部品接合装置及び液滴吐出ヘッド製造装置及び部品接合方法
【課題】容易に高精度な加圧接着接合を行うことが可能な技術の提供。
【解決手段】第１，第２の部品２，３を各々保持する第１，第２保持手段８，９と、各部品２，３を接触及び加圧する加圧手段と、基準となる一方の部品に対して他方の部品を接触及び加圧した状態でその姿勢を一旦保持する倣い保持手段２４と、各部品２，３に設けられたアライメントマークに基づいて相対的な位置合わせを行うアライメント手段とを有し、基準となる一方の部品に対して他方の部品を加圧手段により第１の圧力で接触させ、各接合面が互いに密着した状態で倣い保持手段２４により各部品２，３を一旦保持し、各部品２，３が接触した状態でアライメント手段により各部品２，３の相対的な位置合わせ後、倣い保持手段２４を解除した後、基準となる一方の部品に対して他方の部品を加圧手段により第１の圧力より大きい圧力で接触させ、接着剤を介した状態で各部品２，３を接合する。
【解決手段】第１，第２の部品２，３を各々保持する第１，第２保持手段８，９と、各部品２，３を接触及び加圧する加圧手段と、基準となる一方の部品に対して他方の部品を接触及び加圧した状態でその姿勢を一旦保持する倣い保持手段２４と、各部品２，３に設けられたアライメントマークに基づいて相対的な位置合わせを行うアライメント手段とを有し、基準となる一方の部品に対して他方の部品を加圧手段により第１の圧力で接触させ、各接合面が互いに密着した状態で倣い保持手段２４により各部品２，３を一旦保持し、各部品２，３が接触した状態でアライメント手段により各部品２，３の相対的な位置合わせ後、倣い保持手段２４を解除した後、基準となる一方の部品に対して他方の部品を加圧手段により第１の圧力より大きい圧力で接触させ、接着剤を介した状態で各部品２，３を接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置の記録ヘッド等の、基材の表面に接合部を有する部品同士を接合する部品接合装置及び部品接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄片からなる部品同士を接合して製品とするものの一つとして、インク吐出用ノズル、いわゆるインクジェット方式の印字ヘッドが挙げられる。このインクジェット方式の印字ヘッドは、インク液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルの裏側に位置するインク溜まりの容積を圧力によって変化させるための電気機械式変換素子や発熱抵抗体等のアクチュエータを主要構成として備えており、記録信号に応じて選択された位置のアクチュエータが駆動されることにより、インク溜まりを圧縮させてインクをノズルから吐出させるように構成されている。
【０００３】
このような印字ヘッドの構成の一つとして、基板上に並べて設けられた複数の圧電素子と、各圧電素子に接合されている振動板と、インクを貯留し振動板の変位により容積変化を生じることで貯留室内の圧力を変化させる圧力室を備えた流路板と、圧力室を挟んで振動板と対向してインク吐出口を有するノズル板とを備えた構成が挙げられる。このような構成を備えた印字ヘッドでは、高密度及び高品質の記録を行うためにヘッドを構成している微細な構成部品の精度を個々に高めなければならないと共に、ノズル板、振動板、圧電素子等の各微細部品を接合して組み立てるときの組立精度（部品相互の位置精度すなわち接合精度）を高めなければならない。特に、組み立ての中でも振動板の変位部と流路板の位置精度、ノズル板と流路板及び振動板で構成される液室部品の位置精度を高めなければ、インクの吐出速度が低下する等により画像品質が低下してしまう。従って、上述のようなインクジェットヘッドを構成している２つの微細部品を自動的に接合する組立装置を構成しようとする場合、２つの微細部品の位置合わせ精度を向上することが要求される。
【０００４】
そこで、アライメントピンをピン挿通穴に挿通し、ピン保持プレートと仲介プレートとを接合し、基準マークと第２アライメントマークとに基づいて仲介プレートに対しアライメントプレートを位置決めした状態で接合してアライメント治具を用い、フランジ部に位置決めプレートを配置した状態で位置決め穴にアライメントピンを挿通して位置決め部材とアライメント治具との位置決めを行い、基準ノズル開口と第１のアライメントマークとの平面位置を合わせて単位ヘッドとアライメント治具との位置決めを行うことにより、フランジ部に位置決めプレートを固定して位置決めする技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。また、接合される上ステージ上の部品と下ステージ上の部品において加圧時のずれを測定し、面傾斜設定手段は両方のステージ間のギャップや荷重の測定と合わせて傾斜具合を積極的に利用して位置ずれを緩和するように決定し、この傾斜の補正結果を基に面傾斜補正手段により上ステージ面と下ステージ面の傾きを調整してから再加圧するように構成し、面傾斜補正手段として４個のＰＺＴステージ等を用いる技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし「特許文献１」に開示された技術では、アライメントピンとピン挿通穴とにクリアランスがないとピンを挿入することができず、このクリアランスを大きくするとアライメント精度が出ないという問題点があり、できるだけクリアランスを小さくしようとしても組み立てのことを考慮するとアライメント精度は５μｍが限界となり、接合後の位置ずれも同程度となる。また「特許文献２」に開示された技術では、本加圧時に上ステージ面と下ステージ面とは必ずしも平行とはならないために結果としては接合面での均一な荷重がかからないこととなり、インクを完全に止めるという観点から接合信頼性を高めることができないという問題点がある。また、面傾斜設定手段で設定する補正量は逐次フィードバックされなければならず、フィードバックを随時行うためにはゆっくりとした荷重プロファイルでなだらかに加圧していく必要があり、このように複雑な制御が求められるという問題があり、さらに面傾斜設定手段での計測等に要する時間や面傾斜を補正するために要する時間もかかり、タクトタイムが伸びてしまうという問題点もある。
【０００６】
本発明は上述の問題点を解消し、部品同士を第１の圧力（弱圧）で圧接させて倣わせることで平行度調整を行う方法において、一旦その状態で倣い保持するのでそのまま部品を離間させずにアライメントするために高精度で接合位置の調整を行うことができ、倣い保持状態を解除してから接着剤を介して第２の圧力（強圧）で部品同士を加圧することにより、加圧力を増加させても部品同士の平行度が維持されるので加圧位置ずれが生じることなく、結果として容易に高精度な加圧接着接合を行うことが可能な技術の提供を目的とする。このような接合を行うことにより、加圧接合後の位置ずれは１μｍ以内とすることができ、さらに加圧中の接合面同士の平行度調整を容易に行うことができるので均一荷重による接合を行うことができ、接着剤膜厚の均一な高い接合品質を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、互いに接合され少なくとも一方の接合面に接着剤が塗布される第１の部品及び第２の部品をそれぞれ保持する第１の保持手段及び第２の保持手段と、前記各部品を接触及び加圧する加圧手段と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧した状態でその姿勢を一旦保持する倣い保持手段と、前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行うアライメント手段とを有し、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力で接触させ、前記各接合面が互いに密着した状態で前記倣い保持手段により前記各部品を一旦保持し、前記各部品が接触した状態で前記アライメント手段により前記各部品の相対的な位置合わせを行い、位置合わせ後に前記倣い保持手段を解除した後、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力よりも大きな第２の圧力で接触させ、前記接着剤を介した状態で前記各部品を接合することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の部品接合装置において、さらに第１の保持手段及び第２の保持手段は第１の部品及び第２の部品を保持する真空吸着手段及び保持を解除する解除手段をそれぞれ有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の部品接合装置において、さらに前記アライメント手段は、前記各アライメントマークの相対的な位置ずれを検出する位置検出手段と、前記各部品の位置合わせ調整を行う位置調整手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の部品接合装置において、さらに前記加圧手段は位置及び荷重の制御が可能であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の部品接合装置において、さらに前記倣い保持手段は、第２の保持手段と一体的に設けられた凸球面を有する球面部材と、前記凸球面を受ける凹球面を有する軸受部材と、前記軸受部材を受ける凹球面を有する受け部材と、第２の保持手段の姿勢を保持及び解除可能なロック手段とを有し、前記加圧手段により前記各部品を第１の圧力で互いに接触及び加圧させた際に、前記各部品の倣い動作によって第２の保持手段が変位して前記各部品の平行度が調整されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品が振動板と流路板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品がノズル及び流路板を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、互いに接合される第１の部品及び第２の部品の少なくとも一方に２種類の接着剤を塗布する工程と、前記各部品を互いに対向するように第１の保持手段及び第２の保持手段で保持する工程と、前記各部品を互いに接触させた後に弱圧にて加圧する工程と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧して前記各部品が互いに密着した状態でこの姿勢を保持する工程と、前記各部品を接触させたまま前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行う工程と、位置合わせ後に前記各部品の密着状体を一旦解除した後に前記各部品を第１の接着剤を用いて強圧下で加圧接合する工程と、強圧下で加圧接合された前記各部材を紫外線硬化型の第２の接着剤により仮固定する工程とを有し、前記各部品を第１及び第２の接着剤を介した状態で接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弱圧である第１の圧力下で倣い動作により第１の部品と第２の部品との平行度を合わせた後にこの状態を一時的に保持し、各部品を離間させることなく位置合わせを行うことにより各部品の平行度が調整され、各部品の接合面に均一な荷重が作用した状態で位置合わせを行うことができるので、精度よく位置調整を行うことができる。さらに位置合わせが完了した後、保持状態の解除後に強圧である第２の圧力で各部品を加圧接合することにより、加圧が徐々に増加することで加圧手段の撓み等により第２の固定ベースが傾いたとしても、第１の部品に対して第２の部品が倣うことで絶えず平行度を維持することができるため、加圧中の位置ずれや各部品に不均一な荷重がかかることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を採用した部品接合装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における部品接合装置による第１の部品と第２の部品との接合動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる部品接合装置の要部概略図である。
【図４】本発明の一実施形態を用いて作成される液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられる第２の部品を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる第１の部品を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる第１の部品及び第２の部品が重ねられた状態を示す概略図である。
【図８】本発明の一実施形態における第１の部品と第２の部品との中心位置間の位置誤差量を説明する概略図である。
【図９】本発明の一実施形態における厚さｈの粘弾性体（粘度ｋ）を間に挟んだ上下２枚の面積Ａの平面が相対速度Ｕで運動するときに発生する力Ｆを説明する概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態における加圧手段による加圧中に第２の固定ベースの剛性に起因する変形が生じた際の倣い保持手段の状態を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態を適用可能なサイドシュータ方式の記録ヘッドの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図４ないし図６は、本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドであるピエゾ（ＰＺＴ）方式印字ヘッドの概略構成を示している。図４に示すようにピエゾ方式印字ヘッド４１は、駆動ユニット４３及びこれに接合した液室ユニット４２を備えている。駆動ユニット４３は、ＰＺＴベース５５上に複数の圧電素子駆動部５４ａ及び支柱部５４ｂを交互に配設してなり、圧電素子駆動部５４ａ及び支柱部５４ｂはそれぞれ所定の間隔となるようにＰＺＴベース５５上に接合されている。
【００１８】
液室ユニット４２は、インク液滴を吐出する複数のノズル５８を有するノズル板５１と、図５に示すように各ノズル５８に対応して形成された複数の液室５７を有する流路板５２と、図６に示すように各液室５７に対応しかつ圧電素子駆動部５４ａの振動を各液室５７に伝える振動板５３とから構成されている。ノズル板５１と流路板５２及び流路板５２と振動板５３とは、流路板５２の上下面に塗布された接着剤５６を介して接合されている。液室ユニット４２には、図示しないインク供給機構により供給されたインクが各液室５７に供給される。駆動ユニット４３の各圧電素子駆動部５４ａ及び支柱部５４ｂの上面は、接着剤５６を介して液室ユニット４２の下面に接着接合されており、圧電素子駆動部５４ａを選択的に駆動することによって液室ユニット４２のノズル５８からインク液滴が吐出される。
【００１９】
上述の構成より、高品質の印字ヘッドを提供するためには、液室ユニット４２を構成するノズル板５１と流路板５２、及び流路板５２と振動板５３、そして液室ユニット４２と駆動ユニット４３とを、接着剤５６を介して高精度で接合する必要がある。しかし部品同士の接合においては、各部品間に塗布された接着剤の厚みのばらつきや部品の表面性状等により、各部品を保持する保持手段間において相対的な傾斜に差異が生じた場合に、水平面内での接着剤の速度勾配にばらつきが生じて部品の加圧位置にずれが生じてしまう。
【００２０】
図９（Ａ）に示すように、厚さｈの粘弾性体（粘度ｋ）を間に挟んだ上下２枚の面積Ａの平面が相対速度Ｕで運動するときに発生する力Ｆは、Ｆ＝ｋＡＵ／ｈである。すなわち、接合加圧により接着剤に垂直方向の力が加わると、接着剤が押しつぶされると同時に水平方向へと広がり、その広がるときの粘弾性体内の速度勾配（Ｕ／ｈ）に比例して、上部品あるいは下部品を横方向へと動かそうとする力Ｆが発生する。これを水平面全体で考えた場合、水平面全体での合力がそれぞれの部品にかかる力となる。
【００２１】
また、図９（Ｂ）に示すように上下２枚の平面間に相対的な傾きがある（ｈ１２＜ｈ０２）場合、左側の速度勾配（Ｕ１２／ｈ１２）が右側の速度勾配（Ｕ０２／ｈ０２）よりも大きくなり、左方向の力ΔＦｃが部品に作用することとなる。このときに部品に作用する左方向の力ΔＦｃは、ΔＦｃ＝Ｆ０２−Ｆ１２＝ｋＡ２（Ｕ０２／ｈ０２−Ｕ１２／ｈ１２）となる。
【００２２】
同様に、上下部品間の相対的な傾きが調整されると、加圧によって左側の速度勾配と右側の速度勾配とを同等の状態とすることにより左右それぞれにかかる力が等しくなり、部品を特定方向へと動かそうとする力が発生せずに部品の位置ずれを防止することができる。このことは、加圧時に上下部品間の面傾斜を相対的に傾斜させないようにすることで、接着剤の流動の不均質性により発生する水平方向の力を抑制でき、位置ずれの発生を防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の一実施形態を示す部品接合装置の構成について説明する。以降、上述した振動板５３を第１の部品２とすると共に流路板５２を第２の部品３とし、両者を接合する部品接合装置１は各部品２，３のそれぞれに設けられた位置検出基準であるアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて各部品２，３の位置調整を行う。
【００２４】
図１及び図３は部品接合装置１に第１の部品２と第２の部品３とが供給された状態を示しており、第１の部品２は第１の固定ベース６に固定された第１の保持手段８によって真空吸着されて保持され、図示しない解除手段によって吸着解除される。同様に、第２の部品３は第２の固定ベース７に固定された第２の保持手段９によって真空吸着されて保持され、図示しない解除手段によって吸着解除される。第１の固定ベース６は部品接合装置１の装置本体１７に固定されている。
【００２５】
図５に示すように第２の部品３の両端には位置検出用のアライメントマーク５ａ，５ｂが形成されており、図６に示すように第１の部品２の両端にも位置検出用のアライメントマーク４ａ，４ｂが形成されている。アライメントマーク４ａ，４ｂは貫通穴によって形成されており、図７に示すようにアライメントマーク４ａ，４ｂを透してアライメントマーク５ａ，５ｂを検出することが可能に構成されている。
【００２６】
図１に示すように部品接合装置１には、アライメントマーク４ａ，４ｂとアライメントマーク５ａ，５ｂとの相対的な位置ずれを検出する位置検出手段１６と、各部品２，３の相対的な位置合わせを行う位置調整手段としてのＸＹθ方向に移動可能なアライメントステージ１４と、加圧手段１５とが設けられている。位置検出手段１６は２視野以上を有する撮像手段であって第１の保持手段８の上部に配置されており、各部品２，３の加圧接合前であって両者間に僅かな間隙を有する状態及び加圧接合後であって両者が完全に密着した状態の何れにおいても、アライメントマーク４ａ，４ｂを介してアライメントマーク５ａ，５ｂを検出可能に構成されている。第１の保持手段８はその中央部に透視窓（貫通穴）を有しており、第１の保持手段８の直下に吸着保持された各部品２，３は僅かな間隙を設けて配置され、位置検出手段１６はアライメントマーク４ａ，４ｂを透してアライメントマーク５ａ，５ｂを検出する。
【００２７】
アライメントステージ１４は、図示しない駆動手段によって駆動されることにより、第２の保持手段９によって保持された第２の部品３を図１において左右方向及び紙面方向及び鉛直軸を中心とした回転方向にそれぞれ移動させる。アライメントステージ１４は位置検出手段１６による検出結果に応じて駆動され、アライメントステージ１４と位置検出手段１６とによって各部品２，３の相対的な位置合わせを行うアライメント手段が構成されている。加圧手段１５は電気的に制御されるエアシリンダ等のアクチュエータによって構成されており、数十ｍｍのストロークを要するエアベアリングによって案内されて駆動され、連続的な荷重を発生可能に構成されている。また、内蔵された荷重検出手段によって荷重制御が可能であると共に、内蔵された位置検出手段によって位置制御可能に構成されている。
【００２８】
次に、図３を用いて本発明の倣い保持手段を説明する。倣い保持手段２４は、第２の固定ベース７と一体的に設けられた凸球面２５を有する球面部材２６と、凸球面２５を受ける凹球面２７を有する軸受部材２９と、軸受部材２９を受ける凹球面を有する受け部材２８とを有している。球面部材２６は、エアフローティング機構を備えた軸受部材２９を介して凸球面２５が凹球面２７に沿って移動自在に構成されており、この移動により各部品２，３が当接された際に両者間の平行度が自動的にほぼ合致するように構成されている。凹球面２７への給気は給気ポート３４から供給される圧縮空気によって行われ、これによりエアフローティング機構を構成している。
【００２９】
また、球面部材２６及び軸受部材２９及び受け部材２８をそれぞれ貫通してシリンダ３０及びその内部に空気圧によって上下動自在に設けられたピストン３１が配置されており、ロックポート３２にエアを供給することによりピストン３１が下方に移動されてピストン３１を介して受け部材２８に対して球面部材２６の位置及び姿勢がロックされ、フリーポート３３にエアを供給することによりピストン３１が上方に移動されてロックが解除されることにより球面部材２６が受け部材２８に対して自由に倣うように構成されている。このロックポート３２及びフリーポート３３によってロック手段３６が構成されている。このとき、第１の部品２は真空ポート１２から図示しない真空ポンプによって真空引きされ第１の保持手段８の真空吸着孔１０によって吸着保持されている。また、第２の部品３も真空ポート１３から図示しない真空ポンプによって真空引きされ第２の保持手段９の真空吸着孔１１によって吸着保持されている。真空ポート３５は図示しない真空ポンプに接続されており、この真空ポンプの作動によって凸球面２５と凹球面２７とを真空吸着により、ロック手段３６による保持力よりも弱い保持力で保持可能に構成されている。倣い保持手段２４におけるロック手段としては、上述したロック手段３６も使用しても真空ポート３５を用いる真空吸着機構を用いてもよい。
【００３０】
次に、各部品２，３をそれぞれ保持する各保持手段８，９の平行度調整動作について説明する。先ず、フリーポート３３にエアを供給して球面部材２６を受け部材２８に対して自由な状態とし、この状態より加圧手段１５を作動させて第２の保持手段９を上昇させる。この上昇により第２の部品３が第１の部品２に押圧され、第２の部品３が第１の部品２に倣うように、すなわち第２の部品３と第１の部品２との間の平行度がほぼ揃うように倣わせられる。この倣い動作後にロックポート３２にエアが供給され、上述のように平行度が調整された状態にて球面部材２６を軸受部材２９に対して一時的に保持することができる。球面部材２６は第２の固定ベース７を介して第２の部品３と一定の位置関係に保持されていることから、球面部材２６の保持により第１の部品２と第２の部品３との平行度も調整された状態で保持されることとなる。
【００３１】
上述した構成を備えた部品接合装置１における、第１の部品２と第２の部品３とを位置調整しつつ接合する動作を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
先ず、第２の部品３に２種類の接着剤を塗布する（ＳＴ０１）。ここで、１つは各部品２，３を接合するための第１の接着剤であり、他の１つは各部品２，３を仮固定するための第２の接着剤である。第１の接着剤としては硬化するまでに時間のかかるエポキシ系接着剤が適しており、これは第２の部品３の全面に均一となるように塗布される。第２の接着剤としては紫外線を照射することによって瞬時に硬化するＵＶ接着剤が適しており、これは第２の部品３の４隅に塗布される。
【００３３】
次に、第１の保持手段８によって真空吸着することにより第１の部品２を第１の固定ベース６の所定位置に固定すると共に、第２の保持手段９によって真空吸着することにより第２の部品３を第２の固定ベース７の所定位置に固定する（ＳＴ０２）。そして、フリーポート３３にエアを供給し、受け部材２８に対して球面部材２６を自由に移動可能な状態とする。
【００３４】
次に、各部品２，３が僅かな間隙を介して対向配置されるように加圧手段１５を作動させて第２の部品３を第１の部品２に近接させ、各部品２，３が近接した状態で位置検出手段１６によってアライメントマーク４ａ，４ｂを検出して第１の部品２のセンター座標（Ｘｓ，Ｙｓ，θｓ）を、画像処理システムを備えた図示しない制御手段によって算出する。この算出されたセンター座標に対して第２の部品３の初期位置を変更し、アライメントマーク４ａ，４ｂを介してアライメントマーク５ａ，５ｂを確実に検出可能となる位置に第２の部品３を粗調整した後、アライメントマーク４ａ，４ｂを介してアライメントマーク５ａ，５ｂを位置検出手段１６によって検出し、第２の部品３のセンター座標（Ｘｒ，Ｙｒ，θｒ）を図示しない制御手段によって算出する。そして、各センター座標同士の位置ずれ量（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）が規定値を外れていれば、アライメントステージ１４によって第２の部品３のアライメント調整を行う（ＳＴ０３）。
【００３５】
次に、加圧手段１５の作動により第２の部品３を上昇させ、弱い荷重である第１の圧力（例えば５Ｎ）で第２の部品３を第１の部品２に接触させる。この状態において、倣い保持手段２４の作用により第２の部品３は第１の部品２に対してほぼ平行となるように倣わせられる。この倣い動作後にロックポート３２にエアが供給され、各部品２，３の平行度が調整された状態にて球面部材２６が受け部材２８に対して一時的に保持される（ＳＴ０４）。球面部材２６は第２の固定ベース７を介して第２の部品３と一定の位置関係となるように保持されていることから、球面部材２６の保持によって各部品２，３間の平行度も調整された状態に維持されることとなる。
【００３６】
そして２視野系の場合には、図８に示すように各アライメントマーク４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのそれぞれの中心を検出してから、各アライメントマーク４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂから演算される各中心位置、すなわち水平面内での第１の部品２のセンター座標（Ｘｓ，Ｙｓ，θｓ）及び水平面内での第２の部品３のセンター座標（Ｘｒ，Ｙｒ，θｒ）を求め、それぞれの中心位置が合致するように各部品２，３の中心位置間の位置誤差量（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）を、（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）＝（Ｘｓ，Ｙｓ，θｓ）−（Ｘｒ，Ｙｒ，θｒ）により演算し、第１の部品２を基準に第２の部品３をアライメントステージ１４を用いて補正する（ＳＴ０５）。本実施形態では、第１の部品２の位置を基準として第２の部品３の水平面内における位置をＸ方向、Ｙ方向、θ方向において補正しているが、これとは逆に第２の部品３の位置を基準として第１の部品２側の位置を補正してもよい。
【００３７】
次に、倣い保持手段２４による保持を解除し（ＳＴ０６）、その後第１の圧力よりも強い荷重である第２の圧力（例えば１００Ｎ）で第２の部品３を第１の部品２に接触させる。このとき、加圧時に作用する力により第２の固定ベース７の剛性に起因する変形が生じても、倣い保持手段２４の保持が解除されているので第２の固定ベース７は第１の固定ベース６に倣うことが可能となり（ＳＴ０７）、加圧中において各固定ベース６，７間の相対的な傾きが発生しない。このように、加圧中にも各部品２，３の平行度調整を行うことにより接着剤の大きな流動が発生せず、滑動による位置ずれの発生が防止される。また、各部品２，３の接合状態が均一で良好な状態であるため、接合品質を確保することができる。
【００３８】
その後、接合された各部品２，３に紫外線を照射し、第２の部品３の４隅に塗布された第２の接着剤を硬化させる（ＳＴ０８）。これにより各部品２，３が仮接合され、加圧状態を解除しても仮接合状態を保持することができる。そして、部品接合装置１から仮接合された各部品２，３を取り出す（ＳＴ０９）。この一連の動作により、部品接合装置１を用いた第１の部品２と第２の部品３との接合動作が完了する。
【００３９】
上述の構成により、弱圧である第１の圧力下で倣い動作により各部品２，３の平行度を合わせた後にこの状態を一時的に保持し、各部品２，３を離間させることなく位置合わせを行うことにより各部品２，３の平行度が調整され、各部品２，３の接合面に均一な荷重が作用した状態で位置合わせを行うことができるので、精度よく位置調整を行うことができる。さらに位置合わせが完了した後、保持状態の解除後に強圧である第２の圧力で各部品２，３を加圧接合することにより、加圧が徐々に増加することで加圧手段１５の撓み等により第２の固定ベース７が傾いたとしても、第１の部品２に対して第２の部品３が倣うことで絶えず平行度を維持することができるため、加圧中の位置ずれや各部品２，３に不均一な荷重がかかることを防止することができる。これにより、接着接合において均一な膜厚による高信頼性を有する接合が可能となる。また、倣い保持手段２４の解除手段は電磁弁の動作のみによる簡単なシーケンスであるので、タクトタイムの増加を防止することができる。
【００４０】
図１０は、図２のステップＳＴ０７において加圧手段１５による加圧中に第２の固定ベース７の剛性に起因する変形が生じた際の、倣い保持手段２４の状態を示す図である。同図に示すように、撓みに起因する変形により角度θだけ傾斜が生じた場合であっても、球面部材２６の凸球面２７と球面軸受２９の凹球面２７との間がエアフローティング機構によって回転自在であるため、傾斜を戻して各部品２，３の平行度調整を行うことが可能である。
【００４１】
上記実施形態では、第１の部品２を振動板５３、第２の部品３を流路板５２としたが、第１の部品をノズル板５１とすると共に第２の部品が流路板５２を含む部品とし、これ等を位置調整して加圧接合する場合には、図４に示すようにノズル板５１にアライメントマーク４ａ’，４ｂ’を設けると共に流路板５２にアライメントマーク５ａ’，５ｂ’を設け、これ等を用いて位置調整を行う。
【００４２】
本発明を用いて接合される液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドは、インク流路の向きと吐出口の向きとが異なるサイドシュータ方式であってもよい。サイドシュータ方式の記録ヘッドの一例を図１１に示す。図１１に示す記録ヘッド６０は、天板６３にオリフィス６５を設け、一点鎖線６２で示すように流路６４内の吐出エネルギ作用部へのインクの流れ方向とオリフィス６５の開口中心軸とが直角を成す構成を有している。符号６１は基板を示す。
【００４３】
このような構成とすることにより、ＰＺＴ（ピエゾ）からのエネルギをより効率よくインク液滴の形成とその飛行のための運動エネルギへと変換することができると共に、インクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点がある。また、サイドシュータ方式において気泡が成長し、その気泡がオリフィス６５に達すれば気泡が大気に通じることとなり温度低下による気泡の収縮が発生しないことから、記録ヘッドの寿命を延ばすことが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 部品接合装置
２ 第１の部品
３ 第２の部品
８ 第１の保持手段
９ 第２の保持手段
１４ 位置調整手段（アライメントステージ）
１５ 加圧手段
１６ 位置検出手段
２４ 倣い保持手段
２５ 凸球面
２６ 球面部材
２７ 凹球面
２８ 受け部材
２９ 軸受部材
３６ ロック手段
５２ 流路板
５８ ノズル
４１，６０ 液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２０１０−５８３５９号公報
【特許文献２】特開２００８−６６０９号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置の記録ヘッド等の、基材の表面に接合部を有する部品同士を接合する部品接合装置及び部品接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄片からなる部品同士を接合して製品とするものの一つとして、インク吐出用ノズル、いわゆるインクジェット方式の印字ヘッドが挙げられる。このインクジェット方式の印字ヘッドは、インク液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルの裏側に位置するインク溜まりの容積を圧力によって変化させるための電気機械式変換素子や発熱抵抗体等のアクチュエータを主要構成として備えており、記録信号に応じて選択された位置のアクチュエータが駆動されることにより、インク溜まりを圧縮させてインクをノズルから吐出させるように構成されている。
【０００３】
このような印字ヘッドの構成の一つとして、基板上に並べて設けられた複数の圧電素子と、各圧電素子に接合されている振動板と、インクを貯留し振動板の変位により容積変化を生じることで貯留室内の圧力を変化させる圧力室を備えた流路板と、圧力室を挟んで振動板と対向してインク吐出口を有するノズル板とを備えた構成が挙げられる。このような構成を備えた印字ヘッドでは、高密度及び高品質の記録を行うためにヘッドを構成している微細な構成部品の精度を個々に高めなければならないと共に、ノズル板、振動板、圧電素子等の各微細部品を接合して組み立てるときの組立精度（部品相互の位置精度すなわち接合精度）を高めなければならない。特に、組み立ての中でも振動板の変位部と流路板の位置精度、ノズル板と流路板及び振動板で構成される液室部品の位置精度を高めなければ、インクの吐出速度が低下する等により画像品質が低下してしまう。従って、上述のようなインクジェットヘッドを構成している２つの微細部品を自動的に接合する組立装置を構成しようとする場合、２つの微細部品の位置合わせ精度を向上することが要求される。
【０００４】
そこで、アライメントピンをピン挿通穴に挿通し、ピン保持プレートと仲介プレートとを接合し、基準マークと第２アライメントマークとに基づいて仲介プレートに対しアライメントプレートを位置決めした状態で接合してアライメント治具を用い、フランジ部に位置決めプレートを配置した状態で位置決め穴にアライメントピンを挿通して位置決め部材とアライメント治具との位置決めを行い、基準ノズル開口と第１のアライメントマークとの平面位置を合わせて単位ヘッドとアライメント治具との位置決めを行うことにより、フランジ部に位置決めプレートを固定して位置決めする技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。また、接合される上ステージ上の部品と下ステージ上の部品において加圧時のずれを測定し、面傾斜設定手段は両方のステージ間のギャップや荷重の測定と合わせて傾斜具合を積極的に利用して位置ずれを緩和するように決定し、この傾斜の補正結果を基に面傾斜補正手段により上ステージ面と下ステージ面の傾きを調整してから再加圧するように構成し、面傾斜補正手段として４個のＰＺＴステージ等を用いる技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし「特許文献１」に開示された技術では、アライメントピンとピン挿通穴とにクリアランスがないとピンを挿入することができず、このクリアランスを大きくするとアライメント精度が出ないという問題点があり、できるだけクリアランスを小さくしようとしても組み立てのことを考慮するとアライメント精度は５μｍが限界となり、接合後の位置ずれも同程度となる。また「特許文献２」に開示された技術では、本加圧時に上ステージ面と下ステージ面とは必ずしも平行とはならないために結果としては接合面での均一な荷重がかからないこととなり、インクを完全に止めるという観点から接合信頼性を高めることができないという問題点がある。また、面傾斜設定手段で設定する補正量は逐次フィードバックされなければならず、フィードバックを随時行うためにはゆっくりとした荷重プロファイルでなだらかに加圧していく必要があり、このように複雑な制御が求められるという問題があり、さらに面傾斜設定手段での計測等に要する時間や面傾斜を補正するために要する時間もかかり、タクトタイムが伸びてしまうという問題点もある。
【０００６】
本発明は上述の問題点を解消し、部品同士を第１の圧力（弱圧）で圧接させて倣わせることで平行度調整を行う方法において、一旦その状態で倣い保持するのでそのまま部品を離間させずにアライメントするために高精度で接合位置の調整を行うことができ、倣い保持状態を解除してから接着剤を介して第２の圧力（強圧）で部品同士を加圧することにより、加圧力を増加させても部品同士の平行度が維持されるので加圧位置ずれが生じることなく、結果として容易に高精度な加圧接着接合を行うことが可能な技術の提供を目的とする。このような接合を行うことにより、加圧接合後の位置ずれは１μｍ以内とすることができ、さらに加圧中の接合面同士の平行度調整を容易に行うことができるので均一荷重による接合を行うことができ、接着剤膜厚の均一な高い接合品質を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、互いに接合され少なくとも一方の接合面に接着剤が塗布される第１の部品及び第２の部品をそれぞれ保持する第１の保持手段及び第２の保持手段と、前記各部品を接触及び加圧する加圧手段と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧した状態でその姿勢を一旦保持する倣い保持手段と、前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行うアライメント手段とを有し、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力で接触させ、前記各接合面が互いに密着した状態で前記倣い保持手段により前記各部品を一旦保持し、前記各部品が接触した状態で前記アライメント手段により前記各部品の相対的な位置合わせを行い、位置合わせ後に前記倣い保持手段を解除した後、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力よりも大きな第２の圧力で接触させ、前記接着剤を介した状態で前記各部品を接合することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の部品接合装置において、さらに第１の保持手段及び第２の保持手段は第１の部品及び第２の部品を保持する真空吸着手段及び保持を解除する解除手段をそれぞれ有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の部品接合装置において、さらに前記アライメント手段は、前記各アライメントマークの相対的な位置ずれを検出する位置検出手段と、前記各部品の位置合わせ調整を行う位置調整手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の部品接合装置において、さらに前記加圧手段は位置及び荷重の制御が可能であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の部品接合装置において、さらに前記倣い保持手段は、第２の保持手段と一体的に設けられた凸球面を有する球面部材と、前記凸球面を受ける凹球面を有する軸受部材と、前記軸受部材を受ける凹球面を有する受け部材と、第２の保持手段の姿勢を保持及び解除可能なロック手段とを有し、前記加圧手段により前記各部品を第１の圧力で互いに接触及び加圧させた際に、前記各部品の倣い動作によって第２の保持手段が変位して前記各部品の平行度が調整されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品が振動板と流路板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品がノズル及び流路板を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、互いに接合される第１の部品及び第２の部品の少なくとも一方に２種類の接着剤を塗布する工程と、前記各部品を互いに対向するように第１の保持手段及び第２の保持手段で保持する工程と、前記各部品を互いに接触させた後に弱圧にて加圧する工程と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧して前記各部品が互いに密着した状態でこの姿勢を保持する工程と、前記各部品を接触させたまま前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行う工程と、位置合わせ後に前記各部品の密着状体を一旦解除した後に前記各部品を第１の接着剤を用いて強圧下で加圧接合する工程と、強圧下で加圧接合された前記各部材を紫外線硬化型の第２の接着剤により仮固定する工程とを有し、前記各部品を第１及び第２の接着剤を介した状態で接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弱圧である第１の圧力下で倣い動作により第１の部品と第２の部品との平行度を合わせた後にこの状態を一時的に保持し、各部品を離間させることなく位置合わせを行うことにより各部品の平行度が調整され、各部品の接合面に均一な荷重が作用した状態で位置合わせを行うことができるので、精度よく位置調整を行うことができる。さらに位置合わせが完了した後、保持状態の解除後に強圧である第２の圧力で各部品を加圧接合することにより、加圧が徐々に増加することで加圧手段の撓み等により第２の固定ベースが傾いたとしても、第１の部品に対して第２の部品が倣うことで絶えず平行度を維持することができるため、加圧中の位置ずれや各部品に不均一な荷重がかかることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を採用した部品接合装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における部品接合装置による第１の部品と第２の部品との接合動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる部品接合装置の要部概略図である。
【図４】本発明の一実施形態を用いて作成される液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられる第２の部品を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる第１の部品を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる第１の部品及び第２の部品が重ねられた状態を示す概略図である。
【図８】本発明の一実施形態における第１の部品と第２の部品との中心位置間の位置誤差量を説明する概略図である。
【図９】本発明の一実施形態における厚さｈの粘弾性体（粘度ｋ）を間に挟んだ上下２枚の面積Ａの平面が相対速度Ｕで運動するときに発生する力Ｆを説明する概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態における加圧手段による加圧中に第２の固定ベースの剛性に起因する変形が生じた際の倣い保持手段の状態を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態を適用可能なサイドシュータ方式の記録ヘッドの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図４ないし図６は、本発明の一実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドであるピエゾ（ＰＺＴ）方式印字ヘッドの概略構成を示している。図４に示すようにピエゾ方式印字ヘッド４１は、駆動ユニット４３及びこれに接合した液室ユニット４２を備えている。駆動ユニット４３は、ＰＺＴベース５５上に複数の圧電素子駆動部５４ａ及び支柱部５４ｂを交互に配設してなり、圧電素子駆動部５４ａ及び支柱部５４ｂはそれぞれ所定の間隔となるようにＰＺＴベース５５上に接合されている。
【００１８】
液室ユニット４２は、インク液滴を吐出する複数のノズル５８を有するノズル板５１と、図５に示すように各ノズル５８に対応して形成された複数の液室５７を有する流路板５２と、図６に示すように各液室５７に対応しかつ圧電素子駆動部５４ａの振動を各液室５７に伝える振動板５３とから構成されている。ノズル板５１と流路板５２及び流路板５２と振動板５３とは、流路板５２の上下面に塗布された接着剤５６を介して接合されている。液室ユニット４２には、図示しないインク供給機構により供給されたインクが各液室５７に供給される。駆動ユニット４３の各圧電素子駆動部５４ａ及び支柱部５４ｂの上面は、接着剤５６を介して液室ユニット４２の下面に接着接合されており、圧電素子駆動部５４ａを選択的に駆動することによって液室ユニット４２のノズル５８からインク液滴が吐出される。
【００１９】
上述の構成より、高品質の印字ヘッドを提供するためには、液室ユニット４２を構成するノズル板５１と流路板５２、及び流路板５２と振動板５３、そして液室ユニット４２と駆動ユニット４３とを、接着剤５６を介して高精度で接合する必要がある。しかし部品同士の接合においては、各部品間に塗布された接着剤の厚みのばらつきや部品の表面性状等により、各部品を保持する保持手段間において相対的な傾斜に差異が生じた場合に、水平面内での接着剤の速度勾配にばらつきが生じて部品の加圧位置にずれが生じてしまう。
【００２０】
図９（Ａ）に示すように、厚さｈの粘弾性体（粘度ｋ）を間に挟んだ上下２枚の面積Ａの平面が相対速度Ｕで運動するときに発生する力Ｆは、Ｆ＝ｋＡＵ／ｈである。すなわち、接合加圧により接着剤に垂直方向の力が加わると、接着剤が押しつぶされると同時に水平方向へと広がり、その広がるときの粘弾性体内の速度勾配（Ｕ／ｈ）に比例して、上部品あるいは下部品を横方向へと動かそうとする力Ｆが発生する。これを水平面全体で考えた場合、水平面全体での合力がそれぞれの部品にかかる力となる。
【００２１】
また、図９（Ｂ）に示すように上下２枚の平面間に相対的な傾きがある（ｈ１２＜ｈ０２）場合、左側の速度勾配（Ｕ１２／ｈ１２）が右側の速度勾配（Ｕ０２／ｈ０２）よりも大きくなり、左方向の力ΔＦｃが部品に作用することとなる。このときに部品に作用する左方向の力ΔＦｃは、ΔＦｃ＝Ｆ０２−Ｆ１２＝ｋＡ２（Ｕ０２／ｈ０２−Ｕ１２／ｈ１２）となる。
【００２２】
同様に、上下部品間の相対的な傾きが調整されると、加圧によって左側の速度勾配と右側の速度勾配とを同等の状態とすることにより左右それぞれにかかる力が等しくなり、部品を特定方向へと動かそうとする力が発生せずに部品の位置ずれを防止することができる。このことは、加圧時に上下部品間の面傾斜を相対的に傾斜させないようにすることで、接着剤の流動の不均質性により発生する水平方向の力を抑制でき、位置ずれの発生を防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の一実施形態を示す部品接合装置の構成について説明する。以降、上述した振動板５３を第１の部品２とすると共に流路板５２を第２の部品３とし、両者を接合する部品接合装置１は各部品２，３のそれぞれに設けられた位置検出基準であるアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて各部品２，３の位置調整を行う。
【００２４】
図１及び図３は部品接合装置１に第１の部品２と第２の部品３とが供給された状態を示しており、第１の部品２は第１の固定ベース６に固定された第１の保持手段８によって真空吸着されて保持され、図示しない解除手段によって吸着解除される。同様に、第２の部品３は第２の固定ベース７に固定された第２の保持手段９によって真空吸着されて保持され、図示しない解除手段によって吸着解除される。第１の固定ベース６は部品接合装置１の装置本体１７に固定されている。
【００２５】
図５に示すように第２の部品３の両端には位置検出用のアライメントマーク５ａ，５ｂが形成されており、図６に示すように第１の部品２の両端にも位置検出用のアライメントマーク４ａ，４ｂが形成されている。アライメントマーク４ａ，４ｂは貫通穴によって形成されており、図７に示すようにアライメントマーク４ａ，４ｂを透してアライメントマーク５ａ，５ｂを検出することが可能に構成されている。
【００２６】
図１に示すように部品接合装置１には、アライメントマーク４ａ，４ｂとアライメントマーク５ａ，５ｂとの相対的な位置ずれを検出する位置検出手段１６と、各部品２，３の相対的な位置合わせを行う位置調整手段としてのＸＹθ方向に移動可能なアライメントステージ１４と、加圧手段１５とが設けられている。位置検出手段１６は２視野以上を有する撮像手段であって第１の保持手段８の上部に配置されており、各部品２，３の加圧接合前であって両者間に僅かな間隙を有する状態及び加圧接合後であって両者が完全に密着した状態の何れにおいても、アライメントマーク４ａ，４ｂを介してアライメントマーク５ａ，５ｂを検出可能に構成されている。第１の保持手段８はその中央部に透視窓（貫通穴）を有しており、第１の保持手段８の直下に吸着保持された各部品２，３は僅かな間隙を設けて配置され、位置検出手段１６はアライメントマーク４ａ，４ｂを透してアライメントマーク５ａ，５ｂを検出する。
【００２７】
アライメントステージ１４は、図示しない駆動手段によって駆動されることにより、第２の保持手段９によって保持された第２の部品３を図１において左右方向及び紙面方向及び鉛直軸を中心とした回転方向にそれぞれ移動させる。アライメントステージ１４は位置検出手段１６による検出結果に応じて駆動され、アライメントステージ１４と位置検出手段１６とによって各部品２，３の相対的な位置合わせを行うアライメント手段が構成されている。加圧手段１５は電気的に制御されるエアシリンダ等のアクチュエータによって構成されており、数十ｍｍのストロークを要するエアベアリングによって案内されて駆動され、連続的な荷重を発生可能に構成されている。また、内蔵された荷重検出手段によって荷重制御が可能であると共に、内蔵された位置検出手段によって位置制御可能に構成されている。
【００２８】
次に、図３を用いて本発明の倣い保持手段を説明する。倣い保持手段２４は、第２の固定ベース７と一体的に設けられた凸球面２５を有する球面部材２６と、凸球面２５を受ける凹球面２７を有する軸受部材２９と、軸受部材２９を受ける凹球面を有する受け部材２８とを有している。球面部材２６は、エアフローティング機構を備えた軸受部材２９を介して凸球面２５が凹球面２７に沿って移動自在に構成されており、この移動により各部品２，３が当接された際に両者間の平行度が自動的にほぼ合致するように構成されている。凹球面２７への給気は給気ポート３４から供給される圧縮空気によって行われ、これによりエアフローティング機構を構成している。
【００２９】
また、球面部材２６及び軸受部材２９及び受け部材２８をそれぞれ貫通してシリンダ３０及びその内部に空気圧によって上下動自在に設けられたピストン３１が配置されており、ロックポート３２にエアを供給することによりピストン３１が下方に移動されてピストン３１を介して受け部材２８に対して球面部材２６の位置及び姿勢がロックされ、フリーポート３３にエアを供給することによりピストン３１が上方に移動されてロックが解除されることにより球面部材２６が受け部材２８に対して自由に倣うように構成されている。このロックポート３２及びフリーポート３３によってロック手段３６が構成されている。このとき、第１の部品２は真空ポート１２から図示しない真空ポンプによって真空引きされ第１の保持手段８の真空吸着孔１０によって吸着保持されている。また、第２の部品３も真空ポート１３から図示しない真空ポンプによって真空引きされ第２の保持手段９の真空吸着孔１１によって吸着保持されている。真空ポート３５は図示しない真空ポンプに接続されており、この真空ポンプの作動によって凸球面２５と凹球面２７とを真空吸着により、ロック手段３６による保持力よりも弱い保持力で保持可能に構成されている。倣い保持手段２４におけるロック手段としては、上述したロック手段３６も使用しても真空ポート３５を用いる真空吸着機構を用いてもよい。
【００３０】
次に、各部品２，３をそれぞれ保持する各保持手段８，９の平行度調整動作について説明する。先ず、フリーポート３３にエアを供給して球面部材２６を受け部材２８に対して自由な状態とし、この状態より加圧手段１５を作動させて第２の保持手段９を上昇させる。この上昇により第２の部品３が第１の部品２に押圧され、第２の部品３が第１の部品２に倣うように、すなわち第２の部品３と第１の部品２との間の平行度がほぼ揃うように倣わせられる。この倣い動作後にロックポート３２にエアが供給され、上述のように平行度が調整された状態にて球面部材２６を軸受部材２９に対して一時的に保持することができる。球面部材２６は第２の固定ベース７を介して第２の部品３と一定の位置関係に保持されていることから、球面部材２６の保持により第１の部品２と第２の部品３との平行度も調整された状態で保持されることとなる。
【００３１】
上述した構成を備えた部品接合装置１における、第１の部品２と第２の部品３とを位置調整しつつ接合する動作を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
先ず、第２の部品３に２種類の接着剤を塗布する（ＳＴ０１）。ここで、１つは各部品２，３を接合するための第１の接着剤であり、他の１つは各部品２，３を仮固定するための第２の接着剤である。第１の接着剤としては硬化するまでに時間のかかるエポキシ系接着剤が適しており、これは第２の部品３の全面に均一となるように塗布される。第２の接着剤としては紫外線を照射することによって瞬時に硬化するＵＶ接着剤が適しており、これは第２の部品３の４隅に塗布される。
【００３３】
次に、第１の保持手段８によって真空吸着することにより第１の部品２を第１の固定ベース６の所定位置に固定すると共に、第２の保持手段９によって真空吸着することにより第２の部品３を第２の固定ベース７の所定位置に固定する（ＳＴ０２）。そして、フリーポート３３にエアを供給し、受け部材２８に対して球面部材２６を自由に移動可能な状態とする。
【００３４】
次に、各部品２，３が僅かな間隙を介して対向配置されるように加圧手段１５を作動させて第２の部品３を第１の部品２に近接させ、各部品２，３が近接した状態で位置検出手段１６によってアライメントマーク４ａ，４ｂを検出して第１の部品２のセンター座標（Ｘｓ，Ｙｓ，θｓ）を、画像処理システムを備えた図示しない制御手段によって算出する。この算出されたセンター座標に対して第２の部品３の初期位置を変更し、アライメントマーク４ａ，４ｂを介してアライメントマーク５ａ，５ｂを確実に検出可能となる位置に第２の部品３を粗調整した後、アライメントマーク４ａ，４ｂを介してアライメントマーク５ａ，５ｂを位置検出手段１６によって検出し、第２の部品３のセンター座標（Ｘｒ，Ｙｒ，θｒ）を図示しない制御手段によって算出する。そして、各センター座標同士の位置ずれ量（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）が規定値を外れていれば、アライメントステージ１４によって第２の部品３のアライメント調整を行う（ＳＴ０３）。
【００３５】
次に、加圧手段１５の作動により第２の部品３を上昇させ、弱い荷重である第１の圧力（例えば５Ｎ）で第２の部品３を第１の部品２に接触させる。この状態において、倣い保持手段２４の作用により第２の部品３は第１の部品２に対してほぼ平行となるように倣わせられる。この倣い動作後にロックポート３２にエアが供給され、各部品２，３の平行度が調整された状態にて球面部材２６が受け部材２８に対して一時的に保持される（ＳＴ０４）。球面部材２６は第２の固定ベース７を介して第２の部品３と一定の位置関係となるように保持されていることから、球面部材２６の保持によって各部品２，３間の平行度も調整された状態に維持されることとなる。
【００３６】
そして２視野系の場合には、図８に示すように各アライメントマーク４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのそれぞれの中心を検出してから、各アライメントマーク４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂから演算される各中心位置、すなわち水平面内での第１の部品２のセンター座標（Ｘｓ，Ｙｓ，θｓ）及び水平面内での第２の部品３のセンター座標（Ｘｒ，Ｙｒ，θｒ）を求め、それぞれの中心位置が合致するように各部品２，３の中心位置間の位置誤差量（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）を、（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）＝（Ｘｓ，Ｙｓ，θｓ）−（Ｘｒ，Ｙｒ，θｒ）により演算し、第１の部品２を基準に第２の部品３をアライメントステージ１４を用いて補正する（ＳＴ０５）。本実施形態では、第１の部品２の位置を基準として第２の部品３の水平面内における位置をＸ方向、Ｙ方向、θ方向において補正しているが、これとは逆に第２の部品３の位置を基準として第１の部品２側の位置を補正してもよい。
【００３７】
次に、倣い保持手段２４による保持を解除し（ＳＴ０６）、その後第１の圧力よりも強い荷重である第２の圧力（例えば１００Ｎ）で第２の部品３を第１の部品２に接触させる。このとき、加圧時に作用する力により第２の固定ベース７の剛性に起因する変形が生じても、倣い保持手段２４の保持が解除されているので第２の固定ベース７は第１の固定ベース６に倣うことが可能となり（ＳＴ０７）、加圧中において各固定ベース６，７間の相対的な傾きが発生しない。このように、加圧中にも各部品２，３の平行度調整を行うことにより接着剤の大きな流動が発生せず、滑動による位置ずれの発生が防止される。また、各部品２，３の接合状態が均一で良好な状態であるため、接合品質を確保することができる。
【００３８】
その後、接合された各部品２，３に紫外線を照射し、第２の部品３の４隅に塗布された第２の接着剤を硬化させる（ＳＴ０８）。これにより各部品２，３が仮接合され、加圧状態を解除しても仮接合状態を保持することができる。そして、部品接合装置１から仮接合された各部品２，３を取り出す（ＳＴ０９）。この一連の動作により、部品接合装置１を用いた第１の部品２と第２の部品３との接合動作が完了する。
【００３９】
上述の構成により、弱圧である第１の圧力下で倣い動作により各部品２，３の平行度を合わせた後にこの状態を一時的に保持し、各部品２，３を離間させることなく位置合わせを行うことにより各部品２，３の平行度が調整され、各部品２，３の接合面に均一な荷重が作用した状態で位置合わせを行うことができるので、精度よく位置調整を行うことができる。さらに位置合わせが完了した後、保持状態の解除後に強圧である第２の圧力で各部品２，３を加圧接合することにより、加圧が徐々に増加することで加圧手段１５の撓み等により第２の固定ベース７が傾いたとしても、第１の部品２に対して第２の部品３が倣うことで絶えず平行度を維持することができるため、加圧中の位置ずれや各部品２，３に不均一な荷重がかかることを防止することができる。これにより、接着接合において均一な膜厚による高信頼性を有する接合が可能となる。また、倣い保持手段２４の解除手段は電磁弁の動作のみによる簡単なシーケンスであるので、タクトタイムの増加を防止することができる。
【００４０】
図１０は、図２のステップＳＴ０７において加圧手段１５による加圧中に第２の固定ベース７の剛性に起因する変形が生じた際の、倣い保持手段２４の状態を示す図である。同図に示すように、撓みに起因する変形により角度θだけ傾斜が生じた場合であっても、球面部材２６の凸球面２７と球面軸受２９の凹球面２７との間がエアフローティング機構によって回転自在であるため、傾斜を戻して各部品２，３の平行度調整を行うことが可能である。
【００４１】
上記実施形態では、第１の部品２を振動板５３、第２の部品３を流路板５２としたが、第１の部品をノズル板５１とすると共に第２の部品が流路板５２を含む部品とし、これ等を位置調整して加圧接合する場合には、図４に示すようにノズル板５１にアライメントマーク４ａ’，４ｂ’を設けると共に流路板５２にアライメントマーク５ａ’，５ｂ’を設け、これ等を用いて位置調整を行う。
【００４２】
本発明を用いて接合される液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドは、インク流路の向きと吐出口の向きとが異なるサイドシュータ方式であってもよい。サイドシュータ方式の記録ヘッドの一例を図１１に示す。図１１に示す記録ヘッド６０は、天板６３にオリフィス６５を設け、一点鎖線６２で示すように流路６４内の吐出エネルギ作用部へのインクの流れ方向とオリフィス６５の開口中心軸とが直角を成す構成を有している。符号６１は基板を示す。
【００４３】
このような構成とすることにより、ＰＺＴ（ピエゾ）からのエネルギをより効率よくインク液滴の形成とその飛行のための運動エネルギへと変換することができると共に、インクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点がある。また、サイドシュータ方式において気泡が成長し、その気泡がオリフィス６５に達すれば気泡が大気に通じることとなり温度低下による気泡の収縮が発生しないことから、記録ヘッドの寿命を延ばすことが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 部品接合装置
２ 第１の部品
３ 第２の部品
８ 第１の保持手段
９ 第２の保持手段
１４ 位置調整手段（アライメントステージ）
１５ 加圧手段
１６ 位置検出手段
２４ 倣い保持手段
２５ 凸球面
２６ 球面部材
２７ 凹球面
２８ 受け部材
２９ 軸受部材
３６ ロック手段
５２ 流路板
５８ ノズル
４１，６０ 液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２０１０−５８３５９号公報
【特許文献２】特開２００８−６６０９号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合され少なくとも一方の接合面に接着剤が塗布される第１の部品及び第２の部品をそれぞれ保持する第１の保持手段及び第２の保持手段と、前記各部品を接触及び加圧する加圧手段と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧した状態でその姿勢を一旦保持する倣い保持手段と、前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行うアライメント手段とを有し、
基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力で接触させ、前記各接合面が互いに密着した状態で前記倣い保持手段により前記各部品を一旦保持し、前記各部品が接触した状態で前記アライメント手段により前記各部品の相対的な位置合わせを行い、位置合わせ後に前記倣い保持手段を解除した後、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力よりも大きな第２の圧力で接触させ、前記接着剤を介した状態で前記各部品を接合することを特徴とする部品接合装置。
【請求項２】
請求項１記載の部品接合装置において、
第１の保持手段及び第２の保持手段は第１の部品及び第２の部品を保持する真空吸着手段及び保持を解除する解除手段をそれぞれ有することを特徴とする部品接合装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の部品接合装置において、
前記アライメント手段は、前記各アライメントマークの相対的な位置ずれを検出する位置検出手段と、前記各部品の位置合わせ調整を行う位置調整手段とを有することを特徴とする部品接合装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の部品接合装置において、
前記加圧手段は位置及び荷重の制御が可能であることを特徴とする部品接合装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の部品接合装置において、
前記倣い保持手段は、第２の保持手段と一体的に設けられた凸球面を有する球面部材と、前記凸球面を受ける凹球面を有する軸受部材と、前記軸受部材を受ける凹球面を有する受け部材と、第２の保持手段の姿勢を保持及び解除可能なロック手段とを有し、前記加圧手段により前記各部品を第１の圧力で互いに接触及び加圧させた際に、前記各部品の倣い動作によって第２の保持手段が変位して前記各部品の平行度が調整されることを特徴とする部品接合装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品が振動板と流路板であることを特徴とする液滴吐出ヘッド製造装置。
【請求項７】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品がノズル及び流路板を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド製造装置。
【請求項８】
互いに接合される第１の部品及び第２の部品の少なくとも一方に２種類の接着剤を塗布する工程と、前記各部品を互いに対向するように第１の保持手段及び第２の保持手段で保持する工程と、前記各部品を互いに接触させた後に弱圧にて加圧する工程と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧して前記各部品が互いに密着した状態でこの姿勢を保持する工程と、前記各部品を接触させたまま前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行う工程と、位置合わせ後に前記各部品の密着状体を一旦解除した後に前記各部品を第１の接着剤を用いて強圧下で加圧接合する工程と、強圧下で加圧接合された前記各部材を紫外線硬化型の第２の接着剤により仮固定する工程とを有し、前記各部品を第１及び第２の接着剤を介した状態で接合することを特徴とする部品接合方法。
【請求項１】
互いに接合され少なくとも一方の接合面に接着剤が塗布される第１の部品及び第２の部品をそれぞれ保持する第１の保持手段及び第２の保持手段と、前記各部品を接触及び加圧する加圧手段と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧した状態でその姿勢を一旦保持する倣い保持手段と、前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行うアライメント手段とを有し、
基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力で接触させ、前記各接合面が互いに密着した状態で前記倣い保持手段により前記各部品を一旦保持し、前記各部品が接触した状態で前記アライメント手段により前記各部品の相対的な位置合わせを行い、位置合わせ後に前記倣い保持手段を解除した後、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を前記加圧手段により第１の圧力よりも大きな第２の圧力で接触させ、前記接着剤を介した状態で前記各部品を接合することを特徴とする部品接合装置。
【請求項２】
請求項１記載の部品接合装置において、
第１の保持手段及び第２の保持手段は第１の部品及び第２の部品を保持する真空吸着手段及び保持を解除する解除手段をそれぞれ有することを特徴とする部品接合装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の部品接合装置において、
前記アライメント手段は、前記各アライメントマークの相対的な位置ずれを検出する位置検出手段と、前記各部品の位置合わせ調整を行う位置調整手段とを有することを特徴とする部品接合装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の部品接合装置において、
前記加圧手段は位置及び荷重の制御が可能であることを特徴とする部品接合装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の部品接合装置において、
前記倣い保持手段は、第２の保持手段と一体的に設けられた凸球面を有する球面部材と、前記凸球面を受ける凹球面を有する軸受部材と、前記軸受部材を受ける凹球面を有する受け部材と、第２の保持手段の姿勢を保持及び解除可能なロック手段とを有し、前記加圧手段により前記各部品を第１の圧力で互いに接触及び加圧させた際に、前記各部品の倣い動作によって第２の保持手段が変位して前記各部品の平行度が調整されることを特徴とする部品接合装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品が振動板と流路板であることを特徴とする液滴吐出ヘッド製造装置。
【請求項７】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の部品接合装置を用いた液滴吐出ヘッド製造装置であって、第１の部品と第２の部品がノズル及び流路板を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド製造装置。
【請求項８】
互いに接合される第１の部品及び第２の部品の少なくとも一方に２種類の接着剤を塗布する工程と、前記各部品を互いに対向するように第１の保持手段及び第２の保持手段で保持する工程と、前記各部品を互いに接触させた後に弱圧にて加圧する工程と、基準となる一方の前記部品に対して他方の前記部品を接触及び加圧して前記各部品が互いに密着した状態でこの姿勢を保持する工程と、前記各部品を接触させたまま前記各部品に設けられたアライメントマークに基づいて前記各部品の相対的な位置合わせを行う工程と、位置合わせ後に前記各部品の密着状体を一旦解除した後に前記各部品を第１の接着剤を用いて強圧下で加圧接合する工程と、強圧下で加圧接合された前記各部材を紫外線硬化型の第２の接着剤により仮固定する工程とを有し、前記各部品を第１及び第２の接着剤を介した状態で接合することを特徴とする部品接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２５４６１１（Ｐ２０１２−２５４６１１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０３４７（Ｐ２０１１−１３０３４７）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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