JP5445047B2 - インクジェットヘッドの組立て治具およびインクジェットヘッドの組立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドをヘッドプレートに組み込む（固定する）ためのインクジェットヘッドの組立て治具およびインクジェットヘッドの組立て方法に関するものである。

従来、複数の液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）をキャリッジプレート（ヘッドプレート）に固定する固定方法およびこれを実施する固定装置が知られている（特許文献１参照）。この固定装置は、複数の液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を単一のキャリッジに精度良く位置決めして接着（仮固定）する組立装置に搭載されている。組立装置において仮固定された液滴吐出ヘッドは、最終的にねじ止め等の機械的な固定手段により本固定される。組立装置では、予めアライメントマスクが導入され、画像認識によりキャリッジプレートおよび複数の機能液滴吐出ヘッドの基準位置データが取得され、この基準位置データに基づき、導入されたキャリッジプレートおよび各機能液滴吐出ヘッドの位置補正が行われる。固定装置は、位置補正が完了したヘッド保持部材とキャリッジとの間に接着剤を注入し、接着剤が凝固するまで液滴吐出ヘッドを保持する（仮固定）。ヘッド保持部材は、接着剤で固定されることで、ねじ止め等と異なり外力を作用させることなく、キャリッジに精度良く仮固定される。これによって、その後の本固定において、液滴吐出ヘッドを簡単且つ精度良くキャリッジに組み付けることができる。

特開２００７−９０３２７号公報

しかしながら、従来の固定装置による液滴吐出ヘッドの固定方法では、ねじ止めによる本固定の際に、回転トルクを受けてインクジェットヘッドが微妙に位置ずれすることがあり、またいったん位置ずれしてしまうと、接着剤の除去等、再度のインクジェットヘッドの固定に手間がかかる問題があった。さらに、インクジェットヘッドのノズル面に、使用された接着剤が空気中またはノズル面の水分と反応して生じた異物が固着することによって、ノズルの目詰まり等が発生する問題があった。

本発明は、インクジェットヘッドをヘッドプレートに、簡単且つ精度良く締結することができるインクジェットヘッドの組立て治具およびインクジェットヘッドの組立て方法を提供することをその課題としている。

本発明のインクジェットヘッドの組立て治具は、開口を形成したヘッドプレートに、開口に挿通させたインクジェットヘッドを位置決め状態で固定するためのインクジェットヘッドの組立て治具であって、ヘッドプレートをセットするためのセットテーブルと、開口の開口縁部に着座させたインクジェットヘッドを上側から保持するためのヘッド支持プレートと、ヘッド支持プレートを端部で支持すると共に、セットテーブル上に移動可能に設置した位置決め枠体と、位置決め枠体を真空吸着する真空吸着部と、を備え、ヘッド支持プレートには、インクジェットヘッドをヘッドプレートに固定するねじをねじ込むための工具挿入孔が形成されていることを特徴とする。

この場合、位置決め枠体を、セットテーブル上においてＸ軸方向、Ｙ軸方向およびΘ方向に微小移動させる微小移動機構を、更に備えたことが好ましい。

また、ヘッドプレートの位置決め基準、およびインクジェットヘッドの位置決め基準を画像認識する画像認識手段を、更に備えたことが好ましい。

これらの構成によれば、位置決め枠体を真空吸着することにより、ヘッドプレートに位置決めされたインクジェットヘッドが、ヘッド支持プレートを介して不動に保持される。このため、ねじ止め等によりヘッドプレートにインクジェットヘッドを直接締結（本固定）することができ、接着剤等による仮固定を必要としない。したがって、インクジェットヘッドをヘッドプレートに位置精度良くアライメントし、固定することができる。さらに、画像認識された位置決め基準に従って、位置決め枠体を微小移動させることによって、ヘッド支持プレートを介してインクジェットヘッドの微調整を行うことができるため、位置決めを簡単且つ精度良く行うことができる。

この場合、ヘッド支持プレートは、位置決め枠体に支持固定されたプレート本体と、インクジェットヘッドをプレート本体の下面に締結する締結部材と、インクジェットヘッドとプレート本体との間に介設したスペーサーと、を有していることが好ましい。

この構成によれば、スペーサーにより、インクジェットヘッドをヘッドプレートに接触させた状態（押し付けた状態）で、プレート本体に保持させることができる。このため、インクジェットヘッドとヘッドプレートとの間に間隙が生ずることがなく、位置決め枠体の真空吸着からインクジェットヘッドの本固定に至る過程において、インクジェットヘッドの上下方向の動きに基づく位置ずれを回避することができる。

本発明のインクジェットヘッドの組立て方法は、上記のインクジェットヘッドの組立て治具を用いて行うインクジェットヘッドの組立方法であって、インクジェットヘッドを装着したヘッドプレートをセットテーブルにセットするヘッドプレートセット工程と、ヘッド支持プレートを位置決め枠体に取付けるヘッド支持プレート取付け工程と、画像認識しながらヘッド支持プレートを介してインクジェットヘッドを位置決めするヘッド位置決め工程と、位置決め枠体を真空吸着して、位置決め状態のインクジェットヘッドを不動に保持する吸着工程と、不動に保持したインクジェットヘッドを、工具挿入孔からねじをねじ込むことで、ヘッドプレートにねじ止め固定する締結工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、組立て治具を用いてインクジェットヘッドを真空吸着して固定するため、ねじ止めや接着剤による固定のように、部材同士の位置ずれおよびノズル面の異物固着が起こらない。これによって、インクジェットヘッドをヘッドプレートに精度良く且つ簡単に位置決め固定することができる。

インクジェットヘッドの外観斜視図である。 ヘッドプレートの平面図である。 インクジェットヘッドおよびヘッドプレートをセットした組立て治具の外観斜視図である。 インクジェットヘッドおよびヘッドプレートをセットした組立て治具の平面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの組立て方法について説明する。この組立て方法は、インクジェットヘッドをヘッドプレートに位置決め状態で固定するものであり、専用の組立て治具を用いて行われる。そこで先ず、インクジェットヘッドおよびヘッドプレートについて説明し、その後、組立て治具とこれを用いたインクジェットヘッドの組立て方法について説明する。

ヘッドユニット８は、複数（本実施形態では、４つ）のインクジェットヘッド１と、複数のインクジェットヘッド１を搭載したヘッドプレート１０と、で構成されている。また、各インクジェットヘッド１は、本来のインクジェットヘッドの形態を為すヘッド本体７と、ヘッド本体７に対しフランジ上に組み付けたサブプレート６と、で構成されている。ヘッド本体７とサブプレート６とは、予め精度良く（高精度にアライメントされている）組み付けられており、この状態で、本実施形態の組立て治具２０に持ち込まれる。

図１に示すように、各インクジェットヘッド（ヘッド本体７）１は、２インチのインクジェットヘッド１で構成されており、そのノズル面２に相互に平行な複数の吐出ノズル３から成る２列のノズル列４を有している。この場合、２列のノズル列４は、ノズル列方向に１／２ノズルピッチ位置ずれして配設されている。また、インクジェットヘッド（ヘッド本体７）１は、そのフランジを介してサブプレート６に組み付けられている。

サブプレート６は、ヘッド本体７のノズル面２を挿通させる開口部９を有する細長形状の平板プレートであり、開口部９の両外側にはヘッドプレート１０に組み付けるための複数の貫通孔１１と、後述する組立て治具２０（ヘッド支持プレート２３）を装着するための複数の補助ねじ孔１２と、が形成されている。インクジェットヘッド１は、先ずサブプレート６の貫通孔１１を介してヘッドプレート１０に緩くねじ止めされて仮装着される。その後、インクジェットヘッド１は、組立て治具２０に対し、サブプレート６の補助ねじ孔１２を介してねじ止めされ、アライメントが行われる（詳細は後述する）。

図２に示すように、ヘッドプレート１０は、ステンレス等の厚板で角部を面取りした方形に形成されている。ヘッドプレート１０には、複数（本実施形態では４個）のインクジェットヘッド１を取付けるための複数（４つ）の装着開口１３と、後述するカメラユニットによってインクジェットヘッド１の位置決めの主基準として検出される一対のスリット孔１８と、セットテーブル２１に固定するための複数の固定孔１６と、インクジェットヘッド１を組み付けるための複数のねじ孔１９（各インクジェットヘッド１宛て２つ）と、が形成されている。詳細は後述するが、インクジェットヘッド１は、ノズル面２を上向きにして上方から装着開口１３に挿通させ仮装着した状態で、後述する組立て治具２０に組み付けられる。なお、複数の固定孔１６は、ヘッドユニット８を装置に組み込むときにも、用いられる。

各スリット孔１８は、ヘッドプレート１０の長辺方向の両端部に形成され、ノズル列４に直交する方向に延在している。スリット孔１８は、ヘッドプレート１０における他部分に比して薄肉に形成され、縁端（エッジ）が高精度の直線を為す孔底部２９を有している。孔底部２９は、ヘッドプレート１０に対し表裏一方の面から有底のスリット孔１８を形成すると共に、他方の面からスリット孔１８に沿って、スリット孔１８の孔底の一部を除去するように浅溝を形成することにより、孔底の残余の部分として形成されている。詳細は後述するが、一方のスリット孔１８の孔底部２９は、主基準位置としてカメラユニットに画像認識され、インクジェットヘッド１の位置を設定する基準となる。なお、ヘッドプレート１０は、長辺方向において左右対称に形成されており、セットの際に左右の誤りが発生することはない。

図３および図４を参照して、インクジェットヘッド１をヘッドプレート１０に位置決め固定するための組立て治具２０について説明する。
組立て治具２０は、ヘッドプレート１０を上下反転させ、位置決め状態でセットするセットテーブル２１と、ヘッドプレート１０を囲むようにセットテーブル２１上に設置した方形の位置決め枠体２４と、位置決め枠体２４の長辺間に渡すように配設されると共に、インクジェットヘッド１を上側から保持するためのヘッド支持プレート２３と、位置決め枠体２４をセットテーブル２１上において位置調整する微小移動機構２６と、を備えている。また、組立て治具２０は、セットテーブル２１における位置決め枠体２４の設置領域に設けられ、位置決め枠体２４を吸着する真空吸着部２５を備えている。インクジェットヘッド１は、ヘッド支持プレート２３越しに、上方に設置されたカメラユニットに画像認識される。

作業者は、インクジェットヘッド１を装着したヘッドプレート１０をセットテーブル２１上に載置固定する。そして、カメラユニットにより、ヘッドプレート１０における主基準位置（スリット孔１８）の２箇所および一方の長辺の一箇所を検出（画像認識）して位置決めのためのＸ・Ｙ軸とし、この測定原点に基づきインクジェットヘッド１のＸ・Ｙ座標を設定する。設定された座標に合わせ込むべく、インクジェットヘッド１のノズル列４を画像認識しながら、微小移動機構２６によって位置決め枠体２４を位置調整する。位置決め状態のインクジェットヘッド１は、位置決め枠体２４を真空吸着部２５に真空吸引することで、ヘッド支持プレート２３を介して不動に保持される（仮固定）。最後に、仮固定されたインクジェットヘッド１を、ねじ止めによりヘッドプレート１０に締結（本固定）する。

セットテーブル２１は、ステンレス等の厚板で略方形に形成され、中央にはヘッドプレート１０が臨む方形の開口部２８が広く形成されている（図４参照）。セットテーブル２１の両開口縁部には、ヘッドプレート１０を固定するための複数のねじ孔（図示省略）が形成されており、上方からヘッドプレート１０を開口部２８に載せ込み、ねじ止めにより固定する。

一方、セットテーブル２１における位置決め枠体２４の着座部分には、位置決め枠体２４をセットテーブル２１に吸着固定する真空吸着部２５が設けられている。すなわち、真空吸着部２５は、セットテーブル２１における位置決め枠体２４の設置領域を吸着テーブルの構成としたものであり、四周枠状の設置領域には、複数の吸着孔（図示省略）が分布し、これら複数の吸着孔は真空配管（図示省略）を介して真空吸引設備４４に連通している。そして、この真空配管には、真空吸引をＯＮ−ＯＦＦさせる手動バルブ４５が介設されている。作業者は、インクジェットヘッド１を位置調整した後、この手動バルブ４５を操作して、位置決め枠体２４を真空吸着部２５に真空吸引し、位置決め枠体２４、ひいてはインクジェットヘッド１を不動に保持する（仮固定）。

位置決め枠体２４は、ステンレス等の厚板で形成された方形状の枠体であり、ヘッド支持プレート２３を端部で支持すると共に、ヘッドプレート１０から外れた位置においてセットテーブル２１上に設置されている。位置決め枠体２４の下面は、真空吸着部２５により良好に吸着されるべく、平坦に且つ平滑に形成されている。また、位置決め枠体２４の上面には、ヘッド支持プレート２３を固定するための複数のねじ孔が形成されている。そして、位置決め枠体２４は、上記の微小移動機構２６によりＸ軸方向（図示の左右方向）、Ｙ軸方向（図示の前後方向）、およびΘ方向に微調整され、ヘッド支持プレート２３を介してインクジェットヘッド１の位置を調整する。

ヘッド支持プレート２３は、ノズル面２を上向きにしたインクジェットヘッド１を遊嵌する複数（図示では４つ）の認識開口３６を有するプレート本体３３と、サブプレート６（インクジェットヘッド１）をプレート本体３３の下面に締結する左右の締結ねじ（締結部材）３４と、サブプレート６とプレート本体３３との間に介設した左右一対のスペーサー（図示省略）と、を有している。この場合、各締結ねじ３４は、プレート本体３３の上側からプレート本体３３およびスペーサーを貫通し、サブプレート６の補助ねじ孔１２に螺合する。インクジェットヘッド１は、プレート本体３３により上側から押さえ付けられるようにして（プレート本体３３が僅かに湾曲する）、所定の位置に仮装着される。なお、ヘッド支持プレート２３は、インクジェットヘッド１と同数の認識開口３６を有しており、全てのインクジェットヘッド１の位置決めを完了させるまでプレート本体３３を組替える必要がないため、効率良く位置調整を行うことができる。

プレート本体３３は、ステンレス製の方形状の平板で、位置決め枠体２４にその両端をねじ止めにより支持されている。プレート本体３３は、ヘッドプレート１０の４つの装着開口１３を覆うと同時に、サブプレート６の外側の貫通孔１１を逃げる程度の幅に形成されている。また、プレート本体３３には、各装着開口１３内側に設けられた貫通孔１１に合致するように工具挿入孔１５が設けられている。すなわち、インクジェットヘッド１をヘッドプレート１０に本固定するためのねじ（図示省略）は、プレート本体３３と外側とこの工具挿入孔１５からねじ込まれる。認識開口３６は、セットテーブル２１上にセットされたインクジェットヘッド１のノズル面２を上方から画像認識するために形成されている。また、左右の締結ねじ３４は、インクジェットヘッド１をねじ止めするために認識開口３６の両外側に設置されている。

スペーサーは、インクジェットヘッド１（サブプレート６）とプレート本体３３との間に介設され、インクジェットヘッド１を上下方向に位置規制する。実際のスペーサーは、サブプレート６とプレート本体３３との間隙寸法よりわずかに長く形成されており、プレート本体３３は上側にわずかに湾曲する。これにより、インクジェットヘッド１がヘッドプレート１０に押し付けられた状態となり、仮固定されたインクジェットヘッド１の上下方向の位置ブレを防ぎ、精度良くヘッドプレート１０に本固定することができる。

カメラユニットは、座標設定のためにヘッドプレート１０を画像認識する他、ヘッド支持プレート２３越しに、ノズル面２の位置決め基準を画像認識するものであり、セットテーブル２１の上方に設置されている。カメラユニットは、セットテーブル２１にセットされたヘッドプレート１０における主基準位置を検出し、この検出結果を基にインクジェットヘッド１の位置座標を作成する。この座標に位置合わせするように、インクジェットヘッド１のノズル面２を画像認識しながら、位置の微調整が行われる。なお、カメラユニットは、複数台のカメラを有していることが好ましい。

微小移動機構２６は、位置決め枠体２４に外側から突き当てるように組み込んだ複数（３個）の調整ブロック３７と、各調整ブロック３７に突き当てるように設置された複数（３個）のマイクロヘッド３８と、各マイクロヘッド３８に対して複数（３個）設置された戻しばね３９と、により構成されている。各調整ブロック３７は、セットテーブル２１上に取り付けられたベースプレート４６上に回動自在に設置され、その先端には、位置決め枠体２４を押し込む回転ローラー（ローラーフォロア）４７が取り付けられている。マイクロヘッド３８は、位置決め枠体２４の長辺の外側に設置された第１マイクロヘッド３８ａと、位置決め枠体２４の短辺の外側に離間して設置された第２および第３マイクロヘッド３８ｂ，３８ｃと、で構成されている。戻しばね３９は、位置決め枠体２４の長辺に設置された第１および第２戻しばね３９ａ，３９ｂと、位置決め枠体２４の短辺に設置された第３戻しばね３９ｃと、で構成されている。

この場合、位置決め枠体２４は、第２および第３マイクロヘッド３８ｂ，３８ｃと、第３戻しばね３９ｃとの協働により、第１マイクロヘッド３８ａの回転ローラー４７にガイドされてＸ軸方向に微小移動し、Ｘ軸方向に位置決めされる。同様に、位置決め枠体２４は、第１マイクロヘッド３８ａと、第１および第２戻しばね３９ａ，３９ｂとの協働により、第２および第３マイクロヘッド３８ｂ，３８ｃの回転ローラー４７にガイドされてＹ軸方向に微小移動し、Ｙ軸方向に位置決めされる。また、位置決め枠体２４は、第２および第３マイクロヘッド３８ｂ，３８ｃと、第１および第２戻しばね３９ａ，３９ｂとの協働により、第１マイクロヘッド３８ａの回転ローラー４７を中心にΘ方向に微小回転し、Θ方向に位置決めされる。このようにして、カメラユニットの認識結果を参酌しながら、微小移動機構２６を回転操作し、位置決め枠体２４をＸ軸、Ｙ軸、Θ軸方向に微調整することにより、ヘッド支持プレート２３を介してインクジェットヘッド１のアライメントが行われる。

ここで、組立て治具２０を用いた、ヘッドプレート１０におけるインクジェットヘッド１の組立て方法について説明する。
この組立て方法は、インクジェットヘッド１を装着したヘッドプレート１０をセットテーブル２１にセットするヘッドプレートセット工程と、ヘッド支持プレート２３を位置決め枠体２４に取付けるヘッド支持プレート取付け工程と、画像認識しながらヘッド支持プレート２３を介してインクジェットヘッド１を位置決めするヘッド位置決め工程と、位置決め枠体２４を真空吸着して、位置決め状態のインクジェットヘッド１を不動に保持する吸着工程と、不動に保持したインクジェットヘッド１を、ヘッドプレート１０にねじ止め固定する締結工程と、を備える。

ヘッドプレートセット工程では、先ず、インクジェットヘッド１のノズル面２を上向きにしてヘッドプレート１０の装着開口１３に上側から挿入し、サブプレート６の貫通孔１１からヘッドプレート１０のねじ孔１９に緩くねじ止めして仮装着する。このヘッドプレート１０をセットテーブル２１に載置し、固定孔１６でねじ止め固定する。続いて、ヘッド支持プレート取付け工程では、ヘッド支持プレート２３を、ヘッドプレート１０の全ての装着開口１３を覆うようにして、位置決め枠体２４上に掛け渡してねじ止め固定する。さらに、締結ねじ３４およびスペーサーにより、各インクジェットヘッド１をヘッド支持プレート２３にねじ止めしておく。

ヘッド位置決め工程は、先ず、セットされたヘッドプレート１０におけるスリット孔１８の孔底部２９の離間した２箇所、およびこれに直交するヘッドプレート１０の１辺の１箇所を画像認識することにより、ヘッドプレート１０を認識する。計３箇所の画像認識結果に基づいて、Ｘ軸およびＹ軸を設定し、ヘッドプレート１０におけるインクジェットヘッド１のＸ・Ｙ座標を作成する（図４参照）。作成したＸ・Ｙ座標に基づいて、インクジェットヘッド１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびΘ方向に位置合わせするため、カメラユニットでノズル面２を画像認識しながら、微小移動機構２６のマイクロヘッド３８を調節して位置決め枠体２４を微小移動させる。位置決め枠体２４の移動に伴い、ヘッド支持プレート２３を介してインクジェットヘッド１の位置が微調整される。

インクジェットヘッド１の位置調整が完了した後、位置決め枠体２４を真空吸引して真空吸着部２５に吸着固定させる（吸着工程）。これにより、位置決め枠体２４と共にヘッド支持プレート２３が完全に固定され、これに伴い、ヘッド支持プレート２３によって上側から押さえ付けられたインクジェットヘッド１も、位置決め状態で完全に不動に保持される（仮固定）。そして、仮固定されたインクジェットヘッド１を工具挿入孔１５からねじ止めすることによって、最終的にインクジェットヘッド１がヘッドプレート１０に固定される（本固定）。最後に、固定されたインクジェットヘッド１における左右の締結ねじ３４を緩めねじ止め状態を解除する。このようにして、１のインクジェットヘッド１の組立て作業が完了する。続いて、他の３つのインクジェットヘッド１についても、上記ヘッド位置決め工程において１つずつ位置決めを行い、組立て作業を行う。

以上の構成によれば、ねじ止め等によりヘッドプレート１０にインクジェットヘッド１を直接締結することができ、接着剤等による仮固定を必要としないため、インクジェットヘッド１を簡単且つ精度良くアライメントし、固定することができる。また、ヘッドプレート１０自体を位置合わせの基準とするため、位置基準として高精度に作製された基準ピンが不要となり、部品点数を減らすことによってコストを低減させることができる。

１…インクジェットヘッド １０…ヘッドプレート ２０…組立て治具 ２１…セットテーブル ２３…ヘッド支持プレート ２４…位置決め枠体 ２５…真空吸着部 ２６…微小移動機構 ３３…プレート本体 ３４…締結ねじ

Claims (5)

1. 開口を形成したヘッドプレートに、前記開口に挿通させたインクジェットヘッドを位置決め状態で固定するためのインクジェットヘッドの組立て治具であって、
   前記ヘッドプレートをセットするためのセットテーブルと、
   前記開口の開口縁部に着座させた前記インクジェットヘッドを上側から保持するためのヘッド支持プレートと、
   前記ヘッド支持プレートを端部で支持すると共に、前記セットテーブル上に移動可能に設置した位置決め枠体と、
   前記位置決め枠体を真空吸着する真空吸着部と、を備え、
   前記ヘッド支持プレートには、前記インクジェットヘッドを前記ヘッドプレートに固定するねじをねじ込むための工具挿入孔が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの組立て治具。
2. 前記位置決め枠体を、前記セットテーブル上においてＸ軸方向、Ｙ軸方向およびΘ方向に微小移動させる微小移動機構を、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの組立て治具。
3. 前記ヘッドプレートの位置決め基準、および前記インクジェットヘッドの位置決め基準を画像認識する画像認識手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの組立て治具。
4. 前記ヘッド支持プレートは、前記位置決め枠体に支持固定されたプレート本体と、
   前記インクジェットヘッドを前記プレート本体の下面に締結する締結部材と、
   前記インクジェットヘッドと前記プレート本体との間に介設したスペーサーと、を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの組立て治具。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの組立て治具を用いて行うインクジェットヘッドの組立方法であって、
   前記インクジェットヘッドを装着した前記ヘッドプレートを前記セットテーブルにセットするヘッドプレートセット工程と、
   前記ヘッド支持プレートを前記位置決め枠体に取付けるヘッド支持プレート取付け工程と、
   画像認識しながら前記ヘッド支持プレートを介して前記インクジェットヘッドを位置決めするヘッド位置決め工程と、
   前記位置決め枠体を真空吸着して、位置決め状態の前記インクジェットヘッドを不動に保持する吸着工程と、
   不動に保持した前記インクジェットヘッドを、前記工具挿入孔からねじをねじ込むことで、前記ヘッドプレートにねじ止め固定する締結工程と、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの組立て方法。

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