JP2007054992A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の良いノズル開口を有するノズルプレートを、効率よく安定的に製造する方法を提供する。
【解決手段】 レンズを通してレーザー光をノズルプレート面上に照射し、複数のノズル開口を形成するインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法において、このレンズが同一平面上に並べられた複数のマイクロレンズ５ａ〜５ｎであり、ノズルプレート２７の配列方向においての隣接するマイクロレンズ５ａ〜５ｎのピッチを、隣接するノズル開口２８のピッチの整数倍とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット記録装置と、それに用いられるインクジェットヘッド、およびそのインクジェットヘッドに用いられるノズルプレートと、そのノズルプレートの製造装置、並びにノズルプレートの製造方法に関する。

従来、分極した圧電部材で形成したインク室を複数並べて設け、この各インク室の両壁内面に電極をそれぞれ配設し、この各電極に駆動パルス信号を選択的に入力することで圧電部材を変形させ、インク室に連通した複数のノズル開口からインクを吐出させるインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。

かかるインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドが搭載されたキャリッジを被記録媒体に対して主走査方向に移動させながらインクジェットヘッドのノズルからインクを吐出して所定領域にドットのパターンを印刷し、一回の主走査が終わると被記録媒体を副走査方向に所定量移動させ、これらの動作を繰り返すことによって所望の全ての領域の印刷を行うものである。このようなインクジェット記録装置は家庭・オフィス向けに低価格・高画質のカラープリンタが製品化されており、その生産台数は年々増加している。

ところで、このようなインクジェット記録装置において画質を向上させるためには、インクジェットヘッドのノズルプレートに設けられたノズル開口の吐出側径を小さくし、配置密度を上げることが有効である。これによりインク液滴を小粒化し、一度に多数を吐出することが出来るからである。これに対してノズル開口のインク室側径はインクの流入がしやすいように大きく開けられている。そのため、ノズルプレートに設けられたノズル開口は、吐出側（インク流出側）径が小さく、インク室側（インク流入側）径の大きい円をしており、内部がテーパー状になっている。

このように、ノズル開口内部がテーパー状になっていることで、インクの飛び出す速度を速くするという効果もある。ここで、テーパーの角度を大きくすると、インクの吐出スピードを上げることが出来るが、逆に角度を大きくし過ぎると、インクが横方向に飛翔してしまう問題や、吐出後に空気をノズル内に巻き込んでしまうという影響がある。そのため、印刷の安定性を確保するためにはこのテーパー部の精度が大きな問題となる。その上、このようなノズル開口を７０から３００μｍの正確なピッチで数百個安定的に開けることが、高画質を得るためには必要となる。

そこで、このような精度の良いノズル開口を形成するためには、エッチングや射出成形、レーザー光を用いた方法等が行われている。この中で、高分子材料の穿孔に適しているエキシマレーザーを用いた方法は、常温常圧で短時間にミクロンオーダーの精度の、熱歪みやバリのない孔や溝を形成できる。特に、マスクを通したレーザー光をレンズで集光し穿孔することにより、引用文献１で示すようにテーパーを有した孔を形成することが可能である。
特開２００２−１６０３７１号公報

しかしながら、引用文献１のようにマスクを通してレーザー光を分光した後にひとつの大きなレンズで集光して複数のノズル開口を形成する場合、図１０で示すようにレンズ５２の端を通過したレーザー光はレンズ５２の中央部を通過したレーザー光に比べ、レンズ収差の影響を受け、レーザー光の平行度が悪くなる。従って、レンズ５２の中心部付近を通過したレーザー光で穿孔したノズル開口５８Ｐに比べて、レンズ５２の端に近い所を通ったレーザー光で穿孔したノズル開口５８Ｑはテーパー部が所望の形状と異なってしまうという問題がある。具体的には、ノズル開口５８Ｑから吐出したインク滴はまっすぐに飛ばず、紙面上に斜めに着弾してしまい、印刷品質が悪化してしまう。これを避けるためには、レンズ５２の中心部付近のみにレーザー光を通過させる必要があり、一度に形成出来るノズル開口５８の個数が少なくなってしまい、全長が２０ｍｍ以上になるような大型のノズルプレートを加工しようとする際の加工効率が悪くなってしまう。

そこで本発明はこのような問題に鑑み、精度の良いノズル開口を有するノズルプレートを、効率よく安定的に製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、レンズを通してレーザー光をノズルプレートの上面に照射し、複数のノズル開口を形成するインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法において、レンズが同一平面上に並べられた複数のマイクロレンズであることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法にある。これにより、レンズの収差の影響を受けずに均一な複数のノズル開口を有するノズルプレートを製造することが出来る。

また本発明は、マイクロレンズの配列方向において、隣接するマイクロレンズのピッチが、隣接するノズル開口のピッチの整数倍であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法にある。これにより、十分なレーザー光量を確保することができ、所望の形状のノズル開口を作成することが出来る。

また本発明は、この整数倍が２倍から４倍であり、複数のマイクロレンズとノズルプレートの少なくとも一方をマイクロレンズの配列方向に間欠的に移動させ穿孔することを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法にある。これにより、比較的大径のマイクロレンズを配設することができ、そのため十分な被写界深度を得ることができる。そして、微細なノズル開口を効率よく作成することが出来る。

また本発明は、このレーザー光がエキシマレーザーであるインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法にある。これにより、ポリイミド製のノズルプレートに効率的にノズル開口を形成することが出来る。

また本発明は、レーザー光源と被加工物との間の同一平面上に設けられ、レーザー光を被加工物面上に集光し複数のノズル開口を形成する複数のマイクロレンズと、被加工物を少なくともマイクロレンズの配列方向に平行移動させる被加工物搬送手段と、を有しマイクロレンズの配列方向においての隣接するマイクロレンズのピッチが、隣接する被加工物面上集光位置のピッチの整数倍であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置にある。これにより、所望のテーパー部を精度よく設けたノズル開口を複数有するノズルプレートを製造することが出来る。

また本発明は、複数のマイクロレンズが、マイクロレンズの配列方向と直行する方向にずらして配置された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズユニットを構成しており、このマイクロレンズユニットをマイクロレンズの配列方向に複数並べることにより、マイクロレンズアレイを構成しているインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置にある。これによって、複数のノズル開口を有するノズルプレートを簡単に製造することが出来る。

また本発明は、このインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法を用いて製造されたインクジェットヘッド用ノズルプレートにある。これにより、ノズル開口ごとのインク吐出ムラのないインクジェットヘッド用ノズルプレートを提供することが出来る。

また本発明は、このノズルプレートと、ノズルプレートのノズル開口と連通し、両側にそれぞれ電極が設けられた側壁によって分離されるインク吐出用のアクチュエータを複数並列的に有するインクジェットヘッドチップと、インクジェットヘッドチップにアクチュエータ駆動用の駆動信号を送る駆動手段と、を具備するインクジェットヘッドにある。これにより、ノズル開口ごとのインク吐出ムラのないインクジェットヘッドを提供することが出来る。

また本発明は、このインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、インクジェットヘッドからインクが吐出される被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、からなるインクジェット記録装置にある。これにより、被記録媒体の画質を向上させることが出来る。

上述したように、本発明のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法は、レーザー光をノズルプレート面上に複数箇所で集光することが可能であり、大きなノズルプレートに対しても、均一な複数のノズル開口を効率的に作成することが可能である。また、ノズル開口のテーパー部を精度良く作成することが可能であり、ノズル開口間のピッチを微細に形成することも可能である。また、このように製造したノズルプレートを用いることにより、インクジェットヘッドからのインクの吐出ムラの発生を防ぎ、被記録媒体の画質を向上させることが出来る。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１はインクジェット記録装置の概略斜視図である。図示するように、本実施形態のインクジェット記録装置１００は、色毎に設けられた複数のインクジェットヘッド１０と、このインクジェットヘッド１０が主走査方向に複数並設されて搭載されたキャリッジ１１０と、フレキシブルチューブからなるインク供給管１０１を介してインクを供給するインクカートリッジ１１１とを具備し、キャリッジ１１０は、一対のガイドレール１１２ａ、１１２ｂの長軸方向に移動自在に搭載されている。また、ガイドレール１１２ａ、１１２ｂの一端側には駆動モータ１１３が設けられており、この駆動モータ１１３による駆動力が、当該駆動モータ１１３に連結されたプーリ１１４ａと、ガイドレール１１２ａ、１１２ｂの他端側に設けられたプーリ１１４ｂとの間に掛け渡されたタイミングベルト１１５に伝わり、これによりタイミングベルト１１５の所定の位置に固定されたキャリッジ１１０が搬送されるようになっている。

また、キャリッジ１１０の搬送方向と直交する方向で、破線で示すケースの両端側には搬送手段として、ガイドレール１１２ａ、１１２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ１１６、１１７が設けられている。これらの搬送ローラ１１６、１１７は、キャリッジ１１０の下方に当該キャリッジ１１０の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Sを搬送するものである。

そして、これらの搬送ローラ１１６、１１７によって被記録媒体Sを送りつつキャリッジ１１０をその方向とは直交する方向に走査することにより、インクジェットヘッド１０によって被記録媒体S上に文字および画像等が記録される。

ここで、インクを吐出させるインクジェットヘッドの一例について説明する。なお、図２は本実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図であり、図３はインクジェットヘッドチップの分解斜視図である。

図示するように、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッドチップ２０と、この一方面側に設けられる流路基板３０と、インクジェットヘッドチップ２０を駆動するための駆動回路４１等が搭載された配線基板４０とを有す。これらの各部材は、それぞれアルミニウム等で出来たヘッド支持部材であるベースプレート５０に固定されている。また、これらの部材同士は、熱伝導性の良い接着剤や両面テープ等で結合されている。

インクジェットヘッドチップ２０を構成する圧電セラミックプレート２１は、PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）などで出来ており、ノズル開口２８に連通する複数のインク室２２が並設され、各インク室２２は、側壁２３で隔離されている。各インク室２２の長手方向の一端部は圧電セラミックプレート２１の一端部まで延設されており、他端部は、他端面まで延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各インク室２２の幅方向両側の側壁２３には、インク室２２の開口側に長手方向に亘って、インク室２２ごとに独立した駆動信号が出力される電極２４が形成されている。

圧電セラミックプレート２１に形成される各インク室２２は、例えば円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状により形成されている。また、各インク室２２内に形成される電極２４は、例えば公知の斜め方向からの蒸着により形成される。このように、本発明のインクジェットヘッドチップ２０は、ＰＺＴで出来た側壁２３とその間の溝２２から成りインクを吐出する、複数のアクチュエータが側壁２３を共有しながら多数並んでいる（シェアドウォール）構造となっている。

また、圧電セラミックプレート２１のインク室２２の開口側には、インク室プレート２５が接合されている。インク室プレート２５には、貫通して形成された共通インク室２６が並設されたインク室２２全体に亘って設けられている。

また、圧電セラミックプレート２１とインク室プレート２５との接合体の一端部は、ノズルプレート２７が接合されており、ノズルプレート２７の各インク室２２に対向する位置にはノズル開口２８が形成されている。このノズルプレート２７の製造方法については、後に詳細に説明する。また、ノズルプレート２７の被記録媒体に対向する面には、インクの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜が塗布されている。

なお、本実施形態では、圧電セラミックプレート２１とインク室プレート２５との接合体の一端面の周囲には、ノズル支持プレート２９が配置されている。そしてインクジェットヘッドチップ２０は、ノズルプレート２７の側面および圧電セラミックプレート２１とインク室プレート２５との接合体にノズル支持プレート２９を嵌合接着することにより形成されている。

また、インク室プレート２５の一方面（図３における上面）には、流路基板３０が接合され、共通インク室２６の一方面は、この流路基板３０によって封止されている。具体的には、この流路基板３０はインク室プレート２５の一方面に接着され、図示しないねじ部材等によってベースプレート５０に固定されている。

また、流路基板３０の上面には連結部３１が設けられ、圧力調整部６０に設けられたインク連通管３５とＯリング等を介して接合されている。この圧力調整部の他端側はインクカートリッジ等のインクタンクにインク供給管１０１を介して接続されており、所定量のインクを一時的に貯留する役割を果たしている。

また、配線基板４０の表面には、駆動回路４１やその他の制御回路等が配設されており、ICチップである駆動回路４１の各端子とインクジェットヘッドチップ２０の各電極２４に接続する駆動線４３とが電気的に導通するように、例えばワイヤボンディング又はワイヤレスボンディング等を介して接続されている。

そして、印刷データに基づいて駆動回路４１から印刷信号を電極２４に送り、側壁２３に歪みを発生させる。これにより、インク室２２の容積を変化させ、この時のインク室２２内の圧力変化によって、インク室２２内のインクをノズル開口２８から被記録媒体へ吐出する。

次に、本実施形態にかかるインクジェットヘッド１０に用いられるノズルプレート２７の製造方法および製造装置について説明する。図４は、本実施形態のノズルプレートの製造装置の概略図である。

ノズルプレート製造装置１において、レーザー光源はレーザー光を発生する発生源であって、本実施形態においては紫外光の一種であるエキシマレーザーを照射するエキシマレーザー装置２で構成されている。ここで用いるエキシマレーザーは、エキシマレーザーの中でも波長が２４８ｎｍのＫｒＦ線、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌ線、波長が３５１ｎｍのＸｅＦ線が特に望ましい。また、このエキシマレーザー装置２は。エネルギー照射強度の制御が可能なものが用いられる。また、常にレーザー光が出力され続けているのではなく、細かいパルス周期でレーザー光が断続的に照射されている。

次に、エキシマレーザー装置２から照射されたエキシマレーザーは、拡大光学系３に加えられる。この拡大光学系３は、レーザー光を細いビームから広いビームに拡大させる手段であって、被加工物の加工領域に応じてビーム寸法を変化させることが出来る。

この拡大光学系３を通過したレーザー光は、ミラー４にて所望の方向に導かれる。ここで、ミラー４は必要に応じて複数設けることも可能である。本実施形態では、ミラー４により拡大光学系３の光軸と直交方向に反射されたレーザー光は、被加工物搬送手段であるＸ−Ｙステージ６の上面方向に導かれる。

Ｘ−Ｙステージ６の上方には複数のマイクロレンズ５ａ〜５ｎが同一平面上に並べられたマイクロレンズアレイ５が設置されている。拡大光学系３で拡大されたレーザー光は、マイクロレンズアレイ５のすべてのマイクロレンズ５ａ〜５ｎを一括で照射することが出来る。そしてレーザー光は個々のマイクロレンズにて分光され、Ｘ−Ｙステージ６上に設置された被加工物であるノズルプレート２７上に複数の焦点を結像させる。このマイクロレンズアレイ５に用いるマイクロレンズ５ａ〜５ｎの径や配置の仕方については、後に詳細に説明する。また、このマイクロレンズアレイ５は、所望のノズル開口径に応じてレンズ径を取り替えることが出来、レンズ径とその厚さによって焦点距離も変わってくるため、図示しない上下移動機構により光軸に対して上下方向の位置調整が可能になっている。

本実施形態のＸ−Ｙステージ６は、ノズルプレート２７に設けるノズル開口２８ａ〜２８ｚの位置と、マイクロレンズ５ａ〜５ｎの焦点位置とを調整するために、Ｘ−Ｙ方向に移動し、調整を行うことが可能である。また後に説明するように、ノズル開口２８ａ〜２８ｚの加工時には、マイクロレンズ５ａ〜５ｎの配列方向に平行移動を行う。また、前述のようにマイクロレンズアレイ５に上下移動機構を設ける代わりに、Ｘ−Ｙステージ６を上下方向の位置調整が可能な構成にすることも出来る。

ここで、本実施形態において、マイクロレンズを用いてノズルプレート２７にテーパー形状を有するノズル開口２８を形成する原理について説明する。

エキシマレーザー装置２からのエキシマレーザーは、マイクロレンズ５を通じて集光され、ノズルプレート２７上で結像する。具体的には、ノズルプレート２７の下面付近に焦点が合っており、マイクロレンズ径に応じたビーム径の孔が円柱状にノズルプレート２７を貫通し、これがノズル開口２８となる。

エキシマレーザーの強度はビーム径内で一様ではなく、図５に示すようにビーム径中心から離れるに従って強度が下がるガルシアン分布となっている。したがって、エキシマレーザーが１パルス照射された時に、ノズル開口２８の中心部では深く穴が掘られるが、ビーム径の外縁部はビーム強度が弱いため加工率が悪く、浅い穴しか掘られない。そして、このようなエキシマレーザーを数秒間照射することによって、所望のテーパー形状を有するノズル開口２８を形成することが出来る。また、レーザー照射量および焦点距離を任意に設定することにより、得られるテーパーの形状を変えることができる。

次に、本発明の第一の実施形態で作成するノズルプレート２７について説明する。このノズルプレート２７は厚さ５０μｍから７５μｍ程度のポリイミドフィルムから出来ている。図６（ａ）は、本実施形態のノズルプレートを示した図であり、図６（ｂ）は本実施形態のマイクロレンズアレイを示した図である。ノズルプレート２７の長手方向（図中Ｘ方向）の長さは、インクジェットヘッド２０の仕様によって異なるが、本実施形態では大判紙用のノズルプレート２７であるため、２０ｍｍ以上とする。ノズル開口２８は、ノズルプレート２７の長手方向に、通常９０ｄｐｉ〜３６０ｄｐｉのピッチで形成されている。具体的には、３６０ｄｐｉ又は３００ｄｐｉの倍数のピッチで印刷を行いたい場合には、ノズル開口２８のピッチは、９０、１００、１５０、１８０ｄｐｉの倍数で作成される。

また、高精度の印刷を行うためには、３６０ｄｐｉ以上のピッチのノズル開口２８を形成することが望まれるが、そのためにはインク室２２の溝を細く形成し、側壁２３も薄く作成する必要が生じる。しかし、インク室２２の溝を細くするとインク室の容積が減り、吐出するインクの量が減少してしまう。また、側壁２３を薄くすると、電極２４に電圧を印加した際の歪みで側壁２３が折れてしまう危険がある。従って、本発明のノズル開口２８のピッチは３６０ｄｐｉ以下であることが望ましい。また後に詳細に説明するように、ノズル開口２８のピッチを細かくしつつ、大きなインク供給側の径を有するノズル開口２８を設けようとすると、隣のノズル開口２８とテーパー部が重なってしまう恐れがある。従って、１８０ｄｐｉ程度のノズル開口２８のピッチが望ましい。このように、１８０ｄｐｉのピッチでノズル開口２８を形成した場合には、隣接したノズル開口２８同士の配列方向の間の距離（図６（ａ）のｘ１）は１４１．１μｍとなる。

本実施形態のインクジェットヘッド２０は、隣り合うインク室２２同士が側壁２３を共有するシェアドウォール方式を採用しているため、３ノズルサイクルでインクの吐出を行う。そのため、ノズルプレート２７に設けられたノズル開口２８は、図６に示すように３個ずつが斜めに並ぶ形状となっているが、本発明のノズル開口２８はこれに限定されるものではない。また、隣接するノズル開口２８同士の配列方向と直行する方向の距離（図６（ａ）のｙ１）は本実施形態では１１μｍ程度ととても短いため、ほとんど直線上に並んでいるように見える。図６においては、簡略化のためにノズル開口２８は数個しか示されていないが、実際にはノズルプレート２７の長手方向に沿って多数設けられており、本実施形態においては、このようなノズル開口２８が５１２個空いているものとする。

そして、本実施形態のノズル開口２８の断面形状は、吐出側の径（インク流出側）が１５〜５０μｍ程度、インク室側の径（インク流入側）が４０〜９０μｍ程度の円となって形成される。このノズル開口の径は、吐出させたいインク量によって任意に設計することができ、本実施形態では吐出側が２５μｍ、インク室側が５０μｍとする。

次に、本実施形態に用いるマイクロレンズ５ａ〜５ｎについて説明する。本実施形態に用いるマイクロレンズ５ａ〜５ｎはすべて同じレンズ径であり、１５０μｍ〜１ｍｍである。また、本発明のマイクロレンズ５ａ〜５ｎのレンズ径によって、加工されるノズル開口の径が変わってくる。例えば、レンズ径が１５０μｍより小さいと十分なエネルギーが得られず、加工されるノズル開口２８の吐出側径が１５μｍ以下となってしまう。また、焦点距離が短くなるためノズルプレート２７の厚さのばらつきが、テーパーの精度のばらつきに大きく影響を与えてしまう。また焦点距離が短いと、加工時のクズがレンズに飛散してくる可能性がある。

逆にレンズ径が１ｍｍより大きくすると、ノズルプレートの厚さのばらつきの影響は緩和される。しかし、ビーム径が太くなってしまい、ノズル開口２８の微細加工が出来ない。従って、本実施形態のノズル開口２８のような径のノズル開口を形成するためには、レンズ径が１５０μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。また特に、先に述べたように吐出側が２５μｍ、インク室側が５０μｍでピッチが１８０ｄｐｉであるノズル開口２８を設けるためには、レンズ径は２８０μｍ程度がより好ましい。このようなマイクロレンズ５ａ〜５ｎを用いることにより、レンズ収差の影響を０．１μｍ以下に抑えることができ、精度のよいノズル開口２８の加工が可能となる。

次に、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ５のマイクロレンズ５ａ〜５ｎの配置について図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）は、図６（ａ）のノズルプレート２７を作成するために用いるマイクロレンズアレイを示した図である。

本実施形態のマイクロレンズアレイ５は、複数のマイクロレンズ５ａ〜５ｎを同一平面状に並べることによって構成されている。このとき、マイクロレンズ５ａ〜５ｎの配列方向は、図６のＸ方向となり、マイクロレンズアレイ５の長手方向と同じである。また、マイクロレンズアレイ４の長手方向の長さ（図６（ｂ）のＸ方向）は、ノズルプレート２７の長手方向の長さとほぼ同じかそれよりも大きく、２０ｍｍ以上となっている。そして、マイクロレンズアレイ５に設けられたマイクロレンズ５ａ〜５ｎの配列方向のピッチは、ノズルプレート２７に設けられたノズル開口２８の配列方向のピッチの整数倍となっている。具体的に本実施形態では、マイクロレンズの配列方向に隣り合うマイクロレンズのピッチｘ２は、隣り合うノズル開口のピッチｘ１の２倍となっている。このように、マイクロレンズの配列方向のピッチを、ノズル開口２８のピッチの整数倍にすることにより、径の大きなマイクロレンズを用いることができ、多くのエキシマレーザー光を集光し、効率よく安定的にノズル開口２８を形成することができる。

また、この整数Ｎを大きくするほど大きな径のマイクロレンズ５ａ〜５ｎを用いることができるが、その分加工回数が増えて生産性が低下してしまう。従って、この整数Ｎは２〜４であることがより望ましい。

また本実施形態では、マイクロレンズ５ａと隣り合うマイクロレンズ５ｂとのマイクロレンズの配列方向と直行する方向（図６（ｂ）のＹ方向）でのピッチｙ２は、マイクロレンズの配列方向と直行する方向で隣り合うノズル開口のピッチｙ１の２倍になっている。また、マイクロレンズ５ａとは反対側でマイクロレンズ５ｂと隣り合うマイクロレンズ５ｃは、マイクロレンズの配列方向と直行する方向で、マイクロレンズ５ａとマイクロレンズ５ｂの中央に位置している。つまり、マイクロレンズ５ｃとマイクロレンズ５ａの間の距離ｙ３は、配列方向と直行する方向で隣り合うノズル開口のピッチｙ１と同じ距離になっている。このようなマイクロレンズの配置を３個ずつ繰り返すことによって、後に詳細に説明するように図６（ａ）で示すような３個ずつ並んだノズル開口２８を簡単に形成することができる。

言い換えると、本実施形態のマイクロレンズアレイ５には、マイクロレンズの配列方向と直行する方向にずらして配置された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズユニットが、マイクロレンズの配列方向に複数並べられている構成となっている。つまり、図６のマイクロレンズ５ａ、５ｂ、５ｃがひとつのマイクロレンズユニットを構成しており、このマイクロレンズユニットが、マイクロレンズの配列方向に複数並べられている。

ここで、本実施形態における（i）ノズルピッチとマイクロレンズ直径および整数Ｎの
関係（ii）ノズルピッチとノズル開口インク室側直径の関係（iii）マイクロレンズ直径と
解像度と整数Ｎの関係（iv）ノズル開口インク室側直径と解像度との関係について説明す
る。図７は、整数Ｎ＝２でノズル開口２８を加工中のマイクロレンズ５ａ〜５ｂとノズルプレート２７の様子を示す断面図である。また、ノズルプレート２７にはノズル開口２８ｂ〜２８ｄが形成されており、ノズル開口のインク室側口（図中上面）が大きく吐出側口（図中下面）が小さい円となっている。またここでは、単純化するために、ノズル開口２８及びマイクロレンズ５ａ〜５ｂが直線上に並んでいるものと仮定する。

例えば解像度を３６０ｄｐｉとすると、ノズルプレート２７のノズル配列方向においてノズルピッチ（ｘ３）は７０．６μｍとなる。この時Ｎ＝２とするとマイクロレンズの配列方向のピッチ（ｘ１）は１４１．２μｍとなる。ノズルピッチが７０．６μｍだとすると、ノズル開口インク室側の直径はこれ以下の値にしておかなければならない。なぜなら、インク室側の直径をこれ以上にすると、ノズル開口間の距離（ｘ２）がなくなってしまうからである。ここから分かるように、被記録媒体の解像度を上げるためには、ノズルピッチが短くなり、小さなノズル径にしなくてはならず、それに伴い、用いるマイクロレンズの径も小さくなるということである。従って、図７ではマイクロレンズ５ａと５ｂは端部が接触しているが、小さなマイクロレンズを用いる場合には、接触していない場合もありうる。

逆に、解像度を９０ｄｐｉとすると、ノズルピッチ（ｘ３）は２８２．２μｍとなり、本実施形態の最大のノズル開口インク室側の直径９０μｍより小さくなる。従って、解像度が小さい場合には、大きい径のマイクロレンズを用いて大きな径のノズル開口を加工することが可能である。ここでは、Ｎ＝２の場合について説明したが、Ｎが２以外の整数でも同様のことが言える。

従って、このような関係をまとめて式に表すと、
（i）ノズルピッチ（μｍ）とマイクロレンズ直径（μｍ）および整数倍Ｎの関係は、
マイクロレンズ直径≦Ｎ×ノズルピッチ
（ii）ノズルピッチ（μｍ）とノズル開口インク室側直径（μｍ）の関係は、
ノズル開口インク室側直径＜ノズルピッチ
となる。また、１インチ＝２５．４ｍｍであり、解像度（ｄｐｉ）＝２５４００/ノズルピッチであることから上の式を書き換えると、
（iii）マイクロレンズ直径（μｍ）と解像度（ｄｐｉ）と整数Ｎの関係は、
マイクロレンズ直径≦Ｎ×２５４００/解像度
（iv）ノズル開口インク室側直径（μｍ）と解像度（ｄｐｉ）との関係は、
ノズル開口インク室側直径＜２５４００/解像度
となる。

従って、本実施形態においては、所望のノズルピッチ（又は解像度）のノズルプレート２７を作成するために、上式を満たすようなマイクロレンズ直径及びノズル開口インク室側直径の各数値を決定する必要がある。また、テーパー部の精度や径に応じて整数Ｎも上式を満たす範囲で適宜決定する。

次に、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ５の作用について、このマイクロレンズアレイ５を用いたノズルプレート２７の加工工程から説明する。図８は、図６で示したマイクロレンズアレイ５を用いてノズルプレート２７を加工する様子を示した図である。

図８（ａ）は、加工前のノズルプレート２７とマイクロレンズアレイ５の位置関係を示している。本図では、マイクロレンズアレイ５とノズルプレート２７とが並んでいるが、実際にはマイクロレンズアレイ５はノズルプレート２７の上面方向に、マイクロレンズ５ａ〜５ｅの焦点距離だけ離れた位置に固定されている。具体的に本実施形態では、３〜５μｍ離れて設けられている。また、図８（ａ）に点線円で示されているのがノズル開口２８ａ〜２８ｉの加工予定位置である。図８（ａ）の状態で、マイクロレンズアレイ５の上面方向からエキシマレーザーを数秒間照射すると、マイクロレンズ５ｂ〜５ｆと対向するノズルプレート２７上の位置に図８（ｂ）の実線円で示されるようなノズル開口２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ、２８ｉが形成される。本実施形態では、マイクロレンズの配列方向のピッチがノズル開口の配列方向のピッチの２倍なので、１回目の加工でノズル開口２８はひとつおきに形成される。

次に、ノズルプレート２７が乗ったＸ−Ｙステージ６を、マイクロレンズの配列方向に移動させることにより、ノズルプレートの位置を平行移動させる。具体的には、本実施形態では図８（ｂ）の矢印Ｘ方向に、ノズル開口２８の配列方向のピッチの４倍だけ移動させる。ここで、再びエキシマレーザーを数秒間照射すると、図８（ｃ）で示すように、マイクロレンズ５ａ〜５ｄと対向するノズルプレート２７上の位置にノズル開口２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ、２８ｈが形成される。

このように、本発明のマイクロレンズアレイ５は、マイクロレンズの配列方向において隣接するマイクロレンズのピッチが、隣接するノズル開口のピッチの整数倍であるため、この整数と同じ加工回数エキシマレーザーを用いて加工することにより、精度の良いノズル開口２８を有するノズルプレート２７を製造することができる。具体的には、本実施形態においては、マイクロレンズのピッチがノズル開口のピッチの２倍であったため、２回のエキシマレーザー加工によって所望のテーパー部を有するノズルプレートを作成することができる。

また本発明の他の実施形態として、図９で示すようなマイクロレンズアレイ１０５を用いて、ノズルプレート１２７を作成することも可能である。本発明の第二の実施形態で作成するノズルプレート１２７には、千鳥状に２列に並んだノズル開口２８ａ〜２８ｚが形成されている。ここで、第二のノズル開口列（２８ｎ〜２８ｚ）に設けられたノズル開口２８ｎのノズルプレート１２７のノズル配列方向（図９中の矢印Ｘ方向）の位置は、第一のノズル開口列（２８ａ〜２８ｍ）に設けられた隣接するノズル開口２８ａとノズル開口２８ｂの中央となっている。従って、このように千鳥状に２列ノズル開口を並べて形成することにより、ノズル開口２８を一列に並べたときに比べて、インクの吐出密度を２倍にすることができる。また、本実施形態で用いるマイクロレンズアレイ１０５も、第一の実施形態と同様に同一平面上に複数のマイクロレンズが設けられているものである。そしてこれらのマイクロレンズ５ａ〜５ｎも、ノズル開口２８ａ〜２８ｚに対応して千鳥状に配置されている。

そして、本実施形態のマイクロレンズ５ａ〜５ｎも、第一の実施形態のマイクロレンズと同様に、ノズルプレート１２７のノズル配列方向においての、直線上で隣接するマイクロレンズ同士のピッチが、ノズルプレートのノズル配列方向の直線状で隣接するノズル開口同士のピッチの整数倍となっている。また、加工効率の点から、この整数が２〜４となることがより望ましい。

本実施形態において具体的には、ノズルプレート１２７のノズル配列方向と同一方向の直線上に並んだマイクロレンズ５ａ〜５ｈ（第一のマイクロレンズ列）の、隣接するマイクロレンズ同士のピッチ（図９中のｘ５）は、対応するノズルプレート１２７のノズル配列方向の直線上に並んだノズル開口２８ａ〜２８ｍ（第一のノズル開口列）の隣接するノズル開口同士のピッチ（図９中のｘ４）の２倍となっている。

同様に、ノズルプレート１２７のノズル配列方向と同一方向の直線上に並んだマイクロレンズ５ｉ〜５ｎ（第二のマイクロレンズ列）の、隣接するマイクロレンズ同士のピッチ（図９中のｘ７）は、対応するノズルプレート１２７のノズル配列方向の直線上に並んだノズル開口２８ｎ〜２８ｚ（第二のノズル開口列）の隣接するノズル開口同士のピッチ（図９中のｘ６）の２倍となっている。ここで、本実施形態においては、第一のノズル開口列のピッチと第二のノズル開口列のピッチは同じであるため、第一のマイクロレンズ列のピッチと第二のマイクロレンズ列のピッチは同じになる。

このように複数列にノズル開口２８を設けたノズルプレート１２７においても、マイクロレンズの配列方向のピッチを、ノズルプレートのノズル配列方向の各列のノズルピッチの整数倍にすることによって、十分なレーザー光を確保して、所望のノズル開口を形成することができる。

また、本実施形態のノズルプレート１２７において、ノズル開口２８ａ〜２８ｍからなる第一のノズル開口列とノズル開口２８ｎ〜２８ｚからなる第二のノズル開口列は、それぞれノズル開口が一直線上に並んでいるが、本発明はこれに限定されるものではなく、第一の実施形態と同様に第一のノズル開口列と第二のノズル開口列内でそれぞれ３個ノズル単位で斜めに並べられるものであっても構わない。またその場合には、マイクロレンズ５ａ〜５ｈからなる第一のマイクロレンズ列およびマイクロレンズ５ｉ〜５ｎからなる第二のマイクロレンズ列ともに、第一の実施形態と同様に３個単位でＹ方向にずれながら並ぶこととなる。

さらにまた、上述の実施形態では、各インク室２２内の側壁２３に一対の電極２４を設けたインクジェットヘッド１０に用いるノズルプレート２７を例示して説明したが、本発明の製造方法によって作成されるノズルプレートはこれに限定されるものではない。例えば、インクの充填されるインク室のそれぞれの間にインクの充填されないダミーインク室が設けられたタイプのインクジェットヘッドであってもよい。この場合は、インク室とノズル開口が一対一に対応しないが、ノズルプレートの製造方法としては本発明の製造方法を適用することができる。

また、本発明のノズルプレートの製造方法で製造されたノズルプレートは、ノズル開口２８に連通したインク室２２の側壁２３に電極を設けたタイプのインクジェットヘッドだけでなく、インク室に対応して配置された圧力発生素子を別途有するタイプのインクジェットヘッドにも適用することが出来る。

また、圧電素子を用いてインクを吐出するインクジェットヘッドに限らず、発熱素子によってインク室内のインクを加熱することによってインク滴を吐出するタイプのサーマル式インクジェットヘッドに適用することも出来る。

また、本発明はインクジェットヘッドが主走査方向に移動するシリアル型のインクジェット記録装置を例示して説明したが、インクジェットヘッドが固定されたライン式のインクジェット記録装置等、特に限定されない。

また、本発明のノズルプレートの製造装置においては、エキシマレーザー装置からのレーザー光を拡大光学系によって拡大し、マイクロレンズアレイに照射したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザー光を走査させてノズルプレートにノズル開口を加工することも可能である。本発明はマイクロレンズアレイを用いることにより、レンズの収差の影響を受けないため、レーザー光を走査させてノズル開口を形成しても、全て均一なノズル開口を形成することが出来る。

本実施形態に係るインクジェット記録装置の概略斜視図 本実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図 本実施形態に係るインクジェットヘッドチップの分解斜視図 本実施形態のノズルプレートの製造装置の概略図 ビーム中心からの距離とビーム強度に係るグラフ 第一の実施形態に係るノズルプレートとマイクロレンズアレイの概略図 加工中のマイクロレンズとノズルプレートの様子を示す断面図 マイクロレンズアレイを用いてノズルプレートを加工する様子を示した図 第二の実施形態に係るノズルプレートとマイクロレンズアレイの概略図 従来のノズルプレートの加工方法を示す図

符号の説明

１ ノズルプレート製造装置
２ エキシマレーザー装置（レーザー光源）
３ 拡大光学系
４ ミラー
５ マイクロレンズアレイ
５ａ〜５ｎ マイクロレンズ
６ Ｘ−Ｙステージ（被加工物搬送手段）
１０ インクジェットヘッド
２０ インクジェットヘッドチップ
２１ 圧電セラミックプレート
２２ インク室（アクチュエータ）
２３ 側壁
２４ 電極
２７ ノズルプレート（被加工物）
２８ ノズル開口
３０ 流路基板
４０ 配線基板
４１ 駆動回路（駆動手段）
５０ ベースプレート
６０ 負圧調整部
１００ インクジェット記録装置
１０１ インク供給管
１１０ キャリッジ
１１１ インクカートリッジ（インク供給部）
１１６ 搬送ローラ（被記録媒体搬送手段）
１１７ 搬送ローラ（被記録媒体搬送手段）
Ｓ 被記録媒体

Claims (11)

1. レンズを通してレーザー光をノズルプレートの上面に照射し、複数のノズル開口を形成するインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
   前記レンズが同一平面上に並べられた複数のマイクロレンズであることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
2. 前記マイクロレンズの配列方向において、隣接する前記マイクロレンズのピッチが、隣接する前記ノズル開口のピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
3. 前記整数倍が２倍から４倍であり、前記複数のマイクロレンズと前記ノズルプレートの少なくとも一方を前記マイクロレンズの配列方向に間欠的に移動させ穿孔することを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
4. 前記レーザー光がエキシマレーザーであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
5. レーザー光源と、
   前記レーザー光源と被加工物との間の同一平面上に設けられ、レーザー光を被加工物面上に集光し複数のノズル開口を形成する複数のマイクロレンズと、
   前記被加工物を少なくとも前記マイクロレンズの配列方向に平行移動させる被加工物搬送手段と、を有し、
   前記マイクロレンズの配列方向においての隣接する前記マイクロレンズのピッチが、隣接する前記被加工物面上集光位置のピッチの整数倍であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置。
6. 前記整数倍が２倍から４倍であり、前記複数のマイクロレンズと前記被加工物の少なくとも一方を前記マイクロレンズの配列方向に間欠的に移動させ穿孔することを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置。
7. 前記複数のマイクロレンズが、前記マイクロレンズの配列方向と直行する方向にずらして配置された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズユニットを構成しており、前記マイクロレンズユニットを前記マイクロレンズの配列方向に複数並べることにより、マイクロレンズアレイを構成している請求項５記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置。
8. 前記レーザー光源がエキシマレーザーであることを特徴とする請求項５から７のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造装置。
9. 請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法を用いて製造されたインクジェットヘッド用ノズルプレート。
10. 請求項９記載のノズルプレートと、
    前記ノズルプレートのノズル開口と連通し、両側にそれぞれ電極が設けられた側壁によって分離されるインク吐出用のアクチュエータを複数並列的に有するインクジェットヘッドチップと、
    前記インクジェットヘッドチップにアクチュエータ駆動用の駆動信号を送る駆動手段と、
    を具備するインクジェットヘッド。
11. 請求項１０記載のインクジェットヘッドと、
    前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、前記インクジェットヘッドからインクが吐出される被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、からなるインクジェット記録装置。

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