(57)【要約】【課題】インクの吐出速度を高め、インクの着弾精度の向上、インクジェットヘッドの生産歩留りを向上させることを目的とする。【解決手段】このインクジェットヘッド用ノズル板（６）は、テーパ形状のマニホールド（７）を、吐出孔（８）と繋がる第１部分（３ａ）と、第１部分（３ａ）に繋がる第２部分（３ｂ）とで構成し、第２部分（３ｂ）に凹凸部（１１）を設けて、面粗さを第１部分（３ａ）よりも大きくしたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ形状のマニホールドが形成されたインクジェットヘッド用ノズル板であって、
前記マニホールドを、
吐出孔と繋がる第１部分と、前記第１部分に繋がる第２部分とで構成し、
前記第２部分に、凹凸部を設けて面粗さを前記第１部分よりも大きくした、
インクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項２】
前記第１部分は円筒形状である、
請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項３】
前記第１部分と前記第２部分の形状が共にテーパ形状で、かつ前記第２部分のみに凹凸部を有する、
請求項１記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項４】
前記凹凸部はレーザを用いて加工した
請求項１〜３の何れかに記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項５】
ノズル板の材質が、オーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いた、
請求項１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項６】
複数の前記マニホールドの凹凸部の面粗さが異なることを特徴とする
請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項７】
インク滞留部のノズル板上での配置位置により異なる、
請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
【請求項８】
請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド用ノズル板を用いた、
インクジェットヘッド。
【請求項９】
テーパ形状のマニホールドが形成されたインクジェットヘッド用ノズル板を製造するに際し、
吐出孔と繋がる第１部分と、前記第１部分に繋がる第２部分を形成し、
前記第２部分にレーザを間欠照射して、面粗さを前記第１部分よりも大きくする凹凸部を形成する、
インクジェットヘッド用ノズル板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ等の記録装置に使用されるインクジェットヘッドのノズル板の孔形状とその背面にあるインクの滞留部となるマニホールドの製造方法に関するものである。特には、オンデマンド型ピエゾ方式のインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタなどに使用されるインクジェットヘッドには、オンデマンド型ピエゾ方式を用いたものがある。これは、電圧を加えると駆動するピエゾ素子（圧電素子）を用いた方式であり、ピエゾ素子をインクの詰まった微細管に取り付け、このピエゾ素子に電圧を加えて変形させることでインクを管外へと吐出させるものである。
【０００３】
また、管外へインクが吐出される際にインクジェットノズルヘッドの先端に配置されたノズル板が、インクの吐出される際の経路となる。そして、ノズル板は一般的にステンレス鋼が使用されており、オーステナイト系やフェライト系、マルテンサイト系などの素材が使用されている。
【０００４】
ノズル板には数十μｍ程度の微小な孔が多数開いており、各々の微小な孔はインクが排出される直径数十μｍの吐出孔とインクが一時的に滞留するマニホールドと呼ばれる勾配面で構成されている。吐出するインクは、ピエゾ素子に押されマニホールドから吐出孔を通ってヘッド外部に吐き出される。
【０００５】
このマニホールドとインクの吐出孔を形成するには、一般的に電気鋳造やパンチング、もしくはレーザ加工などの手法が用いられている。
電気鋳造による製法は、電気メッキと同様に、電気による化学反応によって電着させる技術で、金属溶液の電気分解によりマスター盤に所望される厚さの金属を析出させ電着させた後、この電着層を母材から剥離し用いられる。
【０００６】
パンチングによる製法は、ステンレス材などを素材とした硬度の比較的低いステンレス系の金属材料を用いて、必要とするノズル孔形状のパンチを押し付け、膨らんだ反対面を研削加工するなどして孔形状を削りだすものである。
【０００７】
レーザ加工による製法は、短パルスレーザを金属材料に照射し非熱加工（アブレーション）を起こさせ対象となる金属素材を除去する除去加工で、ガルバノスキャナやピエゾにミラーを取り付け駆動させることで、加工形状を得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−９１１１４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
インクジェットヘッドは細密な印刷をするために用いられる。従って、吐出されるインクの印刷媒体への着弾精度が重要である。インクの吐出速度が高すぎると着弾時にインクが飛散し十分な液滴の体積が確保できない。
【００１０】
また、吐出速度が低すぎるとインクの不吐出や吐出孔の面粗さや真円度の影響を受けやすくなり着弾精度が悪化するという問題がある。特に吐出速度が低すぎると吐出孔の出口側端部縁の状態の影響を受けやすくなるため、過度な真円度を確保しなければならなくなる。
【００１１】
現行のノズル板の吐出孔の製法である電気鋳造やパンチングでは、マニホールドと吐出孔部の面粗さが鏡面に近くなり、マニホールドと吐出孔の鏡面に近い面粗さを有する面を通過するため、親水性が高くなり流動性が悪くなる。
【００１２】
その結果として、インクの吐出される速度が低下し、吐出孔の真円度や端部のエッジの影響を受けやすくなり、吐出されるインクは直進性が損なわれるため、吐出されたインクの吐出孔と着弾位置にズレが生じ、正しい位置に塗布できないといった問題が生じている。
【００１３】
また、レーザ加工も同様でマニホールド加工時のレーザ光は非常に細かい走査を行うため、面粗さが細かくなりすぎる傾向にある。
インクジェットヘッドによるインクジェット塗布方式は高精細化が進む中で、吐出孔直径が極小化する傾向にあり、吐出速度を確保するためにピエゾ素子の電圧を高め、作用する圧力を高める必要がある。しかし、単にピエゾ素子の電圧を高めてインクに作用する圧力を高めると吐出速度は確保できるものの、ノズル板が変形し着弾精度が悪化するといった問題が生じている。
【００１４】
また、インクジェットヘッドで使用されるインクも多様化しており、インクの粘度や表面張力などにおいても用途に応じて様々なインクを使用することが多くなっており、特に粘性の高いインクを用いる場合、吐出速度の確保が困難になってきている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のインクジェットヘッド用ノズル板は、テーパ形状のマニホールドが形成されたインクジェットヘッド用ノズル板であって、前記マニホールドを、吐出孔と繋がる第１部分と、前記第１部分に繋がる第２部分とで構成し、前記第２部分に、凹凸部を設けて面粗さを前記第１部分よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法は、テーパ形状のマニホールドが形成されたインクジェットヘッド用ノズル板を製造するに際し、吐出孔と繋がる第１部分と、前記第１部分に繋がる第２部分を形成し、前記第２部分にレーザを間欠照射して、面粗さを前記第１部分よりもが大きくする凹凸部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この構成によれば、ノズル板のマニホールドにレーザを用いて微小な凹凸をつけることにより、マニホールドの面粗さを加工するレーザの移動量で調整し、吐出されるインクの吐出速度を高め、インクの着弾精度を向上することができる。ひいては、ノズル板の生産歩留りとインクジェットヘッドの生産歩留りを向上させる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】インクジェットヘッドの断面図
【図２】ノズル板のノズル孔の拡大断面図
【図３】本発明のノズル板のノズル孔の拡大断面図
【図４】疑似的な面粗さＲａの説明図
【図５】ノズル板のノズル孔を上面からみたマニホールドの面粗さの説明図
【図６】周回方向移動量による周回方向面粗さの変化の説明図
【図７】マニホールド４５°状態の追加形状の断面図
【図８】勾配面への追加形状の説明図
【図９】周回方向と中心方向の凹幅２μ時の平面と４５°時の計算上の面粗さの測定結果説明図
【図１０】面粗さと中心方向移動量１９、周回方向移動量１７の関係を整理した吐出実験のサンプル図表
【図１１】周回方向と中心方向面粗さ同一状態での面粗さと吐出速度の関係図
【図１２】周回方向のみ面粗さを変更した場合の吐出速度との関係図
【図１３】中心方向移動量と中心方向面粗さと吐出速度の関係図
【図１４】中心方向面粗さを大きくする説明図
【図１５】着弾角度の説明図
【図１６】吐出速度と着弾角度の関係図
【図１７】レーザシステムの構成図
【図１８】照射されるレーザの軌跡であるツールパス３６の説明図
【図１９】レーザ出力の差異による加工状態の説明図
【図２０】実施例と比較例の吐出状態の結果比較図
【図２１】別の実施例の断面図
【図２２】吐出速度が高いマニホールドと吐出速度が低いマニホールドを有するノズル板の（ａ）平面図と（ｂ）断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
オンデマンド型ピエゾ方式を用いたインクジェットヘッドの先端部分は、図１に示すように構成されている。
インクジェットヘッドの先端部分には、ハウジング１の中に組み込まれるピエゾ素子２と、ハウジング１の上側に振動板３が設置されている。振動板３の上面にインク室４を含むインク室板５を貼りあわせ、更にその上面にノズル板６が貼り合わされている。ノズル板６には、図２にも示すように、インクの滞留するテーパ形状のマニホールド７と、インクの吐出される吐出孔８が形成されている。マニホールド７は、吐出孔８に向かう断面積が一定で吐出孔８と繋がる円筒形状の部分と、吐出孔８に向かう断面積が次第に狭くなるテーパ形状の部分とで形成されている。９は前記円筒形状の部分の長さである。
【００２０】
ハウジング１の内部にある流路に投入されたインクは、インク配管１０を通って、インク室４の中に滞留し、ノズル板６のマニホールド７の中に滞留する。
インクの挙動は、ピエゾ素子２に圧電効果で与えられた背圧を用いて、振動板３がインク室４に圧力を伝え、振動と圧力を与えインク室４に充填したインクを押し出し、マニホールド７に滞留するインクが流動を始める。
【００２１】
その際、ピエゾ素子２から与えられた振動を利用し、マニホールド７の内面に設けられた図３に示される微小な凹凸形状を施した追加形状１１の頂点を滑り、流速を上げて吐出孔８へ向かい吐出される。流速が上昇することで、吐出孔８の真円度影響を受けにくく、より正しく着弾される。
【００２２】
図２に示すように、例えば、ノズル板６の板厚１２が５０μｍの場合、吐出孔８の直径を２０μｍ、長さ９を２０μｍとして、吐出方向に垂直な面とマニホールド７の内面との成す角度であるマニホールド角度θ１を４５°とすると、マニホールド直径Ｄ１は８０μｍとなる。マニホールド角度θ１は、
“ ０°＜  θ１  ＜  ９０° ”
であれば幾何学的にテーパ形状（すり鉢状）の孔が形成できるが、現実的には、
“ ２０°＜ θ１ ＜７０° ”
程度が好ましい。
【００２３】
マニホールド角度θ１が２０°以下だとすると、テーパ形状が広がりすぎて、隣合う（ピッチ＝０．２ｍｍ）マニホールドに干渉し吐出状態が変化する可能性があり、７０°以上だとインクによっては吐出孔との抵抗が大きくなり、吐出速度を維持しにくくなる可能性がある。この実施の形態１ではマニホールド角度θ１を４５°として説明する。
【００２４】
図３は本発明のノズル板６を示す。
このノズル板６は、図２に示したノズル板のマニホールド７の内面に、微小な凹凸形状の追加形状１１が加工されている。マニホールド７は、吐出孔８と繋がる第１部分３ａと、第１部分３ａに繋がる第２部分３ｂとで構成されている。マニホールド７の第２部分３ｂの内面に追加形状１１を施すには、マニホールド７の上縁から勾配に合わせて走査しながら、吐出孔８に向かって追加加工を行う。
【００２５】
この実施の形態で使用したレーザシステムでは、レーザ出力を下限にすることで、凹みの幅は２μｍで深さ１μｍの半球形（半径１μｍ）の凹み形状を生成することができる。この方法については、後述するレーザ構成で詳しく説明する。
【００２６】
図４は、除去される形状１３が連続して続いた場合の断面を示した図で、除去される形状１３が凹み幅２μｍ・深さ１μｍの半円形で連続して続く場合の隣接する除去される形状１３との間に生じる凸形状頂点１４ａから基準長さ１０μｍ離れた凸形状頂点１４ｂを結んだ線を高さ基準１５とした。
【００２７】
高さ基準１５に対する除去される形状１３の紙面に平行な断面を考え、基準長さ＝１０μｍに設定し、面粗さＲａの下記の計算式に当てはめ、疑似的に面粗さとして計算した。なお、以降は計算した疑似的な面粗さを面粗さとして記述していく。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
図５は、マニホールド７の内壁を上面から見た図である。マニホールド７の面粗さＲａは、周回方向に向かう面粗さである周回方向面粗さ１６を構成する周回方向移動量１７と吐出孔８に向かう中心方向面粗さ１８を構成する中心方向移動量１９で構成されている。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、周回方向に追加形状１１を施したマニホールドの周回方向の断面を平面に展開した断面を示したものである。
【００３０】
追加形状１１の微小な凹み幅が２μｍ程度で、凹みの深さ１μｍの場合、図６（ａ）は、周回方向移動量１７を２μｍで設定し、２μｍで移動しながら連続する凹みを生成した状態を示す。表面の状態は凹みと凹みの間に尖った凸形状が形成され、この状態において、周回方向面粗さ１６はＲａ０．７４（基準長さ１０μｍ）となる。
【００３１】
図６（ｂ）は、連続する凹み幅の生成する周回方向移動量１７を０．５μｍに設定した場合の周回方向面粗さ１６はＲａ０．０２１に仕上がることを示している。
図６（ｃ）は、生成される凹み幅よりも大きい周回方向移動量１７を２．５μｍに設定した場合、周回方向面粗さ１６はＲａ０．６３となり、凹凸の幅よりも大きな周回方向移動量１７を持たせることで未加工の部分が多くなる。したがって、周回方向面粗さ１６は移動量２μｍ時より小さくなることを示している。
【００３２】
次に図７は、マニホールドのマニホールド角度θ１が４５°の場合に、追加形状１１が処理された状態のマニホールドの円錐形状の中心線を通る平面で分割した時の断面図である。
【００３３】
前記周回方向と同時加工されるため、加工深さは同じ１μｍであり、中心方向面粗さ１８をより大きくとるには、図７に示すように中心方向移動量１９を調整しなければならない。
【００３４】
図８は、勾配面への追加形状の凹み幅よりも中心移動量が大きい場合を示している。マニホールド角度θ１が４５°で、中心方向移動量１９を２μｍとし、凹幅を２μｍとすると、形状が追加処理される前の４５°面２０が露出する。つまり、マニホールド内壁の未加工領域が図７の時よりも大きくなり、図６（ｃ）と同様に中心方向面粗さ１８が最大化せず、勾配面の中心方向面粗さ１８は中心方向移動量１９が１．４μｍの時より小さくなる。
【００３５】
図９は、前記した面粗さ計算方法に基づき、微小な凹凸が連続した場合の凹み幅２μｍで加工深さ１μｍの場合の中心方向（４５°面）移動量１９と、周回方向（０°面）移動量１７を変化させた際の周回方向面粗さ１６と中心方向面粗さ１８（基準長さ１０μｍ）の変化を示したグラフである。
【００３６】
図９に示すように、周回方向移動量１７を２μｍに設定すれば、周回方向面粗さ１６は最大になり、中心方向移動量１９を１．４μｍに設定すれば、中心方向面粗さ１８が最大となる。
【００３７】
この図９のグラフに基づき、面粗さと中心方向移動量１９、周回方向移動量１７の関係を整理したものを図１０に示す。
中心方向面粗さ１８がＲａ０．７４の最大となる中心方向移動量１９が１．４μｍ（ｈ３）の場合を中心に中心方向移動量１９を±０．５μｍ、±１μｍ増減させた場合の中心方向面粗さ１８をｈ１（Ｒａ０．０４）、ｈ２（Ｒａ０．２）、ｈ４（Ｒａ０．５６）、ｈ５（Ｒａ０．２２）とし、周回方向移動量１７を図９のグラフから読み取ったものを記載している。
【００３８】
中心方向移動量１９を基準とした理由は、加圧時にインクは中心方向に向かうため、周回方向面粗さ１６より中心方向面粗さ１８の影響を大きく受けると考えたからである。
以上のｈ１からｈ５の中心方向移動量１９と周回方向移動量１７で、吐出孔８とマニホールド７の内面に５種類の追加形状１１を施したノズル板６を用いて、吐出実験を行い面粗さと吐出速度の関係を確認した。
【００３９】
図１１は周回方向と中心方向面粗さ同一状態での面粗さと吐出速度の関係を示し、マニホールド７の面粗さを中心方向と周回方向で同一に設定し、面粗さＲａ（基準長さ１０μｍ）を図１０に示したｈ１からｈ５へ変化させた場合の吐出速度を示している。
【００４０】
この図１１によれば、同一に設定された面粗さを大きくとれば、吐出速度が上昇することがわかる。
また、周回方向面粗さ１６だけを操作し、中心方向面粗さ１８はＲａ０．７４で固定し吐出速度の変化を確認したのが図１２である。グラフより、周回方向面粗さ１６を変化させても、あまり大きく変化しないと言えることから、吐出速度は中心方向面粗さ１８の影響を大きく受けると言える。
【００４１】
図１３は、中心方向移動量１９を変化させた時の中心方向面粗さ１８と吐出速度の関係を示しており、微小な凹み幅２μｍで、凹みの深さ１μｍが一定の場合、中心方向移動量１９を増加させていくと、中心方向面粗さ１８は大きくなりながら中心方向移動量１９は１．４μｍの所で最大のＲａ０．７４となり、それ以降の中心方向移動量１９では面粗さは徐々に小さくなる。
【００４２】
また、吐出速度も中心方向面粗さ１８に依存しており、中心方向移動量１９が１．４μｍの時に面粗さが最大のＲａ０．７４となり、吐出速度は最大の７．２ｍ／ｓとなる。
次に、更に大きな中心方向面粗さ１８を作り出すための方法を考える。
【００４３】
連続する同一の微小な凹凸形状でさらに面粗さを大きくとるには、図１４（ｂ）のような方法が考えられる。微小な凹み幅が２μｍであった場合に、例えば、加工深さを２μｍとし、中心方向移動量１９を図１４（ａ）の中心方向移動量１９より大きい２μｍにした場合の中心方向面粗さ１８はＲａ１．２となる。凹み深さ１μｍで中心方向移動量１９が１．４μｍの図１４（ａ）の場合より図１４（ｂ）の場合の方が中心方向面粗さ１８は大きくなる。
【００４４】
しかし、このような方法で面粗さを大きくしても凸形状の先端にストレート面が生成されるために、図６（ｃ）と同様の作用が働くと考えられ、流速を高めようとする作用を妨げるため、単純に面粗さを大きくとれば流速を高められるとは考えにくい。
【００４５】
以上の結果を考察すると、マニホールドに対する追加形状の微小な凹凸の凹み幅と深さが加工限界により一定とした場合、中心方向面粗さ１８は中心方向移動量１９に依存し、図１４（ｂ）のように凹みを深くし、凹みと凹みの間にストレートを露出させ、面粗さをあえて大きくするような状態を除けば、吐出速度は中心方向面粗さ１８に依存していると言え、生成された微小な凹凸形状で形成される凹みと凹みの間の凸形状の頂点をより尖らせることで吐出速度を高められると考えられる。
【００４６】
以上の結果より、マニホールド７の内面に微小な凹凸形状を生成するには、追加形状１１の凹み幅と深さに合わせ、凹みと凹みの間にある凸形状がより尖るような中心方向移動量１９を設定し中心方向面粗さ１８を最大にすることにより、吐出されるインクの吐出速度を高めることができる。
【００４７】
図１５は、ノズル板６からインクが吐出し着弾するまでの状態を示した図である。着弾角度θ２とは、ノズル板６から吐出されるインク２１から着弾したインク２２までの０．５ｍｍの範囲の吐出されるインクの飛翔状態を高速度カメラで撮影したものである。
【００４８】
吐出孔８からインクが飛翔して、ノズル板６端面からのインク中心までの距離が、０．１ｍｍから０．４ｍｍの０．３ｍｍ範囲のインクが通過した位置を観測し、２点間のズレを測定し角度に換算したものである。また、２点間の測定では通過する時間も同時に測定し、吐出速度も割り出している。
【００４９】
図１６は、着弾角度θ２と吐出速度の関係を示しており、図１０で示したｈ１からｈ５の吐出速度と実際にインクを吐出させ、観測された着弾角度の関係を示す。この図１６より吐出速度が高まれば着弾角度θ２が減少するのがわかる。以上の内容を考察すると、吐出速度が高まることで、吐出孔８の真円度や先端のエッジの影響を受けにくくなると考えられる。
【００５０】
従って、マニホールド７の内面の中心方向面粗さ１８を最適化することで、吐出速度を高め、結果として着弾精度に関わる着弾角度θ２を良化することができる。
図１７は、実施の形態１で使用したレーザシステム２３を示している。
【００５１】
このレーザ加工システム２３は次のように構成されている。
レーザ発生装置２４から発生した、レーザパルスを含んだレーザ光２５は、第１ミラー２６からシャッター２７を経て、アッテネータ２８により、レーザ出力２９を５０ｍＷ程度に調整される。次に、第２ミラー３０を経て、ビームエクスパンダ３１でレーザ光２５を拡大し、波長板３２を通して位相を変更して、スキャンミラー３３によりレーザ光２５を走査させながらスキャンレンズ３４で集光させ、被加工材３５に照射される。
【００５２】
図１８は照射されるレーザの軌跡であるツールパス３６の概要を示したものである。ツールパス最外径３７と非加工範囲３８を設定し、その間の、周回方向移動量１７及び中心方向移動量１９を設定すると、ツールパス生成システムはツールパス最外径３７上のツールパス生成システムが選ぶツールパス開始点３９から周回方向に周回方向移動量１７毎に移動し、周回後に中心方向移動量１９を含み中心方向への移動を繰り返しながら、非加工範囲３８上のツールパス生成システムが選ぶツールパス終了点４０までレーザの持つ照射パルスで照射し続ける。
【００５３】
次に、本発明で必要な微小な凹み幅２μｍをレーザで加工する調整方法を説明する。
図１９（ａ）はマニホールド７を加工するレーザ出力２９が５０ｍＷ程度で、１パルスのレーザが照射された状態を示しており、レーザにより加工される加工部分４１のレーザ加工直径４２は約４μｍから６μｍであり、照射された加工先端半径４３は約２．５μｍ程度で深さは２μｍから２．５μｍの凹形状が生成される。
【００５４】
マニホールド７の内面へ、より微小な凹凸形状である追加形状１１を追加処理するために、図１９（ｂ）に示すように、レーザ出力２９をアッテネータ２８で数値制御できる下限である１０ｍＷに減衰し、加工部分４１を縮小することで、実際には加工することのない非加工部分４４を作り出し、加工先端半径４３を狭めることを考えた。図１９（ｂ）では、１パルスのレーザを照射した状態を示しており、レーザにより加工される加工部分４１のレーザ加工直径４２は約２μｍとなり、加工先端半径４３は約１μｍ程度の凹形状を生成することができる。
【００５５】
以上の方法により、吐出孔８とマニホールド７は通常のレーザ出力である５０ｍＷ程度で加工した後、アッテネータにより数値制御でレーザ出力を１０ｍＷに減衰し、追加形状１１を加工することで、事前に加工されたマニホールド７の内面に微小な凹凸形状である追加形状１１を追加処理することができる。
【００５６】
次に、面粗さを制御する方法を説明する。
面粗さには図５に示すように周回方向面粗さ１６と中心方向面粗さ１８の２種類の面粗さがあるが、周回方向面粗さ１６を制御するには、レーザの周回方向移動量１７が所望する値になるように、図１８に示す隣り合う点群を移動する速度である点群移動速度４５を調整する必要がある。
【００５７】
要求される面粗さを満たす点群移動速度４５を求めるには周回方向移動量１７とレーザ光２５に含まれている前記レーザパルスが必要である。例えば、前記で最も効果がある周回方向面粗さＲａ０．７４にするためには、周回方向移動量１７は２μｍとする必要があり、レーザ光２５に含まれている前記レーザパルスが２ｋＨｚであった場合、点群移動速度４５を４０００μｍ／ｓにすればよい。
【００５８】
また、中心方向面粗さ１８に関しては、図１８に示す中心方向移動量１９により同様に制御することができる。
図２０は本発明で処理したマニホールド７へ追加形状１１を追加処理した実施例と、従来の製法で追加形状１１を処理しない比較例の加工条件パラメータと結果をまとめた表である。
【００５９】
実施例と比較例には、インクジェットヘッド製作で使用されるオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４を使用し、ノズル板６の板厚１２はノズル板に一般的に使用される５０μｍの物を使用した。また、孔数は５００孔程度の図２に示される直径２０μｍの吐出孔８と４５°のマニホールド角度θ１からなる８０μｍのマニホールド直径Ｄ１で構成されるマニホールド７を加工しノズル板を製作した。その後、実際のヘッドに組込みを行い、ｎ＝１０で吐出実験により吐出速度、平均着弾角度、着弾角度バラツキを確認した。
【００６０】
なお、比較例は従来製法で加工し、実施例は従来製法のマニホールド７の内面に追加形状１１を追加処理したものである。
比較例である従来製法でのマニホールド７の内面を仕上げる加工条件は、レーザ出力２９を５０ｍＷで加工しており、加工先端半径はおよそ２．５μｍとなる。マニホールド７の加工条件である中心方向移動量１９と周回方向移動量１７、非加工範囲３８は従来製法を用い、マニホールド７の内面を仕上げる加工条件も同じ条件を用いてノズル板を製作した。
【００６１】
上記の従来製法で比較例のマニホールド７の内面の中心方向面粗さ１８は、Ｒａ０．０１７となり周回方向面粗さ１６はＲａ０．００８となった。この比較例のノズル板をインクジェットヘッドに組込み、実際の吐出を行い、インクの吐出の状態を高速度カメラにより撮影し、吐出速度を割り出すと吐出速度は５．２ｍ／ｓとなり、５００孔程度の着弾平均角度は１６ｍｒａｄであった。着弾角度のバラツキは±２ｍｒａｄとなり、ｎ＝１０あたりのインクジェットヘッド生産歩留りは４０％であった。
【００６２】
実施例のマニホールド７の内面への追加形状１１の加工は、最も効果が高いと思われるマニホールド７の追加形状１１はレーザ出力２９を１０ｍＷで１パルスのレーザで加工することにより、加工先端半径４３はおよそ１μｍとなる。中心方向移動量１９を１．４μｍ、周回方向移動量１７を２μｍ、非加工範囲３８を２０μｍとしてツールパス３６を生成し、ツールパス３６を元に、従来製法でマニホールド７と吐出孔８が加工された状態で追加形状１１を更に形成した。
【００６３】
実施例のように追加形状１１を形成することで、マニホールド７の内面の中心方向面粗さ１８はＲａ０．７４となり周回方向面粗さ１６はＲａ０．７４となる。
この実施例のノズル板をヘッドに組込み、実際の吐出を行い、インクの吐出の状態を高速度カメラにより撮影し、吐出速度を割り出すと、吐出速度は７．２ｍ／ｓとなり、５００孔程度の着弾平均角度は１３．７５ｍｒａｄであった。着弾角度のバラツキは±１．７５ｍｒａｄとなり、平均着弾角度の向上により着弾精度が向上し、ｎ＝１０あたりの追加形状１１を搭載したインクジェットヘッドの生産歩留りは７０％であった。
【００６４】
ヘッド生産歩留りが比較例よりも向上した理由を考察すると、インクの吐出速度が向上したことにより、インク吐出時の直進性が高まったと考えられ、ひいては、吐出孔の真円度や吐出孔の先端のエッジの状態などの影響を受けにくくなったことが考えられる。
【００６５】
なお、本発明は素材を変更した場合にも対応できる。たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４以外の素材やフェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼などでも、レーザのアブレーション量を今回の微小な凹み幅や深さを被加工材に合わせて確認し、中心方向移動量１９を調整することで、吐出速度を最適化することができる。
【００６６】
上記の各実施の形態では、マニホールド７を、円筒形状の第１部分３ａと、テーパ形状の第２部分３ｂとで形成されているとしたが、図２１に示したように、第１部分３ａと第２部分３ｂが共にテーパ形状のノズル板の場合も同様である。この場合には、吐出孔８の近くまで追加形状１１を形成すると、着弾角度などに悪影響を及ぼすので、追加形状１１は第１部分３ａと第２部分３ｂで形成されている勾配の中腹部まで、更に具体的には、第２部分３ｂに追加形状１１を形成して、ノズル孔８の直前の第１部分３ａには追加形状１１を形成しない。この点においてもレーザ照射を制御するツールパス３６の非加工範囲３８で対応することができる。
【００６７】
前記した内容はあくまでも、上流側と下流側のマニホールド７をそれぞれ、第２部分３ｂの面粗さを第１部分３ａよりも大きくして均一に吐出ができる場合を示しているが、例えば、図２２（ａ）のようにインク経路の白丸で示す上流側で吐出速度が高く、黒丸で示す下流側で吐出速度が低い場合には、更に、図２２（ｂ）のように吐出速度が高いマニホールドの面粗さを、吐出速度が低いマニホールドの面粗さよりも小さく加工することによって、吐出速度の不均一を低減吐出速度を均一にできる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明のインクジェットヘッド用ノズル板およびその製造方法は、インクジェットプリンタなどの高性能化、ならびに生産歩留りの向上に寄与する。
【符号の説明】
【００６９】
１    ハウジング
２    ピエゾ素子
３    振動板
３ａ    第１部分
３ｂ    第２部分
４    インク室
５    インク室板
６    ノズル板
７    マニホールド
８    吐出孔
９    第１部分の長さ
１０    インク配管
１１    凹凸の追加形状
１２    板厚
１３    除去される形状
１４ａ    凸形状頂点
１４ｂ    凸形状頂点
１５    高さ基準
１６    周回方向面粗さ
１７    周回方向移動量
１８    中心方向面粗さ
１９    中心方向移動量
２０    形状が追加処理される前の４５°面
２１    吐出されるインク
２２    着弾したインク
２３    レーザ加工システム
２４    レーザ発生装置
２６    第１ミラー
２７    シャッター
２５    レーザ光
２８    アッテネータ
２９    レーザ出力
３０    第２ミラー
３１    ビームエクスパンダ
３２    波長板
３３    スキャンミラー
３４    スキャンレンズ
３５    被加工材
３９    ツールパス開始点
４０    ツールパス終了点
３８    非加工範囲
３７    ツールパス最外径
３６    ツールパス
４１    加工部分
４２    レーザ加工直径
４３    加工先端半径
４４    非加工部分
４５    点群移動速度
４６    追加形状範囲
θ１    マニホールド角度
θ２    着弾角度
Ｄ１    マニホールド直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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