JP2001080083A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出孔の加工時の穴開け位置のずれや素子基
板の切断精度の影響を受けることなく、天板と素子基板
とを高精度に位置合わせすることができる液体噴射記録
ヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】 天板１においてノズル溝配列方向にノズ
ル溝３から一定の距離Ｍｘだけ離れた位置に素子基板２
との位置合わせ用目印となる溝９を設けるとともに溝９
を素子基板２との接触による傷の影響を受けない構造と
し、素子基板２の端面からヒーター８までの距離Ｈｘを
予め検出し、素子基板２の端面と天板１の溝９を観察系
１４にて検出して、該検出された溝９の中心位置を、素
子基板２の端面から（Ｈｘ−Ｍｘ）だけ離れた位置に合
わせるように、天板位置調整棒１１を用いて天板１を調
整し、天板１のノズル溝３と素子基板２のヒーター８と
を位置合わせする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射記録ヘッ
ドの製造方法に関し、特に、吐出エネルギー発生素子を
所定の間隔をおいて複数配設した素子基板とノズル溝や
吐出孔を複数配設した天板とを位置合わせして組み立て
る液体噴射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】液体噴射記録装置等に使用される液体噴
射記録ヘッドは、インク等の記録液を吐出する複数の微
細な吐出孔（オリフィス）、吐出孔にそれぞれ連通する
複数のノズル溝（液流路溝）および各ノズル溝内にそれ
ぞれ位置付けられた複数の吐出エネルギー発生素子を具
備し、記録情報に対応した駆動信号を吐出エネルギー発
生素子に印加し、吐出エネルギー発生素子に対応するノ
ズル溝内の記録液に吐出エネルギーを付与することによ
って、記録液を吐出孔から液滴として吐出させ、印字記
録を行なうように構成されている。吐出エネルギー発生
素子として電気熱変換素子を用いる場合には、電気熱変
換素子は印加される駆動信号により記録液の核沸騰を越
える急激な温度上昇を与える熱エネルギーを発生させ、
記録液内に気泡を形成させて、この気泡を外気と連通さ
せて、記録液を液滴として吐出させる。

【０００３】このような液体噴射記録ヘッドは、図４の
（ａ）および（ｂ）に図示するように、天板１０１と素
子基板（ヒーターボード）１０２とから構成され、天板
１０１は、所定の間隔をもって複数配列されたノズル溝
１０３…と各ノズル溝１０３に連通する液室１０４およ
び液室１０４に記録液を供給するための液供給口１０５
が形成され、さらにレーザ加工等の精密加工手段により
複数の吐出孔１０６…がノズル溝１０３に連通するよう
に加工形成されたオリフィスプレート１０７を一体的に
有し、また、素子基板１０２には、超精密エッチング技
術を用いて高精度に形成される複数の吐出エネルギー発
生素子としての電気熱変換素子（ヒーター）１０８…が
所定の間隔をおいて配設されている。ベースプレート１
１０に貼着された素子基板１０２の吐出エネルギー発生
素子１０８…と天板１０１の吐出孔１０６…およびノズ
ル溝１０３…をそれぞれ対応するように位置合わせした
状態で素子基板１０２と天板１０１を接合固着して形成
している。

【０００４】ところで、このような素子基板と天板とを
位置合わせして組み立てる際に、素子基板の端面に天板
の基準を突き当てることで位置合わせを行なって接合さ
れている。しかし、このような方法では、天板と素子基
板の位置合わせ精度が、素子基板の切断面位置のバラツ
キにより変化し、印字品位のバラツキにつながってい
た。また、素子基板の切断面位置のバラツキを抑さえる
ためには、素子基板の切断面と吐出エネルギー発生素子
間の寸法精度を厳しくしなければならないが、このため
に工程歩留まりが低下してしまう。

【０００５】そこで、吐出エネルギー発生素子と吐出孔
の位置合わせを高精度に行ないうるように、素子基板上
に形成されている吐出エネルギー発生素子を吐出エネル
ギー発生素子観察用の観察系により画像処理などの非接
触法で検出するとともに、前記観察系に校正された吐出
孔観察用の観察系で天板の吐出孔を画像処理などの非接
触法で検出し、これらの検出結果に基づいて、吐出エネ
ルギー発生素子と吐出孔の両位置を対比し、素子基板と
天板を相対的に移動させることにより、素子基板の切断
誤差や天板の仮組みによる誤差分を吸収して、吐出エネ
ルギー発生素子と吐出孔の位置合わせを行なって接合し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の液体噴射記録ヘッドの製造方法において
は、次のような未解決の課題があった。

【０００７】(1) 天板の吐出孔はレーザ加工により穴あ
けされているため天板の穴あけ位置のバラツキにより天
板と素子基板の位置合わせ精度が変化し、印字品位のバ
ラツキにつながっていた。

【０００８】(2) 天板を素子基板上に載せて位置合わせ
をするために、素子基板のエッジにより天板のオリフィ
スプレートに傷がつくため安定して天板の溝部を検出で
きず、天板の吐出孔を検出して位置合わせを行なわなけ
ればならなかった。

【０００９】(3) 吐出エネルギー発生素子観察用の観察
系と吐出口観察用の観察系が必要であり、装置コストを
上げている。

【００１０】そこで、本発明は、上記の従来技術の有す
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、吐出孔
の加工時の穴開け位置のずれや素子基板の切断精度の影
響を受けることなく、天板と素子基板とを高精度に位置
合わせすることができる液体噴射記録ヘッドの製造方法
を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法は、記録液
を吐出させるための複数の吐出エネルギー発生素子が形
成された素子基板と、前記吐出エネルギー発生素子のそ
れぞれに対応した複数のノズル溝および複数の吐出孔が
形成された天板とからなり、前記素子基板の吐出エネル
ギー発生素子列と前記天板のノズル溝列が所定の位置関
係となるように位置合わせを行なった後に前記素子基板
と前記天板を接合して組立てる液体噴射記録ヘッドの製
造方法において、前記天板は前記ノズル溝から一定の距
離に位置合わせ用の目印が一体成形により設けられ、前
記目印は、前記素子基板との位置合わせの際に、前記素
子基板との接触による傷の影響を受けない構造を有し、
前記目印を検出して前記天板と前記素子基板との位置合
わせを行なうことを特徴とする。

【００１２】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法に
おいては、前記目印は前記ノズル溝と同様な溝形状に形
成されて、該溝形状の壁部が前記ノズル溝の壁部より短
く形成され前記素子基板と接触しない構造をしているこ
とが好ましい。

【００１３】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法に
おいては、前記天板が前記素子基板の前端面に当接する
面を備えたオリフィスプレートを有し、前記目印が設け
られたオリフィスプレート部が、前記ノズル溝が設けら
れたオリフィスプレート部より薄く形成され、前記素子
基板の前端面に接触しない構造をしていることが好まし
い。

【００１４】

【作用】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法によれ
ば、天板に位置合わせ用の目印を設け、該目印を素子基
板との接触による傷の影響を受けない構造とすることに
より、吐出孔の穴あけ加工時の位置ずれや素子基板の切
断精度の影響を受けることがなく、さらに、位置合わせ
時に位置検出を阻害する傷などの発生がなく、ノズル溝
とヒーターの高精度な位置合わせが可能となる。また、
素子基板の切断精度を緩和することができるので、素子
基板の歩留まりが上がり、製品のコストダウンになる。

【００１５】さらに、天板の位置合わせ用の目印を素子
基板の端面付近にくるように設け、予め素子基板の端面
から該端面に最も近いヒーターまでの距離を測定してお
き、素子基板の端面を観察系で画像処理により検出し、
同一観察系により位置合わせ用の目印を検出して位置合
わせを行なうことにより、観察系を一つにすることがで
き、装置のコストダウンになり、また、画像処理時間を
短縮することで装置のタクトタイムをも短縮することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１７】図１は、本発明の液体噴射記録ヘッドの製
造方法に基づく天板と素子基板の位置合わせ方法を説明
するための概略図であり、図２の（ａ）は、本発明の液
体噴射記録ヘッドの製造方法における位置合わせのため
の観察系による観察像を示す模式図であり、同図（ｂ）
は、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法に用いる素
子基板を示す模式図である。

【００１８】先ず、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造
方法に基づいて組み立てられる液体噴射記録ヘッドを構
成する天板と素子基板について説明する。

【００１９】液体噴射記録ヘッドを構成する天板１は、
図１に図示するように、ｘ方向に所定の間隔をもって複
数配列されたノズル溝３と各ノズル溝３に連通する液室
４（不図示）および液室４に記録液を供給する液供給口
５が形成され、さらにレーザ加工等の精密加工手段によ
り複数の吐出孔６がノズル溝３に連通するように加工形
成されるオリフィスプレート７を一体的に有し、無色の
樹脂で樹脂成形されている。天板１には、さらに、複数
のノズル溝３の配列方向の両端部に、位置合わせ用の目
印９がそれぞれ設けられている。なお、本実施例では、
位置合わせ用の目印９はノズル溝３と同様な溝形状と
し、天板１の樹脂成形時に同時に形成する。

【００２０】液体噴射記録ヘッドを構成する素子基板２
は、図１に図示するように、吐出エネルギー発生素子と
しての電気熱変換素子（以下、単にヒーターという）８
がｘ方向にノズル溝３の配列間隔と同じ間隔をもって複
数配列して形成されている。なお、素子基板２は、その
切断精度に応じて、図２の（ｂ）に示すように、ヒータ
ー８の配列方向端面から該端面に一番近いヒーター８の
中心までの距離Ｈｘをそれぞれ有している。

【００２１】図１に図示する天板と素子基板の位置合わ
せを行なう場所には、図示しない治具等により所定の位
置に固定される素子基板２の上に天板１を載置して位置
合わせするために天板１をｘ方向に移動させるための天
板位置調整棒１１、天板１のオリフィスプレート７を素
子基板２のｙ方向端面に突き当てるための天板前押え１
２、および、天板１を位置合わせする際に、天板１の暴
れを防ぐための天板上押え１３が配設されており、さら
に、素子基板２の位置とヒーター８の位置、さらに、天
板１の位置とノズル溝３の位置等を画像処理により検出
するための位置合わせ用の観察系１４が設けられてい
る。

【００２２】図２の（ａ）に図示する位置合わせ用の観
察系１４による観察像において、Ｍｘは位置合わせ目印
の溝９の中心からそれに最も近いノズル溝３の中心まで
の距離であり、Ｍｚはノズル溝３の溝壁部の高さと位置
合わせ目印の溝９の壁部の高さの差であり、これらのＭ
ｘとＭｚは、天板１の樹脂成形に際して一定の値となる
ように設定されている。Ｍｚは、数μｍから数１０μｍ
とすることにより、位置合わせ目印の溝９の壁部と素子
基板２との接触を避け、位置合わせ目印の溝９の壁部の
傷発生を防ぐことで、溝９の位置検出を安定させ向上さ
せるためのものである。

【００２３】次に、本発明に基づく天板１と素子基板２
の位置合わせ方法を説明する。

【００２４】先ず、予め別工程で、各素子基板２毎に、
画像処理などの非接触法を用いてヒーター８の配列方向
端面から該端面に一番近いヒーター８の中心までの距離
Ｈｘ（図２の（ｂ）参照）を測定しておく。そして、図
１に示すように、素子基板２を図示しない治具等により
所定の位置に位置決めして固定し、次に、天板１をその
ｘ、ｙ、ｚ方向の外形を受けて仮位置決めをしてから素
子基板２上に供給する。天板１の供給後、天板前押え１
２により、天板１のオリフィスプレート７を素子基板２
のｙ方向前端面に突き当て位置決めする。このとき、天
板前押え１２を２回ないし３回ｙ方向に移動させて天板
１を確実に素子基板２に突き当てる。そして、天板上押
え１３を降下させて天板１を押圧して天板１のｘ方向移
動時の上下動を防ぐ。

【００２５】次いで、観察系１４により、図２の（ａ）
に示すように、予めＨｘを測定した側の素子基板２のヒ
ーター８の配列方向の片側端面および天板１の位置合わ
せ目印の溝９を画像処理などの非接触法を用いて検出す
る。位置合わせ目印の溝９の中心からそれに最も近いノ
ズル溝３の中心までの距離Ｍｘは、天板１の樹脂成形の
際に一定値に設定されているので、位置合わせ目印の溝
９の中心を、素子基板２の端面から（Ｈｘ−Ｍｘ）の位
置に天板位置調整棒１１を用いて調整する。調整後、天
板１をばねまたは接着剤を用いて素子基板２に固定し接
合する。

【００２６】本実施例では、観察系に１０倍の対物レン
ズと１／３インチＣＣＤを用い、素子基板の端面および
位置合わせ目印の溝の中心の検出精度は±２μｍ以内で
あった。また、Ｍｚを５μｍとすることで、位置合わせ
目印の溝の壁部に傷が発生することがなく、位置検出へ
の影響を押さえることができた。また、天板前押えの押
しつけ力を３０ｇｆ、天板上押えの押しつけ力を２０ｇ
ｆとした。こうすることで、天板のノズル溝と素子基板
のヒーターの位置合わせ精度を±５μｍ以内とすること
ができた。

【００２７】以上のように、天板１に位置合わせ用の目
印９を設けるとともに目印９を素子基板２との接触によ
る傷の影響を受けない構造とすることにより、吐出孔６
の穴あけ加工時の位置ずれを無視することができ、ま
た、目印を安定して高精度に検出することができ、高精
度のノズル溝３とヒーター８の位置合わせが可能とな
る。さらに、天板１の位置合わせ用の目印９を素子基板
２の端面付近にくるように設け、予め素子基板２の端面
から該端面に最も近いヒーター８までの距離を測定して
おき、素子基板の端面を画像処理により検出し、同一観
察系１４により位置合わせ用の目印９を検出し位置合わ
せを行なうことにより、観察系１４を一つにすることが
でき、装置のコストダウンになり、また、画像処理時間
を短縮することで装置のタクトタイムをも短縮すること
ができる。

【００２８】次に、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造
方法の他の実施例について図３を参照して説明する。

【００２９】図３には、本発明の他の実施例に基づいて
組み立てられる天板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図、（ｃ）は下面図である。

【００３０】図３に図示する天板１においては、ノズル
溝３を形成した部分と位置合わせ目印となる溝９を形成
した部分とでオリフィスプレート７の厚さを変えてあ
り、位置合わせ目印となる溝９を形成した部分のオリフ
ィスプレート７の厚さは、ノズル溝３部分の厚さよりも
ＯＰｙ（本実施例では、ＯＰｙは１０μｍ±５μｍとし
た）だけ薄く形成されており、位置合わせ目印となる溝
９は他のノズル溝３に比してオリフィスプレート７の表
面に接近するように形成されている。なお、その他の構
成は、前述した実施例と同様であり、同様の部材には同
一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００３１】図３に図示する天板１の素子基板２に対す
る位置合わせは、図１に図示し前述した位置合わせ方式
と同様に行なうが、その際に、位置合わせ目印となる溝
９部分のオリフィスプレート７は他の部分よりも薄く形
成されているために、素子基板２との接触がなくなる。

【００３２】本実施例では、天板１と素子基板２との位
置合わせの際に、素子基板２と天板１が接触しても、天
板１が傷つきにくい構造にすることができ、天板１の位
置合わせ目印の溝９の位置を高精度に検出でき、ノズル
溝とヒーターの高精度の位置合わせが可能となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
天板に位置合わせ用の目印を設けるとともに位置合わせ
用の目印を素子基板との接触による傷の影響を受けない
構造とすることにより、天板における吐出孔の加工時の
ノズル溝中心に対する位置ズレや素子基板の切断精度の
影響を受けることなく、さらに目印を安定して高精度に
検出することができ、ノズル溝とヒーターの位置合わせ
精度が向上し、吐出特性を向上させることができる。

【００３４】また、記録ヘッドの組み立て装置の構成が
観察系を一つにすることで簡略化され、装置のコストダ
ウンになる。さらに、素子基板端面と位置合わせ目印を
同時に検出することが可能となり、位置合わせのタクト
タイムを短縮でき、コストダウンになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法に基づ
く天板と素子基板の位置合わせ方法を説明するための概
略図である。

【図２】（ａ）は、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造
方法における位置合わせのための観察系による観察像を
示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の液体噴射記録ヘ
ッドの製造方法に用いる素子基板を示す模式図である。

【図３】本発明の他の実施例に基づいて組み立てられる
天板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）
は下面図である。

【図４】従来の液体噴射記録ヘッドの構成を示し、
（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１ 天板 ２ 素子基板（ヒーターボード） ３ ノズル溝 ４ 液室 ５ 液供給口 ６ 吐出孔 ７ オリフィスプレート ８ ヒーター（吐出エネルギー発生素子） ９ （位置合わせ用）溝（目印） １１ 天板位置調整棒 １２ 天板前押え １３ 天板上押え １４ （位置合わせ用）観察系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録液を吐出させるための複数の吐出エ
   ネルギー発生素子が形成された素子基板と、前記吐出エ
   ネルギー発生素子のそれぞれに対応した複数のノズル溝
   および複数の吐出孔が形成された天板とからなり、前記
   素子基板の吐出エネルギー発生素子列と前記天板のノズ
   ル溝列が所定の位置関係となるように位置合わせを行な
   った後に前記素子基板と前記天板を接合して組立てる液
   体噴射記録ヘッドの製造方法において、 前記天板は前記ノズル溝から一定の距離に位置合わせ用
   の目印が一体成形により設けられ、前記目印は、前記素
   子基板との位置合わせの際に、前記素子基板との接触に
   よる傷の影響を受けない構造を有し、前記目印を検出し
   て前記天板と前記素子基板との位置合わせを行なうこと
   を特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記目印は前記ノズル溝と同様な溝形状
   に形成されて、該溝形状の壁部が前記ノズル溝の壁部よ
   り短く形成され前記素子基板と接触しない構造をしてい
   ることを特徴とする請求項１記載の液体噴射記録ヘッド
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記天板が前記素子基板の前端面に当接
   する面を備えたオリフィスプレートを有し、前記目印が
   設けられたオリフィスプレート部が、前記ノズル溝が設
   けられたオリフィスプレート部より薄く形成され、前記
   素子基板の前端面に接触しない構造をしていることを特
   徴とする請求項１または２記載の液体噴射記録ヘッドの
   製造方法。