JP2016023192A - 接合方法、接合体の製造装置、接合体、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細な構造を有する部材の接合される部位から接着剤が流れ出すことによる接合体としての性能低下を防止する。【解決手段】第1の部材P1(アクチュエーター基板22)に熱可塑性樹脂を含む接合材料P3を付与する工程と、第2の部材P2(連通板21)と第1の部材P1とを、第1の部材P1に付与された接合材料P3を介して貼り合わせる工程と、接合材料P3を硬化する工程と、を含む接合方法。【選択図】図5
Description
本発明は、接合方法、接合体の製造装置、接合体、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
各種部材の接合には、樹脂性接着剤が広く用いられているが、例えば液体噴射ヘッドの構成部品のように微細な構造を有する部材の接合においては、接合される部位から接着剤が流れ出したりはみ出したり(以下、「流れ出し」という)してしまうことがあった。この接着剤の流れ出しが、例えば、ノズルに達したり振動部に達したりして、各種部材が接合された接合体としての液体噴射ヘッドの性能に悪影響を及ぼすことがあった。
このような問題を解決するため、例えば特許文献1には、液体噴射ヘッドにノズルへの接着剤の流れ出しを防止する凹部を設けることが開示されている。
このような問題を解決するため、例えば特許文献1には、液体噴射ヘッドにノズルへの接着剤の流れ出しを防止する凹部を設けることが開示されている。
しかしながら、従来技術では、凹部によって接着剤の流れ出しを防止することはできているが、凹部を設けるための構造が必要となり、部材を微細化することが困難となってしまう。したがって、極めて微細化された液体噴射ヘッドなどには適用が難しい。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る接合方法は、第1の部材に熱可塑性樹脂を含む接合材料を付与する工程と、第2の部材と前記第1の部材とを、前記第1の部材に付与された前記接合材料を介して貼り合わせる工程と、前記接合材料を硬化する工程と、を含んでいることを特徴とする。
本適用例によれば、接合するために第1の部材に付与された熱可塑性樹脂を含む接合材料は、軟化点以上の温度になると軟化して接着性を有することになるが、その分子構造から、流動性が低く、目的とする部位に容易に付与することができるとともに、流れ出しを防止することができる。したがって、微細な構造の接合部位に容易に適用することが可能となり、例えば液体噴射ヘッドなどの微細化を実現することが可能となる。
[適用例2]上記適用例に記載の接合方法において、前記接合材料を付与する工程は、前記接合材料、および前記第1の部材の少なくとも一方を加熱する工程を含み、前記加熱する工程では、
前記接合材料の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<前記接合材料の硬化反応開始温度
における加熱温度T1(℃)で加熱を行うことが好ましい。
前記接合材料の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<前記接合材料の硬化反応開始温度
における加熱温度T1(℃)で加熱を行うことが好ましい。
本適用例によれば、熱可塑性樹脂を含む接合材料を、接着性を有しながら硬化反応が起きない状態で接合部位に付与することができるため、目的とする部位に容易に付与することができる。また、流動性の低い状態で接合することができるため、接合材料の流れ出しを防止することができる。
[適用例3]上記適用例に記載の接合方法において、前記接合材料を硬化する工程では、
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
における加熱温度T2(℃)で加熱を行うことが好ましい。
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
における加熱温度T2(℃)で加熱を行うことが好ましい。
本適用例によれば、接合材料の流動性の低い状態で硬化を行うことができるため、接合材料の流れ出しを防止しつつ、接合材料を本硬化することができる。
[適用例4]上記適用例に記載の接合方法において、前記第1の部材および前記第2の部材の少なくとも一方は、突起部を備え、接合材料を付与する工程では、前記接合材料を前記突起部の頂面に付与することが好ましい。
本適用例によれば、突起部の頂面に接合材料を付与するため、微細な接合部位であっても容易に接合材料を付与することができ、微細な接合部位を容易に形成することが可能となる。
[適用例5]上記適用例に記載の接合方法において、前記接合材料を送る工程を含み、前記接合材料を付与する工程では、送られた前記接合材料を前記第1の部材に付与することが好ましい。
本適用例によれば、送られてきた接合材料を第1の部材に付与することから、常に新しい部位の接合材料を用いることができ、付与された接合材料の形状や性能を安定的に持続させることが可能となる。
[適用例6]上記適用例に記載の接合方法において、前記接合材料は、フィルム状の基材に塗布、またはフィルム状に形成されていることが好ましい。
本適用例によれば、接合材料をフィルム状の基材に塗布、またはフィルム状に形成することによって、容易に接合材料を送ることが可能となる。
[適用例7]本適用例に係る接合体の製造装置は、第1の部材に熱可塑性樹脂を含む接合材料を付与する転写部と、第2の部材と前記第1の部材とを、前記第1の部材に付与された前記接合材料を介して貼り合わせる接合部と、前記接合材料を硬化する硬化処理部と、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、転写部によって、軟化点以上の温度になると軟化して接着性を有する熱可塑性樹脂を含む接合材料が第1の部材に付与される。そして、接合部によって、付与された接合材料を介して第2の部材と第1の部材とが接合され、硬化処理部で硬化される。このように、その分子構造から流動性が低い接合材料を、目的とする部位に容易に付与することができるとともに、その流れ出しを防止することができ、微細な構造の接合部位に容易に適用することが可能な接合体の製造装置を提供することができる。本例の接合体の製造装置によれば、例えば液体噴射ヘッドなどの微細化を実現することが可能となる。
[適用例8]上記適用例に記載の接合体の製造装置において、前記接合材料を送る搬送部を備え、前記転写部では、前記搬送部によって送られた前記接合材料が、前記第1の部材に付与されることが好ましい。
本適用例によれば、搬送部によって送られてきた接合材料を第1の部材に付与することになることから、常に新しい接合材料を用いることができ、付与された接合材料の形状や性能を安定的に持続させることが可能となる。
[適用例9]本適用例に係る接合体は、上記適用例のいずれか一例に記載の接合方法によって形成されたことを特徴する。
本適用例によれば、目的とする部位に接合材料を容易に付与することができるとともに、流れ出しを防止することが可能な接合体を得ることができる。したがって、微細な構造の接合部位に容易に適用することが可能となり、例えば液体噴射ヘッドなどの微細化を実現することが可能となる。
[適用例10]本適用例に係る接合体は、上記適用例に記載の接合体の製造装置によって形成されたことを特徴とする。
本適用例によれば、目的とする部位に接合材料を容易に付与することができるとともに、流れ出しを防止することが可能な接合体を容易に得ることができる。したがって、微細な構造の接合部位に容易に適用することが可能となり、例えば液体噴射ヘッドなどの微細化を実現することが可能となる。
[適用例11]本適用例に係る液体噴射ヘッドは、上記適用例に記載の接合体を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、流れ出した接合材料が、ノズルに達したり振動部に達したりすることによって生じる、例えば噴射性能の低下を防止することができる液体噴射ヘッドを提供することができる。
[適用例12]本適用例に係る液体噴射装置は、上記適用例に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、流れ出した接合材料が、ノズルに達したり振動部に達したりすることによって生じる、例えば噴射性能の低下を防止することができる液体噴射ヘッドにより、安定した噴射性能を有した液体噴射装置を提供することができる。
以下、添付する図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細な説明をする。
本発明の接合方法は、少なくとも、熱可塑性樹脂を含む接合材料を第1の部材に付与する工程と、第2の部材を第1の部材に付与された接合材料を介して第1の部材と貼り合わせる工程と、接合材料を硬化する工程と、を有している。熱可塑性樹脂を含む接合材料を第1の部材に付与する方法としては、例えば転写法、スタンプ法、刷毛塗り等の各種方法を採用することができる。
以下の説明では、図2(c)の正面図、図2(d)の側面図に示すように、フィルム状の基材である転写媒体P4に接合材料P3が塗布された転写テープP7を用いた例で説明する。なお、本形態では、転写媒体P4に塗布された接合材料P3を、転写法により第1の部材に付与する方法を例示しているが、図2(a)の正面図、図2(b)の側面図に示すように、接合材料P3をテープ状(フィルム状)に成形した転写テープP7を用いることもできる。
このように、接合材料P3をフィルム状の基材である転写媒体P4に塗布した転写テープP7、または接合材料P3をフィルム状に形成した転写テープP7を用いることで、後述する搬送部などにより、容易に接合材料P3を送ることが可能となる。
このように、接合材料P3をフィルム状の基材である転写媒体P4に塗布した転写テープP7、または接合材料P3をフィルム状に形成した転写テープP7を用いることで、後述する搬送部などにより、容易に接合材料P3を送ることが可能となる。
《接合体の製造装置、および接合方法》
先ず、本発明に係る接合体の製造装置、および接合方法について説明する。図1は、本発明に係る接合体を形成する接合体の製造装置の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
先ず、本発明に係る接合体の製造装置、および接合方法について説明する。図1は、本発明に係る接合体を形成する接合体の製造装置の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、接合体P10の製造装置M100は、熱可塑性樹脂を含む接合材料P3を転写媒体P4上に付与する成膜部M1と、転写部M3と、接合部M4と、硬化処理部M8と、第1の部材P1を搬送する搬送手段M5と、転写媒体P4の送り出しローラーM6と、転写媒体P4の巻取りローラーM7と、を備えている。
そして、成膜部M1において接合材料P3の成膜工程を行い、転写部M3において接合材料P3を第1の部材P1に付与する転写工程を行い、接合部M4において第2の部材P2と第1の部材P1とを接合材料P3を介して貼り合わせる接合工程を行い、硬化処理部M8において接合材料P3を硬化する硬化処理工程を行う。
成膜部M1は、熱可塑性樹脂を含む接合材料P3をフィルム状(テープ状)の転写媒体P4上に塗布(付与)して接合材料P3の膜を形成する成膜工程を行う領域である。
成膜部M1は、転写媒体P4に接合材料P3を付与する接合材料付与手段M11と、接合材料付与手段M11により付与された接合材料P3を平坦化し、膜状とする平坦化手段(スキージ)M12と、平坦化する際に転写媒体P4を平坦化手段M12が設けられた側の面とは反対の面側から支持する支持部材(支持台)M13とを備えている。
成膜部M1は、転写媒体P4に接合材料P3を付与する接合材料付与手段M11と、接合材料付与手段M11により付与された接合材料P3を平坦化し、膜状とする平坦化手段(スキージ)M12と、平坦化する際に転写媒体P4を平坦化手段M12が設けられた側の面とは反対の面側から支持する支持部材(支持台)M13とを備えている。
接合材料付与手段M11は、軟化温度範囲内(例えば80℃〜90℃)の所定温度に加熱された接合材料P3を転写媒体P4に付与する機能を有する。
平坦化手段(スキージ)M12は、接合材料付与手段M11により付与された接合材料P3を平坦化し、膜状とする機能を有する。
支持部材(支持台)M13は、接合材料P3を平坦化する際に、転写媒体P4を、平坦化手段M12が設けられた側の面とは反対の面側から支持する機能を有する。この支持部材(支持台)M13を設けることにより、成膜工程における転写媒体P4の不本意な変形(撓み)を効果的に防止することができ、形成される接合材料P3の膜を、より確実に膜厚の均一性の高いものとすることができる。
なお、平坦化手段(スキージ)M12および支持部材(支持台)M13は、接合材料付与手段M11と同様に、接合材料P3の軟化温度範囲内(例えば80℃〜90℃)における所定温度に加熱されていてもよい。
平坦化手段(スキージ)M12は、接合材料付与手段M11により付与された接合材料P3を平坦化し、膜状とする機能を有する。
支持部材(支持台)M13は、接合材料P3を平坦化する際に、転写媒体P4を、平坦化手段M12が設けられた側の面とは反対の面側から支持する機能を有する。この支持部材(支持台)M13を設けることにより、成膜工程における転写媒体P4の不本意な変形(撓み)を効果的に防止することができ、形成される接合材料P3の膜を、より確実に膜厚の均一性の高いものとすることができる。
なお、平坦化手段(スキージ)M12および支持部材(支持台)M13は、接合材料付与手段M11と同様に、接合材料P3の軟化温度範囲内(例えば80℃〜90℃)における所定温度に加熱されていてもよい。
接合材料P3は、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)をベースにした樹脂材料であり、所定の温度に加熱することによる架橋性を付与した材料である。なお、接合材料P3は、熱可塑性樹脂を含んでいるため、成膜工程においては、軟化温度範囲内(例えば80℃〜90℃)に加熱されることによって軟化し、所定の流動性を有する。したがって、前述の成膜工程では、フィルム状の基材である転写媒体P4に接合材料P3を容易に塗布することができる。なお、接合材料P3については、後段にて詳細を説明する。
(搬送部)
搬送部は、転写媒体P4を搬送するために設けられており、例えば送り出しローラーM6と巻取りローラーM7とを備えている。転写媒体P4は、送り出しローラーM6により送り出され、巻取りローラーM7により巻き取られるように構成されている。送り出しローラーM6や巻取りローラーM7の駆動は、例えば、モーターにより好適に行うことができる。
送り出しローラーM6と巻取りローラーM7とによって送られた転写媒体P4に付与された接合材料P3が、後述する転写部M3で第1の部材P1に転写される。
搬送部は、転写媒体P4を搬送するために設けられており、例えば送り出しローラーM6と巻取りローラーM7とを備えている。転写媒体P4は、送り出しローラーM6により送り出され、巻取りローラーM7により巻き取られるように構成されている。送り出しローラーM6や巻取りローラーM7の駆動は、例えば、モーターにより好適に行うことができる。
送り出しローラーM6と巻取りローラーM7とによって送られた転写媒体P4に付与された接合材料P3が、後述する転写部M3で第1の部材P1に転写される。
(転写媒体)
転写媒体P4の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、シクロオレフィンポリマー(COP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)等が挙げられるが、中でも、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
転写媒体P4の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、シクロオレフィンポリマー(COP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)等が挙げられるが、中でも、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
ポリエチレンテレフタレートは、比較的安価であるとともに、適度な可撓性を有しており、取り扱い性(取り扱いのしやすさ)に優れている。
これにより、接合材料P3の離型性を優れたものとし、転写工程での処理をより円滑に行うことができ、接合体P10の生産性を特に優れたものとすることができる。
これにより、接合材料P3の離型性を優れたものとし、転写工程での処理をより円滑に行うことができ、接合体P10の生産性を特に優れたものとすることができる。
転写媒体P4の厚さは、特に限定されないが、10μm以上2000μm以下であるのが好ましい。また、成膜工程で形成される接合材料P3の膜の厚さは、0.5μm以上6.0μm以下であるのが好ましい。
これにより、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5(接合材料P3)のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における接合強度を特に優れたものとすることができる。
これにより、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5(接合材料P3)のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における接合強度を特に優れたものとすることができる。
(接合材料)
ここで、接合材料P3を構成する熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)について説明する。接合材料P3を構成する熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)としては、例えば架橋ポリエチレンを用いることができる。架橋ポリエチレンは、ポリエチレンに3次元架橋性を付与したものであり、加熱により鎖状構造ポリエチレンの分子どうしを、ところどころ架橋反応させ、熱硬化性樹脂のように硬化することによって固化し、不溶、不融性を有する。
ここで、接合材料P3を構成する熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)について説明する。接合材料P3を構成する熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)としては、例えば架橋ポリエチレンを用いることができる。架橋ポリエチレンは、ポリエチレンに3次元架橋性を付与したものであり、加熱により鎖状構造ポリエチレンの分子どうしを、ところどころ架橋反応させ、熱硬化性樹脂のように硬化することによって固化し、不溶、不融性を有する。
熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料は、軟化温度をコントロールすることによって粘度(流動性)を調整することができる。また、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料は、一般的に用いられる熱硬化性樹脂をベースとした、例えばエポキシ系接着剤などと比べ、軟化時の流動性が低い(殆んど流動しない)ため、接合部位以外への流れ出しを防止することができる。
このような熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む樹脂を接合材料として用いることにより、微細な部分への接合材料の付与を、接合材料がはみ出すことなく且つ均一な厚みで行うことが可能となる。
このような熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む樹脂を接合材料として用いることにより、微細な部分への接合材料の付与を、接合材料がはみ出すことなく且つ均一な厚みで行うことが可能となる。
また、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料は、融着により接着性を発現している。融着は、樹脂の硬化ではなく、溶融、再固化を経て接着性を発現するため、硬化反応の時間を必要としない。このため、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3は、極めて短時間で接着を完了することができ、製造効率の観点から好ましい。
なお、ポリオレフィン系樹脂は、分子構造中にポリオレフィンを含む樹脂であればいかなるものでもよい。ポリオレフィンの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテンのような単独重合体の他、プロピレンとエチレンおよび1−ブテンの一方または双方とのランダム共重合体またはブロック共重合体、エチレンとプロピレンとジエン成分とを含むエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、シクロペンタジエンとエチレンおよびプロピレンの一方または双方との共重合体、エチレンまたはプロピレンとビニル化合物とのランダム共重合体またはブロック共重合体等が挙げられる。
これらの中でも、ポリエチレンが好ましく用いられ、架橋ポリエチレンも一例である。ポリエチレンを含む樹脂は、柔軟性が特に高い(ヤング率が特に低い)一方、耐溶剤性が比較的高く、融着による接着性も高い。このため、このような樹脂で構成された接合部P5は、後述する薄膜圧電体素子(図4に示す圧電体薄膜16など)の振動特性が特に高く(振動への追従性が高い等)、優れた耐溶剤性を有している。
また、このようなポリオレフィン系樹脂は、分子構造中にさらに、ポリオレフィンを被接着部材に対して強固に結合させるための任意の構造(官能基含有構造)を含んでいてもよい。かかる構造としては、例えば、不飽和カルボン酸またはその誘導体、グリシジル基含有不飽和化合物、ビニル基含有化合物等が挙げられるが、このうち不飽和カルボン酸またはその誘導体を含むものが好ましく用いられる。かかるポリオレフィン系樹脂は、接着に供される部材の材質によらず、より優れた接着性を発現する。
不飽和カルボン酸またはその誘導体は、被接着部材に対して水素結合を生じるため、ポリオレフィン系樹脂の接着性をより高めることができる。
不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、アクリル酸等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、上記不飽和カルボン酸の金属塩、アミド、イミド、エステル等が挙げられる。
これらの中でも、マレイン酸が好ましく用いられる。マレイン酸は、ポリオレフィンと相溶性が高く、かつ、接着性の増強作用が特に優れている。
不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、アクリル酸等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、上記不飽和カルボン酸の金属塩、アミド、イミド、エステル等が挙げられる。
これらの中でも、マレイン酸が好ましく用いられる。マレイン酸は、ポリオレフィンと相溶性が高く、かつ、接着性の増強作用が特に優れている。
なお、不飽和カルボン酸またはその誘導体は、前述したポリオレフィンと共重合体を形成する。この共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体、ポリオレフィンを主鎖とするグラフト共重合体等の各種共重合体のいずれであってもよいが、好ましくは不飽和カルボン酸またはその誘導体中の不飽和結合がポリオレフィンの主鎖の一部を構成するように付加重合してなる共重合体とされる。このような共重合体は、水素結合を生じる官能基がポリオレフィンの主鎖に対して強固に結合した構造を有するものとなるため、ポリオレフィン系樹脂は、被接着部材に対して特に優れた接着性を示すものとなる。
図3は、接着層(接合材料P3)と被接着部材との接着状態の一例を示す模式図である。なお、図3は、ポリエチレンの主鎖に対してマレイン酸の不飽和結合が付加重合してなる共重合体が、被接着部材に対して接着している状態を示すものである。
被接着部材の表面には、一般に水酸基が露出している場合が多い。また、露出していない場合でも、一般的な下地処理により水酸基が導入される。この水酸基とマレイン酸由来の水酸基との間に水素結合が生じることにより、接着層(接合材料P3)と被接着部材との間には、強固な接着力が生じる。
被接着部材の表面には、一般に水酸基が露出している場合が多い。また、露出していない場合でも、一般的な下地処理により水酸基が導入される。この水酸基とマレイン酸由来の水酸基との間に水素結合が生じることにより、接着層(接合材料P3)と被接着部材との間には、強固な接着力が生じる。
上述した共重合体の具体例としては、マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。
上述した任意の構造の含有率は、特に限定されないが、ポリオレフィン100質量部に対して0.001質量部以上20質量部以下であるのが好ましく、0.01質量部以上15質量部以下であるのがより好ましく、0.05質量部以上10質量部以下であるのがさらに好ましい。前記構造の含有率が前記範囲内であれば、ポリオレフィンが本来有している物性を損なうことなく、ポリオレフィン系樹脂に対してより強固な接着性が付与される。
上述した任意の構造の含有率は、特に限定されないが、ポリオレフィン100質量部に対して0.001質量部以上20質量部以下であるのが好ましく、0.01質量部以上15質量部以下であるのがより好ましく、0.05質量部以上10質量部以下であるのがさらに好ましい。前記構造の含有率が前記範囲内であれば、ポリオレフィンが本来有している物性を損なうことなく、ポリオレフィン系樹脂に対してより強固な接着性が付与される。
また、ポリオレフィン系樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、好ましくは1万以上10万以下、より好ましくは2万以上8万以下とされる。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定し、標準ポリスチレンで換算して求めることができる。
(転写部)
図1に戻り、接合体P10の製造装置M100を説明する。
転写部M3は、第1の部材P1に熱可塑性樹脂を含む接合材料P3を付与する工程である転写工程を行う領域である。
転写部M3では、搬送部(送り出しローラーM6および巻取りローラーM7)によって送られた接合材料P3が、第1の部材P1に転写(付与)される。
このように、搬送部によって送られてきた接合材料P3を第1の部材P1に転写することから、常に新しい部位の接合材料P3を転写することができ、転写された接合材料P3の形状や性能を安定的に持続させることが可能となる。
図1に戻り、接合体P10の製造装置M100を説明する。
転写部M3は、第1の部材P1に熱可塑性樹脂を含む接合材料P3を付与する工程である転写工程を行う領域である。
転写部M3では、搬送部(送り出しローラーM6および巻取りローラーM7)によって送られた接合材料P3が、第1の部材P1に転写(付与)される。
このように、搬送部によって送られてきた接合材料P3を第1の部材P1に転写することから、常に新しい部位の接合材料P3を転写することができ、転写された接合材料P3の形状や性能を安定的に持続させることが可能となる。
転写工程で転写される接合材料P3は、前述した熱可塑性樹脂を含んでいる。したがって、転写工程で、接合材料P3が不本意な変形をすること等が効果的に防止され、所望の形状、パターンで、接合材料P3を転写することができる。その結果、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位に選択的に接合部P5を設けることができる。また、接合材料P3の粘度(流動性)を加熱温度によってコントロールできるため、転写工程において、比較的弱い圧力で、接合材料P3と第1の部材P1とを密着させることができ、接合材料P3の不本意な変形を効果的に防止することができる。したがって、接合材料P3が第1の部材P1に転写された後の状態において、接合材料P3の流れ出しを防止することができ、微細な接合を容易に行うことができる。
転写部M3は、接合材料P3と第1の部材P1とが接触するように転写媒体P4を押圧する押圧手段M31と、接合材料P3を第1の部材P1に転写する際に、第1の部材P1を、押圧手段M31が設けられた側の面とは反対の面側から支持する支持部材(転写台)M32とを備えている。
支持部材(転写台)M32には、図示しない電熱ヒーターなどの加熱手段が設けられている。そして、支持部材(転写台)M32と接する第1の部材P1が加熱され、加熱された第1の部材P1と接合材料P3とが接するか、あるいは近接することにより、転写媒体P4上の接合材料P3が加熱され、転写が可能となる。接合材料P3は、前述のように加熱温度によって粘度(流動性)が変化する。したがって、接合材料P3の加熱は、以下の範囲内の加熱温度T1(℃)で行うことが好ましい。
接合材料P3の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<接合材料P3の硬化反応開始温度
接合材料P3の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<接合材料P3の硬化反応開始温度
具体的には、本実施形態で用いている架橋ポリエチレン樹脂をベースとする接合材料P3では、軟化温度は80℃〜82℃であり、硬化反応温度は、100℃〜150℃である。本実施形態では、転写部M3において、支持部材(転写台)M32の加熱設定温度を、接合材料P3の加熱温度T1(℃)が、82℃〜84℃の範囲内となるように設定した。なお、転写工程における接合材料P3の粘度は、300Pa・s以上10000Pa・s以下であるのが好ましい。
このような温度設定とすることにより、接合材料P3が接着性を有する粘度であり、且つ硬化反応が起きない状態で、第1の部材P1に接合材料P3を付与することができる。また、第1の部材P1における接合材料P3の付与部位を、軟化した接合材料P3に直接当てることにより接合材料P3を付与(転写)させるため、接合材料P3を、目的とする微細な接合部位に容易に付与することができる。また、加熱温度T1のコントロールにより、流動性の低い状態で接合することができるため、接合材料P3の他部位への流れ出しをより効果的に防止することできる。
なお、加熱手段は、押圧手段M31、および支持部材(転写台)M32のいずれか一方に設けられていればよい。また、加熱された気体(例えば、N2ガス)などの加熱媒質を接合材料P3に直接吹き付けて加熱する方法を用いることも可能である。
押圧手段M31による押圧は、転写媒体P4上の転写すべき接合材料P3と、第1の部材P1の目的の部位(接合部P5を形成すべき部位)とが接触するように位置合わせをした状態で行う。
転写(付与)される接合材料P3の厚さは、0.5μm以上25.0μm以下であるのが好ましく、2μm以上10.0μm以下であるのがより好ましい。
さらに、微細部を接合する場合には、0.5μm以上3.0μm以下であるのが好ましい。これにより、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における接合部P5による接合強度を特に優れたものとすることができる。
さらに、微細部を接合する場合には、0.5μm以上3.0μm以下であるのが好ましい。これにより、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における接合部P5による接合強度を特に優れたものとすることができる。
接合材料P3と第1の部材P1とを密着させる際の圧力(押圧力)は、接合材料P3と第1の部材P1とが密着する程度の圧力が有ればよく、例えば0.1Pa以上100Pa以下であることが好ましい。
このような押圧力とすることにより、接合材料P3と第1の部材P1との密着性が向上し、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における接合部P5による接合強度を特に優れたものとすることができる。
このような押圧力とすることにより、接合材料P3と第1の部材P1との密着性が向上し、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における接合部P5による接合強度を特に優れたものとすることができる。
なお、接合材料P3と第1の部材P1とを密着させる押圧時間は、数分〜10分程度が好ましい。本実施形態では、接合材料P3と第1の部材P1との押圧時間は、1分間程度(1〜2分間)にて設定して付与を行い、第1の部材P1に接合材料P3を好適に付与(転写)することができた。
このように、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3は、融着により接着性を発現している。融着は、樹脂の硬化ではなく、溶融、再固化を経て接着性を発現するため、硬化反応の時間を必要とせず、短時間で接着を完了することができることから、製造効率の観点から好ましい。
このように、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3は、融着により接着性を発現している。融着は、樹脂の硬化ではなく、溶融、再固化を経て接着性を発現するため、硬化反応の時間を必要とせず、短時間で接着を完了することができることから、製造効率の観点から好ましい。
第1の部材P1の接合材料P3が付与されるべき部位の幅は、5.0μm以上20μm以下であってもよい。換言すれば、第1の部材P1および前記第2の部材P2の少なくとも一方には、スリット状の突起部(図示せず)が設けられており、その突起部の頂面に接合材料P3が付与される。本実施形態では、第1の部材P1に突起部が設けられており、その突起部の頂面に接合材料P3が付与される。
このように、接合材料P3が付与される部位(接合されるべき部位)の幅が小さい場合、従来においては、接合材料P3のはみ出し等の問題が特に顕著に発生していたが、本実施形態では、接合材料P3が付与される部位(接合されるべき部位)の幅が十分に小さい場合であっても、突起部の頂面に接合材料P3が付与されるため、前述したように、このような問題の発生を効果的に防止することができる。すなわち、第1の部材P1の接合材料P3が付与されるべき部位の幅が上記範囲内の微細な値である場合でも、本実施形態における効果がより顕著に発揮される。
このように、接合材料P3が付与される部位(接合されるべき部位)の幅が小さい場合、従来においては、接合材料P3のはみ出し等の問題が特に顕著に発生していたが、本実施形態では、接合材料P3が付与される部位(接合されるべき部位)の幅が十分に小さい場合であっても、突起部の頂面に接合材料P3が付与されるため、前述したように、このような問題の発生を効果的に防止することができる。すなわち、第1の部材P1の接合材料P3が付与されるべき部位の幅が上記範囲内の微細な値である場合でも、本実施形態における効果がより顕著に発揮される。
(接合部)
接合部M4は、第2の部材P2と第1の部材P1とを、第1の部材P1に付与された接合材料P3を介して貼り合わせる工程である接合工程を行う領域である。
接合部M4は、第2の部材P2と第1の部材P1とを、第1の部材P1に付与された接合材料P3を介して貼り合わせる工程である接合工程を行う領域である。
搬送部によって送られた接合材料P3は、熱可塑性樹脂をベースとしているため、温度が下がることによって再固化されている。したがって、第2の部材P2に接触する接合材料P3は、形状の安定性が向上したものであり、第1の部材P1と第2の部材P2との接合時(硬化処理工程)において、接合材料P3(接合部P5)が不本意な変形をすることなどが効果的に防止され、目的の部位に選択的に接合部P5を設けることができる。
接合部M4は、第1の部材P1と第2の部材P2とに挟まれた状態の接合材料P3を加熱する加熱手段(ヒーター)M41と、第1の部材P1上に転写された接合材料P3と第2の部材P2とが接触するように第2の部材P2を押圧する押圧手段M42と、押圧手段M42による押圧状態で第1の部材P1を支持する支持部材M43とを備えている。
このように、図示の構成では、接合材料P3を介して第1の部材P1と第2の部材P2とを接合(接着)させる接合手段として加熱手段M41を備えている。
接合材料P3は、所定の温度に加熱されることにより軟化し、第1の部材P1と第2の部材P2とを貼り付ける(貼り合わせる)ことができる。
接合材料P3は、所定の温度に加熱されることにより軟化し、第1の部材P1と第2の部材P2とを貼り付ける(貼り合わせる)ことができる。
図示の構成では、加熱手段(本硬化手段)M41が押圧手段M42と一体的に設けられており、第2の部材P2側から加熱しているが、加熱手段M41の設置部位は、特に限定されず、例えば、押圧手段M42とは独立して設けられたものであってもよい。また、加熱手段M41は、例えば、支持部材M43が設けられた側に設けられたものであってもよい。また、加熱手段M41は、加熱された気体(例えば、N2ガス)などの加熱媒質を接合材料P3に直接吹き付けて加熱する方法を用いることも可能である。
接合材料P3と第2の部材P2とを密着させる際の圧力(押圧力)は、接合材料P3と第2の部材P2とが密着する程度の圧力が有ればよく、例えば0.01Pa以上100Pa以下であることが好ましい。
このような押圧力とすることにより、接合材料P3と第2の部材P2との密着性が向上し、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における第1の部材P1と第2の部材P2との接合姿勢(接合位置精度)を安定化させることが可能となる。
このような押圧力とすることにより、接合材料P3と第2の部材P2との密着性が向上し、最終的に得られる接合体P10において、目的の部位からの接合部P5のはみ出し等をより効果的に防止することができるとともに、接合体P10における第1の部材P1と第2の部材P2との接合姿勢(接合位置精度)を安定化させることが可能となる。
接合工程(接合部M4)での加熱温度は、前述の転写工程の加熱温度T1と同様であり、具体的には、82℃〜84℃の範囲内の温度を加える。また、加熱温度T1における加熱時間は、数分〜10分程度が好ましい。本実施形態では、1分間程度(1〜2分間)の加熱を行った。この加熱条件下では、接合材料の流動性の低い状態で硬化を行うことができるため、接合材料の流れ出しを防止しつつ、接合材料を効率的に硬化することができる。
なお、本形態の接合部M4では、第1の部材P1上に転写された接合材料P3と第2の部材P2とが接触するように第2の部材P2を押圧する押圧手段M42を備えている構成で説明したが、押圧手段M42が設けられていない構成であってもよい。その場合、第1の部材P1上に転写された接合材料P3と第2の部材P2との接触(密着)は、第2の部材P2の自重によって行われる。
(硬化処理部)
硬化処理部M8は、接合材料P3を硬化する工程である硬化処理工程を行う領域である。
この硬化処理(加熱処理)により、接合材料P3を構成する樹脂における鎖状構造の分子どうしを、ところどころ架橋反応させ、接合材料P3が熱硬化性樹脂のように硬化し、固化する。これにより、接合部P5が形成され、第1の部材P1と第2の部材P2とが接合部P5を介して結合した接合体P10が得られる。
硬化処理部M8は、接合材料P3を硬化する工程である硬化処理工程を行う領域である。
この硬化処理(加熱処理)により、接合材料P3を構成する樹脂における鎖状構造の分子どうしを、ところどころ架橋反応させ、接合材料P3が熱硬化性樹脂のように硬化し、固化する。これにより、接合部P5が形成され、第1の部材P1と第2の部材P2とが接合部P5を介して結合した接合体P10が得られる。
硬化処理部M8は、第1の部材P1と第2の部材P2とに挟まれた状態の接合材料P3を加熱する加熱手段(ヒーター)M81を備えている。
接合材料P3は、加熱手段(ヒーター)M81によって所定の温度に加熱されることにより、前述のように硬化(固化)する。これにより、接合材料P3を十分な硬化度で硬化させ、第1の部材P1と第2の部材P2とを接着することができる。
接合材料P3は、加熱手段(ヒーター)M81によって所定の温度に加熱されることにより、前述のように硬化(固化)する。これにより、接合材料P3を十分な硬化度で硬化させ、第1の部材P1と第2の部材P2とを接着することができる。
本構成では、加熱手段(本硬化手段)M81が、密着された第1の部材P1と第2の部材P2との上部に設けられており、第2の部材P2側から加熱しているが、加熱手段M81の設置部位は、特に限定されず、例えば、第1の部材P1側に設けられていてもよい。
また、加熱手段M81は、加熱された気体(例えば、N2ガス)などの加熱媒質中に接合材料P3(第1の部材P1および第2の部材P2の接合体P10)を通過させる、所謂ベルト式連続高温炉(ベルト炉)を用いることができる。
また、加熱手段M81としては、例えば高温炉(恒温槽)などの加熱雰囲気中に、第1の部材P1および第2の部材P2の接合体P10を投入して硬化処理を行う構成とすることも可能である。
また、加熱手段M81は、加熱された気体(例えば、N2ガス)などの加熱媒質中に接合材料P3(第1の部材P1および第2の部材P2の接合体P10)を通過させる、所謂ベルト式連続高温炉(ベルト炉)を用いることができる。
また、加熱手段M81としては、例えば高温炉(恒温槽)などの加熱雰囲気中に、第1の部材P1および第2の部材P2の接合体P10を投入して硬化処理を行う構成とすることも可能である。
硬化処理工程(硬化処理部M8)において、接合材料P3を硬化させるための加熱は、加熱温度T2(℃)を、以下の範囲内で行うことが好ましい。
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
具体的には、本実施形態で用いている架橋ポリエチレン樹脂をベースとする接合材料P3では、硬化反応開始温度が、100℃程度であり、硬化反応温度は、概ね100℃〜150℃の範囲である。本実施形態では、硬化処理部M8において、加熱手段M81の加熱設定温度を、接合材料P3の加熱温度T1(℃)が、120℃となるように設定した。
また、加熱時間は、数分から硬化が始まるが、完全に硬化させるためには数時間を必要とする。したがって、本形態の接合体P10の製造装置M100においては、硬化処理部M8において30分程度の仮硬化処理を行い、その後本硬化炉に投入する方式を採用した。なお、ベルト式連続高温炉(ベルト炉)などを用いて、本硬化までを一連の装置として構成することも可能である。このような構成にすれば、接合体P10の生産性を特に優れたものとすることができる。
また、加熱時間は、数分から硬化が始まるが、完全に硬化させるためには数時間を必要とする。したがって、本形態の接合体P10の製造装置M100においては、硬化処理部M8において30分程度の仮硬化処理を行い、その後本硬化炉に投入する方式を採用した。なお、ベルト式連続高温炉(ベルト炉)などを用いて、本硬化までを一連の装置として構成することも可能である。このような構成にすれば、接合体P10の生産性を特に優れたものとすることができる。
この温度条件によって、接合材料P3の硬化を行うことにより、接合材料の流動性の低い状態で硬化を行うことができるため、接合材料の流れ出しを防止しつつ、接合材料を効率的に硬化することができる。
以上述べたような本実施形態の接合体P10の製造装置M100によれば、目的の部位に選択的に接合材料P3が付与されることにより接合された接合体P10を効率よく製造することができる。
また、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3は、融着により接着性を発現している。融着は、樹脂の硬化ではなく、溶融、再固化を経て接着性を発現するため、硬化反応の時間を必要としない。このため、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3において部材同士を融着することにより、極めて短時間で接着を完了することができ、製造効率の観点から好ましい。なお、従来用いられていた接着剤は、硬化時には長時間の硬化時間を確保する必要があり、容易な製造が困難であったが、本形態によれば、このような課題をも解決することができる。
《接合体》
次に、本発明に係る接合体について説明する。
本発明の接合体は、前述したような本発明の接合方法、本発明の接合体の製造装置を用いて製造されたものである。これにより、目的の部位に選択的に接合材料が付与されることにより接合された接合体を提供することができる。
次に、本発明に係る接合体について説明する。
本発明の接合体は、前述したような本発明の接合方法、本発明の接合体の製造装置を用いて製造されたものである。これにより、目的の部位に選択的に接合材料が付与されることにより接合された接合体を提供することができる。
本発明の接合体は、いかなるものであってもよいが、液体噴射ヘッドの一例としての液体噴射ヘッドであるのが好ましい。液体噴射ヘッドは、微細な構造を有するものであり、目的とする部位からの接合材料(接合部)のはみ出しによる影響を特に受けやすいものであった。
特に、液体噴射ヘッドのインクの流路や振動板に、目的とする部位からの接合材料(接合部)のはみ出しがあると、液体噴射ヘッドの変形によりインクの吐出の安定性が低下したり、振動板に付着した接合材料によって振動が阻害されインクの吐出特性が低下したりする等の問題が発生する虞を有していた。
特に、液体噴射ヘッドのインクの流路や振動板に、目的とする部位からの接合材料(接合部)のはみ出しがあると、液体噴射ヘッドの変形によりインクの吐出の安定性が低下したり、振動板に付着した接合材料によって振動が阻害されインクの吐出特性が低下したりする等の問題が発生する虞を有していた。
これに対し、本発明に係る接合方法を用いることにより、接合材料の流れ出しを防止し、目的の部位に選択的に接合部を設けることができるため、液体噴射ヘッドに適用した場合であっても、前記の問題の発生を効果的に防止することが可能となる。
以上のようなことから、液体噴射ヘッドに本実施形態の接合方法が適用することにより、効果はより顕著に発揮される。
《液体噴射ヘッド》
以下、本発明に係る接合方法を、液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドに適用した具体例を挙げて、詳細に説明する。
図4は、本発明に係る接合方法を適用した液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドの好適な実施形態を模式的に示す断面図である。図5(a)〜図5(e)は、本発明に係る接合方法を液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドに適用した場合の工程フローを模式的に示す断面図である。
以下、本発明に係る接合方法を、液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドに適用した具体例を挙げて、詳細に説明する。
図4は、本発明に係る接合方法を適用した液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドの好適な実施形態を模式的に示す断面図である。図5(a)〜図5(e)は、本発明に係る接合方法を液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドに適用した場合の工程フローを模式的に示す断面図である。
(液体噴射ヘッドの構成)
図4に示す噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッド10は、第1側壁11によって第1インク溜め12が形成された連通板(シリコン基板)21と、第2側壁14と天板部(振動板)15とによって第2インク溜め13が形成されたアクチュエーター基板22と、第2インク溜め13に対応した位置のアクチュエーター基板22上に形成された圧電体薄膜16と、連通板21の下面に接合されたノズル基板18とを備えている。
本形態における連通板21は、単結晶のシリコン基板から構成されている。アクチュエーター基板22の第2インク溜め13は、天板部15と第2側壁14とによって形成されて連通板21側に開口しており、第1インク溜め12に連通している。ノズル基板18には、第1インク溜め12に連通するノズルとしてのインク吐出ノズル17が設けられている。
なお、本説明では、アクチュエーター基板22が上述した第1の部材P1に相当し、連通板21が上述した第2の部材P2に相当する。また、圧電体薄膜16とアクチュエーター基板22との間に形成されている下電極と、圧電体薄膜16上に形成されている上電極とは図示を省略している。
図4に示す噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッド10は、第1側壁11によって第1インク溜め12が形成された連通板(シリコン基板)21と、第2側壁14と天板部(振動板)15とによって第2インク溜め13が形成されたアクチュエーター基板22と、第2インク溜め13に対応した位置のアクチュエーター基板22上に形成された圧電体薄膜16と、連通板21の下面に接合されたノズル基板18とを備えている。
本形態における連通板21は、単結晶のシリコン基板から構成されている。アクチュエーター基板22の第2インク溜め13は、天板部15と第2側壁14とによって形成されて連通板21側に開口しており、第1インク溜め12に連通している。ノズル基板18には、第1インク溜め12に連通するノズルとしてのインク吐出ノズル17が設けられている。
なお、本説明では、アクチュエーター基板22が上述した第1の部材P1に相当し、連通板21が上述した第2の部材P2に相当する。また、圧電体薄膜16とアクチュエーター基板22との間に形成されている下電極と、圧電体薄膜16上に形成されている上電極とは図示を省略している。
ここでは、より大きな変位量が稼げるように、圧電体薄膜16としては、例えば、圧電歪定数の高い材料として、第3成分としてマグネシウムニオブ酸鉛を添加した3成分系PZTで構成されたものを用いることができる。また、圧電体薄膜16の厚みは、2μm程度とすることができる。
このインクジェットヘッド10は、図示しないインク流路を介して第1インク溜め12および第2インク溜め13にインクが供給される。ここで、図示しない下電極と上電極とを介して、圧電体薄膜16に電圧を印加すると、圧電体薄膜16が振動することによりアクチュエーター基板22の天板部(振動板)15が変形して第2インク溜め13および連通する第1インク溜め12内を負圧にし、インクに圧力を加える。この圧力によって、インクがインク吐出ノズル17からノズル面19から離れる方向に噴射され、インクジェット記録を行う。
インクジェットヘッド10には、例えば第1インク溜め(キャビティー)12が形成された単結晶のシリコン基板からなる連通板21(第2の部材P2)と、第2インク溜め13が形成されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)との接合に、接合材料P3を用いた本発明に係る接合方法を適用することができる。
また、例えば第1インク溜め(キャビティー)12が形成された単結晶のシリコン基板からなる連通板21(第2の部材P2)と、インク吐出ノズル17が形成されたノズル基板18との接合においても、接合材料P3(P8)を用いた本発明に係る接合方法を適用することができる。
このように、本発明に係る接合方法を適用することにより、流れ出した接合材料P3が、インク吐出ノズル17に達したり天板部(振動板)15に達したりすることによって生じる、例えば噴射性能の低下を防止することができるインクジェットヘッド10を提供することができる。
また、例えば第1インク溜め(キャビティー)12が形成された単結晶のシリコン基板からなる連通板21(第2の部材P2)と、インク吐出ノズル17が形成されたノズル基板18との接合においても、接合材料P3(P8)を用いた本発明に係る接合方法を適用することができる。
このように、本発明に係る接合方法を適用することにより、流れ出した接合材料P3が、インク吐出ノズル17に達したり天板部(振動板)15に達したりすることによって生じる、例えば噴射性能の低下を防止することができるインクジェットヘッド10を提供することができる。
(液体噴射ヘッドにおける接合方法適用の工程フロー)
次に、図5を参照して本発明に係る接合方法をインクジェットヘッドに適用した場合の工程フローを説明する。なお、ここでの説明では、連通板21(第2の部材P2)と、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)との接合に、本発明に係る接合方法を適用した工程フローを例示している。また、接合材料P3は、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)をベースにした樹脂材料である。接合材料P3は、前段で詳述してあるので以下での説明は省略する。また、接合材料P3は、フィルム状の基材である転写媒体P4に接合材料P3が塗布された転写テープP7を用いた例で説明する。また、図5では、前述した製造装置M100(図1参照)の構成を用いる場合は、同符号を付している。
次に、図5を参照して本発明に係る接合方法をインクジェットヘッドに適用した場合の工程フローを説明する。なお、ここでの説明では、連通板21(第2の部材P2)と、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)との接合に、本発明に係る接合方法を適用した工程フローを例示している。また、接合材料P3は、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)をベースにした樹脂材料である。接合材料P3は、前段で詳述してあるので以下での説明は省略する。また、接合材料P3は、フィルム状の基材である転写媒体P4に接合材料P3が塗布された転写テープP7を用いた例で説明する。また、図5では、前述した製造装置M100(図1参照)の構成を用いる場合は、同符号を付している。
[接合材料を付与する工程(転写工程)]
先ず、図5(a)を参照して、接合材料P3をアクチュエーター基板22(第1の部材P1)に付与する工程について説明する。
接合材料P3は、フィルム状の基材である転写媒体P4に接合材料P3が塗布された転写テープP7が、図示されない送り出しローラーと巻取りローラーなどの搬送部によって供給される(図示しない接合材料を送る工程)。
転写工程では、搬送部によって供給された接合材料P3が、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)に転写(付与)される。
このように、搬送部によって送られてきた接合材料P3をアクチュエーター基板22(第1の部材P1)に転写(付与)することから、常に新しい部位の接合材料P3を転写(付与)することができ、転写(付与)された接合材料P3の形状や性能を安定的に持続させることが可能となる。
また、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、搬送手段M5によって搬送され、転写テープP7が配置される側と反対側に設けられた支持部材(転写台)M32上に載置される。
先ず、図5(a)を参照して、接合材料P3をアクチュエーター基板22(第1の部材P1)に付与する工程について説明する。
接合材料P3は、フィルム状の基材である転写媒体P4に接合材料P3が塗布された転写テープP7が、図示されない送り出しローラーと巻取りローラーなどの搬送部によって供給される(図示しない接合材料を送る工程)。
転写工程では、搬送部によって供給された接合材料P3が、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)に転写(付与)される。
このように、搬送部によって送られてきた接合材料P3をアクチュエーター基板22(第1の部材P1)に転写(付与)することから、常に新しい部位の接合材料P3を転写(付与)することができ、転写(付与)された接合材料P3の形状や性能を安定的に持続させることが可能となる。
また、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、搬送手段M5によって搬送され、転写テープP7が配置される側と反対側に設けられた支持部材(転写台)M32上に載置される。
支持部材(転写台)M32上に載置されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、支持部材(転写台)M32に設けられている加熱手段(図示せず)により加熱される。このときのアクチュエーター基板22(第1の部材P1)の加熱温度は、加熱されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)に、転写しようとする接合材料P3が接触し、その熱エネルギーが伝わって接合材料P3が軟化し接着性を有する温度に設定する。したがって、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)の加熱温度は、接合材料P3の加熱温度と言い換えることができ、本工程における接合材料P3の加熱温度T1(℃)は、以下の範囲内に設定する。
接合材料P3の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<接合材料P3の硬化反応開始温度
接合材料P3の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<接合材料P3の硬化反応開始温度
具体的には、本実施形態で用いている架橋ポリエチレン樹脂をベースとする接合材料P3では、軟化温度は80℃〜82℃であり、硬化反応温度は、100℃〜150℃である。本実施形態では、支持部材(転写台)M32の加熱設定温度を、接合材料P3の加熱温度T1(℃)が、82℃〜84℃の範囲内となるように設定した。
次に、図5(b)に示すように、加熱されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)の第2側壁14の頂面(接合材料P3の付与部)が、接合材料P3に密着するように矢印F1の方向から転写テープP7を移動させ、押圧する。
接合材料P3と第1の部材P1とを密着させる際の圧力(押圧力)は、接合材料P3と第1の部材P1とが密着する程度の圧力が有ればよく、例えば0.1Pa以上100Pa以下であればよい。
このような押圧力とすることにより、接合材料P3とアクチュエーター基板22(第1の部材P1)との密着性が向上し、最終的に得られる接合体P10a(図5(e)参照)において、目的の部位からの接合材料P3のはみ出し等をより効果的に防止することができる。
接合材料P3と第1の部材P1とを密着させる際の圧力(押圧力)は、接合材料P3と第1の部材P1とが密着する程度の圧力が有ればよく、例えば0.1Pa以上100Pa以下であればよい。
このような押圧力とすることにより、接合材料P3とアクチュエーター基板22(第1の部材P1)との密着性が向上し、最終的に得られる接合体P10a(図5(e)参照)において、目的の部位からの接合材料P3のはみ出し等をより効果的に防止することができる。
なお、接合材料P3とアクチュエーター基板22(第1の部材P1)とを密着させる押圧時間は、数分〜10分程度が好ましい。本実施形態では、接合材料P3とアクチュエーター基板22(第1の部材P1)との押圧時間は、1分間程度(1〜2分間)とすることで、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)の第2側壁14の頂面に接合材料P3を好適に融着(転写)することができた。
このように、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3は、融着により接着性を発現している。融着は、樹脂の硬化ではなく、溶融、再固化を経て接着性を発現するため、硬化反応の時間を必要とせず、短時間で接着を完了することができることから、製造効率の観点から好ましい。
このように、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂)を含む接合材料P3は、融着により接着性を発現している。融着は、樹脂の硬化ではなく、溶融、再固化を経て接着性を発現するため、硬化反応の時間を必要とせず、短時間で接着を完了することができることから、製造効率の観点から好ましい。
その後、図5(c)に示すように、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)と接合材料P3(転写テープP7)とを、引き離す。これによって、軟化した接合材料P3がアクチュエーター基板22(第1の部材P1)の第2側壁14の頂面に付与(転写)される。
そして、部分的に接合材料P3が転写された転写テープP7は、矢印F3の方向(巻き取り方向)に送られ、巻き取られる。また、接合材料P3が付与されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、次の工程である第1の部材P1(アクチュエーター基板22)と第2の部材P2(連通板21)とを貼り合せる工程(接合工程)に送られる(矢印F4)。
そして、部分的に接合材料P3が転写された転写テープP7は、矢印F3の方向(巻き取り方向)に送られ、巻き取られる。また、接合材料P3が付与されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、次の工程である第1の部材P1(アクチュエーター基板22)と第2の部材P2(連通板21)とを貼り合せる工程(接合工程)に送られる(矢印F4)。
[第1の部材と第2の部材とを貼り合せる工程(接合工程)]
第1の部材P1(アクチュエーター基板22)と第2の部材P2(連通板21)とを貼り合せる工程では、図5(d)に示すように、接合材料P3が付与されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)を支持する支持部材M43上に載置される。
第1の部材P1(アクチュエーター基板22)と第2の部材P2(連通板21)とを貼り合せる工程では、図5(d)に示すように、接合材料P3が付与されたアクチュエーター基板22(第1の部材P1)は、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)を支持する支持部材M43上に載置される。
そして、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)に付与されている接合材料P3に向かう方向である、図中矢印F5の方向に連通板21(第2の部材P2)を移動させ、接合材料P3に当接させる。このとき、連通板21(第2の部材P2)は、図示しない押圧手段に設けられた加熱手段によって加熱されている。
加熱温度は、前述の転写工程の加熱温度T1と同様であり、加熱された連通板21(第2の部材P2)に、接合材料P3が接触し、その熱エネルギーが伝わって接合材料P3が軟化し接着性を有する温度に設定する。したがって、連通板21(第2の部材P2)の加熱温度は、接合材料P3の加熱温度と言い換えることができ、本工程における接合材料P3の加熱温度T1(℃)は、以下の範囲内に設定する。
接合材料P3の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<接合材料P3の硬化反応開始温度
加熱温度は、前述の転写工程の加熱温度T1と同様であり、加熱された連通板21(第2の部材P2)に、接合材料P3が接触し、その熱エネルギーが伝わって接合材料P3が軟化し接着性を有する温度に設定する。したがって、連通板21(第2の部材P2)の加熱温度は、接合材料P3の加熱温度と言い換えることができ、本工程における接合材料P3の加熱温度T1(℃)は、以下の範囲内に設定する。
接合材料P3の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<接合材料P3の硬化反応開始温度
具体的には、連通板21(第2の部材P2)の加熱設定温度を、82℃〜84℃の範囲内となるように設定した。
また、加熱温度T1における加熱時間は、数分〜10分程度が好ましく、本実施形態では、1分間程度(1〜2分間)の加熱を行った。以上のような条件下において、第1の部材P1(アクチュエーター基板22)と第2の部材P2(連通板21)とを、接合材料P3を介して貼り合せることができ、図5(e)に示すような接合体P10aを形成することができる。なお、この状態では、接合材料P3は仮硬化の状態であるため、次の工程で本硬化(ポスト)を行う。
この加熱条件下では、接合材料の流動性の低い状態で硬化を行うことができるため、接合材料の流れ出しを防止しつつ、接合材料を効率的に硬化することができる。
また、加熱温度T1における加熱時間は、数分〜10分程度が好ましく、本実施形態では、1分間程度(1〜2分間)の加熱を行った。以上のような条件下において、第1の部材P1(アクチュエーター基板22)と第2の部材P2(連通板21)とを、接合材料P3を介して貼り合せることができ、図5(e)に示すような接合体P10aを形成することができる。なお、この状態では、接合材料P3は仮硬化の状態であるため、次の工程で本硬化(ポスト)を行う。
この加熱条件下では、接合材料の流動性の低い状態で硬化を行うことができるため、接合材料の流れ出しを防止しつつ、接合材料を効率的に硬化することができる。
なお、本工程における加熱については、上述のように連通板21(第2の部材P2)を加熱する方法に限らず、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)を加熱する方法であってもよい。この場合、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)を支持する支持部材M43の加熱手段が設けられる。
[接合材料を硬化する工程(硬化処理工程)]
この工程では、図5(e)に示すような接合体P10aにおける接合材料P3の硬化処理(本硬化)を行う。
この硬化処理(加熱処理)により、接合材料P3を構成する樹脂における鎖状構造の分子どうしを、ところどころ架橋反応させ、接合材料P3が熱硬化性樹脂のように硬化する。これにより、接合材料P3が固化した接合部P5が形成され、第1の部材P1と第2の部材P2とが接合部P5(接合材料P3)を介して結合した接合体P10aが得られる。
この工程では、図5(e)に示すような接合体P10aにおける接合材料P3の硬化処理(本硬化)を行う。
この硬化処理(加熱処理)により、接合材料P3を構成する樹脂における鎖状構造の分子どうしを、ところどころ架橋反応させ、接合材料P3が熱硬化性樹脂のように硬化する。これにより、接合材料P3が固化した接合部P5が形成され、第1の部材P1と第2の部材P2とが接合部P5(接合材料P3)を介して結合した接合体P10aが得られる。
硬化処理工程において、接合材料P3を硬化させるための加熱温度T2(℃)は、以下の範囲内で行うことが好ましい。
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
具体的には、接合材料P3の加熱温度T1(℃)が、120℃となるように設定した。また、加熱時間は、数分から硬化が始まるが、完全に硬化させるためには数時間を必要とする。したがって、本例では、30分程度の仮硬化処理を行い、その後本硬化炉に3時間程度投入する方式を採用した。
加熱方法としては、加熱手段M81は、加熱された気体(例えば、N2ガス)などの加熱媒質中に接合体P10aを通過させる、所謂ベルト式連続高温炉(ベルト炉)を用いることができる。また、例えば高温炉(恒温槽)などの加熱雰囲気中に、接合体P10aを投入して硬化処理を行う構成とすることも可能である。
以上のような熱可塑性樹脂を含む接合材料P3を用いた工程を経ることによって、細密な接合部位を有する液体噴射ヘッドの一例としてのインクジェットヘッド(接合体P10,接合体P10a)を好適に形成することができる。
上述によれば、接合するためにアクチュエーター基板22(第1の部材P1)に付与された熱可塑性樹脂を含む接合材料P3は、軟化点以上の温度になると軟化して接着性を有することになるが、その分子構造から、流動性が低く、目的とする部位に容易に付与することができるとともに、流れ出しを防止することできる。したがって、微細な構造の接合部位(アクチュエーター基板22(第1の部材P1)の第2側壁14の頂面)に容易に適用することが可能となり、例えば液体噴射ヘッドなどの微細化を実現することが可能となる。したがって、このような構造を有するインクジェットヘッドの構成部材の接合に、本発明に係る接合方法を適用した場合、目的の部位に選択的に接合材料を付与することができ、得られるインクジェットヘッド(接合体)の吐出特性(噴射特性)と信頼性は高いものとなる。
上述では、本発明に係る接合方法をインクジェットヘッドに適用した場合の工程フローを説明として、連通板21(第2の部材P2)と、アクチュエーター基板22(第1の部材P1)との接合を例に説明したが、これに限らない。
インクジェットヘッドへの適用例としては、第1インク溜め(キャビティー)12が形成された単結晶のシリコン基板からなる連通板21(第2の部材P2)と、インク吐出ノズル17が形成されたノズル基板18との接合においても、接合材料P3(P8)を用いた本発明に係る接合方法を適用することができ、同様な効果を有している。
インクジェットヘッドへの適用例としては、第1インク溜め(キャビティー)12が形成された単結晶のシリコン基板からなる連通板21(第2の部材P2)と、インク吐出ノズル17が形成されたノズル基板18との接合においても、接合材料P3(P8)を用いた本発明に係る接合方法を適用することができ、同様な効果を有している。
《液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置》
次に、本発明に係る液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置について説明する。
次に、本発明に係る液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置について説明する。
図6は、本発明に係る液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置の好適な実施形態を示す概略図である。
図6に示すように、インクジェット式記録装置1000は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニット(記録ヘッドユニット)91Aおよび液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニット(記録ヘッドユニット)91Bと、カートリッジ92Aおよび92Bと、キャリッジ93と、装置本体94と、キャリッジ軸95と、駆動モーター96と、タイミングベルト97と、プラテン98とを備えている。
図6に示すように、インクジェット式記録装置1000は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニット(記録ヘッドユニット)91Aおよび液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニット(記録ヘッドユニット)91Bと、カートリッジ92Aおよび92Bと、キャリッジ93と、装置本体94と、キャリッジ軸95と、駆動モーター96と、タイミングベルト97と、プラテン98とを備えている。
前述したような本発明に係る接合体としてのインクジェットヘッド(記録ヘッド)を備える記録ヘッドユニット91Aおよび91Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ92Aおよび92Bが着脱可能に設けられ、記録ヘッドユニット91Aおよび91Bを搭載したキャリッジ93は、装置本体94に取り付けられたキャリッジ軸95に軸方向移動自在に設けられている。記録ヘッドユニット91Aおよび91Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出(噴射)するものとすることができる。
そして、駆動モーター96の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト97を介してキャリッジ93に伝達されることで、記録ヘッドユニット91Aおよび91Bを搭載したキャリッジ93はキャリッジ軸95に沿って移動される。一方、装置本体94にはキャリッジ軸95に沿ってプラテン98が設けられており、図示しない給紙ローラー等により給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン98に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、前述した実施形態では、ローラーによって搬送される転写媒体等を用いて、連続処理を行う構成について説明したが、本発明では、バッチ処理を行うものであってもよい。
また、本発明に係る製造装置において、各構成の配置は、前述したようなものに限定されない。
また、本発明に係る製造装置は、接合材料の転写後の転写媒体を清掃する清掃手段を有するものであってもよい。これにより、転写媒体を繰り返し好適に利用することができ、接合体の生産コストの低減や、省資源の観点から有利である。
また、前述した実施形態では、2つの部材の接合に適用する場合について説明したが、本発明は、3つ以上の部材の接合に適用してもよい。
また、前述した実施形態では、2つの部材の接合に適用する場合について説明したが、本発明は、3つ以上の部材の接合に適用してもよい。
また、前記の説明では、接合体として液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて代表的に説明したが、本発明の接合体は、インクジェットヘッド以外のものであってもよく、例えば、MEMS、光学素子等にも好適に適用することができる。これらも、微細な構造を有するものであるため、本発明を適用することによる効果が顕著に発揮される。
P10,P10a…接合体、P1…第1の部材、P2…第2の部材、P3…接合材料、P4…転写媒体、P5…接合部、P7…転写媒体、M100…製造装置、M1…成膜部、M11…接合材料付与手段、M12…平坦化手段(スキージ)、M13…支持部材(支持台)、M3…転写部、M31…押圧手段、M32…支持部材(転写台)、M4…接合部硬化処理部、M41…加熱手段(ヒーター)、M42…押圧手段、M43…支持部材、M5…搬送手段、M6…ローラー(送り出しローラー)、M7…ローラー(巻取りローラー)、M8…硬化処理部、M81…加熱手段(ヒーター)、10…液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッド、11…第1側壁、12…第1インク溜め(キャビティー)、13…第2インク溜め、14…第2側壁、15…天板部(振動板)、16…圧電体薄膜、17…インク吐出ノズル、18…ノズル基板、19…ノズル面、21…連通板(第2の部材)、22…アクチュエーター基板(第1の部材)、1000…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置、91A…液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニット(記録ヘッドユニット)、91B…液体噴射ヘッドとしてのインクジェットヘッドユニット(記録ヘッドユニット)、92A…カートリッジ、92B…カートリッジ、93…キャリッジ、94…装置本体、95…キャリッジ軸、96…駆動モーター、97…タイミングベルト、98…プラテン、S…記録シート。
Claims (12)
- 第1の部材に熱可塑性樹脂を含む接合材料を付与する工程と、
第2の部材と前記第1の部材とを、前記第1の部材に付与された前記接合材料を介して貼り合わせる工程と、
前記接合材料を硬化する工程と、を含んでいることを特徴とする接合方法。 - 前記接合材料を付与する工程は、
前記接合材料、および前記第1の部材の少なくとも一方を加熱する工程を含み、
前記加熱する工程では、
前記接合材料の軟化温度≦加熱温度T1(℃)<前記接合材料の硬化反応開始温度
における加熱温度T1(℃)で加熱を行うことを特徴とする請求項1に記載の接合方法。 - 前記接合材料を硬化する工程では、
加熱温度T2(℃)≧前記接合材料の硬化反応開始温度
における加熱温度T2(℃)で加熱を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の接合方法。 - 前記第1の部材および前記第2の部材の少なくとも一方は、突起部を備え、
接合材料を付与する工程では、
前記接合材料を前記突起部の頂面に付与することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の接合方法。 - 前記接合材料を送る工程を含み、
前記接合材料を付与する工程では、送られた前記接合材料を前記第1の部材に付与することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の接合方法。 - 前記接合材料は、フィルム状の基材に塗布、またはフィルム状に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の接合方法。
- 第1の部材に熱可塑性樹脂を含む接合材料を付与する転写部と、
第2の部材と前記第1の部材とを、前記第1の部材に付与された前記接合材料を介して貼り合わせる接合部と、
前記接合材料を硬化する硬化処理部と、を備えていることを特徴とする接合体の製造装置。 - 前記接合材料を送る搬送部を備え、
前記転写部では、前記搬送部によって送られた前記接合材料が、前記第1の部材に付与されることを特徴とする請求項7に記載の接合体の製造装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の接合方法によって形成された接合体。
- 請求項7または請求項8に記載の接合体の製造装置によって形成された接合体。
- 請求項9または請求項10に記載の接合体を含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項11に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射装置。
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