JP3211851B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タの透孔の穿設方法に関し、さらに詳しくは、１対の基
板の間にインク流路が区画形成され、このインク流路と
実質的に直交するノズルがノズル側基板に穿設され、ま
たインク流路と実質的に直交するインク供給孔がインク
供給側基板に穿設されたインクジェットヘッドにおい
て、ノズルまたはインク供給孔の穿設方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドにおいて、
ヘッドの薄型化やノズルの高密度化を図るために、イン
ク流路と実質的に直交方向にノズルを形成したものがあ
る。このような構成の場合、１対の基板のうちの一方に
平面方向に溝を刻接し、この溝を塞ぐように他方の基板
を積層することによってインク流路を区画形成してい
る。そして、ノズル側基板（記録媒体に近接する方の基
板）に厚み方向に細孔状のノズルを穿設し、このノズル
をインク流路と連通させている。また、インク供給側基
板には、インク流路にインクを流入させるためのインク
供給孔を厚み方向に穿設している。

【０００３】このような構成のインクジェットヘッドに
おいて、基板の材質として感光性ガラスや高分子樹脂な
どが用いられているが、加工コストなどの問題から高分
子樹脂の射出成形によって基板を製造する方法が望まれ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように高分子樹
脂の射出成形によりノズル側基板を製造する場合、バリ
を生じることにより所望のノズル寸法・形状が出せない
恐れがある。インク流路に比べてノズル部分は極めて細
いため、このノズル部分の寸法精度がインクの吐出特性
に最も大きな影響を与え、ノズルの精度はインクジェッ
トヘッドの性能を左右するものである。また、インク供
給孔はリストリクション（流路抵抗部）として作用する
ものであり、ノズル同様に小径であるため、このインク
供給孔の寸法・形状に誤差が生じた場合も、ヘッドの印
字特性に大きな影響を及ぼす。

【０００５】従って、例えばマルチノズルヘッドの場
合、多数（例えば１２個）のノズルのうち１個でもバリ
を生じて寸法または形状が狂うと、そのヘッドの印字特
性にばらつきが生じるため、ヘッド自体が不良品として
使用不能となる。しかし、多数のノズルを全くバリを生
じずに形成することは極めて困難である。同様に、全て
のインク供給孔を精度よく形成することも困難である。
従って、射出成形によると不良率が極めて高くなり、製
造コストの上昇を招く。

【０００６】また、射出成形の場合には、ノズルあるい
はインク供給孔を板方向に穿設する部分において、精度
よく穴明けしようとすると肉厚をあまり薄くすることは
できないため、理論上最適な厚みよりも肉厚を大きくせ
ざるを得ず、ヘッドの性能向上の妨げとなっている。具
体的には、直径５０〜６０μｍ程度の孔部を持ったノズ
ルを精度よく形成しようとする場合、孔部の長さが少な
くとも１００μｍ程度は必要である。それより短いと、
ノズル形状の寸法精度のばらつきにより吐出特性にばら
つきを生じる。

【０００７】このような理由から、射出成形によりノズ
ルあるいはインク供給孔の穿設されていない状態の基板
を製造した後、レーザー照射によってノズルあるいはイ
ンク供給孔を穿設するという２段階加工により高精度の
基板を完成させる方法が考えられるが、レーザーを用い
て孔穿設加工を行なうには、加工時間が長くかかり製造
コストが上昇するという問題がある。このような問題を
解消するため、特開平4-251427号公報に見られるよう
に、射出成形により斜面部を備えた開口を形成し、の細
径部側からレーザーを照射して開口径を形成することが
提案されているが、斜面部の内面の一部にだけにレーザ
ー光が照射され、また照射された領域がレーザービーム
の形状に対応して逆テーパ状になるという不都合があ
る。 また同公報には、基板のノズル側から、基板に対し
て垂直な方向にレーザー光を照射して、ノズル開口近傍
だけに凹部を形成するようにしてバリを除去することが
提案されているが、バリを除去できるものの、インク滴
の吐出に最も影響を与えるノズル先端近傍に凹部が形成
されてしまし、ここにインクが溜まってインク滴の吐出
特性が変化するという不都合がある。

【０００８】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、レーザー光照射による不都合を生じるこ
となく、加工時間が比較的短くかつ低コストで、ノズル
またはインク供給孔となる透孔を極めて高い精度で形成
することができるインクジェットヘッドの製造方法を提
案することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために本発明においては、高分子樹脂基板によってイ
ンク流路を形成したインクジェットヘッドの製造方法に
おいて、厚み方向に貫通し、一端側が大径部となり、か
つ最終の形態となる透孔に略相似した小径の仮孔を備え
た高分子樹脂基板を射出成形により形成する工程と、前
記仮孔の径よりも大きな径のレーザー光を前記大径部の
側から照射して、前記仮孔の内周面を除去することによ
り仮孔の径を拡大して所望の径の透孔を形成する工程
と、を含む。

【００１０】また、本発明においては、高分子樹脂基板
によってインク流路を形成したインクジェットヘッドの
製造方法において、厚み方向に貫通した仮孔を備えた高
分子樹脂基板を射出成形により形成する工程と、前記基
板の表面に平行にレーザー光を照射して前記基板の厚み
を減じる工程と、を含む。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。まず、図１，２に基づいて、本実施例にお
いて製造するインクジェットヘッドの完成状態について
説明する。

【００１２】このインクジェットヘッドの基本構成は、
ノズル側基板１とインク供給側基板２とインクプール基
板３とを積層した構成である。ノズル側基板１には面方
向に複数の溝が刻接してあり、この溝を塞ぐようにイン
ク供給側基板２が貼着されてインク流路４が区画形成さ
れている。ノズル側基板１には、その厚み方向に、各イ
ンク流路４と連通する比較的大径の連通孔５がそれぞれ
穿設され、さらに連通孔５の先端に連通するように小径
（直径６０μｍ程度）のノズル６が形成されている。イ
ンク供給側基板２には、厚み方向に、各インク流路４と
連通するインク供給孔７がそれぞれ形成されている。こ
のインク供給孔７の先端部（インク流路４へ開放されて
いる部分）７ａはリストリクション（流路抵抗）として
作用するように、小径（直径６０μｍ程度）に形成され
ている。インクプール基板３には、その面方向に、全イ
ンク供給孔７と連通する大面積の共通インク室８が刻接
されており、共通インク室８は、インクプール基板３か
ら一体的に突出しているインクパイプ９の孔部９ａと連
通している。インクプール基板３は、図示しないインク
タンクと連結され、インクタンク内に収納されているイ
ンクが、フィルター１０を介してインクパイプ９の孔部
９ａへ流入されるようになっている。

【００１３】ノズル側基板１の前面には、各インク流路
４中の加圧室（大面積部）４ａに対応して金属製の振動
板１１が設けられ、各振動板１１上には、圧電素子１２
がそれぞれ設けられている。そして、各振動板１１に対
し導通可能な電極（図示せず。）を有するフレキシブル
プリントケーブル（以下「ＦＰＣ」という。）１３が設
けられている。

【００１４】ノズル側基板１、インク供給側基板２、イ
ンクプール基板３は、全て高分子樹脂からなり、接着剤
を用いて接着してある。

【００１５】本実施例において製造するインクジェット
ヘッドは以上のような構成であり、図示しない電源回路
からＦＰＣ１３を介して圧電素子１２に選択的に電圧が
印加される。すると、電圧が印加された圧電素子１２は
変形を生じる。この時、圧電素子１２がノズル側基板１
に向けて撓むように設定されている。従って、圧電素子
１２が変形すると、振動板１１を介してノズル側基板１
が変形し加圧室４ａの容積が減少する。これによって、
インク流路４内のインクが加圧され、インクは連通孔５
およびノズル６を介してヘッド前方（図２上方）へ向け
て吐出し、図示しない記録媒体に付着することによって
印字が行なわれる。なお、インク供給孔７の小径の先端
部７ａがリストリクションとして作用するため、加圧さ
れたインクはほぼ半分がノズル６側へ移動する。インク
が吐出されると、図示しないインクタンクから、インク
パイプ９、共通インク室８、インク供給孔７を介して、
インク流路４にインクが補充される。

【００１６】本発明は、上記のような構成のインクジェ
ットヘッドの製造に関するものであり、その製造方法に
ついて以下に説明する。まず、ノズル側基板１の形成方
法について図３〜６を参照して説明する。本実施例では
ノズル側基板１の材料としてポリサルフォン（以下「Ｐ
ＳＦ」という。）を用いており、図４に示す射出成形金
型装置１４による射出成形を行なっている。すなわち、
可動側型板１５と固定側型板１６との間に、ノズル側基
板１の外形とほぼ一致する形状のキャビティ１７が区画
されており、ノズル位置に仮孔部１８を形成するための
コアピン１９がこのキャビティ１７内に突出している。
コアピン１９は固定側型板１５のキャビティ部底面とほ
ぼ当接するように対向している。このコアピン１９の先
端部１９ａは小径の円柱状となっている。そして、ラン
ナ部２０より溶融状態のＰＳＦがキャビティ１７内に注
入されて固化された後、突出しピン２１により成形品が
突き出される。

【００１７】この時、コアピン１９の先端部の外径はノ
ズル６の所望の寸法よりも僅かに小さくしてある。具体
的には、ノズル６の直径を６０μｍとするのに対して仮
孔部１８の直径が５４μｍになるようにコアピン１９を
形成しておく。また、成形品の仮孔部１８が、所望のノ
ズル寸法よりも僅かに長くなるように形成している。す
なわち、本実施例では、完成状態のヘッドのノズル６を
５０μｍとするのに対して、仮孔部１８が５５μｍとな
るように、キャビティ１７が形成してある。このように
して形成された成形品の部分拡大図が図３に示してあ
る。

【００１８】なお、この時点では、仮孔部１８の周囲に
バリが発生している可能性が高く、仮孔部に対して水平
方向にも垂直方向にもバリが生じている恐れがある。特
に、仮孔部１８を塞ぐようにバリができている場合など
には、仮孔部１８はノズルとしては使用できない状態に
ある。

【００１９】上記のように、本実施例によると、高分子
樹脂成形工程において、ノズル６よりも長くかつ径が細
い仮孔部１８を有する成形品が成形される。そこで次
に、この成形品を所望の形状に加工するとともにバリを
除去するためのレーザー照射工程を施す。

【００２０】本実施例におけるレーザー照射工程では、
図５に示すレーザービーム発生装置２２を用いている。
これは希ガスとハロゲンガスの混合気体を放電励起する
ことにより高輝度の短パルス紫外光を発振するエキシマ
レーザー発振装置であり、ＫｒＦ、ＡｒＦなどが主に用
いられるものである。このレーザービーム発生装置２１
によりＰＳＦなどの高分子樹脂にエキシマレーザーを照
射すると、照射部分の樹脂表面が切削される。

【００２１】そこで本実施例では、図５に示す通り、レ
ーザービーム発生装置２２の前方にイメージマスク２３
および集光レンズ２４を配置し、レーザービーム発生装
置２２により発生されたレーザービームＬ（２点鎖線で
図示）を集光し被加工部に照射するようにセットしてあ
る。本実施例における加工条件は以下の通りである。

【００２２】 レーザー光出力 ： ２００ｍＪ／パルス 縮小率 ： ４．１ 加工率（被加工面に垂直に照射する場合）：約０．３μ
ｍ／ショット （被加工面に平行に照射する場合）：約０．１μｍ／シ
ョット レーザー発振周波数：２００Ｈｚ まず、仮孔部１８の長さを５５μｍから５０μｍに短縮
する。図５に示すように、集光されたレーザービームＬ
の光軸が成形品のノズル面と平行になるようにし、切除
すべき部分（図３において２点鎖線Ａ1 よりも上の部
分）にレーザービームＬが照射されるように配置してあ
る。これによって成形時にノズル面と垂直方向に生じた
バリも全て切除することができる。この切削加工に要す
る時間を計算すると、切除する部分の厚さが５μｍ、加
工率が０．１、発振周波数が２００Ｈｚであるため、５
÷０．１÷２００＝約０．２５秒である。

【００２３】続いて、仮孔部１８の径を拡げる加工を行
なう。図６に示すように、今度は基板の面に垂直な方向
にレーザービームＬが照射できるように、レーザービー
ム発生装置２２、イメージマスク２３、集光レンズ２４
を配置する。このような方法による１孔当たりの加工に
要する時間を計算すると、切除する部分の厚みが３μ
ｍ、加工率が０．１、発振周波数が２００Ｈｚであるた
め、３÷０．１÷２００＝０．１５秒である。ところ
で、仮孔部１８は比較的密集しており６孔が１列に配列
しているので、イメージマスク２３および集光レンズ２
４を調整することにより一度に６孔ずつの加工を行なう
ことが可能である。従って、図１に示すように１２個の
ノズルを有するヘッドを製造する場合の加工時間は、
０．１５×（１２÷６）＝０．３秒となる。このように
仮孔部１８の径を広けることによって、ノズル側基板１
が完成する。

【００２４】ここで、上記方法における加工時間を従来
の方法と比較する。従来、エキシマレーザー照射を用い
て高精度のノズルを形成する場合、射出成形時に上記仮
孔部を形成せず、５０μｍの厚さの無孔部を形成してお
き、この無孔部に垂直にレーザービームを照射してノズ
ルを穿設する。本発明の実施例と同一条件で加工した場
合、加工厚さは５０μｍ、加工率は０．３、発振周波数
は２００Ｈｚであるため、ノズル１個当たりの加工時間
は、５０÷０．３÷２００＝約０．８３秒である。そし
て、６個ずつ２列のノズルを形成するためには、０．８
３×２＝１．６６秒を要する。

【００２５】上記実施例においてノズル穿設のためのレ
ーザー照射に要する時間は、端面の加工時間と仮孔部径
の加工時間とを合計した０．５５秒であり、従来例（端
面加工を行なわない場合）の３分の１程度に短縮でき
る。当然その分だけレーザー発生装置の駆動時間が短く
なり、製造コストが低減する。

【００２６】インク供給側基板２についても、ノズル側
基板１と同様な方法で形成する。すなわち、図４と実質
的に同様な射出成形金型装置を用い、ＰＳＦの射出成形
を行なう。この時、インク供給孔に相当する部分に、イ
ンク供給孔７の所望の寸法よりも僅かに小径で長さの長
い仮孔部２５を形成する。具体的には、ノズル６と同様
に、所望のインク供給孔７の直径が６０μｍ、長さが５
０μｍであるのに対して、直径５４μｍ、長さ５５μｍ
の仮孔部２５を形成している。このようにして形成した
成形品の部分拡大図を図７に示している。

【００２７】この時点では、仮孔部２５の周囲にバリが
発生している可能性が高いので、パリを除去するととも
に寸法を調整するためレーザー照射による加工を行な
う。この際、ノズル加工時と同様に、図５に示すレーザ
ービーム発生装置２２、イメージマスク２３、集光レン
ズ２４を用い、同一条件とする。まず、切除すべき部分
（図７において２点鎖線Ａ2 よりも上の部分）にレーザ
ービームＬが照射されるように配置してある。これによ
って成形時にノズル面と垂直方向に生じたバリを切除す
るとともに、仮孔部２５の長さを５５μｍから５０μｍ
に短縮する。この切削加工に要する時間を計算すると、
切除する部分の厚さが５μｍ、加工率が０．１、発振周
波数が２００Ｈｚであるため、５÷０．１÷２００＝約
０．２５秒である。

【００２８】続いて、インク供給孔７の仮孔部２５の径
を拡げる加工を行なう。図６と同様に、今度は基板の面
に垂直な方向に、図７の２点鎖線で示す範囲にレーザー
ビームＬを照射し、仮孔部２５の径５４μｍを６０μｍ
に拡大する。この時、仮孔部内に面方向に生じたバリも
除去される。なお、各インク供給孔７は比較的離れた位
置に形成されているため、１孔ずつレーザー照射工程を
施す必要がある。従って、１２個のインク供給孔の加工
を行なうのにかかる時間は、３÷０．１２÷２００×１
２＝１．５秒である。このように仮孔部２５の径を広け
ることによって、インク供給側基板２が完成する。

【００２９】ここで、上記方法における加工時間を従来
の方法と比較する。従来、レーザー照射を用いて高精度
のインク供給孔を形成する場合、射出成形時には５０μ
ｍの厚さの無孔部を形成しておき、この無孔部に垂直に
レーザービームを照射してインク供給孔を穿設する。本
発明の実施例と同一条件で加工した場合、インク供給孔
１個当たりの加工時間は、５０÷０．３÷２００＝約
０．８３秒である。そして、１２個のインク供給孔７を
形成するためには、０．８３×１２＝１０秒を要する。

【００３０】上記実施例においてインク供給孔穿設のた
めのレーザー照射に要する時間は、端面の加工時間と仮
孔部径の加工時間とを合計した１．７５秒であり、従来
例（端面加工を行なわない場合）の約６分の１程度に短
縮できる。当然その分だけレーザー発生装置の駆動時間
が短くなり、製造コストが低減する。

【００３１】次に、ＰＳＦの射出成形によりインクプー
ル基板３を形成する。このインクプール基板３はそれほ
ど高い精度を要求されないため、所望の寸法通りに射出
成形を行ない、レーザー加工などは行なわない。

【００３２】以上のようにして、ノズル側基板１、イン
ク供給側基板２、インクプール基板３を形成したら、こ
の３部材を積層した状態で接着剤を用いて接合する。こ
の時、インク流路４および共通インク室８をインク供給
側基板２がそれぞれ塞ぐように、３部材を積層してい
る。その後、ノズル側基板１上に、各加圧室４ａに対応
して金属製の振動板１１をそれぞれ貼着し、さらにこの
振動板１１上に圧電素子１２をそれぞれ貼着する。そし
て、各圧電素子１２に接する電極（図示せず。）を有す
るＦＰＣ１３を、ノズル側基板１上に配設する。このよ
うにして、インクジェットヘッドが完成する。

【００３３】以上説明した本発明の方法によりインクジ
ェットヘッドを製造すると、従来の方法に比べてレーザ
ー照射の時間が短縮できる。具体的には、従来の方法で
レーザー照射に要していた時間を合計すると１１．６６
秒であったのが、上記実施例の場合レーザー照射時間の
合計は２．３秒であり、インクジェットヘッド１個製造
するのに約９秒の時間短縮が可能になる。また、レーザ
ー発生装置の駆動時間が短くなるため、それに伴なって
消費電力の低減、製造コストの低減が可能になる。

【００３４】そして、レーザー加工によりノズルおよび
インク供給孔の寸法および形状は極めて精度よく形成さ
れる。しかも、射出成形のみにより形成する場合と異な
り、ノズル部分やインク供給孔部分の肉厚は任意に変更
できるため、ノズルやインク供給孔の長さに制約がな
く、高性能のインクジェットヘッドが製造できる。

【００３５】なお、本実施例では、ノズル端面の加工、
ノズル径の拡大、インク供給孔端面の加工、インク供給
孔径の拡大の４つの加工について、射出成形後にレーザ
ー照射を行なっているが、これに限定されるものではな
く、本発明の技術的特徴は射出成形により仮孔部を形成
しこの仮孔部をレーザー照射により２次加工することに
あるため、これら４つの加工のうちの少なくとも１つを
行なう場合全てを含むものである。

【００３６】また、各工程の具体的な方法および手段に
ついても上記実施例に限定されるものではなく、様々な
変更が可能である。例えば、レーザー照射工程におい
て、図８に示すように、レーザービーム発生装置２２の
前方に集光レンズ２４を配置し、さらにその前方にイメ
ージマスク２３を配置する構成としてもよい。図示しな
いが、レーザービームを基板端面に対して角度をもって
斜めに照射するようにし、レーザービーム発生装置ある
いは基板を移動させる構成とし、基板全面にレーザービ
ーム照射が行なえるようにして、レーザーによる加工率
を向上させ、さらに時間短縮を図ることもできる。ま
た、仮孔部の径を拡大する場合あるいは端面の加工をす
る場合、基板の上下のいずれの面からレーザー照射を行
なってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザー光照射後に生じる不都合を回避しつつ、極めて高
い精度で所望の寸法および形状の透孔を穿設ができ、イ
ンク吐出性能の向上と、製造コストの削減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により透孔を穿設したインクジェットヘ
ッドの平面図

【図２】本発明により透孔を穿設したインクジェットヘ
ッドの断面図

【図３】高分子樹脂成形後のノズル側基板の要部断面図

【図４】高分子樹脂成形工程を示す説明図

【図５】第１のレーザー照射工程を示す説明図

【図６】第２のレーザー照射工程を示す説明図

【図７】高分子樹脂成形後のインク供給側基板の要部断
面図

【図８】第１のレーザー照射工程の他の実施例を示す説
明図

【符号の説明】

１ ノズル側基板 ２ インク供給側基板 ４ インク流路 ６ 透孔（ノズル） ７ 透孔（インク供給孔） ８ 共通インク室 １８，２５ 仮孔部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−99581（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−77425（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−277554（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/135

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子樹脂基板によってインク流路を形
   成したインクジェットヘッドの製造方法において、 厚み方向に貫通し、一端側が大径部となり、かつ最終の
   形態となる透孔に略相似した小径の仮孔を備えた高分子
   樹脂基板を射出成形により形成する工程と、 前記仮孔の径よりも大きな径のレーザー光を前記大径部
   の側から照射して、前記仮孔の内周面を除去することに
   より仮孔の径を拡大して所望の径の透孔を形成する工程
   と、 からなるインクジェットヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 高分子樹脂基板によってインク流路を形
   成したインクジェットヘッドの製造方法において、 厚み方向に貫通した仮孔を備えた高分子樹脂基板を射出
   成形により形成する工程と、 前記基板の表面に平行にレーザー光を照射して前記基板
   の厚みを減じる工程と、 を含むインクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記仮孔が、成形後にインク供給口とな
   る請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッ
   ドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記仮孔が、成形後にノズルとなる請求
   項１または請求項２に記載のインクジェットヘッドの製
   造方法。