JP2004230688A - Manufacturing process for nozzle plate and manufacturing process for ink jet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドのノズルを構成するノズルプレートの製造方法及びインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、インクジェット記録ヘッドのノズルプレートに高分子材料が使用されるようになってきた。このノズルプレートにインク吐出のためのノズル孔を形成する方法として、高分子材料の穿孔に適するレーザー光によるアブレーションの検討が多くなされている。
【0003】
なお、アブレーションとは、ポリマーアブレーションともいい、有機高分子に対し、その材料特有のある閾値以上のエネルギー密度の紫外光レーザーを照射することによって、直接化学結合を切断し飛散させる非熱的な加工をいう。
【0004】
このようなレーザー光によるアブレーションは、常温、常圧、短時間で、サブミクロン〜ミクロンオーダーの精度で、熱歪みやバリのない孔や溝を形成でき、また、マスクを透過したレーザー光を、レンズで被加工物に結像させれば、マスクパターンを数分の1に縮小、転写して、任意の形状の孔や溝を一括して形成できる。即ち、焦点加工でなく、マスク加工ができる特徴がある。
【0005】
特許文献1には、かかるレーザー光としてエキシマレーザーを利用して、50μm厚のノズルプレートのノズル孔加工を行う技術が開示されている。しかし、エキシマレーザーは、レーザー光が必ずしも一定の方向に出ず、パルス毎に方向が微妙に揺らいでいる。また、発光強度分布もパルス毎に揺らいでいる。本発明者らは、このエキシマレーザーの揺らぎについて更に検討したところ、この揺らぎがノズルプレート製造の際のノズル出口側の加工精度に影響を与えていることを突き止めた。
【0006】
すなわち、ノズルプレートの製造に際して、ノズルプレート材料に対して一度にn個のノズル孔をm回に分けて加工する場合、n個毎にノズル孔の軸が少しばらついた加工となることかわかった。厳密にいえば、n個の中でも精度は一定ではなく、このようなノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドにより画像記録を行うと、画像品質が悪くなる。
【0007】
これは以下の理由によるものと考えられる。つまり、エキシマレーザーにより加工された孔の断面を見ると、光のエネルギー密度が大きければ、レーザー光の入射側(ノズル入口)と抜け側(ノズル出口)の孔径は近くなり、逆の場合は、入射側に比べて抜け側の径は小さく、テーパー角としては大きな値となる。このとき、レーザー光の方向や強度分布が揺らぐと、加工毎に右側のテーパーが小さかったり、その逆であったりすることとなる。例えば右側のテーパーが小さければ、図6に示すように、結果として軸が右に倒れたことと同じとなり、ノズル出口側の加工精度を低下させ、射出されるインク滴の曲がりが発生して着弾精度が悪化する。
【0008】
エキシマレーザーは、1〜3mrad(=1m進むと1〜3mm広がる)程度の広がり角を持っており、図7に示すように平行光成分Pだけからなるわけではない。広がり角の大きい拡散光成分θに由来する光は、ノズルプレート材料に当たった後、ノズル孔を掘り進む際、右もしくは左側のテーパー角に非対称に影響し、その成分の揺らぎはすぐに実質的なノズル軸に影響する。
【0009】
拡散光成分θは、対物レンズのより周囲を通過する部分を含むため、収差が大きく不均一になり易い。さらに平行光成分Pだけに比べ、使用されるレーザー光の範囲が図示aからbと広い範囲の影響を受けるため、変動し易くなる。レーザー光が平行光成分Pのみであれば、初期の光学的な調整がしっかりなされている限り角度のばらつきは小さいが、上述の通りエキシマレーザーには広がり角の大きい拡散光成分θも含むため、これがノズル出口側の加工精度を低下させ、このノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドにより記録形成される画像の品質を低下させてしまうと考えられる。
【0010】
このような問題は、エキシマレーザーに限らず、拡散光成分を含むレーザー光を用いてアブレーションによりノズル孔加工を行う場合に同様に見られる問題である。
【0011】
【特許文献1】特開平11−277749号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を形成することができるノズルプレートの製造方法を提供することを課題とする。
【0013】
また、本発明は、射出されるインク滴の着弾精度が高く、高品質の画像を記録することのできるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の各課題は以下の各発明によって解決される。
【0015】
請求項1記載の発明は、ノズルプレート材料のインク流路側の面にアブレーション可能な補助部材を、前記ノズルプレート材料の厚さをA、前記補助部材の厚さをBとしたとき、A+Bが75μm以上150μm以下となるように設ける第1の工程と、前記補助部材側からレーザー光を照射することにより、前記ノズルプレート材料にアブレーションによるノズル孔を形成する第2の工程と、前記補助部材をノズルプレート材料から除去する第3の工程とを有することを特徴とするノズルプレートの製造方法である。
【0016】
請求項2記載の発明は、前記A+Bが100μm以上150μm以下であることを特徴とする請求項1記載のノズルプレートの製造方法である。
【0017】
請求項3記載の発明は、前記ノズルプレート材料の厚さが75μm未満であることを特徴とする請求項1又は2記載のノズルプレートの製造方法である。
【0018】
請求項4記載の発明は、前記レーザー光はエキシマレーザーによるレーザー光であることを特徴とする請求項1、2又は3記載のノズルプレートの製造方法である。
【0019】
請求項5記載の発明は、前記補助部材はシート状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法である。
【0020】
請求項6記載の発明は、前記補助部材は粘着材を有し、前記第1の工程において、前記補助部材を粘着材により前記ノズルプレート材料のインク流路側の面に設けることを特徴とする請求項5記載のノズルプレートの製造方法である。
【0021】
請求項7記載の発明は、前記第1の工程において、前記補助部材と前記ノズルプレート材料とを真空密着させることにより前記ノズルプレート材料のインク流路側の面に前記補助部材を設けることを特徴とする請求項5記載のノズルプレートの製造方法である。
【0022】
請求項8記載の発明は、前記補助部材は塗膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法である。
【0023】
請求項9記載の発明は、前記ノズル孔は、ノズル出口側の直径が30μm以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法である。
【0024】
請求項10記載の発明は、請求項1〜9のいずれかの方法により製造されたノズルプレートのインク流路側の面を、インク流路部材に接合する工程を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0026】
図1は、本発明に係るノズルプレートの製造方法において好ましく適用できるレーザー穿孔装置の一例を示す概略図であり、同図において、1はレーザー発振器、2は第1ミラー、3は第2ミラー、4は第3ミラー、5はCCDカメラ、6はCCDカメラ5への結像レンズ、7はフィールドレンズ、8はマスク、9は対物レンズ、10はノズルプレート材料を含む被加工物、11はX−Yテーブルである。
【0027】
レーザー発振器1から出射したレーザー光Lは、第1ミラー2、第2ミラー3及び第3ミラー4を経て、フィールドレンズ7及び所望の開口を形成するマスク8を透過した後、対物レンズ9により被加工物10表面の被穿孔部に結像される。ここでは一組の凸レンズであるフィールドレンズ7及び対物レンズ9によってテレセントリック光学系を構成しており、同時に多数の孔加工が可能となる。被穿孔部とは、レーザー光Lが照射されることにより貫通孔が施される被加工物10の部位である。この結像されたレーザー光Lにより被加工物10の被穿孔部に加工が施される。
【0028】
第3ミラー4はレーザー光Lについては全反射するが、可視光については高い透過率を持つため、CCDカメラ5による観察が可能である。このため、被穿孔部への結像位置はCCDカメラ5により確認され、X−Yテーブル11を移動調整することにより位置調整される。
【0029】
本発明において、ノズルプレートを作成するための材料であるノズルプレート材料としては、レーザー光によるアブレーションが可能な材料が用いられ、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリサルフォン等の樹脂シートを好ましく用いることができる。
【0030】
次に、本発明に係るノズルプレートの製造方法及びインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図2〜図5を用いて更に説明する。
【0031】
まず、第1の工程では、図2に示すように、ノズルプレート材料101のインク流路側の面に補助部材102を設ける。ノズルプレート材料101のインク流路側の面とは、インクジェット記録ヘッドを構成した際に、図5に示すようにインク流路部材200に接合する側の面であり、インクが吐出されるノズル出口側の面とは反対側の面である。ノズルプレート材料101のインク流路側の面に補助部材102を設けることにより、後工程においてレーザー加工の対象となる被加工物10が構成される。
【0032】
補助部材102は、ノズルプレート材料101と同様にレーザー光によるアブレーションが可能な材料からなり、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂シートを好ましく用いることができる。図示例では補助部材102として樹脂シートを用いたものを示している。この補助部材102はレーザー加工後にノズルプレート材料101から除去される必要があるため、ノズルプレート材料101に対して剥離可能に設けられる。
【0033】
樹脂シートからなる補助部材102の場合、ノズルプレート材料101と補助部材102とを粘着材を介して貼着することによって密着させて、ノズルプレート材料101のインク流路側の面に補助部材102を剥離可能に設けることができる。ノズルプレート材料101と補助部材102とは、いずれかの面に粘着材を塗布した後に貼り合せるようにしてもよいが、予め一面に粘着材を塗布形成してなる粘着材付きの樹脂シートを補助部材102として用いることが好ましい。粘着材としては例えばゴム系粘着材を用いることができる。
【0034】
また、ノズルプレート材料101と補助部材102とを真空密着させることによって、ノズルプレート材料101のインク流路側の面に樹脂シートからなる補助部材102を設けることも好ましい。真空密着させる方法としては、ノズルプレート材料101と補助部材102とを重ね合わせた後、これを表面にシリコンゴムを設けた一対のローラーの間に通すことにより行うことができる。ローラー間を適当な加圧力に設定することで、ローラー間を通過したノズルプレート材料101と補助部材102との隙間の空気が排出されて真空状態となり、両者は密着される。上記ローラーに加熱ローラーを用いることにより、真空密着時に加熱を行うようにしてもよい。このように両者を真空密着させれば、後工程において補助部材102をノズルプレート材料101から剥離除去する際、粘着材残り等によってノズルプレート材料101の表面が汚染される心配はない。
【0035】
なお、補助部材102はかかるシート状とする他に、塗膜によって形成することもできる。塗膜としては粘度がある程度高いものを用いることが好ましく、公知の塗膜形成手段を用いることによってノズルプレート材料101のインク流路材側の面にゲル状の塗膜を形成することが好ましい。補助部材102を塗膜により形成すれば、後工程においてこの塗膜を拭き取ることで、容易にノズルプレート材料101表面から除去することができる。このような塗膜材料としてはポリプロピレングリコールを好ましく用いることができる。
【0036】
この工程において、ノズルプレート材料101と補助部材102とは、ノズルプレート材料101の厚さをA、補助部材102の厚さをBとしたとき、A+Bが75μm以上150μm以下となるように設けられる。ここでの厚さA及びBは、後工程においてレーザー光が照射されることにより貫通孔が穿孔される部位である被穿孔部での厚さである。
【0037】
詳細については後述するが、A+Bが75μm未満ではノズル出口の加工精度が悪くなり、射出されるインク滴の曲がりが大きくなり、これにより記録形成される画像品質も低下する。150μmを越える厚さでは、加工時間が長くなる問題があると共に、レーザー光を照射する際のピントは被加工物10の上面に合わせられるため、厚さ方向でピントがぼけることによる形状劣化が発生し、いずれも好ましくない。好ましくは、A+Bが100μm以上150μm以下となるように設けることである。
【0038】
補助部材102は1層に限らず、A+Bが上記範囲となるようにすれば、複数層設けるようにしてもよく、また、シート状の補助部材と塗膜による補助部材とを積層するようにしてもよい。
【0039】
なお、シート状の補助部材102を粘着材を用いてノズルプレート材料101に貼着する場合は、補助部材102の厚さBは、粘着材の厚さも含めた全体の厚さである。
【0040】
次に、第2の工程では、ノズルプレート材料101のインク流路側の面に補助部材102を設けた被加工物10に対して、その補助部材102の側からレーザー光を照射することにより、補助部材102とノズルプレート材料101を貫通するアブレーションによる所定数の貫通孔hを穿孔形成する(図3)。この貫通孔hによってノズルプレート材料101部分に形成された孔がノズル孔となる。従って、貫通孔hの数は作成されるノズルプレートに設けられるノズル孔の数となるが、ここでは1つの貫通孔hのみを示している。
【0041】
被加工物10に貫通孔hを形成すると、レーザー光Lのうち、対物レンズ9の略中央部を通過して被穿孔部に対して略平行に入射する、対称で、比較的光量の安定したレーザー光L1の寄与が大きくなり、反面、対物レンズ9の収差の大きい部分を経由し、光量が不安定で斜めから入射するレーザー光L2は、被加工物10の厚さが(A+B)が75μm以上となる厚さを有しているため、貫通孔hの入口h1付近で蹴られて出口h2付近までは届きにくくなり、貫通孔h先端の出口h2部分、すなわちノズル孔のノズル出口側の加工精度が高められ、安定した形状のノズル孔を形成することができる。その結果、この貫通孔hにより形成されるノズル孔を有するインクジェット記録ヘッドから射出されるインクの着弾精度を高めることができ、また、これにより記録形成される画像の品質を向上させることができる。
【0042】
被加工物10全体の厚さ(A+B)が75μm未満であると、斜めから入射するレーザー光L2が貫通孔hの入口h1で蹴られる割合が少なくなり、出口h2側まで届いてしまうため、ノズル出口側の加工精度が悪くなる。従って、これにより記録形成される画像品質も低下する。150μmを越える厚さでは、上述したように加工時間が長くなると共に、厚さ方向でピントがぼけることによる形状劣化が発生するため、いずれも好ましくない。
【0043】
また、レーザー入射側に補助部材102が設けられるため、アブレーション加工時に発生するカーボンを主成分とする副生成物がノズルプレート材料101のレーザー入射側の表面に付着することが防止され、ノズルプレート材料101の汚染の心配はない。
【0044】
上述のように被加工物10に対して斜めから入射するレーザー光L2による影響をより少なくするため、補助部材102にレーザー光吸収剤を混入させることも好ましい。レーザー光吸収剤としては、サリチル酸系、サリチル酸フェニル系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤が挙げられ、これらの1種又は2種以上を樹脂シートを構成する樹脂中に、若しくは塗膜成分中に混入して補助部材102を構成すればよい。
【0045】
このようなアブレーションによる貫通孔hを設けるためのレーザー光は、エキシマレーザーによるレーザー光であることが特に好ましい。エキシマレーザーは短パルス(〜20ns)、高輝度(〜数十MW)の紫外光を出力できる。発振波長はレーザーガスの種類により異なるが、アブレーションに良く使用されるのはXeCl(波長308nm)、KrF(波長248nm)である。このようなエキシマレーザーは、一般にパルス毎のレーザー光の揺らぎが大きく、発光強度分布もパルス毎に揺らいでおり、これがノズル孔のノズル出口側の加工精度に大きく影響を与えるが、被加工物10のアブレーション加工にかかるエキシマレーザーによるレーザー光を用いることで、ノズル出口側の加工精度を高める本発明の効果を顕著に得ることができる。
【0046】
なお、被加工物10にレーザー光を用いて貫通孔hを形成するに先立って、図3に示すようにノズルプレート材料101の表面(インクが吐出される側)に撥インク膜103を被覆形成し、ノズルプレート材料101の表面に撥インク性を付与しておくことが好ましい。
【0047】
撥インク膜103としては、ノズルプレート材料10の表面に撥インク性を付与し得ると共に、上述したようにレーザー光によるアブレーションによって容易に除去されるものであれば任意であり、例えば含フッ素樹脂溶液をコーティングする方法、含フッ素樹脂分散液をコーティングした後、加熱溶融処理を施す方法等により形成することができる。撥インク膜103の膜厚は、0.1〜0.5μm程度が好ましい。
【0048】
かかる撥インク膜103の表面側には、更に保護部材104を貼着しておくことが、貫通孔hを形成する際の撥インク膜103の損傷を防止し、良好に加工できる観点から好ましい。保護部材104としては粘着テープ類が挙げられ、基材としてポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等の樹脂を使用し、粘着材として例えばゴム系粘着材を塗布したものを使用することができる。
【0049】
なお、このような撥インク膜103や保護部材104を設ける場合、撥インク膜103の膜厚や保護部材104の厚さはノズルプレート材料101の厚さ(A)には含まれない。
【0050】
このように撥インク膜103及び保護部材104を有する被加工物10に貫通孔hを形成する場合、図3に示すように、補助部材102、ノズルプレート材料101及び撥インク膜103を貫通させるが、保護部材104を貫通させない程度の孔加工を行う。
【0051】
このようにして被加工物10に貫通孔hを形成する際、図1に示す対物レンズ9の一次側に配置されるマスク8により形成される透過部の形状は、ノズルプレートのノズル出口の形状と同一形状とされる。従って、ノズル出口の形状を円形状とする場合は、マスク8により円形状の透過部を形成するが、ノズル出口の形状は円形状に限らず、矩形状、多角形状、星形状等任意である。
【0052】
以上のようにして貫通孔hが形成された後、第3の工程では、図4に示すように補助部材102を、更に保護部材104を有する場合は補助部材102と保護部材104を剥離除去する。この剥離時の作業の便宜を図るため、補助部材102及び保護部材104は、図2〜図4に示すようにノズルプレート材料101の一側方又は両側方にはみ出したタグ部102a、104aを有していることが好ましい。剥離時には、このタグ部102a、104aを把持することで剥離作業が容易となる。補助部材102が塗膜により形成されている場合には、ここで塗膜を拭き取ることによってノズルプレート材料101の表面から補助部材102を除去すればよい。
【0053】
このようにして補助部材102、保護部材104をノズルプレート材料101から除去すると、貫通孔hによりノズル孔Paが形成されたノズルプレートPが作成される。
【0054】
このようにして作成されたノズルプレートPは、上述したようにノズル孔Paのノズル出口側の加工精度が高められている。このような効果は、ノズルプレート材料101と補助部材102の全体の厚さ(A+B)が75μm〜150μm、好ましくは100μm〜150μmであることによって達成されるが、本発明によれば、補助部材102がノズルプレート材料101に設けられた際に、ノズルプレート材料101と補助部材102との厚さ(A+B)が上記範囲となるように補助部材102の厚さ(B)を適宜調整することによって、ノズルプレートPとされるノズルプレート材料101の厚さ(A)を任意に設定することが可能である。
【0055】
一般にノズルプレートPの厚さが厚くなると、ノズル孔Paの流路抵抗が大きくなり、インク吐出時の駆動電圧が上昇する。ノズル出口の加工精度を高めるためにノズルプレートPだけで上記範囲の厚さに形成すると、この流路抵抗が大きくなる問題があるが、補助部材102の厚さ(B)を適宜調整してノズルプレート材料101との厚さ(A+B)が上記範囲となるようにすることで、ノズルプレートPだけの厚さが薄い場合、具体的にはノズルプレート材料101の厚さ(A)が75μm未満である場合でも、ノズル出口側の加工精度を問題なく高めることが可能となる顕著な効果が得られる。
【0056】
また、ノズル孔Paのノズル出口側の直径を30μm以下の小さいものとした場合、ノズルプレートPの厚さが厚くなると流路抵抗が極めて大きくなる。しかし、本発明によれば、補助部材102の厚さ(B)を適宜調整することで、厚さの薄いノズルプレート材料101を用いた薄いノズルプレートPの作成にも適用できるため、ノズル出口側の直径が30μm以下の小さいものとした場合に効果が顕著に発揮される。なお、ノズル出口側の直径は、ノズル孔Paの断面が円でない場合は、円相当で考えた場合の直径である。
【0057】
ノズルプレートPは、そのインク流路側の面を、ノズル孔Paに対応する複数のインク室201が形成されたインク流路部材200の前端面202に接着剤を介して接合され、これによりインクジェット記録ヘッド300が作成される(図5)。このインクジェット記録ヘッド300によれば、ノズルプレートPにノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔Paが形成されているため、射出されるインク滴の着弾精度が高く、高品質の画像を記録することが可能となる。
【0058】
インク流路部材200は、ここではインク室201の側壁をせん断変形させることによりインク室201内の容積を変化させ、そのとき発生する圧力によってインク室201内のインクをインク滴としてノズル孔Paから射出するものを例示しているが、インク室201内のインクをノズル孔Paからインク滴として射出可能であればいかなる構造であってもよい。
【0059】
【実施例】
ノズルプレート材料として、表1に示すように厚さ(A)が50μmの7枚のポリイミド樹脂シートと、補助部材として、表1に示すように厚さ(B)が0(補助部材なし)、15μm、25μm、50μm、75μm、100μm、125μmの7枚の粘着材付きシート(日東電工(株)製:31D75)を用意し、ノズルプレート材料のインク流路側の面に上記補助部材をそれぞれ貼着して被加工物を作成した。
【0060】
これにエキシマレーザー(λ=248nm)を用いてノズル出口側の直径が23μmとなるように256個の貫通孔を形成した後、補助部材を剥離除去してノズルプレートをそれぞれ作成した。なお、各被加工物に対する加工条件は厚み以外すべて同一とした。
【0061】
得られたノズルプレートを256個のインク室を形成したPZTからなるアクチュエータ基板(インク流路部材)の前端面に接着剤を用いて接着し、7つのインクジェット記録ヘッドを作成した。
【0062】
(評価方法)
各記録ヘッド(実施例1〜4及び比較例1〜3)を用いて、同一の駆動条件で記録媒体(コニカ社製「QPペーパー」)上にベタ画像を形成し、その濃度ムラについて以下の基準に基づいて目視評価した。その結果を表1に示す。
【0063】
◎:全く濃度ムラは見られない
○:ほとんど濃度ムラは見られない
△:わずかに濃度ムラがあるが、画質上問題なし
×:濃度ムラが目立つ
【0064】
【表1】
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズル出口側の加工精度が高く、安定した形状のノズル孔を形成することができるノズルプレートの製造方法を提供することができる。
【0066】
また、本発明によれば、射出されるインク滴の着弾精度が高く、高品質の画像を記録することのできるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザー穿孔装置の一例を示す概略図
【図2】ノズルプレート材料と補助部材とからなる被加工物の構成図
【図3】被加工物に対するレーザー加工の様子を示す断面図
【図4】補助部材及び保護部材を剥離する状態を示す断面図
【図5】インクジェット記録ヘッドの一例を示す分解斜視図
【図6】貫通孔を形成した従来のノズルプレートの断面図
【図7】レーザー光による加工状況を示す模式図
【符号の説明】
10:被加工物
101:ノズルプレート材料
102:補助部材
102a:タグ部
103:撥インク膜
104:保護部材
104a:タグ部
200:インク流路部材
201:インク室
202:前端面
300:インクジェット記録ヘッド
P:ノズルプレート
Pa:ノズル孔
h:貫通孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle plate constituting a nozzle of an ink jet recording head and a method for manufacturing an ink jet recording head.
[0002]
[Prior art]
Recently, polymer materials have been used for nozzle plates of ink jet recording heads. As a method for forming a nozzle hole for ink ejection in the nozzle plate, ablation using a laser beam suitable for perforating a polymer material has been frequently studied.
[0003]
Ablation is also called polymer ablation, and non-thermal processing that directly cuts and scatters chemical bonds by irradiating an organic polymer with an ultraviolet laser with an energy density above a certain threshold value specific to the material. Say.
[0004]
Ablation by such a laser beam can form holes and grooves without thermal distortion and burrs at room temperature, normal pressure, and in a short time, with an accuracy of the order of submicron to micron. If an image is formed on a workpiece with a lens, the mask pattern can be reduced and transferred to a fraction of a few, and holes and grooves having an arbitrary shape can be collectively formed. That is, there is a feature that mask processing can be performed instead of focus processing.
[0005]
Patent Literature 1 discloses a technique in which an excimer laser is used as such laser light to process a nozzle hole in a nozzle plate having a thickness of 50 μm. However, in the excimer laser, the laser light is not always emitted in a fixed direction, and the direction slightly fluctuates with each pulse. Further, the emission intensity distribution fluctuates for each pulse. The present inventors have further studied the fluctuation of the excimer laser and found that the fluctuation has affected the processing accuracy on the nozzle outlet side in manufacturing the nozzle plate.
[0006]
In other words, it was found that, when manufacturing n nozzle holes at the same time by dividing m nozzle holes into m nozzle holes at the time of manufacturing the nozzle plate, the processing was such that the axis of the nozzle holes was slightly varied every n nozzle holes. . Strictly speaking, the accuracy is not constant among the n nozzles, and if an image is recorded by an ink jet recording head having such a nozzle plate, the image quality deteriorates.
[0007]
This is considered for the following reasons. In other words, looking at the cross section of the hole processed by the excimer laser, if the energy density of the light is large, the diameter of the hole on the incident side (nozzle entrance) and the exit side (nozzle exit) of the laser light will be close, and in the opposite case, The diameter on the exit side is smaller than that on the entrance side, and the taper angle has a large value. At this time, if the direction or intensity distribution of the laser light fluctuates, the taper on the right side becomes smaller or vice versa for each processing. For example, if the taper on the right side is small, as shown in FIG. 6, the result is the same as that of the shaft tilting to the right, which lowers the processing accuracy on the nozzle outlet side and causes the ejected ink droplet to bend and land. Accuracy deteriorates.
[0008]
The excimer laser has a divergence angle of about 1 to 3 mrad (= 1 to 3 mm when traveling 1 m), and does not include only the parallel light component P as shown in FIG. The light derived from the diffused light component θ having a large divergence angle hits the nozzle plate material and then digs into the nozzle hole, which asymmetrically affects the right or left taper angle, and the fluctuation of the component immediately becomes substantial. Affects nozzle axis.
[0009]
Since the diffused light component θ includes a portion that passes through the periphery of the objective lens, the aberration is likely to be large and non-uniform. Furthermore, compared to the parallel light component P alone, the range of the laser light used is affected by a wider range from a to b in FIG. If the laser light is only the parallel light component P, the variation in the angle is small as long as the initial optical adjustment is firm, but as described above, the excimer laser also includes the diffuse light component θ having a large divergence angle, It is considered that this lowers the processing accuracy on the nozzle outlet side and lowers the quality of an image recorded and formed by the ink jet recording head having this nozzle plate.
[0010]
Such a problem is not limited to the excimer laser, and is a problem similarly observed when the nozzle hole is processed by ablation using a laser beam containing a diffused light component.
[0011]
[Patent Document 1] JP-A-11-277749
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nozzle plate that has high processing accuracy on the nozzle outlet side and can form a nozzle hole having a stable shape.
[0013]
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an ink jet recording head which can print a high quality image with high landing accuracy of ejected ink droplets.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above objects are solved by the following inventions.
[0015]
According to the first aspect of the present invention, when the thickness of the nozzle plate material is A and the thickness of the auxiliary member is B, A + B is 75 μm. A first step of providing a diameter of at least 150 μm or less, a second step of forming a nozzle hole by ablation in the nozzle plate material by irradiating a laser beam from the auxiliary member side, And a third step of removing from the plate material.
[0016]
The invention according to claim 2 is the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein A + B is 100 μm or more and 150 μm or less.
[0017]
The invention according to claim 3 is the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the nozzle plate material is less than 75 μm.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the nozzle plate manufacturing method according to the first, second or third aspect, wherein the laser beam is a laser beam generated by an excimer laser.
[0019]
The invention according to
[0020]
The invention according to claim 6 is characterized in that the auxiliary member has an adhesive, and in the first step, the auxiliary member is provided on the surface of the nozzle plate material on the ink flow path side with the adhesive. Item 6. A method for manufacturing a nozzle plate according to
[0021]
The invention according to claim 7 is characterized in that, in the first step, the auxiliary member is provided on a surface of the nozzle plate material on the ink flow path side by bringing the auxiliary member and the nozzle plate material into close contact with each other in vacuum. A method for manufacturing a nozzle plate according to
[0022]
The invention according to claim 8 is the method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the auxiliary member is a coating film.
[0023]
The invention according to claim 9 is the method for manufacturing a nozzle plate according to any one of claims 1 to 8, wherein the diameter of the nozzle hole on the nozzle outlet side is 30 µm or less.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head having a step of joining a surface of a nozzle plate manufactured by the method according to any one of the first to ninth aspects on an ink flow path member to an ink flow path member. Is a manufacturing method.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a laser perforation apparatus that can be preferably applied in the method of manufacturing a nozzle plate according to the present invention. In the figure, 1 is a laser oscillator, 2 is a first mirror, 3 is a second mirror, 4 is a third mirror, 5 is a CCD camera, 6 is an imaging lens for the
[0027]
The laser light L emitted from the laser oscillator 1 passes through the first mirror 2, the second mirror 3, and the third mirror 4, passes through the field lens 7 and the mask 8 that forms a desired opening, and is then covered by the objective lens 9. An image is formed on the perforated portion on the surface of the
[0028]
The third mirror 4 totally reflects the laser light L, but has a high transmittance for visible light, so that observation by the
[0029]
In the present invention, a material that can be ablated by a laser beam is used as a nozzle plate material that is a material for forming a nozzle plate. For example, a resin sheet such as polyimide, polyethylene terephthalate, polyamide, or polysulfone is preferably used. Can be.
[0030]
Next, a method for manufacturing a nozzle plate and a method for manufacturing an inkjet recording head according to the present invention will be further described with reference to FIGS.
[0031]
First, in the first step, as shown in FIG. 2, the
[0032]
The
[0033]
In the case of the
[0034]
It is also preferable to provide the
[0035]
The
[0036]
In this step, the
[0037]
As will be described in detail later, when A + B is less than 75 μm, the processing accuracy of the nozzle outlet is deteriorated, the bending of the ejected ink droplet is increased, and the quality of the image formed and recorded is also reduced. If the thickness exceeds 150 μm, there is a problem that the processing time becomes long, and since the focus when irradiating the laser beam is adjusted to the upper surface of the
[0038]
The
[0039]
When the sheet-like
[0040]
Next, in the second step, the
[0041]
When the through hole h is formed in the
[0042]
When the thickness (A + B) of the
[0043]
Further, since the
[0044]
As described above, in order to further reduce the influence of the laser light L2 obliquely incident on the
[0045]
It is particularly preferable that the laser beam for providing the through hole h by such ablation is a laser beam by an excimer laser. An excimer laser can output ultraviolet light with a short pulse (up to 20 ns) and high brightness (up to several tens of MW). Although the oscillation wavelength varies depending on the type of laser gas, XeCl (wavelength 308 nm) and KrF (wavelength 248 nm) are often used for ablation. Such an excimer laser generally has large fluctuations in laser light for each pulse and a fluctuation in emission intensity distribution for each pulse, which greatly affects the processing accuracy at the nozzle exit side of the nozzle hole. By using a laser beam generated by an excimer laser for the ablation process, the effect of the present invention for improving the processing accuracy on the nozzle exit side can be remarkably obtained.
[0046]
Prior to forming the through-hole h using laser light on the
[0047]
The ink-
[0048]
It is preferable that a
[0049]
When the
[0050]
When the through-hole h is formed in the
[0051]
When the through-hole h is formed in the
[0052]
After the through-hole h is formed as described above, in the third step, the
[0053]
When the
[0054]
The processing accuracy of the nozzle plate P thus created on the nozzle outlet side of the nozzle hole Pa is enhanced as described above. Such an effect is achieved when the total thickness (A + B) of the
[0055]
In general, as the thickness of the nozzle plate P increases, the flow path resistance of the nozzle holes Pa increases, and the driving voltage during ink ejection increases. If the nozzle outlet P is formed to have a thickness in the above range in order to increase the processing accuracy of the nozzle outlet, there is a problem that the flow path resistance increases. However, the thickness (B) of the
[0056]
Further, when the diameter of the nozzle hole Pa on the nozzle outlet side is as small as 30 μm or less, when the thickness of the nozzle plate P is large, the flow path resistance becomes extremely large. However, according to the present invention, by appropriately adjusting the thickness (B) of the
[0057]
The nozzle plate P has its surface on the ink flow path side bonded to the
[0058]
Here, the ink
[0059]
【Example】
As a nozzle plate material, seven polyimide resin sheets having a thickness (A) of 50 μm as shown in Table 1, and as an auxiliary member, a thickness (B) of 0 (no auxiliary member) as shown in Table 1, Seven sheets with an adhesive material of 15 μm, 25 μm, 50 μm, 75 μm, 100 μm, and 125 μm (manufactured by Nitto Denko Corporation: 31D75) are prepared, and the above auxiliary members are attached to the surface of the nozzle plate material on the ink flow path side. Then, a workpiece was prepared.
[0060]
Using an excimer laser (λ = 248 nm), 256 through-holes were formed so that the nozzle outlet side had a diameter of 23 μm, and the auxiliary members were peeled off to form nozzle plates. The processing conditions for each workpiece were the same except for the thickness.
[0061]
The obtained nozzle plate was adhered to the front end surface of an actuator substrate (ink flow path member) made of PZT having 256 ink chambers by using an adhesive to form seven ink jet recording heads.
[0062]
(Evaluation method)
Using each of the recording heads (Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3), a solid image was formed on a recording medium (“KP paper” manufactured by Konica Corporation) under the same driving conditions. It was visually evaluated based on the criteria. Table 1 shows the results.
[0063]
A: No density unevenness is observed at all. O: Almost no density unevenness is observed. A: There is slight density unevenness, but there is no problem in image quality. X: Density unevenness is conspicuous.
[Table 1]
[0065]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing accuracy of a nozzle exit side is high, and the manufacturing method of the nozzle plate which can form the nozzle hole of a stable shape can be provided.
[0066]
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing an ink jet recording head capable of recording a high quality image with high landing accuracy of ejected ink droplets.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a laser drilling device. FIG. 2 is a configuration diagram of a workpiece formed of a nozzle plate material and an auxiliary member. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state of laser processing on the workpiece. 4 is a sectional view showing a state in which the auxiliary member and the protective member are peeled off. FIG. 5 is an exploded perspective view showing an example of an ink jet recording head. FIG. 6 is a sectional view of a conventional nozzle plate having a through hole formed. Schematic diagram showing the processing status by light [Explanation of reference numerals]
10: Workpiece 101: Nozzle plate material 102:
Claims (10)
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JP2003021510A JP2004230688A (en) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | Manufacturing process for nozzle plate and manufacturing process for ink jet recording head |
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