JP2008284579A - 液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】液滴吐出口の入口側に発生するバリ等によって吐出特性が劣化しないようにした液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】ノズルプレート２にレーザ光を照射して液滴吐出用の貫通穴２０ａを形成する。次に、ノズルプレート２にレーザ光を照射して貫通穴２０ａの直径よりも大きな直径の座ぐり穴２０ｃを貫通穴２０ａと同軸上に形成することにより、ノズルプレート２にノズル２ａが形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出ヘッドに関する。

近年、インクジェット式プリンタにおいて、インク滴を吐出するノズルを有するノズルプレートの製造方法として、超短パルスレーザ光を用いてノズルを加工する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

このノズルの加工方法は、鉄含有物質からなる厚さ５０μｍのプレートに、超短パルスレーザ光を照射して、テーパ角度８０°、出口径２０μｍ、入口径８５μｍのノズルを形成している。超短パルスレーザ光は、実質的に被加工物に熱影響を与えないことから、高精度な加工が可能となる。また、入口から出口に向かって小径化するテーパ形状のノズルを形成できることから、インク滴の高い吐出効率が得られる。
特表２００５−５３３６５８号公報

本発明の目的は、液滴吐出口の入口側に発生するバリ等によって吐出特性が劣化しないようにした液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出ヘッドを提供する。

［１］板部材に第１のレーザ光を照射して液滴吐出用の貫通穴を形成する第１の工程と、前記板部材に前記第１のレーザ光と同じ方向から第２のレーザ光を照射して前記貫通穴の直径よりも大きな直径の座ぐり穴を前記貫通穴と同軸上に形成する第２の工程とを含む液滴吐出ヘッドの製造方法。

［２］前記第１の工程は、第１のマスクに形成された所定のサイズの開口を介して前記第１のレーザ光を前記板部材に所定の時間照射して前記貫通穴を形成し、前記第２の工程は、第２のマスクに形成された前記所定のサイズよりも大きなサイズの開口を介して前記第２のレーザ光を前記板部材に前記所定の時間よりも短い時間照射して前記座ぐり穴を形成する前記［１］に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

［３］前記第１の工程は、前記板部材上でエネルギー密度が異なる複数種類の前記第１のレーザ光を前記板部材に複数回照射して複数種類のテーパ角度を組み合わせた形状の前記貫通穴を形成する前記［１］に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

［４］前記第１の工程は、前記第１のレーザ光の光路上に配置された結像光学系による結像位置に対して前記板部材の位置を相対的に異ならせることにより、前記板部材上で前記エネルギー密度が異なる複数種類の前記第１のレーザ光を前記板部材に複数回照射する前記［３］に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

［５］前記板部材は、少なくとも前記レーザ光の入射面側が金属材料から形成されている前記［１］に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

［６］前記第１および第２の工程は、フェムト秒レーザ光源を用いて前記第１および第２のレーザ光を照射する前記［１］に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

［７］液滴を吐出する貫通穴と前記貫通穴の入口側に前記貫通穴と同軸上に形成された座ぐり穴とを有する板部材を備えた液滴吐出ヘッド。

請求項１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、第１のレーザ光の照射によって発生したバリ等が第２のレーザ光の照射によって除去され、液滴吐出口の入口側に発生するバリ等によって吐出特性が劣化しないようにすることができる。

請求項２に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、加工条件をマスクの開口と照射時間を制御するだけの簡単なものにすることができる。

請求項３に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、高い吐出効率が得られるとともに、液滴吐出口の出口側の精度を確保することができる。

請求項４に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、加工条件を板部材の位置を制御するだけの簡単なものにすることができる。

請求項５に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、剛性が高くなり、取り扱いが容易となる。

請求項６に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、精度の高い液滴吐出口を形成することができる。

請求項７に係る液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出口の入口側に発生するバリ等によって吐出特性が劣化しないようにすることができる。

（ノズルプレート）
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。

図１（ａ）に示すノズルプレート（板部材）２は、金属材料から形成されたベースプレート２０からなり、同図中、上方からレーザ光を照射して出口側に向かって径が小さくなるテーパ形状を有するノズル（液滴吐出口）２ａがレーザ加工される。なお、レーザ加工については、後述する。

ベースプレート２０は、例えば、厚さ１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜４０μｍのＳＵＳ３０４、４２アロイ等の金属材料を用いる。

ノズル２ａのテーパ角度θは、例えば、少なくとも入口側で１０〜７０°、好ましくは２０〜６０°、より好ましくは３０〜５０°である。

ノズル２ａの出口側の直径ｄｏは、例えば、１０〜３０μｍ、好ましくは１５〜２５μｍである。

図１（ｂ）に示すノズルプレート２は、図１（ａ）に示すベースプレート２０の表面に、例えば、厚さ１０〜３０ｎｍのフッソ系樹脂蒸着膜からなる撥水膜２１を形成したものである。

図１（ｃ）に示すノズルプレート２は、図１（ｂ）に示す撥水膜２１の表面に、例えば、厚さ５０〜１００μｍの保護フィルム２２を形成したものである。

図１（ｄ）に示すノズルプレート２は、図１（ｂ）に示すベースプレート２０と撥水膜２１との間に、厚さ２０〜４０ｎｍのＳｉＯ_２等からなる下地層（接着膜）２３を形成したものである。

図１（ｅ）に示すノズルプレート２は、図１（ｄ）に示す撥水膜２１の表面に、例えば、厚さ５０〜１００μｍの保護フィルム２２を形成したものである。

なお、ノズルプレート２は、図１のものに限定されず、少なくともレーザ光照射面側が金属材料から形成され、この金属材料と有機樹脂材料を組み合わせたもの、金属材料と無機化合物材料と有機樹脂材料を組み合わせたもの等を用いることができる。また、ノズル２ａは、図１の形状のものに限定されない。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略の構成を示し、（ａ）は、第１回ノズル加工時の光学系を示す図、（ｂ）は、第２回ノズル加工時の光学系を示す図である。同図中、Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向（光軸方向）を示す。図３（ａ）は、第１回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図、図３（ｂ）は、第２回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図である。

このレーザ加工装置１００は、レーザ光１２０を出射するレーザ光源１１０を有し、レーザ光１２０の光路上に、レーザ光量調整器１３０、シャッタ１４０、１／４波長板１５０、加工マスク１６０、投影レンズ（結像光学系）１７０、およびノズルプレート２が取り付けられる可動ステージ１８０を各々配置して構成されている。

レーザ光源１１０は、例えば、パルス幅がフェムト秒オーダの直線偏光のレーザ光１２０を出射するフェムト秒レーザ光源を用いる。

レーザ光量調整器１３０は、レーザ光１２０の光量を調整するものであり、例えば、ＮＤ(Neutral Density Filter)フィルタを用いることができる。

シャッタ１４０は、レーザ光１２０を５ｍｓ以上で開閉可能な機構を有する。

１／４波長板１５０は、直線偏光のレーザ光１２０を円偏光に変換する機能を有する。

加工マスク１６０は、円形開口からなる開口パターン１６１が形成されており、本実施の形態では、光量調整段階では、例えば、直径１ｍｍの円形開口を用い、加工段階では、例えば、直径１．５ｍｍと３ｍｍの円形開口を用いる。

投影レンズ１７０は、加工マスク１６０の開口パターン１６１を通過したレーザ光１２０を所望の倍率で変倍してノズルプレート２に照射するものであり、光軸方向（Ｚ軸方向）に図示しない移動機構によって移動可能に構成されている。

可動ステージ１８０は、レーザ光１２０が通過するのに十分な大きさの開口１８１を有し、ステージ駆動部１９０によってＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能となっている。

（ノズルプレートの製造方法）
次に、図１（ａ）〜（ｅ）に示したノズルプレート２のうち、図１（ａ）に示したノズルプレート２を製造する場合について説明する。ここでは、ベースプレート２０は、厚さ３０μｍの４２アロイを用いる。

（１）光量の調整
ノズル２ａが加工されていないノズルプレート２を可動ステージ１８０上に設置し、投影レンズ１７０を投影レンズ基準位置Ｚ_１に設置し、可動ステージ１８０上に設置したノズルプレート２を投影レンズ１７０の結像位置Ｚ_３に設置し、可動ステージ１８０を可動ステージ基準位置Ｚ_４に設置し、図２に示す加工マスク１６０Ａの代わりに、直径１ｍｍの開口パターンが形成された光量調整用加工マスクを設置する。

次に、シャッタ１４０の開時間を所定の時間（例えば４秒）に設定し、光量調整用加工マスクの直径１ｍｍの開口パターンを通過するレーザ光１２０の通過光量が５ｍＷの光パワーとなるようにレーザ光量調整器１３０により調整する。

（２）第１回ノズル加工
次に、図２（ａ）に示すように、光量調整用加工マクスを、開口パターン１６１の直径が１．５ｍｍの加工マスク１６０Ａに交換し、他の加工条件を変えずにレーザ加工を開始する。

レーザ光源１１０から出射された直線偏光のレーザ光１２０は、１／４波長板１５０により円偏光に変換され、その円偏光のレーザ光１２０が加工マスク１６０Ａに形成された直径１．５ｍｍの円形の開口パターン１６１を通過することで、開口パターン１６１が投影レンズ１７０により所望の倍率（この例では約１／６０倍）に変倍されてノズルプレート２上に結像され、ノズルプレート２にレーザ光１２０が４秒間照射される。

ノズルプレート２を結像位置Ｚ_３に設置したので、照射されたレーザ光１２０のパターンに従って加工され、加工マスク１６０Ａ上に形成された円形の開口パターン１６１と相似形の円形の穴開け加工が施される。

第１回ノズル加工によりノズルプレート２には、図３（ａ）に示すように、レーザ光入射面２ｂからレーザ光出射面２ｃに向かって穴径が細くなったテーパ形状の貫通穴２０ａが形成される。この貫通穴２０ａは、例えば、レーザ光出射面２ｃにおける直径（出口径）ｄｏは２０μｍ、テーパ角度θは２０°、レーザ光入射面２ｂにおける直径（入口径）ｄｉは４１．８μｍである。また、レーザ光入射面２ｂ側の貫通穴２０ａの周囲には、０．２〜０．７μｍ程度の高さｈのバリ２０ｂが発生する。このバリ２０ｂを除去するために、次に説明する第２回ノズル加工を行う。なお、第１回ノズル加工でレーザ光１２０を複数回照射して貫通穴２０ａを形成してもよい。

（３）第２回ノズル加工
第１回ノズル加工で用いた加工マスク１６０Ａを、開口パターン１６１の直径が３．０ｍｍの加工マスク１６０Ｂに交換した後、シャッタ１４０の開時間を第１回ノズル加工時よりも短い時間（例えば１／３２秒）に設定する。他の加工条件は第１回ノズル加工時と同じので、設定の変更を要しない。

レーザ光源１１０から出射された直線偏光のレーザ光１２０は、１／４波長板１５０により円偏光に変換され、その円偏光のレーザ光１２０が加工マスク１６０Ｂに形成された直径３ｍｍの円形の開口パターン１６１を通過することで、開口パターン１６１が投影レンズ１７０により所望の倍率（この例では約１／６０倍）に変倍されてノズルプレート２上に結像され、ノズルプレート２にレーザ光１２０が１／３２秒間照射される。

第２回ノズル加工だけを行った場合は、レーザ光照射時間が極端に短いので、レーザ光１２０はノズルプレート２を貫通せずに、レーザ光入射面２ｂを薄く削る（この例では、深さは０．２〜０．４μｍ）加工が施される。

第１回ノズル加工を行った後、第２回ノズル加工を行うと、図３（ｂ）に示すように、第１回ノズル加工でレーザ光入射面２ｂに形成されていたバリ２０ｂが第２回ノズル加工によって除去され、貫通穴２０ａと同軸上に座ぐり穴２０ｃが形成される。この第１回、第２回ノズル加工によって、出口径ｄｏは、所望の直径２０μｍが得られ、レーザ光入射面２ｂ側にバリ２０ｂを有していないノズル２ａが形成される。

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ金属顕微鏡の反射光、透過光で撮った第１回ノズル加工後の貫通穴２０ａのレーザ光出射面２ｃ側の写真を示す図である。図５は、加工された貫通穴２０ａについて作製したレプリカ品のＳＥＭ像を示す図、（ａ）は、第１回レーザ加工後のＳＥＭ像、（ｂ）は、第２回レーザ加工後のＳＥＭ像である。

図４に示すように、第２回ノズル加工により、貫通穴２０ａのレーザ光出射面２ｃ側は、バリの無い円形の状態となっていることが分かる。

また、第１回ノズル加工により、図５（ａ）に示すように、レプリカ品の側壁を観察した結果、テーパ角度θが約２０°となっていることが分かる。また、第２回ノズル加工によって、図５（ａ）に見られたバリ２０ｂ’が図５（ｂ）に示すようにほとんど消えていることが分かる。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装置に関し、（ａ）は第１回ノズル加工時の光学系を示す図、（ｂ）は第２回ノズル加工時の光学系を示す図、（ｃ）は第３回ノズル加工時の光学系を示す図である。同図中、Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向（光軸方向）を示す。図７（ａ）は、第１回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図、図７（ｂ）は、第２回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図、図７（ｃ）は、第３回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図である。

このレーザ加工装置１００は、第１の実施の形態と同様に、レーザ光源１１０、レーザ光量調整器１３０、シャッタ１４０、１／４波長板１５０、加工マスク１６０、投影レンズ１７０、および可動ステージ１８０を有して構成されている。

加工マスク１６０は、円形開口からなる開口パターン１６１が形成されており、本実施の形態では、光量調整段階では、例えば、直径１ｍｍの円形開口を用い、加工段階では、例えば、直径１ｍｍと、１．５ｍｍと、４ｍｍの円形開口を用いる。

（１）光量の調整
第１の実施の形態と同様に、ノズル２ａが加工されていないノズルプレート２を可動ステージ１８０上に設置し、投影レンズ１７０を投影レンズ基準位置Ｚ_１に設置し、可動ステージ１８０上に設置したノズルプレート２を投影レンズ１７０の結像位置Ｚ_３に設置し、可動ステージ１８０を可動ステージ基準位置Ｚ_４に設置し、直径１ｍｍの開口パターン１６１が形成された加工マスク１６０Ｃを光量調整用加工マスクとして設置する。

次に、シャッタ１４０の開時間を所定の時間（例えば４秒）に設定し、光量調整用加工マスクとして用いた加工マスク１６０Ｃの直径１ｍｍの開口パターン１６１を通過するレーザ光１２０の通過光量が５ｍＷの光パワーとなるようにレーザ光量調整器１３０により調整する。

（２）第１回ノズル加工
次に、図６（ａ）に示すように、投影レンズ１７０を投影レンズ基準位置Ｚ_１からレーザ光源１１０側に１．０ｍｍに移動させる。投影レンズ１７０の移動によって焦点位置Ｚ_２および結像位置Ｚ_３がレーザ光源１１０側に移動するため、ノズルプレート２の位置が結像位置Ｚ_３から同図において右へ１．０ｍｍ離れることになる。

上記の各条件を設定した後、レーザ加工を開始する。レーザ光源１１０から出射された直線偏光のレーザ光１２０は、１／４波長板１５０により円偏光に変換され、その円偏光のレーザ光１２０が加工マスク１６０Ｃに形成された直径１ｍｍの円形の開口パターン１６１を通過することで、開口パターン１６１が投影レンズ１７０により所望の倍率（この例では約１／６０倍）に変倍されて結像位置Ｚ_３上に結像した後、ノズルプレート２上に投影されて、ノズルプレート２にレーザ光１２０が４秒間照射される。

第１回ノズル加工によって、ノズルプレート２には、図７（ａ）に示すように、大きなテーパ角度（例えば４０°）を有する貫通穴２０_ａ１が形成される。貫通穴２０_ａ１は、レーザ光出射面２ｃにおける直径（出口径）ｄ_Ｏ１は、例えば、数μｍ〜１０μｍと小さい。テーパ角度θ_１は４０°、レーザ光入射面２ｂにおける直径（入口径）ｄｉは、ｄｏを１０μｍとすると、６０．３μｍである。レーザ光入射面２ｂ側の貫通穴２０_ａ１の周囲には、０．２〜０．７μｍ程度の高さｈのバリ２０ｂが発生する。このバリを除去するために、後述する第３回ノズル加工を行う。なお、第１回ノズル加工でレーザ光１２０を複数回照射して貫通穴２０_ａ１を形成してもよい。

（貫通穴のテーパ角度と光学系の関係）
ここで、貫通穴２０ａのテーパ角度と光学系の関係を図８を参照して説明する。図８は、ノズルプレート２の結像位置Ｚ_３からのずれ量と貫通穴２０ａのテーパ角度θとの関係を示す図である。なお、同図中、結像位置Ｚ_３からレーザ光源１１０に近づく方向のずれ量をマイナス、レーザ光源１１０から遠のく方向のずれ量をプラスで表わしている。
加工条件は、以下の通りである。
（ａ）開口パターン１６１の直径：１．５ｍｍ
（ｂ）投影レンズ１７０の焦点距離：１６ｍｍ
（ｃ）加工マスク１６０Ａと基準位置Ｚ_１の投影レンズ１７０との間の距離：１.５ｍ
（ｄ）レーザ光の中心波長：８００ｎｍ
（ｅ）レーザ光のパルス幅：１００ｆｓ
（ｆ）レーザ光のエネルギー密度：２．２９Ｊ／ｃｍ^２
（ｇ）レーザ光のパルス繰返し周波数：１ｋＨｚ
（ｈ）レーザ光のパルス数：４０００パルス

図８から、ノズルプレート２の結像位置Ｚ_３からのずれ量に応じて貫通穴２０ａのテーパ角度が異なることが分かる。

図９（ａ）、（ｂ）は、ノズルプレート２の結像位置Ｚ_３からのずれ量がそれぞれ−０．７ｍｍ、＋０．６ｍｍで加工された貫通穴のレプリカ品のＳＥＭ像である。図８から、ずれ量が−０．７ｍｍのときのテーパ角度は約３４°、ずれ量が＋０．６ｍｍのときのテーパ角度は約３７°となることが分かる。また、テーパ角度が大きい方の図９（ｂ）では、レーザ光出射面２ｃの径が小さくなっていることが分かる。

また、第１回ノズル加工で形成された貫通穴２０_ａ１の出口径はテーパ角度が大きいため、本来の出口径（ここでは２０μｍ）よりも小さい（ここでは数μｍ〜１０μｍ）。このため、所望のテーパ角度は得られるが出口径が不足するので、本来の出口径とするために第２回ノズル加工を行う。

（３）第２回ノズル加工
図６（ｂ）に示すように、加工マスク１６０Ｃを直径１．５ｍｍの開口パターン１６１が形成された加工マスク１６０Ａに交換し、シャッタ１４０の開時間を０．５秒に設定し、投影レンズ１７０を投影レンズ基準位置Ｚ_１に戻す。これにより、ノズルプレート２の位置は投影レンズ１７０の結像位置Ｚ_３となる。他の加工条件は第１回ノズル加工時と同じので、設定の変更を要しない。

上記の各条件を設定した後、第２回ノズル加工を開始する。レーザ光源１１０から出射された直線偏光のレーザ光１２０は、１／４波長板１５０により円偏光に変換され、その円偏光のレーザ光１２０が加工マスク１６０Ａに形成された直径１．５ｍｍの円形の開口パターン１６１を通過することで、開口パターン１６１が投影レンズ１７０により所望の倍率（この例では約１／６０倍）に変倍されてノズルプレート２上に結像され、ノズルプレート２にレーザ光１２０が０．５秒間照射される。ノズルプレート２は結像位置Ｚ_３に位置しているので、照射されたレーザ光１２０のパターンに従って加工され、加工マスク１６０Ａ上に形成された開口パターン１６１と相似形の円形の穴開け加工が施される。

図７（ｂ）に示すように、第２回ノズル加工によってテーパ角度θ_２が第１回ノズル加工時よりも小さい貫通穴２０_ａ２が形成される。レーザ光入射面２ｂ側には、所望のテーパ角度θ_１が得られ、レーザ光出射面２ｃ側には、加工精度の高い出口径ｄ_ｏ２が得られるが、貫通穴２０_ａ１のレーザ光入射面２ｂ側の周囲にバリ２０ｂが存在するので、バリ２０ｂを除去するために第３回ノズル加工を行う。

（４）第３回ノズル加工
図６（ｃ）に示すように、加工マスク１６０Ａを開口パターン１６１の直径が４．０ｍｍの加工マスク１６０Ｄに交換し、シャッタ１４０の開時間を１／３２秒に設定する。他の加工条件は第２回ノズル加工時と同じので、設定の変更を要しない。

上記の各条件を設定した後、第３回ノズル加工を開始する。レーザ光源１１０から出射された直線偏光のレーザ光１２０は、１／４波長板１５０により円偏光に変換され、その円偏光のレーザ光１２０が加工マスク１６０Ｄに形成された直径４ｍｍの円形の開口パターン１６１を通過することで、開口パターン１６１が投影レンズ１７０により所望の倍率（この例では約１／６０倍）に変倍されてノズルプレート２上に結像され、ノズルプレート２にレーザ光１２０が１／３２秒間照射される。

図７（ｃ）に示すように、第３回ノズル加工では、レーザ照射時間が極端に短いので、レーザ光１２０はノズルプレート２を貫通せずに、レーザ光入射面２ｂを薄い膜を削る（この例では、深さは０．２〜０．４μｍ）加工が施される。第１、第２、第３回ノズル加工によって、所望のテーパ角度（この例では約４０°）と、所望の出口径（この例では２０μｍ）が得られ、さらにレーザ光入射面２ｂ側にバリ２０ｂを有していないノズル２ａが形成される。

（第２の実施の形態の変形例１）
図１０（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態の変形例１を示すノズルプレートの要部断面図である。この第２の実施の形態の変形例１は、図１０（ａ）に示すように、テーパ角度θ_１の大きな貫通穴２０_ａ１を形成し、この貫通穴２０_ａ１の加工によって発生したバリ２０ｂを、図１０（ｂ）に示すように、座ぐり穴２０ｃを形成して除去し、図１０（ｃ）に示すようにテーパ角度θ_２の小さな貫通穴２０_ａ２を形成したものである。

（第２の実施の形態の変形例２）
図１１（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態の変形例２を示すノズルプレートの要部断面図である。この第２の実施の形態の変形例２は、図１１（ａ）に示すように、テーパ角度θ_２の小さな貫通穴２０_ａ２を形成し、この貫通穴２０_ａ２の加工によって発生したバリ２０ｂを、図１１（ｂ）に示すように、テーパ角度θ_１の大きな貫通穴２０_ａ１を形成して除去し、この貫通穴２０_ａ１の加工によって発生したバリ２０ｂを、図１１（ｃ）に示すように、座ぐり穴２０ｃを形成して除去したものである。

［第３の実施の形態］
図１２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを示す要部断面図、図１２（ｂ）は、（ａ）のＡ部詳細図である。なお、同図は、１つのノズルの部分を示す。

この液滴吐出ヘッド１は、図１２（ａ）に示すように、略平行四辺形の振動板７と、振動板７上に配置された複数の圧電素子８と、複数の圧電素子８に対向する位置に形成された複数のノズル２ａとを有し、圧電素子８を駆動することにより、内部に貯留されている液体がノズル２ａから液滴として吐出するように構成されている。

また、液滴吐出ヘッド１は、ノズル２ａが形成されたノズルプレート２を有し、このノズルプレート２の吐出側と反対側の面（裏面）に、流路部材１３として、連通孔３ａ及び液プール３ｂを有するプールプレート３と、連通孔４ａ及び供給孔４ｂを有する供給孔プレート４Ａと、連通孔５ａ及び供給路５ｂを有する供給路プレート５と、連通孔４ａ及び供給孔４ｂを有する供給孔プレート４Ｂと、圧力発生室６ａを有する圧力発生室プレート６と、振動板７とが順次積層して構成されている。

また、複数の圧電素子８を覆うように、圧電素子８に電圧を印加するためのフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）１２が配設されている。

また、液プール３ｂは紙面に垂直な方向に連続して液体供給路１２を構成している。さらに、液体供給路１２からは、供給孔４ｂ及び供給路５ｂを介して圧力発生室６ａに連通し、圧力発生室６ａから連通孔５ａ，４ａ，３ａを介してノズル２ａに連通する、各ノズル２ａに液滴を供給するためのノズル供給路１４が構成されている。

ノズルプレート２は、図１２（ｂ）に示すように、図１（ａ）に対応するノズルプレート２を用いている。貫通穴２０ａのレーザ光出射面２ｃ側が吐出側となる。なお、ノズルプレート２は、図１（ａ）に示すものの他、図１（ｂ）〜（ｅ）に示すものや、その他のものを用いてもよい。例えば、ノズル２ａの周囲に撥水膜２１を形成した図１（ｂ）、（ｄ）に示すノズルプレート２を用いた場合は、ノズル２ａから吐出する液滴が安定して吐出されるようになる。また、ノズル２ａの周辺に保護フィルム２２を形成した図１（ｃ）、（ｅ）に示すノズルプレート２を用いた場合は、ノズル２ａ周辺の撥水膜２１を用紙ジャム等による機械的な破損から保護することができる。

図１２では、１つの液滴吐出ヘッド１を示すが、複数の液滴吐出ヘッド１を組み合わせて液滴吐出ヘッドユニットとして、また、複数の液滴吐出ヘッドユニットを配列して液滴吐出ヘッドアレイとして用いることができる。

（液滴吐出ヘッドの製造方法）
次に、本液滴吐出ヘッド１の製造方法の一例を説明する。

（１）流路部材の形成
流路部材用プレートの一部を所定のパターンにエッチングして、液体供給路１２及びノズル供給路１４を有する流路部材１３を形成する。なお、エッチング方法は、例えば、フォトリソグラフィ法によって、所望の形状となるようにパターニングしたレジストをマスクとした汎用の方法を用いることができる。

（２）ノズル加工
次に、第１の実施の形態で説明したように、ベースプレート２０のレーザ光入射面２ｂ、すなわち流路部材１３側からレーザー加工をすることによってノズル２ａを形成してノズルプレート２を形成する。なお、第２の実施の形態で説明した加工方法によってノズル２ａを形成してもよい。

（３）振動板及び圧電素子の接合
次に、図１２に示すように、流路部材１３上に、振動板７及び複数の圧電素子８を接合する。接合方法としては、例えば、ポリイミド，ポリスチレン等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等の接着剤を用いることができる。

（４）フレキシブルプリント配線基板の配設
次に、図１２に示すように、複数の圧電素子８を覆うように、圧電素子８に電圧を印加するためのＦＰＣ１２を配設する。

（液滴吐出ヘッドの動作）
液滴吐出ヘッド１をインクジェットプリンタに適用した場合の動作について説明する。液滴吐出ヘッド１の液プール３ｂは、図示しないインクタンクから供給されたインクで満たされており、液プール３ｂからインクが供給孔４ｂ及び供給路５ｂを介して圧力発生室６ａに供給され、圧力発生室６ａにインクが貯留している。

図示しない制御部が、画像信号に基づいて複数の圧電素子８にＦＰＣ１２を介して駆動電圧を選択的に印加すると、振動板１３は圧電素子８の変形に伴ってたわみ、これにより、圧力発生室６ａ内の容積が変化し、圧力発生室６ａに貯留しているインクが連通孔５ａ，４ａ，３ａを介してノズル２ａからインク滴として用紙上に吐出し、用紙に画像を記録する。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施が可能である。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略の構成を示し、（ａ）は、第１回ノズル加工時の光学系を示す図、（ｂ）は、第２回ノズル加工時の光学系を示す図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るノズル加工工程を示し、図３（ａ）は、第１回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図、図３（ｂ）は、第２回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る貫通穴の状態を示し、図４（ａ）は、第１回加工後の貫通穴のレーザ光出射面側の顕微鏡写真（反射光）、図４（ｂ）は、第１回加工後の貫通穴のレーザ光出射面側の顕微鏡写真（透過光）である。 図５（ａ）は、第１回ノズル加工後の貫通穴のレプリカ品のＳＥＭ像（テーパ角度およびバリ）、図５（ｂ）は、第２回ノズル加工後の貫通穴のレプリカ品のＳＥＭ像（テーパ角度およびバリ除去効果）である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装置に関し、（ａ）は第１回ノズル加工時の光学系を示す図、（ｂ）は第２回ノズル加工時の光学系を示す図、（ｃ）は第３回ノズル加工時の光学系を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態に係るノズル加工工程を示し、図７（ａ）は、第１回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図、図７（ｂ）は、第２回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図、図７（ｃ）は、第３回ノズル加工後のノズルプレートの要部断面図である。 図８は、ノズルプレートの結像位置Ｚ_３からのずれ量と貫通穴のテーパ角度θとの関係を示す図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、ノズルプレートの結像位置Ｚ_３からのずれ量がそれぞれ−０．７ｍｍ、＋０．６ｍｍで加工された貫通穴のレプリカ品のＳＥＭ像である。 図１０（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態の変形例１に係るノズルプレートのノズル加工工程を示すノズルプレートの要部断面図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態の変形例２に係るノズルプレートのノズル加工工程を示すノズルプレートの要部断面図である。 図１２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを示す要部断面図、図１２（ｂ）は、（ａ）のＡ部詳細図である。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド
２ ノズルプレート
２ａ ノズル
２ｂ レーザ光入射面
２ｃ レーザ光出射面
３ プールプレート
３ａ 連通孔
３ｂ 液プール
４Ａ 供給孔プレート
４Ｂ 供給孔プレート
４ａ 連通孔
４ｂ 供給孔
５ 供給路プレート
５ａ 連通孔
５ｂ 供給路
６ 圧力発生室プレート
６ａ 圧力発生室
７ 振動板
８ 圧電素子
１２ 液体供給路
１３ 振動板
１３ 流路部材
１４ ノズル供給路
２０ ベースプレート
２０ａ，２０_ａ１，２０_ａ２ 貫通穴
２０ｂ，２０ｂ’ バリ
２０ｃ 座ぐり穴
２１ 撥水膜
２２ 保護フィルム
２３ 下地層
１００ レーザ加工装置
１１０ レーザ光源
１２０ レーザ光
１３０ レーザ光量調整器
１４０ シャッタ
１５０ 波長板
１６０，１６０Ａ〜１６０Ｄ 加工マスク
１６１ 開口パターン
１７０ 投影レンズ
１８０ 可動ステージ
１８１ 開口
１９０ ステージ駆動部
ｄｉ 入口径
ｄｏ 出口径
ｈ バリの高さ
Ｚ_１ 投影レンズ基準位置
Ｚ_２ 焦点位置
Ｚ_３ 結像位置
Ｚ_４ 可動ステージ基準位置
θ，θ_１，θ_２ テーパ角度

Claims (7)

1. 板部材に第１のレーザ光を照射して液滴吐出用の貫通穴を形成する第１の工程と、
   前記板部材に前記第１のレーザ光と同じ方向から第２のレーザ光を照射して前記貫通穴の直径よりも大きな直径の座ぐり穴を前記貫通穴と同軸上に形成する第２の工程とを含む液滴吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第１の工程は、第１のマスクに形成された所定のサイズの開口を介して前記第１のレーザ光を前記板部材に所定の時間照射して前記貫通穴を形成し、
   前記第２の工程は、第２のマスクに形成された前記所定のサイズよりも大きなサイズの開口を介して前記第２のレーザ光を前記板部材に前記所定の時間よりも短い時間照射して前記座ぐり穴を形成する請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記第１の工程は、前記板部材上でエネルギー密度が異なる複数種類の前記第１のレーザ光を前記板部材に複数回照射して複数種類のテーパ角度を組み合わせた形状の前記貫通穴を形成する請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記第１の工程は、前記第１のレーザ光の光路上に配置された結像光学系による結像位置に対して前記板部材の位置を相対的に異ならせることにより、前記板部材上で前記エネルギー密度が異なる複数種類の前記第１のレーザ光を前記板部材に複数回照射する請求項３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記板部材は、少なくとも前記レーザ光の入射面側が金属材料から形成されている請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記第１および第２の工程は、フェムト秒レーザ光源を用いて前記第１および第２のレーザ光を照射する請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 液滴を吐出する貫通穴と前記貫通穴の入口側に前記貫通穴と同軸上に形成された座ぐり穴とを有する板部材を備えた液滴吐出ヘッド。

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