(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並んでいる複数のノズル孔よりなる単位ノズルが複数、プリントアレイヘッドを構成するような一定パターンに配列されるよう形成された一つのノズルプレートと、
前記複数の単位ノズルにそれぞれ対応して前記ノズルプレートに結合された複数のヒーターチップと、
前記複数の単位ノズルとそれぞれ通じるよう形成された複数のインク供給路を有し、前記ノズルプレートと対面したまま結合された一つのプリントバーとを有し、
ページ単位の印刷を行うプリントアレイヘッドであって、
上記ノズルプレートは、単位ノズル毎に、複数のノズル孔の並び方向上、単位ノズルの両側に第１及び第２整列孔を有し、
上記各ヒーターチップは、四角形であり、中央部には前記単位ノズルと前記インク供給路を連通させる細長い通孔が形成してあり、且つ該細長い通孔の両側にその中心間距離を上記ノズルプレートの第１及び第２整列孔の中心間距離と等しくして形成された第１及び第２整列マークを有する構成であり、
前記プリントバーは、各インク供給路の部位に、前記ヒーターチップに対応する四角形状であって該ヒーターチップが安着される安着溝を有する構成であり、
各ヒーターチップがその第１及び第２整列マークを上記ノズルプレートの第１及び第２整列孔と一致させて配置してあり、且つ各ヒーターチップがプリントバーの安着溝によってガイドされて該安着溝内に位置決めされて固定してある構成としたことを特徴とするプリントアレイヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリントアレイヘッドに係り、特にページ単位の印刷が可能なように印刷幅規格に作製されたノズルプレートに多数の単位ノズルとヒーターチップを対応して配列させたアレイ型インクジェットプリントヘッドであるプリントアレイヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリントヘッドは、周知の通り、インクチャンバに充填されたインクをヒーターチップにより瞬間加熱してインクバブルを生成膨張させ、そのインクバブルの膨張圧力によりインクをノズル孔の外部に吐出噴射させることにより所望の画像をプリントする。
【０００３】
最近のインクジェットプリントヘッドは、高解像度の印刷品質と高速印刷に対する必要性が高まることにより、多数のヒーターチップを印刷幅規格に配列させページ単位に画像情報がプリントできる、言わば印刷幅アレイヘッドが開発されている。
【０００４】
前述したようなインクジェットプリントアレイヘッドは、メカニズムを単純化すると共に、印刷速度をアップさせるようしたもので、その一例が米国特許５、４６９、１９９号公報及び同４、８５１、３７１号公報などに詳細に開示されている。
【０００５】
ところが、前述したようなインクジェットプリントアレイヘッドにおいて、ノズルプレートにヒーターチップを取り付ける過程においては、単位ノズル孔群とヒーターチップが極めて高精度の整列状態を維持すべきである。例えば、解像度が６００ｄｐｉ(ドットパーインチ)の場合において、一般のインクジェットプリントヘッドの単位ノズルとヒーターチップのミスアラインメントは約±２５μｍほどが許容されうるが、アレイヘッドの場合約±１２μｍほどを満たしてこそ所望の品質の画像が得られる。
【０００６】
しかし、従来のインクジェットプリントアレイヘッドは、ヒーターチップの整列過程において発生する整列エラーなどによって単位ノズル孔群とヒーターチップの整列位置に対するミスアラインメントが発生するなどその整列精度に限界がある。
【０００７】
したがって、従来のインクジェットプリントアレイヘッドは、その製造過程において単位ノズルとヒーターチップの整列状態に対する高精度の確保維持のために、例えばビジョンシステムのような高価な装備の用意など多大な努力と費用が要求され生産性が低下すると共に、製造コストがアップする問題点がある。また、従来のインクジェットプリントアレイヘッドの場合、使用中熱的影響によりヒーターチップのミスアラインメントや加工部のクラック発生などによる変形発生の恐れが高い問題点を有する。
【０００８】
また、従来のインクジェットプリントアレイヘッドは、通常ポリマーシートまたは金属薄板をノズルプレートとして使用するが、金属薄板の場合、主に電鋳工程を通してノズル孔を加工するようになるため、再現性が低下され高精度を確保し難いのみならず、残留応力により変形が発生するなどの問題点を抱えている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述したような従来のインククジェットプリントアレイヘッドが有する問題点を改善するために案出されたもので、その目的は単位ノズルとヒーターチップの整列精度確保及び維持により生産性と印刷品質向上の可能なプリントアレイヘッドを提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明に係るプリントアレイヘッドは、並んでいる複数のノズル孔よりなる単位ノズルが複数、プリントアレイヘッドを構成するような一定パターンに配列されるよう形成された一つのノズルプレートと、
前記複数の単位ノズルにそれぞれ対応して前記ノズルプレートに結合された複数のヒーターチップと、
前記複数の単位ノズルとそれぞれ通じるよう形成された複数のインク供給路を有し、前記ノズルプレートと対面したまま結合された一つのプリントバーとを有し、
ページ単位の印刷を行うプリントアレイヘッドであって、
上記ノズルプレートは、単位ノズル毎に、複数のノズル孔の並び方向上、単位ノズルの両側に第１及び第２整列孔を有し、
上記各ヒーターチップは、四角形であり、中央部には前記単位ノズルと前記インク供給路を連通させる細長い通孔が形成してあり、且つ該細長い通孔の両側にその中心間距離を上記ノズルプレートの第１及び第２整列孔の中心間距離と等しくして形成された第１及び第２整列マークを有する構成であり、
前記プリントバーは、各インク供給路の部位に、前記ヒーターチップに対応する四角形状であって該ヒーターチップが安着される安着溝を有する構成であり、
各ヒーターチップがその第１及び第２整列マークを上記ノズルプレートの第１及び第２整列孔と一致させて配置してあり、且つ各ヒーターチップがプリントバーの安着溝によってガイドされて該安着溝内に位置決めされて固定してある構成としたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッド及びその製造方法を詳述する。
【００１６】
図１を参照すれば、本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッド１００は、示した通り、複数個のノズル孔１１１ａが集まって一つのグループをなす単位ノズル孔群１１１が一定パターンに配列され所定の印刷幅規格に作製されたノズルプレート１１０を備える。
【００１７】
そして、ノズルプレート１１０の底面には単位ノズル孔群１１１にそれぞれ対応するよう単位ヒーターチップ１２０が取付けられ、単位ヒーターチップ１２０を挟んでノズルプレート１１０と対面するよう設けられたプリントバー１３０と、を備える。
【００１８】
本発明によれば、ノズルプレート１１０と単位ヒーターチップ１２０にはそれぞれ相補的な作用により相互間の位置座標を整列させるための位置決め手段が備わる。
【００１９】
前述した位置決め手段は、本発明を特徴づける構成要素として、ノズルプレート１１０の単位ノズル孔群１１１の両側の一直線上にそれぞれ配置されるようノズルプレート１１０に形成された一対の整列孔１１３ａ、１１３ｂを含む。
【００２０】
そして、前記一対の整列孔１１３ａ、１１３ｂを通した観察により位置が認識され、座標整列が可能なように単位ヒーターチップ１２０のインク孔１２１の両側の一直線上にそれぞれ備わった一対の整列マーク１２２ａ、１２２ｂと、を備える。
【００２１】
本発明によれば、前記一対の整列孔１１３ａ、１１３ｂの離隔距離と前記一対の整列マーク１２２ａ、１２２ｂの離隔距離とは実質的に同一に形成される。従って、整列マーク１２２ａと１２２ｂはそれぞれ整列孔１１３ａと１１３ｂに対応するよう位置決めできる。
【００２２】
前述したような構成の位置決め手段によれば、単位ヒーターチップ１２０は整列孔１１３ａ、１１３ｂと整列マーク１１３ａ、１１３ｂにより座標整列された状態にノズルプレート１１０の単位ノズル孔群１１１の底部にそれぞれ取付けられる。
【００２３】
前述した通りノズルプレート１１０の底面に位置整列された状態に取付けられた単位ヒーターチップ１２０は、ノズルプレート１１０とプリントバー１３０が対面するよう接合される時、プリントバー１３０に形成された複数のパッド型凹溝１３３に安着されるようなされている。
【００２４】
プリントバー１３０には単位ノズル孔群１１１と通じるよう形成されたインク供給路１３１とインクチャンバ(図示せず)が形成されている。そして、ヒーターチップ１２０のインク孔１２１は、示した通り単位ノズル孔群１１１とインク供給路１３１を連通させうるよう中央部に形成される。インク供給路１３１はパッド型凹溝１３３の中央部に位置するよう開口される。１１２は、単位ヒーターチップ１２０にケーブル(ＦＰＣ; Flexible Printed Curcuit、図示せず)を連結するためのＦＰＣ連結用オープン部を示す。
【００２５】
本発明によれば、単位ノズル孔群１１１と前記一対の整列孔１１３ａ、１１３ｂ及びＦＰＣ連結用オープン部１１２がなされている外郭形状とパッド型凹溝１３３の外郭形状及び単位ヒーターチップ１２０の外郭形状はそれぞれ相互間の座標整列が可能なように実質的に同じ規格を有して対応する位置に四角形に形成される。
【００２６】
従って、ヒーターチップ１２０は、前記一対の整列孔１１３ａ、１１３ｂと前記一対の整列マーク１２２ａ、１２２ｂの位置座標を基準に整列された状態で熱圧力ボンディングによりノズルプレート１１０の底面に取付けられる。このようにヒーターチップ１２０が取付けられたノズルプレート１１０はプリントバー１３０上に搭載されるよう結合されるが、この際ヒーターチップ１２０がプリントバー１３０のパッド型凹溝１３３に安着されるよう整列された状態でパッド型凹溝１３３に塗布された接着剤によりボンディングされる。これにより、単位ノズル孔群１１１とヒーターチップ１２０及びインク供給路１３１のミスアラインメントを最小化させうる。
【００２７】
また、本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッドの場合、ヒーターチップ１２０がプリントバー１３０に形成されたパッド型凹溝１３３に安着された状態にボンディングされることにより、熱的環境に対する影響を最小に受けるようになって、熱変形による歪みなどを防止することができる。
【００２８】
前述したような構成を有する本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッドの製造方法を説明する。
【００２９】
本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッドは、その製造過程において印刷幅規格に作製されたノズルプレートに複数のノズル孔が一つのグループをなす単位ノズルを多数形成し、それぞれの単位ノズルに対応するようヒーターチップを取付けることで、ノズルプレート１１０は通常のインクジェットプリントヘッドのようにポリマーシートまたは銅(Ｃｕ)やステンレススチール及びニッケル(Ｎｉ)などの金属薄板を使用する。すなわち、ポリマーシートをノズルプレート１１０として使用する場合、既存のようにエキシマレーザ加工によりノズル孔１１１ａを形成する。
【００３０】
しかし、金属薄板をノズルプレート１１０として使用する場合は従来とは違って、半導体チップ製造工程に用いられる、言わばフォトリソグラフィ工程を用いてノズル孔を形成する。このようなノズル孔加工方法を図２Ａないし図２Ｅを参照して説明する。
【００３１】
まず、図２Ａ及び図２Ｂに示した通り、約２０ないし３０μｍ厚さの金属薄板１１０の両面にフォトレジスト２１０を塗布した後、図２Ｃに示した通り加工しようとするノズル孔１１１ａと同一なパターンの加工孔が形成されている金属マスクＭ、Ｍ'を用いてフォトレジスト２１０を露光する。次いで、フォトレジスト２１０の露光された部分を除去することにより所望の形状のノズル孔パターンを得られるようパターニングする。
【００３２】
前記金属マスクＭ、Ｍ'は相異なる直径を有する孔が形成されたもので、これは図２Ｄ及び図２Ｅに示した通り、ノズル孔１１１ａの加工が完了された状態でその内径部が傾斜して形成されるよう配慮するためのことである。
【００３３】
次いで、フォトリソグラフィによりフォトレジスト２１０が除去された露光部を通してノズルプレート１１０の対応部分をエッチングすることにより多数のノズル孔１１１ａが加工され単位ノズルを形成する。
【００３４】
一方、本発明によれば、ノズルプレート１１０の両面に同時にフォトレジスト２１０を塗布して、前述したようなフォトリソグラフィを通してノズル孔を加工することもできる。
【００３５】
本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッドの製造方法によれば、前述した過程を経て作製されたノズルプレート１１０にヒーターチップ１２０の位置座標を整列して取付けるための位置決め手段としての整列マークを形成する段階を含む。すなわち、この段階では単位ノズル孔群１１１の両側部に前述したようなフォトリソグラフィ工程を通して一対の整列孔１１３ａ、１１３ｂを形成する。そして、ヒーターチップ１２０にはインク孔１２１の両側にエッチング工程などを通して一対の整列マーク１２２ａ、１２２ｂを形成する。
【００３６】
一方、プリントバー１３０は別の工程により作製されるが、パッド型凹溝１３３は特定の加工方法により形成されるのではなく、通常の多様な加工方法を用いることができる。
【００３７】
前述したような過程を経た後、ノズルプレート１１０に備わった整列孔１１３ａ、１１３ｂとヒーターチップ１２０に備わった整列マーク１２２ａ、１２２ｂの位置座標整列によりそれぞれのヒーターチップ１２０をノズルプレート１１０の単位ノズル孔群１１１に対応されるようその底面に熱圧着ボンディングする。この際、ノズルプレート１１０に定まったヒーターチップ１２０の取付位置と実質的なヒーターチップ１２０の取付位置間の誤差は±５μｍ以内に限定させうる。
【００３８】
次いで、プリントバー１３０のパッド型凹溝１３３の底部に接着剤を塗布し、その上に例えば電源(図示せず)と連結されたリボン状リード線（ＦＰＣ）(図示せず)の先端部を接着させヒーターチップ１２０と電気的に連結させた後、それぞれのヒーターチップ１２０がそれぞれパッド型凹溝１３３に対応して安着されるようノズルプレート１１０をプリントバー１３０上に対面させたまま接合させインクジェットプリントアレイヘッドを完成する。この際、プリントバー１３０のパッド型凹溝１３３によりヒーターチップ１２０の安着位置がガイドされることにより、ノズルプレート１１０の単位ノズル孔群１１１とヒーターチップ１２０及びプリントバー１３０のインク供給路１３１との相対的な整列位置が精密に決定づけられる。また、ノズルプレート１１０は薄板を使用することによりプリントバー１３０との接合時歪みやしわが発生しやすいため、別の圧着治具により把持されたままプリントバー１３０と接合される。
【００３９】
一方、本発明の他の側面による製造方法によれば、ヒーターチップ１２０をプリントバー１３０のパッド型凹溝１３３に安着されるよう取付け、整列孔１１３ａ、１１３ｂと整列マーク１２２ａ、１２２ｂを基準にしてノズルプレート１１０をヒーターチップ１２０とプリントバー１３０に整列された状態に接合させうる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッドによれば、ノズルプレートとプリントバーにヒーターチップの相対的な整列位置を決めづけるための位置決め手段を備えることにより、ノズルプレートとプリントバーとのヒーターチップ取付け位置エラーを最小化することができる。
【００４１】
従って、本発明に係るインクジェットプリントアレイヘッドはインク吐出位置精度の向上により印刷画質を向上させることができ、プリントバーのパッド型凹溝によりヒーターチップの熱的影響を最小化して寿命を延せる。そして、本発明によれば、ヒーターチップの整列精度及び再現性を高めるための高価な装備を排除させ得るので、製造コストをダウンできると共に生産性を高められる。
【００４２】
以上本発明の特定の望ましい実施例について示しかつ説明した。しかし、本発明は前述した実施例に限らず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリントアレイヘッドの要部を概略的に示した斜視図である。
【図２Ａ】本発明に係るプリントアレイヘッドのノズルプレート製造方法を概略的に示した断面図である。
【図２Ｂ】本発明に係るプリントアレイヘッドのノズルプレート製造方法を概略的に示した断面図である。
【図２Ｃ】本発明に係るプリントアレイヘッドのノズルプレート製造方法を概略的に示した断面図である。
【図２Ｄ】本発明に係るプリントアレイヘッドのノズルプレート製造方法を概略的に示した断面図である。
【図２Ｅ】本発明に係るプリントアレイヘッドのノズルプレート製造方法を概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
１００  インクジェットプリントアレイヘッド
１１０  ノズルプレート
１１１  単位ノズル孔群
１１２  ＦＰＣ連結用オープン部
１１３ａ、１１３ｂ  整列孔
１２０  単位ヒーターチップ
１２１  インク孔
１２２ａ、１２２ｂ  整列マーク
１３１  インク供給路
１３３  パッド型凹溝
２１０  フォトレジスト
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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