JP2017019174A - 孔形成方法、インクジェットヘッドおよびインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力のレーザ光によっても孔を精度良く形成することが可能な孔形成方法、並びに、当該孔形成方法によりインク吐出用のノズルが形成されたインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を提供する。
【解決手段】孔形成方法は、パルスレーザ光の照射位置を螺旋状の走査経路Ｔ１、Ｔ２上において変化させるステップと、各照射位置においてターゲットにパルスレーザ光を照射するステップと、を備える。走査経路Ｔ１、Ｔ２上における照射位置の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲの両方もしくは何れか一方が、少なくとも螺旋の中心から所定の範囲において、径方向の位置が螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光により孔を形成する孔形成方法、並びに、当該孔形成方法によりインク吐出用のノズルが形成されたインクジェットヘッドおよびインクジェット装置に関する。

インクジェット装置は、インクジェットヘッドからインクを吐出することにより、被印刷面に印字や描画を行う装置である。インクジェット装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを充填するための圧力室と、圧力室にインクを導くための流路と、圧力室に繋がるノズルと、圧力室に充填されたインクに圧力を付与するアクチュエータとを備える。アクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を高めることにより、圧力室に充填されたインクがノズルから吐出される。一つのインクジェットヘッドには、インクの色ごとに、多数のノズルが設けられる。各ノズルの孔は、同じ形状およびサイズとなるように形成される。また、各ノズルから適量のインクが良好に吐出されるよう、各ノズルの孔は、精度良く形成される必要がある。ノズルの孔は、数１０マイクロメータの径となっている。

以下の特許文献１には、ノズルの孔を精度良く形成可能な加工方法が記載されている。この加工方法では、一定の円弧速度でレーザ光の照射位置を螺旋状に変化させることによって、ターゲットに孔が形成される。レーザ光の照射位置では、高出力のパルスレーザ光の照射によってアブレーションが生じ、ターゲットが掘り下げられる。したがって、照射位置を螺旋状に変化させることにより、ターゲットが円形に掘り下げられる。この工程を繰り返すことにより、ターゲットに孔が形成される。特許文献１の加工方法では、レーザ光の照射位置を一定の円弧速度で変化させることにより、孔の形成精度が高められている。

特許第４４５５８８４号公報

近年、レーザ光源の高出力化が進んでいる。上記加工方法において、レーザ光源の出力をさらに高めると、孔の形成速度を高めることが可能となり、孔の形成に要する時間を短縮できる。しかしながら、レーザ光源の出力を高めると、孔の形成対象であるターゲットが蓄熱し、既にレーザ光を照射した照射位置に隣接する他の照射位置の温度が上昇する。この状態で他の照射位置にレーザ光が照射されると、アブレーションによる掘り下げが不安定となり、孔の形成精度が低下してしまう。

かかる課題に鑑み、本発明は、高出力のレーザ光によっても孔を精度良く形成することが可能な孔形成方法、並びに、当該孔形成方法によりインク吐出用のノズルが形成されたインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、レーザ光を用いてターゲットに孔を形成する孔形成方法に関する。第１の態様に係る孔形成方法は、パルスレーザ光の照射位置を螺旋状の走査経路上において変化させ、前記各照射位置において前記ターゲットにパルスレーザ光を照射する。ここで、前記走査経路上における前記照射位置の間隔および前記走査経路のピッチの両方もしくは何れか一方が、少なくとも前記螺旋の中心から所定の範囲において、径方向の位置が前記螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定されている。

螺旋の中心付近は、螺旋の径が小さいため、円弧速度一定の場合、１周の周期が短くなる。このため、円弧速度一定でレーザ光を照射すると、螺旋の中心に近づくほどレーザ光の照射位置が集中し、ターゲットに熱が蓄積され易くなる。これに対し、本態様に係る孔形成方法によれば、上記のように、照射位置の間隔および走査経路のピッチの両方もしくは何れか一方が、少なくとも螺旋の中心から所定の範囲において、径方向の位置が螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定されている。このため、螺旋の中心付近におけるパルスレーザ光の照射位置の集中が抑えられる。これにより、温度が大きく上昇した状態でパルスレーザ光が照射されることが抑制され、アブレーションによる掘り下げを安定的に行うことができる。よって、高出力のレーザ光によっても孔を精度良く形成することができる。

本発明の第２の態様は、インクジェットヘッドに関する。第２態様に係るインクジェットヘッドは、圧電体素子を備えるアクチュエータと、インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える。前記ノズルは、第１の態様に係る孔形成方法により前記インクを吐出するための孔が形成されている。

本発明の第３の態様は、インクジェット装置に関する。第３の態様に係るインクジェット装置は、第３の態様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、を備える。

第２の態様および第３の態様によれば、ノズルの孔の形成精度の向上に伴い、インクジェットヘッドおよびインクジェット装置の性能を向上させることができる。

以上のとおり、本発明によれば、高出力のレーザ光によっても孔を精度良く形成することが可能な孔形成方法、並びに、当該孔形成方法によりインク吐出用のノズルが形成されたインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施の形態に係る孔形成装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態に係る孔形成方法の制御フローチャートである。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る孔形成方法の第１の走査経路と第２の走査経路を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態に係る第１および第２の走査経路を重ねた状態を模式的に示す図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る孔形成方法による孔の形成過程を模式的に示す図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る第１および第２の走査経路における照射位置の間隔と第１および第２の走査経路のピッチの設定方法を模式的に示す図である。 図７（ａ）は実施例に係るインクジェットヘッドの構成を示す図、図７（ｂ）は実施例に係るアクチュエータと構造体とを組み合わせた構成を模式的に示す図である。 図８（ａ）は実施例に係るアクチュエータと構造体の一部を拡大した図、図８（ｂ）は、実施例に係るメイン流路と圧力室の部分を模式的に示す図である。 図９は、実施例に係るアクチュエータの圧力室付近の構成を示す断面図である。 図１０は、変更例に係る孔形成方法の制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、実施の形態に係る孔形成装置１００の構成を示す図である。

孔形成装置１００は、レーザ光源１０１と、減衰器１０２と、ミラー１０３と、シャッター１０４と、ビームエキスパンダ１０５と、１／２波長板１０６と、走査ミラー１０７と、ＤＯＥ１０８と、走査レンズ１０９と、マイクロフィルタ１１０と、イメージトランスファレンズ１１１と、を備える。

レーザ光源１０１は、パルス幅（持続時間）が２０ピコ秒程度の高強度のパルスレーザ光を一定周期で連続的に出力する。レーザ光源１０１は、制御回路（図示せず）によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。減衰器１０２は、レーザ光源１０１から出射されるパルスレーザ光を減衰させる。ミラー１０３は、減衰器１０２によって減衰されたパルスレーザ光をシャッター１０４に向かう方向に反射する。

シャッター１０４は、ミラー１０３により反射されたパルスレーザ光を遮断および透過する。シャッター１０４は、制御回路（図示せず）によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。

ビームエキスパンダ１０５は、パルスレーザ光のビームサイズを増大させる。ここでは、ＤＯＥ１０８を正しく機能させることと、走査レンズ１０９の瞳孔サイズにビームサイズを一致させることの両方を目的としてビームサイズが増大される。１／２波長板１０６は、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光の偏光方向を調整する。

走査ミラー１０７は、パルスレーザ光の反射方向を変化させる。走査ミラー１０７は、制御回路（図示せず）により制御される。後述のように、走査ミラー１０７は、パルスレーザ光が螺旋状の走査経路を辿るように駆動される。走査ミラー１０７は、たとえば、ピエゾアクチュエータとミラーとを組み合わせて構成される。

ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）１０８は、回折作用によって、パルスレーザ光を直線状に並ぶ複数のサブビームに分離する。走査レンズ１０９は、分離されたサブビームを収束させる。マイクロフィルタ１１０は、サブビームの強度を均一化する。イメージトランスファレンズ１１１は、各サブビームをターゲット１１２上の直線状に並ぶ位置に結像させる。サブビームは、たとえば、１０μｍ程度の径のビームスポットに結像される。ターゲット１１２は、孔の形成対象である部材であって、たとえば、ステンレス等の金属材料からなっている。たとえば、ターゲット１１２は、インクジェットヘッドのノズルが形成される板状の部材である。

本実施の形態では、ターゲット１１２に円形の孔を形成するために、一列に並ぶ複数のサブビームがそれぞれ螺旋状の走査経路上の所定の照射位置でターゲット１１２に照射されるよう、レーザ光源１０１の出射パルスに同期して、走査ミラー１０７が制御される。サブビームがターゲット１１２に照射されると、ターゲット１１２上の各照射位置においてアブレーションが生じ、ターゲット１１２が掘り下げられる。したがって、照射位置を螺旋状に変化させることにより、ターゲット１１２が円形に掘り下げられる。この工程を繰り返すことにより、ターゲット１１２に孔が形成される。

図２は、孔形成方法の制御フローチャートである。図２の制御は、図示しない制御回路によって行われる。

孔形成処理が開始されると、シャッター１０４が閉塞された状態で（Ｓ１０１）、レーザ光源１０１が駆動される（Ｓ１０２）。これにより、レーザ光源１０１からパルスレーザ光が出射される。出射されたパルスレーザ光はシャッター１０４によって遮断される。次に、変数ｎに１が設定され（Ｓ１０３）、シャッター１０４が開放される（Ｓ１０４）。同時に、最初に掘り下げられる１番目の層の径がＤ１に設定され（Ｓ１０５）、設定された径Ｄ１に応じて走査ミラー１０７が間欠駆動される（Ｓ１０６）。走査ミラー１０７は、パルスレーザ光（各サブビーム）の照射位置がターゲット１１２上において螺旋状の走査経路を所定の間隔で移動するように間欠的に駆動される。径Ｄ１によって、走査経路の最外周位置Ｅ１が設定される。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２を模式的に示す図である。パルスレーザ光（各サブビーム）の照射位置は、図３（ａ）の第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１から第１の走査経路Ｔ１に沿って所定の間隔で順次設定される。ここでは、第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１が第１の走査経路Ｔ１の最内周位置に設定されている。したがって、第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１は、第１の走査経路Ｔ１の最外周位置にある。第１の走査経路Ｔ１は、螺旋状に設定されている。図３（ａ）のＰｉは、第１の走査経路Ｔ１上において始端Ｓ１からｉ番目に設定された照射位置であり、Ｐｉ＋１は、ｉ＋１番目に設定された照射位置である。

パルスレーザ光の照射位置が第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１まで進むと、図３（ｂ）に示す第２の走査経路Ｔ２に沿って照射位置が移動する。第２の走査経路Ｔ２の始端Ｓ２は第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１に繋がっており、第２の走査経路Ｔ２の終端Ｅ２は第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１に繋がっている。第２の走査経路Ｔ２は、第１の走査経路Ｔ１と同じく螺旋状であるが、巻き方向が第１の走査経路Ｔ１と逆になっている。したがって、パルスレーザ光の照射位置は、第２の走査経路Ｔ２に沿って内周方向に移動し、最終的に、第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１に戻る。図３（ｂ）のＰｊは、第２の走査経路Ｔ２上において始端Ｓ２からｊ番目に設定された照射位置であり、Ｐｊ＋１は、ｊ＋１番目に設定された照射位置である。

図４は、第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２を重ねた状態を模式的に示す図である。パルスレーザ光の照射位置は、実線で示す第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１から第１の走査経路Ｔ１に沿って終端Ｅ１まで移動した後、破線で示す第２の走査経路Ｔ２に沿って第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１へと戻る。これを１サイクルとして、所定回数、サイクルが繰り返される。１サイクル中の各照射位置においてパルスレーザ光がターゲット１１２に導かれることにより、ターゲット１１２が円形に掘り下げられる。１サイクルにより掘り下げられる層の径は、第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１の径方向位置により決まる。

図２に戻り、ステップＳ１０５では、掘り下げられる第ｎ番目の層の径Ｄｎが設定される。つまり、ステップＳ１０５において、第ｎ番目の層を掘り下げるときの第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１の径方向位置が設定される。第ｎ番目の層の径Ｄｎは、ターゲット１１２に形成する孔の形状に応じて予め孔形成装置１００に設定されている。

こうして、掘り下げられる第ｎ番目の層の径Ｄｎ、すなわち、第ｎ番目の層を掘り下げるときの第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１の径方向位置が設定され（Ｓ１０５）、設定された終端Ｅ１の径方向位置に応じて走査ミラー１０７が間欠的に駆動される（Ｓ１０６）。すなわち、パルスレーザ光の照射位置が、図３（ａ）の第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１からステップＳ１０３で設定された終端Ｅ１まで間欠的に移動した後、図３（ｂ）の第２の走査経路Ｔ２に沿って第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１へと間欠的に戻るように、走査ミラー１０７が駆動される。

こうして走査ミラー１０７の駆動が開始された後、１サイクルの走査が終了したか否かが判定される（Ｓ１０７）。１サイクルの走査が終了すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、変数ｎが予め設定された目標数ｎｓに到達したか否かが判定される（Ｓ１０８）。目標数ｎｓは、ターゲット１１２に形成する孔の深さに応じて予め孔形成装置１００に設定されている。

変数ｎが目標数ｎｓに到達していない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、変数ｎに１が加算され、処理がステップＳ１０５に戻される。これにより、次の層に対する掘り下げ処理が行われる。ステップＳ１０５では、次に掘り下げられる層の径Ｄが設定され、設定された径Ｄｎに応じて走査ミラー１０７が間欠駆動される。こうして、変数ｎが目標数ｎｓに到達するまで（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理が繰り返される。すなわち、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２による照射位置の変化がｎｓ回実行され、ｎｓ個の層に対する掘り下げが行われる。これにより、ターゲット１１２に孔が形成される。

こうして、変数ｎが目標数ｎｓに到達すると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、シャッター１０４が閉塞され（Ｓ１１０）、処理が終了される。ステップＳ１１０でシャッター１０４が閉塞された後、レーザ光源１０１が消灯される。

図５（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係る孔形成方法による孔の形成過程を模式的に示す図である。図５（ａ）〜（ｄ）には、インクジェットヘッドに用いるインク吐出用の孔を板状の部材に形成する場合の形成過程が例示されている。

まず、１回目のサイクルによって、図５（ａ）に示すように１番目の層Ｃ１が掘り下げられる。その後、径を縮めながらサイクルが実行され、図５（ｂ）に示すように２〜５番目の層Ｃ２〜Ｃ５が掘り下げられる。さらに、ｋ番目の層Ｃｋまで同様のサイクルが繰り返され、図５（ｃ）に示すように、ｋ個の層Ｃ１〜Ｃｋの穴が形成される。その後は、径を変化させずに、ｎｓ番目の層までサイクルが実行される。これにより、図５（ｄ）に示すように、層Ｃｎｓまで掘り下げが実行され、ターゲット１１２にロート形状の孔１１２ａが形成される。

ところで、上記の孔形成方法では、図３（ａ）、（ｂ）において、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の螺旋の中心付近の径が小さいため、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２上の照射位置の間隔ΔＬと、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２のピッチΔＲが走査経路の全長において一定であると、螺旋の中心に近づくほど、レーザ光の照射位置が集中し、ターゲットに熱が蓄積され易くなる。特に、レーザ光源１０１の出力を高めると、螺旋の中心付近において、孔の形成対象であるターゲット１１２の蓄熱が大きくなり、既にパルスレーザ光を照射した照射位置に隣接する他の照射位置の温度が高くなる。この状態で他の照射位置にレーザ光が照射されると、アブレーションによる掘り下げが不安定となり、孔の形成精度が低下してしまう。

たとえば、図５（ａ）〜（ｄ）に示すインク吐出用の孔の例では、孔１１２ａの出口の径Ａ１が２０μｍ程度であり、パルスレーザ光のビーム径１０μｍの２倍程度の大きさに過ぎない。このため、間隔ΔＬとピッチＲを一定に設定すると、各層の掘り下げにおいて中心付近の蓄熱が顕著となり、このため、各層の掘り下げ工程において、中心付近における掘り下げが不安定になり得る。このような不安定な掘り下げがｎｓ個の層について累積すると、最終的に形成された孔１１２ａは、中心付近において、形状に乱れが生じ得る。たとえば、孔１１２ａの傾斜面から出口へと繋がる境界付近や、孔１１２ａの出口に、歪や変形が生じ得る。

このような歪や変形は、インクの吐出精度に大きな影響を及ぼす。インクジェットヘッド用のノズル孔では、特に、図５（ｄ）の径Ｂ１における孔１１２ａの形状が、インクの吐出精度に大きな影響を与える。このため、特に、径Ｂ１の範囲では、孔１１２ａの形成精度を高く維持する必要がある。

そこで、本実施の形態では、照射位置の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲの両方もしくは何れか一方が、少なくとも第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の螺旋の中心から所定の範囲において、径方向の位置が螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定される。具体的には、図２のＳ１０６において走査ミラー１０７の間欠駆動を制御することにより、間隔ΔＬおよびピッチΔＲが制御される。

図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る第１および第２の走査経路における照射位置の間隔ΔＬと第１および第２の走査経路のピッチΔＲの設定方法の一例を模式的に示す図である。

図６（ａ）、（ｂ）において、横軸は、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の螺旋の中心からの径方向の距離であり、縦軸は、それぞれ、間隔ΔＬとピッチΔＲである。図６（ａ）、（ｂ）の例では、走査ミラー１０７の間欠駆動の回転周波数、すなわち、照射位置の移動速度に応じて、間隔ΔＬおよびピッチΔＲの設定が変えられている。これは、走査ミラー１０７の回転周波数、すなわち、照射位置の移動速度が高いほど、ターゲット１１２に蓄熱が生じ易い（温度上昇が顕著となり易い）ことによるものである。

走査ミラー１０７の回転周波数が３ｋＨｚである場合、間隔ΔＬおよびピッチΔＲは、それぞれ、螺旋の中心からの距離がｒ１、ｒ３の範囲において、径が小さくなるほど大きくなるように変化するよう設定される。また、走査ミラー１０７の回転周波数が５ｋＨｚである場合、間隔ΔＬおよびピッチΔＲは、それぞれ、螺旋の中心からの距離がｒ２、ｒ４の範囲において、径が小さくなるほど大きくなるように変化するよう設定される。

ここで、範囲ｒ３、ｒ４は、それぞれ、範囲ｒ１、ｒ２よりも広い。また、走査ミラー１０７の回転周波数が５ｋＨｚである場合の範囲ｒ２、ｒ４の曲線の傾きは、走査ミラー１０７の回転周波数が３ｋＨｚである場合の範囲ｒ１、ｒ３の曲線の傾きよりも大きい。これは、上記のように、走査ミラー１０７の回転周波数、すなわち、照射位置の移動速度が高いほど、ターゲット１１２に蓄熱が生じ易い（温度上昇が顕著となり易い）ため、走査ミラー１０７の回転周波数が高いほど間隔ΔＬおよびピッチΔＲを変化させる範囲を広げ、且つ、変化の度合いを高めて、ターゲット１１２の蓄熱（温度上昇）を抑制しようとするものである。

このように第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の螺旋の中心からｒ１、ｒ２の範囲において照射位置の間隔ΔＬを広げることにより、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近にレーザ光の照射が集中することが緩和される。これにより、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近における掘り下げが不安定となることが抑制され得る。同様に、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の螺旋の中心からｒ３、ｒ４の範囲において走査経路のピッチΔＲを広げることにより、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近にレーザ光の照射が集中することが緩和される。これにより、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近における掘り下げが不安定となることが抑制され得る。

なお、図６（ａ）、（ｂ）の例では、走査ミラー１０７の回転周波数が１ｋＨｚである場合は、間隔ΔＬおよびピッチΔＲが第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近においても一定となっている。これは、走査ミラー１０７の回転周波数が低い場合、すなわち、照射位置の移動速度が遅い場合は、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近に大きな蓄熱および温度上昇が生じず、このため、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２の中心付近においても安定的にターゲット１１２の掘り下げを行えることによるものである。

なお、図６（ａ）、（ｂ）に示す設定では、範囲ｒ１〜ｒ４のみならず、その他の範囲においても、１サイクルで漏れなく円形にターゲット１１２を掘り下げることが可能なように、間隔ΔＬとピッチΔＲが設定される。その上で、間隔ΔＬとピッチΔＲが、それぞれ、範囲ｒ１、ｒ２および範囲ｒ３、ｒ４において変化される。

また、範囲ｒ１、ｒ２および範囲ｒ３、ｒ４の曲線のカーブは、これらの範囲において、ターゲット１１２に過度の蓄熱および温度上昇が生じず、ターゲット１１２を安定的に掘り下げることが可能となるように調整される。範囲ｒ１、ｒ２および範囲ｒ３、ｒ４における間隔ΔＬおよびピッチΔＲの変化は、必ずしも、図６（ａ）、（ｂ）のような曲線状の変化でなくてもよく、階段状の変化や直線状の変化等、他の形態であっても良い。範囲ｒ１、ｒ２および範囲ｒ３、ｒ４における間隔ΔＬおよびピッチΔＲの変化は、これらの範囲において、ターゲット１１２に過度の蓄熱および温度上昇が生じず、ターゲット１１２を安定的に掘り下げることが可能となる形態に調整されれば良い。

走査経路上における照射位置の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲは、少なくとも螺旋の中心から所定の範囲において、径方向の位置が螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定されれば良い。また、範囲ｒ１〜ｒ４以外の範囲も、必ずしも、間隔ΔＬおよびピッチΔＲが一定でなくても良い。

図６（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、照射位置の間隔ΔＬを変化させる方法と走査経路のピッチΔＲを変化させる方法を示したが、図２のＳ１０６において、必ずしも間隔ΔＬの変化とピッチΔＲの変化の両方を用いなくても良く、何れか一方のみを用いても良い。なお、ピッチΔＲを変化させる場合には、掘り下げられた層に径方向の凹凸が生じることが起こり得る。このため、何れか一方を用いる場合は、照射位置の間隔ΔＬを変化させる方法を用いることが好ましい。

なお、間隔ΔＬおよびピッチΔＲの変化のさせ方は、必ずしも第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２で同じでなくともよく、第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２とで相違させても良い。第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２とにそれぞれ好ましい方法で間隔ΔＬおよびピッチΔＲを変化させても良い。

図２の制御によれば、走査ミラー１０７が間欠駆動により停止した位置においてパルスレーザ光が照射位置に導かれる。走査ミラー１０７が間欠駆動により停止する間にレーザ光源１０１からパルスレーザ光の出射が複数回生じると、照射位置に複数回パルスレーザ光が照射される。照射位置にパルスレーザ光が照射される回数は、レーザ光源１０１におけるパルスレーザ光の出射周期と、走査ミラー１０７が間欠駆動により停止する期間とによって決まる。これらを考慮して、ターゲット１１２が照射位置で円滑に掘り下げられるよう、パルスレーザ光の出射周期と走査ミラー１０７の停止期間が設定される。

なお、走査ミラー１０７が停止位置から次の停止位置へと移動するタイミングは、パルスレーザ光は出射されていない期間に設定される。これにより、パルスレーザ光が照射位置以外の位置に照射されることが防止される。

このように、図２のステップＳ１０６では、レーザ光源１０１の出射タイミングに同期して、走査ミラー１０７の駆動が制御される。

＜実施例＞
以下、上記方法によりノズルの孔が形成された部材をインクジェットヘッドに用いた場合の実施例について、図７〜図９を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向がインクジェットヘッド１の高さ方向であり、Ｚ軸正方向が下方向である。また、Ｘ軸方向がインクジェットヘッド１の厚み方向で、Ｙ軸方向がインクジェットヘッド１の幅方向である。インクジェットヘッド１は、Ｚ軸正方向（下方向）にインクを吐出する。

図７（ａ）は、実施例に係るインクジェットヘッド１の構成を示す図であり、図７（ｂ）は、実施例に係るアクチュエータ３０と構造体４０とを組み合わせた構成を模式的に示す図である。

図７（ａ）に示すように、インクジェットヘッド１は、収納ボックス１０と、ヘッドベース２０とを備える。収納ボックス１０は、ヘッドベース２０に対して着脱可能となっている。

収納ボックス１０は、下面が開放された矩形の箱体からなっている。収納ボックス１０の上面には内部に繋がる切欠き１０ａが設けられ、この切欠き１０ａを介して回路基板１１が収納ボックス１０に収納されている。回路基板１１にはアクチュエータ３０を駆動するための駆動回路が実装されている。

ヘッドベース２０は、上下に貫通する矩形の開口２０ａを中央に有する枠体からなっている。開口２０ａのＹ軸正側とＹ軸負側に、それぞれ、開口２０ａと繋がる円形の穴部２０ｂが設けられている。開口２０ａの下端に、図７（ｂ）に示すアクチュエータ３０と構造体４０が設置される。アクチュエータ３０は、開口２０ａ内において回路基板１１と電気的に接続される。穴部２０ｂは、インク供給用のチューブ（図示せず）を開口２０ａ内部へと導くためのものである。

図７（ｂ）に示すように、アクチュエータ３０は、長方形の輪郭を有する板体からなっている。アクチュエータ３０は、構造体４０の上面に重ねられる。構造体４０には、長方形の輪郭を有する板体からなっている。また、構造体４０には、Ｘ軸方向に並ぶ４つのメイン流路５１が形成されている。

アクチュエータ３０のＹ軸正側の端部とＹ軸負側の端部には、それぞれ、上下に貫通する４つのインク供給口３１がＸ軸方向に並んで形成されている。Ｙ軸方向に並ぶ２つのインク供給口３１はそれぞれ、一つのメイン流路５１に繋がっている。また、アクチュエータ３０の裏面には溝が形成されている。アクチュエータ３０が構造体４０に重ねられることにより、アクチュエータ３０裏面の溝と構造体４０の上面との間に、圧力室５２が形成される。圧力室５２は、構造体４０に形成された連絡流路５３（図８（ｂ）参照）を介してメイン流路５１が形成されている。

図８（ａ）は、図７（ｂ）の構成のＹ軸正側の端部を拡大した図である。上記のように、メイン流路５１は、端部がインク供給口３１に繋がっている。メイン流路５１に沿って多数の圧力室５２が配置され、各圧力室５２が連絡流路５３によってメイン流路５１に繋がっている。

図７（ｂ）に戻り、８つのインク供給口３１には、それぞれ、個別に管（図示せず）が嵌められ、各管にインク供給用のチューブ（図示せず）が接続される。管は、開口２０ａ内に配された支持手段によって支持され、管に接続されたチューブが穴部２０ｂを介して外部に引き出される。インク供給用のチューブと管を介してインクがインク供給口３１に供給される。これにより、メイン流路５１および連絡流路５３（図３（ｂ）参照）を通ってインクが圧力室５２に供給される。Ｙ軸方向に並ぶ２つのインク供給口３１には同じ色のインクが供給され、Ｘ軸方向に並ぶ４つのインク供給口３１には互いに異なる色のインクが供給される。したがって、図７（ｂ）の構成では、４色のインクがアクチュエータ３０に供給される。これにより、Ｙ軸方向に並ぶ圧力室５２には同じ色のインクが充填され、Ｘ軸方向に並ぶ圧力室５２には互いに異なる色のインクが充填される。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成を、圧力室５２のＹ軸方向の中央位置において、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で切断した断面を模式的に示す断面図である。

メイン流路５１に流入されたインク６０は、連絡流路５３を通って圧力室５２に充填される。構造体４０は、メイン流路５１および連絡流路５３を有する上部材４１と、ノズル４２ａを有する下部材４２からなっている。下部材４２には、圧力室５２からＺ軸正方向に延びる流路の部分に、ノズル４２ａとなる円形の孔が形成されている。ノズル４２ａは、Ｚ軸方向に向かうに従って次第に径が小さくなっており、出口付近で径が均一になっている。

図８（ｂ）の構成例において、ノズル４２ａの孔が図２に示すフローチャートによって形成される。また、この構成例では、下部材４２が図１に示すターゲット１１２に対応する。

アクチュエータ３０には、圧力室５２の上側に、上下方向（Ｚ軸方向）に変形可能な圧電駆動部３２が形成されている。圧電駆動部３２は、上側の電極３２ａと、圧電体３２ｂと、振動板３２ｃからなっている。振動板３２ｃは、下側の電極を兼ねている。電極３２ａと振動板３２ｃを介して圧電体３２ｂに電圧が印加されると、圧電体３２ｂが上下に変形し、これに伴い、振動板３２ｃが上下に変形する。

圧電駆動部３２が下方に変形すると、圧力室５２の容積が減少し、圧力室５２に充填されたインク６０の圧力が高まる。これにより、ノズル４２ａからインク６０の液滴６１が吐出される。圧電駆動部３２は、図２（ｂ）の圧力室５２ごとに個別に配されている。

図９は、実施例に係るインクジェット装置の構成を示すブロック図である。

インクジェット装置は、上記構成を備えたインクジェットヘッド１の他、インク供給部２と、コントローラ３と、インタフェース４とを備える。インク供給部２は、インクジェットヘッド１にインクを供給するための上述のチューブと、チューブに接続されたインクタンクと、インクタンクからチューブにインクを供給するためのポンプを備える。コントローラ３は、ＣＰＵとメモリを備え、メモリに保持されたプログラムに従ってインクジェットヘッド１およびインク供給部２を制御する。インタフェース４は、印刷すべき文字および図形等の描画情報の入力を受け付けて、当該描画情報をコントローラ３に出力する。コントローラ３は、入力された描画情報に従ってインクジェットヘッド１を制御し、被印刷面に印字や描画を行う。

＜実施形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、照射位置の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲの両方もしくは何れか一方が、少なくとも螺旋の中心から所定の範囲（ｒ１〜ｒ４）において、径方向の位置が螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定されている。このため、螺旋の中心付近におけるパルスレーザ光の照射位置の集中が抑えられる。これにより、温度が大きく上昇した状態でパルスレーザ光が照射位置に照射されることが抑制され、アブレーションによる掘り下げを安定的に行うことができる。よって、高出力のレーザ光によってもターゲット１１２に孔１１２ａを精度良く形成することができる。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、照射位置の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲが、走査ミラー１０７の回転周波数、すなわち、走査経路における照射位置の変化速度に応じて設定される。これにより、ターゲット１１２の蓄熱（温度上昇）を効果的に抑制でき、ターゲット１１２に孔１１２ａを精度良く形成することができる。なお、孔形成装置１００は、走査ミラー１０７の回転周波数、すなわち、走査経路における照射位置の変化速度を選択するための構成を備えても良い。この場合、回転周波数ごとに照射位置の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲの変化を設定するテーブルまたは関数が準備され、ユーザの選択に応じたテーブルまたは関数が図２のステップＳ１０６に適用される。

図４に示すように、孔形成制御では、照射位置を螺旋状の第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１から終端Ｅ１まで変化させ、その後、第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１と始端Ｓ１にそれぞれ始端Ｓ２と終端Ｅ２が繋がり且つ第１の走査経路Ｔ１と逆の巻き方向の第２の走査経路Ｔ２に従って照射位置を変化させる。このように第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２を構成することにより、走査ミラー１０７の回転方向を変更することなく、照射位置を第１の走査経路Ｔ１と第２の走査経路Ｔ２にサイクリックに移動させることができる。よって、孔形成制御のアルゴリズムをシンプルにすることができる。

また、この構成において、第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１および終端Ｅ１が、それぞれ、第１の走査経路Ｔ１の最内周および最外周に設定されている。これにより、終端Ｅ１の径方向位置を変化させるだけで、掘り下げられる各層の径を調整することができる。よって、孔形成制御のアルゴリズムをさらにシンプルにすることができる。

たとえば、図２のステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理により、第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２による照射位置の変化を１サイクルとして複数サイクル照射位置の変化を実行し、ステップＳ１０５において、各サイクルにおける第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１の径方向位置を、当該サイクルにより掘り下げる層の径に応じて変化させる。このように、各サイクルにおいて終端Ｅ１の径方向位置を調整することにより、たとえば、図５（ａ）〜（ｄ）の掘り下げ工程が実行され、ターゲット１１２にロート形状の孔１１２ａを形成することができる。

図１のＤＯＥ１０８の作用により、複数のパルスレーザ光（サブビーム）がターゲットに並列的に照射される。そして、図２の処理が実行されることにより。これらレーザ光（サブビーム）の照射位置が、それぞれ、螺旋状の走査経路（第１の走査経路Ｔ１および第２の走査経路Ｔ２）上において変化される。これにより、ターゲット１１２に複数の孔を並列的に形成でき、孔形成の効率化を図ることができる。たとえば、図７および図８に示したインクジェットヘッドの例では、Ｙ軸方向に並ぶノズル４２ａの数だけＤＯＥ１０８によりパルスレーザ光を分離させることにより、Ｙ軸方向に一列に並ぶ全てのノズル４２ａの孔を同時に形成することができる。

＜変更例＞
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に何らの制限を受けるものではない。

たとえば、図２に示す制御では、照射位置間の間隔ΔＬおよび走査経路のピッチΔＲが全てのサイクルにおいて一定であったが、間隔ΔＬおよびピッチΔＲがサイクルごとに個別に変更されても良い。

たとえば、図５（ａ）〜（ｄ）の工程によりロート形状の孔１１２ａを形成する場合、層が進むにつれて終端Ｅ１の径方向位置が中心に近づく。このため、層が進むにつれて、第１の走査経路Ｔ１により中心付近が走査された後、再び第２の走査経路Ｔ２により中心付近が走査されるまでの時間が短くなり、この時間は、層Ｃ１と層Ｃｋとでは大きく異なることになる。このように中心付近が再び走査されるまでの時間に差が生じることによって、層Ｃｋは、層Ｃ１に比べて中心付近の蓄熱が大きくなることが起こり得る。蓄熱に差異が生じる場合、層Ｃｋの中心付近の走査には、層Ｃ１の中心付近よりも、間隔ΔＬおよびピッチΔＲを大きく設定することが望ましい。

図１０は、間隔ΔＬの設定をサイクルごとに個別に変更する場合のフローチャートである。図１０のフローチャートでは、図２のフローチャートに比べて、ステップＳ１１１が追加されている。ステップＳ１１１では、間隔ΔＬの設定が、ｎ番目の層に対応する設定に調整される。その他のステップは、図２のフローチャートと同様である。

図１０のフローチャートによれば、たとえば、サイクルごとに、図６（ａ）に示す曲線のカーブと範囲ｒ１、ｒ２の広さが調整される。これにより、各層において中心付近の掘り下げが不安定になることを、より効果的に抑制できるとの効果が奏され得る。なお、図１０のステップＳ１１１では、照射位置の間隔ΔＬの設定がサイクルごとに調整されたが、走査経路のピッチΔＲの設定がサイクルごとに調整されても良く、また、間隔ΔＬとピッチΔＲの両方がサイクルごとに調整されても良い。

また、上記実施の形態では、第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１が第１の走査経路Ｔ１の最内周位置に設定され、照射位置の間欠的な移動が、始端Ｓ１から外周に向かって進むように設定されたが、第１の走査経路Ｔ１の始端Ｓ１が第１の走査経路Ｔ１の最外周位置に設定され、照射位置の間欠的な移動が、始端Ｓ１から内周に向かって進むように設定されても良い。この場合、第２の走査経路Ｔ２の始端Ｓ２および終端Ｅ２は、それぞれ、第１の走査経路Ｔ１の終端Ｅ１および始端Ｓ１に繋がるように、第２の走査経路Ｔ２の最内周位置および最外周位置に設定される。

また、上記実施の形態では、サイクルがｎｓ回実行される全期間においてシャッター１０４が開放状態に維持されたが、走査ミラー１０７が間欠的に移動する期間においてシャッター１０４が閉塞され、走査ミラー１０７が停止する期間においてシャッター１０４が開放されるように、シャッター１０４が制御されても良い。こうすると、走査ミラー１０７が照射位置に対応する位置に停止する期間のみパルスレーザ光がシャッター１０４を透過するため、照射位置以外にパルスレーザ光が照射されることをより適正に防止することができる。

また、レーザ光源１０１のパルス幅やターゲット１１２上におけるビーム径も、上記実施の形態に例示されたものに限らず、適宜、変更可能である。

さらに、インクジェットヘッド１やアクチュエータ３０および構造体４０の構成も適宜変更可能である。たとえば、図７（ｂ）の構成では、Ｙ軸方向に並ぶ２つのインク供給口３１からインクが供給されたが、一つのメイン流路に対して一つのインク供給口３１が設けられても良く、あるいは、インク供給口３１から圧力室５２を経由した後インクを排出させるための流路とインク排出口が設けられても良い。

また、本発明は、インクジェットヘッド１のノズル４２ａの孔の形成に限らず、他の部材に対する孔の形成にも適宜用いることができる。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

Ｔ１ … 第１の走査経路
Ｔ２ … 第２の走査経路
ΔＬ … 間隔
ΔＲ … ピッチ
Ｓ１、Ｓ２ … 始端
Ｅ１、Ｅ２ … 終端
１ … インクジェットヘッド
２ … インク供給部
３０ … アクチュエータ
４０ … 構造体
４１ … 下部材
４２ａ … ノズル
５２ … 圧力室
１００ … 孔形成装置
１０１ … レーザ光源
１０７ … 走査ミラー
１１２ … ターゲット
１１２ａ … 孔

Claims (8)

1. レーザ光を用いてターゲットに孔を形成する孔形成方法であって、
   パルスレーザ光の照射位置を螺旋状の走査経路上において変化させ、
   前記各照射位置において前記ターゲットにパルスレーザ光を照射し、
   前記走査経路上における前記照射位置の間隔および前記走査経路のピッチの両方もしくは何れか一方が、少なくとも前記螺旋の中心から所定の範囲において、径方向の位置が前記螺旋の中心に近づくに伴い大きくなるように設定されている、
   ことを特徴とする孔形成方法。
2. 請求項１に記載の孔形成方法において、
   前記走査経路上における前記照射位置の前記間隔および前記走査経路の前記ピッチを、前記走査経路における前記照射位置の変化速度に応じて設定する、
   ことを特徴とする孔形成方法。
3. 請求項１または２に記載の孔形成方法において、
   前記照射位置を螺旋状の第１の走査経路の始端から終端まで変化させ、
   その後、前記第１の走査経路の前記終端と前記始端にそれぞれ始端と終端が繋がり且つ前記第１の走査経路と逆の巻き方向の第２の走査経路に従って前記照射位置を変化させる、
   ことを特徴とする孔形成方法。
4. 請求項３に記載の孔形成方法において、
   前記第１の走査経路の前記始端および前記終端は、それぞれ、前記第１の走査経路の最内周および最外周にある、
   ことを特徴とする孔形成方法。
5. 請求項４に記載の孔形成方法において、
   前記第１の走査経路および前記第２の走査経路による前記照射位置の変化を１サイクルとして複数サイクル照射位置の変化を実行し、
   前記各サイクルにおける前記第１の走査経路の前記終端の径方向位置を、当該サイクルにより掘り下げる層の径に応じて変化させる、
   ことを特徴とする孔形成方法。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の孔形成方法において、
   複数の前記パルスレーザ光を前記ターゲットに並列的に照射し、
   これらレーザ光の照射位置をそれぞれ螺旋状の走査経路上において変化させる、
   ことを特徴とする孔形成方法。
7. 圧電体素子を備えるアクチュエータと、
   インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、
   前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備え、
   前記ノズルは、請求項１ないし６の何れか一項に記載の孔形成方法により前記インクを吐出するための孔が形成されている、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 請求項７に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、を備える
   ことを特徴とするインクジェット装置。

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