JP6090647B2 - Alignment apparatus and alignment method - Google Patents
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- Ink Jet (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
本発明は、液滴吐出ヘッドのフレーム部材にノズルプレートを組み付ける際、液滴吐出ヘッドのフレーム部材とノズルプレートとの位置決めを行うアライメント装置及びアライメント方法に関するものである。 The present invention relates to an alignment apparatus and an alignment method for positioning a frame member of a droplet discharge head and a nozzle plate when the nozzle plate is assembled to the frame member of the droplet discharge head.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、次のような方式が知られている。例えば媒体を搬送しながらインク液滴を媒体に吐出する液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。ここでの媒体は「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。また、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する(単に液滴を吐出する)ことをも意味する。また、インクとは、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばDNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる液体の総称として用いる。さらに、画像とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を3次元的に造形して形成された像も含まれる。 The following systems are known as image forming apparatuses such as printers, facsimiles, copiers, plotters, and complex machines of these. For example, an ink jet recording apparatus or the like is known as an image forming apparatus of a liquid discharge recording method using a recording head composed of a droplet discharge head that discharges ink droplets onto a medium while conveying the medium. The medium here is also referred to as “paper”, but the material is not limited, and a recording medium, a recording medium, a transfer material, a recording paper, and the like are also used synonymously. The image forming apparatus means an apparatus for forming an image by discharging a liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics. The image formation is not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to the medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply ejecting a droplet). Also means. The ink is not limited to so-called ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected. For example, the ink is a generic term for liquids including DNA samples, resists, pattern materials, and the like. Use. Furthermore, the image is not limited to a flat image, and includes an image given to a three-dimensionally formed image and an image formed by three-dimensionally modeling a solid itself.
上記インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクの用紙上の着弾位置を狙い位置に着弾させる必要がある。そのために、インクジェットヘッドのフレーム部材(ヘッドフレーム)に設けられた取付位置基準に基づいて、インクジェットヘッドのフレーム部材にノズルプレートを位置決めして互いを接合する。 In the ink jet recording apparatus, it is necessary to land the landing position on the paper of the ink ejected from the nozzle of the ink jet head at the target position. Therefore, based on the attachment position reference | standard provided in the frame member (head frame) of the inkjet head, a nozzle plate is positioned to the frame member of an inkjet head, and it mutually joins.
インクジェットヘッドのフレーム部材にノズルプレートを組み付けて接合する際に、フレーム部材に対しノズルプレートの位置決めを行って接合するアライメント装置として、特許文献1に知られているものがある。この特許文献1のアライメント装置では、インクジェットヘッドのフレーム部材を狙いの位置で保持する保持手段(ヘッドフレーム設置部)に位置決めの基準となる基準マークが設けられている。この基準マークには貫通孔が設けられている。この貫通孔を介してノズルプレートに設けられたアライメントマーク(第1マーク)と基準マークとを位置決めすることでインクジェットヘッドのフレーム部材にノズルプレートを位置決めする。この位置決めを行うために、二焦点顕微鏡が用いられている。
As an alignment apparatus that positions and joins a nozzle plate to a frame member when the nozzle plate is assembled and joined to a frame member of an inkjet head, there is an apparatus known in
この二焦点顕微鏡は、互いに異なる焦点距離を持つ2つの光路(光学系)を形成するために2個のビームスプリッタ、2個のミラー、2個の焦点レンズ及び1個の対物レンズを備えている。これらの光学部材からなる光路以外に、アライメント装置は光源と撮像手段とを備えている。そして、2つの光路を形成させ、一方の光路上に設けられた第1焦点レンズの焦点距離と他方の光路上に設けられた第2焦点レンズの焦点距離を互いに異ならせることで、互いに異なる焦点距離を持つ2つの光路を形成している。この二焦点顕微鏡を用いた上記特許文献1のアライメント装置では、そして、基準マークの箇所からの光は、一方の光学系における往路の逆の順で各光学部材を介して撮像手段に結像する。そして、アライメントマークの箇所からの光は、他方の光学系における往路の逆の順で各光学部材を介して撮像手段に結像する。これらにより、基準マークの箇所とアライメントマークの箇所とを撮像する。そして、基準マークとアライメントマークの画像を同一視野上で、基準マークの中心とアライメントマークの中心とが一致するように、インクジェットヘッドのフレーム部材又はノズルプレートを相対的に移動させる。そして、インクジェットヘッドのフレーム部材にノズルプレートを位置決めさせて互いを接合する。
This bifocal microscope includes two beam splitters, two mirrors, two focus lenses, and one objective lens to form two optical paths (optical systems) having different focal lengths. . In addition to the optical path composed of these optical members, the alignment apparatus includes a light source and an imaging means. Then, two optical paths are formed, and the focal lengths of the first focal lens provided on one optical path and the focal lengths of the second focal lens provided on the other optical path are made different from each other, whereby different focal points are obtained. Two optical paths having a distance are formed. In the alignment apparatus of
しかしながら、上記特許文献1のアライメント装置では、同一方向で異なる位置にある基準マークの箇所とアライメントマークの箇所とを二焦点顕微鏡を介して撮像手段によって撮像している。このため、撮像手段と1つの対物レンズとの間に焦点距離が互いに異なる2つの光路が必要になり、光学部品が多くなる構成になっていた。
However, in the alignment apparatus of
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、比較的少ない光学部品で液滴吐出ヘッドのヘッドフレームにノズルプレートを位置決めできる、アライメント装置及びアライメント方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an alignment apparatus and an alignment method capable of positioning a nozzle plate on the head frame of a droplet discharge head with relatively few optical components. .
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、液滴吐出ヘッドのヘッドフレームにノズルプレートを組み付ける際、前記ノズルプレートに対応する第1マークを撮像手段により撮像した画像に基づいて、前記ヘッドフレームと前記ノズルプレートとの位置決めするアライメント装置において、前記ヘッドフレームが設置されるヘッドフレーム設置部と、前記撮像手段に対し前記ヘッドフレーム設置部とは異なる方向に設けた第2マークと前記ヘッドフレーム設置部に設置されたヘッドフレーム上のノズルプレートに対応する第1マークとを同一の撮像手段に結像させる1つのハーフミラーからなる光学系と、同一視野上で第1マークと第2マークとが一致するようにノズルプレートに対しヘッドフレームを移動させて位置調整する調整手段とを備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when the nozzle plate is assembled to the head frame of the droplet discharge head, the first mark corresponding to the nozzle plate is based on an image captured by an imaging unit. in the alignment device for positioning of the head frame and said nozzle plate, and the head frame installed portion to which the head frame is mounted, the second mark and before SL that to said image pickup means provided in a direction different from that of the head frame installed portion an optical system consisting of a single half mirror Ru is imaged and the first mark in the same image pickup means corresponding to the nozzle plate on the head frame installed in the head frame installed portion, and the first mark on the same field first Adjustment means for adjusting the position by moving the head frame relative to the nozzle plate so that the two marks coincide with each other The is characterized in that it comprises.
本発明のアライメント装置では、第2マークを、既にアライメントされたヘッドフレームに組付けられたノズルプレートの第1マークと同一視野上で一致するように設定する。そして、撮像手段で撮像した画像上で第1マークと第2マークとが、相対的に一致する位置となるようにノズルプレートの位置を調整することでアライメントを行う。このアライメント装置は、ヘッドフレーム設置部の箇所と第2マークの箇所とが撮像手段に対して異なる方向であるため、ノズルプレートの第1マークと第2マークとを同一の撮像手段に結像させるための1つのハーフミラーからなる光学系における対物側の光路の向きが互いに異なる。従来の二焦点顕微鏡を用いるアライメント装置の2つのマークを対物側の光路の向きが同一方向であることと異なり、一つの対物レンズに向けて焦点距離が互いに異なる光路を一つにするための光学部材を省略することができる。よって、比較的少ない光学部品で液滴吐出ヘッドのヘッドフレームにノズルプレートを位置決めできる、という特有な効果が得られる。 In the alignment apparatus of the present invention, the second mark is set to coincide with the first mark of the nozzle plate assembled to the already aligned head frame on the same field of view. Then, alignment is performed by adjusting the position of the nozzle plate so that the first mark and the second mark are relatively coincident with each other on the image picked up by the image pickup means. In this alignment apparatus, since the location of the head frame installation portion and the location of the second mark are in different directions with respect to the imaging means, the first mark and the second mark of the nozzle plate are imaged on the same imaging means. Therefore, the directions of the optical paths on the objective side in the optical system composed of one half mirror are different from each other. Unlike the conventional alignment apparatus using a bifocal microscope, the optical system for combining two marks with different focal lengths toward one objective lens is different from the direction of the optical path on the objective side in the same direction. The member can be omitted. Therefore, a unique effect is obtained that the nozzle plate can be positioned on the head frame of the droplet discharge head with relatively few optical components.
本発明の実施形態に係るアライメント装置で位置決めされるインクジェットヘッドの一例について説明する。
図1は電気圧力変換手段に適用したインクジェットヘッドの吐出部のチャンネル間方向の要部拡大断面図である。同図において、インクジェットヘッド吐出部は、フレーム部材1、振動板2、流路板3、ノズルプレート4、積層圧電素子5及びPZTベース6を備えている。フレーム部材1は、インク供給口16と共通液室8となる彫り込みを形成した部材である。振動板2は、凸部13、ダイヤフラム部14及びインク流入口15を有する。流路板3には、加圧液室9、流体抵抗部10となる彫り込みと、ノズル11に連通する連通孔12とが形成されている。ノズルプレート4には、ノズル11が形成されている。積層圧電素子5は、振動板2に接着層を介して接合されている。PZTベース6は、積層圧電素子5を固定している。
An example of an inkjet head positioned by the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part in a channel-to-channel direction of an ejection part of an ink jet head applied to an electric pressure converting means. In the figure, the ink jet head discharge section includes a
そして、PZTベース6はチタン酸バリウム系セラミックからなり、積層圧電素子5を2列配置して接合している。積層圧電素子5は、厚さ10〜50[μm/1層]のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層(図示せず)と、厚さ数[μm/1層]の銀・パラジューム(AgPd)からなる内部電極層(図示せず)とを交互に積層している。内部電極層(図示せず)は両端で外部電極(図示せず)に接続する。積層圧電素子5はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、1つ毎に駆動部と支持部(非駆動部)として使用する。外部電極(図示せず)の外側はハーフカットのダイシング加工で分割されるように、切り欠き等の加工により長さを制限しており、これらは複数の個別電極(図示せず)となる。他方はダイシングでは分割されずに導通しており、共通電極となる。駆動部の個別電極(図示せず)にはFPC7が半田接合されている。また、共通電極は積層圧電素子5の端部に電極層を設けて回し込んでFPC7のGnd電極5−1に接合している。FPC7には図示しないドライバICが実装されており、これにより駆動部への駆動電圧印加を制御している。
The PZT base 6 is made of a barium titanate ceramic, and the laminated
また、振動板2は、薄膜のダイヤフラム部14と、島状凸部(アイランド部)13と、図示されていない支持部に接合する梁を含む厚膜部と、インク流入口15となる開口を電鋳工法によるNiメッキ膜を2層重ねて形成している。島状凸部13は、ダイヤフラム部14の中央部に形成した駆動部となる積層圧電素子5と接合している。ダイヤフラム部14の厚さは3[μm]、幅は35[μm](片側)である。この振動板2の島状凸部13と積層圧電素子5の可動部5?2、振動板2とフレーム部材1の結合は、後述で詳細に説明するが、ギャップ材を含んだ接着層をパターニングして接着している。
The
更に、流路板3はシリコン単結晶基板を用いて、加圧液室9、流体抵抗部10となる彫り込み、及びノズル11に対する位置に連通孔12となる貫通口をエッチング工法でパターニングした。具体的には、水酸化カリウム水溶液(KOH)などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで形成することができる。エッチングで残された部分が加圧液室9の隔壁となる。また、このヘッドではエッチング幅を狭くする部分を設けて、これを流体抵抗部10とした。
Furthermore, the flow path plate 3 was formed by using a silicon single crystal substrate and patterning a pressurizing liquid chamber 9, a carving to be a
ノズルプレート4は金属材料、例えば電鋳工法によるNiメッキ膜等で形成したもので、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル11を多数形成している。このノズル11の内部形状(内側形状)は、ホーン形状に形成しているが、略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。また、このノズル11の径はインク滴出口側の直径で約15〜30[μm]である。また、各列のノズルピッチは150または300[dpi]とした。このノズルプレート4のインク吐出面(ノズル表面側)は、図示しない撥水性の表面処理を施した図示されていない撥水処理層を設けている。PTFE?Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けている。そして、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
The
インク供給口16と共通液室8となる彫り込みを形成するフレーム部材は樹脂成形で作製している。振動板2のインク流入口15の周囲は隙間無く、フレーム部材1に塗布された接着剤によって封止されて接合される。このフレーム部材1には、各加圧液室9にインクを供給する共通液室8を形成し、共通液室8から振動板2に形成したインク流入口15、流体抵抗部10の上流側に形成した流路、および流体抵抗部10を介して加圧液室9にインク液が供給される。なお、フレーム部材1には共通液室8に外部からインク液を供給するためのインク供給口16も形成される。また、共通液室8は、加圧液室9の並び方向(ノズル並び方向)に平面形状で長方形状に形成している。
The frame member that forms the engraving that becomes the ink supply port 16 and the common liquid chamber 8 is made by resin molding. The periphery of the
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、記録信号に応じて駆動部に駆動波形(10〜50[V]のパルス電圧)を印加する。駆動部に積層方向の変位が生起し、振動板2を介して加圧液室9が加圧されて圧力が上昇し、ノズル11からインク滴が吐出される。その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室9内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室9内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは、共通液室8に流入し、共通液室8からインク流入口15を経て流体抵抗部10を通り、加圧液室9内に充填される。流体抵抗部10は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による再充填(リフィル)に対して抵抗になる。流体抵抗部10を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
In the ink jet head configured as described above, a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 [V]) is applied to the drive unit in accordance with the recording signal. A displacement in the stacking direction occurs in the driving unit, the pressurized liquid chamber 9 is pressurized through the
本実施形態においては、インクジェットヘッドのインク吐出部の液室部、流体抵抗部、振動板、及びノズル部材の少なくとも一部がシリコン及びニッケルの少なくともいずれかを含む材料から形成されることが好ましい。また、本実施形態においては、駆動アクチュエータに積層圧電素子とした場合について述べたが、薄膜ピエゾなどをアクチュエータとして用いたものでも良い。 In the present embodiment, it is preferable that at least a part of the liquid chamber portion, the fluid resistance portion, the vibration plate, and the nozzle member of the ink discharge portion of the ink jet head are formed of a material containing at least one of silicon and nickel. Further, in the present embodiment, the case where a laminated piezoelectric element is used as the drive actuator has been described, but a thin film piezo or the like may be used as the actuator.
次に、本実施形態のアライメント装置で位置決めされ接合されるインクジェットヘッドのフレーム部材(第1部品)とノズルプレート(第2部品)について説明する。
図2はフレーム部材の外形形状の実施例を示す平面図である。第1部品は図2のフレーム部材1である。フレーム部材1の外形には、位置基準となる突き当て部21、22、23を三箇所有している。長手方向(図2のX方向)の突き当て部21が一箇所、短手方向(Y方向)の突き当て部22、23を二箇所備えている。突き当て部21、22、23と、取付ベース30に設けられた基準ピン27、28、29とは、付勢バネ24、25、26によって付勢されて突き当たることで、フレーム部材1の取付ベース30に対する位置が決まる。
Next, the frame member (first component) and the nozzle plate (second component) of the inkjet head that are positioned and joined by the alignment apparatus of the present embodiment will be described.
FIG. 2 is a plan view showing an example of the outer shape of the frame member. The first part is the
図3は本実施例のインクジェットヘッドの分解図である。本実施形態のアライメント装置で位置決めされ接合される第2部品はノズルプレート付き一体部品17である。図3のようにノズルプレート付き一体部品17は、前工程にてノズルプレート4と流路板3と振動板2と積層圧電素子5及びPZTベース6とFPC7が接着剤等で接合された部品である。前工程である接合工程の具体的には、以下の工程により、ノズルプレート付き一体部品17が組立てられる。第1工程では、流路板3と振動板2を接着接合する。第2工程では、積層圧電素子5とPZTベース6を接着接合する。第3工程では、流路板3と振動板2の接合品とノズルプレート4を接着接合する。第4工程では、積層圧電素子5とPZTベース6の接合品とFPC7を半田接合する。第5工程では、流路板3と振動板2とノズルプレート4の接合品と、積層圧電素子5とPZTベース6とFPC7の接合品とを接着接合する。
FIG. 3 is an exploded view of the ink jet head of this embodiment. The second component that is positioned and joined by the alignment apparatus of this embodiment is an
次に、本実施形態のアライメント装置で位置決めされ接合された部品にインクタンク等を取付けたインクジェットヘッドをシリアルプリンタやMFP本体へ取付ける方法について説明する。
はじめに、シリアルプリンタへの取付けについて説明する。図4はシリアルプリンタへの取付例を示す概略図である。シリアルプリンタは、左右の側板221A、221Bに横架したガイド部材である主従のガイドロッド231、232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持している。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。このキャリッジ233には、一つのインクジェットヘッド234がフレームの外形基準で位置決めされて滴吐出方向を用紙242に向けて固定されている。一つのインクジェットヘッド234はイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出する4列のノズル列を備えている。インクジェットヘッド234には、各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。用紙242を静電吸着してインクジェットヘッド234に対向する位置に搬送して印字する。
Next, a description will be given of a method of attaching an ink jet head in which an ink tank or the like is attached to components positioned and joined by the alignment apparatus of the present embodiment to a serial printer or MFP main body.
First, attachment to a serial printer will be described. FIG. 4 is a schematic view showing an example of attachment to a serial printer. In the serial printer, a
次に、MFP本体への取付けについて説明する。図5はMFP本体への取付例を示す概略図である。同図のように、各インクジェットヘッドに対し、三本の基準ピン27、28、29に付勢バネ24、25、26(図5の例では薄板の板バネ)で付勢したのち、固定ボルトにて固定している。本例では、一つのユニットベース300に対して12個のインクジェットヘッド301を横方向(長手方向)に2列で千鳥に配列している。図5の上下方向に記録媒体を移動させることで、印字することができる。一つのMFPにおいて、ユニットベースの数は適宜増やすことで、多色もしくは、1インチ当たりのドット数(dpi)を増やすことができる。
Next, attachment to the MFP main body will be described. FIG. 5 is a schematic view showing an example of attachment to the MFP main body. As shown in the figure, after the urging springs 24, 25, and 26 (thin plate springs in the example of FIG. 5) are urged to the three
次に、本実施形態のアライメント装置について説明する。
図6は、本実施形態に係るアライメント装置の全体を示す斜視図である。本実施形態のアライメント装置は、フレーム部材1とノズルプレート付き一体部品17とを接合する装置である。図7は、本実施形態に係るフレーム部材、ガラスチャート(基準部材)及びハーフミラーの固定の様子を示す図である。両図において、本実施形態のアライメント装置は、加圧ステージ36(荷重制御:例えば、電空アクチュエータ駆動)、接合面倣い機構38、上吸着ステージ34、XYθステージ37、下吸着ステージ31、クランプ手段32、33、Z軸ステージ35を有している。更に、基準ピン27、28、29、ハーフミラー43、マスターワーク46、ガラスチャート60、姿勢位置調整手段62を含んでいる。前工程から搬送されてきたノズルプレート付き一体部品17は、上吸着ステージ34に真空ポンプによって、狙いの位置で真空吸着されて固定される。
Next, the alignment apparatus of this embodiment will be described.
FIG. 6 is a perspective view showing the entire alignment apparatus according to the present embodiment. The alignment apparatus of this embodiment is an apparatus that joins the
図2及び図7を用いて、フレーム部材1の固定方法について説明する。
フレーム部材1は下吸着ステージ31上でクランプ手段32、33によって、長手方向(X方向)と短手方向(Y方向)の二方向に位置決めされる。X方向の位置を規制する一つの基準ピン27に対して、クランプ手段32を用いてX方向に押圧し突き当てる。また、Y方向の位置を規制する二つの基準ピン28、29に対して、クランプ手段33を用いてY方向に押圧し突き当てる。クランプ手段32、33の押圧には先端Rのプランジャーが備えられており、このバネ力により押付力を作用させる。クランプ手段32、33の駆動にはシリンダなどを用いる。フレーム部材1は所定の位置に位置決めされたのち、下吸着ステージ31の真空ポンプ(不図示)によって真空吸着されて固定される。
A method for fixing the
The
Z軸ステージ35は、フレーム部材1を下吸着ステージ31に真空吸着した状態で上下動させることができる。加圧ステージ36は、ノズルプレート付き一体部品17を上吸着ステージ34に真空吸着した状態で上下動させることができる。加圧ステージ36は荷重制御できる加圧アクチュエータ39とガイド機構40と加圧テーブル41から構成されている。加圧アクチュエータ39として、具体的には、電空アクチュエータを用いることで位置と荷重の制御を行うことができる。この加圧ステージ36を用いて、フレーム部材1とノズルプレート付き一体部品17との接着剤を介した加圧接合を行う。このとき、荷重制御により任意の荷重設定ができるが、本実施形態においては、弱圧(例えば、5[N])と本加圧(例えば、60[N])の2つの荷重設定をしている。
The Z-
Z軸ステージ35の下側でXYθステージ37と締結されている。このXYθステージ37により、Z軸ステージ35上のフレーム部材1を平面内の所定位置にアライメントさせることができる。加圧テーブル41下面には接合面倣い機構38が配置されており、接合面倣い機構38の下面には、ブロックベース42を介して上吸着ステージ34が取付けられており、この上吸着ステージ34にノズルプレート付き一体部品17が真空吸着される。
The
図8は接合面倣い機構の構成を示す断面図である。同図に示す接合面倣い機構38は、上吸着ステージ34の上面側に固定された、凸球面75を有する球面部材76と、該球面部材76を受ける凹球面77を有する受け軸受部材79と、軸受部材79を受ける凹球面を有する受け部材78とを備えている。球面部材76は、エアフローティング機構を備える軸受部材79を介して、その凸球面75が軸受部材79の凹球面77に沿って自在に動くことができるようになっている。この動きによって、フレーム部材1にノズル付き一体部品17が当接された際に、両者間の平行度が自動的にほぼ完全に合うようになっている。軸受部材79の凹球面77への給気は、給気ポート74からの圧縮空気によって行われエアフローティング機構を構成している。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the joint surface copying mechanism. The joining
また、接合面倣い機構38におけるロック機構は次のように構成されている。すなわち、球面部材76と軸受部材79と受け部材78にわたって、シリンダ70とその中に収容されたピストン71が設けられている。そして、このエアシリンダ機構のロックポート72にエアを供給することにより、ピストン71が上方に移動されて、ピストン71を介し受け部材78に対して球面部材76の位置、姿勢がロックされるようになっている。フリーポート73にエアを供給することによりピストン71が下方に移動されてロックが解除され球面部材76が受け部材78に対して自由に倣わされるようになっている。このとき、フレーム部材1は真空ポート82によって真空ポンプ(不図示)によって真空吸引されて真空吸着保持されている。同様に、ノズルプレート付き一体部品17は真空ポート83によって真空ポンプ(不図示)によって真空吸引されて真空吸着保持されている。真空ポート81は真空ポンプ(不図示)によって、球面部材76の凸球面75と軸受部材79の凹球面77を真空吸着によって保持することができる。前述のロック機構より弱い保持力でロックすることができる。接合面倣い機構38によるロック機構は、前述したエアシリンダ機構による場合と真空吸着機構による場合とどちらも使用する場合のうち、どちらの場合を適用しても良い。
Further, the lock mechanism in the joint
次に、倣いと保持機構の動作について説明するが、先ずフレーム部材1とノズル付き一体部品17のそれぞれ保持する下吸着ステージ31と上吸着ステージ34の平行度を調整する動作について説明する。図8に示すように、接合面倣い機構38におけるフリーポート73にエアを供給して球面部材76を受け部材78に対して自由状態とし、この状態にて第2保持手段を上昇させて第2部品を第1部品に押し付ける。そして、接合面倣い機構38により第2部品が第1部品に倣うように、つまり、第2部品と第1部品との間の平行度がほぼ完全に合うように倣わせられる。上記倣い動作後に、ロックポート72にエアが供給され、上記平行度が調整された状態にて、球面部材76が軸受部材79に対して一旦ロックすることができる。球面部材76は上吸着ステージ34にてノズル付き一体部品17を吸着保持されているから、球面部材76のロックにより、フレーム部材1とノズル付き一体部品17との間の平行度が調整された状態で維持されることになる。
Next, the operation of the copying and holding mechanism will be described. First, the operation of adjusting the parallelism of the
ブロックベース42は箱状になっており、その内側に非接触に2つのハーフミラー43a、43b、及び、ガラスチャート固定ベース44が配置されている。ブロックベース42は箱状の側面は、撮像手段であるCCDカメラ50a、50bから検出できるように窓が設けられており視界を遮らないようにしている。ブロックベース42下面には、上吸着ステージ34と同一の位置に貫通孔45が設けられており、マスターワーク46の調整目標マーク47a、47b、または、ノズルアライメントマーク18a、18bを検出できるようになっている。撮像手段は、CCD、C−MOSなどの撮像素子を備えている。
The
フレーム部材1とノズルプレート付き一体部品17は、本加圧がかかった状態で、四隅のUV接着剤が加圧によってつぶされる位置に、4つのUV照射器48からUV光を照射することで、硬化させて仮接合させることができる。また、UV照射器48は、2つずつ左右のシリンダ49によって移動させることができ、フレーム部材1及びノズルプレート付き一体部品17の移載時に妨げにならないようにしている。
The
図7に示すように、ガラスチャート60の固定は、ガラスチャート固定ベース44上に固定される。このガラスチャート固定ベース44は、ガラスチャート連結ブロック64を介して下吸着ステージ31と締結されており、図6に示すZ軸ステージ35及びXYθステージ37により移動する。
As shown in FIG. 7, the
図9は基準マークが設けられたガラスチャートを示す斜視図である。SUS基材に石英ガラスを貼り合わせた構成であり、石英ガラスにマスクパターンを露光、転写してできる反射用クロム膜で作製されている。図9に示す基準マーク61の一例では、外径500[μm]、内径490[μm]のリング状の形状と線幅は5[μm]の十字線からなる2つの基準マーク61a、61bであり、それぞれの間隔は±1[μm]以内の精度で配置されている。ガラスチャート60の配置、及び、姿勢位置の調整は、姿勢位置調整手段62を使って行う。図7に示すようにガラスチャート60の位置は、姿勢位置調整手段62によって、6箇所のクランプボルト63により左右、上下、前後の位置が調整されて固定される。
FIG. 9 is a perspective view showing a glass chart provided with a reference mark. This is a structure in which quartz glass is bonded to a SUS substrate, and is made of a reflective chromium film formed by exposing and transferring a mask pattern to quartz glass. In the example of the fiducial mark 61 shown in FIG. 9, there are two
図10は調整目標マークが設けられたマスターワークを示す斜視図である。ノズルアライメントマーク18a、18bの調整目標位置となる調整目標マーク47a、47bが設けられている。SUS基材に石英ガラスを貼り合わせた構成であり、石英ガラスにマスクパターンを露光、転写してできる反射用クロム膜で作製されている。図10に示す調製目標マーク47の一例では、直径80[μm]で中実形状と十字線からなり、十字線の線幅は5[μm]の2つの調製目標マーク47a、47bであり、それぞれの間隔は±1[μm]以内の精度で配置されている。この間隔は、基準マーク61a、61bの間のピッチと同一の寸法である。マスターワーク46を光軸調整時に使用する際には、フレーム部材1をクランプするときと同じクランプ方法を用いる。
FIG. 10 is a perspective view showing a master work provided with an adjustment target mark. Adjustment target marks 47a and 47b that are adjustment target positions of the nozzle alignment marks 18a and 18b are provided. This is a structure in which quartz glass is bonded to a SUS substrate, and is made of a reflective chromium film formed by exposing and transferring a mask pattern to quartz glass. In the example of the preparation target mark 47 shown in FIG. 10, there are two preparation target marks 47a and 47b having a diameter of 80 [μm], a solid shape and a crosshair, and a line width of the crosshair of 5 [μm]. Are arranged with an accuracy within ± 1 [μm]. This interval has the same dimension as the pitch between the reference marks 61a and 61b. When the
2つのハーフミラー43a、43bは、図7に示すように、ガラスチャート固定ベース44に固定されている。このため、Z軸ステージ35及びXYθステージ37により移動する。前述したブロックベース42とは、非接触とするために、Z軸ステージ35、XYθステージ37及び加圧ステージ36が移動しても干渉しないようにそれぞれの動作においてインターロックが効くようにコントロールされている。
The two
図11は検出光学手段のレイアウトを示す斜視図である。検出光学手段100、200は、後述するようにニ焦点検出光学系を構成しており、フレーム部材1とノズルプレート付き一体部品17とを接合する。この際に、ノズルプレート4長手方向(X方向)の両端に設けたノズルアライメントマーク18a、18bと、ノズルアライメンマーク18の調整基準となるガラスチャート60長手方向の両端に設けた基準マーク61a、61bを検出する。ノズルプレート4の両端に配置した2つの検出光学手段100、200によって、検出光学手段100はノズルアライメントマーク18aと基準マーク61aを同時に検出する。検出光学手段200はノズルアライメントマーク18bと基準マーク61bを同時に検出する。ここで、検出光学手段100、200は、CCDカメラ50と同軸落射照明51と画像処理部(不図示)とから構成される。
FIG. 11 is a perspective view showing the layout of the detection optical means. The detection optical means 100 and 200 constitute a bifocal detection optical system as will be described later, and join the
次に、検出光学手段の検出光学系と光路について説明する。
本実施形態のアライメント装置では、2つの検出光学手段100、200を用いている。ここでは、検出光学手段100の検出光学系の光路について、図12を用いて説明するが、検出光学手段200も全く同じである。CCDカメラ50の位置は、手動三軸ステージ53を用いて調整することができる。図12に示すように、手動三軸ステージ53の調整方向として、X方向はアライメントマークのピッチ方向であり、Y方向はカメラの深度方向であり、Z方向はカメラ高さを上下方向に調整する方向である。CCDカメラ50には同軸落射照明51が光軸に入射されており、光路はハーフミラー43により2つの光路L1、L2に分岐される。
Next, the detection optical system and the optical path of the detection optical means will be described.
In the alignment apparatus of the present embodiment, two detection optical means 100 and 200 are used. Here, the optical path of the detection optical system of the detection optical means 100 will be described with reference to FIG. 12, but the detection optical means 200 is exactly the same. The position of the
光路L1は、ハーフミラー43をそのまま直進し、基準マーク61を設けられたガラスチャート60に進み反射して、再びハーフミラー43を通り、CCDカメラ50に戻る光路である。光路L2は、ハーフミラー43で90度折り曲げられ、調整目標マーク47を設けられたマスターワーク46に進み反射して、再びハーフミラー43を通り、CCDカメラ50に戻る光路である。光路L2は、接合時には、マスターワーク46の調整目標マーク47の替わりにノズルプレート4のノズルアライメントマーク18を検出する。このような光路L1、L2の画像はCCDカメラ50にて合焦するように、ハーフミラー43を配置しており、一種のニ焦点検出光学系を構成している。また、CCDカメラ50には高倍率(×6倍)のマシンビジョンレンズが取付けられており、基準マーク61、及び調整目標マーク47をそれぞれ拡大して検出することができる。
The optical path L1 is an optical path that goes straight through the
次に、本実施形態に係るアライメント装置における検出光学手段の光路L1、L2の光軸調整方法について説明する。
図12に示す検出光学手段の光路L1、L2の調整は、ハーフミラー43とガラスチャート60の位置調整して固定することで行われる。ハーフミラー43とガラスチャート60の位置は、マスターワーク46の調整目標マーク47とガラスチャート60の基準マーク61とがCCDカメラ50で取得する画像で位置が合うように調整される。これにより、マスターワーク46の調整目標マーク47の位置がガラスチャート60の基準マーク61の位置にトレースされる。つまり、ノズル11にあるノズルアライメントマーク18においてフレーム部材1の外形基準からの接合理想位置は、マスターワーク46の調整目標マーク47の位置である。このため、この調整目標マーク47の位置をガラスチャート60の基準マークにトレースすることができれば、実際のフレーム部材1とノズルプレート付一体部品17とを接合する。その際に、フレーム部材1を所定の位置に所定のクランプ手段で固定する。その後、ノズルプレート付一体部品17のノズルアライメントマーク18とガラスチャート60の基準マーク61とを前述のニ焦点検出光学系を備える検出手段100、200を用いて同時に撮像する。そして、画像処理部により移動指令量を算出し、XYθステージ37でアライメントし位置合せすることで、フレーム部材1とノズルプレート付一体部品17を精度良く位置決め接合することができる。
Next, a method for adjusting the optical axes of the optical paths L1 and L2 of the detection optical means in the alignment apparatus according to the present embodiment will be described.
Adjustment of the optical paths L1 and L2 of the detection optical means shown in FIG. 12 is performed by adjusting the positions of the
ここでは、マスターワーク46の調整目標マーク47の位置とガラスチャート60の基準マークの位置とを合わせる手順について以下に説明する。図13(a)〜(c)は2つのCCDカメラでの検出画像を示す図である。
はじめに、ガラスチャート60を略設計位置に配置する。Z軸ステージ35は所定の接合高さとする。ここで、CCDカメラ50a、50bの位置を手動三軸ステージ53によって、ガラスチャート60の基準マーク61a、61bの光路L1による検出画像がそれぞれの画各中央で合焦するように調整する。例えば、図13(a)のようなるように行う。次に、マスターワーク46をフレーム部材1と同じ外形基準で、同じクランプ手段32、33を使ってクランプし固定する。マスターワーク46の調整目標マーク47a、47bの光路L2による検出画像がCCDカメラ50a、50bの画各中央で合焦する。そして、マスターワーク46の調整目標マーク47a、47bのY方向位置が、それぞれガラスチャート60の基準マーク61a、61bのY方向位置と一致するように、ガラスチャート固定ベース44への取付け高さと姿勢を調整する。そして、ハーフミラー43a、43bを固定する。このとき、調整目標マーク47a、47bの検出画像をCCDカメラ50に合焦させるためには、CCDカメラ50a、50bの深度方向であるカメラY軸の位置を、手動三軸ステージ53を使って移動させる。
Here, a procedure for aligning the position of the adjustment target mark 47 of the
First, the
また、同時に、CCDカメラ50a、50bの深度方向であるY軸調整することで、光路L1による検出画像であるガラスチャート60の基準マーク61a、61bの合焦がずれる。このため、ガラスチャート60の前後方向の位置を位置姿勢位置調整手段62を用いて微調整する。これにより例えば、図13(b)のようなるように行う。次に、光路L1による検出画像であるガラスチャート60の基準マーク61a、61bの画像の位置と、光路L2による検出画像であるマスターワーク46の調整目標マーク47a、47bの位置とが、それぞれ中心位置が合うようにする。そして、ガラスチャート60のX方向の位置を位置姿勢調整手段62を用いて微調整して固定する。これにより例えば、図13(c)のようなるように行う。
At the same time, the Y-axis adjustment that is the depth direction of the
次に、アライメントから接合までの動作について説明する。ここでは、本実施形態に係るアライメント装置を用い、インクジェットヘッド220の所定位置へのアライメント動作と接合動作について説明する。図14はアライメントから接合までの動作を示すフローチャートである。なお、Z軸ステージ35(ST:10[mm])は上昇ポジションと下降ポジションの2位置を繰返し位置決め精度良く移動するステージである。加圧ステージ36(ST:1[mm])は、加圧ポジション(下降位置)と逃げポジション(上昇位置)がある。加圧ポジションの位置は、ノズルプレートとフレームとの間に所定の接合加圧力が作用する下降位置である。XYθステージ37は、検出光学手段100、200から取得した撮像結果をもとに計算された移動指令に対して、自動アライメントする自動ステージである。上吸着ステージ34、下吸着ステージ31はワークを真空吸着するプレートである。
Next, operations from alignment to bonding will be described. Here, an alignment operation and a bonding operation of the inkjet head 220 to a predetermined position will be described using the alignment apparatus according to the present embodiment. FIG. 14 is a flowchart showing operations from alignment to joining. Note that the Z-axis stage 35 (ST: 10 [mm]) is a stage that repeatedly moves with high positioning accuracy between two positions of an ascending position and a descending position. The pressurization stage 36 (ST: 1 [mm]) has a pressurization position (lowering position) and an escape position (upward position). The position of the pressurizing position is a lowered position where a predetermined joining pressure is applied between the nozzle plate and the frame. The
先ず、ノズルプレート付き一体部品17を上吸着ステージ34にノズル吐出側を真空吸着させる(ステップS101)。このとき、Z軸ステージ35は下降ポジションまで下げておく。また、加圧ステージ36を加圧ポジションまで下降させておく。このとき、Z軸ステージ35上には、フレーム部材1を載置していないので、ノズルプレート付き一体部品17を真空吸着させるためのスペースに余裕が有る。このため、搬送されてきたノズルプレート付き一体部品17を上吸着ステージ34に容易に吸着させることができる。そして、Z軸ステージ35を上昇ポジションまで上昇させる。また、加圧ステージ36は加圧ポジションに下降させたままにする。この位置で、ノズルアライメントマーク18a、18bがCCDカメラ50a、50bの画角内に捉えられているかの確認を行う(ステップS101)。画角内にあれば、次のステップS103に移行する。そして、フレーム部材に塗布された接着剤の位置を示す図15のように、フレーム部材1の上面全周部91にノズルプレート付き一体部品17との接合面に接合用本接着剤と、上面四隅に設けた加圧逃げ部92に仮接合用のUV接着剤とを予め塗布する。Z軸ステージ35を下降ポジションまで下げ、加圧ステージ36を上昇ポジションまで上昇させる。接着剤を塗布されたフレーム部材1を図7のクランプ手段32、33を使って基準ピン27、28、29に突き当てクランプし、その位置で下吸着ステージ31に真空吸着させる(ステップS103)。
First, the nozzle discharge side is vacuum-sucked by the
次に、Z軸ステージ35を上昇ポジションまで上昇させたあと、接合面倣い機構38のロックを解除し、加圧ステージ36をゆっくりと加圧ポジションまで下降させる。加圧ステージ36は、荷重制御を行わせ、ノズルプレート付き一体部品17とフレーム部材1との間に、接合荷重として弱圧(5N程度)が作用する位置まで下降させていく。この状態で、接合面倣い機構38をロックさせて、XYθステージ37を用い、ガラスチャート60の基準マーク61a、61bとノズルアライメントマーク18a、18bとをCCDカメラ50a、50bにより同一視野で撮像する。そして、それらの画像の合成画像をもとに、画像処理装置52を使い位置ずれ量を算出し、位置調整量としてXYθステージ37への移動指令を行う。これにより、ガラスチャート60の基準マーク61a、61bの位置とノズルアライメントマーク18a、18bの位置がアライメントされる。(ステップS104)
Next, after raising the Z-
そして、アライメントが完了した後、接合面倣い機構38のロックを解除し、フリーな状態とする。加圧ステージ36は、荷重制御を行わせ、ノズルプレート付き一体部品17とフレーム部材1との間に、接合荷重として、本加圧(60[N])が作用するまで下降位置を下げ続けることで荷重を増やす。本接着剤には所定の本加圧力が作用する。仮接着剤には、加圧逃げ部に塗布されているので加圧力は作用しない。この状態で、例えば、四方向からUV照射器にてUV光を照射し仮接着剤としてUV接着剤にて固定する。液室プレートとフレームとは、本接着剤によって隙間無く封止された状態で接合するので、この界面からのインクの漏れは生じない。本接着剤としては、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤などが適している。(ステップS105)
Then, after the alignment is completed, the joint
次に、フレームと液室プレートの仮接合にて位置が固定された状態で、上吸着ステージ34の真空吸着を解除する。また、接合面倣い機構38をロックする。この段階で接合精度を確認したあと、Z軸ステージを下降ポジションまで下降させる。最後に、下吸着ステージ31の真空吸着を解除し、さらに、フレームのクランプ機構を解除させて、ノズルプレートが接合された液室プレートとフレームとが接合された接合品を取り出すことができる。(ステップS106)
Next, the vacuum suction of the
以上のステップS101〜S106の順に接合を行うことで、フレームの外形基準位置とノズルアライメントマーク間の位置関係を高精度に接合される。また、ノズルプレートにおいて、吐出ノズル孔とノズルアライメントマークの位置関係は加工機の精度で高精度に加工することができる。よって、最終的に、フレームの外形基準位置と吐出ノズル孔の位置関係を高精度に位置決めしたインクジェットヘッドを組立てるこができ、インクジェットヘッド記録装置の高い着弾位置精度を確保することができる。アライメント装置内で用いられている光学部材はハーフミラーであり、温度変化があった場合であってもその温度変化はハーフミラーに影響するだけである。このため、各光路を介して取得した第3マークの画像と、第1マークの画像または第4マークの画像の歪みは同じになり、第3マークの位置と、第1マークの位置または第4マークの位置とが一致している否かを確認することへの影響は少ない。更に、1つの光路で、光源の光がハーフミラーを通る回数は往路及び復路の2回であり、光源から出射されて撮像手段に入射する光の光量の減衰は少ない。補助的な照明器具は不要となり、照明の温度による光学部材の温度の上昇による画像歪みも発生しない。 By joining in the order of the above steps S101 to S106, the positional relationship between the frame external reference position and the nozzle alignment mark is joined with high accuracy. Further, in the nozzle plate, the positional relationship between the discharge nozzle hole and the nozzle alignment mark can be processed with high accuracy by the processing machine. Therefore, it is possible to finally assemble an ink jet head in which the positional relationship between the outer shape reference position of the frame and the discharge nozzle holes is positioned with high accuracy, and it is possible to ensure high landing position accuracy of the ink jet head recording apparatus. The optical member used in the alignment apparatus is a half mirror, and even when there is a temperature change, the temperature change only affects the half mirror. For this reason, the distortion of the image of the third mark acquired through each optical path is the same as the image of the first mark or the fourth mark, and the position of the third mark and the position of the first mark or the fourth mark are the same. There is little influence on checking whether or not the position of the mark matches. Furthermore, the number of times the light from the light source passes through the half mirror in one optical path is two times, the forward path and the return path, and the amount of light emitted from the light source and incident on the imaging means is less attenuated. An auxiliary lighting fixture is not required, and image distortion due to an increase in the temperature of the optical member due to the temperature of illumination does not occur.
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様1)
液滴吐出ヘッドのヘッドフレームにノズルプレートを組み付ける際、ノズルプレートに対応する第1マークを撮像手段により撮像した画像に基づいて、ヘッドフレームとノズルプレートとの位置決めするアライメント装置において、ヘッドフレームが設置されるヘッドフレーム設置部と、撮像手段に対しヘッドフレーム設置部とは異なる方向に設けた第2マークと、ヘッドフレーム設置部に設置されたヘッドフレーム上のノズルプレートに対応する第1マークとを同一の撮像手段に結像させる1つのハーフミラーからなる光学系と、同一視野上で第1マークと第2マークとが一致するようにノズルプレートに対しヘッドフレームを移動させて位置調整する調整手段とを備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、光源から照射された光の光路をハーフミラー43aで2つの光路に分割して2箇所で結像させる。そして、一方の光路による基準となる位置に位置決めされている基準マーク61aの画像と、他方の光路によるアライメントマーク18aの画像とを同一視野で撮像して、基準マーク61aとアライメントマーク18aとが一致するように位置決め調整を行っている。この位置決め調整は、光学部材として1つのハーフミラー43aで行っている。インクジェットヘッドのフレーム部材に設置されたノズルプレートのアライメントマーク18aと基準部材の基準マーク61aとが撮像手段に対して異なる方向である。このため、ノズルプレートのアライメントマーク18aと基準マーク61aとを同一の撮像手段50aに結像させるための光学系における対物側の光路の向きが互いに異なる。これにより、従来の二焦点顕微鏡を用いるアライメント装置と異なり、一つの対物レンズに向けて焦点距離が互いに異なる光路を一つにするための光学部材を省略することができる。よって、比較的少ない光学部品でヘッドフレームにノズルプレートをアライメントできる。
(態様2)
(態様1)において、撮像手段によって第2マークと第2マークに対応する第1マークとを同一視野で撮像し、第2マークと第1マークとが一致するように第2マークが設けられた基準部材の初期姿勢及び位置を調整する初期姿勢位置調整手段を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、光源とハーフミラーとの光軸が互いに略一致させるだけで、画像上で基準マークとアライメントマークが簡易に一致することができる。簡易に各光学部材の光軸を互いに一致でき、光学部材を少なくして温度変化の影響を減らしアライメントの精度を良くすることができる。
(態様3)
(態様1)において、ノズルプレートの長手方向に関する両端部にそれぞれ形成された2つの第1マークに、それぞれの位置合せされる2つの第2マークを、同時に2箇所で撮像する撮像手段を備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、2つの撮像手段を使って1つのノズルプレートに対し2つのアライメントマークを使う。これにより、インクジェットヘッドのフレーム部材の取付基準位置から狙いの距離だけ離れた位置に高精度に位置決めを行うことができる。
(態様4)
(態様1)において、第2マークの初期姿勢及び位置を調整する際に、第3マークが設けられた調整用部材は、外形から第3マークまでの距離がヘッドフレームの外形と第1マークの設計値であり、かつヘッドフレームと同一の外形形状となる取付け基準を備え、ヘッドフレームの外形をクランプするものと同一なクランプ手段によって、所定位置に配設した。これによれば、上記実施形態について説明したように、マスターワークの調整目標マークを目標として位置調整できるようにするために光軸を調整しながら基準マークの初期姿勢、位置を調整する。その際に、調整目標マークが設けられたマスターワークを、インクジェットヘッドのフレーム部材にクランプする機構によって狙いの位置に再現性良く設置することができる。そして、マスターワークの調整目標マークの位置は、固定配置されているガラスチャートの基準マークの位置と、ほとんどずれることが無い。このため、マスターワークの調整目標マークの位置に合せて、ガラスチャートの基準マークの位置を調整が必要になった場合にも調整に要する時間は極めて短時間で行うことができる。
(態様5)
(態様4)において、第2マーク、及び、第3マークは、SUS基材に石英ガラスを貼り合わせた構成であり、石英ガラスにマスクパターンを露光し転写する反射用クロム膜で作成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、単なる反射面があれば良いので、凸部を持つ形状にする必要が無く、さらに凸部へのアライメントマークを形成する必要がない。このため、非常に安価に作製することができる。また、反射用クロム膜で作成されているので、インクジェットヘッドのフレーム部材をクランプするクランプベースに貫通孔を設ける必要が無いので、インクジェットヘッドのフレーム部材の真空吸着を容易に行うことができる。
(態様6)
(態様2)において、ヘッドフレーム設置部、基準部材、初期姿勢位置調整手段及びハーフミラーを搭載し、かつ一体となって上下方向に移動するZ軸ステージと、該Z軸ステージを含めて一体となってXYθ方向に移動するXYθステージとを備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、調整目標マークが設けられたマスターワークをクランプするクランプ手段と、基準マークの設けられたガラスチャートの初期姿勢、位置を調整する初期姿勢位置調整手段とは、独立して配置されている。このため、マスターワークの調整目標位置に合せて、基準マークの設けたガラスチャートの姿勢と位置を調整することができる。よって、光軸の調整を容易に、かつ精度良く行うことができる。
(態様7)
(態様1)において、ノズルプレートを真空吸着により保持するノズルプレート保持手段と、ノズルプレート保持手段によって保持されたノズルプレートをヘッドフレーム設置部によって固定されているヘッドフレームに対して押し付ける押し付け手段と、押し付け手段によりヘッドフレームとノズルプレートとの接合する面が平行になるように接合面倣い手段とを備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、加圧接合時に、付勢手段による押圧ピンの押圧による位置ずれが生じることが無い。そして、液室プレートと一体となったノズルプレートからなるヘッド部材と固定部材とを接合する際に、それぞれの接合面が平行でない状態でアライメントしたあと、接着剤を介して加圧接合した場合にも、接合面倣い手段を備える。これにより、アライメント時には精度良くアライメントされたまま、加圧接合時に位置ずれが生じることが無く、高精度な位置精度で接合を行うことができる。
(態様8)
(態様6)において、撮像手段により同一視野で撮像した第2マークと第1マークの位置ずれ量をもとに、位置調整量としてXYθステージへの移動指令量を算出する画像処理手段を備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、高精度な位置精度で接合を行うことができる。
(態様9)
液滴吐出ヘッドのヘッドフレームにノズルプレートを組み付ける際、ノズルプレートに対応する第1マークを撮像手段により撮像した画像に基づいて、ヘッドフレームとノズルプレートとの位置決めするアライメント方法において、撮像手段に対しヘッドフレームが設置されるヘッドフレーム設置部とは異なる方向に設けた第2マークと、ヘッドフレーム設置部に設置されたヘッドフレーム上のノズルプレートに対応する第1マークとを1つのハーフミラーからなる光学系によって同一の撮像手段に結像させて当該撮像手段によって撮像し、同一視野上で第1マークと第2マークとが一致するようにノズルプレートに対しヘッドフレームを移動させて位置調整する。これによれば、上記実施形態について説明したように、光源から照射された光の光路をハーフミラー43aで2つの光路に分割して2箇所で結像させる。そして、一方の光路による理想の位置に位置決めされている基準マーク61aの画像と、他方の光路によるアライメントマークの画像とを同一視野で撮像して、基準マーク61aの中心とアライメントマークの中心とが一致するように位置決め調整を行っている。この位置決め調整は、光学部材として1つのハーフミラー43aで行っている。インクジェットヘッドのフレーム部材に設置されたノズルプレートのアライメントマークと基準部材の基準マークの箇所とが撮像手段に対して異なる方向である。このため、ノズルプレートのアライメントマークと基準マークとを同一の撮像手段に結像させるための光学系における対物側の光路の向きが互いに異なる。これにより、従来の二焦点顕微鏡を用いるアライメント装置と異なり、一つの対物レンズに向けて焦点距離が互いに異なる光路を一つにするための光学部材を省略することができる。よって、比較的少ない光学部品でヘッドフレームにノズルプレートをアライメントできる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect 1)
When assembling the nozzle plate to the head frame of the droplet discharge head, the head frame is installed in an alignment device that positions the head frame and the nozzle plate based on an image obtained by imaging the first mark corresponding to the nozzle plate by the imaging means. A second frame provided in a direction different from the head frame installation unit with respect to the imaging means, and a first mark corresponding to the nozzle plate on the head frame installed in the head frame installation unit. an optical system consisting of a single half mirror Ru is imaged in the same imaging device, the same field of view on the first mark and in the second mark to adjust the position by moving the head frame to the nozzle plate to match adjusted Means. According to this, as described in the above embodiment, the optical path of the light emitted from the light source is divided into two optical paths by the
(Aspect 2)
In (Aspect 1), the second mark and the first mark corresponding to the second mark are imaged in the same field of view by the imaging means, and the second mark is provided so that the second mark and the first mark coincide with each other An initial posture position adjusting means for adjusting the initial posture and position of the reference member is provided. According to this, as described in the above embodiment, the reference mark and the alignment mark can be easily matched on the image simply by making the optical axes of the light source and the half mirror substantially coincide with each other. The optical axes of the optical members can be easily aligned with each other, and the number of optical members can be reduced to reduce the influence of temperature change and improve the alignment accuracy.
(Aspect 3)
In (Aspect 1), two first marks respectively formed at both end portions in the longitudinal direction of the nozzle plate are provided with imaging means for imaging the two second marks to be aligned at two locations at the same time. . According to this, as described in the above embodiment, two alignment marks are used for one nozzle plate using two imaging means. As a result, it is possible to perform positioning with high accuracy at a position away from the attachment reference position of the frame member of the inkjet head by a target distance.
(Aspect 4)
In (Aspect 1), when adjusting the initial posture and position of the second mark, the adjustment member provided with the third mark is such that the distance from the outer shape to the third mark is the distance between the outer shape of the head frame and the first mark. It is a design value and has an attachment reference that has the same outer shape as the head frame, and is arranged at a predetermined position by the same clamping means that clamps the outer shape of the head frame. According to this, as described in the above embodiment, the initial posture and position of the reference mark are adjusted while adjusting the optical axis so that the position can be adjusted with the adjustment target mark of the master work as a target. At that time, the master work provided with the adjustment target mark can be placed at a target position with good reproducibility by a mechanism for clamping to the frame member of the inkjet head. And the position of the adjustment target mark of the master work hardly deviates from the position of the reference mark of the fixedly arranged glass chart. For this reason, even when it is necessary to adjust the position of the reference mark of the glass chart in accordance with the position of the adjustment target mark of the master work, the time required for the adjustment can be performed in a very short time.
(Aspect 5)
In (Aspect 4), the second mark and the third mark have a configuration in which quartz glass is bonded to a SUS base material, and are made of a reflective chromium film that exposes and transfers a mask pattern to the quartz glass. . According to this, as described in the above embodiment, since it is sufficient if there is a simple reflecting surface, there is no need to form a convex portion, and there is no need to form an alignment mark on the convex portion. For this reason, it can be manufactured at a very low cost. Further, since it is made of a reflective chrome film, there is no need to provide a through hole in the clamp base that clamps the frame member of the inkjet head, so that the vacuum suction of the frame member of the inkjet head can be performed easily.
(Aspect 6)
In (Aspect 2), the Z-axis stage mounted with the head frame installation portion, the reference member, the initial posture position adjusting means, and the half mirror, and integrally moving in the vertical direction, and the Z-axis stage are integrated. And an XYθ stage that moves in the XYθ direction. According to this, as described in the above embodiment, the clamping means for clamping the master work provided with the adjustment target mark, and the initial posture position adjustment for adjusting the initial posture and the position of the glass chart provided with the reference mark. The means are arranged independently. For this reason, the attitude | position and position of the glass chart which provided the reference mark can be adjusted according to the adjustment target position of a master workpiece. Therefore, the optical axis can be adjusted easily and accurately.
(Aspect 7)
In (Aspect 1), a nozzle plate holding unit that holds the nozzle plate by vacuum suction, a pressing unit that presses the nozzle plate held by the nozzle plate holding unit against the head frame fixed by the head frame setting unit, surface to be bonded of the head frame and the Nozurupu rate and means copying joint surface so as to be parallel to the pressing means. According to this, as above described, when the pressure bonding, it is not caused position shift Ru good the pressing of the pressing pin by urging means. And when joining the head member consisting of the nozzle plate integrated with the liquid chamber plate and the fixing member, after aligning each joint surface in a non-parallel state, when pressure joining via an adhesive In addition, a joining surface copying means is provided. As a result, it is possible to perform bonding with high positional accuracy without causing positional displacement during pressure bonding while maintaining alignment with high accuracy during alignment.
(Aspect 8)
In (Aspect 6), an image processing unit is provided that calculates a movement command amount to the XYθ stage as a position adjustment amount based on a positional deviation amount between the second mark and the first mark captured in the same field of view by the imaging unit. . According to this, as described in the above embodiment, it is possible to perform bonding with high positional accuracy.
(Aspect 9)
In the alignment method for positioning the head frame and the nozzle plate on the basis of the image obtained by imaging the first mark corresponding to the nozzle plate by the imaging means when the nozzle plate is assembled to the head frame of the droplet discharge head, The second mark provided in a direction different from the head frame installation part where the head frame is installed and the first mark corresponding to the nozzle plate on the head frame installed in the head frame installation part are composed of one half mirror. The optical system forms an image on the same image pickup means, picks up an image with the image pickup means, and moves the head frame relative to the nozzle plate so that the first mark and the second mark coincide with each other in the same field of view. According to this, as described in the above embodiment, the optical path of the light emitted from the light source is divided into two optical paths by the
1 フレーム部材
2 振動板
3 流路板
4 ノズルプレート
5 積層圧電素子
6 PZTベース
7 FPC
8 共通液室
9 加圧液室
10 流体抵抗部
11 ノズル
12 連通孔
13 島状凸部
14 ダイヤフラム部
15 インク流入口
16 インク供給口
17 ノズルプレート付き一体部品
31 下吸着ステージ
32 クランプ手段
33 クランプ手段
34 上吸着ステージ
35 Z軸ステージ
36 加圧ステージ
37 XYθステージ
38 接合面倣い機構
39 加圧アクチュエータ
40 ガイド機構
41 加圧テーブル
42 ブロックベース
43a ハーフミラー
43b ハーフミラー
44 ガラスチャート固定ベース
46 マスターワーク
47a 調整目標マーク
47b 調整目標マーク
50a CCDカメラ
50b CCDカメラ
51a 同軸落射照明
51b 同軸落射照明
53 手動三軸ステージ
60 ガラスチャート
61a 基準マーク
61b 基準マーク
62 姿勢位置調整手段
63 クランプボルト
64 ガラスチャート連結ブロック
70 シリンダ
71 ピストン
72 ロックポート
73 フリーポート
74 給気ポート
75 凸球面
76 球面部材
77 凹球面
78 受け部材
79 受け軸受部材
81 真空ポート
82 真空ポート
83 真空ポート
91 接着剤
92 加圧逃げ部
100 検出光学手段
200 検出光学手段
DESCRIPTION OF
8 Common liquid chamber 9 Pressurized
Claims (9)
前記ヘッドフレームが設置されるヘッドフレーム設置部と、
前記撮像手段に対し前記ヘッドフレーム設置部とは異なる方向に設けた第2マークと、前記ヘッドフレーム設置部に設置されたヘッドフレーム上のノズルプレートに対応する第1マークとを同一の撮像手段に結像させる1つのハーフミラーからなる光学系と、
同一視野上で第1マークと第2マークとが一致するようにノズルプレートに対しヘッドフレームを移動させて位置調整する調整手段と
を備えたことに特徴があるアライメント装置。 In an alignment apparatus for positioning the head frame and the nozzle plate based on an image obtained by imaging an image of a first mark corresponding to the nozzle plate when the nozzle plate is assembled to the head frame of the droplet discharge head.
A head frame installation part on which the head frame is installed;
A second mark provided in a direction different from the head frame installation portion with respect to the imaging means and a first mark corresponding to a nozzle plate on the head frame installed in the head frame installation portion are used as the same imaging means. an optical system consisting of a single half mirror Ru is imaged,
An alignment apparatus characterized by comprising: adjusting means for moving the head frame relative to the nozzle plate so as to match the first mark and the second mark on the same field of view.
前記撮像手段によって前記第2マークと前記第2マークに対応する前記第1マークとを同一視野で撮像し、前記第2マークと前記第1マークとが一致するように前記第2マークが設けられた基準部材の初期姿勢及び位置を調整する初期姿勢位置調整手段を備えることを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 1,
The second mark and the first mark corresponding to the second mark are imaged in the same visual field by the imaging means, and the second mark is provided so that the second mark and the first mark coincide with each other. An alignment apparatus comprising an initial attitude position adjusting means for adjusting an initial attitude and position of the reference member.
前記ノズルプレートの長手方向に関する両端部にそれぞれ形成された2つの前記第1マークに、それぞれの位置合せされる2つの前記第2マークを、同時に2箇所で撮像する前記撮像手段を備えたことを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 1,
The image pickup means for picking up images of the two second marks to be respectively aligned with two first marks respectively formed at both end portions in the longitudinal direction of the nozzle plate at two locations simultaneously. A featured alignment device.
前記第2マークの初期姿勢及び位置を調整する際に、第3マークが設けられた調整用部材は、外形から前記第3マークまでの距離が前記ヘッドフレームの外形と前記第1マークの設計値であり、かつ前記ヘッドフレームと同一の外形形状となる取付け基準を備え、前記ヘッドフレームの外形をクランプするものと同一なクランプ手段によって、所定位置に配設したことを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 1,
When adjusting the initial posture and position of the second mark, the adjustment member provided with the third mark is such that the distance from the outer shape to the third mark is the design value of the outer shape of the head frame and the first mark. An alignment apparatus comprising an attachment reference having the same outer shape as the head frame and disposed at a predetermined position by the same clamping means as that for clamping the outer shape of the head frame.
前記第2マーク、及び、前記第3マークは、SUS基材に石英ガラスを貼り合わせた構成であり、石英ガラスにマスクパターンを露光し転写する反射用クロム膜で作成されていることを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 4, wherein
Said 2nd mark and said 3rd mark are the structures which bonded quartz glass to the SUS base material, and are produced with the chromium film for reflection which exposes and transfers a mask pattern to quartz glass, It is characterized by the above-mentioned. Alignment device.
前記ヘッドフレーム設置部、前記基準部材、前記初期姿勢位置調整手段及び前記ハーフミラーを搭載し、かつ一体となって上下方向に移動するZ軸ステージと、該Z軸ステージを含めて一体となってXYθ方向に移動するXYθステージとを備えたことを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 2, wherein
A Z-axis stage mounted with the head frame installation portion, the reference member, the initial posture position adjusting means, and the half mirror and integrally moving in the vertical direction, and the Z-axis stage are integrated. An alignment apparatus comprising: an XYθ stage that moves in an XYθ direction.
前記ノズルプレートを真空吸着により保持するノズルプレート保持手段と、前記ノズルプレート保持手段によって保持されたノズルプレートを前記ヘッドフレーム設置部によって固定されている前記ヘッドフレームに対して押し付ける押し付け手段と、前記押し付け手段により前記ヘッドフレームと前記ノズルプレートとの接合する面が平行になるように接合面倣い手段とを備えたことを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 1,
Nozzle plate holding means for holding the nozzle plate by vacuum suction, pressing means for pressing the nozzle plate held by the nozzle plate holding means against the head frame fixed by the head frame setting portion, and the pressing alignment and wherein a surface to be bonded of said Nozurupu rate and the head frame may have a joint surface profiling means in parallel by means.
前記撮像手段により同一視野で撮像した前記第2マークと前記第1マークの位置ずれ量をもとに、位置調整量として前記XYθステージへの移動指令量を算出する画像処理手段を備えたことを特徴とするアライメント装置。 The alignment apparatus according to claim 6, wherein
Image processing means for calculating a movement command amount to the XYθ stage as a position adjustment amount based on a positional deviation amount between the second mark and the first mark imaged in the same field of view by the imaging means; A featured alignment device.
前記撮像手段に対し前記ヘッドフレームが設置されるヘッドフレーム設置部とは異なる方向に設けた第2マークと、前記ヘッドフレーム設置部に設置されたヘッドフレーム上のノズルプレートに対応する第1マークとを1つのハーフミラーからなる光学系によって同一の前記撮像手段に結像させて当該撮像手段によって撮像し、同一視野上で第1マークと第2マークとが一致するようにノズルプレートに対しヘッドフレームを移動させて位置調整することを特徴とするアライメント方法。 In assembling the nozzle plate to the head frame of the droplet discharge head, in the alignment method for positioning the head frame and the nozzle plate based on the image obtained by imaging the first mark corresponding to the nozzle plate by the imaging means,
A second mark provided in a direction different from a head frame installation part on which the head frame is installed with respect to the imaging means; a first mark corresponding to a nozzle plate on the head frame installed in the head frame installation part; Is imaged on the same image pickup means by an optical system comprising one half mirror and picked up by the image pickup means, and the head frame with respect to the nozzle plate so that the first mark and the second mark coincide on the same field of view. An alignment method characterized by adjusting the position by moving.
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