(図5(c)中には電極膜7及び保護膜8は図示されていない。)。
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
上記式(A)を元に、例えば、接着部aの弾性率を3430MPaと、チャネル基板1の線膨張係数を2×10−6/℃と、接着部aの線膨張係数を8×10−5/℃と想定し、接着部aに対し「100℃」の熱を加えて接着部aを硬化させた場合においては、接着部aが室温(25℃)に戻るときに発生する応力は20.07MPaと算出され、20MPa程度の応力が接着部aとチャネル基板1との間に発生する。この場合において、チャネル基板1には撓みが生じてチャネル基板1そのものの内部に圧縮ストレスが掛かり、その結果、チャネル基板1を部分的に脱分極させてしまい、インクの吐出変動を引き起こすと考えられる。
(1.1)試料1〜13の作製
主剤と硬化剤とを混合(任意に樹脂微粒子、シランカップリング剤及びジルコネートも混合)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45℃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1〜13」とした。各試料1〜13の組成(主剤、硬化剤、樹脂微粒子、シランカップリング剤及びジルコネートの有無とその種類)は下記表1に示す通りである。
試料1〜13の作製後、各試料1〜13の質量を測定し、各試料1〜13を溶剤(N−メチルピロリドン)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1〜13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1〜13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1〜13の質量を再度測定した。
表1に示す通り、試料2,4,5,13は比較例の試料7〜12に比較して質量増加率が極めて低く、試料2,4,5,13が溶剤に溶解されにくいことがわかる。以上から、試料2,4,5,13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。
(2.1)試料1〜13の作製
「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90重量部と2−ピロリジノン10重量部との混合物を適用し、各試料1〜13から当該混合物を吐出し続け、各試料1〜13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試料1〜13を供し、各試料1〜13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試料1〜13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。
△…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、試料2,4,5,13は比較例の試料7〜12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(ひび割れや接着力の低下がない)のがわかる。以上から、試料2,4,5,13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 (3)
- 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、
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、下記接着剤で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。
接着剤:主剤と硬化剤とが混合された接着剤であって、
前記主剤が、2官能以下の官能基を有する第1のエポキシ樹脂と3官能以上の官能基を有する第2のエポキシ樹脂とを含有し、前記第1のエポキシ樹脂が当該主剤中に20〜90重量%含有されかつ前記第2のエポキシ樹脂が当該主剤中に10〜80重量%含有されており、
前記硬化剤がイミダゾール類であり、
100重量部の前記主剤に対し6重量部以上の前記硬化剤が混合され、かつ、樹脂微粒子が添加されている。 - 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に記載のインクジェットヘッド。
- 請求項1又は2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、前記接着剤を塗布し、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。
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