JP2010052420A - 液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド本体を高精度に確実に位置合わせすることができる液体噴射ヘッドの製造方法、及びヘッド本体を高精度に位置合わせすることで液滴の噴射特性を向上した液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ポンチによってノズル１１を形成する工程をポンチとノズルが形成されるワークとを相対移動させて複数回実施することによってノズル列１３を形成し、ヘッド本体１０をフレーム２０に取り付ける際に、形成順序に応じてノズル列１３中から選択した所定のノズル１１を基準として複数の各ヘッド本体１０の相対的な位置合わせを行うようにする。
【選択図】図５

Description

本発明は、ノズルから液滴を噴射するヘッド本体がフレームに固定されてなる液体噴射ヘッドの製造方法、及びその製造方法によって製造された液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置に関する。

液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置の代表例としては、例えば、インクジェット式記録装置が挙げられる。インクジェット式記録装置には、キャリッジに搭載されたインクジェット式記録ヘッドを移動させながら印刷を行うシリアル型のものと、記録媒体の全副に亘って配置されたノズルからインクを噴射して印刷を行うライン型のものとが実用化されている。

インクジェット式記録装置に搭載されるインクジェット式記録ヘッドとしては、インクタンク等からインクが供給される複数のヘッド本体で構成されたものがある。具体的には、複数のインクジェットヘッド（ヘッド本体）を位置合わせした状態でプレート（フレーム）に固定し、記録媒体の全幅に亘って配置されたノズルを有するインクジェット式記録ヘッドを構成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように複数のヘッド本体がフレームに固定された構造では、各ヘッド本体を高精度に位置合わせした状態でフレームに固定する必要がある。各ヘッド本体が高精度に位置合わせされていないと、各ヘッド本体の継ぎ目に位置するノズルのピッチにバラツキが発生してしまう虞があるからである。

ヘッド本体の位置合わせ方法としては、多くの方法が提案されているが、その一つとして、例えば、透明なプレートに予め設けられたアライメントマークとノズルヘッド（ヘッド本体）のノズルとを位置合わせすることで、ノズルヘッドを保持用フレームに高精度に位置合わせする方法がある（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２００４／０２２３４４号パンフレット 特開２００３−２３１２５９号公報 特開２００４−３２２６０６号公報

ここで、ヘッド本体に設けられているノズルは、例えば、ポンチによって形成されている（例えば、特許文献３参照）。このようにポンチによって複数のノズルを形成している場合、例えば、ノズルを形成する際に生じる基板（ワーク）の変形によって、既に形成されたノズルの形状が、円形から楕円形になってしまったり、いわゆる肉寄り等によって、既に形成されたノズルに位置ずれが生じたりする虞がある。

このため、任意のノズル（特に初期に形成されたノズル）を基準として、上述のようにヘッド本体を位置合わせすると、ヘッド本体を高精度に位置合わせすることができない虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ヘッド本体を高精度に位置合わせすることができる液体噴射ヘッドの製造方法、及びヘッド本体を高精度に位置合わせすることで液滴の噴射特性を向上した液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、複数のノズルが列設されたノズル列を複数有するヘッド本体がフレームに固定されてなる液体噴射ヘッドの製造方法であって、ポンチによって前記ノズルを形成する工程を前記ポンチと前記ノズルが形成されるワークとを相対移動させて複数回実施することによって前記ノズル列を形成し、前記ヘッド本体を前記フレームに取り付ける際に、形成順序に応じて前記ノズル列中から選択した所定のノズルを基準として複数の各ヘッド本体の相対的な位置合わせを行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。

かかる本発明では、形成順序に応じて選択された所定のノズルを基準としてヘッド本体の位置合わせを行うことで、ノズル形成時に生じるノズルの変形、位置ずれの影響を受けることなく、各ヘッド本体を高精度に位置合わせしてフレームに取り付けることができる。

ここで、前記ポンチと前記ワークとを相対的に一方向に移動させながら前記ノズル列を形成し、当該ノズル列の加工方向の終端部に位置するノズルを基準として複数の各ヘッド本体の相対的な位置合わせを行うことを特徴とすることが好ましい。これにより、各ヘッド本体をより高精度に位置合わせしてフレームに取り付けることができる。

また前記ノズル列中で最後に形成されたノズルを基準として前記ヘッド本体の位置合わせを行うことが好ましい。また前記ノズル列を形成した後に、前記ヘッド本体の位置合わせの基準となるノズル近傍に識別マークを付す工程をさらに有することが好ましい。これにより、ヘッド本体を位置合わせする際、基準とすべきノズルの誤認が抑制され、ヘッド本体をより確実に高精度に位置合わせすることができる。

また前記ヘッド本体の位置合わせを複数のノズルを基準として行う場合に、当該ヘッド本体の位置合わせの基準となる複数のノズルを同時期に形成することが好ましい。これにより、基準となるノズルに若干の変形や位置ずれが生じた場合でも、基準となるノズル同士の変形量、或いは位置ずれ量は実質的に一致するため、ヘッド本体を良好に位置合わせすることができる。

また本発明は、このような液体噴射ヘッドの製造方法によって製造された液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明では、各ヘッド本体が良好に位置合わせされているため、液滴の噴射特性が向上する。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの概略斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す下面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るノズルの形成方法を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係るヘッド本体を示す下面図である。 ノズルの形成順序の一例を示す概略図である。 一実施形態に係る液体噴射装置の概略図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略を示す斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの一部を示す下面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図である。

本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示するように、複数のヘッド本体１０と、これら複数のヘッド本体１０が位置合わせされた状態で取り付けられるフレーム２０とを具備する。本実施形態では、複数個のヘッド本体１０が、いわゆる千鳥状に配されてフレーム２０に取り付けられている。

各ヘッド本体１０には、図示しないが圧力発生室等のインク流路や圧力発生室内に圧力を発生させる圧電素子又は発熱素子等の圧力発生手段が設けられている。なお、これらの構成は公知であるため、詳細な説明及び図示は省略する。そして、ヘッド本体１０は、その下端面側に各圧力発生室に連通するノズル１１が穿設されたノズルプレート１２を有する。ノズルプレート１２には、ノズル１１が直線状に複数配されたノズル列１３が横並びに複数設けられている。例えば、本実施形態では、１８０ｄｐｉの配列密度でノズル１１が直線状に配されて各ノズル列１３が構成されており、ノズルプレート１２にはこのようなノズル列１３が８列設けられている。そして各ヘッド本体１０は、これら各ノズル列１３のノズル１１からブラックインクと複数色のカラーインクとがそれぞれ噴射されるように構成されている。なおノズル列１３の数は特に限定されず、噴射するインク色の数等に応じて適宜決定されればよい。

また各ヘッド本体１０の外周部には、第１の取り付け板３１と、第２の取り付け板３２とがそれぞれ固定されている。これら第１及び第２の取り付け板３１，３２は、ノズル列１３とは直交する方向で各ヘッド本体１０の両外側に張り出した状態で固定されている。一方フレーム２０には、各ヘッド本体１０が装着される装着孔２１が形成されている。

このフレーム２０の各装着孔２１にヘッド本体１０が装着されると、第１の取り付け板３１及び第２の取り付け板３２がフレーム２０に当接してヘッド本体１０がフレーム２０に係止される。そして、これら第１及び第２の取り付け板３１，３２がねじ部材３３によってフレーム２０に固定されている。すなわち各ヘッド本体１０は、これら第１の取り付け板３１及び第２の取り付け板３２によってフレーム２０に取り付けられている。

第１及び第２の取り付け板３１，３２のヘッド本体１０への固定方法は特に限定されず、図示しないが、例えば、フレーム２０への固定と同様にねじ部材によって固定すればよい。

ここで、上述のように第１及び第２の取り付け板３１，３２をねじ部材３３によってフレーム２０に固定する際、つまりヘッド本体１０をフレーム２０に取り付ける際、ヘッド本体１０を高精度に位置合わせする必要がある。結果的に、複数の各ヘッド本体１０の相対的な位置関係を高精度に位置合わせすることになる。このような位置合わせを行うのは、複数の各ヘッド本体１０の相対的な位置関係が正しくないことで印刷物に濃淡むら等のいわゆるバンディングが発生することを抑制、防止するためである。このため、本実施形態では、以下に説明するように、第１及び第２の取り付け板３１，３２に設けられた挿通部に挿通された基準ピンを基準としてフレーム２０に対するヘッド本体１０の位置合わせを行っている。

図３に示すように、第１の取り付け板３１には挿通部としての貫通孔３４が設けられており、第２の取り付け板３２には挿通部としての切欠き部３５が設けられている。一方、フレーム２０には、第１の取り付け板３１の貫通孔３４に対応する第１の凹部２２と、切欠き部３５に対応する第２の凹部２３とが設けられている。そして貫通孔３４及び第１の凹部２２には基準ピンである固定ピン４１が挿通され、切欠き部３５及び第２の凹部２３には基準ピンである調整ピン４２が挿通されている。この調整ピン４２は、本実施形態では、第２の取り付け板３２側の回転中心とフレーム２０側の回転中心とが偏心した偏心ピンで構成されている。

このような構成において、ヘッド本体１０をフレーム２０に取り付ける際には、まずヘッド本体１０をフレーム２０の所定の装着孔２１に装着すると共に、貫通孔３４及び第１の凹部２２に固定ピン４１を挿通し、切欠き部３５及び第２の凹部２３に調整ピン４２を挿通する。そして、偏心ピンからなる調整ピン４２を回転させることによって、ヘッド本体１０を高精度に位置合わせする。すなわち、この状態ではヘッド本体１０はフレーム２０に固定されておらず、調整ピン４２を回転させることで固定ピン４１を回転支点としてヘッド本体１０の角度が変化するため、この動きによってヘッド本体１０の位置を微調整してヘッド本体１０を高精度に位置合わせすることができる。つまり、固定ピン４１及び調整ピン４２を基準としてヘッド本体１０を高精度に位置合わせすることができる。

なおヘッド本体１０の位置合わせ方法としては、例えば、透明なプレートに予め設けられたアライメントマークの位置とヘッド本体１０の所定のノズル１１の位置とを合わせる作業を行う。つまり上述したように調整ピン４２を回転させてヘッド本体１０の角度を変化させることで、アライメントマークとノズル１１との位置合わせを行う。透明なプレートに予め設けられたアライメントマークの位置とヘッド本体１０の所定のマークとの位置合わせ方法は、例えば、特許文献２に記載されている方法等の周知の方法を採用すればよいため、詳細な説明は省略する。

ここで、各ヘッド本体１０のノズル１１は、ダイとポンチによるポンチ加工によって形成されている。具体的には、例えば、図４に示すように、ポンチホルダー１０１に固定された８つのポンチ１０２を用いて、第１列〜第８列の各ノズル列１３ａ〜１３ｈを構成する各ノズル１１を、ノズル列１３の一端側から他端側（図中Ａ方向）に向かって順次形成する。なお、ポンチ１０２の位置を固定して、ノズル１１が形成されるワーク（ノズルプレート１２となる基板）１２０を加工方向に移動させる場合と、ワーク１２０を固定してポンチ１０２を加工方向に移動させる場合とがあるが、ワーク１２０とポンチ１０２とを相対的に移動させて加工できればよいため、どちらの方法でも構わない。

そして本発明では、このようにポンチ１０２によって形成された各ノズル列１３ａ〜１３ｈの複数のノズル１１のうち、形成順序に応じて選択した所定のノズルを基準として複数の各ヘッド本体の相対的な位置合わせを行っている。例えば、ポンチ１０２とワーク１２０とを相対的に一方向に移動させながらノズル列１３を形成する場合には、図５に示すように、加工方向（図中Ａ方向）の終端部に位置するノズル１１を基準として、ヘッド本体１０の位置合わせを行う。この「終端部」とは、複数のノズル１１を順次形成する場合、形成される順番が最後またはその近傍の範囲にあるものを指す。近傍の範囲とは、最後（Ｎ番目、Ｎは自然数）に加工されるノズル１１から（Ｎ−１）番目、（Ｎ−２）番目に加工されるものを指す。本実施形態では、両端に位置するノズル列１３ａ，１３ｈの最端に位置するノズル１１ＡＡ，１１ＨＡを基準としてヘッド本体１０の位置合わせを行うようにした。

これにより複数の各ヘッド本体１０を極めて高精度に位置合わせすることができる。すなわち、各ノズル列１３ａ〜１３ｈにおける加工方向の終端部（特に、最端）に位置するノズル１１ＡＡ〜１１ＨＡは、ノズル列１３を形成する際に、いわゆる肉寄り等によって位置ずれが生じていないため、このノズル１１ＡＡ〜１１ＨＡを基準として各ヘッド本体１０を位置合わせすることで、各ヘッド本体１０を極めて高精度に位置合わせすることができる。

またノズル列１３の最端に位置するノズル１１ＡＡ〜１１ＨＡを基準とすることで、ヘッド本体１０の位置合わせの際に、基準とするノズル１１の誤認を防止することもできる。したがって、ヘッド本体１０をより確実に位置合わせすることができる。

なお、本実施形態では、ノズル列１３ａのノズル１１ＡＡと、ノズル列１３ｈのノズル１１ＨＡとを位置合わせの基準として用いたが、勿論、他のノズル列１３ｂ〜１３ｇの最端に位置するノズル１１ＢＡ〜１１ＧＡを位置合わせの基準に用いてもよい。

また本実施形態では、ノズル列１３ａ，１３ｈの最端に位置するノズル１１ＡＡ，１１ＨＡを基準としてヘッド本体１０の位置合わせを行うようにしたが、必ずしも最端に位置するノズル１１ＡＡ，１１ＨＡである必要はなく、例えば、各ノズル列１３の端から２番目、或いは３番目のノズル１１等、図中点線で囲んだノズル列１３の上記加工方向の終端部に位置し、肉寄り等によって位置ずれが実質的に生じていないものを基準としてヘッド本体１０の位置合わせを行うようにしてもよい。つまり、「終端のノズル」とは、必ずしも各ノズル列１３の最端のノズル１１を指すのではなく、ノズル列１３の最端から２番目、或いは３番目のノズル１１等、図中点線で囲んだノズル列１３の上記加工方向の終端部に位置し、肉寄り等によって位置ずれが実質的に生じていないもの、位置合わせに用いるものとして差し支えの無いものを言う。

また、このように各ノズル列１３の最端に位置するノズル１１ＡＡ〜１１ＨＡ以外のノズル１１であって、最後に加工されるノズルを位置合わせの基準とする場合には、基準となるノズル１１を識別するための識別マークをワーク１２０表面に付しておくことが好ましい。すなわち、ノズル１１近傍に識別マークを付しておき、この識別マークによって位置合わせの基準となるノズル１１を識別することが好ましい。なお識別マークの形成方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー加工等によって形成すればよい。このように識別マークを付しておくことで、基準とすべきノズルの誤認が抑制され、ヘッド本体１０をより確実に高精度に位置合わせすることができる。

またヘッド本体１０の位置合わせは、複数のノズル１１を基準として行われるが、これら基準となる複数のノズル１１は、ポンチ１０２によって同時に形成されたものであることが好ましい。例えば、一つの基準をノズル列１３ａの端から２番目のノズル１１とする場合には、その他の基準もノズル列１３ｂ〜１３ｈの端から２番目のノズル１１とするのが好ましい。

なおノズル列１３の終端部には、実際にはインクの噴射に使用されない、いわゆるダミーのノズルが形成される場合がある。このような場合、このダミーのノズルを基準としてヘッド本体１０の位置合わせを行うようにしてもよい。つまり、ノズルプレートにダミーのノズルが形成されている場合、「ノズル」とは、インク滴を噴射するノズルだけでなくダミーのノズルも含む。ちなみにダミーノズルとは、吐出用のノズルと実質的に同形状、実質的に同一の大きさを有するものである。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、各ノズル列を構成する複数のノズルを、一端側から他端側に向かって一つずつ順番に形成した例を説明したが、ノズルの形成順序は、これに限定されるものではない。

図６は、例えば、１０個のノズル１１で構成されるノズル列１３を形成する際のノズルの形成順序を示す図である。図６（ａ）に示すように、例えば、ノズル列１３の一端側から奇数番目のノズル１１をまず形成し、その後偶数番目のノズル１１を形成するようにしてもよい。また例えば、図６（ｂ）に示すように、ノズル列１３の両端部から中央部に向かってノズル１１を順次形成するようにしてもよい。このような場合でも、加工順序に応じてノズル列１３中から選択された所定のノズル１１を基準とすることで、つまり最後（１０番目）、或いは最後から２、３番目前に形成されたノズル１１を基準とすることで、上述した実施形態と同様にヘッド本体を高精度に位置決めすることができる。

また上述の実施形態では、第１及び第２の取り付け板が、ヘッド本体１０とは別体として構成されているが、これら第１及び第２の取り付け板はヘッド本体１０と一体的に形成されていてもよい。

さらに、上述の実施形態では、インクジェット式記録ヘッドとして、フレーム２０に複数のヘッド本体１０が取り付けられた構成を例示したが、ヘッド本体１０の数は特に限定されず、フレーム２０に１つのヘッド本体１０が取り付けられた構成であってもよい。

なお、上述のインクジェット式記録ヘッドは、例えば、記録ヘッドを移動させることなく記録用紙等の記録媒体への印刷を行う、いわゆるライン型のインクジェット式記録装置に搭載される。図７は、インクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図である。

図７に示すインクジェット式記録装置２００は、筐体２０１の内部に、上述した方法で位置決めされた複数のヘッド本体１０を具備する記録ヘッド２０２と、記録媒体Ｓを収納する収納トレイ２０３と、この収納トレイ２０３から記録媒体Ｓを送り出す供給部２０４と、供給部２０４から供給された記録媒体Ｓを搬送する搬送部２０５と、これら各部の制御を行う制御部２０６等を具備する。

搬送部２０５は、印刷用紙（記録媒体）Ｓを送る際の供給路を構成する紙送りガイド２０７と、印刷用紙Ｓを挟み込んで送り出す紙送りローラー２０８，２０９とを有する。供給部２０４は、印刷用紙Ｓを搬送部２０５に給紙するための略円筒形状の給紙ローラー２１０と、給紙ローラー２１０に図示しないギヤを介して連結されて給紙ローラー２１０を回転させる給紙モーター２１１とを有する。

このようなインクジェット式記録装置では、印刷データが入力されると、まず給紙モーター２１１が駆動されて給紙ローラー２１０の回転によって１枚の印刷用紙Ｓが収納トレイ２０３から一対の紙送りローラー２０８間へと送り出される。そして、これら一対の紙送りローラー２０８が印刷用紙Ｓを挟み挟み込んで送り出すことで、印刷用紙Ｓが記録ヘッド２０２と紙送りガイド２０７との間を紙送りガイド２０７に沿って搬送される。その際、所定の記録ヘッド２０２が所定のタイミングで作動することで、印刷用紙Ｓに文字や図形等の情報が記録される。その後、紙送りガイド２０７に沿って搬送されてきた印刷用紙Ｓを一対の紙送りローラー２０９が挟み込んで送り出すことで、印刷用紙Ｓは排出口２１２から排紙されるようになっている。

このようなライン型のインクジェット式記録装置２００に、上述した方法で位置決めされた複数のヘッド本体１０を具備する記録ヘッド２０２が搭載されていることで、インク滴の噴射特性を向上して、良好な印刷を実行することができる。

なお、インクジェット式記録装置の一例として、ライン型のものを例示したが、勿論、本発明は、ライン型のインクジェット式記録装置に搭載される記録ヘッドの製造方法に限定されず、記録ヘッドがキャリッジに搭載され記録ヘッドを移動させながら記録媒体への印刷を行う、いわゆるシリアル型のインクジェット式記録装置に搭載される記録ヘッドの製造方法にも適用することができる。

また上述した実施形態では、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を挙げて本発明を説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

１０ ヘッド本体、 １１ ノズル、 １２ ノズルプレート、 １３ ノズル列、
２０ フレーム、 ２１ 装着孔、 ２２ 第１の凹部、 ２３ 第２の凹部、 ３１
第１の取り付け板、 ３２ 第２の取り付け板、 ３３ ねじ部材、 ３４ 貫通孔、
３５ 切欠き部、 ４１ 固定ピン、 ４２ 調整ピン

Claims (6)

1. 複数のノズルが列設されたノズル列を複数有するヘッド本体がフレームに固定されてなる液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   ポンチによって前記ノズルを形成する工程を前記ポンチと前記ノズルが形成されるワークとを相対移動させて複数回実施することによって前記ノズル列を形成し、
   前記ヘッド本体を前記フレームに取り付ける際に、形成順序に応じて前記ノズル列中から選択した所定のノズルを基準として複数の各ヘッド本体の相対的な位置合わせを行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
2. 前記ポンチと前記ワークとを相対的に一方向に移動させながら前記ノズル列を形成し、当該ノズル列の加工方向の終端部に位置するノズルを基準として複数の各ヘッド本体の相対的な位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
3. 前記ノズル列中で最後に形成されたノズルを基準として前記ヘッド本体の位置合わせを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 前記ノズル列を形成した後に、前記ヘッド本体の位置合わせの基準となるノズル近傍に識別マークを付す工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 前記ヘッド本体の位置合わせを複数のノズルを基準として行う場合に、
   当該ヘッド本体の位置合わせの基準となる複数のノズルを同時期に形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法によって製造された液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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