JP4715304B2 - アライメント治具及び液体噴射ヘッドユニットの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体を噴射する複数の液体噴射ヘッドのノズルプレートを固定部材に位置決めして接合する際に用いるアライメント治具及びこのアライメント治具を用いた液体噴射ヘッドユニットの製造方法に関する。
インクジェット式プリンタやプロッタ等のインクジェット式記録装置は、インクカートリッジやインクタンクなどの液体収容部に収容されたインクをインク滴として吐出可能なインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録ヘッドユニット（以下、ヘッドユニットと言う）を具備する。
ヘッドユニットは、並設されたノズル開口からなるノズル列を有するインクジェット式記録ヘッドと、インクジェット式記録ヘッドのインク滴吐出面側を保護するカバーヘッドとを具備する。カバーヘッドは、インクジェット式記録ヘッドのインク滴吐出面側に設けられてノズル開口を露出する開口窓部を有する窓枠部と、窓枠部からインクジェット式記録ヘッドの側面側に折り曲げ成形された側壁部とを有し、側壁部をインクジェット式記録ヘッドの側面に接合することで固定されている（例えば、特許文献１参照）。
また、カバーヘッドや固定板等の固定部材と複数のインクジェット式記録ヘッドとを接合する際には、基準マークの設けられた平板状のマスクと、ノズルプレートに設けられたアライメントマークとを位置決めすることで行われるが、ノズルプレートを保持するベース治具などがマスクとノズルプレートとの間に介在するため、基準マークとアライメントマークとの距離が遠くなってしまい位置決め精度が低くなってしまうという問題がある。
また、固定部材が保持されるベース治具の厚さを薄くしてマスクと固定板との距離を短くすると、ベース治具の剛性が低下してしまい、固定部材とインクジェット式記録ヘッドとを固定する際に、ベース治具の変形や破壊が生じ、高精度な位置合わせを行うことができないという問題がある。
なお、このような問題は、勿論、インクジェット式記録ヘッドの製造方法だけでなく、他の液体噴射ヘッドの製造方法においても存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、アライメント精度を向上することができるアライメント治具及び液体噴射ヘッドユニットの製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体噴射ヘッドの液体を噴射するノズル開口が設けられたノズルプレートと、複数の前記液体噴射ヘッドの前記ノズルプレート側を保持する固定部材とを接合する際に用いられて、前記固定部材が一方面側に保持されると共に前記ノズルプレートに設けられたアライメントマークが位置合わせされる基準マークに相対向する領域に厚さ方向に貫通孔が設けられたベース治具と、該ベース治具の他方面側に設けられて透過性を有すると共に、前記基準マークが先端面に設けられて前記貫通孔内に突出する突出部が形成されたマスクとを具備することを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第１の態様では、マスクに突出部を設け、この突出部の先端面に基準マークを設けるようにしたため、基準マークとノズルプレートのアライメントマークとの距離を短くすることができ、マスクと液体噴射ヘッドとの高精度な位置決めを行うことができる。また、ベース治具の厚さを薄くすることなく、基準マークとアライメントマークとの距離を短くすることができるため、ベース治具の剛性を保ってベース治具の変形や破壊を防止することができる。
かかる第１の態様では、マスクに突出部を設け、この突出部の先端面に基準マークを設けるようにしたため、基準マークとノズルプレートのアライメントマークとの距離を短くすることができ、マスクと液体噴射ヘッドとの高精度な位置決めを行うことができる。また、ベース治具の厚さを薄くすることなく、基準マークとアライメントマークとの距離を短くすることができるため、ベース治具の剛性を保ってベース治具の変形や破壊を防止することができる。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記突出部が、各基準マークに対してそれぞれ設けられていることを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第２の態様では、ベース治具の剛性を保つことができ、ベース治具の変形や破壊を防止して、マスクと液体噴射ヘッドとの高精度な位置決めを行うことができる。
かかる第２の態様では、ベース治具の剛性を保つことができ、ベース治具の変形や破壊を防止して、マスクと液体噴射ヘッドとの高精度な位置決めを行うことができる。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記突出部が、前記基準マークを前記ノズルプレートの前記アライメントマーク近傍となるように設けられていることを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第３の態様では、基準マークとアライメントマークとの距離をできるだけ短くして、マスクと液体噴射ヘッドとの高精度な位置決めを行うことができる。
かかる第３の態様では、基準マークとアライメントマークとの距離をできるだけ短くして、マスクと液体噴射ヘッドとの高精度な位置決めを行うことができる。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記マスク治具が前記ベース治具に着脱自在となっていると共に、前記ベース治具には、前記液体噴射ヘッドを前記固定部材側に押圧する押圧手段が着脱自在に保持されていることを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第４の態様では、固定部材と液体噴射ヘッドとを接着する接着剤を硬化させる際に、マスクを取り外して他のアライメント治具に用いることができ、コストを低減することができる。
かかる第４の態様では、固定部材と液体噴射ヘッドとを接着する接着剤を硬化させる際に、マスクを取り外して他のアライメント治具に用いることができ、コストを低減することができる。
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記押圧手段が、押圧ピンと、該押圧ピンを前記液体噴射ヘッド側に付勢する付勢手段と、前記押圧ピンの押圧力を前記液体噴射ヘッド上に均一に伝播させながら当該液体噴射ヘッドを押圧する押圧コマとで構成されていることを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第５の態様では、押圧ピンの押圧力を押圧コマによって伝播させながら液体噴射ヘッドを押圧することで、液体噴射ヘッドをノズルプレートの面内で均一な圧力で固定部材に押圧することができる。
かかる第５の態様では、押圧ピンの押圧力を押圧コマによって伝播させながら液体噴射ヘッドを押圧することで、液体噴射ヘッドをノズルプレートの面内で均一な圧力で固定部材に押圧することができる。
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記ベース治具上には、前記固定部材を保持するスペーサ治具が設けられていることを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第６の態様では、スペーサ治具により固定部材を確実に保持させることができる。
かかる第６の態様では、スペーサ治具により固定部材を確実に保持させることができる。
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記スペーサ治具には、前記固定部材を吸引保持する吸引保持手段が接続されていることを特徴とするアライメント治具にある。
かかる第７の態様では、スペーサ治具により固定部材を確実に保持させることができる。
かかる第７の態様では、スペーサ治具により固定部材を確実に保持させることができる。
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様のアライメント治具を用いて前記固定部材と複数の液体噴射ヘッドとを固定することを特徴とする液体噴射ヘッドユニットの製造方法にある。
かかる第８の態様では、液滴の着弾位置など、液体噴射特性を向上した液体噴射ヘッドユニットを実現できる。
かかる第８の態様では、液滴の着弾位置など、液体噴射特性を向上した液体噴射ヘッドユニットを実現できる。
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に係るインクジェット式記録ヘッドユニットを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドユニットの組立斜視図であり、図３は、その要部断面図である。図１に示すように、インクジェット式記録ヘッドユニット２００（以下、ヘッドユニット２００と言う）を構成する保持部材であるカートリッジケース２１０は、インク供給手段であるインクカートリッジ（図示なし）がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２１１を有する。例えば、本実施形態では、インクカートリッジは、ブラック及び３色のカラーインクが充填された別体で構成され、カートリッジケース２１０には、各色のインクカートリッジがそれぞれ装着される。また、カートリッジケース２１０の底面には、図３に示すように、一端が各カートリッジ装着部２１１に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク連通路２１２が設けられている。さらに、カートリッジ装着部２１１のインク連通路２１２の開口部分には、インクカートリッジのインク供給口に挿入されるインク供給針２１３が、インク内の気泡や異物を除去するためにインク連通路２１２に形成されたフィルタ（図示なし）を介して固定されている。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドユニットを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドユニットの組立斜視図であり、図３は、その要部断面図である。図１に示すように、インクジェット式記録ヘッドユニット２００（以下、ヘッドユニット２００と言う）を構成する保持部材であるカートリッジケース２１０は、インク供給手段であるインクカートリッジ（図示なし）がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２１１を有する。例えば、本実施形態では、インクカートリッジは、ブラック及び３色のカラーインクが充填された別体で構成され、カートリッジケース２１０には、各色のインクカートリッジがそれぞれ装着される。また、カートリッジケース２１０の底面には、図３に示すように、一端が各カートリッジ装着部２１１に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク連通路２１２が設けられている。さらに、カートリッジ装着部２１１のインク連通路２１２の開口部分には、インクカートリッジのインク供給口に挿入されるインク供給針２１３が、インク内の気泡や異物を除去するためにインク連通路２１２に形成されたフィルタ（図示なし）を介して固定されている。
また、このようなカートリッジケース２１０の底面側には、複数の圧電素子３００を有すると共に、カートリッジケース２１０とは反対側の端面に圧電素子３００の駆動によってノズル開口２１からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド２２０が固定されるヘッドケース２３０を有する。本実施形態では、インクカートリッジの各色のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド２２０がインク色毎に対応して複数設けられ、ヘッドケース２３０も各インクジェット式記録ヘッド２２０に対応してそれぞれ独立して複数設けられている。
ここで、カートリッジケース２１０に搭載される本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０について説明する。図４は、インクジェット式記録ヘッド及びヘッドケースの要部の分解斜視図であり、図５は、インクジェット式記録ヘッド及びヘッドケースの断面図である。図４及び図５に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０を構成する流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が、幅方向に並設された列が２列形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する保護基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。すなわち、本実施形態では、１つのインクジェット式記録ヘッドにノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［１０−６／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。また、ノズルプレート２０には、詳しくは後述する固定板２５０との位置合わせを行う際に使用されるアライメントマーク２２が設けられている。本実施形態では、アライメントマーク２２がノズル開口２１の並設方向の外側に２つ設けられている。
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５と、金属からなる下電極膜と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層と、金属からなる上電極膜とを順次積層することで形成された圧電素子３００が形成されている。このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。このような保護基板３０としては、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
さらに、保護基板３０上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電素子３００の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ１１０の各端子には、図１に示すような、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１を介して外部と接続され、外部から外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。
また、このような保護基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４４以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４３となっており、リザーバ１００は、可撓部４３により封止されている。この可撓部４３により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。
このように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、保護基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、インク導入口４４に連通すると共にカートリッジケース２１０のインク連通路２１２に連通して、カートリッジケース２１０からのインクをインク導入口４４に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。このヘッドケース２３０には、可撓部４３に対向する領域に凹部２３２が形成され、可撓部４３の撓み変形が適宜行われるようになっている。また、ヘッドケース２３０には、保護基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ保持部２３３が設けられており、外部配線１１１は、駆動ＩＣ保持部２３３を挿通して駆動ＩＣ１１０と接続されている。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジからのインクをインク連通路２１２及びインク供給連通路２３１を介してインク導入口４４から取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電素子３００に電圧を印加し、弾性膜５０及び圧電素子３００をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
このようなインクジェット式記録ヘッド２２０を構成する各部材及びヘッドケース２３０には、組立時に各部材を位置決めするためのピンが挿入されるピン挿入孔２３４が角部の２箇所に設けられている。そして、ピン挿入孔２３４にピンを挿入して各部材の相対的な位置決めを行いながら部材同士を接合することで、インクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０が一体的に形成される。
なお、上述したインクジェット式記録ヘッド２２０は、１枚のシリコンウェハ上に多数のチップを同時に形成し、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接着して一体化し、その後、図４に示すような１つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによってインクジェット式記録ヘッド２２０となる。
このようなインクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０は、上述したカートリッジケース２１０にノズル列２１Ａの並び方向に所定の間隔で４つ固定されている。すなわち、本実施形態のヘッドユニット２００には、ノズル列２１Ａが８列設けられていることになる。このように複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を用いて並設されたノズル開口２１からなるノズル列２１Ａの多列化を図ることで、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル列２１Ａを多列形成するのに比べて歩留まりの低下を防止することができる。また、ノズル列２１Ａの多列化を図るために複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を用いることで、１枚のシリコンウェハから形成できるインクジェット式記録ヘッド２２０の取り数を増大させることができ、シリコンウェハの無駄な領域を減少させて製造コストを低減することができる。
また、このような４つのインクジェット式記録ヘッド２２０は、図１及び図３に示すように、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面に接合された共通の固定部材である固定板２５０によって位置決めされて保持されている。固定板２５０は、平板からなり、ノズル開口２１を露出する露出開口部２５１と、露出開口部２５１を画成すると共にインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面の少なくともノズル列２１Ａの両端部側に接合される接合部２５２とを具備する。
接合部２５２は、本実施形態では、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０に亘ってインク滴吐出面の外周に沿って設けられた固定用枠部２５３と、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間に延設されて露出開口部２５１を分割する固定用梁部２５４とで構成され、固定用枠部２５３及び固定用梁部２５４からなる接合部２５２が複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面に同時に接合されている。また、接合部２５２の固定用枠部２５３は、インクジェット式記録ヘッド２２０の製造時に各部材を位置決めするピン挿入孔２３４を塞ぐように形成されている。
このような固定板２５０の材料としては、例えば、ステンレス鋼などの金属、ガラスセラミックス又はシリコン単結晶板などが挙げられる。なお、固定板２５０は、ノズルプレート２０との熱膨張の違いによる変形を防止するために、ノズルプレート２０と熱膨張係数が同じ材料を用いるのが好ましい。例えば、ノズルプレート２０がシリコン単結晶板で形成されているときは、固定板２５０をシリコン単結晶板で形成するのが好適である。
また、固定板２５０は、薄く形成するのが好ましく、後述するカバーヘッド２４０よりも薄くするのが好適である。これは、例えば、固定板２５０を厚くすると、インクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０に設けられたアライメントマーク２２と、固定板２５０との位置決めを行う際に使用されるマスク４１０の基準マーク４０１との距離が遠くなり、位置決め精度を高めることが困難になると共に、ノズルプレート２０のインク滴吐出面をワイピングした際に固定用梁部２５４の間などにインクが残留し易いからである。すなわち、固定板２５０を薄く形成することで、インクジェット式記録ヘッド２２０のアライメントマーク２２と詳しくは後述するアライメント治具の基準マークとの距離を短くして、位置合わせを容易に且つ高精度に行うことができると共に、ワイピングの際にインクがノズルプレート２０のインク滴吐出面に残留するのを防止することができる。なお、本実施形態では、固定板２５０の厚さを０．１ｍｍとした。また、固定板２５０とノズルプレート２０との接合は、特に限定されず、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤や、紫外線硬化型の接着剤などによる接着が挙げられる。
このように、固定板２５０が、固定用梁部２５４によって隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間を塞いでいるため、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の間にインクが侵入することがなく、圧電素子３００や駆動ＩＣ１１０などのインクジェット式記録ヘッド２２０のインクによる劣化及び破壊を防止することができる。また、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面と固定板２５０との間は、接着剤によって隙間なく接着されているため、隙間に被記録媒体が入り込むのを防止して固定板２５０の変形及び紙ジャムを防止することができる。
また、このような固定板２５０には、４つのインクジェット式記録ヘッド２２０が位置決め固定されており、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０の固定板２５０への位置決めは、アライメント治具を用いて行うことができる。ここで、アライメント治具について詳細に説明する。なお、図６は、アライメント治具を示す断面図である。
図６（ａ）に示すように、アライメント治具４００は、基準マーク４０１が設けられたマスク４１０と、マスク４１０の基準マーク４０１側に設けられたベース治具４２０と、ベース治具４２０上に設けられて固定部材である固定板２５０を保持するスペーサ治具４３０と、マスク４１０の基準マーク４０１及びノズルプレート２０のアライメントマーク２２を確認するＣＣＤカメラや顕微鏡等の光学系４４０とを具備し、スペーサ治具４３０上に固定板２５０を保持させて、マスク４１０の基準マーク４０１と、インクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０に設けられたアライメントマーク２２とを位置合わせして、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０とを接着剤を介して接着するものである。
詳しくは、ベース治具４２０は、底面側が開口する箱型形状を有するステンレス鋼等からなり、マスク４１０の基準マーク４０１が設けられた領域に相対向する領域に厚さ方向に貫通した単孔の貫通孔４２１が設けられている。この貫通孔４２１によって、光学系４４０によりマスク４１０を底面側から透視してマスク４１０の基準マーク４０１及びノズルプレート２０のアライメントマーク２２を確認することができる。
マスク４１０は、透過性を有する材料、本実施形態では、例えば、石英等のガラスからなる。また、マスク４１０の一方面には先端面に基準マーク４０１が設けられたベース治具４２０の貫通孔４２１内に突出する突出部４１１が設けられている。
突出部４１１は、本実施形態では、各基準マーク４０１に対してそれぞれ設けられた円柱形状を有する。本実施形態では、各インクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０にアライメントマーク２２を２つ設けたため、基準マーク４０１を各インクジェット式記録ヘッド２２０に対して２つ、合計８つ設けるようにした。
また、突出部４１１は、先端面に設けられた基準マーク４０１がノズルプレート２０のアライメントマーク２２近傍となる高さで形成するのが好ましい。これは、アライメントマーク２２と基準マーク４０１との距離を縮めて、位置決め精度を向上するためである。すなわち、例えば、基準マーク４０１とアライメントマーク２２との距離が遠いと、位置決めし難く、位置決め精度を向上することができない。また、基準マーク４０１とアライメントマーク２２との距離が遠い場合には、ＣＣＤカメラや顕微鏡等の光学系４４０により位置を確認する際に用いられるメタルハライドランプ等の熱によって、光学系４４０の光軸が大きくずれてしまい、基準マーク４０１とアライメントマーク２２との実際の位置に大きな誤差が生じてしまうからである。
なお、マスクに突出部４１１を設けない場合、アライメントマーク２２と基準マーク４０１との距離が例えば、約５．１ｍｍのときは、光軸ずれが最大約２．５μｍとなってしまう。本実施形態では、マスク４１０に突出部４１１を設けることによって、基準マーク４０１とアライメントマーク２２との距離を１１０μｍ以下とすることで、上述のような熱による光学系４４０の光軸ずれを０．０５μｍ以下とすることができ、高精度な位置決めを行うことができる。
また、突出部４１１がノズルプレート２０に近すぎると、ノズルプレート２０と固定板２５０とを接着する接着剤が突出部４１１の先端面に付着して、光学系４４０によりアライメントマーク２２及び基準マーク４０１が確認できなくなる可能性があるため、突出部４１１の先端面は、ノズルプレート２０から所定間隔離した距離となるように設けるのが好ましい。
このように、マスク４１０に突出部４１１を設けることによって、アライメントマーク２２と基準マーク４０１との距離を短くしたため、ベース治具４２０の厚さを薄くして、基準マーク４０１とアライメントマーク２２との距離を短くする必要がない。すなわち、アライメントマーク２２と基準マーク４０１との距離を短くするために、ベース治具４２０の厚さを薄くすると、インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に押し付けた際に、ベース治具４２０が変形や破壊されることによって基準マーク４０１とアライメントマーク２２との位置合わせに誤差が生じてしまう。本実施形態では、マスク４１０に突出部４１１を設けたため、ベース治具４２０を薄く形成する必要がなく、ベース治具４２０の剛性を保って変形や破壊を防止することができ、高精度な位置決めを行うことができる。
なお、本実施形態のマスク４１０は、ベース治具４２０に着脱自在に保持されており、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０との硬化接着させる際などに他のアライメント治具で用いることができるようになっている。これにより、アライメント治具４００のコストを低減することができる。
スペーサ治具４３０は、ベース治具４２０のマスク４１０とは反対側の面に保持されて、固定板２５０を保持するものである。詳しくは、スペーサ治具４３０は、ステンレス鋼等の板状部材からなり、内部には図示しない真空ポンプ等の吸引手段が接続された吸引チャンバ４３１が複数設けられている。吸引チャンバ４３１は、スペーサ治具４３０の表面に開口して、固定板２５０の表面を吸引保持するようになっている。また、スペーサ治具４３０には、ベース治具４２０の貫通孔４２１に連通する連通孔４３２が設けられており、光学系４４０が固定板２５０に吸引保持されたインクジェット式記録ヘッド２２０のアライメントマーク２２を連通孔４３２によりマスク４１０の底面側から確認できるようになっている。
また、図６（ｂ）に示すように、アライメント治具４００には、インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０側に押圧する押圧手段４５０が着脱自在に設けられている。詳しくは、押圧手段４５０は、ベース治具４２０上に両端が載置されてインクジェット式記録ヘッド２２０上に配置されるコ字状のアーム部４５１と、アーム部４５１とベース治具４２０とを挟持することにより、アーム部４５１をベース治具４２０に着脱自在に保持させる挟持部４５２と、アーム部４５１に設けられて各インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０側に押圧する押圧部４５３とを具備する。
押圧部４５３は、アーム部４５１の各インクジェット式記録ヘッド２２０に相対向する領域にそれぞれ設けられている。本実施形態では、１つの固定板４５０にインクジェット式記録ヘッド２２０が４つ固定されるため、押圧部４５３はインクジェット式記録ヘッド２２０と同数である４つ設けられている。
この押圧部４５３は、アーム部４５１に挿通されて軸方向に移動自在に設けられた円柱形状を有する押圧ピン４５４と、押圧ピン４５４の基端部側に設けられて押圧ピン４５４をインクジェット式記録ヘッド２２０側に付勢する付勢手段４５５と、押圧ピン４５４とインクジェット式記録ヘッド２２０との間に配置されるう押圧コマ４５９とで構成されている。
押圧ピン４５４は、先端が半球状に形成され、押圧コマ４５９上に点接触して押圧コマ４５９を押圧するようになっている。
付勢手段４５５は、アーム部４５１に設けられて押圧ピン４５４をインクジェット式記録ヘッド２２０側に付勢するものであり、本実施形態では、押圧ピン４５４の基端部側を囲むように設けられたねじ保持部４５６と、ねじ保持部４５６に螺合するねじ部４５７と、ねじ部４５７の先端面と押圧ピン４５４の基端部との間に設けられた付勢ばね４５８とを具備する。
このような付勢手段４５５は、ねじ部４５６のねじ保持部４５６に対する締め付け量により、付勢ねじ４５８が押圧する押圧ピン４５４を押圧する圧力を調整することができる。これにより、押圧ピン４５４が押圧コマ４５９を押圧する圧力をそれぞれ調整可能となっている。
挟持部４５２は、アーム部４５１と、ベース治具４２０とを挟持することにより、押圧手段４５０をベース治具４２０に着脱自在に保持するものである。このように押圧手段４５０をベース治具４２０に着脱自在とすることで、インクジェット式記録ヘッド２２０の配置及び位置合わせを良好に行うことができる。
押圧コマ４５９は、押圧ピン４５４とインクジェット式記録ヘッド２２０の保護基板３０との間に配置され、押圧ピン４５４が押圧コマ４５９の上面に点接触し、その押圧ピン４５４の押圧力をインクジェット式記録ヘッド２２０の保護基板３０上のほぼ全面に均等に伝播させた状態でインクジェット式記録ヘッド２２０を押圧することができる。押圧ピン４５４の先端をインクジェット式記録ヘッド２２０の保護基板３０上に直接接触させるよりも押圧コマ４５９によってインクジェット式記録ヘッド２２０全体を押圧することになり、インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に確実に固定することができる。なお、この押圧コマ４５９は、インクジェット式記録ヘッド２２０の保護基板３０の外周形状と同一の大きさか、又は若干小さな外周形状をなしている。
また、挟持部４５２は、ベース治具４２０とアーム部４５１とを挟持するものであるため、ベース治具４２０からマスク４１０を取り外すことができる。このため、インクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０とを接着する接着剤が硬化するまで、マスク４１０を使用する必要がなく、マスク４１０を次のヘッドユニットを組み立てるためのアライメント治具に用いることができる。これによって、アライメント治具のコストを低減することができる。
ここで、このようなアライメント治具４００を用いたヘッドユニットの製造方法について説明する。なお、図７は、ヘッドユニットの製造工程を示すマスクの底面側からの平面図である。
図７（ａ）に示すように、アライメント治具４００の底面側から光学系４４０によって基準マーク４０１を確認する。
次に、図７（ｂ）に示すように、アライメント治具４００に固定板２５０を保持させる。詳しくは、アライメント治具４００のスペーサ治具４３０によって固定板２５０を保持させる。このとき、スペーサ治具４３０は、上述のように固定板２５０を吸引チャンバ４３１により吸引保持する。
次いで、図７（ｃ）に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０とを接着剤を介して当接させる。詳しくは、マスク４１０の固定板２５０が接合された面とは反対側の面から顕微鏡又はＣＣＤカメラ等の光学系４４０を用いてマスク４１０の基準マーク４０１とインクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０に設けられたアライメントマーク２２との位置を確認して位置決めを行いながらインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に接着剤を介して当接させる。すなわち、固定板２５０はアライメント治具４００に位置決めされて保持されているため、マスク４１０とインクジェット式記録ヘッド２２０との位置決めを行うことで、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０との位置決めを行うことができる。
なお、インクジェット式記録ヘッド２２０の固定板２５０に対する位置決めは、例えば、図示しないマイクロメータ等により微小な調整を行うことができる。もちろん、光学系４４０としてＣＣＤカメラを用いて、光学系４４０により撮影された画像を画像処理することにより、マイクロメータを駆動モータ等により駆動させて基準マーク４０１とアライメントマーク２２とを自動的に位置決めするようにしてもよい。
このようなマスク４１０とインクジェット式記録ヘッド２２０との位置決めでは、マスク４１０に突出部４１１が設けられているため、マスク４１０の基準マーク４０１とインクジェット式記録ヘッド２２０のアライメントマーク２２との距離を短くすることができる。これにより高精度な位置決めを容易に且つ短時間で行うことができる。
また、例えば、カバーヘッド２４０に直接インクジェット式記録ヘッド２２０を固定すると、カバーヘッド２４０は、インクジェット式記録ヘッド２２０をキャッピングやワイピングなどの衝撃から保護するために、薄い材料で形成することができず、マスク４１０の基準マーク４０１とインクジェット式記録ヘッド２２０のノズルプレート２０のアライメントマーク２２との距離が遠くなってしまう。本実施形態では、カバーヘッド２４０に直接インクジェット式記録ヘッド２２０を接合せずに、固定板２５０にインクジェット式記録ヘッド２２０を接合しているため、固定板２５０を薄く形成することができ、基準マーク４０１とアライメントマーク２２との距離を短くすることができ、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０との位置決めを容易に且つ高精度に行うことができる。
その後は、図７（ｃ）に示す工程を繰り返し行うことで、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に順次位置決めする。そして、上述した図６（ｂ）に示す押圧手段４５０により、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に所定の圧力で加圧しながら接着剤を硬化させることで両者を接合することができる。
このように、固定板２５０と複数のインクジェット式記録ヘッド２２０とを位置決めして接合することで、固定板２５０とノズル列２１Ａとの位置決めを高精度に行うことができる。また、隣接するインクジェット式記録ヘッド２２０の各ノズル列２１Ａ同士の相対的な位置決めを高精度に行うことができる。さらに、インクジェット式記録ヘッド２２０を平板からなる固定板２５０に当接させて接合するため、インクジェット式記録ヘッド２２０を固定板２５０に接合するだけで複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出方向の相対的な位置決めが行われる。このため、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出方向の位置合わせを行う必要がなく、インク滴の着弾位置不良を確実に防止することができる。
一方、ヘッドユニット２００には、図１及び図２に示すように、固定板２５０のインクジェット式記録ヘッド２２０とは反対側に、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を覆うように箱形状を有するカバーヘッド２４０が設けられている。このカバーヘッド２４０は、固定板２５０の露出開口部２５１に対応して開口部２４１が設けられた固定部２４２と、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面の側面側に、固定板２５０の外周に亘って屈曲するように設けられた側壁部２４５とを具備する。
固定部２４２は、本実施形態では、固定板２５０の固定用枠部２５３に対応して設けられた枠部２４３と、固定板２５０の固定用梁部２５４に対応して設けられて開口部２４１を分割する梁部２４４とで構成されている。また、このような枠部２４３及び梁部２４４からなる固定部２４２は、固定板２５０の接合部２５２に接合されている。
このように、インクジェット式記録ヘッド２２０のインク滴吐出面とカバーヘッド２４０との間が隙間なく接合されているため、隙間に被記録媒体が入り込むのを防止してカバーヘッド２４０の変形及び紙ジャムを防止することができる。また、カバーヘッド２４０の側壁部２４５が、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０の外周縁部を覆うことで、インクジェット式記録ヘッド２２０の側面へのインクの回り込みを確実に防止することができる。
このようなカバーヘッド２４０としては、例えば、ステンレス鋼などの金属材料が挙げられ、金属板をプレス加工により形成してもよく、成形により形成するようにしてもよい。また、カバーヘッド２４０を導電性の金属材料とすることで、接地するこができる。さらに、カバーヘッド２４０は、インクジェット式記録ヘッド２２０をワイピングやキャッピングなどの衝撃から保護するために、ある程度の強度が必要である。このため、カバーヘッド２４０は比較的厚くする必要がある。なお、本実施形態では、カバーヘッド２４０の厚さを０．２ｍｍとした。
なお、カバーヘッド２４０と固定板２５０との接合は、特に限定されず、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤による接着が挙げられる。
また、固定部２４２には、カバーヘッド２４０を他部材に位置決め固定するための固定孔２４７が設けられたフランジ部２４６が設けられている。このフランジ部２４６は、側壁部２４５から液滴吐出面の面方向と同一方向に突出するように屈曲して設けられている。本実施形態では、カバーヘッド２４０は、図２及び図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド２２０及びヘッドケース２３０を保持した保持部材であるカートリッジケース２１０に固定されている。
詳しくは、図２及び図３に示すように、カートリッジケース２１０には、インク滴吐出面側に突出して、カバーヘッド２４０の固定孔２４７に挿入される突起部２１５が設けられており、この突起部２１５をカバーヘッド２４０の固定孔２４７に挿入すると共に、突起部２１５の先端部を加熱してかしめることで、カートリッジケース２１０にカバーヘッド２４０が固定されている。このようなカートリッジケース２１０に設けられた突起部２１５を、フランジ部２４６の固定孔２４７よりも小径の外径とすることで、カバーヘッド２４０をインク滴吐出面の面方向に位置決めしてカートリッジケース２１０に固定することができる。
また、このようなカバーヘッド２４０と、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０が接合された固定板２５０とは、カバーヘッド２４０の固定孔２４７と複数のノズル列２１Ａとの位置決めにより固定されている。ここで、カバーヘッド２４０の固定孔２４７と複数のノズル列２１Ａとの位置決めは、上述したアライメント治具４００を用いて行うこともできるが、固定板２５０と複数のインクジェット式記録ヘッド２２０とを位置決め固定する際に、同時にカバーヘッド２４０を位置決め固定するようにしてもよい。
このようなヘッドユニット２００は、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット２００は、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニット２００の各インクジェット式記録ヘッドは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１のノズルプレート２０のインク滴吐出面には、実際には撥水性を向上する撥水膜が形成されている。この撥水膜としては、特に限定されないが、例えば、金属膜を挙げることができる。このような金属膜は、固定板２５０をインク滴吐出面に接合する際に、接着剤の接着力が低下してしまうため、固定板２５０の露出開口部２５１により露出した領域のみに設けるのが好ましい。また、このような金属膜は、例えば、共析メッキにより所定の厚さで高精度に形成することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１のノズルプレート２０のインク滴吐出面には、実際には撥水性を向上する撥水膜が形成されている。この撥水膜としては、特に限定されないが、例えば、金属膜を挙げることができる。このような金属膜は、固定板２５０をインク滴吐出面に接合する際に、接着剤の接着力が低下してしまうため、固定板２５０の露出開口部２５１により露出した領域のみに設けるのが好ましい。また、このような金属膜は、例えば、共析メッキにより所定の厚さで高精度に形成することができる。
また、上述した実施形態１では、マスク４１０に円柱形状の突出部４１１を８つ設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、各インクジェット式記録ヘッド２２０に対して１つの突出部としてもよい。この場合には、ベース治具の貫通孔を突出部と同じ形状で設けるようにすればよく、このような貫通孔であってもベース治具の剛性は貫通孔によって低減されるものではない。
さらに、上述した実施形態１では、アライメント治具４００に押圧手段４５０を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを接合する接着剤として紫外線硬化型の接着剤を用いた場合には、固定板２５０の接合面に接着剤を塗布した後、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを当接させた状態で紫外線を照射して接着剤を硬化させることで両者を接合することができるため、押圧手段４５０を設けないようにしてもよい。なお、紫外線硬化型接着剤は、熱硬化性接着剤のように固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを所定の圧力で加圧しながら硬化させる必要がなく、加圧することによってインクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０との位置ズレを防止して両者を高精度に接合することができる。また、紫外線硬化型の接着剤を用いた接合では、接合強度が比較的弱いため、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを紫外線硬化型接着剤で接合した後、インクジェット式記録ヘッド２２０と固定板２５０とで画成される角部等の周囲を熱硬化性接着剤で固定するようにすればよい。これにより、固定板２５０とインクジェット式記録ヘッド２２０とを高精度に且つ強固に接合して、信頼性を高めることができる。
さらに、上述した実施形態１では、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を接合する固定部材として平板からなる固定板２５０を例示したが、固定部材は固定板２５０に限定されず、例えば、カバーヘッド２４０に直接複数のインクジェット式記録ヘッド２２０を位置決めして接合するようにしてもよい。このような場合でも、上述したアライメント治具４００を用いて高精度に位置決めして接着することができる。
また、上述した実施形態１では、撓み振動型のインクジェット式記録ヘッド２２０を例示したが、これに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のインクジェット式記録ヘッドや発熱素子等の発熱で発生するバブルによってインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニットに応用することができることは言うまでもない。
なお、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射ヘッドユニットの製造方法全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタ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（面発光ディスプレー）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を挙げることができる。
３ キャリッジ、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ２２ アライメントマーク、 １００ リザーバ、 ２００ ヘッドユニット、 ２１０ カートリッジケース、 ２２０ インクジェット式記録ヘッド、 ２３０ ヘッドケース、 ２４０ カバーヘッド、 ２５０ 固定板、 ３００ 圧電素子、 ４００ アライメント治具、 ４０１ 基準マーク、 ４１０ マスク、 ４２０ ベース治具、 ４３０ スペーサ治具、 ４４０ 光学系
Claims (7)
- 液体噴射ヘッドの液体を噴射するノズル開口が設けられたノズルプレートと、複数の前記液体噴射ヘッドの前記ノズルプレート側を保持する固定部材とを接合する際に用いられて、前記固定部材が一方面側に保持されると共に前記ノズルプレートに設けられたアライメントマークが位置合わせされる基準マークに相対向する領域に厚さ方向に貫通孔が設けられたベース治具と、該ベース治具の他方面側に設けられて光に対する透過性を有すると共に、前記基準マークが先端面に設けられて前記貫通孔内に突出する突出部が形成されたマスクとを具備することを特徴とするアライメント治具。
- 請求項１において、前記突出部が、各基準マークに対してそれぞれ設けられていることを特徴とするアライメント治具。
- 請求項１又は請求項２において、前記マスク治具が前記ベース治具に着脱自在となっていると共に、前記ベース治具には、前記液体噴射ヘッドを前記固定部材側に押圧する押圧手段が着脱自在に保持されていることを特徴とするアライメント治具。
- 請求項３において、前記押圧手段が、押圧ピンと、該押圧ピンを前記液体噴射ヘッド側に付勢する付勢手段と、前記押圧ピンの押圧力を前記液体噴射ヘッド上に均一に伝播させながら当該液体噴射ヘッドを押圧する押圧コマとで構成されていることを特徴とするアライメント治具。
- 請求項１〜４の何れかにおいて、前記ベース治具上には、前記固定部材を保持するスペーサ治具が設けられていることを特徴とするアライメント治具。
- 請求項５において、前記スペーサ治具には、前記固定部材を吸引保持する吸引保持手段が接続されていることを特徴とするアライメント治具。
- 請求項１〜６の何れかのアライメント治具を用いて前記固定部材と複数の液体噴射ヘッドとを固定することを特徴とする液体噴射ヘッドユニットの製造方法。
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