(57)【要約】【課題】ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を形成することができるノズルプレートの製造方法を提供すること。【解決手段】被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有するノズルプレート材料１０に対してエキシマレーザーから発振されるレーザー光Ｌを照射することにより貫通孔を形成する工程を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法であり、これにより、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を形成することができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有するノズルプレート材料に対してエキシマレーザーから発振されるレーザー光を照射することにより貫通孔を形成する工程を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有するノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、互いの開口の重なりによって形成される透過部にエキシマレーザーから発振されるレーザー光を透過させて前記ノズルプレート材料に照射することにより貫通孔を形成する工程と、
前記マスクを前記透過部の面積が大きくなる方向に変化させながら、該透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、前記貫通孔に連続するテーパー部を形成する工程とを有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
前記複数のマスクは２枚であることを特徴とする請求項２記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
前記複数のマスクの開口形状はそれぞれ長円形状であることを特徴とする請求項３記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするノズルプレート。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により製造されたノズルプレートを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズルプレートの製造方法、ノズルプレート及びインクジェット記録ヘッドに関し、詳しくは、ノズルとなる貫通孔をレーザーアブレーションにより形成するインクジェット記録ヘッドに用いられるノズルプレートの製造方法、ノズルプレート及びそれを有するインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、インクジェット記録ヘッドのノズルプレートに高分子材料が使用されるようになってきた。このノズルプレートにノズルを形成する方法として、高分子材料の穿孔に適するエキシマレーザーによるアブレーション加工の検討が多くなされている。
【０００３】
エキシマレーザーによるアブレーション加工は、常温、常圧、短時間で、サブミクロン〜ミクロンオーダーの精度で、熱歪みやバリのない孔や溝を形成でき、また、マスクを透過したエキシマレーザー光を、レンズで被加工物に結像させれば、マスクパターンを数分の１に縮小、転写して、任意の形状の孔や溝を一括して形成できる。即ち、焦点加工でなく、マスク加工ができる特徴がある。エキシマレーザーは短パルス（〜２０ｎｓ）、高輝度（〜数十ＭＷ）の紫外光を出力できる。発振波長は、レーザーガスの種類により異なるが、アブレーションに良く使用されるのは、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）である。
【０００４】
しかし、エキシマレーザーは、レーザー光が必ずしも一定の方向に出ず、パルス毎に方向が微妙に揺らいでいる。また、発光強度分布もパルス毎に揺らいでいる。本発明者らは、このエキシマレーザーの揺らぎについて更に検討したところ、この揺らぎがノズルプレート製造の際のノズル出口側の加工精度に影響を与えていることを突き止めた。
【０００５】
すなわち、ノズルプレートの製造に際して、ノズルプレート材料に対して一度にｎ個のノズル孔をｍ回に分けて加工する場合、ｎ個毎にノズル孔の軸が少しばらついた加工となることかわかった。厳密にいえば、ｎ個の中でも精度は一定ではなく、このようなノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドにより画像記録を行うと、画像品質が悪くなる。
【０００６】
これは以下の理由によるものと考えられる。つまり、エキシマレーザーにより加工された孔の断面を見ると、光のエネルギー密度が大きければ、レーザー光の入射側（ノズル入口）と抜け側（ノズル出口）の孔径は近くなり、逆の場合は、入射側に比べて抜け側の径は小さく、テーパー角としては大きな値となる。このとき、レーザー光の方向や強度分布が揺らぐと、加工毎に右側のテーパーが小さかったり、その逆であったりすることとなる。例えば右側のテーパーが小さければ、図７に示すように、結果として軸が右に倒れたことと同じとなり、ノズル出口側の加工精度を低下させ、射出されるインク滴の曲がりが発生して着弾精度が悪化する。
【０００７】
エキシマレーザーは、１〜３ｍｒａｄ（＝１ｍ進むと１〜３ｍｍ広がる）程度の広がり角を持っており、図８に示すように平行光成分Ｐだけからなるわけではない。広がり角の大きい部分θに由来する光は、ノズルプレート材料に当たった後、ノズル孔を掘り進む際、右もしくは左側のテーパー角に非対称に影響し、その成分の揺らぎはすぐに実質的なノズル軸に影響する。
【０００８】
θ成分は、対物レンズのより周囲を通過する部分を含むため、収差が大きく不均一になり易い。さらに平行光成分Ｐだけに比べ、使用されるレーザー光の範囲が図示ＡからＢと広い範囲の影響を受けるため、変動し易くなる。レーザー光が平行光成分Ｐのみであれば、初期の光学的な調整がしっかりなされている限り角度のばらつきは小さいが、上述の通りエキシマレーザーには広がり角の大きい部分θの成分も含むため、これがノズル出口側の加工精度を低下させ、このノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドにより記録形成される画像の品質を低下させてしまうと考えられる。
【０００９】
従来では、エキシマレーザーを用いて、インクジェット記録ヘッドのノズル孔を穿孔する様々な技術が数多く提案されているが（特許文献１〜３）、いずれも上述の問題点の解決には触れられていない。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−６６６０６号公報
【特許文献２】特許第２９８５６８２号公報
【特許文献３】特開平５−３１８７４４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を形成することができるノズルプレートの製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
また、本発明は、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を有するノズルプレートを提供することを課題とする。
【００１３】
更に、本発明は、射出されるインク滴の着弾精度が高く、高品質の画像を記録することのできるインクジェット記録ヘッドを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の各課題は以下の各発明によって解決される。
【００１５】
即ち、請求項１記載の発明は、被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有するノズルプレート材料に対してエキシマレーザーから発振されるレーザー光を照射することにより貫通孔を形成する工程を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有するノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、互いの開口の重なりによって形成される透過部にエキシマレーザーから発振されるレーザー光を透過させて前記ノズルプレート材料に照射することにより貫通孔を形成する工程と、前記マスクを前記透過部の面積が大きくなる方向に変化させながら、該透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、前記貫通孔に連続するテーパー部を形成する工程とを有することを特徴とするノズルプレートの製造方法である。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記複数のマスクは２枚であることを特徴とする請求項２記載のノズルプレートの製造方法である。
【００１８】
請求項４記載の発明は、前記複数のマスクの開口形状はそれぞれ長円形状であることを特徴とする請求項３記載のノズルプレートの製造方法である。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするノズルプレートである。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により製造されたノズルプレートを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、レーザー穿孔装置の一例を示す概略図であり、同図において、１はレーザー発振器、２は第１ミラー、３は第２ミラー、４は第３ミラー、５はＣＣＤカメラ、６はＣＣＤカメラ５への結像レンズ、７はフィールドレンズ、８はマスク、９は対物レンズ、１０はノズルプレート材料、１１はＸ−Ｙテーブルである。
【００２３】
レーザー発振器１から出射したレーザー光Ｌは、第１ミラー２、第２ミラー３及び第３ミラー４を経て、フィールドレンズ７及び所望の開口を形成するマスク８を透過した後、対物レンズ９によりノズルプレート材料１０表面の被加工部に結像される。ここでは一組の凸レンズであるフィールドレンズ７及び対物レンズ９によってテレセントリック光学系を構成しており、同時に多数の孔加工が可能となる。被加工部とは、レーザー光Ｌが照射されることにより加工が施されるノズルプレート材料１０の部位である。この結像されたレーザー光Ｌによりノズルプレート材料１０の被加工部に加工が施される。
【００２４】
第３ミラー４はレーザー光Ｌについては全反射するが、可視光については高い透過率を持つため、ＣＣＤカメラ５による観察が可能である。このため、被加工部への結像位置はＣＣＤカメラ５により確認され、Ｘ−Ｙテーブル１１を移動調整することにより位置調整される。
【００２５】
本発明において、ノズルプレートを作成するための材料であるノズルプレート材料１０としては、レーザー光により容易にアブレーション可能な材料が用いられ、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリサルフォン等の樹脂を好ましく用いることができる。
【００２６】
ここで、本発明に係るノズルプレートの製造方法は、上記レーザー発振器１に用いられるレーザーがエキシマレーザーであり、また、上記ノズルプレート材料１０の被加工部の厚みｄが７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有しており、かかるノズルプレート材料１０に対してエキシマレーザーから発振されるレーザー光Ｌを照射することにより、厚みｄを有する被加工部にインク吐出を行うノズル孔とするための貫通孔１００を形成する工程を含んでいる（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
本発明では、ノズルプレート材料１０の被加工部の厚みｄが７５μｍ以上１５０μｍ以下であるため、ここに貫通孔１００を形成すると、エキシマレーザーのレーザー光Ｌのうち、対物レンズ９の略中央部を通過して被加工部に対して略平行に入射する対称で比較的光量の安定したレーザー光Ｌ１の寄与が大きくなり、反面、対物レンズ９の収差の大きい部分を経由し、光量が不安定で斜めから入射するレーザー光Ｌ２は、貫通孔１００の入口１０１付近で蹴られて出口１０２付近までは届きにくいため、貫通孔１００先端の出口１０２部分の加工精度を高めることができる。その結果、この貫通孔１００をノズル孔とするインクジェット記録ヘッドから射出されるインクの着弾精度を高めることができ、また、これにより記録形成される画像の品質を向上させることができる。
【００２８】
ノズルプレート材料１０の被加工部の厚みｄが７５μｍ未満であると、斜めから入射するレーザー光Ｌ２が貫通孔１００の入口１０１で蹴られる割合が少なくなり、出口１０２側まで届き易くなるため、ノズル出口の加工精度が悪くなり、射出されるインク滴の曲がりが大きくなる。また、これにより記録形成される画像品質も低下する。また、１５０μｍを越える厚さでは、加工時間が長くなると共に、厚さ方向でピントがぼけることによる形状劣化が発生するため、いずれも好ましくない。
【００２９】
なお、ノズルプレート材料１０にレーザー光を用いて貫通孔１００を形成するに先立って、図２（ａ）に示すようにノズルプレート材料１０の表面（インク滴が吐出される側）に撥インク膜１２を被覆形成し、ノズルプレート材料１０の表面に撥インク性を付与しておくことが好ましい。
【００３０】
撥インク膜１２としては、ノズルプレート材料１０の表面に撥インク性を付与し得ると共に、上述したようにレーザー光により容易に除去されるものであれば任意であり、例えば含フッ素樹脂溶液をコーティングする方法、含フッ素樹脂分散液をコーティングした後、加熱溶融処理を施す方法等により形成することができる。撥インク膜１２の膜厚は、０．１〜０．５μｍ程度が好ましい。
【００３１】
かかる撥インク膜１２の表面側には、更に保護部材１３が貼付しておくことが、貫通孔１００を形成する際の撥インク膜１２の損傷を防止し、良好に加工する観点から好ましい。保護部材１３としては、粘着テープ類が挙げられる。
【００３２】
粘着テープ類としては、基材としてポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等の樹脂を使用し、粘着剤としてゴム系粘着剤等を塗布したものを使用することができる。
【００３３】
撥インク膜１２及び保護部材１３を有するノズルプレート材料１０に貫通孔１００を形成する場合、それら撥インク膜１２及び保護部材１３の形成側とは反対側からレーザー光Ｌを照射するが、この場合、図２（ｂ）に示すように、ノズルプレート材料１０及び撥インク膜１２を貫通させるが、保護部材１３を貫通させない程度の孔加工を行う。
【００３４】
このようにしてノズルプレート材料１０の被加工部に貫通孔１００を形成する際、対物レンズ９の一次側に配置されるマスク８により形成される透過部の形状は、ノズルプレートのノズル出口の形状と同一形状とされる。従って、ノズル出口の形状を円形状とする場合は、マスク８により円形状の透過部を形成するが、ノズル出口の形状は円形状に限らず、矩形状、多角形状、星形状等任意である。
【００３５】
ノズル入口側がテーパー部を有するノズル孔加工を行う場合、以上のようにして貫通孔１００を形成したノズルプレート材料１０に対して、マスク８により開口形状を可変させることによりテーパー部の加工を行うことができる。マスク８は、図１に示すように、複数枚のマスクを重合配置させ、互いの開口の重なりによって透過部を形成し、それぞれのマスクを移動させてそれらの重合度合いを変化させて透過部の形状を変化させることによって行うことができる。
【００３６】
以下、このテーパー部を有するノズルプレートの製造方法について説明する。
【００３７】
図３は、マスク８の移動機構の概略構成を示す平面図である。マスク８は、ここでは２枚のマスク８ａ、８ｂを重合させて構成しており、各マスク８ａ、８ｂには、例えば長さ６００μｍ、幅１３０μｍの長円形状を呈するそれぞれ複数の開口、ここでは２つの開口８１ａ、８２ａと８１ｂ、８２ｂとがそれぞれ形成されている。なお、この開口の数はノズルプレート材料１０に対して一度に加工される数であり、その数は図示する２つに限定されるものではない。
【００３８】
各マスク８ａ、８ｂの一端は、それぞれ支持枠８３ａ、８３ｂに取り付けられている。これら支持枠８３ａ、８３ｂは、図示しないモータによって回動する螺子杆８４ａ、８４ｂと螺合しており、モータの駆動によりそれぞれガイドレール８５ａ、８５ｂに沿って、図中の矢印で示すように開口８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂの長さ方向に沿って互いに接離する方向に相対的にスライド移動可能に構成され、これにより開口８１ａ、８２ａと８１ｂ、８２ｂとの重合によって形成される透過部８０の面積を可変としている。
【００３９】
テーパー部を形成するには、まず、透過部８０の面積が貫通孔１００の面積と対応するようにマスク８ａ、８ｂの重合度合いが調整されて貫通孔１００が形成された後、マスク８ａ、８ｂをその重合度合いを大きくする方向に若干移動させることにより透過部８０の面積を若干大きくし、貫通孔１００が形成されているノズルプレート材料１０の被加工部に対してレーザー光Ｌを照射する。これにより最初に形成された貫通孔１００よりも若干大径の穴１００ａが形成される（図４（ａ））。
【００４０】
次いで、マスク８ａ、８ｂの重合度合いを更に大きくし、透過部８０の面積を更に大きくし、同じくノズルプレート材料１０の被加工部に対してレーザー光Ｌを照射する。これにより上記穴１００ａよりも若干大径の穴１００ｂが形成される（図４（ｂ））。
【００４１】
これを同様に繰り返すことにより、貫通孔１００に連続するテーパー部２００が形成される。このテーパー部２００の形成に際しては、既に貫通孔１００が形成されているため、レーザーが同じ出力である限り、テーパー部２００を加工する際のレーザー光Ｌが貫通孔１００の出口１０２の加工精度に影響を及ぼすおそれはない。
【００４２】
また、テーパー部２００は、図示するように階段状に形成されるものに限らず、透過部８０の面積の時間変化を一定にすることにより、断面が滑らかな漏斗状に形成することもできる。
【００４３】
更に、本発明において、ノズルプレート材料１０が十分な厚みを有している場合には、テーパー部２００を形成する際、最初に、貫通孔１００を形成するための被加工部の厚みｄが７５μｍ以上１５０μｍ以下となる厚みを残してテーパー部の一部２０１を形成し（図５（ａ））、その後、上記被加工部に貫通孔１００を形成し（図５（ｂ））、更にその後、残りのテーパー部を形成することによりテーパー部２００を完成させる（図５（ｃ））ようにしてもよい。
【００４４】
以上のようにして貫通孔１００（及びテーパー部２００）が形成された後、保護部材１３を剥離すると、貫通孔１００がノズル孔ａとされたノズルプレートＡが作成される。
【００４５】
作成されたノズルプレートＡは、ノズル孔ａに対応する複数のインク室ｂが形成されたアクチュエータ基板Ｂの前端面Ｂ１に接着され、これによりインクジェット記録ヘッドＨが作成される（図６）。アクチュエータ基板Ｂは、ここではインク室ｂの側壁をせん断変形させることによりインク室ｂ内の容積を変化させ、そのとき発生する圧力によってインク室ｂ内のインクをインク滴としてノズル孔ａから射出するものを例示しているが、インク室ｂ内のインクをノズル孔ａからインク滴として射出可能であればいかなる構造であってもよい。
【００４６】
【実施例】
ノズルプレート材料として、表１に示すように厚さ２００μｍ、１５０μｍ、１２５μｍ、１００μｍ、７５μｍ及び５０μｍの６枚のポリイミド樹脂シートを用意し、それぞれエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いて出口径２３μｍとなるように２５６個の貫通孔を形成し、これをノズル孔とするノズルプレートを作成した。
【００４７】
なお、各ノズルプレート材料に対する加工条件は厚み以外すべて同一とした。
【００４８】
得られたノズルプレートを２５６個のインク室を形成したＰＺＴからなるアクチュエータ基板の前端面に接着剤を用いて接着し、インクジェット記録ヘッドを作成した。
【００４９】
（評価方法）
各記録ヘッド（実施例１〜４及び比較例１、２）を用いて、同一の駆動条件で記録媒体（コニカ社製「ＱＰペーパー」）上にベタ画像を形成し、その濃度ムラについて以下の基準に基づいて目視評価した。その結果を表１に示す。
【００５０】
◎：全く濃度ムラは見られない
○：ほとんど濃度ムラは見られない
△：わずかに濃度ムラがあるが、画質上問題なし
×：濃度ムラが目立つ
【００５１】
【表１】
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【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を形成することができるノズルプレートの製造方法を提供することができる。
【００５３】
また、本発明によれば、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を有するノズルプレートを提供することができる。
【００５４】
更に、本発明によれば、射出されるインク滴の着弾精度が高く、高品質の画像を記録することのできるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー穿孔装置の一例を示す概略図
【図２】（ａ）貫通孔を形成する前のノズルプレー材料の断面図、（ｂ）貫通孔を形成したノズルプレー材料の断面図
【図３】マスクの移動機構の概略構成を示す平面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）はテーパー部の製造方法の一例を示す工程説明図
【図５】（ａ）〜（ｃ）はテーパー部の製造方法の他の例を示す工程説明図
【図６】インクジェット記録ヘッドの一例を示す分解斜視図
【図７】貫通孔を形成した従来のノズルプレートの断面図
【図８】エキシマレーザーによる加工状況を示す模式図
【符号の説明】
Ａ：ノズルプレート
ａ：ノズル孔
Ｂ：アクチュエータ基板
Ｂ１：前端面
ｂ：インク室
Ｈ：インクジェット記録ヘッド
８：マスク
８０：透過部
１０：ノズルプレート材料
１００：貫通孔
２００：テーパー部
【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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