(57)【要約】【課題】本発明はノズルプレートの製造において、基材および撥水膜の加工形状精度の向上を図ることを目的とする。【解決手段】撥水膜２が形成された基材１に、撥水膜２が形成された面とは反対側から第１のマスクを用いてレーザビームを照射することによって、基材１に対して吐出口１０ａの加工を行なう第１加工工程と、撥水膜２が形成された面と同一面側から第２のマスク２１を用いてレーザビーム３１を照射することによって、撥水膜２に対して吐出口１０ｂの加工を行なう第２加工工程とを有する。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットプリンタヘッドに使用され、吐出口を備えるノズルプレートの製造方法であって、
撥水膜が形成された基材に、前記撥水膜が形成された面とは反対側から第１のマスクを用いてレーザビームを照射することによって、主に前記基材に対して前記吐出口の加工を行なう第１加工工程と、
前記撥水膜が形成された面と同一面側から第２のマスクを用いてレーザビームを照射することによって、主に前記撥水膜に対して前記吐出口の加工を行なう第２加工工程と、
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２】
前記第１のマスクと前記第２のマスクとは、異なるパターンが形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
前記第１加工工程に用いる前記レーザビームの加工エネルギ密度より、前記第２加工工程に用いる前記レーザビームの加工エネルギ密度の方が大きいことを特徴とする、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
前記レーザビームは、エキシマレーザであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法を用いて製造したノズルプレートを用いて作成した、インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタにおけるノズルプレートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタのノズルプレートにおいて、吐出されるインクの吐出特性を向上させる目的から、吐出口形成部材の吐出口が形成される面、少なくとも吐出口近傍は撥水性を持つ材料を塗布、熱処理することで形成し、撥水性を持たせている。吐出口形成部材（基材）としてはポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォンなどが好ましく用いられる。その中でも特に好ましいのはポリイミド樹脂でＤｕｐｏｎｔ社製；カプトン（登録商標）や、宇部興産（株）製；ユーピレックス（登録商標）などが寸法安定性、耐インク性、耐熱性などに優れているので好ましく用いられる。
【０００３】
また、撥水膜は、溶剤可溶性のフッ素ポリマやシリコン樹脂などの素材を適当な溶剤に溶解して、ノズル板上にディップコート、スピンコートなどで１μｍ以下の厚さにコーティング、熱処理して形成する。撥水膜素材としては、パーフルオロポリマの結晶性を低下させて可溶性とし、さらに架橋性基を導入した、フルオロビニレンとビニルエーテルとの交互共重合体（旭硝子（株）製；ルミフロン（登録商標）、大日本インキ（株）製；フルオネート（登録商標）、セントラル硝子（株）製；セフラルコート（登録商標）、ダイキン（株）製；Ｃ−１（登録商標）等）、非晶質で溶剤可溶性のパーフルオロシクロポリマ（旭硝子（株）製；サイトップ（登録商標）、Ｄｕｐｏｎｔ社製；テフロン（登録商標）ＡＦ等）、パーフルオロ基を側鎖に有するポリマ（旭硝子（株）製；旭ガード（登録商標）ＡＧシリーズ等）を挙げることができる。
【０００４】
ノズルプレートの製造方法は、たとえば、特開平１０−１４６９８１号公報（特許文献１）、特開平１０−１５７１４０号公報（特許文献２）などで示されている。まず図５（Ａ）で示されるように、上記吐出口形成部材としての基材１上の吐出口が形成される面に撥水性を持つ吐出口形成材料２を形成し、図５（Ｂ）で示されるように基材１側から吐出口形成材料２にレーザビーム３を照射することによって吐出口１０を形成する。
【０００５】
加工時のレーザビームの加工面におけるエネルギ密度は、０．６Ｊ／ｃｍ２以上にすることが望ましい。この場合、吐出口形成材料２の厚みが数十μｍ程度である場合には、吐出口１０に５度〜６度程度のテーパ角が得られる。インクジェットプリンタでは、流路抵抗の増大を抑えるために、吐出口１０に数度から１０度程度のテーパを与えることが多い。
【０００６】
吐出口１０に、１０度程度のテーパ角を与えるための形成方法としては、（ｉ）レーザビームの加工面でのエネルギ密度を維持する方法と、（ｉｉ）レーザビームの加工面でのエネルギ密度を下げる方法と、の２種類の方法が挙げられる。（ｉ）の方法は、たとえば特殊な光学系を組んでレーザビームの光軸を移動させるオーブリングと呼ばれる手法である。（ｉｉ）の方法は、たとえば１０度程度のテーパ角を形成するにはレーザビームの加工面でのエネルギ密度を０．４Ｊ／ｃｍ２程度にまで下げることが必要となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１４６９８１号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１０−１５７１４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、１０度程度のテーパ角を形成する手法において、上記（ｉ）に示す、レーザビームの加工面でのエネルギ密度を維持する方法（オーブリング）は特殊な光学系を用いるため、光軸の調整などのメンテナンスが難しくなる。
【００１０】
一方、上記（ｉｉ）に示す、レーザビームの加工面でのエネルギ密度を下げる方法のような低エネルギ密度で加工を行なった場合、レーザ入射面側の吐出口の形状はマスク形状を反映するためそれほど大きなばらつきは生じない。しかし、レーザ出射面側の吐出口の形状はマスクの形状を反映するのではなく、レーザ入射面に合わせた、レーザビームに設定されたフォーカスのデフォーカスのため、出射面側の吐出口は入射面側の吐出口より小さく形成される。このため出射面側の吐出口の形状ばらつきは大きくなる。
【００１１】
たとえば、レーザビーム入射面側の吐出口の形状が、直径４０μｍ程度の円、レーザビーム出射面側の吐出口の形状が、直径２０μｍ程度の円を得ようとした場合、０．４Ｊ／ｃｍ２程度の低エネルギ密度ではレーザビーム入射面側での偏差が０．１７μｍであるのに対して、レーザビーム出射面側での偏差は、０．３０μｍとなる。
【００１２】
インクジェットプリンタでは、レーザビーム出射面側の形状のばらつきが、レーザビーム入射面側の形状のばらつきより印字品位に大きな影響を与える。上記印字品質の例としては、インク吐出時の着弾位置、液滴の体積がある。上記程度のばらつきでは、着弾位置の誤差が約１２μｍ、液滴の体積のばらつきが約１０％程度となり印字品位の低下を招くことが問題となる。
【００１３】
したがって、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ノズルプレートの製造において、レーザのメンテナンスを容易にしたまま、テーパ角の大きい吐出口を得る場合の、レーザビーム出射面側の形状のばらつきを抑えることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づいたノズルプレートの製造方法においては、上記課題を解決するため、インクジェットプリンタヘッドに使用され、吐出口を備えるノズルプレートの製造方法であって、上記撥水膜が形成された基材に、上記撥水膜が形成された面とは反対側から第１のマスクを用いてレーザビームを照射することによって、主に上記基材に対して上記吐出口の加工を行なう第１加工工程と、上記撥水膜が形成された面と同一面側から第２のマスクを用いてレーザビームを照射することによって、主に上記撥水膜に対して上記吐出口の加工を行なう第２加工工程とを有する。
【００１５】
この製造方法によれば、第１のマスクを用いたレーザビームの照射によって、基材を穴加工した後、第２のマスクを用いたレーザビームの照射によって、撥水膜を穴加工する。第２加工工程の際には、第１加工工程で用いた第１のマスクとは異なる第２のマスクを用いてレーザ加工することになるので、第２加工工程によって基材がさらに追加加工されることはない。さらに、第２のマスクの加工精度に従った非常に高精度な加工を行なうことができるので、レーザ出射面側での穴径のばらつきを小さく抑えることが可能となる。
【００１６】
なお、第２加工工程の際には、第１加工工程におけるフォーカス条件を修正し、加工対象である撥水膜に再度フォカース制御することが好ましい。これにより、第２のマスクによって遮断されるレーザの光量を少なくすることができ、レーザビームの利用効率の向上、および撥水膜上におけるレーザビームの加工エネルギ密度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明のノズルプレートの他の好ましい製造方法では、第１のマスクと第２のマスクとが異なるパターンが形成されていることを特徴とする。この製造方法によれば、第１加工工程による加工形状と第２加工工程による加工形状を異ならせることができる。たとえば、第１のマスク、および第２のマスクの形状を共に円形とし、第１のマスクの穴径よりも第２のマスクの穴径を小さくする場合には、基材から撥水膜に向けて穴径が小さくなるテーパ状に加工することができる。
【００１８】
具体例として、まず吐出口が形成される面を撥水性を持つ材料で処理を行なった基材に、レーザ入射面側の形状を投影する第１のマスクを基材側面に設置し、０．４Ｊ／ｃｍ２程度の低エネルギ密度のレーザビームを照射する。加工が上記撥水性を持つ材料に達する直前にレーザビームの照射を止めてレーザ出射面側の形状を投影する。次に、第２のマスクを撥水膜側面に設置し、０．６Ｊ／ｃｍ２程度の高エネルギ密度のレーザビームを照射する。なお、第１のマスクの穴径はφ１６０μｍであり、また、第２のマスクの穴径はφ８０μｍである。上記条件により、レーザ入射側の吐出口の穴径がφ４０μｍ、レーザ出射側の吐出口の穴径がφ２０μｍのテーパ状に穴加工を行なうことができる。
【００１９】
また、本発明のノズルプレートの他の好ましい製造方法では、基材の加工を行なう時に用いるレーザビームの加工エネルギ密度より、撥水膜の加工を行なう時に用いるレーザビームの加工エネルギ密度の方が大きいことを特徴としている。
【００２０】
この製造方法によれば、加工長さが長い基材の加工の際には、より低い加工エネルギ密度により加工が行なわれるため、テーパ形状に加工を行なうことができる。また、薄層の撥水膜の加工の際には、より高い加工エネルギ密度により加工を行なうため、第２のマスクの形状に正確、かつ切れのよい穴加工を行なうことができる。
【００２１】
また、本発明のノズルプレートの他の好ましい製造方法では、ノズルプレートを形成するレーザビームはエキシマレーザであることを特徴としている。この製造方法によれば、基材として、たとえばポリイミドフィルム等の紫外線吸収率が非常に良好な材料を用いた場合に、加工性がよいという効果がある。なお、撥水膜の紫外線吸収率が低い場合であっても、該撥水膜は薄層であるため、上述したように所定量のエネルギ密度にて良好な加工を行なうことができる。
【００２２】
また、本発明のインクジェットヘッドは、上記一連の製造方法にかかるノズルプレートを用いて作成することを特徴としている。このインクジェットヘッドでは、上記一連の製造方法にかかるノズルプレートを使用するため、ノズル穴のばらつきや形状が安定し、さらにノズルプレートのインク流入側とノズル穴の内側の親水性が高い。このため、インクジェットヘッドの吐出特性のばらつきが低減され、これによってインクの媒体上への着弾精度を向上することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づいたノズルプレートの製造方法およびインクジェットヘッドの実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００２４】
まず、図４を参照して、本実施の形態で用いるエキシマレーザ加工システムの一例を説明する。このエキシマレーザ加工システムは、ＫｒＦエキシマレーザ５から発振された波長２４８ｎｍのレーザビーム３が光学系６を通過する。光学系６の所定領域には、所定の開口パターンを有するインクジェットノズルのすべて、または一部のパターンを持った投影マスク７が配置される。光学系６を通過したレーザビーム３は、被エッチング物８に照射される。
【００２５】
エキシマレーザ５から発振されたレーザビーム３は、光学系６を通り、投影マスク７を照射する。この光学系６は投影マスク７のパターンを１／４倍の縮尺率で被エッチング物８上に投影し、被エッチング物８に加工を行なう。
【００２６】
次に、上述したレーザ加工システムを用いて、ノズルプレートの製造を行なう。この製造工程では、基材１側の吐出口の形状が直径４０μｍの円、撥水膜２側の吐出口の形状が直径２０μｍ程度の円であるノズルプレートを作成する。
【００２７】
まず、図１に示すように、ポリイミドフィルムからなる基材１に撥水膜２を形成する。基材１のポリイミドフィルムには厚さ５０μｍの宇部興産（株）製；ユーピレックス（登録商標）、撥水膜２には旭硝子（株）製；サイトップ（登録商標）を用いた。基材１に撥水膜２をスピンコートで塗布した後、２２０℃で２時間熱処理し、厚さ０．５μｍの撥水膜２を形成した。
【００２８】
次に、図２に示すように、所定の開口パターンが形成された第１フォトマスク２０を用いて、基材１側からレーザビーム３１を照射して基材１のみをレーザ加工して、基材１に穴１０ａを形成する。このレーザ加工プロセスの加工条件は下記のとおりである。
【００２９】
投影マスク２０：直径１６０μｍの円がパターニングされたもの
入射面でのレーザエネルギ：０．４Ｊ／ｃｍ２
ショット数：４１０ショット
パルス繰り返し周波数：２００Ｈｚ
加工厚みに対するショット数：４１０／４９．２＝８ショット／μｍ
上記条件で加工を行なうと、基材１は厚さ方向に平均４９．２２μｍ加工される。ユーピレックス（登録商標）などからなる基材１の場合は、波長３００μｍ以下の紫外線吸収率が非常に良いため、エキシマレーザによる加工性が非常に良い。本実施の形態に用いたユーピレックス（登録商標）では、２４８ｎｍの紫外線吸収率はほぼ１００％である。
【００３０】
次に、図３に示すように、上記第１フォトマスクとは、開口パターンが異なる開口パターンが形成された第２フォトマスク２１を用いて、撥水膜２側からレーザビーム３１を照射して撥水膜２のみをレーザ加工し、撥水膜２に穴１０ｂを形成して、吐出口１０を完成させる。このレーザ加工プロセスの加工条件は下記のとおりである。
【００３１】
投影マスク２１：直径８０μｍの円がパターニングされたもの
入射面でのレーザエネルギ：０．６Ｊ／ｃｍ２
ショット数：５０ショット
パルス繰り返し周波数：２００Ｈｚ
加工厚みに対するショット数：５０／０．５＝１００ショット／μｍ
サイトップ（登録商標）などの撥水膜形成材料は、フッ素化合物であることが多い。このようなフッ素化合物では紫外線吸収率が低く、本実施の形態で用いたサイトップでは、波長２４８ｎｍに対しては、約１０％程度である。したがって、エキシマレーザに対する加工性は良くない。加工厚みに対してショット数が大きく異なるのはこのためである。
【００３２】
上記条件によって、図１から図３に示した製造工程に基づき、ノズルプレートが作成される。このノズルプレートは１００個の吐出口１０からなる。上記ノズルプレートの直径の平均値、およびばらつきは下記のとおりとなった。
【００３３】
比較のため各加工方法で作ったときの形状も記載する。
［本実施の形態の場合］
レーザ入射側：直径；４０．２μｍ、偏差；０．１６μｍ
レーザ出射側：直径；２０．１μｍ、偏差；０．１９μｍ
［低エネルギ密度（０．４Ｊ／ｃｍ２の場合）］
レーザ入射側：直径；４０．３μｍ、偏差；０．１７μｍ
レーザ出射側：直径；２０．２μｍ、偏差；０．３０μｍ
［オーブリングを用いた加工の場合］
レーザ入射側：直径；４０．１μｍ、偏差；０．１５μｍ
レーザ出射側：直径；２０．１μｍ、偏差；０．２０μｍ
本実施の形態における方法によれば、特に撥水膜側の吐出口の偏差が、低エネルギ密度による加工方法に比べ小さくなっており、また、オーブリングを用いた加工と比べても遜色ない結果が得られた。
【００３４】
また、上記実施の形態においては、撥水膜２を単層膜としているが、同様の機能を有するように、複数の膜からなる構成とすることも可能である。
【００３５】
比較のために、本実施の形態にかかる製造方法で加工したノズルプレートと、基材１と撥水膜２とをエキシマレーザのみで加工したノズルプレート（比較例）を用いて、インクジェットヘッドを作成し、吐出特性を比較した。
【００３６】
上記２つのインクジェットヘッドを、インクジェットプリンタに搭載し、１ｍｍ離れた紙面上に印字し、印字位置のばらつき（着弾精度）を調べた。上記２つのヘッドは同様のパターンの吐出口１０を有しており、チャンネル数は１４０である。
【００３７】
これら２つの着弾精度を比較したところ、比較例のインクジェットヘッドは着弾精度のばらつきが５０μｍと大きかったのに対して、本実施の形態にかかる製造方法で作成したノズルプレートを用いたインクジェットヘッドでは、着弾精度のばらつきは１０μｍと非常に良好であった。
【００３８】
なお、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に基づいたノズルプレートの製造方法によれば、テーパ角の大きい吐出口の形状のばらつきを抑えることを可能とする。また、特殊な光学系を用いることがないため、レーザシステムを安価に作成することができる。さらに、生産時のレーザのメンテナンスを容易に行なうことができる。これによって安価で印字品位の良いインクジェットプリンタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるノズルプレートの製造プロセスを示す第１の図である。
【図２】実施の形態におけるノズルプレートの製造プロセスを示す第２の図である。
【図３】実施の形態におけるノズルプレートの製造プロセスを示す第３の図である。
【図４】レーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図５】従来の技術におけるレーザによるノズル加工を説明する図である。
【符号の説明】
１　基材、２　撥水膜、５　ＫｒＦエキシマレーザ、６　光学系、７　投影マスク、８　被エッチング物、１０，１０ａ，１０ｂ、吐出口、２０　第１フォトマスク、２１　第２フォトマスク、３１　レーザビーム。
【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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