JP2003001830A - インクジェット記録ヘッドのインク吐出口製造方法、および該製造方法によって製造されたインク吐出口を有するインクジェット記録ヘッド - Google Patents
インクジェット記録ヘッドのインク吐出口製造方法、および該製造方法によって製造されたインク吐出口を有するインクジェット記録ヘッドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】インク液弾の吐出周波数を上げて記録スピード
を向上させることができ、大気混入による泡捕獲等によ
って十分なインク吐出力が得られなくなる等の弊害を防
止することが可能となるインクジェット記録ヘッドのイ
ンク吐出口製造方法、及びインクジェット記録ヘッドを
提供する。 【解決手段】インク吐出口、液室、これらを連通するイ
ンク流路、該インク流路の一部に設けられたエネルギー
発生素子、該液室にインクを供給するためのインク供給
口、を備えるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口
製造方法またはインクジェット記録ヘッドであって、該
インク吐出口を、該インク吐出口のインク吐出面より内
部に形成される壁面の表面状態を、表面粗さにおいて標
準偏差値が０．３マイクロメートル以上、１マイクロメ
ートル以下の凹凸に加工形成する。
を向上させることができ、大気混入による泡捕獲等によ
って十分なインク吐出力が得られなくなる等の弊害を防
止することが可能となるインクジェット記録ヘッドのイ
ンク吐出口製造方法、及びインクジェット記録ヘッドを
提供する。 【解決手段】インク吐出口、液室、これらを連通するイ
ンク流路、該インク流路の一部に設けられたエネルギー
発生素子、該液室にインクを供給するためのインク供給
口、を備えるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口
製造方法またはインクジェット記録ヘッドであって、該
インク吐出口を、該インク吐出口のインク吐出面より内
部に形成される壁面の表面状態を、表面粗さにおいて標
準偏差値が０．３マイクロメートル以上、１マイクロメ
ートル以下の凹凸に加工形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を飛翔さ
せて記録媒体上にインク滴を付着させるインクジェット
記録ヘッドのインク吐出口製造方法、および該製造方法
によって製造されたインク吐出口を有するインクジェッ
ト記録ヘッドに関するものである。
せて記録媒体上にインク滴を付着させるインクジェット
記録ヘッドのインク吐出口製造方法、および該製造方法
によって製造されたインク吐出口を有するインクジェッ
ト記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、インクジェット記録方式に適応さ
れるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口の加工に
関しては、近年、エキシマレーザ等の高エネルギー紫外
線レーザを、構造を形成する樹脂材料にパターン照射
し、炭素原子の共有結合を切断する光化学反応によって
昇華エッチングを行い、このレーザ光加工によって形成
することが一般的になっている。
れるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口の加工に
関しては、近年、エキシマレーザ等の高エネルギー紫外
線レーザを、構造を形成する樹脂材料にパターン照射
し、炭素原子の共有結合を切断する光化学反応によって
昇華エッチングを行い、このレーザ光加工によって形成
することが一般的になっている。
【０００３】また、他の方法として、エレクトロフォー
ミングと呼ばれる方法では、電導性基板に非電導性材料
をパターニングしてから電解メッキによって金属を厚膜
成長させ、非電導性材料部分に形成された穴部分をイン
ク吐出口として用いるもの、また薄厚金属プレートを穴
型のポンチダイスで機械的に打ち抜きインク吐出口を作
成したもの、またさらには、インク吐出口圧力発生源を
有するＩＣチップ上に、積層工程にてインク吐出口を形
成する感光性ネガレジストをコーティングし、露光現像
によってインク吐出口を形成する方法などが実施されて
いる。
ミングと呼ばれる方法では、電導性基板に非電導性材料
をパターニングしてから電解メッキによって金属を厚膜
成長させ、非電導性材料部分に形成された穴部分をイン
ク吐出口として用いるもの、また薄厚金属プレートを穴
型のポンチダイスで機械的に打ち抜きインク吐出口を作
成したもの、またさらには、インク吐出口圧力発生源を
有するＩＣチップ上に、積層工程にてインク吐出口を形
成する感光性ネガレジストをコーティングし、露光現像
によってインク吐出口を形成する方法などが実施されて
いる。
【０００４】一方、インクの吐出方法としては、インク
吐出口穴の内部を液体インクに対して親水性とし、イン
ク吐出側の穴エッジから周辺にかけて、液体インクに対
して撥水性とすることによって、インク吐出側の表面に
液体表面張力によってインク液界面を形成し、液体イン
クに機械的変位素子や熱発泡素子を用いて圧力を与え、
インクジェット内部に蓄えられた液体インクを押し出す
方法によって、インク液滴を飛翔させている。
吐出口穴の内部を液体インクに対して親水性とし、イン
ク吐出側の穴エッジから周辺にかけて、液体インクに対
して撥水性とすることによって、インク吐出側の表面に
液体表面張力によってインク液界面を形成し、液体イン
クに機械的変位素子や熱発泡素子を用いて圧力を与え、
インクジェット内部に蓄えられた液体インクを押し出す
方法によって、インク液滴を飛翔させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
のインク吐出口の加工方法においても、インク吐出面か
ら内部に形成されるインク吐出口の壁面は、非常に滑ら
かに形成され、表面粗さは標準偏差値において０．２マ
イクロメートル以下の凹凸状態で加工形成されている。
このことによって、インク吐出口壁面の流動抵抗は少な
くなり、インクの流動性に関しては好ましいが、インク
ジェット記録ヘッドのインク吐出特性としては、以下の
ような不具合を生じることが最近わかってきた。 １．記録スピードを早くするために、インク吐出周波数
を上げる場合、インク液滴の吐出後に生ずる表面張力に
よって張られているインク液面の減衰振動であるメニス
カス振動が収束しなければ、次の安定なインク液滴を吐
出できないことによるインク吐出周波数の制限があり、
インク吐出周波数はこのメニスカス振動の収束時間によ
って決定されているが、インクの流動抵抗が小さい場
合、メニスカス振動の収束時間はより長くなってしま
う。 ２．インク吐出後のメニスカス振動は、吐出したインク
体積分をインクバッファーであるインク液室から補給す
ることによって生じるが、インクの流動抵抗が小さい場
合、補給時の流体の移動慣性力によってオーバーシュー
トが発生しインク吐出面においてインク液面の飛び出し
量、すなわちメニスカス振動の振幅自体が大きくなって
しまう。 ３．インク吐出口壁面のインクとの接触面積が少ない場
合、インク吐出時にインク吐出口壁面からインクが部分
的に剥がれ、大気をインクノズル内部に捕獲してしま
い、気体状態の泡としてヘッド内部に入り込んでしまう
ために、インクジェット内部に蓄えられた液体インクを
押し出すための機械的変位素子や熱発泡素子による圧力
が、混入された泡によって部分的に吸収を受けインク吐
出力が十分に得られなくなってしまう。 ４．インク吐出口壁面のインクとの接触面積が少ない場
合、インクとインク吐出口壁面の親水接触による引力が
少なくなり、吐出したインク体積分をインクバッファー
であるインク液室から補給する力が弱くなり、インクの
補給スピードが低下してしまう。
のインク吐出口の加工方法においても、インク吐出面か
ら内部に形成されるインク吐出口の壁面は、非常に滑ら
かに形成され、表面粗さは標準偏差値において０．２マ
イクロメートル以下の凹凸状態で加工形成されている。
このことによって、インク吐出口壁面の流動抵抗は少な
くなり、インクの流動性に関しては好ましいが、インク
ジェット記録ヘッドのインク吐出特性としては、以下の
ような不具合を生じることが最近わかってきた。 １．記録スピードを早くするために、インク吐出周波数
を上げる場合、インク液滴の吐出後に生ずる表面張力に
よって張られているインク液面の減衰振動であるメニス
カス振動が収束しなければ、次の安定なインク液滴を吐
出できないことによるインク吐出周波数の制限があり、
インク吐出周波数はこのメニスカス振動の収束時間によ
って決定されているが、インクの流動抵抗が小さい場
合、メニスカス振動の収束時間はより長くなってしま
う。 ２．インク吐出後のメニスカス振動は、吐出したインク
体積分をインクバッファーであるインク液室から補給す
ることによって生じるが、インクの流動抵抗が小さい場
合、補給時の流体の移動慣性力によってオーバーシュー
トが発生しインク吐出面においてインク液面の飛び出し
量、すなわちメニスカス振動の振幅自体が大きくなって
しまう。 ３．インク吐出口壁面のインクとの接触面積が少ない場
合、インク吐出時にインク吐出口壁面からインクが部分
的に剥がれ、大気をインクノズル内部に捕獲してしま
い、気体状態の泡としてヘッド内部に入り込んでしまう
ために、インクジェット内部に蓄えられた液体インクを
押し出すための機械的変位素子や熱発泡素子による圧力
が、混入された泡によって部分的に吸収を受けインク吐
出力が十分に得られなくなってしまう。 ４．インク吐出口壁面のインクとの接触面積が少ない場
合、インクとインク吐出口壁面の親水接触による引力が
少なくなり、吐出したインク体積分をインクバッファー
であるインク液室から補給する力が弱くなり、インクの
補給スピードが低下してしまう。
【０００６】このように、インク吐出口壁面の流動抵抗
が少ないと、インク吐出周波数を上げて記録スピードを
向上させる場合、上述したような障害を生じることとな
り、また、インク吐出に関わる障害として、上述したよ
うな問題が生じる。
が少ないと、インク吐出周波数を上げて記録スピードを
向上させる場合、上述したような障害を生じることとな
り、また、インク吐出に関わる障害として、上述したよ
うな問題が生じる。
【０００７】そこで、本発明は、上記課題を解決し、イ
ンク液弾の吐出周波数を上げて記録スピードを向上させ
ることができ、大気混入による泡捕獲等によって十分な
インク吐出力が得られなくなる等の弊害を防止すること
が可能となるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口
製造方法、および該製造方法によって製造されたインク
吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とを目的とするものである。
ンク液弾の吐出周波数を上げて記録スピードを向上させ
ることができ、大気混入による泡捕獲等によって十分な
インク吐出力が得られなくなる等の弊害を防止すること
が可能となるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口
製造方法、および該製造方法によって製造されたインク
吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（９）のように構成した
インクジェット記録ヘッドのインク吐出口製造方法、お
よび該製造方法によって製造されたインク吐出口を有す
るインクジェット記録ヘッドを提供するものである。 （１）記録媒体に付着させるインク液滴を吐出するため
のインク吐出口、前記吐出口に供給するためのインクを
貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通するインク
流路、前記インク流路の一部に設けられインクを吐出す
るためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、前
記液室に外部からインクを供給するためのインク供給
口、を備えるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口
製造方法であって、前記インク吐出口は、該インク吐出
口のインク吐出面より内部に形成される壁面の表面状態
を、表面粗さにおいて標準偏差値が０．３マイクロメー
トル以上、１マイクロメートル以下の凹凸に加工形成す
ることを特徴とするインク吐出口製造方法。 （２）前記インク吐出口の壁面における表面粗さは、略
インク吐出方向であるインク流動方向の方が、インク吐
出方向に対して垂直なインク吐出口断面の外周方向より
凹凸の標準偏差値を大きい値とすることを特徴とする上
記（１）に記載のインク吐出口製造方法。 （３）前記インク吐出口の壁面の表面状態は、略インク
吐出方向であるインク流動方向において、凹凸の周期が
平均値で２マイクロメートル以下とすることを特徴とす
る上記（１）または上記（２）に記載のインク吐出口製
造方法。 （４）前記インク吐出口の壁面の表面状態は、インク吐
出方向に対して垂直なインク吐出口断面の外周方向にお
いて、凹凸の周期が平均値で５マイクロメートル以下と
することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記
載のインク吐出口製造方法。 （５）前記インク吐出口は、１ピコ秒以下のパルス放射
時間にて空間的時間的なエネルギー密度の大きいレーザ
光パルスを連続放射するレーザ発振器から放射されたレ
ーザ光を所定エネルギー密度にて、所定パターン像を、
所定開口数（ＮＡ）にて、所定フォーカスポイントに
て、照射することにより、加工形成することを特徴とす
る上記（１）〜（４）のいずれかに記載のインク吐出口
製造方法。 （６）前記照射するレーザ光のエネルギー密度は、前記
インク吐出口を形成する材料の照射レーザ波長に対する
吸収率をａ、前記インク吐出口を形成するためのオリフ
ィスプレートに加工パターンを投影する光学系の被加工
物側開口数（ＮＡ）をｎ、被加工物であるインク吐出口
を形成する材料に照射するレーザ光の単位面積当り、単
位発振パルス時間当りのエネルギーをＥ（単位［Ｊ／ｃ
ｍ2／ｐｕｌｓｅ］）、レーザの発振パルス時間幅をｔ
（単位［ｓｅｃ］）とするとき、 （ａ×ｎ×Ｅ）／ｔ＞１３×１０6［Ｗ／ｃｍ2］ の条件式を満たすことを特徴とする上記（５）に記載の
インク吐出口製造方法。 （７）前記１ピコ秒以下のパルス放射時間でレーザ光を
出力するレーザ発振器は、光伝播の空間圧縮装置を有し
ているレーザ発振器であることを特徴とする上記（５）
に記載のインク吐出口製造方法。 （８）光伝播の空間圧縮装置は、チャーピングパルスを
生成する手段と、光波長分散特性を利用した縦モード同
期手段によって構成されていることを特徴とする上記
（７）に記載のインク吐出口製造方法。 （９）記録媒体に付着させるインク液滴を吐出するため
のインク吐出口、前記吐出口に供給するためのインクを
貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通するインク
流路、前記インク流路の一部に設けられインクを吐出す
るためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、前
記液室に外部からインクを供給するためのインク供給
口、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、前記
インクジェット記録ヘッドのインク吐出口は、上記
（１）〜（８）のいずれかに記載のインク吐出口製造方
法によって製造されたものであることを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド。
成するために、つぎの（１）〜（９）のように構成した
インクジェット記録ヘッドのインク吐出口製造方法、お
よび該製造方法によって製造されたインク吐出口を有す
るインクジェット記録ヘッドを提供するものである。 （１）記録媒体に付着させるインク液滴を吐出するため
のインク吐出口、前記吐出口に供給するためのインクを
貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通するインク
流路、前記インク流路の一部に設けられインクを吐出す
るためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、前
記液室に外部からインクを供給するためのインク供給
口、を備えるインクジェット記録ヘッドのインク吐出口
製造方法であって、前記インク吐出口は、該インク吐出
口のインク吐出面より内部に形成される壁面の表面状態
を、表面粗さにおいて標準偏差値が０．３マイクロメー
トル以上、１マイクロメートル以下の凹凸に加工形成す
ることを特徴とするインク吐出口製造方法。 （２）前記インク吐出口の壁面における表面粗さは、略
インク吐出方向であるインク流動方向の方が、インク吐
出方向に対して垂直なインク吐出口断面の外周方向より
凹凸の標準偏差値を大きい値とすることを特徴とする上
記（１）に記載のインク吐出口製造方法。 （３）前記インク吐出口の壁面の表面状態は、略インク
吐出方向であるインク流動方向において、凹凸の周期が
平均値で２マイクロメートル以下とすることを特徴とす
る上記（１）または上記（２）に記載のインク吐出口製
造方法。 （４）前記インク吐出口の壁面の表面状態は、インク吐
出方向に対して垂直なインク吐出口断面の外周方向にお
いて、凹凸の周期が平均値で５マイクロメートル以下と
することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記
載のインク吐出口製造方法。 （５）前記インク吐出口は、１ピコ秒以下のパルス放射
時間にて空間的時間的なエネルギー密度の大きいレーザ
光パルスを連続放射するレーザ発振器から放射されたレ
ーザ光を所定エネルギー密度にて、所定パターン像を、
所定開口数（ＮＡ）にて、所定フォーカスポイントに
て、照射することにより、加工形成することを特徴とす
る上記（１）〜（４）のいずれかに記載のインク吐出口
製造方法。 （６）前記照射するレーザ光のエネルギー密度は、前記
インク吐出口を形成する材料の照射レーザ波長に対する
吸収率をａ、前記インク吐出口を形成するためのオリフ
ィスプレートに加工パターンを投影する光学系の被加工
物側開口数（ＮＡ）をｎ、被加工物であるインク吐出口
を形成する材料に照射するレーザ光の単位面積当り、単
位発振パルス時間当りのエネルギーをＥ（単位［Ｊ／ｃ
ｍ2／ｐｕｌｓｅ］）、レーザの発振パルス時間幅をｔ
（単位［ｓｅｃ］）とするとき、 （ａ×ｎ×Ｅ）／ｔ＞１３×１０6［Ｗ／ｃｍ2］ の条件式を満たすことを特徴とする上記（５）に記載の
インク吐出口製造方法。 （７）前記１ピコ秒以下のパルス放射時間でレーザ光を
出力するレーザ発振器は、光伝播の空間圧縮装置を有し
ているレーザ発振器であることを特徴とする上記（５）
に記載のインク吐出口製造方法。 （８）光伝播の空間圧縮装置は、チャーピングパルスを
生成する手段と、光波長分散特性を利用した縦モード同
期手段によって構成されていることを特徴とする上記
（７）に記載のインク吐出口製造方法。 （９）記録媒体に付着させるインク液滴を吐出するため
のインク吐出口、前記吐出口に供給するためのインクを
貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通するインク
流路、前記インク流路の一部に設けられインクを吐出す
るためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、前
記液室に外部からインクを供給するためのインク供給
口、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、前記
インクジェット記録ヘッドのインク吐出口は、上記
（１）〜（８）のいずれかに記載のインク吐出口製造方
法によって製造されたものであることを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド。
【０００９】
【発明の実施の形態】上記構成によれば、インク液弾の
吐出周波数を上げて記録スピードを向上させることがで
き、また前述した大気混入による泡捕獲から生ずるイン
ク不吐出問題を解決することが可能となる。なお、ここ
で用いられる上述したレーザは、「次世代光テクノロジ
ー集成」（平成４年（株）オプトロニクス社発行、第１
部要素技術；超短光パルスの発生と圧縮、２４頁〜３１
頁）等に記載されているいわゆるフェムト秒レーザであ
り、このようなフェムト秒レーザによると、時間的エネ
ルギー密度がきわめて大きく、またレーザ光の照射時間
が非常に短いため、レーザ光が熱エネルギーとして被加
工物内を拡散する前に昇華アブレーション加工プロセス
を終了させることが可能となるため、加工形状は融解に
よる変形が発生しないため高精度に加工ができるといっ
た特徴がある。
吐出周波数を上げて記録スピードを向上させることがで
き、また前述した大気混入による泡捕獲から生ずるイン
ク不吐出問題を解決することが可能となる。なお、ここ
で用いられる上述したレーザは、「次世代光テクノロジ
ー集成」（平成４年（株）オプトロニクス社発行、第１
部要素技術；超短光パルスの発生と圧縮、２４頁〜３１
頁）等に記載されているいわゆるフェムト秒レーザであ
り、このようなフェムト秒レーザによると、時間的エネ
ルギー密度がきわめて大きく、またレーザ光の照射時間
が非常に短いため、レーザ光が熱エネルギーとして被加
工物内を拡散する前に昇華アブレーション加工プロセス
を終了させることが可能となるため、加工形状は融解に
よる変形が発生しないため高精度に加工ができるといっ
た特徴がある。
【００１０】これによれば、時間的エネルギー密度が飛
躍的に増加するため、（汎用的に市販されているレーザ
発振器には、パルス放射時間が１５０フェムト秒以下、
パルス当りの光エネルギーが８００マイクロジュール以
上のものが存在する。即ち放射レーザ光のエネルギー密
度は発振パルスにおいて約５．３ギガワットのレベルに
達するものである。）また、レーザの照射時間が非常に
短いためレーザ光が熱エネルギーとして被加工物内を拡
散する前に昇華アブレーション加工プロセスを終了させ
ることが可能となる。
躍的に増加するため、（汎用的に市販されているレーザ
発振器には、パルス放射時間が１５０フェムト秒以下、
パルス当りの光エネルギーが８００マイクロジュール以
上のものが存在する。即ち放射レーザ光のエネルギー密
度は発振パルスにおいて約５．３ギガワットのレベルに
達するものである。）また、レーザの照射時間が非常に
短いためレーザ光が熱エネルギーとして被加工物内を拡
散する前に昇華アブレーション加工プロセスを終了させ
ることが可能となる。
【００１１】上記特性を利用すると、熱伝導率の高い金
属、セラミック、鉱物（シリコン等）であってもエネル
ギーの集中が可能となるため多光子吸収過程が発生し加
工が容易に可能で、光吸収率の低いガラスまたは石英お
よび光学結晶であっても０．１〜１％程度の吸収率があ
ればが可能となる。このように高出力の１ピコ秒以下の
パルス放射時間でレーザ光を放射するレーザ発振システ
ムである高出力型フェムト秒レーザによる光アブレーシ
ョン加工が材料の限定を受けない微細加工方法として非
常に有効であるものである。
属、セラミック、鉱物（シリコン等）であってもエネル
ギーの集中が可能となるため多光子吸収過程が発生し加
工が容易に可能で、光吸収率の低いガラスまたは石英お
よび光学結晶であっても０．１〜１％程度の吸収率があ
ればが可能となる。このように高出力の１ピコ秒以下の
パルス放射時間でレーザ光を放射するレーザ発振システ
ムである高出力型フェムト秒レーザによる光アブレーシ
ョン加工が材料の限定を受けない微細加工方法として非
常に有効であるものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとずいて説
明する。まず図１を用いて、本実施例のインクジェット
記録ヘッドのインク吐出口壁面の形状の概要を説明す
る。図１に示すインク吐出口壁面の形状は、アモルファ
ス窒化シリコンからなるオリフィスプレートに、約２０
０フェムト秒の時間にて放射するレーザ発振器から放射
されたレーザ光を、円形パターン開口を有するフォトマ
スクを投影する光学系を介して、約１００テラワット／
ｃｍ2のエネルギー密度で照射してインク吐出口を作成
したものである。
明する。まず図１を用いて、本実施例のインクジェット
記録ヘッドのインク吐出口壁面の形状の概要を説明す
る。図１に示すインク吐出口壁面の形状は、アモルファ
ス窒化シリコンからなるオリフィスプレートに、約２０
０フェムト秒の時間にて放射するレーザ発振器から放射
されたレーザ光を、円形パターン開口を有するフォトマ
スクを投影する光学系を介して、約１００テラワット／
ｃｍ2のエネルギー密度で照射してインク吐出口を作成
したものである。
【００１３】詳細な設定パラメータとしては、レーザ照
射の開口数（ＮＡ）は０．６、フォーカスポイントはオ
リフィスプレートの加工側表面、加工穴の直径はφ２０
マイクロメートル、レーザの照射エネルギーは約６０マ
イクロジュール／パルス、レーザ光波長は７７５ナノメ
ートル、パルス照射の繰り返し周波数は１０００Ｈｚ
で、３０００パルスを照射、オリフィスプレートの厚み
は２０マイクロメートルで行ったものである。
射の開口数（ＮＡ）は０．６、フォーカスポイントはオ
リフィスプレートの加工側表面、加工穴の直径はφ２０
マイクロメートル、レーザの照射エネルギーは約６０マ
イクロジュール／パルス、レーザ光波長は７７５ナノメ
ートル、パルス照射の繰り返し周波数は１０００Ｈｚ
で、３０００パルスを照射、オリフィスプレートの厚み
は２０マイクロメートルで行ったものである。
【００１４】オリフィスプレート１０１の厚み内に作り
込まれるインク吐出口の壁面は凸凹状態が形成されてお
り、表面粗さにおいての標準偏差値は約０．５マイクロ
メートルで、略インク吐出方向であるインク流動方向の
壁面において凹凸の周期は平均値で約１．３マイクロメ
ートル、インク吐出方向に対して垂直なインク吐出口断
面の外周方向において凹凸の周期は平均値で約２．５マ
イクロメートルで形成されている。
込まれるインク吐出口の壁面は凸凹状態が形成されてお
り、表面粗さにおいての標準偏差値は約０．５マイクロ
メートルで、略インク吐出方向であるインク流動方向の
壁面において凹凸の周期は平均値で約１．３マイクロメ
ートル、インク吐出方向に対して垂直なインク吐出口断
面の外周方向において凹凸の周期は平均値で約２．５マ
イクロメートルで形成されている。
【００１５】１ピコ秒以下のパルス放射時間にて空間的
時間的なエネルギー密度の大きいレーザ光パルスによる
アブレーション加工は、上述したように、極端に短い時
間のエッチングプロセスのため、熱エネルギーとしての
伝播がほとんど起こらないために、被加工物が全く融解
することなく昇華エッチングされる。このため、加工表
面にマイクロクラックを生じやすく、その結果として図
１に示すようなインク吐出口壁面の表面状態が形成され
ると考えられる。このことによって、インクとの接触面
積が大きくなり、インクとインク吐出口壁面の親水接触
による単位面積当りの引力が大きくなり、インクの流動
抵抗も増すこととなる。
時間的なエネルギー密度の大きいレーザ光パルスによる
アブレーション加工は、上述したように、極端に短い時
間のエッチングプロセスのため、熱エネルギーとしての
伝播がほとんど起こらないために、被加工物が全く融解
することなく昇華エッチングされる。このため、加工表
面にマイクロクラックを生じやすく、その結果として図
１に示すようなインク吐出口壁面の表面状態が形成され
ると考えられる。このことによって、インクとの接触面
積が大きくなり、インクとインク吐出口壁面の親水接触
による単位面積当りの引力が大きくなり、インクの流動
抵抗も増すこととなる。
【００１６】また、表面状態をコントロールするには、
照射する光のエネルギー密度の加減によって調整制御可
能で、エネルギー密度の変化に対応して、インク吐出口
壁面の表面状態は変化し、エネルギー密度が低いと滑ら
かとなり、エネルギー密度が高いと粗くなる傾向があ
る。また一方、レーザが照射される方向にエッチングが
進行するため、エッチングの進行方向に被加工物が欠け
る傾向があり、マイクロクラックはエッチング方向に垂
直な方向に発生しやすく、すなわちインク吐出方向に垂
直な方向にマイクロクラックが発生しやすいため、イン
ク吐出口の壁面の表面粗さは、略インク吐出方向である
インク流動方向の方がインク吐出方向に対して垂直なイ
ンク吐出口断面の外周方向より凹凸の標準偏差値が大き
く形成される。このことは、インク吐出方向において、
インクをトラップ（保持）しやすくなるため、インク吐
出方向のインク流動抵抗を特に大きく増大ずる効果があ
ると考えられる。
照射する光のエネルギー密度の加減によって調整制御可
能で、エネルギー密度の変化に対応して、インク吐出口
壁面の表面状態は変化し、エネルギー密度が低いと滑ら
かとなり、エネルギー密度が高いと粗くなる傾向があ
る。また一方、レーザが照射される方向にエッチングが
進行するため、エッチングの進行方向に被加工物が欠け
る傾向があり、マイクロクラックはエッチング方向に垂
直な方向に発生しやすく、すなわちインク吐出方向に垂
直な方向にマイクロクラックが発生しやすいため、イン
ク吐出口の壁面の表面粗さは、略インク吐出方向である
インク流動方向の方がインク吐出方向に対して垂直なイ
ンク吐出口断面の外周方向より凹凸の標準偏差値が大き
く形成される。このことは、インク吐出方向において、
インクをトラップ（保持）しやすくなるため、インク吐
出方向のインク流動抵抗を特に大きく増大ずる効果があ
ると考えられる。
【００１７】次に、図２を用いて、上記で説明してき
た、オリフィスプレート１０１のインク吐出口の加工形
成方法について図面にもとずいて説明する。図２は、前
記インク吐出口を加工形成するためのレーザ加工装置の
光学的慨略図である。不図示の短パルス発振レーザー本
体から図２中太線矢印方向に放射されたレーザ光束２０
０をズームビームコンプレッサ１１０に導き、所定光ビ
ーム径に変換し、マスク照明レンズ１１１に導き所定収
束角のレーザビームを形成し、図３におけるフォトマス
ク１１４のマスクパターン部分１１５の一部分を照明す
る。このとき、ズームビームコンプレッサ１１０のコン
プレス比率とマスク照明レンズ１１１の焦点距離によっ
て、最終的に被加工物を加工する有効ＮＡ（開口数）が
決定される。このＮＡによって、被加工物のテーパ角が
決定され、逆に説明すれば、被加工物の加工形状によっ
て、ズームビームコンプレッサ１１０のコンプレス比率
とマスク照明レンズ１１１の焦点距離を決定または調整
される。
た、オリフィスプレート１０１のインク吐出口の加工形
成方法について図面にもとずいて説明する。図２は、前
記インク吐出口を加工形成するためのレーザ加工装置の
光学的慨略図である。不図示の短パルス発振レーザー本
体から図２中太線矢印方向に放射されたレーザ光束２０
０をズームビームコンプレッサ１１０に導き、所定光ビ
ーム径に変換し、マスク照明レンズ１１１に導き所定収
束角のレーザビームを形成し、図３におけるフォトマス
ク１１４のマスクパターン部分１１５の一部分を照明す
る。このとき、ズームビームコンプレッサ１１０のコン
プレス比率とマスク照明レンズ１１１の焦点距離によっ
て、最終的に被加工物を加工する有効ＮＡ（開口数）が
決定される。このＮＡによって、被加工物のテーパ角が
決定され、逆に説明すれば、被加工物の加工形状によっ
て、ズームビームコンプレッサ１１０のコンプレス比率
とマスク照明レンズ１１１の焦点距離を決定または調整
される。
【００１８】一方、図３に示してあるフォトマスク１１
４のマスクパターン１１５を通過したレーザ光は、投影
レンズ１１３によってパターン像を被加工物であるイン
クジェットヘッド３のオリフィスプレート１０１の表面
にフォーカス投影照射されレーザ発振によってインク吐
出口が加工される。また加工進行と同期して、フォトマ
スク１１４と被加工物であるオリフィスプレート１０１
を含むインクジェット記録ヘッド本体３は不図示のメカ
ステージによって、同時に同期させて所定光軸垂直方向
であって所定速度にて図２中の細線矢印の方向に、また
は細線矢印と点線矢印方向共に往復移動することで、マ
スクパターン１１５全体の加工が行われる。
４のマスクパターン１１５を通過したレーザ光は、投影
レンズ１１３によってパターン像を被加工物であるイン
クジェットヘッド３のオリフィスプレート１０１の表面
にフォーカス投影照射されレーザ発振によってインク吐
出口が加工される。また加工進行と同期して、フォトマ
スク１１４と被加工物であるオリフィスプレート１０１
を含むインクジェット記録ヘッド本体３は不図示のメカ
ステージによって、同時に同期させて所定光軸垂直方向
であって所定速度にて図２中の細線矢印の方向に、また
は細線矢印と点線矢印方向共に往復移動することで、マ
スクパターン１１５全体の加工が行われる。
【００１９】次に、上述のインク吐出口を備えたインク
ジェットヘッドについて図４に示す。図４において、３
３は基板であり、この基板上にはインクを吐出するため
の電気熱変換素子や電気機械変換素子等のインク吐出圧
発生素子３４が設けられている。このインク吐出圧発生
素子３４は吐出口１００に連通するインク流路３１内に
配されており、個々のインク流路３１は共通液室３２に
連通している。この共通液室３２にはインク供給管（不
図示）が接続され、インクタンクよりインク供給管を介
してインクが供給される。また、３５はインク流路３１
および共通液室３２を形成するための凹部を有する天板
であり、基板３３と接合されることでインク流路３１、
共通液室３２を形成している。さらに、基板３３と天板
３５との接合体のインク流路端部側には吐出口１００を
備えるオリフィスプレート１０１が設けられている。
ジェットヘッドについて図４に示す。図４において、３
３は基板であり、この基板上にはインクを吐出するため
の電気熱変換素子や電気機械変換素子等のインク吐出圧
発生素子３４が設けられている。このインク吐出圧発生
素子３４は吐出口１００に連通するインク流路３１内に
配されており、個々のインク流路３１は共通液室３２に
連通している。この共通液室３２にはインク供給管（不
図示）が接続され、インクタンクよりインク供給管を介
してインクが供給される。また、３５はインク流路３１
および共通液室３２を形成するための凹部を有する天板
であり、基板３３と接合されることでインク流路３１、
共通液室３２を形成している。さらに、基板３３と天板
３５との接合体のインク流路端部側には吐出口１００を
備えるオリフィスプレート１０１が設けられている。
【００２０】このようなインクジェットヘッドは、以下
のように作成することができる。まず、インク吐出圧発
生用の発熱抵抗素子であるヒータ３４と不図示のシフト
レジスタ等の集積回路、電気配線と、をシリコン基板に
パターニングして基板３３を作成するとともに、インク
流路３１、およびインク液室３２となる凹部と不図示の
インク供給口を形成して天板３を作成する。つぎに、イ
ンク吐出側端面およびインク流路３１とヒータ３４の配
列が一致するように基板３３と天板３５とをアライメン
ト接合した後、ノズルが末形成状態のオリフィスプレー
ト１０１を、接合された天板とベースプレートのインク
吐出側端面に接着する。さらに、この状態で上記述べて
きたレーザ加工方法を用いて所定光パルス数をパターン
投影照射しノズルを形成し、以後、不図示のヒータ駆動
用の端子をパターニングした電気基板を結合するととも
に、アルミ製のベースプレートを基板３３に接合し、次
いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のため
のインクタンクを結合することで、インクジェットヘッ
ドを組み立てる。
のように作成することができる。まず、インク吐出圧発
生用の発熱抵抗素子であるヒータ３４と不図示のシフト
レジスタ等の集積回路、電気配線と、をシリコン基板に
パターニングして基板３３を作成するとともに、インク
流路３１、およびインク液室３２となる凹部と不図示の
インク供給口を形成して天板３を作成する。つぎに、イ
ンク吐出側端面およびインク流路３１とヒータ３４の配
列が一致するように基板３３と天板３５とをアライメン
ト接合した後、ノズルが末形成状態のオリフィスプレー
ト１０１を、接合された天板とベースプレートのインク
吐出側端面に接着する。さらに、この状態で上記述べて
きたレーザ加工方法を用いて所定光パルス数をパターン
投影照射しノズルを形成し、以後、不図示のヒータ駆動
用の端子をパターニングした電気基板を結合するととも
に、アルミ製のベースプレートを基板３３に接合し、次
いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のため
のインクタンクを結合することで、インクジェットヘッ
ドを組み立てる。
【００２１】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドは、インク液弾の吐出周波数を向上させること
ができ、またこのことで記録スピードが向上すると共に
大気混入による泡捕獲から生ずるインク不吐出問題が発
生することなく、信頼性に優れ、記録スピードの向上し
た高速印刷を行うことが可能となる。
録ヘッドは、インク液弾の吐出周波数を向上させること
ができ、またこのことで記録スピードが向上すると共に
大気混入による泡捕獲から生ずるインク不吐出問題が発
生することなく、信頼性に優れ、記録スピードの向上し
た高速印刷を行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、インク液弾の吐出周波数を上げて記録スピードを向
上させることができ、大気混入による泡捕獲等によって
十分なインク吐出力が得られなくなる等の弊害を防止す
ることが可能となるインクジェット記録ヘッドのインク
吐出口製造方法、および該製造方法によって製造された
インク吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを実現
することができる。
ば、インク液弾の吐出周波数を上げて記録スピードを向
上させることができ、大気混入による泡捕獲等によって
十分なインク吐出力が得られなくなる等の弊害を防止す
ることが可能となるインクジェット記録ヘッドのインク
吐出口製造方法、および該製造方法によって製造された
インク吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを実現
することができる。
【図１】本発明の実施例におけるインク吐出口部分の加
工状態を示す図。
工状態を示す図。
【図２】本発明の実施例におけるレーザ加工装置の光学
的慨略図。
的慨略図。
【図３】本発明の実施例におけるレーザ加工装置に用い
るフォトマスクのパターンを示す図。
るフォトマスクのパターンを示す図。
【図４】本発明の実施例の加工装置によって作成された
インク吐出口を具備したインクジェットヘッドの主要部
を示す概略図。
インク吐出口を具備したインクジェットヘッドの主要部
を示す概略図。
３：インクジェットヘッド本体
３１：インク流路
３２：共通液室
３３：基板
３４：インク吐出圧発生素子（ヒータ）
３５：天板
１００：インク吐出口
１０１：オリフィスプレート
１１０：ズームビームコンプレッサ
１１１：マスク照明レンズ
１１３：投影レンズ
１１４：フォトマスク
１１５：マスクパターン
２００：レーザ光束
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 須釜 定之
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ
ノン株式会社内
Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG12 AP13 AP23
4E068 AF01 CA03 CA11 CD05 CK01
DA00
5F072 JJ20 SS08 YY06
Claims (9)
- 【請求項１】記録媒体に付着させるインク液滴を吐出す
るためのインク吐出口、前記吐出口に供給するためのイ
ンクを貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通する
インク流路、前記インク流路の一部に設けられインクを
吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素
子、前記液室に外部からインクを供給するためのインク
供給口、を備えるインクジェット記録ヘッドのインク吐
出口製造方法であって、 前記インク吐出口は、該インク吐出口のインク吐出面よ
り内部に形成される壁面の表面状態を、表面粗さにおい
て標準偏差値が０．３マイクロメートル以上、１マイク
ロメートル以下の凹凸に加工形成することを特徴とする
インク吐出口製造方法。 - 【請求項２】前記インク吐出口の壁面における表面粗さ
は、略インク吐出方向であるインク流動方向の方が、イ
ンク吐出方向に対して垂直なインク吐出口断面の外周方
向より凹凸の標準偏差値を大きい値とすることを特徴と
する請求項１に記載のインク吐出口製造方法。 - 【請求項３】前記インク吐出口の壁面の表面状態は、略
インク吐出方向であるインク流動方向において、凹凸の
周期が平均値で２マイクロメートル以下とすることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載のインク吐出口
製造方法。 - 【請求項４】前記インク吐出口の壁面の表面状態は、イ
ンク吐出方向に対して垂直なインク吐出口断面の外周方
向において、凹凸の周期が平均値で５マイクロメートル
以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に
記載のインク吐出口製造方法。 - 【請求項５】前記インク吐出口は、１ピコ秒以下のパル
ス放射時間にて空間的時間的なエネルギー密度の大きい
レーザ光パルスを連続放射するレーザ発振器から放射さ
れたレーザ光を所定エネルギー密度にて、所定パターン
像を、所定開口数（ＮＡ）にて、所定フォーカスポイン
トにて、照射することにより、加工形成することを特徴
とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインク吐出
口製造方法。 - 【請求項６】前記照射するレーザ光のエネルギー密度
は、前記インク吐出口を形成する材料の照射レーザ波長
に対する吸収率をａ、前記インク吐出口を形成するため
のオリフィスプレートに加工パターンを投影する光学系
の被加工物側開口数（ＮＡ）をｎ、被加工物であるイン
ク吐出口を形成する材料に照射するレーザ光の単位面積
当り、単位発振パルス時間当りのエネルギーをＥ（単位
［Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅ］）、レーザの発振パルス時
間幅をｔ（単位［ｓｅｃ］）とするとき、 （ａ×ｎ×Ｅ）／ｔ＞１３×１０6［Ｗ／ｃｍ2］ の条件式を満たすことを特徴とする請求項５に記載のイ
ンク吐出口製造方法。 - 【請求項７】前記１ピコ秒以下のパルス放射時間でレー
ザ光を出力するレーザ発振器は、光伝播の空間圧縮装置
を有しているレーザ発振器であることを特徴とする請求
項５に記載のインク吐出口製造方法。 - 【請求項８】光伝播の空間圧縮装置は、チャーピングパ
ルスを生成する手段と、光波長分散特性を利用した縦モ
ード同期手段によって構成されていることを特徴とする
請求項７に記載のインク吐出口製造方法。 - 【請求項９】記録媒体に付着させるインク液滴を吐出す
るためのインク吐出口、前記吐出口に供給するためのイ
ンクを貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通する
インク流路、前記インク流路の一部に設けられインクを
吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素
子、前記液室に外部からインクを供給するためのインク
供給口、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
前記インクジェット記録ヘッドのインク吐出口は、請求
項１〜８のいずれか１項に記載のインク吐出口製造方法
によって製造されたものであることを特徴とするインク
ジェット記録ヘッド。
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