(57)【要約】【課題】  平滑な表面のノズルを有する液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  ノズルプレート９２のノズル９１にレーザ光を照射して、ノズル内面の表面改質を行い、ノズル９１の穿設時に形成されたノズル９１の表面の微小なざらつきを解消する。また、ノズル９１の内面に存在する異物の除去を行う。これにより、平滑な表面のノズル９１を有する液滴吐出ヘッドを提供することができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴の吐出口となるノズルを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ノズルにレーザ光を照射する工程を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記レーザ光の照射は、前記ノズルの内面を溶融させるように行うことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記レーザ光の照射は、前記ノズルの内部に存在する異物が除去されるように行うことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記レーザ光の照射は、前記ノズルと略同一形状の開口部を有するマスクを介して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光の照射は、前記レーザ光を集光または発散させるレンズを介して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記レーザ光の照射は、前記ノズルに対して前記レンズを接近および離反させることにより、前記レンズの焦点位置を調整しつつ行うことを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記レーザ光の照射工程の前に、画像処理手段を用いて前記ノズルの位置を検出し、前記レーザ光の照射位置と前記ノズルとの位置合わせを行う工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して製造したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属配線やカラーフィルタ等の機能膜の形成手法として、インクジェット法が開発されている。インクジェット法は、機能膜の形成材料を含むインクを液滴吐出ヘッドから吐出して機能膜を形成する手法である。その液滴吐出ヘッドには、少なくともインクの液滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通するインク室（圧力室）と、その圧力室内に圧力変化を生じさせるピエゾ素子等の駆動素子とが設けられている。そして、その駆動素子に駆動電圧を印加し、圧力室内のインクに圧力変化を生じさせ、インクの液滴をノズルから吐出する。また、機能膜を形成すべき基板に対して液滴吐出ヘッドを相対移動させつつ、複数の液滴を吐出して基板上に着弾させる。その後、吐出された液滴を乾燥させれば、基板上に所定形状の機能膜が形成される。このインクジェット法を採用することにより、所定量のインクを所定位置に正確に塗布することが可能になり、寸法精度に優れた機能膜を形成することができる。また、インクを効率的に使用することが可能になり、機能膜の製造コストを低減することができる。
【０００３】
一般に、液滴吐出ヘッドはステンレス材料等からなるノズルプレートを備え、そのノズルプレートに複数の前記ノズルが形成されている。
図３は、ノズルプレートにおけるノズルの穿設方法の説明図である。ノズルプレートにおいてノズルを穿設するには、まず図３（ａ）に示すように、テーブル７２上にノズルプレートの母材９２ａを載置し、そのノズル形成位置にダイポンチ７４を押圧して、その先端部を母材９２ａの内部に進入させる。これにより、図３（ｂ）に示すように凹部７５が形成される。次に図３（ｃ）に示すように、テーブル７２上で母材９２ａを送り、他のノズル形成位置にダイポンチ７４を押圧して、他の凹部を形成する。このようにして、母材９２ａの全てのノズル形成位置に凹部を形成する。そして図３（ｄ）に示すように、ノズルプレート９２の母材の裏面を研削加工して凹部７５の先端部を開口させることにより、複数のノズル９１を備えたノズルプレート９２が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１０７９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記方法でノズル９１を形成すると、ノズルプレート９２の母材とダイポンチとの摩擦により、ノズル９１の内面に微小なざらつきが形成される。このノズルプレート９２を備えた液滴吐出ヘッドでインクの液滴を吐出すると、ノズル内面のざらつきに起因して、吐出された液滴の形状が不安定になり、また液滴の直進性が低下して飛行曲がりが発生する。その結果、液滴吐出ヘッドによる描画品質を低下させることになる。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、ノズル内面が平滑化された液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出ヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴の吐出口となるノズルを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルにレーザ光を照射する工程を有することを特徴とする。
また前記レーザ光の照射は、前記ノズルの内面を溶融させるように行うことが望ましい。
また前記レーザ光の照射は、前記ノズルの内部に存在する異物が除去されるように行うことが望ましい。
これらの構成によれば、ノズル内面が平滑化された液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【０００７】
また前記レーザ光の照射は、前記ノズルと略同一形状の開口部を有するマスクを介して行うことが望ましい。
この構成によれば、ノズルに対して選択的にレーザ光を照射することができる。
【０００８】
また前記レーザ光の照射は、前記レーザ光を集光または発散させるレンズを介して行ってもよい。
この構成によれば、ノズルに照射するレーザパワーを増加させることができる。またレーザ光の照射方向と平行に配置されたノズル内面にもレーザ光を照射することができる。
【０００９】
また前記レーザ光の照射は、前記ノズルに対して前記レンズを接近および離反させることにより、前記レンズの焦点位置を調整しつつ行うことが望ましい。
この構成によれば、ノズル全体を略一定のレーザパワーで照射することができる。
【００１０】
また前記レーザ光の照射工程の前に、画像処理手段を用いて前記ノズルの位置を検出し、前記レーザ光の照射位置と前記ノズルとの位置合わせを行う工程を有することが望ましい。
この構成によれば、ノズルに対して正確にレーザ光を照射することができる
【００１１】
一方、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上述した液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して製造したことを特徴とする。
この構成によれば、液滴吐出ヘッドのノズル内面が平滑化されるので、そのノズルから吐出される液滴の形状安定性を向上させることができる。また液滴の直進性を向上させて、飛行曲がりの発生を防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッドの描画品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１３】
（液滴吐出装置）
図１は、液滴吐出装置の斜視図である。図１において、Ｘ方向はベース１２の左右方向であり、Ｙ方向は前後方向であり、Ｚ方向は上下方向である。液滴吐出装置１０は、機能膜を形成すべき基板３１を載置するテーブル４６と、基板３１に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッド２０とを主として構成されている。
【００１４】
基板３１を載置するテーブル４６は、第１移動手段１４によりＹ方向に移動および位置決め可能とされ、モータ４４によりθｚ方向に揺動および位置決め可能とされている。一方、基板３１に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッド２０は、第２移動手段１６によりＸ方向に移動および位置決め可能とされ、リニアモータ６２によりＺ方向に移動および位置決め可能とされている。また液滴吐出ヘッド２０は、モータ６４，６６，６８により、それぞれα，β，γ方向に揺動および位置決め可能とされている。これにより、液滴吐出装置１０は、テーブル４６に載置される基板３１と、液滴吐出ヘッド２０のインク吐出面２０Ｐとの相対的な位置および姿勢を、自在かつ正確にコントロールすることができるようになっている。
【００１５】
なお液滴吐出装置１０には、液滴吐出ヘッド２０におけるノズルの乾燥を防止するため、液滴吐出ヘッド２０の待機時にインク吐出面２０Ｐをキャッピングするキャッピングユニット２２が設けられている。また液滴吐出ヘッド２０におけるノズルの目詰まりを取り除くため、ノズルの内部を吸引するクリーニングユニット２４が設けられている。なおクリーニングユニット２４は、インク吐出面２０Ｐの汚れを取り除くため、ワイピングを行うこともできるようになっている。
【００１６】
（液滴吐出ヘッド）
図２は、液滴吐出ヘッドの側面断面図である。液滴吐出ヘッド２０は、ヘッド本体９０と、ヘッド本体９０の一方面に装着されたノズルプレート９２と、ヘッド本体９０の他方面に装着されたピエゾ素子９８とを主として構成されている。
【００１７】
インク吐出面を構成するノズルプレート９２には、液滴の吐出口となる複数のノズル９１が整列配置されている。またヘッド本体９０には、各ノズル９１と連通する複数の圧力室９３が形成されている。各圧力室９３はリザーバ９５に接続され、リザーバ９５はインク導入口９６に接続されている。そしてインク２１は、インク導入口９６からリザーバ９５を通って各圧力室９３に供給されるようになっている。一方、ヘッド本体９０の上端面には、可撓性を有する振動板９４が装着されている。その振動板９４を挟んで各圧力室９３の反対側には、それぞれピエゾ素子９８が設けられている。ピエゾ素子９８は、ＰＺＴ等の圧電材料を電極で挟持したものであり、その電極は制御部７０に接続されている。
【００１８】
そして制御部７０からピエゾ素子９８に駆動電圧を印加すると、ピエゾ素子９８が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子９８が収縮変形すると、圧力室９３内の圧力が低下して、リザーバ９５から圧力室９３にインク２１が流入する。またピエゾ素子９８が膨張変形すると、圧力室９３内の圧力が増加して、ノズル９１からインク２１の液滴が吐出される。そしてピエゾ素子９８に印加する駆動電圧の波形を制御することにより、液滴の吐出条件を制御しうるようになっている。
【００１９】
なお液滴吐出方式として、ピエゾ素子の変形により圧力室内の圧力を変化させる上記ピエゾ方式の他に、インクを加熱して気泡（バブル）を発生させることにより圧力室内の圧力を変化させる方式など、公知の種々の方式を採用することができる。このうちピエゾ方式は、インクを加熱しないので材料の組成に悪影響を与えないなどの点で優れている。
【００２０】
（ノズルプレート）
図３（ｄ）に示すノズルプレート９２は、ステンレス等の金属材料により、例えば厚さ１００μｍ程度に形成されている。このノズルプレート９２は、液滴の吐出口となる複数のノズル９１を備えている。一例を挙げれば、１８０個程度のノズルが千鳥状に２列に配置されている。ノズル９１は、ノズルプレート９２の下面からプレート内部に向かって垂直に穿設された小径部９１ａと、その小径部９１ａをノズルプレート９２の上面にかけて拡径するように形成されたテーパ部９１ｂとで構成されている。この小径部９１ａの直径は、例えば２０μｍ程度とされている。そしてノズルプレート９２は、小径部９１ａを外側に向けテーパ部９１ｂを内側に向けて液滴吐出ヘッドに装着される（図２参照）。
【００２１】
このノズルプレートの製造方法につき、図３ないし図６を用いて説明する。本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル穿設工程およびレーザ光照射工程を主として構成されている。なおノズル穿設工程およびレーザ光照射工程を連続して行うことができるように、ノズル穿設装置と一体的にまたはノズル穿設装置に隣接してレーザ光照射装置を配設することが望ましい。
【００２２】
（ノズル穿設工程）
図３は、ノズルプレートにおけるノズルの穿設方法の説明図である。まず図３（ａ）に示すように、テーブル７２の表面にノズルプレートの母材９２ａを載置する。その際、母材９２ａにおけるノズル形成位置をダイポンチ７４の下方に配置する。次に母材９２ａの表面にダイポンチ７４を押圧する。このダイポンチ７４は、母材９２ａより硬質の材料で構成され、形成すべきノズルの逆形状をその先端部に備えている。このダイポンチ７４の先端部を母材９２ａの内部に進入させ、母材９２ａの裏面の手前で停止させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、母材９２ａの表面に凹部７５が形成される。
【００２３】
次に図３（ｃ）に示すように、テーブル７２上で母材９２ａを送り、母材９２ａにおける他のノズル形成位置をダイポンチ７４の下方に配置する。次に母材９２ａの表面にダイポンチ７４を押圧し、他の凹部を形成する。このようにして、母材９２ａのすべてのノズル形成位置に、複数の凹部７５を順次形成する。
【００２４】
次に図３（ｄ）に示すように、ノズルプレート９２の母材の裏面を研削加工する。この研削加工には、化学機械研磨（ＣＭＰ）等を採用することが可能である。この研削加工は、母材の表面に形成された凹部７５の先端部が開口するまで行う。これにより、母材を貫通するノズル９１が形成されるとともに、複数のノズル９１を備えたノズルプレート９２が形成される。
【００２５】
ところで、上記方法でノズル９１を形成すると、ノズルプレート９２の母材とダイポンチとの摩擦により、ノズル９１の内面に微小なざらつきが形成される。このノズルプレート９２を用いて図２に示す液滴吐出ヘッド２０を形成し、その液滴吐出ヘッド２０のノズル９１から液滴を吐出すると、ノズル内面のざらつきに起因して、吐出された液滴の形状が不安定になり、また液滴の直進性が低下して飛行曲がりが発生するおそれがある。なお表面精度に優れたダイポンチを用いてノズルを穿設しても、ノズル内面のざらつきを解消することは困難である。
またノズル内面に人の角質やホコリ、ゴミ等の異物が存在する場合でも、上記と同じ問題が発生するおそれがある。なおノズルプレートを洗浄した場合でも、これらの異物を完全に除去することは困難である。
【００２６】
（レーザ照射工程）
そこで本実施形態では、ノズルプレート９２のノズル内面にレーザ光を照射して、ノズル内面の表面改質を行うとともに、ノズル内面に存在する異物の除去を行う。
図４は、レーザ光照射装置の概略構成図である。このレーザ光照射装置８０は、ノズルプレート９２を載置するＸＹステージ８１を備えている。このＸＹステージ８１は、ボールねじ等を介して、サーボモータ等のモータ８２に接続されている。さらにそのモータ８２は、モータコントローラ８３に接続されている。そしてモータコントローラ８３から駆動信号を出力してモータ８２を駆動することにより、ＸＹステージ８１をＸＹ方向に移動させることができる。これにより、ＸＹステージ８１に載置したノズルプレートを自在に移動させうるようになっている。
【００２７】
またＸＹステージ８１の上方には、レーザ発生装置８４が設けられている。そのレーザ発生装置８４から出射されたレーザ光は、ミラーやレンズ８５等の光学素子を介して、ＸＹステージ８１上のノズルプレート９２に入射するようになっている。なおレンズ８５を用いてレーザ光を集光する場合には、集光精度を高めるため比較的短波長のレーザ発生装置８４を採用することが望ましい。短波長のレーザ発生装置８４として、例えば波長３５５ｎｍ程度のＹＡＧレーザを採用することが可能である。
【００２８】
また、ＸＹステージ８１の上方にはＣＣＤカメラ８６等の撮像手段が設けられ、そのＣＣＤカメラ８６は画像処理装置８７に接続されている。さらにその画像処理装置８７および上記モータコントローラ８３は、制御用コントローラ８９に接続されている。そしてＣＣＤカメラ８６がノズルプレート９２の画像を撮影すると、画像処理装置８７がその画像からノズルプレート９２に形成されたノズルの位置を検出する。その検出結果に基づいて、制御用コントローラ８９がノズルの位置ずれ量を算出する。その算出結果に基づいて、モータコントローラ８３がノズルプレートを移動させ、レーザ光の照射位置とノズルとの位置合わせを行う。これにより、ノズルに対して正確にレーザ光を照射することができるようになっている。
【００２９】
上述したノズルの位置合わせの後に、ノズルに対してレーザ光を照射する。本実施形態では、レーザ光を照射することにより、ノズル内面の表面改質を行うとともに、ノズル内面に存在する異物の除去を行う。ノズル内面の表面改質は、ノズル内面を溶解させて微小なざらつきを解消するものである。そのため、ノズルプレートの構成材料に応じてレーザパワーを設定する必要がある。一方、ノズル内部に存在する異物を分解して除去する場合には、ノズル内面の表面改質に比べてレーザパワーを低く設定することができる。すなわち、ノズル内面を表面改質しうるようにレーザパワーを設定すれば、同時にノズル内部に存在する異物を除去することができる。
【００３０】
図５はレンズを用いる場合のレーザ光照射方法の説明図であり、図５（ａ）はノズルのテーパ部に対するレーザ光照射方法の説明図である。ノズル内面の表面改質等を行うため比較的強いレーザパワーが必要な場合には、レンズ８５によりレーザ光を集光してテーパ部９１ｂに照射する。特に強いレーザパワーが必要な場合にはレンズ８５の焦点位置をテーパ部９１ｂの表面に一致させることが望ましいが、そうでない場合には必ずしも一致させる必要はない。いずれの場合でも、ＸＹステージによりノズルプレート９２を同心円状に移動させつつ、テーパ部９１ｂの表面全体にレーザ光を順次照射する。その際、ノズル９１に対してレンズ８５を接近および離反させることにより、レンズ８５の焦点位置を調整しつつレーザ光を照射することが望ましい。具体的には、テーパ部９１ｂの表面とレンズ８５との距離を一定に保持すればよい。これにより、テーパ部９１ｂの表面全体を略一定のレーザパワーで照射することができる。
【００３１】
図５（ｂ）は、ノズルの小径部に対するレーザ光照射方法の説明図である。ノズル９１の小径部９１ａは、ノズルプレート９２の裏面から垂直に穿設されている。また本実施形態では、レーザ光照射装置の装置構成を簡略化するため、ノズルプレート９２の表面に対して垂直にレーザ光を照射する。そのため、ノズル９１の小径部９１ａの内面にレーザ光を集光させるのは困難である。そこで、レンズ８５によりレーザ光を集光させた後の発散光を用いて小径部９１ａの内面を照射する。この場合にも、ノズル９１に対してレンズ８５を接近および離反させることにより、レンズ８５の焦点位置を調整しつつレーザ光を照射することが望ましい。
【００３２】
図６は、レンズを用いない場合のレーザ光照射方法の説明図である。なお図６（ａ）は、図６（ｂ）および図６（ｃ）のＡ−Ａ線における側面断面図である。また図６（ｂ）はマスク１８０の平面図であり、図６（ｃ）はノズルプレート９２の平面図である。ノズル内面の表面改質等を行うのに比較的弱いレーザパワーで足りる場合には、レンズによりレーザ光を集光する必要はなく、レーザ光をそのままノズル９１に照射すればよい。ただし、レーザ光のスポット径はノズル９１の直径より大きいので、ノズル９１と同時にノズルプレート９２の表面にもレーザ光が照射されてしまう。そこで図６（ａ）に示すように、ノズル９１と略同一直径の開口部１８１を有するマスク１８０を介して、ノズル９１にレーザ光を照射する。この場合、開口部１８１に対して複数のノズル９１を順に位置合わせする。これにより、ノズル９１に対して選択的にレーザ光を照射することができる。
【００３３】
以上に詳述したように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法では、ノズルプレートのノズルにレーザ光を照射する構成とした。この構成によれば、ノズル内面の表面改質を行って、微小なざらつきを解消することができる。また、ノズル内部に存在する異物の除去を行うことができる。したがって、平滑な表面のノズルを有する液滴吐出ヘッドを提供することができる。この液滴吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出すれば、液滴の形状安定性を向上させることができる。また液滴の直進性を向上させて、飛行曲がりの発生を防止することができる。その結果、液滴吐出ヘッドの描画品質を向上させることができる。
【００３４】
そして、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して製造した液滴吐出ヘッドは、金属配線の形成やカラーフィルタの形成、有機ＥＬ素子の形成、液晶材料の塗布などに工業応用が可能であり、また民生用プリンタにも応用が可能である。いずれの場合にも、描画品質を向上させることができる。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの側面断面図である。
【図３】ノズルプレートにおけるノズルの穿設方法の説明図である。
【図４】レーザ光照射装置の概略構成図である。
【図５】レンズを用いる場合のレーザ光照射方法の説明図である。
【図６】レンズを用いない場合のレーザ光照射方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
９１‥ノズル  ９２‥ノズルプレート
【図１】
2006312245.tif 000003
【図２】
2006312245.tif 000004
【図３】
2006312245.tif 000005
【図４】
2006312245.tif 000006
【図５】
2006312245.tif 000007
【図６】
2006312245.tif 000008