JP2016074118A - ノズル孔形成方法、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のノズル孔の形状を高精度に加工することができるノズル孔形成方法、および、このノズル孔形成方法を用いて形成されたノズルプレートを有する液体噴射ヘッド、液体噴射記録装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置のテーブルに、ノズルプレート４３をセットするノズルプレートセット工程と、テーブルにセットされたノズルプレート４３に対し、レーザ光Ｌを照射するレーザ照射工程と、レーザ光Ｌの光軸Ｃ１回りにノズルプレート４３を公転させるようにテーブルを駆動し、これにより、ノズルプレート４３に所望の大きさのノズル孔４３ａを形成する公転工程と、を有する。【選択図】図７

Description

この発明は、ノズル孔形成方法、液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置に関するものである。

従来から、被記録媒体に液体（インク）を噴射する装置として、インク室の複数のノズル孔から被記録媒体に向かってインク滴を噴射する液体噴射記録装置が知られている。このような液体噴射記録装置の中には、いわゆるインクジェット方式が採用された液体噴射ヘッド（インクジェットヘッド）を備えたものがある。
液体噴射ヘッドには、ヘッドチップが設けられている。ヘッドチップは、インクが充填される複数のチャネル（長溝）が形成されたアクチュエータプレート（圧電アクチュエータ）を備えている。各チャネルは一列に並んで配置されており、その両側壁には、それぞれ電極が設けられている。

また、ヘッドチップの端面には、ポリイミド等の樹脂材からなるノズルプレートが接合されている。ノズルプレートには、各チャネルに対応するように、複数のノズル孔が一列に並んで形成されている。各ノズル孔は、レーザ加工装置を用いて形成される。
ここで、レーザ加工装置は対物レンズを備えている。対物レンズは、レーザ光を屈曲させて集光させる役割を有している。そして、対物レンズを介してレーザ光をノズルプレートに照射することにより、このノズルプレートにノズル孔が形成される。
このような構成のもと、ヘッドチップの電極に所定の電圧を印加すると側壁が変形し、チャネル内の容積が変化する。これにより、ノズル孔からインク滴が被記録媒体に向かって噴射する。

ところで近年、液体噴射記録装置によって被記録媒体に記録される文字や画像のさらなる高詳細化が望まれている。この要望に応えるべく、ノズル孔間の狭ピッチ化が進んでいる。ノズル孔のピッチ間隔が狭くなると、その分、各ノズル孔と各チャネルとの位置ずれの許容値が小さくなる。このため、予めアクチュエータプレートにノズル孔が形成されていないノズルプレートを接合し、この後、ノズルプレートにノズル孔を形成することが考えられている。これにより、各ノズル孔と各チャネルとの位置ずれを極力小さくすることができる。

また、従来から、ノズル孔の形状を、インク滴吐出側に向かうに従って徐々に先細りとなるようにテーパ形状にすると、インク滴の吐出速度が速くなることが知られている。このため、インク滴の吐出速度を現状維持とした場合、ノズル孔がテーパ形状になっていない場合と比較して、インク滴吐出時の消費電圧を下げることができる。
さらに、テーパ角を大きくすると、この分、ノズル孔のチャネル側の開口面積が大きくなるので、インク滴吐出時の消費電圧をさらに下げることができる。

ここで、予めアクチュエータプレートにノズルプレートを接合した後、このノズルプレートにノズル孔を形成する場合、ノズルプレートのインク滴吐出側からレーザ光を照射することになる。このため、上記のようなテーパ形状のノズル孔を形成するために、レーザ光の焦点をノズルプレートの手前に設定する技術が提案されている。

欧州特許出願公開第１３９３９１１号明細書

ところで、対物レンズの種類は、屈折対物レンズと反射対物レンズとに大別されるが、この対物レンズの種類が、テーパ形状のノズル孔におけるテーパ角の大きさに影響を及ぼす。すなわち、屈折対物レンズを用いてノズル孔を形成する場合と比較して、反射対物レンズを用いてノズル孔を形成する方が、ノズル孔のテーパ角を大きくできる。これについて、図９、図１０に基づいて具体的に説明する。

図９は、屈折対物レンズの説明図であって、（ａ）は、屈折対物レンズを通過するレーザ光の軌跡を示し、（ｂ）は、屈折対物レンズを用いて形成されたノズル孔の形状を示す。図１０は、反射対物レンズの説明図であって、（ａ）は、反射対物レンズを通過するレーザ光の軌跡を示し、（ｂ）は、反射対物レンズを用いて形成されたノズル孔の形状を示す。
図９（ａ）に示すように、屈折対物レンズ１０１を用いる場合、レーザ光Ｌの拡散角θｋ１が小さくなるので、図９（ｂ）に示すように、ノズルプレート１１０に形成されるノズル孔１１１のテーパ角θｔ１が小さくなってしまう。

これに対し、図１０（ａ）に示すように、反射対物レンズ１０２を用いる場合、レーザ光Ｌの拡散角θｋ２を、屈折対物レンズ１０１と比較して大きくすることができる。このため、図１０（ｂ）に示すように、ノズルプレート１１０に形成されるノズル孔１１１のテーパ角θｔ２を、大きくすることができる。

ここで、図１０（ａ）に示すように、反射対物レンズ１０２は、レーザ光Ｌを、一旦凸面形状の第１反射鏡１０３に照射し、第１反射鏡１０３により反射されたレーザ光Ｌを凹面形状の第２反射鏡１０４で反射させ、最終的に被加工物にレーザ光Ｌを照射させるように構成されている。なお、反射対物レンズ１０２は、第１反射鏡１０３を支持するために、梁１０５が設けられている。

このように、反射対物レンズ１０２を用いてノズル孔１１１を形成する場合、このノズル孔１１１のテーパ角θｔ２を、屈折対物レンズ１０１を用いて形成されるノズル孔１１１のテーパ角θｔ１よりも大きくすることができる。しかしながら、反射対物レンズ１０２を用いる場合、レーザ光Ｌの一部が梁１０５によって遮断されることになる。このため、レーザ光Ｌの焦点Ｐから離間するほどレーザ光Ｌの断面形状における真円度が悪化してしまう。この結果、ノズル孔１１１の断面形状における真円度も悪化し、ノズルプレート１１０の品質が低下してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、所望のノズル孔の形状を高精度に加工することができるノズル孔形成方法、および、このノズル孔形成方法を用いて形成されたノズルプレートを有する液体噴射ヘッド、液体噴射記録装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係るノズル孔形成方法は、液体が充填される複数のチャネルを有するアクチュエータプレートに取り付けられるノズルプレートに、前記液体が噴射される複数のノズル孔を形成するためのノズル孔形成方法であって、レーザ加工装置のテーブルに、前記ノズルプレートをセットするノズルプレートセット工程と、前記テーブルにセットされた前記ノズルプレートに対し、レーザ光を照射するレーザ照射工程と、前記レーザ光の光軸回りに前記ノズルプレートを公転させるように前記テーブルを駆動し、これにより、前記ノズルプレートに所望の大きさの前記ノズル孔を形成する公転工程と、を有することを特徴とする。

このような方法とすることで、レーザ光の断面形状における真円度が悪化した場合であっても、レーザ光の外周部の１点が所望のノズル孔の輪郭に沿って走査するようにノズルプレートを動かすことにより、ノズル孔を高精度に加工することができる。このため、ノズルプレートの品質を高めることができる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記ノズルプレートセット工程は、予め前記アクチュエータプレートに前記ノズルプレートを取り付けた状態で、前記テーブルに前記ノズルプレートをセットすることを特徴とする。

このような方法とすることで、チャネルとノズル孔との位置ずれを、確実に抑制できる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記ノズル孔の中心と、前記レーザ光の光軸との間の距離をＭとしたとき、前記ノズルプレートの公転軌道は、前記光軸を中心に距離Ｍを半径とした円状であることを特徴とする。

このような方法とすることで、１つのノズル孔を形成する際のノズルプレートの走査距離（動作時間）をできる限り短くすることができる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記ノズルプレートの公転軌道は、前記レーザ光の光軸を中心に螺旋状になっていることを特徴とする。

このような方法とすることで、ノズル孔を形成する際、レーザ光の直径にかかわらず、加工かすが生じるのを防止できる。また、ノズル孔の断面形状を、さらに真円に近い形にすることができる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記レーザ加工装置は反射対物レンズを備え、該反射対物レンズを介して前記ノズルプレートに前記レーザ光が照射されることを特徴とする。

このような方法とすることで、ノズル孔のテーパ角を極力大きくすることができる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記公転工程において、前記反射対物レンズを前記レーザ光の光軸回りに自転させることを特徴とする。

このような方法とすることで、ノズル孔をさらに高精度に加工することができる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記反射対物レンズの自転周期は、前記公転工程における前記ノズルプレートの公転周期と一致していることを特徴とする。

このような方法とすることで、ノズル孔の形状を、限りなく所望の形状に近づけることが可能になる。

本発明に係るノズル孔形成方法は、前記ノズルプレート上での前記レーザ光の直径は、前記ノズル孔の半径よりも大きく、且つ前記ノズル孔の直径よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。

ここで、レーザ光の直径を、ノズル孔の半径よりも大きく設定すると、ノズルプレートを公転させる際、常にノズル孔の中心にレーザ光が照射されていることになる。このため、ノズル孔を形成する際、加工かすが生じるのを防止できる。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、上記の何れか１項に記載のノズル孔形成方法を用いて製造された前記ノズルプレートと、前記アクチュエータプレートと、を備えたことを特徴とする。

このように構成することで、被記録媒体に記録される文字や画像の高詳細化を図ることが可能な液体噴射ヘッドを提供できる。

本発明に係る液体噴射記録装置は、上記に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

このように構成することで、被記録媒体に記録される文字や画像の高詳細化を図ることが可能な液体噴射記録装置を提供できる。

本発明によれば、レーザ光の断面形状における真円度が悪化した場合であっても、レーザ光の外周部の１点が所望のノズル孔の輪郭に沿って走査するようにノズルプレートを動かすことにより、ノズル孔を高精度に加工することができる。このため、ノズルプレートの品質を高めることができる。

本発明の実施形態における液体噴射記録装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態における液体噴射ヘッドの斜視図である。 本発明の実施形態におけるヘッドチップの斜視図である。 本発明の実施形態におけるヘッドチップの分解斜視図である。 本発明の実施形態におけるアクチュエータプレートとカバープレートとを分解した状態の拡大斜視図である。 本発明の実施形態におけるノズル孔形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態におけるノズルプレートへのレーザ光の照射状態を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるノズルプレートへの照射状態を示す一部切欠き斜視図である。 従来の屈折対物レンズの説明図であって、（ａ）は、屈折対物レンズを通過するレーザ光の軌跡を示し、（ｂ）は、屈折対物レンズを用いて形成されたノズル孔の形状を示す。 従来の反射対物レンズの説明図であって、（ａ）は、反射対物レンズを通過するレーザ光の軌跡を示し、（ｂ）は、反射対物レンズを用いて形成されたノズル孔の形状を示す。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、液体としてインクを噴射することにより、被記録媒体に記録を行う液体噴射記録装置（液体噴射装置）を例に挙げて説明する。

（液体噴射記録装置）
図１は、液体噴射記録装置１の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、液体噴射記録装置１は、記録紙等の被記録媒体Ｓを搬送する一対の搬送手段２，３と、被記録媒体Ｓに図示しないインク（液体）を噴射する液体噴射ヘッド４と、液体噴射ヘッド４にインクを供給するインク供給手段５と、液体噴射ヘッド４を被記録媒体Ｓの搬送方向Ｙと直交する走査方向Ｘに走査させる走査手段６と、を備える。
なお、本実施形態では、搬送方向Ｙおよび走査方向Ｘの２方向に直交する方向を上下方向Ｚとする。

一対の搬送手段２，３は、搬送方向Ｙに間隔をあけて配置されており、一方の搬送手段２が搬送方向Ｙの上流側に位置し、他方の搬送手段３が搬送方向Ｙの下流側に位置している。これら搬送手段２，３は、走査方向Ｘに延設されたグリッドローラ２ａ，３ａと、このグリッドローラ２ａ，３ａに対して平行に配置されると共に、グリッドローラ２ａ，３ａとの間で被記録媒体Ｓを挟み込むピンチローラ２ｂ，３ｂと、グリッドローラ２ａ，３ａをその軸回りに回転させるモータ等の図示しない駆動機構と、をそれぞれ備えている。
そして、一対の搬送手段２，３のグリッドローラ２ａ，３ａを回転させることで、被記録媒体Ｓを搬送方向Ｙに沿った矢印Ａ方向に搬送することが可能とされている。

インク供給手段５は、インクが収容されたインクタンク１０と、インクタンク１０と液体噴射ヘッド４とを接続するインク配管１１と、を備えている。
図示の例では、インクタンク１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の四色のインクがそれぞれ収容されたインクタンク１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂが搬送方向Ｙに並んで配置されている。インク配管１１は、例えば可撓性を有するフレキシブルホースであり、液体噴射ヘッド４を支持するキャリッジ１６の動作（移動）に追従可能とされている。

走査手段６は、走査方向Ｘに延び、搬送方向Ｙに間隔をあけて互いに平行に配置された一対のガイドレール１５と、これら一対のガイドレール１５に沿って移動可能に配置されたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６を走査方向Ｘに移動させる駆動機構１７と、を備えている。
駆動機構１７は、一対のガイドレール１５の間に配置され、走査方向Ｘに間隔をあけて配置された一対のプーリ１８と、これら一対のプーリ１８の間に巻回されて走査方向Ｘに移動する無端ベルト１９と、一方のプーリ１８を回転駆動させる駆動モータ２０と、を備えている。

キャリッジ１６は、無端ベルト１９に連結されており、一方のプーリ１８の回転駆動による無端ベルト１９の移動に伴って走査方向Ｘに移動可能とされている。また、キャリッジ１６には、複数の液体噴射ヘッド４が走査方向Ｘに並んだ状態で搭載されている。
図示の例では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各インクをそれぞれ噴射する４つの液体噴射ヘッド４、すなわち液体噴射ヘッド４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂが搭載されている。

（液体噴射ヘッド）
次に、液体噴射ヘッド４について詳細に説明する。
図２は、液体噴射ヘッド４の斜視図である。
同図に示すように、液体噴射ヘッド４は、キャリッジ１６に固定される固定プレート２５と、この固定プレート２５上に固定されたヘッドチップ２６と、インク供給手段５から供給されたインクを、ヘッドチップ２６の後述するインク導入孔４１ａ（図３参照）にさらに供給するインク供給部２７と、ヘッドチップ２６に駆動電圧を印加する制御手段２８と、を備えている。

この液体噴射ヘッド４は、駆動電圧が印加されることで、各色のインクを所定の噴出量で吐出する。このとき、液体噴射ヘッド４が走査手段６により走査方向Ｘに移動することにより、被記録媒体Ｓにおける所定範囲に記録を行うことができる。この走査を、搬送手段２，３により被記録媒体Ｓを搬送方向Ｙに搬送しながら繰り返し行うことで、被記録媒体Ｓの全体に記録を行うことが可能となる。

固定プレート２５には、アルミ等の金属製のベースプレート３０が上下方向Ｚに沿って起立した状態で固定されていると共に、ヘッドチップ２６の後述するインク導入孔４１ａにインクを供給する流路部材３１が固定されている。流路部材３１の上方には、インクを貯留する貯留室を内部に有する圧力緩衝器３２がベースプレート３０に支持された状態で配置されている。そして、流路部材３１と圧力緩衝器３２は、インク連結管３３を介して連結され、圧力緩衝器３２にはインク配管１１が接続されている。

そして、圧力緩衝器３２は、インク配管１１を介してインクが供給されると、このインクを内部の貯留室内に一旦貯留した後、所定量のインクをインク連結管３３および流路部材３１を介してインク導入孔４１ａに供給する。
なお、これら流路部材３１、圧力緩衝器３２およびインク連結管３３は、上記インク供給部２７として機能する。

また、固定プレート２５には、ヘッドチップ２６を駆動するための集積回路等の制御回路（駆動回路）３５が搭載されたＩＣ基板３６が取り付けられている。この制御回路３５と、ヘッドチップ２６の後述するコモン（吐出）電極５０およびダミー電極５２は、図示しない配線パターンがプリント配線されたフレキシブル基板３７を介して電気接続されている。これにより、制御回路３５は、フレキシブル基板３７を介してコモン電極５０とダミー電極５２との間に、駆動電圧を印加することが可能とされる。
なお、これら制御回路３５が搭載されたＩＣ基板３６、およびフレキシブル基板３７は、上記制御手段２８として機能する。

（ヘッドチップ）
続いて、ヘッドチップ２６について詳細に説明する。
図３は、ヘッドチップ２６の斜視図、図４は、ヘッドチップ２６の分解斜視図である。
図３、図４に示すように、ヘッドチップ２６は、アクチュエータプレート（圧電プレート）４０、カバープレート４１、支持プレート４２およびノズルプレート４３を備え、後述する液体噴射チャネル４５Ａの長手方向端部に臨むノズル孔４３ａからインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプとされている。

図５は、アクチュエータプレート４０とカバープレート４１とを分解した状態の拡大斜視図である。
図４、図５に示すように、アクチュエータプレート４０は、第１アクチュエータプレート４０Ａおよび第２アクチュエータプレート４０Ｂの２枚のプレートを積層した積層プレート（積層基板）とされている。これら第１アクチュエータプレート４０Ａおよび第２アクチュエータプレート４０Ｂは、共に厚さ方向に分極処理された圧電基板、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス基板であり、互いの分極方向を反対に向けた状態で接合されている。
このアクチュエータプレート４０は、厚さ方向Ｌ１に直交する第１方向（配列方向）Ｌ２に長く、厚さ方向Ｌ１および第１方向Ｌ２に対して直交する第２方向Ｌ３に短い、平面視略長方形状に形成されている。

なお、本実施形態のヘッドチップ２６はエッジシュート対応であるので、厚さ方向Ｌ１が液体噴射記録装置１における走査方向Ｘに一致し、かつ第１方向Ｌ２が搬送方向Ｙ、第２方向Ｌ３が上下方向Ｚに一致する。
また、本実施形態では、アクチュエータプレート４０の側面のうち、ノズルプレート４３に対向する側面を前端面４０ａと称し、この前端面４０ａとは第２方向Ｌ３の反対側に位置する側面を後端面４０ｂと称する。

アクチュエータプレート４０の一方の主面（カバープレート４１が重なる面）４０ｃには、第１方向Ｌ２に所定の間隔をあけて並んだ複数のチャネル４５が形成されている。これら複数のチャネル４５は、一方の主面４０ｃ側に開口した状態で第２方向Ｌ３に沿って直線状に延びる溝部であり、長手方向の一方側がアクチュエータプレート４０の前端面４０ａ側に開口している。これら複数のチャネル４５の間には、断面略長方形状で第２方向Ｌ３に延びる駆動壁（圧電隔壁）４６が形成されている。この駆動壁４６によって、各チャネル４５はそれぞれ区分けされている。

また、複数のチャネル４５は、インクが充填される液体噴射チャネル（液体吐出溝）４５Ａと、インクが充填されないダミーチャネル（液体非吐出溝）４５Ｂと、に大別される。そして、これら液体噴射チャネル４５Ａとダミーチャネル４５Ｂは、第１方向Ｌ２に交互に並んで配置されている。
このうち、液体噴射チャネル４５Ａは、アクチュエータプレート４０の後端面４０ｂ側に開口することなく、前端面４０ａ側にだけ開口した状態で形成されている。一方、ダミーチャネル４５Ｂについては、アクチュエータプレート４０の前端面４０ａ側だけでなく、後端面４０ｂ側にも開口するように形成されている。

液体噴射チャネル４５Ａの内壁面、すなわち第１方向Ｌ２に向かい合う一対の側壁面および底壁面には、コモン電極（駆動電極）５０が形成されている。このコモン電極５０は、液体噴射チャネル４５Ａに沿って第２方向Ｌ３に延び、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上に形成されたコモン端子（電極端子部）５１に導通している。

なお、各コモン端子５１はそれぞれ電気的に独立するようにパターン形成されている。
また、本実施形態のコモン電極５０は、上述したように液体噴射チャネル４５Ａにおける内壁面の全体に形成されているので、一対の側壁面上に形成された側面電極５０ａと、底壁面上に形成されている。そして、側面電極５０ａ同士を接続する底面電極５０ｂとにより、断面Ｕ字状に形成された電極とされている。

一方、ダミーチャネル４５Ｂの内壁面のうち、第１方向Ｌ２に向かい合う一対の側壁面には、ダミー電極（駆動電極）５２がそれぞれ形成されている。これらダミー電極５２は、ダミーチャネル４５Ｂに沿って第２方向Ｌ３に延び、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上に形成されたダミー端子（電極端子部）５３に導通している。

なお、ダミー端子５３は、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上における後端面４０ｂ側に形成されている。そして、液体噴射チャネル４５Ａを挟んだ両側に位置するダミー電極５２同士（異なるダミーチャネル４５Ｂ内に形成されたダミー電極５２同士）を、接続するように形成されている。
この際、ダミー端子５３は、一方の主面４０ｃ上において、コモン端子５１よりも後端面４０ｂ側に離間した位置で第１方向Ｌ２に延びることにより、ダミー電極５２同士をブリッジ状に繋ぐように形成されている。

なお、本実施形態のダミー電極５２は、上述のコモン電極５０と同様に、ダミーチャネル４５Ｂの内壁面全体に一旦形成された後、内壁面における底壁面上に形成された電極部分がレーザ加工やダイシング加工等によって分断されることにより、ダミーチャネル４５Ｂの一対の側壁面にそれぞれ電気的に切り離された状態で形成される。

この他に、ダミーチャネル４５Ｂの内壁面全体に形成されたダミー電極５２を電気的に切り離す方法としては、液体噴射チャネル４５Ａと比較してダミーチャネル４５Ｂの溝深さを深く形成し、一方の主面４０ｃとは反対側の他方の主面４０ｄ（図５における下側の主面）をグラインダー等により切削し、ダミーチャネル４５Ｂを厚さ方向両端で開口させる方法がある。但し、この場合、アクチュエータプレート４０の他方の主面４０ｄにガラス板等の支持板を貼付け、分断されたダミーチャネル４５Ｂの側壁を支持する必要がある。

このような構成のもと、フレキシブル基板３７を介して制御回路３５がコモン端子５１およびダミー端子５３を通じて、コモン電極５０とダミー電極５２との間に駆動電圧を印加すると、駆動壁４６が変形する。そして、液体噴射チャネル４５Ａ内に充填されたインクに圧力変動が生じる。これにより、液体噴射チャネル４５Ａ内のインクをノズル孔４３ａより吐出することができ、被記録媒体Ｓに文字や図形等の各種情報を記録することが可能となる。

図３、図４に示すように、カバープレート４１は、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上に重ね合されている。このカバープレート４１には、インク導入孔４１ａが第１方向Ｌ２に長い平面視矩形状に形成されている。
このインク導入孔４１ａには、図６に示すように、流路部材３１を介して供給されてきたインクを液体噴射チャネル４５Ａ内に導入させ、かつダミーチャネル４５Ｂ内への導入を規制する複数のスリット５５ａが形成されたインク導入板５５が形成されている。つまり、複数のスリット５５ａは、液体噴射チャネル４５Ａに対応する位置に形成されており、各液体噴射チャネル４５Ａ内にのみインクを充填することが可能とされる。

なお、カバープレート４１は、例えばアクチュエータプレート４０と同じＰＺＴセラミックス基板で形成され、アクチュエータプレート４０と同じ熱膨張をさせることで、温度変化に対する反りや変形を抑制している。しかしながら、この場合に限られず、アクチュエータプレート４０とは異なる材料でカバープレート４１を形成しても構わない。但し、アクチュエータプレート４０およびカバープレート４１は、それぞれ熱膨張係数が近い材料を用いることが好ましい。

支持プレート４２は、重ね合されたアクチュエータプレート４０およびカバープレート４１を支持していると共に、ノズルプレート４３を同時に支持している。支持プレート４２には、第１方向Ｌ２に沿って嵌合孔４２ａが形成されており、重ね合されたアクチュエータプレート４０およびカバープレート４１をこの嵌合孔４２ａ内に嵌め込んだ状態で支持している。この際、支持プレート４２は、アクチュエータプレート４０の前端面４０ａと面一となるように組み合わされている。

ノズルプレート４３は、支持プレート４２およびアクチュエータプレート４０の前端面４０ａに、例えば接着等により固定されている。
ノズルプレート４３は、例えばポリイミド等のフィルム材からなるシートである。なお、ノズルプレート４３における被記録媒体Ｓに対向する対向面には、例えばインクの付着等を防止するための撥水膜がコーティングされている。

また、ノズルプレート４３には、第１方向Ｌ２に所定の間隔をあけて複数のノズル孔４３ａが一列に並んだ状態で形成されている。これらノズル孔４３ａは、複数の液体噴射チャネル４５Ａに対してそれぞれ対向する位置に形成されており、各液体噴射チャネル４５Ａ内に連通する。また、図４に詳示するように、ノズル孔４３ａは、その断面形状が第２方向Ｌ３の前方（Ｚ方向の下方）に向かうに従って、徐々に先細りとなるようにテーパ状に形成されている。
なお、通常時にノズル孔４３ａからインクが吐出されないように、各ノズル孔４３ａにおいて適切なメニスカスが保たれている。また、ノズル孔４３ａの形成方法については、後述する。

（液体噴射記録装置の動作）
上記のように構成された液体噴射記録装置１により、被記録媒体Ｓに情報を記録する場合の動作について説明する。

この場合には、図１に示すように、例えば、一対の搬送手段２，３により被記録媒体Ｓを搬送方向Ｙに搬送させながら、走査手段６によりキャリッジ１６を介して各液体噴射ヘッド４を走査方向Ｘに往復移動させる。この間に、各液体噴射ヘッド４において、制御回路３５がコモン端子５１とダミー端子５３との間に駆動電圧を印加する。これにより、駆動壁４６に厚みすべり変形を生じさせ、液体噴射チャネル４５Ａ内に充填されたインクに圧力波を発生させる。この圧力波により、液体噴射チャネル４５Ａの内圧が高まるので、インクをノズル孔４３ａから吐出させることができる。

この際、インクはノズル孔４３ａを通過する際に、液滴状のインク滴となって吐出される。ここで、ノズル孔４３ａは、インク滴吐出側の面４４ａに向かうに従って徐々に先細りとなるようにテーパ状に形成されているので、コモン端子５１とダミー端子５３に印加する駆動電圧を低くしても、所望の吐出速度が得られる。この結果、液体噴射記録装置１を動作させる際の消費電圧を下げつつ、被記録媒体Ｓに４色のインクを利用して、文字や図形等の各種情報を詳細に記録することができる。

（ノズル孔形成装置）
図６は、ノズル孔形成装置の概略構成図である。
同図に示すように、ノズル孔形成装置６０は、ノズルプレート４３にレーザ光Ｌ（図８参照）を照射してノズル孔４３ａを形成するためのものである。
ノズル孔形成装置６０は、ノズルプレート４３がセットされるテーブル６１と、レーザ光Ｌを発光するレーザ発振器６２とを備え、さらに、テーブル６１とレーザ発振器６２との間に、レーザ発振器６２側から順に光路に沿って、シャッター６３、減衰器６４、全反射ミラー６５，６６、フライアイレンズ６７、コンデンサレンズ６８、フィールドレンズ６９、全反射ミラー７１、マスク７２、および反射対物レンズ７３を備えている。

テーブル６１は、水平方向で、かつ互いに直交するＸ軸およびＹ軸方向と、Ｘ軸、Ｙ軸方向のそれぞれと直交するＺ軸方向とに駆動可能に構成されている。そして、テーブル６１は、Ｘ軸駆動、Ｙ軸駆動をそれぞれ別々に行って、Ｘ方向、Ｙ方向に沿う直線方向に走査させたり、Ｘ軸駆動、Ｙ軸駆動を同時に行って旋回走査させたりすることが可能なように構成されている。また、Ｚ軸駆動させることにより、ノズルプレート４３と、このノズルプレート４３に照射されるレーザ光Ｌの焦点Ｐ（図８参照）との距離を調整することが可能なように構成されている。

ここで、テーブル６１にセットされるノズルプレート４３は、このノズルプレート４３に、アクチュエータプレート４０、カバープレート４１および支持プレート４２を接合した状態（図３）で、かつノズルプレート４３を反射対物レンズ７３側に向けた状態でセットされる。
これは、ノズルプレート４３にノズル孔４３ａを形成した後に、ノズルプレート４３をアクチュエータプレート４０や支持プレート４２に接合するとなると、ノズル孔４３ａと各チャネル４５Ａ，４５Ｂとの位置関係がずれたり、接合後に高温でキュアする際にノズルプレート４３が伸縮したり膨張したりして寸法精度が低下してしまうからである。

シャッター６３は、レーザ発振器６２から発光されるレーザ光Ｌを遮断したり開放したりする。つまり、シャッター６３によって、レーザ光ＬのＯＮ・ＯＦＦ制御を行う。
減衰器６４は、レーザ発振器６２から発光されたレーザ光Ｌの強度を調整する。
フライアイレンズ６７およびコンデンサレンズ６８は、レーザ光Ｌを平行光に変換する。
フィールドレンズ６９は、レーザ光Ｌの収差を補正する。
マスク７２は、レーザ光Ｌの断面形状を決定するものである。すなわち、マスク７２は、レーザ光Ｌが通過する際、このレーザ光Ｌの一部を遮断し、マスク７２を通過するレーザ光Ｌの断面形状が所望の形となるようにしている。

そして、反射対物レンズ７３によりレーザ光Ｌを集光し、この集光されたレーザ光Ｌをノズルプレート４３に照射することにより、このノズルプレート４３にノズル孔４３ａを形成する。このとき、テーブル６１を旋回駆動させながら、各ノズル孔４３ａを形成していく。以下に、より具体的に説明する。

（ノズル孔の形成方法）
図７は、ノズルプレートへのレーザ光の照射状態を示す平面図、図８は、ノズルプレートへの照射状態を示す一部切欠き斜視図である。
図７、図８に示すように、まず、ノズル孔形成装置６０のテーブル６１にノズルプレート４３（ノズルプレート４３、アクチュエータプレート４０、カバープレート４１および支持プレート４２）をセットする（ノズルプレートセット工程）。
続いて、レーザ発振器６２からレーザ光Ｌを照射（レーザ照射工程）した後、テーブル６１を、レーザ光Ｌの光軸Ｃ１回りにノズルプレート４３が公転するように駆動させる（公転工程）。

公転工程におけるノズルプレート４３の公転軌道は、レーザ光Ｌの光軸Ｃ１と所望のノズル孔４３ａの中心Ｃ２との間の距離をＭとしたとき、この距離Ｍを半径とした円Ｓとなる。これにより、ノズルプレート４３に、所望の形状のノズル孔４３ａが形成される（トレパニング加工）。
なお、図７、図８では、説明を分かり易くするために、ノズルプレート４３が公転する際のレーザ光Ｌの相対移動の軌跡を示している。このため、一見、レーザ光Ｌが所望のノズル孔４３ａの形状に沿って移動しているように見えるが、実際は、レーザ光Ｌは１本で移動しておらず、ノズルプレート４３が移動している。

また、ノズルプレート４３に照射されるレーザ光Ｌの焦点Ｐは、ノズルプレート４３のインク滴吐出側の面４４ａ若干手前（ノズルプレート４３よりも若干インク滴吐出側）に設定されている。これにより、ノズル孔４３ａの形状は、インク滴吐出側に向かうに従って徐々に先細りとなるようにテーパ状になる。さらに、レーザ光Ｌのノズルプレート４３上の直径Ｄ１（以下、単にレーザ光Ｌの直径Ｄ１と称す）は、このノズルプレート４３の同一面上のノズル孔４３ａの直径Ｄ２（以下、単にノズル孔４３ａの直径Ｄ２と称す）よりも小さく設定されている。

図７においては、レーザ光Ｌの直径Ｄ１は、ノズル孔４３ａの半径Ｄ２／２よりも小さく設定されている。しかしながら、これに限られるものではなく、レーザ光Ｌの直径Ｄ１は、ノズル孔４３ａの半径Ｄ２／２よりも大きく設定されていてもよい。さらに、レーザ光Ｌの直径Ｄ１は、
Ｄ２＞Ｄ１＞Ｄ２／２・・・（１）
を満たしていることが望ましい。
式（１）を満たすことにより、レーザ光Ｌは、常にノズル孔４３ａの中心Ｃ２を通ることになる。このため、ノズル孔４３ａを形成する際（トレパニング加工する際）の加工かすの発生を防止することができる。

ここで、上述したように、反射対物レンズ７３を介して照射されるレーザ光Ｌは、焦点Ｐから離間するほどレーザ光Ｌの断面形状における真円度が悪化してしまう。このため、ノズルプレート４３のインク滴吐出側の面４４ａでは、レーザ光Ｌの断面形状が真円に近い形であっても、ノズルプレート４３を貫通する時点では、その断面形状の真円度が悪化している。つまり、レーザ光Ｌの断面形状が真円からずれた形になっている（図７におけるＬ’参照）。

しかしながら、ノズルプレート４３を公転させることにより、レーザ光Ｌの外周部の１点がノズル孔４３ａの輪郭に沿って走査する形になる。このため、ノズルプレート４３のアクチュエータプレート４０側の面４４ｂにおけるノズル孔４３ａの真円度を高めることができる。この結果、ノズル孔４３ａの全体形状は、限りなく円錐台に近い形になる。
なお、ノズル孔４３ａの最小円径（インク滴吐出側の面４４ａの直径）は、例えば約２０μｍ〜４０μｍ程度に設定され、このときのノズル孔４３ａの最大円径（アクチュエータプレート４０側の面４４ｂの直径）を、例えば約４０μｍ〜７０μｍ程度にすることができる。

したがって、上述の実施形態によれば、レーザ光Ｌの断面形状における真円度が悪化した場合であっても、レーザ光Ｌの外周部の１点が所望のノズル孔４３ａの輪郭に沿って走査するようにノズルプレート４３を動かすことにより、ノズル孔４３ａを高精度に加工することができる。このため、ノズルプレート４３の品質を高めることができる。

また、ノズルプレートセット工程において、予めノズルプレート４３に、アクチュエータプレート４０、カバープレート４１および支持プレート４２を接合することにより、ノズル孔４３ａと各チャネル４５Ａ，４５Ｂとの位置関係のずれを防止できる。これに加え、アクチュエータプレート４０、カバープレート４１および支持プレート４２へのノズルプレート４３の接合後のキュアにより、ノズルプレート４３が伸縮したり膨張したりして寸法精度が低下してしまうことを防止できる。

さらに、公転工程におけるノズルプレート４３の公転軌道は、レーザ光Ｌの光軸Ｃ１と所望のノズル孔４３ａの中心Ｃ２との間の距離をＭとしたとき、この距離Ｍを半径とした円Ｓとなっている。すなわち、レーザ光Ｌを用いてノズルプレート４３にトレパニング加工を施すことにより、ノズル孔４３ａを形成している形になる。このため、１つのノズル孔４３ａを形成する際のノズルプレート４３の走査距離（動作時間）をできる限り短くすることができる。

また、上述の実施形態では、ノズル孔形成装置６０に反射対物レンズ７３を設け、この反射対物レンズ７３を介してノズルプレート４３にレーザ光Ｌを照射している。このため、ノズル孔４３ａのテーパ角を極力大きくすることができる。
さらに、レーザ光Ｌの直径をＤ１とし、ノズル孔４３ａの直径をＤ２としたとき、レーザ光Ｌの直径Ｄ１を、式（１）を満たすように設定することにより、ノズル孔４３ａを形成する際の加工かすの発生を防止することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ノズルプレートセット工程において、予めノズルプレート４３に、アクチュエータプレート４０、カバープレート４１および支持プレート４２を接合した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ノズルプレートセット工程において、ノズルプレート４３単体を、テーブル６１にセットしてもよい。
望ましくは、少なくともノズルプレート４３にアクチュエータプレート４０を接合した状態で、テーブル６１にセットするとよい。このようにすることで、少なくともノズル孔４３ａと各チャネル４５Ａ，４５Ｂとの位置関係のずれを防止できる。

また、上述の実施形態では、ノズルプレート４３に１つのノズル孔４３ａを形成するにあたって、１本のレーザ光Ｌをノズルプレート４３に照射している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、１つのノズル孔４３ａを形成するにあたって、複数のレーザ光Ｌを照射してもよい。
さらに、ノズル孔形成装置６０として、１つのノズル孔４３ａにつき、１つのレーザ光Ｌを照射するように構成しつつ、複数のレーザ光Ｌを発光するように構成してもよい。このように構成することで、複数のノズル孔４３ａを同時に形成することが可能になる。

また、上述の実施形態では、公転工程におけるノズルプレート４３の公転軌道は、レーザ光Ｌの光軸Ｃ１と所望のノズル孔４３ａの中心Ｃ２との間の距離をＭとしたとき、この距離Ｍを半径とした円Ｓとなっている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ノズルプレート４３の公転軌道を、レーザ光Ｌの光軸Ｃ１を中心に螺旋状となるようにしてもよい。
このような方法とすることで、レーザ光Ｌの直径Ｄ１の大きさにかかわらず、ノズル孔４３ａを形成する際の加工かすの発生を防止できる。これに加え、ノズル孔４３ａの断面形状を、さらに真円に近い形にすることができる。

さらに、上述の実施形態では、レーザ光Ｌ自体は、１点に停止している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、反射対物レンズ７３自体を、光軸Ｃ１を中心にして自転させてもよい。このように構成することで、ノズルプレート４３を公転させない場合であっても、レーザ光Ｌの外周部の軌跡を真円に近づかせることができる。このため、ノズルプレート４３の公転に加えて反射対物レンズ７３を自転させることにより、ノズル孔４３ａをさらに高精度に加工することが可能になる。
さらに、反射対物レンズ７３を自転させる際、ノズルプレート４３の公転周期と一致させることにより、ノズル孔４３ａの形状を、限りなく所望の形状に近づけることができる。

また、上述の実施形態では、ノズル孔４３ａが円錐台状になるようにノズルプレート４３を走査させる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ノズル孔４３ａが楕円錐台状になるようにノズルプレート４３を走査させてもよい。すなわち、上述の実施形態によれば、ノズル孔４３ａの形状を、仕様に応じてさまざまな形状に形成することができる。

さらに、上述の実施形態では、ノズルプレート４３は、例えばポリイミド等のフィルム材からなるシートである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな材料（例えば、ステンレス等）をノズルプレート４３に適用することが可能である。
また、上述の実施形態では、ヘッドチップ２６は、液体噴射チャネル４５Ａの長手方向端部に臨むノズル孔４３ａからインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプとされている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、液体噴射チャネル４５Ａの短手方向端部からインク滴を吐出するいわゆるサイドシュートタイプにも、上述のノズル孔形成方法を適用することができる。

１…液体噴射記録装置 ４…液体噴射ヘッド ４０…アクチュエータプレート ４３…ノズルプレート ４３ａ…ノズル孔 ４５Ａ…液体噴射チャネル（チャネル） ４５Ｂ…ダミーチャネル（チャネル） ６０…ノズル孔形成装置（レーザ加工装置） ６１…テーブル ７３…反射対物レンズ Ｃ…光軸 Ｌ…レーザ光

Claims (10)

1. 液体が充填される複数のチャネルを有するアクチュエータプレートに取り付けられるノズルプレートに、前記液体が噴射される複数のノズル孔を形成するためのノズル孔形成方法であって、
   レーザ加工装置のテーブルに、前記ノズルプレートをセットするノズルプレートセット工程と、
   前記テーブルにセットされた前記ノズルプレートに対し、レーザ光を照射するレーザ照射工程と、
   前記レーザ光の光軸回りに前記ノズルプレートを公転させるように前記テーブルを駆動し、これにより、前記ノズルプレートに所望の大きさの前記ノズル孔を形成する公転工程と、
   を有することを特徴とするノズル孔形成方法。
2. 前記ノズルプレートセット工程は、予め前記アクチュエータプレートに前記ノズルプレートを取り付けた状態で、前記テーブルに前記ノズルプレートをセットすることを特徴とする請求項１に記載のノズル孔形成方法。
3. 前記ノズル孔の中心と、前記レーザ光の光軸との間の距離をＭとしたとき、
   前記ノズルプレートの公転軌道は、前記光軸を中心に距離Ｍを半径とした円状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル孔形成方法。
4. 前記ノズルプレートの公転軌道は、前記レーザ光の光軸を中心に螺旋状になっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル孔形成方法。
5. 前記レーザ加工装置は反射対物レンズを備え、該反射対物レンズを介して前記ノズルプレートに前記レーザ光が照射されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のノズル孔形成方法。
6. 前記公転工程において、前記反射対物レンズを前記レーザ光の光軸回りに自転させることを特徴とする請求項５に記載のノズル孔形成方法。
7. 前記反射対物レンズの自転周期は、前記公転工程における前記ノズルプレートの公転周期と一致していることを特徴とする請求項６に記載のノズル孔形成方法。
8. 前記ノズルプレート上での前記レーザ光の直径は、前記ノズル孔の半径よりも大きく、且つ前記ノズル孔の直径よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のノズル孔形成方法。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載のノズル孔形成方法を用いて製造された前記ノズルプレートと、
   前記アクチュエータプレートと、
   を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
10. 請求項９に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射記録装置。

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