(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出側から小径部分、該小径部分周縁の凸部及び該凸部に連続した大径部分を経てインクチャネルに接続するノズル穴を形成するにあたり、
前記小径部分に対応するレーザー透過部を有する第１マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記小径部分を形成する第１加工工程と、
前記小径部分周縁に対応するレーザー不透過部と、該レーザー不透過部の外側に形成され前記大径部分に対応する環状パターンのレーザー透過部を有する第２マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記大径部分を有する環状の溝と、該環状の溝の内側に前記ノズル穴の内面から前記第２マスク側に突出する前記凸部と、を形成する第２加工工程を経ることを特徴とするインクジェットヘッドのノズル穴形成方法。
【請求項２】
インク吐出側から小径部分、該小径部分周縁の凸部及び該凸部に連続した大径部分を経てインクチャネルに接続するノズル穴を形成するにあたり、
前記大径部分に対応するレーザー透過部を有する第３マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記大径部分を有する溝を形成する第１加工工程と、
前記小径部分に対応するレーザー透過部と、該レーザー透過部の外側に前記小径部分周縁に対応するレーザー不透過部と、該レーザー不透過部の外側に環状パターンのレーザー透過部を有する第４マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記小径部分と、環状の溝と、前記環状の溝の内側に前記ノズル穴の内面から前記第４マスク側に突出する前記凸部と、を形成する第２加工工程を経ることを特徴とするインクジェットヘッドのノズル穴形成方法。
【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ヘッドに関し、詳しくはインク室への空気の侵入を防止できるノズル穴形状を有するインクジェットヘッドのノズル穴形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドのノズルプレートにノズル穴を形成する方法としては、電鋳法、ポンチング法、ドリリング法、エッチング法及びレーザーアブレーション法等が有る。しかしながら、これらの方法のうち、電鋳法は基板が導電性のものにしか適用できないし、メッキ操作が難しくコスト高となり、ポンチング法は加工によってノズルプレートに歪みやバリを生ずるので、歪みの修正やバリの除去の必要があり、特にノズル穴内部のバリの除去が面倒である。またドリリング法は径が１００μｍ以下の穿孔を行うのに適するドリルが少なく、エッチング法はサイドエッチングによる穿孔精度の低下がある。
【０００３】
そこで高分子材料の穿孔に適しているエキシマレーザーによるアブレーション法の検討が多くなされている。エキシマレーザーによるアブレーション法は、常温常圧で、短時間にミクロンオーダーの精度の、熱歪みやバリの無い穴や溝を形成できる。またマスクを通してエキシマレーザー光を被加工物（ワーク）に照射すれば、マスクパターンを転写して任意の形状の穴や溝を形成できる。エキシマレーザーはパルスとして発振され、高分子材料を１パルスで約０．１〜０．５μｍ除去できるので、パルス数で除去する深さを正確に制御できる。インクジェットヘッドに関してはノズル穴の精密穿孔、インク流路の精密形成等の加工に非常に有利であると考えられている。
【０００４】
しかしながら、直進加工には有利でも角度（テーパー）を形成しにくいという欠点もある。穴のテーパー角はエキシマレーザーの照射エネルギーを変えることによりある程度の制御は可能ではあるが、限界がある。インクジェットヘッドのノズルプレートのノズル穴を、エキシマレーザーで高精度で均一に加工するには、高い照射エネルギー密度で穿孔する必要があり、それにより穿孔される穴は、殆どテーパーの無い直線状のものとなる。
【０００５】
インクジェットヘッドのノズル穴に要求される条件は、穴径の変動が小さいことと、テーパー角が大きいことである。テーパー角が小さいノズル穴はノズル容積が小さいので、吐出するインク滴の体積が大きい場合、吐出後インク室に気泡が侵入する。ノズル穴内部に形成されたインクメニスカスは、ラプラースの法則により、ノズル径の小さい方向に移動し易いので、テーパー角の大きなノズル穴ほど吐出しやすく、空気を吸い込みにくくなる。
【０００６】
よってエキシマレーザーを用いた穿孔は、精度の高い均一なノズル穴を形成できる一方で、テーパー角を大きくできない欠点がある。インクジェットヘッドのノズル穴のテーパー角は片側で１０〜２０°必要であるが、エキシマレーザーで高精度且つ均一な穿孔を行うと４〜８°くらいしか角度を持たせることができない。
【０００７】
こういった事情により、エキシマレーザーを用いてインクジェットヘッドのノズル穴を穿孔する場合において、ノズル穴のテーパー角を大きくする様々な方法が提案されている。例えば、特開平５−７７４２５号、同９−６６６０６号には、複数のマスクを使用して複数回のレーザー照射を行い、ノズル穴に段階的にテーパーをつける方法が記載されるが、これらの方法においては、テーパー角を大きくしてノズル穴の入口を広げるために、ヘッド組み立てに用いる接着剤がノズル穴内部に流れ込みやすくなる問題が有る。特開平５−３１８７４４号、同１０−３３７８７６号、同１１−２４０１５９号、日本特許第２９８５６８２号には、複数のマスクを重ね合わせ、互いに移動させながら、エキシマレーザーを照射してノズル穴にテーパーを付与したり、ノズル穴の入口部の段差を解消したりすることが提案されているが、マスクを移動させるための精密で複雑な装置が必要になる問題が有る。また特開平６−９１８３３号、同８−１１３１１号、同８−７２２５０号、同１１−１７０５４１号にはノズルプレートのノズル形成位置に機械的な手段で、有底の凹部を形成し、その底面をエキシマレーザーで穿孔する方法が記載されるが、穿孔に先立って機械的な手段で凹部を形成しなければならないので、面倒な操作となる。更に特開平１１−１０８９１号、特公平６−２４８７４号、同６−５０６０６９号には、ノズルプレートをインクチャネルの末端に接着し、マスクをノズルプレートに密着させ、ヘッドとマスクを揺動させながら、インク吐出側からエキシマレーザーで穿孔する方法が記載されるが、ワークを揺動させながらレーザー照射を行うので、非常に効率が悪いという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インク流路への気泡の侵入を防止できるインクジェットヘッドを、簡便に得られる方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、
１．  インク吐出側から小径部分、該小径部分周縁の凸部及び該凸部に連続した大径部分を経てインクチャネルに接続するノズル穴を形成するにあたり、
前記小径部分に対応するレーザー透過部を有する第１マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記小径部分を形成する第１加工工程と、
前記小径部分周縁に対応するレーザー不透過部と、該レーザー不透過部の外側に形成され前記大径部分に対応する環状パターンのレーザー透過部を有する第２マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記大径部分を有する環状の溝と、該環状の溝の内側に前記ノズル穴の内面から前記第２マスク側に突出する前記凸部と、を形成する第２加工工程を経ることを特徴とするインクジェットヘッドのノズル穴形成方法、
２． インク吐出側から小径部分、該小径部分周縁の凸部及び該凸部に連続した大径部分を経てインクチャネルに接続するノズル穴を形成するにあたり、
前記大径部分に対応するレーザー透過部を有する第３マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記大径部分を有する溝を形成する第１加工工程と、
前記小径部分に対応するレーザー透過部と、該レーザー透過部の外側に前記小径部分周縁に対応するレーザー不透過部と、該レーザー不透過部の外側に環状パターンのレーザー透過部を有する第４マスクを介してエキシマレーザーを照射することにより、前記小径部分と、環状の溝と、前記環状の溝の内側に前記ノズル穴の内面から前記第４マスク側に突出する前記凸部と、を形成する第２加工工程を経ることを特徴とするインクジェットヘッドのノズル穴形成方法、
により達成される。
【００１０】
即ち、本発明者は、複数のマスクを使用して複数回のレーザー照射を行い、ノズル穴に段階的にテーパーをつける方法は、インク室（インクチャネル）とノズルプレートの接合部にできる段差を小さくできるので、ここに気泡が溜まるのを防止でき、吐出が安定することに着目し、大径部分と小径部分の単純な組み合わせにしても、ノズル穴のインク吐出側からの小径部分周縁に凸部を設ければヘッド組み立てに用いる接着剤がノズル穴の小径部分に流れ込むのを防止できることを見出して本発明に至ったものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
図１に１例として、剪断モード型インクジェットヘッドの構成を斜視図で示す。図において、１は圧電性セラミック基板、２はノズルプレート、３はノズル、４はインクチャネル、５は側壁、６はカバープレート、７はインク供給部（マニホールドとも言う。）、８はインク導入口である。
【００１３】
圧電性セラミック基板１にはダイヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝（インクチャネル）４が全て同じ形状で平行に形成され、溝４の側面となる側壁５は矢印の方向に分局されている。溝４の深さは圧電性セラミック基板の一方の端面１２に近づくにつれて徐々に浅くなって、端面１２近傍では浅溝１０とされている。溝４の内面には、その両側面の上半分に金属電極９が蒸着等によって形成されている。インクチャネル４又、浅溝１０の内面には、その側面及び底面に金属電極１１が蒸着等によって形成されており、金属電極９と金属電極１１は連通している。
【００１４】
カバープレート６は、セラミック材料又は樹脂材料等から形成され、研削又は切削加工等によって、インク導入口８及びマニホールド７が形成されている。そして、圧電性セラミック基板１の溝４が加工された面とカバープレート６のマニホールド７が加工された面とがエポキシ系接着剤等を用いて接着され、溝４の上面がカバープレート６で覆われてインク流路となる。
【００１５】
圧電性セラミック基板１及びカバープレート６の端面に、各インク流路４の位置に対応する位置にノズル３が設けられたノズルプレート２が接着される。ノズルプレートはＰＥＴ等のポリアルキレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されている。
【００１６】
本発明で用いるマスクは、例えば、石英基板上にアルミでパターンを作っておいて、更にその上に２種類の誘電体膜を交互に多層積層した全反射膜を形成し、、次いでアルミを溶かすことで所望のパターンを形成したものである。図２にイメージ図で示した様に、形成したマスクをエキシマレーザーの光路に挿入して、例えば１／４に縮小してワークに照射する。本実施形態においては、エキシマレーザー光を透過する、直径１６０（縮小して４０）μｍの穴パターンを有する第１マスクと、外輪の径が２４０（６０）μｍで内輪の径が２００（５０）μｍのリング状のエキシマレーザー光を透過するパターンを有する第２マスクを使用する。
【００１７】
厚さ７５μｍのポリイミド製プレートの片面に、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）の水性分散液を乾燥膜厚で０．２μｍになる様に塗布し、３８０℃で３０分間熱処理して撥水膜を形成する。この撥水膜に保護シートを貼り付け、プレートＰの撥水膜（図示せず）の裏面側から、図３（ａ）に示す様に、上記第１マスクＭ１を通して、ＫｒＦガスによるエキシマレーザーを、典型的には２００Ｈｚで、１パルス当たり０．３μｍの加工速度で３００パルス照射することにより、貫通孔２１を穿孔する。貫通孔の形状は真円に限られず、楕円や長円でも良い。
【００１８】
引き続き、第２マスクＭ２を等して８０パルスのレーザー照射を行い、深さ２０〜２５μｍの環状に溝２２を形成する。溝２２の底部と貫通孔２１との接続部は第２マスクＭ２の内輪の遮光パターンの周縁部に当たり、レーザー光が遮られるが、回折光等により若干加工され、結局、周囲より約１０μｍ盛り上がった突起部２３を形成する（図３（ｂ））。
【００１９】
ノズル穴が穿孔されたノズルプレートは、保護フィルムが剥がされ、インクチャネルを有する圧電性基板に接着される。接着は圧電性基板のチャネル端部側に例えばエポキシ系接着剤を塗布して、ノズル穴がチャネル中央に位置するように配置して行う。この際、加熱や加圧により接着剤がノズルプレート側に侵入しても、突起部２３が土手の役割をして接着剤の流入を防ぎノズル穴を塞ぐことは無い。なおインクに溶け込まない気泡サイズは直径３０μｍ程度以上で、気泡が残らない様にする観点から突起の高さは３０μｍを超えないことが望ましい。
【００２０】
本発明の別の実施態様について、説明する。
同様にして撥水膜を形成し保護シートを貼り付けた基板プレートＰに、図４（ａ）に示すように、直径２４０（６０）μｍのエキシマレーザー光透過部を有する第３マスクＭ３を通して、同様のエキシマレーザー光を８０パルス照射し、深さ２５μｍの溝２４を設ける。続いて、直径１６０（４０）μｍのエキシマレーザー光を透過する穴パターンと、該穴パターン周囲の内径２００（５０）μｍ、外径２２０（５５）μｍのエキシマレーザー光を透過する環状パターンを有する第４マスクＭ４を通して、エキシマレーザー光を２００パルス照射して径４０μｍのノズル穴２１を貫通させる。環状パターンは透過部が狭く、エキシマレーザー光が回折によって広がるため、結果として環状の溝２５が形成され、この溝２５により形成される突起部２６は同様に接着剤のノズル穴への流入を防止できる。この様にエキシマレーザー光透過部の幅により加工深度を調整できる。この実施態様では１０〜３０μｍの幅で３００パルス程度の照射であると貫通しない溝とすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、インク流路への気泡の侵入を防止できるインクジェットヘッドを、簡便に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドの１例を示す図。
【図２】エキシマレーザーを用いる加工を示すイメージ図。
【図３】本発明に係るノズル加工を示すモデル断面図。
【図４】本発明に係る他のノズル加工を示すモデル断面図。
【符号の説明】
１  圧電性セラミック基板
２  ノズルプレート
３  ノズル
４  インクチャネル
５  側壁
６  カバープレート
７  インク供給部
８  インク導入口
９、１１  金属電極
２１  貫通孔
２３、２６  突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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