JP2002160371A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP2002160371A
JP2002160371A JP2000357533A JP2000357533A JP2002160371A JP 2002160371 A JP2002160371 A JP 2002160371A JP 2000357533 A JP2000357533 A JP 2000357533A JP 2000357533 A JP2000357533 A JP 2000357533A JP 2002160371 A JP2002160371 A JP 2002160371A
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JP
Japan
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ink
nozzle
hole
mask
laser
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JP2000357533A
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English (en)
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Kazuhiko Tsuboi
一彦 坪井
Yuichi Akanabe
▲祐▼一 茜部
Tadashi Hirano
肇志 平野
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクメニスカスが安定に形成される形状を
有し、インク流路への気泡の侵入を防止できるノズル穴
を有する、吐出性能に優れたインクジェットヘッドのノ
ズルプレートを、多段加工や複雑な光学系を避けて、簡
便に得られる方法を提供する。 【解決手段】 レーザーを用いてノズルプレートにノズ
ル穴を穿孔するにあたり、光源側から順に配置された、
インクチャネル側の穴形状パターンを有するマスク及び
インク吐出側の穴形状パターンを有するマスクを経て、
光学的に2元に収光されるレーザー光の光路によりノズ
ル穴にテーパーを形成する工程を経て製造されたインク
ジェットヘッド。

Description

【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、詳しくはインクメニスカスが安定に形成され
る形状を有し、インク流路への気泡の侵入を防止できる
ノズル穴が簡便な方法で形成されたインクジェットヘッ
ドに関する。
【0002】
【従来の技術】昨今のインクジェットプリンターへの更
なる印字品質の向上や高速印字、更には小電力化への要
請に対して、インク液滴を小粒化して吐出速度及び密度
を向上し、更には射出効率の向上を実現するために、イ
ンクメニスカスが安定に形成される形状を有し、小径で
且つ吐出性能に優れるノズルを高密度で配置する検討が
多くなされている。
【0003】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。
【0004】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。また図1にイ
メージとして示す様に、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。
【0005】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。
【0006】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。
【0007】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。
【0008】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5−3187
44号、同10−337876号、同11−24015
9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11−17
0541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、特表平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。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで光学系の組み合
わせによってレーザースポットの形状を調整して穿孔す
ることにより、マスクの組み合わせによる多段加工や他
の操作との組み合わせの煩雑さ及び穴形状の再現性の低
さを解消する検討が、例えば特開平5−330059号
にて提案されている。しかしながら、複数のレンズを用
いてレーザー光の収光や拡散を行うことから高出力を要
したり、光学系が複雑となる問題が残る。
【0010】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、インクメニスカスが安定に形成さ
れる形状を有し、インク流路への気泡の侵入を防止でき
るノズル穴を有する、吐出性能に優れたインクジェット
ヘッドのノズルプレートを、多段加工や複雑な光学系を
避けて、簡便に得られる方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、レ
ーザーを用いてノズルプレートにノズル穴を穿孔するに
あたり、光源側から順に配置された、インクチャネル側
の穴形状パターンを有するマスク及びインク吐出側の穴
形状パターンを有するマスクを経て、光学的に2元に収
光されるレーザー光の光路によりノズル穴にテーパーを
形成する工程を経て製造されたインクジェットヘッド、
及びレーザーがエキシマレーザーであること、によって
達成される。
【0012】即ち本発明者は、エキシマレーザーが通常
のレーザーと異なり、水平方向に2〜3mrad、垂直
方向に1mradという比較的大きい発散角を持つこと
から、レンズ系の組み合わせではなくマスクの組み合わ
せで、ノズルプレートのインク吐出側に収光のピントを
合わせ、外縁の光がぼけた部分を活用してインクチャネ
ル側の穴形状に加工することでノズルプレートの厚み方
向にテーパー角を持たせることを考え、本発明に至っ
た。
【0013】
【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。
【0014】図2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。
【0015】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。
【0016】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。
【0017】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。
【0018】インクチャネル側の穴形状パターンとして
500μm×300μmの縦横サイズの長方形のレーザ
ー光透過部を有するマスクM1とインク吐出側の穴形状
パターンとしてφ300μmの真円のレーザー透過部を
有するマスクM2を用意した。マスクとしては、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
ーンを形成できる。もちろんインクチャネル側もインク
吐出側も穴形状はこれらに限定はされない。
【0019】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)に示す様な配置で、上記マスクM1、M2を通
して、KrFガスによるエキシマレーザーを、200H
zで発光させて平行光を出力した。
【0020】即ち、焦点距離150mmの対物レンズL
から1000mmの位置にマスクM2を設置すると加工
ステージ上に置いたノズルプレートのインク吐出側面で
収光する。この時の縮小率M=1000/176.5≒
5.7である。
【0021】厚さ75μm(0.075mm)のノズル
プレートであるから、M2の後方2.4mmのところに
マスクM1を設置するとノズルプレートのインクチャネ
ル側面にピントが合うことになる。この時の収縮率M=
1002.4/(176.5−0.075)≒5.7と
なる。
【0022】レーザー光が完全な平行光であればマスク
M1の影響は見られない筈であるが、前述の如くエキシ
マレーザー光は1〜3mradの広がりを有するので、
マスクM1の影響を若干受けるため、結果として、図3
(b)に示す様な、通常見られるよりも大きなテーパ角
を有し、ほぼ意図した形状を有するノズル穴を形成する
ことができる。
【0023】尚、ここでは対物レンズを用いたが、光学
系は所望の収縮率を得られる任意の構成を採用できる。
また図4に示す様に、多穴用マスク{M1}、{M2}
とフィールドレンズ群{FL}及び対物レンズ群{L}
を組み合わせて一度に複数の穿孔を行うこともできる。
【0024】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、本
発明では接着剤がノズルプレート側に侵入してノズル穴
を塞ぐことを防止できる穴形状を簡便に形成できるので
この問題を避けることができ、本実施形態の穴形状でも
接着剤の流入は防止できた。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、インクメニスカスが安
定に形成される形状を有し、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のノズル穴を、多段
加工や複雑な光学系を避けて、簡便に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】エキシマレーザーを用いる加工を示すイメージ
図。
【図2】インクジェットヘッドの1例を示す図。
【図3】本発明によるノズル穴加工の一例を示すモデル
図。
【図4】本発明によるノズル穴加工の応用例をモデル的
に示す図。
【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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C057 AF79 AF93 AG02 AP13 AP22 AP23 AP25 AP57 AP60 AQ03 AQ10 4E068 AF00 AF02 DA00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザーを用いてノズルプレートにノズ
    ル穴を穿孔するにあたり、光源側から順に配置された、
    インクチャネル側の穴形状パターンを有するマスク及び
    インク吐出側の穴形状パターンを有するマスクを経て、
    光学的に2元に収光されるレーザー光の光路によりノズ
    ル穴にテーパーを形成する工程を経て製造されたことを
    特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 レーザーがエキシマレーザーであること
    を特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
JP2000357533A 2000-11-24 2000-11-24 インクジェットヘッド Pending JP2002160371A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054992A (ja) * 2005-08-23 2007-03-08 Sii Printek Inc インクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置、インクジェットヘッド用ノズルプレート、インクジェットヘッド、およびインクジェット記録装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11502792A (ja) * 1996-01-18 1999-03-09 ザアー テクノロジー リミテッド ノズルの形成方法および装置

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