JP4196809B2 - ヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置において、液体を吐出するためのヘッドとして用いられるヘッドモジュール、液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法と、液体吐出装置に関する。詳しくは、バッファタンクを備えるヘッドモジュールを用いて液体吐出ヘッドを構成することで、冷却効果の向上とインク等の液体の変質防止を図ったヘッドモジュール及び液体吐出ヘッドを形成する技術に係るものである。

従来より、液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られており、インクジェットプリンタのプリンタヘッドについては、種々の技術が開示されている。
例えば、特許文献１及び特許文献２では、複数のヘッドチップによってラインヘッドを形成するヘッドアセンブリの技術が開示されている。
特開２００２−１２７４２７号公報 特開２００３−２５５７９号公報

上記の特許文献１及び特許文献２の技術では、電鋳により形成されたニッケルからなる１つのノズル形成部材に多数のノズル（インクの吐出口）が設けられている。そして、この１つのノズル形成部材に対して、複数のヘッドチップが貼り付けられている。さらに、貼り付けたヘッドチップを囲むように孔を形成したヘッドフレームがノズルシートに貼り合わせられ、ノズルシートが支持されている。

なお、ヘッドチップには、発熱抵抗体が配列されており、各発熱抵抗体と各ノズルとが対応するようにヘッドチップがノズルシートに貼り付けられている。また、発熱抵抗体とノズルとの間には、インク液室が設けられている。

さらに、ヘッドフレーム上には、ヘッドチップを囲む孔の中に入り込んでヘッドチップと接合する流路板が設けられている。この流路板は、全てのインク液室と連通する共通流路を有している。
以上の構成において、流路板の共通流路を介してインクタンクから各インク液室内にインクが満たされる。そして、そのインク液室内のインクが発熱抵抗体によって加熱され、この加熱時のエネルギーによってノズルからインクが吐出される。

また、複数のヘッドチップを備えたものを１つのヘッドモジュールとし、そのヘッドモジュールを複数組み合わせてヘッドアセンブリを構成したユニット式の技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平７−２５１５０５号公報

しかし、前述の特許文献１及び特許文献２の技術では、ヘッドアセンブリの印刷特性の試験を行う際、試験の前にヘッドアセンブリ全体の組立てを行わなければならなくなる。そのため、ヘッドチップの中に１つでも不良があれば、ヘッドアセンブリ全体が使用不能なものになってしまうという問題がある。
また、ヘッドアセンブリの部分的な故障であっても、全体を交換することとなり、修理の費用が高額になるという問題がある。

さらにまた、特許文献１及び特許文献２の技術は、ヘッドチップを内部に配置した孔内に流路板をはめ込む構造であるので、ヘッドチップの周囲に貯留しているインク量が少なく、ヘッドチップ及びその周囲のインクが高温になってしまうという問題がある。
このような高温の環境下は、半導体部分を有するヘッドチップの性能や寿命、故障に対して悪影響を及ぼし、また、共通流路内のインクを変質させる要因にもなる。

そのため、ヘッドチップやインクが高温にならないように、インクを強制的に循環させる等の冷却システムを設け、インクを吐出させる際には冷却システムを稼働させることによって、ヘッドチップの劣化やインクの変質を防止する必要があった。

さらに、特許文献３では、ユニット式とすることで、ヘッドアセンブリの部分的な故障に対処しているものの、今度はインクの流路がユニットごとに分断されることとなり、冷却システムによってインクを強制的に循環させようとすると、ユニット同士のインク流入口と流出口とを一々流路で連結しなければならなくなる。

そのため、流路が上下方向、左右方向に屈曲を繰り返すこととなり、結果的に複雑な流路となってしまう。このような流路では、流路抵抗が非常に大きくなるため、インクの円滑な循環に支障が生じ、十分な冷却性能を引き出すことができない。

また、複数のユニット間において、ノズルの形成面は同一面である方が好ましい。例えば、記録媒体のインク着弾面に対して精度良く垂直にインクが吐出する場合には、複数のユニット間においてノズルの形成面に多少の位置ずれがあっても印画品位について大きな影響はないが、例えばインクの吐出方向が記録媒体のインク着弾面に対して完全に垂直でない場合には、複数のユニット間におけるノズルの形成面の位置が一致していないと、インクの着弾位置が変化してしまう。

特に、本件出願人は、未開示の先願技術である特願２００３−０３７３４３、特願２００２−３６０４０８、及び特願２００３−５５２３６等により、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を複数の方向に可変とすることで、液滴の着弾位置のばらつきを目立たなくし、高品位な印画を可能とした技術を、既に提案している。

このように、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を積極的に変化させる技術を用いる場合には、ノズルの形成面の位置精度については、高精度が要求される。しかし、特許文献３では、複数のユニット間におけるノズルの形成面の位置精度をどのようにして確保するかについての開示はない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、特別な冷却システムを設けることなくヘッドチップやインクの冷却効果が得られるようにし、かつ、ヘッドチップ間のノズル形成面の位置精度を高精度にし、ラインヘッドにも用いることができるヘッドを形成することである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１の発明は、複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと、前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合せ面と反対側の面に積層され、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成するためのバッファタンクとを備え、前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールであって、前記バッファタンクは、前記モジュールフレームに積層される下面側が開口されるとともに、積層方向の断面が側壁及び天壁によって逆凹形となるように形成されることで、前記共通液体流路を形成し、前記バッファタンクの側壁の内面は、前記ヘッドチップの上面が全て前記共通液体流路内の液体と接するように、前記ヘッドチップが配置された前記ヘッドチップ配置孔内に嵌まり込むことのない形状となされ、前記バッファタンクの側壁の外面は、前記モジュールフレームの外形に沿った形状となされているヘッドモジュールである。

また、請求項４の発明の液体吐出ヘッドは、直列に配置された複数の上記請求項１のヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームとを備え、前記モジュールフレームは、バッファタンクの外面から部分的又は全体的に突出する鍔部を有し、各前記モジュールフレームの各前記鍔部と前記ヘッドフレームとが貼り合わせられて、複数の前記ヘッドモジュールが前記ヘッドモジュール配置孔内に配置されていることを特徴とする。
さらにまた、請求項５の発明の液体吐出装置は、上記請求項４の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。

上記発明においては、ヘッドモジュールは、ノズルシートとモジュールフレームとが貼り合わせられている。また、モジュールフレームにはヘッドチップ配置孔が形成されている。そして、バッファタンクは、モジュールフレームに積層される下面側が開口されるとともに、積層方向の断面が側壁及び天壁によって逆凹形となるように形成されることで、共通液体流路を形成し、バッファタンクの側壁の内面は、ヘッドチップの上面が全て共通液体流路内の液体と接するように、ヘッドチップが配置されたヘッドチップ配置孔内に嵌まり込むことのない形状となされ、バッファタンクの側壁の外面は、モジュールフレームの外形に沿った形状となされている。

この状態においてバッファタンクがモジュールフレームのノズルシートとの貼合せ面と反対側の面に積層される。バッファタンク内には共通液体流路が形成されており、この共通液体流路と各ヘッドチップの液室とが連通する。
さらに請求項４又は請求項５の発明においては、上記請求項１のヘッドモジュールを直列に繋ぐことで、液体吐出ヘッドが形成される。

なお、本発明のエネルギー発生素子は、ヒータ等の発熱抵抗体、ピエゾ素子等の圧電素子、ＭＥＭＳ等を用いることが可能であるが、以下の実施形態では発熱抵抗体２２が相当する。また、本発明の液室形成部材は、実施形態ではバリア層１２に相当する。さらにまた、実施形態では、モジュールフレーム１１には４つのヘッドチップ配置孔１１ｂが形成され、１つのヘッドモジュール１０には４つのヘッドチップ２０が設けられる。そして、このヘッドモジュール１０を直列に４個接続してＡ４版の長さにするとともに、それを４列設けて、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、及びＫ（ブラック）の４色のカラーラインヘッドである液体吐出ヘッド１を形成している。

本発明のヘッドモジュールによれば、バッファタンクによる液体の一時貯留量を増やすことができるので、ヘッドチップ近傍の熱容量が大きくなり、ヘッドチップの冷却効果の向上を図ることができる。また、バッファタンク内の液体が高温にならないので、液体を強制的に循環させる冷却システムを常時稼働させることなく、インク等の液体の変質を防止することができる。

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を示す平面図と、この平面図中、Ｘ方向の矢視側面図（断面図）である。また、図２は、液体吐出ヘッド１内に実装されているヘッドチップ２０とその周囲の構成を示す側面の断面図及び下面から見た平面図である。

液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置（本実施形態では、カラーラインインクジェットプリンタ）に搭載されるヘッドとして用いられるものである。図１に示すように、液体吐出ヘッド１は、ヘッドフレーム２と、プリント基板３と、複数のヘッドモジュール１０とから構成されている。ヘッドモジュール１０は、図１の平面図において、長手方向に４個、直列に接続されており、その直列に接続された４個のヘッドモジュール１０が４列設けられている。直列に接続された４個のヘッドモジュール１０で１色を印画するものであり、本実施形態では、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫ）の液体吐出ヘッド１（ラインヘッド）を構成している。

また、各ヘッドモジュール１０内には、４個のヘッドチップ２０が設けられている。図２は、１つのヘッドチップ２０を示している。
ヘッドチップ２０は、シリコン等からなる半導体基板２１と、この半導体基板２１の一方の面に析出形成された発熱抵抗体２２（本発明におけるエネルギー発生素子に相当するもの）とを備えている。半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面と同一面側であって発熱抵抗体２２が形成された縁部と反対側の縁部には、アルミニウムからなる接続パッド２３が形成されている。そして、発熱抵抗体２２とこの接続パッド２３とは、半導体基板２１上に形成された導体部（図示せず）を介して接続されている。

ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面側は、バリア層１２（本発明における液室形成部材に相当するもの）を介してノズルシート１３に積層されている。バリア層１２は、インク液室１４の側壁を形成するためのものであって、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、ヘッドチップ２０の半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。

図２中、平面図は、１つの発熱抵抗体２２と、その発熱抵抗体２２の周囲に設けられたバリア層１２を示している。バリア層１２は、発熱抵抗体２２の３辺の近傍を囲むように、平面的に見たときに略凹状に形成される。

さらにまた、ノズルシート１３は、複数のノズル１３ａが形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１３ａの位置が発熱抵抗体２２の位置と合うように、すなわちノズル１３ａが発熱抵抗体２２に対向するように、より具体的には、ノズル１３ａの中心軸と発熱抵抗体２２の中心とが平面的に見たときに一致するように（図２の平面図参照）、バリア層１２と貼り合わされている。

インク液室１４は、発熱抵抗体２２を囲むように、半導体基板２１とバリア層１２とノズルシート１３とから構成されたものであり、吐出するインクが満たされるとともに、インクの吐出時にはインクの加圧室となるものである。半導体基板２１の発熱抵抗体２２が形成された面がインク液室１４の底壁を構成し、バリア層１２の発熱抵抗体２２を略凹状に囲む部分がインク液室１４の側壁を構成し、ノズルシート１３がインク液室１４の天壁を構成している。そして、インク液室１４は、図２の平面図に示すように、ヘッドモジュール１１と半導体基板２１との間の隙間によって形成される流路１６と連通される。

上記の１個のヘッドチップ２０には、通常、１００個単位の発熱抵抗体２２を備え、プリンタの制御部（図示せず）からの指令によってこれら発熱抵抗体２２のそれぞれを一意に選択して発熱抵抗体２２に対応するインク液室１４内のインクを、インク液室１４に対向するノズル１３ａから吐出させることができる。

すなわち、インク液室１４にインクが満たされた状態で、発熱抵抗体２２に短時間、例えば、１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体２２が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗体２２と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１３ａに接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１３ａから吐出される。そして、この液滴が印画紙上に着弾されることで、ドット（画素）が形成される。

続いて、ヘッドモジュール１０のより詳細な構造及び製造過程について説明する。
図３は、１つのヘッドモジュール１０を示す平面図及び正面図である。本実施形態のヘッドモジュール１０は、内部に配置された４つのヘッドチップ２０と、モジュールフレーム１１と、ノズルシート１３と、バッファタンク１５とから構成されている。

図３に示すように、バッファタンク１５の外面はモジュールフレーム１１の外形に沿った形状で、モジュールフレーム１１の外形よりも小さい略相似形となされている。そして、モジュールフレーム１１のバッファタンク１５の外面から全体的に突出した部分が鍔部１１ｃとなっている。また、バッファタンク１５はモジュールフレーム１１の上に積層されているだけで、バッファタンク１５の内面はヘッドチップ配置孔１１ｂ内に嵌まり込んでいない。

図４は、ノズルシート１３及びモジュールフレーム１１を分解して示す平面図である。モジュールフレーム１１は、平面的に見たときに略長方形状に形成されるとともに、左右両端側には、略Ｌ形に切り欠かれた係合部１１ａを有する。図４から明らかであるが、ノズルシート１３とモジュールフレーム１１とが重ね合わせられたときに、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂを除いて、略重なり合うように両者の形状が形成されている。

配線パターン部１３ｂは、ノズルシート１３のうち、モジュールフレーム１１に重ならない部分であり、銅箔をポリイミド等で両面側から挟み込んだ、いわゆるサンドイッチ構造をなすことで形成されている。配線パターン部１３ｂは、後述する図１２に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内の領域まで配線されており、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内にヘッドチップ２０が配置されたときに、そのヘッドチップ２０との電気的接続が可能となるように形成されている。

モジュールフレーム１１は、厚みが約０．５ｍｍ程度のアルミナセラミックスやインバー鋼等から形成されたものであり、本実施形態では、４箇所に、略長方形状のヘッドチップ配置孔１１ｂが形成されている。ヘッドチップ配置孔１１ｂは、ヘッドチップ２０の外形よりわずかに大きな孔形を有し、ヘッドチップ２０を内部に完全に配置できるようになっている。

図５は、モジュールフレーム１１をノズルシート１３上に配置した状態を示す平面図及び正面図である。本実施形態では、ホットプレスによって両者を熱圧着することで接合する。これにより、モジュールフレーム１１は、配線パターン部１３ｂを除くノズルシート１３の領域と略重なり合う。いいかえれば、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂが形成された領域のみがモジュールフレーム１１の領域と重ならない状態となる。また、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内には、その下側に位置するノズルシート１３が見えるようになる。

なお、モジュールフレーム１１とノズルシート１３との接合は、ヘッドモジュール１０及び液体吐出ヘッド１の製造過程における最高温度（例えば約１５０℃）で行われる。モジュールフレーム１１とノズルシート１３とを比較すると、ノズルシート１３の方が線膨張係数が大きい（温度変化によって伸縮しやすい）ので、製造過程における最高温度で両者を接合すれば、常温等の接合時の温度以下では、ノズルシート１３は、モジュールフレーム１１により張られた状態となる。すなわち、ノズルシート１３の温度変化による伸縮は、ノズルシート１３とモジュールフレーム１１との接合後は、モジュールフレーム１１に支配されることとなる。

したがって、モジュールフレーム１１の剛性をできる限り確保するため、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂの開口面積は、必要最小限とすることが好ましい。すなわち、ヘッドチップ配置孔１１ｂへのヘッドチップ２０の配置後に、後述するバッファタンク１５内の共通液体流路１５ａと、インク液室１４との間の流路１６が形成されるとともに、ノズルシート１３に形成したノズル１３ａに合わせてヘッドチップ２０を配置したときの位置ずれを吸収できる程度の大きさを条件として、最小限の開口面積とすることが好ましい。

続いて、ヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３に対して、１つのヘッドチップ２０における発熱抵抗体２２の数に対向する数のノズル１３ａを一方向に整列させたノズル１３ａ列を形成する。図６は、ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズルシート１３にノズル１３ａ列が形成された状態を示す平面図である。

ノズル１３ａの形成は、エキシマレーザーにより行う。また、レーザー光により形成されたノズル１３ａには、テーパーが付くため、モジュールフレーム１１側からレーザー光を照射してノズル１３ａを形成する。これにより、ノズル１３ａは、インクの吐出面（ノズルシート１３の外表面）に近づくに従って開口径が次第に小さくなるようにテーパーが付いた孔となる。
また、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に形成されるノズル１３ａ列のノズル１３ａ間ピッチは、ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２の配列ピッチと同一（解像度が６００ｄｐｉのヘッドモジュール１０とする場合には、約４２．３μｍ）となるように形成する。

さらにまた、図６に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列を結ぶライン（各ノズル１３ａの中心を通るライン）を考えたときに、そのラインがモジュールフレーム１１の長手方向に平行に引いたモジュールフレーム１１の中心線側に形成される。また、各ヘッドチップ配置孔１１ｂを左側から順に、「Ｎ」、「Ｎ＋１」、「Ｎ＋２」、「Ｎ＋３」番目とすると、「Ｎ」番目と「Ｎ＋２」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、上記中心線に平行な一直線上に整列するように形成される。「Ｎ＋１」番目及び「Ｎ＋３」番目も同様である。

したがって、隣接するヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列、例えば「Ｎ」番目と「Ｎ＋１」番目のヘッドチップ配置孔１１ｂ内のノズル１３ａ列は、上記中心線に対して平行な２直線上に整列する。
なお、本実施形態では、１つのモジュールフレーム１１に対して４つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したが、本実施形態より多くヘッドチップ配置孔１１ｂを形成したときであっても、上記関係を満たすようにする。

次に、図７に示すように、各ヘッドチップ配置孔１１ｂ内に、バリア層１２を積層したヘッドチップ２０を配置・固定する。ここで、ヘッドチップ２０は、チップマウンターを用いてアライメントされながら熱圧着される。さらにこの場合には、ヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２の真下に、ノズル１３ａが位置するように、例えば±１μｍ程度の精度で熱圧着される。

このように、バリア層１２が形成されたヘッドチップ２０がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に配置され、ノズルシート１３とヘッドチップ２０とが接着されると、ノズルシート１３のヘッドチップ２０側の面、バリア層１２、及びヘッドチップ２０の発熱抵抗体２２が形成された面とによって、上記のようにインク液室１４が形成される。

続いて、ヘッドチップ２０側に設けられた接続パッド２３と、ノズルシート１３側の配線パターン部１３ｂの電極１３ｃ（最表面が金により形成されたメッキ層）とが電気的に接続される。図８は、ヘッドチップ２０側の接続パッド２３の配置を示す平面図である。なお、図８では、ノズル１３ａ及び接続パッド２３を実線で図示している。図８に示すように、１つのヘッドチップ２０には、ヘッドチップ２０の長手方向に沿って複数の接続パッド２３が予め設けられている。なお、上述した図２では、接続パッド２３とノズルシート１３の配線パターン部１３ｂとの位置関係を断面図で図示している。

図２に示したように、モジュールフレーム１１のヘッドチップ配置孔１１ｂの領域内にあるノズルシート１３のうち、配線パターン部１３ｂの先端には、電極１３ｃが設けられている。さらにノズルシート１３の電極１３ｃの周囲には、開口部１３ｄが形成されている。そして、開口部１３ｄから、例えばピン状の加振ツールを挿入し、この加振ツールに超音波振動を付与することで、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂの電極１３ｃとを超音波による金属接合する。そして、接合後は、開口部１３ｄを樹脂により封止し、封止後には、樹脂がノズルシート１３の表面と略一致するようにする（ノズルシート１３の表面から盛り上がらないようにする）。

なお、図２に示すように、ノズルシート１３の配線パターン部１３ｂ上には、プリント基板３１が設けられ、このプリント基板３１の配線パターン部１３ｂと対向する面上には導電体３１ａが形成されている。そして、この導電体３１ａと配線パターン部１３ｂの配線とが電気的に接続されている。これにより、発熱抵抗体２２とプリント基板３１間（発熱抵抗体２２と接続パッド２３、接続パッド２３と配線パターン部１３ｂ、及び配線パターン部１３ｂとプリント基板３１）が電気的に接続されることとなる。

次に、モジュールフレーム１１側から、バッファタンク１５を取り付ける。図９は、バッファタンク１５を取り付けた状態を示す平面図及び正面図である。また、図１０は、バッファタンク１５が取り付けられた状態を示す側面の断面図である。

バッファタンク１５は、１つのヘッドモジュール１０に対して１つ設けられる。また、図９に示すように、バッファタンク１５は、平面図で見たときに、モジュールフレーム１１よりやや小さい形状をなし、モジュールフレーム１１が鍔部１１ｃを有するようにしているが、モジュールフレーム１１と略相似形をなしている。さらに、図１０に示すように、バッファタンク１５の内部には、空洞となった共通液体流路１５ａが形成されている。すなわち、バッファタンク１５は、下面側（モジュールフレーム１１との接着面側）が開口されるとともに、側壁及び天壁が同一厚みに形成され、断面が略逆凹形となるように形成されることで、共通液体流路１５ａを形成している。

図１０に示すように、バッファタンク１５の下面側の縁とモジュールフレーム１１とが接着剤により接着される。バッファタンク１５がモジュールフレーム１１上に取り付けられると、図９に示すように、全てのヘッドチップ配置孔１１ｂを被覆するようになる。さらに図１０に示すように、バッファタンク１５の共通液体流路１５ａと、各ヘッドチップ２０のインク液室１４とは、ヘッドチップ配置孔１１ｂとヘッドチップ２０との間の流路１６を介して連通される。これにより、バッファタンク１５は、ヘッドモジュール１０における全てのヘッドチップ２０の共通液体流路１５ａを形成する。
また、図９に示すように、バッファタンク１５の天壁には、穴１５ｂが形成されており、この穴１５ｂを介してインクタンク（図示せず）から共通液体流路１５ａ内にインクが供給される。

ここで、図１０に示すように、バッファタンク１５の下面側の内側縁（図１０中、Ａ部）が断面凸状に形成されており、この断面凸状の部分がモジュールフレーム１１と当接する。そして、この凸状の部分の外側（凸状の部分に対して段差となっている部分。図１０中、Ｂ部）に接着剤を入れて接着する。これにより、バッファタンク１５の内面がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に嵌まり込むことはなく、ヘッドチップ２０の上面が全て共通液体流路１５ａ内のインクと接することとなる。また、簡単にモジュールフレーム１１とバッファタンク１５とを接着できるようになり、バッファタンク１５の形状も簡易にすることができる。

以上のようにしてヘッドモジュール１０が完成する。本実施形態のヘッドモジュール１０では、平面図（図９参照）で見たときに、バッファタンク１５がモジュールフレーム１１よりやや小さい略相似形をなしている。すなわち、モジュールフレーム１１が鍔部１１ｃを有するようにしつつ、最大限の大きさを確保している。また、断面図（図１０参照）で見たときに、バッファタンク１５の内面がヘッドチップ配置孔１１ｂ内に嵌まり込まない略逆凹形をなしている。すなわち、ヘッドチップ２０の全上面を共通液体流路１５ａの底壁としている。

したがって、共通液体流路１５ａ内のインク量が大きく増え、ヘッドチップ２０を効率的に冷却することができる。すなわち、ノズル１３ａからインクを吐出させるため、パルス電流を流して発熱抵抗体２２を急速に加熱するが、高温度の環境になるほどヘッドチップ２０の性能や寿命、故障に対して悪条件となる。そこで、ヘッドチップ２０を常時冷却して保護する必要が生じるが、インク量が増えた分だけ熱容量が大きくなり、しかもヘッドチップ２０の全上面から放熱されるので、インクを循環させる冷却システムを稼働させる必要がなくなる。また、高温による共通液体流路１５ａ内のインクの変質も防止できるうえ、インクの安定供給ができ、印刷物のインクかすれ発生等の印刷トラブルを減少させることができる。

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１１は、ヘッドモジュール１０を並べて配置した状態を示す平面図及び正面図である。図１１中、平面図では複数のヘッドモジュール１０を図示しているが、正面図では、１つのヘッドモジュール１０が配置された状態を図示している。

本実施形態では、図１１の平面図に示すように、ベース治具Ｃ上に、４つのヘッドモジュール１０を直列に整列させる。この場合に、各ヘッドモジュール１０の両端部の係合部１１ａ同士が係合するように、すなわち、略Ｌ形に切り欠かれた部分同士が互いに連結するように配置する。このようにして４つのヘッドモジュール１０を１列に整列させることで、Ａ４対応のラインヘッドを形成する。さらに、このヘッドモジュール１０列（４個のヘッドモジュール１０からなるもの）を４列並べて（図１１の平面図では、ヘッドモジュール１０列を３列並べるとともに、一番下の列のヘッドモジュール１０列では、１つのヘッドモジュール１０がベース治具Ｃ上に載置された状態を図示している）、Ｙ、Ｍ、Ｃ、及びＫの４色（カラー）対応のカラーラインヘッドを形成する。

なお、直列に接続された２つのヘッドモジュール１０を、それぞれヘッドモジュール「Ｎ」（左側）、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」（右側）とし、ヘッドモジュール「Ｎ」及び「Ｎ＋１」内の４つのヘッドチップ２０を左側から順に、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、及び２０Ｄとすると、ヘッドモジュール「Ｎ」のヘッドチップ２０Ｄと、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」のヘッドチップ２０Ａとは、少なくとも１つのノズル１３ａが、ヘッドチップ２０の並び方向においてオーバーラップするように配置される。すなわち、ヘッドモジュール「Ｎ」のヘッドチップ２０Ｄのうち、最もヘッドモジュール「Ｎ＋１」側にあるノズル１３ａは、ヘッドモジュール「Ｎ＋１」のヘッドチップ２０Ａのうち、最もヘッドモジュール「Ｎ」側にあるノズルよりも、右側に位置するように配置される。

そして、上記のように、１列４個のヘッドモジュール１０を４列配置した後、ヘッドフレーム２と貼り合わせる。ヘッドフレーム２は、剛性の高い金属板等に対して、直列に配置された４個のヘッドモジュール１０を内部に配置可能なようにヘッドモジュール配置孔２ａが４個形成されたものである。すなわち、図１１に示したように配置された４個のヘッドモジュール１０が内部に入り込むように、ヘッドモジュール配置孔２ａが形成されたものである。

図１２は、ヘッドモジュール１０をヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａ内に貼り付ける手順を示す説明図である。
図１２に示すように、ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１は、バッファタンク１５の外面から全体的に突出する鍔部１１ｃを有している。そして、ヘッドモジュール配置孔２ａの大きさは、バッファタンク１５よりも若干大きく、モジュールフレーム１１よりも若干小さくなっている。

そのため、ヘッドモジュール１０をヘッドモジュール配置孔２ａに挿入すると、鍔部１１ｃによってヘッドモジュール１０が整列し、上下方向の位置決めができることとなる。したがって、ベース治具Ｃ（図１１参照）は、ヘッドモジュール１０の左右方向の位置決めができれば良いので、３次元的な位置決めから２次元的な位置決めのものに簡略化することができる。なお、鍔部１１ｃは、バッファタンク１５の外面から部分的に突出していても良い。

このようにヘッドフレーム２が配置されたときは、図１に示す状態となり、液体吐出ヘッド１が形成される。また、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、各ヘッドモジュール１０のバッファタンク１５はヘッドモジュール配置孔２ａと接触しないが、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１（図１２に示す鍔部１１ｃ）とヘッドフレーム２とが接触し、この両者が接着されることで、ヘッドフレーム２と各ヘッドモジュール１０とが固定される。

なお、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、ヘッドフレーム２をヘッドモジュール１０に接着する前に、別工程にて、ヘッドフレーム２の下面側にはプリント基板３が接着される。プリント基板３は、平面図で見たときに、ヘッドフレーム２のヘッドモジュール配置孔２ａを避けるように形成されている。また、図１中、Ｘ方向矢視側面図に示すように、プリント基板３は、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１とは接触せず、各ヘッドモジュール１０のモジュールフレーム１１間に配置される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）モジュールフレーム１１には４つのヘッドチップ配置孔１１ｂを形成することで、１つのヘッドモジュール１０には４つのヘッドチップ２０が搭載されるようにした。しかし、これに限らず、１つのヘッドモジュール１０に対してヘッドチップ２０を何個搭載しても良い。

（２）ラインヘッドとして液体吐出ヘッド１を形成する場合には、本実施形態では、４個のヘッドモジュール１０を直列に接続したヘッドモジュール１０列を４列設けたが、これに限らず、液体吐出ヘッド１の用途や色数に応じて、１つの液体吐出ヘッド１のヘッドモジュール１０数を増減することが可能である。ここで、ヘッドモジュール１０が１つの場合のように、ヘッドフレーム２との貼り合わせが考えられない場合等は、鍔部１１ｃを設けず、バッファタンク１５の平面形状をモジュールフレーム１１の外形と同一形とすることもできる。

図１３は、ヘッドモジュール１０の他の実施形態を示す斜視図である。
図１３に示すヘッドモジュール１０は、バッファタンク１５とモジュールフレーム１１とが同一外形になるようにしたものであり、それによってバッファタンク１５がより拡大される。したがって、内部に一時貯留されるインク量が一層増え、さらなる冷却効果の向上が期待できる。

本発明による液体吐出ヘッドの一実施形態を示す平面図及び図中、Ｘ方向の矢視側面図（断面図）である。 液体吐出ヘッド内に実装されているヘッドチップとその周囲の構成を示す断面図及び下面から見た平面図である。 １つのヘッドモジュールを示す平面図及び正面図である。 ノズルシート及びモジュールフレームを分解して示す平面図である。 モジュールフレームをノズルシート上に配置した状態を示す平面図及び正面図である。 ヘッドチップ配置孔内のノズルシートにノズル列が形成された状態を示す平面図である。 各ヘッドチップ配置孔内に、バリア層を積層したヘッドチップを配置・固定した状態を示す図である。 ヘッドチップ側の接続パッドの配置を示す平面図である。 バッファタンクをヘッドモジュールに取り付けた状態を示す平面図及び側面図である。 バッファタンクが取り付けられた状態を示す側面の断面図である。 ヘッドモジュールを並べて配置した状態を示す平面図及び正面図である。 ヘッドモジュールをヘッドフレームのヘッドモジュール配置孔内に貼り付ける手順を示す説明図である。 ヘッドモジュールの他の実施形態を示す斜視図である。

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 プリント基板
１０ ヘッドモジュール
１１ モジュールフレーム
１１ａ 係合部
１１ｂ ヘッドチップ配置孔
１１ｃ 鍔部
１２ バリア層
１３ ノズルシート
１３ａ ノズル
１３ｂ 配線パターン部
１３ｃ 電極
１３ｄ 開口部
１４ インク液室
１５ バッファタンク
１５ａ 共通液体流路
１５ｂ 穴
１６ 流路
２０ ヘッドチップ
２１ 半導体基板
２２ 発熱抵抗体
２３ 接続パッド
３１ プリント基板
３１ａ 導電体
Ｃ ベース治具

Claims (6)

1. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと、
   前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合せ面と反対側の面に積層され、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成するためのバッファタンクと
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出するヘッドモジュールであって、
   前記バッファタンクは、前記モジュールフレームに積層される下面側が開口されるとともに、積層方向の断面が側壁及び天壁によって逆凹形となるように形成されることで、前記共通液体流路を形成し、
   前記バッファタンクの側壁の内面は、前記ヘッドチップの上面が全て前記共通液体流路内の液体と接するように、前記ヘッドチップが配置された前記ヘッドチップ配置孔内に嵌まり込むことのない形状となされ、
   前記バッファタンクの側壁の外面は、前記モジュールフレームの外形に沿った形状となされている
   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、
   前記バッファタンクと前記モジュールフレームとの積層方向から見た前記バッファタンクの平面形状が、前記モジュールフレームの外形と同一形である
   ヘッドモジュール。
3. 請求項１に記載のヘッドモジュールにおいて、
   前記バッファタンクと前記モジュールフレームとの積層方向から見た前記バッファタンクの平面形状が、前記モジュールフレームの外形よりも小さい相似形である
   ヘッドモジュール。
4. 複数のヘッドモジュールと、
   直列に配置された複数の前記ヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームと
   を備えるとともに、
   前記ヘッドモジュールは、
   複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと、
   前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合せ面と反対側の面に積層され、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成するためのバッファタンクと
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記バッファタンクは、前記モジュールフレームに積層される下面側が開口されるとともに、積層方向の断面が側壁及び天壁によって逆凹形となるように形成されることで、前記共通液体流路を形成し、
   前記バッファタンクの側壁の内面は、前記ヘッドチップの上面が全て前記共通液体流路内の液体と接するように、前記ヘッドチップが配置された前記ヘッドチップ配置孔内に嵌まり込むことのない形状となされ、
   前記バッファタンクの側壁の外面は、前記モジュールフレームの外形に沿った形状となされており、
   前記モジュールフレームは、前記バッファタンクの外面から部分的又は全体的に突出する鍔部を有し、
   各前記モジュールフレームの各前記鍔部と前記ヘッドフレームとが貼り合わせられて、複数の前記ヘッドモジュールが前記ヘッドモジュール配置孔内に配置されている
   液体吐出ヘッド。
5. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと、
   前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合せ面と反対側の面に積層され、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成するためのバッファタンクと
   を備えるとともに、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出装置であって、
   前記バッファタンクは、前記モジュールフレームに積層される下面側が開口されるとともに、積層方向の断面が側壁及び天壁によって逆凹形となるように形成されることで、前記共通液体流路を形成し、
   前記バッファタンクの側壁の内面は、前記ヘッドチップの上面が全て前記共通液体流路内の液体と接するように、前記ヘッドチップが配置された前記ヘッドチップ配置孔内に嵌まり込むことのない形状となされ、
   前記バッファタンクの側壁の外面は、前記モジュールフレームの外形に沿った形状となされており、
   前記ヘッドチップ、前記ノズルシート、前記液室形成部材、前記モジュールフレーム、及び前記バッファタンクによって構成されるヘッドモジュールを、複数直列に配置した液体吐出ヘッドを備える
   液体吐出装置。
6. 複数のヘッドモジュールと、
   直列に配置された複数の前記ヘッドモジュールを内部に配置するためのヘッドモジュール配置孔が形成され、そのヘッドモジュール配置孔内に配置された各前記ヘッドモジュールと貼り合わせられたヘッドフレームと
   を備えるとともに、
   前記ヘッドモジュールは、
   複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と、
   前記ノズルシートの一方の面に貼り合わせられることにより前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するためのヘッドチップ配置孔が形成されたモジュールフレームと、
   前記モジュールフレームの前記ノズルシートとの貼合せ面と反対側の面に積層され、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通液体流路を形成するためのバッファタンクと
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記バッファタンクは、前記モジュールフレームに積層される下面側が開口されるとともに、積層方向の断面が側壁及び天壁によって逆凹形となるように形成されることで、前記共通液体流路を形成し、
   前記バッファタンクの側壁の内面は、前記ヘッドチップの上面が全て前記共通液体流路内の液体と接するように、前記ヘッドチップが配置された前記ヘッドチップ配置孔内に嵌まり込むことのない形状となされ、
   前記バッファタンクの側壁の外面は、前記モジュールフレームの外形に沿った形状となされており、
   前記ノズルシートの一方の面に前記モジュールフレームを貼り合わせる第１工程と、
   前記ヘッドチップ配置孔の領域内にある前記ノズルシートに、前記ヘッドチップ配置孔の領域内に前記ヘッドチップが配置されたときに前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と対向する位置に前記ノズルが配置されるようにノズル列を形成する第２工程と、
   前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子と、前記ヘッドチップ配置孔の領域内にある前記ノズルシートに形成された各前記ノズルとが対向するように、前記ヘッドチップ配置孔内に、前記液室形成部材を設けた前記ヘッドチップを配置する第３工程と、
   前記バッファタンクを前記モジュールフレームと前記ノズルシートとの貼合わせ面と反対側の面に配置する第４工程と
   を含む工程により前記ヘッドモジュールを形成するとともに、
   前記第４工程により形成された前記ヘッドモジュールを前記ヘッドフレームの前記ヘッドモジュール配置孔内に配置し、前記バッファタンクの外面から部分的又は全体的に突出する前記モジュールフレームの鍔部と前記ヘッドフレームとを貼り合わせる第５工程と
   を含む液体吐出ヘッドの製造方法。