JP2001347669A - ノズル穴の製造方法およびノズル穴 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照射光の照度ムラを極力無くし、所望の上下
の穴径が得られるノズル穴の製造方法およびノズル穴を
提供する。 【解決手段】 インクジェット方式ヘッドのノズル穴を
レジストパターンと金属の電析により形成するノズル穴
の製造方法において、前記レジストパターンの形成をレ
ーザ露光により行い、該レジストパターンの上部と下部
の穴径を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル穴の製造方
法に関し、特に照射光の照度ムラを極力無くし、所望の
上下の穴径が得られるノズル穴の製造方法およびノズル
穴に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０はインクジェット方式のプリンタ
ヘッドＰＨの概念図であり、該プリンタヘッドはノズル
穴プレート１０１に複数のノズル穴１０２を形成してな
る。このノズル穴１０２はインク液滴の微粒子化や均一
球形化を達成する上で重要なファクタであり、ミクロン
オーダの誤差精度が要求される。かかるノズル穴の形成
手段として、従来、特開昭６３−３９６３号公報の提案
がある。この提案では、ＤＦＲ（ドライフィルムレジス
ト）パターンを基に電析（電鋳を含む電気化学的作用に
よる金属加工）によりノズル穴を形成している。

【０００３】この特開昭６３−３９６３号公報にはＤＦ
Ｒパターンの詳細なプロファイル（断面形状）に関する
情報には触れられておらず、通常の露光工程では、望ま
しいノズル穴の形状プロファイルを得ることができず，
通常平行光露光により上面と下面を同一径で形成してい
た。このときＤＦＲを利用した露光プロセスでは表面の
カバーフィルムを通して露光するので、光が拡散する場
合、その厚みでの拡散分を考慮してマスクの設計をして
いた。

【０００４】また、場所による照度ムラに起因する形状
変化が問題となっていた。これに対しては高価なフライ
アイレンズ等で照度ムラを低減したり、照射エリアを限
定することで対応してきた。また、このような露光法で
は作成する領域全面をフォトマスクにより覆って露光す
る必要があり、ノズル穴ピッチや径を変える場合には、
その都度マスクを設計し直して対応していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般の
密着露光を市販のＤＦＲに行った場合、ノズル穴部のプ
ロファイルを円錐台形状に設計することが困難であり、
ノズル穴径が微細になるほどこの傾向は顕著となる。一
般にインクジェット方式のプリンタノズル穴では、ノズ
ル穴の形状は吐出側径が流入側径よりも小さい方が液の
吐出効率が良く、この平行形状のノズル穴では吐出効率
を犠牲にしていた。

【０００６】また、照度ムラは作成されるレジストパタ
ーン形状に大きく影響を与えるため、特に微細で高精度
のノズル穴を作成する場合には、照度ムラを極力なくし
た光学系配置をすることが望まれていた。更に、フォト
マスクを用いた露光では、高価なフォトマスクを消耗品
として準備する必要があり、径やピッチを変える場合
や、プロセスの最適化を図る場合には、それに合わせて
多くのフォトマスクを製作する必要があった。

【０００７】そこで本発明の課題は、照射光の照度ムラ
を極力無くし、所望の上下の穴径が得られるノズル穴の
製造方法およびノズル穴を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、金属基板の略全面に、電鋳金属を残す為の
レジストをコーティングする工程と、前記レジストに対
してレーザ光を照射し、該レジストの必要部分と不要部
分とを区分する工程と、前記レジストの不要部分を除去
し、必要部分によりレジストパターンを作成する工程
と、前記レジストパターンに対して金属の電鋳を行う工
程と、前記電鋳後に前記レジストパターンを除去し、残
された電鋳部分によりノズル穴を形成する工程とを含む
ことを特徴とする。このようにすれば、ノズル穴形状を
広い範囲で作成することが出来る。また、集光型のレー
ザ光で露光することで、上面が小さく、下面の大きなノ
ズル穴形状を作成することが出来る。

【０００９】また、請求項２では、前記レジストを形成
した基板（レジスト基板）の移動を行いながらレーザ光
を制御し、レジストパターンを空間選択的に露光するこ
とを特徴とする。基板を移動することで、連続してノズ
ル穴を作成することが可能となる。また移動に合わせて
照射位置を変えることで、その方向に傾きを持つノズル
穴形成が可能となる。

【００１０】また、請求項３では、所望のノズル穴ピッ
チに対応した移動量に合せて信号を発生させ、該信号に
同期してレーザ光照射を行うことを特徴とする。このよ
うに、基板の移動時にノズル穴の設計ピッチに合わせて
信号を生成し、この信号で露光レーザ光を制御すること
で、移動と同期してレーザ光を照射することが可能とな
る。

【００１１】また、請求項４では、ｆθミラーを用いて
レーザ光を集光し、該集光したレーザ光をガルバノミラ
ーにより走査しながら露光を行うことを特徴とする。こ
のように、レーザ光の走査をガルバノミラーで行うこと
で、ステージ移動に比べて高速にレーザ光を走査するこ
とが可能となる。

【００１２】また、請求項５では、レーザ光をミラーに
より分岐し、同一のレジストパターン形状を複数同時に
作成することを特徴とする。このように、レーザをミラ
ーで分割することで、同時に同一形状のノズル穴を多数
形成することが可能となる。

【００１３】また、請求項６では、レーザ光をファイバ
を介して分岐し、該ファイバの出力により同時に複数の
レジストパターン形成の露光をすることを特徴とする。
このように、レーザ光をファイバで分割することで、同
一形状のノズル穴を多数同時に作成することが可能とな
る。

【００１４】また、請求項７では、レーザ光を回折格子
により分岐し、該分岐したレーザ光をｆθミラーにより
集光し、同一のレジストパターン形状を同時に作成する
ことを特徴とする。このように、回折光学素子でビーム
を分割することで、容易に多数個のノズル穴形成が可能
となる。

【００１５】また、請求項８では、前記レジストの表面
またはレジストに近接して拡散板を設置することを特徴
とする。このように、拡散板を用いることで、平行光に
より露光する場合でもノズル穴の形状を変化させること
が可能となる。

【００１６】また、請求項９では、前記レジストの表面
またはレジストに近接してピンホールを設け、該ピンホ
ールを通して露光を行うことを特徴とする。このよう
に、レーザ光を、ピンホールを通して露光することでピ
ンホールによる回折に合わせた形状を得ることが出来
る。

【００１７】また、請求項１０では、前記レジストをネ
ガ型ドライフィルムにしたことを特徴とする。このよう
に、上記プロセスのレジストパターンにドライフィルム
レジストを用いることで厚膜のレジストパターンの形成
が容易となり、液体レジストパターンで必要な多層塗り
やポストベーク，プリベーク処理などを省くことが出
来、安定したノズル穴形成が可能となる。

【００１８】また、請求項１１では、前記請求項１乃至
請求項１０の何れか一つに記載のノズル穴の製造方法に
より作成され、表面と裏面でノズル穴径が異なることを
特徴とする。このように、他のプロセスでは形成困難な
ノズル穴上面と下面との径の違いを容易に作成するこが
出来る。インクジェット方式のノズル穴では、液吐出部
と流入部で径が異なる方が、吐出効率が高いことが知ら
れており、そのため本製造法により作成されるノズル穴
プレートは、液の吐出性能を高くすることが出来る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２０】（１）第１の実施の形態 本発明での基本工程を、図１を用いて説明をする。 （Ａ） 金属基板３に対してドライフィルムレジスト
（ＤＦＲ）２を接着（コーティング）する。なお、ＤＦ
Ｒにはカバーフィルム１が付いている。 （Ｂ） ＤＦＲ面に対しでレーザ光４を拡散して照射す
る。これにより必要部分と不要部分を区分する。 （Ｃ） カバーフィルム１を除去し、現像操作を行う。 （Ｄ） 得られたＤＦＲパターンに対して電鋳（型作り
を目的とした金属付加工法）を行う。 （Ｅ） レジストを除去し、電鋳金属５を金属基板３か
ら剥離をすることで、プリンタ用ノズル穴が形成された
ノズル穴プレート６を作成する。符号６ａが完成したノ
ズル穴である。

【００２１】このときＤＦＲの露光に、レーザ光として
あるいは拡散光を用いる。具体的には、集光レンズから
の光をデフォーカスして照射する方式や、レーザ光を分
割して多数の方向から照射する方式で対応することが出
来る。

【００２２】（２）第２の実施の形態 図２に本実施の形態を示す。多数ノズル穴の作成の場合
は、基板３を移動ステージ７に載置して移動させ、連続
的にノズル穴を露光する。また移動に同期してレーザ光
の照射方向を制御することで、露光に関して前記第１の
実施の形態と同様の作用を得ることができる。符号８は
ＤＦＲ潜像である。

【００２３】（３）第３の実施の形態 図３に本実施の形態を示す。符号９はスリット、符号１
０は位置検出機、符号１１はレーザコントローラ、符号
１２はレーザヘッドである。移動ステージ７に載置して
の移動の際に、ノズル穴ピッチに合せて信号を作成し、
該信号によってレーザ光の照射タイミングを制御し、移
動に同期して高速にレーザ光の照射を行うことが出来
る。この信号作成にはリニアエンコーダ信号などを利用
することが可能である。またピッチと同一のスケールを
ステージに設置し、その信号を読み込むことで、ノズル
穴間でのピッチ変動にも対応可能となる。

【００２４】（４）第４の実施の形態 図４に本実施の形態を示す。本実施の形態は、レーザ光
走査による多数個ノズル穴の高速形成の場合である。レ
ーザ光４の走査はカルバノミラー１３等を用いること
で、またレーザ光４の集光にはfθミラー１４を用いる
ことで、容易に本構成を実現出来る。レーザ光４を高速
に走査することで、ステージ移動よりも高速にレジスト
パターンの露光を行うことが出来る。

【００２５】（５）第５の実施の形態 図５に本実施の形態を示す。本実施の形態は、部分反射
ミラー１５によるレーザ光分割と、分割したレーザ光に
より多数個ノズル穴の一括露光法が可能である。符号１
６はレンズアレイを示す。ここで部分反射ミラー１５か
らの出力は、反射率を調整し、全てのビームで同一とす
ることが望ましい。このとき以下の光学系は全く同一の
ものを利用できる。これにより精度良く、効率的に露光
を行うことが出来る。

【００２６】（６）第６の実施の形態 図６に本実施の形態を示す。本実施の形態は、分岐ファ
イバ１７によるビーム分割と同時露光法を実行するもの
である。ファイバ１７としてバンドルファイバを用いる
ことで、容易に分割した多数のレーザ光を準備すること
が出来る。ファイバ１７をシングルモード（単一モー
ド）のものにすることで、より形状の整ったノズル穴を
得ることが出来る。またファイバを近接して配置するこ
とで、効率的に高密度での露光を行うことが出来る。

【００２７】（７）第７の実施の形態 図７に本実施の形態を示す。本実施の形態は、回折光学
素子（拡散板）１８によるビームの分割と、そのレーザ
光による多数個ノズル穴の一括露光法を実行するもので
ある。回折光学素子１８はビームを多数本に分割するよ
う設計する。この時ビームは平行光とするのが効率的
で、この平行光をｆθミラー１４で集光することで、同
時に多数のレーザ露光が出来る。このとき回折格子（拡
散板）１８とｆθミラー１４の距離を可変とすること
で、露光ピッチ調整をすることが出来る。

【００２８】（８）第８の実施の形態 図８に本実施の形態を示す。本実施の形態では、拡散板
１８を用いてレーザ露光を行う。拡散板１８はレーザ照
射位置にのみ存在してもよく、全面に配置する場合に
は、レーザ照射位置を走査することが可能となる。

【００２９】（９）第９の実施の形態 図９に本実施の形態を示す。本実施の形態では、ピンホ
ール１９を用いてレーザ露光を行う。ピンホール１９は
複数個で構成されることが望ましく、このピッチは所望
のノズル穴のピッチと同一にすることで、ピンホールの
走査（移動）をすることなく、レーザ光の移動により所
望ピッチのノズル穴を作成することができ、より効率的
となる。またピッチが狭い場合は、レーザ光照射時に一
括して多数個のノズル穴露光が可能となる。

【００３０】（１０）第１０の実施の形態 本実施の形態は、レジストパターンを特にドライフィル
ムレジスト（ＤＦＲ）を用いて形成するものである。Ｄ
ＦＲは液状レジストに比べ均一かつ比較的厚いレジスト
層を容易に準備することができ、電鋳に対して耐久性の
ある材料を容易に入手することができる。従って、前述
の各ノズル穴作成のプロセスを効果的に適用できる。

【００３１】（１１）第１１の実施の形態 本実施の形態に係るノズル穴は、上記製造法により作成
した上面と下面の径の異なるＩＪ（インクジェット）ヘ
ッドノズル穴である。上記製造法によるノズル穴は上記
広い範囲での上面径，下面径，テーパ角を有する。即
ち、光の制御により上面穴径と下面穴径が異なる、テー
パ部を有するノズル穴を作成することができ、例えば上
面穴径と下面穴径の異なるもの（テーパ角の異なるも
の）や、同一テーパ角度で上面穴径，下面穴径の異なる
もの等を作成することが可能となり、加工範囲が広くな
る。

【００３２】なお、前記各実施の形態ではノズル穴とし
てインクジェット方式用ノズル穴の場合を説明したが、
その他のノズル穴（例えば、印刷用の版）に対しても本
発明を適用可能であるのは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下の効果を奏することができる。請求項１によれば、ノ
ズル穴形状を広い範囲で作成することが出来る。集光型
のレーザ光で露光することで、上面穴が小さく、下面穴
の大きなノズル穴形状を作成することが出来る。これは
レーザ光の入射角を変えながら露光することでも調整寸
能である。またレーザ光を微細に集光することで、微細
なノズル穴を形成することが出来、またその径の変化
も、基板位置を移動させる、或いは光学系を調整するな
どの方法で容易に実現することが出来る。このとき、一
般の光露光で必要とされるフォトマスクは必要でなく、
そのコストを低減することが出来る。また、レーザ光は
照射強度が一定であり、その強度調整も容易であるの
で、ノズル穴径のバラツキの少ない製造法といえる。

【００３４】請求項２によれば、基板を移動すること
で、連続してノズル穴を作成することが可能となる。ま
た移動に合わせて照射位置を変えることで、その方向に
傾きを持つノズル穴形成が可能となる。これにより通常
の光露光よりも形状制御範囲の広い作成法といえる。ま
た、これにより多数のノズル穴のピッチをランダムに設
定することが容易となり、コスト，開発時間に影響を与
えるフォトマスクの作成なしで、ノズル穴プレート作成
が可能となる。また、強度一定の光で多数の露光を行う
ことができるため、露光量の均一化が図れ、精度の高い
ノズル穴作成が可能となる。

【００３５】請求項３によれば、基板の移動時にノズル
穴の設計ピッチに合わせて信号を生成し、この信号で露
光レーザ光を制御することで、移動と同期してレーザを
照射することが可能となる。このときレーザ光強度，レ
ーザ照射時間，移動速度を最適化することで、連続的に
移動させながらレーザ露光をすることが可能となり、高
速で安定した露光が可能となる。この場合移動ステージ
が安価なものでも高精度加工ができ、コストの低減と高
速処理が可能となる。また、移動を反復的に行うこと
で、レーザ強度変化に対する露光量のバラツキを低減す
ることが出来、より安定したノズル穴形状の作成が可能
となる。

【００３６】請求項４によれば、レーザ光の走査をガル
バノミラーで行うことで、ステージ移動に比べて高速に
レーザ光を走査することが可能となる。これにより高速
のノズル穴形成，低コスト化が期待できる。またこれと
ステージを組み合わせることで、より広い大面積のノズ
ル穴形成が可能となる。

【００３７】請求項５によれば、レーザ光をミラーで分
割することで、同時に同一形状のノズル穴を多数形成す
ることが可能となる。このときミラー間隔は例えば多数
列ノズル穴の列間隔あるいは別プレートの同一場所とす
ることで、露光とノズル穴ピッチ移動を繰り返すこと
で、同時に一列のノズル穴を作成することが可能とな
る。このとき強度調整は部分反射ミラーの反射率を調整
することで容易に調整が可能であり、レーザ照射位置の
調整や変更も容易である。

【００３８】請求項６によれば、レーザ光をファイバで
分割することで、同一形状のノズル穴を多数同時に作成
することが可能となる。ファイバは一方がバンドルされ
ているものを利用することも可能である。このファイバ
はシングルモードのものを用いると、より微細で、きれ
いな円形ノズル穴を作成することが出来る。ファイバの
出射位置を変えることで、容易にノズル穴ピッチを変え
ることが出来、またレンズアレイ素子のピッチに合わせ
て位置調整することで、高密度のノズル穴形成が可能と
なる。

【００３９】請求項７によれば、回折光学素子でビーム
を分割することで、容易に多数個のノズル穴形成が可能
となる。これはレーザ光走査と異なり同時にレーザ光を
分割して露光することが出来るため、レーザ光照射時間
を高速に制御する必要がなく、ＣＷレーザにて一括して
露光を行うことが出来る。このとき回折光学素子のビー
ムを等角度にし、ミラー位置を変えることで、容易にレ
ーザ光の照射ピッチを制御することが可能となる。

【００４０】請求項８によれば、拡散板を用いること
で、平行光により露光する場合でもノズル穴の形状を変
化させることが可能となる。また光学系が単純であるた
め、低コストなプロセスとなる。また全面に拡散板を配
置すれば、レーザ光の位置を調整するだけで、形状制御
が実現できる。このときの表面径（上面径）は表面と拡
散板の位置により変化するので、その位置を調整するこ
とで容易にノズル穴径を変化させることが出来る。

【００４１】請求項９によれば、レーザ光を、ピンホー
ルを通して露光することでピンホールによる回折に合わ
せた形状を得ることが出来る。このとき上記拡散板を併
せて用いれば、ノズル穴のテーパ角をより広範囲で作成
できる。このとき、ノズル穴を多数個配置し、そこにレ
ーザ光を一括して照射することで、同時に多数のノズル
穴を作成することが可能となる。またフォトマスクのよ
うな全面に透過部を有するマスクを用いることで、レー
ザ光を連続照射しながら露光が可能となる。このとき通
常の光露光に対して露光量の均一性が高く、また大面積
の加工が可能となる。

【００４２】請求項１０によれば、上記プロセスのレジ
ストパターンにドライフィルムレジストを用いることで
厚膜のレジストパターンの形成が容易となり、液体レジ
ストパターンで必要な多層塗りやポストベーク，プリベ
ーク処理などを省くことが出来、安定したノズル穴形成
が可能となる。このとき通常の露光法で、フォトマスク
と拡散板を用いてノズル穴を形成する場合には、ドライ
フィルムレジストのカバーフィルムにより露光形状の変
化がおき、またフォトマスクから拡散して光が照射され
るため、微細穴作成が困難であるが、レーザ露光ではカ
バーフィルムを剥がしての利用も可能であり、レーザ光
の集光位置を制御することで、微細な穴形成も可能とな
る。

【００４３】請求項１１のノズル穴は、上記製造法によ
り作成されたものである。本製造法では他のプロセスで
は形成困難なノズル穴上面と下面との径の違いを容易に
作成するこが出来る。インクジェット方式のノズル穴で
は、液吐出部と流入部で径が異なる方が、吐出効率が高
いことが知られており、そのため本製造法により作成さ
れるノズル穴プレートは、液の吐出性能を高くすること
が出来る。またノズル穴径やテーパ角など広い範囲で作
成することが出来るため、最も効率の高い円錐台形状を
有することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の基本工程を示す図
である。

【図２】同第２の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図３】同第３の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図４】同第４の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図５】同第５の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図６】同第６の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図７】同第７の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図８】同第８の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図９】同第９の実施の形態の基本工程を示す図であ
る。

【図１０】インクジェット方式プリンタヘッドのノズル
穴およびノズル穴プレートを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ カバーフィルム ２ ＤＦＲ ３ 金属基板 ４ レーザ光 ５ 電鋳金属 ６ ノズル穴プレート ６ａ ノズル穴 ７ 移動ステージ ８ ＤＦＲ潜像 ９ スリット １０ 位置検出機 １１ レーザコントローラ １２ レーザヘッド １３ ガルバノミラー １４ ｆθミラー １５ 部分反射ミラー １６ レンズアレイ １７ 分岐ファイバ １８ 拡散板 １９ ピンホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｎ (72)発明者 大窪 克之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2C057 AF24 AF93 AG12 AP13 AP23 BA03 2H097 AA03 CA17 4E068 CA11 CD04 CD08 CD10 CD11 CD14 CE03 CE08 DA09

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基板の略全面に、電鋳金属を残す為
   のレジストをコーティングする工程と、 前記レジストに対してレーザ光を照射し、該レジストの
   必要部分と不要部分とを区分する工程と、 前記レジストの不要部分を除去し、必要部分によりレジ
   ストパターンを作成する工程と、 前記レジストパターンに対して金属の電鋳を行う工程
   と、 前記電鋳後に前記レジストパターンを除去し、残された
   電鋳部分によりノズル穴を形成する工程とを含むことを
   特徴とするノズル穴の製造方法。
2. 【請求項２】 前記レジストを形成した基板（レジスト
   基板）の移動を行いながらレーザ光を制御し、レジスト
   パターンを空間選択的に露光することを特徴とする請求
   項１記載のノズル穴の製造方法。
3. 【請求項３】 所望のノズル穴ピッチに対応した移動量
   に合せて信号を発生させ、該信号に同期してレーザ光照
   射を行うことを特徴とする請求項２記載のノズル穴の製
   造方法。
4. 【請求項４】 ｆθミラーを用いてレーザ光を集光し、
   該集光したレーザ光をガルバノミラーにより走査しなが
   ら露光を行うことを特徴とする請求項１記載のノズル穴
   の製造方法。
5. 【請求項５】 レーザ光をミラーにより分岐し、同一の
   レジストパターン形状を複数同時に作成することを特徴
   とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のノズ
   ル穴の製造方法。
6. 【請求項６】 レーザ光をファイバを介して分岐し、該
   ファイバの出力により同時に複数のレジストパターン形
   成の露光をすることを特徴とする請求項１乃至請求項３
   の何れか一つに記載のノズル穴の製造方法。
7. 【請求項７】 レーザ光を回折格子により分岐し、該分
   岐したレーザ光をｆθミラーにより集光し、同一のレジ
   ストパターン形状を同時に作成することを特徴とする請
   求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のノズル穴の製
   造方法。
8. 【請求項８】 前記レジストの表面またはレジストに近
   接して拡散板を設置することを特徴とする請求項１乃至
   請求項４の何れか一つに記載のノズル穴の製造方法。
9. 【請求項９】 前記レジストの表面またはレジストに近
   接してピンホールを設け、該ピンホールを通して露光を
   行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一
   つに記載のノズル穴の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記レジストをネガ型ドライフィルム
    にしたこと特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一
    つに記載のノズル穴の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記請求項１乃至請求項１０の何れか
    一つに記載のノズル穴の製造方法により作成され、表面
    と裏面でノズル穴径が異なることを特徴とするインクジ
    ェット方式ノズル穴。