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
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Description
【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)
- 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。 - 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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