JP2007007948A - ヘッドモジュール、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異方性導電膜を介して接続するＡＣＦ接続を採用するとともに、封止剤の漏れ出しや封止不良を防止する。
【解決手段】ノズルシート２５は、ヘッドチップ配置孔１１ｂに対し、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内にノズル２５ａが位置し、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域の一部を覆うようにそれぞれ配置されるとともに、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域の一部を覆う必要最小限の大きさに形成されている。フレキシブル配線基板３は、その電極とヘッドチップ２０の電極とが電気的に接続されるとともに、ノズルシート２５が設けられた面側において、ヘッドチップ２０の露出している電極を覆うように配置される。さらに、フレキシブル配線基板３は、ノズルシート２５の長手方向における両端部において、凸部３ａがノズルシート２５上に重なるとともに、その重なった部分がノズルシート２５に接着されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、液体を吐出するためのヘッドの一部を構成するヘッドモジュール、並びにこのヘッドモジュールを用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。詳しくは、配線基板の接続部を封止する際に、漏れ出し等がなく、かつ確実に封止を行う技術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、そのインクジェットプリンタ等に用いられるヘッド（液体吐出ヘッド）については、種々の技術が開示されている。
その構造としては、例えば剛性のあるヘッドフレームにノズルが複数配列されたノズルシートを支持して、さらにそのノズルシート上に流路形成部材とエネルギー発生素子（発熱素子又は圧電素子）を有するヘッドチップを、ノズルとエネルギー発生素子とが対応するように貼り付けたものが知られている。
そして、これらは、エネルギー発生素子にエネルギーを付与し、ノズルからインク液滴を勢い良く吐出して印刷を行うようになっている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
特開２００３−１７５６０９号公報 特開２００４−２２３８７８号公報

これらのヘッドは、ヘッドチップ側のリード電極とプリント基板側の端子が金線（ボンディングワイヤ）によって電気的に接続されており、ノズルシートに形成された開口窓からボンディング装置によって配線されるようになっている。
開口窓は、この電気的接続の作業のために設けられたものであり、金線がノズル面側から裏側のプリント基板側に連通可能なように配置されている。したがって、配線終了後はこの開口窓を塞いで異物が内部に浸入しないようにしている。なぜなら、開口したままにすると、インク吐出やクリーニングの際に大量のインクやごみが侵入する可能性があり、電気回路のショートや機器内部の汚損等のトラブルを発生するおそれがあるからである。

そして、その開口窓を塞ぐために、樹脂封止剤で開口窓から露出した金線を包み込むようにして封止する方法が採られている。これにより、開口窓を塞いで異物の侵入を防ぐと共に、金線やその接続部が（樹脂）封止剤で固められるため、振動や衝撃で金線が取れないよう保護することも可能になっている。

しかし、このような電気的接続を達成するために、ノズルシートに開口窓を形成し、ワイヤボンディングを行った後に封止するという方法では、製造工程が増加し、製造コストが高くなるという問題があった。また、封止剤がノズル面に不均一に盛り上がってしまう場合があり、ノズル面をクリーニングする際の障害になるという問題があった。
一方、ワイヤボンディングを廃止し、異方性導電膜を介して接続する方法（ＡＣＦ接続）が考えられる。

この場合、ノズルシートと配線基板の間の隙間を封止剤によって埋めることが考えられる。しかし、その封止剤が多いと、その封止剤が漏れ出してノズルを塞いでしまうおそれがある。一方、封止剤を少なくすると、封止したい部分に規定量の封止剤を封入することができず、封止不良となるおそれがある。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、異方性導電膜を介して接続するＡＣＦ接続を採用するとともに、封止剤の漏れ出しや封止不良を防止することである。

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、半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、ノズルが形成されたノズルシートと、前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形よりわずかに大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うように配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う必要最小限の大きさに形成され、前記ヘッドチップは、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向する位置に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔内に配置され、前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置されており、前記配線基板の配線パターンを覆うように、前記ヘッドチップ配置孔と前記ヘッドチップとの間の隙間が封止部材で封止されており、前記配線基板は、前記ノズルシートの長手方向における両端部において、前記ノズルシート上に重なるとともに、その重なった部分が前記ノズルシートに接着されていることを特徴とする。

上記発明においては、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、各ヘッドチップ配置孔内の一部を覆うようにノズルシートが配置されている。そして、ノズルシートが設けられた面と反対側の面から、ヘッドチップがヘッドチップ配置孔内に配置され、ヘッドチップのエネルギー発生素子とノズルシートのノズルとが対向する。この状態において、配線基板がノズルシート側に配置される。

また、ヘッドチップ配置孔は、ヘッドチップよりわずかに大きく、ノズルシートは、ヘッドチップ配置孔の一部を覆う必要最小限の大きさに形成されている。したがって、ノズルシートを、必要最小限の大きさにすることができる。

さらにまた、ヘッドチップ配置孔とヘッドチップとの間の隙間は、封止部材で封止されるとともに、ノズルシートの長手方向における両端部は、配線基板が重なり、ノズルシートと接着されるので、ノズルシートと配線基板との間の隙間が確実に封止される。

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（発熱素子）、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、サーマル方式の発熱抵抗体２２が相当する。また、実施形態では、モジュールフレーム１１には８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８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２個接続してラインヘッド（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、製造コストを高くすることなく、配線基板の接続部を確実に封止することができるとともに、封止剤の漏れ出し等を防止することができる。

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を示す平面図であり、液体の吐出面側から見た図である。また、図２は、図１と反対側の面から見た図である。さらにまた、図３は、図２の前面側に制御基板４を配置した図である。

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、フレキシブル配線基板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２個、直列に接続されており、その２個のヘッドモジュール１０でＡ４横幅の長さをカバーして１色を印画するものである。そして、その直列に接続された２個のヘッドモジュール１０が４列設けられ、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫ）の液体吐出ヘッド１を構成している。

また、各ヘッドモジュール１０内には、８個のヘッドチップ２０が設けられている。図４は、１つのヘッドチップ２０の周囲を示す断面図である。
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、電極２３が形成されている。そして、発熱抵抗体２２と電極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が形成された面には、バリア層２４、及びノズルシート２５が積層されている。バリア層２４は、インク液室（加圧室）２６の側壁を形成するとともに、ヘッドチップ２０と後述するノズルシート２５とを接着させる役目を果たすものである。バリア層２４は、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。また、バリア層２４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２５は、複数のノズル２５ａ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たものである。そして、ノズルシート２５は、ノズル２５ａ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２５ａ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２５ａ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、バリア層２４と貼り合わされている。

インク液室２６は、発熱抵抗体２２を囲むように、半導体基板２１とバリア層２４とノズルシート２５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２６の底壁を構成し、バリア層２４の発熱抵抗体２２を略凹状に囲む部分がインク液室２６の側壁を構成し、ノズルシート２５がインク液室２６の天壁を構成している。そして、インク液室２６は、図４に示すように、ヘッドチップ２０と、モジュールフレーム１１との間の流路２７に連通している。

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２６内のインクを、インク液室２６に対向するノズル２５ａから吐出させることができる。

すなわち、インク液室２６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２５ａ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２５ａ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５（ａ）は、１つのモジュールフレーム１１を示す平面図である。本実施形態のヘッドモジュール１０は、モジュールフレーム１１と、８つのヘッドチップ２０及びノズルシート２５と、バッファタンク１２とから構成されている。

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。
モジュールフレーム１１は、例えばステンレス鋼から形成され、厚みが約０．５ｍｍ程度のものであり、本実施形態では、８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、モジュールフレーム１１には、ヘッドフレーム２に固定するための２つの取付穴１１ｄが形成されている。さらにまた、各ヘッドチップ配置孔１１ｂの外縁部の一部を囲むように、溝１１ｃ（図５（ａ）中、ハッチング部）が形成されている。

図５は、モジュールフレーム１１にノズルシート２５を貼付する工程を示している。図５に示すように、ヘッドチップ配置孔１１ｂの周囲と溝１１ｃとで囲まれた領域に、接着剤１４を塗布（印刷）する（図中、（ｂ））。この接着剤１４の領域は、ノズルシート２５が貼付されたときにノズルシート２５の外縁部とほぼ一致する大きさに形成されている。
そして、接着剤１４の塗布後は、ノズルシート２５をモジュールフレーム１１に貼着する（図中、（ｃ））。このとき、余分な接着剤１４は、溝１１ｃ内に入り込み、溝１１ｃによって吸収される。

また、ノズルシート２５によって、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域の一部が覆われるように貼着される。さらにまた、ノズルシート２５は、モジュールフレーム１１に支持されるための必要最小限の大きさに形成されており、ノズルシート２５がヘッドチップ配置孔１１ｃ上に貼着されたときは、ノズルシート２５は、ヘッドチップ配置孔１１ｂ及び接着剤１４の塗布範囲にのみ存在する大きさに形成されている。すなわち、ノズルシート２５は、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域の必要な一部を覆うとともに、最小限の接着面積を有するように、必要最小限の大きさに形成されている。

さらに、本実施形態では、ホットプレスによってノズルシート２５をモジュールフレーム１１に熱圧着することで接合する。この接合は、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２５とを比較すると、ノズルシート２５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２５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２５の温度変化による伸縮は、ノズルシート２５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には、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。したがって、ヘッドチップ２０は、ヘッドチップ配置孔１１ｂよりわずかに大きい外形をなしている。

なお、ノズル２５ａは、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貫通穴を一方向に整列させたものである。
ノズル２５ａ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２５ａ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２５ａを形成する。これにより、ノズル２５ａは、インクの吐出面（ノズルシート２５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内に位置するノズル２５ａ列のノズル２５ａ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を形成する場合には、約４２．３μｍ）となるように形成する。

さらにまた、図５において、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ列は、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ列を結ぶライン（各ノズル２５ａ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、「Ｎ１」、「Ｎ２」、「Ｎ３」、・・、「Ｎ８」番目とすると、「Ｎ１」番目と「Ｎ３」、「Ｎ５」及び「Ｎ７」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ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。「Ｎ２」、「Ｎ４」、「Ｎ６」及び「Ｎ８」番目の関係も同様である。

したがって、隣接するヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ列、例えば「Ｎ１」番目と「Ｎ２」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ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８つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したが、これより多い又は少ない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、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に、バリア層２４を積層したヘッドチップ２０を配置・固定する。これは、上記のノズルシート２５の貼付温度環境下よりも低い温度環境下（例えば常温（２５℃前後））で行われる。これにより、バリア層２４とノズルシート２５とが接着される。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２５ａ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２５とを比較すると、ノズルシート２５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２５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２５がピンと張られた状態となっているので、ノズルシート２５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２４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２５とヘッドチップ２０とが接着されると、ノズルシート２５のヘッドチップ２０側の面、バリア層２４、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２６が形成される。

さらにまた、ヘッドチップ２０がノズルシート２５に貼着されると、ヘッドチップ２０の電極２３は、ノズルシート２５により隠蔽されることなく、外部に露出する（図４参照）。したがって、ヘッドチップ２０がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置された後も、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。

続いて、ヘッドチップ２０側に設けられた電極２３と、フレキシブル配線基板３との接合（電気的接続）を行う。この工程もまた、例えば常温（２５℃前後）で行われる。図６は、モジュールフレーム１１にノズルシート２５及びヘッドチップ２０が貼着された後、フレキシブル配線基板３を接合した状態を示す平面図である。なお、図６中、前面側がノズルシート２５の貼着面側であるが、図面の理解しやすさのために、反対側の面から貼着したヘッドチップ２０を、実線（ハッチング部）で図示している。

フレキシブル配線基板３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ものである。そして、１つのヘッドモジュール１０に対し、２枚のフレキシブル配線基板３が取り付けられる。ヘッドチップ２０は、４個ずつ２列に並んで配置されているが、各列で１枚のフレキシブル配線基板３が取り付けられる。そして、フレキシブル配線基板３には配線パターン（図示せず）が形成されており、各配線パターンがヘッドチップ２０の電極２３に接合される。そして、このときは、ノズルシート２５の外縁と、フレキシブル配線基板３の外縁とが近接するように取り付けられる（図７参照）。

ここで、図４に示すように、ヘッドチップ２０の電極２３と、フレキシブル配線基板３とは、異方性導電膜２８を介して接続される（ＡＣＦ接続）。
そして、接続後は、ヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間（流路２７の反対側）にエポキシ樹脂等の樹脂２９を設け、異方性導電膜２８を封止する。ヘッドモジュール１０の使用時には、ヘッドチップ２０の周囲（図４中、上側）はインクで浸される構造であり、活電部にはインクが侵入してショートしないようにするためである。

図７は、ヘッドチップ２０、ノズルシート２５、及びフレキシブル配線基板３を示す斜視図である。また、図７では、ノズルシート２５とフレキシブル配線基板３との間の隙間を拡大して示している。なお、図７は、後述するように、本実施形態を適用していない図である。

図７において、ノズルシート２５とフレキシブル配線基板３との間には、隙間Ｌが生じる。一方、ヘッドチップ２０がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置されると、ヘッドチップ２０の周囲には、隙間領域Ｒができる。したがって、隙間Ｌと隙間領域Ｒによって、スリット孔Ｓが形成される。この場合に、そのスリット孔Ｓをそのままにしてしまうと、図４に示すように、樹脂２９によって、ヘッドチップ２０とヘッドチップ配置孔１１ｂの間の隙間Ｒを樹脂２９によって封止したとき、余った樹脂２９がスリット孔Ｓから漏れ出てしまうおそれがある。例えば、樹脂２９を比較的粘度の高いものにすることによって、樹脂２９のスリット孔Ｓからの漏れを最小限に抑えることができるが、不安定であり、確実でない。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、ノズルシート２５の長手方向における両端部にフレキシブル配線基板３の一部が重なるように、凸部３ａを設けている。そして、凸部３ａがノズルシート２５上に重なった部分がノズルシート２５に接着されている。この凸部３ａが、スリット孔Ｓを塞ぐこととなるので、スリット孔Ｓからの樹脂２９の漏れを完全になくすことができる。そして、樹脂２９の漏れを防止することで、流れ出た樹脂２９によってノズル２５ａが塞がれてしまうこと等を防止することができる。
なお、この凸部３ａには、配線パターンは形成されていないので、ノズルシート２５に接触しても、ショートが発生しないようになっている。

これにより、コスト面や品質面において有効なＡＣＦ接続の採用を確固たるものとし、さらに、ワイヤボンディング方式で懸念となっていたノズルシート表面の盛り上がりを最小限にして、インク吐出面の平滑さを維持することができる。
さらに、本実施形態により、ノズルシート２５とフレキシブル配線基板３との境界を自由に設定できるので、ノズルシート２５を必要最小限の大きさにすることが可能となり、コスト、品質、及び量産性において優れたものとすることができる。
次に、フレキシブル配線基板３が設けられると、図７の隙間Ｌを覆うように樹脂３０が設けられる（図４参照）。この樹脂３０により隙間Ｌを封止することができる。

続いて、図４及び図９に示すように、ヘッドチップ２０の上部を覆うように、バッファタンク１２が接着される。なお、図９は、バッファタンク１２及びフレキシブル配線基板３を示す平面図である。
バッファタンク１２は、インクを一時貯留するためのタンクであり、１つのヘッドモジュール１０に対して１つ設けられる。
図９に示すように、バッファタンク１２は、平面図で見たときに、モジュールフレーム１１とほぼ同等の形状をなす。そして、図４に示すように、バッファタンク１２の内部は、空洞となった液体流路（図４中、網点部）が形成される。特に本実施形態のバッファタンク１２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ている。
バッファタンク１２は、全てのヘッドチップ２０に共通する液体流路を形成し、インク液室２６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、モジュールフレーム１１を固定するための剛性のある支持部材ともなっている。

バッファタンク１２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を覆うようになる。また、図４に示すように、バッファタンク１２内と、各ヘッドチップ２０のインク液室２６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２７を介して連通される。これにより、バッファタンク１２は、ヘッドモジュール１０における全てのヘッドチップ２０に共通する液体流路を形成する。
なお、図示を省略するが、バッファタンク１２の天壁には、孔が形成されており、この孔を介してインクタンク（図示せず）からバッファタンク１２内にインクが供給される。

なお、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１２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１に示すように、剛性のあるヘッドフレーム２には、ヘッドモジュール配置孔２ａが形成されており、このヘッドモジュール配置孔２ａ内に、本実施形態では８つのヘッドモジュール１０を並べて配置している（２つのヘッドモジュール１０を直列に接続するとともに、その直列に接続されたヘッドモジュール１０を４段に並べている。）。また、各ヘッドモジュール１０は、ネジ止めされ、位置決めされている。

また、図２に示すように、８つのヘッドモジュール１０の各バッファタンク１２が見えている。直列に接続されたバッファタンク１２間は、Ｕ字管１３で接続されている。さらにまた、１つのヘッドモジュール１０に対して２つのフレキシブル配線基板３の接続側端部（図２中、ハッチング部）が、紙面に対して垂直に延びている。

次に、図３に示すように、バッファタンク１２が設けられた面側に、液体の吐出等を制御するための制御基板４がネジ５によってネジ止めされる。制御基板４上には、各種コンデンサの他、フレキシブル配線基板３と接続するためのコネクタ４ａが設けられている。そして、このコネクタ４ａの近傍には、切欠き部４ｂが形成されており、フレキシブル配線基板３の先端部は、この切欠き部４ｂを通って制御基板４の下側から上側に抜け、制御基板４のコネクタ４ａに接続されている。

このようにしてヘッドモジュール１０を２つ直列接続して、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（２個のヘッドモジュール１０からなるもの）を４列並べて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。

以上説明したように、本実施形態では、必要な部分のみにノズルシート２５の材料を使用することができるので、１つの液体吐出ヘッド１、１つのヘッドモジュール１０あたりのノズルシート２５の材料費を限度まで低減することができる。電鋳法で形成するノズルシート２５のコストは、ほぼ面積に比例するが、本実施形態では、従来の特許文献１の場合と比較すると、面積で約２０％となっており、約８０％のコストダウンをすることができる。
また、ノズルシート２５の小サイズ化によって、変形や破れ等の製造工程上の不良発生を少なくすることができる。

本発明の一実施形態である液体吐出ヘッドを示す平面図であり、液体の吐出面側から見た図である。 図１と反対側の面から見た図である。 図２の前面側にプリント基板を配置した図である。 １つのヘッドチップの周囲を示す断面図である。 ヘッドモジュールの製造工程を示す平面図である。 モジュールフレームに、ノズルシート及びヘッドチップが貼着された後、フレキシブル配線基板を接合した状態を示す平面図である。 ヘッドチップ、ノズルシート、及びフレキシブル配線基板を示す斜視図であり、本実施形態を適用していない図である。 ヘッドチップ、ノズルシート、及びフレキシブル配線基板を示す斜視図であり、本実施形態を適用した図である。 フレキシブル基板及びバッファタンクを示す平面図である。

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 フレキシブル配線基板（配線基板）
１０ ヘッドモジュール
１１ モジュールフレーム
１１ｂ ヘッドチップ配置孔
２０ ヘッドチップ
２１ 半導体基板
２２ 発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
２３ 電極
２４ バリア層
２５ ノズルシート
２５ａ ノズル
２６ インク液室

Claims (4)

1. 半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形よりわずかに大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うように配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う必要最小限の大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向する位置に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔内に配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置されており、
   前記配線基板の配線パターンを覆うように、前記ヘッドチップ配置孔と前記ヘッドチップとの間の隙間が封止部材で封止されており、
   前記配線基板は、前記ノズルシートの長手方向における両端部において、前記ノズルシート上に重なるとともに、その重なった部分が前記ノズルシートに接着されている
   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、
   前記配線基板の前記重なった部分により、前記ヘッドチップと前記ヘッドチップ配置孔との間の隙間を覆う
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
3. 複数のヘッドモジュールと、
   複数の前記ヘッドモジュールを収容したヘッドモジュール配置孔が形成さ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、
   半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形よりわずかに大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うように配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う必要最小限の大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向する位置に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔内に配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置されており、
   前記配線基板の配線パターンを覆うように、前記ヘッドチップ配置孔と前記ヘッドチップとの間の隙間が封止部材で封止されており、
   前記配線基板は、前記ノズルシートの長手方向における両端部において、前記ノズルシート上に重なるとともに、その重なった部分が前記ノズルシートに接着されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 複数のヘッドモジュールと、
   複数の前記ヘッドモジュールを収容したヘッドモジュール配置孔が形成さ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、
   半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形よりわずかに大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うように配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う必要最小限の大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向する位置に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔内に配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置されており、
   前記配線基板の配線パターンを覆うように、前記ヘッドチップ配置孔と前記ヘッドチップとの間の隙間が封止部材で封止されており、
   前記配線基板は、前記ノズルシートの長手方向における両端部において、前記ノズルシート上に重なるとともに、その重なった部分が前記ノズルシートに接着されている
   ことを特徴とする液体吐出装置。

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