JP2007015123A - ヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及びヘッドモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板の接続部や露出部等における封止材の流出を簡単な構成で防止する。
【解決手段】ノズルシート２５は、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔内にノズルが位置し、ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うように配置される。ヘッドチップ２０は、バリア層２４に一対の溝部２４ａが形成されており、発熱抵抗体２２とノズルとが対向するとともに、各溝部２４ａがノズルの形成されていない位置のノズルシート２５上に配置されるように、各ヘッドチップ配置孔にそれぞれ配置される。フレキシブル配線基板３は、その電極とヘッドチップ２０の電極とが電気的に接続されるように配置される。そして、フレキシブル配線基板３が配置された側のヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間は、封止材２９により封止されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体を吐出するためのヘッドの一部を構成するヘッドモジュール、並びにこのヘッドモジュールを用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置と、ヘッドモジュールの製造方法に関する。詳しくは、ヘッドチップとモジュールフレームとの間の隙間を封止する封止材により、液体の流路が塞がれることを防止する技術に関するものである。

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、そのインクジェットプリンタ等に用いられるヘッド（液体吐出ヘッド）は、ノズルから記録紙にインクを吐出することによって記録を行う。例えば、エネルギー発生素子として発熱素子を用いた方式では、ノズルと連通するインク液室（加圧室）の底壁を発熱素子で構成し、この発熱素子に電気信号となる電気パルスを印加して加熱し、それにより発生するインク気泡の圧力によってノズルからインクを吐出させ、記録紙に記録を行う。そして、このようなノンインパクト記録方式のヘッドは、高速性、低騒音性等に優れており、一般に広く普及している。

ここで、一般的なヘッドの構造は、一方側の面に、インクを吐出するための複数のノズルが形成されたノズルシートが配置され、他方側の面には、インクの流路を介して加圧室にインクを供給するための供給口又はバッファタンクが設けられている。また、インクを吐出するための電気パルスを発熱素子に印加する配線基板が接続されている。この配線基板の接続方式には、ＮＣＦ（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、ＮＣＰ（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）、ＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）等の実装技術があり、従来はＴＡＢ方式が一般的であったが、異方性導電膜を用いるＡＣＦ方式も製品化されてきている。

そして、配線基板を電気的に接続する接続部、配線基板の露出部等は、吐出不良が発生しないように、インクによる腐食や外力による断線を防止する必要がある。そのため、エポキシ系、シリコン系、アクリル系の接着剤等の封止材によって封止される。
例えば特許文献１では、回路基板と圧電セラミックプレートとからなるヘッドチップをフレキシブル配線基板でＡＣＦを介して連結する構造において、連結部が外気と遮断されるように、連結部の外周を全範囲にわたって２層の接着剤で封止したヘッドが開示されている。
特開２００４−１３８２号公報

また、特許文献２では、記録素子基板の周囲の封止領域に対して連通した充填剤溜め部を設け、熱硬化性の充填剤を充填剤溜め部に注入し、加熱により充填剤を流動させて封止領域に充填させ、充填剤を適正量に制御するヘッドの製造方法が開示されている。
特許３５９２１７２号公報

しかし、前述の特許文献１では、高速、高精度の記録の要求に応じることができない。すなわち、近年の一層の記録技術の進歩により、高速、高精度の記録が要求されるようになっているが、それにつれ、ノズル、加圧室、及び加圧室に連絡するインクの流路はますます微細化している。そして、製造工程や環境動作の影響でヘッドに熱が加わると、ヘッドチップとフレキシブル配線基板との連結部やフレキシブル配線基板の封止部にある接着剤の粘度が一時的に低下し、接着剤中の成分の一部が分離を起こす等して流出し、きわめて微細に構成された加圧室に連通するインクの流路を塞ぎ、吐出不良を引き起こす原因となる。

例えば、接着剤として用いられる熱硬化型エポキシ樹脂接着剤中の成分には、主に主剤と硬化剤とがあり、主剤は液体、硬化剤は径が１０μｍ以上の固体（粉体）となっている。そして、接着のために接着剤を加熱すると、接着剤の粘度が一時的に下がって成分分離を起こす。この際、高さ１０μｍ程度の隙間には、主剤は、それ自体の表面張力によって入り込むことができるが、硬化剤の方は、隙間に入り込むことができない。そのため、結局、主剤のみが隙間を伝って流れ出すこととなり、インクの流路の一部分に溜まって流路を塞ぐようになる。

一方、上記特許文献２の技術では、充填剤を適正量に制御するために、わざわざ封止領域に連通する充填剤溜め部を形成することとなり、これでは、製造コスト及び作業効率上のデメリットが大きい。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、配線基板の接続部や露出部等における封止材の流出を簡単な構成で防止し、高速、高精度の記録を安定的に行うことができるようにするとともに、製造コストを低減することである。

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、半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、ノズルが形成されたノズルシートと、前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形より大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うようにそれぞれ配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う大きさに形成され、前記ヘッドチップは、前記バリア層に一対の溝部が形成されており、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向するとともに、各前記溝部が前記ノズルの形成されていない位置の前記ノズルシート上に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔にそれぞれ配置され、前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置され、前記配線基板が配置された側の前記ヘッドチップと前記モジュールフレームとの間の隙間は、封止材により封止されていることを特徴とする。

上記発明においては、ヘッドチップは、バリア層に一対の溝部が形成されている。そして、ノズルシートが設けられた面と反対側の面から、ヘッドチップがヘッドチップ配置孔内に配置され、ヘッドチップのエネルギー発生素子とノズルシートのノズルとが対向する。この状態において、ノズルシート側に配線基板が配置され、配線基板の電極とヘッドチップの電極とが電気的に接続される。
また、配線基板が配置された側のヘッドチップとモジュールフレームとの間の隙間は、封止材によって封止される。そして、この封止材の流出は、ヘッドチップのバリア層に形成された一対の溝部によって防止される。

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（発熱素子）、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、サーマル方式の発熱抵抗体２２が相当する。また、実施形態では、モジュールフレーム１１には８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８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２個接続してラインヘッド（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。

本発明のヘッドモジュールによれば、配線基板が配置された側のヘッドチップとモジュールフレームとの間の隙間は、封止材によって封止される。そして、この封止材の流出は、ヘッドチップのバリア層に形成された一対の溝部によって防止される。そのため、流出した封止材によってインクの流路が塞がれることはなく、高速、高精度の記録を安定的に行うことができる。また、簡単な構成で封止材の流出を防止できるので、製造コストを低減することができる。

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を示す平面図であり、液体の吐出面側から見た図である。また、図２は、図１と反対側の面から見た図である。さらにまた、図３は、図２の前面側に制御基板４を配置した図である。

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、フレキシブル配線基板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２個、直列に接続されており、その２個のヘッドモジュール１０でＡ４横幅の長さをカバーして１色を印画するものである。そして、その直列に接続された２個のヘッドモジュール１０が４列設けられ、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫ）の液体吐出ヘッド１を構成している。

また、各ヘッドモジュール１０内には、８個のヘッドチップ２０が設けられている。図４は、１つのヘッドチップ２０の周囲を示す断面図である。
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、電極２３が形成されている。そして、発熱抵抗体２２と電極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。

ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面には、バリア層２４、及びノズルシート２５が積層されている。バリア層２４は、インク液室（加圧室）２６の側壁を形成するとともに、後述するヘッドチップ２０とノズルシート２５とを接着させる役目を果たすものである。バリア層２４は、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。また、バリア層２４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。

さらにまた、ノズルシート２５は、複数のノズル２５ａ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たものである。そして、ノズルシート２５は、ノズル２５ａ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２５ａ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２５ａ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、バリア層２４と貼り合わされている。

インク液室２６は、発熱抵抗体２２を囲むように、半導体基板２１とバリア層２４とノズルシート２５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２６の底壁を構成し、バリア層２４の発熱抵抗体２２を略凹状に囲む部分がインク液室２６の側壁を構成し、ノズルシート２５がインク液室２６の天壁を構成している。そして、インク液室２６は、図４に示すように、ヘッドチップ２０と、モジュールフレーム１１との間の流路２７に連通している。

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２６内のインクを、インク液室２６に対向するノズル２５ａから吐出させることができる。

すなわち、インク液室２６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２５ａ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２５ａ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。

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５（ａ）は、１つのモジュールフレーム１１を示す平面図である。本実施形態のヘッドモジュール１０は、モジュールフレーム１１と、８つのヘッドチップ２０及びノズルシート２５と、バッファタンク１２とから構成されている。

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。
モジュールフレーム１１は、例えばステンレス鋼から形成され、厚みが約０．５ｍｍ程度のものであり、本実施形態では、８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。

また、モジュールフレーム１１には、ヘッドフレーム２に固定するための２つの取付穴１１ｄが形成されている。。取付穴１１ｄは、ヘッドフレーム２にヘッドモジュール１０を取り付けるときに用いられるものである。さらにまた、各ヘッドチップ配置孔１１ｂの外縁部の一部を囲むように、溝１１ｃ（図５（ａ）中、ハッチング部）が形成されている。

図５は、モジュールフレーム１１にノズルシート２５を貼付する工程を示している。図５に示すように、ヘッドチップ配置孔１１ｂの周囲と溝１１ｃとで囲まれた領域に、接着剤１４を塗布（印刷）する（図中、（ｂ））。この接着剤１４の領域は、ノズルシート２５が貼付されたときにノズルシート２５の外縁部とほぼ一致する大きさに形成されている。
そして、接着剤１４の塗布後は、ノズルシート２５をモジュールフレーム１１に貼着する（図中、（ｃ））。このとき、余分な接着剤１４は、溝１１ｃ内に入り込み、溝１１ｃによって吸収される。

また、ノズルシート２５によって、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域の一部が覆われるように貼着される。さらにまた、ノズルシート２５は、モジュールフレーム１１に支持されるための必要最小限の大きさに形成されており、ノズルシート２５がヘッドチップ配置孔１１ｃ上に貼着されたときは、ノズルシート２５は、ヘッドチップ配置孔１１ｂ及び接着剤１４の塗布範囲にのみ存在する大きさに形成されている。すなわち、ノズルシート２５は、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域の必要な一部を覆うとともに、最小限の接着面積を有するように、必要最小限の大きさに形成されている。

さらに、本実施形態では、ホットプレスによってノズルシート２５をモジュールフレーム１１に熱圧着することで接合する。この接合は、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℃；本発明における第１温度環境下）で行われる。モジュールフレーム１１とノズルシート２５とを比較すると、ノズルシート２５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２５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２５の温度変化による伸縮は、ノズルシート２５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。
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には、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。したがって、ヘッドチップ２０は、ヘッドチップ配置孔１１ｂよりわずかに大きい外形をなしている。

なお、ノズル２５ａは、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貫通穴を一方向に整列させたものである。
ノズル２５ａ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２５ａ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２５ａを形成する。これにより、ノズル２５ａは、インクの吐出面（ノズルシート２５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内に位置するノズル２５ａ列のノズル２５ａ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を形成する場合には、約４２．３μｍ）となるように形成する。

さらにまた、図５において、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ列は、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ列を結ぶライン（各ノズル２５ａ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、「Ｎ１」、「Ｎ２」、「Ｎ３」、・・、「Ｎ８」番目とすると、「Ｎ１」番目と「Ｎ３」、「Ｎ５」及び「Ｎ７」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ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。「Ｎ２」、「Ｎ４」、「Ｎ６」及び「Ｎ８」番目の関係も同様である。

したがって、隣接するヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ列、例えば「Ｎ１」番目と「Ｎ２」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル２５ａ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８つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したが、これより多い又は少ない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。

次に、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に、バリア層２４を積層したヘッドチップ２０を配置・固定する。これは、上記第１温度環境下よりも低い第２温度環境下で（例えば常温（２５℃前後）で）行われる。これにより、バリア層２４とノズルシート２５とが接着される。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２５ａが位置するように、例えば±１μｍ程度の精度で熱圧着される。

ところで、ヘッドチップ２０とノズルシート２５とを比較すると、ノズルシート２５の方が線膨張係数が大きい。また、ヘッドチップ２０の熱圧着温度は、モジュールフレーム１１とノズルシート２５との接合温度よりも低い。したがって、ヘッドチップ２０の熱圧着の際は、モジュールフレーム１１と接合されたノズルシート２５がピンと張られた状態となっているので、ノズルシート２５の撓みを防止でき、平坦性が確保できる。

このように、バリア層２４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２５とヘッドチップ２０とが接着されると、ノズルシート２５のヘッドチップ２０側の面、バリア層２４、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２６が形成される。

さらにまた、ヘッドチップ２０がノズルシート２５に貼着されると、ヘッドチップ２０の電極２３は、ノズルシート２５により隠蔽されることなく、外部に露出する（図４参照）。したがって、ヘッドチップ２０がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置された後も、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。

続いて、ヘッドチップ２０側に設けられた電極２３と、フレキシブル配線基板３との接合（電気的接続）を行う。図６は、モジュールフレーム１１にノズルシート２５及びヘッドチップ２０が貼着された後、フレキシブル配線基板３を接合した状態を示す平面図である。なお、図６中、前面側がノズルシート２５の貼着面側であるが、図面の理解しやすさのために、反対側の面から貼着したヘッドチップ２０を、実線（ハッチング部）で図示している。

フレキシブル配線基板３は、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ものである。そして、１つのヘッドモジュール１０に対し、２枚のフレキシブル配線基板３が取り付けられる。ヘッドチップ２０は、４個ずつ２列に並んで配置されているが、各列で１枚のフレキシブル配線基板３が取り付けられる。フレキシブル配線基板３には配線パターンが形成されており、各配線パターンがヘッドチップ２０の電極２３に接合される。また、このとき、ノズルシート２５の外縁と、フレキシブル配線基板３の外縁とが近接するように取り付けられる。

ここで、図４に示すように、ヘッドチップ２０の電極２３と、フレキシブル配線基板３とは、異方性導電膜２８を介して接続される（ＡＣＦ接続）。ＡＣＦは、エポキシ系樹脂等をベースとして、導電性の粒子が混ぜ込まれたフィルム状の接着剤であり、熱（１５０℃〜２３０℃程度の温度で５秒〜１５秒程度加熱）と圧力とによってヘッドチップ２０の電極２３とフレキシブル配線基板３の配線パターンとを接着し、導電性の粒子を介して両者を電気的に導通させるものである。

このように、フレキシブル配線基板３は、異方性導電膜２８（ＡＣＦ）を介してヘッドチップ２０と接続される。また、同時に、モジュールフレーム１１とも異方性導電膜２８（ＡＣＦ）を介して接続される。すると、ヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間（流路２７の反対側）に異方性導電膜２８（ＡＣＦ）の露出面が形成され、後述するバッファタンク１２の接着後にインクで浸される領域となる。そのため、このままでは、インクに対する耐久性が保証されていないＡＣＦがインクと接触してショートし、断線等のトラブルを引き起こしかねない。

また、ヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間をカバーするものは、ノズルシート２５とフレキシブル配線基板３である。そして、ノズルシート２５の外縁とフレキシブル配線基板３の外縁との近接部は、密閉されていない。そのため、このままでは、バッファタンク１２内にインクが充填された際に、インクが外部に漏れてしまう。

そこで、ヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間（流路２７の反対側）に熱硬化型エポキシ樹脂接着剤からなる封止材２９を設け、異方性導電膜２８（ＡＣＦ）の露出面を封止する。また、フレキシブル配線基板３の外縁とノズルシート２５の外縁との近接部の隙間は、ノズルシート２５側から樹脂３０を設けて封止する。

ここで、封止材２９は、熱硬化型エポキシ樹脂接着剤を１５０℃で９０秒、その後、１２０℃で３分間熱をかけて硬化させたものである。熱硬化型エポキシ樹脂接着剤中の成分には、主に主剤と硬化剤とがあり、主剤は液体、硬化剤は径が１０μｍ以上の固体（粉体）である。そして、接着のために接着剤を加熱すると、接着剤の粘度が一時的に下がって成分分離を起こしやすい状態となる。すなわち、加熱前は、接着剤自身の持つ粘度によって塗布された部分に留まろうとしているが、加熱硬化の際には、接着剤の粘度が一時的に低下し、塗布領域よりも外側に流れ出しやすくなる。

ヘッドチップ２０のバリア層２４の厚さは１０μｍであり、接着剤の粘度が低下すると、主剤は、それ自体の表面張力によってノズルシート２５とヘッドチップ２０との間の１０μｍ程度の隙間に入り込むが、硬化剤は入り込まない。その結果、主剤のみが硬化が進行しないままこの隙間を伝って流れ出し、このままでは、流路２７にたまってしまう。流路２７にたまった主剤は、インクより強い粘性を有しており、インク液室２６に連通する部分の流路２７を塞いでしまうとインクの吐出不良を引き起こす。

しかしながら、本実施形態では、ヘッドチップ２０のバリア層２４に形成された一対の溝部２４ａが接着剤の流れをせき止める役割を果たし、流路２７が塞がれることを防止する。図７は、モジュールフレーム１１の１つのヘッドチップ２０の周辺部を拡大して示す平面図である。また、図８は、ヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間を封止する工程を示す平面図である。

図７に示すように、ヘッドチップ２０は、発熱抵抗体２２がノズルシート２５のノズル２５ａ（図４参照）と対向するように、ヘッドチップ配置孔１１ｂに配置されている。そして、ヘッドチップ２０は、バリア層２４によってノズルシート２５と接着している。ここで、バリア層２４には一対の溝部２４ａが形成されており、各溝部２４ａは、発熱抵抗体２２の配列に対して左右両側に位置している。そのため、各溝部２４ａは、ノズル２５ａの形成されていない位置のノズルシート２５上に配置されることとなる。

このような溝部２４ａは、バリア層２４と同時に形成される。すなわち、発熱抵抗体２２が作り込まれた基板上に、後工程で溶解可能な感光性樹脂を塗布することにより、発熱抵抗体２２が設けられた面の全体にレジストを積層する。なお、レジストとしては、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等が使用される。また、基板への塗布方法は、スピンコート、バーコート、カーテンコート、メニスカスコート、スプレイコート等の中から最適なものを選択すれば良い。

次に、バリア層２４及び溝部２４ａのパターンを描いたマスクを介して、レジストを感光するために最適な波長帯の活性エネルギー線を露光機によって照射する。この露光機には、マスクと形成されるパターンとが１：１になるコンタクトアライナーや、ミラープロジェクションアライナー等を用いても良いし、マスクが実際に形成されるパターンよりも大きく、同じパターンを複数回繰り返して露光（ステップ＆リピート露光）するステッパー等を用いても良い。なお、露光された部分のパターニング特性を向上させる場合等は、露光後にベークする工程を追加しても差し支えない。

マスクを介した活性エネルギー線の照射によってレジストを部分的に露光し、バリア層２４及び溝部２４ａのパターンを形成した後は、所定の現像液によってレジストを現像する。すなわち、パドル現像、ディップ現像、スプレイ現像等の中からレジストに合った方法で現像することにより、露光部を除去し、露光されていない部分のみが残るようにする。また、現像後には、必要に応じ、残留現像液の置換や表面洗浄を目的として、所定のリンス液や水（純水やイオン交換水）でリンスすることも可能である。さらにその後、表面に残った水分や溶媒を揮散させるための加熱や、スピンナーを使用した振り切り乾燥、真空チャンバーによる真空乾燥、大気中や窒素雰囲気中での自然放置を行っても良い。

このように、溝部２４ａは、発熱抵抗体２２が設けられた面の全体にレジストを積層した後、フォトリソプロセスによって不要な部分を除去することにより、バリア層２４と同時に形成される。そのため、同じ工程で簡単にバリア層２４及び溝部２４ａを形成することができ、コスト及び作業効率の点での負担が少ない。

そして、前述したように、ヘッドチップ２０はヘッドチップ配置孔１１ｂに配置され、バリア層２４によってノズルシート２５と接着される。すると、ヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間は、流路２７となるノズルシート２５上の部分と、フレキシブル配線基板３における異方性導電膜２８（図４参照）の露出面部分とに分けられるが、異方性導電膜の露出面部分及びノズルシート２５の外縁とフレキシブル配線基板３の外縁との近接部は、熱硬化型エポキシ樹脂接着剤からなる封止材２９でコの字型に封止される。

ここで、封止のために熱硬化型エポキシ樹脂接着剤を加熱すると、粘度が一時的に低下し、接着剤がノズルシート２５上の流路２７にまで流れ出そうとする。すなわち、熱硬化型エポキシ樹脂接着剤及び接着剤の分離成分（主剤）が表面張力によってノズルシート２５とヘッドチップ２０との間の１０μｍ程度の隙間に入り込む。しかしながら、本実施形態では、図８に示すように、溝部２４ａが接着剤を収納する役割を果たし、ノズルシート２５上にまで流れ出すことを防止する。したがって、図７に示すように、溝部２４ａまでのコの字型の封止材２９が形成され、流路２７が塞がれることはない。

次に、図４に示すように、ヘッドチップ２０の上部を覆うように、バッファタンク１２が接着される。図９は、バッファタンク１２を接着する工程を示す平面図であり、図１０は、バッファタンク１２及びフレキシブル配線基板３を示す平面図である。
バッファタンク１２は、インクを一時貯留するためのタンクであり、１つのヘッドモジュール１０に対して１つ設けられる。

図１０に示すように、バッファタンク１２は、平面図で見たときに、モジュールフレーム１１とほぼ同等の形状をなす。そして、図４に示すように、バッファタンク１２の内部は、空洞となった液体流路（図４中、網点部）が形成される。特に本実施形態のバッファタンク１２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ている。

バッファタンク１２は、全てのヘッドチップ２０及び封止材２９を囲い、全てのヘッドチップ２０に共通する液体流路を形成し、インク液室２６に供給するインクを一時貯留するものであり、図９に示すように、モジュールフレーム１１に接着剤を塗布した後、バッファタンク１２を位置決め固定した状態で接着剤を加熱硬化させて接着する。なお、本実施形態では、バッファタンク１２の接着剤として、封止材２９と同じ熱硬化型エポキシ樹脂接着剤を使用しているが、他の接着剤を使用することもできる。

バッファタンク１２は、本実施形態では特に、モジュールフレーム１１を固定するための剛性のある支持部材ともなっており、バッファタンク１２がモジュールフレーム１１上に取り付けられると、全てのヘッドチップ配置孔１１ｂを覆うようになる。また、図４に示すように、バッファタンク１２内と、各ヘッドチップ２０のインク液室２６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２７を介して連通される。これにより、バッファタンク１２は、ヘッドモジュール１０における全てのヘッドチップ２０に共通する液体流路を形成する。
なお、図示を省略するが、バッファタンク１２の天壁には、孔が形成されており、この孔を介してインクタンク（図示せず）からバッファタンク１２内にインクが供給される。

なお、モジュールフレーム１１と、各ヘッドチップ２０と、バッファタンク１２とは、同等の線膨張係数を有している。これは、線膨張係数の差が大きいと、熱応力の作用によって接着剤が剥がれたりする等のトラブルの原因となるため、それを回避したものである。

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１に示すように、剛性のあるヘッドフレーム２には、ヘッドモジュール配置孔２ａが形成されており、このヘッドモジュール配置孔２ａ内に、本実施形態では８つのヘッドモジュール１０を並べて配置している（２つのヘッドモジュール１０を直列に接続するとともに、その直列に接続されたヘッドモジュール１０を４段に並べている。）。また、各ヘッドモジュール１０は、ネジ止めされ、位置決めされている。

また、図２に示すように、８つのヘッドモジュール１０の各バッファタンク１２が見えている。直列に接続されたバッファタンク１２間は、Ｕ字管１３で接続されている。また、１つのヘッドモジュール１０に対して２つのフレキシブル配線基板３の接続側端部（図２中、ハッチング部）が、紙面に対して垂直に延びている。

次に、図３に示すように、バッファタンク１２が設けられた面側に、液体の吐出等を制御するための制御基板４がネジ５によってネジ止めされる。制御基板４上には、各種コンデンサの他、フレキシブル配線基板３と接続するためのコネクタ４ａが設けられている。そして、このコネクタ４ａの近傍には、切欠き部４ｂが形成されており、フレキシブル配線基板３の先端部は、この切欠き部４ｂを通って制御基板４の下側から上側に抜け、制御基板４のコネクタ４ａに接続されている。

このようにしてヘッドモジュール１０を２つ直列接続して、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（２個のヘッドモジュール１０からなるもの）を４列並べて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。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の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等が可能である。すなわち、
本実施形態においては、溝部２４ａを四角形状としているが、これに限らず、三角形状や半円形状等の溝部としても良い。また、フレキシブル配線基板３が配置された側のヘッドチップ２０とモジュールフレーム１１との間の隙間を封止する封止材となる接着剤の流れ出しを防止できるものであれば何でも良いのであって、溝部ではなく、バリア層２４に一対の突起部を形成するようにしても良い。

本発明の一実施形態である液体吐出ヘッドを示す平面図であり、液体の吐出面側から見た図である。 図１と反対側の面から見た図である。 図２の前面側に制御基板を配置した図である。 １つのヘッドチップの周囲を示す断面図である。 モジュールフレームにノズルシートを貼付する工程を示す平面図である。 モジュールフレームに、ノズルシート及びヘッドチップが貼着された後、フレキシブル配線基板を接合した状態を示す平面図である。 モジュールフレームの１つのヘッドチップの周辺部を拡大して示す平面図である。 ヘッドチップとモジュールフレームとの間の隙間を封止する工程を示す平面図である。 バッファタンクを接着する工程を示す平面図である。 バッファタンク及びフレキシブル配線基板を示す平面図である。

符号の説明

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 フレキシブル配線基板（配線基板）
１０ ヘッドモジュール
１１ モジュールフレーム
１１ｂ ヘッドチップ配置孔
２０ ヘッドチップ
２１ 半導体基板
２２ 発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
２３ 電極
２４ バリア層
２４ａ 溝部
２５ ノズルシート
２５ａ ノズル
２６ インク液室
２９ 封止材

Claims (7)

1. 半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形より大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うようにそれぞれ配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記バリア層に一対の溝部が形成されており、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向するとともに、各前記溝部が前記ノズルの形成されていない位置の前記ノズルシート上に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔にそれぞれ配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置され、
   前記配線基板が配置された側の前記ヘッドチップと前記モジュールフレームとの間の隙間は、封止材により封止されている
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
2. 請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
   前記配線基板と前記ヘッドチップとは、異方性導電膜を介して接続されている
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
3. 半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形より大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うようにそれぞれ配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記バリア層に一対の突起部が形成されており、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向するとともに、各前記突起部が前記ノズルの形成されていない位置の前記ノズルシート上に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔にそれぞれ配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置され、
   前記配線基板が配置された側の前記ヘッドチップと前記モジュールフレームとの間の隙間は、封止材により封止されている
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
4. 複数のヘッドモジュールと、
   複数の前記ヘッドモジュールを収容したヘッドモジュール配置孔が形成さ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、
   半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形より大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うようにそれぞれ配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記バリア層に一対の溝部が形成されており、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向するとともに、各前記溝部が前記ノズルの形成されていない位置の前記ノズルシート上に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔にそれぞれ配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置され、
   前記配線基板が配置された側の前記ヘッドチップと前記モジュールフレームとの間の隙間は、封止材により封止されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 複数のヘッドモジュールと、
   複数の前記ヘッドモジュールを収容したヘッドモジュール配置孔が形成さ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、
   半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   前記ヘッドチップを内部に配置するための孔であって前記ヘッドチップの外形より大きいヘッドチップ配置孔が複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ノズルシートは、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うようにそれぞれ配置されるとともに、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆う大きさに形成され、
   前記ヘッドチップは、前記バリア層に一対の溝部が形成されており、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向するとともに、各前記溝部が前記ノズルの形成されていない位置の前記ノズルシート上に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔にそれぞれ配置され、
   前記ヘッドチップ配置孔に配置された前記ヘッドチップの前記電極は、前記ヘッドチップ配置孔の前記ノズルシートにより覆われていない領域から露出し、
   前記配線基板は、前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるとともに、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側において、前記ヘッドチップの露出している前記電極を覆うように配置され、
   前記配線基板が配置された側の前記ヘッドチップと前記モジュールフレームとの間の隙間は、封止材により封止されている
   ことを特徴とする液体吐出装置。
6. 半導体基板上に複数のエネルギー発生素子が一定間隔で略直線状に配置されるとともに、前記エネルギー発生素子が設けられた面に、前記エネルギー発生素子の周囲に液室を形成するためのバリア層及び外部と電気的に接続するための電極を設けたヘッドチップと、
   ノズルが形成されたノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記電極と電気的に接続される配線基板と、
   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複数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に吐出力を与えることにより、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、
   前記ヘッドチップの前記バリア層に、一対の溝部を形成する前工程と、
   第１温度環境下で、前記モジュールフレームの一方側の面において、各前記ヘッドチップ配置孔に対し、前記ヘッドチップ配置孔内に前記ノズルが位置し、前記ヘッドチップ配置孔の領域の一部を覆うようにそれぞれ前記ノズルシートを貼着する第１工程と、
   前記第１温度環境下より低い第２温度環境下で、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子と前記ノズルとが対向するとともに、各前記溝部が前記ノズルの形成されていない位置の前記ノズルシート上に配置されるように、前記モジュールフレームの他方側の面から、各前記ヘッドチップ配置孔にそれぞれ前記ヘッドチップを貼着する第２工程と、
   前記配線基板の電極と前記ヘッドチップの前記電極とが電気的に接続されるように、前記モジュールフレームの前記ノズルシートが設けられた面側に前記配線基板を取り付ける第３工程と、
   前記配線基板が配置された側の前記ヘッドチップと前記モジュールフレームとの間の隙間を、封止材により封止する第４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。
7. 請求項６に記載のヘッドモジュールの製造方法において、
   前記前工程は、前記エネルギー発生素子が設けられた面の全体にレジストを積層した後、フォトリソプロセスによって不要な部分を除去することにより、前記バリア層と同時に前記溝部を形成する
   ことを特徴とするヘッドモジュールの製造方法。

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