(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともインク加圧室と発熱抵抗体とインク吐出ノズルを含むプリントヘッドにおいて、
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たノズル形成部材と、
上記ノズル形成部材を支持したヘッドフレームとを備え、
上記ヘッドフレームの線膨張係数と上記基板部材の線膨張係数をほぼ同じにすると共に、上記ノズル形成部材の線膨張係数を上記ヘッドフレームの線膨張係数より大きくし、
上記ヘッドフレームを上記ノズル形成部材に使用温度より高い第１温度で貼り付けた後、第１温度より低いが使用温度よりは高い第２温度で上記基板部材を上記インク加圧室に上記インク吐出ノズルが各別に対応するように上記ノズル形成部材に貼り付け、
上記ノズル形成部材は１つの共通のもので、ヘッドチップを印刷媒体の送り方向に対して直交する方向に複数配列し、
ここで、
上記ヘッドフレームには、上記ヘッドチップを各別に囲うヘッドチップ配置孔が形成された
ことを特徴とするプリントヘッド。
【請求項２】
上記ヘッドチップを、その長さ方向の端部同士がオーバーラップするように互い違いに配し、かつ、互いのインク加圧室のインク流入口が向き合うように配置した
ことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
上記ヘッドフレームのヘッドチップが設けられた面と反対側の面を覆い、各ヘッドチップにインクを供給するための流路板を備え、
該流路板には上記ヘッドフレームのヘッドチップ配置孔に嵌合するチャンバー形成部が形成され、該チャンバー形成部の縁部に形成された切欠凹部内に上記ヘッドチップが配置された
ことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
１乃至複数個の基板部材から成る基板部材群を複数有し、
上記各群はそれぞれ異なる色のインクを吐出するようにされ、
上記複数の群を構成する複数の基板部材が１のノズル形成部材に結合された
ことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
プリントヘッドがラインヘッドである
ことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
ノズル形成部材がニッケル又はニッケルを含む材料で形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
【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に関する。詳しくは、発熱抵抗体を備えるインク加圧室と該インク加圧室に対応したインク吐出ノズルとの間の位置ずれを可能な限り小さくする技術に関する。
【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１５及び図１６に示すような構造を有している。
【０００４】
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、ニッケル又はニッケルを含む材料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】
また、このようなプリンタヘッドａは、一般的にシリアルヘッドに用いられており、１つの基板部材に複数のインク加圧室と発熱抵抗体を備え、これを１つのノズル形成部材に貼り付け、１つの独立したヘッドチップを形成する。
【００１０】
そして、かかるヘッドチップを印刷媒体の送り方向に対して直交する方向に複数配列してプリンタヘッドを構成する。
【００１１】
しかして、かかるプリンタヘッドａで印字のときは、プリンタヘッドを印刷媒体の送り方向に対して直交する方向に移動させて、印刷媒体に対する行方向の印字印刷を行い、次に印刷媒体を送って次の行を印字印刷するようになっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した形態のプリントヘッドａにおいて、発熱抵抗体ｃ（インク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとの間の位置関係はインク滴の吐出特性に影響があり、両者の位置ズレが大きくなると、吐出速度の低下や吐出方向の乱れ等の原因となり、場合によっては、吐出不能となることもある。従って、発熱抵抗体ｃ（インク加圧室ｂ）とインク吐出ノズルｈとの間の位置ズレは印画品位の低下につながるため、大きな問題である。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
すなわち、図１７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（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（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（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１７（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１７（ｃ）参照）インクの吐出が不能になってしまう。
【００１７】
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（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（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。
【００１８】
また、従来のプリンタヘッドにあっては、ヘッドチップを複数備えるが、各ヘッドチップは独立のものであり、すなわち、インク流路、ノズル形成部材を各別に備えるものであるため、各ヘッドチップへのインクの供給路が複雑となり、プリンタヘッドとしての構造そのものが複雑になっていた。
【００１９】
さらに、１つのノズル形成部材に１つのヘッドチップが構成されるため、各ヘッドチップの寸法誤差、或いは配列するときの位置ずれなど生じ、印刷特性が悪化するという問題もあった。
【００２０】
印刷特性の悪化には別の理由としてヘッドチップの短尺化がある。
【００２１】
すなわち、ヘッドチップは半導体基板に発熱抵抗体を析出形成して製造するため、ウェハーが円形であり、長尺物の基板部材を形成しにくい。また、より長尺物にしようとすると、歩留まりが悪化してしまい、製造コストが高価になってしまう。そのため、基板部材は短尺物にならざるを得なくなるのであるが、このように小さくなった基板部材に発熱抵抗体を析出させたとき、各基板部材ごとで発熱抵抗体の大きさ、厚みなどに不均一が生じてしまう。
【００２２】
この結果として、複数のヘッドチップを配列したときに、ヘッドチップごとの吐出特性、具体的には、ヘッドチップごとのインク吐出ノズルから吐出されるインク滴の量が異なってしまうことがある。
【００２３】
このような、ヘッドチップを単に一方向に配列したのでは、一のヘッドチップとこれに隣接するヘッドチップとの間で、印字状態が異なってしまい、印刷斑となって現出してしまうという問題があった。
【００２４】
そこで、本発明は、発熱抵抗体を備えるインク加圧室と該インク加圧室に対応したインク吐出ノズルとの間の位置ズレを可能な限り小さくするとともに、プリンタヘッドとして剛性を高くすることを課題とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明プリントヘッドは、上記した課題を解決するために、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たノズル形成部材と、上記ノズル形成部材を支持したヘッドフレームとを備え、上記ヘッドフレームの線膨張係数と上記基板部材の線膨張係数をほぼ同じにすると共に、上記ノズル形成部材の線膨張係数を上記ヘッドフレームの線膨張係数より大きくし、上記ヘッドフレームを上記ノズル形成部材に使用温度より高い第１温度で貼り付けた後、第１温度より低いが使用温度よりは高い第２温度で上記基板部材を上記インク加圧室に上記インク吐出ノズルが各別に対応するように上記ノズル形成部材に貼り付け、上記ノズル形成部材は１つの共通のもので、ヘッドチップを印刷媒体の送り方向に対して直交する方向に複数配列し、ここで、上記ヘッドフレームには、上記ヘッドチップを各別に囲うヘッドチップ配置孔が形成されたものである。
【００２６】
従って、本発明プリントヘッドにあっては、ノズル形成部材がヘッドフレームに支持されているので、ノズル形成部材に形成されたインク吐出ノズルの形成間隔はヘッドフレームの伸縮に倣うことになり、ヘッドフレームの線膨張係数を基板部材の線膨張係数により近いものにすることによって発熱抵抗体及びインク加圧室とインク吐出ノズルとの間の位置ズレを無くすか又はあっても極力小さくすることができるとともに、このようなヘッドフレームに形成するヘッドチップ配置孔をヘッドチップと１対１で対応するように複数形成したので、ヘッドチップの配列方向、すなわち、長手方向において脆弱になることはなく、剛性の高いプリンタヘッドを提供することができる。しかも、ヘッドフレームの線膨張係数と基板部材の線膨張係数をほぼ同じにすると共に、ノズル形成部材の線膨張係数をヘッドフレームの線膨張係数より大きくし、先ず、使用温度より高い第１温度でヘッドフレームとノズル形成部材とを貼り合わせることにより、この貼り合わせ温度（第１温度）より低い温度では、ノズル形成部材の方がヘッドフレームより大きく収縮しようとするため、ノズル形成部材は緊張した状態にあり、その結果、ノズル形成部材に形成されたインク吐出ノズルの間隔、すなわち、ノズル間間隔はヘッドフレームの線膨張係数に従って推移することになる。従って、発熱抵抗体（インク加圧室）とインク吐出ノズルとの間の位置ズレが生じ難くなる。そのため、特に、ラインヘッドなどに好適である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明プリントヘッドの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２８】
なお、図示したプリントヘッド１はフルカラーのバブルインクジェットプリンタ用のプリントヘッドである。
【００２９】
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はニッケル又はニッケルを含む材料で、例えば、電鋳技術によって形成され、例えば、厚さ１５μｍ〜２０μｍのシート上に形成され、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、図６参照）。このように、ノズル形成部材２をニッケル又はニッケルを含む材料により形成することにより、比較的安価にかつノズルの位置精度を良好に形成することができる。
【００３０】
上記ノズル形成部材２はヘッドフレーム４に貼り付けられている。ヘッドフレーム４は長孔状をしたヘッドチップ配置孔５、５、・・・が多数形成されて成るものであり、ヘッドチップ配置孔５、５、・・・は長辺方向に千鳥状に配列された１列を１グループとして、短辺方向に４つのグループのヘッドチップ配置孔５、５、・・・が設けられており、４つのグループは各色に対応されている。
【００３１】
また、ヘッドチップ配置孔５、５、・・・は後述するヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・に各別に対応しており、各ヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・が配置されるようになっている（図２参照）。
【００３２】
また、これら１つのグループのヘッドチップ配置孔５、５、・・・は、その両端間の長さが、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となっている。
【００３３】
かかるヘッドフレーム４は後述する基板部材の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（Ａｌ2Ｏ3）、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によって為される。
【００３５】
上記ノズル形成部材２に多数の基板部材６、６、・・・が貼り合わせられて、各基板部材６ごとにヘッドチップＨＴが構成され、よって、１つのノズル形成部材２に対して複数のヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・が設けられていることになる（図２参照）。
【００３６】
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６参照）。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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１４のグラフ図によって説明する。
【００４０】
図１４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、グラフ線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、グラフ線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。
【００４１】
そして、上記グラフ線Ａ及びＢは、それぞれ、ノズル形成部材２の線膨張率をα1、半導体基板７の線膨張率を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。
【００４２】
そこで、グラフ線Ａとグラフ線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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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１４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。
【００４６】
ところで、製造上のばらつきで、室温（Ｒ．Ｔ．）でのノズル間間隔がＬ1に対して短すぎたり、長すぎたりすることがある。かかる場合には、ヘッドフレーム４とノズル形成部材２との貼り合わせ温度を変えることによって調整することができる。
【００４７】
例えば、Ｌ1より短いＬ02であった場合は、設計上の貼り合わせ温度であるＴ1より高い温度であるＴ02で貼り合わせれば良く、また、Ｌ1より長いＬ03であった場合は、設計上の貼り合わせ温度であるＴ1より低い温度であるＴ03で貼り合わせるようにすればよい。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
上記したヘッドフレーム４と、ノズル形成部材２と、基板部材６、６、・・・とが結合されたヘッド組立体１１に流路板１２、１２、・・・が取り付けられる（図１参照）。
【００５１】
流路板１２、１２、・・・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。
【００５２】
流路板１２は、図６に示すように、ヘッドフレーム４の１つのグループのヘッドチップ配置孔５、５、・・・を含む平面形状よりやや大きく形成された板部材状の主部１３と該主部１３の一方の面から突出され、上記各ヘッドチップ配置孔５、５、・・・内に嵌合される各別のチャンバー形成部１４、１４、・・・とが一体に形成されて成る。尚、図６は図３に示す２組のヘッドチップ配置孔５をＶＩ−ＶＩ線で切った断面図を示す。
【００５３】
図６に示すように、チャンバー形成部１４は上記ヘッドフレーム４のヘッドチップ配置孔５にほぼぴったり嵌合される大きさをしているとともに、ヘッドチップ配置孔５に嵌合されたときにその一方の長辺に沿ってヘッド配置孔５との間に間隙が形成されるように凹み部１５が形成されている。この凹み部１５が、後述するインク流路１９を構成することになる。
【００５４】
また、チャンバー形成部１４、１４、・・・の先端面には上記凹み部１５、１５、・・・と連通する切欠凹部１６、１６、・・・が形成されており、各切欠凹部１６の大きさは上記基板部材６がほぼぴったり収まる大きさに形成されている。
【００５５】
具体的には、上記切欠凹部１６、１６、・・・は上記各凹み部１５、１５、・・・１５を挟んで、向かい合わせにその配列方向において互い違いにずれて、かつ、配列方向における端部がオーバーラップするように形成されている。
【００５６】
また、流路板１２の主部１３の内部中央には、その長手方向に延びるインク供給路１７が形成されており、該インク供給路１７はチャンバー形成部１４、１４、・・・の各凹み部１５、１５、・・・に連通されている。
【００５７】
流路板１２の主部１３のチャンバー形成部１４、１４、・・・が形成されている面と反対側の面からはインク供給管１８が突設されており、該インク供給管１８は上記インク供給路１７と連通している（図１、図２、図６参照）。
【００５８】
上記した流路板１２、１２、・・・はチャンバー形成部１４、１４、・・・がヘッドフレーム４のヘッドチップ配置孔５、５、・・・内に嵌合され、また、各主部１３、１３、・・・がヘッドフレーム４に接触した状態で、ヘッドフレーム４に接着固定される。この様子を図７、図８に示す。図７は図３のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図、図８は図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図であり、図８に示す位置で主部１３はヘッドフレーム４と接触する。
【００５９】
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１２、１２、・・・のチャンバー形成部１４、１４、・・・に形成された上記切欠凹部１６、１６、・・・内に各別に位置されると共にチャンバー形成部１４、１４、・・・に接着される（図３、図６参照）。
【００６０】
上記したように、流路板１２、１２、・・・がヘッド組立体１１に結合されることによって、流路板１２、１２、・・・のチャンバー形成部１４、１４、・・・とノズル形成部材２とによって囲まれた閉空間（インク供給路１７、凹み部１５、１５、・・・、インク加圧室９、９、・・・）が形成され、該閉空間はインク供給管１８、１８、・・・のみを通して外部と連通されることになり、この閉空間がインク供給管１８から供給されるインクを各インク加圧室９、９、・・・に送り込むためのインク流路１９として機能する。
【００６１】
そして、各ヘッドチップＨＴに対しては各別のインク流路１９を有するが、これら各インク流路１９、１９、・・・に対しては１つの共通のインク供給路１７が構成され、ヘッドチップＨＴごとに各別にインク供給路１７を構成するものに比べ、構造を簡単にすることができる（図６、図７、図８参照）。
【００６２】
尚、この様子を図４、図５に示す。図５は、図６中Ｖ−Ｖ断面図である。図５に示すようにヘッドチップ配置孔５は、インク供給路１７の両側に配置されている。図４は、図６中ＩＶ−ＩＶ断面図であり、これにより、インク流路１９が各ヘッドチップ配置孔５に応じて設けられていることが分かる。
【００６３】
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２０、２０、・・・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２０、２０、・・・の接続片２０ａ、２０ａ、・・・がヘッドフレーム４と流路板１２、１２、・・・との間に出来た隙間２１、２１、・・・（図３、図６参照）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。
【００６４】
上記流路板１２、１２、・・・に設けられたインク供給管１８、１８、・・・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の各インク供給路１７、１７、・・・、各インク流路１９、１９、・・・及びインク加圧室９、９、・・・にインクが満たされる。
【００６５】
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１９、１９、・・・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。
【００６６】
上記したプリントヘッド１の製造プロセスを、図９乃至図１３によって、簡単に説明する。
【００６７】
ノズル形成部材２を電鋳技術によって形成し、これを平坦な面を有する支持治具２２の上に載置する（図９参照）。ノズル形成部材２を支持治具２２の上に載置するのは、ノズル形成部材２は極めて薄く形成されていて、それ自体では形状保持が出来ないからである。
【００６８】
次いで、１５０℃の温度環境下で熱硬化型シート接着剤、例えば、エポキシ系のシート接着剤を使用して支持治具２２上に載置されているノズル形成部材２にヘッドフレーム４を貼り付ける（図１０参照）。なお、図１０において、ノズル形成部材２及びヘッドフレーム４について破線で示した部分２′及び４′はそれぞれ１５０℃に加熱したことによって伸びた分を概念的に示すものである。
【００６９】
次いで、支持治具２２が取り除かれ、基板部材６、６、・・・が１０５℃の温度環境下でノズル形成部材２に貼り合わせられて、ヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・が構成される（図１１参照）。なお、図１１は工程を概念的に示すものであるので、基板部材６を各色６個づつしか示していない。
【００７０】
以上のようにして、ヘッド組立体１１が形成される（図１２参照）のでそこで、別の工程で組み立てられていた流路板組立体２３がヘッド組立体１１に結合される（図１３参照）。なお、流路板組立体２３は上記した流路板１２が４個一体的に結合されたもので、図示しない結合部材によって組み立てられる。
【００７１】
上記したプリントヘッド１にあっては、予め、基板部材６の基材となる半導体基板７、例えば、シリコン基板の線膨張係数にほぼ等しい線膨張係数を有する材料で形成されたヘッドフレーム４をノズル形成部材２と高温で貼り合わせておき、それから、ヘッドフレーム４とノズル形成部材２との貼り合わせ温度より低い温度で基板部材６、６、・・・をノズル形成部材２に貼り合わせるので、ノズル形成部材２に形成されたインク吐出ノズル３、３、・・・の形成間隔と、基板部材６、６、・・・の発熱抵抗体８、８、・・・の形成間隔とをノズル形成部材２とヘッドフレーム４との貼り合わせ温度より低い温度環境下では常に一致させることが出来るので、インクの吐出性能の良いプリントヘッドを得ることができる。従って、基板部材６が大型化して基板部材１個あたりの発熱抵抗体８、８、・・・の数、従って、基板部材１個に対応するインク吐出ノズル３、３、・・・の数が増えても、インク吐出ノズル３、３、・・・と発熱抵抗体８、８、・・・との間の位置ズレが起こり難い。従って、プリントヘッドの大型化をし易くなり、特にラインプリンタ用のプリントヘッドのようにスパンの長いプリントヘッドの形成に好適である。
【００７２】
ヘッドフレーム４は、長手方向に複数のヘッドチップ配置孔５、５、・・・が形成されているため、長手方向における剛性が高く、このようなヘッドフレーム４にノズル形成部材２と貼り合わせることによって、ノズル形成部材２に大きな剛性を付与することが出来、上記実施の形態に示したように、４色用のプリントヘッドを一体化させてラインプリンタ用のプリントヘッドを形成することが可能になる。
【００７３】
さらに、上記したプリントヘッドにあっては、ヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・をいわゆる千鳥状に配列したので、ヘッドチップＨＴとヘッドチップＨＴとの間に印刷特性の差があったとしても、両者間の間に印刷斑が目立ちにくくすることができ、また、１つのノズル形成部材に複数のヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・を構成したので、インク吐出ノズル位置精度を高めることができ、これによっても、印刷特性を良好にすることができる。
【００７４】
このようなプリントヘッドは、印刷媒体の送り方向に対して直交する方向に長いプリントヘッド、特に、ラインヘッドに好適であり、これにより、印刷速度の高速化を図ることができる。
【００７５】
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色一体型に限るものではなく、一色一色独立したプリントヘッドに構成してもかまわないものである。
【００７６】
また、上記した実施の形態に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。
【００７７】
【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、少なくともインク加圧室と発熱抵抗体とインク吐出ノズルを含むプリントヘッドにおいて、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たノズル形成部材と、上記ノズル形成部材を支持したヘッドフレームとを備え、上記ヘッドフレームの線膨張係数と上記基板部材の線膨張係数をほぼ同じにすると共に、上記ノズル形成部材の線膨張係数を上記ヘッドフレームの線膨張係数より大きくし、上記ヘッドフレームを上記ノズル形成部材に使用温度より高い第１温度で貼り付けた後、第１温度より低いが使用温度よりは高い第２温度で上記基板部材を上記インク加圧室に上記インク吐出ノズルが各別に対応するように上記ノズル形成部材に貼り付け、上記ノズル形成部材は１つの共通のもので、ヘッドチップを印刷媒体の送り方向に対して直交する方向に複数配列し、ここで、上記ヘッドフレームには、上記ヘッドチップを各別に囲うヘッドチップ配置孔が形成されたことを特徴とする。
【００７８】
従って、本発明プリントヘッドにあっては、ノズル形成部材がヘッドフレームに支持されているので、ノズル形成部材に形成されたインク吐出ノズルの形成間隔はヘッドフレームの伸縮に倣うことになり、ヘッドフレームの線膨張係数を基板部材の線膨張係数により近いものにすることによって発熱抵抗体及びインク加圧室とインク吐出ノズルとの間の位置ズレを無くすか又はあっても極力小さくすることができるとともに、このようなヘッドフレームに形成するヘッドチップ配置孔をヘッドチップと１対１で対応するように複数形成したので、ヘッドチップの配列方向、すなわち、長手方向において脆弱になることはなく、剛性の高いプリンタヘッドを提供することができる。しかも、ヘッドフレームの線膨張係数と基板部材の線膨張係数をほぼ同じにすると共に、ノズル形成部材の線膨張係数をヘッドフレームの線膨張係数より大きくし、先ず、使用温度より高い第１温度でヘッドフレームとノズル形成部材とを貼り合わせることにより、この貼り合わせ温度（第１温度）より低い温度では、ノズル形成部材の方がヘッドフレームより大きく収縮しようとするため、ノズル形成部材は緊張した状態にあり、その結果、ノズル形成部材に形成されたインク吐出ノズルの間隔、すなわち、ノズル間間隔はヘッドフレームの線膨張係数に従って推移することになる。従って、発熱抵抗体（インク加圧室）とインク吐出ノズルとの間の位置ズレが生じ難くなる。そのため、特に、ラインヘッドなどに好適である。
【００７９】
請求項２に記載された発明にあっては、上記ヘッドチップを、その長さ方向の端部同士がオーバーラップするように互い違いに配し、かつ、互いのインク加圧室のインク流入口が向き合うように配置したので、印刷斑を目立たなくすることができ、印刷特性を向上させることができる。
【００８０】
請求項３に記載された発明にあっては、上記ヘッドフレームのヘッドチップが設けられた面と反対側の面を覆い、各ヘッドチップにインクを供給するための流路板を備え、該流路板には上記ヘッドフレームのヘッドチップ配置孔に嵌合するチャンバー形成部を形成して、該チャンバー形成部の縁部に形成した切欠凹部内に上記ヘッドチップを配置したので、各基板部材の位置精度を高めることができ、印刷特性の向上に寄与する。
【００８１】
請求項４に記載された発明にあっては、上記ヘッドフレームと基板部材とはほぼ同じ線膨張係数を有するので、かかるヘッドフレームに貼り合わせられている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よる変化はインク吐出ノズルがあたかも基板部材に形成されているかのように推移するので、発熱抵抗体及びインク加圧室とインク吐出ノズルとの間の位置ズレをほとんど無くすことが出来る。
【００８２】
請求項５に記載した発明にあっては、ノズル形成部材の線膨張係数はヘッドフレームの線膨張係数より大きいので、ヘッドフレームとノズル形成部材との貼り合わせ温度以下の温度環境下ではノズル形成部材は常時張力を受けることになり、ノズル形成部材に皺が生じることがない。
【００８３】
請求項６に記載した発明にあっては、１乃至複数個の基板部材から成る基板部材群を複数有し、上記各群はそれぞれ異なる色のインクを吐出するようにされ、上記複数の群を構成する複数の基板部材が１のノズル形成部材に結合されたものであるので、異なる色同士のインク吐出ノズル相互間の位置精度を極めて高くすることが出来、高精細のカラー印刷が可能になる。
【００８４】
請求項７に記載した発明にあっては、プリントヘッドをラインヘッドにしたので、印刷速度の高速化を図ることができる。
【００８５】
請求項８に記載した発明にあっては、ノズル形成部材をニッケルで形成したので、比較的安価にかつノズルの位置精度を良好に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図１４と共に本発明プリントヘッドの実施の形態を示すものであり、本図は斜視図である。
【図２】分解斜視図である。
【図３】図４乃至図８とともに要部を拡大して示すもので、本図は図６のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図６のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図６のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図１０乃至図１４と共にプリントヘッドの製造方法を示す斜視図であり、本図はノズル形成部材を支持治具の上に載置した状態を示すものである。
【図１０】ヘッドフレームとノズル形成部材との結合工程を示すものである。
【図１１】ノズル形成部材に基板部材を結合する工程を示すものである。
【図１２】ヘッドフレーム、ノズル形成部材、基板部材が組み立てられたヘッド組立体を示すものである。
【図１３】ヘッド組立体に流路部材を結合する工程を示すものである。
【図１４】ヘッドフレームとノズル形成部材との貼付温度及び基板部材のノズル形成部材への貼付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伸縮グラフ線及び基板部材の発熱抵抗体の形成間隔の伸縮グラフ線と共に示すグラフ図である。
【図１５】図１６及び図１７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１６】分解斜視図である。
【図１７】問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１…プリントヘッド、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、５…ヘッドチップ配置孔、ＨＴ…ヘッドチップ、６…基板部材、８…発熱抵抗体、９…インク加圧室、９ａ…インク流入口、１２…流路板、１４…チャンバー形成部、１６…切欠凹部
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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