(57)【要約】【課題】所望のテーパ形状と吐出口精度を両立させたノズル加工を行える液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】ワーク１８に第一の加工位置にて角度の大きいテーパ形状に穴開け加工を行う。第二の加工位置（＝結像位置）にワーク１８を移動させ、マスク１４のパターン通りに結像したレーザ光１２にて加工する。これによりノズル２２の吐出口２４における開口径を本来の２０μｍに拡大し、かつ開口径とノズル間ピッチを整え、さらに吐出口２４近辺の形状を整えバリなど吐出性能に影響する可能性のある要素を取り除くことができる。また第二の加工ではテーパ角度は約８°で直管構造に近い加工を行うので、第二の加工が終了した時点では図２（ｃ）に示すように吐出口２４近辺においてはテーパ角度の小さい（直管に近い）断面、吐出口２４から遠い側（図中上）ではテーパ角度の大きい断面の理想的なノズル２２構造とすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに穴のテーパ角度が異なる複数回数のノズル穴開けレーザー加工を行い、複数種類のテーパ角度を組み合わせた形状のノズル穴を得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】
結像位置外に置いたワークにレーザー加工を行い、吐出口に向かって径が小さくなるテーパー形状をもつ貫通穴を開ける第１のノズル加工工程と、
結像位置に置いたワークに貫通穴加工を行い前記吐出口を所定の径に拡径する第２のノズル加工工程と、
を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
結像位置外に置いたワークを結像位置まで移動させる間に複数回のレーザー加工を行うことを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
結像位置において前記貫通穴の前記吐出口の仕上げ加工を行うことを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
エキシマレーザーを用いてノズル加工を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
フェムト秒レーザーを用いてノズル加工を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置において高画質を達成するためにインク滴を吐出するノズルの加工精度が高く、ばらつきの少ないことが要求されている。例えばノズル径の大きさはインク滴の吐出速度に影響を与えるため、ノズル径にばらつきが発生した場合、これに応じて滴速度が変化するので、吐出されたインク滴が印字面に到達する時間が不揃いになり、結果的に紙上での着弾位置が変動することになり、印字画質低下を招くことになる。
【０００３】
特に近年、インクジェットの高速高画質要求に対しては、高粘度インクの高周波吐出が要求されている。その必要条件として、高精度の吐出口を備え、かつ吐出口に向かって小径化するテーパー状のノズルが求められる。
【０００４】
高精度の吐出口実現の一手段として、イミド等樹脂にマスクを用い、レンズ集光した結像位置でのエキシマレーザー加工が採用されている。この場合、加工によって順次生じる断面の反射によるとも言われている制御不可能なテーパー（角度は片側で６°〜１０°）が不可避的に形成される。このテーパ形状は望ましいものではあるが制御不可能であり、形状を変更することはできない。
【０００５】
例えば高精度なノズルを低コストで得る方法として、短波長のエキシマレーザ光を用いて、噴射特性の安定なノズルを形成する技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。上記の加工法ではエキシマレーザ加工でノズルのテーパーを規定している。すなわちレーザのフォーカス位置で自然に出来るテーパを利用した形状の規定であるが、テーパーの角度は固定であり、円錐状のノズル断面であって変化させることはできない。
【０００６】
上記のテーパ角度を増やす手段として、レーザの結像位置からずらした位置でワークを加工すると、テーパーが増加する事が実験的に確認されている。反面、エネルギー密度が落ちるため、吐出口の加工のシャープさが損なわれ高精度の吐出口が得られなくなるという問題がある。
【０００７】
これに対して、単位時間当たり高いエネルギー密度のレーザ光を用いて液体の流路となる溝や液体吐出口となる穴の加工形成を行なう場合、あるしきい値を越えた単位時間当たり高いエネルギー密度のレーザ光を樹脂に照射すると、瞬時にエネルギーが集中するため樹脂の変形を誘発し、加工した溝や穴の加工寸法あるいはそれらのピッチが狂ったり、貫通した吐出口の周囲にバリが発生するなどの弊害がある。
【０００８】
上記のような加工効率、加工精度の向上、バリ発生等を防ぐために、レーザ光の発振電圧またはレーザ光の発振周波数の調整により、あるいはレーザ光を減光することにより、また加工対象を光軸上に移動させることにより、レーザ光の単位時間当たりのエネルギー密度を連続的にまたは段階的に変更して加工を行なう加工法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この加工方法においてもテーパ角度を任意の値に設定／制御することのできる技術は開示されていない。
【０００９】
また、レーザのデフォーカス位置においてワークの位置決めを行い、パルスショット数を制御し、かつ加工ヘッドと被加工物（ワーク）の距離を変化させる加工方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
しかし上記の方法ではテーパ角度を変化／制御することが可能ではなく、また貫通穴をジャストフォーカス位置で形成する方法ではないので、吐出口近辺の加工精度を保つことはできない。
【００１１】
本発明は上記事実を考慮し、吐出口に向けて連続的にテーパー角度が漸減しつつ吐出口精度が確保できる液滴吐出ヘッドの製造方法を得ることを目的としている。
【特許文献１】特開平６−２０６３１２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５８６５９号公報
【特許文献３】特開平４−１４３０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は所望のテーパ形状と吐出口精度を両立させたノズル加工を行える液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、ワークに穴のテーパ角度が異なる複数回数のノズル穴開けレーザー加工を行い、複数種類のテーパ角度を組み合わせた形状のノズル穴を得ることを特徴とする。
【００１４】
上記構成の発明では、吐出口に向けてテーパー角度が変化しつつ吐出口精度が確保できる液滴吐出ヘッドの製造方法とすることができる。
【００１５】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、結像位置外に置いたワークにレーザー加工を行い、吐出口に向かって径が小さくなるテーパー形状をもつ貫通穴を開ける第１のノズル加工工程と、結像位置に置いたワークに貫通穴加工を行い前記吐出口を所定の径に拡径する第２のノズル加工工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
上記構成の発明では、吐出口に向けてテーパー角度が変化しつつ吐出口精度が確保できる液滴吐出ヘッドの製造方法とすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、結像位置外に置いたワークを結像位置まで移動させる間に複数回のレーザー加工を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記構成の発明では、吐出口に向けてテーパー角度が変化しつつ吐出口精度が確保できる液滴吐出ヘッドの製造方法とすることができる。
【００１９】
請求項４に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、結像位置において前記貫通穴の前記吐出口の仕上げ加工を行うことを特徴とする。
【００２０】
上記構成の発明では、吐出口周辺に吐出特性を劣化させるバリなどのない液滴吐出ヘッドの製造方法とすることができる。
【００２１】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法は、エキシマレーザーを用いてノズル加工を行うことを特徴とする。
【００２２】
上記構成の発明では、ビームエキスパンダ、マイクロレンズアレーを介してエキシマレーザで加工すれば大面積／多ノズルを同時に加工できるので実加工時間に対してワーク移動のロス時間の割合が低く、処理効率が更に向上する。
【００２３】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法はフェムト秒レーザーを用いてノズル加工を行うことを特徴とする。
【００２４】
上記構成の発明では、処理効率が高く加工精度の高い液滴吐出ヘッドの製造方法とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は上記構成としたので、所望のテーパ形状と吐出口精度を両立させたノズル加工を行える液滴吐出ヘッドの製造方法とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜基本構成＞
図１には、本発明に係る画像形成装置の一例である液滴吐出ヘッドの製造方法が示されている。
【００２７】
ＸＹ方向、およびＺ軸方向すなわち光軸方向に移動可能な加工テーブル２０上にレーザ加工可能な素材であるワーク１８を置き、レーザ光源から発せられたレーザ光１２にて加工を行う。
【００２８】
このときレーザ光１２は所望の加工パターンを記録した加工マスク１４を通過することで加工パターンの形に投影され、加工レンズ１６にて所望の倍率に変倍されてワーク１８上に照射される。
【００２９】
ワーク１８は照射されたレーザ光１２のパターンに従って加工され、加工マスク１４上に記録されたパターンの通りに穴開け加工などが施される。以上が代表的なマスクイメージング法によるレーザ加工の例である。
【００３０】
１枚のワーク１８についてレーザ加工が終了すると加工テーブル２０がワーク１８を載せたまま移動し、レーザ光１２により次のワーク１８を加工する。このとき、以下に述べるように１枚のワーク１８についてレーザ加工が開始してから終了するまでの間に、加工テーブル２０がＺ軸方向に移動し、光軸上の複数位置において複数回数のレーザ光１２による加工を行う。
＜第１実施形態＞
図２〜図３には本発明の第１実施形態に係るノズルの加工方法が示されている。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、ワーク１８は図示しない昇降手段によって光軸方向に移動可能であり、ノズル加工工程の間に第一の加工位置から第二の加工位置まで移動できるものとする。
【００３２】
レーザ光１２は所望の加工パターンを記録した加工マスク１４を通過することで加工パターンの形に投影され、加工レンズ１６にて所望の倍率に変倍されてワーク１８上に照射される点は通常のマスクパターン法と差異はない。
【００３３】
本実施形態においては、ワーク１８にはまず第一の加工位置にて角度の大きい（この場合は２０°）テーパ形状に穴開け加工を行う。このとき、ワーク１８の位置すなわち第一の加工位置は加工レンズ１６の結像位置から外れているので、レーザ光１２はマスク１４のパターン通りには結像せず、図２（ｂ）、図３（ａ）に示すように大きい角度をもつテーパ形状断面のノズル２２となる。ここでは１．２８Ｊ／ｃｍ＾２の出力で１５０パルスの照射を行う。
【００３４】
また、このとき吐出側の開口径はテーパ角度が大きいため本来の吐出口径（ここでは２０μｍ）よりも小さい（ここでは１０〜１５μｍ）。このため所望のテーパ角度は得られるがノズル２２の開口径が不足するので、本来の開口径とするために第二の加工位置にて再度加工を行う。
【００３５】
すなわち、図２（ａ）のように第二の加工位置（＝結像位置）にワーク１８を移動させ、図３（ｂ）に示すようにマスク１４のパターン通りに結像したレーザ光１２にて加工する。ここでは既に貫通加工済みなので１．２８Ｊ／ｃｍ＾２の出力で２０パルスの照射を行う。
【００３６】
これによりノズル２２の吐出口２４における開口径を本来の２０μｍに拡大し、かつ開口径とノズル間ピッチを整え、さらに吐出口２４近辺の形状を整えバリなど吐出性能に影響する可能性のある要素を取り除くことができる。また第二の加工ではテーパ角度は約８°で直管構造に近い加工を行うので、第二の加工が終了した時点では図３（ｃ）に示すように吐出口２４近辺においてはテーパ角度の小さい（直管に近い）断面、吐出口２４から遠い側（図中上）ではテーパ角度の大きい断面の理想的なノズル２２構造とすることができる。
＜第２実施形態＞
図４には本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法が示されている。
【００３７】
図４（ａ）に示すようにワーク１８は図示しない昇降手段によって光軸方向に移動可能であり、ノズル加工工程の間に加工開始位置から加工終了位置まで移動できるものとする。
【００３８】
レーザ光１２は所望の加工パターンを記録した加工マスク１４を通過することで加工パターンの形に投影され、加工レンズ１６にて所望の倍率に変倍されてワーク１８上に照射される点は第１実施形態と差異はない。
【００３９】
本実施形態においては、ワーク１８にレーザ光１２で加工中、図４（ｂ）に示すようにワーク１８の位置を連続的に、あるいは段階的に変化させながら加工する。すなわちワーク１８の位置を光軸方向に加工開始位置（結像位置から外れた位置）から加工終了位置（結像位置）まで移動させつつレーザ光１２のパルス照射を行う。
【００４０】
まず加工開始時は加工開始位置にて角度の大きいテーパ形状に穴開け加工から始め、図４（ｂ）に示すようにワーク１８を結像位置に向けて移動させながらレーザ光１２のパルス照射を行うが、このときワーク１８は止めずに連続的に移動させても、また一定数のパルス照射ごとに移動させるようにしてもよい。
【００４１】
ワーク１８を移動させながらレーザ光１２のパルス照射を続け、ワーク１８が加工終了位置（結像位置）まで移動し終えた時点で吐出口２４の成形は終了している。すなわち、図４（ｃ）に示すように滑らかにテーパ角度が変化する漏斗状、あるいは段階的にテーパ角度が変化するテーパ形状断面のノズル２２となる。
【００４２】
これによりノズル２２の吐出口２４における開口径を本来の２０μｍに拡大し、かつ開口径とノズル間ピッチを整え、さらに吐出口２４近辺の形状を整えバリなど吐出性能に影響する可能性のある要素を取り除くことができる。また、ノズル２２の内部形状が滑らかな曲面もしくは近似形なのでインク滴吐出に悪影響を与える恐れがない。
＜製造方法３＞
図５には本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法が示されている。
【００４３】
図５（ａ）に示すようにワーク１８は図示しない昇降手段によって光軸方向に移動可能であり、ノズル加工工程の間に加工開始位置から加工終了位置まで移動できる点は第１および第２実施形態と差異はない。
【００４４】
本実施形態においてはレーザ光１２に換えてエキシマレーザービーム１３を使用し、マイクロレンズアレイ１７を介してワーク１８上に照射し、所望の形状に加工する。このとき第１および第２実施形態で用いられたマスクパターン法とは異なり、マスク１４を用いることなく大面積／多ノズルを同時に加工することができる。
【００４５】
これにより、実加工時間に対してワーク１８を移動させるために必要なロス時間の割合が低く、小面積／少数ノズル加工のマスクパターン法に比較して、ワーク１８を移動させる時間ロスの影響が小さい。このため処理能力低下が少なく、効率的な加工を行うことができる。
【００４６】
実際の加工手順として、まず加工開始時は加工開始位置にて角度の大きいテーパ形状に穴開け加工から始め、図５（ｂ）に示すようにワーク１８を結像位置に向けて移動させながらレーザ光１２のパルス照射を行うが、マイクロレンズアレイ１７を用いて合焦する都合上、図５（ａ）のように加工開始位置（結像位置外）が加工終了位置（結像位置）よりも近くてもよい。
【００４７】
このときワーク１８は止めずに連続的に移動させても、また一定数のパルス照射ごとに移動させるようにしてもよい点は第２実施形態と差異はない。
【００４８】
ワーク１８を移動させながらレーザ光１２のパルス照射を続け、ワーク１８が加工終了位置（結像位置）まで移動し終えた時点で吐出口２４の成形は終了している。すなわち、図５（ｃ）に示すように滑らかにテーパ角度が変化する漏斗状、あるいは段階的にテーパ角度が変化するテーパ形状断面のノズル２２となる。
【００４９】
これによりノズル２２の吐出口２４における開口径を本来の２０μｍに拡大し、かつ開口径とノズル間ピッチを整え、さらに吐出口２４近辺の形状を整えバリなど吐出性能に影響する可能性のある要素を取り除くことができる。また、ノズル２２の内部形状が滑らかな曲面もしくは近似形なのでインク滴吐出に悪影響を与える恐れがない。さらに第一および第２実施形態と比較して大面積／多ノズルを同時に加工することができるため、処理能力に与える影響は少ない。
＜その他＞
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、上記実施の形態では液滴吐出ヘッドの製造方法だが、これに限らずテーパ角度のついた微小な穴を加工する必要のある工程であれば他の形式の製品への応用であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１２  レーザ光
１３  エキシマレーザービーム
１４  加工マスク
１６  加工レンズ
１７  マイクロレンズアレイ
１８  ワーク
２０  加工テーブル
２２  ノズル
２４  吐出口
【図３】
2007203650.tif 000003
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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