JP2000218802A - プリンタヘッドの製造方法とその装置及び孔加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、複数の逆テーパの孔を一括に、し
かもオリフィスプレートを動かすことなく、高精度に形
成することができるプリンタヘッドの製造装置を提供す
ることにある。 【解決手段】 プリンタヘッド筐体に設けられたオリフ
ィスプレート２０にオリフィス孔２を形成するプリンタ
ヘッドの製造装置において、レーザ光を所定のビーム形
状に成形する成形光学系３５と、成形光学系からのレー
ザ光の光路上に配置されオリフィス孔の上記オリフィス
プレートの一側面と他側面との開口形状に対応する孔パ
ターンが形成された少なくとも２枚のマスク３６Ａ，３
６Ｂと、マスクを通過したレーザ光をオリフィスプレー
トに結像させる結像光学系３７とを具備し、マスクは、
オリフィスプレートの一側面と他側面及び集光光学系に
対してそれぞれ共役な位置関係に配置されることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ照射方向に
対して逆テーパ状に孔を形成することにより、インクジ
ェットプリンタのオリフィス孔を形成するプリンタヘッ
ドの製造方法とその装置及びそれに用いる孔加工装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】上記インクジェットプリンタのヘッド部
分は、図１５に示すように複数のインク室１に対し、複
数のオリフィス孔２が形成された金属オリフィス板３が
接着されている。この各インク室１は隔壁４によって区
画され、所定のインクの吐出を行うための図示しない吐
出機構によって図１６に示すようにオリフィス孔２より
インク滴が吐出される。前記吐出機構は、たとえばバブ
ルジェット方式や圧殿振動板を備えたカイザー方式など
が知られている。

【０００３】このようなインクジェットプリンタのオリ
フィス孔２は、約３０ミクロンの直径に形成され、かつ
その金属オリフィス板３には板厚５０μｍ程度のＮｉ，
コバール等のプレートが用いられている。

【０００４】そして、この金属オリフィス板３の製造に
は、通常、電鋳法と呼ばれるメッキ法が用いられている
が、その後のプリンタヘッド製作プロセスにおいて、プ
リンタのヘッド部分に金属オリフィス板３を接着すると
き、金属オリフィス板３の各オリフィス孔２と各インク
室１との位置決め精度を精度高く確保することが困難で
あり、又、オリフィス孔２が接着材５で塞がってしまう
問題がある。

【０００５】このような問題を回避するために、オリフ
ィスプレートをプリンタのヘッド部分に接着した後、レ
ーザ光を用いてオリフィス孔２を開ける加工方法が提案
されている。

【０００６】このような加工方法では、オリフィス孔２
がレーザビーム入射方向に対して図１５に示すように逆
テーパ形状に形成されることが必須条件であり、これが
インクの良好な吐出に必要な条件である。

【０００７】この場合、オリフィスプレートの材料とし
ては主に高分子材料が使用され、かつレーザ光としては
精密なアブレーション加工が可能なエキシマレーザが使
用される。

【０００８】逆テーパ形状のオリフィス孔加工方法とし
ては、例えば一次及び二次の反射面を用いてレーザ光を
反射させて被覆板に照射し、オリフィス孔を加工する方
法（特表平６−５１０９５８号公報）、マスクを密着し
た後にプリンタヘッドをレーザビームに対して傾けさせ
てノズル孔を開ける方法（特開平１−１０８０５６号公
報）がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記一
次及び二次の反射面を用いる方法では、オリフィス孔を
１つずつしか形成できないので、数百個のオリフィス孔
を形成するのには時間がかかり、生産技術上実現性の低
い方法である。

【００１０】一方、マスクを密着した後にプリンタヘッ
ドをレーザビームに対して傾ける方法では、一括して複
数の孔を形成できるものの、マスクを密着させかつ位置
精度を確保する必要があること、レーザ照射で損傷する
マスクの交換が必要なこと、さらにはヘッドを揺動させ
る必要があり、これでは生産上での不都合となる。

【００１１】そこで本発明は、複数の逆テーパ形状を持
つ孔を一括に、しかも被加工物を揺り動かすことなく、
マスクも損傷させることなく高精度に形成できるプリン
タヘッドの製造装置及び孔加工装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
のインク溝が形成されたプリントヘッド筐体に対して高
分子材料からなる被加工用プレートを接着する工程と、
レーザ光を所定のビーム形状に整形する工程と、上記レ
ーザ光を桔像光学系で上記被加工用プレートに結像しこ
の被加工用プレートを上記開口させる工程と、この開口
させる工程の前に上記被加工用プレートの一面と他面と
に上記開口させる形状に対応する孔パターンが作成され
かつ上記桔像光学系に対してそれぞれ共役な位置関係に
ある少なくとも２枚のマスクに上記レーザ光を通し上記
桔像光学系へ導く工程とを具備したことを特徴とするプ
リンタヘッドの製造方法にある。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、少なくとも２枚の上記マスクの間の空間部に、これ
らマスクを冷却する冷却媒体を流通させる工程を具備す
ることを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記被加工用プレートの上記一面と上記他面とに作
成される上記孔パターンを異なる断面に形成する工程を
具備することを特徴とする。

【００１５】請求項４の発明は、プリンタヘッド筐体に
設けられた被加工用プレートにインク噴出孔を形成する
プリンタヘッドの製造装置において、レーザ光を所定の
ビーム形状に成形する成形光学系と、この成形光学系か
らのレーザ光の光路上に配置され上記被加工用プレート
の上記インク噴出孔がある一面と他面との開口形状に対
応する孔パターンが形成された少なくとも２枚のマスク
と、上記マスクを通過したレーザ光を上記被加工用プレ
ートに結像させる結像光学系とを具備し、上記マスク
は、上記被加工用プレートの一側面と他側面及び上記結
像光学系に対してそれぞれ共役な位置関係に配置される
ことを特徴とする。

【００１６】それによって、多数のインク噴出孔をオリ
フィスプレートを動かすことなく一度に形成することが
可能となる。

【００１７】請求項５の発明によれば、請求項４の発明
において、少なくとも２枚のマスクに形成される孔パタ
ーンは異なる形状であることを特徴とする。

【００１８】それによって、インク噴出孔の一端と他端
との開口形状を高精度に形成することができる。

【００１９】請求項６の発明は、請求項４の発明におい
て、少なくとも２枚のマスクは、これらに形成された孔
パターンが上記結像光学系に対してテレセントリックと
なるよう互いの位置が設定されていることを特徴とす
る。

【００２０】それによって、インク噴出孔をその軸線が
オリフィスプレートの板面に対して垂直になるよう形成
することができる。

【００２１】請求項７の発明は、請求項４の発明におい
て、少なくとも２枚のマスクの間の空間部には、これら
マスクを冷却するための冷却媒体が供給される構成であ
ることを特徴とする。

【００２２】それによって、マスクがレーザ光の熱によ
って早期に損傷するのを防止することができる。

【００２３】請求項８の発明は、請求項４の発明におい
て、少なくとも２枚のマスクの間の空間部には、これら
マスクを冷却するための冷却媒体を流通する流路が形成
された熱交換部材が上記マスクに接合されて設けられる
ことを特徴とする。

【００２４】それによって、マスクがレーザ光の熱によ
って早期に損傷するのを防止することができる。

【００２５】請求項９の発明は、被加工物に孔を形成す
る孔加工装置において、レーザ光を所定のビーム形状に
整形する整形光学系と、この整形光学系からのレーザ光
の光路上に配置され上記孔の一端と他端との開口形状に
対応する孔パターンが形成された少なくとも２枚のマス
クと、上記マスクを通過したレーザ光を上記被加工物に
結像させる結像光学系とを具備し、上記マスクは、上記
被加工物の一側面と他側面及び上記集光光学系に対して
それぞれ共役な位置関係に配置されることを特徴とす
る。

【００２６】それによって、多数のオリフィス孔を被加
工物を動かすことなく一度に形成することが可能とな
る。

【００２７】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、少なくとも２枚のマスクに形成される孔パターン
は異なる形状であることを特徴とする。

【００２８】それによって、上記オリフィス孔の一端と
他端との開口形状を高精度に形成することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して説明する。

【００３０】図１はインクジェットプリンタのオリフィ
ス孔を形成するための孔加工装置である、プリンタヘッ
ドの製造装置の構成図である。

【００３１】図中３０はエキシマレーザ発振器で、この
エキシマレーザ発振器３０は波長４００ｎｍ以下のパル
ス状のレーザ光を出力する。エキシマレーザ発振器３０
から出力されるレーザ光の光路上には、バリアブルアッ
テネータ３１、アップコリメータ３２、イメージローテ
ータ３３、ミラー３４が配置され、さらにこのミラー３
４の反射光路上には、アレイレンズ照明系３５、リレー
レンズ３９、第１、第２のマスク３６Ａ，３６Ｂ及び投
影レンズ（結像レンズ）３７が配置されている。

【００３２】一方、上記投影レンズ３７の光軸方向には
ｘステージ３８ａ、ｙステージ３８ｂ及びｚステージ３
８ｃが設けられ、このｚステージ３８ｃ上に被加工物と
してのオリフィスプレート２０が載置されるようになっ
ている。

【００３３】ここで、上記アレイレンズ照明系３５から
リレーレンズ３９、マスク３６Ａ，３６Ｂ、投影レンズ
３７にかけての光学系の具体的な構成について図２を参
照して説明する。

【００３４】同図に示すようにレーザ光の光路上には、
アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、第１、第
２のマスク３６Ａ，３６Ｂ及び投影レンズ３７が配置さ
れている。

【００３５】アレイレンズ照明系３５は、図２と図３に
示すように２つのシリンドリカルアレイレンズ３５ａ、
３５ｂを互いに垂直に交わる方向に間隔Ｌ_０ をおいて
配置したものとなっている。

【００３６】これらシリンドリカルアレイレンズ３５
ａ、３５ｂの各集光面４０は、シリンドリカルアレイレ
ンズ３５ｂから距離Ｌ_１ のところの同一面に一致する
ようになっている。

【００３７】又、これらシリンドリカルアレイレンズ３
５ａ、３５ｂの集光面４０をリレーレンズ３９により投
影レンズ３７の入射瞳（絞り）４１の面に結像し、これ
により投影レンズ３７に対してテレセントリックな条件
が成立するようにアレイレンズ照明系３５、リレーレン
ズ３９、入射瞳４１、投影レンズ３７に対して第１のマ
スク３６Ａと第２のマスク３６Ｂとが配置されている。

【００３８】このようなテレセントリックな光学系によ
りオリフィスプレート２０の板面に対して垂直な軸線を
有する逆テーパのオリフィス孔が形成されるものとな
る。

【００３９】上記各マスク３６Ａ，３６Ｂは、図１４に
示すように細長い長方形状に形成され、その長手方向に
インクジェットプリンタのオリフィス孔を形成するため
に第１のマスク３６Ａには複数の円形開口３６ａが形成
され、第２のマスク３６Ｂには複数の矩形開口３６ｂ
（この実施の形態では正方形）が所定間隔でライン状に
形成されている。第２のマスク３６Ｂの矩形開口３６ｂ
は、第１のマスク３６Ａの円形開口３６ａよりも大径に
形成されている。

【００４０】なお、第２のマスク３６Ｂに形成される開
口は矩形でなく、円形であってもよく、要はオリフィス
プレート（被加工用プレート）２０に逆テーパ状のオリ
フィス孔１５が形成できるよう、第１のマスク３６Ａの
開口に比べて第２のマスク３６Ｂの開口が大径であれば
よい。

【００４１】上記第１のマスク３６Ａに対してレーザ光
を均一な強度分布で照射するために、上記アップコリメ
ータ３２は、エキシマレーザ発振器３０から出力された
レーザ光を、アレイレンズ３５ａ，３５ｂの矩形開口に
合致するようビーム形状を変換する機能を有している。

【００４２】又、アレイレンズ照明系３５及びリレーレ
ンズ３９の焦点距離とアレイレンズ照明系３５の幅によ
り第１のマスク３６Ａ上でのレーザ光のビームサイズが
図４に示すようにＸＹサイズに決定されるものとなって
いる。

【００４３】これらアレイレンズ照明系３５、リレーレ
ンズ３９、第１、第２のマスク３６Ａ，３６Ｂ及び投影
レンズ３７の距離及び焦点距離の関係を具体的に示すと
次の通りとなる。

【００４４】各シリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３
５ｂの各焦点距離をｆ_０ 、ｆ_１、リレーレンズ３９の
焦点距離をｆ_２ 、投影レンズの焦点距離をｆ_３ 、各
シリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５ｂの単位アレ
イレンズの幅をＷ、これらシリンドリカルアレイレンズ
３５ａ、３５ｂの列数をＮ、マスク３６Ａに投影するレ
ーザ光のサイズを図４に示すようにＸＹ、投影レンズ３
７の倍率をＭとすると、図２に示すように各シリンドリ
カルアレイレンズ３５ａ、３５ｂの間隔Ｌ_０ は、 Ｌ_０ ＝ｆ_０ −ｆ_１ …（１） となり、アレイレンズ照明系３５からその集光点までの
距離は、 Ｌ_１ ＝ｆ_１ …（２） となる。

【００４５】又、リレーレンズ３９の径ｄは、 ｄ＝Ｗ（Ｎ＋Ｌ_２ ／Ｌ_１ −１） …（３） となる。

【００４６】各シリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３
５ｂの焦点距離ｆ_０ 、ｆ_１ は、 ｆ_０ ＝ｆ_２ ／Ｘ・Ｗ …（４） ｆ_１ ＝ｆ_２ ／Ｙ・Ｗ …（５） となる。

【００４７】さらに、 Ｌ_３ ＝ｆ_２ …（６） ｆ_２ ＝Ｗ（Ｎ−１）／ＮＡ_ｉｎ／２ …（７） Ｌ_２ ＝ｆ_２ （ｆ_２ ／Ｌ_４ ＋１） …（８） ＮＡ_ｉｎ＝ＮＡ_ｏｕｔ ／Ｍ …（９） の関係となっている。

【００４８】投影レンズ３７の入射瞳４１の瞳径ＥＰＤ
は、 ＥＰＤ＝Ｌ_４ ・ＮＡ_ｉｎ・２ …（１０） により表される。

【００４９】さらに、 ｆ_３ ＝Ｌ（２＋Ｍ＋１／Ｍ） …（１１） Ｌ_６ ＝（１＋Ｍ）・ｆ_３ …（１２） Ｌ_５ ＝ｆ_３ …（１３） Ｌ_４ ＝（１＋１／Ｍ）・ｆ_３ −ｆ_３ ＝ｆ_３ ／Ｍ …（１４） の関係となっている。

【００５０】ここで、上記第１のマスク３６Ａと第２の
マスク３６Ｂはオリフィスプレート２０の一側面と他側
面及び上記投影レンズ３７に対して共役な位置関係とな
るように配置されている。

【００５１】具体的には、図６に示すように、第１のマ
スク３６Ａと投影レンズ３７間の距離をａ_１ 、第２の
マスク３６Ｂと投影レンズ３７間の距離をａ_２ 、投影
レンズ３７とオリフィスプレート２０の表面間の距離を
ｂ_１ 、投影レンズ３７とオリフィスプレート２０の裏
面間の距離をｂ_２ 、投影レンズの焦点距離をｆとする
と、 １／ａ_１ ＋１／ｂ_１ ＝１／ａ_２ ＋１／ｂ_２ ＝１／ｆ …（１５） を満足す位置関係となっている。

【００５２】この時、第１のマスク３６Ａと第２のマス
ク３６Ｂとの間隔Ｌは、オリフィスプレート２０の厚さ
をｔ、投影レンズ３７の結像率をｍとすると、 Ｌ＝ｔ／ｍ^２ …（１６） で表される。

【００５３】たとえば、投影レンズ３７の倍率が１／１
０で、オリフィスプレート２０の厚さｔが７０μｍのと
き、一対のマスク３６Ａ，３６Ｂの間隔は７ｍｍとな
る。

【００５４】上記（１５）式の位置関係が満たされれ
ば、オリフィスプレート２０の表面と裏面との孔の断面
形状は第１のマスク３６Ａと第２のマスク３６Ｂとの孔
形状を反映して形成される。たとえば、上述したごとく
第１のマスク３６Ａの孔形状が円形で、第２のマスクの
孔形状が四角形であると、オリフィスプレート２０には
表面の開口形状が円形で、裏面の開口形状が四角形の逆
テーパ状のオリフィス孔１５が形成されることになり、
これらの開口形状は各マスク３６Ａ，３６Ｂによって高
精度に形成されることになる。

【００５５】また、第１のマスク３６Ａの円形開口３６
ａの大きさをｄ_１ 、第２のマスク３６Ｂの矩形開口３
６ｂの大きさをｄ_２ とすると、オリフィスプレート２
０の表面と裏面における孔のサイズＤ_１ 、Ｄ_２ は、 Ｄ_１ ＝ｄ_１ ・ｂ_１ ／ａ_１ …（１７） Ｄ_２ ＝ｄ_２ ・ｂ_２ ／ａ_２ …（１８） となる。

【００５６】オリフィスプレート２０に形成されたオリ
フィス孔１５の軸線がそのオリフィスプレート２０の板
面に対して垂直に形成されるためには、投影レンズ３７
に対して照明光学系及びマスクがテレセントリックに配
設される必要がある。通常は、図２に示すように、アレ
イレンズ照明系３５の焦点位置が投影レンズ３７の入射
瞳４１の面に結像されるよう配置されていれば、テレセ
ントリシティは満足される。したがって、第２のマスク
３６Ｂがそのテレセントリシティを阻害しないよう、そ
の円形開口３６ｂを第１のマスク３６Ａの円形開口３６
ａに対して位置決めしなければならない。

【００５７】具体的には、第２のマスク３６Ｂの円形開
口３６ｂの中心軸からの高さをｋとすると、対になる第
１のマスク３６Ａの円形開口３６ａの中心軸からの距離
ｒと、マスクから投影レンズ３７の入射瞳４１までの距
離Ｐと、一対のマスク間隔Ｌで第２のマスク３６Ｂの矩
形開口３６ｂの位置は決定され、上記ｋは、 ｋ＝ｒ−（ｒ／Ｐ・Ｌ） …（１９） で表される。

【００５８】また、投影レンズ３７に収差が存在し、照
明系を理想的にテレセントリックに設計した場合でも、
オリフィスプレート２０に形成されるオリフィス孔１５
の軸線の向きが一様でない場合には、光軸（矩形開口３
６ｂの中心軸）からの距離を関数とした補正項Ｈ（ｒ）
により開口間隔を修正することにより、テレセントリシ
ティが確保できる。つまり、 ｋ＝ｒ−（ｒ／Ｐ・Ｌ） …（２０） となる。

【００５９】本発明において２枚のマスク３６Ａ，３６
Ｂを用いるとき、照明系におけるＮＡとのマッチングが
必要となり、図７に示すように照明系のＮＡをＮＡ_ｉ
とすると、円形開口３６ａと矩形開口３６ｂのサイズｄ
_１ ，ｄ_２ との関係は下記式を満たす必要がある。

【００６０】 ＮＡ_ｉ ＞|ｄ_２ −ｄ_１ |／２Ｌ …（２１） なお、Ｌは一対のマスクの間隔である。上記アレイレン
ズ照明系３５の少なくとも一方のシリンドリカルアレイ
レンズ３５ａまたは３５ｂには、レーザ光の光軸周辺の
ビームを遮光する遮光板４２が設けられている。この遮
光板４２は、図５に示すように２つのシリンドリカルア
レイレンズ３５ａ、３５ｂを組み合わせたときのアレイ
の大きさを例えば５×５画素とすると、レーザ光の光軸
Ｑ周りの９画素を遮光するサイズに形成されている。

【００６１】これにより、遮光板４２を通過したレーザ
光は、口字形状に成形される。

【００６２】上記投影レンズ３７は、オリフィスプレー
ト２０に形成するオリフィス孔がレーザ光の照射側で孔
径が小さく、出射側で大きい逆テーパ状に形成すること
から、そのＮＡは０．３以上必要であることが実験より
見出された。

【００６３】図８はレーザ光のエネルギー密度と順テー
パ角計算値及び実測値を示す図であって、ポリイミドフ
ィルムに対して垂直にレーザ光を照射した場合の孔側壁
のテーパ角θを実測したものである。

【００６４】同図において実線は理論式に基づくもの
で、次式に理論式を示す。

【００６５】 θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｆ_ｔｈ／Ｆ） …（２２） ここで、Ｆ_ｔｈは加工フルエンス閾値であり、Ｆは加工
フルエンスである。

【００６６】オリフィスプレート２０に対してレーザ光
を垂直照射する場合では、図９に示すように順テーパ角
となり、その角度はフルエンスに依存する。

【００６７】通常、１〜２Ｊ／cm^２ 程度のフルエンス
で加工するので、逆テーパ角θ_a の孔を形成するために
は、順テーパ分θ（Ｆ）だけ、より大きな入射角で孔側
壁にレーザ光を照射する必要がある。上記式（２２）に
順テーパ分θ（Ｆ）のオフセットをもたせると、投影レ
ンズ３７のＮＡは、 ＮＡ＝ｓｉｎ（θ（Ｆ）＋θ_ａ ） …（２３） となる。

【００６８】この式から例えばオリフィス孔形状として
使用する１５度近辺の逆テーパ角を得るために必要な投
影レンズ３７のＮＡは、図８に示す点線のような変化と
なる。この結果からＮＡは、０．３以上となる。

【００６９】前記イメージローテータ３３は、アレイレ
ンズ照明系３５の入射面でレーザ光を回転対称な強度分
布に形成する強度分布形成手段としての機能を有するも
のである。

【００７０】すなわち、エキシマレーザ発振器３０から
出力されるレーザ光は、不均一な強度分布を有してい
る。このため、アレイレンズ照明系３５を通して第１の
マスク３６Ａを照射すると、オリフィスプレート２０の
表面では、均一な強度分布となるが、オリフィスプレー
ト２０の裏面では偏りのある強度分布となり、この裏面
側のオリフィス孔形状が回転対称の形状にならない場合
がある。

【００７１】そこで、イメージローテータ３３によりア
レイレンズ照明系３５の入射面でレーザ光を回転対称な
強度分布に形成することで、オリフィス孔形状を回転対
称の形状にすることができる。

【００７２】このイメージローテータ３３は、レーザ光
の進行方向を回転軸として、例えばオリフィスプレート
２０の孔開け加工に必要な約２００パルスのレーザ光の
照射の間に連続して回転するものとなっている。なお、
このイメージローテータ３３としては、反射鏡を組み合
わせた構成にしてもよい。

【００７３】前記バリアブルアッテネータ３１は、エキ
シマレーザ発振器３０から出力されるレーザ光のパルス
数に応じてレーザ光の出力強度を調整する出力調整手段
としての機能を有するものである。

【００７４】このバリアブルアッテネータ３１には、例
えば図１０に示すようにレーザ光の入射角に依存して透
過率が変化するようにコーティングが施された反射鏡４
５と、この反射鏡４５を透過したときのレーザ光の光軸
のずれを元に戻すコンペンセータ４６と、これら反射鏡
４５とコンペンセータ４６とを対応して回転させる回転
機構４７とから構成されている。

【００７５】なお、これら反射鏡４５及びコンペンセー
タ４６は、それぞれ各回転軸４５ａ、４６ａを中心とし
て矢印（イ）、（ロ）方向に回転自在に設けられてい
る。

【００７６】図１１はコーティングが施された反射鏡４
５の透過率特性を示すもので、ここでは反射鏡４５の回
転角に応じて透過率が変化している。

【００７７】例えば、レーザ光のビーム入射面側のオリ
フィス孔径を３０μｍ、オリフィスプレート２０を形成
するポリイミドの厚さを５０μｍ、オリフィス孔のテー
パ角を１５度とすると、オリフィスプレート２０の裏面
側でのオリフィス孔径は、５６．８μｍとなる。

【００７８】レーザ光の出力を一定にして加工すると、
フルエンスはオリフィスプレート２０の表面でのフルエ
ンスに対し、裏面側では約３分の１の７０％減のフルエ
ンスになる。

【００７９】よって、オリフィスプレート２０の表面付
近は加工できても、裏面まで加工できなくなる場合があ
る。

【００８０】これを避けるために高いフルエンスで加工
を行うと、裏面までの加工は可能であるが、表面側での
オリフィス孔形状に熱の影響と思われる「だれ」が生じ
てしまう。

【００８１】従って、これを避けるために反射鏡４５の
レーザ光軸に対する入射角度をレーザパルス数に応じて
変化させることにより、一定のフルエンスで裏面まで加
工できるものとなっている。

【００８２】一方、微細加工コントローラ４８は、孔加
工装置の全体を制御する機能を有するもので、次の各機
能を有している。

【００８３】すなわち微細加工コントローラ４８は、エ
キシマレーザ発振器３０に対してレーザ制御信号（トリ
ガ信号）を送出し、エキシマレーザ発振器３０の動作制
御を行う機能を有している。

【００８４】又、微細加工コントローラ４８は、イメー
ジローテータ３３の回転機構４４に対して回転速度制御
信号を送出し、例えばオリフィスプレート２０の孔開け
加工に必要な約２００パルスのレーザ光の照射の間にイ
メージローテータ３３を連続して回転させる機能を有し
ている。

【００８５】又、微細加工コントローラ４８は、バリア
ブルアッテネータ３１に対してフルエンス制御信号を送
出し、エキシマレーザ発振器３０から出力されるレーザ
光のパルス数に応じてレーザ光の出力強度を調整する機
能を有している。

【００８６】又、微細加工コントローラ４８は、オート
フォーカスユニット４８に対してフォーカス制御信号を
送出し、マスク像をオリフィスプレート２０に結像させ
る機能を有している。

【００８７】このオートフォーカスユニット４８には、
カメラ５０が接続され、このカメラ５０により撮像され
るオリフィスプレート２０上のマスク像に基づいてフォ
ーカスのずれを求め、このフォーカスのずれを無くす駆
動信号をドライバ５１に送出する機能を有している。こ
のｚドライバ５１は、オートフォーカスユニット４８か
らの駆動信号に従ってｚステージ３８ｃを動作させる機
能を有している。

【００８８】又、微細加工コントローラ４８は、ｘｙド
ライバ５２に対して位置制御信号を送出し、マスク像を
オリフィスプレート２０上に投影させるようにｘｙテー
ブル３８ａ、３８ｂを動作させる機能を有している。

【００８９】一対のマスク３６Ａ，３６Ｂはレーザ光で
熱膨張し、テレセントリシティが損なわれる虞がある。
そこで、本発明では一対のマスク３６Ａ，３６Ｂは図１
２（ａ），（ｂ）に示すように、板状の熱交換部材６１
の一方の面と他方の面とに接合し、ばか孔６０ａが形成
された押え部材６０によって押圧保持されている。

【００９０】上記熱交換部材６１には、各マスク３６
Ａ，３６Ｂの開口３６ａ，３６ｂと対応する位置に一端
開口と他端開口とが上記マスクの開口３６ａ，３６ｂよ
りも大径なテーパ孔６２が形成されているとともに、周
辺部分には一端と他端とを長手方向一端面に開口させた
流路６３がほぼＵ字状に形成されている。この流路６３
には冷却媒体として冷却水あるいは冷却用気体が流通さ
れるようになっている。それによって、上記一対のマス
ク３６Ａ，３６Ｂを冷却できるから、レーザ光の熱によ
る変形や損傷が生じるのを防止できるようになってい
る。

【００９１】なお、一対のマスク３６Ａ，３６Ｂ間に熱
交換部材６１を設けずに、その間の空間部に冷却用気体
を直接流通させてマスク３６Ａ，３６Ｂを冷却するよう
にしてもよい。

【００９２】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【００９３】エキシマレーザ発振器３０から出力された
パルス状のレーザ光は、先ず、バリアブルアッテネータ
３１に入射する。

【００９４】このバリアブルアッテネータ３１は、エキ
シマレーザ発振器３０から出力されたレーザ光のパルス
数に応じてレーザ光の出力強度を調整する。すなわち、
このバリアブルアッテネータ３１は、図１０に示すよう
にレーザ光のパルス数に応じて反射鏡４５の回転角が変
化し、この反射鏡４５に対するレーザ光の入射角に依存
して透過率を変化させてレーザ光の出力強度を調整す
る。

【００９５】このときコンペンセータ４６は、反射鏡４
５の回転角に対応して回転し、レーザ光の光軸のずれを
元に戻す。

【００９６】このように反射鏡４５のレーザ光軸に対す
る入射角度をレーザパルス数に応じて変化させると、図
１１に示すようにオリフィスプレート２０に対して一定
のフルエンスで裏面まで加工できる。

【００９７】次に、アップコリメータ３２は、バリアブ
ルアッテネータ３１から出射されたレーザ光を、第１の
マスク３６Ａ上の全ての円形開口３６ａを覆うように帯
状のビームに変換し、イメージローテータ３３に送る。

【００９８】このイメージローテータ３３は、エキシマ
レーザ発振器３０から出力されるレーザ光が不均一な強
度分布を有しているので、上記イメージローテータ３３
を例えばオリフィスプレート２０の孔開け加工に必要な
約２００パルスのレーザ光の照射の間に連続して回転さ
せ、アレイレンズ照明系３５の入射面でレーザ光を回転
対称な強度分布に形成する。

【００９９】このイメージローテータ３３から出射され
るレーザ光は、ミラー３４で反射し、アレイレンズ照明
系３５に入射する。このレーザ光は、アレイレンズ照明
系３５の２つのシリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３
５ｂによって集光面４０に集光され、さらにリレーレン
ズ３９によりマスク３６Ａ，３６Ｂに照射される。

【０１００】これらシリンドリカルアレイレンズ３５
ａ、３５ｂのうちシリンドリカルアレイレンズ３５ａに
図５に示すようなレーザ光の光軸Ｑの周りを遮光する遮
光手段としての遮光板４２が設けられていると、この遮
光板４２により遮光されない口字形状に成形されたレー
ザ光がリレーレンズ３９に送られる。

【０１０１】このとき、図４に示すようにマスク３６上
でのレーザ光のビームサイズＸＹは、アレイレンズ照明
系３５及びリレーレンズ３９の焦点距離とアレイレンズ
照明系３５の幅により決定され、例えば口字形状のレー
ザ光は、マスク３６Ａ上の全ての円形開口３６ａを覆う
ように帯状のビームに変換さている。

【０１０２】そして、アレイレンズ照明系３５の集光面
４０はリレーレンズ３９により投影レンズ３７の入射瞳
４１の面に結像されるので、レーザ光が投影レンズ３７
を通してオリフィスプレート２０に投影されることによ
り、オリフィスプレート２０にはオリフィス孔１５が形
成される。

【０１０３】第１のマスク３６Ａは投影レンズ３７とオ
リフィスプレート２０の表面とに対して共役に配置さ
れ、第２のマスク３６Ｂは投影レンズ３７とオリフィス
プレート２０の裏面とに対して共役に配置されている。

【０１０４】したがって、上記オリフィス孔１５は、オ
リフィスプレート２０の表面での開口形状と、裏面での
開口形状が上記一対のマスク３６Ａ，３６Ｂの円形開口
３６ａ堵矩形開口３６ｂによって規定されるから、形状
精度の高い逆テーパ状に形成される。

【０１０５】しかも、レーザ光の光路上に、少なくとも
アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、第１、第
２のマスク３６Ａ，３６Ｂ及び投影レンズ３７を配置
し、かつアレイレンズ照明系３５の集光面４０を投影レ
ンズ３７の入射瞳４１の位置に結像するよう、投影レン
ズ３７に対してテレセントリック光学系の位置関係に配
置したので、オリフィスプレート２０に複数の逆テーパ
状のオリフィス孔を一括で、しかもオリフィスプレート
２０を移動させることなく加工できる。

【０１０６】さらに、アレイレンズ照明系３５の入射面
で回転対称な強度分布に形成するイメージローテータ３
３を配置したので、回転対称な形状の逆テーパ状のオリ
フィス孔を加工できる。

【０１０７】又、レーザ光のパルス数に応じてレーザ光
の出力強度を調整するバリアブルアッテネータ３１を配
置したので、レーザ光の出力を一定にして加工する場合
のようにオリフィスプレート２０の表面付近は加工でき
ても、裏面まで加工できなくなるようなこと、又は高い
フルエンスで加工した場合のように裏面まで加工ができ
るが、表面側でのオリフィス孔形状に熱影響と思われる
「だれ」が生じるようなことがなく、一定のフルエンス
で裏面まで加工できる。

【０１０８】又、各シリンドリカルアレイレンズ３５
ａ、３５ｂのうちいずれか一方のシリンドリカルアレイ
レンズ３５ａに光軸周辺のレーザ光を遮光する遮光板４
２を配置したので、高次の周波数のレーザ光をオリフィ
スプレート２０に照射でき、逆テーパの形状が形成しや
すくなり、かつシャープな形状に逆テーパのオリフィス
孔が形成できる。

【０１０９】又、投影レンズ３７の開口数を０．３以上
にしたので、レーザ光の照射側で孔径が小さく、出射側
で大きい逆テーパ状のオリフィス孔を形成するのに最適
なＮＡで使用できる。

【０１１０】また、図１３に矢印で示すように、第１の
マスク３６Ａを主光線Ｓ周りに揺動させる。それによっ
て、オリフィスプレート２０に形成されるオリフィス孔
１５を単に逆テーパ状とするだけでなく、オリフィスプ
レート２０の表面側に位置するこのオリフィス孔１５の
開口端縁１５ａをアール状に加工することができる。

【０１１１】図１４はこの発明のプリンタヘッドの製造
方法を示す工程図である。

【０１１２】まず、同図（ａ）に示すようにインクジェ
ットプリンタのヘッド１０１に接着剤１１１を塗付した
ならば、そこに同図（ｂ）に示すように被加工用プレー
トとしての高分子材料からなるポリイミドシート１１２
を接着する。なお、被加工用プレートはポリイミドシー
ト１１２に限られず、ポリサルフォンなどを用いてもよ
い。

【０１１３】つぎに、上記ヘッド１０１を図１に示すｚ
ステージ３８ｃ上に位置決め載置したのち、同図（ｃ）
に示すように上記ポリイミドシート１１２にマスク３６
Ａ，３６Ｂおよび投影レンズ３７（ともに図１に示す）
を通過したレーザ光を照射する。それによって、同図
（ｄ）に示すように上記ポリイミドシート１１２に所望
する形状のオリフィス孔１１２ａを高精度に加工するこ
とができる。

【０１１４】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものでなく次の通り変形してもよい。

【０１１５】例えば、オリフィスプレート２０は、その
材料としてポリイミドフィルムを用いているが、これに
限らずポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ＰＥ
Ｔ等の高分子材料を用いても上記同様に逆テーパ状のオ
リフィス孔の加工ができる。

【０１１６】また、マスクを２枚設けるようにしたが、
３枚であってもよく、その場合にはオリフィス孔の両開
口端の形状だけでなく、中途部の孔形状も制御すること
が可能となる。

【０１１７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、複
数の逆テーパの孔を一括に、しかも被加工物を動かすこ
となく形成することができ、しかもその形状精度、特に
開口端の形状精度を高めることができるばかりか、さら
にはマスクの損傷を招きにくいプリンタヘッドの製造装
置及び孔加工装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる孔加工装置の第１の実施の形態
を示す構成図。

【図２】同じくアレイレンズ照明系からマスク、投影レ
ンズにかけての具体的な構成図。

【図３】同じくアレイレンズ照明系の一部構成図。

【図４】同じくマスクの構成及びこのマスクに照射され
るレーザ光の形状を示す図。

【図５】同じくシリンドリカルアレイレンズに設けられ
る遮光板を示す図。

【図６】同じく一対のマスクが集光光学系に対してオリ
フィスプレートの表面と裏面とに対して共役に配置され
た状体位を示す図。

【図７】同じく２枚のマスクと照明系のＮＡとのマッチ
ングを説明する図。

【図８】同じくレーザ光のエネルギー密度と順テーパ角
計算値及び実測値を示す図。

【図９】同じく逆テーパ角を得るために必要な投影レン
ズのＮＡを説明するための図。

【図１０】同じくバリアブルアッテネータの構成図。

【図１１】同じくバリアブルアッテネータにおける反射
鏡の透過率特性を示す図。

【図１２】（ａ）は一対のマスクの間にこれらマスクを
冷却するための熱交換部材を設けた断面図、（ｂ）は同
じく平面図。

【図１３】同じく第１のマスクを揺動させてオリフィス
孔の端縁をアール状に形成するための説明図。

【図１４】この発明のプリンタヘッドを製造するための
工程図。

【図１５】従来におけるインクジェットプリンタのオリ
フィス孔の加工方法を説明するための図。

【図１６】同オリフィス孔でのインク吐出しに必要な条
件を説明するための図。

【符号の説明】

１０…レーザ発振器、 １１…ビーム整形光学系 １５…ビーム走査光学系 １６…リレーレンズ １７…マスク １９…テレセントリック結像光学系 ２０…オリフィスプレート ３０…エキシマレーザ発振器 ３１…バリアブルアッテネータ ３２…アップコリメータ ３３…イメージローテータ ３５…アレイレンズ照明系 ３６Ａ，３６Ｂ…マスク ３７…投影レンズ ３８ａ，３８ｂ…ｘｙステージ ３８ｃ…ｚステージ ３９…リレーレンズ ４２…遮光板 ４３…ダブプリズム ４５…反射鏡 ４６…コンペンセータ ４８…微細加工コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 伊左雄 静岡県三島市南町６番78号 東芝テック株 式会社三島事業所内 (72)発明者 下里 正志 静岡県三島市南町６番78号 東芝テック株 式会社三島事業所内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG05 AG12 AP13 AP23 AP25 AQ03 4E068 AF02 CD10 CD13 DA09

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク溝が形成されたプリントヘ
   ッド筐体に対して高分子材料からなる被加工用プレート
   を接着する工程と、 レーザ光を所定のビーム形状に整形する工程と、 上記レーザ光を桔像光学系で上記被加工用プレートに結
   像しこの被加工用プレートを上記開口させる工程と、 この開口させる工程の前に上記被加工用プレートの一面
   と他面とに上記開口させる形状に対応する孔パターンが
   作成されかつ上記桔像光学系に対してそれぞれ共役な位
   置関係にある少なくとも２枚のマスクに上記レーザ光を
   通し上記桔像光学系へ導く工程とを具備したことを特徴
   とするプリンタヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 少なくとも２枚の上記マスクの間の空間
   部に、これらマスクを冷却する冷却媒体を流通させる工
   程を具備することを特徴とする請求項１記載のプリンタ
   ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 上記被加工用プレートの上記一面と上記
   他面とに作成される上記孔パターンを異なる断面に形成
   する工程を具備することを特徴とする請求項１記載のプ
   リンタヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 プリンタヘッド筐体に設けられた被加工
   用プレートにインク噴出孔を形成するプリンタヘッドの
   製造装置において、 レーザ光を所定のビーム形状に成形する成形光学系と、 この成形光学系からのレーザ光の光路上に配置され上記
   被加工用プレートの上記インク噴出孔がある一面と他面
   との開口形状に対応する孔パターンが形成された少なく
   とも２枚のマスクと、 上記マスクを通過したレーザ光を上記被加工用プレート
   に結像させる結像光学系とを具備し、 上記マスクは、上記被加工用プレートの一側面と他側面
   及び上記結像光学系に対してそれぞれ共役な位置関係に
   配置されることを特徴とするプリンタヘッドの製造装
   置。
5. 【請求項５】 少なくとも２枚のマスクに形成される孔
   パターンは異なる形状であることを特徴とする請求項４
   記載のプリンタヘッドの製造装置。
6. 【請求項６】 少なくとも２枚のマスクは、これらに形
   成された孔パターンが上記結像光学系に対してテレセン
   トリックとなるよう互いの位置が設定されていることを
   特徴とする請求項４記載のプリンタヘッドの製造装置。
7. 【請求項７】 少なくとも２枚のマスクの間の空間部に
   は、これらマスクを冷却するための冷却媒体が供給され
   る構成であることを特徴とする請求項４記載のプリンタ
   ヘッドの製造装置。
8. 【請求項８】 少なくとも２枚のマスクの間の空間部に
   は、これらマスクを冷却するための冷却媒体を流通する
   流路が形成された熱交換部材が上記マスクに接合されて
   設けられることを特徴とする請求項４記載のプリンタヘ
   ッドの製造装置。
9. 【請求項９】 被加工物に孔を形成する孔加工装置にお
   いて、 レーザ光を所定のビーム形状に整形する整形光学系と、 この整形光学系からのレーザ光の光路上に配置され上記
   孔の一端と他端との開口形状に対応する孔パターンが形
   成された少なくとも２枚のマスクと、 上記マスクを通過したレーザ光を上記被加工物に結像さ
   せる結像光学系とを具備し、 上記マスクは、上記被加工物の一側面と他側面及び上記
   集光光学系に対してそれぞれ共役な位置関係に配置され
   ることを特徴とする孔加工装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも２枚のマスクに形成される
    孔パターンは異なる形状であることを特徴とする請求項
    ９記載の孔加工装置。