JP2005131948A - ヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、ヘッドモジュールの製造方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドチップ間のノズル形成面の平坦性を高精度に確保する。
【解決手段】発熱抵抗体を配列したヘッドチップ２０と、ノズルシートに貼り合わせられることでノズルシートを支持するとともにヘッドチップ２０を配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレーム１１と、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔内に配置されたヘッドチップ２０上に設けられ、固定部１５ｅを介してヘッドチップ２０に接合されることによりヘッドチップ２０を固定するための支持部材（バッファタンク１５）とを備える。
【選択図】図１３

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置において、液体を吐出するためのヘッドとして用いられるヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、及びこれらの製造方法と、液体吐出装置に関する。詳しくは、ヘッドチップを固定するための支持部材を備えるヘッドモジュールを用いて液体吐出ヘッドを構成することで、ノズルシートの膨張や撓みからノズル面の平坦性が損なわれることを防止し、インク液滴の吐出安定性を確保したヘッドモジュール及び液体吐出ヘッドを形成する技術に係るものである。

従来より、液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られており、インクジェットプリンタのプリンタヘッドについては、種々の技術が開示されている。
例えば、特許文献１及び特許文献２では、ノズル形成部材１つに対して複数のヘッドチップを貼り付け、ラインヘッドを形成する技術が開示されている。
特開２００２−１２７４２７号公報 特開２００３−２５５７９号公報

上記の特許文献１及び特許文献２の技術では、電鋳により形成されたニッケルからなる１つのノズル形成部材に多数のノズル（インクの吐出口）が設けられている。そして、この１つのノズル形成部材に対して、複数のヘッドチップが貼り付けられている。さらに、貼り付けたヘッドチップを囲むように孔を形成したヘッドフレームがノズルシートに貼り合わせられ、ノズルシートが支持されている。

なお、ヘッドチップには、発熱抵抗体が配列されており、各発熱抵抗体と各ノズルとが対応するようにヘッドチップがノズルシートに貼り付けられている。また、発熱抵抗体とノズルとの間には、インク液室が設けられている。

さらに、ヘッドフレーム上には、ヘッドチップを囲む孔の中に入り込んでヘッドチップと接合する流路板が設けられている。この流路板は、全てのインク液室と連通する共通流路を有している。
以上の構成において、ヘッドチップは流路板により剛性のあるヘッドフレームと固定され、流路板の共通流路を介してインクタンクから各インク液室内にインクが満たされる。そして、そのインク液室内のインクが発熱抵抗体によって加熱され、この加熱時のエネルギーによってノズルからインクが吐出される。

また、ヘッドチップと電気的接続を行うための配線パターン部が設けられた可撓テープにノズルを形成してノズルシートとして使用し、このノズルシート１枚に対してヘッドチップを１つ貼り付けただけの技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平６−７９８７４号公報

しかし、前述の特許文献１及び特許文献２の技術では、ヘッドチップを内部に配置した孔内に流路板をはめ込む構造であるので、流路板のはめ込み部分の構造が複雑になるとともに、高い加工精度が必要となるため、製造コストが高くなるという問題がある。
また、流路板は、ノズル形成部材、ヘッドチップ、及びヘッドフレームの３つの部材にまたがって接着されるため、各部材の寸法精度を吸収しつつ接着させなければならず、高精度な接着精度が要求される。このため、組立コストが高くなるという問題がある。

さらにまた、ノズル形成部材は、全てのヘッドチップに対応するノズルを形成したものであるので大型化してしまうが、その大型化により、全ての領域にわたって平坦性を確保した状態でヘッドチップを貼り付けることが要求され、組立コストが高くなるという問題がある。

一方、特許文献３は、図１に開示されているように、ヘッドチップを内部に配置した孔内に特許文献１及び特許文献２のような流路板をはめ込む構造ではない。すなわち、ヘッドチップはノズルシートに貼り付けられているに過ぎない。そのため、流路板をはめ込むことに起因する上記の問題は生じない。

また、配線パターン部が設けられたノズルシートにヘッドチップを貼り付け、駆動電力をノズルシートからヘッドチップに供給する構造の場合、長時間駆動すると発熱抵抗体によってノズルシートも加熱され、ノズルシートに撓みや反りが生じ、ノズルシートの平坦性が損なわれてインクの吐出が不安定になることがある。ここで、特許文献３のように、ノズルシート１枚に対しヘッドチップを１つだけ接合する場合は、ノズルシートのサイズも小さいので、ヘッドチップが剛性のあるヘッドフレームに固定されていなくても、ノズルシートの膨張や撓みはほとんど問題とならない。

ところが、ノズルシートの材質が線膨張係数の大きい樹脂ポリマーであったり、特許文献１及び特許文献２のように、１つのノズルシートに対して全てのヘッドチップのノズルを形成し、複数のヘッドチップを接合する場合にはノズルシートのサイズが大きくなり、ノズルシートの膨張や撓みでヘッドチップの平面性が損なわれ、インクの吐出に悪影響がでる。特に、複数のヘッドチップの平面度を揃えて平坦なノズル面を形成することは、インクの吐出方向を揃えるために重要な課題である。

すなわち、記録媒体のインク着弾面に対して精度良く垂直にインクが吐出する場合には、複数のヘッドチップ間においてノズルの形成面に多少の位置ずれがあっても印画品位について大きな影響はないが、例えばインクの吐出方向が記録媒体のインク着弾面に対して完全に垂直でない場合には、複数のヘッドチップ間におけるノズルの形成面の位置が一致して平坦になっていないと、インクの着弾位置が変化してしまう。したがって、複数のヘッドチップ間において、ノズルの形成面は同一面である方が好ましい。

特に、本件出願人は、未開示の先願技術である特願２００３−０３７３４３、特願２００２−３６０４０８、及び特願２００３−５５２３６等により、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を複数の方向に可変とすることで、液滴の着弾位置のばらつきを目立たなくし、高品位な印画を可能とした技術を、既に提案している。

このように、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を積極的に変化させる技術を用いる場合には、ノズルの形成面の平坦性については、高精度が要求される。しかし、特許文献３では、１つのノズルシートに対して複数のヘッドチップを接合したときに、複数のヘッドチップ間におけるノズルの形成面の平坦性をどのようにして確保するかについての開示はない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ヘッドチップ間のノズル形成面の平坦性を高精度に確保し、かつ、製造コストを高くすることなく、ラインヘッドにも用いることができるヘッドを形成することである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１の発明は、複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームとを備え、前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールであって、前記ノズルシートの前記ヘッドチップ配置孔の領域内には、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ヘッドチップが配置されたときに、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に各前記ノズルが配置されるようにノズル列が形成されており、前記ヘッドチップ配置孔内に配置された前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に、前記ヘッドチップを固定するための支持部材を備えることを特徴とするヘッドモジュールである。

また、請求項５の発明の液体吐出ヘッドは、直列に配置された複数の上記請求項１のヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームとを備え、複数の前記ヘッドモジュールの各前記支持部材が前記ヘッドフレームの前記ヘッドモジュール配置孔内に配置されていることを特徴とする。
さらにまた、請求項６の発明の液体吐出装置は、上記請求項５の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。

上記発明においては、ヘッドモジュールは、ノズルシートとモジュールフレームとが貼り合わせられている。また、モジュールフレームにはヘッドチップ配置孔が形成されており、このヘッドチップ配置孔内のノズルシートには、ノズル列が形成されている。そして、ヘッドチップがヘッドチップ配置孔に接着等によって配置されると、ヘッドチップのエネルギー発生素子とノズルとが対向する。

この状態において支持部材がヘッドチップ配置孔内に配置されたヘッドチップの各エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に接着等により配置される。
さらに請求項５又は請求項６の発明においては、上記請求項１のヘッドモジュールを直列に繋ぐことで、液体吐出ヘッドが形成される。

なお、本発明のエネルギー発生素子は、ヒータ等の発熱抵抗体、ピエゾ素子等の圧電素子、ＭＥＭＳ等を用いることが可能であるが、以下の実施形態では発熱抵抗体２２が相当する。また、本発明の液室形成部材は、実施形態ではバリア層１２に相当する。さらにまた、実施形態では、モジュールフレーム１１には４つのヘッドチップ配置孔１１ｂが形成され、１つのヘッドモジュール１０には４つのヘッドチップ２０が設けられる。そして、このヘッドモジュール１０を直列に４個接続してＡ４版の長さにするとともに、それを４列設けて、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、及びＫ（ブラック）の４色のカラーラインヘッドである液体吐出ヘッド１を形成している。

本発明のヘッドモジュールによれば、ヘッドチップ配置孔内のノズルシートにはヘッドチップのみが接着等されるので、ヘッドモジュールを安価に製造することができる。また、ヘッドチップの各エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に支持部材を配置してヘッドチップを固定するので、ノズルシートが膨張したり撓んだりしてもノズル面の平坦性を確保することができ、吐出安定性を向上させることができる。

以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である液体吐出ヘッド１を示す平面図と、この平面図中、Ｘ方向の矢視側面図（断面図）である。また、図２は、液体吐出ヘッド１内に実装されているヘッドチップ２０とその周囲の構成を示す側面の断面図及び下面から見た平面図である。

液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置（本実施形態では、カラーラインインクジェットプリンタ）に搭載されるヘッドとして用いられるものである。図１に示すように、液体吐出ヘッド１は、ヘッドフレーム２と、プリント基板３と、複数のヘッドモジュール１０とから構成されている。ヘッドモジュール１０は、図１の平面図において、長手方向に４個、直列に接続されており、その直列に接続された４個のヘッドモジュール１０が４列設けられている。直列に接続された４個のヘッドモジュール１０で１色を印画するものであり、本実施形態では、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫ）の液体吐出ヘッド１（ラインヘッド）を構成している。

また、各ヘッドモジュール１０内には、４個のヘッドチップ２０が設けられている。図２は、１つのヘッドチップ２０を示している、
ヘッドチップ２０は、シリコン等からなる半導体基板２１と、この半導体基板２１の一方の面に析出形成された発熱抵抗体２２（本発明におけるエネルギー発生素子に相当するもの）とを備えている。半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面と同一面側であって発熱抵抗体２２が形成された縁部と反対側の縁部には、アルミニウムからなる接続パッド２３が形成されている。そして、発熱抵抗体２２とこの接続パッド２３とは、半導体基板２１上に形成された導体部（図示せず）を介して接続されている。

ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面側は、バリア層１２（本発明における液室形成部材に相当するもの）を介してノズルシート１３に積層されている。バリア層１２は、インク液室１４の側壁を形成するためのものであって、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、ヘッドチップ２０の半導体基板２１の発熱抵抗体２２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除去されることにより形成されている。

図２中、平面図は、１つの発熱抵抗体２２と、その発熱抵抗体２２の周囲に設けられたバリア層１２を示している。バリア層１２は、発熱抵抗体２２の３辺の近傍を囲むように、平面的に見たときに略凹状に形成される。

さらにまた、ノズルシート１３は、複数のノズル１３ａが形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１３ａの位置が発熱抵抗体２２の位置と合うように、すなわちノズル１３ａが発熱抵抗体２２に対向するように、より具体的には、ノズル１３ａの中心軸と発熱抵抗体２２の中心とが平面的に見たときに一致するように（図２の平面図参照）、バリア層１２と貼り合わされている。

インク液室１４は、発熱抵抗体２２を囲むように、半導体基板２１とバリア層１２とノズルシート１３とから構成されたものであり、吐出するインクが満たされるとともに、インクの吐出時にはインクの加圧室となるものである。半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面がインク液室１４の底壁を構成し、バリア層１２の発熱抵抗体２２を略凹状に囲む部分がインク液室１４の側壁を構成し、ノズルシート１３がインク液室１４の天壁を構成している。そして、インク液室１４は、図２の平面図に示すように、ヘッドモジュール１１と半導体基板２１との間の隙間によって形成される流路１６と連通される。

上記の１個のヘッドチップ２０には、通常、１００個単位の発熱抵抗体２２を備え、プリンタの制御部（図示せず）からの指令によってこれら発熱抵抗体２２のそれぞれを一意に選択して発熱抵抗体２２に対応するインク液室１４内のインクを、インク液室１４に対向するノズル１３ａから吐出させることができる。

すなわち、インク液室１４にインクが満たされた状態で、発熱抵抗体２２に短時間、例えば、１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体２２が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗体２２と接する部分に気相のインク気泡が発生し、その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る（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１３ａ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液滴としてノズル１３ａから吐出される。そして、この液滴が印画紙上に着弾されることで、ドット（画素）が形成される。

続いて、ヘッドモジュール１０のより詳細な構造及び製造過程について説明する。
図３は、１つのヘッドモジュール１０を示す平面図及び正面図である。本実施形態のヘッドモジュール１０は、内部に配置された４つのヘッドチップ２０と、モジュールフレーム１１と、ノズルシート１３と、バッファタンク１５とから構成されている。ここで、バッファタンク１５は、インクを一時貯留するためのタンクであるが、同時に、ヘッドチップ２０を固定するための支持部材となっている。

図４は、ノズルシート１３及びモジュールフレーム１１を分解して示す平面図である。モジュールフレーム１１は、平面的に見たときに略長方形状に形成されるとともに、左右両端側には、略Ｌ形に切り欠かれた係合部１１ａを有する。図４から明らかであるが、ノズルシート１３とモジュールフレーム１１とが重ね合わせられたときに、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂを除いて、略重なり合うように両者の形状が形成されている。

モジュールフレーム１１は、厚みが約０．５ｍｍ程度のアルミナセラミックスやインバー鋼等から形成されたものであり、本実施形態では、４箇所に、略長方形状のヘッドチップ配置孔１１ｂが形成されている。ヘッドチップ配置孔１１ｂは、ヘッドチップ２０の外形よりわずかに大きな孔形を有し、ヘッドチップ２０を内部に完全に配置できるようになっている。

また、ノズルシート１３は、銅箔をポリイミド等で両面側から挟み込んだ、いわゆるサンドイッチ構造をなすことで形成されているフレキシブル基板である。そして、配線パターン部１３ｂは、ノズルシート１３のうち、モジュールフレーム１１に重ならない部分であり、後述する図１０に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内の領域まで配線されており、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内にヘッドチップ２０が配置されたときに、そのヘッドチップ２０との電気的接続が可能となるように形成されている。

図５は、モジュールフレーム１１をノズルシート１３上に配置した状態を示す平面図及び正面図である。本実施形態では、ホットプレスによって両者を熱圧着することで接合する。これにより、モジュールフレーム１１は、配線パターン部１３ｂを除くノズルシート１３の領域と略重なり合う。いいかえれば、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂが形成された領域のみがモジュールフレーム１１の領域と重ならない状態となる。また、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内には、その下側に位置するノズルシート１３が見えるようになる。

なお、モジュールフレーム１１とノズルシート１３との接合は、ヘッドモジュール１０及び液体吐出ヘッド１の製造過程における最高温度（例えば約１５０℃）で行われる。モジュールフレーム１１とノズルシート１３とを比較すると、ノズルシート１３の方が線膨張係数が大きい（温度変化によって伸縮しやすい）ので、製造過程における最高温度で両者を接合すれば、常温等の接合時の温度以下では、ノズルシート１３は、モジュールフレーム１１により張られた状態となる。すなわち、ノズルシート１３の温度変化による伸縮は、ノズルシート１３とモジュールフレーム１１との接合後は、モジュールフレーム１１に支配されることとなる。

したがって、モジュールフレーム１１の剛性をできる限り確保するため、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂの開口面積は、必要最小限とすることが好ましい。すなわち、ヘッドチップ配置孔１１ｂへのヘッドチップ２０の配置後に、後述するバッファタンク１５内の共通液体流路１５ａと、インク液室１４との間の流路１６が形成されるとともに、ノズルシート１３に形成したノズル１３ａに合わせてヘッドチップ２０を配置したときの位置ずれを吸収できる程度の大きさを条件として、最小限の開口面積とすることが好ましい。

続いて、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３に対して、１つのヘッドチップ２０における発熱抵抗体２２の数に対向する数のノズル１３ａを一方向に整列させたノズル１３ａ列を形成する。図６は、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズルシート１３にノズル１３ａ列が形成された状態を示す平面図である。

ノズル１３ａの形成は、エキシマレーザーにより行う。また、レーザー光により形成されたノズル１３ａには、テーパーが付くため、モジュールフレーム１１側からレーザー光を照射してノズル１３ａを形成する。これにより、ノズル１３ａは、インクの吐出面（ノズルシート１３の外表面）に近づくに従って開口径が次第に小さくなるようにテーパーが付いた孔となる。
また、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に形成されるノズル１３ａ列のノズル１３ａ間ピッチは、ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２の配列ピッチと同一（解像度が６００ｄｐｉのヘッドモジュール１０とする場合には、約４２．３μｍ）となるように形成する。

さらにまた、図６に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列を結ぶライン（各ノズル１３ａの中心を通るライン）を考えたときに、そのラインがモジュールフレーム１１の長手方向に平行に引いたモジュールフレーム１１の中心線側に形成される。また、各ヘッドチップ配置孔１１ｂを左側から順に、「Ｎ」、「Ｎ＋１」、「Ｎ＋２」、「Ｎ＋３」番目とすると、「Ｎ」番目と「Ｎ＋２」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、上記中心線に平行な一直線上に整列するように形成される。「Ｎ＋１」番目及び「Ｎ＋３」番目も同様である。

したがって、隣接するヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列、例えば「Ｎ」番目と「Ｎ＋１」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、上記中心線に対して平行な２直線上に整列する。
なお、本実施形態では、１つのモジュールフレーム１１に対して４つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したが、本実施形態より多くヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したときであっても、上記関係を満たすようにする。

次に、図７に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に、バリア層１２を積層したヘッドチップ２０を配置・固定する。ここで、ヘッドチップ２０は、チップマウンターを用いてアライメントされながら熱圧着される。さらにこの場合には、ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２の真下に、ノズル１３ａが位置するように、例えば±１μｍ程度の精度で熱圧着される。

ところで、ヘッドチップ２０とノズルシート１３とを比較すると、ノズルシート１３の方が線膨張係数が大きい。また、ヘッドチップ２０の熱圧着温度は、モジュールフレーム１１とノズルシート１３との接合温度よりも低い。したがって、ヘッドチップ２０の熱圧着の際は、モジュールフレーム１１と接合されたノズルシート１３がピンと張られた状態となっているので、ノズルシート１３の撓みを防止でき、平坦性が確保できる。

このように、バリア層１２が形成されたヘッドチップ２０がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置され、ノズルシート１３とヘッドチップ２０とが接着されると、ノズルシート１３のヘッドチップ２０側の面、バリア層１２、及びヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面とによって、上記のようにインク液室１４が形成される。

続いて、ヘッドチップ２０側に設けられた接続パッド２３と、ノズルシート１３側の配線パターン部１３ｂの電極１３ｃ（最表面が金により形成されたメッキ層）とが電気的に接続される。図８は、ヘッドチップ２０側の接続パッド２３の配置を示す平面図である。なお、図８では、ノズル１３ａ及び接続パッド２３を実線で図示している。図８に示すように、１つのヘッドチップ２０には、ヘッドチップ２０の長手方向に沿って複数の接続パッド２３が予め設けられている。なお、上述した図２では、接続パッド２３とノズルシート１３の配線パターン部１３ｂとの位置関係を断面図で図示している。

図２に示したように、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３のうち、配線パターン部１３ｂの先端には、電極１３ｃが設けられている。さらにノズルシート１３の電極１３ｃの周囲には、開口部１３ｄが形成されている。そして、開口部１３ｄから、例えばピン状の加振ツールを挿入し、この加振ツールでインナーリードに超音波振動を付与することで、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂの電極１３ｃとを超音波による金属接合している。このように、インナーリードボンディングによって接合した後は、開口部１３ｄを樹脂により封止し、封止後には、樹脂がノズルシート１３の表面と略一致するようにする（ノズルシート１３の表面から盛り上がらないようにする）。

また、加振ツールによってヘッドチップ２０側に超音波振動を加える超音波フリップチップにより、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂの電極１３ｃとを接合することもできる。この場合は、ヘッドチップ２０側に振動を加えるので、開口部１３ｄを形成する必要はなく、樹脂封止も不要になる。

なお、図２に示すように、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂ上には、プリント基板３１が設けられ、このプリント基板３１の配線パターン部１３ｂと対向する面上には導電体３１ａが形成されている。そして、この導電体３１ａと配線パターン部１３ｂの配線とが電気的に接続されている。これにより、発熱抵抗体２２とプリント基板３１間（発熱抵抗体２２と接続パッド２３、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂ、及び配線パターン部１３ｂとプリント基板３１）が電気的に接続されることとなる。

次に、モジュールフレーム１１側から、バッファタンク１５を取り付ける。図９は、バッファタンク１５を取り付けた状態を示す平面図及び正面図である。また、図１０は、バッファタンク１５が取り付けられた状態を示す側面の断面図である。

バッファタンク１５は、１つのヘッドモジュール１０に対して１つ設けられる。また、図９に示すように、バッファタンク１５は、平面図で見たときに、モジュールフレーム１１よりやや小さい形状をなすが、モジュールフレーム１１と略相似形をなしている。さらに、図１０に示すように、バッファタンク１５の内部には、空洞となった共通液体流路１５ａが形成されている。特に本実施形態のバッファタンク１５は、下面側（モジュールフレーム１１との接着面側）が開口されるとともに、側壁及び天壁が同一厚みに形成され、断面が略逆凹形となるように形成されることで、共通液体流路１５ａを形成している。

バッファタンク１５がモジュールフレーム１１上に取り付けられると、図９に示すように、全てのヘッドチップ配置孔１１ｂを被覆するようになる。さらに図１０に示すように、バッファタンク１５の共通液体流路１５ａと、各ヘッドチップ２０のインク液室１４とは、ヘッドチップ配置孔１１ｂとヘッドチップ２０との間の流路１６を介して連通される。これにより、バッファタンク１５は、ヘッドモジュール１０における全てのヘッドチップ２０の共通液体流路１５ａを形成する。
また、図９に示すように、バッファタンク１５の天壁には、穴１５ｂが形成されており、この穴１５ｂを介してインクタンク（図示せず）から共通液体流路１５ａ内にインクが供給される。

このように、バッファタンク１５は、全てのヘッドチップ２０の共通液体流路１５ａを形成し、インク液室１４に供給するインクを一時貯留するが、本実施形態では特に、各ヘッドチップ２０を固定するための剛性のある支持部材ともなっている。すなわち、図１１は、バッファタンク１５の下面図及びＢ−Ｂ線での拡大断面図である。また、図１２は、バッファタンク１５の取付け手順を示す説明図である。さらに、図１３は、図１１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線の部分においてバッファタンク１５が取り付けられた状態を示す一部断面図である。

図１１に示すように、バッファタンク１５の下面側の内側縁が断面凸状に形成されており、この凸状部１５ｃの外側（凸状部１５ｃに対して段差となっている部分）が接着剤の逃げ部１５ｄとなっている。また、バッファタンク１５の側壁の内側には、部分的にヘッドチップ２０の固定部１５ｅが備えられている。さらに、固定部１５ｅには隙間１５ｆが設けられている。

そして、バッファタンク１５を取り付けるには、図１２に示すように、最初に各ヘッドチップ２０がモジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置され、ノズルシート１３とヘッドチップ２０とが接着された状態のものをベース治具Ａ上に載置する。ここで、ベース治具Ａの基準面側がノズルシート１３であり、ノズルシート１３を真空吸着することで基準面に密着させ、ノズルシート１３の平坦性を確保する。なお、ノズルシート１３を粘着シート（紫外線、熱等で粘着力が無くなるもの）で基準面に密着させても良い。

その後、図１３のＢ−Ｂ線断面図に示すように、バッファタンク１５の固定部１５ｅをヘッドチップ２０に当接させる。すると、予め塗布されていた接着剤が固定部１５ｅの隙間１５ｆに充填されて接着剤層となり、この接着剤層によってバッファタンク１５とヘッドチップ２０とが接着される。なお、接着剤としては、熱による反りや歪みを考慮して、常温硬化型を使用することが好ましい。

また、図１３のＡ−Ａ線断面図に示すように、バッファタンク１５の凸状部１５ｃとモジュールフレーム１１との間には約０．１４ｍｍの隙間があり、この隙間を接着剤が埋めることで、バッファタンク１５とモジュールフレーム１１とが接着される。ここで、凸状部１５ｃの外側には逃げ部１５ｄが形成されているので、接着剤がバッファタンク１５の外側にはみ出してしまうことはない。なお、モジュールフレーム１１とヘッドチップ２０との隙間は接着剤（封止材）によって塞がれており、リード配線（図示せず）のインクに対する絶縁が施されている。

これにより、簡単にバッファタンク１５が接着でき、しかも、ノズルシート１３の平坦性を確保しながら接着させることができる。したがって、ベース治具Ａから外した後もノズルシート１３の平坦性が確保され、かつ、剛体であるバッファタンク１５が支持部材となって各ヘッドチップ２０が強固に固定されるので、１つのノズルシート１３に対して複数のヘッドチップ２０を接合しても、各ヘッドチップ２０間におけるノズルシート１３の平坦性が維持される。なお、ベース治具Ａから外すには、真空吸着の場合には真空状態を解除し、粘着シートの場合には紫外線、熱等で粘着力を無くす。

また、モジュールフレーム１１と、各ヘッドチップ２０と、バッファタンク１５（支持部材）とは、同等の線膨張係数を有している。これは、線膨張係数の差が大きいと、熱応力の作用によって接着剤が剥がれたりする等のトラブルの原因となるため、それを回避したものである。

さらに本実施形態では、このヘッドモジュール１０を複数用いて、１つの液体吐出ヘッド１を形成する。
図１４は、ヘッドモジュール１０を並べて配置した状態を示す平面図及び正面図である。図１４中、平面図では複数のヘッドモジュール１０を図示しているが、正面図では、１つのヘッドモジュール１０が配置された状態を図示している。

本実施形態では、図１４の正面図に示すように、ベース治具Ｂ上に粘着シートＣ（紫外線、熱等で粘着力が無くなるもの）が貼り付けられている。したがって、図１４の平面図に示すように、ベース治具Ｂ上に、４つのヘッドモジュール１０を直列に整列させれば各ヘッドモジュール１０がベース治具Ｂに密着する。この場合に、各ヘッドモジュール１０の両端部の係合部１１ａ同士が係合するように、すなわち、略Ｌ形に切り欠かれた部分同士が互いに連結するように配置する。

このようにして４つのヘッドモジュール１０を１列に整列させることで、Ａ４対応のラインヘッドを形成する。さらに、このヘッドモジュール１０列（４個のヘッドモジュール１０からなるもの）を４列並べて（図１４の平面図では、ヘッドモジュール１０列を３列並べるとともに、一番下の列のヘッドモジュール１０列では、１つのヘッドモジュール１０がベース治具Ｂ上に載置された状態を図示している）、Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫの４色（カラー）対応のカラーラインヘッドを形成する。

なお、直列に接続された２つのヘッドモジュール１０を、それぞれヘッドモジュール「Ｎ」（左側）、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」（右側）とし、ヘッドモジュール「Ｎ」及び「Ｎ＋１」内の４つのヘッドチップ２０を左側から順に、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、及び２０Ｄとすると、ヘッドモジュール「Ｎ」のヘッドチップ２０Ｄと、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」のヘッドチップ２０Ａとは、少なくとも１つのノズル１３ａが、ヘッドチップ２０の並び方向においてオーバーラップするように配置される。すなわち、ヘッドモジュール「Ｎ」のヘッドチップ２０Ｄのうち、最もヘッドモジュール「Ｎ＋１」側にあるノズル１３ａは、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」のヘッドチップ２０Ａのうち、最もヘッドモジュール「Ｎ」側にあるノズルよりも、右側に位置するように配置される。

そして、上記のように、１列４個のヘッドモジュール１０を４列配置した後、ヘッドフレーム２と貼り合わせ、最後に、紫外線、熱等で粘着シートＣの粘着力を無くしてベース治具Ｂから外す。なお、ヘッドフレーム２は、剛性の高い金属板等に対して、直列に配置された４個のヘッドモジュール１０を内部に配置可能なようにヘッドモジュール配置孔２ａが４個形成されたものである。すなわち、図１４に示したように配置された４個のヘッドモジュール１０が内部に入り込むように、ヘッドモジュール配置孔２ａが形成されたものである。

このようにヘッドフレーム２が配置されたときは、図１に示す状態となり、液体吐出ヘッド１が形成される。また、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、各ヘッドモジュール１０のバッファタンク１５はヘッドモジュール配置孔２ａと接触しないが、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１とヘッドフレーム２とが接触し、この両者が接着されることで、ヘッドフレーム２と各ヘッドモジュール１０とが固定される。

なお、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、ヘッドフレーム２をヘッドモジュール１０に接着する前に、別工程にて、ヘッドフレーム２の下面側にはプリント基板３が接着される。プリント基板３は、平面図で見たときに、ヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａを避けるように形成されている。また、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、プリント基板３は、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１とは接触せず、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１間に配置される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）モジュールフレーム１１には４つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成することで、１つのヘッドモジュール１０には４つのヘッドチップ２０が搭載されるようにした。しかし、これに限らず、１つのヘッドモジュール１０に対してヘッドチップ２０を何個搭載しても良い。

（２）ヘッドチップ２０を固定するための支持部材として、インクを一時貯留するためのバッファタンク１５を用いた。しかし、これに限らず、ヘッドチップ２０の固定部１７ｅを備え、ヘッドチップ２０の全てのインク液室１４と連通する共通液体流路１７ａを形成する流路板１７を支持部材とすることもできる。

図１５は、流路板１７が取り付けられた状態を示す側面の断面図である。図１５に示すように、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂ内には、ヘッドチップ２０とダミーチップ２４とが配置され、それぞれノズルシート１３と接着されている（ノズル１３ａ側がヘッドチップ２０）。そして、ヘッドチップ２０及びダミーチップ２４の上に流路板１７（固定部１７ｅ）が取り付けられ、共通液体流路１７ａを形成し、インク液室１４にインクを供給する。また、流路板１７は、天板１８を介して剛性のあるモジュールフレーム１１と固定されている。したがって、流路板１７がヘッドチップ２０の支持部材となり、ノズルシート１３の平坦性が確保される。

本発明による液体吐出ヘッドの一実施形態を示す平面図及び図中、Ｘ方向の矢視側面図（断面図）である。 液体吐出ヘッド内に実装されているヘッドチップとその周囲の構成を示す断面図及び下面から見た平面図である。 １つのヘッドモジュールを示す平面図及び正面図である。 ノズルシート及びモジュールフレームを分解して示す平面図である。 モジュールフレームをノズルシート上に配置した状態を示す平面図及び正面図である。 ヘッドチップ配置孔内のノズルシートにノズル列が形成された状態を示す平面図である。 各ヘッドチップ配置孔内に、バリア層を積層したヘッドチップを配置・固定した状態を示す図である。 ヘッドチップ側の接続パッドの配置を示す平面図である。 バッファタンクをヘッドモジュールに取り付けた状態を示す平面図及び側面図である。 バッファタンクが取り付けられた状態を示す側面の断面図である。 バッファタンクの下面図及びＢ−Ｂ線での拡大断面図である。 バッファタンクの取付け手順を示す説明図である。 図１１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線の部分においてバッファタンクが取り付けられた状態を示す一部断面図である ヘッドモジュールを並べて配置した状態を示す平面図及び正面図である。 流路板が取り付けられた状態を示す側面の断面図である。

符号の説明

１ 液体吐出ヘッド
２ ヘッドフレーム
２ａ ヘッドモジュール配置孔
３ プリント基板
１０ ヘッドモジュール
１１ モジュールフレーム
１１ａ 係合部
１１ｂ ヘッドチップ配置孔
１２ バリア層
１３ ノズルシート
１３ａ ノズル
１３ｂ 配線パターン部
１３ｃ 電極
１３ｄ 開口部
１４ インク液室
１５ バッファタンク
１５ａ 共通液体流路
１５ｂ 穴
１５ｃ 凸状部
１５ｄ 逃げ部
１５ｅ 固定部
１５ｆ 隙間
１６ 流路
１７ 流路板
１７ａ 共通液体流路
１７ｅ 固定部
１８ 天板
２０ ヘッドチップ
２１ 半導体基板
２２ 発熱抵抗体
２３ 接続パッド
２４ ダミーチップ
３１ プリント基板
３１ａ 導電体
Ａ ベース治具
Ｂ ベース治具
Ｃ 粘着シート

Claims (11)

1. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールであって、
   前記ノズルシートの前記ヘッドチップ配置孔の領域内には、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ヘッドチップが配置されたときに、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に各前記ノズルが配置されるようにノズル列が形成されており、
   前記ヘッドチップ配置孔内に配置された前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に、前記ヘッドチップを固定するための支持部材を備える
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
2. 請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
   前記ヘッドチップと、前記モジュールフレームと、前記支持部材とが同等の線膨張係数を有する
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
3. 請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
   前記支持部材は、前記ヘッドチップの固定部を備え、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成するための流路板である
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
4. 請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
   前記支持部材は、前記ヘッドチップの固定部を備え、前記ヘッドチップ配置孔を被覆するように配置され、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成し、前記液室に供給する液体を一時貯留するためのバッファタンクである
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
5. 複数のヘッドモジュールと、
   直列に配置された複数の前記ヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームと
   を備えるとともに、
   前記ヘッドモジュールは、
   複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記ノズルシートの前記ヘッドチップ配置孔の領域内には、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ヘッドチップが配置されたときに、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に各前記ノズルが配置されるようにノズル列が形成されており、
   前記ヘッドチップ配置孔内に配置された前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に、前記ヘッドチップを固定するための支持部材を備え、
   複数の前記ヘッドモジュールの各前記支持部材が前記ヘッドフレームの前記ヘッドモジュール配置孔内に配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
   を備えるとともに、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出装置であって、
   前記ノズルシートの前記ヘッドチップ配置孔の領域内には、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ヘッドチップが配置されたときに、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に各前記ノズルが配置されるようにノズル列が形成されており、
   前記ヘッドチップ配置孔内に配置された前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に、前記ヘッドチップを固定するための支持部材を備えるヘッドモジュールを、複数直列に配置した液体吐出ヘッドを備える
   ことを特徴とする液体吐出装置。
7. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールの製造方法であって、
   前記ノズルシートの一方の面に前記モジュールフレームを貼り合わせる第１工程と、
   前記ヘッドチップ配置孔の領域内にある前記ノズルシートに、前記ヘッドチップ配置孔の領域内に前記ヘッドチップが配置されたときに前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に前記ノズルが配置されるようにノズル列を形成する第２工程と、
   前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と、前記ヘッドチップ配置孔の領域内にある前記ノズルシートに形成された各前記ノズルとが対向するように、前記ヘッドチップ配置孔内に、前記液室形成部材を設けた前記ヘッドチップを配置する第３工程と、
   前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合わせ面と反対側の面から前記ヘッドチップを固定するための支持部材を、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に配置する第４工程と
   を含むことを特徴とするヘッドモジュールの製造方法。
8. 請求項７に記載のヘッドモジュールの製造方法において、
   前記支持部材は、前記ヘッドチップを固定する接着剤層を形成するための隙間が設けられた固定部を備え、
   前記第４工程は、前記固定部を前記ヘッドチップに当接させ、前記接着剤層により前記支持部材と前記ヘッドチップとを固定する
   ことを特徴とするヘッドモジュールの製造方法。
9. 請求項７に記載のヘッドモジュールの製造方法において、
   前記第４工程は、前記ノズルシートをベース治具上に載置して密着させ、この状態を維持したまま前記支持部材と前記ヘッドチップとを固定する
   ことを特徴とするヘッドモジュールの製造方法。
10. 複数のヘッドモジュールと、
    直列に配置された複数の前記ヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームと
    を備えるとともに、
    前記ヘッドモジュールは、
    複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
    液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
    前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
    前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
    を備え、
    前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記ノズルシートの一方の面に前記モジュールフレームを貼り合わせる第１工程と、
    前記ヘッドチップ配置孔の領域内にある前記ノズルシートに、前記ヘッドチップ配置孔の領域内に前記ヘッドチップが配置されたときに前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に前記ノズルが配置されるようにノズル列を形成する第２工程と、
    前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と、前記ヘッドチップ配置孔の領域内にある前記ノズルシートに形成された各前記ノズルとが対向するように、前記ヘッドチップ配置孔内に、前記液室形成部材を設けた前記ヘッドチップを配置する第３工程と、
    前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合わせ面と反対側の面から前記ヘッドチップを固定するための支持部材を、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子の形成面と反対側の面に配置する第４工程と
    を含む工程により前記ヘッドモジュールを形成するとともに、
    前記第４工程により形成された複数の前記ヘッドモジュールの各前記支持部材を前記ヘッドフレームの前記ヘッドモジュール配置孔内に配置し、各前記モジュールフレームと前記ヘッドフレームとを貼り合わせる第５工程と
    を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
    前記ノズルシートは、前記モジュールフレーム及び前記ヘッドチップよりも線膨張係数が大きく、
    前記第１工程の貼合わせは、液体吐出ヘッドの製造工程における最高温度で行う
    ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。