JP4143198B2 - インクジェットプリントヘッドへのノズルプレート接着方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリントヘッドに関し、より詳細には、ノズルプレートをインクジェットプリントヘッドのノズル表面（nozzle face）に接着するための改良された方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットの方向付けを不正確にする主な原因は、ノズルのアレイを含むプリントヘッドのノズル面、例えばノズル表面の加湿が不適当であることに関係する。ジェットの正確な方向づけに悪影響を与える要因の一つとして、プリントヘッドのノズルアレイ表面に蓄積したインクと射出されたインク滴との相互作用が考えられる。
【０００３】
そこで、ノズル表面におけるインクジェットの方向性を高めるべく様々な技術により、かかるインク蓄積が低減または削除されている。好適な技術としては、薄い重合フィルム（ノズルプレートと呼ぶ）をプリントヘッドのノズル表面に接着し、マスクを用いて、このフィルムを貫通してプリントヘッドのチャネルに通じる穴を形成する。このような技術は、例えば、米国特許第５，４３４，６０７号及び第５，４９３，３２０号に開示されている。
【０００４】
ノズルプレートに穴を形成する好ましい方法は、レーザアブレーションによる方法である。この技術では、図１に示されるように、ＵＶエキシマレーザ２から発射された照射ビームは、マスク６の穴４を通過し、一部がノズルプレート１０を形成する薄い重合フィルム８の部分に向けられる。レーザのエネルギーレベル及びパルス繰り返し数を制御することにより、プレート１０にノズルホール１２が形成される。つづいて、プレート１０を、プリントヘッド１８の前面１６に形成されたノズル１４に位置合わせする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記先行技術では、ノズルプレートをプリントヘッドのノズル表面にしっかりと接着しなければならないとともに、ノズルプレートに形成された穴がノズルのオリフィス（穴）を正確に一致するように、例えば穴１２が穴１４と一致するように、正確な位置合わせが必要である。このように、正確な接着及び位置合わせ工程が引き続き課題となっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、ノズルプレートの開口部または穴がプリントヘッドのノズルオリフィスに正確に一致するようにノズルプレートをプリントヘッドに接着する方法を提供することが望ましい。本発明によれば、この課題は、ノズルプレートホルダの湾曲表面に抗してノズルプレートを固定してノズルプレートにも曲率及び剛性を与えることにより達成される。そして、ノズルプレートは、ノズルプレート表面の平面に接線により接するべく調節される。接線接触が得られると、ノズルプレートを下降させ、ノズルプレートのスロットをホルダのピンに合わせることにより位置調節し、フィルムを真空によって適所に保持する。
【０００７】
より詳細には、本発明は、湾曲した底表面を有し、プリントヘッドホルダに対向配置されたノズルプレートホルダを含む接着ステーションにおいてノズルプレートをプリントヘッドのノズル表面に接着する方法に関し、前記方法は、底面に薄い接着層を有する重合薄フィルムから、線形アレイを形成する複数のホールを有し、複数の位置合わせ開口部が貫通形成されたノズルプレートを形成するステップと、前記ノズルプレートを接着ステーションに移動するステップと、真空手段によって前記プレートをノズルプレートホルダの湾曲した底表面に固定するステップと、ノズルプレートホルダの湾曲した底表面上の位置合わせピンに、ノズルプレートの位置合わせ開口部を固定し、ノズルプレートの線形アレイ状ホールを湾曲した底表面に対して垂直線上に配置することによりノズルプレートを位置合わせするステップと、ノズルアレイを有するノズル表面が上向きになるようにプリントヘッドをプリントヘッドホルダに設置するステップと、ノズルプレートのプリントヘッド面に対する第１の大まかな位置合わせを、ノズルアレイに対して垂直方向において行うステップと、ノズルプレートホルダとプリントヘッドホルダに対して厳密な移動及び回転調節を行い、ノズルプレートのノズルホールをプリントヘッドのノズルアレイのノズルに正確に位置合わせするステップと、ノズルプレートをプリントヘッドの表面に接触するように下方に移動しながら最初の接触点がノズルアレイの中心に沿うようノズルプレートホルダを回転調節するステップと、さらなる下向きの圧力を加えてノズルプレートをプリントヘッド面に接着するステップと、接着面を硬化するステップとを含む。
【０００８】
また、本発明は、プリントヘッドのノズル全表面にノズルプレートを接着する装置に関し、この装置は、所定の曲率半径を有する湾曲した底表面を備え、突出した位置合わせピンを有し、中央に開口部が形成されたノズルプレートホルダを有する接着ステーションと、前記ノズルプレートホルダの下方にこれと対向配置され、前記ノズルプレートホルダの湾曲した底表面から、線形アレイ状の複数のノズルを有するノズル表面が隔たるようにプリントヘッドが載置されたプリントヘッドホルダと、ノズルプレート形成ステーションにおいて重合薄フィルムに形成されたノズルプレートであって、線形のホールアレイに対して整列された位置合わせ開口部が貫通形成され、熱硬化性の接着層を底部面に有するノズルプレートと、ノズルプレートの上部面をノズルプレートホルダの湾曲した底表面に固定し、前記開口部を前記位置合わせピンに一致させることによりノズルプレートを前記湾曲した底表面に合わせる手段と、前記プリントヘッドホルダと前記ノズルプレートホルダとに対し、移動及び回転による位置調節を行うことにより、ノズルプレートが接着された状態でノズルプレートホルダが下降してノズル表面に接触すると、ノズルプレートの線形ホールアレイがプリントヘッドのノズルアレイと正確に一致する、位置合わせ手段と、前記接着層を硬化してノズルプレートとプリントヘッドノズル表面とを恒久的に接着し、プリントヘッド及び接着されたノズルプレートを含むプリントヘッドアセンブリを形成する手段とを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は、あらかじめ形成されたノズルプレートをプリントヘッドのノズル表面に位置合わせし、厳密な配置位置の確認後にノズルプレートをノズル表面に接着する装置２０の側面図を示し、図３は図２の一部を上面から見た図である。好適な実施形態においては、米国特許第４，６３８，３３７号に開示されたプロセスにより組み立てられたインクジェットプリントヘッド２２は、位置合わせ及び接着ステーション２５に配置されたプリントヘッドホルダ２４に保持されている。好適な実施形態においては、このホルダ２４はヒータ２７によって加熱されている。プリントヘッド２２は、ノズルアレイ３０を形成する複数のノズルを長さ方向に有するノズル表面２６が水平面上に位置するよう保持されている。プリントヘッドホルダ２４は、以下に説明する目的に応じて、回転軸３２に沿った回動及び軸３４に関する移動が可能である。
【００１０】
プリントヘッドホルダ２４に上方にこれと向き合うように、上部取付け部（fixture）３８に接着された、湾曲した底表面を有するノズルプレートホルダ３６が配置されている。鉛直方向に移動可能なこの取付け部３８は、可撓性のある管４１により真空供給源４２に接続されている気体通路４０を有する。曲率半径がｒである湾曲した底表面を備えた湾曲ノズルプレートホルダ３６は、真空圧による接触で取付け部３８の底部に保持されている。図４の底面図に示されるように、ホルダ３６は、このホルダから突出している一対の位置合わせピン４４と、中央に位置する楕円形開口部４６と、この開口部の両側に形成された一対のスロット４８とを有する。スロット４８には、取付け部３８の底部に形成された穴（図示せず）から真空が供給されている。ホルダ３６は回転軸３２’及び移動軸３４’に沿って回転が可能である。
【００１１】
再び図２及び図３を参照して説明する。底面に熱硬化性接着層５１を有する薄い重合フィルム５０は、フィルム供給ロール５２から巻き戻され、ノズルプレート形成ステーション５４を通過して接着及び位置合わせステーション２５に移動し、さらに硬化ステーション５８を通過して、従来のモータ手段によって逆時計方向に駆動される巻き取りロール６０に巻き取られる。ここで、供給ロール５２と巻き取りロール６０は、ほぼ同一の水平面に整列されている。
【００１２】
ステーション５４においては、ノズルプレートが形成されるフィルム５０の部分が、例えば前記出願に示された技術によってレーザーアブレーション加工される。図３には、ステーション５４を通過したノズルプレート６２が示されている。ノズルホール７０から成るノズルホールアレイ６８の上方および下方には、位置合わせホール６４及びスロット６６が形成されている。このノズルホールアレイ６８は、ノズルプレートがプリントヘッドの表面２６に接着された後、ノズルアレイ３０のノズル２８と位置合わせされる。別の実施形態として、ノズルプレートを別の位置において形成し、供給ロール５２に巻き付けてもよい。この実施形態では、ステーション５４は不要である。
【００１３】
精密な位置合わせ及び接着ステップに先立ち、プリントヘッドノズルアレイ３０に対するノズルホールアレイ６８の大まかな位置合わせが、アレイ３０に対して垂直方向に行われる。この工程は、まず、ノズルプレート６２をステーション２５まで移動し、ノズルプレートに形成されたホール６４とスロット６６とを、ホルダ３６のピン４４に合わせることにより行われる。このような位置合わせにより、ノズルホールアレイ６８がホルダの曲率半径に対して垂直線上に位置することが保証される。続いて、プリントヘッドホルダ２４とノズルホルダ３６をそれぞれ軸３４と３４’に沿って調節する。
【００１４】
上記の大まかな調整に続き、取付け部３８とホルダ３６とを下方に移動させ、ホルダ３６の湾曲面をフィルム５０に接触させる。フィルムの接着層が形成されていない部分を下方に押し、ノズルアレイ３０の表面に接触させる。このような最初の接線接触点が、ページを貫通する方向において確実にアレイの中心に沿うよう、白色干渉縞（white light interference fringes）が所望の接触点に見られるまで軸３２および３２’に沿った回転調節が行われる。なお、この干渉縞は、従来の光学手段により生成される。
【００１５】
ノズルプレートホルダの回転調節に続き、ノズルホール７０に対するノズル２８の最終的な正確な位置合わせ、すなわち主としてノズルアレイ３０に対するノズルホールアレイ６８の位置合わせが行われる。このような調整は、回転軸３２と３２’及び移動軸３４と３４’に沿った精密な調節によって行われる。このような最終的な位置合わせが完了すると、ノズルプレートを完全に下降させ、ノズル表面に接触させる。ホルダ３６の曲率のためにプレートも湾曲して剛性が増す結果、図５に示される接触面積全体に沿って、強い下向きの圧力を供給することができる。このような最初の接触がひとたび行われると、プレート６２を含むフィルム５０が下降し、（アレイ付近の中心位置だけでなく）プリントヘッド表面全体に接着される。このような接着は、フィルムがプリントヘッドのノズル表面に沿って強固に保持されていないので可能である。さらに、楕円形の開口部４６により、フィルムは柔軟になり、下方に移動するにつれ、フィルムは接線に沿いながら平らになり、最終的には表面全体に接触する。
【００１６】
プリントヘッドは常に予熱されているので、フィルムの底面に沿って供給された熱硬化性接着層は、ノズル表面２６を湿らせ、急速に硬化し始める。数分後、真空が解除され、プリントヘッドが接着されたフィルムは硬化ステーション５８に移動し、接着層にさらなる及び最終的な硬化処理が施される。この時点で、プリントヘッドアセンブリは切断によって個々に分割され、残りのフィルム部分はロール６０に巻き取られる。
【００１７】
なお、図２に示した装置２０を完全に自動化して、複数のノズルプレートをフィルム５０に形成して複数のプリントヘッドに接着することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 プリントヘッドノズル正面に接着された、従来技術のレーザーアブレーション加工したノズルプレートの展開図である。
【図２】 本実施形態における、プリントヘッドノズル正面にノズルプレートを接着するための装置の側面図である。
【図３】 図２の装置のプリントヘッドホルダ部分を示す平面図である。
【図４】 ノズルプレートホルダの底面図である。
【図５】 プリントヘッドノズル正面に接着されたノズルプレートフィルムの側面図である。
【符号の説明】
２０ 接着装置、２２ プリントヘッド、２４ プリントヘッドホルダ、２５位置合わせ接着ステーション、２６ ノズル表面、２７ ヒータ、２８ ノズル、３０ ノズルアレイ、３２，３２’ 回転軸、３４，３４’ 移動軸、３６ノズルプレートホルダ、３８ 取付け部、４４ 位置合わせピン、４６ 楕円形開口部、４８ スロット、５０ 薄重合フィルム、５１ 接着層、５２ フィルム供給ロール、５４ ノズルプレート形成ステーション、５８ 硬化ステーション、６０ 巻き取りロール、６２ ノズルプレート、６４ 位置合わせホール、６６ スロット、６８ ノズルホールアレイ、７０ ノズルホール。

Claims (2)

1. 湾曲した底表面を有し、プリントヘッドホルダに対向配置されたノズルプレートホルダを含む接着ステーションにおいてノズルプレートをプリントヘッドのノズル表面に接着する方法であって、
   底面に薄い接着層を有する重合薄フィルムから、線形アレイを形成する複数のホールを有し、複数の位置合わせ開口部が貫通形成されたノズルプレートを形成するステップと、
   前記ノズルプレートを接着ステーションに移動するステップと、
   真空手段によって前記プレートをノズルプレートホルダの湾曲した底表面に固定するステップと、
   ノズルプレートホルダの湾曲した底表面上の位置合わせピンに、ノズルプレートの位置合わせ開口部を固定し、ノズルプレートの線形アレイ状ホールを湾曲した底表面に対して垂直線上に配置することによりノズルプレートを位置合わせするステップと、
   ノズルアレイを有するノズル表面が上向きになるようにプリントヘッドをプリントヘッドホルダに設置するステップと、
   ノズルプレートのプリントヘッド面に対する第１の大まかな位置合わせを、ノズルアレイに対して垂直方向において行うステップと、
   ノズルプレートホルダとプリントヘッドホルダに対して厳密な移動及び回転調節を行い、ノズルプレートのノズルホールをプリントヘッドのノズルアレイのノズルに正確に位置合わせするステップと、
   ノズルプレートをプリントヘッドの表面に接触するように下方に移動しながら最初の接触点がノズルアレイの中心に沿うようノズルプレートホルダを回転調節するステップと、
   さらなる下向きの圧力を加えてノズルプレートをプリントヘッド面に接着するステップと、
   接着面を硬化するステップと、
   を含む方法。
2. プリントヘッドのノズル表面にノズルプレートを接着する装置であって、
   所定の曲率半径を有する湾曲した底表面を備え、突出した位置合わせピンを有し、中央に開口部が形成されたノズルプレートホルダを有する接着ステーションと、
   前記ノズルプレートホルダの下方にこれと対向配置され、前記ノズルプレートホルダの湾曲した底表面から、線形アレイ状の複数のノズルを有するノズル表面が隔たるようにプリントヘッドが戴置されたプリントヘッドホルダと、
   ノズルプレート形成ステーションにおいて重合薄フィルムに形成されたノズルプレートであって、線形のホールアレイに対して整列された位置合わせ開口部が貫通形成され、熱硬化性の接着層を底部面に有するノズルプレートと、
   ノズルプレートの上部面をノズルプレートホルダの湾曲した底表面に固定し、前記開口部を前記位置合わせピンに一致させることによりノズルプレートを前記湾曲した底表面に合わせる手段と、
   前記プリントヘッドホルダと前記ノズルプレートホルダとに対し、移動及び回転による位置調節を行うことにより、ノズルプレートが接着された状態でノズルプレートホルダが下降してノズル表面に接触すると、ノズルプレートの線形ホールアレイがプリントヘッドのノズルアレイと正確に一致する、位置合わせ手段と、
   前記接着層を硬化してノズルプレートとプリントヘッドノズル表面とを恒久的に接着し、プリントヘッド及び接着されたノズルプレートを含むプリントヘッドアセンブリを形成する手段と、
   を含む装置。

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