(57)【要約】【課題】ヘッドチップとノズルシートとの位置精度を高精度にし、かつ、製造コストを高くすることなく、ラインヘッドにも用いることができるヘッドを形成する。【解決手段】発熱抵抗体２２を配列したヘッドチップ２０と、ノズル１３ａを形成したノズルシート１３と、インク液室１４を形成するためのバリア層１２とを備え、ヘッドチップ２０とノズルシート１３との間に、バリア層１２の厚さ以下の径の粒子からなる粒子スペーサー１７を配置した。【選択図】図２
2005138523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と
を備え、
前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールであって、
前記ヘッドチップと前記ノズルシートとの間に、前記液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーを配置した
ことを特徴とするヘッドモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
前記スペーサーは、前記ヘッドチップの両端部に配置されている
ことを特徴とするヘッドモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
前記スペーサーは、球状のプラスチック粒子からなる
ことを特徴とするヘッドモジュール。
【請求項４】
複数のヘッドモジュールと、
直列に配置された複数の前記ヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームと
を備えるとともに、
前記ヘッドモジュールは、
複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
を備え、
前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ヘッドチップ配置孔内に前記ヘッドチップが配置されたときに、前記ヘッドチップと前記ノズルシートとの間に、前記液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーが配置されており、
前記モジュールフレームは、他の前記モジュールフレームが前記ノズルの配列方向において直列に配置されるときに互いに係合するための係合部を備え、
複数の前記ヘッドモジュールの各前記係合部同士が係合して複数の前記ヘッドモジュールが直列に配置された状態で、前記ヘッドフレームの前記ヘッドモジュール配置孔内に配置されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
を備えるとともに、
前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出装置であって、
前記ヘッドチップ配置孔内に前記ヘッドチップが配置されたときに、前記ヘッドチップと前記ノズルシートとの間に、前記液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーが配置されているヘッドモジュールを、複数直列に配置した液体吐出ヘッドを備える
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と
を備え、
前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールの製造方法であって、
前記ヘッドチップ又は前記ノズルシートの少なくとも一方側に、前記液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーを配置する第１工程と、
前記ヘッドチップと前記ノズルシートとを、前記液室形成部材を介して熱圧着する第２工程と
を含むことを特徴とするヘッドモジュールの製造方法。
【請求項７】
複数のヘッドモジュールと、
直列に配置された複数の前記ヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームと
を備えるとともに、
前記ヘッドモジュールは、
複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと
を備え、
前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ヘッドチップ又は前記ノズルシートの少なくとも一方側に、前記液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーを配置する第１工程と、
前記ヘッドチップと前記ノズルシートとを、前記液室形成部材を介して熱圧着する第２工程と
を含む工程により前記ヘッドモジュールを形成するとともに、
形成された前記ヘッドモジュールを直列に複数配置した状態で、その複数の前記ヘッドモジュールを前記ヘッドフレームの前記ヘッドモジュール配置孔内に配置し、各前記モジュールフレームと前記ヘッドフレームとを貼り合わせる第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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置において、液体を吐出するためのヘッドとして用いられるヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、及びこれらの製造方法と、液体吐出装置に関する。詳しくは、ヘッドモジュールを構成するヘッドチップとノズルシートとの間隔を簡単に一定にできるようにすることで、安価かつ高精度なヘッドモジュール及び液体吐出ヘッドを形成する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られており、インクジェットプリンタのプリンタヘッドは、そのほとんどがシリアルヘッドである。
シリアルヘッドの製造方法としては、エネルギー発生素子を配列したヘッドチップに液室形成部材を積層し、この液室形成部材にノズルを形成したノズルシートを接合してプリンタヘッドとする方法や、金属板やガラス板からなる基板上に、切削又はエッチング等により微細な溝を形成してインクの流路とし、流路が形成された基板と流路の蓋となる天板とを接合してプリンタヘッドとする方法が知られている。
【０００３】
ここで、ノズルシート等の接合方法としては、接着剤を用いる方法が一般的なものである。そして、両者の接合の際には、精度良く正確に接着することが要求される。
そのため、例えば特許文献１では、複数のピエゾ素子（エネルギー発生素子）を切削にて形成できる圧電板を、切削力に対して無伸縮の粘着テープを介して仮貼りして切削し、振動板に接着する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２６７７６５号公報
【０００４】
また、例えば特許文献２では、接着剤の塗布膜厚の管理が難しく、接合不良を生じるおそれがあることから、ガラス繊維からなる補強材を含んだエポキシ系樹脂のフィルム状接着剤を使用する技術が開示されている。
【特許文献２】特開平１１−１０８７３号公報
【０００５】
さらに、プリンタヘッドのインク吐出性能は、エネルギー発生素子とノズルシートとの距離に影響される。そのため、接着層の厚さを管理することも、プリンタヘッドを高精度なものとするための重要な要素の１つである。そこで、例えば特許文献３では、天板の一部に基板との接合面と同一面を有する突出部を設け、突き当て部を突出部に当接させることにより、接着層の厚さにばらつきがあっても、天板と基板との位置関係を常に一定に保つことができるようにしている。
【特許文献３】特開平１０−１５７１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述の特許文献１の技術では、無伸縮の粘着テープは切削力に対する動きを防止するためのものでしかなく、あくまでも仮貼りであるから、圧電板と振動板とを接合した後は、粘着テープを剥がす必要がある。そのため、組立コストが高くなるという問題がある。
しかも、粘着テープを介して仮貼りしても切削力に対抗できるだけであって、接着層の厚さを管理することはできない。
【０００７】
また、前述の特許文献２の技術では、フィルム状接着剤を使用することによって塗布膜厚を管理することはできるが、ヘッドチップとノズルシートとの位置関係を高精度に保持することにはならない。すなわち、接合の際に圧着すると、たとえガラス繊維からなる補強材を含んでいるとしても接着剤の膜厚が変化してしまうから、ヘッドチップとノズルシートとの間隔が一定にならないのである。したがって、特許文献２の技術は、接着剤の塗布膜厚が薄過ぎる部分や厚過ぎる部分を生じさせないというものでしかない。
【０００８】
さらに、前述の特許文献３の技術では、天板と基板との位置関係を一定に保つことはできるが、別途、突き当て部が必要となる。そのため、形状が複雑化し、製造コストが高くなるという問題がある。
特に、複数のヘッドチップによってラインヘッドを形成する場合には、各ヘッドチップに突き当て部を設けなければならないので、製造上の問題は一層深刻になる。
【０００９】
また、本件出願人は、未開時の先願技術である特願２００３−０３７３４３、特願２００２−３６０４０８、及び特願２００３−５５２３６等により、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を複数の方向に可変とすることで、液滴の着弾位置のばらつきを目立たなくし、高品位な印画を可能とした技術を、既に提案している。
このように、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を積極的に変化させる技術を用いる場合には、ヘッドチップとノズルシートとの位置精度（間隔）について、特段の高精度が要求される。
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、ヘッドチップとノズルシートとの位置精度を高精度にし、かつ、製造コストを高くすることなく、ラインヘッドにも用いることができるヘッドを形成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材とを備え、前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールであって、前記ヘッドチップと前記ノズルシートとの間に、前記液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーを配置したことを特徴とするヘッドモジュールである。
【００１２】
また、請求項４の発明の液体吐出ヘッドは、上記請求項１のヘッドモジュールが、前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームを備えており、前記モジュールフレームは、他の前記モジュールフレームが前記ノズルの配列方向において直列に配置されるときに互いに係合するための係合部を備え、複数の前記ヘッドモジュールの各前記係合部同士が係合して複数の前記ヘッドモジュールが直列に配置された状態で、ヘッドフレームのヘッドモジュール配置孔内に配置されていることを特徴とする。
さらにまた、請求項５の発明の液体吐出装置は、上記請求項４の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記発明においては、ヘッドチップとノズルシートとが液室形成部材を介して熱圧着等により接合される。この際、ヘッドチップとノズルシートとの間には、液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーが配置されている。そのため、ヘッドチップとノズルシートとの間隔は、スペーサーによって保持されることとなる。
【００１４】
そして、係合部を備えるモジュールフレームのヘッドチップ配置孔の内部にヘッドチップを配置したヘッドモジュールとすることにより、モジュールフレームの各係合部同士を係合させてヘッドモジュールを直列に繋ぐことで、液体吐出ヘッドが形成される。
【００１５】
なお、本発明のエネルギー発生素子は、ヒータ等の発熱抵抗体、ピエゾ素子等の圧電素子、ＭＥＭＳ等を用いることが可能であるが、以下の実施形態では、発熱抵抗体２２が相当する。また、本発明の液室形成部材は、実施形態ではバリア層１２に相当する。さらにまた、実施形態では、ヘッドモジュール１０がモジュールフレーム１１を備え、モジュールフレーム１１には４つのヘッドチップ配置孔１１ｂが形成され、１つのヘッドモジュール１０には４つのヘッドチップ２０が設けられる。そして、このヘッドモジュール１０を直列に４個接続してＡ４版の長さにするとともに、それを４列設けて、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、及びＫ（ブラック）の４色のカラーラインヘッドである液体吐出ヘッド１を形成している。
また、本発明のスペーサーは、以下の実施形態では、耐熱性を有する真球状のプラスチック微粒子からなり、１０μｍの均一粒子径を有する粒子スペーサー１７が相当する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のヘッドモジュールによれば、ヘッドチップとノズルシートとの間に、液室形成部材の厚さ以下の径の粒子からなるスペーサーが配置されているので、ヘッドチップとノズルシートとを液室形成部材を介して熱圧着等により接合しても、ヘッドチップとノズルシートとの間隔がスペーサーの均一な粒子径で保持される。そのため、ヘッドチップとノズルシートとの位置精度を容易に確保することができ、組立て精度の向上、さらにはインク吐出性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である液体吐出ヘッド１を示す平面図と、この平面図中、Ｘ方向の矢視側面図（断面図）である。また、図２は、液体吐出ヘッド１内に実装されているヘッドチップ２０とその周囲の構成を示す側面の断面図及び下面から見た平面図である。
【００１８】
液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置（本実施形態では、カラーラインインクジェットプリンタ）に搭載されるヘッドとして用いられるものである。図１に示すように、液体吐出ヘッド１は、ヘッドフレーム２と、プリント基板３と、複数のヘッドモジュール１０とから構成されている。ヘッドモジュール１０は、図１の平面図において、長手方向に４個、直列に接続されており、その直列に接続された４個のヘッドモジュール１０が４列設けられている。直列に接続された４個のヘッドモジュール１０で１色を印画するものであり、本実施形態では、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫ）の液体吐出ヘッド１（ラインヘッド）を構成している。
【００１９】
また、各ヘッドモジュール１０内には、４個のヘッドチップ２０が設けられている。図２は、１つのヘッドチップ２０を示している。
ヘッドチップ２０は、シリコン等からなる半導体基板２１と、この半導体基板２１の一方の面に析出形成された発熱抵抗体２２（本発明におけるエネルギー発生素子に相当するもの）とを備えている。半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面と同一面側であって発熱抵抗体２２が形成された縁部と反対側の縁部には、アルミニウムからなる接続パッド２３が形成されている。そして、発熱抵抗体２２とこの接続パッド２３とは、半導体基板２１上に形成された導体部（図示せず）を介して接続されている。
【００２０】
ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面側は、バリア層１２（本発明における液室形成部材に相当するもの）を介してノズルシート１３に積層されている。バリア層１２は、インク液室１４の側壁を形成するためのものであって、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、ヘッドチップ２０の半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。
なお、ヘッドチップ２０とノズルシート１３との間隔は、粒子スペーサー１７（本発明におけるスペーサーに相当するもの）によって一定になっている。
【００２１】
図２中、平面図は、１つの発熱抵抗体２２と、その発熱抵抗体２２の周囲に設けられたバリア層１２を示している。バリア層１２は、発熱抵抗体２２の３辺の近傍を囲むように、平面的に見たときに略凹状に形成される。
また、半導体基板２１の両端部（バリア層１２の外側）には、粒子スペーサー１７が配置されている。
【００２２】
さらにまた、ノズルシート１３は、複数のノズル１３ａが形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１３ａの位置が発熱抵抗体２２の位置と合うように、すなわちノズル１３ａが発熱抵抗体２２に対向するように、より具体的には、ノズル１３ａの中心軸と発熱抵抗体２２の中心とが平面的に見たときに一致するように（図２の平面図参照）、バリア層１２と貼り合わされている。
【００２３】
インク液室１４は、発熱抵抗体２２を囲むように、半導体基板２１とバリア層１２とノズルシート１３とから構成されたものであり、吐出するインクが満たされるとともに、インクの吐出時にはインクの加圧室となるものである。半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面がインク液室１４の底壁を構成し、バリア層１２の発熱抵抗体２２を略凹状に囲む部分がインク液室１４の側壁を構成し、ノズルシート１３がインク液室１４の天壁を構成している。そして、インク液室１４は、図２の平面図に示すように、ヘッドモジュール１１と半導体基板２１との間の隙間によって形成される流路１６と連通される。
【００２４】
上記の１個のヘッドチップ２０には、通常、１００個単位の発熱抵抗体２２を備え、プリンタの制御部（図示せず）からの指令によってこれら発熱抵抗体２２のそれぞれを一意に選択して発熱抵抗体２２に対応するインク液室１４内のインクを、インク液室１４に対向するノズル１３ａから吐出させることができる。
【００２５】
すなわち、インク液室１４にインクが満たされた状態で、発熱抵抗体２２に短時間、例えば、１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体２２が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗体２２と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１３ａに接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１３ａから吐出される。そして、この液滴が印画紙上に着弾されることで、ドット（画素）が形成される。
【００２６】
続いて、ヘッドモジュール１０のより詳細な構造及び製造過程について説明する。
図３は、１つのヘッドモジュール１０を示す平面図及び正面図である。本実施形態のヘッドモジュール１０は、内部に配置された４つのヘッドチップ２０と、モジュールフレーム１１と、ノズルシート１３と、バッファタンク１５とから構成されている。
【００２７】
図４は、ノズルシート１３及びモジュールフレーム１１を分解して示す平面図である。モジュールフレーム１１は、平面的に見たときに略長方形状に形成されるとともに、左右両端側には、略Ｌ形に切り欠かれた係合部１１ａを有する。図４から明らかであるが、ノズルシート１３とモジュールフレーム１１とが重ね合わせられたときに、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂを除いて、略重なり合うように両者の形状が形成されている。
【００２８】
配線パターン部１３ｂは、ノズルシート１３のうち、モジュールフレーム１１に重ならない部分であり、銅箔をポリイミド等で両面側から挟み込んだ、いわゆるサンドイッチ構造をなすことで形成されている。配線パターン部１３ｂは、後述する図１２に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内の領域まで配線されており、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内にヘッドチップ２０が配置されたときに、そのヘッドチップ２０との電気的接続が可能となるように形成されている。
【００２９】
モジュールフレーム１１は、厚みが約０．５ｍｍ程度のアルミナセラミックス、インバー鋼、ステンレス鋼等から形成されたものであり、本実施形態では、４箇所に、略長方形状のヘッドチップ配置孔１１ｂが形成されている。ヘッドチップ配置孔１１ｂは、ヘッドチップ２０の外形よりわずかに大きな孔形を有し、ヘッドチップ２０を内部に完全に配置できるようになっている。
【００３０】
図５は、モジュールフレーム１１をノズルシート１３上に配置した状態を示す平面図及び正面図である。本実施形態では、ホットプレスによって両者を熱圧着することで接合する。これにより、モジュールフレーム１１は、配線パターン部１３ｂを除くノズルシート１３の領域と略重なり合う。いいかえれば、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂが形成された領域のみがモジュールフレーム１１の領域と重ならない状態となる。また、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内には、その下側に位置するノズルシート１３が見えるようになる。
【００３１】
なお、モジュールフレーム１１とノズルシート１３との接合は、ヘッドモジュール１０及び液体吐出ヘッド１の製造過程における最高温度（例えば約１５０℃）で行われる。モジュールフレーム１１とノズルシート１３とを比較すると、ノズルシート１３の方が線膨張係数が大きい（温度変化によって伸縮しやすい）ので、製造過程における最高温度で両者を接合すれば、常温等の接合時の温度以下では、ノズルシート１３は、モジュールフレーム１１により張られた状態となる。すなわち、ノズルシート１３の温度変化による伸縮は、ノズルシート１３とモジュールフレーム１１との接合後は、モジュールフレーム１１に支配されることとなる。
【００３２】
したがって、モジュールフレーム１１の剛性をできる限り確保するため、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂの開口面積は、必要最小限とすることが好ましい。すなわち、ヘッドチップ配置孔１１ｂへのヘッドチップ２０の配置後に、後述するバッファタンク１５内の共通液体流路１５ａと、インク液室１４との間の流路１６が形成されるとともに、ノズルシート１３に形成したノズル１３ａに合わせてヘッドチップ２０を配置したときの位置ずれを吸収できる程度の大きさを条件として、最小限の開口面積とすることが好ましい。
【００３３】
続いて、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３に対して、１つのヘッドチップ２０における発熱抵抗体２２の数に対向する数のノズル１３ａを一方向に整列させたノズル１３ａ列を形成する。図６は、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズルシート１３にノズル１３ａ列が形成された状態を示す平面図である。
【００３４】
ノズル１３ａの形成は、エキシマレーザーにより行う。また、レーザー光により形成されたノズル１３ａには、テーパーが付くため、モジュールフレーム１１側からレーザー光を照射してノズル１３ａを形成する。これにより、ノズル１３ａは、インクの吐出面（ノズルシート１３の外表面）に近づくに従って開口径が次第に小さくなるようにテーパーが付いた孔となる。
また、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に形成されるノズル１３ａ列のノズル１３ａ間ピッチは、ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２の配列ピッチと同一（解像度が６００ｄｐｉのヘッドモジュール１０とする場合には、約４２．３μｍ）となるように形成する。
【００３５】
さらにまた、図６に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列を結ぶライン（各ノズル１３ａの中心を通るライン）を考えたときに、そのラインがモジュールフレーム１１の長手方向に平行に引いたモジュールフレーム１１の中心線側に形成される。また、各ヘッドチップ配置孔１１ｂを左側から順に、「Ｎ」、「Ｎ＋１」、「Ｎ＋２」、「Ｎ＋３」番目とすると、「Ｎ」番目と「Ｎ＋２」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、上記中心線に平行な一直線上に整列するように形成される。「Ｎ＋１」番目及び「Ｎ＋３」番目も同様である。
【００３６】
したがって、隣接するヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列、例えば「Ｎ」番目と「Ｎ＋１」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、上記中心線に対して平行な２直線上に整列する。
なお、本実施形態では、１つのモジュールフレーム１１に対して４つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したが、本実施形態より多くヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したときであっても、上記関係を満たすようにする。
【００３７】
次に、図７に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に、バリア層１２を積層したヘッドチップ２０を配置・固定する。ここで、ヘッドチップ２０は、チップマウンターを用いてアライメントされながら熱圧着される。さらにこの場合には、ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２の真下に、ノズル１３ａが位置するように、例えば±１μｍ程度の精度で熱圧着される。
【００３８】
図８は、バリア層１２と、ノズルシート１３との固定方法を説明する側面の断面図である。
図８に示すように、半導体基板２１の両端部（バリア層１２の外側）に、粒子スペーサー１７を配置する（第１工程）。なお、粒子スペーサー１７を配置する前に、半導体基板２１にはバリア層１２が既に形成されている。
粒子スペーサー１７は、耐熱性を有する真球状のプラスチック微粒子からなり、バリア層１２の厚さが１１μｍであるのに対し、１０μｍの均一粒子径を有している。なお、硬質プラスチックの他、二酸化ケイ素等であっても良い。
【００３９】
粒子スペーサー１７についてさらに詳述すると、ＣＶ値（粒子径の精度を示す指標で、標準偏差／平均粒径）が６％以下、２０℃でＫ値（粒子直径の１０％が変位した時点での圧縮弾性率）が２５０〜７００ｋｇｆ／ｍｍ２ 、回復率が３０〜８０％で、２００〜８００℃までの温度域における重量減少がほとんどない熱的に非常に安定な微球体が好適なものである。
具体的には、プラスチック微粒子の表面に無電解Ｎｉメッキを行った後、Ａｕの置換メッキを施した電導性微粒子（例えば、積水化学工業株式会社の商品名「ミクロパール」等）や、高純度シリコンアルコキシドから合成した、粒子形が真球状かつ粒径分布が非常にシャープな微粒子（例えば、宇部日東化成株式会社の商品名「ハイプレシカ」等）、単分散シリカ微粒子を母材とした樹脂被覆複合粒子等がある。
【００４０】
また、本実施形態の粒子スペーサー１７はペースト状であって、半導体基板２１の下面に塗布できる。塗布方法は、機械的な塗布でも良いし、印刷手法を用いた付加方法であっても良い。なお、ペーストは、組立て後に他所へ移動しないように、熱やＵＶ等によって硬化する樹脂が好ましい。
【００４１】
このような粒子スペーサー１７を塗布した後、バリア層１２を治具上のノズルシート１３に矢印のように熱圧着する（ヘッドチップ２０とノズルシート１３とを、バリア層１２を介して熱圧着する）（第２工程）。このとき、粒子スペーサー１７の粒子径が均一であること、圧縮に強いこと、熱的に安定していることから、たとえ圧着力が変動したとしても、ヘッドチップ２０とノズルシート１３との間隔は、粒子スペーサー１７の粒子径によって決まる。したがって、ヘッドチップ２０がノズルシート１３に対して精度良く位置決めされる。
なお、粒子スペーサー１７は、上記のようにヘッドチップ２０の半導体基板２１側に設けるのではなく、ノズルシート１３側に設けても良い。
【００４２】
このように、バリア層１２が形成されたヘッドチップ２０がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置され、ノズルシート１３とヘッドチップ２０とが精度良く接着されると、ノズルシート１３のヘッドチップ２０側の面、バリア層１２、及びヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面とによって、上記のようにインク液室１４が形成される。
【００４３】
続いて、ヘッドチップ２０側に設けられた接続パッド２３と、ノズルシート１３側の配線パターン部１３ｂの電極１３ｃ（最表面が金により形成されたメッキ層）とが電気的に接続される。図９は、ヘッドチップ２０側の接続パッド２３の配置を示す平面図である。なお、図９では、ノズル１３ａ及び接続パッド２３を実線で図示している。図９に示すように、１つのヘッドチップ２０には、ヘッドチップ２０の長手方向に沿って複数の接続パッド２３が予め設けられている。なお、上述した図２では、接続パッド２３とノズルシート１３の配線パターン部１３ｂとの位置関係を断面図で図示している。
【００４４】
図１０は、ヘッドチップ２０の接続パッド２３と、ノズルシート１３との配線パターン部１３ｂの電極１３ｃとの接続方法を説明する側面の断面図である。
図２及び図１０に示すように、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３のうち、配線パターン部１３ｂの先端には、電極１３ｃが設けられている。さらにノズルシート１３の電極１３ｃの周囲には、開口部１３ｄが形成されている。
【００４５】
そして、図１０に示すように、ノズルシート１３のモジュールフレーム１１が接着された面と反対側の面における開口部１３ｄから、ピン状の加振ツールＴを挿入し、この加振ツールＴに超音波振動を付与することで、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂの電極１３ｃとを超音波による金属接合する。そして、接合後は、開口部１３ｄを樹脂により封止する（図２参照）。図２に示したように、封止後には、樹脂がノズルシート１３の表面と略一致するようにする（ノズルシート１３の表面から盛り上がらないようにする）。
【００４６】
なお、図２に示すように、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂ上には、プリント基板３１が設けられ、このプリント基板３１の配線パターン部１３ｂと対向する面上には導電体３１ａが形成されている。そして、この導電体３１ａと配線パターン部１３ｂの配線とが電気的に接続されている。これにより、発熱抵抗体２２とプリント基板３１間（発熱抵抗体２２と接続パッド２３、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂ、及び配線パターン部１３ｂとプリント基板３１）が電気的に接続されることとなる。
【００４７】
次に、モジュールフレーム１１側から、バッファタンク１５を取り付ける。図１１は、バッファタンク１５を取り付けた状態を示す平面図及び正面図である。また、図１２は、バッファタンク１５が取り付けられた状態を示す側面の断面図である。
【００４８】
バッファタンク１５は、１つのヘッドモジュール１０に対して１つ設けられる。また、図１１に示すように、バッファタンク１５は、平面図で見たときに、モジュールフレーム１１よりやや小さい形状をなすが、モジュールフレーム１１と略相似形をなしている。さらに、図１２に示すように、バッファタンク１５の内部には、空洞となった共通液体流路１５ａが形成されている。特に本実施形態のバッファタンク１５は、下面側（モジュールフレーム１１との接着面側）が開口されるとともに、側壁及び天壁が同一厚みに形成され、断面が略逆凹形となるように形成されることで、共通液体流路１５ａを形成している。
【００４９】
図１２に示すように、バッファタンク１５の下面側の縁とモジュールフレーム１１とが接着剤により接着される。バッファタンク１５がモジュールフレーム１１上に取り付けられると、図１１に示すように、全てのヘッドチップ配置孔１１ｂを被覆するようになる。さらに図１２に示すように、バッファタンク１５の共通液体流路１５ａと、各ヘッドチップ２０のインク液室１４とは、ヘッドチップ配置孔１１ｂとヘッドチップ２０との間の流路１６を介して連通される。これにより、バッファタンク１５は、ヘッドモジュール１０における全てのヘッドチップ２０の共通液体流路１５ａを形成する。
また、図１１に示すように、バッファタンク１５の天壁には、穴１５ｂが形成されており、この穴１５ｂを介してインクタンク（図示せず）から共通液体流路１５ａ内にインクが供給される。
【００５０】
ここで、図１２に示すように、バッファタンク１５の下面側の内側縁（図１２中、Ａ部）が断面凸状に形成されており、この断面凸状の部分がモジュールフレーム１１と当接する。そして、この凸状の部分の外側（凸状の部分に対して段差となっている部分。図１２中、Ｂ部）に接着剤を入れて接着する。これにより、簡単に両者を接着できるようになり、バッファタンク１５の形状も簡易にすることができる。また、バッファタンク１５の下面側において、内側縁の断面凸状の部分がモジュールフレーム１１と当接することにより、接着剤が内部（共通液体流路１５ａやヘッドチップ２０側）に入り込んでしまうことを防止できる。
【００５１】
以上のようにしてヘッドモジュール１０が完成する。本実施形態のヘッドモジュール１０では、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内にあるノズルシート１３とヘッドチップ２０との間隔が粒子スペーサー１７の均一な粒子径で保持される。したがって、ヘッドチップ２０とノズルシート１３との位置精度を容易に確保することができ、組立て精度の向上、さらにはインク吐出性能の向上を図ることができる。
【００５２】
さらに本実施形態では、このヘッドモジュール１０を複数用いて、１つの液体吐出ヘッド１を形成する。
図１３は、ヘッドモジュール１０を並べて配置した状態を示す平面図及び正面図である。図１３中、平面図では複数のヘッドモジュール１０を図示しているが、正面図では、１つのヘッドモジュール１０が配置された状態を図示している。
【００５３】
本実施形態では、図１３の平面図に示すように、ベース治具Ｃ上に、４つのヘッドモジュール１０を直列に整列させる。この場合に、各ヘッドモジュール１０の両端部の係合部１１ａ同士が係合するように、すなわち、略Ｌ形に切り欠かれた部分同士が互いに連結するように配置する。このようにして４つのヘッドモジュール１０を１列に整列させることで、Ａ４対応のラインヘッドを形成する。さらに、このヘッドモジュール１０列（４個のヘッドモジュール１０からなるもの）を４列並べて（図１３の平面図では、ヘッドモジュール１０列を３列並べるとともに、一番下の列のヘッドモジュール１０列では、１つのヘッドモジュール１０がベース治具Ｃ上に載置された状態を図示している）、Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫの４色（カラー）対応のカラーラインヘッドを形成する。
【００５４】
なお、直列に接続された２つのヘッドモジュール１０を、それぞれヘッドモジュール「Ｎ」（左側）、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」（右側）とし、ヘッドモジュール「Ｎ」及び「Ｎ＋１」内の４つのヘッドチップ２０を左側から順に、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、及び２０Ｄとすると、ヘッドモジュール「Ｎ」のヘッドチップ２０Ｄと、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」のヘッドチップ２０Ａとは、少なくとも１つのノズル１３ａが、ヘッドチップ２０の並び方向においてオーバーラップするように配置される。すなわち、ヘッドモジュール「Ｎ」のヘッドチップ２０Ｄのうち、最もヘッドモジュール「Ｎ＋１」側にあるノズル１３ａは、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」のヘッドチップ２０Ａのうち、最もヘッドモジュール「Ｎ」側にあるノズルよりも、右側に位置するように配置される。
【００５５】
そして、上記のように、１列４個のヘッドモジュール１０を４列配置した後、上側から、ヘッドフレーム２を配置する。ヘッドフレーム２は、剛性の高い金属板等に対して、直列に配置された４個のヘッドモジュール１０を内部に配置可能なようにヘッドモジュール配置孔２ａが４個形成されたものである。すなわち、図１３に示したように配置された４つのヘッドモジュール１０に対して、ヘッドフレーム２を上側から配置したときに、４個のヘッドモジュール１０が内部に入り込むように、ヘッドモジュール配置孔２ａが形成されたものである。
【００５６】
このようにヘッドフレーム２が配置されたときは、図１に示す状態となり、液体吐出ヘッド１が形成される。また、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、各ヘッドモジュール１０のバッファタンク１５はヘッドモジュール配置孔２ａと接触しないが、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１とヘッドフレーム２とが接触し、この両者が接着されることで、ヘッドフレーム２と各ヘッドモジュール１０とが固定される。
【００５７】
なお、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、ヘッドフレーム２をヘッドモジュール１０に接着する前に、別工程にて、ヘッドフレーム２の下面側にはプリント基板３が接着される。プリント基板３は、平面図で見たときに、ヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａを避けるように形成されている。また、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、プリント基板３は、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１とは接触せず、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１間に配置される。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）モジュールフレーム１１には４つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成することで、１つのヘッドモジュール１０には４つのヘッドチップ２０が搭載されるようにした。しかし、これに限らず、１つのヘッドモジュール１０に対してヘッドチップ２０を何個搭載しても良いし、モジュールフレーム１１を使用せずに、ノズルシート１３にヘッドチップ２０を配置しても良い。
【００５９】
（２）ラインヘッドとして液体吐出ヘッド１を形成する場合には、本実施形態では、４個のヘッドモジュール１０を直列に接続したヘッドモジュール１０列を４列設けたが、これに限らず、液体吐出ヘッド１の用途や色数に応じて、１つの液体吐出ヘッド１のヘッドモジュール１０数を増減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による液体吐出ヘッドの一実施形態を示す平面図及び図中、Ｘ方向の矢視側面図（断面図）である。
【図２】液体吐出ヘッド内に実装されているヘッドチップとその周囲の構成を示す断面図及び下面から見た平面図である。
【図３】１つのヘッドモジュールを示す平面図及び正面図である。
【図４】ノズルシート及びモジュールフレームを分解して示す平面図である。
【図５】モジュールフレームをノズルシート上に配置した状態を示す平面図及び正面図である。
【図６】ヘッドチップ配置孔内のノズルシートにノズル列が形成された状態を示す平面図である。
【図７】各ヘッドチップ配置孔内に、バリア層を積層したヘッドチップを配置・固定した状態を示す図である。
【図８】バリア層と、ノズルシートとの固定方法を説明する側面の断面図である。
【図９】ヘッドチップ側の接続パッドの配置を示す平面図である。
【図１０】ヘッドチップの接続パッドと、ノズルシートとの配線パターン部の電極との接続方法を説明する側面の断面図である。
【図１１】バッファタンクをヘッドモジュールに取り付けた状態を示す平面図及び側面図である。
【図１２】バッファタンクが取り付けられた状態を示す側面の断面図である。
【図１３】ヘッドモジュールを並べて配置した状態を示す平面図及び正面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  液体吐出ヘッド
２  ヘッドフレーム
２ａ  ヘッドモジュール配置孔
３  プリント基板
１０  ヘッドモジュール
１１  モジュールフレーム
１１ａ  係合部
１１ｂ  ヘッドチップ配置孔
１２  バリア層
１３  ノズルシート
１３ａ  ノズル
１３ｂ  配線パターン部
１３ｃ  電極
１３ｄ  開口部
１４  インク液室
１５  バッファタンク
１５ａ  共通液体流路
１５ｂ  穴
１６  流路
１７  粒子スペーサー
２０  ヘッドチップ
２１  半導体基板
２２  発熱抵抗体
２３  接続パッド
３１  プリント基板
３１ａ  導電体
Ｃ  ベース治具
Ｔ  加振ツール
【図１】
2005138523.tif 000003
【図２】
2005138523.tif 000004
【図３】
2005138523.tif 000005
【図４】
2005138523.tif 000006
【図５】
2005138523.tif 000007
【図６】
2005138523.tif 000008
【図７】
2005138523.tif 000009
【図８】
2005138523.tif 000010
【図９】
2005138523.tif 000011
【図１０】
2005138523.tif 000012
【図１１】
2005138523.tif 000013
【図１２】
2005138523.tif 000014
【図１３】
2005138523.tif 000015