JP3608484B2

JP3608484B2 - Print head, manufacturing method thereof, and control method thereof

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Publication number: JP3608484B2
Application number: JP2000240841A
Authority: JP
Inventors: 伸一堀井; 慈義平島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-08-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なプリントヘッド、その製造方法及びその制御方法に関する。詳しくは、ノズル形成部材にフレーム部材を貼り合わせることによってノズル形成部材のインク吐出ノズルと基板部材の発熱抵抗体及びインク加圧との位置ズレを解消するようにしたプリントヘッドにおいて、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた貼合面に反りが生じること及び該反りが生じることによる問題を解消する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク加圧室の前面を微小なインク吐出ノズルが形成されたノズル形成部材で覆い、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）の圧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】
かかる方式のプリントヘッドａは、通常、図１２及び図１３に示すような構造を有している。
【０００４】
プリントヘッドａは、インク加圧室ｂの側壁部及び発熱抵抗体ｃを備えインク加圧室ｂの一方の端面を限定する基板部材ｄを有する。該基板部材ｄは、シリコン等から成る半導体基板ｅの一方の面に発熱抵抗体ｃが析出形成され、半導体基板ｅの発熱抵抗体ｃが形成された面にインク加圧室ｂの側面を限定する、すなわち、側壁部となるバリア層ｆが積層されて成る。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成り、上記半導体基板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て、基板部材ｄが形成される。
【０００５】
そして、上記基板部材ｄのバリア層ｆの上にノズル形成部材ｇが積層される。ノズル形成部材ｇは、例えば、ニッケルによって電鋳技術によって形成される。ノズル形成部材ｇにはインク吐出ノズルｈが形成されており、該インク吐出ノズルｈは基板部材ｄ上に析出された発熱抵抗体ｃと整列された状態とされる。
【０００６】
以上のようにして、両端を基板部材ｄとノズル形成部材ｇとによって限定され、側面をバリア層ｆによって限定されると共にインク流路ｉと連通され、さらに発熱抵抗体ｃと対向したインク吐出ノズルｈを有するインク加圧室ｂが形成される。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上に析出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。
【０００７】
そして、通常１個のプリントヘッドａには、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、プリンター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インクを吐出させることが出来る。
【０００８】
すなわち、プリントヘッドａにおいて、該プリントヘッド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マイクロ秒の間電流パルスを通すことにより、当該発熱抵抗体ｃが急速に加熱され、その結果、該発熱抵抗体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から噴出され、紙等の印刷媒体上に付着（着弾）せしめられる。
【０００９】
上記したプリントヘッド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形成部材ｇが積層されるが、バリア層ｆを硬化してノズル形成部材ｇを固着するために、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成るバリア層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。
【００１０】
上記したように、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、通常半導体基板ｅの材料とされるシリコンとノズル形成部材ｇの材料とされるニッケルとでは線膨張係数が凡そ一桁異なる。
【００１１】
そして、このように線膨張係数が大きく異なる材料を加熱工程にて張り合わせた場合には、それぞれの伸縮率の差により張り合わせ後に相対的な位置ズレが生じる。そして、このような位置ズレは張り合わせられる部材間の線膨張係数の差に依存しており、その差が大きいほど位置ズレが大きくなる。
【００１２】
すなわち、図１４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及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの位置が一致していても、該位置（ａ）から離れた位置（ｂ）では発熱抵抗体ｃ及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの間で位置ズレが生じ、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からもズレてしまうという事態が起きる。そして、このような位置ズレは張り合わせら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及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの位置関係が所定の位置関係からズレるに従って（図１４（ｂ）参照）吐出方向にズレが生じ、さらにズレ量が大きくなると（図１４（ｃ）参照）インクの吐出自体が不能になってしまう。
【００１３】
プリンタ市場の要求は印画スピードを早くする方向にあり、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ノズルの数を増大させることがある。同じ解像度で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、線膨張係数の差に起因する発熱抵抗体ｃ及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの間の位置ズレの影響は大きくなってしまう。さらに、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及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの間の位置ズレの影響はより顕著になり、極めて重大な問題となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記した発熱抵抗体ｃ及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの間の位置ズレを防止するために、図１５に示すように、フレーム部材ｊをノズル形成部材ｇに貼り合わせることが考えられる。
【００１５】
すなわち、基板部材ｄのベースとなる半導体基板ｅの線膨張係数とほぼ同じ線膨張係数を有する材料で形成された枠状のフレーム部材ｊを高温下でノズル形成部材ｇに貼り合わせ、その後フレーム部材ｊとノズル形成部材ｇとの貼合温度より低い温度下で基板部材ｄをノズル形成部材ｇに貼り合わせるようにする。
【００１６】
以上のようにすることによって、ノズル形成部材ｇをフレーム部材ｊに貼り合わせた後は、ノズル形成部材ｇに形成したインク吐出ノズルｈの形成間隔の温度変化に基づく推移はフレーム部材ｊの線膨張係数に従って推移することになるので、基板部材ｄの線膨張係数とフレーム部材ｊの線膨張係数がほぼ同じであるので、基板部材ｄに形成されている発熱抵抗体ｃ及びインク加圧室ｂの形成間隔とノズル形成部材ｇに形成されたインク吐出ノズルｈの形成間隔とは温度変化に対して同じ率で伸縮することになるため、上記したような発熱抵抗体ｃ及びインク加圧室ｂとインク吐出ノズルｈとの間の位置ズレの問題は解消される。
【００１７】
しかしながら、今度はフレーム部材ｊとノズル形成部材ｇとの間の線膨張係数の差によってフレーム部材ｊに反りが生じてしまうという問題がある。すなわち、ノズル形成部材ｇの線膨張係数がフレーム部材ｊの線膨張係数より大きいと、温度環境が両者の貼合温度から下がるに従ってフレーム部材ｊの収縮率に比較してノズル形成部材ｇの収縮率が大きく、その結果、ノズル形成部材ｇが貼り合わされた側が凹面になるように反りが生じてしまう（図１６参照）。
【００１８】
そして、フレーム部材ｊに反りが生じると、図１６に矢印で示すように、印刷用紙等の印刷媒体ｋに対するインク滴の吐出方向が変わってしまい、インク滴の印刷媒体ｋへの着弾点ｌ、ｌ、・・・の間隔ｍ、ｍ、・・・が中心部から周辺部に行くに従って狭くなってしまう。このようなインク滴の着弾点間隔ｍ、ｍ、・・・の不均一は印画（字）にあたかもレンズにおける球面収差のような歪みを与え、印画（字）品質の低下をもたらす。
【００１９】
また、フレーム部材ｊに反りが生じると、インク滴の印刷媒体ｋまでの飛翔距離ｎ、ｎ、・・・が中心部から周辺部に行くに従って短くなってしまう。このようにインク滴の飛翔距離ｎ、ｎ、・・・に差が生じると、周辺部のインク滴ほど印刷媒体に早く到達するようになり、このようなプリントヘッドをラインプリンタに適用すると、印画（字）ラインが中心部で紙送り方向に対して周辺部より下方（遅れた位置）に位置するように曲がった状態となり、印画（字）品位の低下をもたらす。
【００２０】
そこで、本発明は、フレーム部材のノズル形成部材を貼り付けた貼付面に反りが生じること及び該反りが生じることによる問題を解消することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明プリントヘッドは、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた貼合面に反りが生じないようにするために、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた面と反対側の面にノズル形成部材の線膨張係数にほぼ等しい線膨張係数を有する反り防止部材を貼り合わせ、そして、フレーム部材とノズル形成部材の貼り合わせ温度及びフレーム部材と反り防止部材の貼り合わせ温度より低いが使用温度よりは高い温度で、基板部材とノズル形成部材を貼り合わせたものである。
【００２２】
従って、本発明プリントヘッドにあっては、貼り合わせ温度より低い使用温度下では、反り防止部材によってフレーム部材の貼合面と反対側の面が貼合面と同じ張力で引っ張られることになり、ノズル形成部材の張力による反りを防止することが出来る。
【００２３】
本発明プリントヘッドの製造方法は、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた貼合面に反りが生じないようにするために、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせる貼合面を予め曲面に形成しておき、上記貼合面にノズル形成部材を高温で貼り合わせ、そして、上記フレーム部材と上記ノズル形成部材の貼り合わせ温度より低いが使用温度よりは高い温度で、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせ、フレーム部材の線膨張係数とノズル形成部材の線膨張係数との差によりプリントヘッドの使用温度下でフレーム部材に反りが生じることによって上記貼り合わせ面が平面になるようにしたものである。
【００２４】
従って、本発明プリントヘッドの製造方法にあっては、貼り合わせ温度より低い使用温度下では貼合面が平面となる。
【００２５】
別の本発明プリントヘッドは、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた面に反りが生じることによる不具合を解消するために、フレーム部材とノズル形成部材を高温下で貼り合わせると共に、この温度より低いが使用温度よりは高い温度で、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせ、ここで、発熱抵抗体、インク加圧室及びインク吐出ノズルの形成間隔を、中心部から周辺部に行くに従って、大きくなるようにしたものである。
【００２６】
従って、別の本発明プリントヘッドにあっては、中心部から周辺部に至るまでインク滴の着弾点間隔が一様になり、その結果、中心部と周辺部との間のインク滴の着弾点間隔の不均一による印画（字）品質の低下を生じない。
【００２７】
本発明プリントヘッドの制御方法は、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた面に反りが生じることによる不具合を解消するために、フレーム部材と上記ノズル形成部材を高温下で貼り合わせると共に、この温度より低いが使用温度よりは高い温度で、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせ、ここで、発熱抵抗体に対する通電タイミングを、周辺部に位置するものより中心部に位置するものほど早くするようにしたものである。
【００２８】
従って、本発明プリントヘッドの制御方法にあっては、フレーム部材の貼合面の反りによって中心部においてインク滴の飛翔距離が長くなった分発熱抵抗体への通電タイミングを早くして全体としてインク滴の印刷媒体への着弾タイミングを一致させることが出来る。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明プリントヘッド、その製造方法及びその制御方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００３０】
先ず、発熱抵抗体及びインク加圧室とインク吐出ノズルとの位置ズレを解消するためにノズル形成部材にフレーム部材（ヘッドフレーム）を貼り合わせたプリンとヘッドについて説明する。なお、本明細書において説明するプリントヘッド１は、フルカラーのバブルインクジェット型のラインプリンタ用のプリントヘッドである。
【００３１】
プリントヘッド１はノズル形成部材２を有する。ノズル形成部材２には多数のインク吐出ノズル３、３、・・・が形成されている。インク吐出ノズル３、３、・・・は後述する基板部材１個当たり数百個が整列された状態で形成されている。このようなノズル形成部材２は、例えば、電鋳技術によって形成され、例えば、厚さ１５μｍ〜２０μｍのシート状に形成され、そこに直径約２０μｍのインク吐出ノズル３、３、・・・が形成される（図２、図３参照）。
【００３２】
上記ノズル形成部材２はフレーム部材としてのヘッドフレーム４に貼り合わせられている。ヘッドフレーム４は長方形状を為す外枠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成るものであり、これによって、長方形状を為す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サイズの用紙に縦置きで印刷をするラインプリンタに使用する場合、Ａ４サイズの横幅に相当する長さ、約２１ｃｍとなる。
【００３３】
かかるヘッドフレーム４は後述する基板部材のベースとなる半導体基板の線膨張係数とほぼ同じ線膨張係数を有する材料で形成される。半導体基板に、例えば、シリコン基板を使用する場合、窒化珪素が用いられる。その他、セラミック系では、アルミナ（Ａ１_２Ｏ_３）、ムライト、窒化アルミ、炭化珪素等を、ガラス系では、石英（ＳｉＯ_２）等を、金属であればインバー鋼等を、それぞれ使用することができる。
【００３４】
上記ヘッドフレーム４は、例えば、５ｍｍの厚さを有し、十分な剛性を有するため、ヘッドフレーム４とノズル形成部材２とを高温、例えば、１５０℃で貼り合わせた場合、該貼り合わせ温度（１５０℃）より低い温度では、ノズル形成部材２の方がヘッドフレーム４より大きく収縮しようとするため、ノズル形成部材２は緊張した状態にあり、その結果、ノズル形成部材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の線膨張係数に従って推移することになる。なお、ヘッドフレーム４とノズル形成部材２との貼り合わせは、例えば、熱硬化型のシート接着剤、例えば、エポキシ系のシート接着剤によって為される。
【００３５】
上記したように、ノズル形成部材２とヘッドフレーム４とが貼り合わせられた後、上記ノズル形成部材２に多数の基板部材６、６、・・・が貼り合わせられる（図２参照）。該基板部材６はシリコン等から成る半導体基板７の一方の面に発熱抵抗体８、８、・・・が析出形成され、半導体基板７の発熱抵抗体８、８、・・・が形成された面にインク加圧室９、９、・・・の側面を限定する、すなわち、側壁部となるバリア層１０が積層されて成る（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成り、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、基板部材６が形成される。
【００３６】
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１８μｍの正方形を為している。また、インク加圧室９の幅はほぼ２５μｍとされている。
【００３７】
一つの例として、例えば、Ａ４サイズの用紙を縦位置で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５で囲まれた空間内でノズル形成部材２に形成されるインク吐出ノズル３、３、・・・の数は約５，０００個であり、この範囲のノズル形成部材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、大きさ等に制約のある図面にこれらの数や大きさを精確に表現することは不能であるので、各図面では、理解しやすいように、誇張したり或いは省略して表現してある。
【００３８】
上記した基板部材６、６、・・・のノズル形成部材２への貼付は、約１０５℃の温度で為される。この貼付は、バリア層１０を熱硬化させることで為されるので、貼付温度はバリア層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、上記したノズル形成部材２とヘッドフレーム４との貼付温度は基板部材６、６、・・・とノズル形成部材２との貼付温度より高いものであることが必要である。このことを図５のグラフ図によって説明する。
【００３９】
図５はノズル形成部材２に形成したインク吐出ノズル３、３、・・・の形成間隔（ノズル間間隔）の温度変化による推移と、基板部材６に形成した発熱抵抗体８、８、・・・の形成間隔（ヒータ間間隔）の温度変化による推移とを示すものである。すなわち、曲線Ａは室温（Ｒ．Ｔ．）でのノズル間間隔をＬ１とした場合の温度変化による推移を示すものであり、曲線Ｂは室温でのヒータ間間隔をＬ２とした場合の温度変化による推移を示したものである。
【００４０】
そして、上記曲線Ａ及びＢは、それぞれ、ノズル形成部材２の線膨張係数をα１、半導体基板７の線膨張係数をα２、温度をＴとした場合、
Ａ：Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ１α１Ｔ
Ｂ：Ｌ＝Ｌ２＋Ｌ２α２Ｔ
（ただし、Ｌ２＞Ｌ１、α１＞α２）
で表される。
【００４１】
そこで、曲線Ａと曲線Ｂとが交わる温度Ｔ１でヘッドフレーム４とノズル形成部材２とを貼り合わせる。
【００４２】
その後、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２でノズル形成部材２に基板部材６、６、・・・を貼り付ける。
【００４３】
上記したように、先ず、温度Ｔ１でヘッドフレーム４とノズル形成部材２とを貼り合わせることにより、貼り合わせ温度（Ｔ１）より低い温度では、ノズル形成部材２の方がヘッドフレーム４より大きく収縮しようとするため、ノズル形成部材２は緊張した状態にあり、その結果、ノズル形成部材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の線膨張係数に従って推移することになる。そして、ヘッドフレーム４の線膨張係数は基板部材６の線膨張係数に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、・・・との間の位置ズレが生じ難くなる。
【００４４】
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等によって決まってくるわけであるから、Ｌ2は設計値として決まってくる。この場合必要とされるＬ1は、ノズル形成部材２の線膨張率α1、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）α2、ノズル形成部材２とヘッドフレーム４との貼合温度Ｔ1、該貼合温度Ｔ1と室温Ｒ．Ｔ．との差ΔＴから、図５から逆算して求めることができる。或いはまた、次式
Ｌ 1 ＝Ｌ 2 （α 2 △Ｔ＋１）／（α 1 △Ｔ＋１）
から求めることができる。
【００４５】
上記したヘッドフレーム４の線膨張係数はノズル形成部材２の線膨張係数より小さいことが望ましい。ヘッドフレーム４とノズル形成部材２とを高温で貼り付けた後、室温に戻るときに、ヘッドフレーム４とノズル形成部材２の線膨張係数の大小関係により、ノズル形成部材２はヘッドフレーム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のどちらかであるが、ノズル形成部材２に凹凸（皺）が発生する可能性がある（２）の場合より、常に引っ張られている（１）の方が望ましい。そのためには、ヘッドフレーム４の線膨張係数はノズル形成部材２の線膨張係数より小さくなるように材料を選定することが望ましい。さらに、好ましくは、ヘッドフレーム４の線膨張係数はノズル形成部材２の線膨張係数より小さく且つ基板部材６の線膨張係数とほぼ同じであることが好ましい。
【００４６】
また、上記ヘッドフレーム４とノズル形成部材２との貼合温度Ｔ１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とノズル形成部材２とを貼り合わせた後のプロセス中、ノズル形成部材２には常に張力が与えられた状態となり、ノズル形成部材２に皺が発生することが防止される。上記した例では、ほぼ１５０℃の温度環境下でヘッドフレーム４とノズル形成部材２とを張り合わせ、その後、ほぼ１０５℃の温度環境下で基板部材６、６、・・・をノズル形成部材２に貼り合わせるようにしてある。
【００４７】
以上のようにして形成されたプリントヘッド１にに流路板１１、１１、・・・が取り付けられる（図１参照）。
【００４８】
流路板１１、１１、・・・はインクの各色に対応して１個、計４個があり（図１、図２参照）、容易には変形しない剛性と耐インク性を備えた材料で形成される。流路板１１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１２と該チャンバー部１２の一方の面に連続したフランジ部１３とが一体に形成されて成る。フランジ部１３はヘッドフレーム４の空間５の平面形状より大きく形成されている。チャンバー部１２はフランジ部１３が形成されている側と反対側の端面に開口した空間１４を有しており、該空間１４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１５、１５、・・・が上記空間１４と連通した状態で形成されている（図３、図４参照）。また、フランジ部１３のチャンバー部１２が連続されている面と反対側の面からはインク供給管１６が突設されており、該インク供給管１６は上記空間１４と連通している（図１、図２、図４参照）。
【００４９】
そして、上記した流路板１１、１１、・・・はチャンバー部１２、１２、・・・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１３、１３、・・・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に接着固定される。そして、ノズル形成部材２に貼り合わせられている基板部材６、６、・・・は流路板１１、１１、・・・のチャンバー部１２、１２、・・・に形成された切欠凹部１５、１５、・・・内に位置されると共にチャンバー部１２、１２、・・・に接着される（図３、図４参照）。
【００５０】
上記したように、流路板１１、１１、・・・がプリントヘッド１に結合されることによって、流路板１１、１１、・・・のチャンバー１２、１２、・・・とノズル形成部材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１６、１６、・・・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、・・・は上記閉空間内に位置し、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１７が形成され、インク加圧室９、９、・・・が上記インク流路１７と連通された状態となる（図３参照）。
【００５１】
基板部材６、６、・・・に形成された発熱抵抗体８、８、・・・を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１８、１８、・・・が各色毎に設けられ（図２に１個のみ示す）、該フレキシブル基板１８、１８、・・・の接続片１８ａ、１８ａ、・・・がヘッドフレーム４と流路板１１、１１、・・・との間に出来た隙間１９、１９、・・・（図４参照）を通して基板部材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、・・・に各別に電気的に接続された図示しない接点と接続される。
【００５２】
上記流路板１１、１１、・・・に設けられたインク供給管１６、１６、・・・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１７、１７、・・・及びインク加圧室９、９、・・・にインクが満たされる。
【００５３】
そして、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、当該発熱抵抗体８、８、・・・が急速に加熱され、その結果、該発熱抵抗体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、・・・から噴出され、紙等の印刷媒体上に付着（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１７、１７、・・・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。
【００５４】
上記したように、ノズル形成部材２にヘッドフレーム４を貼り合わせることによって、発熱抵抗体８及びインク加圧室９とインク吐出ノズル３との間の位置ズレを解消することが出来るが、今度は図１６に示す反りの問題が生じる。
【００５５】
そこで、本発明にかかるプリントヘッド１００にあっては、図６に示すように、ヘッドフレーム４のノズル形成部材２が貼り合わせられた貼合面４ｃと反対側の面４ｄにノズル形成部材２と同じ線膨張係数を有する反り防止部材１０１を貼り合わせたものである。上記例のようにノズル形成部材２がニッケルで形成されている場合は、反り防止部材１０１もニッケルで形成するのがよい。
【００５６】
そして、この反り防止部材１０１とヘッドフレーム４の貼合は、ノズル形成部材２とヘッドフレーム４との貼合温度と同じ温度下、上記例でいえば、１５０℃で為される。
【００５７】
このプリントヘッド１００にあっては、使用温度下では、ヘッドフレーム４の互いに反対側に位置した２つの面４ｃ、４ｄがそれぞれ同じ引張力を受けることになるので、ヘッドフレーム４に反りが生じることがない。
【００５８】
図７及び図８に本発明プリントヘッドの製造方法の第１の実施の形態を示す。
【００５９】
先ず、ヘッドフレーム２０１のノズル形成部材２を貼り合わせる貼合面２０１ａを予め凸曲面になるように、貼合面と反対側の面２０１ｂを平面になるように整形しておく。上記貼合面２０１ａの曲率はヘッドフレーム２０１の線膨張係数とノズル形成部材２の線膨張係数との差により、使用温度下で生じる反りを打ち消すように定めておく。
【００６０】
そして、使用温度より高い温度で、すなわち、上記例では１５０℃の温度下で、ノズル形成部材２をヘッドフレーム２０１の貼合面２０１ａに貼り付ける（図７参照）。
【００６１】
上記したような工程を経て製造されたプリントヘッド２００は、使用温度下においては、ヘッドフレーム２０１の貼合面２０１ａはノズル形成部材２の収縮力を受けて反りが生じるが、該貼合面２０１ａは予め凸曲面に形成されているので、上記反りが生じることによって、平面となる（図８参照）。
【００６２】
図９及び図１０に本発明プリントヘッドの製造方法の第２の実施の形態を示す。
【００６３】
先ず、ヘッドフレーム３０１のノズル形成部材２を貼り合わせる貼合面３０１ａが凸曲面になるように、ヘッドフレーム３０１の全体を湾曲させておく。これによって、ヘッドフレーム３０１の貼合面３０１ａと反対側の面３０１ｂは凹曲面となる（図９参照）。この場合、上記貼合面３０１ａの曲率はヘッドフレーム３０１の線膨張係数とノズル形成部材２の線膨張係数との差により、使用温度下で生じる反りを打ち消すように定めておく。
【００６４】
そして、使用温度より高い温度で、すなわち、上記例では１５０℃の温度下で、ノズル形成部材２をヘッドフレーム３０１の貼合面３０１ａに貼り合わせる（図９参照）。
【００６５】
上記したような工程を経て製造されたプリントヘッド３００は、使用温度下においては、ヘッドフレーム３０１の貼合面３０１ａはノズル形成部材２の収縮力を受けて反りが生じるが、該貼合面３０１ａは予め凸曲面に形成されているので、上記反りが生じることによって、平面となる（図１０参照）。
【００６６】
図１１は別の本発明プリントヘッドの実施の形態を示すものである。
【００６７】
このプリントヘッド４００にあっては、発熱抵抗体、インク加圧室及びインク吐出ノズル（これらの位置を右半分の部分に関し便宜的に黒丸で示す）の形成間隔Ｄを中心部Ｃ．Ｐ．から周辺部Ｐ．Ｐ．に行くに従って広くなるようにしたものである。すなわち、
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５
となるようにしたものである。
【００６８】
これによって、ノズル形成部材２とヘッドフレーム４との貼合温度より低い温度である使用温度においてヘッドフレーム４の貼合面４ｃが凹曲面となって中心部Ｃ．Ｐ．から周辺部Ｐ．Ｐ．に行くに従ってインク滴の吐出方向（矢印で示す）が中心側に傾いて行って、図１６に示したように、インク滴の印刷媒体４０１への着弾点間隔が中心部から周辺部に行くに従って狭くなってしまうのを補正して、着弾点間隔ｄが中心部Ｃ．Ｐ．から周辺部Ｐ．Ｐ．に至るまで均等になる。すなわち、
ｄ１≒ｄ２≒ｄ３≒ｄ４≒ｄ５
となる。
【００６９】
従って、本発明プリントヘッド４００によれば、中心部と周辺部との間のインク滴の着弾点間隔の不均一による印画（字）品質の低下を生じない。
【００７０】
さらに、本発明プリントヘッドの制御方法は、発熱抵抗体８、８、・・・に対する通電タイミングを、周辺部に位置するものより中心部に位置するものほど早くするようにしたものである。
【００７１】
図１６に示したように、ヘッドフレーム４に反りが生じることによって、インク吐出ノズル３、３、・・・と印刷媒体との距離は周辺部に位置するものほど短くなり、発熱抵抗体８、８、・・・への通電タイミングが同じであるとすると、中心部に近いものほどインク滴の印刷媒体までの飛翔時間が長くなり、印刷媒体に到達するタイミングが遅れる。ところが、上記したように、発熱抵抗体８、８、・・・に対する通電タイミングを、周辺部に位置するものより中心部に位置するものほど早くすることによって、中心部に近いものほど、すなわち、印刷媒体までの飛翔時間が長いものほど、早く通電され、従って、インク滴が早い時間に飛翔を開始するので、中心部に位置するものから周辺部に位置するものまで同じタイミングで印刷媒体に到達することになり、ラインプリンタに適用した場合、印画（字）ラインが中心部から周辺部に至るまで真っ直ぐになり、高い印画（字）品位を保持することが可能になる。
【００７２】
なお、図示した実施の形態では、本発明を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に適用したものを示したが、本発明に係るプリントヘッドは、モノカラーのプリンタ用のプリントヘッドとしても適用が可能であり、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色一体型に限るモノではなく、一色一色独立したプリントヘッドとして構成してもかまわないものである。
【００７３】
また、上記した各実施の形態において示した各部の形状乃至構造は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるようなことがあってはならないものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、本発明プリントヘッドは、インク加圧室の側壁部と一方の端面を構成すると共に発熱抵抗体を備えた基板部材と上記インク加圧室の他方の端面を構成すると共にインク加圧室に対応したインク吐出ノズルが形成され基板部材の線膨張係数より大きな線膨張係数を有するノズル形成部材とを貼り合わせて成るプリントヘッドであって、上記基板部材の線膨張係数にほぼ等しい線膨張係数を有するフレーム部材を上記ノズル形成部材に貼り合わせると共に、上記フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせた面と反対側の面にノズル形成部材の線膨張係数にほぼ等しい線膨張係数を有する反り防止部材を貼り合わせ、そして、フレーム部材とノズル形成部材の貼り合わせ温度及びフレーム部材と反り防止部材の貼り合わせ温度より低いが使用温度よりは高い温度で、基板部材とノズル形成部材を貼り合わせたことを特徴とする。
【００７５】
従って、本発明プリントヘッドにあっては、貼り合わせ温度より低い使用温度下では、反り防止部材によってフレーム部材の貼合面と反対側の面が貼合面と同じ張力で引っ張られることになり、ノズル形成部材の張力による反りを防止することが出来る。
【００７６】
また、本発明プリントヘッドの製造方法は、インク加圧室の側壁部と一方の端面を構成すると共に発熱抵抗体を備えた基板部材と、上記インク加圧室の他方の端面を構成すると共にインク加圧室に対応したインク吐出ノズルが形成され基板部材の線膨張係数より大きな線膨張係数を有するノズル形成部材と、上記ノズル形成部材を支持し基板部材の線膨張係数とほぼ等しい線膨張係数を有するフレーム部材とから成るプリントヘッドを製造する方法であって、フレーム部材のノズル形成部材を貼り合わせる貼合面を予め曲面に形成しておき、上記貼合面にノズル形成部材を高温で貼り合わせ、そして、上記フレーム部材と上記ノズル形成部材の貼り合わせ温度より低いが使用温度よりは高い温度で、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせ、フレーム部材の線膨張係数とノズル形成部材の線膨張係数との差によりプリントヘッドの使用温度下でフレーム部材に反りが生じることによって上記貼り合わせ面が平面になるようにしたことを特徴とする。
【００７７】
従って、本発明プリントヘッドの製造方法にあっては、貼り合わせ温度より低い使用温度下では貼合面が平面となる。
【００７８】
請求項３に記載した発明にあっては、フレーム部材の貼合面を曲面に形成し、貼合面と反対側の面を平面に形成しておくようにしたので、使用温度下では貼合面が平面となる。
【００７９】
請求項４に記載した発明にあっては、全体的に厚みが同じであるフレーム部材を全体に湾曲させることによって貼合面を曲面としておくようにしたので、使用温度下では貼合面が平面となる。
【００８０】
別の本発明プリントヘッドは、インク加圧室の側壁部と一方の端面を構成すると共に発熱抵抗体を備えた基板部材と、上記インク加圧室の他方の端面を構成すると共にインク加圧室に対応したインク吐出ノズルが形成され基板部材の線膨張係数より大きな線膨張係数を有するノズル形成部材と、上記ノズル形成部材を支持し基板部材の線膨張係数とほぼ同じ線膨張係数を有するフレーム部材とから成り、上記発熱抵抗体に通電し発熱させることによってインクをインク吐出ノズルから噴射するプリントヘッドであって、フレーム部材とノズル形成部材を高温下で貼り合わせると共に、この温度より低いが使用温度よりは高い温度で、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせ、ここで、発熱抵抗体、インク加圧室及びインク吐出ノズルの形成間隔を、中心部から周辺部に行くに従って、大きくなるようにしたことを特徴とする。
【００８１】
従って、別の本発明プリントヘッドにあっては、中心部から周辺部に至るまでインク滴の着弾点間隔が一様になり、その結果、中心部と周辺部との間のインク滴の着弾点間隔の不均一による印画（字）品質の低下を生じない。
【００８２】
本発明プリントヘッドの制御方法は、インク加圧室の側壁部と一方の端面を構成すると共に発熱抵抗体を備えた基板部材と、上記インク加圧室の他方の端面を構成すると共にインク加圧室に対応したインク吐出ノズルが形成され基板部材の線膨張係数より大きな線膨張係数を有するノズル形成部材と、上記ノズル形成部材を支持し基板部材の線膨張係数とほぼ同じ線膨張係数を有するフレーム部材とから成り、上記発熱抵抗体に通電し発熱させることによってインクをインク吐出ノズルから噴射するプリントヘッドであって、フレーム部材と上記ノズル形成部材を高温下で貼り合わせると共に、この温度より低いが使用温度よりは高い温度で、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせ、ここで、発熱抵抗体に対する通電タイミングを、周辺部に位置するものより中心部に位置するものほど早くすることを特徴とする。
【００８３】
従って、本発明プリントヘッドの制御方法にあっては、フレーム部材の貼合面の反りによって中心部においてインク滴の飛翔距離が長くなった分発熱抵抗体への通電タイミングを早くして全体としてインク滴の印刷媒体への着弾タイミングを一致させることが出来る。
【００８４】
請求項７に記載した発明にあっては、請求項５（別の本発明）に記載したプリントヘッドの発熱抵抗体に対する通電タイミングを、周辺部に位置するものより中心部に位置するものほど早くするようにしたので、インク滴の着弾点間隔を中心部から周辺部に至るまで均一にすることが出来ると共に着弾タイミングを一致させることが出来て、高い印画（字）品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図４と共にノズル形成部材にフレーム部材を貼り合わせたプリントヘッドを示すものであり、本図は斜視図である。
【図２】分解斜視図である。
【図３】要部の拡大断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う拡大断面図である。
【図５】ヘッドフレームとノズル形成部材との貼合温度及び基板部材のノズル形成部材への貼合温度をノズル形成部材のインク吐出ノズルの形成間隔の温度変化に基づく伸縮曲線及び基板部材の発熱抵抗体の形成間隔の温度変化に基づく伸縮曲線と共に示すグラフ図である。
【図６】本発明プリントヘッドの実施の形態を示す概略側面図である。
【図７】図８と共に本発明プリントヘッドの製造方法の第１の実施の形態を示すものであり、本図はノズル形成部材とフレーム部材とを貼り合わせる前の状態を示す概略側面図である。
【図８】室温に戻った状態を示す概略斜視図である。
【図９】図１０と共に本発明プリントヘッドの製造方法の第２の実施の形態を示すものであり、本図はノズル形成部材とフレーム部材とを貼り合わせる前の状態を示す概略側面図である。
【図１０】室温に戻った状態を示す概略斜視図である。
【図１１】別の本発明プリントヘッドの実施の形態を示す概略側面図である。
【図１２】図１３及び図１４と共に従来のプリントヘッドの一例を示すものであり、本図は斜視図である。
【図１３】分解斜視図である。
【図１４】問題点を示す断面図である。
【図１５】従来のプリントヘッドの改良案を示す概略側面図である。
【図１６】図１５に示す改良案の問題点を示す概略側面図である。
【符号の説明】
２…ノズル形成部材、３…インク吐出ノズル、４…ヘッドフレーム（フレーム部材）、４ｃ…貼合面、４ｄ…貼合面と反対側の面、６…基板部材、１００…プリントヘッド、１０１…反り防止部材、２００…プリントヘッド、２０１…ヘッドフレーム（フレーム部材）、２０１ａ…貼合面、２０１ｂ…貼合面と反対側の面、３００…プリントヘッド、３０１…ヘッドフレーム（フレーム部材）、３０１ａ…貼合面、３０１ｂ…貼合面と反対側の面、４００…プリントヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel print head, a manufacturing method thereof, and a control method thereof. Specifically, in the print head in which the positional deviation between the ink discharge nozzle of the nozzle forming member and the heating resistor of the substrate member and the ink pressure is eliminated by bonding the frame member to the nozzle forming member, the nozzle of the frame member The present invention relates to a technique for solving a problem that a warp occurs on a bonding surface to which a forming member is bonded, and a problem caused by the warp.
[0002]
[Prior art]
Cover the front surface of the ink pressurization chamber with a nozzle forming member on which minute ink discharge nozzles are formed, and drop ink droplets by the pressure of ink bubbles (bubbles) generated by rapid heating of the heating resistor provided in the ink pressurization chamber. There is a print head that discharges from an ink discharge nozzle.
[0003]
A print head a of this type usually has a structure as shown in FIGS.
[0004]
The print head a includes a substrate member d that includes a side wall portion of the ink pressurizing chamber b and a heating resistor c and limits one end surface of the ink pressurizing chamber b. The substrate member d has a heating resistor c deposited on one surface of a semiconductor substrate e made of silicon or the like, and the side surface of the ink pressurizing chamber b is limited to the surface of the semiconductor substrate e on which the heating resistor c is formed. In other words, the barrier layer f serving as the side wall portion is laminated. The barrier layer f is made of, for example, an exposure-curing dry film resist, and is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate e where the heating resistor c is formed, and then unnecessary portions are removed by a photolithography process. A substrate member d is formed.
[0005]
A nozzle forming member g is laminated on the barrier layer f of the substrate member d. The nozzle forming member g is formed of, for example, nickel by electroforming technology. An ink discharge nozzle h is formed on the nozzle forming member g, and the ink discharge nozzle h is aligned with the heating resistor c deposited on the substrate member d.
[0006]
As described above, the ink discharge nozzles whose both ends are limited by the substrate member d and the nozzle forming member g, whose side surfaces are limited by the barrier layer f and which communicates with the ink flow path i and which faces the heating resistor c. An ink pressurizing chamber b having h is formed. The heating resistor c in the ink pressurizing chamber b is electrically connected to an external circuit via a conductor portion (not shown) deposited on the semiconductor substrate e.
[0007]
In general, one print head a is provided with a plurality of heating resistors c in units of 100 and an ink pressurizing chamber b provided with the heating resistors c, and these heating resistors are provided by a command from the control unit of the printer. Each of the bodies c can be uniquely selected to eject ink.
[0008]
That is, in the print head a, the ink pressurization chamber b is filled with ink from an ink tank (not shown) coupled to the print head a through the ink flow path i. Then, by passing a current pulse through the heating resistor c for a short time, for example, 1 to 3 microseconds, the heating resistor c is rapidly heated, and as a result, the portion in contact with the heating resistor c is aired. Phase ink bubbles are generated, and a certain volume of ink is pushed away by the expansion of the ink bubbles, so that an ink having a volume equivalent to the pushed ink in the portion in contact with the ink discharge nozzle h is ejected as an ink droplet. It is ejected from the nozzle h and is attached (landed) on a print medium such as paper.
[0009]
In the manufacturing process of the print head a described above, there is generally a heating process. For example, the nozzle forming member g is stacked after the barrier layer f is formed on the semiconductor substrate e, and a thermosetting process at a high temperature is performed to cure the barrier layer f and fix the nozzle forming member g. . Further, a curing process for obtaining ink resistance of the barrier layer f made of a dry film resist is also performed at a high temperature.
[0010]
As described above, a heating process is required in the print head manufacturing process. By the way, the linear expansion coefficient of silicon, which is usually the material of the semiconductor substrate e, and nickel, which is the material of the nozzle forming member g, differ by about one digit.
[0011]
When materials having greatly different linear expansion coefficients are pasted together in the heating step, a relative positional shift occurs after pasting due to the difference between the respective expansion / contraction ratios. Such positional deviation depends on the difference in coefficient of linear expansion between the members to be bonded together, and the positional deviation increases as the difference increases.
[0012]
That is, as shown in FIG. 14, regarding one substrate member d, even if the positions of the heating resistor c, the ink pressurizing chamber b, and the ink discharge nozzle h are the same in a certain part (a), the position ( At a position (b) away from a), a positional deviation occurs between the heating resistor c and the ink pressurizing chamber b and the ink discharge nozzle h, and at a further distance (c), the ink discharge nozzle h presses the ink. A situation occurs in which the room b is displaced. And such a position shift will become so large that the member bonded together becomes large. As described above, as the positional relationship among the heating resistor c, the ink pressurizing chamber b, and the ink ejection nozzle h deviates from the predetermined positional relationship (see FIG. 14B), a deviation occurs in the ejection direction, and the deviation amount further increases. If it becomes larger (see FIG. 14C), the ink ejection itself becomes impossible.
[0013]
The demand of the printer market is to increase the printing speed, and as one means for achieving this, the number of nozzles that eject ink may be increased. When the number of nozzles increases at the same resolution, the size of the print head increases, and the positional deviation between the heating resistor c and the ink pressurizing chamber b and the ink discharge nozzle h due to the difference in linear expansion coefficient is increased. The impact will be greater. Further, in the case of a large-sized print head such as a line head, the influence of the positional deviation between the heating resistor c and the ink pressurizing chamber b and the ink discharge nozzle h becomes more significant, which becomes a very serious problem. .
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in order to prevent the positional deviation between the heating resistor c and the ink pressurizing chamber b and the ink discharge nozzle h, the frame member j is bonded to the nozzle forming member g as shown in FIG. Can be considered.
[0015]
That is, a frame-shaped frame member j formed of a material having a linear expansion coefficient substantially the same as the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate e serving as the base of the substrate member d is bonded to the nozzle forming member g at a high temperature, and then the frame member The substrate member d is bonded to the nozzle forming member g at a temperature lower than the bonding temperature of j and the nozzle forming member g.
[0016]
As described above, after the nozzle forming member g is bonded to the frame member j, the transition based on the temperature change of the formation interval of the ink discharge nozzles h formed on the nozzle forming member g is linear expansion of the frame member j. Since the linear expansion coefficient of the substrate member d and the linear expansion coefficient of the frame member j are substantially the same, the heating resistor c and the ink pressurizing chamber b formed on the substrate member d are the same. Since the formation interval and the formation interval of the ink discharge nozzles h formed on the nozzle forming member g expand and contract at the same rate with respect to the temperature change, the heating resistor c and the ink pressurizing chamber b as described above The problem of misalignment with the ink discharge nozzle h is solved.
[0017]
However, this time, there is a problem that the frame member j is warped due to the difference in linear expansion coefficient between the frame member j and the nozzle forming member g. That is, when the linear expansion coefficient of the nozzle forming member g is larger than the linear expansion coefficient of the frame member j, the shrinkage rate of the nozzle forming member g is compared with the shrinkage rate of the frame member j as the temperature environment decreases from the bonding temperature of both. As a result, warpage occurs so that the side on which the nozzle forming member g is bonded becomes a concave surface (see FIG. 16).
[0018]
When the frame member j is warped, as shown by an arrow in FIG. 16, the ejection direction of the ink droplets with respect to the printing medium k such as printing paper is changed, and the landing points l of the ink droplets onto the printing medium k are changed. The distances m, m, ... between l, ... become narrower from the center to the periphery. The non-uniformity between the landing point intervals m, m,... Of the ink droplets gives distortion (spherical aberration) to the print (character), resulting in deterioration of the print (character) quality.
[0019]
Further, when the frame member j is warped, the flight distances n, n,... Of the ink droplets to the printing medium k become shorter from the center to the periphery. If there is a difference in the flying distances n, n,... Of ink droplets as described above, the ink droplets in the peripheral portion reach the print medium earlier, and when such a print head is applied to a line printer, printing is performed. The (character) line is bent so that it is positioned below (delayed from) the peripheral portion with respect to the paper feed direction at the center, resulting in a decrease in print (character) quality.
[0020]
Then, this invention makes it a subject to eliminate the problem which a warp arises in the sticking surface which affixed the nozzle formation member of a frame member, and this warp arises.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The print head of the present invention has a nozzle forming member on a surface opposite to the surface on which the nozzle forming member of the frame member is bonded in order to prevent warping of the bonding surface of the frame member on which the nozzle forming member is bonded. A warp prevention member having a linear expansion coefficient almost equal to the linear expansion coefficient ofThe substrate member and the nozzle forming member were bonded at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the nozzle forming member and the bonding temperature of the frame member and the warp preventing member but higher than the use temperature.Is.
[0022]
Therefore, in the present invention print head,Under operating temperature lower than the bonding temperature,The surface opposite to the bonding surface of the frame member is pulled with the same tension as the bonding surface by the warpage preventing member, and the warpage due to the tension of the nozzle forming member can be prevented.
[0023]
In the manufacturing method of the print head of the present invention, the bonding surface for bonding the nozzle forming member of the frame member is formed in a curved surface in advance so that the bonding surface of the bonding member for forming the nozzle forming member of the frame member does not warp. Aside, the nozzle forming member is bonded to the bonding surface at a high temperature,Then, the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the nozzle forming member but higher than the use temperature.The bonded surface becomes flat when the frame member is warped at the operating temperature of the print head due to the difference between the linear expansion coefficient of the frame member and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member.
[0024]
Therefore, in the manufacturing method of the print head of the present invention,Lower than the bonding temperatureUnder the operating temperature, the bonding surface becomes a flat surface.
[0025]
Another present invention print head, in order to eliminate the problem caused by the warp on the surface of the frame member bonded to the nozzle forming member,The frame member and the nozzle forming member are bonded together at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than this temperature but higher than the use temperature.The formation intervals of the heating resistor, the ink pressurizing chamber, and the ink discharge nozzle are increased from the central part to the peripheral part.
[0026]
Accordingly, in another print head of the present invention, the ink droplet landing point interval is uniform from the central portion to the peripheral portion, and as a result, the ink droplet landing point between the central portion and the peripheral portion is obtained. The print (character) quality does not deteriorate due to non-uniform spacing.
[0027]
The control method of the print head of the present invention is to solve the problems caused by the warp on the surface of the frame member where the nozzle forming member is bonded.The frame member and the nozzle forming member are bonded together at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than this temperature but higher than the use temperature.The energization timing with respect to the heating resistor is made earlier in the central portion than in the peripheral portion.
[0028]
Therefore, according to the control method of the print head of the present invention, the energization timing to the heating resistor is increased as a whole because the flight distance of the ink droplet is longer in the center due to the warping of the bonding surface of the frame member. The landing timing of the droplets on the printing medium can be matched.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a print head, a manufacturing method thereof, and a control method thereof according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0030]
First, a pudding and a head in which a frame member (head frame) is bonded to a nozzle forming member in order to eliminate positional deviation between the heating resistor and the ink pressurizing chamber and the ink discharge nozzle will be described. Note that the print head 1 described in this specification is a print head for a full-color bubble inkjet line printer.
[0031]
The print head 1 has a nozzle forming member 2. .. Are formed on the nozzle forming member 2. The ink discharge nozzles 3, 3,... Are formed in a state where several hundreds are arranged per substrate member described later. Such a nozzle forming member 2 is formed by, for example, an electroforming technique, for example, formed into a sheet shape having a thickness of 15 μm to 20 μm, and ink discharge nozzles 3, 3... Having a diameter of about 20 μm are formed therein. (See FIGS. 2 and 3).
[0032]
The nozzle forming member 2 is bonded to a head frame 4 as a frame member. The head frame 4 is formed by integrally forming three cross members 4b, 4b, and 4b at equal intervals between short sides of an outer frame 4a having a rectangular shape. The four spaces 5, 5,... Formed are formed in parallel (see FIG. 2). The length of these spaces 5, 5,... Is, for example, about 21 cm, which corresponds to the width of the A4 size when used in a line printer that prints vertically on A4 size paper.
[0033]
The head frame 4 is formed of a material having a linear expansion coefficient that is substantially the same as the linear expansion coefficient of a semiconductor substrate serving as a base of a substrate member to be described later. For example, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate, silicon nitride is used. For other ceramics, alumina (A1₂O₃), Mullite, aluminum nitride, silicon carbide, etc., quartz (SiO₂) Etc., and invar steel etc. can be used if it is a metal.
[0034]
The head frame 4 has a thickness of, for example, 5 mm and has sufficient rigidity. Therefore, when the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded at a high temperature, for example, 150 ° C., the bonding temperature ( At a temperature lower than 150 ° C., the nozzle forming member 2 tends to contract more than the head frame 4, so that the nozzle forming member 2 is in a tensioned state, and as a result, the ink ejected on the nozzle forming member 2 is discharged. The interval between the nozzles 3, 3,..., That is, the interval between nozzles, changes according to the linear expansion coefficient of the head frame 4. The head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together by, for example, a thermosetting sheet adhesive, for example, an epoxy sheet adhesive.
[0035]
As described above, after the nozzle forming member 2 and the head frame 4 are bonded together, a large number of substrate members 6, 6,... Are bonded to the nozzle forming member 2 (see FIG. 2). The substrate member 6 has heat generating resistors 8, 8,... Deposited on one surface of a semiconductor substrate 7 made of silicon or the like, and the heat generating resistors 8, 8,. The side surfaces of the ink pressurizing chambers 9, 9,... Are limited on the surface, that is, a barrier layer 10 serving as a side wall is laminated (see FIGS. 3 and 4). The barrier layer 10 is made of, for example, an exposure curable dry film resist, and is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate 7 on which the heating resistors 8, 8,... Are formed, and then unnecessary by a photolithography process. The portion is removed to form the substrate member 6.
[0036]
In the substrate member 6, the barrier layer 10 has a square shape with a thickness of about 12 μm and the heating resistor 8 has a side with a side of about 18 μm. The width of the ink pressurizing chamber 9 is approximately 25 μm.
[0037]
As an example, for example, in the case of a line printer that uses A4 size paper in a vertical position, the ink discharge nozzles 3 formed on the nozzle forming member 2 in a space surrounded by one space 5 of the head frame 4. ,... Is about 5,000, and the number of substrate members 6, 6,... (For one color) to be bonded to the nozzle forming member 2 in this range is 16. . Therefore, the number of ink ejection nozzles 3, 3,... Corresponding to one substrate member 6 is about 310. Accordingly, it is impossible to accurately express these numbers and sizes in drawings with restrictions on size, etc., and in each drawing, they are exaggerated or omitted for easy understanding. .
[0038]
The above-mentioned substrate members 6, 6, ... are attached to the nozzle forming member 2 at a temperature of about 105 ° C. Since this sticking is performed by thermosetting the barrier layer 10, the sticking temperature depends largely on the properties of the barrier layer 10, and is not limited to 105 ° C. The sticking temperature with the head frame 4 needs to be higher than the sticking temperature between the substrate members 6, 6,... And the nozzle forming member 2. This will be described with reference to the graph of FIG.
[0039]
FIG. 5 shows the transition of the formation interval (inter-nozzle interval) of the ink discharge nozzles 3, 3,... Formed on the nozzle forming member 2 due to temperature changes, and the heating resistors 8, 8,. This shows the transition of the formation interval (inter-heater interval) due to temperature changes. That is, curve A shows the transition due to temperature change when the inter-nozzle interval at room temperature (RT) is L1, and curve B is the temperature change when the inter-heater interval at room temperature is L2. It shows the transition by.
[0040]
The curves A and B are respectively expressed as follows: α1 is the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2, α2 is the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 7, and T is the temperature.
A: L = L1 + L1α1T
B: L = L2 + L2α2T
(However, L2> L1, α1> α2)
It is represented by
[0041]
Therefore, the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together at a temperature T1 at which the curve A and the curve B intersect.
[0042]
Thereafter, the substrate members 6, 6,... Are attached to the nozzle forming member 2 at a temperature T2 lower than the temperature T1.
[0043]
As described above, by first bonding the head frame 4 and the nozzle forming member 2 at the temperature T1, the nozzle forming member 2 will contract more than the head frame 4 at a temperature lower than the bonding temperature (T1). Therefore, the nozzle forming member 2 is in a tensioned state. As a result, the interval between the ink discharge nozzles 3, 3,... Formed on the nozzle forming member 2, that is, the inter-nozzle interval is the line of the head frame 4. It will change according to the expansion coefficient. Since the linear expansion coefficient of the head frame 4 is substantially the same as the linear expansion coefficient of the substrate member 6, the nozzle-to-nozzle interval and the heater-to-heater interval are substantially the same at the same temperature. Therefore, it is difficult for positional deviations between the heating resistors 8, 8,... (Ink pressurizing chambers 9, 9,...) And the ink discharge nozzles 3, 3,.
[0044]
Therefore, the distance between nozzles when the print head is completed is determined by the definition required by the printer in which the print head is used, and therefore L2 is determined as a design value. In this case, the required L1 is the linear expansion coefficient α1 of the nozzle forming member 2, the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 7 (also the linear expansion coefficient of the head frame 4) α2, and the bonding between the nozzle forming member 2 and the head frame 4. The combined temperature T1, the bonding temperature T1 and the room temperature R.P. T.A. From the difference ΔT, it can be obtained by reverse calculation from FIG. Alternatively, the following formula
L 1 = L 2 (Α 2 ΔT + 1) / (α 1 △ T + 1)
Can be obtained from
[0045]
The linear expansion coefficient of the head frame 4 described above is preferably smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2. After the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are attached at a high temperature, when returning to room temperature, the nozzle forming member 2 is moved by the head frame 4 due to the magnitude relationship between the linear expansion coefficients of the head frame 4 and the nozzle forming member 2. (1) Either the force is applied in the pulling direction or (2) the force is applied in the contracting direction, but the nozzle forming member 2 may have irregularities (creases) (2) Rather than being always pulled (1) is preferable. For this purpose, it is desirable to select a material so that the linear expansion coefficient of the head frame 4 is smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2. Further, it is preferable that the linear expansion coefficient of the head frame 4 is smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2 and is substantially the same as the linear expansion coefficient of the substrate member 6.
[0046]
The bonding temperature T1 between the head frame 4 and the nozzle forming member 2 is preferably higher than the temperature in any process performed thereafter. As a result, during the process after the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together, the nozzle forming member 2 is always in a tensioned state, and wrinkles are prevented from occurring in the nozzle forming member 2. . In the example described above, the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together in a temperature environment of approximately 150 ° C., and then the substrate members 6, 6,. They are stuck together.
[0047]
The flow path plates 11, 11,... Are attached to the print head 1 formed as described above (see FIG. 1).
[0048]
There are four flow path plates 11, 11,... Corresponding to each color of ink (see FIG. 1 and FIG. 2), and they are made of a material that does not easily deform and has rigidity and ink resistance. It is formed. The flow path plate 11 is formed by integrally forming a chamber portion 12 fitted in the space 5 of the head frame 4 and a flange portion 13 continuous with one surface of the chamber portion 12. The flange portion 13 is formed larger than the planar shape of the space 5 of the head frame 4. The chamber portion 12 has a space 14 opened on the end surface opposite to the side on which the flange portion 13 is formed, and the wall portions defining both sides of the space 14 have substrate members 6, 6,. .. Are formed in communication with the space 14 (see FIGS. 3 and 4). Further, an ink supply pipe 16 projects from a surface of the flange portion 13 opposite to the surface where the chamber portion 12 is continuous, and the ink supply tube 16 communicates with the space 14 (FIG. 1). FIG. 2 and FIG. 4).
[0049]
In the above-described flow path plates 11, 11,..., The chamber portions 12, 12,... Are fitted into the spaces 5, 5,. Are bonded and fixed to the head frame 4 in contact with the outer frame 4a and the crosspieces 4b, 4b,. The substrate members 6, 6,... Bonded to the nozzle forming member 2 are notched recesses 15 formed in the chamber portions 12, 12,. 15 and are bonded to the chamber parts 12, 12,... (See FIGS. 3 and 4).
[0050]
As described above, the flow path plates 11, 11,... Are coupled to the print head 1, whereby the chambers 12, 12,. Is formed, and the closed space communicates with the outside only through the ink supply pipes 16, 16,. The substrate members 6, 6,... Are located in the closed space, and when viewed with respect to one closed space, the substrate members 6, which are alternately arranged in a so-called zigzag pattern while overlapping. The ink flow path 17 is formed between the rows of 6,..., And the ink pressurizing chambers 9, 9,... Communicate with the ink flow path 17 (see FIG. 3). .
[0051]
A flexible substrate 18, 18,... For electrically connecting the heating resistors 8, 8,... Formed on the substrate members 6, 6,. (Only one is shown in FIG. 2), the connecting pieces 18a, 18a, ... of the flexible substrates 18, 18, ... are between the head frame 4 and the flow path plates 11, 11, .... .. Through the gaps 19, 19,... (See FIG. 4) to the position of the substrate members 6, 6,. .. Connected to contacts (not shown) electrically connected to each other.
[0052]
The ink supply pipes 16, 16,... Provided on the flow path plates 11, 11,... Are respectively connected to ink tanks (not shown) that store inks of different colors, thereby enabling printing. The ink channels 17, 17,... And the ink pressurizing chambers 9, 9,.
[0053]
Then, by passing a current pulse for a short time, for example, 1 to 3 microseconds, through the heating resistors 8, 8,... Uniquely selected by a command from the control unit of the printer, the heating resistor 8 is obtained. , 8,... Are heated rapidly, and as a result, gas-phase ink bubbles are generated at the portions in contact with the heating resistors 8, 8,. As a result, the ink having a volume equivalent to the pushed ink in the portion in contact with the ink discharge nozzles 3, 3,... Is ejected from the ink discharge nozzles 3, 3,. And so on (printed). The ink pressurizing chambers 9, 9,... From which the ink has been ejected are immediately replenished with the same amount of ink that has been ejected through the ink flow paths 17, 17,.
[0054]
As described above, the positional deviation between the heating resistor 8 and the ink pressurizing chamber 9 and the ink discharge nozzle 3 can be eliminated by bonding the head frame 4 to the nozzle forming member 2. The problem of the curvature shown in FIG. 16 occurs.
[0055]
Therefore, in the print head 100 according to the present invention, as shown in FIG. 6, the nozzle forming member 2 and the surface 4 d opposite to the bonding surface 4 c to which the nozzle forming member 2 of the head frame 4 is bonded are arranged. A warp preventing member 101 having the same linear expansion coefficient is bonded. When the nozzle forming member 2 is formed of nickel as in the above example, the warpage preventing member 101 is preferably formed of nickel.
[0056]
The warp preventing member 101 and the head frame 4 are bonded at the same temperature as the bonding temperature between the nozzle forming member 2 and the head frame 4 at 150 ° C. in the above example.
[0057]
In this print head 100, under the operating temperature, the two surfaces 4c and 4d located on the opposite sides of the head frame 4 receive the same tensile force, so that the head frame 4 is warped. There is no.
[0058]
7 and 8 show a first embodiment of a method for manufacturing a print head according to the present invention.
[0059]
First, the surface 201b opposite to the bonding surface is shaped to be a flat surface so that the bonding surface 201a to which the nozzle forming member 2 of the head frame 201 is bonded becomes a convex curved surface. The curvature of the bonding surface 201a is determined so as to cancel out the warp occurring under the operating temperature due to the difference between the linear expansion coefficient of the head frame 201 and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2.
[0060]
And the nozzle formation member 2 is affixed on the bonding surface 201a of the head frame 201 at a temperature higher than the operating temperature, that is, at a temperature of 150 ° C. in the above example (see FIG. 7).
[0061]
In the print head 200 manufactured through the above-described steps, the bonding surface 201a of the head frame 201 receives warp due to the shrinkage force of the nozzle forming member 2 under the operating temperature, but the bonding surface 201a. Is formed in a convex curved surface in advance, it becomes a plane when the warp occurs (see FIG. 8).
[0062]
9 and 10 show a second embodiment of the method for manufacturing a print head according to the present invention.
[0063]
First, the entire head frame 301 is curved so that the bonding surface 301a to which the nozzle forming member 2 of the head frame 301 is bonded becomes a convex curved surface. Thereby, the surface 301b opposite to the bonding surface 301a of the head frame 301 becomes a concave curved surface (see FIG. 9). In this case, the curvature of the bonding surface 301a is determined so as to cancel out the warp occurring under the operating temperature due to the difference between the linear expansion coefficient of the head frame 301 and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2.
[0064]
Then, the nozzle forming member 2 is bonded to the bonding surface 301a of the head frame 301 at a temperature higher than the use temperature, that is, at a temperature of 150 ° C. in the above example (see FIG. 9).
[0065]
In the print head 300 manufactured through the above-described processes, the bonding surface 301a of the head frame 301 receives warp due to the contraction force of the nozzle forming member 2 under the operating temperature, but the bonding surface 301a. Is formed in advance on a convex curved surface, and thus becomes a flat surface when the warp occurs (see FIG. 10).
[0066]
FIG. 11 shows another embodiment of the print head of the present invention.
[0067]
In this print head 400, the formation interval D of the heating resistor, the ink pressurizing chamber, and the ink discharge nozzle (the positions thereof are indicated by black circles for the right half portion for the sake of convenience) is set at the center C.D. P. To the periphery P. P. It is intended to become wider as you go to. That is,
D1 <D2 <D3 <D4 <D5
It was made to become.
[0068]
As a result, the bonding surface 4c of the head frame 4 becomes a concave curved surface at the use temperature which is lower than the bonding temperature between the nozzle forming member 2 and the head frame 4. P. To the periphery P. P. As shown in FIG. 16, the ink droplet ejection direction (indicated by the arrow) is inclined toward the center side, and as shown in FIG. 16, the interval between the landing points of the ink droplets on the print medium 401 goes from the central portion to the peripheral portion. Correcting the narrowing, the landing point interval d is equal to the center C.I. P. To the periphery P. P. It becomes even until it reaches. That is,
d1≈d2≈d3≈d4≈d5
It becomes.
[0069]
Therefore, according to the print head 400 of the present invention, the print (character) quality does not deteriorate due to the uneven landing point interval of the ink droplets between the central portion and the peripheral portion.
[0070]
Further, according to the control method of the print head of the present invention, the energization timing for the heating resistors 8, 8,... Is made earlier as the current is located in the central part than in the peripheral part.
[0071]
As shown in FIG. 16, when the head frame 4 is warped, the distance between the ink discharge nozzles 3, 3,... Assuming that the energization timing to 8,... Is the same, the closer to the center, the longer the flight time of the ink droplets to the printing medium, and the timing of reaching the printing medium is delayed. However, as described above, by energizing the heating resistors 8, 8,... Earlier in the central portion than in the peripheral portion, the closer to the central portion, that is, The longer the flight time to the print medium, the faster it is energized.Therefore, the ink droplets start to fly early, so they reach the print medium at the same timing from the center to the peripheral. Therefore, when applied to a line printer, the print (character) line is straight from the center portion to the peripheral portion, and high print (character) quality can be maintained.
[0072]
In the illustrated embodiment, the present invention is applied to a print head for a full-color bubble inkjet printer. However, the print head according to the present invention can also be applied to a print head for a mono-color printer. Even if it is applied as a print head for a full-color printer, it is not limited to the four-color integrated type described above, and may be configured as an independent print head for each color. .
[0073]
Further, the shape or structure of each part shown in each of the above-described embodiments is merely an example of the embodiment performed when the present invention is carried out, and the technical scope of the present invention is limited by these. There should be no interpretation of it.
[0074]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the print head of the present invention comprises a side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end surface, and a substrate member provided with a heating resistor and the other end surface of the ink pressurizing chamber. And a nozzle forming member having a linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of the substrate member formed by bonding an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber. A frame member having a linear expansion coefficient approximately equal to the expansion coefficient is bonded to the nozzle forming member, and the surface of the frame member opposite to the surface where the nozzle forming member is bonded is approximately equal to the linear expansion coefficient of the nozzle forming member. Bonding warpage prevention member with linear expansion coefficientThe substrate member and the nozzle forming member were bonded at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the nozzle forming member and the bonding temperature of the frame member and the warp preventing member but higher than the use temperature.It is characterized by that.
[0075]
Therefore, in the present invention print head,Under operating temperature lower than the bonding temperature,The surface opposite to the bonding surface of the frame member is pulled with the same tension as the bonding surface by the warpage preventing member, and the warpage due to the tension of the nozzle forming member can be prevented.
[0076]
The method of manufacturing a print head according to the present invention comprises a substrate member having a side wall and one end face of an ink pressurizing chamber and a heating resistor, and the other end face of the ink pressurizing chamber. A nozzle forming member having an ink discharge nozzle corresponding to the pressurizing chamber and having a linear expansion coefficient larger than that of the substrate member, and a linear expansion coefficient that supports the nozzle forming member and is substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. A method of manufacturing a print head comprising a frame member having a bonding surface on which a nozzle forming member of a frame member is bonded is formed in a curved surface in advance, and the nozzle forming member is bonded to the bonding surface at a high temperature. ,Then, the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the nozzle forming member but higher than the use temperature.The bonding surface is flat when the frame member is warped under the operating temperature of the print head due to the difference between the linear expansion coefficient of the frame member and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member.
[0077]
Therefore, in the manufacturing method of the print head of the present invention,Lower than the bonding temperatureUnder the operating temperature, the bonding surface becomes a flat surface.
[0078]
In the invention described in claim 3, since the bonding surface of the frame member is formed into a curved surface and the surface opposite to the bonding surface is formed into a flat surface, the bonding is performed at the operating temperature. The surface becomes a flat surface.
[0079]
In the invention described in claim 4, since the bonding surface is made curved by curving the frame member having the same overall thickness, the bonding surface is flat at the operating temperature. It becomes.
[0080]
Another print head of the present invention comprises a side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face, a substrate member provided with a heating resistor, and the other end face of the ink pressurizing chamber and the ink pressurizing chamber. A nozzle forming member having a linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of the substrate member, and a frame member supporting the nozzle forming member and having a linear expansion coefficient substantially the same as the linear expansion coefficient of the substrate member A print head that ejects ink from ink discharge nozzles by energizing the heat generating resistor to generate heat,The frame member and the nozzle forming member are bonded together at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than this temperature but higher than the use temperature.The formation interval of the heating resistor, the ink pressurizing chamber, and the ink discharge nozzle is increased from the central portion to the peripheral portion.
[0081]
Accordingly, in another print head of the present invention, the ink droplet landing point interval is uniform from the central portion to the peripheral portion, and as a result, the ink droplet landing point between the central portion and the peripheral portion is obtained. The print (character) quality does not deteriorate due to non-uniform spacing.
[0082]
The control method of the print head according to the present invention includes a side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face, a substrate member provided with a heating resistor, and the other end face of the ink pressurizing chamber and the ink pressurizing. A nozzle forming member having an ink ejection nozzle corresponding to the chamber and having a linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of the substrate member; and a frame supporting the nozzle forming member and having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member A print head configured to eject ink from ink discharge nozzles by energizing the heat generating resistor to generate heat,The frame member and the nozzle forming member are bonded together at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than this temperature but higher than the use temperature.The energization timing for the heating resistor is made earlier in the central portion than in the peripheral portion.
[0083]
Therefore, according to the control method of the print head of the present invention, the energization timing to the heating resistor is increased as a whole because the flight distance of the ink droplet is longer in the center due to the warping of the bonding surface of the frame member. The landing timing of the droplets on the printing medium can be matched.
[0084]
In the invention described in claim 7, the energization timing for the heating resistor of the print head described in claim 5 (another present invention) is earlier as it is located in the central part than in the peripheral part. Thus, the landing point intervals of the ink droplets can be made uniform from the central part to the peripheral part, and the landing timing can be matched, so that high print (character) quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a print head in which a frame member is bonded to a nozzle forming member together with FIGS. 2 to 4, and this figure is a perspective view.
FIG. 2 is an exploded perspective view.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part.
4 is an enlarged cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 shows an expansion curve based on a temperature change of an ink discharge nozzle forming interval of the nozzle forming member and a bonding temperature of the head frame and the nozzle forming member and a bonding temperature of the substrate member to the nozzle forming member and heat generation of the substrate member. It is a graph shown with the expansion-contraction curve based on the temperature change of the formation interval of a resistor.
FIG. 6 is a schematic side view showing an embodiment of the print head of the present invention.
7 shows a first embodiment of a method for manufacturing a print head of the present invention together with FIG. 8, which is a schematic side view showing a state before a nozzle forming member and a frame member are bonded together. FIG. .
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a state returned to room temperature.
FIG. 9 shows a second embodiment of the method for manufacturing a print head of the present invention together with FIG. 10, and is a schematic side view showing a state before the nozzle forming member and the frame member are bonded together. .
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a state returned to room temperature.
FIG. 11 is a schematic side view showing another embodiment of the print head according to the present invention.
FIG. 12 shows an example of a conventional print head together with FIGS. 13 and 14, and is a perspective view.
FIG. 13 is an exploded perspective view.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a problem.
FIG. 15 is a schematic side view showing an improvement plan of a conventional print head.
16 is a schematic side view showing a problem of the improvement proposal shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2 ... Nozzle forming member, 3 ... Ink discharge nozzle, 4 ... Head frame (frame member), 4c ... Bonding surface, 4d ... Surface opposite to the bonding surface,6 ... Board member,DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Print head, 101 ... Warpage prevention member, 200 ... Print head, 201 ... Head frame (frame member), 201a ... Bonding surface, 201b ... Surface opposite to the bonding surface, 300 ... Print head, 301 ... Head Frame (frame member), 301a ... bonding surface, 301b ... surface opposite to the bonding surface, 400 ... print head

Claims

A side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face are formed, and a substrate member provided with a heating resistor and the other end face of the ink pressurizing chamber are formed and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed. A print head formed by laminating a nozzle forming member having a linear expansion coefficient larger than that of the substrate member,
Affixing a frame member having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member to the nozzle forming member,
A warp preventing member having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is bonded to the surface opposite to the surface of the frame member where the nozzle forming member is bonded , and the frame member and the nozzle forming member The substrate member and the nozzle forming member are bonded to each other at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the warp preventing member but higher than the use temperature. head.

A side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face are formed, and a substrate member having a heating resistor is formed, and the other end face of the ink pressurizing chamber is formed and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed. A print head comprising a nozzle forming member having a linear expansion coefficient larger than that of the substrate member and a frame member supporting the nozzle forming member and having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member is manufactured. A method,
The pasting surface to which the nozzle forming member of the frame member is pasted is formed in a curved surface in advance,
The nozzle forming member is bonded to the bonding surface at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the nozzle forming member but higher than the use temperature. ,
The printed surface is characterized in that the bonded surface becomes flat when the frame member is warped under the operating temperature of the print head due to the difference between the linear expansion coefficient of the frame member and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member. Manufacturing method of the head.

The method for producing a print head according to claim 2, wherein the bonding surface of the frame member is formed into a curved surface, and the surface opposite to the bonding surface is formed into a flat surface.

3. The method of manufacturing a print head according to claim 2, wherein the bonding surface is curved by curving the frame member having the same overall thickness.

A side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face are formed, and a substrate member having a heating resistor is formed, and the other end face of the ink pressurizing chamber is formed and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed. The heating element having a linear expansion coefficient larger than that of the substrate member and a frame member that supports the nozzle formation member and has a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. A print head that ejects ink from ink discharge nozzles by energizing and generating heat,
The frame member and the nozzle forming member are bonded together at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than this temperature but higher than the operating temperature. A print head characterized in that the formation interval of the pressure chamber and the ink discharge nozzle is increased from the central portion to the peripheral portion.

A side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face are formed, and a substrate member having a heating resistor is formed, and the other end face of the ink pressurizing chamber is formed and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed. The heating element having a linear expansion coefficient larger than that of the substrate member and a frame member that supports the nozzle formation member and has a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. A print head that ejects ink from ink discharge nozzles by energizing and generating heat,
The frame member and the nozzle forming member are bonded together at a high temperature, and the substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than this temperature but higher than the use temperature. The print head control method is characterized in that the print head positioned earlier in the center portion than in the peripheral portion.

7. The method of controlling a print head according to claim 6, wherein energization timing for the heating resistor is made earlier in the central portion than in the peripheral portion.

A side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face are formed, and a substrate member provided with a heating resistor and the other end face of the ink pressurizing chamber are formed and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed. A method for manufacturing a print head comprising a nozzle forming member having a linear expansion coefficient larger than the linear expansion coefficient of a substrate member,
Affixing a frame member having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member to the nozzle forming member,
A warp preventing member having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is bonded to the surface opposite to the surface of the frame member where the nozzle forming member is bonded, and the frame member and the nozzle forming member The substrate member and the nozzle forming member are bonded together at a temperature lower than the bonding temperature of the frame member and the warp preventing member but higher than the operating temperature.
A method for manufacturing a print head.