JP2006321205A - ノズルプレートの製造方法、ノズルプレート及びインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】複数枚のマスクの開口の重なりによってノズル孔となる貫通孔とそれに連続するテーパー部とをノズルプレート材料に対してレーザー光を照射することによって形成する際、射出欠ノズルや射出曲がりの発生なく、射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートの製造方法を提供する。
【解決手段】ノズルプレート材料１０に対してそれぞれ開口を有する複数のマスク８を重合配置させ、マスク８の互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、透過部を透過させたレーザー光Ｌをノズルプレート材料１０に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、レーザー光Ｌを、所定以上の酸素ガスの雰囲気下でノズルプレート材料１０に照射すると共に、貫通孔のレーザー光Ｌの出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はノズルプレートの製造方法、ノズルプレート及びインクジェット記録ヘッドに関し、詳しくは、ノズル孔となる貫通孔をレーザーアブレーションにより形成するインクジェット記録ヘッドに用いられるノズルプレートの製造方法、ノズルプレート及びそれを有するインクジェット記録ヘッドに関する。

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エキシマレーザーによるアブレーション加工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加工は、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、マスクを透過したエキシマレーザー光を、レンズで被加工物に結像させることにより加工を行う所謂マスク加工ができる特徴がある。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。

従来、それぞれ小判穴形状の開口を形成した２枚のマスクを重ね合わせ、それらマスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、その透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔とそれに連続するテーパー部とを加工するようにしたノズルプレートの製造方法が特許文献１に開示されている。
特許第２９８５６８２号公報

ノズルプレート材料にレーザー光を照射してテーパー部を有するノズル孔を加工する場合、テーパー部を形成しないものに比べてレーザー光照射時に発生するススの量が極端に多くなる。発生したススは、組み立て後の記録ヘッドの射出時に、射出欠ノズルや射出曲がり等の悪影響を及ぼすおそれがあるため、接着前にススを除去するための洗浄工程が必要となり、工数の増加によりコストアップにつながる問題がある。

また、本発明者らは、ノズルプレートの製造に関し、インク滴を射出欠ノズルや射出曲がり等の不具合なく安定的に吐出させることができるようにするためには、ノズルプレートのノズル孔の出口側形状が重要であることを突き止めた。上記のように複数枚のマスクを用い、レーザー光を照射することによりノズル孔を加工形成するものにおいては、ノズル孔の出口側形状は貫通孔を形成する際に決定されるため、その貫通孔の出口側形状を厳密に規定する必要がある。しかし、特許文献１には開口を小判穴形状から円形に変化させて加工を行うことが開示されているだけで、その円形とされた貫通孔の出口側形状についての具体的な規定は何ら開示がない。

更に、ノズルプレートのノズル孔に形成されるテーパー部は、その入口側の径が大きいほど流路抵抗が下がり、駆動電圧を下げることができる。駆動電圧の低下は発熱量の低下につながり、インク粘度の変動を抑え、粘度減少を生じにくくすることができる。インクの粘度が減少すると、ノズル孔から空気を吸い込み易くなり、射出の不安定化につながるために好ましいことではない。

しかしながら、テーパー部の入口側の径が大きすぎると、流路抵抗が小さくなるために、射出によって発生するインクの振動が治まるのに時間がかかり、射出の安定性に劣るようになる。また、ノズルプレートの接着工程において接着剤が流れ込み易くなって接着剤詰まりによる射出欠ノズルが発生するおそれが高まる。

そこで、本発明は、複数枚のマスクの開口の重なりによってノズル孔となる貫通孔とそれに連続するテーパー部とをノズルプレート材料に対してレーザー光を照射することによって形成する際、射出欠ノズルや射出曲がりの発生なく、射出安定性に優れたノズル孔を有す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。

また、本発明は、複数枚のマスクの開口の重なりによってノズル孔となる貫通孔とそれに連続するテーパー部とをノズルプレート材料に対してレーザー光を照射することによって形成され、射出欠ノズルや射出曲がりの発生なく、射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートを提供することを課題とする。

更に、本発明は、複数枚のマスクの開口の重なりによってノズル孔となる貫通孔とそれに連続するテーパー部とをノズルプレート材料に対してレーザー光を照射することによって形成され、射出欠ノズルや射出曲がりの発生なく、射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートを備えたインクジェット記録ヘッドを提供することを課題とする。

本発明の他の課題は以下の記載により明らかとなる。

上記の各課題は以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、前記レーザー光を、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で前記ノズルプレート材料に照射すると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下と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。

請求項２記載の発明は、ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下と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。

請求項３記載の発明は、ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、前記レーザー光を、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で前記ノズルプレート材料に照射すると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下と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。

請求項４記載の発明は、ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、前記貫通孔のレーザー光の出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下と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。

請求項５記載の発明は、ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、前記レーザー光を、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で前記ノズルプレート材料に照射すると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下と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。

請求項６記載の発明は、前記ノズルプレート材料は、被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有し、前記貫通孔を形成した後、該貫通孔に連続するテーパー部を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法である。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするノズルプレートである。

請求項８記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されたノズルプレートを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。

請求項１記載の発明によれば、レーザー光の照射によって発生したススが燃焼して除去され、加工後のノズル孔内に詰まるおそれはなくなり、加工後の洗浄工程も不要となる。しかも、貫通孔のレーザー光の出口側の形状を円形とし、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすることにより、ススの除去効果と相俟って、ノズル孔の品質精度が向上し、射出欠ノズルや射出曲がりの発生をなくし、射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートとすることができる。

請求項２記載の発明によれば、貫通孔のレーザー光の出口側の長径とテーパー部の入口側の長径との比を規定することにより、テーパー部による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができる。

請求項３記載の発明によれば、レーザー光をノズルプレート材料に照射する際、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で照射を行い、なお且つ、貫通孔のレーザー光の出口側の長径とテーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下とすることにより、テーパー部による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができると共に、レーザー光Ｌの照射によって発生したススが燃焼して除去され、加工後のノズル孔内に詰まるおそれはなくなり、より一層の射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートとすることができる。

請求項４記載の発明によれば、貫通孔のレーザー光の出口側の形状と、貫通孔のレーザー光の出口側の長径とテーパー部２００の入口側の長径との比とを規定したことにより、ノズル孔の品質精度が向上し、射出欠ノズルや射出曲がりの発生をなくし、テーパー部による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができ、より一層射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートとすることができる。

請求項５記載の発明によれば、レーザー光の照射を酸素ガスの雰囲気下で行い、なお且つ、貫通孔のレーザー光の出口側の形状及び貫通孔のレーザー光の出口側の長径とテーパー部の入口側の長径との比を規定したことにより、ノズル孔の品質精度が向上し、射出欠ノズルや射出曲がりの発生をなくし、テーパー部による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができると共に、加工後のノズル孔内に詰まるおそれはなくなり、より一層の射出安定性に優れたノズル孔を有するノズルプレートとすることができる。

請求項６記載の発明によれば、貫通孔先端の出口部分の加工精度を高めることができ、この貫通孔をノズル孔とするインクジェット記録ヘッドから吐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。

請求項７記載の発明によれば、以上の効果を発揮することのできるノズルプレートを提供することができる。

請求項８記載の発明によれば、以上の効果を発揮することのできるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

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。

図１は、レーザー穿孔装置の一例を示す概略図である。まず、このレーザー穿孔装置を参照して、ノズル孔の加工方法の概要について説明する。

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、１１はＸ−Ｙテーブルである。

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によりノズルプレート材料１０表面の被加工部に結像される。ここでは２枚のマスク８ａ、８ｂを重合させて構成しているが、本発明においてマスク８の枚数は複数枚であればよく、２枚に限定されない。また、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。被加工部とは、レーザー光Ｌが照射されることにより加工が施されるノズルプレート材料１０の部位である。この結像されたレーザー光Ｌによりノズルプレート材料１０の被加工部に加工が施される。

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、被加工部への結像位置は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。

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１０としては、レーザー光により容易にアブレーション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を好ましく用いることができる。

ここで、上記レーザー発振器１に用いられるレーザーはエキシマレーザーであることが好ましく、レーザー光Ｌによってノズルプレート材料１０の被加工部に貫通孔１００（図２（ｂ）参照）を形成する際、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８０の形状は、ノズルプレートのノズル孔の出口側の形状と同一形状とされる。なお、図３は、貫通孔１００を形成する際の透過部８０の様子を示している。図中の長径及び短径の位置は透過部８０の形状により決まるものであり、図示する位置に限定されない。

ノズルプレート材料１０にレーザー光を用いて貫通孔１００を形成するに先立って、図２（ａ）に示すようにノズルプレート材料１０の表面（インク滴が吐出される側）に撥インク膜１２を被覆形成し、ノズルプレート材料１０の表面に撥インク性を付与しておくことが好ましい。

撥インク膜１２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り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１２の膜厚は、０．１〜０．５μｍ程度が好ましい。

かかる撥インク膜１２の表面側には、貫通孔１００の形成に先立って、更に保護部材１３を貼付しておくことが、貫通孔１００を形成する際の撥インク膜１２の損傷を防止し、良好に加工できるようにする観点から好ましい。保護部材１３としては、粘着テープ類が挙げられる。

粘着テープ類としては、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、粘着剤としてゴム系粘着剤等を塗布したものを使用することができる。

このような保護部材１３の厚みは、５０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。保護部材１３は、通常、ロール状に巻かれた状態のものを使用時に巻き解いていくため、５０μｍ未満では、強度が弱すぎて、取り扱い性が悪いと共に、巻き解いた際に皺やスジを発生させる問題がある。また、２００μｍを越えるようなものでは、保護部材１３がカールしてしまい、やはり取り扱い性が悪いと共に、後述するアクチュエータ基板Ｂに接着する際の密着性に劣るようになり、作業性が低下する。より好ましくは、７５μｍ以上１５０μｍ以下とすることである。

撥インク膜１２及び保護部材１３を有するノズルプレート材料１０に貫通孔１００を形成する場合、それら撥インク膜１２及び保護部材１３の形成側とは反対側からレーザー光Ｌを照射するが、この場合、図２（ｂ）に示すように、ノズルプレート材料１０及び撥インク膜１２を貫通させるが、保護部材１３を貫通させない程度の孔加工を行う。

次いで、以上のようにして貫通孔１００を形成したノズルプレート材料１０に対して、マスク８により開口形状を可変させることによりテーパー部の加工を行うことができる。マスク８は、ここでは２枚のマスク８ａ、８ｂを重合させて構成しているが、本発明においてマスク８の枚数は複数枚であればよく、２枚に限定されない。テーパー部は、図１に示すように、２枚のマスク８ａ、８ｂを重合配置させ、互いの開口の重なりによって透過部を形成し、それぞれのマスクを移動させてそれらの重合度合いを変化させて透過部の形状を変化させることによって加工する。

図４は、マスク８の移動機構の概略構成を示す平面図である。このマスク８は、２枚のマスク８ａ、８ｂを重合させて構成しているが、各マスク８ａ、８ｂには、例えば長さ６００μｍ、幅１３０μｍの長円形状を呈するそれぞれ複数の開口、ここでは２つの開口８１ａ、８２ａと８１ｂ、８２ｂとがそれぞれ形成されている。なお、この開口の数はノズルプレート材料１０に対して一度に加工される数であり、その数は図示する２つに限定されるものではない。

各マスク８ａ、８ｂの一端は、それぞれ支持枠８３ａ、８３ｂに取り付けられている。これら支持枠８３ａ、８３ｂは、図示しないモータによって回動する螺子杆８４ａ、８４ｂと螺合しており、モータの駆動によりそれぞれガイドレール８５ａ、８５ｂに沿って、図中の矢印で示すように開口８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂの長さ方向に沿って互いに接離する方向に相対的にスライド移動可能に構成され、これにより開口８１ａ、８２ａと８１ｂ、８２ｂとの重合によって形成される透過部８０の面積を可変としている。

テーパー部を形成するには、まず、透過部８０の面積が貫通孔１００の面積と対応するようにマスク８ａ、８ｂの重合度合いが調整されて、上述したように貫通孔１００が形成された後、マスク８ａ、８ｂをその重合度合いを大きくする方向に若干移動させることにより透過部８０の面積を若干大きくし、貫通孔１００が形成されているノズルプレート材料１０の被加工部に対してレーザー光Ｌを照射する。これにより最初に形成された貫通孔１００よりも若干大径の穴１００ａが形成される（図５（ａ））。

次いで、マスク８ａ、８ｂの重合度合いを更に大きくし、透過部８０の面積を更に大きくし、同じくノズルプレート材料１０の被加工部に対してレーザー光Ｌを照射する。これにより上記穴１００ａよりも若干大径の穴１００ｂが形成される（図５（ｂ））。

これを同様に繰り返すことにより、貫通孔１００に連続するテーパー部２００が形成される（図５（ｃ））。このテーパー部２００の形成に際しては、既に貫通孔１００が形成されているため、レーザーが同じ出力である限り、テーパー部２００を加工する際のレーザー光Ｌが貫通孔１００の出口１０２の加工精度に影響を及ぼすおそれはない。

また、テーパー部２００は、図示するように階段状に形成されるものに限らず、透過部８０の面積の時間変化を一定にすることにより、断面が滑らかな漏斗状に形成することもできる。

以上のようにして貫通孔１００及びテーパー部２００が形成された後、保護部材１３を剥離すると、貫通孔１００がノズル孔ａとされたノズルプレートＡが作成される。

作成されたノズルプレートＡは、ノズル孔ａに対応する複数のインク室ｂが形成されたアクチュエータ基板Ｂの前端面Ｂ１に接着され、これによりインクジェット記録ヘッドＨが作成される（図７）。アクチュエータ基板Ｂは、ここではインク室ｂの側壁をせん断変形させることによりインク室ｂ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ｂ内のインクをインク滴としてノズル孔ａから吐出するものを例示しているが、インク室ｂ内のインクをノズル孔ａからインク滴として吐出可能であればいかなる構造であってもよい。

ここで、第１の発明について説明する。

第１の発明は、レーザー穿孔装置を用いてレーザー光Ｌをノズルプレート材料１０に照射する際、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で照射を行うと共に、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状を円形とし、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下に規定することにある。なお、円とは、狭義には、１点からの距離が等しい点の集合と定義されるが、本発明における円とは、狭義の円（真円）に限らず楕円も含む。

レーザー光Ｌの照射時に酸素ガスの雰囲気下で行うには、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ノズルプレート材料１０の被加工部に酸素ガスを吹きかけながらレーザー光Ｌの照射を行うようにすることが好ましい。所定以上とは、吹きかけられる酸素ガスによってレーザー光Ｌの照射で発生したススが酸化してできたガスを取り除くことができ、レーザー光Ｌを照射することによって発生する飛散物の吹き出し部分に、常に消費される以上の酸素ガスを供給することであり、具体的には、被加工部の加工面１ｃｍ^２当たり０．１リットル／ｍｉｎ（２０℃）以上とすることが好ましい。

このように、レーザー光Ｌをノズルプレート材料１０に照射する際、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で照射を行うことにより、レーザー光Ｌの照射によって発生したススが燃焼して除去され、加工後のノズル孔ａ内に詰まるおそれはなくなり、加工後の洗浄工程も不要となる。

しかも、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状を円形とし、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすることにより、ススの除去効果と相俟って、ノズル孔ａの品質精度が向上し、射出欠ノズルや射出曲がりの発生をなくし、射出安定性に優れたノズル孔ａを有するノズルプレートとすることができる。円の短径／長径が０．８以上１．０以下の範囲を外れると、射出欠ノズルや射出曲がりが発生し易くなる。円の短径／長径は、より好ましくは、０．９８以上１．０以下とすることである。

次に、第２の発明について説明する。

第２の発明は、以上のようにして形成される貫通孔１００とデーパー部２００について、図６に示すように、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることにある。

このように貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を規定することにより、テーパー部２００による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができる。上記長径Ｄ１と長径Ｄ２との比が１：２よりも下回ると、流路抵抗が大きくなり、駆動電圧が上がることにより発熱や粘度減少の問題が発生し易くなる。また、１：１０よりも上回ると、射出時のインクの振動が治まりにくくなり、また、接着時の接着剤の流れ込みの問題も発生し易くなり、射出安定性を維持し難くなる。より好ましくは、１：３以上１：６以下とすることである。

次に、第３の発明について説明する。

第３の発明は、レーザー光Ｌを、所定以上の酸素ガスの雰囲気下でノズルプレート材料１０に照射すると共に、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることである。

レーザー光Ｌの照射を酸素ガスの雰囲気下で行うことは、第１の発明において説明したのと同様であるため説明は省略する。また、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることについては、第２の発明において説明したのと同様であるため省略する。

このように、レーザー光Ｌをノズルプレート材料１０に照射する際、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で照射を行い、なお且つ、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることにより、テーパー部２００による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができると共に、レーザー光Ｌの照射によって発生したススが燃焼して除去され、加工後のノズル孔ａ内に詰まるおそれはなくなり、より一層の射出安定性に優れたノズル孔ａを有するノズルプレートとすることができる。

次に、第４の発明について説明する。

第４の発明は、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすると共に、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることである。

貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすることについては、第１の発明において説明したのと同様であるため説明は省略する。また、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることについては、第２の発明において説明したのと同様であるため説明は省略する。

このように、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状と、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比とを規定したことにより、ノズル孔ａの品質精度が向上し、射出欠ノズルや射出曲がりの発生をなくし、テーパー部２００による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができ、より一層射出安定性に優れたノズル孔ａを有するノズルプレートとすることができる。

次に、第５の発明について説明する。

第５の発明は、レーザー光Ｌを、所定以上の酸素ガスの雰囲気下でノズルプレート材料１０に照射すると共に、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることである。

レーザー光Ｌの照射を酸素ガスの雰囲気下で行うこと、及び、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすることは、第１の発明において説明したのと同様であるため説明は省略する。また、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を１：２以上１：１０以下とすることについては、第２の発明において説明したのと同様であるため省略する。

このように、レーザー光Ｌの照射を酸素ガスの雰囲気下で行い、なお且つ、貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の形状及び貫通孔１００のレーザー光Ｌの出口側の長径Ｄ１とテーパー部２００の入口側の長径Ｄ２との比を規定したことにより、ノズル孔ａの品質精度が向上し、射出欠ノズルや射出曲がりの発生をなくし、テーパー部２００による流路抵抗を小さくする効果を生かしつつ、射出時のインクの振動を早期に治め、空気の吸い込みや接着時の接着剤の流れ込みの発生を抑制することができると共に、加工後のノズル孔ａ内に詰まるおそれはなくなり、より一層の射出安定性に優れたノズル孔ａを有するノズルプレートとすることができる。

なお、以上の各発明の説明では、ノズルプレート材料１０に貫通孔１００を形成した後、テーパー部２００を加工するようにしたが、逆にテーパー部２００を形成した後に貫通孔１００を形成するようにしてもよい。

また、各発明において、ノズルプレート材料１０は、貫通孔１００を形成する際の被加工部の厚みｄ（図２（ｂ）参照）が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有していることが好ましい。

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。本発明者の検討したところによると、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がわかっている。

すなわち、ノズルプレート材料１０に対して一度にｎ個のノズルをｍ回に分けて加工する場合、ｎ個毎にノズルの軸が少しばらついた加工となる。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。

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８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。

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９に示すように平行光成分Ｐだけからなるわけではない。広がり角の大きい部分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。

θ成分は、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部分θの成分も含むため、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。

しかし、ノズルプレート材料１０の被加工部の厚みｄが７５μｍ以上１５０μｍ以下とすると、ここに貫通孔１００を形成すると、エキシマレーザーのレーザー光Ｌのうち、対物レンズ９の略中央部を通過して被加工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、貫通孔１００の入口１０１付近で蹴られて出口１０２付近までは届きにくいため、貫通孔１００先端の出口１０２部分の加工精度を高めることができる。その結果、この貫通孔１００をノズル孔とするインクジェット記録ヘッドから吐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。

更に、ノズルプレート材料１０が十分な厚みを有している場合には、テーパー部２００を形成する際、最初に、貫通孔１００を形成するための被加工部の厚みｄが７５μｍ以上１５０μｍ以下となる厚みを残してテーパー部の一部２０１を形成し（図１０（ａ））、その後、上記被加工部に貫通孔１００を形成し（図１０（ｂ））、更にその後、残りのテーパー部を形成することによりテーパー部２００を完成させる（図１０（ｃ））ようにしてもよい。

（実施例１）
ノズルプレート材料として、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂シートを用意し、それぞれ長孔が形成された２枚のマスクの重なり度合いを変化させることにより透過部を変化させ、エキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いて、貫通孔のレーザー出口側形状を、円形で、且つ、短径／長径が表１に示す通りとなるように２５６個の貫通孔とそれに連続するテーパー部を形成し、これをノズル孔とするノズルプレートを作成した。

得られた各ノズルプレートを、２５６個のインク室を有し、その側壁を分極されたＰＺＴにより構成してなるアクチュエータ基板の前端面に接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドＨ１〜Ｈ９をそれぞれ１００個ずつ作成した。

なお、レーザー光を用いてノズル孔を加工する際の条件として、短径／長径の条件に加えて、被加工部の加工面１ｃｍ^２当たり０．１リットル／ｍｉｎ（２０℃）の酸素ガスを吹きかけながら加工したものと吹きかけずに加工したものの条件を加え、ススの発生状況と各々について同一駆動条件でインク滴を射出してその射出安定性について評価した。

射出安定性は、各々のヘッドについて記録紙に所定のテストパターンを記録して射出欠ノズルの有無や射出曲がりの程度を観察し、インクジェットヘッドＨ１〜Ｈ９について１〜１０の１０段階で総合評価した。評価は数値が大きいほど良好であることを示しており、特に「６」以上の評価が本発明において好ましいものとされる。

その結果を表１に示す。

（実施例２）
ノズルプレート材料として、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂シートを用意し、それぞれ長孔が形成された２枚のマスクの重なり度合いを変化させることにより透過部を変化させ、エキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いて、貫通孔のレーザー出口側の長径Ｄ１と、テーパー部の入口側の長径Ｄ２との比が表２に示す通りとなるように２５６個の貫通孔とそれに連続するテーパー部を形成し、これをノズル孔とするノズルプレートを作成した。

得られた各ノズルプレートを、２５６個のインク室を有し、その側壁を分極されたＰＺＴにより構成してなるアクチュエータ基板の前端面に接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドＨ１０〜Ｈ１８をそれぞれ１００個ずつ作成し、各々について同一駆動条件でインク滴を射出して、インクジェットヘッドＨ１０〜Ｈ１８の各々について気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度及び射出安定性について評価した。

気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度は、インク滴の射出後、ノズル孔を顕微鏡観察し、インクジェットヘッドＨ１０〜Ｈ１８の各々について１００ヘッド中の発生個数を評価した。気泡の吸い込みや接着剤詰まりは射出欠につながるため、本発明において発生しないことが好ましいとされる。

射出安定性は実施例１と同様に評価した。

その結果を表２に示す。

（実施例３）
ノズルプレート材料として、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂シートを用意し、それぞれ長孔が形成された２枚のマスクの重なり度合いを変化させることにより透過部を変化させ、エキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いて、貫通孔のレーザー出口側の長径Ｄ１と、テーパー部の入口側の長径Ｄ２との比が表３に示す通りとなるように２５６個の貫通孔とそれに連続するテーパー部を形成し、これをノズル孔とするノズルプレートを作成した。

得られた各ノズルプレートを、２５６個のインク室を有し、その側壁を分極されたＰＺＴにより構成してなるアクチュエータ基板の前端面に接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドＨ１９〜Ｈ２２をそれぞれ１００個ずつ作成した。

なお、レーザー光を用いてノズル孔を加工する際の条件として、Ｄ１とＤ２との比の条件に加えて、被加工部の加工面１ｃｍ^２当たり０．１リットル／ｍｉｎ（２０℃）の酸素ガスを吹きかけながら加工したものと吹きかけずに加工したものの条件を加え、各々について同一駆動条件でインク滴を射出して、ススの発生状況、気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度及び射出安定性について評価した。

気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度は実施例２と同様に評価した。

射出安定性は実施例１と同様に評価した。

その結果を表３に示す。

（実施例４）
ノズルプレート材料として、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂シートを用意し、それぞれ長孔が形成された２枚のマスクの重なり度合いを変化させることにより透過部を変化させ、エキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いて、貫通孔のレーザー出口側形状を、円形で、且つ、短径／長径が表４に示す通りとなるようにすると共に、貫通孔のレーザー出口側の長径Ｄ１と、テーパー部の入口側の長径Ｄ２との比が表４に示す通りとなるように２５６個の貫通孔とそれに連続するテーパー部を形成し、これをノズル孔とするノズルプレートを作成した。

得られた各ノズルプレートを、２５６個のインク室を有し、その側壁を分極されたＰＺＴにより構成してなるアクチュエータ基板の前端面に接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドＨ２３〜Ｈ２８をそれぞれ１００個ずつ作成し、各々について同一駆動条件でインク滴を射出してその気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度及び射出安定性について評価した。

気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度は実施例２と同様に評価した。

射出安定性は実施例１と同様に評価した。

その結果を表４に示す。

（実施例５）
ノズルプレート材料として、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂シートを用意し、それぞれ長孔が形成された２枚のマスクの重なり度合いを変化させることにより透過部を変化させ、エキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を用いて、貫通孔のレーザー出口側形状を、円形で、且つ、短径／長径が表５に示す通りとなるようにすると共に、貫通孔のレーザー出口側の長径Ｄ１と、テーパー部の入口側の長径Ｄ２との比が表５に示す通りとなるように２５６個の貫通孔とそれに連続するテーパー部を形成し、これをノズル孔とするノズルプレートを作成した。

得られた各ノズルプレートを、２５６個のインク室を有し、その側壁を分極されたＰＺＴにより構成してなるアクチュエータ基板の前端面に接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドＨ２９〜Ｈ３１をそれぞれ１００個ずつ作成した。

なお、レーザー光を用いてノズル孔を加工する際の条件として、短径／長径の条件及びＤ１とＤ２との比の条件に加えて、被加工部の加工面１ｃｍ^２当たり０．１リットル／ｍｉｎ（２０℃）の酸素ガスを吹きかけながら加工したものと吹きかけずに加工したものの条件を加え、各々について同一駆動条件でインク滴を射出して、ススの発生状況、気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度及び射出安定性について評価した。

気泡の吸い込み発生頻度、接着剤詰まり発生頻度は実施例２と同様に評価した。

射出安定性は実施例１と同様に評価した。

その結果を表５に示す。

レーザー穿孔装置の一例を示す概略図 （ａ）貫通孔を形成する前のノズルプレート材料の断面図、（ｂ）貫通孔を形成したノズルプレート材料の断面図 貫通孔を形成する際の透過部の様子を示す平面図 マスクの移動機構の概略構成を示す平面図 （ａ）〜（ｃ）はテーパー部の製造方法の一例を示す工程説明図 貫通孔を形成したノズルプレート材料の断面図 インクジェット記録ヘッドの一例を示す分解斜視図 レーザー光により貫通孔を形成したノズルプレートの断面図 エキシマレーザーによる加工状況を示す模式図 （ａ）〜（ｃ）はテーパー部の製造方法の他の例を示す工程説明図

符号の説明

Ａ：ノズルプレート
ａ：ノズル孔
Ｂ：アクチュエータ基板
Ｂ１：前端面
ｂ：インク室
Ｈ：インクジェット記録ヘッド
８：マスク
８０：透過部
１０：ノズルプレート材料
１００：貫通孔
２００：テーパー部

Claims (8)

1. ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、
   前記レーザー光を、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で前記ノズルプレート材料に照射すると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、
   前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
3. ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、
   前記レーザー光を、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で前記ノズルプレート材料に照射すると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
4. ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、
   前記貫通孔のレーザー光の出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下とすると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
5. ノズルプレート材料に対してそれぞれ開口を有する複数のマスクを重合配置させ、前記マスクの互いの開口の重なりによって形成される透過部の面積を変化させながら、前記透過部を透過させたレーザー光をノズルプレート材料に照射することにより、ノズル孔となる貫通孔及びそれに連続するテーパー部を形成するようにしたノズルプレートの製造方法であって、
   前記レーザー光を、所定以上の酸素ガスの雰囲気下で前記ノズルプレート材料に照射すると共に、前記貫通孔のレーザー光の出口側の形状を、円形で、且つ、該円の短径／長径を０．８以上１．０以下、前記貫通孔のレーザー光の出口側の長径と前記テーパー部の入口側の長径との比を１：２以上１：１０以下とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
6. 前記ノズルプレート材料は、被加工部が７５μｍ以上１５０μｍ以下の厚みを有し、前記貫通孔を形成した後、該貫通孔に連続するテーパー部を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするノズルプレート。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されたノズルプレートを有す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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