JP4041989B2 - Liquid discharge head, liquid discharge apparatus, and method of manufacturing liquid discharge head - Google Patents

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Description

本発明は、熱エネルギーを用いて液体の吐出を行うサーマル方式のインクジェットプリンタヘッド等に用いられる液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。詳しくは、温度変化による各部材の歪みを最小限にし、生じる特性劣化を低減させる技術に係るものである。   The present invention relates to a liquid discharge head used in a thermal inkjet printer head that discharges liquid using thermal energy, a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head, and a method of manufacturing the liquid discharge head. More specifically, the present invention relates to a technique for minimizing distortion of each member due to temperature change and reducing characteristic deterioration that occurs.

液体吐出ヘッドのうち、例えばインクジェットプリンタに用いられるインクジェットプリンタヘッドにおいて、熱エネルギーを用いるサーマル方式では、半導体基板上に数100個の発熱素子を形成したヘッドチップが用いられる。そして、単色の場合には1つのヘッドチップが用いられるが、カラー(例えば4色)用のヘッドでは、Y(黄色)、M(マゼンタ色)、及びC(青緑色)の3色をカラー用として一体構造で等間隔に、K(黒)だけを独立して白黒用の2ブロック構成として使うことが多い。   Among the liquid discharge heads, for example, in an inkjet printer head used in an inkjet printer, a thermal chip using thermal energy uses a head chip in which several hundred heating elements are formed on a semiconductor substrate. In the case of a single color, one head chip is used. However, in a color head (for example, four colors), three colors of Y (yellow), M (magenta), and C (blue green) are used for color. In many cases, only K (black) is independently used as a two-block structure for black and white at an equal interval in an integrated structure.

また、印画速度を上げるための方法の1つは、1つのヘッドに、できるだけ多数の液体吐出部(ノズル、発熱素子、及び液室を含むもの)を設けることである。ここで、液体吐出部を形成するためには、ノズル、発熱素子、液室を設ける必要があるとともに、全ての液室と連通する流路を設けることが必要であり、そのための最低限の面積が必要となる。したがって、現状では、例えば600DPI(42.3[μm]ピッチ)程度が限界と考えられる。例えば600DPIで256個の液体吐出部を有するヘッドとしたときは、その長さは、10.8[mm]となる。そして、ヘッドチップは、大きくなるほど取り扱いが難しく、歩留まりが低下し、ひいてはコストが増大する。   Further, one method for increasing the printing speed is to provide as many liquid ejection units (including nozzles, heating elements, and liquid chambers) as possible in one head. Here, in order to form the liquid discharge portion, it is necessary to provide a nozzle, a heating element, and a liquid chamber, and it is necessary to provide a flow path that communicates with all the liquid chambers, and a minimum area for that purpose. Is required. Therefore, at present, the limit is, for example, about 600 DPI (42.3 [μm] pitch). For example, when a head having 256 liquid ejection units at 600 DPI is used, the length is 10.8 [mm]. The larger the head chip is, the more difficult it is to handle, and the yield decreases, which in turn increases the cost.

そこで、サーマル方式のラインヘッドとして、ヘッドチップを複数並べて1つの大きなラインヘッドを形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−127427号公報
Therefore, as a thermal type line head, a technique is known in which a plurality of head chips are arranged to form one large line head (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-127427 A

上記構造を採用することで、例えば600DPIで320個の発熱素子を設けたヘッドチップ(長さ15.4mm)を形成し、このヘッドチップを64個配列することで、A4サイズの用紙幅を1度に記録できるラインヘッドを形成することが可能となった。   By adopting the above structure, for example, a head chip (length: 15.4 mm) provided with 320 heat generating elements at 600 DPI is formed, and by arranging 64 of these head chips, the paper width of A4 size is reduced to 1 It became possible to form a line head capable of recording each time.

図6は、この種のラインヘッド1を模式的に示す図である。図6では、各ヘッドチップ4(4A〜4D)への電気接続の部分の図示を省略している。また、各部材の厚みや長さ等の比率は、説明を分かり易くするために現実のものとは異なるように図示している。また、A4サイズのラインヘッドの場合には、上述のように、64個のヘッドチップを繋いで形成するが、図6では、簡素化のため、4つのヘッドチップ4(4A〜4D)で説明する。   FIG. 6 is a diagram schematically showing this type of line head 1. In FIG. 6, illustration of a portion of electrical connection to each head chip 4 (4A to 4D) is omitted. In addition, the ratios of the thicknesses, lengths, and the like of each member are illustrated so as to be different from actual ones for easy understanding. In the case of an A4 size line head, as described above, 64 head chips are connected and formed, but in FIG. 6, for the sake of simplification, four head chips 4 (4A to 4D) are described. To do.

図6において、ラインヘッド1は、ノズル板3と、ノズル板3の一方の面上に接着された4つのヘッドチップ4(4A〜4D)と、6つのダミーチップ5(5A〜5F)とを備える。さらに、その上部には、流路板2が設けられている。
また、図7は、流路板2、ヘッドチップ4、及びノズル板3を詳細に示す断面図である。図7に示すように、ヘッドチップ4は、半導体基板4a上に、発熱素子4bが設けられたものである。600DPIの場合には、1つのヘッドチップ4には320個の発熱素子4bが配列される。また、発熱素子4bが設けられた面上には、液室を形成するバリア層4cが設けられている。
In FIG. 6, the line head 1 includes a nozzle plate 3, four head chips 4 (4A to 4D) bonded on one surface of the nozzle plate 3, and six dummy chips 5 (5A to 5F). Prepare. Further, a flow path plate 2 is provided at the upper part.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the flow path plate 2, the head chip 4, and the nozzle plate 3 in detail. As shown in FIG. 7, the head chip 4 has a heating element 4b provided on a semiconductor substrate 4a. In the case of 600 DPI, 320 heating elements 4 b are arranged in one head chip 4. A barrier layer 4c that forms a liquid chamber is provided on the surface on which the heat generating element 4b is provided.

ノズル板3には、それぞれ、ヘッドチップ4の各発熱素子4bに対応する位置に、ノズル孔3a列が形成されている。
ヘッドチップ4は、図6の例では、千鳥状に配列されている。また、ヘッドチップ4間には、ほぼ隙間なく、ダミーチップ5(5A〜5F)が配置されている(例えば、ヘッドチップ4Aと4Cとの間には、ダミーチップ5Cが配置されている)。ダミーチップ5は、ヘッドチップ4と少なくとも高さが一致しているものであり、ヘッドチップ4と同一形状であっても良いが、例えば発熱素子4bが設けられていないものであっても良い。ダミーチップ5は、インクの吐出を行わないチップである。
In the nozzle plate 3, a row of nozzle holes 3 a is formed at positions corresponding to the respective heat generating elements 4 b of the head chip 4.
The head chips 4 are arranged in a staggered manner in the example of FIG. Further, the dummy chips 5 (5A to 5F) are arranged between the head chips 4 with almost no gap (for example, the dummy chip 5C is arranged between the head chips 4A and 4C). The dummy chip 5 is at least the same height as the head chip 4 and may have the same shape as the head chip 4, but may not be provided with the heating element 4 b, for example. The dummy chip 5 is a chip that does not discharge ink.

さらに、ダミーチップ5A〜5Fのうち、ダミーチップ5A及び5Fは、ヘッドチップ4A〜4Dの長手方向の両端部に配置され、ヘッドチップ4A〜4Dとダミーチップ5A〜5Fとによって液体供給路2aが囲まれるようになる。また、ヘッドチップ4A〜4Dと、ダミーチップ5A〜5Fとによって、流路板2との接着面が平坦面となる。
これらのヘッドチップ4A〜4Dとダミーチップ5A〜5Fとにより形成された面上に、流路板2が接着される。流路板2は、中央上部に形成された液体供給口2bと、流路板2の内部に形成されるとともに、液体供給口2b及び各ヘッドチップ4の流路と連通する液体供給路2aとを備える。
Further, of the dummy chips 5A to 5F, the dummy chips 5A and 5F are arranged at both ends in the longitudinal direction of the head chips 4A to 4D, and the liquid supply path 2a is formed by the head chips 4A to 4D and the dummy chips 5A to 5F. Be surrounded. In addition, the head chip 4A to 4D and the dummy chips 5A to 5F form a flat adhesive surface with the flow path plate 2.
The flow path plate 2 is bonded onto the surface formed by the head chips 4A to 4D and the dummy chips 5A to 5F. The flow path plate 2 includes a liquid supply port 2 b formed in the upper center portion, a liquid supply path 2 a formed inside the flow path plate 2 and communicating with the liquid supply port 2 b and the flow paths of the head chips 4. Is provided.

図7において、ヘッドチップ4上に設けられた発熱素子4bが加熱されると、発熱素子4b上に気泡が発生し、発生した気泡は短時間で消滅するが、このときの気泡の発生・消滅による圧力変化によって、発熱素子4b上の液体に飛翔力が付与される。そして、その飛翔力によって、液滴がノズル孔3aから吐出する。   In FIG. 7, when the heating element 4b provided on the head chip 4 is heated, bubbles are generated on the heating element 4b, and the generated bubbles disappear in a short time. The flying force is applied to the liquid on the heating element 4b by the pressure change due to the above. And a droplet is discharged from the nozzle hole 3a with the flying force.

また、ヘッドチップ4での発熱のほとんどは、発熱素子4bで生じる。さらに、発熱素子4bの液体に接していない側でも、半導体基板4aに接していることから、この半導体基板4a側にも発熱素子4bの発熱による熱が伝わることとなる。   Further, most of the heat generated by the head chip 4 is generated by the heating element 4b. Furthermore, since the heat generating element 4b is in contact with the semiconductor substrate 4a even on the side not in contact with the liquid, the heat generated by the heat generating element 4b is also transmitted to the semiconductor substrate 4a side.

ヘッドチップ4に発生した熱は、液滴の吐出ごとに移動する液体に放熱されるが、それ以外の場所、例えばヘッドチップ4の裏面側では、ヘッドチップ4と流路板2との間の接着層6を介して流路板2側に伝わる。また、ヘッドチップ4の表面側では、ヘッドチップ4のバリア層4cを介してノズル板3に伝わる。   The heat generated in the head chip 4 is dissipated to the liquid that moves every time the droplet is ejected. However, in other places, for example, on the back surface side of the head chip 4, between the head chip 4 and the flow path plate 2. It is transmitted to the flow path plate 2 side through the adhesive layer 6. Further, on the surface side of the head chip 4, it is transmitted to the nozzle plate 3 through the barrier layer 4 c of the head chip 4.

しかし、前述の従来の技術を実用化するにあたり、以下の問題点がある。
ヘッドチップ4単体の大きさは、前述したように、約20mm前後であるので、ノズル孔3aを形成したノズル板3や、流路板2とヘッドチップ4とをそれぞれ貼り付けた場合であっても、シリアル方式では、熱膨張で各部材間に熱応力が発生し、歪みが発生しても、障害に至るレベルではない。
However, there are the following problems in putting the above-described conventional technology into practical use.
Since the size of the single head chip 4 is about 20 mm as described above, the nozzle plate 3 in which the nozzle holes 3a are formed or the flow path plate 2 and the head chip 4 are attached. However, in the serial system, thermal stress is generated between the members due to thermal expansion, and even if distortion occurs, it is not at a level that causes failure.

一方、ラインヘッド1のように、多数のヘッドチップ4を繋いだ場合には、ラインヘッド1の長手方向における長さが長くなるので、ヘッドチップ4の表面側(ノズル板3側)と裏面側(流路板2側)との材料によっては、熱膨張による伸縮差、すなわち線膨張率の差が問題となる。   On the other hand, when a large number of head chips 4 are connected as in the line head 1, the length in the longitudinal direction of the line head 1 becomes longer, so the front side (nozzle plate 3 side) and the back side of the head chip 4. Depending on the material (on the flow path plate 2 side), expansion / contraction difference due to thermal expansion, that is, a difference in linear expansion coefficient becomes a problem.

ここで、流路板2、ヘッドチップ4、ノズル板3が全て同一(ほぼ同一の範囲を含む)の線膨張率の材料からなる場合には、熱膨張の問題は生じない。しかし、流路板2、ヘッドチップ4、ノズル板3の材料の選定においては、それぞれの各部材ごとに要求される特性又は機能が異なるので、それぞれの各部材は、要求される特性又は機能を満たすものでなければならない。   Here, when the flow path plate 2, the head chip 4, and the nozzle plate 3 are all made of the same (including substantially the same range) material, there is no problem of thermal expansion. However, in selecting materials for the flow path plate 2, the head chip 4, and the nozzle plate 3, since each member has different required characteristics or functions, each member has the required characteristics or functions. Must meet.

例えば流路板2としては、第1に、アルミニウムを鋳造したものが挙げられる。これは、加工性に優れ、熱伝導性も良好だからである。また第2に、アクリル樹脂を射出成型したものが挙げられる。これは、接液性、加工性が良く、また、アルミニウムと比較すると、ヤング率が低いからである。   For example, as the flow path plate 2, firstly, one obtained by casting aluminum is cited. This is because it has excellent workability and good thermal conductivity. Second, an acrylic resin injection-molded can be mentioned. This is because the wettability and workability are good and the Young's modulus is lower than that of aluminum.

さらに、バリア層4cとしては、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に代表される高分子材料が挙げられる。これは、接着力が強く、熱硬化後はアクリル以上の硬度を示し、かつ安価だからである。
また、ノズル板3としては、ニッケルを電鋳等によって形成したものが挙げられる。これは、ノズル孔3aの形成が比較的簡単であり、熱膨張の比較的小さく、かつ接液性やコストも実用上の範囲内にあるからである。
Further, examples of the barrier layer 4c include polymer materials typified by a photosensitive cyclized rubber resist and an exposure curable dry film resist. This is because the adhesive strength is strong, the hardness is higher than that of acrylic after thermosetting, and it is inexpensive.
Moreover, as the nozzle plate 3, what formed nickel by electroforming etc. is mentioned. This is because the formation of the nozzle hole 3a is relatively simple, the thermal expansion is relatively small, and the wettability and cost are within the practical range.

以上のように、各部材は、それぞれ要求される特性や機能を満たすように、材料や材質、さらには加工方法を選定する必要がある。そして、このような観点から流路板2、ヘッドチップ4、ノズル板3の材料を選定すると、それぞれの線膨張率が異なるものとなる。   As described above, it is necessary to select a material, a material, and a processing method for each member so as to satisfy required characteristics and functions. And if the material of the flow path plate 2, the head chip 4, and the nozzle plate 3 is selected from such a viewpoint, the respective linear expansion coefficients will be different.

図8は、ラインヘッド1における熱応力及び歪みの発生を説明する断面図である。図8中、(A)は、温度変化が生じたときに、どの程度変位するかを定性的に示したものである。この図では、ラインヘッド1の長手方向の中心を原点にとっている。中心を原点にとった場合、ノズル板3や流路板2は、温度上昇に伴って長さが長くなるので、図に示すように、中心部よりも両端部ほど、温度上昇前の位置に対して変位が大きくなる。矢印の大きさは、変位の大きさを示すものである。   FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining generation of thermal stress and distortion in the line head 1. In FIG. 8, (A) shows qualitatively how much displacement occurs when a temperature change occurs. In this figure, the center of the line head 1 in the longitudinal direction is the origin. When the center is taken as the origin, the length of the nozzle plate 3 and the flow path plate 2 increases as the temperature rises. Therefore, as shown in FIG. On the other hand, the displacement increases. The size of the arrow indicates the magnitude of the displacement.

また、図8(B)は、温度変化による変形の一例を示す断面図である。ヘッドチップ4に対して、流路板2及びノズル板3の線膨張率が異なる(この例では、ヘッドチップ4に対して、流路板2及びノズル板3の線膨張率が大きい)ときは、流路板2やノズル板3の方がヘッドチップ4の列より長くなろうとするので、流路板2、ヘッドチップ4、ノズル板3間が接着により固定され、それ以外は押さえ付けられていなければ、バイメタル現象により、図に示すように弓なりになるはずである。   FIG. 8B is a cross-sectional view showing an example of deformation due to temperature change. When the linear expansion coefficient of the flow path plate 2 and the nozzle plate 3 is different from that of the head chip 4 (in this example, the linear expansion coefficient of the flow path plate 2 and the nozzle plate 3 is larger than that of the head chip 4). Since the flow path plate 2 and the nozzle plate 3 tend to be longer than the row of the head chips 4, the flow path plate 2, the head chip 4, and the nozzle plate 3 are fixed by adhesion, and the rest are pressed down. Otherwise, it should be bowed as shown in the figure due to the bimetal phenomenon.

そして、このようにラインヘッド1が弓なりになってしまうと、記録媒体と、各ヘッドチップ4との間の距離が変化してしまう。例えば、両端に位置するヘッドチップ4では、ノズル孔3と記録媒体との距離はさほど変化しないが、記録媒体に対してヘッドチップ4が傾斜してしまう(平行でなくなる)。一方、中央部に位置するヘッドチップ4では、ラインヘッド1が弓なりになることによって平行度は変化しないが、位置が上方向に移動するので、記録媒体との距離が長くなってしまう。   If the line head 1 becomes bowed in this way, the distance between the recording medium and each head chip 4 changes. For example, in the head chips 4 located at both ends, the distance between the nozzle hole 3 and the recording medium does not change so much, but the head chip 4 is inclined with respect to the recording medium (not parallel). On the other hand, in the head chip 4 located at the center, the parallelism does not change when the line head 1 becomes a bow, but the position moves upward, so that the distance from the recording medium becomes long.

そこで、このような弓なりの変形を防止するために、ラインヘッド1に力を与えて、ラインヘッド1と記録媒体との位置関係を維持するようにする。
図8(C)は、ラインヘッド1の両端部の下側を支持するとともに、中央部を上側から押さえ付ければ、図に示すように、力F1〜F3によって、弓なりになることを防止する(水平を維持する)ことができる。
しかし、この場合には、図中、矢印で示すように、流路板2とヘッドチップ4との間、及びヘッドチップ4とノズル板3との間にせん断応力が発生し、その大きさは、両端部ほど大きくなる。
Therefore, in order to prevent such bow-like deformation, a force is applied to the line head 1 to maintain the positional relationship between the line head 1 and the recording medium.
FIG. 8C supports the lower side of both ends of the line head 1 and prevents a bow from being formed by the forces F1 to F3 as shown in the figure if the center part is pressed from the upper side ( Level).
However, in this case, as indicated by the arrows in the figure, shear stress is generated between the flow path plate 2 and the head chip 4 and between the head chip 4 and the nozzle plate 3, and the magnitude thereof is , Both ends become larger.

特に、ヘッドチップ4上には、上述のようにバリア層4cが設けられ、このバリア層4cによって液室や個別流路が形成されているが、これらの部分は、ヘッドチップ4の半導体基板4aやノズル板3に対して強度が弱いので、上記せん断応力によって、弾性変形や塑性変形を起こしてしまい、液室や個別流路は、要求される特性を満足することができなくなるおそれがある。   In particular, the barrier layer 4c is provided on the head chip 4 as described above, and a liquid chamber and individual flow paths are formed by the barrier layer 4c. These portions are formed on the semiconductor substrate 4a of the head chip 4. Since the strength is weak with respect to the nozzle plate 3, the shear stress causes elastic deformation or plastic deformation, and the liquid chamber and the individual flow path may not be able to satisfy the required characteristics.

図9は、上記のような熱応力を受けたときのラインヘッド1の液体吐出部を写真撮影した結果を示すものである。図中、(A)は、ラインヘッド1の中央部を示すものである。図中(A)に示すように、中央部では、変形(歪み)がほとんど見られない。これに対し、図中(B)に示すように、ラインヘッド1の両端部では、バリア層4cが変形してしまい、吐出特性に影響を及ぼすおそれがある。   FIG. 9 shows the result of taking a picture of the liquid ejection part of the line head 1 when subjected to the thermal stress as described above. In the figure, (A) shows the center of the line head 1. As shown in (A) in the figure, almost no deformation (distortion) is seen in the central portion. On the other hand, as shown in FIG. 5B, the barrier layer 4c is deformed at both ends of the line head 1, which may affect the ejection characteristics.

なお、このような影響を受けないために、例えば流路板2の両端部から圧縮荷重を与えて歪みを軽減すること等が考えられるが、プリンタの一般的な動作保証温度範囲、例えば15〜35℃の範囲で、温度変化に対する吐出特性の変化をさらに少なくすることが求められている。   In order to avoid such influence, for example, it is conceivable to reduce the distortion by applying a compressive load from both ends of the flow path plate 2, but the general operation guarantee temperature range of the printer, for example, 15 to In the range of 35 ° C., it is required to further reduce the change in the ejection characteristics with respect to the temperature change.

したがって、本発明が解決しようとする課題は、複数のヘッドチップを並べてラインヘッドを形成する場合に、温度変化による吐出特性の変化を最小限に抑えることである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to minimize a change in ejection characteristics due to a temperature change when a line head is formed by arranging a plurality of head chips.

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、液滴を吐出するためのノズル孔を形成したノズル板と、枠状に形成された第1支持体と、複数の発熱素子が半導体基板上に配列されたヘッドチップと、少なくとも一部が前記第1支持体の枠状の内周側領域内に配置された第2支持体とを備え、各前記発熱素子と各前記ノズル孔とがそれぞれ対向するように、複数の前記ヘッドチップを前記ノズル板上にライン状に接合した液体吐出ヘッドであって、前記ヘッドチップの線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率とほぼ同一であり、前記ノズル板の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、前記第2支持体の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、前記ノズル板は、前記第1支持体に接合されているとともに、前記第1支持体と前記第2支持体との接合面に熱応力が発生していない温度環境下では、前記ノズル板には前記第1支持体によって引張応力が生ずるようにし、前記第2支持体は、その長手方向の両端部における外側側面の少なくとも一部が前記第1支持体の内周側面の少なくとも一部によって挟み込まれるように前記第1支持体と接合されており、前記第2支持体が前記第1支持体に対して熱膨張したときは、前記第2支持体に圧縮応力が生ずるとともに前記第1支持体によって前記第2支持体の歪みが規制されるようにしたことを特徴とする。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets, a first support formed in a frame shape, and a plurality of heating elements on a semiconductor substrate. Each of the heat generating elements and the nozzle holes, respectively, and a head support arranged at least in part in a frame-shaped inner peripheral region of the first support. A liquid discharge head in which a plurality of head chips are joined in a line on the nozzle plate so as to face each other, and the linear expansion coefficient of the head chips is substantially the same as the linear expansion coefficient of the first support. Yes, the linear expansion coefficient of the nozzle plate is larger than the linear expansion coefficient of the first support, the linear expansion coefficient of the second support is larger than the linear expansion coefficient of the first support, and the nozzle plate is And joined to the first support, and the first support and the front In a temperature environment in which no thermal stress is generated on the joint surface with the second support, the nozzle plate is caused to have a tensile stress by the first support, and the second support is At least a part of the outer side surface at both ends is joined to the first support body so as to be sandwiched by at least a part of the inner peripheral side surface of the first support body, and the second support body is the first support body. When the thermal expansion occurs, compressive stress is generated in the second support and distortion of the second support is regulated by the first support.

(作用)
上記発明においては、ノズル板は、第1支持体に接合されているとともに、ノズル板の線膨張率は、第1支持体の線膨張率より大きい。これにより、高温でノズル板が第1支持体に接合されれば、ノズル板は、常温では第1支持体の伸縮に従う。また、ヘッドチップと第1支持体との線膨張率がほぼ同一であって、ヘッドチップがノズル板に接合されているので、ヘッドチップは、第1支持体に従って伸縮する。
(Function)
In the said invention, while the nozzle plate is joined to the 1st support body, the linear expansion coefficient of a nozzle plate is larger than the linear expansion coefficient of a 1st support body. Thereby, if a nozzle plate is joined to a 1st support body at high temperature, a nozzle plate will follow the expansion-contraction of a 1st support body at normal temperature. Further, since the linear expansion coefficient of the head chip and the first support is substantially the same and the head chip is joined to the nozzle plate, the head chip expands and contracts according to the first support.

また、第2支持体は、第1支持体によって挟み込まれるように第1支持体に接合されており、第2支持体の線膨張率が第1支持体の線膨張率より大きい。そして、第2支持体が第1支持体に対して熱膨張したときは、第2支持体の歪みは、第1支持体によって規制される。   Moreover, the 2nd support body is joined to the 1st support body so that it may be pinched | interposed by the 1st support body, and the linear expansion coefficient of a 2nd support body is larger than the linear expansion coefficient of a 1st support body. And when a 2nd support body thermally expands with respect to a 1st support body, the distortion of a 2nd support body is controlled by the 1st support body.

なお、液体吐出ヘッドは、以下の実施形態ではラインヘッド10に相当する。また、第1支持体は、実施形態では枠体11に相当し、第2支持体は、実施形態では流路板を兼ねるヘッド支持部材14に相当する。   The liquid discharge head corresponds to the line head 10 in the following embodiments. The first support corresponds to the frame 11 in the embodiment, and the second support corresponds to the head support member 14 that also serves as the flow path plate in the embodiment.

本発明の1つである請求項1に記載の発明によれば、ヘッドチップを繋いでライン方式の液体吐出ヘッドを形成する場合に、部材間の熱膨張率の差による歪みを最小限にすることができる。これにより、印画品位が温度変化に影響を受けないようにすることができる。   According to the first aspect of the present invention, when a line type liquid discharge head is formed by connecting head chips, distortion due to a difference in thermal expansion coefficient between members is minimized. be able to. Thereby, it is possible to prevent the print quality from being affected by the temperature change.

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。以下の実施形態では、液体吐出装置の一形態としてインクジェットプリンタを例に挙げ、液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドの一形態として、サーマル方式のラインヘッドを例に挙げる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, an ink jet printer is taken as an example of one form of the liquid ejecting apparatus, and a thermal type line head is taken as an example as one form of the liquid ejecting head used in the liquid ejecting apparatus.

また、本明細書及び特許請求の範囲における以下の用語は、以下の意味で使用する。
「接合」とは、分離(又は剥離)を前提としない永久的な結合を意味し、(1)部材同士を接着剤を介して接着することと、(2)熱圧着、超音波振動を付与することによる超音波接合、又は溶接等により、接着剤を用いずに(両部材間に接着剤が介在せずに)接合(結合)することの双方を含む。
さらにまた、「接着」とは、上記の接合の一種であって、部材同士を接着剤を介して(部材間に接着剤を介在させて)結合する(貼り合わせる)ことをいい、分離(又は剥離)を前提としない永久的な結合を目的とするものをいう。
Further, the following terms in the present specification and claims are used in the following meanings.
“Bonding” means permanent bonding not premised on separation (or peeling), (1) bonding members through an adhesive, and (2) applying thermocompression bonding and ultrasonic vibration. This includes both joining (bonding) without using an adhesive (without an adhesive between the two members) by ultrasonic bonding or welding.
Furthermore, “adhesion” is a kind of the above-mentioned joining, and means that members are bonded (bonded) to each other via an adhesive (with an adhesive interposed between the members), and separated (or It is intended for permanent bonding that does not assume peeling.

図1は、本実施形態のラインヘッド10を示す図であり、(A)は組立前の分解平面図であり、(B)は組立前の側面図である。また、(C)は組立後の側面の断面図である。
ラインヘッド10は、外枠11(本発明における第1支持体に相当するもの)と、ノズル板12と、ヘッドチップ13と、ヘッド支持部材14(本発明における第2支持体に相当するもの)とを備える。
1A and 1B are diagrams showing a line head 10 according to the present embodiment, in which FIG. 1A is an exploded plan view before assembly, and FIG. 1B is a side view before assembly. (C) is a cross-sectional view of the side surface after assembly.
The line head 10 includes an outer frame 11 (corresponding to the first support in the present invention), a nozzle plate 12, a head chip 13, and a head support member 14 (corresponding to the second support in the present invention). With.

外枠11は、ほぼ長方形状の枠状に形成されたものであり、その材料としては、例えばシリコン単結晶体又は多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有するセラミックス(特に本実施形態では、原料粉末を成形・焼結してつくられる粉体焼結セラミックスを指す)が挙げられる。この場合、外枠11(セラミックス)の線膨張率は、約3〜3.5[ppm]であり、ヘッドチップ13(半導体基板)、すなわちシリコンの線膨張率である約2.5〜3.0[ppm]に近い(ほぼ同一の)値となる。このように外枠11がセラミックスであれば、外枠11のヤング率を金属材料と同程度にすることができる。また、セラミックスの組成や加工方法いかんによって、線膨張率を調整することができる。   The outer frame 11 is formed in a substantially rectangular frame shape, and the material thereof is, for example, in the range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of silicon single crystal or polycrystal. Ceramics having a linear expansion coefficient (in the present embodiment, powder sintered ceramics produced by molding and sintering raw material powder). In this case, the linear expansion coefficient of the outer frame 11 (ceramics) is about 3 to 3.5 [ppm], and the linear expansion coefficient of the head chip 13 (semiconductor substrate), that is, silicon is about 2.5 to 3. It becomes a value close to 0 [ppm] (substantially the same). Thus, if the outer frame 11 is ceramics, the Young's modulus of the outer frame 11 can be made comparable to a metal material. Further, the linear expansion coefficient can be adjusted depending on the ceramic composition and processing method.

ノズル板12は、厚みが10〜20[μm]程度の極めて薄い膜であって、複数のノズル孔が形成されたものである。ノズル板12としては、加工性、コスト、接液性、及びヤング率等を考慮すると、例えば金属材料であればニッケルが用いられ、電鋳技術により形成される。また、高分子材料であれば、ポリイミドから形成される。   The nozzle plate 12 is a very thin film having a thickness of about 10 to 20 [μm], and is formed with a plurality of nozzle holes. In consideration of workability, cost, wettability, Young's modulus, etc., for example, nickel is used for the nozzle plate 12 if it is a metal material, and is formed by an electroforming technique. Moreover, if it is a polymeric material, it will be formed from polyimide.

ヘッドチップ13は、シリコン等から成る半導体基板上に、発熱素子を形成したものであり、さらに、その上面にバリア層を形成したものである(この点、従来技術で示したヘッドチップ4と同様の構造である)。バリア層は、例えば、感光性感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、半導体基板の発熱素子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。そして、バリア層により、液室(インク液室)の一部、及び液室にインクを供給するための流路(各液室ごとの個別流路)が形成される。   The head chip 13 is obtained by forming a heat generating element on a semiconductor substrate made of silicon or the like and further forming a barrier layer on the upper surface thereof (this point is similar to the head chip 4 shown in the prior art). Is the structure). The barrier layer is made of, for example, a photosensitive sensitized rubber resist or an exposure curable dry film resist, and is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate where the heating elements are formed, and then unnecessary portions are removed by a photolithography process. It is formed by. The barrier layer forms a part of the liquid chamber (ink liquid chamber) and a flow path for supplying ink to the liquid chamber (individual flow path for each liquid chamber).

ヘッド支持部材14は、本実施形態では流路板としての機能を果たすものであり、図1に示すように、上下方向において円筒状に貫通する液体供給口14aが形成されている。
ヘッド支持部材14は、薄膜形状のノズル板12とは異なり、引張だけでなく、圧縮、曲げ、ねじりにも耐えうる(塑性変形しない)ことが求められる。このため、基本的には、板状や棒状の形状となる。
In this embodiment, the head support member 14 functions as a flow path plate, and as shown in FIG. 1, a liquid supply port 14a penetrating in a cylindrical shape in the vertical direction is formed.
Unlike the nozzle plate 12 having a thin film shape, the head support member 14 is required to withstand not only tension but also compression, bending, and twisting (not plastically deformed). For this reason, it basically has a plate-like or bar-like shape.

ここで、ヘッド支持部材14を、例えば外枠11と同じセラミックスから形成することが挙げられる。これにより、ヘッド支持部材14の線膨張率を、外枠11の線膨張率と同一にすることができる。しかし、セラミックスは加工性が金属材料や高分子材料ほど良くない。そこで、ヘッド支持部材14は、例えば以下の材料及び製造方法により形成される。   Here, for example, the head support member 14 may be formed of the same ceramic as the outer frame 11. Thereby, the linear expansion coefficient of the head support member 14 can be made the same as the linear expansion coefficient of the outer frame 11. However, the workability of ceramics is not as good as that of metal materials and polymer materials. Therefore, the head support member 14 is formed by, for example, the following material and manufacturing method.

第1に、ヘッド支持部材14の線膨張率は、外枠11に対して1.0〜1.5倍の線膨張率を有する材料から形成される。例えばヘッド支持部材14が外枠11とほぼ同一の線膨張率を有する材料であれば、ヘッド支持部材14の剛性(例えば曲げ剛性であるときは、ヤング率(縦弾性係数)Eと断面二次モーメントIとの積であるE×Iにより表される)に制限はない。これに対し、ヘッド支持部材14の線膨張率が上記範囲内において外枠11の線膨張率より大きいときは、ヘッド支持部材14の剛性は、外枠11の剛性より小さいことが条件となる。   First, the linear expansion coefficient of the head support member 14 is formed from a material having a linear expansion coefficient of 1.0 to 1.5 times that of the outer frame 11. For example, if the head support member 14 is made of a material having substantially the same linear expansion coefficient as that of the outer frame 11, the rigidity (eg, Young's modulus (longitudinal elastic modulus) E and the secondary cross-section when the head support member 14 has bending rigidity). There is no limit to the product of moment I (expressed by E × I). On the other hand, when the linear expansion coefficient of the head support member 14 is larger than the linear expansion coefficient of the outer frame 11 within the above range, it is a condition that the rigidity of the head support member 14 is smaller than the rigidity of the outer frame 11.

第2に、ヘッド支持部材14の材料として、上記セラミックスとほぼ同一の線膨張率を有する高分子材料を用いることが挙げられ、例えば、液晶プラスチック(LCP又は液晶ポリマーともいう。具体的には、例えばポリプラスチックス(株)製、ベクトラB230)が好ましい。なお、液晶プラスチックの線膨張率は、約3.0[ppm]である。高分子材料は、線膨張率が小さいので、外枠11の線膨張率に近い値にすることができ、機械的強度にも優れ、さらには接液性も良好である。
第3に、ヘッド支持部材14の材料としては、インバー(鉄−36%ニッケル合金)、チタン若しくはその合金、ニッケル鋼、ニッケルメッキ鋼(ニッケルメッキにより接液性が良くなる)、ステンレス鋼、又は窒化アルミニウムを用いることが挙げられる。
Second, the material of the head support member 14 may be a polymer material having substantially the same linear expansion coefficient as that of the ceramics, for example, liquid crystal plastic (also referred to as LCP or liquid crystal polymer. Specifically, For example, Polyplastics Co., Ltd., Vectra B230) is preferable. The linear expansion coefficient of the liquid crystal plastic is about 3.0 [ppm]. Since the polymer material has a small coefficient of linear expansion, it can be set to a value close to the coefficient of linear expansion of the outer frame 11, is excellent in mechanical strength, and has good wettability.
Third, the material of the head support member 14 is Invar (iron-36% nickel alloy), titanium or an alloy thereof, nickel steel, nickel-plated steel (which improves the liquid contact property by nickel plating), stainless steel, or The use of aluminum nitride can be mentioned.

さらに、ヘッド支持部材14には、図1に示すように、液体供給口14aを設けるので、この液体供給口14aを形成することが可能な材料及び加工方法である必要がある。この場合には、例えば以下のいずれか1つにより形成することができる。   Furthermore, since the liquid supply port 14a is provided in the head support member 14 as shown in FIG. 1, it is necessary that the material and the processing method can form the liquid supply port 14a. In this case, for example, it can be formed by any one of the following.

第1に、上述したインバー、ニッケル鋼、ニッケルメッキ鋼、又はステンレス鋼の平板を塑性加工し、液体供給口14aを形成するとともに、この液体供給口14aと連通する流路を内部に形成することが挙げられる。例えば、ヘッド支持部材14の内部に空間が形成されるようにし、従来技術の図6で示した液体供給路2aと同等のもの(後述の図2中、液体供給路14b参照)を形成することが挙げられる。なお、平板を塑性加工すれば、平板自体よりも、曲げ、ねじり、圧縮等に対して強度を強くすることができる。   First, the above-described invar, nickel steel, nickel-plated steel, or stainless steel flat plate is plastically processed to form a liquid supply port 14a and to form a flow path communicating with the liquid supply port 14a. Is mentioned. For example, a space is formed inside the head support member 14 to form an equivalent to the liquid supply path 2a shown in FIG. 6 of the prior art (refer to the liquid supply path 14b in FIG. 2 described later). Is mentioned. If the flat plate is plastically processed, the strength can be increased with respect to bending, twisting, compression, and the like, rather than the flat plate itself.

第2に、上記セラミックスとほぼ同一の線膨張率を有する高分子材料(例えば、上述の液晶プラスチック(LCP))を射出成型することで、液体供給口14aを形成することが挙げられる。さらには、上記と同様に、液体供給口14aと連通する液体供給路(図2中、液体供給路14b)を形成しても良い。   Second, the liquid supply port 14a may be formed by injection molding a polymer material (for example, the above-mentioned liquid crystal plastic (LCP)) having substantially the same linear expansion coefficient as the ceramic. Further, similarly to the above, a liquid supply path (liquid supply path 14b in FIG. 2) communicating with the liquid supply port 14a may be formed.

第3に、上記第2の方法において、ヘッド支持部材14の下面側に、歪み吸収板を設けることが挙げられる。図2は、歪み吸収板14cを設けたヘッド支持部材14Aを示す図である。このヘッド支持部材14Aは、液体供給路14aの他に、内部に空間を形成し、液体供給路14Aと連通する液体供給路14bを形成している。   Thirdly, in the second method, a strain absorbing plate may be provided on the lower surface side of the head support member 14. FIG. 2 is a diagram showing a head support member 14A provided with a strain absorbing plate 14c. In addition to the liquid supply path 14a, the head support member 14A forms a space inside and forms a liquid supply path 14b that communicates with the liquid supply path 14A.

さらに、歪み吸収板14cは、平板であり、ヘッドチップ13上に配置されたときに、ヘッドチップ13の上面と歪み吸収板14cとが接着される。また、歪み吸収板14cの上面と、ヘッド支持部材14Aの下面側が接着される。
歪み吸収板14cには、複数の小判型の抜き孔14dが形成されている。この抜き孔14dを介して、液体供給路14bと、ヘッドチップ13側とが連通される。
Further, the strain absorbing plate 14c is a flat plate, and when placed on the head chip 13, the upper surface of the head chip 13 and the strain absorbing plate 14c are bonded. Further, the upper surface of the strain absorbing plate 14c and the lower surface side of the head support member 14A are bonded.
A plurality of oblong holes 14d are formed in the strain absorbing plate 14c. The liquid supply path 14b and the head chip 13 side communicate with each other through the hole 14d.

この場合には、歪み吸収板14cは、インバー、ニッケルメッキ鋼、ステンレス鋼、又はセラミックスの平板から形成し、ヘッド支持部材14Aのうち歪み吸収板14c以外の部分を、上記第2と同様に、高分子材料から形成することが挙げられる。このような金属材料と高分子材料との複合材料からヘッド支持部材14Aを形成することで、線膨張率や圧縮については金属材料の歪み吸収板14cでその性能を確保し、加工性やコストに対しては、高分子材料を射出成型することで、対応することができるようになる。   In this case, the strain absorbing plate 14c is formed of a flat plate of invar, nickel plated steel, stainless steel, or ceramics, and the portion other than the strain absorbing plate 14c of the head support member 14A is similar to the second, It can be formed from a polymer material. By forming the head support member 14A from such a composite material of a metal material and a polymer material, the performance of the linear expansion coefficient and compression is ensured by the strain absorbing plate 14c of the metal material, and the workability and cost are reduced. On the other hand, it becomes possible to cope with this by injection molding a polymer material.

次に、ラインヘッド10の製造方法について説明する。
先ず、図1(B)において、ノズル板12を、外枠11に接着する(第1工程)。外枠11の枠状の下面側がノズル板12と接着する。そして、接着は、ラインヘッド10の製造工程中、最も高い温度である温度T1(実施形態では、150℃、又はそれ以上)の環境下で行う。なお、温度T1は、ラインヘッド10の駆動時の最大温度よりも高い。また、接着剤としては、例えば熱硬化型シート接着剤、より具体的にはエポキシ樹脂系のシート接着剤が挙げられる。
Next, a method for manufacturing the line head 10 will be described.
First, in FIG. 1B, the nozzle plate 12 is bonded to the outer frame 11 (first step). The frame-like lower surface side of the outer frame 11 is bonded to the nozzle plate 12. And adhesion | attachment is performed in the environment of temperature T1 (in the embodiment, 150 degreeC or more) which is the highest temperature during the manufacturing process of the line head 10. FIG. The temperature T1 is higher than the maximum temperature when the line head 10 is driven. Examples of the adhesive include a thermosetting sheet adhesive, and more specifically, an epoxy resin-based sheet adhesive.

ここで、本実施形態では、ノズル板12の線膨張率は、外枠11の線膨張率より大きい。特に本実施形態では、ノズル板12がニッケルからなるときは、その線膨張率は約12〜13[ppm]程度である。これに対し、外枠11は、セラミックスの場合には、その線膨張率は約3〜3.5[ppm]程度である。   Here, in this embodiment, the linear expansion coefficient of the nozzle plate 12 is larger than the linear expansion coefficient of the outer frame 11. In particular, in the present embodiment, when the nozzle plate 12 is made of nickel, the linear expansion coefficient is about 12 to 13 [ppm]. On the other hand, in the case of ceramics, the outer frame 11 has a linear expansion coefficient of about 3 to 3.5 [ppm].

そして、150℃の温度環境下でノズル板12と外枠11とが接着されると、それ以下の温度では、ノズル板12には、縮む方向の力が働く。すなわち、150℃以下の温度では、ノズル板12には、常に引張応力が生ずることとなる。これにより、150℃以下の温度環境下では、ノズル板12は、ピンと張られた状態を維持する。   When the nozzle plate 12 and the outer frame 11 are bonded under a temperature environment of 150 ° C., a force in the contracting direction acts on the nozzle plate 12 at a temperature lower than that. That is, at a temperature of 150 ° C. or less, a tensile stress is always generated in the nozzle plate 12. Thereby, under the temperature environment of 150 ° C. or less, the nozzle plate 12 maintains a tensioned state.

次に、ヘッドチップ13を、ノズル板12に接着する(第2工程)。ヘッドチップ13とノズル板12との接着は、上記温度T1より低い温度T2の環境下で行う。ここで、本実施形態における温度T2は、120℃である。ヘッドチップ13をノズル板12に接着するには、ヘッドチップ13のバリア層をノズル板12に接着する必要があるが、接着温度は、バリア層の特性に起因するものであり、本実施形態のバリア層は、120℃の温度環境下で硬化するものである。   Next, the head chip 13 is bonded to the nozzle plate 12 (second step). Adhesion between the head chip 13 and the nozzle plate 12 is performed in an environment having a temperature T2 lower than the temperature T1. Here, the temperature T2 in the present embodiment is 120 ° C. In order to bond the head chip 13 to the nozzle plate 12, it is necessary to bond the barrier layer of the head chip 13 to the nozzle plate 12. However, the bonding temperature is caused by the characteristics of the barrier layer. The barrier layer is cured under a temperature environment of 120 ° C.

ここで、ノズル板12には、ノズル孔が形成されており、このノズル孔とヘッドチップ13の発熱素子とが対応するように(上下方向で、各ノズル孔の中心軸と、ヘッドチップ13の各発熱素子の中心軸とが一致するように)接着される。これにより、発熱素子上にはノズル孔が配置されるとともに、発熱素子の周囲は、側面のバリア層と天面のノズル板12とによって液室が形成される。   Here, nozzle holes are formed in the nozzle plate 12 so that the nozzle holes correspond to the heating elements of the head chip 13 (in the vertical direction, the central axis of each nozzle hole and the head chip 13 Adhering so that the center axis of each heating element coincides. Thus, nozzle holes are arranged on the heating elements, and a liquid chamber is formed around the heating elements by the side barrier layer and the top nozzle plate 12.

ここで、120℃の温度環境下では、ノズル板12には、引張応力が生じている。すなわち、150℃の温度環境下でノズル板12と外枠11とが(歪みなく)接着されているので、120℃では、ノズル板12と外枠11との線膨張率との差により、ノズル板12の方がより収縮するからである。しかし、ノズル板12が収縮する力よりも、外枠11の剛性の方が強い。このため、150℃から温度が低下しても、外枠11にはほとんど歪みは生じず、ノズル板12の収縮は、外枠11の収縮と一致する。   Here, under the temperature environment of 120 ° C., tensile stress is generated in the nozzle plate 12. That is, since the nozzle plate 12 and the outer frame 11 are bonded (without distortion) in a temperature environment of 150 ° C., at 120 ° C., the difference between the linear expansion coefficient between the nozzle plate 12 and the outer frame 11 causes the nozzle. This is because the plate 12 contracts more. However, the rigidity of the outer frame 11 is stronger than the force with which the nozzle plate 12 contracts. For this reason, even if the temperature decreases from 150 ° C., the outer frame 11 is hardly distorted, and the contraction of the nozzle plate 12 coincides with the contraction of the outer frame 11.

なお、図1では図示を省略しているが、長手方向におけるヘッドチップ13間には、ほぼ隙間なく入り込むダミーチップが配置され、図6(C)で示したものと同様の構造となっている。なお、ダミーチップは、ヘッドチップ13と全く同様に、発熱素子やバリア層、及び個別流路が形成されたものでも良く、あるいは、発熱素子や個別流路は設けられてなく、半導体基板上の略全領域にバリア層のみが設けられたものであっても良い。いずれにしても、ダミーチップは、液滴の吐出を行わないものである。   Although not shown in FIG. 1, dummy chips that enter with almost no gap are arranged between the head chips 13 in the longitudinal direction, and the structure is the same as that shown in FIG. . The dummy chip may be the same as the head chip 13 in which a heating element, a barrier layer, and an individual flow path are formed, or the heating element and the individual flow path are not provided, and the dummy chip is provided on the semiconductor substrate. Only the barrier layer may be provided in substantially the entire region. In any case, the dummy chip does not discharge droplets.

次に、上記温度T2より低い温度T3の環境下で、ヘッド支持部材14を、外枠11及びヘッドチップ13に接着する(第3工程)。
ここで、組立環境温度と歪みとの関係について説明する。図3は、温度変化を横軸にとり、(任意の)歪み量を縦軸にとったときの関係をグラフにして示す図である。なお、説明を簡単にするために、図3のグラフの範囲では、温度と歪みとは比例関係にあるものと仮定する。
Next, the head support member 14 is bonded to the outer frame 11 and the head chip 13 in an environment at a temperature T3 lower than the temperature T2 (third step).
Here, the relationship between the assembly environment temperature and the strain will be described. FIG. 3 is a graph showing the relationship when the temperature change is plotted on the horizontal axis and the (arbitrary) strain is plotted on the vertical axis. For simplicity of explanation, it is assumed that temperature and strain are in a proportional relationship within the range of the graph of FIG.

図3において、直線L1は、常温(本実施形態では、25℃とする)組み立ての歪み特性を示すものである。プリンタの動作保証温度を15〜35℃とした場合、その中央値である25℃で組み立てたときが、直線L1の特性となる。すなわち、温度25℃では、歪み量は0である。そして、温度が変化し、例えば35℃になったときの歪み量は、Dmin である。
ここで、動作保証温度の範囲のみを考慮して組立温度を考えると、その中央値である25℃(常温)が最も歪みを小さくすることができる。
しかし、実際にプリンタが使用されると、ラインヘッド10の温度は、室温より高くなり、例えば25℃の室温では約45℃になると推測される。
In FIG. 3, a straight line L <b> 1 indicates a distortion characteristic of assembly at normal temperature (in this embodiment, 25 ° C.). When the guaranteed operation temperature of the printer is 15 to 35 ° C., the characteristic of the straight line L1 is obtained when the printer is assembled at a median value of 25 ° C. That is, at a temperature of 25 ° C., the strain amount is zero. The amount of strain when the temperature changes, for example, reaches 35 ° C. is Dmin.
Here, when considering the assembly temperature considering only the range of the guaranteed operating temperature, the median value of 25 ° C. (normal temperature) can minimize the distortion.
However, when the printer is actually used, the temperature of the line head 10 is estimated to be higher than room temperature, for example, about 45 ° C. at a room temperature of 25 ° C.

したがって、直線L1において、25℃で組み立てを行ったとき、ラインヘッド10が稼働してラインヘッド10の温度が45℃に到達したときは、歪み量は、Dave になる。これに対して、ラインヘッド10の平均動作温度(推測値)である45℃を組み立て温度にすると、直線L2のようになり、45℃では歪みが0になる。   Therefore, when the assembly is performed at 25 ° C. on the straight line L1, when the line head 10 is operated and the temperature of the line head 10 reaches 45 ° C., the distortion amount becomes Dave. On the other hand, when the assembly temperature is 45 ° C., which is the average operating temperature (estimated value) of the line head 10, the straight line L 2 is obtained, and the strain becomes 0 at 45 ° C.

そこで、本実施形態では、ヘッド支持部材14を接着する温度を45℃(設計値としては、各10℃の余裕をとり、45±10℃の範囲内)とし、平均動作温度(45℃)では、ヘッド支持部材14に歪みが生じないようにしている。すなわち、上記温度T3は、45℃±10℃である。   Therefore, in the present embodiment, the temperature at which the head support member 14 is bonded is 45 ° C. (design values are within a range of 45 ± 10 ° C. with a margin of 10 ° C.), and the average operating temperature (45 ° C.) The head support member 14 is prevented from being distorted. That is, the temperature T3 is 45 ° C. ± 10 ° C.

なお、プリンタを長期間使用していなかった後に起動させたときは、ラインヘッド10の温度は、常温(25℃)又はそれ以下に低下しており、この時点ではヘッド支持部材14に歪みが発生していることが考えられるが、このような場合には、必要に応じて予備的加熱を行えば良い。   When the printer is started after it has not been used for a long time, the temperature of the line head 10 has dropped to room temperature (25 ° C.) or lower, and at this time, the head support member 14 is distorted. However, in such a case, preliminary heating may be performed as necessary.

また、45℃の温度環境下では、図1に示すように、ヘッド支持部材14の長手方向における両端外側の側面間の長さと、外枠11の長手方向における両端内側の側面間の長さとは、ほぼ同一に(わずかに、ヘッド支持部材14の長さの方が短くなるように)形成されている。これにより、温度T3では、ヘッド支持部材14は、ほとんど隙間なく外枠11内に入り込む。よって、45℃の温度環境下では、ヘッド支持部材14及び外枠11には、熱応力は発生していない。   Further, under a temperature environment of 45 ° C., as shown in FIG. 1, the length between the side surfaces outside the both ends in the longitudinal direction of the head support member 14 and the length between the side surfaces inside both ends in the longitudinal direction of the outer frame 11 are The head support member 14 is formed to be substantially the same (slightly shorter in length). Thereby, at the temperature T3, the head support member 14 enters the outer frame 11 with almost no gap. Therefore, no thermal stress is generated in the head support member 14 and the outer frame 11 under a temperature environment of 45 ° C.

そして、図1に示すように、ヘッド支持部材14の長手方向における外側側面と、外枠11の長手方向における内側側面とが接着剤により接着される(両者間には接着層15が形成される)。また、ヘッド支持部材14の下面側と、ヘッドチップ13(及び、図1では図示しないが、ダミーチップ)の上面側とが接着剤により接着され、上記と同様に両者間には接着層15が形成される。   1, the outer side surface in the longitudinal direction of the head support member 14 and the inner side surface in the longitudinal direction of the outer frame 11 are bonded by an adhesive (the adhesive layer 15 is formed between them). ). Further, the lower surface side of the head support member 14 and the upper surface side of the head chip 13 (and a dummy chip, not shown in FIG. 1) are adhered by an adhesive, and an adhesive layer 15 is formed between the two in the same manner as described above. It is formed.

図4は、ヘッド支持部材14、外枠11、及び接着層15との位置関係を示す平面図である。なお、ヘッド支持部材14と外枠11との間は、図4に示すほどの隙間はないが、誇張して図示している。図4に示すように、接着層15は、ヘッド支持部材14及び外枠11との長手方向の両端部のみならず、略中央部にも設けている。   FIG. 4 is a plan view showing the positional relationship between the head support member 14, the outer frame 11, and the adhesive layer 15. Although there is no gap as shown in FIG. 4 between the head support member 14 and the outer frame 11, it is exaggerated. As shown in FIG. 4, the adhesive layer 15 is provided not only at both longitudinal ends of the head support member 14 and the outer frame 11 but also at a substantially central portion.

以上の構成によるラインヘッド10では、動作待機時及び動作時は、150℃の温度以下であるので、ノズル板12には、常に引張応力が生じている状態となる。また、ノズル板12の伸縮は、150℃以下では、外枠11の伸縮に従うようになる。さらに、ヘッドチップ13は、ノズル板12に接着されているが、ヘッドチップ13と外枠11との線膨張率がほぼ同一であり、ノズル板12は外枠11の伸縮に従うので、温度変化が生じても、ヘッドチップ13の発熱素子とノズル板12のノズル孔との位置関係がずれることはない。   In the line head 10 having the above-described configuration, the temperature is 150 ° C. or lower during operation standby and during operation, so that the nozzle plate 12 is always in a tensile stress state. Further, the expansion and contraction of the nozzle plate 12 follows the expansion and contraction of the outer frame 11 at 150 ° C. or less. Furthermore, although the head chip 13 is bonded to the nozzle plate 12, the linear expansion coefficient of the head chip 13 and the outer frame 11 is substantially the same, and the nozzle plate 12 follows the expansion and contraction of the outer frame 11. Even if it occurs, the positional relationship between the heating element of the head chip 13 and the nozzle hole of the nozzle plate 12 does not shift.

さらにまた、ラインヘッド10の平均動作温度(45℃)では、ヘッド支持部材14と外枠11には熱応力が生じず、歪みがない状態となる。また、ヘッド支持部材14の線膨張率が外枠11の線膨張率より大きいときは、45℃より温度が高くなると、接着層15には圧縮応力(図4中、矢印P1)が生ずる。   Furthermore, at the average operating temperature (45 ° C.) of the line head 10, no thermal stress is generated in the head support member 14 and the outer frame 11, and there is no distortion. Further, when the linear expansion coefficient of the head support member 14 is larger than the linear expansion coefficient of the outer frame 11, a compressive stress (arrow P1 in FIG. 4) is generated in the adhesive layer 15 when the temperature becomes higher than 45 ° C.

この場合には、ヘッド支持部材14の伸び量は、外枠11の伸び量を超えるが、ヘッド支持部材14の長手方向の両端部が外枠11によって挟み込まれているとともに、この接合面では、外枠11の剛性の方がヘッド支持部材14の剛性より大きくなるように設定されている。すなわち、45℃より温度が高くなると、ヘッド支持部材14には圧縮応力が生ずるとともに、外枠11によってヘッド支持部材14の歪みが規制される。   In this case, the extension amount of the head support member 14 exceeds the extension amount of the outer frame 11, but both end portions in the longitudinal direction of the head support member 14 are sandwiched by the outer frame 11. The rigidity of the outer frame 11 is set to be larger than the rigidity of the head support member 14. That is, when the temperature becomes higher than 45 ° C., compressive stress is generated in the head support member 14, and distortion of the head support member 14 is restricted by the outer frame 11.

また、図4に示すように、ヘッド支持部材14は、長手方向における両端部のみならず、長手方向における略中央部でも接着層15が設けられているので、従来技術で示したような現象(ヘッド支持部材14が弓なりになる現象)は生じない。また、ヘッド支持部材14の長手方向の両端部が外枠11によって抑えられているので、温度が上昇すると、長手方向に垂直な方向(図4中、矢印P2)にも歪みが発生する。したがって、ヘッド支持部材14と外枠11との間の隙間は、特に上下方向ではゆとりを見込む必要があるとともに、接着層15としては、柔軟性(ゴム弾性)を有することが好ましい。   Further, as shown in FIG. 4, the head support member 14 is provided with the adhesive layer 15 not only at both ends in the longitudinal direction but also at a substantially central portion in the longitudinal direction. The phenomenon that the head support member 14 becomes bowed does not occur. Further, since both ends in the longitudinal direction of the head support member 14 are suppressed by the outer frame 11, when the temperature rises, distortion also occurs in a direction perpendicular to the longitudinal direction (arrow P2 in FIG. 4). Therefore, the gap between the head support member 14 and the outer frame 11 needs to allow for a clearance especially in the vertical direction, and the adhesive layer 15 preferably has flexibility (rubber elasticity).

例えば、ポリウレタン樹脂系接着剤は、素材の組合せに応じて、柔軟性(ゴム弾性)を有するものとすることができる。また、エラストマー系接着剤は、硬化後にゴム弾性を保持するものをベースとしたものであるので、程度の差はあるものの、その硬化物は、ゴム弾性を有する。例えばシリコーン樹脂系では、主原料であるポリシロキサンにより、室温硬化系又は加熱硬化系のいずれであっても、その硬化物は、ゴム弾性を有する。   For example, the polyurethane resin adhesive may have flexibility (rubber elasticity) depending on the combination of materials. Further, since the elastomer-based adhesive is based on the one that retains rubber elasticity after curing, the cured product has rubber elasticity although there is a difference in degree. For example, in a silicone resin system, the cured product has rubber elasticity regardless of whether it is a room temperature curing system or a heat curing system, due to polysiloxane as a main raw material.

以上より、線膨張率の異なる複数種類の材料を用いてラインヘッド10を形成する場合に、温度変化による歪みを最小限に抑えることができる。
そして、ラインヘッド10は、インクジェットプリンタ本体に装着され、ラインヘッド10と記録媒体とが相対移動される。例えばラインヘッド10側がプリンタ本体に固定された状態で、記録媒体がラインヘッド10の長手方向に対して垂直な方向に移動される。
As described above, when the line head 10 is formed using a plurality of types of materials having different linear expansion coefficients, distortion due to temperature change can be minimized.
The line head 10 is mounted on the ink jet printer main body, and the line head 10 and the recording medium are relatively moved. For example, the recording medium is moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the line head 10 with the line head 10 side fixed to the printer body.

また、この相対移動時に、ラインヘッド10の各ヘッドチップ13から液滴が吐出される。すなわち、ヘッドチップ13上に設けられた発熱素子が加熱され、発熱素子上での気泡の発生・消滅による圧力変化によって、発熱素子上の液体に飛翔力が付与される。この飛翔力によって、液滴がノズル孔から吐出され、その液滴が記録媒体に着弾することで、画像が形成される。   Further, during this relative movement, droplets are ejected from each head chip 13 of the line head 10. That is, the heating element provided on the head chip 13 is heated, and a flying force is applied to the liquid on the heating element by a pressure change due to the generation and disappearance of bubbles on the heating element. With this flying force, droplets are ejected from the nozzle holes, and the droplets land on the recording medium, thereby forming an image.

このようなラインヘッド10の駆動によりラインヘッド10の温度が上昇するが、ラインヘッド10の温度変化が生じても(ラインヘッド10内部で熱応力が発生しても)、ヘッドチップ13と記録媒体との距離はほとんど変化しないので、高品位な印画を行うことができる。   Although the temperature of the line head 10 is increased by driving the line head 10 as described above, the head chip 13 and the recording medium can be used even if the temperature of the line head 10 changes (even if thermal stress is generated inside the line head 10). Since the distance between and is almost unchanged, high-quality printing can be performed.

(実施例)
続いて、本発明の実施例について説明する。本実施例のラインヘッド10は、4色(Y:黄色、M:マゼンタ、C:シアン、K:黒)のカラーラインヘッドとした。
先ず、外枠11は、セラミックス(粉体焼結セラミックス)で製作した。4色カラーラインヘッド用の外枠11であるので、平行に4つの溝(長円)が形成されたものとし、各溝の長径、短径及び厚みは、それぞれ227[mm]、6.0[mm]、5.0[mm]とした。
(Example)
Next, examples of the present invention will be described. The line head 10 of this example is a color line head of four colors (Y: yellow, M: magenta, C: cyan, K: black).
First, the outer frame 11 was made of ceramics (powder sintered ceramics). Since this is an outer frame 11 for a four-color color line head, it is assumed that four grooves (oval) are formed in parallel, and the major axis, minor axis, and thickness of each groove are 227 [mm] and 6.0, respectively. [Mm] and 5.0 [mm].

また、外枠11の両面には、160℃の温度環境下で、ニッケル電鋳薄膜(厚み13[μm])を貼付した。下面側がノズル板12であり、上面側は、張力のバランスを改善するための補強板である。外枠11の両面に張力をかけることで、外枠11の両面に働く応力差を少なくしている。
図5は、外枠11の1色分の長円を、下面から見たときのヘッドチップ13、及びノズル板12の位置関係を示す図である。
Further, a nickel electroformed thin film (thickness 13 [μm]) was pasted on both surfaces of the outer frame 11 under a temperature environment of 160 ° C. The lower surface side is the nozzle plate 12, and the upper surface side is a reinforcing plate for improving the balance of tension. By applying tension to both sides of the outer frame 11, the difference in stress acting on both sides of the outer frame 11 is reduced.
FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the head chip 13 and the nozzle plate 12 when the ellipse for one color of the outer frame 11 is viewed from the lower surface.

実施例では、各ヘッドチップ13のボンディング数が多く、一度に長いボンディング作業孔12bを設けると、160℃で貼り付けたノズル板12の歪みが大きくなるので、ボンディング端子にはパッド数の大きなものを設けているが、ヘッドチップ13については電極を2組に分け、それぞれに半分の長円で対応させて、ノズル板12上の歪み量が少なくなるようにした。   In the embodiment, since the bonding number of each head chip 13 is large and the long bonding work hole 12b is provided at a time, the distortion of the nozzle plate 12 attached at 160 ° C. increases, so that the bonding terminal has a large number of pads. However, for the head chip 13, the electrodes were divided into two groups, each corresponding to a half ellipse, so that the amount of distortion on the nozzle plate 12 was reduced.

また、ヘッドチップ13間には、上述したダミーチップDを配置するとともに、ヘッドチップ13と同一方法で接着した。ただし、ダミーチップDには、電気的な接続はない。また、ヘッドチップ13とダミーチップDとの隙間は、ノズル板12に接着した後に封止し、ヘッドチップ13とダミーチップDとで囲まれた領域外に液体が出ないようにしている。   In addition, the above-described dummy chip D was disposed between the head chips 13 and bonded in the same manner as the head chip 13. However, the dummy chip D has no electrical connection. Further, the gap between the head chip 13 and the dummy chip D is sealed after being bonded to the nozzle plate 12 so that the liquid does not come out of the area surrounded by the head chip 13 and the dummy chip D.

また、ヘッド支持部材14は、3種類を製作した。1つ目は、アルミニウムを母体とし、表面をポリイミド樹脂にて覆ったものである。2つ目は、液晶プラスチックを射出成型したものである。3つ目は、ステンレス鋼の平板(厚み0.3mm)を用いたものである。また、ヘッド支持部材14の両端部には、ボンディング端子を挿入できる隙間(10mm×0.9mm)を作るための溝を設けた。   Moreover, three types of head support members 14 were manufactured. The first one is made of aluminum as a base and the surface is covered with a polyimide resin. The second is an injection molded liquid crystal plastic. The third one uses a stainless steel flat plate (thickness 0.3 mm). Further, grooves for making a gap (10 mm × 0.9 mm) into which a bonding terminal can be inserted were provided at both ends of the head support member 14.

組立工程は、以下の通りである。
(1)160℃の温度環境下で、ノズル板12(及び、上述した補強板)を外枠11に接着する。
(2)あらかじめ写真製版で精度良くノズル板12上に形成されたノズル孔12aに合わせて、ヘッドチップ13を貼り付ける。
(3)ダミーチップDを、ヘッドチップ13の位置を参照しながら貼り付ける。
(4)ダミーチップDとヘッドチップ13との隙間を封止する。
The assembly process is as follows.
(1) The nozzle plate 12 (and the above-described reinforcing plate) is bonded to the outer frame 11 under a temperature environment of 160 ° C.
(2) The head chip 13 is pasted in accordance with the nozzle holes 12a formed on the nozzle plate 12 with high precision by photolithography in advance.
(3) The dummy chip D is pasted while referring to the position of the head chip 13.
(4) The gap between the dummy chip D and the head chip 13 is sealed.

(5)ヘッドチップ13及びダミーチップDの上面に接着剤を塗布し、外枠11に形成した溝の上からヘッド支持部材14を落とし込み、ヘッド支持部材14とヘッドチップ13とを接着する。
(6)ヘッド支持部材14の周囲の既定位置に接着剤を充填し、ヘッド支持部材14を固定治具で加圧して、規定時間放置する(接着剤の固定のため)。なお、この工程は、ラインヘッド10の平均動作温度である45℃の環境下の他、常温(25℃)でも試みた。
(5) An adhesive is applied to the upper surfaces of the head chip 13 and the dummy chip D, and the head support member 14 is dropped from above the groove formed in the outer frame 11 to bond the head support member 14 and the head chip 13 together.
(6) Fill a predetermined position around the head support member 14 with an adhesive, press the head support member 14 with a fixing jig, and leave it for a specified time (for fixing the adhesive). This process was attempted at room temperature (25 ° C.) as well as in an environment of 45 ° C., which is the average operating temperature of the line head 10.

(7)ヘッド支持部材14の接着固定が確認された後、固定治具を取り外し、プリント基板上にあらかじめ必要数のボンディング端子(実施例では1色当たり16個、4色で64個)が精密に配置された端子板を、ヘッド支持部材14上から挿入し、外枠11に接着剤で固定する。
(8)ワイヤーボンディングを行う。
(9)ボンディング作業孔12bを封止する。
(7) After confirming the adhesion and fixing of the head support member 14, the fixing jig is removed, and the required number of bonding terminals (16 in one embodiment, 64 in one color in the embodiment) are precisely placed on the printed circuit board in advance. The terminal board arranged in (1) is inserted from above the head support member 14 and fixed to the outer frame 11 with an adhesive.
(8) Perform wire bonding.
(9) The bonding work hole 12b is sealed.

以上の工程にて製作したラインヘッド10を用いて印画を行った。なお、ヘッド支持部材14には、アルミニウムとポリイミド樹脂とからなるものを用い、ヘッド支持部材14を常温(25℃)で接着したもの、及び平均動作温度(45℃)で接着したものとの双方で、室温35℃における印画を行った。その結果、いずれも従来より印画品位が良好となり、熱応力の影響を少なくできることが確認できた。   Printing was performed using the line head 10 manufactured in the above process. The head support member 14 is made of aluminum and polyimide resin. Both the head support member 14 bonded at normal temperature (25 ° C.) and the one bonded at average operating temperature (45 ° C.). Then, printing was performed at room temperature of 35 ° C. As a result, it was confirmed that the print quality was better than before and the influence of thermal stress could be reduced.

本実施形態のラインヘッドを示す図であり、(A)は組立前の分解平面図、(B)は組立前の側面図、(C)は組立後の側面の断面図である。It is a figure which shows the line head of this embodiment, (A) is an exploded plan view before an assembly, (B) is a side view before an assembly, (C) is sectional drawing of the side surface after an assembly. 歪み吸収板を設けたヘッド支持部材を示す図である。It is a figure which shows the head support member which provided the distortion absorption board. 温度変化を横軸にとり、歪み量を縦軸にとったときの関係をグラフにして示す図である。It is a figure which shows a relationship when a temperature change is taken on a horizontal axis | shaft and a distortion amount is taken on the vertical axis | shaft on a graph. ヘッド支持部材、外枠、及び接着層との位置関係を示す平面図である。It is a top view which shows the positional relationship with a head support member, an outer frame, and an adhesive layer. 外枠の1色分の長円を、下面から見たときのヘッドチップ、及びノズル板の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of a head chip and a nozzle plate when the ellipse for one color of an outer frame is seen from the lower surface. この種のラインヘッドを模式的に示す図である。It is a figure which shows this kind of line head typically. 流路板、ヘッドチップ、及びノズル板を詳細に示す断面図である。It is sectional drawing which shows a flow-path board, a head chip, and a nozzle plate in detail. ラインヘッドにおける熱応力及び歪みの発生を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining generation | occurrence | production of the thermal stress and distortion in a line head. 熱応力を受けたときのラインヘッドの液体吐出部を写真撮影した結果を示すものである。3 shows the result of taking a picture of the liquid ejection part of the line head when subjected to thermal stress.

符号の説明Explanation of symbols

10 ラインヘッド(液体吐出ヘッド)
11 外枠(第1支持体)
12 ノズル板
12a ノズル孔
13 ヘッドチップ
14 ヘッド支持部材(第2支持体)
14a 液体供給口
14b 液体供給路
14c 歪み吸収板
15 接着層
10 Line head (liquid discharge head)
11 Outer frame (first support)
12 Nozzle plate 12a Nozzle hole 13 Head chip 14 Head support member (second support)
14a Liquid supply port 14b Liquid supply path 14c Strain absorbing plate 15 Adhesive layer

Claims (15)

液滴を吐出するためのノズル孔を形成したノズル板と、
枠状に形成された第1支持体と、
複数の発熱素子が半導体基板上に配列されたヘッドチップと、
少なくとも一部が前記第1支持体の枠状の内周側領域内に配置された第2支持体と
を備え、
各前記発熱素子と各前記ノズル孔とがそれぞれ対向するように、複数の前記ヘッドチップを前記ノズル板上にライン状に接合した液体吐出ヘッドであって、
前記ヘッドチップの線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率とほぼ同一であり、
前記ノズル板の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、
前記第2支持体の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、
前記ノズル板は、前記第1支持体に接合されているとともに、前記第1支持体と前記第2支持体との接合面に熱応力が発生していない温度環境下では、前記ノズル板には前記第1支持体によって引張応力が生ずるようにし、
前記第2支持体は、その長手方向の両端部における外側側面の少なくとも一部が前記第1支持体の内周側面の少なくとも一部によって挟み込まれるように前記第1支持体と接合されており、
前記第2支持体が前記第1支持体に対して熱膨張したときは、前記第2支持体に圧縮応力が生ずるとともに前記第1支持体によって前記第2支持体の歪みが規制されるようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets;
A first support formed in a frame shape;
A head chip in which a plurality of heating elements are arranged on a semiconductor substrate;
And at least a part of the second support disposed in a frame-like inner peripheral region of the first support,
A liquid discharge head in which a plurality of the head chips are joined in a line on the nozzle plate such that each of the heating elements and each of the nozzle holes are opposed to each other,
The linear expansion coefficient of the head chip is substantially the same as the linear expansion coefficient of the first support.
The linear expansion coefficient of the nozzle plate is larger than the linear expansion coefficient of the first support,
The linear expansion coefficient of the second support is greater than the linear expansion coefficient of the first support,
The nozzle plate is bonded to the first support, and in a temperature environment in which no thermal stress is generated on the bonding surface between the first support and the second support, A tensile stress is generated by the first support;
The second support is joined to the first support so that at least a part of the outer side surface at both ends in the longitudinal direction is sandwiched by at least a part of the inner peripheral side of the first support,
When the second support is thermally expanded with respect to the first support, a compressive stress is generated in the second support, and distortion of the second support is regulated by the first support. A liquid discharge head characterized by that.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記液体吐出ヘッドの平均動作温度のときは、前記第2支持体の前記第1支持体との接合面には圧縮応力が生じないようにするとともに、前記ノズル板には前記第1支持体によって引張応力が生ずるようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
At the average operating temperature of the liquid discharge head, compressive stress is not generated on the joint surface between the second support and the first support, and the nozzle plate is supported by the first support. A liquid discharge head characterized in that tensile stress is generated.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記液体吐出ヘッドの平均動作温度である45±10℃の範囲内では、前記第2支持体の前記第1支持体との接合面には圧縮応力が生じないようにするとともに、前記ノズル板には前記第1支持体によって引張応力が生ずるようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
Within the range of 45 ± 10 ° C., which is the average operating temperature of the liquid discharge head, it is possible to prevent compressive stress from being generated on the joint surface of the second support with the first support, and to the nozzle plate. Is a liquid discharge head characterized in that a tensile stress is generated by the first support.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2支持体の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、かつ前記第1支持体の線膨張率の1.5倍以下である
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The liquid ejection head according to claim 1, wherein a linear expansion coefficient of the second support is larger than a linear expansion coefficient of the first support and is 1.5 times or less of a linear expansion coefficient of the first support.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第1支持体は、シリコン単結晶体又はシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有するセラミックスから形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The first support is formed of a ceramic having a linear expansion coefficient within a range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of a silicon single crystal or a silicon polycrystal. Liquid discharge head.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル板は、ニッケル又はポリイミドから形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The liquid ejection head, wherein the nozzle plate is made of nickel or polyimide.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2支持体は、シリコン単結晶体若しくはシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有するセラミックス、シリコン単結晶体若しくはシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有する高分子材料、インバー、チタン若しくはその合金、ニッケル鋼、ニッケルメッキ鋼、ステンレス鋼、又は窒化アルミニウムのうち、1又は2以上の材料の組合せから形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The second support is ceramic, silicon single crystal, or silicon polycrystal having a linear expansion coefficient within a range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of the silicon single crystal or silicon polycrystal. A polymer material having a linear expansion coefficient in the range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of the body, Invar, titanium or an alloy thereof, nickel steel, nickel-plated steel, stainless steel, or aluminum nitride Of these, a liquid ejection head is formed of a combination of one or two or more materials.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2支持体は、
一部が開口されることにより形成された液体供給口と、
前記液体供給口及び前記ヘッドチップの前記発熱素子上と連通する供給路とを備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The second support is
A liquid supply port formed by partly opening;
A liquid discharge head comprising: the liquid supply port; and a supply path communicating with the heating element of the head chip.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2支持体は、
一部が開口されることにより形成された液体供給口と、
前記液体供給口及び前記ヘッドチップの前記発熱素子上と連通する供給路とを備えるとともに、
シリコン単結晶体若しくはシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有するセラミックス、シリコン単結晶体若しくはシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有する高分子材料、インバー、チタン若しくはその合金、ニッケル鋼、ニッケルメッキ鋼、ステンレス鋼、又は窒化アルミニウムのうち、1又は2以上の材料の組合せにより形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The second support is
A liquid supply port formed by partly opening;
A liquid supply port and a supply path communicating with the heat generating element of the head chip;
With respect to the linear expansion coefficient of ceramics, silicon single crystal body or silicon polycrystal body having a linear expansion coefficient within the range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of silicon single crystal body or silicon polycrystal body One or more of polymer materials having a linear expansion coefficient in the range of 0.5 to 1.5 times, invar, titanium or an alloy thereof, nickel steel, nickel-plated steel, stainless steel, or aluminum nitride A liquid discharge head characterized by being formed of a combination of materials.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2支持体は、
一部が開口されることにより形成された液体供給口と、
前記液体供給口及び前記ヘッドチップの前記発熱素子上と連通する供給路とを備え、
シリコン単結晶体若しくはシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有するセラミックス、インバー、ニッケル鋼、ニッケルメッキ鋼、又はステンレス鋼により、前記液体供給口を含む部分が形成され、
シリコン単結晶体又はシリコン多結晶体の線膨張率に対して0.5〜1.5倍の範囲内の線膨張率を有する高分子材料により、前記供給路が形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The second support is
A liquid supply port formed by partly opening;
A supply path communicating with the liquid supply port and the heating element of the head chip;
With ceramics, invar, nickel steel, nickel-plated steel, or stainless steel having a linear expansion coefficient within a range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of silicon single crystal or silicon polycrystal, A portion including a liquid supply port is formed;
The supply path is formed of a polymer material having a linear expansion coefficient in a range of 0.5 to 1.5 times the linear expansion coefficient of a silicon single crystal or a silicon polycrystal. Liquid discharge head.
液滴を吐出するためのノズル孔を形成したノズル板と、
枠状に形成された第1支持体と、
複数の発熱素子が半導体基板上に配列されたヘッドチップと、
少なくとも一部が前記第1支持体の枠状の内周側領域内に配置された第2支持体と
を備え、
各前記発熱素子と各前記ノズル孔とがそれぞれ対向するように、複数の前記ヘッドチップを前記ノズル板上にライン状に接合した液体吐出ヘッドを備え、
前記ヘッドチップの線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率とほぼ同一であり、
前記ノズル板の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、
前記第2支持体の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、
前記ノズル板は、前記第1支持体に接合されているとともに、前記第1支持体と前記第2支持体との接合面に熱応力が発生していない温度環境下では、前記ノズル板には前記第1支持体によって引張応力が生ずるようにし、
前記第2支持体は、その長手方向の両端部における外側側面の少なくとも一部が前記第1支持体の内周側面の少なくとも一部によって挟み込まれるように前記第1支持体と接合されており、
前記第2支持体が前記第1支持体に対して熱膨張したときは、前記第2支持体に圧縮応力が生ずるとともに前記第1支持体によって前記第2支持体の歪みが規制されるようにした
ことを特徴とする液体吐出装置。
A nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets;
A first support formed in a frame shape;
A head chip in which a plurality of heating elements are arranged on a semiconductor substrate;
And at least a part of the second support disposed in a frame-like inner peripheral region of the first support,
A liquid ejection head in which a plurality of the head chips are joined in a line on the nozzle plate so that each of the heating elements and each of the nozzle holes face each other;
The linear expansion coefficient of the head chip is substantially the same as the linear expansion coefficient of the first support.
The linear expansion coefficient of the nozzle plate is larger than the linear expansion coefficient of the first support,
The linear expansion coefficient of the second support is greater than the linear expansion coefficient of the first support,
The nozzle plate is bonded to the first support, and in a temperature environment in which no thermal stress is generated on the bonding surface between the first support and the second support, A tensile stress is generated by the first support;
The second support is joined to the first support so that at least a part of the outer side surface at both ends in the longitudinal direction is sandwiched by at least a part of the inner peripheral side of the first support,
When the second support is thermally expanded with respect to the first support, a compressive stress is generated in the second support, and distortion of the second support is regulated by the first support. A liquid ejection device characterized by that.
液滴を吐出するためのノズル孔を形成したノズル板と、
枠状に形成された第1支持体と、
複数の発熱素子が半導体基板上に配列されたヘッドチップと、
少なくとも一部が前記第1支持体の枠状の内周側領域内に配置された第2支持体と
を備え、
前記ヘッドチップの線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率とほぼ同一であり、
前記ノズル板の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きく、
前記第2支持体の線膨張率は、前記第1支持体の線膨張率より大きい
液体吐出ヘッドの製造方法であって、
温度T1の環境下で、前記ノズル板を前記第1支持体に接合する第1工程と、
前記温度T1より低い温度T2の環境下で、複数の前記ヘッドチップを、各前記発熱素子と各前記ノズル孔とがそれぞれ対向するように前記ノズル板に接合する第2工程と、
前記温度T2より低い温度T3の環境下で、前記第2支持体を、その長手方向の両端部における外側側面の少なくとも一部が前記第1支持体の内周側面の少なくとも一部によって挟み込まれるように前記第1支持体と接合する第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。
A nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets;
A first support formed in a frame shape;
A head chip in which a plurality of heating elements are arranged on a semiconductor substrate;
And at least a part of the second support disposed in a frame-like inner peripheral region of the first support,
The linear expansion coefficient of the head chip is substantially the same as the linear expansion coefficient of the first support.
The linear expansion coefficient of the nozzle plate is larger than the linear expansion coefficient of the first support,
The linear expansion coefficient of the second support is larger than the linear expansion coefficient of the first support.
A first step of joining the nozzle plate to the first support under an environment of temperature T1;
A second step of joining a plurality of the head chips to the nozzle plate such that each of the heating elements and each of the nozzle holes face each other under an environment of a temperature T2 lower than the temperature T1;
In an environment of temperature T3 lower than the temperature T2, the second support is sandwiched between at least a part of the outer side surfaces at both ends in the longitudinal direction by at least a part of the inner peripheral side surface of the first support. And a third step of bonding to the first support.
請求項12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、前記温度T3の環境下で、接着剤を用いて前記第2支持体を前記第1支持体に接着するとともに、前記接着剤の固化を完了させる
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
In the manufacturing method of the liquid discharge head according to claim 12 ,
In the third step, the second support is bonded to the first support using an adhesive in the environment of the temperature T3, and solidification of the adhesive is completed. Manufacturing method of the head.
請求項12に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記第3工程の前記温度T3は、前記液体吐出ヘッドの平均動作温度である
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
In the manufacturing method of the liquid discharge head according to claim 12 ,
The temperature T3 in the third step is an average operating temperature of the liquid discharge head. A method of manufacturing a liquid discharge head, wherein:
請求項12に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記第3工程の前記温度T3は、前記液体吐出ヘッドの平均動作温度である45±10℃の範囲内である
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
In the manufacturing method of the liquid discharge head according to claim 12 ,
The method for manufacturing a liquid discharge head, wherein the temperature T3 in the third step is within a range of 45 ± 10 ° C. which is an average operating temperature of the liquid discharge head.
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