(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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及び上記フレーム部材と上記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、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせた
ことを特徴とするプリントヘッド。
【請求項２】
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
ことを特徴とするプリントヘッドの製造方法。
【請求項３】
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
ことを特徴とする請求項２に記載のプリントヘッドの製造方法。
【請求項４】
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
ことを特徴とする請求項２に記載のプリントヘッドの製造方法。
【請求項５】
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、
上記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、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
ことを特徴とするプリントヘッド。
【請求項６】
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、
上記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
ことを特徴とするプリントヘッドの制御方法。
【請求項７】
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
ことを特徴とする請求項６に記載のプリントヘッドの制御方法。
【請求項８】
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の製造方法であって、
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、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及び上記フレーム部材と上記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、上記基板部材と上記ノズル形成部材を貼り合わせる
ことを特徴とするプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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（Ａ１２Ｏ３）、ムライト、窒化アルミ、炭化珪素等を、ガラス系では、石英（ＳｉＯ２）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
Ｌ1＝Ｌ2（α2△Ｔ＋１）／（α1△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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003608484.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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