JP2008507426A - プリンター、およびプリントヘッド内モジュールの位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

プリンター、およびシャーシ(30)に搭載された多数のモジュール(28)から形成されたプリントヘッドの製造方法。モジュール(28)およびシャーシ(30)には多数のアライメント機能部(2,2a,2b,10,10a,10b)が形成されるが、これらは弾性的境界面結合部を形成するために互いに係合する。各モジュール(28)に関してn個のそうした結合部を配置することで、シャーシ(30)に対する各モジュール(28)のポジション誤差における分散は、平均弾性アライメント作用によって、アライメント機能部(2,2a,2b,10,10a,10b)自体のアライメント誤差よりも著しく小さなものとすることができる。弾性的境界面結合部は、有利なことには、シャーシ(30)から各モジュール(28)へのインク供給のための液密カップリングを形成するよう構成できる。

Description

本発明は、特にプリンターおよび液滴付着式インクジェットプリンターの製造方法に関する。

インクジェットプリンターは、基体の上に、微細な液滴を噴出させることができる。この液体は特殊な性質を有し、そしてそれは通常「インク」と呼ばれるが、それは無色であってもかつ／または生物学的なあるいはその他の機能的成分を含んでいてもよい。そうしたさまざまな「インク」を噴出させるインクジェットプリンターの能力は、プリントヘッド(インクを噴出させるプリンターの一部分)が、多くの異なる形状およびサイズとなることを意味している。あるプリントヘッドは１６個の噴出要素しか持っていないが、他のものは２０００個以上の噴出要素を有することがある。

噴出要素は、通常、多数の部品を具備してなる。第一にはオリフィスすなわちノズルであり、これを通って、液滴は基体に向って吹き付けられる。第二の部品は、吹き付ける液体を収容する噴出チャンバーである。第三の部品はアクチュエータであり、これはチャンバー内の液体を加圧し、オリフィスから液体を噴出させる。アクチュエータは、通常、機械式あるいは熱式のものである。さらなる部品は、噴出チャンバーにインクを供給する流体源である。この流体源は、インクを、噴出チャンバーを経て絶え間なく流動させることを可能とする。

単一の噴出要素の故障またはエラーでさえプリントヘッドを廃棄することが必要になるであろう。動作中に生じる故障(オリフィスの永久的な詰まり、ノズルプレートなどの損傷など)もあり、また製造時に生じる故障(たとえば電気的欠陥あるいはその他の欠陥)もある。噴出要素の数が増えれば増えるほど、欠陥のためにプリントヘッドを廃棄しなければならなくなる統計的可能性がますます増大することがよく知られている。大型のプリントヘッドの製造歩留まりは低くなる傾向がある。

大型プリントヘッドの歩留まりを改善するために、プリントヘッドを、一つの大きなプリントヘッドからではなく、複数の小型モジュールから製造することが提案されている。各モジュールは基板に搭載される前に予備試験することが可能であり、大型プリントヘッドの総合的な歩留まりを改善することができる。

モジュールは互いに高精度で製造可能でなければならない。高い精度によって、第１のモジュールは、たとえばジェット真直度、噴出速度その他に関して、第２のモジュールと同じ機能的能力を確実に提供できる。モジュールはまた、大掛かりな再調整を伴わずに、第１のモジュールを第２のモジュールで置き換えることを可能とするために、互いに高い再現性(位置繰り返し精度)を有しているべきである。

そうした再現性および精度をモジュールに付与するための技術が過去において提案されている。特許文献１に記載の技術では、プリントヘッドを完成させ、続いてノズルまたはアクチュエータに対して所定のポジションにてプリントヘッド上に基準点特徴部を接着することによって再現性を得ている。各プリントヘッドはノズルに対して所定のポジションの基準点特徴部を有するので、プリントヘッドをプリンター内で位置決めするのに基準点特徴部を使用することができる。

この技術では各基準点をプリントヘッドに対して整列させるには時間が掛かることがあり、しかも製造工程がさらに増えることは明白であろう。基準点特徴部は高い再現性および高い精度でプリンター内で整列させる必要がある。
国際公開第99/10179号パンプレット

本発明の目的は、プリントヘッド内のモジュールを位置合わせする方法を改良することである。また本発明の目的は、モジュールを具備してなるプリントヘッドを改良することである。本発明のさらなる目的は、プリントヘッド用のモジュールを製造する方法を改良することである。本発明のさらなる目的は、インクジェットプリントヘッド用のプリントヘッドモジュールを改良することである。

本発明の第１の態様によれば、プリンター内の交換プリントヘッドモジュールのための位置繰り返し精度をもたらす方法が提供されるが、この方法は、
母集団を形成する複数のモジュールを提供するステップであって、母集団の各モジュールは複数のアライメント機能部を具備してなると共にプリント要素を具備してなり、母集団は平均プリント要素ポジションおよびこの平均プリント要素ポジションからの分散を有するものであるようなステップと、
複数の相補的アライメント機能部を具備してなるシャーシを提供するステップと、
母集団のモジュールの中の一つのアライメント機能部と相補的アライメント機能部とを当接させ、これによってｎ個の境界面結合部を形成するステップであって、このｎ個の境界面結合部は平均ポジションおよびこの平均ポジションからの個々の分散を有するものであるようなステップとを具備し、
平均プリント要素ポジションからのプリント要素ポジションの分散を、平均境界面結合部ポジションからの個々の境界面結合部の分散以下とするものである。

境界面結合部はアライメント機能部および相補的アライメント機能部の接合によってもたらされる。アライメント機能部および相補的アライメント機能部の少なくとも一方は十分な弾力性を有し、これによってその一部分は、それに当接させられる他方の機能部によって圧縮されるかあるいは引き伸ばされる。好ましくは、両方の機能部が部分的に圧縮されるか、引き伸ばされるか、あるいはその両方の作用を受け、相対的弾力性は同程度かあるいは異なるものである。

比較的多数の境界面結合部を設けることによって、結合部のそれぞれの相対的弾力性は、平均弾性アライメント(ＡＥＡ)の作用によって、結合部の合計に関して、各結合部のサイズおよびポジションの誤差を平均化することを可能にする。

プリントヘッドの各対象物は、それが実際に存在するポジションと、それが存在すべきであるポジションとを有する。これら二つのポジション間の差異は、そのポジション誤差である。対象物は、その製造方法によって、ポジション誤差分布を持つことになる。この母集団分布(Ｘ)は、ポジション誤差平均(μ_X)およびポジション誤差の分散(σ² _X)を持つことになる。対象物の測定された例は特定のポジション誤差Ｘ_iを有することになる。

正規分布する母集団に関して、母集団からサイズｎのサンプルを形成するために特定の対象物からなるｎ個の例は一つにグループ化される。このサンプルの平均(相加平均)ポジション誤差(Ｘバー)は中心極限定理によれば以下の分布に従う。

ここで、Ｎ(０,１)は標準正規分布である。

ｎが無限大になるときＸバーはμに近付き、母平均からのサンプル平均ポジション誤差の偏差は存在しなくなる。有利なことに、プリントヘッドとベースとの間に多数の弾性アライメント機能部が設けられる場合、確実に、プリントヘッドおよびベースを高い再現性(位置繰り返し精度)で整列させることが可能となる。

相補的アライメント機能部がアライメント機能部と同一の弾力性を有している必要はなく、同じような弾力性を有している必要さえない。相補的アライメント機能部がアライメント機能部に対して著しく高い剛性を有する場合、弾性平均化はアライメント機能部によって依然として生じるが、境界面結合部のポジションを支配するのは相補的アライメント機能部である。

より強固な相補的アライメント機能部は製造時に利益をもたらす。この機能部はジグまたはその他のベースの上に設けられ、したがって多くの異なるモジュールのアライメント機能部との繰り返しなされる接触に耐える必要がある。剛性を増大させる材料を適当に選択することによって、相補的アライメント機能部をより堅固なものとすることができ、プリントヘッドモジュールあるいはアライメント機能部を有する他のコンポーネントの、繰り返しなされる取り外しおよび取り替えに耐えることができる。

各モジュールはジグ上の同一の平均ポジションへと整列させられるので、モジュール上で実施される作業が高度の正確さで管理できるとならば、作業は高いモジュール対モジュール精度をもたらす。同様に、モジュールは、母集団平均に近付くように平均化されたポジションにおいてプリンター内に配置できるので、各モジュールは高い交換再現性(位置繰り返し精度)を有する。

上記弾性アライメント機能部は、好ましくは、金属またはプラスチックのいずれかから形成できる。

ｎ個の境界面結合部は、ｎ₁個のアライメント機能部とｎ₂個の相補的アライメント機能部とを結合させることによって形成でき、ここでｎ₁とｎ₂はｎと同じであってもよい(ただしそうである必要はない)。各アライメント機能部または相補的アライメント機能部は複数の弾性サブ・アライメント機能部を具備してなることができる。

平均プリント要素ポジションからのプリント要素の分散は、１／ｎ以下である。プリント要素は、アクチュエータ要素またはノズルであってもよい。

好ましい実施形態では境界面結合部はまた、プリントヘッドシャーシからモジュール内の噴出チャンバーへ流体を供給するための流体結合部(フルイドカップリング)を提供する。有利なことには、製造ジグの一つは「プリント試験」ジグであってもよく、これは、各モジュールおよび各モジュールのプリント品質を測定し試験することができる。境界面結合部を繰り返し形成し分離させる能力がこれを可能にする。

境界面結合部の一つ以上の剛性は選択的に調整できる(すなわち増減が可能である)。この選択的調整によって平均境界面結合部ポジションが変更される。選択的調整は、少なくとも一つの境界面結合部の剛性を増大あるいは低下させることであってもよい。

個々のアライメント機能部のポジションがサンプル平均値に近付くとき、この特徴部をより小さな公差で製造することが可能となる。たとえば、射出成形によって当該機能部を形成でき、誤差はサンプル母集団に関して平均化される。許容範囲(公差)は、適当な平均化作用を実現するのに必要なアライメント機能部の数に影響を及ぼす。位置決めの誤差の分散が減少し、ｎ個の結合部を有するモジュールは、各アライメント機能部の分散と比べて１／(ｎ^1/2)だけ低減される。３σ＝２μｍまで再現可能な機能に関しては４個の機能部が必要である。３σ＝１０μｍまで再現可能な機能に関しては１００個の機能部が必要である。

本発明の第２の態様によれば製造方法が提供され、この方法は、
複数の弾性アライメント機能部を具備してなるモジュールを提供するステップと、
複数の第１の相補的アライメント機能部を具備してなるベースを提供すると共に、弾性アライメント機能部と第１の相補的アライメント機能部とがｎ₁個の第１の境界面結合部を形成するようモジュールとベースとを当接させるステップと、
基準点に対して一つ以上の位置にて、プリントヘッドモジュール上で製造行為を実施するステップと、
境界面結合部を分離させ、これによってベースからモジュールを取り外すステップと、
複数の第２の相補的アライメント機能部を具備してなるシャーシを提供すると共に、弾性アライメント機能部と第２の相補的アライメント機能部とがｎ₂個の第２の境界面結合部を形成するようモジュールとシャーシとを当接させるステップとを具備する。

上記モジュールはプリントヘッドモジュールであってもよく、上記基準点は上記ベースまたは当該モジュールの上に設けることができる。

本発明の第３の態様によればプリンターを形成するための方法が提供され、本方法は、
複数の弾性アライメント機能部を具備してなるプリントヘッドモジュールを提供するステップと、
複数の第１の相補的アライメント機能部を具備してなるベースを提供すると共に、弾性アライメント機能部と第１の相補的アライメント機能部とがｎ₁個の第１の境界面結合部を形成するようプリントヘッドモジュールとベースとを当接させるステップと、
ベース上の基準点に対して一つ以上の位置にて、プリントヘッドモジュール上で製造行為を実施するステップと、
境界面結合部を分離させ、これによってベースからプリントヘッドモジュールを取り外すステップと、
複数の第２の相補的アライメント機能部を具備してなるシャーシを提供すると共に、弾性アライメント機能部と第２の相補的アライメント機能部とがｎ₂個の第２の境界面結合部を形成するようプリントヘッドモジュールとシャーシとを当接させることによってプリンターを形成するステップとを具備する。

好ましくは、上記アライメント機能部および第１または第２の相補的アライメント機能部の少なくとも一つは、ある程度の弾力性を提供する。より好ましくは、アライメント機能部は弾性アライメント機能部である。第１の相補的アライメント機能部はアライメント機能部よりも著しく剛性が高いことが好ましい。

好ましくはｎ₁＝ｎ₂であり、かつ境界面結合部のそれぞれは同数のアライメント機能部および相補的アライメント機能部から形成される。好ましくは、第１の相補的アライメント機能部は、第２の相補的アライメント機能部と同じ寸法および形状を有する。

ベースは製造の間中、プリントヘッドモジュールと共に移動するジグであってもよく、あるいはそれぞれが相補的アライメント機能部を備える複数のベースが設けられてもよく、プリントヘッドモジュールは、境界面結合部を繰り返し形成し分離させることによって、ベースからベースへと移送される。

製造行為は、たとえばエッチング、切除などによるノズルの形成、またはのこ引き、蒸着あるいはその他公知技術による噴出アクチュエータの製造であってもよい。

アライメント機能部と第２の相補的アライメント機能部とは、それを通って噴出流体をプリントヘッドモジュールへと供給できる結合部を形成可能である。この結合部はセルフシール式のものであってもよい。

本発明の第４の態様によれば、二つのコンポーネントを位置合わせするための方法が提供され、この方法は、
複数の弾性アライメント機能部を有する第１のコンポーネントを提供するステップと、
相補的アライメント機能部を有する第２のコンポーネントを提供するステップと、
弾性アライメント機能部と相補的アライメント機能部とを当接させ、これによって複数の境界面結合部を形成するステップと、
複数の弾性アライメント機能部の少なくとも一つの剛性を選択的に変更し、これによって第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに対して動作させるステップとを具備する。

本発明の第５の態様によれば、二つのコンポーネントを位置合わせするための方法が提供され、この方法は、
複数の弾性アライメント機能部を有する第１のコンポーネントを提供するステップと、
相補的アライメント機能部を有する第２のコンポーネントを提供するステップと、
弾性アライメント機能部と相補的アライメント機能部とを当接させ、これによって境界面結合部を形成するステップと、
境界面結合部の少なくとも一部分を選択的に調整し、これによって第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに対して動作させるステップとを具備する。

本発明の第６の態様によれば、シャーシ上に搭載された交換可能なモジュールを具備してなるプリントヘッドが提供され、
モジュールは、複数の噴出チャンバーおよびこの噴出チャンバーへ流体を供給するための複数のｎ個の弾性供給ポートを具備してなり、
シャーシは複数のｎ個の相補的供給ポートを具備してなり、
弾性供給ポートと相補的供給ポートとは協働で、内腔を有する境界面結合部を提供するようになっており、
内腔は、噴出チャンバーとインク源との間の流体連通を可能とするようになっている。

以下、本発明について、実例としてのみ、図面を参照して説明する。

図１には、単一のアライメント機能部２および相補的アライメント機能部１０を有するモジュールおよびシャーシ(図１ａ)と、二つのアライメント機能部２ａ,２ｂおよび二つの相補的アライメント機能部１０ａ,１０ｂを有するモジュールおよびシャーシ(図１ｂ)とを概略的に示す。

アライメント機能部および相補的アライメント機能部のそれぞれは、ある程度は製造手法に由来するポジション誤差を含む。アライメント機能部および相補的アライメント機能部の総数は、平均ポジション誤差を有するサンプル母集団を提供する。

ポジション誤差は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうちの一つ以上の方向に存在し得る。ここで、Ｘ方向はプリントヘッドの長さに沿った方向であり、Ｙ方向は用紙の移動方向であり、そしてＺ方向は液滴移動方向である。

アライメント機能部および相補的アライメント機能部のポジション誤差は、平均ポジション誤差に基づく分布を持つ。この分布は正規分布であることが分かっているが、たとえばｔ‐分布のような、その他の分布も、正規分布によって近似させることができる。

サンプル母集団に関する平均ポジション誤差(Ｘバー)は次の正規分布に従う。

ここで、ｎはサンプル母集団における被験品目(アイテム)の数であり、μは母集団に関する平均ポジション誤差であり、そしてσ²は母集団に関するポジション誤差における分散である。

ｎ→∞ならばＸバー→μであり、母平均からのサンプル平均ポジション誤差の偏差は存在しない。

ノズル１は、プリントヘッドモジュール内で、アライメント機能部２または機能部２ａ,２ｂの平均ポジションに対して所定の位置に形成される。ノズルはレーザー加工によって形成され、これは、指定ポイントあるいは母平均に関して高い位置繰り返し精度でノズルを配置することができる精密技術である。

製造された全てのモジュールは、異なる母平均を有するアライメント機能部あるいは複数のアライメント機能部を持つことになる。上の式から、ｎ＝１であってかつノズルが単一の基準点特徴部に対して正確に整列させられた場合、ノズルのポジションは、モジュールサンプル母集団のアライメント機能部と同じ標準偏差を有する。繰り返すが、上記の式およびｎに関してより大きな数を提供することによる検討によって、母集団は母平均を平均化する作用を有する。したがって、ノズルを母平均に関して高い位置繰り返し精度で形成できる場合、個々のアライメント機能部の位置繰り返し精度よりも高い、モジュール対モジュール位置繰り返し精度でノズルを位置決めすることができる。

アライメント機能部２,２ａ,２ｂは、境界面(インターフェース)結合部を形成するように、相補的アライメント機能部１０,１０ａ,１０ｂと当接状態とさせられる。アライメント機能部２,２ａ,２ｂは弾力性を有するが、これによって相補的アライメント機能部に当接したとき、それは変形させられる。アライメント機能部／相補的アライメント機能部の一方または両方の変形が境界面結合部の一つの特徴である。第二の特徴は、個々の境界面結合部間の食い違いが境界面結合部の数に関して平均化されることである。

上記ノズルはまた、境界面結合部の位置に対して整列させることができる。これらは、アライメント機能部あるいは相補的アライメント機能部の弾力性によって、これら機能部のいずれかに対して僅かに異なる位置を有することになる。境界面結合部の位置は、アライメント機能部および相補的アライメント機能部の位置に部分的に依存するポジション誤差を持つことになる。これは次の分布に従う。
Ｘ₃＝Ｘ₁−Ｘ₂
ここで、Ｘ₁はアライメント機能部の分布であり、Ｘ₂は相補的アライメント機能部の分布であり、そしてＸ₃はアライメント誤差である。

それぞれの境界面結合部に関する平均ポジション誤差は、
μ_X3＝μ_X1−μ_X2であり、
そしてポジション誤差の分散は、
σ_X3 ²＝σ_X1 ²＋σ_X2 ²である。

サンプル母集団に関する平均ポジション誤差(Ｘバー)は以下の正規分布に従う。

繰り返すが、機能部の数ｎが増大するとき、サンプルの平均ポジション誤差は平均母平均に向う傾向があり、平均母平均に関して整列させられたときノズル位置の高い位置繰り返し精度を実現する。異なるモジュールは、モジュール同士の間の高い位置繰り返し精度を実現するために同一のサンプル平均を有する境界面結合部を形成することになる。

アライメント機能部または相補的アライメント機能部の一方が、他方よりも著しく高い剛性を有する場合には、剛性の高い方の機能部が母平均の位置(location)を決定する傾向がある。

図２は本発明によるプリントヘッドモジュールの斜視図である。当該モジュールは、アクチュエータサポートプレート６の一部として形成された噴出成形アライメント機能部２からなる。

圧電アクチュエータ(図示せず)がサポートプレートに搭載され、かつフレキシブルな回路４が当該アクチュエータに駆動信号を供給する。噴出チャンバーは、アクチュエータを持つ関連する機構内に設けられており、アクチュエータは噴出チャンバーにその容積を変えるよう作用する。容積変化によって、インク滴が、個々の噴出チャンバーと連通するノズル(図示せず)から噴出させられる。

図３は、シャーシコンポーネント８およびプリントヘッドモジュールサポート６の斜視図である。相補的アライメント機能部１０は当該シャーシの一部として設けられている。孔がアライメント機能部２および相補的アライメント機能部１０を貫通して延在しており、流体がプリントヘッドモジュールへと流れることを可能としている。マニホールド１２が、流体を受けるためにアクチュエータサポートプレートに設けられている。シャーシコンポーネントは一つのマニホールド当り二つの流体用孔を備えており、マニホールドを通ってインクが循環することを可能としている。

モジュールのアライメント機能部とシャーシの相補的アライメント機能部とは協働で境界面結合部を形成する。プリントヘッドモジュールのアライメント機能部の弾力性によって、モジュールのアライメント機能部が、相補的アライメント機能部によって圧縮されること(あるいは膨脹させられること)が可能となる。これはコンポーネントを一つに保持するのに役立ち、しかも、付加的締め付けが加えられてもよいが、さらに流体漏れを阻止するシールをもたらす。

アライメント機能部および相補的アライメント機能部は接合されて、ｎ個の境界面結合部を形成する(図２および図３ではｎ＝６)。この例では、アライメント機能部および相補的アライメント機能部の弾力性は実質的に同一である。アライメント機能部および相補的アライメント機能部の弾力的特性によって、差を平均化するために、それぞれが互いに僅かにずれることが可能となる。

プリントヘッドモジュールとベースとの間に多数の境界面結合部を設けることにより、ポジション誤差を母平均へと平均化することが可能となる。有利なことに、これは、モジュールのアライメント機能部は精度の低い技術を用いて形成可能であって、モジュール一つ当りのコストが低減されることを意味する。

アライメント機能部の数はさらに、モジュール位置の実際のポジションの位置繰り返し精度を改善する。ポジションの分散は１／ｎとして、そして標準偏差は１／(ｎ^1/2)として通っている。１μｍの目標寸法公差および２μｍまでの再現可能な機能に関しては、位置繰り返し精度を保証するために四つの機能部が必要である。上記機能が１０μｍまで再現可能なものであるならば、同程度の位置繰り返し精度を保証するために１００個の機能部が必要となる。

境界面結合部は、プリントヘッドモジュールおよびベースが分離可能であるよう、離間可能に設計される。これによって、第１のモジュールが、たとえばノズルの詰まり、アクチュエータの動作不良など、望ましくない症状を呈したならば、交換モジュールをベースに対して組み付けることが可能となる。交換モジュールは高い位置繰り返し精度を有するので、新しいモジュールはさらなる位置合わせが必要なく、単なる差し込みおよび載置だけで十分である。境界面結合部を分離させたり再形成したりするための有益な能力を利用する製造作業について、図４を参照して詳細に説明する。

図４には相補的アライメント機能部を有するジグを示す。未完成のプリントヘッドモジュール(図示せず)は、モジュールのアライメント機能部と相補的アライメント機能部との間に境界面結合部を形成することによって、モジュールに対して取り付けられている。有利なことには、当該ジグは、将来のプリンターに設けられることになるものと同様の相補的アライメント機能部を持つことができる。境界面結合部は分離可能であり、したがって平均的機能部ポジションの同程度の平均化を、ジグとモジュールとの間およびプリンターシャーシとモジュールとの間のいずれにも、もたらすことができる。

基準点はプリントヘッドモジュール自体に、あるいはより好ましくはジグに設けられ、そして製造ステップは基準点に対して、あるポジションにて実施される。モジュールは、平均化されたアライメントのために高い位置繰り返し精度にてジグ上に配置できるので、同一の高度な位置繰り返し精度で製造ステップを正確に実施することが可能である。

たとえば、それを通ってインクが噴出チャンバーから噴出させられるノズルを製造するのにレーザーが使用される。レーザーは、ジグ上の基準点に対して高度の位置繰り返し精度を有するポジションにノズルを形成するよう制御可能である。

各モジュールは、プリンターに対してプリントヘッドモジュールを位置合わせするのに使用されることになる、同じアライメント機能部を用いてジグ上で位置合わせされる。これら機能部のアライメントは平均化され、そしてその結果、プリントヘッドモジュールの嵌め込み時にアライメント機能部によって自動的に整列させられ得るモジュールが形成される。同様に、プリントヘッドモジュールはジグ同士の間で、高度の位置繰り返し精度で移動可能である。これによって、モジュールが異なるジグ上に搭載されている間に、異なる製造ステップを実施することが可能となる。

ジグは高い寸法公差および高い相互位置繰り返し精度で製造され、しかもモジュールのアライメント機能部に対して相補的アライメント機能部の剛性が高いので、正確に形成されたジグ上の機能部が支配的サンプル平均をもたらすことが保証される。

図５には、全てのモジュールが適所に配置された完成状態のプリントヘッドを示す。各モジュールは噴出エレメント２４ａ,２４ｂおよび２４ｃからなる三つの列を有する。噴出エレメント２４ｂからなる中央の列は、噴出エレメント２４ａおよび２４ｃからなる外側の列と交互に配置されており、これによって噴出密度は倍になっている。

図６では、モジュール２８とシャーシ３０とを分離させるよう力を加えることによって摩擦結合が解除されている。この結合解除は、シャーシの相補的アライメント機能部を損傷させず、しかも、同一の相補的アライメント機能部を用いて、新しいあるいは予め試験されたモジュールをシャーシに対して再び取り付けることができる。新しいモジュールのアライメント機能部は、交換されたモジュールのアライメント機能部と構造的に同一である。それゆえ、シャーシ上の新しいモジュールのアライメントは、シャーシ上の交換されたモジュールのアライメントと同一であり、複雑な器具は必要としない。

供給サポート３２は押出し品として形成されており、その上には多数のシャーシ要素が搭載される。これらは互いに整列させられ、かつこの整列状態は平均弾性アライメントを用いて実現されている点が重要である。一つの工具は、たとえばワイヤ機械加工(カッティング)を用いて極めて高い精度で作られ、そしてプリントヘッドモジュール上に見出されるものと類似のアライメント機能部が設けられる。各シャーシ片は境界面結合部を形成することによって工具に接続され、これによって整列させられたシャーシコンポーネントの列が形成される。接着剤が各シャーシ片の下面に塗布され、そして整列させられたシャーシコンポーネントの列は同時に供給サポートに対して接合される。いったん接着剤が硬化すると、工具をシャーシコンポーネントから取り外すことができ、それは供給サポートに接着された状態で残る。

特に高度の正確さあるいは位置繰り返し精度が要求される場合、アライメント機能部、相補的アライメント機能部あるいは境界面結合部を選択的に変更することが可能である。選択的調整が、プリンター内でモジュール式プリントヘッドの群を整列させるのに、同様に適用可能であろう。

図７には、システムレール４２に搭載されたプリントバー４０(一つだけを示す)を備えたカラープリンターを示す。用紙はプリントバーの下方をスキャンニング方向Ｄに通過する。プリントバーは、用紙通過(スキャン)方向に列(アレイ)を形成し、各プリントバーはそれぞれ別な色を着けるよう構成されている。プリントバーは窓４４を備えるが、この窓４４を経てプリントヘッドモジュールが平均弾性アライメントを利用して配置されかつ搭載される。液滴は、スキャンニング方向と直交する方向Ｚに噴出させられる。各プリントバーは、各端部に、アライメント機能部４６を備える。

各システムレール４２は、アライメント機能部４６とつながるよう配置構成された相補的アライメント機能部４８を備える。孔５０はシステムレールを貫通して延在し、かつ相補的アライメント機能部の近傍で開口している。有利なことには、これによってプリント基体から離れるようにプリンターの側部からのプリントバーの調整が可能となっている。それゆえ調整は、頻繁に、すなわち印刷中に実施可能であり、あるいは時折、すなわち組み立て中に実施可能である。

調整可能なシステムの第１の実施形態を図８に示す。調整ネジ６０ａ,６０ｂがシステムレール４２の孔内に挿入されている。このネジは、回転させたとき、接着剤６２を介してシステムレールに対して接合された相補的アライメント機能部に作用する。ストッパーピン６４はプリントバーのアライメント機能部に対して取り付けられており、Ｚ方向に関するアライメント(整列状態)をもたらす。

相補的アライメント機能部は、ポイント６６ａ,６６ｂを中心として回転できる湾曲部として形成されている。各湾曲部はプリントバー上のアライメント機能部４６に当接する、角のある面６８ａ,６８ｂを有する。回転ネジ６０ａまたは６０ｂは、ポイント６６ａまたは６６ｂそれぞれの周りで湾曲部を押圧する。回転は、角のある面６８ａおよび６８ｂの位置に影響を及ぼし、そしてプリントバーのアライメント機能部のポジションを調整する。アライメント機能部４６の移動が平均サンプルポジションを変化させ、プリントバーがシステムレールに関して、ある距離だけ移動させられるが、この距離は、アライメント機能部の数に関して平均化された、移動させられた個々のアライメント機能部の移動量である。それゆえプリントバーの極めて正確な移動が可能となっている。

調整可能なシステムに関するさらなる実施形態について図９を参照して説明する。第１のコンポーネントは、「十字形」断面を有する一連のアライメント機能部８４を具備してなる。第２のコンポーネントは、十字形アライメント機能部を受けるよう配置構成された円錐台形のポスト８６を具備してなる。ポストと十字体との混成物をそれぞれのコンポーネントに設けることもできる。十字形アライメント機能部あるいはポストの少なくとも一つは弾力性を有し、したがって境界面結合部を提供するために圧縮されるか、あるいは引き伸ばされる。

平均化された弾性アライメントによって、上記コンポーネントがパターン中心の周りで正確に位置合わせされることが確実なものとなる。

ここで、調整機能部(８０,８２)について詳しく説明する。これら機能部はやはり弾性平均化機能部であり、境界面結合部を提供するよう配置されている。第１のコンポーネントの機能部８０は、第２のコンポーネントの機能部８２とは異なるピッチで配置されている。第１の機能部８０をその相補的機能部８２に挿入する際、各機能部(８０,８２)は撓むことになる。

これら結合部の一つの剛性を他の結合部の剛性に対して変化させることによって、第２のコンポーネントに対する第１のコンポーネントのポジションを変更することができる。適当な深さまで結合部にピンまたはネジを挿入することで、結合部の相対的剛性を調整することができる。第２のコンポーネントに対する第１のコンポーネントの移動が全てのアライメント機能部に対して作用するので、この移動は小さなものとなり、したがって正確に制御することができる。

長尺なプリントヘッドの作動中には、たいていプリントヘッドの温度が変化し、したがってＸ方向の膨脹の程度が変化する。膨脹の比率は、弾性アライメント機能部によって制御可能であるが、その他の場合には、プリントヘッドを自由に動けるようにすることが有利である。こうした場合には、一端を固定すると共にＹ軸線に関する移動および回転を阻止するアライメント機能部を設けることが有利である。

この機能を実現するために複数のコンポーネントを使用できる。これらコンポーネントを図１０に示す。コンポーネントＡおよびコンポーネントＢは、Ｘ軸線およびＹ軸線の両方に関するアライメント(整列状態)をもたらすために組み合わせることができる。コンポーネントＣおよびコンポーネントＤは、Ｘ軸線およびＹ軸線の両方に関するアライメントをもたらすために、そしてＸ軸線に関するある程度の調整機能をもたらすために組み合わせることができる。

Ｘ軸線に関するアライメントおよび調整機能をもたらすために、そして同時にＹ軸線に関する平行移動を可能とするために、コンポーネントＥとコンポーネントＣとを組み合わせることができる。

図１１に示すような適当な機構をもたらすために、複数の上記モジュールを組み合わせることができる。

本発明をインクジェットプリンターに関連付けて説明してきたが、本発明は、他の形式のプリンター、たとえばレーザープリンターまたはサーマルプリンターにも同様に応用できる。ここで説明した製造技術はまた、非プリント用途でも応用可能であろう。

二つのプリントヘッドモジュールの概略図である。 プリントヘッドモジュールの斜視図である。 シャーシコンポーネントおよびプリントヘッドモジュールの斜視図である。 製造ジグの斜視図である。 シャーシとプリントヘッドモジュールとを組み付けた状態でのプリントヘッド基体の斜視図である。 交換可能なプリントヘッドモジュールを備えたシャーシの斜視図である。 装着されたプリントバーを備えたプリンターサポートの斜視図である。 境界面結合部用の調整可能なアライメント機能部を示す図である。 調整機能を有するアライメント機能部の斜視図である。 複数のアライメント機能モジュールを示す図である。 シャーシに搭載された図１０のアライメント機能モジュールを示す図である。

符号の説明

２,２ａ,２ｂ アライメント機能部
４ 回路
６ アクチュエータサポートプレート
８ シャーシコンポーネント
１０,１０ａ,１０ｂ 相補的アライメント機能部
１２ マニホールド
２４ａ,２４ｂ,２４ｃ 噴出エレメント
２８ モジュール
３０ シャーシ
３２ 供給サポート
４０ プリントバー
４２ システムレール
４４ 窓
４６ アライメント機能部
４８ 相補的アライメント機能部
５０ 孔
６０ａ,６０ｂ ネジ
６２ 接着剤
６４ ストッパーピン
６６ａ,６６ｂ ポイント
６８ａ,６８ｂ 角のある面
８０,８２ 調整機能部
８４ アライメント機能部
８６ ポスト
Ａ〜Ｅ コンポーネント

Claims (48)

1. シャーシに搭載された交換可能なプリントモジュールを具備してなるプリンターであって、前記モジュールは、複数の噴出チャンバーおよび複数のアライメント機能部を具備してなり、かつ、前記シャーシは複数の相補的アライメント機能部を具備してなり、
   前記モジュールの前記アライメント機能部は、前記噴出チャンバーへの流体の供給のための少なくとも一つのモジュール供給ポートを含み、かつ、前記シャーシの前記相補的アライメント機能部は少なくとも一つの相補的シャーシ供給ポートを含み、
   前記モジュールの前記アライメント機能部と前記シャーシの前記相補的アライメント機能部との間のそれぞれの弾性的係合はｎ個の弾性的境界面結合部を形成し、このｎ個の弾性的境界面結合部は前記シャーシに対する前記モジュールの唯一の位置を設定する役割を果たし、
   前記少なくとも一つのモジュール供給ポートと、対応するシャーシ供給ポートとの間の弾性的係合によって、噴出チャンバーとインク源との間の液密連通状態が得られるようになっていることを特徴とするプリンター。
2. 各モジュールは、このモジュールの噴出チャンバーに対して規定された前記シャーシに対する指定ポジションを有し、プリンターの補正機能は、実際のポジションと指定ポジションとの間の、モジュールに関する位置決め誤差の既定の許容範囲内でのメンテナンスに依存するようになっており、
   各モジュールは、前記噴出チャンバー内で各モジュールアライメント機能部に対するアライメント誤差を有し、
   プリンターの前記モジュールに関する前記位置決めにおける分散は、前記モジュールに関する前記アライメント誤差における分散よりも著しく小さなものであることを特徴とする請求項１に記載のプリンター。
3. プリンターの前記モジュールに関する前記位置決め誤差における分散は、前記モジュールに関する前記アライメント誤差における分散の概ね１／(ｎ^1/2)倍であることを特徴とする請求項２に記載のプリンター。
4. 前記モジュールアライメント機能部は弾力性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプリンター。
5. 前記相補的シャーシアライメント機能部は弾力性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のプリンター。
6. 前記モジュールアライメント機能部の弾力性は、前記シャーシアライメント機能部の弾力性よりも大きなものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のプリンター。
7. 前記境界面結合部の一つ以上が、交換されたモジュールのポジションを調整するために選択的に調整可能となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のプリンター。
8. 前記モジュールの前記アライメント機能部の全ては、前記噴出チャンバーへの流体の供給のためのモジュール供給ポートを具備してなり、かつ前記シャーシの前記相補的アライメント機能部の全ては、相補的シャーシ供給ポートを具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のプリンター。
9. シャーシと、メンテナンスあるいは交換のために前記シャーシから取り外せる少なくとも一つのプリントヘッドモジュールと、を有するプリンターの製造方法であって、前記あるいは各モジュールは、プリント要素を有すると共に、前記モジュールの前記プリント要素に対して規定された前記シャーシに対する指定ポジションを有し、前記プリンターの補正機能は、実際のポジションと指定ポジションとの間の、モジュールに関する位置決め誤差の既定の許容範囲内でのメンテナンスに依存するようになっており、
   製造方法は、
   それぞれが複数のアライメント機能部を有する、プリントヘッドモジュールの母集団を提供するステップであって、各モジュールは、このモジュールの各モジュールアライメント機能部に対するプリント要素におけるアライメント誤差を有し、前記アライメント誤差の母集団に関する分散は、既定の公差を著しく超過するものであるようなステップと、
   連続するプリンターの製造において使用するための一続きのシャーシを提供するステップであって、各シャーシは複数の相補的アライメント機能部を具備してなるものであるようなステップと、
   前記母集団からの各モジュールの前記アライメント機能部を、関連付けられた前記シャーシの前記相補的アライメント機能部と係合させ、これによって各モジュール用のｎ個の弾性的境界面結合部を形成するステップと、を具備し、
   前記一続きの製造されたプリンターに関する前記ポジション誤差における分散を、モジュールの前記母集団に関する前記アライメント誤差における分散よりも著しく小さなものとすることを特徴とするプリンター製造方法。
10. 前記一続きの製造されたプリンターに関する前記ポジション誤差における前記分散は、モジュールの前記母集団に関する前記アライメント誤差における分散の概ね１／(ｎ^1/2)倍であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記アライメント機能部は弾力性を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の方法。
12. 前記相補的アライメント機能部は弾力性を有することを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記アライメント機能部の弾力性は、前記相補的アライメント機能部の弾力性よりも大きなものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ｎ個の境界面結合部を、ｎ₁個のアライメント機能部とｎ₂個の相補的アライメント機能部とを一つに結合することによって形成することを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
15. ｎ₁＝ｎであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. ｎ₁＞ｎ₂であることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の方法。
17. 前記プリント要素はアクチュエータ要素であることを特徴とする請求項９ないし請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記プリント要素はノズルであることを特徴とする請求項９ないし請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
19. 各モジュールのいずれか一つのアライメント機能部を、関連付けられたシャーシの前記相補的アライメント機能部と係合させる前記ステップは、前記モジュールへのインクの供給のために、前記シャーシと前記モジュールとの間に液密連通状態をもたらすものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記境界面結合部の一つ以上の剛性を選択的に調整することを特徴とする請求項９ないし請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 製造方法であって、
    複数の弾性アライメント機能部を具備してなるモジュールを提供するステップと、
    複数の第１の相補的アライメント機能部を具備してなるベースを提供すると共に、前記弾性アライメント機能部の前記弾力性が第１の境界面結合部の前記モジュールの位置合わせ作用を平均化するよう機能している状態で、前記弾性アライメント機能部と前記第１の相補的アライメント機能部とがｎ₁個の前記第１の境界面結合部を形成するよう、前記モジュールと前記ベースとを当接させるステップと、
    前記ベース上の基準点に対して一つ以上の位置にて、前記モジュール上で製造行為を実施するステップと、
    前記境界面結合部を分離させ、これによって前記ベースから前記モジュールを取り外すステップと、
    複数の第２の相補的アライメント機能部を具備してなるシャーシを提供すると共に、前記弾性アライメント機能部の前記弾力性が第１の境界面結合部の前記モジュールの位置合わせ作用を平均化するよう機能している状態で、前記弾性アライメント機能部と前記第２の相補的アライメント機能部とがｎ₂個の第２の境界面結合部を形成するよう、前記モジュールと前記シャーシとを当接させるステップと、を具備することを特徴とする製造方法。
22. 前記第１の相補的アライメント機能部は前記アライメント機能部よりも著しく高い剛性を有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. ｎ₁＝ｎであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の方法。
24. ｎ₁は少なくとも４であることを特徴とする請求項２１ないし請求項２３のいずれか１項に記載の方法。
25. ｎ₁は少なくとも８であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 境界面結合部を、等しい数のアライメント機能部および相補的アライメント機能部を結合させることによって形成することを特徴とする請求項２１ないし請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 前記第１の相補的アライメント機能部および前記第２の相補的アライメント機能部は、同一の寸法ならびに形状を有することを特徴とする請求項２１ないし請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 複数の第３の相補的アライメント機能部を具備してなる第２のベースを提供するステップと、
    前記弾性アライメント機能部と前記第３の相補的アライメント機能部とがＮ₃個の第３の境界面結合部を形成するよう、前記モジュールと前記ベースとを当接させるステップと、
    前記第２のベース上の基準点に対して一つ以上の位置にて、前記モジュール上で製造行為を実施するステップと、
    前記第３の境界面結合部を分離させ、これによって前記ベースから前記モジュールを取り外すステップと、をさらに具備することを特徴とする請求項２１ないし請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 前記製造行為は少なくとも一つのノズルの形成であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記製造行為は、のこ引きあるいは蒸着による噴出アクチュエータの製造であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
31. 前記モジュールはプリントヘッドモジュールを具備してなることを特徴とする請求項２１ないし請求項３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 二つのコンポーネントを位置合わせする方法であって、
    複数の弾性アライメント機能部を有する第１のコンポーネントを提供するステップと、
    相補的アライメント機能部を有する第２のコンポーネントを提供するステップと、
    前記弾性アライメント機能部の弾力性が境界面結合部のモジュールの位置合わせ作用を平均化するよう機能している状態で、前記弾性アライメント機能部と前記相補的アライメント機能部を当接させ、これによって複数の境界面結合部を形成するステップと、
    前記第２のコンポーネントに対する前記第１のコンポーネントのポジションを調整するために前記境界面結合部の少なくとも一つを選択的に調整するステップと、を具備することを特徴とする位置合わせ方法。
33. 前記境界面結合部の少なくとも一つを選択的に調整する前記ステップは、前記複数の弾性アライメント機能部の少なくとも一つの剛性を変更することを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記アライメント機能部の剛性を選択的に変更するためにネジを回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. 前記アライメント機能部の剛性を選択的に変更するためにピンを挿入するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
36. 前記境界面結合部は湾曲部を備えることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
37. 前記第１のコンポーネントあるいは前記第２のコンポーネントのいずれかの一部分に対して力を加え、この一部分を前記湾曲部の周りで回動させることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
38. 前記力を付与するためにネジを回転させることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 前記第１のコンポーネントはプリントヘッドモジュールであることを特徴とする請求項３２ないし請求項３８のいずれか１項に記載の方法。
40. 前記相補的アライメント機能部は、前記弾性アライメント機能部と同等の弾力性を有することを特徴とする請求項３２ないし請求項３９のいずれか１項に記載の方法。
41. 前記相補的アライメント機能部は、前記弾性アライメント機能部よりも高い剛性を有することを特徴とする請求項３２ないし請求項４０のいずれか１項に記載の方法。
42. シャーシと、それぞれメンテナンスあるいは交換のために前記シャーシから取り外すことができる複数のプリントヘッドモジュールと、を有するプリンターであって、
    各モジュールは、プリント要素を有すると共に、前記モジュールの前記プリント要素に対して規定された前記シャーシに対する指定ポジションを有し、
    プリンターの補正機能は、実際のポジションと指定ポジションとの間の、モジュールに関するポジション誤差の既定許容範囲内でのメンテナンスに依存するようになっており、
    各モジュールは複数のモジュールアライメント機能部と、各モジュールアライメント機能部に対する前記プリント要素のアライメント誤差とを有し、
    前記シャーシは、各モジュールのための、複数の相補的シャーシアライメント機能部を具備してなり、各モジュールの前記アライメント機能部と前記シャーシの前記相補的アライメント機能部との間の係合によって、各モジュールのためにｎ個の弾性境界面結合部が形成され、
    プリンターの前記モジュールに関する前記ポジション誤差における分散は、前記モジュールに関する前記アライメント誤差における分散よりも著しく小さなものであることを特徴とするプリンター。
43. プリンターの前記モジュールに関する前記ポジション誤差における前記分散は、前記モジュールに関する前記アライメント誤差における分散の概ね１／(ｎ^1/2)倍であることを特徴とする請求項４２に記載のプリンター。
44. 前記モジュールアライメント機能部は弾力性を有することを特徴とする請求項４２または請求項４３に記載のプリンター。
45. 前記相補的シャーシアライメント機能部は弾力性を有することを特徴とする請求項４２ないし請求項４４のいずれか１項に記載のプリンター。
46. 前記モジュールアライメント機能部の弾力性は、前記シャーシアライメント機能部の弾力性よりも大きなものであることを特徴とする請求項４２ないし請求項４５のいずれか１項に記載のプリンター。
47. モジュールアライメント機能部と前記相補的シャーシアライメント機能部との係合が、前記モジュールへのインクの供給のために、前記シャーシと前記モジュールとの間に液密連通状態をもたらすようになっていることを特徴とする請求項４２ないし請求項４６のいずれか１項に記載のプリンター。
48. 交換されたモジュールの位置を調整するために、前記境界面結合部の一つ以上が選択的に調整可能となっていることを特徴とする請求項４２ないし請求項４７のいずれか１項に記載のプリンター。

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