JP3608526B2

JP3608526B2 - Print head, manufacturing method thereof, and printer.

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Publication number: JP3608526B2
Application number: JP2001138431A
Authority: JP
Inventors: 厚志中村; 慎二萱場; 真人安藤; 洋徳永; 伸一堀井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: JP2002127427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なプリントヘッド及びその製造方法並びにプリンターに関する。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１１及び図１２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１３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１３（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１３（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てのでは、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ことを課題とする。
【００２５】
また、別の本発明は、構造を簡単にし、かつ、印刷特性の向上を図ることを課題とする。
【００２６】
【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から成り、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に上記ノズル形成部材を室温以上の温度Ｔ 1 で貼り付け、次いで、上記ノズル形成部材に上記基板部材を室温以上の温度Ｔ 2 で貼り付け、温度Ｔ 1 は温度Ｔ 2 より高い温度であるようにしたものである。
【００２７】
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。また、ヘッドフレームと基板部材とがほぼ同じ線膨張係数を有し、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できるし、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。そして、さらに、基板部材をノズル形成部材に張り付ける時点では、ノズル形成部材はヘッドフレームに張り付けられたときより収縮しており、そして、該収縮はヘッドフレームの収縮に倣って、すなわち、ヘッドフレームの収縮率と同じ収縮率で収縮しており、しかも、ヘッドフレームは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ので、基板部材をノズル形成部材に張り付けるときの温度Ｔ 2 において基板部材に形成された発熱抵抗体（インク加圧室）の形成間隔がノズル形成部材のインク吐出ノズルの形成間隔と等しくなるように設計しておけば、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関係が大きくずれてしまうことがない。
【００２８】
また、本発明プリントヘッドの製造方法は、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を高温で貼り合わせてプリントヘッドを製造する方法において、上記ノズル形成部材の線膨張係数より小さいと共に、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上記ヘッドフレームに上記ノズル形成部材を室温以上の温度Ｔ 1 で貼り付け、次いで、上記ノズル形成部材に上記基板部材を室温以上の温度Ｔ 2 で貼り付け、温度Ｔ1は上記温度Ｔ2より高い温度であるようにしたものである。
【００２９】
従って、本発明プリントヘッドの製造方法にあっては、基板部材をノズル形成部材に張り付ける時点では、ノズル形成部材はヘッドフレームに張り付けられたときより収縮しており、そして、該収縮はヘッドフレームの収縮に倣って、すなわち、ヘッドフレームの収縮率と同じ収縮率で収縮しており、しかも、ヘッドフレームは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ので、基板部材をノズル形成部材に張り付けるときの温度Ｔ_２において基板部材に形成された発熱抵抗体（インク加圧室）の形成間隔がノズル形成部材のインク吐出ノズルの形成間隔と等しくなるように設計しておけば、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関係が大きくずれてしまうことはない。
【００３０】
別の本発明プリンタヘッドは、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、複数のインク加圧室とこれに対応する複数の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から成り、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に上記ノズル形成部材を室温以上の温度Ｔ 1 で貼り付け、次いで、上記ノズル形成部材に上記基板部材を室温以上の温度Ｔ 2 で貼り付け、温度Ｔ 1 は温度Ｔ 2 より高い温度であり、さらに、上記ノズル形成部材は１つの共通のもので、上記基板部材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するとともに、その配列は、上記基板部材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て、向き合った上記基板部材の間に共通のインク流路を形成したものである。
【００３１】
従って、別の本発明プリントヘッドにあっては、ノズル形成部材を共通化、すなわち、１枚のノズル形成部材に複数のヘッドチップを構成することにより、各インク吐出ノズルの位置精度を高めることができ、また、ヘッドチップをその一部がオーバーラップにするように配置することにより、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。
【００３２】
また、複数のヘッドチップに対し、共通のインク流路を形成したので、各ヘッドチップへのインクの供給を簡単な構造にすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明プリントヘッド及びその製造方法並びにプリンターの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００３４】
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。
【００３５】
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３参照）。このように、ノズル形成部材２をニッケル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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（Ａｌ_２Ｏ_３）、ムライト、窒化アルミ、炭化珪素等を、ガラス系では、石英（ＳｉＯ_２）等を、金属であればインバー鋼等を、それぞれ使用することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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１０のグラフ図によって説明する。
【００４４】
図１０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Ｌ_１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Ｌ_２とした場合の温度変化による推移を示したものである。
【００４５】
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α_１、半導体基板７の線膨張率をα_２、温度をＴとした場合、
Ａ：Ｌ＝Ｌ_１＋Ｌ_１α_１Ｔ
Ｂ：Ｌ＝Ｌ_２＋Ｌ_２α_２Ｔ
（ただし、Ｌ_２＞Ｌ_１、α_１＞α_２）
で表される。
【００４６】
そこで、グラフ線Ａとグラフ線Ｂとが交わる温度Ｔ_１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。
【００４７】
その後、温度Ｔ_１より低い温度Ｔ_２でノズル形成部材２に基板部材６、６、・・・を貼り付ける。
【００４８】
上記したように、先ず、温度Ｔ_１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（Ｔ_１）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。
【００４９】
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、Ｌ_２は設計値として決まってくる。この場合必要とされるＬ_１は、ノズル形成部材２の線膨張率α_１、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）α_２、ノズル形成部材２とヘッドフレーム４との貼合温度Ｔ_１、該貼合温度Ｔ_１と室温Ｒ．Ｔ．との差ΔＴから、図１０から逆算して求めることができる。或いはまた、次式
Ｌ _１＝Ｌ _２（α _２ △Ｔ＋１）／（α _１ △Ｔ＋１）
から求めることができる。
【００５０】
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Ｌ_１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。
【００５１】
例えば、Ｌ_１より短いＬ_０２であった場合は、設計上の貼り合わせ温度であるＴ_１より高い温度であるＴ_０２で貼り合わせれば良く、また、Ｌ_１より長いＬ_０３であった場合は、設計上の貼り合わせ温度であるＴ_１より低い温度であるＴ_０３で貼り合わせるようにすればよい。
【００５２】
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。
【００５３】
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Ｔ_１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。
【００５４】
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）。
【００５５】
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。流路板１２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１３と該チャンバー部１３の一方の面に連続したフランジ部１４とが一体に形成されて成る。フランジ部１４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１３はフランジ部１４が形成されている側と反対側の端面に開口した空間１５を有しており、空間１５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１６、１６、・・・が上記空間１５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１４のチャンバー部１３が連続されている面と反対側の面からはインク供給管１７が突設されており、該インク供給管１７は上記空間１５と連通している（図１、図２、図４参照）。
【００５６】
すなわち、上記切欠凹部１６、１６、・・・は上記空間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、また、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。
【００５７】
そして、上記した流路板１２、１２、・・・はチャンバー部１３、１３、・・・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１４、１４、・・・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１２、１２、・・・のチャンバー部１３、１３、・・・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部１３、１３、・・・に接着される（図３、図４参照）。
【００５８】
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１３、１３、・・・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１７、１７、・・・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１７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１８として機能する。これにより、複数のヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・に対して１つの共通のインク流路１８が構成され、ヘッドチップＨＴごとに各別にインク流路１８を構成するものに比べ、構造を簡単にすることができる。
【００５９】
そして、基板部材６、６、・・・は上記切欠凹部１６、１６、・・・内に位置し、一の閉空間に関して見れば、各基板部材６、６、・・・のインク加圧室９、９、・・・のインク流入口９ａ、９ａ、・・・が向き合うように、かつ、配列方向にずれてこれらの端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）配列されており、これにより、基板部材６、６、・・・の列と列との間に共通のインク流路１８が形成されることになり、各インク加圧室９、９、・・・がそのインク流入口９ａ、９ａ、・・・を介して上記インク流路１８と連通された状態となっている（図３参照）。
【００６０】
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１９、１９、・・・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１９、１９、・・・の接続片１９ａ、１９ａ、・・・がヘッドフレーム４と流路板１２、１２、・・・との間に出来た隙間２０、２０、・・・（図３、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。
【００６１】
上記流路板１２、１２、・・・に設けられたインク供給管１７、１７、・・・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１８、１８、・・・及びインク加圧室９、９、・・・にインクが満たされる。
【００６２】
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１８、１８、・・・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。
【００６３】
上記したプリントヘッド１の製造プロセスを、図５乃至図９によって、簡単に説明する。
【００６４】
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２１の上に載置する（図５参照）。ノズル形成部材２を支持治具２１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。
【００６５】
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２１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６参照）。なお、図６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。
【００６６】
次いで、支持治具２１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７参照）。なお、図７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。
【００６７】
以上のようにして、ヘッド組立体１１が形成される（図８参照）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２２がヘッド組立体１１に結合される（図９参照）。なお、流路板組立体２２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。
【００６８】
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。
【００６９】
また、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。
【００７０】
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。さらには、１つの共通のインク流路に対して複数のヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・を配設したので各ヘッドチップＨＴ、ＨＴ、・・・へのインクの供給経路を単純化することができ、構造を簡単にすることができる。
【００７１】
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。
【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。
【００７３】
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。
【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、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から成り、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に上記ノズル形成部材を室温以上の温度Ｔ 1 で貼り付け、次いで、上記ノズル形成部材に上記基板部材を室温以上の温度Ｔ 2 で貼り付け、温度Ｔ 1 は温度Ｔ 2 より高い温度であるようにし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、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。また、ヘッドフレームと基板部材とがほぼ同じ線膨張係数を有し、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できるし、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。そして、さらに、基板部材をノズル形成部材に張り付ける時点では、ノズル形成部材はヘッドフレームに張り付けられたときより収縮しており、そして、該収縮はヘッドフレームの収縮に倣って、すなわち、ヘッドフレームの収縮率と同じ収縮率で収縮しており、しかも、ヘッドフレームは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ので、基板部材をノズル形成部材に張り付けるときの温度Ｔ 2 において基板部材に形成された発熱抵抗体（インク加圧室）の形成間隔がノズル形成部材のインク吐出ノズルの形成間隔と等しくなるように設計しておけば、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関係が大きくずれてしまうことがない。
【００７８】
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たノズル形成部材とを高温で貼り合わせてプリントヘッドを製造する方法において、上記ノズル形成部材の線膨張係数より小さいと共に、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上記ヘッドフレームに上記ノズル形成部材を室温以上の温度Ｔ 1 で貼り付け、次いで、上記ノズル形成部材に上記基板部材を室温以上の温度Ｔ 2 で貼り付け、温度Ｔ1は上記温度Ｔ2より高い温度であるようにしたことを特徴とする。
【００７９】
従って、本発明プリントヘッドの製造方法にあっては、基板部材をノズル形成部材に張り付ける時点では、ノズル形成部材はヘッドフレームに張り付けられたときより収縮しており、そして、該収縮はヘッドフレームの収縮に倣って、すなわち、ヘッドフレームの収縮率と同じ収縮率で収縮しており、しかも、ヘッドフレームは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ので、基板部材をノズル形成部材に張り付けるときの温度Ｔ_２において基板部材に形成された発熱抵抗体（インク加圧室）の形成間隔がノズル形成部材のインク吐出ノズルの形成間隔と等しくなるように設計しておけば、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関係が大きくずれてしまうことはない。
【００８０】
請求項６に記載した発明にあっては、上記温度Ｔ1は、プリントヘッドの製造過程中に行われる各プロセス温度の中で最も高い温度であるので、プリントヘッドの製造工程中ノズル形成部材は常時張力受けていることになるので、ノズル形成部材に皺が生じることがない。
【００８１】
また、別の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、複数のインク加圧室とこれに対応する複数の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から成り、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に上記ノズル形成部材を室温以上の温度Ｔ 1 で貼り付け、次いで、上記ノズル形成部材に上記基板部材を室温以上の温度Ｔ 2 で貼り付け、温度Ｔ 1 は温度Ｔ 2 より高い温度であり、さらに、上記ノズル形成部材は１つの共通のもので、上記基板部材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するとともに、その配列は、上記基板部材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て、向き合った上記基板部材の間に共通のインク流路を形成したことを特徴とする。
【００８２】
従って、別の本発明プリントヘッドにあっては、ノズル形成部材を共通化、すなわち、１枚のノズル形成部材に複数のヘッドチップを構成することにより、各インク吐出ノズルの位置精度を高めることができ、また、ヘッドチップをその一部がオーバーラップにするように配置することにより、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。
【００８３】
また、複数のヘッドチップに対し、共通のインク流路を形成したので、各ヘッドチップへのインクの供給を簡単な構造にすることができる。
【００８４】
請求項８に記載した発明にあっては、インク流路は、一端面が開口した空間を有し、該空間にインク供給管が連通された流路板の上記空間の開口面を覆うように上記ノズル形成部材が貼着されることにより構成され、上記ヘッドチップを、上記流路板のノズル形成部材が貼着される側の縁部に形成された切欠凹部内に配置したので、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。
【００８５】
請求項３及び請求項９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。
【００８６】
請求項４及び請求項１０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。
【００８７】
請求項２及び請求項１１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。
【００８８】
請求項１２に記載した発明にあっては、請求項１又は請求項７に記載したプリントヘッドを１つ備えたので、比較的簡単な構造で印刷特性の良好なプリンターを提供することができる。
【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】要部の拡大断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図６乃至図１０と共に本発明プリントヘッドの製造方法の実施の形態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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】図１２及び図１３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１２】分解斜視図である。
【図１３】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、６…基板部材、８…発熱抵抗体、９…インク加圧室、ＨＴ…ヘッドチップ、９ａ…インク流入口、１２…流路板、１５…空間、１６…切欠凹部、１７…インク供給管、１８…インク流路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel print head, a manufacturing method thereof, and a printer. More specifically, the present invention relates to a technique for minimizing a positional shift between an ink pressurizing chamber provided with a heating resistor and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber.
[0002]
[Prior art]
Cover the front surface of the ink pressurization chamber with a nozzle forming member on which minute ink discharge nozzles are formed, and drop ink droplets by the pressure of ink bubbles (bubbles) generated by rapid heating of the heating resistor provided in the ink pressurization chamber. There is a print head that discharges from an ink discharge nozzle.
[0003]
The print head a of this type usually has a structure as shown in FIGS.
[0004]
A substrate member d that includes the side wall portion of the ink pressurizing chamber b and the heating resistor c and limits one end surface of the ink pressurizing chamber b is provided. The substrate member d has a heating resistor c deposited on one surface of a semiconductor substrate e made of silicon or the like, and the side surface of the ink pressurizing chamber b is limited to the surface of the semiconductor substrate e on which the heating resistor c is formed. In other words, the barrier layer f serving as the side wall portion is laminated. The barrier layer f is made of, for example, an exposure-curing dry film resist, and is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate e where the heating resistor c is formed, and then unnecessary portions are removed by a photolithography process. A substrate member d is formed.
[0005]
A nozzle forming member g is laminated on the barrier layer f of the substrate member d. The nozzle forming member g is formed of, for example, nickel by electroforming technology. An ink discharge nozzle h is formed on the nozzle forming member g, and the ink discharge nozzle h is aligned with the heating resistor c deposited on the substrate member d.
[0006]
As described above, the ink discharge nozzles whose both ends are limited by the substrate member d and the nozzle forming member g, whose side surfaces are limited by the barrier layer f and which communicates with the ink flow path i and which faces the heating resistor c. An ink pressurizing chamber b having h is formed. The heating resistor c in the ink pressurizing chamber b is electrically connected to an external circuit via a conductor portion (not shown) deposited on the semiconductor substrate e.
[0007]
In general, one print head a is provided with a plurality of heating resistors c in units of 100 and an ink pressurizing chamber b provided with the heating resistors c, and these heating resistors are provided by a command from the control unit of the printer. Each of the bodies c can be uniquely selected to eject ink.
[0008]
That is, in the print head a, the ink pressurization chamber b is filled with ink from an ink tank (not shown) coupled to the print head a through the ink flow path i. Then, by passing a current pulse through the heating resistor c for a short time, for example, 1 to 3 microseconds, the heating resistor c is rapidly heated, and as a result, the portion in contact with the heating resistor c is aired. Phase ink bubbles are generated, and a certain volume of ink is pushed away by the expansion of the ink bubbles, so that an ink having a volume equivalent to the pushed ink in the portion in contact with the ink discharge nozzle h is ejected as an ink droplet. It is ejected from the nozzle h and is attached (landed) on a print medium such as paper.
[0009]
In addition, such a printer head a is generally used for a serial head, and includes a plurality of ink pressurizing chambers and heating resistors on one substrate member, which is attached to one nozzle forming member, One independent head chip is formed.
[0010]
A plurality of such head chips are arranged in a direction orthogonal to the feeding direction of the print medium to constitute a printer head.
[0011]
Thus, when printing with such a printer head a, the printer head is moved in a direction orthogonal to the feeding direction of the printing medium, printing in the row direction is performed on the printing medium, and then the printing medium is sent. The next line is printed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the print head a having the above-described form, the positional relationship between the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink ejection nozzle h has an influence on the ejection characteristics of the ink droplets. It may cause a decrease in the discharge speed, a disturbance in the discharge direction, and the like, and in some cases, discharge may not be possible. Therefore, a positional shift between the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink discharge nozzle h is a serious problem because it leads to a decrease in print quality.
[0013]
In the manufacturing process of the print head a described above, there is generally a heating process. For example, the nozzle forming member g is stacked after the barrier layer f is formed on the semiconductor substrate e, and a thermosetting process at a high temperature is performed to cure the barrier layer f and fix the nozzle forming member g. . Further, a curing process for obtaining ink resistance of the barrier layer f made of a dry film resist is also performed at a high temperature.
[0014]
As described above, a heating process is required in the print head manufacturing process. By the way, the linear expansion coefficient of silicon, which is usually the material of the semiconductor substrate e, and nickel, which is the material of the nozzle forming member g, differ by about one digit.
[0015]
When materials having greatly different linear expansion coefficients are pasted together in the heating step, a relative positional shift occurs after pasting due to the difference between the respective expansion / contraction ratios. Such positional deviation depends on the difference in coefficient of linear expansion between the members to be bonded together, and the positional deviation increases as the difference increases.
[0016]
That is, as shown in FIG. 13, even if the position of the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink discharge nozzle h in one part (a) coincide with each other with respect to one substrate member d, At a position (b) away from (a), a positional deviation occurs between the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink ejection nozzle h, and at a further distance (c), the ink ejection nozzle h is moved to the ink. A situation occurs in which the pressure chamber b is also displaced. And such a position shift will become so large that the member bonded together becomes large. As described above, as the positional relationship between the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink ejection nozzle h deviates from the predetermined positional relationship (see FIG. 13B), a deviation occurs in the ejection direction, and the amount of deviation further increases. Becomes larger (see FIG. 13C), ink ejection becomes impossible.
[0017]
The demand of the printer market is to increase the printing speed, and as one means for achieving this, the number of nozzles that eject ink may be increased. When the number of nozzles increases at the same resolution, the size of the print head increases, and the positional deviation between the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink discharge nozzle h due to the difference in linear expansion coefficient. The effect of will grow. Furthermore, in the case of a large print head such as a line head, the influence of the positional deviation between the heating resistor c (ink pressurizing chamber b) and the ink discharge nozzle h becomes more prominent, which is a very serious problem. Become.
[0018]
In addition, the conventional printer head includes a plurality of head chips, but each head chip is independent, that is, includes a separate ink flow path and nozzle forming member. The ink supply path is complicated, and the structure of the printer head itself is complicated.
[0019]
In addition, since one head chip is formed in one nozzle forming member, there is a problem that a dimensional error of each head chip or a positional deviation at the time of arrangement occurs, and print characteristics deteriorate.
[0020]
Another reason for the deterioration of printing characteristics is the shortening of the head chip.
[0021]
That is, since the head chip is manufactured by depositing a heating resistor on a semiconductor substrate, the wafer is circular and it is difficult to form a long substrate member. In addition, if the length is made longer, the yield deteriorates and the manufacturing cost becomes expensive. Therefore, the substrate member must be a short object, but when the heating resistor is deposited on the substrate member thus reduced, the size and thickness of the heating resistor for each substrate member, etc. Non-uniformity will occur.
[0022]
As a result, when a plurality of head chips are arranged, the ejection characteristics for each head chip, specifically, the amount of ink droplets ejected from the ink nozzles for each head chip may differ.
[0023]
If such head chips are simply arranged in one direction, the printing state will be different between one head chip and the head chip adjacent thereto, which will appear as printing spots. There was a problem.
[0024]
Accordingly, an object of the present invention is to minimize the positional deviation between an ink pressurizing chamber provided with a heating resistor and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber.
[0025]
Another object of the present invention is to simplify the structure and improve printing characteristics.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the print head of the present invention includes a substrate member that includes the side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end surface and includes a heating resistor, and the other end surface of the ink pressurizing chamber. A nozzle forming member having an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber, and a head frame supporting the nozzle forming member.In addition, the linear expansion coefficient of the head frame and the linear expansion coefficient of the substrate member are made substantially the same, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is made larger than the linear expansion coefficient of the head frame, and the nozzle is attached to the head frame. Temperature T above room temperature 1 Then, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Paste at temperature T 1 Is the temperature T 2 To be higher temperatureIs.
[0027]
Accordingly, in the print head of the present invention, since the nozzle forming member is supported by the head frame, the formation interval of the ink discharge nozzles formed on the nozzle forming member follows the expansion and contraction of the head frame. By making the linear expansion coefficient closer to the linear expansion coefficient of the substrate member, it is possible to eliminate or even minimize the positional deviation between the heating resistor and the ink pressurizing chamber and the ink discharge nozzle.Further, the head frame and the substrate member have substantially the same linear expansion coefficient, and the change in the ink discharge nozzle formation interval of the nozzle forming member bonded to the head frame due to a temperature change is as if the ink discharge nozzle is a substrate member. Therefore, the positional displacement between the heating resistor and the ink pressurizing chamber and the ink discharge nozzle can be almost eliminated, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is the line of the head frame. Since it is larger than the expansion coefficient, the nozzle forming member always receives tension under a temperature environment below the bonding temperature between the head frame and the nozzle forming member, and wrinkles do not occur in the nozzle forming member. Further, at the time when the substrate member is attached to the nozzle forming member, the nozzle forming member is contracted more than when it is attached to the head frame, and the contraction follows the contraction of the head frame, that is, the head frame. Since the head frame has a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member, the temperature T when the substrate member is attached to the nozzle forming member is reduced. 2 If the design is such that the formation interval of the heating resistor (ink pressurization chamber) formed on the substrate member is equal to the formation interval of the ink discharge nozzles of the nozzle formation member, the heating resistor (ink pressurization chamber) And the positional relationship between the ink discharge nozzles are not greatly shifted.
[0028]
Further, in order to solve the above-described problem, the print head manufacturing method of the present invention forms a side wall portion and one end surface of the ink pressurizing chamber, and includes a heating member.And a nozzle forming member that constitutes the other end surface of the ink pressurizing chamber and is formed with an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber at a high temperature. The nozzle forming member is placed on the head frame having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the substrate member and substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. 1 Then, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Paste withThe temperature T1 is higher than the temperature T2.
[0029]
Therefore, in the method of manufacturing a print head according to the present invention, at the time when the substrate member is attached to the nozzle forming member, the nozzle forming member is contracted more than when the substrate member is attached to the head frame, and the contraction is the head frame. In other words, the head frame contracts at the same contraction rate as the head frame, and the head frame has a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. Temperature T₂If the heat generating resistor (ink pressurizing chamber) formed on the substrate member is designed so that the formation interval of the ink discharge nozzles of the nozzle forming member is equal to the heat generating resistor (ink pressurizing chamber) And the positional relationship between the ink discharge nozzles do not deviate greatly.
[0030]
Another printer head of the present invention is a print head including at least an ink pressurizing chamber, a heating resistor, and an ink discharge nozzle, and constitutes a side wall portion and one end surface of the ink pressurizing chamber, and a plurality of ink pressurizing chambers, A substrate member provided with a plurality of heat generating resistors corresponding thereto, a nozzle forming member that forms the other end surface of the ink pressurizing chamber and is formed with an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber, and the nozzle And a head frame supporting the forming member.In addition, the linear expansion coefficient of the head frame and the linear expansion coefficient of the substrate member are made substantially the same, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is made larger than the linear expansion coefficient of the head frame, and the nozzle is attached to the head frame. Temperature T above room temperature 1 Then, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Pasted at temperature T 1 Is the temperature T 2 Higher temperature, andThe nozzle forming member is a common one, and a plurality of the substrate members are arranged in a direction orthogonal to the feeding direction of the print medium, and the arrangement is such that the end portions of the substrate members are in the length direction. They are arranged in a staggered manner so as to overlap, and are arranged so that the ink inlets of the ink pressurizing chambers face each other, and a common ink flow path is formed between the facing substrate members.
[0031]
Accordingly, in another print head of the present invention, the nozzle forming member is made common, that is, by forming a plurality of head chips on one nozzle forming member, the positional accuracy of each ink ejection nozzle can be improved. In addition, by arranging the head chip so that a part of the head chip overlaps, printing spots can be made inconspicuous, and the printing characteristics can be improved.
[0032]
In addition, since a common ink flow path is formed for a plurality of head chips, ink can be supplied to each head chip with a simple structure.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a print head, a manufacturing method thereof, and a printer of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0034]
The illustrated print head 1 is a print head for a full-color bubble inkjet printer.
[0035]
The print head 1 has a nozzle forming member 2. .. Are formed on the nozzle forming member 2. The ink discharge nozzles 3, 3,... Are formed in a state where several hundreds are arranged per substrate member described later. The nozzle forming member 2 is made of nickel, for example, by an electroforming technique, and is formed on, for example, a sheet having a thickness of 15 μm to 20 μm, and ink discharge nozzles 3, 3,. Is formed (see FIGS. 2 and 3). In this way, by forming the nozzle forming member 2 from nickel, it is possible to form the nozzle with good positional accuracy at a relatively low cost.
[0036]
The nozzle forming member 2 is attached to the head frame 4. The head frame 4 is formed by integrally forming three cross members 4b, 4b, and 4b at equal intervals between short sides of an outer frame 4a having a rectangular shape. The four spaces 5, 5,... Formed are formed in parallel (see FIG. 2). The length of these spaces 5, 5,... Is, for example, about 21 cm, which corresponds to the width of the A4 size when used in a line printer that prints vertically on A4 size paper.
[0037]
The head frame 4 is formed of a material having a linear expansion coefficient that is substantially the same as the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate of the substrate member described later. For example, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate, silicon nitride is used. In addition, alumina (Al₂O₃), Mullite, aluminum nitride, silicon carbide, etc., quartz (SiO₂) Etc., and invar steel etc. can be used if it is a metal.
[0038]
The head frame 4 has a thickness of, for example, 5 mm and has sufficient rigidity. Therefore, when the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded at a high temperature, for example, 150 ° C., the bonding temperature ( At a temperature lower than 150 ° C., the nozzle forming member 2 tends to contract more than the head frame 4, so that the nozzle forming member 2 is in a tensioned state, and as a result, the ink ejected on the nozzle forming member 2 is discharged. The interval between the nozzles 3, 3,..., That is, the interval between nozzles, changes according to the linear expansion coefficient of the head frame 4. The head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together by, for example, a thermosetting sheet adhesive.
[0039]
A large number of substrate members 6, 6,... Are bonded to the nozzle forming member 2 to form a head chip HT for each substrate member 6. Thus, a plurality of heads are formed on one nozzle forming member 2. Chips HT, HT,... Are provided (see FIG. 2).
[0040]
The substrate member 6 is a surface on which a heating resistor 8, 8,... Is deposited on one surface of a semiconductor substrate 7 made of silicon or the like, and the heating resistor 8, 8,. The side surfaces of the ink pressurizing chambers 9, 9,... Are limited, that is, a barrier layer 10 serving as a side wall is laminated (see FIGS. 3 and 4). The barrier layer 10 is made of, for example, an exposure curable dry film resist, and is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate 7 on which the heating resistors 8, 8,... Are formed, and then unnecessary by a photolithography process. The portion is removed to form the substrate member 6.
[0041]
In the substrate member 6, the barrier layer 10 has a square shape with a thickness of about 12 μm and the heating resistor 8 has a side with a side of about 18 μm. The width of the ink pressurizing chamber 9 is approximately 25 μm.
[0042]
As an example, for example, in the case of a line printer that uses A4 size paper in a vertical position, the ink discharge nozzles 3 formed on the nozzle forming member 2 in a space surrounded by one space of the head frame 4, 3,... Are about 5,000, and the number of substrate members 6, 6,... (For one color) to be bonded to the nozzle forming member 2 in this range is 16. Therefore, the number of ink ejection nozzles 3, 3,... Corresponding to one substrate member 6 is about 310. Accordingly, it is impossible to accurately express these numbers and sizes in drawings with restrictions on size, etc., and in each drawing, they are exaggerated or omitted for easy understanding. .
[0043]
The above-mentioned substrate members 6, 6, ... are attached to the nozzle forming member 2 at a temperature of about 105 ° C. Since this sticking is performed by thermosetting the barrier layer 10, the sticking temperature depends largely on the properties of the barrier layer 10, and is not limited to 105 ° C. The sticking temperature with the head frame 4 needs to be higher than the sticking temperature between the substrate members 6, 6,... And the nozzle forming member 2. This will be described with reference to the graph of FIG.
[0044]
10 shows the transition of the formation interval (inter-nozzle interval) of the ink discharge nozzles 3, 3,... Formed on the nozzle forming member 2 due to temperature changes, and the heating resistors 8, 8,. This shows the transition of the formation interval (inter-heater interval) due to temperature changes. In other words, the graph line A shows the distance between nozzles at room temperature (RT) as L.₁The graph line B shows the distance between heaters at room temperature.₂This shows the transition due to temperature change.
[0045]
The graph lines A and B indicate the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2 by α.₁The coefficient of linear expansion of the semiconductor substrate 7 is α₂When temperature is T,
A: L = L₁+ L₁α₁T
B: L = L₂+ L₂α₂T
(However, L₂> L₁, Α₁> Α₂)
It is represented by
[0046]
Therefore, the temperature T at which graph line A and graph line B intersect₁The head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together.
[0047]
Then the temperature T₁Lower temperature T₂Then, the substrate members 6, 6,... Are attached to the nozzle forming member 2.
[0048]
As described above, first, the temperature T₁By bonding the head frame 4 and the nozzle forming member 2 together, the bonding temperature (T₁) At a lower temperature, the nozzle forming member 2 tends to contract more than the head frame 4, so that the nozzle forming member 2 is in a tensioned state, and as a result, the ink discharge nozzle 3 formed on the nozzle forming member 2. The interval of 3,..., That is, the interval between nozzles changes according to the linear expansion coefficient of the head frame 4. Since the linear expansion coefficient of the head frame 4 is substantially the same as the linear expansion coefficient of the substrate member 6, the nozzle-to-nozzle interval and the heater-to-heater interval are substantially the same at the same temperature. Therefore, it is difficult for positional deviations between the heating resistors 8, 8,... (Ink pressurizing chambers 9, 9,...) And the ink discharge nozzles 3, 3,.
[0049]
Therefore, the interval between nozzles when the print head is completed is determined by the definition required by the printer using the print head.₂Is determined as a design value. L required in this case₁Is the linear expansion coefficient α of the nozzle forming member 2₁The linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 7 (also the linear expansion coefficient of the head frame 4) α₂The bonding temperature T between the nozzle forming member 2 and the head frame 4₁The bonding temperature T₁And room temperature R.I. T.A. From the difference ΔT, it can be obtained by reverse calculation from FIG. Alternatively, the following formula
L ₁ = L ₂ (Α ₂ ΔT + 1) / (α ₁ △ T + 1)
Can be obtained from
[0050]
By the way, due to manufacturing variations, the distance between nozzles at room temperature (RT) is L.₁May be too short or too long. In such a case, it can be adjusted by changing the bonding temperature between the head frame 4 and the nozzle forming member 2.
[0051]
For example, L₁Shorter L₀₂Is T, which is the design bonding temperature.₁T, which is the higher temperature₀₂Can be pasted together with L₁Longer L₀₃Is T, which is the design bonding temperature.₁T, which is the lower temperature₀₃You can just stick them together.
[0052]
The linear expansion coefficient of the head frame 4 described above is preferably smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2. After the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are attached at a high temperature, when returning to room temperature, the nozzle forming member 2 is moved by the head frame 4 due to the magnitude relationship between the linear expansion coefficients of the head frame 4 and the nozzle forming member 2. In the case of (2), the nozzle forming member 2 may have irregularities (wrinkles), either (1) receiving a force in the pulling direction or (2) receiving a force in the contracting direction Rather than being always pulled (1) is preferable. For this purpose, it is desirable to select a material so that the linear expansion coefficient of the head frame 4 is smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2. Furthermore, it is preferable that the linear expansion coefficient of the head frame 4 is smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member 2 and substantially the same as the linear expansion coefficient of the substrate member 6.
[0053]
The bonding temperature T between the head frame 4 and the nozzle forming member 2₁Is preferably higher than the temperature in any subsequent process. As a result, during the process after the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together, the nozzle forming member 2 is always in a tensioned state, and wrinkles are prevented from occurring in the nozzle forming member 2. . In the example described above, the head frame 4 and the nozzle forming member 2 are bonded together in a temperature environment of approximately 150 ° C., and then the substrate members 6, 6,. They are stuck together.
[0054]
The flow path plates 12, 12,... Are attached to the head assembly 11 in which the head frame 4, the nozzle forming member 2, and the substrate members 6, 6,. .
[0055]
There are four flow path plates 12, 12,... Corresponding to each color of ink (see FIG. 1 and FIG. 2), and they are made of a material that does not easily deform and has rigidity and ink resistance. It is formed. The flow path plate 12 is formed by integrally forming a chamber portion 13 fitted in the space 5 of the head frame 4 and a flange portion 14 continuous with one surface of the chamber portion 13. The flange portion 14 is formed larger than the planar shape of the space 5 of the head frame 4. The chamber portion 13 has a space 15 opened on the end surface opposite to the side on which the flange portion 14 is formed, and the wall members defining both sides of the space 15 have substrate members 6, 6,. Are formed in a state of communicating with the space 15 (see FIGS. 3 and 4). Further, an ink supply pipe 17 projects from a surface opposite to the surface of the flange portion 14 where the chamber portion 13 is continuous, and the ink supply tube 17 communicates with the space 15 (FIG. 1). FIG. 2 and FIG. 4).
[0056]
That is, the notch recesses 16, 16,... Are formed so as to be alternately shifted in the arrangement direction facing each other across the space 15, and the end portions in the arrangement direction overlap each other. Each notch recess 16 is formed in such a size that the substrate member 6 can be almost fitted.
[0057]
In the above-described flow path plates 12, 12,..., The chamber portions 13, 13,... Are fitted into the spaces 5, 5,. Are bonded and fixed to the head frame 4 in contact with the outer frame 4a and the crosspieces 4b, 4b,. The substrate members 6, 6,... Bonded to the nozzle forming member 2 are the notch recesses 16 formed in the chamber portions 13, 13,. , 16,... And are adhered to the chamber parts 13, 13,... (See FIGS. 3 and 4).
[0058]
As described above, the flow path plates 12, 12,... Are coupled to the head assembly 11, whereby the chambers 13, 13,. , And the closed space communicates with the outside only through the ink supply pipes 17, 17,..., And the ink supplied from the ink supply pipe 17 is the closed space. .. Functions as an ink flow path 18 for feeding the ink into the ink pressurizing chambers 9, 9,. As a result, one common ink flow path 18 is configured for the plurality of head chips HT, HT,..., And the structure is simpler than that in which the ink flow path 18 is configured separately for each head chip HT. Can be.
[0059]
The substrate members 6, 6,... Are positioned in the notch recesses 16, 16,..., And the ink pressurizing chambers of the substrate members 6, 6,. The ink inlets 9a, 9a,... Of 9, 9,... Face each other and are shifted in the arrangement direction so that their ends are overlapped (so-called staggered) while overlapping. As a result, a common ink flow path 18 is formed between the rows of the substrate members 6, 6,..., And each of the ink pressurizing chambers 9, 9,. It is in the state connected with the said ink flow path 18 via the ink inflow port 9a, 9a, ... (refer FIG. 3).
[0060]
A flexible substrate 19, 19,... For electrically connecting the heating resistors 8, 8,... Formed on the substrate members 6, 6,. (Only one is shown in FIG. 2), the connecting pieces 19a, 19a,... Of the flexible substrates 19, 19,... Are between the head frame 4 and the flow path plates 12, 12,. .. (See FIG. 3 and FIG. 4) through the created gaps 20, 20,... To the position of the substrate members 6, 6,. 8,... Are connected to contacts (not shown) that are electrically connected to each other.
[0061]
The ink supply pipes 17, 17,... Provided on the flow path plates 12, 12,... Are connected to ink tanks (not shown) that store inks of different colors, respectively. .. And ink pressurizing chambers 9, 9,... Are filled with ink.
[0062]
Then, by passing a current pulse for a short time, for example, 1 to 3 microseconds, through the heating resistors 8, 8,... Uniquely selected by a command from the control unit of the printer, the heating resistor 8 is obtained. , 8,... Are heated rapidly, and as a result, gas-phase ink bubbles are generated at the portions in contact with the heating resistors 8, 8,. As a result, the ink having a volume equivalent to the pushed ink in the portion in contact with the ink discharge nozzles 3, 3,... Is ejected from the ink discharge nozzles 3, 3,. And so on (printed). .. Are immediately replenished with the same amount of ink discharged through the ink flow paths 18, 18...
[0063]
The manufacturing process of the print head 1 described above will be briefly described with reference to FIGS.
[0064]
The nozzle forming member 2 is formed by an electroforming technique and placed on a support jig 21 having a flat surface (see FIG. 5). The reason why the nozzle forming member 2 is placed on the support jig 21 is that the nozzle forming member 2 is formed extremely thin and cannot hold the shape by itself.
[0065]
Next, the head frame 4 is attached to the nozzle forming member 2 placed on the support jig 21 using a thermosetting sheet adhesive, for example, an epoxy-based sheet adhesive, in a temperature environment of 150 ° C. (See FIG. 6). In FIG. 6, portions 2 ′ and 4 ′ shown by broken lines in the nozzle forming member 2 and the head frame 4 conceptually show the portions that are extended by heating to 150 ° C., respectively.
[0066]
Next, the support jig 21 is removed, and the substrate members 6, 6,... Are bonded to the nozzle forming member 2 in a temperature environment of 105 ° C. to form the head chips HT, HT,. (See FIG. 7). Since FIG. 7 conceptually shows the process, only six substrate members 6 are shown for each color.
[0067]
Since the head assembly 11 is formed as described above (see FIG. 8), the flow path plate assembly 22 assembled in another process is coupled to the head assembly 11 (see FIG. 9). . The flow path plate assembly 22 is formed by integrally connecting the four flow path plates 12 described above, and is assembled by a coupling member (not shown).
[0068]
In the above-described print head 1, the head frame 4 formed in advance with a material having a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 7, for example, a silicon substrate, serving as the base material of the substrate member 6 is nozzleed. The substrate member 6, 6... Is bonded to the nozzle forming member 2 at a temperature lower than the bonding temperature between the head frame 4 and the nozzle forming member 2. The interval between the ink discharge nozzles 3, 3,... Formed on the forming member 2 and the interval between the heating resistors 8, 8,. 2 and the head frame 4 can be always matched under a temperature environment lower than the bonding temperature of the head frame 4, so that a print head with good ink ejection performance can be obtained. Therefore, the size of the substrate member 6 is increased so that the number of heating resistors 8, 8,... Per substrate member, and therefore the number of ink discharge nozzles 3, 3,. Even if it increases, the positional displacement between the ink discharge nozzles 3, 3,... And the heating resistors 8, 8,. Therefore, it is easy to increase the size of the print head, and it is particularly suitable for forming a print head having a long span such as a print head for a line printer.
[0069]
Further, by bonding the nozzle forming member 2 to the head frame 4, great rigidity can be given to the nozzle forming member 2. As shown in the above embodiment, the print heads for four colors are integrated. Thus, it becomes possible to form a print head for a line printer.
[0070]
Further, in the above-described print head, since the head chips HT, HT,... Are arranged in a so-called zigzag pattern, even if there is a difference in printing characteristics between the head chip HT and the head chip HT, Print spots between the two can be made inconspicuous, and since a plurality of head chips HT, HT,... Are formed on one nozzle forming member, the ink discharge nozzle position accuracy can be improved, This also makes it possible to improve the printing characteristics. Furthermore, since a plurality of head chips HT, HT,... Are arranged for one common ink flow path, the ink supply path to each head chip HT, HT,. And the structure can be simplified.
[0071]
Such a print head is suitable for a print head that is long in a direction orthogonal to the feeding direction of the print medium, in particular, a line head, and thereby can increase the printing speed.
[0072]
In the illustrated embodiment, the present invention is applied to a print head for a full-color bubble inkjet printer. However, the print head according to the present invention can also be applied to a print head for a mono-color printer. In addition, even when applied as a print head for a full-color printer, the present invention is not limited to the four-color integrated type described above, and may be configured as an independent print head for each color. .
[0073]
In addition, the shape or structure of each part shown in the above-described embodiment is merely an example of the embodiment performed when the present invention is carried out, and the technical scope of the present invention is limited by these. There should be no interpretation of it.
[0074]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the print head according to the present invention constitutes a side wall portion and one end surface of the ink pressurization chamber in a printhead including at least the ink pressurization chamber, the heating resistor, and the ink discharge nozzle. And a substrate member provided with a heating resistor, a nozzle forming member forming the other end face of the ink pressurizing chamber and having an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber, and the nozzle forming member supported Head frame andThe linear expansion coefficient of the head frame and the linear expansion coefficient of the substrate member are made substantially the same, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is made larger than the linear expansion coefficient of the head frame. Temperature T above room temperature 1 Then, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Pasted at temperature T 1 Is the temperature T 2 To be higher temperatureIt is characterized by that.
[0075]
Accordingly, in the print head of the present invention, since the nozzle forming member is supported by the head frame, the formation interval of the ink discharge nozzles formed on the nozzle forming member follows the expansion and contraction of the head frame. By making the linear expansion coefficient closer to the linear expansion coefficient of the substrate member, it is possible to eliminate or even minimize the positional deviation between the heating resistor and the ink pressurizing chamber and the ink discharge nozzle.Further, the head frame and the substrate member have substantially the same linear expansion coefficient, and the change in the ink discharge nozzle formation interval of the nozzle forming member bonded to the head frame due to a temperature change is as if the ink discharge nozzle is a substrate member. Therefore, the positional displacement between the heating resistor and the ink pressurizing chamber and the ink discharge nozzle can be almost eliminated, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is the line of the head frame. Since it is larger than the expansion coefficient, the nozzle forming member always receives tension under a temperature environment below the bonding temperature between the head frame and the nozzle forming member, and wrinkles do not occur in the nozzle forming member. Further, at the time when the substrate member is attached to the nozzle forming member, the nozzle forming member is contracted more than when it is attached to the head frame, and the contraction follows the contraction of the head frame, that is, the head frame. Since the head frame has a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member, the temperature T when the substrate member is attached to the nozzle forming member is reduced. 2 If the heat generating resistor (ink pressurizing chamber) formed on the substrate member is designed so that the formation interval of the ink discharge nozzles of the nozzle forming member is equal to the heat generating resistor (ink pressurizing chamber) And the positional relationship between the ink discharge nozzles are not greatly shifted.
[0078]
The method of manufacturing a print head according to the present invention includes a substrate member that forms a side wall portion and one end surface of an ink pressurizing chamber and includes a heating resistor.And a nozzle forming member which forms the other end face of the ink pressurizing chamber and is formed with an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber. The nozzle forming member is placed in the head frame having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the substrate member and substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. 1 Then, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Paste withThe temperature T1 is higher than the temperature T2.
[0079]
Therefore, in the method of manufacturing a print head according to the present invention, at the time when the substrate member is attached to the nozzle forming member, the nozzle forming member is contracted more than when the substrate member is attached to the head frame, and the contraction is the head frame. In other words, the head frame contracts at the same contraction rate as the head frame, and the head frame has a linear expansion coefficient substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. Temperature T₂If the heat generating resistor (ink pressurizing chamber) formed on the substrate member is designed so that the formation interval of the ink discharge nozzles of the nozzle forming member is equal to the heat generating resistor (ink pressurizing chamber) And the positional relationship between the ink discharge nozzles do not deviate greatly.
[0080]
Claim6In the invention described in the above, since the temperature T1 is the highest temperature among the process temperatures performed during the printhead manufacturing process, the nozzle forming member is always subjected to tension during the printhead manufacturing process. As a result, wrinkles do not occur in the nozzle forming member.
[0081]
Another print head of the present invention is a print head including at least an ink pressurizing chamber, a heating resistor, and an ink discharge nozzle, and forms a side wall portion and one end surface of the ink pressurizing chamber, and a plurality of ink pressurizing portions. A substrate member provided with a chamber and a plurality of heating resistors corresponding to the chamber, a nozzle forming member forming the other end face of the ink pressurizing chamber and having an ink ejection nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber; And a head frame that supports the nozzle forming member.In addition, the linear expansion coefficient of the head frame and the linear expansion coefficient of the substrate member are made substantially the same, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is made larger than the linear expansion coefficient of the head frame, and the nozzle is attached to the head frame. Temperature T above room temperature 1 Then, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Pasted at temperature T 1 Is the temperature T 2 Higher temperature, andThe nozzle forming member is a common one, and a plurality of the substrate members are arranged in a direction orthogonal to the feeding direction of the print medium, and the arrangement is such that the end portions of the substrate members are in the length direction. It is arranged in a staggered manner so as to overlap, and is arranged so that the ink inlets of the ink pressurizing chambers face each other, so that a common ink flow path is formed between the facing substrate members. To do.
[0082]
Therefore, in another print head of the present invention, the nozzle forming member is made common, that is, by forming a plurality of head chips on one nozzle forming member, the positional accuracy of each ink ejection nozzle can be improved. In addition, by arranging the head chip so that a part of the head chip overlaps, printing spots can be made inconspicuous, and printing characteristics can be improved.
[0083]
In addition, since a common ink flow path is formed for a plurality of head chips, ink can be supplied to each head chip with a simple structure.
[0084]
Claim8In the invention described in the above, the nozzle is formed so that the ink flow path has a space whose one end face is open, and covers the open face of the space of the flow path plate in which the ink supply pipe communicates with the space. Since the member is attached and the head chip is disposed in the notch recess formed in the edge of the flow path plate on the side where the nozzle forming member is attached, the position of each substrate member The accuracy can be improved and the printing characteristics can be improved.
[0085]
Claim3And claims9In the invention described in, since the print head is a line head, the printing speed can be increased.
[0086]
Claim4And claims10In the invention described in the above, since the nozzle forming member is made of nickel, it can be formed relatively inexpensively and with good nozzle position accuracy.
[0087]
Claim2And claims11In the invention described above, a plurality of substrate member groups each including one to a plurality of substrate members are provided, and each of the groups is configured to eject ink of different colors, and the plurality of members constituting the plurality of groups. Since the substrate member is combined with one nozzle forming member, the positional accuracy between the ink ejection nozzles of different colors can be extremely increased, and high-definition color printing is possible.
[0088]
Claim12In the invention described in claim 1, claim 1 or claim71 is provided, it is possible to provide a printer having a relatively simple structure and good printing characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of a print head of the present invention together with FIGS. 2 to 4, and is a perspective view.
FIG. 2 is an exploded perspective view.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing an embodiment of a method for manufacturing a print head of the present invention together with FIGS. 6 to 10, and this figure shows a state in which a nozzle forming member is placed on a supporting jig. .
FIG. 6 shows a joining process of a head frame and a nozzle forming member.
FIG. 7 shows a step of bonding a substrate member to a nozzle forming member.
FIG. 8 shows a head assembly in which a head frame, a nozzle forming member, and a substrate member are assembled.
FIG. 9 shows a step of coupling a flow path member to the head assembly.
FIG. 10 is a graph illustrating the temperature at which the head frame and the nozzle forming member are applied and the temperature at which the substrate member is applied to the nozzle forming member. It is a graph shown with an expansion-contraction graph line.
FIG. 11 shows an example of a conventional print head together with FIGS. 12 and 13, and this figure is a perspective view.
FIG. 12 is an exploded perspective view.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a problem.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Print head, 2 ... Nozzle formation member, 3 ... Ink discharge nozzle, 4 ... Head frame, 6 ... Substrate member, 8 ... Heat generating resistor, 9 ... Ink pressurization chamber, HT ... Head chip, 9a ... Ink inlet , 12 ... flow path plate, 15 ... space, 16 ... notch recess, 17 ... ink supply pipe, 18 ... ink flow path

Claims

In a print head including at least an ink pressurizing chamber, a heating resistor, and an ink discharge nozzle,
A substrate member comprising a side wall and one end face of the ink pressurizing chamber and provided with a heating resistor;
A nozzle forming member which constitutes the other end face of the ink pressurizing chamber and in which an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed;
Ri consists a head frame which supports the nozzle formation member,
The linear expansion coefficient of the head frame and the linear expansion coefficient of the substrate member are made substantially the same, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is made larger than the linear expansion coefficient of the head frame,
To the head frame stuck the nozzle forming member at a temperature T 1 of the room temperature or higher, then, the substrate member to the nozzle forming member affixed at temperatures above room temperature T 2, the temperature temperatures T 1 is higher than the temperature T 2 print head according to claim <br/> that is.

Having a plurality of substrate member groups composed of one to a plurality of substrate members;
Each of the groups is adapted to eject different colors of ink,
The print head according to claim 1, wherein a plurality of substrate members constituting the plurality of groups are coupled to one nozzle forming member .

The print head of claim 1, wherein the print head is a line head.

The print head according to claim 1, wherein the nozzle forming member is made of nickel .

A side wall portion of the ink pressurizing chamber and one end face are formed, and a substrate member provided with a heating resistor and the other end face of the ink pressurizing chamber are formed and an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed. In a method of manufacturing a print head by laminating a nozzle forming member with a high temperature,
The nozzle forming member is placed on the head frame having a linear expansion coefficient smaller than the linear expansion coefficient of the nozzle forming member and substantially equal to the linear expansion coefficient of the substrate member. 1 Paste with
Next, the substrate member is placed on the nozzle forming member at a temperature T equal to or higher than room temperature. 2 Paste with
Above temperature T 1 Is the above temperature T 2 Higher temperature
A method for manufacturing a print head.

Above temperature T 1 Is the highest of each process temperature performed during the printhead manufacturing process
The method of manufacturing a print head according to claim 5.

In a print head including at least an ink pressurizing chamber, a heating resistor, and an ink discharge nozzle,
A side wall portion and one end face of the ink pressurizing chamber are configured, and a substrate member provided with a plurality of ink pressurizing chambers and a plurality of heating resistors corresponding thereto,
A nozzle forming member that constitutes the other end surface of the ink pressurizing chamber and in which an ink discharge nozzle corresponding to the ink pressurizing chamber is formed;
A head frame that supports the nozzle forming member,
The linear expansion coefficient of the head frame and the linear expansion coefficient of the substrate member are made substantially the same, and the linear expansion coefficient of the nozzle forming member is made larger than the linear expansion coefficient of the head frame,
The nozzle forming member is placed on the head frame at a temperature T above room temperature. 1 Then, the substrate member is attached to the nozzle forming member at a temperature T higher than room temperature. 2 Paste at temperature T 1 Is the temperature T 2 Higher temperature,
Furthermore, the nozzle forming member is a common one, and a plurality of the substrate members are arranged in a direction orthogonal to the feeding direction of the print medium,
The arrangement is such that the substrate members are arranged in a staggered manner so that the end portions in the length direction overlap each other, and the ink inlets of the ink pressurizing chambers face each other. A common ink flow path was formed between the combined substrate members.
A print head characterized by that.

The ink flow path has a space with one end face opened, and is configured by adhering the nozzle forming member so as to cover the open face of the space of the flow path plate having an ink supply pipe communicating with the space. And
The substrate member is disposed in a notch recess formed in an edge portion of the flow path plate on the side where the nozzle forming member is attached.
The print head according to claim 7.

The print head is a line head
The print head according to claim 7.

The nozzle forming member is made of nickel
The print head according to claim 7.

Having a plurality of substrate member groups composed of one to a plurality of substrate members;
Each of the groups is adapted to eject different colors of ink,
The plurality of substrate members constituting the plurality of groups are coupled to one nozzle forming member.
The print head according to claim 7.

One print head according to claim 1 or 7 is provided.
A printer characterized by that.