JP2005138521A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘッドチップ間のノズル形成面の位置精度を高精度にし、安価に製造し、かつ温度変化により生じるおそれのある熱応力や反りの発生、及び位置ずれをなくす。
【解決手段】発熱抵抗体を配列したヘッドチップ20と、ノズルを形成したノズルシート13と、ノズルシート13に貼り合わせられることでノズルシート13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とを含むヘッドモジュール10を、複数直列に配置したものを内部に配置するヘッドモジュール配置孔2aが形成されたヘッドフレーム2とを備え、ヘッドフレーム2は、各ヘッドモジュール10のモジュールフレーム11と連結されており、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11とは、ほぼ等しい線膨張率を有する。
【選択図】図1
【解決手段】発熱抵抗体を配列したヘッドチップ20と、ノズルを形成したノズルシート13と、ノズルシート13に貼り合わせられることでノズルシート13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とを含むヘッドモジュール10を、複数直列に配置したものを内部に配置するヘッドモジュール配置孔2aが形成されたヘッドフレーム2とを備え、ヘッドフレーム2は、各ヘッドモジュール10のモジュールフレーム11と連結されており、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11とは、ほぼ等しい線膨張率を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられる液体吐出ヘッド、及びこの液体吐出ヘッドを備えるインクジェットプリンタ等の液体吐出装置に関する。詳しくは、安価かつ高精度であり、温度変化による熱応力や反りの発生をなくし、特にラインヘッドに用いて好適な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関するものである。
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、複数のヘッドチップによって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
例えば、特許文献1及び特許文献2では、複数のヘッドチップによってラインヘッドを形成する技術が開示されている。
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。
また、複数のプリントヘッドダイ40(ヘッドチップ)を備えたものを1つのインクジェットプリントヘッドアセンブリ12(ヘッドモジュール)とし、そのインクジェットプリントヘッドアセンブリ12を繋いで延長できる技術が知られている(例えば、特許文献3参照)。
特開2002−86695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、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の技術では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ12単位で性能チェックを行うことができ、不良であれば、そのインクジェットプリントヘッドアセンブリ12のみを交換するだけで足りるので、生産性を高めることができる。
しかし、1つのインクジェットプリントヘッドアセンブリ12に設けられる複数のプリントヘッドダイ40相互間のノズル開口部472の位置精度を、どのようにして確保するかについては何ら言及がない。例えば特許文献1及び特許文献2のように、1つのノズル形成部材に対して全てのヘッドチップのノズルを形成すれば、ノズル間の相対位置ずれはほとんどない。これに対し、特許文献3のように、複数のプリントヘッドダイ40を配置する場合には、プリントヘッドダイ40間の相対位置ずれによって、ノズル位置ずれが生じてしまう。
しかし、1つのインクジェットプリントヘッドアセンブリ12に設けられる複数のプリントヘッドダイ40相互間のノズル開口部472の位置精度を、どのようにして確保するかについては何ら言及がない。例えば特許文献1及び特許文献2のように、1つのノズル形成部材に対して全てのヘッドチップのノズルを形成すれば、ノズル間の相対位置ずれはほとんどない。これに対し、特許文献3のように、複数のプリントヘッドダイ40を配置する場合には、プリントヘッドダイ40間の相対位置ずれによって、ノズル位置ずれが生じてしまう。
また、特許文献3の技術では、特許文献3の図2に開示されているように、プリントヘッドダイ40のノズル開口部472の形成面は、担体30の第1の面301から突出しているが、このように形成した場合には、インク吐出面が平滑面ではなくなるので、好ましくない。
さらにまた、複数のプリントヘッドダイ40間において、ノズル開口部472の形成面は同一面である方が好ましい。例えば、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、複数のプリントヘッドダイ40間においてノズル開口部472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、複数のプリントヘッドダイ40間におけるノズル開口部472の形成面の位置が一致していないと、インクの着弾位置が変化してしまう。
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、ノズル面、すなわち特許文献3におけるノズル開口部472の形成面の位置精度については、高精度が要求される。しかし、特許文献3では、複数のプリントヘッドダイ40間におけるノズル開口部472の形成面の位置精度をどのようにして確保するかについては、何ら言及がない。
さらに、特許文献3のインクジェットプリントヘッドアセンブリ12は、第1のキャリッジレール82及び第2のキャリッジレール84にはめ込まれる構造であるが、このような構造の場合の熱膨張対策として、いかなる手段を講じているかについては言及がない。すなわち、異なる部材がはめ合う構造では、熱膨張による部材の熱応力や反りの発生、及び位置ずれ等が問題となり、特に、プリンタヘッドにおいては使用により高温になるので、注意が必要である。
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位置精度を高精度にし、製造コストを高くすることなく、温度変化により生じるおそれのある熱応力や反りの発生、及び位置ずれをなくして、ラインヘッドに用いて好適な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複数配列したノズル列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孔であってその領域内には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列が位置する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含む複数のヘッドモジュールと、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、複数の前記ヘッドモジュールにおける前記ノズルシートの液滴の吐出面が同一平面に位置するようにその複数の前記ヘッドモジュールを直列に配置したものを、前記ヘッドモジュール配置孔内に配置したヘッドフレームとを備え、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、前記ヘッドフレームは、各前記ヘッドモジュールの前記モジュールフレームと連結されており、前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有することを特徴とする液体吐出ヘッドである。
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複数配列したノズル列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孔であってその領域内には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列が位置する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含む複数のヘッドモジュールと、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、複数の前記ヘッドモジュールにおける前記ノズルシートの液滴の吐出面が同一平面に位置するようにその複数の前記ヘッドモジュールを直列に配置したものを、前記ヘッドモジュール配置孔内に配置したヘッドフレームとを備え、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、前記ヘッドフレームは、各前記ヘッドモジュールの前記モジュールフレームと連結されており、前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有することを特徴とする液体吐出ヘッドである。
上記発明においては、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に、ノズルシートに形成されたノズル列が配置される。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。
また、複数のヘッドモジュールにおけるノズルシートの液滴の吐出面(モジュールフレームとの貼り合わせ面と反対側の面)が同一平面に位置するようにその複数のヘッドモジュールが直列に配置されたものを、ヘッドフレームのヘッドモジュール配置孔内に配置する。そして、各ヘッドモジュールのモジュールフレームとヘッドフレームとが連結される。このとき、ヘッドフレームとモジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有するので、温度変化時には、両者は、ほぼ同一の伸縮特性を示すようになる。
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。
また、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11とは、熱伝導性接着剤によって接着されることで、両者が連結される。
また、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11とは、熱伝導性接着剤によって接着されることで、両者が連結される。
本発明によれば、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、ノズル面に不要なストレスがかかりにくくなり、ノズル面の平坦性や位置精度を容易に確保することができる。
また、ヘッドフレームとモジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有するので、両者が連結されても、熱膨張等の温度変化による熱応力や反りの発生を防止することができる。さらに、両者の連結部分に熱応力がかからないので、例えば接着により両者を連結した場合でも、温度変化によって接着剥離を起こすことがない。
また、ヘッドフレームとモジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有するので、両者が連結されても、熱膨張等の温度変化による熱応力や反りの発生を防止することができる。さらに、両者の連結部分に熱応力がかからないので、例えば接着により両者を連結した場合でも、温度変化によって接着剥離を起こすことがない。
さらにまた、液体吐出ヘッドをラインヘッドとした場合でも、ノズルピッチ間隔が温度変化により変化しても、全てのノズルピッチ間隔は、同一ピッチを維持することができる。
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。
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。
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。
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、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。配線パターン部13bは、後述する図12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。
モジュールフレーム11は、厚みが約0.5mm程度のインバー鋼やアルミナセラミックス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。
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の方が線膨張率が大きい(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。
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。
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。
ここで、熱膨張等の温度変化を考慮すると、ヘッドチップ20とモジュールフレーム11との線膨張率は、ほぼ等しいこと(ほぼ同一であること)が好ましい。このようにすれば、温度変化時には、モジュールフレーム11の伸縮によってヘッドチップ配置孔11bが伸縮するが、その内部に配置されているヘッドチップもまた、ヘッドチップ配置孔11bの伸縮の比率と同じ比率で伸縮するため、ヘッドチップ20とモジュールフレーム11との接触部分に、熱応力がかからないようにすることができるからである。
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9は、ヘッドチップ20の接続パッド23と、ノズルシート13との配線パターン部13bの電極13cとの接続方法を説明する側面の断面図である。
図2及び図9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。
図2及び図9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、図9に示すように、ノズルシート13のモジュールフレーム11が接着された面と反対側の面における開口部13dから、ピン状の加振ツールTを挿入し、この加振ツールT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する。そして、接合後は、開口部13dを樹脂により封止する(図2参照)。図2に示したように、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)。
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。
また、図10は、超音波接合の他の実施形態を示す側面の断面図である。図10の例は、ノズルシート13に対して、超音波接合のための開口部を形成しないようにした例を示すものである。この場合には、図10に示すように、モジュールフレーム11側からヘッドチップ配置孔11bを介してヘッドチップ20に直接加振ツールTを当て、ヘッドチップ20に対して超音波を付与するようにする。このようにしても、上記と同様に、ヘッドチップ20の接続パッド23と、配線パターン部13bの電極13cとを超音波接合することができる。
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11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12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11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12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。
図12に示すように、バッファタンク15の下面側の縁とモジュールフレーム11とが接着剤により接着される。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11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12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11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。
ここで、図12に示すように、バッファタンク15の下面側の内側縁(図12中、A部)が断面凸状に形成されており、この断面凸状の部分がモジュールフレーム11と当接する。そして、この凸状の部分の外側(凸状の部分に対して段差となっている部分。図12中、B部)に接着剤を入れて接着する。これにより、簡単に両者を接着できるようになり、バッファタンク15の形状も簡易にすることができる。また、バッファタンク15の下面側において、内側縁の断面凸状の部分がモジュールフレーム11と当接することにより、接着剤が内部(共通液体流路15aやヘッドチップ20側)に入り込んでしまうことを防止できる。
なお、ヘッドチップ20の上部に共通液体流路15aを形成してヘッドチップ20の上部を封止する場合に、例えば、接着剤が多すぎると、インク液室14内に接着剤が入り込んでインク液室をつまらせるおそれがある。一方、接着剤が少なすぎると、完全にヘッドチップ20の上部を封止することができず、インク漏れが発生するおそれがある。このため、接着剤の塗布量を十分に管理する必要があった。
しかし、本実施形態では、上述したように、バッファタンク15は、モジュールフレーム11のヘッドチップ配置孔11b内に入り込んでヘッドチップ20やノズルシート13とは接着されず、モジュールフレーム11とのみ接着される。このような形状とすることで、高度な接着剤の塗布技術が不要となり、接着剤の塗布管理がしやすくなる。また、接着剤の塗布に伴う不良の発生頻度を少なくすることができる。
以上のようにしてヘッドモジュール10が完成する。本実施形態のヘッドモジュール10では、ヘッドチップ配置孔11b内にあるノズルシート13には、ヘッドチップ20以外の部品が接触しない(接着されない)ので、ノズルシート13に不要なストレスがかからなくなる。したがって、ノズル13a表面の平坦性及びノズル13aの高い位置精度を確保することができる。
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13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13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。
図13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13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13の平面図に示すように、ベース治具C上に、マウンターを用いて4つのヘッドモジュール10を直列に整列させる。ここで、ベース治具C上には、アライメントマーク(図示せず)が設けられており、このアライメントマークを基準として各ヘッドモジュール10が所定位置に配置される。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、すなわち略L形に切り欠かれた部分同士が互いに係合(連結)する。
また、ベース治具C上には、粘着シートDが設けられており、ベース治具C上に載置されたヘッドモジュール10は、この粘着シートDの粘着力によって載置された位置で保持される。なお、この粘着シートDは、本実施形態ではUVシート(紫外線の照射によって粘着力を消失する機能を有するシート)である。
以上のようにして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13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C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。
また、このように複数のヘッドモジュール10がベース治具C上に載置されたときは、各ヘッドモジュール10におけるノズルシート13のインク液滴の吐出面(モジュールフレーム11が貼り合わせられた面と反対側の面)は、同一平面(ベース治具Cの上面)に位置するようになる。
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。
図14は、ヘッドフレーム2の取付け工程を示す平面図及び正面図である。
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、図14に示すように、上側から、ヘッドフレーム2を配置する。ヘッドフレーム2は、剛性の高い金属板等からなり、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13に示したように配置された4つのヘッドモジュール10に対して、ヘッドフレーム2を上側から配置したときに、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。
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、図14に示すように、上側から、ヘッドフレーム2を配置する。ヘッドフレーム2は、剛性の高い金属板等からなり、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13に示したように配置された4つのヘッドモジュール10に対して、ヘッドフレーム2を上側から配置したときに、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。
また、図14に示すように、ヘッドフレーム2の配置時には、ベース治具C上に、ヘッドフレーム2の位置決めのためのピンEが設けられる。一方、ヘッドフレーム2には、ピンEが挿入されるための穴(図示せず)が形成されており、このピンEを基準としてヘッドフレーム2がヘッドモジュール10に対して位置決めされる。
ヘッドフレーム2がこのように配置されると、図1中、X方向矢視側面図で示すように、ヘッドフレーム2とヘッドモジュール10のモジュールフレーム11とが当接し、この当接面が接着剤によって接着される。なお、本実施形態では接着剤により両者を接着しているが、接着剤によらない接合(連結)方法を用いても良い。
さらに、本実施形態で使用される接着剤は、熱伝導性接着剤である。熱伝導性接着剤は、熱伝導性の良好な金属や酸化物の粉末を接着剤に添加したものであり、例えばアルミニウムの粉末を添加したものが代表例としてあげられる。また、アルミニウムより熱伝導性に優れる酸化ベリリウムを添加したものも知られている。より具体的には、熱伝導率が1〜4(W/m・K)である銀入りエポキシ系接着剤、熱伝導率が1〜2(W/m・K)であるアルミニウム(50%)入りエポキシ系接着剤、熱伝導率が0.8〜1(W/m・K)であるアルミナ(75w%)入りエポキシ系接着剤等が挙げられる。なお、熱伝導率の値がどの程度であれば熱伝導性接着剤といわれるかについては明確な定義はないが、本発明では、熱伝導率が0.8(W/m・K)以上の接着剤を熱伝導性接着剤と定め、この特性を有する接着剤を使用した。
また、ヘッドフレーム2は、本実施形態では、モジュールフレーム11とほぼ等しい(ほぼ同一の)線膨張率を有する。例えば、ヘッドフレーム2の材料を、モジュールフレーム11の材料(例えば上述したインバー鋼)と同一とすることが挙げられる。なお、上述したように、モジュールフレーム11をアルミナセラミックスから形成することも可能であり、この場合には、ヘッドフレーム2をアルミナセラミックスから形成することも可能であるが、高価(コスト高)となる。これに対し、ヘッドフレーム2を金属材料から形成すれば、コストが高くならず、さらにはヘッドチップ20の熱がヘッドフレーム2側に逃げやすくなるため、好ましい。また、線膨張率がほぼ等しければ、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11との各材料が同一でなくても良いのは勿論である。
したがって、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11との線膨張率をほぼ等しくすることで、温度変化が生じても接着剤に熱応力がかからなくなるので、接着剤の剥離を防止することができる。特に、線膨張率の異なる部材同士を接着剤で接着する場合には、温度変化による伸縮の差を考慮して、硬化後も柔軟性のある(ヤング率が小さい)接着剤を使用しなければならない等の制約があるが、本実施形態のようにすれば、接着剤の硬化後のヤング率については制限されない。
また、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11とを熱伝導性接着剤により接着することで、ヘッドチップ20側で発生した熱をモジュールフレーム11を通じてヘッドフレーム2側に効率良く伝達することができるので、ヘッドチップ20の熱をヘッドフレーム2側に効率良く逃がすことができる。
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の一方の面側にはプリント基板3が接着されている。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。
図15は、ベース治具C上から、一体となったヘッドフレーム2及びヘッドモジュール10を分離する様子を示す正面図である。
上述のように、ベース治具C上には粘着シートDが設けられており、この粘着シートDに紫外線を照射することで粘着シートDの粘着力を消失させ、一体となったヘッドフレーム2及びヘッドモジュール10を容易にベース治具C上から分離する。ここで、ベース治具Cの少なくともヘッドモジュール10の載置面は、透光性材料(例えばガラスやアクリル板)から形成されており、その裏面側から紫外線が照射される。また、分離時には、図15に示すように、一体となったヘッドフレーム2及びヘッドモジュール10を、ピンEの軸方向に沿って持ち上げる。
上述のように、ベース治具C上には粘着シートDが設けられており、この粘着シートDに紫外線を照射することで粘着シートDの粘着力を消失させ、一体となったヘッドフレーム2及びヘッドモジュール10を容易にベース治具C上から分離する。ここで、ベース治具Cの少なくともヘッドモジュール10の載置面は、透光性材料(例えばガラスやアクリル板)から形成されており、その裏面側から紫外線が照射される。また、分離時には、図15に示すように、一体となったヘッドフレーム2及びヘッドモジュール10を、ピンEの軸方向に沿って持ち上げる。
図16は、上記工程により接着されたヘッドフレーム2及びヘッドモジュール10の次工程を説明する平面図、及びX方向矢視側面図である。なお、図16では、図14及び図15と異なり、ノズルシート13を上側にして示している。
ヘッドフレーム2とヘッドモジュール10とが上記のように接着されると、ヘッドフレーム2に接着されたプリント基板3の配線部(図示せず)に、ノズルシート13の配線パターン部13bが重なる。そして、図16中、X方向矢視側面図に示すように、ヒートバーFを配線パターン部13bの図中、上面側から当て、プリント基板3の配線部とノズルシート13の配線パターン部13bとをハンダ付けする。
ヘッドフレーム2とヘッドモジュール10とが上記のように接着されると、ヘッドフレーム2に接着されたプリント基板3の配線部(図示せず)に、ノズルシート13の配線パターン部13bが重なる。そして、図16中、X方向矢視側面図に示すように、ヒートバーFを配線パターン部13bの図中、上面側から当て、プリント基板3の配線部とノズルシート13の配線パターン部13bとをハンダ付けする。
図17は、上記ハンダ付け工程の次の工程を説明する平面図及びX方向矢視側面図である。プリント基板3の配線部とノズルシート13の配線パターン部13bとをハンダ付けした後、図17に示すように、配線パターン部13bの縁部を囲むように(平面図で見たときに略凹状に)、ハンダ付けした端子部分を樹脂コーティング剤Gによって樹脂コーティング(封止)する。樹脂コーティング剤Gとしては、例えばシリコン系樹脂が用いられる。
以上の工程により、図1に示す状態となり、液体吐出ヘッド1が形成される。なお、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。
ところで、ヘッドモジュール10を直列に繋げば、ラインヘッドを形成することができる。しかし、単にヘッドモジュール10を繋いで接着剤で固定しただけでは、強度的に不安定であるため、本実施形態で示したように、ヘッドモジュール10の支持部材として機能するヘッドフレーム2を用いて、確実に固定している。
このような方法により、剛性を確保することができるが、異なる部材間を接着することで、温度変化時の熱応力が問題となる。
このような方法により、剛性を確保することができるが、異なる部材間を接着することで、温度変化時の熱応力が問題となる。
図18は、1つのヘッドモジュール10における、ヘッドチップ20とモジュールフレーム11とを示す平面図である。図中、4つのヘッドチップ20を、左側から順にA、B、C、D(ヘッドチップ20A、20B、20C、20D)とする。
各ヘッドチップ20は、モジュールフレーム11のヘッドチップ配置孔11b内に配置されているので、ヘッドチップ20間の温度変化による相対位置の変化は、モジュールフレーム11の変化に支配される。
各ヘッドチップ20は、モジュールフレーム11のヘッドチップ配置孔11b内に配置されているので、ヘッドチップ20間の温度変化による相対位置の変化は、モジュールフレーム11の変化に支配される。
先ず、図18中、ヘッドチップ20Bの一番右側のノズル13aと、ヘッドチップ20Cの一番左側のノズル13aとのX方向(図18中、長手方向、すなわちノズル13aの並び方向)の距離(ノズル13a間の間隔、すなわち600dpiの場合は、42.3μm)が、温度変化によって、どの程度変化するかについて考える。
ここで、モジュールフレーム11の材質をSUS430とし、その線膨張率αを10.4(ppm)とする。また、ヘッドチップ20(シリコン)の線膨張率αを2.4(ppm)とする。さらにまた、各ヘッドチップ20には320個の発熱抵抗体22が設けられているとすると、そのトータルの間隔は、(42.3(μm)×319=)13.4937(mm)である。そして、常温(室温)が25℃から80℃まで温度が上昇したときを考える。
このとき、ヘッドチップ20とモジュールフレーム11の線膨張率の差だけ、上記距離が変化してしまう。その伸縮量は、
(式1)13.4937×(80−25)×(10.4−2.4)×10−6
=5.94×10−3(mm)
となる。
(式1)13.4937×(80−25)×(10.4−2.4)×10−6
=5.94×10−3(mm)
となる。
よって、ヘッドチップ20Bと20Cとの間で考えると、図18中、「+」印を中心として、片側約3μmずつ、ヘッドチップ20の発熱抵抗体22の位置がずれる。すなわち、上記距離は、約6μm長くなる。
ここで、例えば上記温度変化(25℃から80℃への温度上昇)による位置ずれ(伸縮量)を2μm以内に抑えるためには、
(式2)13.4937×(80−25)×(α−2.4)×10−6
=2×10−3(mm)
となるので、
α=5.1(ppm)
となる。
したがって、モジュールフレーム11の材料は、線膨張率が5.1(ppm)以下の材料にする必要がある。
ここで、例えば上記温度変化(25℃から80℃への温度上昇)による位置ずれ(伸縮量)を2μm以内に抑えるためには、
(式2)13.4937×(80−25)×(α−2.4)×10−6
=2×10−3(mm)
となるので、
α=5.1(ppm)
となる。
したがって、モジュールフレーム11の材料は、線膨張率が5.1(ppm)以下の材料にする必要がある。
さらにまた、Y方向(上記X方向に直交する方向)の温度変化による伸縮は、以下のようになる。
ヘッドチップ20Aと20B間、ヘッドチップ20Bと20C間、ヘッドチップ20Cと20D間の距離は、モジュールフレーム11の温度変化によって変化する。例えばヘッドチップ20間でのY方向の発熱抵抗体22の間隔を5(mm)として、モジュールフレーム11の温度変化による伸縮は、上記X方向の場合と同様に、
(式3)5×(80−25)×10.4×10−6
=2.86×10−3(mm)
となる。
また、線膨張率αが5.1(ppm)の材料であれば、同様に計算すると、1.4(μm)となる。
ヘッドチップ20Aと20B間、ヘッドチップ20Bと20C間、ヘッドチップ20Cと20D間の距離は、モジュールフレーム11の温度変化によって変化する。例えばヘッドチップ20間でのY方向の発熱抵抗体22の間隔を5(mm)として、モジュールフレーム11の温度変化による伸縮は、上記X方向の場合と同様に、
(式3)5×(80−25)×10.4×10−6
=2.86×10−3(mm)
となる。
また、線膨張率αが5.1(ppm)の材料であれば、同様に計算すると、1.4(μm)となる。
次に、ヘッドモジュール10間の温度変化による伸縮について説明する。
図19は、隣接する2つのヘッドモジュール10を示す平面図である。図19では、左側のヘッドモジュール10を10A、右側のヘッドモジュール10を10Bとする。また、ヘッドモジュール10Aにおいて、4つのヘッドチップ20を、それぞれ図18と同様に、左側から順にA、B、C、D(ヘッドチップ20A〜20D)とし、ヘッドモジュール10Bにおいて、4つのヘッドチップ20を左側から順にA’、B’、C’、D’(ヘッドチップ20A’〜20D’)とする。
図19は、隣接する2つのヘッドモジュール10を示す平面図である。図19では、左側のヘッドモジュール10を10A、右側のヘッドモジュール10を10Bとする。また、ヘッドモジュール10Aにおいて、4つのヘッドチップ20を、それぞれ図18と同様に、左側から順にA、B、C、D(ヘッドチップ20A〜20D)とし、ヘッドモジュール10Bにおいて、4つのヘッドチップ20を左側から順にA’、B’、C’、D’(ヘッドチップ20A’〜20D’)とする。
ヘッドフレーム2が、モジュールフレーム11と同一材料であるときは、ヘッドフレーム2とモジュールフレーム11とは温度変化により同一の伸縮となるので、好ましい。そして、上述したように、モジュールフレーム11の材料は、線膨張率が5.1(ppm)以下の材料にする必要があるので、ヘッドフレーム2についても、これに合わせれば良い。
ここで、ヘッドフレーム2を、モジュールフレーム11と異なる線膨張率を有する材料から構成した場合を考える。
両者の線膨張率が異なる場合には、温度変化時に異なる伸縮特性を示すこととなる。図19において、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの図中、右端の発熱抵抗体22と、ヘッドモジュール10Bのヘッドチップ20A’の図中、左端の発熱抵抗体22との間隔に着目する。
両者の線膨張率が異なる場合には、温度変化時に異なる伸縮特性を示すこととなる。図19において、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの図中、右端の発熱抵抗体22と、ヘッドモジュール10Bのヘッドチップ20A’の図中、左端の発熱抵抗体22との間隔に着目する。
先ず、ヘッドモジュール10Aの中心から、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの中心までの距離は、20.304(mm)であり、この距離の温度変化による伸縮は、モジュールフレーム11の伸縮に支配される。
また、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの中心から端部の発熱抵抗体22までの距離は、6.747(mm)であり、この距離の温度変化による伸縮は、ヘッドチップ20の伸縮に支配される。
また、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの中心から端部の発熱抵抗体22までの距離は、6.747(mm)であり、この距離の温度変化による伸縮は、ヘッドチップ20の伸縮に支配される。
ここで、モジュールフレーム11の線膨張率αを5.1(ppm)とし、ヘッドフレーム2の線膨張率αを10.4(ppm)(SUS430)とし、ヘッドチップ20の線膨張率を2.4(ppm)(シリコン)とする。そして、常温(室温)25℃から温度が80℃まで上昇したとすると、伸縮量は、
(式4)20.304×(80−25)×5.1×10−6+6.747×(80−25)×2.4×10−6
=6.59×10−3(mm)
となる。
(式4)20.304×(80−25)×5.1×10−6+6.747×(80−25)×2.4×10−6
=6.59×10−3(mm)
となる。
一方、ヘッドフレーム11を同様に計算すると、
(式5)(20.304+6.747)×(80−25)×10.4×10−6
=15.47×10−3(mm)
となる。したがって、式4と式5との差分である8.88(μm)だけ、ヘッドフレーム2が伸びてしまうこととなる。このため、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの右端の発熱抵抗体22と、ヘッドモジュール10Bのヘッドチップ20A’の左端の発熱抵抗体22との間の距離は、17.76(μm)広がってしまうこととなる。
(式5)(20.304+6.747)×(80−25)×10.4×10−6
=15.47×10−3(mm)
となる。したがって、式4と式5との差分である8.88(μm)だけ、ヘッドフレーム2が伸びてしまうこととなる。このため、ヘッドモジュール10Aのヘッドチップ20Dの右端の発熱抵抗体22と、ヘッドモジュール10Bのヘッドチップ20A’の左端の発熱抵抗体22との間の距離は、17.76(μm)広がってしまうこととなる。
このように、ヘッドフレーム2の線膨張率がモジュールフレーム11の線膨張率と異なると、隣接するヘッドモジュール10間での発熱抵抗体22の距離の変化が生じる。このため、ヘッドフレーム2の線膨張率は、モジュールフレーム11の線膨張率にほぼ等しいことが必要となる。したがって、例えば両者を同一材料から形成すれば、線膨張率を同一にすることができる。
以上より、モジュールフレーム11の線膨張率は、ヘッドチップ20の線膨張率にほぼ等しいことが必要であり、さらには、ヘッドフレーム2の線膨張率は、モジュールフレーム11の線膨張率にほぼ等しいことが必要となる。
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)本実施形態では、ベース治具C上に載置したヘッドモジュール10の位置を固定するために、粘着シートDを用いたが、これに限らず、種々の方法を採用することができる。例えば、ベース治具Cは、真空吸着によりヘッドモジュール10の位置を固定するものであっても良い。そして、ヘッドフレーム2とヘッドモジュール10との接着後は、その真空吸着を解除すれば良い。
(1)本実施形態では、ベース治具C上に載置したヘッドモジュール10の位置を固定するために、粘着シートDを用いたが、これに限らず、種々の方法を採用することができる。例えば、ベース治具Cは、真空吸着によりヘッドモジュール10の位置を固定するものであっても良い。そして、ヘッドフレーム2とヘッドモジュール10との接着後は、その真空吸着を解除すれば良い。
(2)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。
(3)ラインヘッドとして液体吐出ヘッド1を形成する場合には、本実施形態では、4個のヘッドモジュール10を直列に接続したヘッドモジュール10列を4列設けたが、これに限らず、液体吐出ヘッド1の用途や色数に応じて、1つの液体吐出ヘッド1のヘッドモジュール10数を増減することが可能である。
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
16 流路
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
31 プリント基板
31a 導電体
C ベース治具
D 粘着シート
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
16 流路
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
31 プリント基板
31a 導電体
C ベース治具
D 粘着シート
Claims (5)
- 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複数配列したノズル列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孔であってその領域内には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列が位置する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
を含む複数のヘッドモジュールと、
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、複数の前記ヘッドモジュールにおける前記ノズルシートの液滴の吐出面が同一平面に位置するようにその複数の前記ヘッドモジュールを直列に配置したものを、前記ヘッドモジュール配置孔内に配置したヘッドフレームと
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、
前記ヘッドフレームは、各前記ヘッドモジュールの前記モジュールフレームと連結されており、
前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、同一材料から形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、接着剤により接着されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、熱伝導性接着剤により接着されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 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複数配列したノズル列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孔であってその領域内には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列が位置する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
を含む複数のヘッドモジュールと、
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、複数の前記ヘッドモジュールにおける前記ノズルシートの液滴の吐出面が同一平面に位置するようにその複数の前記ヘッドモジュールを直列に配置したものを、前記ヘッドモジュール配置孔内に配置したヘッドフレームと
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装置であって、
前記ヘッドフレームは、各前記ヘッドモジュールの前記モジュールフレームと連結されており、
前記ヘッドフレームと前記モジュールフレームとは、ほぼ等しい線膨張率を有する
ことを特徴とする液体吐出装置。
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2003
- 2003-11-10 JP JP2003379421A patent/JP2005138521A/ja active Pending
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