JP5639009B2 - インクジェット印刷ヘッド - Google Patents

Description

本発明は概ね作像に関し、より詳しくは組み付けを簡略化する成形ダイ調芯機能部付き成形ノズルプレートに関する。

既知の微小電気機械インクジェット（ＭＥＭＳジェット）印刷ヘッド技術では、ＭＥＭＳダイのインク出口とノズルプレートのノズル孔との間の調芯は、インクジェット印刷ヘッドの組み立て法が一部原因で困難となることがある。特に、ＭＥＭＳ装置用の現行設計は基板から始め、基板から組み上げることで構築される。これにより、インク出口とノズル孔の必須機能部を正確に調芯する困難さによる組み立て工程における潜在的な過失がもたらされる。インク入口は基板内にあり、基板は組み立て時にＭＥＭＳダイにより隠されるため、こうした積み重ねにおける公差は相当のものとなることがある。公知の設計はまた欠点があり、何故なら点検ワイパシステムがノズル孔周囲のヘッド面から漂積物を取り除く好適な方法であり、ノズルプレートの外面は通常ワイパシステムを確実に使用できるほど十分平滑ではないからである。ゴムワイパは、エッジや段部上を擦り取る際に急速に劣化する。

それ故、インクジェット印刷ヘッドの組み付けを簡略化する調芯機能部を備えた成形ノズルプレートを提供することが、望ましい筈である。

本発明に係るインクジェット印刷ヘッドは、インクジェット印刷ヘッドであって、成形ノズルプレートで、その中に複数のノズル孔を有するノズル孔形成面と、ノズル孔形成面を囲んで空腔を画成する側壁と、成形ノズルプレートの空腔内の成形ダイ調芯機能部であって、空腔内へ突出するとともに少なくとも１つの側壁に沿って平行に延びる少なくとも１つのリブを有する成形ダイ調芯機能部とを備える成形ノズルプレートと、成形ダイ調芯機能部に従って空腔内に位置決めしたＭＥＭＳダイとを備える。

本開示によるインクジェット印刷ヘッドの斜視図である。 静電起動するインクジェット印刷ヘッドの既知の設計である。 特に例示の成形ノズルプレートであるノズルプレートを表わす例示印刷ヘッドの上面図である。 本教示による特に例示のノズルプレートを表わす例示印刷ヘッドの側面図である。 本教示による例示のノズルプレートの斜視図である。 本教示による例示のノズルプレートの底部斜視図である。 本教示による例示のノズルプレートの一部の上部斜視図である。 本教示による例示のノズルプレートの斜視図である。

図面の一部詳細が単純化され、厳密な構造上の精度や細部や寸法を維持するのではなく実施形態の理解を容易にするよう描かれている点に、留意されたい。

図１は、本教示による例示インクジェット印刷機２０００を表わす。図１に示すインクジェット印刷機２０００が概略説明図を表わし、他の構成要素を追加したり、あるいは既存の構成要素を取り除くか修正したりできることは、当業者には即明らかとなる筈である。

図１に示す如く、１以上の液滴噴射器１０００をインクジェット印刷機２０００内に組み込み、インク液滴を基板Ｐに噴射することができる。個々の液滴噴射器１０００を画像源から導出される信号に従って動作させ、印刷媒体Ｐ上に所望の印刷画像を作成する。印刷機２０００は、前後の走査運動にて印刷ヘッドを移動させる図示の往復キャリッジ印刷機、もしくは印刷基板が印刷ヘッドに対し移動する固定型の形態をとることができる。

キャリッジ型印刷機には、単一ダイ組立体あるいは部分幅寸法の印刷ヘッド向けに互いに隣接した数個のダイ組立体とを有する印刷ヘッドを持たせることができる。単一ダイと複数ダイの部分幅印刷ヘッドは共にキャリッジ型印刷機内で実質同じように機能するため、単一のダイ印刷機ヘッドを有する印刷機だけを説明することにする。無論、唯一の差異は、部分幅寸法印刷ヘッドがより大きな帯幅の情報を印刷することになる点にある。インク流路とノズルとを含む単一ダイ印刷ヘッドは、使い捨てインク供給カートリッジに封止的に取り付けることができ、組み合わされた印刷ヘッドとカートリッジ組立体は、記録媒体を静止保持したまま、一度に一つの情報帯を印刷するよう往復駆動されるキャリッジに交換可能に取り付けられている。各情報幅は、印刷ヘッド内のノズル列の高さに等しい。一つの帯が印刷された後、記録媒体Ｐは最大で印刷帯の高さに等しい距離だけ歩進し、次の印刷帯が先の印刷帯に隣接あるいは重複する。この手順は、画像全体が印刷されるまで反復される。

図２は、静電起動されるインクジェット印刷ヘッド２００用の既知の設計を表わすものである。既知のインクジェット印刷ヘッド２００は、基板２１０と、基板２１０上面の少なくとも１枚のシリコンウェーハ２２０と、基板２１０とウェーハ２２０とを通る１以上のインク流路２３０と、基板２１０のインク流路２３０をインク供給貯槽（図示せず）に接続する管２４０と、基板２１０上に装着したＭＥＭＳダイ２５０と、基板２１０上にＭＥＭＳダイと並列に装着した駆動ダイ２６０とを含んでいる。成形ノズルプレートであるノズルプレート２７０はＭＥＭＳダイ２５０上に装着され、このノズルプレート２７０が印刷ヘッド２００からインク液滴を噴射される面となる。印刷ヘッド２００のＭＥＭＳダイ２５０には、当分野で熟知されているように、電極により制御される静電起動膜を含めることができる。

様々な他の構成要素が図示してあるが、ここでは説明しないことにする。当業者は、既存のインクジェット印刷ヘッド２００の構成を理解するであろう。一般に、印刷ジェット印刷ヘッド２００は基板から始め、そこから積み上げることで組み立てられる。これは、必須機能部を調芯させる必要性が故に組み立て工程における潜在的な過失を招くことがある。必須機能部には、これに限定はされないが、ＭＥＭＳダイ内のノズル出口と基板内のノズル出口および／または印刷ヘッド２００のノズルプレート内のノズル孔の一方または両方との調芯を含めることができる。

図３Ａは上面図であり、図３Ｂは特に本教示による例示のノズルプレート３７０を表わす例示印刷ヘッド３００の側面図である。明瞭さと説明の簡単さに配慮し、しかるべき構成要素だけが図示してある。例示印刷ヘッド３００は、例えば図１のインクジェット印刷機２０００内で使用することができ、例えば図２の印刷ヘッド２００に示される追加の既知の構成要素を含めることができる。図３Ａと図３Ｂに示す印刷ヘッド３００とノズルプレート３７０とが概略説明図を表わし、他の構成要素を追加したり、あるいは既存の構成要素を取り除くか修正したりできることを、当業者は即理解する筈である。

印刷ヘッド３００には、ノズルプレート３７０、すなわちＭＥＭＳダイ３５０と駆動ダイ３６０とを含む２ダイ構成を含めることができる。ＭＥＭＳダイ３５０と駆動ダイ３６０は、図示の如く互い違いとすることができる。図示の印刷ヘッド３００のその部分には、可撓性回路３６２を含めることができる。

ノズルプレート３７０には、内面３７２ａと外面３７２ｂとを有するフェイスプレート３７２を含めることができる。側壁３７４は、フェイスプレート３７２の内面３７２ａの一側に空腔３７６を構成するようフェイスプレート３７２を囲む。ノズルプレート３７０は、フェイスプレート３７２と側壁３７４とを一体形成するよう成形することができる。それ故、ノズルプレート３７０は一体構成からなる。ノズルプレート３７０のフェイスプレート３７２には、ノズル孔３３０を含めることができる。ノズル孔３３０はノズルプレート３７０の成形期間中に形成できるか、あるいはノズルプレートの形成に続きレーザ切断することができる。幾つかの実施形態では、ノズルプレートの成形期間中により大きな孔を形成することができ、レーザ切断フィルムをフェイスプレートに適用し、さらに所定の大きさのノズル孔３３０を画成することができる。

ＭＥＭＳダイ３５０をノズルプレート３７０の空腔３７６内において、基板３１０の上側に配置し、後続の図面に関連してさらに詳しく説明するように、ノズル孔３３０に精密に調芯することができる。駆動ダイ３６０は、可撓性回路３６２にフリップチップ接合させることができる。可撓性回路３６２はタブ付けするか、そうでなければＭＥＭＳダイ３５０に取り付けることができる。そして、組立体全体は、射出成形のノズルプレート３７０の空腔３７６内に接着することができる。実施形態では、組立体は空腔３７６内の所定場所にロックするようエポキシにて固定することができる。図示の構成を用いることで、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）インク孔を取り除くことができる。その代わりに、インクはコスト低減エッジ給送ダイ用にＭＥＭＳダイの背面上あるいはＭＥＭＳダイ周囲に経路設定することができる。

図４は、本教示による例示のノズルプレート３７０の斜視図である。図４に示したノズルプレート３７０が概略説明図を表わしており、他の構成要素を追加したり、既存の構成要素を取り除くか修正したりできることは、当業者には即明らかとなる筈である。

図４に示したノズルプレート３７０は、ノズル孔３３０と成形ダイ調芯機能部であるダイ調芯機能部３８０の例示的な配置を含むさらなる詳細を示すものである。図４において、明確さに配慮し、かつダイ調芯機能部３８０が見えるよう、１個のＭＥＭＳダイを取り除いてある。ＭＥＭＳダイ３５０の一部は、駆動ダイ３６０とＭＥＭＳダイ３５０に隣接させて図示してある。ダイ調芯機能部３８０は、空腔内でＭＥＭＳダイ３５０に係合調芯させ、したがってノズルプレート３７０のノズル孔３３０をＭＥＭＳダイ３５０の対応するインク出口に対し調芯させるのに適した距離だけ空腔３７６内に突出している。実施形態では、１以上のダイ調芯機能部３８０を用いることができる。加えて、調芯機能部は、ノズルプレート３７０の空腔３７６内に駆動ダイ３６０を調芯するのに用いることができる。ダイ調芯機能部３８０は、ＭＥＭＳダイ３５０の外端に当接する寸法とすることができる。実施形態では、ダイ調芯機能部３８０とＭＥＭＳダイ３５０との間の当接には、ダイ調芯機能部３８０に対する摩擦嵌合としてダイを固定する上での公差を持たせることができる。ダイとダイ調芯機能部３８０との間の公差に加え、空腔３７６内の所定場所にＭＥＭＳダイ３５０を固定するのにエポキシを使用することができる。

図５は、本教示による例示のノズルプレート３７０の底部斜視図である。図５に示したノズルプレート３７０は概略説明図を表わすものであり、他の構成要素を追加したり、既存の構成要素を取り除くか修正したりできることは、当業者には即明らかとなる筈である。

図５に示す如く、ノズル孔３３０は孔中心間に約３〜約５μｍの公差をもって配置することができる。図５からは見てとれないが、ノズルプレート３７０の外面３７２ｂの平坦度を約０．０７６μｍにできることは理解されよう。この種の平坦度すなわち平滑面は、ワイパブレードを傷つけることなくノズルプレート上でのワイパブレードの使用を可能にし、さらに現在は使用することの出来ない装置内でのワイパブレードの使用が導入できるようにするものである。

図６は、本教示による例示のノズルプレート３７０の一部の上部斜視図である。図６に描かれたノズルプレートが概略説明図を表わすものであり、他の構成要素を追加したり、既存の構成要素を取り除くか修正したりできることは、当業者には即明らかとなる筈である。

図６に示す如く、ノズルプレート３７０にはその内面３７２ａに成形インク流路壁３９０を含めることができる。流路壁３９０は、周知の如くＭＥＭＳダイ３５０からのインク供給源に調芯させたまま、各ノズル孔３３０を囲むよう構成することができる。図６はまた、ダイ調芯機能部３８０をさらに詳しく示している。ダイ調芯機能部３８０は、空腔３７６の角部に隣接させて配置することができる。ダイ調芯機能部３８０はさらに、ＭＥＭＳダイ３５０を受容して調芯するのに最も適した位置にリブとして側壁３７４から突出するよう配置することができる。ダイ調芯機能部３８０は、ＭＥＭＳダイ３５０のエッジへの係合に適した距離だけ側壁から突出させることができる。ダイ調芯機能部３８０は同一としなければならないことはないが、空腔３７６内のそれらの位置に従って異なる大きさとすることができることを、理解されたい。流路壁３９０とダイ調芯機能部３８０は、ノズルプレート３７０と同時に成形することができる。このノズルプレート３７０は、それ故に一つの製造工程においてモジュール調芯機能部とインクを噴射するノズル孔とを含み、それによってＭＥＭＳダイとフェイスプレート３７２のノズル孔形成面のノズル孔３３０との間の公差の積み重ねを取り除くことのできるノズルプレートを提供することができる。目下のところＳＵ−８フォトレジストで出来た流路壁３９０は、ノズルプレート３７０の成形時に作り出されることによって、さらにコストを低減することもできる。ノズル孔３３０に見当合わせされた成形ダイダイ調芯機能部３８０は、ＭＥＭＳダイ３５０の正確な位置決めを可能とし、オペレータの組み立て過失に由来する公差のばらつきを低減することができる。

図７は、本教示による例示のノズルプレート３７０の上部斜視図である。図７に示したノズルプレートが概略説明図を表わし、他の構成要素を追加したり、既存の構成要素を取り除くか修正したりできることは、当業者には即明らかとなる筈である。

図７に示す如く、インクジェット印刷ヘッドの「モジュール」には一対のＭＥＭＳダイ３５０と一対の駆動ダイ３６０とを図示の如く含めることができる。図７はまた、ノズルプレート３７０内の可撓性回路３６２の配置を表わすものである。

Claims (8)

1. インクジェット印刷ヘッドであって、
   成形ノズルプレートで、その中に複数のノズル孔を有するノズル孔形成面と、ノズル孔形成面を囲んで空腔を画成する側壁と、成形ノズルプレートの空腔内の成形ダイ調芯機能部であって、空腔内へ突出するとともに少なくとも１つの側壁に沿って平行に延びる少なくとも１つのリブを有する成形ダイ調芯機能部とを備える成形ノズルプレートと、
   成形ダイ調芯機能部に従って空腔内に位置決めしたＭＥＭＳダイとを備える、インクジェット印刷ヘッド。
2. ノズル孔形成面の内面の成形インク流路壁をさらに備え、この成形インク流路壁が複数のノズル孔をそれぞれ囲む構成とした、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
3. 成形ノズルプレートと成形ダイ調芯機能部とが一体成形される、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
4. 成形ダイ調芯機能部は、一対の成形ダイ調芯機能部からなる、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
5. 成形ダイ調芯機能部の少なくとも１つのリブは、ＭＥＭＳダイに成形ノズルプレートのノズル孔を精密調芯させるために、ＭＥＭＳダイに隣接するように構成される、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
6. 空腔内に配置される駆動ダイをさらに備える、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
7. 成形ノズルプレートの前記ノズル孔形成面と反対側の外面は平滑面である、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
8. 成形インク流路壁は、曲がった壁にそれぞれ連結する一対の部分的な平行な壁からなる、請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。

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