JP2005138527A - 液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッドの製造装置 - Google Patents

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、安価に製造する。
【解決手段】複数のヘッドモジュール１０をベース治具５１上に整列させて載置する第１工程と、各ヘッドモジュール１０が整列した状態を維持したまま、上側からヘッドフレーム２をベース治具５１上に配置し、各ヘッドモジュール１０をヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａ内に挿入する第２工程と、ベース治具５１上で、各ヘッドモジュール１０とヘッドフレーム２とを接合する第３工程とを含む工程により液体吐出ヘッドを製造する。
【選択図】図１２

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液体吐出ヘッドの製造方法と、液体吐出ヘッドの製造装置に関する。詳しくは、複数のヘッドモジュールをベース治具上に整列させ、上側からヘッドフレームを配置して接合することで、長尺のラインヘッドを精度良く容易に生産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。従来の一般的なプリンタヘッドは、ほとんどがシリアルヘッドであり、シリアル方式では、ノズルを有するヘッドを記録媒体の幅方向に移動させて印画を行う。また、多数のヘッドを記録媒体の幅方向に並べて配置し、印画幅分のラインヘッドを形成したライン方式も知られている。

ライン方式においては、記録媒体の全幅にわたるヘッドを、シリコンウエハやガラス等で一体に形成することは、製造方法、歩留まり問題、発熱問題、コスト問題等、様々な問題があって、現実的ではない。このため、小さなヘッドを、端部同士が繋がるように複数並設して、それぞれのヘッドに適当な信号処理を行うことにより、記録媒体に印画する段階で、記録媒体の全幅にわたる記録を行うようにしている。

このようなラインヘッドの製造方法として、例えば、特許文献１では、プリンタヘッドをモジュール化し、そのヘッドモジュールを複数直列に配置して長尺のラインヘッドを形成している。
ヘッドモジュールを並べることで、様々な用紙サイズに対応する長尺なラインヘッドの製造ができるだけでなく、モジュール単位で性能のチェックができるという利点がある。また、ラインヘッドを組み立てる際に悪い部分があれば、不良モジュールだけの交換で済むため、生産上の歩留りの向上ができる。
特開２００２−８６６９５号公報

上記の特許文献１の技術では、特許文献１の図２に開示されているように、インクを吐出する多数のノズル４２を備えた４つのプリントヘッドダイ４０（ヘッドチップに相当するもの）を１つの担体３０で担持し、モジュール化してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２（ヘッドモジュールに相当するもの）を構成する。そして、複数のインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２を装着アセンブリに装着して長尺のラインヘッドを形成し、ワイドアレイインクジェットプリントヘッドアセンブリ（液体吐出ヘッドに相当するもの）とする。

ここで、ワイドアレイインクジェットプリントヘッドアセンブリを位置決めするには、プリントヘッドダイ４０の担体３０と装着アセンブリとの間を適切に位置合わせする必要がある。担体３０と装着アセンブリとの間の位置合わせが不良であると、例えば、インク液滴の軌道の誤差、印刷帯のギャップ等を引き起こし、これらは印刷の質を劣化させるからである。したがって、担体３０と装着アセンブリ間の位置合わせ不良を回避するために、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２と装着アセンブリ間の相対的な位置決めを制御する必要がある。

そこで、特許文献１の図５及び図８に開示されているように、装着アセンブリは複数の基準体７０を含み、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２は、担体３０が少なくとも基準体７０の１つと接触するように装着アセンブリに装着される。
基準体７０は、略Ｔ字形又は略Ｌ字形のものとして概略的に図示されているように、基部７５と、基部７５から突出する突出部７６とを有する。基準体７０の基部７５は、担体３０の側面３１及び３３に沿って延出する一方、基準体７０の突出部７６は、担体３０の側面３２及び３４に沿って延出する。

また、特許文献１の図６に開示されているように、基準体７０は、ｘ基準体７１、ｙ基準体７２及びｚ基準体７３を含み、装着アセンブリ１６内のインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２の位置についての基準点を設置する。そして、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２は、装着アセンブリ１６内に装着されると、ｘ基準体７１、ｙ基準体７２及び基準体７３に接する。したがって、ｘ基準体７１、ｙ基準体７２及びｚ基準体７３が、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って、それぞれ装着アセンブリ１６に関してインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２を位置決めする。

しかし、前述の特許文献１の技術は、複数の基準体７０を含む装着アセンブリ１６に対し、個々のインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２を１つ１つ嵌め込んで装着する方法であり、基準体７０のｘ基準体７１、ｙ基準体７２及びｚ基準体７３によってインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２が位置決めされる。そのため、位置精度の正確さが十分ではなく、生産性の点でも問題がある。

すなわち、第１に、複数の基準体７０におけるｘ基準体７１、ｙ基準体７２及びｚ基準体７３の位置や形状がそれぞれ正確でなければ、そもそも基準が不正確なものとなるために、各インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２の位置がずれて位置決めされてしまう。また、第２に、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２を装着アセンブリ１６に装着するためには、ｘ基準体７１、ｙ基準体７２及びｚ基準体７３との間に適当な嵌め込みスペースが必要であるが、スペースが大きければインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２の位置の誤差も大きくなり、逆に、スペースが小さければ嵌め込みに支障が生じる。

したがって、インクジェットプリントヘッドアセンブリ１２の位置精度を向上させようとすると生産性が悪くなり、生産性を向上させようとすると位置精度が累積的に悪化してしまう。そして、このような問題は、複数のインクジェットプリントヘッドアセンブリ１２を直列に配置したワイドアレイインクジェットプリントヘッドアセンブリにおいて顕著になる。すなわち、部品点数が増えるため、組立ての際により厳密な寸法精度が要求されるとともに、部品点数の増加によってコストアップになるのである。

また、前述の特許文献１の技術では、同色のプリントヘッドダイ４０がまとめられ、モジュール化されるが、この方式でワイドアレイインクジェットプリントヘッドアセンブリを構成する場合、シリアルヘッドのようなヘッド移動手段を持たないことからマルチパス方式が使えず、位置精度の悪さがそのまま画質に表現される。特に、カラー印刷のために各色別にワイドアレイインクジェットプリントヘッドアセンブリを用意すると、アセンブリ間の位置精度が悪ければ、色ずれやにじみを引き起こすこととなる。

さらに、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、ノズルの形成面の位置精度については、より一層の高精度が要求される。

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、かつ、製造コストを高くすることのないライン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、複数のヘッドモジュールと、並べて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、複数の前記ヘッドモジュールをベース治具上に整列させて載置する第１工程と、各前記ヘッドモジュールが整列した状態を維持したまま、上側から前記ヘッドフレームを前記ベース治具上に配置し、各前記ヘッドモジュール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挿入する第２工程と、前記ベース治具上で、各前記ヘッドモジュールと前記ヘッドフレームとを接合する第３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である。

また、請求項６の発明の液体吐出ヘッドの製造装置は、上記請求項１の液体吐出ヘッドの製造方法における前記ヘッドモジュールが整列した状態を維持するため、各前記ヘッドモジュールを並べて載置するとともに、前記ヘッドフレームを配置する平坦面を有する保持プレートと、前記保持プレートを支持するベース治具と、前記保持プレートの前記平坦面上で各前記ヘッドモジュールが整列した状態を維持する保持手段と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。

このようなヘッドモジュールは、第１工程において、ベース治具上に複数整列させて載置する。そして、第２工程では、各ヘッドモジュールが整列した状態を維持したまま、上側からヘッドフレームをベース治具上に配置し、各ヘッドモジュールをヘッドフレームのヘッドモジュール配置孔内に挿入する。その後、ベース治具上で、各ヘッドモジュールとヘッドフレームとを接合する第３工程を経て、液体吐出ヘッドが製造される。

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。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、各ヘッドモジュールがベース治具上で整列した状態を維持し、そのままヘッドフレームと接合されるので、各ヘッドモジュールの位置精度を容易に確保することができる。
また、本発明の液体吐出ヘッドの製造装置によれば、各ヘッドモジュールが整列した状態を保持可能で、かつ取り外しも容易にできるため、生産性の向上を図ることができる。

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、本発明の方法によって製造された液体吐出ヘッド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。

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、インバー鋼、ステンレス鋼等から形成されたものであり、図３に示すように、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。また、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４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。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。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。そして、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列が形成されている。

ノズル１３ａの形成は、モジュールフレーム１１側からエキシマレーザーを照射して行われるが、このとき、その後の工程で使用する位置合わせマーク１Ｌ，１Ｒ・・・４Ｌ，４Ｒも形成される。位置合わせマークの形状は、図４に示す例では円形であるが、十字型等、位置合わせに都合が良ければ特に限定されるものではない。また、位置の認識ができれば貫通していなくても良い。

ヘッドチップ２０は、図３に示すように、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内で、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ているが、ヘッドチップ２０の配置には、この位置合わせマーク１Ｌ，１Ｒ・・・４Ｌ，４Ｒが利用されている。すなわち、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３に形成された位置合わせマーク１Ｌ，１Ｒ・・・４Ｌ，４Ｒと、予めヘッドチップ２０に形成しておいた位置合わせマークとを合わせながら、チップマウンターを用いてアライメントしながら熱圧着されている。なお、配線パターン部１３ｂは、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と電気的に接続される。

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。そして、図３に示すように、バッファタンク１５の外面はモジュールフレーム１１の外形に沿った形状で、モジュールフレーム１１の外形よりも小さい略相似形となされている。そして、モジュールフレーム１１のバッファタンク１５の外面から全体的に突出した部分が鍔部１１ｃとなっている。

また、図２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。すなわち、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。なお、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。

ところで、本実施形態では、図１に示すように、このヘッドモジュール１０を直列に４個接続したものを４列設けている。
ここで、ヘッドモジュール１０の大きさに言及すると、細かくモジュール化されてヘッドモジュールの点数が多くなるほど、組み立てる際の精度出しが難しくなる。また、角度精度を出す場合にも、大きいヘッドモジュールよりも小さいヘッドモジュールの方が不利になる。

図５は、ヘッドモジュール１０の大きさと角度精度との関係を示す説明図である。
図５に示すように、ヘッドモジュール１０の基準点ＡとＢの距離をＬ、位置ずれ量をＥとした場合の角度誤差は、ｔａｎθ＝Ｅ／Ｌ となる。そのため、同じ位置ずれ量Ｅであっても、Ｌが長い方（Ｌ＞Ｌ’）がθが小さくなる（θ＜θ’）ので、大きいヘッドモジュールが有利となる。
このように、ヘッドモジュール１０は、大きい方が組立て精度上も角度精度上も有利であるが、ヘッドモジュール１０自体の製造上の問題から、ヘッドモジュール１０の大きさには限度がある。

そこで、本実施形態では、１列につき４個のヘッドモジュール１０を接続することとしたが、ヘッドモジュール１０自体を精密な寸法で製作することができても、それを複数並べて高精度な液体吐出ヘッド１に仕上げるには困難が伴う。
そして、ヘッドモジュールの配列精度が悪化すると、印刷したときのインク液滴の着弾位置に悪影響を及ぼし、精度が悪い場合には不良品となり、不良品が多いと歩留りが悪化するためコストアップになる。

すなわち、ヘッドモジュールの配列精度が悪いとインク液滴の着弾位置がずれ、例えばヘッドモジュールのつなぎ目でのドットずれ、画像の段差、カラーレジストレーションのずれ等が発生し、画質が低下する。
ここで、ヘッドモジュール間におけるインク液滴の着弾位置ずれの態様には、ｘ方向（ノズル列方向）のずれ、ｙ方向（紙送り方向）のずれ、ノズル列方向のドット並びの傾きがある。

図６は、ｘ方向のずれの要因となるヘッドモジュール１０の位置不良を示す説明図であり、図６（ａ）は、ヘッドモジュール１０のｘ方向の位置合わせがずれた状態を示し、図６（ｂ）は、ヘッドモジュール１０のノズル面が基準平面に対してｙ軸方向を軸とした回転方向に傾いた状態を示している。
この場合、ｘ方向の着弾位置のずれ量は、ヘッドモジュール１０のｘ方向マウントずれとノズル面の傾きによるずれの合成となり、インク液滴がノズル１３ａから理想的に直進するとすれば、ずれ量は、ｘ＋ｄ・ｔａｎα（ｘ＝ｘ方向マウントずれ，ｄ＝ノズル１３ａと記録面との距離，α＝ヘッドモジュール１０のノズル面の傾き）となる。

図７は、ｙ方向のずれの要因となるヘッドモジュール１０の位置不良を示す説明図であり、図７（ａ）は、ヘッドモジュール１０のｙ方向の位置合わせがずれた状態を示し、図７（ｂ）は、ヘッドモジュール１０のノズル面が基準平面に対してｘ軸方向を軸とした回転方向に傾いた状態を示している。
この場合、ｙ方向の着弾位置のずれ量は、ｘ方向の場合と同様、ｙ＋ｄ・ｔａｎβ（ｙ＝ｙ方向マウントずれ，ｄ＝ノズル１３ａと記録面との距離，β＝ヘッドモジュール１０のノズル面の傾き）となる。

図８は、ノズル列方向のドット並びの傾きの要因となるヘッドモジュール１０の位置不良を示す説明図である。
図８に示すように、ノズル列方向のドット並びの傾きは、ヘッドモジュール１０の向きがｘｙ平面上で傾く、すなわち、ノズル列がｘ軸に平行でなくなることにより生ずる。

したがって、ヘッドモジュールを配列する上では、（１）ヘッドモジュール間のノズル列の平行度、（２）ヘッドモジュール間のノズル面の平面度、（３）ｘ方向の配列精度、（４）ｙ方向の配列精度の４要素が重要となる。
そこで次に、上記の４要素を満たしつつ、複数のヘッドモジュール１０を用いて１つの液体吐出ヘッド１を製造する過程について説明する。

図９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９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９の平面図に示すように、第１工程で、ベース治具５１上に、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５１には、位置合わせマークＢＬ，ＢＲが設けられており、これを基準として各ヘッドモジュール１０が載置される。すなわち、ベース治具５１の位置合わせマークＢＬ，ＢＲによって原点と平行出しを行い、これを基準に、ヘッドモジュール１０側の位置合わせマーク（図４に示す位置合わせマークの例えば１Ｌと３Ｒ）を利用し、マウンターを使って、合計１６個のヘッドモジュール１０をベース治具５１上に整列させて載置する。なお、マウントの精度は、位置、平行度ともに通常±５〜１０μｍ程度である。また、ヘッドモジュール１０のノズル面の平面度は、ベース治具５１の平坦面によって確保される。

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される。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が形成される。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９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５１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が形成される。

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。

また、本実施形態では、ベース治具５１をフレーム５２が支持して液体吐出ヘッドの製造装置を構成している。
図１０は、液体吐出ヘッドの製造装置を示す断面図であり、図１０は、ベース治具５１の平坦面上で各ヘッドモジュール１０が整列した状態を維持する保持手段５０として、ベース治具５１に複数設けられた吸引孔５３と、ベース治具５１とフレーム５２とで形成される空気室５４と、空気室５４内の空気を吸引する空気吸引機（図の例ではコンプレッサー）５５とを備えたものである。

したがって、図１０に示す製造装置によれば、空気吸引機（コンプレッサー）５５によって空気室５４を減圧することにより、吸引孔５３から空気が引き込まれ、ベース治具５１上に整列した各ヘッドモジュール１０をベース治具５１に密着させることができる。そのため、正確に並べられた各ヘッドモジュール１０が振動等でずれてしまうことを防止できる。

また、図１１は、液体吐出ヘッドの製造装置の他の例を示す断面図であり、保持手段５０として、非磁性のベース治具５１と、ベース治具５１の平坦面と反対側に設けられた磁力吸引機（図の例では電磁石）５６とを備えたものである。図１１に示す製造装置では、ヘッドモジュール１０が磁性を持つ場合（例えばモジュールフレーム１１がインバー鋼である場合）、磁力によって、ベース治具５１の平坦面上で各ヘッドモジュール１０が整列した状態を維持することができる。なお、ベース治具５１を非磁性とするのは、清掃等のメンテナンスを容易にするために、ベース治具５１上の磁力を０にすることを考慮したものである。また、磁力吸引機は、永久磁石等であっても良い。

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、第２工程に移る。第２工程では、図１０又は図１１に示す保持手段５０によって各ヘッドモジュール１０が整列した状態を維持したまま、上側からヘッドフレーム２をベース治具５１上に配置し、各ヘッドモジュール１０をヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａ内に挿入する。また、第３工程では、ベース治具５１上で、各ヘッドモジュール１０とヘッドフレーム２とを接合する。

図１２は、ヘッドモジュール１０をヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａ内に配置した状態を示す平面図及び正面図である。
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１２の平面図に示すように、ベース治具５１上に配置された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。なお、ヘッドフレーム２には、別工程で既にプリント基板３が接着済みである。また、図１２の平面図において、ヘッドモジュール配置孔２ａの周囲のハッチング部には、シリコン系の接着剤４が塗布されている。

ヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａの大きさは、ヘッドモジュール１０のバッファタンク１５よりも若干大きく、モジュールフレーム１１よりも若干小さくなっている。そのため、図１２の正面図に示すように、上側からヘッドフレーム２をベース治具５１上に配置すると、バッファタンク１５の外面から全体的に突出するモジュールフレーム１１の鍔部１１ｃが図１２の平面図のハッチング部と重なる。したがって、各モジュールフレーム１１の鍔部１１ｃとヘッドフレーム２とが、接着剤４によってベース治具５１上で接合される。

このように、各モジュールフレーム１１とヘッドフレーム２とが貼り合わせられた後、図１０に示す製造装置であれば、空気吸引機（コンプレッサー）５５による減圧を解除し、図１１に示す製造装置であれば、磁力吸引機（電磁石）５６による磁力を解除する。そして、ベース治具５１上から接合体（モジュールフレーム１１及びヘッドフレーム２）を取り外す。なお、この際、製造装置の保持力を０にするのではなく、保持力は維持したまま、それ以上の力で引き剥がしても良い。

そして、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂとプリント基板３とを接続する第４工程を経て、図１に示す液体吐出ヘッド１が形成される。なお、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、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）ラインヘッドとして液体吐出ヘッド１を形成するに際し、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。

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。 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。 ヘッドモジュールの大きさと角度精度との関係を示す説明図である。 ｘ方向のずれの要因となるヘッドモジュールの位置不良を示す説明図である。 ｙ方向のずれの要因となるヘッドモジュールの位置不良を示す説明図である。 ノズル列方向のドット並びの傾きの要因となるヘッドモジュールの位置不良を示す説明図である。 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。 液体吐出ヘッドの製造装置を示す断面図である。 液体吐出ヘッドの製造装置の他の例を示す断面図である。 ヘッドモジュールをヘッドフレームのヘッドモジュール配置孔内に配置した状態を示す平面図及び正面図である。

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
４ 接着剤
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
１１ｃ 鍔部
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
５０ 保持手段
５１ ベース治具
５２ フレーム
５３ 吸引孔
５４ 空気室
５５ 空気吸引機
５６ 磁力吸引機

Claims (8)

1. 複数のヘッドモジュールと、
   並べて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、
   複数の前記ヘッドモジュールをベース治具上に整列させて載置する第１工程と、
   各前記ヘッドモジュールが整列した状態を維持したまま、上側から前記ヘッドフレームを前記ベース治具上に配置し、各前記ヘッドモジュール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挿入する第２工程と、
   前記ベース治具上で、各前記ヘッドモジュールと前記ヘッドフレームとを接合する第３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。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記第１工程は、各前記ヘッドモジュールが整列した状態を維持するように、各前記ヘッドモジュールを前記ベース治具上に密着させる工程を含む
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記第１工程は、前記ベース治具上の位置合わせマークを基準として、各前記ヘッドモジュールを整列させる
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記第３工程は、各前記ヘッドモジュールの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
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記ヘッドモジュールの前記ノズルシートは、前記モジュールフレームが積層されない領域を有し、その領域に、前記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るとともに、前記ヘッドフレームの下面側に、プリント基板が設けられ、
   前記配線パターン部と前記プリント基板とを接続する第４工程を含む
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 複数のヘッドモジュールと、
   並べて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装置であって、
   各前記ヘッドモジュールを並べて載置するとともに、前記ヘッドフレームを配置する平坦面を有するベース治具と、
   前記ベース治具を支持するフレームと、
   前記ベース治具の前記平坦面上で各前記ヘッドモジュールが整列した状態を維持する保持手段とを備える
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造装置。
7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造装置において、
   前記保持手段は、
   前記ベース治具に複数設けられた吸引孔と、
   前記ベース治具と前記フレームとで形成される空気室と、
   前記空気室内の空気を吸引する空気吸引機とを備え、
   各前記ヘッドモジュールの各前記ノズルシートを前記ベース治具の前記平坦面に真空吸着させて固定する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造装置。
8. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造装置において、
   前記保持手段は、
   非磁性の前記ベース治具と、
   前記ベース治具の前記平坦面と反対側に設けられた磁力吸引機とを備え、
   各前記ヘッドモジュールの各前記ノズルシートを前記ベース治具の前記平坦面に磁気吸着させて固定する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造装置。