JPH1142783A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録を行うためのエネルギー発生素子（ヒー
タ）１０１が複数設けられたヒータボード１００と、こ
のヒータボード１００を一方の面側に一列に複数配設し
た支持体ベースプレート３００とを備えたインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法において、ヒータボード１００
の配列精度を保持したまま、配列隙間をできるだけ少な
くする製造手段を提供する。 【解決手段】 このため、前記ベースプレート３００の
線膨張係数を、前記ヒータボード１００のそれより大き
いアルミニウムを用い、ヒータボード１００を配列する
工程においては、ベースプレートの温度を実使用時間よ
り高くして、所定間隔で各ヒータボード１００の配列を
行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、支持基板上に配列
された複数の吐出エネルギー発生素子基板を持つインク
ジェット記録ヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーを利用して吐出口からイン
クなどの記録用液体を吐出、飛翔させ、紙，プラスチッ
クシート，布等の被記録媒体に記録用液体を付着させる
ことによって記録を行うインクジェット式の液体噴射記
録方法は、ノンインパクト式の記録方法であって、騒音
が少ないこと、被記録媒体に特に制限が無いこと、カラ
ー画像記録が容易にできることなどの利点を有する。

【０００３】そして、この種の液体噴射記録方法を実施
する装置、すなわち液体噴射記録装置については、その
構造が比較的簡単であって、液体噴射ノズルを高密度に
配設でき、当該記録装置の高速化も比較的容易に達成で
きるといった利点がある。

【０００４】こうしたことから、上述した液体噴射記録
方法は社会的に注目され、その記録方法について幾多の
研究が成されている。由に、この液体噴射記録方法を実
施するいくつかの液体噴射記録装置が市場化されて実用
に供されている。

【０００５】ところで、近年、液体噴射記録法を用いた
記録分野においては、より高画質の記録を、より高速で
得ることが可能な記録装置の早期提供が望まれている。
そして高速記録の要求に応える観点から、幅広の記録媒
体への記録を可能にすべく、その記録の幅に対応する幅
を有するいわゆる“ラインヘッド”のような大型のイン
クジェット記録ヘッドについての鋭意研究が成されてい
る。

【０００６】しかしながら、上記ライン記録ヘッドにお
いては、記録領域の略全幅に亘って設けられた吐出エネ
ルギー発生素子を、全てに亘って欠陥無く加工すること
は、実質的に極めて困難であった。

【０００７】すなわち、Ａ３サイズの記録紙を４００ｄ
ｐｉ（１インチ当たりのドット数）の記録密度で記録す
るライン記録ヘッドでは、４７３６個の吐出エネルギー
発生素子（バブルジェット方式では、一対の電極及びこ
れらの電極の間に設けられた発熱抵抗体）を、１つの欠
陥もなく全てに亘って加工しなくてはならず、その製造
が極めて困難であった。従ってヘッドコストが高く、な
かなか実用化まで到達することができなかった。

【０００８】このため、今までいろいろな方式が提案さ
れて来た。例えば各公報、特開昭５５−１３２２５３
号、特開平２−２００９号、特開平４−２２９２７８
号、特開平４−２３２７４９号、特開平５−２４１９２
号、米国特許５０１６０２号などがそれであり、これら
の考え方は、３２ノズル、４８ノズル、６４ノズル、１
２８ノズル等の比較的ノズル本数の少ない製造し易いヘ
ッドを複数個、１つの基板の上（又は上下）に、ノズル
の配列密度に合わせて高精度に並べてゆく方法を採用し
ている。

【０００９】しかしながらこれらの記録ヘッドにおいて
は、その構成部品となる複数のヘッドを高精度に並べる
ために種々の工夫や専用の装置を使用することとなり、
必然的にコスト高になってしまう。

【００１０】また、構成部品となる複数のヘッドに対し
て、それぞれインク及び駆動に必要な電気信号を個別に
供給する必要があり、そのために多数の部品が必要とな
らざるを得なく、必然的に記録ヘッドの大型化やコスト
高は避けられず、それが故に記録ヘッドの持つ性能は充
分高いものではあるが、これを使った液体噴射記録装置
が大量に市場に出回ることを妨げているのが現状であっ
た。

【００１１】そこで６４個、１２８個等の比較的少ない
数の吐出エネルギー発生素子（インクジェット記録方式
では、一対の電極及びこれら電極の間に設けられた発熱
抵抗体）を設けた基板（以降、“ヒータボード”と呼
ぶ）を必要な数だけ一枚の基台の上に精度良く並べて接
着する方式が、特願平６−３４８１０号により提案開示
されている。

【００１２】この方式によれば、今までフォトリソ加工
などの技術で全幅に亘って無欠陥で作り上げようとして
いた長尺のヒータボードが極めて高い歩留りで得られ
る。

【００１３】さらにこの方式では、ヒータボードの上
に、一端部に形成された複数のインク吐出口と、これら
吐出口の各々に連通し、かつ一端部から他端部に向けて
形成された複数の溝を有する一体の天板で、その複数の
溝がヒータボードに塞がれるように接合することによっ
て、極めて簡単に長尺のインクジェット記録ヘッドを製
造できるようになっている。

【００１４】複数のヒータボードを配列して一つのヘッ
ドとする方式では、一体のヒータボードを用いる方式に
比べて精度の面で不利になることもあり得る。

【００１５】つまり、配列している各ヒータボードは、
隣接するヒータボード間で必ずある隙間を有しており、
均一なヘッドを製造しようとすると、上記隙間を溝壁に
よって確実に塞がなくてはならない。もし隙間が確実に
塞がれていないと、図４にその一例図を示すように、ノ
ズル内部とヒータボード１００間の隙間が連通してしま
う。すると吐出のための圧力がヒータボード隙間に逃げ
てしまうためヒータボード隙間に隣接するノズルでは吐
出量が低下し、その結果、画像にムラが生じてしまう。
なお、図中、１０１は吐出エネルギー発生素子、２００
は天板、２０２は流路、２０３はオリフィスを示す。

【００１６】実際にはヒータボード１００の切断寸法の
公差や配列ピッチの公差によって隙間の位置、間隔は、
ある公差値を持ち、天板２００の溝加工精度も、ある公
差を持っているので、両者を精度良く接合してかつヒー
タボードの隙間を塞ぐために様々な手段を必要とする。

【００１７】特願平６−３４９３０号では、図５に示す
ように、隣接するヒータボード１００の隙間を封止剤４
で塞ぐことを提案している。なお、図中、１０１はイン
ク吐出エネルギー発生素子（ヒータ）、１００は、エネ
ルギー発生素子１０１をパターニングしたヒータボード
（シリコン基板ユニット）、３００は、ヒータボード１
００を配列したベースプレート、１１０は、ベースプレ
ート３００上に配列したヒータボード１００の間を埋め
た流動性硬化性樹脂の封止剤で、これらは配線（第１）
基板４００の要素である。２００は、エネルギー発生素
子１０１に対応して接合することにより流路を形成する
凹部を有する第２基板と、吐出口（オリフィス）２０３
を形成する吐出口形成部材（オリフィスプレート）とを
一体に成形して得た天板である。

【００１８】また、特願平６−１０５４６９号では、図
６に例示するように、ヒータボード隙間に相当する溝壁
を他の壁よりも幅広にして確実に隙間を塞げるようにし
ている。

【００１９】また、特開平２−２１２１６２号公報で
は、ヒータボードの端面を先に並べたヒータボードに突
き当てて配列する方法が開示されている。この方法で
は、ヒータボードの隙間は０に近くなるが、ヒータボー
ド端面の切断精度がそのまま配列精度となる。そのため
ヒータボードの切断装置に高精度に要求されコストが高
くなる欠点がある。

【００２０】また、ヒータボードの端面を機械的に突き
当てるため、ヒータボードの欠け、割れ、チッピング等
が生ずる可能性がある。そこで、特願平６−２６６５９
４号では、ある程度の隙間を空けてヒータボードを配列
している。

【００２１】ヒータボードを配設する際には、余り隙間
を狭く配列しようとすると、切断寸法公差や切断面の傾
き、画像処理の誤差によってヒータボード同士をぶつけ
てしまうことがあり得る。この様子を図７に示す。配列
方向、上下方向とも数μｍの精度を必要とするので、ヒ
ータボード１００同士をぶつけると所望の精度を出すこ
とはできない。

【００２２】従って、上記のような公差を考慮すると、
ヒータボード１００は８μｍ程度の隙間を空けて配列せ
ざるを得ず、これを塞ぐために上記のように様々な工夫
を必要とした。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配列時
にヒータボード１００をぶつけることなく、配列隙間を
十分に小さくできれば、天板で隙間を塞ぐことも容易に
なり、より一層の性能向上が期待できる。

【００２４】本発明は、以上のような局面にかんがみて
なされたもので、ヒータボードを、配列精度を保持した
まま、配列隙間をできる限り小さくする手段の提供を目
的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、下
記の各項（１）〜（３）のいずれかに記載のインクジェ
ット記録ヘッドまたはその製造方法を提供することによ
り、前記目的を達成しようとするものである。

【００２６】（１）記録を行うためのエネルギー発生素
子が複数設けられた素子基板と、前記素子基板を一方の
面側に一列に複数配設した支持体とを備えたインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法であって、前記支持体の線膨
張係数は、前記素子基板の線膨張係数よりも大きく、前
記素子基板を配列する工程においては、前記支持体の温
度を実使用時の温度よりも高くして所定の間隔で素子基
板の配列を行うことにより、実使用時の温度では前記素
子基板同士の間隔を配列時よりも狭い所望の寸法にする
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方
法。

【００２７】（２）前記記録ヘッドは、液体を飛翔させ
て被記録媒体上に定着させて記録を行うインクジェット
記録ヘッドであることを特徴とする前項（１）記載のイ
ンクジェット記録ヘッドの製造方法。

【００２８】（３）前項（１），（２）のいずれか記載
の製造方法により製造されたことを特徴とするインクジ
ェット記録ヘッド。

【００２９】

【作用】以上のような本発明構成により、ヒータボード
の配列精度を維持したまま実使用時の配列隙間を最小に
することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、好
適な一実施例に基づき、図面を用いて詳細に説明する。

【００３１】

【実施例】図１は、本発明実施例で用いる記録ヘッドの
構成を表わす模式図、図２は、その各ヒータボードを配
列する際の温度による寸法変化例を誇張して表した図で
ある。

【００３２】両図において、１００はヒータボード、３
００はベースプレート、また４００は、各ヒータボード
１００を支持するための台座（配線基板）を表わす。ヒ
ータボード１００は、シリコン単結晶基板上に吐出エネ
ルギー発生素子（ヒータ）１０１、接続端子１０２及び
不図示の配線を積層させてできている。ヒータ１０１は
３６０ｄｐｉピッチで１２８個形成されている。また、
２００は天板、４００は台座、４０１は接続端子、４０
２はコネクタを示す。

【００３３】切断前にウェハーで隣り合って並んでいる
ヒータボード１００は、ベースプレート３００上でも極
力隣り合って並ぶように配列する。ただし、不良のヒー
タボード１００があった場合は、これを抜かしてその隣
のヒータボード１００を配列する。

【００３４】このようにすることによって、たとえ切断
面が傾いていても、隣り合うヒータボード１００の切断
端面の傾きが同じ方向なので、切断端面の凸部分同士が
ぶつかることはなくなる。

【００３５】また切断位置が左右にずれたとしても、ど
ちらかが長く、どちらかが短くなるだけなので、左右両
方で長さが長くなって隣同士がぶつかることもなくな
る。

【００３６】ヒータボード１００の切断幅は、隣り合う
第１ヒータと第１２８ヒータのピッチを７０．５μｍと
したときに、配列隙間が０μｍ（＋３μｍ−０μｍ）に
なるように設計されている。上記のように、ウェハー上
で隣り合うヒータボード１００を、ベースプレート３０
０上でも隣り合うように並べるので、ヒータボード隙間
の公差は、ブレード厚みの公差だけになっている。

【００３７】ヒータボード１００は、ベースプレート３
００上に全部で１１個配列されており、合計ヒータ数は
１４０８個である。ベースプレート３００は、アルミニ
ウム合金をプレスして作られている。

【００３８】図３は、本発明実施例で用いるヒータボー
ド配列装置の構成を表わす模式図である。

【００３９】配列装置上で、ベースプレート３００とヒ
ータボード１００とは、天板接合時の温度２５℃よりも
３５℃高い６０℃に保たれている（図２参照）。

【００４０】まず、ベースプレート３００を台座４００
に固定し、フィンガが配列すべきヒータボード１００を
取り上げる。このとき、ヒータボード１００上に形成さ
れた第１ヒータの位置と切断面との距離、第１２８ヒー
タの位置と切断面との距離を画像処理によって認識し記
憶する。

【００４１】フィンガは、ベースプレート３００の決ま
った位置に第１のヒータボード１００を運搬し、静かに
ベースプレート３００上へ置く。ベースプレート３００
には裏面に穴が開いており、ここからヒータボード１０
０を真空吸引して仮に固定する。

【００４２】その後、フィンガは、第２のヒータボード
を取り上げ、第１のヒータボードと同様に、第１ヒータ
の位置と切断面との距離、第１２８ヒータの位置と切断
面との距離を画像処理によって認識し記憶する。

【００４３】そして第１のヒータボードの第１２８ヒー
タと、第２のヒータボードの第１ヒータとのピッチが所
定の値になるような位置に第２のヒータボードを運搬
し、静かにベースプレート３００上に置く。

【００４４】以下、同様に第１１のヒータボードまでの
配列を行い、配列が終了したら、ヒータボード裏面の別
の穴から接着剤を流し込んで接着を行う。

【００４５】ここで、上記隣り合うヒータボードの第
１、第１２８ヒータのピッチについて説明する：ベース
プレート３００はアルミニウム製なので、その線膨張係
数は２３．７×１０^-6であり、シリコンを用いているヒ
ータボードの線膨張係数は２．４×１０^-6である。

【００４６】ベースプレート３００の方が線膨張係数が
大きいので、温度が上がってベースプレート３００が伸
長した場合には、その上に接着されているヒータボード
１００の配列間隔は大きくなる。ベースプレート３００
の長さは約１００ｍｍ、ヒータボード１００の長さは約
９ｍｍなので、温度６０℃のときのヒータボード隙間
は、２５℃のときに比べて６．７μｍ広くなることにな
る。

【００４７】従って、温度２５℃で隣り合う第１ヒータ
と第１２８ヒータのピッチを７０．５μｍ（３６０ｄｐ
ｉ）とするためには、温度６０℃環境で配列を行えば
６．７μｍだけ余分にヒータボード１００の隙間を空け
て配列を行うことができる。

【００４８】従って、温度６０℃環境で配列を行うに
は、隣り合うヒータボード１００の第１、第１２８ヒー
タのピッチは７０．５＋６．７＝７７．２μｍになるよ
うにすればよい。

【００４９】ただし、ウェハー上で不良チップがあった
場合には、ウェハー上で隣り合っていたヒータボード１
００が、配列時も隣にくるとは限らない。そこで配列前
に測定したヒータから切断面までの距離を計算して、温
度２５℃になったときに切断面がぶつかるような寸法関
係のときは、配列ピッチをその分だけ長くするよう修正
を行う。

【００５０】以上述べたような方法でヒータボード配列
を終了した後に、温度２５℃環境に戻し、ＰＣＢ（配線
基板）とヒータボード１００とをワイヤボンディングで
接続し、吐出口とインク流路の形成された一体の天板を
ヒータボード上に整合し、ばねで押さえて接合する。天
板の接合時は温度２５℃環境なので、隣り合うヒータボ
ード１００のヒータピッチは７０．５μｍに戻ってい
る。

【００５１】以上のような本発明実施例の方法を用いた
場合、配列隙間の狙い寸法は６．７〜９．７μｍであ
り、これだけ隙間を空けて配列すれば、ヒータボード同
士をぶつけることによる不良品は発生しない。また、配
列隙間は、配列時よりも６．７μｍ縮んで０〜３μｍに
なっているので、天板のノズル壁で隙間を塞ぐことは容
易であり、またノズル壁の厚さの誤差や天板接合時の接
合位置の誤差に対してマージンが大きくなっている。す
なわち、隙間を塞げないことによる吐出のムラがなくな
り、濃度が均一な良質の画像を得ることができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベースプレートにヒータボードよりも線膨張係数の大き
い物質を用い、ベースプレートを、実使用時の温度より
も高い温度に保ったままヒータボード配列を行うことに
よって、実使用時には各ヒータボード間の隙間を少なく
することができるので、ムラのない濃度が均一な画像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の記録ヘッド構成の模式図

【図２】 図１における各ヒータボード配列時の温度に
よる寸法変化例図

【図３】 実施例のヒータボード配列装置構成の模式図

【図４】 隣接ヒータボードの隙間関係の一例図

【図５】 隣接ヒータボード隙間封塞事例図

【図６】 ヒータボード隙間溝壁の拡張例図

【図７】 ヒータボード同士の衝突事例図

【符号の説明】

１００ ヒータボード １０１ 吐出エネルギー発生素子（ヒータ） １０２ 接続端子 １１０ 封止剤 ２００ 天板 ２０３ 吐出口（オリフィス） ３００ ベースプレート ４００ 台座（配線基板）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録を行うためのエネルギー発生素子が
   複数設けられた素子基板と、前記素子基板を一方の面側
   に一列に複数配設した支持体とを備えたインクジェット
   記録ヘッドの製造方法であって、 前記支持体の線膨張係数は、前記素子基板の線膨張係数
   よりも大きく、前記素子基板を配列する工程において
   は、前記支持体の温度を実使用時の温度よりも高くして
   所定の間隔で素子基板の配列を行うことにより、実使用
   時の温度では前記素子基板同士の間隔を配列時よりも狭
   い所望の寸法にすることを特徴とするインクジェット記
   録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記記録ヘッドは、液体を飛翔させて被
   記録媒体上に定着させて記録を行うインクジェット記録
   ヘッドであることを特徴とする請求項１記載のインクジ
   ェット記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１，２のいずれか記載の製造方法
   により製造されたことを特徴とするインクジェット記録
   ヘッド。