JP2797684B2 - ノズルの製造方法および製造装置 - Google Patents
ノズルの製造方法および製造装置Info
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、インクジエットプリンタのノズルに適用し
て好適なノズルの製造方法および製造装置に関する。
て好適なノズルの製造方法および製造装置に関する。
[従来の技術] 従来、プリンタ等のインクジエットのノズルの穴形状
は、流体であるインキの流動および流出を容易にするた
め直径が先端に対して徐々に小さくなるオリフィス形状
である。
は、流体であるインキの流動および流出を容易にするた
め直径が先端に対して徐々に小さくなるオリフィス形状
である。
このノズルのオリフィスの穴径の形成(加工)は、慣
用的なドリル加工では直径を先端方向に徐々に小さくす
ることが困難であり、所謂、メッキ法あるいは電鋳法を
用いた製造方法が一般的である。
用的なドリル加工では直径を先端方向に徐々に小さくす
ることが困難であり、所謂、メッキ法あるいは電鋳法を
用いた製造方法が一般的である。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記の従来の技術に係るメッキ法ある
いは電鋳法を用いて作製されるインクジエットのノズル
は、板厚100μm等のプレートに直径が先端方向に対し
て徐々に小さくなるオリフィスの穴径を形成するもので
あり、この場合、高精度が得られ難く、また取扱が容易
でなく、例えば、その加工時間は数時間を要し、このた
め量産が困難となり、コストが嵩む欠点がある。
いは電鋳法を用いて作製されるインクジエットのノズル
は、板厚100μm等のプレートに直径が先端方向に対し
て徐々に小さくなるオリフィスの穴径を形成するもので
あり、この場合、高精度が得られ難く、また取扱が容易
でなく、例えば、その加工時間は数時間を要し、このた
め量産が困難となり、コストが嵩む欠点がある。
本発明は、係る点に鑑み、ノズルにおけるオリフィス
穴を先端方向に向けて所望の形態で徐々に小さくなるよ
うに加工するとともに、その加工時間が短いノズルの製
造方法およびその製造装置を提供することにある。
穴を先端方向に向けて所望の形態で徐々に小さくなるよ
うに加工するとともに、その加工時間が短いノズルの製
造方法およびその製造装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前記の課題を解決するために、本発明のノズルの製造
方法は、レーザビーム照射する加工ヘッドを、被加工物
の加工点に対しデフォーカス位置に位置決めする第1の
工程と、加工する穴径に応じて、レーザビームのパルス
ショット数を制御する第2の工程と、加工する穴径を順
次小さくするように、加工ヘッドと被加工物の距離を変
化させる第3の工程とを備え、第2の工程と第3の工程
を繰り返すことを特徴とする。
方法は、レーザビーム照射する加工ヘッドを、被加工物
の加工点に対しデフォーカス位置に位置決めする第1の
工程と、加工する穴径に応じて、レーザビームのパルス
ショット数を制御する第2の工程と、加工する穴径を順
次小さくするように、加工ヘッドと被加工物の距離を変
化させる第3の工程とを備え、第2の工程と第3の工程
を繰り返すことを特徴とする。
また、本発明のノズルの製造装置は、レーザビームを
送出するレーザビーム発生手段と、被加工物の加工点に
レーザビームを集光して照射するためにレンズを備えた
加工ヘッドと、この加工ヘッドと被加工物の距離を変化
させる駆動手段と、上記距離を示す検知信号を出力する
位置検知手段と、上記駆動手段による加工ヘッドと被加
工物の距離を、加工する穴径が順次小さくなるように変
化させることと、レーザービームのパルスショット数を
制御することを複数回繰り返す制御手段とを備えること
を特徴とする。
送出するレーザビーム発生手段と、被加工物の加工点に
レーザビームを集光して照射するためにレンズを備えた
加工ヘッドと、この加工ヘッドと被加工物の距離を変化
させる駆動手段と、上記距離を示す検知信号を出力する
位置検知手段と、上記駆動手段による加工ヘッドと被加
工物の距離を、加工する穴径が順次小さくなるように変
化させることと、レーザービームのパルスショット数を
制御することを複数回繰り返す制御手段とを備えること
を特徴とする。
[作用」 上記のように構成される本発明のノズルの製造方法お
よび製造装置では、デフォーカス位置から加工ヘッドと
被加工物の距離を順次変化させるとともに、加工する穴
径に応じて、レーザビームのパルスショット数を制御す
ることを繰り返し、オリフィス穴を先端方向に向けて所
望の形態で徐々に小さくなるように加工する。
よび製造装置では、デフォーカス位置から加工ヘッドと
被加工物の距離を順次変化させるとともに、加工する穴
径に応じて、レーザビームのパルスショット数を制御す
ることを繰り返し、オリフィス穴を先端方向に向けて所
望の形態で徐々に小さくなるように加工する。
これにより、ノズルにおけるオリフィス穴の加工時間
が短縮される。
が短縮される。
[実施例] 次に、本発明に係るノズルの製造方法および製造装置
の実施例を添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
の実施例を添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
第1図は実施例におけるエキシマレーザの光学系と加
工ヘッドの概略構成図、第2図はコンピュータの概略構
成を示すブロック図、第3図は穴加工の制御動作のプロ
グラムに対応するフローチャート、第4図はレーザの1
パルス当たりの除去量を穴径ごとに示した図、第5図は
オリフィス形状が形成されたインクジエットノズル形状
の断面図、第6図は加工時のパルスショット数を示す図
である。
工ヘッドの概略構成図、第2図はコンピュータの概略構
成を示すブロック図、第3図は穴加工の制御動作のプロ
グラムに対応するフローチャート、第4図はレーザの1
パルス当たりの除去量を穴径ごとに示した図、第5図は
オリフィス形状が形成されたインクジエットノズル形状
の断面図、第6図は加工時のパルスショット数を示す図
である。
第1図において、aはエキシマレーザのビーム中の位
相整合性の良いものだけを取り出すための光学系であ
り、Bは被加工部材にレーザビームを直接照射してオリ
フィス穴径を形成するための加工ヘッドである。
相整合性の良いものだけを取り出すための光学系であ
り、Bは被加工部材にレーザビームを直接照射してオリ
フィス穴径を形成するための加工ヘッドである。
光学系Aにおいて、レーザ発振器1から出力されるレ
ーザビーム2はホモジナイザー3を介して均一化され
る。さらに、ビーム内の中心部分の同位相のビームのみ
をアパーチャー4を介して取り出し、さらに凹レンズ5
と凸レンズ6の組合せにより拡大してアパーチャー7に
より中心部のレーザビーム2aを取り出す。続いて、ベン
トミラー8を介して加工レンズ9にレーザビーム2aが導
かれる。
ーザビーム2はホモジナイザー3を介して均一化され
る。さらに、ビーム内の中心部分の同位相のビームのみ
をアパーチャー4を介して取り出し、さらに凹レンズ5
と凸レンズ6の組合せにより拡大してアパーチャー7に
より中心部のレーザビーム2aを取り出す。続いて、ベン
トミラー8を介して加工レンズ9にレーザビーム2aが導
かれる。
次に、加工ヘッドBは、加工レンズ9のノズル10と連
結されたレンズホルダー11に螺子13と14でOリング15を
介して固定されている。なお、レンズホルダー11は加工
ヘッドホルダー12内面をスライドする機構である。
結されたレンズホルダー11に螺子13と14でOリング15を
介して固定されている。なお、レンズホルダー11は加工
ヘッドホルダー12内面をスライドする機構である。
レンズホルダー11のサイドには距離を測定するための
センサー16が取り付けられている。このセンサー16は被
加工物22との距離nを測定する光センサである。なお、
センサー16は被加工物22との距離nを測定できるならば
どのようなものでも良い。
センサー16が取り付けられている。このセンサー16は被
加工物22との距離nを測定する光センサである。なお、
センサー16は被加工物22との距離nを測定できるならば
どのようなものでも良い。
レンズホルダー11と被加工物22の距離nを測定しなが
らレンズホルダー11のZ軸方向送りスピードをコントロ
ールする駆動部は、レンズホルダー送り機構25と、この
送り機構25を動作させるためのコンピーュータ21を備え
ている。
らレンズホルダー11のZ軸方向送りスピードをコントロ
ールする駆動部は、レンズホルダー送り機構25と、この
送り機構25を動作させるためのコンピーュータ21を備え
ている。
レンズホルダー11の送り機構25は、加工ヘッドホルダ
ー12の側面にアーム19を介して縦型に連結された、例え
ば、PGモータである駆動モータ18と、この駆動モータ18
の出力軸の下端に連結された送り螺子(ボール螺子)20
と、この送り螺子20に掛合するめ螺子23と、このめ螺子
23をレンズホルダー11に固定するアーム17を備えてい
る。
ー12の側面にアーム19を介して縦型に連結された、例え
ば、PGモータである駆動モータ18と、この駆動モータ18
の出力軸の下端に連結された送り螺子(ボール螺子)20
と、この送り螺子20に掛合するめ螺子23と、このめ螺子
23をレンズホルダー11に固定するアーム17を備えてい
る。
これにより、レンズホルダー11は被加工物22との距離
により加工スピードをコントロールしながら、Z軸方向
に移動できる。
により加工スピードをコントロールしながら、Z軸方向
に移動できる。
なお、ノズル10の下部にはレーザビーム2aの照射によ
って、はじき飛ばされた被加工物の蒸発物を吹き飛ばす
ためのアシストガス25をパイプ2を介して放出してい
る。
って、はじき飛ばされた被加工物の蒸発物を吹き飛ばす
ためのアシストガス25をパイプ2を介して放出してい
る。
このガスは不活性ガスArを用いればよい。
第2図に示すコンピュータ21は、例えば、CPU26,ROM2
7,RAM28および入出力ポート29a,29b,29c、キーボード30
を備えており、センサー16からの信号に基づいて、以降
に説明する第3図のフローチャートに基づく制御により
ノズルホルダー11のZ軸方向の送りをコントロールする
ものである。また、レーザ発振制御部31とも接続されて
おり、このレーザ発振制御部31は照射する発振パルス数
を制御する。
7,RAM28および入出力ポート29a,29b,29c、キーボード30
を備えており、センサー16からの信号に基づいて、以降
に説明する第3図のフローチャートに基づく制御により
ノズルホルダー11のZ軸方向の送りをコントロールする
ものである。また、レーザ発振制御部31とも接続されて
おり、このレーザ発振制御部31は照射する発振パルス数
を制御する。
なお、ROM27には被加工物の材質と、加工に使われる
夫々のレーザに対する穴径に応じたパルスショット数が
記憶されている。例えば、加工用のレーザとして、波長
λ=248μmのKrFエキシマレーザを用い、周波数100Hz
の場合における1パルス当たりの除去量を第4図に示
す。加工物としてNiを用いた場合である。
夫々のレーザに対する穴径に応じたパルスショット数が
記憶されている。例えば、加工用のレーザとして、波長
λ=248μmのKrFエキシマレーザを用い、周波数100Hz
の場合における1パルス当たりの除去量を第4図に示
す。加工物としてNiを用いた場合である。
前記加工データと形状により、加工穴径に応じたパル
スショット数が第6図のように決まる。なお、加工穴径
はレンズ9のf値とデフォーカス距離によって決まる。
スショット数が第6図のように決まる。なお、加工穴径
はレンズ9のf値とデフォーカス距離によって決まる。
次に、上記の構成における動作を説明する。
コンヒュータ21のRAM28には第3図に示すフローチャ
ートに対応する制御動作のプログラムとともに、上記の
被加工物の材質と、加工に使われる夫々のレーザに対す
る穴径に応じたパルスショット数が記憶されている。こ
の制御動作のプログラムから被加工物の材質、オリフィ
ス穴径(形状)をキーボード30で選択し、その設定がCP
U26の制御で実行される(ステップ(以下、Sで示す)1
01)。
ートに対応する制御動作のプログラムとともに、上記の
被加工物の材質と、加工に使われる夫々のレーザに対す
る穴径に応じたパルスショット数が記憶されている。こ
の制御動作のプログラムから被加工物の材質、オリフィ
ス穴径(形状)をキーボード30で選択し、その設定がCP
U26の制御で実行される(ステップ(以下、Sで示す)1
01)。
センサー16より被加工物22との距離nを示すセンサ16
から信号をコンピュータ21で取り込み、レンズ9の焦点
位置を被加工物22の表面に合わせるため駆動モータ18の
回転制御がCPU26の指示で実行される(S102)。
から信号をコンピュータ21で取り込み、レンズ9の焦点
位置を被加工物22の表面に合わせるため駆動モータ18の
回転制御がCPU26の指示で実行される(S102)。
さらに、S101で選定したオリフィス形状により、初期
穴径に応じたデフォーカス位置に駆動モータ18を回転制
御させて、ノズルホルダー11を上方へ移動させる(S10
3)。
穴径に応じたデフォーカス位置に駆動モータ18を回転制
御させて、ノズルホルダー11を上方へ移動させる(S10
3)。
次に、加工を実施する。穴径に応じた所定パルスショ
ットを指示する信号をコンピュータ21からレーザ発振器
制御部31に送出し、ここでレーザ発振器制御部31はレー
ザ発信器1を駆動して、所定パルスショットによるレー
ザビーム2aを発生させて、被加工物22に照射する(S10
4)。次に、1μm加工後にZ軸を下げ、続いて、所定
のパルスショットを行う(S105)。
ットを指示する信号をコンピュータ21からレーザ発振器
制御部31に送出し、ここでレーザ発振器制御部31はレー
ザ発信器1を駆動して、所定パルスショットによるレー
ザビーム2aを発生させて、被加工物22に照射する(S10
4)。次に、1μm加工後にZ軸を下げ、続いて、所定
のパルスショットを行う(S105)。
この後、再びZ軸を下げ、続いて、所定のパルスショ
ットを行う。このような加工は、設定されたN回数が実
行される(S106)。
ットを行う。このような加工は、設定されたN回数が実
行される(S106)。
RAM28に一時記憶されているN回の実行が完了したか
否かが判断される。Noの場合はS104に戻り、以降の所定
のパルスショットによる加工を実行する。Yesの場合は
終了となる(S106)。
否かが判断される。Noの場合はS104に戻り、以降の所定
のパルスショットによる加工を実行する。Yesの場合は
終了となる(S106)。
これにより、一過程の処理プログラム、すなわち、穴
径が順次小さくなるオリフィス形状の加工が終了する。
第5図に加工したノズル(被加工物22)のオリフィス形
状を示す。
径が順次小さくなるオリフィス形状の加工が終了する。
第5図に加工したノズル(被加工物22)のオリフィス形
状を示す。
なお、加工物上でのビームスポット径を変化させる方
法として、加工物をNCテーブルに載置し、Z軸制御によ
って、スポット径を変化させてもよい。
法として、加工物をNCテーブルに載置し、Z軸制御によ
って、スポット径を変化させてもよい。
また、加工用レーザとしてエキシマレーザの代わりに
YAGレーザ、アレキサンドライトレーザを用いることも
できる。
YAGレーザ、アレキサンドライトレーザを用いることも
できる。
このようにして、被加工物の加工点に照射されるレー
ザビームのスポット径を変化させ、そして、被加工物の
加工点と、ここに照射されるレーザビームのスポットと
の距離を変化させる。さらに、レーザビームの照射量を
変化させているため、ノズルにおけるオリフィス穴の加
工時間が短縮できる。
ザビームのスポット径を変化させ、そして、被加工物の
加工点と、ここに照射されるレーザビームのスポットと
の距離を変化させる。さらに、レーザビームの照射量を
変化させているため、ノズルにおけるオリフィス穴の加
工時間が短縮できる。
[発明の効果] 以上のように、本発明のノズルの製造方法および製造
装置によれば、デフォーカス位置から加工ヘッドと被加
工物の距離を順次変化させるとともに、加工する穴径に
応じて、レーザビームのパルスショット数を制御するこ
とを繰り返すので、オリフィス穴を先端方向に向けて所
望の形態で徐々に小さくなるように加工することができ
るとともに、オリフィス穴の加工時間を短くできる効果
を有する。
装置によれば、デフォーカス位置から加工ヘッドと被加
工物の距離を順次変化させるとともに、加工する穴径に
応じて、レーザビームのパルスショット数を制御するこ
とを繰り返すので、オリフィス穴を先端方向に向けて所
望の形態で徐々に小さくなるように加工することができ
るとともに、オリフィス穴の加工時間を短くできる効果
を有する。
第1図は本発明のノズルの製造方法および製造装置の一
実施例におけるエキシマレーザの光学系と加工ヘッドの
概略構成図、 第2図は第1図のコンピュータの概略構成を示すブロッ
ク図、 第3図は第1図の実施例の動作説明に供され、穴加工の
制御動作のプログラムに対応するフローチャート、 第4図は第1図に示す実施例の動作説明に供され、レー
ザの1パルス当たりの除去量を穴径ごとに示した図、 第5図は第1図の実施例の説明に供され、オリフィス形
状が形成されたインクジエットノズルの断面図、 第6図は第1図の実施例の説明に供され、加工時のパル
スショット数を示す図である。 1……レーザ発振器、 2……レーザビーム、3……ホモジナイザー 4、7……アパーチャ、5……凹面レンズ、 6……凸面レンズ、8……ベンドミラー、 9……加工レンズ、10……ノズル、 11……ノズルホルダー、 12……加工ノズルホルダー、 13,14……螺子、15……Oリング、 16……センサー、17……アーム、 18……駆動モータ、19……アーム、 20……送り螺子、21……コンピュータ、 22……被加工物、23……め螺子、 24……パイプ、25……アシストガス、 26……CPU、27……ROM、 28……RAM、 29a,29b,29c……入出力ポート、 30……キーボード、 31……レーザ発振制御部。
実施例におけるエキシマレーザの光学系と加工ヘッドの
概略構成図、 第2図は第1図のコンピュータの概略構成を示すブロッ
ク図、 第3図は第1図の実施例の動作説明に供され、穴加工の
制御動作のプログラムに対応するフローチャート、 第4図は第1図に示す実施例の動作説明に供され、レー
ザの1パルス当たりの除去量を穴径ごとに示した図、 第5図は第1図の実施例の説明に供され、オリフィス形
状が形成されたインクジエットノズルの断面図、 第6図は第1図の実施例の説明に供され、加工時のパル
スショット数を示す図である。 1……レーザ発振器、 2……レーザビーム、3……ホモジナイザー 4、7……アパーチャ、5……凹面レンズ、 6……凸面レンズ、8……ベンドミラー、 9……加工レンズ、10……ノズル、 11……ノズルホルダー、 12……加工ノズルホルダー、 13,14……螺子、15……Oリング、 16……センサー、17……アーム、 18……駆動モータ、19……アーム、 20……送り螺子、21……コンピュータ、 22……被加工物、23……め螺子、 24……パイプ、25……アシストガス、 26……CPU、27……ROM、 28……RAM、 29a,29b,29c……入出力ポート、 30……キーボード、 31……レーザ発振制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/04 B41J 3/04
Claims (2)
- 【請求項1】レーザビーム照射する加工ヘッドを、被加
工物の加工点に対しデフォーカス位置に位置決めする第
1の工程と、 加工する穴径に応じて、レーザビームのパルスショット
数を制御する第2の工程と、 加工する穴径を順次小さくするように、加工ヘッドと被
加工物の距離を変化させる第3の工程と を備え、第2の工程と第3の工程を繰り返すことを特徴
とするノズルの製造方法。 - 【請求項2】レーザビームを送出するレーザビーム発生
手段と、 被加工物の加工点にレーザビームを集光して照射するた
めにレンズを備えた加工ヘッドと、 この加工ヘッドと被加工物の距離を変化させる駆動手段
と、 上記距離を示す検知信号を出力する位置検知手段と、 上記駆動手段による加工ヘッドと被加工物の距離を、加
工する穴径が順次小さくなるように変化させることと、
レーザービームのパルスショット数を制御することを複
数回繰り返す制御手段と を備えることを特徴とするノズル製造装置。
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