JP2003136737A - インクジェットプリントヘッド及びこれを備えたインクジェットプリンタ、並びにインクジェットプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクをインク吐出ノズルから吐出させるた
めのエネルギー発生素子と該インク吐出ノズルとの間の
位置ずれを可能な限り小さくする。 【解決手段】 予め、基板部材６の基材となる半導体基
板７、例えば、シリコン基板の線膨張率にほぼ等しい線
膨張率を有する材料で形成され、かつノズルシート２の
線膨張率より大きい線膨張率を有する材料で形成された
ヘッドフレーム４をノズルシート２に室温より低い温度
で貼り合わせておき、それからヘッドフレーム４とノズ
ルシート２との貼り合わせ温度以上の温度で基板部材
６、６、…をノズルシート２に貼り合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクをインク吐
出ノズルから吐出させて記録媒体上に画像記録を行うた
めのインクジェットプリントヘッド及びこれを備えたイ
ンクジェットプリンタ、並びにインクジェットプリント
ヘッドの製造方法に関する。詳しくは、インクをインク
吐出ノズルから吐出させるための発熱抵抗体と該インク
吐出ノズルとの位置ずれを可能な限り小さくする技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インク加圧室の一面を微小なインク吐出
ノズルが形成されたノズルシートで覆い、インク加圧室
に設けられた発熱抵抗体の急速な加熱によって生じるイ
ンク気泡（バブル）の力によってインク滴をインク吐出
ノズルから吐出させる方式のプリントヘッドがある。

【０００３】上記方式のプリントヘッドとして、図１３
及び図１４に示すような構造のシリアル式のプリントヘ
ッドａがある。プリントヘッドａは、インク加圧室ｂの
一つの端面を構成（限定）し発熱抵抗体ｃを備えた基板
部材ｄと、インク加圧室ｂの前記端面と異なる２つの端
面を構成するバリア層ｆと、インク加圧室ｂの前記３つ
の端面とは異なる端面を構成し複数のインク吐出ノズル
ｈが形成されたノズルシートｇとを有する。

【０００４】基板部材ｄは、シリコン等から成る半導体
基板ｅと半導体基板ｅの一方の面に析出形成された発熱
抵抗体ｃとから成る。バリア層ｆは、例えば、露光硬化
型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板ｅの
発熱抵抗体ｃが形成された面の全体に積層された後、フ
ォトリソプロセスによって不要な部分が取り除かれる。
ノズルシートｇは、例えば、ニッケルによる電鋳技術に
より形成され、インク吐出ノズルｈの位置が発熱抵抗体
ｃの位置と合うように、すなわちインク吐出ノズルｈが
発熱抵抗体ｃに対向するように基板部材ｄのバリア層ｆ
の上に貼り合わされる。

【０００５】上記のように基板部材ｄとバリア層ｆとノ
ズルシートｇで構成されたインク加圧室ｂは、インク供
給路ｉと連通されている。そして、インク加圧室ｂ内の
発熱抵抗体ｃは半導体基板ｅ上に形成された図示しない
導体部を介して外部回路と電気的に接続される。上記の
１個のプリントヘッドａには、通常、１００個単位の複
数の発熱抵抗体ｃ、それら発熱抵抗体ｃを備えたインク
加圧室ｂを備え、プリンタの制御部からの指令によって
これら発熱抵抗体ｃのそれぞれを一意に選択して発熱抵
抗体ｃに対応するインク加圧室ｂのインクをインク加圧
室ｂに対向するインク吐出ノズルｈから吐出させること
ができる。

【０００６】すなわち、プリントヘッドａにおいて、プ
リントヘッドａと結合された図示しないインクタンクか
らインク流路ｉを通じてインク加圧室ｂにインクが満た
される。そして、発熱抵抗体ｃに短時間、例えば、１〜
３マイクロ秒の間パルス電流を流すことにより、発熱抵
抗体ｃが急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体ｃと接
する部分に気相のインク気泡が発生し、該インク気泡の
膨張によってある体積のインクが押しのけられ、それに
よって、インク吐出ノズルｈに接する部分の上記押しの
けられたインクと同等の体積のインクがインク滴として
インク吐出ノズルｈから吐出され、紙等の記録媒体上に
付着（着弾）せしめられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなプリント
ヘッドａにおいて、発熱抵抗体ｃ（インク加圧室ｂ）と
インク吐出ノズルｈとの間の位置関係はインク滴の吐出
特性に影響があり、両者の位置ずれが大きくなると、吐
出速度の低下や吐出方向の乱れ等の原因となり、場合に
よっては吐出不可能になる。従って、発熱抵抗体ｃ（イ
ンク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとの間の位置ずれ
は印画品位の低下につながるため、大きな問題である。

【０００８】上記プリントヘッドａの製造工程において
は加熱工程があるのが一般的である。例えば、半導体基
板ｅ上にバリア層ｆを形成した後にノズルシートｇが積
層される（貼り合わされる）が、バリア層ｆを硬化して
ノズルシートｇを固着（接着）するために、高温での熱
硬化工程が行われる。また、ドライフィルムレジストか
らなるバリア層ｆの耐インク性を得るためのキュア工程
も高温で行われる。

【０００９】上記のように、プリントヘッドの製造工程
では加熱工程が必要である。ところで、例えば半導体基
板ｅの材料とされるシリコン（シリコンの線膨張率は約
３．５×１０^−６〔Ｋ^−１〕）と例えばノズルシートｇ
の材料とされるニッケル（ニッケルの線膨張率は約１．
３×１０^−５〔Ｋ^−１〕）とでは線膨張率が凡そ一桁異
なる。このように線膨張率が大きく異なる材料を加熱工
程にて貼り合わせた場合には、加熱工程終了後、室温に
戻るときに、それぞれの伸縮率（線膨張率）の差により
両者に相対的な位置ずれが生じ、実際には図１５に示す
ようなそれぞれの発熱抵抗体ｃに対向してインク吐出ノ
ズルｈがある位置関係ではなくなってしまう。そして、
このような位置ずれは、貼り合わされる部材間の線膨張
率の差が大きいほど大きくなる。

【００１０】すなわち、図１５に示すように、一つの基
板部材ｄに関し、ある部分（ａ）では発熱抵抗体ｃ（イ
ンク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとが対向した位置
関係にあっても、該位置から離れた位置（ｂ）では発熱
抵抗体ｃ（インク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとの
間で位置ずれが生じ、さらに離れた位置（ｃ）ではイン
ク吐出ノズルｈがインク加圧室ｂからもずれてしまう。
そして、このような位置ずれは貼り合わされる部材が大
きくなるほど大きくなってしまう。このように、発熱抵
抗体ｃ（インク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとが対
向した位置関係からずれるに従って（図１５（ｂ）参
照）吐出方向にずれが生じ、さらにずれ量が大きくなる
と（図１５（ｃ）参照）インクの吐出が不能になってし
まう。

【００１１】一方では、プリンタ市場の要求は印画スピ
ードを速くする方向にあり、それを達成するための一つ
の手段として、インクを吐出させる吐出ノズルの数を増
大させることがある。この場合、同じ解像度で吐出ノズ
ルの数が増大するときはプリントヘッドの大きさは大き
くなり、上記のように線膨張率の差に起因する発熱抵抗
体ｃ（インク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとの位置
ずれの影響はさらに大きくなってしまう。例えば、ライ
ンヘッドのような大型のプリントヘッドの場合には発熱
抵抗体ｃ（インク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとの
間の位置ずれの影響はより顕著になり、極めて重要な問
題となる。

【００１２】本発明は、上記のような点を鑑みてなされ
たものであり、発熱抵抗体とインク吐出ノズルとの位置
ずれを可能な限り小さくしたインクジェットプリントヘ
ッド及びこれを備えたインクジェットプリンタ、並びに
インクジェットプリントヘッドの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ットプリントヘッドは、インク加圧室の端面を構成し、
複数のインク吐出ノズルが形成されたノズルシートと、
前記ノズルシートを支持するヘッドフレームと、前記イ
ンク加圧室の前記端面とは異なる端面を構成し、前記イ
ンク吐出ノズルに対向し該インク加圧室内のインクを前
記インク吐出ノズルから吐出させるための発熱抵抗体を
有する基板部材とを有し、前記ノズルシートに前記ヘッ
ドフレームと前記基板部材とを貼り合わせて成り、前記
ノズルシートと前記基板部材と前記ヘッドフレームはそ
れぞれ、前記ヘッドフレームの線膨張率と前記基板部材
の線膨張率とがほぼ等しく、かつ前記ヘッドフレームの
線膨張率は前記ノズルシートの線膨張率より大きくなる
材料で形成されて成ることを特徴とすることにより、上
記課題を解決しようとするものである。

【００１４】また、本発明に係るインクジェットプリン
タは、インク加圧室の端面を構成し、複数のインク吐出
ノズルが形成されたノズルシートと、前記ノズルシート
を支持するヘッドフレームと、前記インク加圧室の前記
端面とは異なる端面を構成し、前記インク吐出ノズルに
対向し該インク加圧室内のインクを前記インク吐出ノズ
ルから吐出させるための発熱抵抗体を有する基板部材と
を有するインクジェットプリントヘッドを備え、前記ノ
ズルシートに前記ヘッドフレームと前記基板部材とを貼
り合わせて成り、前記ノズルシートと前記基板部材と前
記ヘッドフレームはそれぞれ、前記ヘッドフレームの線
膨張率と前記基板部材の線膨張率とがほぼ等しく、かつ
前記ヘッドフレームの線膨張率は前記ノズルシートの線
膨張率より大きくなる材料で形成されて成ることを特徴
とするとすることにより、上記課題を解決しようとする
ものである。

【００１５】また、本発明に係るインクジェットプリン
トヘッドの製造方法は、ヘッドフレームの線膨張率より
小さくなる材料で形成されて成るノズルシートと前記ヘ
ッドフレームとを室温より低い温度環境下で貼り合わせ
る工程と、前記ヘッドフレームが貼り合わされたノズル
シートと前記ヘッドフレームの線膨張率とほぼ同じ線膨
張率となる材料で形成されて成り、発熱抵抗体を有する
基板部材とを前記ノズルシートと前記ヘッドフレームと
の貼り合わせ温度以上の温度環境下で貼り合わせる工程
とを有することを特徴とすることにより、上記課題を解
決しようとするものである。

【００１６】また、本発明に係るインクジェットプリン
トヘッドの製造方法は、ヘッドフレームの線膨張率より
大きくなる材料で形成されて成るノズルシートと前記ヘ
ッドフレームとを室温より高い温度環境下で貼り合わせ
る工程と、前記ヘッドフレームが貼り合わされたノズル
シートと前記ヘッドフレームの線膨張率とほぼ同じ線膨
張率となる材料で形成されて成り、発熱抵抗体を有する
基板部材とを前記ノズルシートと前記ヘッドフレームと
の貼り合わせ温度以下の温度環境下で貼り合わせる工程
とを有することを特徴とすることにより、上記課題を解
決しようとするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る、インクジェ
ットプリントヘッド及びこれを備えたインクジェットプ
リンタ、並びにインクジェットプリントヘッドの製造方
法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 （第１の実施の形態）図１、図２に示すプリントヘッド
１はフルカラーのバブルインクジェットプリンタ用のプ
リントヘッドである。プリントヘッド１は、インク加圧
室９（図３、図４参照）の端面を構成しシアン、イエロ
ー、マゼンタ、ブラック各色のインク用に多数のインク
吐出ノズル３、３、…（図３、図４参照）が形成された
ノズルシート２と、ノズルシート２を支持するヘッドフ
レーム４と、インク加圧室９の前記端面とは異なる端面
を構成しインク吐出ノズル３、３、…に対向し該インク
加圧室９内のインクをインク吐出ノズル３、３、…から
吐出させるための発熱抵抗体８、８、…（図４参照）が
形成された基板部材６、６、…とが結合されたヘッド組
立体１１と、インク供給管１７、１７、…が設けられイ
ンク加圧室９にインクを供給するためのインク流路１８
を構成する各色のインク用の流路板１２、１２、…とを
有する。

【００１８】ノズルシート２、基板部材６、ヘッドフレ
ーム４はそれぞれ、ヘッドフレーム４の線膨張率と基板
部材６の線膨張率とがほぼ等しく、かつヘッドフレーム
４の線膨張率はノズルシート２の線膨張率より大きくな
るように、ノズルシート２は線膨張率が約０．１３×１
０^−６〔Ｋ^−１〕のニッケル鋼（６４Ｆｅ，３６Ｎ
ｉ）、基板部材６は線膨張率が約３．５×１０^−６〔Ｋ
^−１〕のシリコン、ヘッドフレーム４は線膨張率が約
３．５×１０^−６〔Ｋ^−１〕のシリコンとほぼ等しい窒
化珪素により形成されて成る。なお、プリントヘッド１
は、基板部材６、６、…に形成された発熱抵抗体８、
８、…を図示しない外部の制御部と電気的に接続するた
めのフレキシブル基板１９（図１、図２には一色のイン
ク分のみを示す）を用いて、その駆動を制御される。

【００１９】ノズルシート２には上述したように各色用
に多数のインク吐出ノズル３、３、…が形成されてお
り、インク吐出ノズル３、３、…は基板部材６、６、…
の１個当たり数百個が整列された状態で形成されてい
る。このようなノズルシート２は、例えば、厚さ１５μ
ｍ〜２０μｍで形成され、そこに直径約２０μｍのイン
ク吐出ノズル３、３、…が形成されている（図３〜図５
参照）。

【００２０】上記ノズルシート２にはヘッドフレーム４
が貼り合わされている。ヘッドフレーム４は、例えば、
厚さ５ｍｍを有し、長方形状をなす外枠４ａの短辺間に
３本の桟部材４ｂ、４ｂ、４ｂが等間隔に架け渡し状に
一体に形成されてなるものであり、これによって、長方
形状をなす４つの空間５、５、…が平行に並んだ状態で
形成される（図２参照）。これら空間５、５、…の長さ
は、例えば、Ａ４サイズの横幅に相当する長さ、約２１
ｃｍとなる。

【００２１】また、上記ノズルシート２には多数の基板
部材６、６、…がバリア層１０を介して貼り合わされる
（図２、図３、図４参照）。基板部材６は、シリコンか
ら成る半導体基板７と、半導体基板７の一方の面に析出
形成された発熱抵抗体８、８、…と、この半導体基板７
の発熱抵抗体８、８、…が形成された面に積層され、イ
ンク加圧室９、９、…の側面（端面）を限定（構成）す
る、すなわち、側壁部となるバリア層１０とから成る
（図３、図４参照）。バリア層１０は、例えば、露光硬
化型のドライフィルムレジストからなり、上記半導体基
板７の発熱抵抗体８、８、…が形成された面の全体に積
層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が
取り除かれて形成される。

【００２２】上記基板部材６において、バリア層１０の
厚みはほぼ１２μｍ、発熱抵抗体８は一辺がほぼ１８μ
ｍの正方形をなしている。また、インク加圧室９の幅は
ほぼ２５μｍとされている。一つの例として、例えば、
Ａ４サイズの用紙を縦方向に搬送して使用するラインプ
リンタの場合、上記ヘッドフレーム４の一つの空間で囲
まれた空間内でノズルシート２に形成されるインク吐出
ノズル３、３、３…の数は約５，０００個であり、この
範囲のノズルシート２に貼り合わせられる基板部材６、
６、…（１の色用）の数は１６個である。従って、１個
の基板部材６に相当するインク吐出ノズル３、３、…の
数は３１０個前後になる。従って、大きさ等に制限のあ
る図面にこれらの数や大きさを正確に表現することは不
可能であるので、各図面では理解しやすいように、誇張
したりあるいは省略して表現してある。

【００２３】また、ノズルシート２には流路板１２、１
２、…が貼り合わされている。流路板１２、１２、…
は、上述したようにインクの各色に対応して１個、計４
個ある。流路板１２は、ヘッドフレーム４の空間５内に
嵌合されるチャンバー部１３と該チャンバー部１３の片
方の面に連続したフランジ部１４とが一体に形成されて
成る。フランジ部１４はその長手方向に対する面積がヘ
ッドフレーム４の空間５の長手方向に対する面積より大
きく形成されている。チャンバー部１３はフランジ部１
４が形成されている側と反対側の端面に開口した空間１
５を有しており、空間１５の両側を限定している壁部に
は基板部材６、６、…を位置させるための切欠凹部１
６、１６、…が上記空間１５と連通した状態で形成され
ている（図３、図４参照）。

【００２４】また、フランジ部１４のチャンバー部１３
が連続されている面と反対側からはインク供給管１７が
突設されており、該インク供給管１７は上記空間１５と
連通している（図１、図２、図４参照）。上記流路板１
２、１２、…はチャンバー部１３、１３、…がヘッドフ
レーム４の空間５、５、…内に嵌合され、また、フラン
ジ部１４、１４、…がヘッドフレーム４の外枠４ａ及び
桟部４ｂ、４ｂ、…に接触した状態で、ヘッドフレーム
４に貼り合わせて（接着）固定されている。そして、ノ
ズルシート２に貼り合わされている基板部材６、６、…
は流路板１２、１２、…のチャンバー部１３、１３、…
に形成された切欠凹部１６、１６、…内に位置されると
ともにチャンバー部１３、１３、…に接着される（図
３、図４参照）。

【００２５】上記のように流路板１２、１２、…がヘッ
ド組立体１１に結合されることによって、流路板１２、
１２、…のチャンバー部１３、１３、…とノズルシート
２とによって囲まれた閉空間が形成され、該閉空間はイ
ンク供給管１７、１７、…のみを通して外部と連通され
ることになる。そして、基板部材６、６、…は上記空間
内に位置し、一の閉空間に関して見れば、一部がオーバ
ーラップしながら互い違いに（いわゆる千鳥状に）配列
された基板部材６、６、…の列と列との間にインク流路
１８が形成され、インク加圧室９、９、…が上記インク
流路１８と連通した状態となる（図３参照）。

【００２６】上記流路板１２、１２、…に設けられたイ
ンク供給管１７、１７、…はそれぞれ異なる色のインク
を収納している図示しないインクタンクと各別に接続さ
れ、これによって、プリントヘッド１の各インク流路１
８、１８、…及びインク加圧室９、９、…にインクが満
たされる。なお、ヘッドフレーム４と流路板１２、１
２、…との間にできた隙間２０、２０、…（図３、図４
参照）を通して上記フレキシブル基板１９、１９、…の
接続片１９ａ、１９ａ、…は、図示していないが、基板
部材６、６、…の位置まで延び、基板部材６、６、…に
形成され発熱抵抗体８、８、…の各々に電気的に接続さ
れている。

【００２７】このような構成のプリントヘッド１におい
ては、プリンタの制御部からの指令によって一意に選択
された発熱抵抗体８、８、…に短時間、例えば、１〜３
マイクロ秒の間電流パルスを通すことにより、発熱抵抗
体８、８、…が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗
体８、８、…と接する部分に気相のインク気泡が発生
し、該インク気泡の膨張によってある体積のインクが押
しのけられ、それによって、インク吐出ノズル３、３、
…に接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体
積のインクがインク滴としてインク吐出ノズル３、３、
…から吐出され、紙等の記録媒体上に付着（着弾）せし
められる。そして、インクが吐出されたインク加圧室
９、９、…にはインク流路１８、１８…を通じて吐出さ
れた量と同量のインクが直ちに補充される。

【００２８】以下、上記構成のプリントヘッド１の製造
プロセスについて説明する。まず、ノズルシート２とヘ
ッドフレーム４とを、例えば、空気に触れると硬化する
エポキシ系のシート接着剤によって、室温より低い約１
０℃で貼り合わせる。次に、ノズルシート２と基板部材
６、６、…とを室温より高い約１０５℃で貼り合わせ
る。ノズルシート２と基板部材６、６、…との貼り合わ
せは、バリア層１０を熱硬化させることで為されるの
で、貼り合わせ温度はバリア層１０の性状によるところ
が大であり、１０℃に限定されるものではないが、上記
したノズルシート２とヘッドフレーム４との貼り合わせ
温度は、室温より低く、かつノズルシート２と基板部材
６、６、…との貼り合わせ温度以下であることが必要で
ある。このことを図１０のグラフ図によって説明する。

【００２９】図１０はノズルシート２に形成されたイン
ク吐出ノズル３、３、…の形成間隔（ノズル間間隔）Ｌ
_Ａ 〔μｍ〕の温度変化による推移と、基板部材６に形
成された発熱抵抗体８、８、…の形成間隔（ヒータ間間
隔）Ｌ_Ｂ 〔μｍ〕の温度変化による推移とを示すグラ
フ図である。すなわち、直線Ａは室温Ｔ_Ｒ でのノズル
間間隔をＬ_１ とした場合の温度変化による推移を示す
ものであり、直線Ｂは室温でのヒータ間間隔をＬ_２ と
した場合の温度変化による推移を示すものである。

【００３０】そして、上記直線Ａ及びＢは、それぞれ、
ノズルシート２の線膨張率をα_１（α_１ は約０．１３
×１０^−６〔Ｋ^−１〕）、基板部材６、６、…（半導体
基板７、７、…）の線膨張率をα_２ （α_２ は約３．５
×１０^−６〔Ｋ^−１〕）、温度をＴ〔K〕とした場合、 Ａ：Ｌ_Ａ ＝Ｌ_１ ＋Ｌ_１ α_１ （Ｔ−Ｔ_Ｒ ） Ｂ：Ｌ_Ｂ ＝Ｌ_２ ＋Ｌ_２ α_２ （Ｔ−Ｔ_Ｒ ） （ただし、Ｌ_２ ＞Ｌ_１ 、Ｔ_Ｒ は室温）で表される。

【００３１】そこで、まず曲線Ａと曲線Ｂとが交わる温
度Ｔ＝Ｔ_１ （本実施の形態では１０℃、すなわち２８
３Ｋ）でヘッドフレーム４とノズルシート２とを貼り合
わせる。次に、温度Ｔ_１ 以上であり室温より高い温度
Ｔ＝Ｔ_２ （本実施の形態では１０５℃、すなわち３７
８Ｋ）でノズルシート２に基板部材６、６、…を貼り合
わせる。

【００３２】上記したように、温度Ｔ_１ でヘッドフレ
ーム４とノズルシート２とを貼り合わせることにより、
貼り合わせ温度Ｔ_１ 以上の温度では、上記したように
ヘッドフレーム４は５ｍｍの厚さを有し、十分な剛性を
有するため、ノズルシート２はヘッドフレーム４の伸長
に倣うことになる。さらに、ヘッドフレーム４の線膨張
率はノズルシート２の線膨張率より大きいため、ノズル
シート２はノズルシート２の方がヘッドフレーム４より
小さく伸長しようとし、ノズルシート２は緊張した状
態、つまりピンと張った状態にある。その結果、ノズル
シート２に形成されたインク吐出ノズル３、３、…の間
隔、すなわち、ノズル間間隔はヘッドフレーム４の線膨
張率に従って推移することになる。

【００３３】また、ヘッドフレーム４の線膨張率は上記
したように基板部材６の線膨張率とほぼ同じであるの
で、同じ温度下ではノズル間間隔とヒータ間間隔とがほ
ぼ同じになる。従って、発熱抵抗体８、８、…（インク
加圧室９、９、…）とインク吐出ノズル３、３、…との
位置ずれが生じなくなる。

【００３４】そこで、プリントヘッドとして完成したと
きにおけるノズル間間隔はプリントヘッドが使用される
プリンタが求められる精細度によって決まってくるわけ
であるから、Ｌ_２ は設計値として決まってくる。この
場合必要とされるＬ_１ は、ノズルシート２の線膨張率
α_１ 、半導体基板７の線膨張率（ヘッドフレーム４の
線膨張率でもある）α_２ 、ノズルシート２とヘッドフ
レーム４との貼り合わせ温度Ｔ_１ 、該貼り合わせ温度
Ｔ_１ と室温Ｔ_Ｒ との差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ_１ −Ｔ_Ｒ）か
ら、図１０から逆算して次式 Ｌ_１ ＝Ｌ_２ （α_２ ΔＴ＋１）／（α_１ ΔＴ＋１） から求めることができる。

【００３５】ところで、ノズルシート２の製造上のばら
つきで、室温Ｔ_Ｒ でのノズル間間隔がＬ_１ に対して短
すぎたり、長すぎたりすることがある。このような場合
には、ヘッドフレーム４とノズルシート２との貼り合わ
せ温度を変えることによって調整することができる。

【００３６】上記したように、ヘッドフレーム４の線膨
張率はノズルシート２の線膨張率より大きいことが望ま
しい。なぜなら、ヘッドフレーム４とノズルシート２と
を低温（温度Ｔ_１ ）で貼り合わせた後、室温に戻ると
きに、ヘッドフレーム４によって、（１）引っ張られる
方向に力を受けるか、（２）縮まる方向に力を受けるか
であるが、ヘッドフレーム４の線膨張率がノズルシート
２の線膨張率より小さい場合には（２）のように縮まる
方向に力を受け、ノズルシート２にインク吐出ノズル
３、３、…と発熱抵抗体８、８、…との位置ずれが生じ
る恐れのある凹凸（皺）が発生する可能性があるからで
ある。

【００３７】また、上記ヘッドフレーム４とノズルシー
ト２との貼り合わせ温度Ｔ_１ はその後に行われるどの
プロセスにおける温度よりも低いことが望ましい。これ
によって、ヘッドフレーム４とノズルシート２とを貼り
合わせた後のプロセス中、ノズルシート２には常に張力
が与えられた状態となり、ノズルシート２に皺が発生す
ることを防止できる。

【００３８】続いて、上記のようにしてヘッドフレーム
４とノズルシート２と基板部材６、６、…とが結合され
たヘッド組立体１１に流路板１２、１２、…が取り付け
られる。上記したプリントヘッド１の製造プロセスを、
図５乃至図９を参照しながら詳しく説明する。まず、ノ
ズルシート２をニッケル鋼によって形成し、これを平坦
な面を有する支持治具２１の上に載置する（図５参
照）。ノズルシート２を支持治具２１の上に載置するの
は、ノズルシート２は極めて薄く形成されていて、それ
自体では形状保持ができないからである。

【００３９】次いで、空気に触れることで硬化する、例
えば、エポキシ系のシート接着剤を使用して支持治具２
１に載置されているノズルシート２にヘッドフレーム４
を貼り付ける（図６参照）。なお、図６において、ノズ
ルシート２及びヘッドフレーム４について波線で示す部
分２´及び４´はそれぞれ１０℃に冷却したことによっ
て縮んだ分を概念的に示すものである。

【００４０】次いで、支持治具２１が取り除かれ、基板
部材６、６、…が１０℃の温度環境下でノズルシート２
に貼り合わせられる（図７参照）。なお、図７は工程を
概念的に示すものであるので、基板部材６を各色６個ず
つしか示していない。以上のようにして、ヘッド組立体
１１が形成される（図８参照）ので、そこで、別の工程
で組み立てられていた流路板組立体２２がヘッド組立体
１１にノズルシート２とヘッドフレーム４との貼り合わ
せ温度（１０℃）以上の温度環境下で結合（接着）され
る（ノズルシート２に流路板１２が貼り合せられる）
（図９参照）。なお、流路板組立体２２は上記した流路
板１２が４個一体的に結合されたもので、図示しない結
合部材によって組み立てられる。

【００４１】上記したプリントヘッド１にあっては、予
め、基板部材６の基材となる半導体基板７の材料である
シリコンの線膨張率にほぼ等しい線膨張率を有し、かつ
ノズルシート２の線膨張率より大きい線膨張率を有する
窒化珪素で形成されたヘッドフレーム４をノズルシート
２に低温（温度Ｔ_１ ）で貼り合わせておき、それから
ヘッドフレーム４とノズルシート２との貼り合わせ温度
以上である温度（温度Ｔ_２ ）で基板部材６、６、…を
ノズルシート２に貼り合わせるので、ノズルシート２に
形成されたインク吐出ノズル３、３、…の形成間隔と、
基板部材６、６、…の発熱抵抗体８、８、…の形成間隔
とをノズルシート２とヘッドフレーム４との貼り合わせ
温度以上の温度環境下では常に一致させることができ、
インクの吐出性能の良いプリントヘッドを得ることがで
き、ヘッドフレーム４とノズルシート２とを低温で貼り
合わせた後、室温に戻るときに、ヘッドフレーム４によ
って、ノズルシート２が引っ張られる方向に力を受ける
ため、ノズルシート２に凹凸（皺）が発生することを防
止できる。

【００４２】従って、基板部材６が大型化して基板部材
１個あたりの発熱抵抗体８、８、…の数、すなわち、基
板部材１個に対するインク吐出ノズル３、３、…の数が
増えても、インク吐出ノズル３、３、…と発熱抵抗体
８、８、…との位置ずれが起こり難い。従って、プリン
トヘッドの大型化をし易くなり、特にラインプリンタ用
のプリントヘッドのようにスパンの長いプリントヘッド
の形成に好適である。

【００４３】また、ヘッドフレーム４にノズルシート２
と貼り合わせることによって、ノズルシート２に大きな
剛性を与えることができ、上記実施の形態に示したよう
に、４色用のプリントヘッドを一体化させてラインプリ
ンタ用のプリントヘッドを形成することが可能になる。
なお、本実施の形態では、フルカラーのバブルインクジ
ェットプリンタ用のプリントヘッドとして説明したが、
本発明に係るインクジェットプリントヘッドは、モノカ
ラーのプリンタとしても適用可能であり、また、フルカ
ラーのプリンタ用のプリントヘッドとして適用する場合
であっても、上記した４色一体型に限るものではなく、
各色独立したプリントヘッドとして構成しても構わな
い。

【００４４】（第２の実施の形態）本実施の形態では、
上記ノズルシート２、基板部材６、ヘッドフレーム４は
それぞれ、ヘッドフレーム４の線膨張率と基板部材６の
線膨張率とがほぼ等しく、かつヘッドフレーム４の線膨
張率はノズルシート２の線膨張率より小さくなるよう
に、ノズルシート２は線膨張率が約１．３×１０
^−５〔Ｋ^−１〕のニッケル、基板部材６は線膨張率が約
３．５×１０^−６〔Ｋ^−１〕のシリコン、ヘッドフレー
ム４は線膨張率が約３．５×１０^−６〔Ｋ^−１〕のシリ
コンとほぼ等しい窒化珪素により形成されて成る場合に
ついて説明する。なお、プリントヘッド１の構成及び動
作は上記第１の実施の形態と同様であるので説明を省略
し、プリントヘッド１の製造プロセスについてのみ説明
する。

【００４５】まず、ノズルシート２とヘッドフレーム４
とを、例えば、熱硬化型のシート接着剤によって、室温
より高い約１５０℃で貼り合わせる。次に、ノズルシー
ト２と基板部材６、６、…とを室温より高い約１０５℃
で貼り合わせる。ノズルシート２と基板部材６、６、…
との貼り合わせは、バリア層１０を熱硬化させることで
為されるので、貼り合わせ温度はバリア層１０の性状に
よるところが大であり、１０５℃に限定されるものでは
ないが、上記したノズルシート２とヘッドフレーム４と
の貼り合わせ温度は、ノズルシート２と基板部材６、
６、…との貼り合わせ温度以上であることが必要であ
る。このことを図１１のグラフ図によって説明する。

【００４６】図１１はノズルシート２に形成されたイン
ク吐出ノズル３、３、…の形成間隔（ノズル間間隔）Ｌ
_Ａ 〔μｍ〕の温度変化による推移と、基板部材６に形
成された発熱抵抗体８、８、…の形成間隔（ヒータ間間
隔）Ｌ_Ｂ 〔μｍ〕の温度変化による推移とを示すグラ
フ図である。すなわち、直線Ａは室温Ｔ_Ｒ でのノズル
間間隔をＬ_１ とした場合の温度変化による推移を示す
ものであり、直線Ｂは室温でのヒータ間間隔をＬ_２ と
した場合の温度変化による推移を示すものである。

【００４７】そして、上記直線Ａ及びＢは、それぞれ、
ノズルシート２の線膨張率をα_３（α_３ は約１．３×
１０^−５〔Ｋ^−１〕）、基板部材６、６、…（半導体基
板７、７、…）の線膨張率をα_４ （α_４ は約３．５×
１０^−６〔Ｋ^−１〕）、温度をＴ〔K〕とした場合、 Ａ：Ｌ_Ａ ＝Ｌ_１ ＋Ｌ_１ α_３ （Ｔ−Ｔ_Ｒ ） Ｂ：Ｌ_Ｂ ＝Ｌ_２ ＋Ｌ_２ α_４ （Ｔ−Ｔ_Ｒ ） （ただし、Ｌ_２ ＞Ｌ_１ 、Ｔ_Ｒ は室温）で表される。

【００４８】そこで、まず直線Ａと直線Ｂとが交わる温
度Ｔ_３ （本実施の形態では１５０℃、すなわち４２３
Ｋ）でヘッドフレーム４とノズルシート２とを貼り合わ
せる。次に、温度Ｔ_３ 以下であり室温より高い温度Ｔ
_４ （本実施の形態では１０５℃、すなわち３７８Ｋ）
でノズルシート２に基板部材６、６、…を貼り合わせ
る。

【００４９】上記したように、温度Ｔ_３ でヘッドフレ
ーム４とノズルシート２とを貼り合わせることにより、
貼り合わせ温度Ｔ_３ 以下の温度では、上記したように
ヘッドフレーム４は５ｍｍの厚さを有し、十分な剛性を
有するため、ノズルシート２はヘッドフレーム４の収縮
に倣うことになる。さらに、ヘッドフレーム４の線膨張
率はノズルシート２の線膨張率より小さいため、ノズル
シート２はノズルシート２の方がヘッドフレーム４より
大きく収縮しようとし、ノズルシート２は緊張した状
態、つまりピンと張った状態にある。その結果、ノズル
シート２に形成されたインク吐出ノズル３、３、…の間
隔、すなわち、ノズル間間隔はヘッドフレーム４の線膨
張率に従って推移することになる。

【００５０】また、ヘッドフレーム４の線膨張率は上記
したように基板部材６の線膨張率とほぼ同じであるの
で、同じ温度下ではノズル間間隔とヒータ間間隔とがほ
ぼ同じになる。従って、発熱抵抗体８、８、…（インク
加圧室９、９、…）とインク吐出ノズル３、３、…との
位置ずれが生じなくなる。

【００５１】そこで、プリントヘッドとして完成したと
きにおけるノズル間間隔はプリントヘッドが使用される
プリンタが求められる精細度によって決まってくるわけ
であるから、Ｌ_２ は設計値として決まってくる。この
場合必要とされるＬ_１ は、ノズルシート２の線膨張率
α_３ 、半導体基板７の線膨張率（ヘッドフレーム４の
線膨張率でもある）α_４ 、ノズルシート２とヘッドフ
レーム４との貼り合わせ温度Ｔ_３ 、該貼り合わせ温度
Ｔ_３ と室温Ｔ_Ｒ との差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ_３ −Ｔ_Ｒ）か
ら、図１１から逆算して次式 Ｌ_１ ＝Ｌ_２ （α_４ ΔＴ＋１）／（α_３ ΔＴ＋１） から求めることができる。

【００５２】ところで、ノズルシート２の製造上のばら
つきで、室温Ｔ_Ｒ でのノズル間間隔がＬ_１ に対して短
すぎたり、長すぎたりすることがある。このような場合
には、ヘッドフレーム４とノズルシート２との貼り合わ
せ温度を変えることによって調整することができる。

【００５３】上記したように、ヘッドフレーム４の線膨
張率はノズルシート２の線膨張率より小さいことが望ま
しい。なぜなら、ヘッドフレーム４とノズルシート２と
を高温（温度Ｔ_３ ）で貼り合わせた後、室温に戻ると
きに、ヘッドフレーム４によって、（１）引っ張られる
方向に力を受けるか、（２）縮まる方向に力を受けるか
であるが、ヘッドフレーム４の線膨張率がノズルシート
２の線膨張率より大きい場合には（２）のように縮まる
方向に力を受け、ノズルシート２にインク吐出ノズル
３、３、…と発熱抵抗体８、８、…との位置ずれが生じ
る恐れのある凹凸（皺）が発生する可能性があるからで
ある。

【００５４】また、上記ヘッドフレーム４とノズルシー
ト２との貼り合わせ温度Ｔ_３ はその後に行われるどの
プロセスにおける温度よりも高いことが望ましい。これ
によって、ヘッドフレーム４とノズルシート２とを貼り
合わせた後のプロセス中、ノズルシート２には常に張力
が与えられた状態となり、ノズルシート２に皺が発生す
ることを防止できる。続いて、上記のようにしてヘッド
フレーム４とノズルシート２と基板部材６、６、…とが
結合されたヘッド組立体１１に流路板１２、１２、…が
取り付けられる。

【００５５】図１２に上記第１，第２実施形態の４色一
体型のプリントヘッド１を備えたフルカラーのバブルイ
ンクジェット方式のラインプリンタ２３の構成を示す。
ラインプリンタ２３は、全体が長方形状の筐体２４に収
納されて形成され、記録媒体としての用紙２６を収納し
た用紙トレイ２５をこの筐体２４の正面に形成されたト
レイ出入口より装着することにより、用紙２６を給紙で
きるようになされている。

【００５６】用紙トレイ２５は、このようにトレイ出入
口よりラインプリンタ２３に装着されると、所定の機構
により用紙２６が給紙ローラ２７に押し当てられ、この
給紙ローラ２７の回転により、矢印Ａ方向で示すよう
に、用紙２６が用紙トレイ２５よりラインプリンタ２３
の背面側に向かって送り出される。ラインプリンタ２３
は、この用紙送りの側に反転ローラ２８が配置され、こ
の反転ローラ２８の回転等により、矢印Ｂで示すよう
に、正面方向に用紙２６の送り方向が切り換えられる。

【００５７】ラインプリンタ２３は、このようにして用
紙送り方向が矢印Ｂで示す方向に切り換えられてなる用
紙２６が用紙トレイ２５の上を横切るように拍車ローラ
２９等により搬送され、矢印Ｃに示すように、ラインプ
リンタ２３の正面側に配置された排出口より排出され
る。ラインプリンタ２３は、この拍車ローラ２９から排
出口までの間に、矢印Ｄにより示すように、ヘッドカー
トリッジ３０が交換可能に配置される。

【００５８】ヘッドカートリッジ３０は、それぞれイエ
ロー，マゼンタ，シアン，ブラックのラインヘッドをそ
れぞれ配置してなるプリントヘッド１が所定形状のホル
ダー３１の下面側に配置され、このホルダー３１に順次
イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックのインクカート
リッジＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂを配置して形成されるようになさ
れている。これによりラインプリンタ２３は、これら各
色のインクに対応するラインヘッドより用紙２６に付着
させて画像を印刷できるようになされている。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクをインク吐出ノズルから吐出させるためのエネル
ギー発生素子と該インク吐出ノズルとの間の位置ずれを
可能な限り小さくすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
構成を示す斜視図である。

【図２】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの
構成を示す分解斜視図である。

【図３】本発明に係るプリントヘッドの構成を示す要部
拡大図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

【図５】ノズルシートを支持治具の上に載置した状態を
示す斜視図である。

【図６】ヘッドフレームとノズルシートとの結合工程を
示す説明図である。

【図７】ノズルシートに基板部材を結合する工程を示す
説明図である。

【図８】ヘッドフレーム、ノズルシート、基板部材が組
み立てられたヘッド組立体を示す図である。

【図９】ヘッド組立体に流路部材を結合する工程を示す
説明図である。

【図１０】第１の実施の形態によるヘッドフレームとノ
ズルシートとの貼り合わせ温度及び基板部材のノズルシ
ートへの貼り合わせ温度をノズルシートのインク吐出ノ
ズルの形成間隔の伸縮曲線及び基板部材の発熱抵抗体の
形成間隔の伸縮曲線とともに示すグラフ図である。

【図１１】第２の実施の形態によるヘッドフレームとノ
ズルシートとの貼り合わせ温度及び基板部材のノズルシ
ートへの貼り合わせ温度をノズルシートのインク吐出ノ
ズルの形成間隔の伸縮曲線及び基板部材の発熱抵抗体の
形成間隔の伸縮曲線とともに示すグラフ図である。

【図１２】フルカラーのバブルインクジェット方式のラ
インプリンタの構成を示す斜視図である。

【図１３】従来のプリントヘッドの構成を示す斜視図で
ある。

【図１４】従来のプリントヘッドの構成を示す分解斜視
図である。

【図１５】従来の問題点を示す断面図である。

【符号の説明】

１ プリントヘッド ２ ノズルシート ３ インク吐出ノズル ４ ヘッドフレーム ６ 基板部材 ８ 発熱抵抗体 ９ インク加圧室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 厚志 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 萱場 慎二 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 堀井 伸一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF33 AF93 AN05 AP12 AP13 AP24 AP38 AP77 BA04 BA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク加圧室の端面を構成し、複数のイ
   ンク吐出ノズルが形成されたノズルシートと、 前記ノズルシートを支持するヘッドフレームと、 前記インク加圧室の前記端面とは異なる端面を構成し、
   前記インク吐出ノズルに対向し該インク加圧室内のイン
   クを前記インク吐出ノズルから吐出させるための発熱抵
   抗体を有する基板部材と を有し、前記ノズルシートに前記ヘッドフレームと前記
   基板部材とを貼り合わせて成り、前記ノズルシートと前
   記基板部材と前記ヘッドフレームはそれぞれ、前記ヘッ
   ドフレームの線膨張率と前記基板部材の線膨張率とがほ
   ぼ等しく、かつ前記ヘッドフレームの線膨張率は前記ノ
   ズルシートの線膨張率より大きくなる材料で形成されて
   成ることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】 インク加圧室の端面を構成し、複数のイ
   ンク吐出ノズルが形成されたノズルシートと、 前記ノズルシートを支持するヘッドフレームと、 前記インク加圧室の前記端面とは異なる端面を構成し、
   前記インク吐出ノズルに対向し該インク加圧室内のイン
   クを前記インク吐出ノズルから吐出させるための発熱抵
   抗体を有する基板部材とを有し、前記ノズルシートに前
   記ヘッドフレームと前記基板部材とを貼り合わせて成る
   インクジェットプリントヘッドを備え、前記ノズルシー
   トと前記基板部材と前記ヘッドフレームはそれぞれ、前
   記ヘッドフレームの線膨張率と前記基板部材の線膨張率
   とがほぼ等しく、かつ前記ヘッドフレームの線膨張率は
   前記ノズルシートの線膨張率より大きくなる材料で形成
   されて成ることを特徴とするインクジェットプリンタ。
3. 【請求項３】 ヘッドフレームの線膨張率より小さくな
   る材料で形成されて成るノズルシートと前記ヘッドフレ
   ームとを室温より低い温度環境下で貼り合わせる工程
   と、 前記ヘッドフレームが貼り合わされたノズルシートと前
   記ヘッドフレームの線膨張率とほぼ同じ線膨張率となる
   材料で形成されて成り、発熱抵抗体を有する基板部材と
   を前記ノズルシートと前記ヘッドフレームとの貼り合わ
   せ温度以上の温度環境下で貼り合わせる工程とを有する
   ことを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造
   方法。
4. 【請求項４】 ヘッドフレームの線膨張率より大きくな
   る材料で形成されて成るノズルシートと前記ヘッドフレ
   ームとを室温より高い温度環境下で貼り合わせる工程
   と、 前記ヘッドフレームが貼り合わされたノズルシートと前
   記ヘッドフレームの線膨張率とほぼ同じ線膨張率となる
   材料で形成されて成り、発熱抵抗体を有する基板部材と
   を前記ノズルシートと前記ヘッドフレームとの貼り合わ
   せ温度以下の温度環境下で貼り合わせる工程とを有する
   ことを特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造
   方法。