JP7098350B2

JP7098350B2 - 接着シートを用いたインクジェット記録ヘッド及び製造方法

Info

Publication number: JP7098350B2
Application number: JP2018034902A
Authority: JP
Inventors: 松希金; 知広高橋; 功今村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-07-11
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: US10933639B2; JP2019147349A; US20190263122A1

Description

本発明は、接着シートを用いたインクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

従来のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する、記録素子基板と、該基板を支持固定する支持基板、更に吐出信号を、記録素子基板に伝達する電気配線基板等で構成される。記録素子基板と電気配線基板との電気接続には、該基板を電気配線テープとボンディングし、ボンディングした電気接続部を封止剤で封止し、インクによる腐食や外的衝撃から保護する。

特許文献１では、樹脂以外の材料で構成される支持基板を有するインクジェット記録ヘッドにおいて電気配線テープを曲げ熱接着固定する際に、曲げ部に熱伝導率の低い樹脂層を設けている。このことにより、効率良く熱硬化性接着剤に熱を伝え短時間で接着剤が硬化する。

特開２００７－２９６７０７号公報

特許文献１に記載の熱硬化性接着剤を上述の接合に使用する場合は液状であるため、電気接続部にはみ出して電気不良が発生する可能性がある。また、電気配線テープと電気配線基板の材質によって硬化に長時間もしくは高温を必要とする場合も想定される。
そこで本発明の目的は、電気配線基板の電気接続部の信頼性の高い、インクジェット記録ヘッドを提供することである。また、そのようなインクジェット記録ヘッドを製造する方法を提供することである。

本発明の目的は、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えた基材と、前記エネルギー発生素子に対応して設けられた吐出口と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極パッドと、を有する記録素子基板と、インクジェット装置からの電気信号を受け取るための電気コンタクト端子を有する電気配線基板と、前記電極パッドと電気的に接続された端子と、前記電気配線基板と前記記録素子基板とを電気的に接続する電気配線テープと、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、ポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂を含む接着シートで接着して固定する工程を含み、
前記電気配線基板と前記電気配線テープを前記接着シートで接着して固定する工程の後に、１００℃以上、且つ１時間以上加熱する工程を有する、
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によって達成される。

本発明によれば、電気配線基板の電気接続部の信頼性の高い、インクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。また、そのようなインクジェット記録ヘッドを製造する方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成例を示す斜視図及び分解斜視図である。図１に示されるインクジェット記録ヘッドの記録素子ユニットをさらに細かく分解して示す斜視図である。電気配線テープと電気配線基板との熱圧着後の断面図である。電気配線テープと電気配線基板との封止部の上面図である。インク浸漬後の実施例と比較例の接着面の状態を示す図である。本発明に適用可能な吐出素子基板の模式的斜視図である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。
本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成例を斜視図、分解斜視図として図１に示す。また、図１に示した記録素子ユニット１をさらに細かく分解した斜視図を図２に示す。また、図４は電気配線テープ６と電気配線基板７の接続部（封止部）の上面図である。

図１（ａ）と、図１（ａ）のインクジェット記録ヘッド１０００の分解斜視図である図１（ｂ）に示されるように、インクジェット記録ヘッド１０００は、インク供給ユニット８、タンクホルダー１００、記録素子ユニット１を有している。記録素子ユニット１は、第１の記録素子基板２、第２の記録素子基板３、第１のプレート４、電気配線テープ６、電気配線基板７、第２のプレート５で構成されている。第１、第２の記録素子基板２、３はインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子とそれに対応したインクの吐出口とを備えている。また、インク供給ユニット８は、インク供給部材（不図示）、流路形成部材１０、ジョイントシール部材１１、フィルター１２、シールゴム１３から構成されている。第１のプレート４はビス２００によりインク供給ユニット８に固定される。また電気配線基板７と電気配線テープ６との電気的接続部は、封止部材２１により封止されている。

図２に示されるように、第１のプレート４には、供給路１４として、第１の記録素子基板２にブラックのインクを供給するためのものと第２の記録素子基板３にシアン、マゼンタ、イエローのインクを供給するためのものとが形成されている。また、両側部には、インク供給ユニット８との接続用のビス止め部１５が形成されている。第１、第２の記録素子基板２、３はインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子（不図示）に対応した開口であるインクの吐出口６０を備えている。

図６は本発明に適用可能な第２の記録素子基板３の模式的斜視図である。記録素子基板３はインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子４１が設けられたシリコン等の基材４０と、インクの吐出口６０を備えた吐出口部材４３を有している。また基材４０には電極パッド３００が設けられ、吐出口６０に至るインクの流路４４と連通し、第１のプレート４の供給路１４と連通するインクの供給口４２が設けられている。第１の記録素子基板２も吐出口の列数以外は同様の構造を構造を有しており、説明を省略する。なお、本実施形態では２つの記録素子基板を用いる場合を示しているが、これに限定されず、１つの記録素子基板や、さらに多数の記録素子基板を用いる場合など、いずれにも適用でき、それぞれの場合の変更は当業者に自明である。

図２に戻り、第２のプレート５は、第１のプレート４に第１の接着剤により接着固定された第１の記録素子基板２と第２の記録素子基板３とのそれぞれの外形寸法よりも大きな二つの開口部を有する形状となっている。第２のプレート５は第１のプレート４に第２の接着剤により接着されている。これによって、電気配線テープ６を接着した際に、電気配線テープ６を第１の記録素子基板２及び第２の記録素子基板３に接着面平面上で接触して電気接続できるようになっている。

電気配線テープ６は、第１記録素子基板２と第２の記録素子基板３に対してインクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路（不図示）を形成するものである。電気配線テープ６には、それぞれの記録素子基板２、３に対応する二つの開口部が形成されている。この開口部の縁付近には、それぞれの記録素子基板２、３の電極パッド３００に接続される電極端子１６が形成されている。電極パッド３００はインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と電気的に接続され、インクを吐出するためのエネルギーは電極パッド３００から記録素子基板に伝えられる。電気配線テープ６の端部には、電気信号を受け取るための外部信号を入力するための電気コンタクト端子１７を有する電気配線基板７の第１の電気接続端子部２３と電気的接続を行うための第２の電気接続端子部１８が形成されている。また、電極端子１６と第２の電気接続端子部１８は連続した銅箔の配線パターンでつながって電気信号経路を構成している。電気配線テープ６は図示される面の裏面で第３の接着剤によって第２のプレート５の図示される面に接着固定され、さらに、第１のプレート４の一側面側に折り曲げられ、熱硬化型の第４の接着剤によって、第１のプレート４の側面に接着固定されている。
電気配線テープ６と第１の記録素子基板２及び第２の記録素子基板３との電気的な接続は、例えば、記録素子基板２、３の電極パッド３００と電気配線テープ６の電極端子１６とを熱超音波圧着法により電気接合させることにより行われている。

図４は電気配線テープ６と電気配線基板７との封止部の上面図である。図４に示されるように、封止部材２１はポリイミドフィルム等から形成される電気配線テープ６の表面一面と、アクリル樹脂、エポキシアクリレート等のアクリル系樹脂等で形成される電気配線基板７の表面一面を被覆している。電気配線テープ６の表面一面に使用可能なポリイミド化合物としては、「ユーピレックス」（登録商標、宇部興産（株）製）が挙げられる。また、電気配線基板７の前記一面は、電気配線基板に形成されるの配線部を覆う表面の膜である。この膜に適用可能なアクリル系樹脂としては、「ＰＳＲ－４０００」（商品名、太陽インキ製造（株）社製）が挙げられる。

図３は、図４のＡ－Ａ’に沿って電気配線基板に垂直に記録素子ユニットを切断した面を示す断面図である。図３及び図４に示されるように、ポリイミドフィルム等から形成される電気配線テープ６の一面と、アクリル樹脂、エポキシアクリレート等のアクリル系樹脂等で形成される電気配線基板７の一面とは、接着シート２４によって接着により固定されている。
本発明では、電気配線テープ６と、電気配線基板７とを固定する接着シート２４に特徴がある。その接着シート２４は、ポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂を含有する接着剤によってシート面（接着面）が形成されている。
本発明において、電気配線テープ６と、電気配線基板７とを固定する接着シート２４の接着面をポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂で形成することにより、電気配線基板の電気接続部の信頼性が高くなることについて以下のように考えている。
本発明における接着シート２４には、エポキシ樹脂が含まれていることから接着シートの耐薬品性及び耐熱性が従来に比べて改善されている。また、エポキシ樹脂を接着シートに含有させることで短時間の加熱工程でも高い接着力が発現でき、タクトを短縮させることができる。
また、ポリエステル樹脂の融点よりも高い軟化点を有するエポキシ樹脂を含有させることで、エポキシ基が未反応な状態で接着剤に含有させることができる。
さらに、接着シート２４には、ポリエステル樹脂が含まれていることから、短時間で優れた接着性を発現することができる。
以上の理由により、本発明では、電気配線基板の電気接続部の信頼性が高くなる。

本発明において、接着シート２４に用いられる前記ポリエステル樹脂を構成する共重合モノマーとしての成分及びポリオール成分は、以下の成分が使用できる。酸成分としては例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、１，４－ナフタレンジカルボン酸、１，５－ナフタレンジカルボン酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、２，７－ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、ｐ－オキシ安息香酸、ｐ－（ヒドロキシエトキシ）安息香酸等の芳香族オキシカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸等の不飽和脂環族ジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、１，３－シクロヘキサンジカルボン酸、１，４－シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸等のトリカルボン酸が挙げられる。

ポリオール成分としては、例えば、エチレングリコール、１，２－プロパンジオール、１，３－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、２，３－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、２－ブチル－２－エチル－１，３－プロパンジオール等の脂肪族グリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等のオリゴアルキレングリコール、１，２－シクロヘキサンジメタノール、１，３－シクロヘキサンジメタノール、１，４－シクロヘキサンジメタノール等の脂環族グリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレンエーテルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等のトリオール、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物やプロピレンオキサイド付加物、水素化ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物やプロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。

本発明におけるポリエステル樹脂は、前記酸成分及び前記ポリオール成分を脱水縮合することにより製造することができる。
また、本発明におけるポリエステル樹脂は、市販のものを使用してもよい。例えば、東洋紡社製のバイロン（商品名）をはじめとして東レ・ファインケミカル社製のケミット（商品名）、東亜合成社製のアロンメルト（商品名）、三菱ケミカル社製のニチゴーポリエスター（商品名）等が挙げられる。

ポリエステル樹脂としては、エポキシ基を未反応な状態で接着剤に含有させることができる点から、エポキシ樹脂の軟化点よりも低い融点を有するポリエステル樹脂が好ましい。

エポキシ樹脂としては、従来から知られる各種エポキシ樹脂が使用できる。例えば、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。

エポキシ樹脂としては、エポキシ基を未反応な状態で接着剤に含有させることができる点から、常温（１３℃から２８℃）で固体であるエポキシ樹脂が好ましい。また、ポリエステル樹脂の融点よりも高い軟化点を有するエポキシ樹脂を好ましく用いることができる。

また、前記接着剤は、前記ポリエステル樹脂１００質量部に対して前記エポキシ樹脂を１０質量部以上５０質量部以下含有することが好ましい。
前記接着剤では、前記ポリエステル樹脂の合計１００質量部に対するエポキシ樹脂の含有量を１０質量部以上とすることにより、接着剤の耐薬品性及び耐熱性の改善効果をより確実に発揮させることができる。また前記ポリエステル樹脂の合計１００質量部に対するエポキシ樹脂の含有量を５０質量部以下とすることで、接着剤に適度な溶融粘度を付与することができる。

本発明に係る接着シート２４は、ポリエステル樹脂の融点以上の温度、且つエポキシ樹脂の軟化点未満の温度で溶融し、生成された接着剤組成物を剥離フィルムに塗布して形成させることができる。

本発明における剥離フィルムは、例えば前記接着剤との親和性の良好な樹脂からなるフィルムにより構成させることができる。なかでも、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂からなるフィルムが好適である。

次に、図３を用いて、接着シート２４を接着させる工程と接着した後に封止部材２１を塗布し、１００℃以上且つ、１時間以上加熱する工程含む製造方法の一例を説明する。
接着シート２４を長方形のシート片で切り出し、剥離フィルム（不図示）が付いている状態で接着剤面を電気配線基板７の上に乗せ、剥離フィルムの上にテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂シート（不図示）を乗せる。フッ素樹脂シートの上に熱圧着を行い、剥離フィルムを剥がし、電気配線テープ６を乗せる。電気配線テープ６の上にフッ素樹脂シートを乗せ、熱圧着を行う。電気配線テープ６の端部と電気配線基板７は異方性導電フィルム２２等を用いて熱圧着して電気的に接続させる。その後、封止部材２１を電気配線テープ６の電気接続端子部と電気配線基板７の接続端子との電気的接続部の表側の周辺部に封止する。
また、本発明に係る接着シートは熱圧着後、１００℃以上で且つ１時間以上で加熱することにより、未反応のエポキシ基をさらに反応させ、より高い接着力を発現させることができる。これは、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）で熱圧着後にも残存していた未反応分のエポキシ基が１００℃以上且つ１時間以上の加熱工程で反応の進行していることから確認できる。

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
融点１００℃のポリエステル樹脂１００質量部に対し、軟化点１３０℃のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１０質量部を溶融しさせた。これにより生成された接着剤組成物を剥離フィルムに塗布した後、乾燥させて、厚み約５０μｍの接着シートを作製した。一辺５ｍｍの長方形のシート片を切り出し、剥離フィルムが付いている状態で接着剤面をアクリル樹脂で形成された電気配線基板の上に乗せた。次に、剥離フィルムの上に５０μｍ厚のテフロン（登録商標）製のシート（以下、ＰＴＦＥシート）を乗せた。５０μｍ厚のＰＴＦＥシートの上にツール温度１４０℃、押し圧０．１５ＭＰａにて１０秒間圧着した。剥離フィルムを剥がし、電気配線テープを乗せた。そしてポリイミドフィルムで形成された電気配線テープの上に５０μｍ厚のＰＴＦＥシートを乗せ、ツール温度２００℃、押し圧０．１５ＭＰａにて２０秒間圧着し、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（実施例２）
ポリエステル樹脂１００質量部に対するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の含有量を５０質量部とした以外は実施例１と同様にして、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（実施例３）
実施例１の作業終了後に、さらに、１００℃で１時間加熱した以外は実施例１と同様にして、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（実施例４）
実施例３の作業終了後、さらに、１００℃で１時間加熱した以外は実施例３と同様にして、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（比較例１）
融点１００℃のポリエステル樹脂を溶融し、剥離フィルムに塗布した後に乾燥させて、厚み約５０μｍの接着シートを作製した以外は実施例１と同様にして、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（比較例２）
接着シートとして、市販のエポキシ系熱硬化性接着シートを用いた以外は実施例３と同様にして、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（比較例３）
接着シートとして、市販の両面粘着シート（住友スリーエム（株）製両面粘着テープ９６６０）を用いた以外は実施例３と同様と同様にして、前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、前記接着シートで接着して固定した。

（工程適合性評価）
実施例及び比較例において、前記電気配線基板と前記電気配線テープの圧着直後、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で９０度方向に電気配線テープを剥離し、その剥離強度を剥離試験機を用いて測定し、下記（評価基準）に基づいて評価した。なお、実施例３、実施例４、比較例２及び比較例３の場合は、１００℃で１時間加熱直後に評価した。結果を表１に表す。
（評価基準）
○：剥離強度２０Ｎ／ｃｍ以上
△：剥離強度１～２０Ｎ／ｃｍ
×：剥離強度０～１Ｎ／ｃｍ

（接着性）
実施例及び比較例において、前記接着シートで固定された前記電気配線基板と前記電気配線テープをインク（キヤノン（株）製ＢＣＩ－３７１Ｍ）に浸漬し、恒温槽で、７０℃で１週間の加熱保存を行った。恒温槽から取出し後、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で９０度方向に電気配線テープを剥離し、その剥離強度を剥離試験機を用いて測定し、下記（評価基準）に基づいて評価した。結果を表１に表す。
（評価基準）
◎：剥離強度３０Ｎ／ｃｍ以上
○：剥離強度２０～３０Ｎ／ｃｍ
△：剥離強度１～２０Ｎ／ｃｍ

（耐インク性）
実施例及び比較例において、接着性評価を行なった後、剥がした接着面を金属顕微鏡にて目視でインク侵入の有無を調べ、下記（評価基準）に基づいて評価した。結果を表１に表す。
（評価基準）
○：インク侵入なし
×：剥がれ及びインク侵入あり

表１の工程適合性の評価では、実施例のいずれも電気配線基板と電気配線テープとの良好な剥離強度を確認した。また、比較例１及び３においては圧着直後１～２０Ｎ／ｃｍの剥離強度を確認したが、いずれも実施例より低かった。比較例２においては圧着直後、電気配線基板と電気配線テープとの接着力が十分でなく、剥がれが発生した。
また、表１の接着性及び耐インク性の評価では、実施例１～４は良好な剥離強度であり、図５（ａ）に示されるように接着面にインク侵入は見られなかった。また、実施例３と４が実施例１と２より良好な剥離強度であった。これは、実施例３と４においては熱圧着後の１００℃１時間加熱工程により未反応のエポキシ基が反応し、さらに高接着力が発現したためであると考えられる。比較例１と３はインク浸漬後、図５（ｂ）に示されるように剥がれが発生し、剥がれた面にインクの侵入が見られた。
比較例２においては、接着性及び耐インク性の評価では剥がれが発生せず、インク侵入もなかったが、工程適合性の評価で圧着直後の接着力が十分でなく、剥がれが発生した。

２、３吐出素子基板
６電気配線テープ
７電気配線基板
２１封止部材
２４接着シート
１０００インクジェット記録ヘッド

Claims

インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えた基材と、前記エネルギー発生素子に対応して設けられた吐出口と、前記エネルギー発生素子と電気的に接続された電極パッドと、を有する記録素子基板と、インクジェット装置からの電気信号を受け取るための電気コンタクト端子を有する電気配線基板と、前記電極パッドと電気的に接続された端子と、前記電気配線基板と前記記録素子基板とを電気的に接続する電気配線テープと、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記電気配線基板と前記電気配線テープとを、ポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂を含む接着シートで接着して固定する工程を含み、
前記電気配線基板と前記電気配線テープを前記接着シートで接着して固定する工程の後に、１００℃以上、且つ１時間以上加熱する工程を有する、
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。
前記接着シートは、ポリエステル樹脂１００質量部に対してエポキシ樹脂を１０質量部以上５０質量部以下含有する請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記エポキシ樹脂の軟化点は、前記ポリエステル樹脂の融点よりも高い請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記エポキシ樹脂は常温で固体である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。