JP4079309B2 - ノズル加工装置及びノズル加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドのノズルの加工方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置においては、インクジェットヘッドのノズル形成部材に形成された微小なノズルよりインク滴を吐出させて記録を行うため、ノズルの形状及び位置の精度が記録品質に大きな影響を及ぼす。例えば、ノズルの位置ずれは、記録用紙に対するインク滴の飛着位置ずれに直結するため、限りなくゼロに近づけることが求められる。インク滴の位置ずれを発生させる要因は、これ以外にも、インク滴の噴射曲がり、噴射速度のバラツキなど多くのものがある。そのような要因がいくつか積み重なってしまうことが十分考えられるため、個々の要因は極力影響がないようにしなければならない。
【０００３】
インクジェットヘッドのノズル加工方法としては、ノズル形成部材にマスクを通過させたレーザビームを照射し、マスクのパターンに対応したノズルをノズル形成部材に形成する方法が知られている。例えば、特開平１０−１４６９８１号、特開平１０−１４６９８２号、特許第２９１４１４６号の各号公報には、プレート材の一面又は両面に粘着部材を貼着した状態でレーザ照射を行ってノズルを加工し、その後に粘着部材を剥離するノズル加工法が記載されている。また、特開平１０−１５６５７３号公報には、ワークに酸素ガスとヘリウムガスの混合ガスを吹き付ける構成の、インクジェットのノズル加工のためのエキシマレーザ加工装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ノズルが形成されたノズル形成部材は、ノズル支持部材に一体的に組み付けられてインクジェットヘッドを構成することになるが、このノズル支持部材にはインク加圧室とノズルとを連通させるためのノズル連通口がノズルに対応して設けられる。このノズル連通口とノズルの同心度の精度も重要であり、その中心がずれていると、インクの流れの影響でインク滴の噴射曲がりが発生する。よって、ノズル加工にあたっては、ノズルとノズル連通口との同心度についても高い精度が要求される。
【０００５】
したがって、本発明の１つの目的は、ノズルとノズル連通口の同心度精度も含めてノズルの位置精度が高いインクジェットヘッドを実現するためのノズル加工方法及び装置を提供することにある。本発明のもう１つの目的は、ノズルとノズル連通口の同心度精度も含めてノズルの位置精度が高く、高品質の記録が可能なインクジェットヘッドと、それを使用して高品質記録を行うインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、加工テーブルにセットされたワークに対し、マスクを通過させたレーザビームを照射することにより、前記マスクのパターンに対応した複数のノズルを同時に前記ワークに形成するノズル加工装置であって、前記ワークに設けられた複数のアライメントマークの中心を結ぶ方向を認識する手段と、前記加工テーブルの移動方向を認識する手段と、前記ワーク上に投影される前記マスクのパターンの配列方向を認識する手段と、認識された前記３つの方向を平行に調整する手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のノズル加工装置において、前記３つの方向を平行に調整する手段は、前記ワークをレーザビームの光軸方向周りに所要角度だけ回転させるための手段と、前記マスクをレーザビームの光軸方向周りに所要角度だけ回転させる手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、複数のノズル連通口及び前記ノズル連通口の配列方向と同一方向に並べられた複数のアライメントマークを有するノズル支持部材と、ノズル形成部材とを接合してなるワークを加工テーブルにセットし、前記アライメントマークの中心を結ぶ方向、前記加工テーブルの送り方向及びマスクのパターン配列方向の平行出しを自動的に行い、ってマスクを通過させたレーザビームを前記ワークに照射することにより、マスクのパターンに対応した複数のノズルを前記ノズル形成部材に同時に形成するノズル加工方法を特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のノズル加工方法において、前記アライメントマークの形状及び大きさのうちの少なくとも一方を前記ノズル連通口と異ならせることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のノズル加工方法において、前記ノズル支持部材の前記ノズル連通口配列方向の両端部近傍に前記アライメントマークを設けることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５を参照し、本発明によるノズル加工方法及び装置について説明する。
【００１２】
本発明のノズル加工方法においては、図１に示すように、ノズル加工前のノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１とを接合した状態でノズル加工が行われる。ノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１とは例えば薄層接着剤１０７により接合される。ノズル支持部材１０１は金属、樹脂材料又はシリコン等で形成される。ノズル形成部材１０５は例えば樹脂フィルムである。
【００１３】
一実施例によれば、ノズル形成部材１０５は厚さ２５μｍのポリイミドフィルムである。薄層接着剤１０７は、ノズル形成部材１０５の液室側の面（インク滴吐出面と反対側の面）に厚さ４μｍで塗布されたポリイミド系接着剤である。
【００１４】
ノズル支持部材１０１には、インクジェットヘッド側のインク加圧室とノズル形成部材１０５のノズル１０６とを連通させるためのノズル連通口１０２が予め形成されている。ノズル連通口１０２はノズル径よりやや大きい。ノズル支持部材１０１には、加工時の位置合わせのためのアライメントマークも予め形成されている。
【００１５】
一実施例によれば、ノズル支持部材１０１には、図２に示すように、前記のノズル連通口１０２が千鳥状に２列に配列されている。各ノズル連通口１０２は例えば７０ミクロン径の円形穴である。ノズル連通口１０２の個数は、例えば、各列に１９２個、２列で３８４個である。ノズル連通口１０２の配列ピッチは例えば１６９μｍである。ノズル支持部材１０１には、図示のように、各ノズル連通口１０２に隣接して長孔１０３も形成されている。この長孔１０３は、インクジェットヘッドのインク流路に対応するもので、例えば６５μｍ×６００μｍの大きさである。ノズル支持部材１０１のノズル連通口配列方向の両端部近傍に、前記のアライメントマーク１０４が形成されている。両側のアライメントマーク１０４の中心を結ぶ線の方向（中心線方向）と、各列のノズル連通口１０２の中心を結ぶ線の方向とは正確に平行とされている。
【００１６】
なお、アライメントマーク１０４の認識を容易にするため、アライメントマーク１０４の大きさ及び／又は形状をノズル連通口１０２と異ならせるのが好ましい。例えば、図３に示すような四角形や三角形のアライメントマーク１０４とすることも可能である。
【００１７】
本発明のノズル加工方法においては、このようなノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１の接合体をワークとして、レーザビーム（例えばエキシマレーザビーム）を用いてノズル加工が行われる。より具体的には、ノズルに対応したパターンを持つマスクを通過させたレーザビームを、ノズル支持部材１０１側からノズル連通口１０２の中心に位置合わせして照射することにより、ノズル形成体１０５にノズル１０６を１個ずつ又は複数個同時に形成する。位置合わせを高精度に行うことにより、高い位置精度でノズル１０６を形成することができる。また、ノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１とを接合した状態でノズル加工を行うため、ノズル連通口１０２との同心度が極めて高いノズル１０６を形成できる。ちなみに、ノズル支持部材１０１と分離した状態でノズル加工を行う場合には、高い位置精度でノズル加工を行ったとしても、加工後のノズル形成部材１０５をノズル支持部材１０１と接合する際の位置誤差のために、ノズル１０６とノズル連通口１０２の同心度精度の悪化が生じやすい。本発明のノズル加工方法によれば、そのような不都合を回避できる。
【００１８】
以上説明した本発明のノズル加工方法の実施例では、ノズル支持部材はインクジェットヘッドのインク加圧室及びインク流路を形成するための流路部材とは独立した部材であった。しかし、インクジェットヘッドの構成によっては、ノズル支持部材は流路部材と一体化される。この場合、ノズル連通口及びアライメントマークは流路部材に形成されることになる。
【００１９】
図４は本発明によるノズル加工装置の一例を説明するための概略構成図である。このノズル加工装置によれば、本発明のノズル加工方法を効率的に実施することができる。
【００２０】
このノズル加工装置の基本的構成は、レーザー発振器１８１から射出されるエキシマレーザビーム１８２をミラー１８３、ビームエキスパンダ１８４、ミラー１８５、マスク１９４、フィールドレンズ１８７、ミラー１８８、結像光学系１８９を経て加工テーブル１９０上のワークＷに照射するというものである。加工テーブル１９０は、周知のＸＹＺテーブル等であり、必要に応じてワークＷを移動し所望の位置にレーザビームを照射させることができる。マスク１９４に形成された形状は所望の倍率で縮小され、その像がワークＷに結像する。このような基本的構成は、例えば特開平１０−１４６９８２号公報に記載されているように公知である。
【００２１】
ここに示す本発明のレーザ加工装置においては、加工テーブル１９０にワークＷのレーザビーム光軸方向周りの回転角度を調整するためのθテーブル１９１が取り付けられ、ワークＷはこのθテーブル１９１上に載置固定される。なお、このθテーブル１９１は、必ずしも加工テーブル１９０と独立したものである必要はなく、加工テーブル１９０と一体化することも、換言すれば、θテーブル１９１の機能を加工テーブル１９０に組み込むことも可能であることは当然である。
【００２２】
また、マスク１９４を保持するためのマスクホルダ１８０は、レーザビームと垂直な面上で直交する２方向へのマスク位置を調整するためのＸＹテーブル１９２と、マスク１９４のレーザビーム光軸方向周りの回転角度を調整するためのθテーブル１９３とから構成されている。なお、ＸＹテーブル１９２とθテーブル１９３は、光路をさえぎるかのように図示されているが、レーザビームの通過を妨げない構造であることは当然である。マスク１９４には例えば９６個の所定径の円形状がパターニングされており、この９６個のパターンの並びが加工テーブル１９０の移動方向とほぼ平行となるように位置付けられている。
【００２３】
また、加工テーブル１９０の近傍に、ワークＷを撮像するための撮像装置１９５が配設されている。
【００２４】
１５０はノズル加工装置の制御・操作のための制御装置である。この制御装置１５０は、例えば、ワーク用の加工テーブル１９０及びθテーブル１９１、マスク用のＸＹテーブル１９２及びθテーブル１９３、ならびにレーザ発振器１８１を駆動するための駆動回路部１５１と、この駆動回路部１５１の制御や、そのためのデータ処理など行うための制御部１５２から構成される。ここに示す例では、制御部１５２はＣＰＵ１５３、ＲＡＭやＲＯＭなどからなるメモリ１５４、キーボードなどの入力装置１５６、ディスプレイ１５５、外部とのインターフェース１５７〜１６０などから構成されており、メモリ１５４にロードされたプログラムに従って動作する。
【００２５】
次に、このノズル加工装置によるノズル加工手順の一例について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。ここに説明するノズル加工手順は、本発明のノズル加工方法の一実施例でもある。
【００２６】
ステップＳ１：ワーク用θテーブル１９１の上にダミーサンプルを載置し、また、マスクホルダ１８０にマスク１９４をセットする。作業者は入力装置１５６より初期設定動作を指示する。制御部１５２は、レーザ発振器８１よりレーザビーム１８２を出射させ、ダミー加工を行わせる。制御部１５２において、撮像装置１９５より入力される画像データから、ダミーサンプル上のダミー加工孔の並び方向を認識し記憶する。すなわち、このノズル加工装置は、ワークＷ（この段階ではダミーサンプル）上に投影されるマスク１９４のパターンの配列方向を自動的に認識する手段を備えている。
【００２７】
ステップＳ２：制御部１５２は、加工テーブル１９０をノズル加工時のノズル配列方向ヘ移動させ、この移動中に撮像装置１９５により撮像された画像データを取り込む。制御部１５２において、入力された複数時点の画像データから、ダミー加工孔などを利用して、ダミーサンプル上のある一点の移動軌跡を検出することにより、加工テーブル移動方向を認識し記憶する。このように、このノズル加工装置は加工テーブル移動方向を自動的に認識する手段を備えている。
【００２８】
ステップＳ３：制御部１５２は、ステップＳ１で認識したダミー加工孔の並び方向と、ステップＳ２で認識した加工テーブル移動方向の差を計算し、その差がゼロとなるように、マスク用θテーブル１９３を必要角度、必要向きに回転させる。以上により、マスク１９４のパターン配列方向と加工テーブル１９０の移動方向との平行出しがなされた。すなわち、このノズル加工装置は、マスクパターン配列方向と加工テーブル移動方向との平行出しを自動的に行う手段を備えている。
【００２９】
ステップＳ４：制御部１５２は、再度ダミー加工を行わせ、撮像装置１９５より入力された画像データから、ダミー加工された１個目の孔の中心位置、換言すれば対応したレーザビームの照射位置を認識し記憶する。
【００３０】
ここまでは初期設定手順であり、マスク１９４を交換したり、ノズル加工装置の電源を切断した場合などに一回だけ行えばよい。以下のステップは、実際のワークに対するノズル加工のための手順である。
【００３１】
ステップＳ５：図１乃至３を参照して説明したようなノズル支持部材とノズル形成部材とを接合してなるワークＷを、ノズル支持部材側を上にしてワーク用θテーブル１９１に載置固定する。この時に、図示しない載置ガイドなどを利用し、ノズル支持部材のノズル連通口の中心線が、ノズル加工時のノズル列方向ヘの加工テーブル１９０の移動方向と概略平行になるようにワークＷの向きを調整する。
【００３２】
ステップＳ６：制御部１５２は、撮像装置１９５より入力される画像データから、ワークＷのノズル支持部材の両端部に形成された複数のアライメントマークの中心位置を認識して記憶し、またアライメントマーク中心線方向を割り出し記憶する。すなわち、このノズル加工装置は、ワーク上のアライメントマークの中心線方向を自動的に認識する手段を備えている。なお、図３に関連して説明したように、アライメントマークの大きさ及び／又は形状をノズル連通口と異ならせると、アライメントマークとノズル連通口との識別が容易になるため、アライメントマークの認識のための手段を簡易化できる利点がある。また、図２に関連して説明したように、ノズル支持体のノズル連通口配列方向の両端部近傍にアライメントマークを設けると、アライメントマークの間隔を十分大きくとることができるため、アライメントマーク中心線方向の認識精度を上げることができ、したがって、次ステップにおける平行出しの精度も向上する。
【００３３】
ステップＳ７：制御部１５２は、ステップＳ２で認識した加工テーブル移動方向と、ステップＳ６で認識したアライメントマーク中心線方向との差を計算し、その差がゼロとなるように、ワーク用θテーブル１９１を必要角度、必要向きに回転させる。すなわち、このノズル加工装置は加工テーブル移動方向とアライメントマーク中心線方向の平行出しを自動的に行う手段を備える。
【００３４】
かくして、マスク１９４のパターン配列方向、加工テーブル移動方向、ワークＷのノズル支持部材上のアラインメントマーク中心線方向すなわちノズル連通口の配列方向の平行出しができたことになる。このような平行出しを行うことにより、高い位置精度で多数のノズルの同時加工が可能となる。
【００３５】
なお、ここに説明する手順においてはマスクパターン配列方向と加工テーブル移動方向との平行出しを初期設定段階（ステップＳ３）で行っているが、この平行出し操作をステップＳ５以降で行うことも可能である。ただし、初期設定段階で行うほうが合理的である。
【００３６】
ステップＳ８：制御部１５２は、ステップＳ６で認識したアライメントマークの中心位置をステップＳ７での回転角度に対応して修正した位置を基準として、ワークＷのノズル支持部材の１個目のノズル連通口の中心を、ステップＳ４で認識した１個目のノズルに対応したレーザビーム照射位置と一致させるように、加工テーブル１９０を移動させる。前段階で前述した精密な平行出しが行われているため、当該ステップの位置決めにより、複数個（この例では９６個）のノイズ連通口の中心と対応したレーザビームの中心が精密に位置合わせされる。
【００３７】
なお、制御部１５２において、撮像装置１９５より入力した画像データから改めてアライメントマークの中心位置を認識し、その位置を基準として位置合わせを行ってもよい。この場合には、ステップＳ６においてアライメントマークの中心位置を記憶する必要はない。このような構成のノズル加工装置も本発明に包含される。
【００３８】
また、ディスプレイ１５５の画面に、ワークＷの拡大画像と、１個目のノズルに対応したレーザビーム照射位置とを表示させつつ、作業者が、そのレーザビーム照射位置と１個目のノズル連通口中心位置とを接近させるように、入力装置１５６により制御部１５２に対し加工テーブル１９０の移動指示を入力することにより、粗い位置調整を行う。その後、制御部１５２において１個目のノズル連通口の中心位置を認識し、その位置とレーザビーム照射位置との精密な位置合わせを行うような構成とすることも可能である。このような構成のノズル加工装置も本発明に包含される。
【００３９】
ステップＳ９：制御部１５２は、ノズル加工のためのレーザ発振器１８１の駆動を行わせ、ノズル加工を行わせる。この時の加工条件は、例えば２００（pulse/sec）、２００ショット、エネルギー密度０．８J/cm^2である。この例では、１回の加工動作で９６個のノズルが形成される。前述のような精密な平行出しが行われているため、１個のノズルについて位置決めを行うだけで、９６個のノズル全てについて精密に位置決めすることができる。すなわち、９６個のノズルとノズル連通口の中心を精密に一致させることができる。
【００４０】
例えば、図２に示したような１列１９２個のノズルを２列形成する場合には、加工動作を４回繰り返すことになる。この場合、例えば、制御部１５２は、１回目の加工動作で９６個のノズルを形成した後、ノズル９６個のピッチ分だけノズル列方向に加工テーブル１９０を移動させ（ステップＳ１０）、同じ列上の残りの９６個のノズルの加工を行わせる（ステップＳ９）。次に、加工テーブル１９０をノズル列間隔分だけノズル列と直交方向へ移動させ（ステップＳ１０）、次列の９６個のノズルの加工を行わせる（ステップＳ９）。続いて、ノズル９６個のピッチ分だけ加工テーブル１９０をノズル列方向へ逆向きに移動させ（ステップＳ１０）、残りの９６個のノズルの加工を行わせる（ステップＳ９）。
【００４１】
前述のような精密な平行出しによって、このような単純な加工テーブル送りとレーザ照射により多数個、複数列のノズルを高い位置精度で効率的に加工することができる。
【００４２】
このようにして１つのワークＷに対するノズル加工を完了すると、新しいワークＷと交換し（ステップＳ５）、ステップＳ６以降の手順によりノズル加工を行う。
【００４３】
なお、複数個のノズル支持部材をシート状に連結し、それにノズル形成部材となる樹脂フィルムなどを接合したワークに対してノズル加工を行うことも可能である。この場合、１つのワークに対してはステップＳ６〜Ｓ８の手順は１回だけでよいため、複数ヘッド分のノズル加工を連続してより効率的に行うことができる。
【００４４】
次に、図６乃至図９を参照して本発明のノズル加工方法によるインクジェットヘッドの一例について説明する。図６はインクジェットヘッドの概略分解斜視図、図７は同ヘッドのノズル列配列方向と直交する面で切断した概略断面図、図８は同ヘッドのノズル配列方向と直交する面で切断した要部断面図、図９は同ヘッドのノズル配列方向と平行な面で切断した部分拡大断面図である。
【００４５】
このインクジェットヘッドは、例えばシリコン基板（単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板など）を用いて形成された流路板４１と、この流路板４１の下面側に接合されたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板などからなる電極基板４２と、流路板４１の上面側に接合されたノズル板４３とを備え、これら部材間に、ノズル板４３のインク滴吐出用ノズル４４と連通するインク加圧室４６、各インク加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８が形成される。
【００４６】
ノズル板４３はインク滴吐出のための多数のノズル４４が２列に配列されたもので、そのインク滴吐出面には撥水処理が施されている。図８及び図９に見られるように、ノズル板４３は、ノズル形成部材６２とノズル支持部材６１とが接合された構造であり、図１乃至図５に関連して説明した本発明のノズル加工方法によって、両部材が接合された状態でノズル形成部材６２にノズル４４が形成されている。よって、ノズル４４をインク加圧室４６と連通させるためにノズル形成部材６２側に形成されているノズル連通口と、ノズル４４との同心度は極めて高い。したがって、ノズル４４とノズル連通口との中心ずれによる噴射曲がりは極めて小さい。図示されていないが、ノズル形成部材６２には、ノズル加工の際に利用されるアライメントマークが形成されている（図２参照）。このノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合される。
【００４７】
流路板４１はインク加圧室４６となる凹部を有し、その底面側には第１電極を兼ねる振動板５０が形成されている。ノズル板４３は流体抵抗部４７となる溝を有する。流路板４１と電極基板４２には共通液室流路４８となる貫通部が形成されている。
【００４８】
流路板４１は、例えば単結晶シリコン基板を用いて作られる。この場合、単結晶シリコン基板の下面側に予めボロンを振動板５０の厚さに注入することによりエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成しておき、電極基板４２と接合した後に、上面側よりＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いてインク加圧室４６となる凹部を異方性エッチングすることにより流路板４１を形成することができる。このエッチング時に高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、多結晶シリコンで振動板５０を形成する場合には、流路板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法とするか、あるいは、予め電極基板４２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去する方法とすることもできる。
【００４９】
なお、振動板５０に電極膜を別途形成してもよいが、この例では上述したように不純物の拡散などによって振動板５０に電極を兼ねさせるようにしている。また、振動板５０の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳｉＯ２等の酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。この絶縁膜の成膜には、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成する方法や、他の成膜手法を用いることができる。
【００５０】
さらに、流路板４１には図示しないが共通電極が設けられている。この共通電極は、例えばＡｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより形成され、半導体基板よりなる流路板４１とオーミック接触する。
【００５１】
また、電極基板４２に酸化膜層４２ａが形成されている。この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４が形成され、この凹部５４の底面に振動板５０に対向する第２の電極５５が形成されている。振動板５０と電極５５は、所定のギャップ５６（ギャップ幅は例えば０．２μｍ）を介して対向し、静電アクチュエータを構成する。なお、電極５５の表面にはＳｉＯ２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ３Ｎ４膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７が成膜されている。なお、電極保護膜５７を形成せず、振動板５０側に絶縁膜を形成してもよい。
【００５２】
流路板４１と電極基板４２とは接着剤を用いて接合することも可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合方法、例えば電極基板４２がシリコンで形成される場合には酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施される。また、電極基板４２がガラスの場合には陽極接合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成して陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００５３】
また、電極基板４２の電極５５としては、半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を形成する必要がある。ただし、電極基板４２としてガラス等の絶縁性材料を用いる場合には、電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００５４】
また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物としてシリコン基板の導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成して電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００５５】
このインクジェットヘッドでは、ノズル４４が二列に配列され、各ノズル４４に対応してインク加圧室４６、振動板５０、電極５５なども二列に配列され、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右のインク加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単な構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを実現できる。
【００５６】
インクジェットヘッドの電極５５は外部に延設されて電極パッド部５５ａとなる。この電極パッド部５５ａには、ヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０が搭載されたＦＰＣケーブル６１が異方性導電膜などを介して接続される。電極基板４２とノズル板４３との間は、図７に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止される。
【００５７】
このようなインクジェットヘッドは、フレーム部材６５に接着剤で接合される。このフレーム部材６５には、共通液室流路４８に外部よりインクを供給するためのインク供給穴６６が設けられている。ＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。撥水性を有するノズル板４３の表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止するため、フレーム部材６５とノズル板４３との間は図７に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止される。フレーム部材６５にはインクカートリッジとのジョイント部材７０が連結され、フィルタ７１を介してインクカートリッジからインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。
【００５８】
このインクジェットヘッドの動作は次の通りである。振動板５０を共通電極とし、電極５５をノズル対応の個別電極として、振動板５０と電極５５との間にパルス電圧を印加すると、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位する。その後、振動板５０と電極５５間の電荷の放電過程で振動板５０が復帰変形して加圧室４６内の圧力が上昇するため、ノズル４４からインク滴が噴射される。前述のようにノズル４４とノズル連通口の同心度は極めて高いため、その中心ずれによるインク滴の噴射曲がりは極めて小さい。
【００５９】
なお、ノズル加工方法に関連して説明したように、ノズル支持部材６１と流路板４１とを一つの部材とすることもでき、そのような構成のインクジェットヘッドも本発明に包含される。また、ここに示したインクジェットヘッドは静電アクチュエータを用いる構成であるが、圧電素子からなるアクチュエータを用いる構成のインクジェットヘッドや、インク加圧室内のインクをヒーターで加熱沸騰させることによりインク滴を吐出させる構成のインクジェットヘッドも本発明に包含される。
【００６０】
次に、本発明のノズル加工方法によるインクジェットヘッドを使用するインクジェット記録装置の一例について、図１０及び図１１を参照し説明する。図１０はインクジェット記録装置の概略斜視説明図、図１１は同装置の内部構成を説明するための概略断面図である。
【００６１】
このインクジェット記録装置は、装置本体３０１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、それに搭載したインクジェットヘッド、このインクジェットヘッドにインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部３０２等を収納し、装置本体３０１の下部には前方側から多数枚の用紙３０３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイ）３０４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３０３を手差しで給紙するための手差しトレイ３０５を開倒することができ、給紙カセット３０４或いは手差しトレイ３０５から給送される用紙３０３を取り込み、印字機構部３０２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３０６に排紙する。
【００６２】
印字機構部３０２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド３１１と従ガイドロッド３１２とでキャリッジ３１３を主走査方向（図１１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ３１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための前述した構成の本発明によるインクジェットヘッド３１４を、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。キャリッジ３１３には、インクジェットヘッド３１４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ３１５を交換可能に装着している。なお、各色のインク滴を吐出するためのノズルを有する１つのインクジェットヘッドを用いることも可能である。このような形式のインクジェットヘッドに対しても本発明を適用可能であることは明らかでいる。
【００６３】
インクカートリッジ３１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド３１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド３１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００６４】
ここで、キャリッジ３１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド３１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１７で回転駆動される駆動プーリ３１８と従動プーリ３１９との間にタイミングベルト３２０を張装し、このタイミングベルト３２０をキャリッジ３１３に固定しており、主走査モーター３１７の正逆回転によりキャリッジ３１３が往復駆動される。
【００６５】
一方、給紙カセット３０４にセットした用紙３０３をヘッド３１４の下方側に搬送するために、給紙カセット３０４から用紙３０３を分離給送する給紙ローラ３２１及びフリクションパッド３２２と、用紙３０３を案内するガイド部材３２３と、給紙された用紙３０３を反転させて搬送する搬送ローラ３２４と、この搬送ローラ３２４の周面に押し付けられる搬送コロ３２５及び搬送ローラ３２４からの用紙３０３の送り出し角度を規定する先端コロ３２６とを設けている。搬送ローラ３２４は副走査モータ３２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６６】
そして、キャリッジ３１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３２４から送り出された用紙３０３をインクジェットヘッド３１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材３２９を設けている。この印写受け部材３２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３０３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３３１、拍車３３２を設け、さらに用紙３０３を排紙トレイ３０６に送り出す排紙ローラ３３３及び拍車３３４と、排紙経路を形成するガイド部材３３５，３３６とを配設している。
【００６７】
記録時には、キャリッジ３１３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド３１４を駆動することにより、停止している用紙３０３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３０３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３０３を排紙する。
【００６８】
また、キャリッジ３１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド３１４の吐出不良を回復するための回復装置３３７を配置している。回復装置はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ３１３は、印字待機中には回復装置３３７側に移動させられてキャッピング手段でインクジェットヘッド３１４のインク吐出口部分をキャッピングされ、吐出口部分を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全てのノズルのインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００６９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド３１４の吐出口部分を密封し、チューブを通して吸引手段でノズルからインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口部分に付着したインクやゴミ等はシリコーンゴムなどの部材で拭うことにより除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００７０】
本発明のノズル加工方法によるインクジェットヘッドは、ノズルとノズル連通口の中心ずれによる噴射曲がりが少なく良好な噴射特性を有するため、これを用いたインクジェット記録装置によれば極めて高品質の画像記録が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１乃至３記載の発明によれば、ノズル連通口との同心度が極めて高いノズル加工が可能である。特に、ノズル連通口との同心度精度も含め位置精度の高い多数のノズルを効率的に加工することができる。請求項４記載の発明によれば、アライメントマークの誤認識を確実に防止でき、また、その認識のための手段を簡易化することができる。請求項５記載の発明によれば、アライメントマーク中心線方向を高精度に認識して平行出し精度を高めることができ、したがって高い位置精度でノズル加工を行うことができる。その結果として、ノズルの位置精度がノズル連通口との同心度精度を含めて極めて高く、したがって高品質記録が可能なインクジェットヘッドを実現でき、該インクジェットを使用することで高品質の記録が可能なインクジェット記録装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるノズル加工方法を説明するための部分断面図である。
【図２】 ノズル支持部材の一例を示す一部破断平面図である。
【図３】 アライメントマークの形状の説明図である。
【図４】 本発明のノズル加工方法によるノズル加工装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】 ノズル加工手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】 本発明によるインクジェットヘッドの一例を示す分割斜視図である。
【図７】 上記インクジェットヘッドのノズル列と直交する面で切断した概略断面図である。
【図８】 上記インクジェットヘッドのノズル列と直交する面で切断した要部断面図である。
【図９】 上記インクジェットヘッドのノズル列と平行な面で切断した部分拡大断面図である。
【図１０】 本発明のノズル加工方法によるインクジェットを使用したインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１１】 上記インクジェット記録装置の内部構成を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
４１ 流路板
４３ ノズル板
４４ ノズル
４６ インク加圧室
６１ ノズル支持部材
６２ ノズル形成部材
１０１ ノズル支持部材
１０２ ノズル連通口
１０４ アライメントマーク
１０５ ノズル形成部材
１０６ ノズル
１５０ 制御装置
１８０ マスクホルダー
１８１ レーザ発振器
１８２ エキシマレーザビーム
１９０ 加工テーブル
１９１ θテーブル
１９２ θテーブル
１９３ ＸＹテーブル
１９４ マスク
１９５ 撮像装置
３１４ インクジェットヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドのノズルの加工方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置においては、インクジェットヘッドのノズル形成部材に形成された微小なノズルよりインク滴を吐出させて記録を行うため、ノズルの形状及び位置の精度が記録品質に大きな影響を及ぼす。例えば、ノズルの位置ずれは、記録用紙に対するインク滴の飛着位置ずれに直結するため、限りなくゼロに近づけることが求められる。インク滴の位置ずれを発生させる要因は、これ以外にも、インク滴の噴射曲がり、噴射速度のバラツキなど多くのものがある。そのような要因がいくつか積み重なってしまうことが十分考えられるため、個々の要因は極力影響がないようにしなければならない。
【０００３】
インクジェットヘッドのノズル加工方法としては、ノズル形成部材にマスクを通過させたレーザビームを照射し、マスクのパターンに対応したノズルをノズル形成部材に形成する方法が知られている。例えば、特開平１０−１４６９８１号、特開平１０−１４６９８２号、特許第２９１４１４６号の各号公報には、プレート材の一面又は両面に粘着部材を貼着した状態でレーザ照射を行ってノズルを加工し、その後に粘着部材を剥離するノズル加工法が記載されている。また、特開平１０−１５６５７３号公報には、ワークに酸素ガスとヘリウムガスの混合ガスを吹き付ける構成の、インクジェットのノズル加工のためのエキシマレーザ加工装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ノズルが形成されたノズル形成部材は、ノズル支持部材に一体的に組み付けられてインクジェットヘッドを構成することになるが、このノズル支持部材にはインク加圧室とノズルとを連通させるためのノズル連通口がノズルに対応して設けられる。このノズル連通口とノズルの同心度の精度も重要であり、その中心がずれていると、インクの流れの影響でインク滴の噴射曲がりが発生する。よって、ノズル加工にあたっては、ノズルとノズル連通口との同心度についても高い精度が要求される。
【０００５】
したがって、本発明の１つの目的は、ノズルとノズル連通口の同心度精度も含めてノズルの位置精度が高いインクジェットヘッドを実現するためのノズル加工方法及び装置を提供することにある。本発明のもう１つの目的は、ノズルとノズル連通口の同心度精度も含めてノズルの位置精度が高く、高品質の記録が可能なインクジェットヘッドと、それを使用して高品質記録を行うインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、加工テーブルにセットされたワークに対し、マスクを通過させたレーザビームを照射することにより、前記マスクのパターンに対応した複数のノズルを同時に前記ワークに形成するノズル加工装置であって、前記ワークに設けられた複数のアライメントマークの中心を結ぶ方向を認識する手段と、前記加工テーブルの移動方向を認識する手段と、前記ワーク上に投影される前記マスクのパターンの配列方向を認識する手段と、認識された前記３つの方向を平行に調整する手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のノズル加工装置において、前記３つの方向を平行に調整する手段は、前記ワークをレーザビームの光軸方向周りに所要角度だけ回転させるための手段と、前記マスクをレーザビームの光軸方向周りに所要角度だけ回転させる手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、複数のノズル連通口及び前記ノズル連通口の配列方向と同一方向に並べられた複数のアライメントマークを有するノズル支持部材と、ノズル形成部材とを接合してなるワークを加工テーブルにセットし、前記アライメントマークの中心を結ぶ方向、前記加工テーブルの送り方向及びマスクのパターン配列方向の平行出しを自動的に行い、ってマスクを通過させたレーザビームを前記ワークに照射することにより、マスクのパターンに対応した複数のノズルを前記ノズル形成部材に同時に形成するノズル加工方法を特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のノズル加工方法において、前記アライメントマークの形状及び大きさのうちの少なくとも一方を前記ノズル連通口と異ならせることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のノズル加工方法において、前記ノズル支持部材の前記ノズル連通口配列方向の両端部近傍に前記アライメントマークを設けることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５を参照し、本発明によるノズル加工方法及び装置について説明する。
【００１２】
本発明のノズル加工方法においては、図１に示すように、ノズル加工前のノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１とを接合した状態でノズル加工が行われる。ノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１とは例えば薄層接着剤１０７により接合される。ノズル支持部材１０１は金属、樹脂材料又はシリコン等で形成される。ノズル形成部材１０５は例えば樹脂フィルムである。
【００１３】
一実施例によれば、ノズル形成部材１０５は厚さ２５μｍのポリイミドフィルムである。薄層接着剤１０７は、ノズル形成部材１０５の液室側の面（インク滴吐出面と反対側の面）に厚さ４μｍで塗布されたポリイミド系接着剤である。
【００１４】
ノズル支持部材１０１には、インクジェットヘッド側のインク加圧室とノズル形成部材１０５のノズル１０６とを連通させるためのノズル連通口１０２が予め形成されている。ノズル連通口１０２はノズル径よりやや大きい。ノズル支持部材１０１には、加工時の位置合わせのためのアライメントマークも予め形成されている。
【００１５】
一実施例によれば、ノズル支持部材１０１には、図２に示すように、前記のノズル連通口１０２が千鳥状に２列に配列されている。各ノズル連通口１０２は例えば７０ミクロン径の円形穴である。ノズル連通口１０２の個数は、例えば、各列に１９２個、２列で３８４個である。ノズル連通口１０２の配列ピッチは例えば１６９μｍである。ノズル支持部材１０１には、図示のように、各ノズル連通口１０２に隣接して長孔１０３も形成されている。この長孔１０３は、インクジェットヘッドのインク流路に対応するもので、例えば６５μｍ×６００μｍの大きさである。ノズル支持部材１０１のノズル連通口配列方向の両端部近傍に、前記のアライメントマーク１０４が形成されている。両側のアライメントマーク１０４の中心を結ぶ線の方向（中心線方向）と、各列のノズル連通口１０２の中心を結ぶ線の方向とは正確に平行とされている。
【００１６】
なお、アライメントマーク１０４の認識を容易にするため、アライメントマーク１０４の大きさ及び／又は形状をノズル連通口１０２と異ならせるのが好ましい。例えば、図３に示すような四角形や三角形のアライメントマーク１０４とすることも可能である。
【００１７】
本発明のノズル加工方法においては、このようなノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１の接合体をワークとして、レーザビーム（例えばエキシマレーザビーム）を用いてノズル加工が行われる。より具体的には、ノズルに対応したパターンを持つマスクを通過させたレーザビームを、ノズル支持部材１０１側からノズル連通口１０２の中心に位置合わせして照射することにより、ノズル形成体１０５にノズル１０６を１個ずつ又は複数個同時に形成する。位置合わせを高精度に行うことにより、高い位置精度でノズル１０６を形成することができる。また、ノズル形成部材１０５とノズル支持部材１０１とを接合した状態でノズル加工を行うため、ノズル連通口１０２との同心度が極めて高いノズル１０６を形成できる。ちなみに、ノズル支持部材１０１と分離した状態でノズル加工を行う場合には、高い位置精度でノズル加工を行ったとしても、加工後のノズル形成部材１０５をノズル支持部材１０１と接合する際の位置誤差のために、ノズル１０６とノズル連通口１０２の同心度精度の悪化が生じやすい。本発明のノズル加工方法によれば、そのような不都合を回避できる。
【００１８】
以上説明した本発明のノズル加工方法の実施例では、ノズル支持部材はインクジェットヘッドのインク加圧室及びインク流路を形成するための流路部材とは独立した部材であった。しかし、インクジェットヘッドの構成によっては、ノズル支持部材は流路部材と一体化される。この場合、ノズル連通口及びアライメントマークは流路部材に形成されることになる。
【００１９】
図４は本発明によるノズル加工装置の一例を説明するための概略構成図である。このノズル加工装置によれば、本発明のノズル加工方法を効率的に実施することができる。
【００２０】
このノズル加工装置の基本的構成は、レーザー発振器１８１から射出されるエキシマレーザビーム１８２をミラー１８３、ビームエキスパンダ１８４、ミラー１８５、マスク１９４、フィールドレンズ１８７、ミラー１８８、結像光学系１８９を経て加工テーブル１９０上のワークＷに照射するというものである。加工テーブル１９０は、周知のＸＹＺテーブル等であり、必要に応じてワークＷを移動し所望の位置にレーザビームを照射させることができる。マスク１９４に形成された形状は所望の倍率で縮小され、その像がワークＷに結像する。このような基本的構成は、例えば特開平１０−１４６９８２号公報に記載されているように公知である。
【００２１】
ここに示す本発明のレーザ加工装置においては、加工テーブル１９０にワークＷのレーザビーム光軸方向周りの回転角度を調整するためのθテーブル１９１が取り付けられ、ワークＷはこのθテーブル１９１上に載置固定される。なお、このθテーブル１９１は、必ずしも加工テーブル１９０と独立したものである必要はなく、加工テーブル１９０と一体化することも、換言すれば、θテーブル１９１の機能を加工テーブル１９０に組み込むことも可能であることは当然である。
【００２２】
また、マスク１９４を保持するためのマスクホルダ１８０は、レーザビームと垂直な面上で直交する２方向へのマスク位置を調整するためのＸＹテーブル１９２と、マスク１９４のレーザビーム光軸方向周りの回転角度を調整するためのθテーブル１９３とから構成されている。なお、ＸＹテーブル１９２とθテーブル１９３は、光路をさえぎるかのように図示されているが、レーザビームの通過を妨げない構造であることは当然である。マスク１９４には例えば９６個の所定径の円形状がパターニングされており、この９６個のパターンの並びが加工テーブル１９０の移動方向とほぼ平行となるように位置付けられている。
【００２３】
また、加工テーブル１９０の近傍に、ワークＷを撮像するための撮像装置１９５が配設されている。
【００２４】
１５０はノズル加工装置の制御・操作のための制御装置である。この制御装置１５０は、例えば、ワーク用の加工テーブル１９０及びθテーブル１９１、マスク用のＸＹテーブル１９２及びθテーブル１９３、ならびにレーザ発振器１８１を駆動するための駆動回路部１５１と、この駆動回路部１５１の制御や、そのためのデータ処理など行うための制御部１５２から構成される。ここに示す例では、制御部１５２はＣＰＵ１５３、ＲＡＭやＲＯＭなどからなるメモリ１５４、キーボードなどの入力装置１５６、ディスプレイ１５５、外部とのインターフェース１５７〜１６０などから構成されており、メモリ１５４にロードされたプログラムに従って動作する。
【００２５】
次に、このノズル加工装置によるノズル加工手順の一例について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。ここに説明するノズル加工手順は、本発明のノズル加工方法の一実施例でもある。
【００２６】
ステップＳ１：ワーク用θテーブル１９１の上にダミーサンプルを載置し、また、マスクホルダ１８０にマスク１９４をセットする。作業者は入力装置１５６より初期設定動作を指示する。制御部１５２は、レーザ発振器８１よりレーザビーム１８２を出射させ、ダミー加工を行わせる。制御部１５２において、撮像装置１９５より入力される画像データから、ダミーサンプル上のダミー加工孔の並び方向を認識し記憶する。すなわち、このノズル加工装置は、ワークＷ（この段階ではダミーサンプル）上に投影されるマスク１９４のパターンの配列方向を自動的に認識する手段を備えている。
【００２７】
ステップＳ２：制御部１５２は、加工テーブル１９０をノズル加工時のノズル配列方向ヘ移動させ、この移動中に撮像装置１９５により撮像された画像データを取り込む。制御部１５２において、入力された複数時点の画像データから、ダミー加工孔などを利用して、ダミーサンプル上のある一点の移動軌跡を検出することにより、加工テーブル移動方向を認識し記憶する。このように、このノズル加工装置は加工テーブル移動方向を自動的に認識する手段を備えている。
【００２８】
ステップＳ３：制御部１５２は、ステップＳ１で認識したダミー加工孔の並び方向と、ステップＳ２で認識した加工テーブル移動方向の差を計算し、その差がゼロとなるように、マスク用θテーブル１９３を必要角度、必要向きに回転させる。以上により、マスク１９４のパターン配列方向と加工テーブル１９０の移動方向との平行出しがなされた。すなわち、このノズル加工装置は、マスクパターン配列方向と加工テーブル移動方向との平行出しを自動的に行う手段を備えている。
【００２９】
ステップＳ４：制御部１５２は、再度ダミー加工を行わせ、撮像装置１９５より入力された画像データから、ダミー加工された１個目の孔の中心位置、換言すれば対応したレーザビームの照射位置を認識し記憶する。
【００３０】
ここまでは初期設定手順であり、マスク１９４を交換したり、ノズル加工装置の電源を切断した場合などに一回だけ行えばよい。以下のステップは、実際のワークに対するノズル加工のための手順である。
【００３１】
ステップＳ５：図１乃至３を参照して説明したようなノズル支持部材とノズル形成部材とを接合してなるワークＷを、ノズル支持部材側を上にしてワーク用θテーブル１９１に載置固定する。この時に、図示しない載置ガイドなどを利用し、ノズル支持部材のノズル連通口の中心線が、ノズル加工時のノズル列方向ヘの加工テーブル１９０の移動方向と概略平行になるようにワークＷの向きを調整する。
【００３２】
ステップＳ６：制御部１５２は、撮像装置１９５より入力される画像データから、ワークＷのノズル支持部材の両端部に形成された複数のアライメントマークの中心位置を認識して記憶し、またアライメントマーク中心線方向を割り出し記憶する。すなわち、このノズル加工装置は、ワーク上のアライメントマークの中心線方向を自動的に認識する手段を備えている。なお、図３に関連して説明したように、アライメントマークの大きさ及び／又は形状をノズル連通口と異ならせると、アライメントマークとノズル連通口との識別が容易になるため、アライメントマークの認識のための手段を簡易化できる利点がある。また、図２に関連して説明したように、ノズル支持体のノズル連通口配列方向の両端部近傍にアライメントマークを設けると、アライメントマークの間隔を十分大きくとることができるため、アライメントマーク中心線方向の認識精度を上げることができ、したがって、次ステップにおける平行出しの精度も向上する。
【００３３】
ステップＳ７：制御部１５２は、ステップＳ２で認識した加工テーブル移動方向と、ステップＳ６で認識したアライメントマーク中心線方向との差を計算し、その差がゼロとなるように、ワーク用θテーブル１９１を必要角度、必要向きに回転させる。すなわち、このノズル加工装置は加工テーブル移動方向とアライメントマーク中心線方向の平行出しを自動的に行う手段を備える。
【００３４】
かくして、マスク１９４のパターン配列方向、加工テーブル移動方向、ワークＷのノズル支持部材上のアラインメントマーク中心線方向すなわちノズル連通口の配列方向の平行出しができたことになる。このような平行出しを行うことにより、高い位置精度で多数のノズルの同時加工が可能となる。
【００３５】
なお、ここに説明する手順においてはマスクパターン配列方向と加工テーブル移動方向との平行出しを初期設定段階（ステップＳ３）で行っているが、この平行出し操作をステップＳ５以降で行うことも可能である。ただし、初期設定段階で行うほうが合理的である。
【００３６】
ステップＳ８：制御部１５２は、ステップＳ６で認識したアライメントマークの中心位置をステップＳ７での回転角度に対応して修正した位置を基準として、ワークＷのノズル支持部材の１個目のノズル連通口の中心を、ステップＳ４で認識した１個目のノズルに対応したレーザビーム照射位置と一致させるように、加工テーブル１９０を移動させる。前段階で前述した精密な平行出しが行われているため、当該ステップの位置決めにより、複数個（この例では９６個）のノイズ連通口の中心と対応したレーザビームの中心が精密に位置合わせされる。
【００３７】
なお、制御部１５２において、撮像装置１９５より入力した画像データから改めてアライメントマークの中心位置を認識し、その位置を基準として位置合わせを行ってもよい。この場合には、ステップＳ６においてアライメントマークの中心位置を記憶する必要はない。このような構成のノズル加工装置も本発明に包含される。
【００３８】
また、ディスプレイ１５５の画面に、ワークＷの拡大画像と、１個目のノズルに対応したレーザビーム照射位置とを表示させつつ、作業者が、そのレーザビーム照射位置と１個目のノズル連通口中心位置とを接近させるように、入力装置１５６により制御部１５２に対し加工テーブル１９０の移動指示を入力することにより、粗い位置調整を行う。その後、制御部１５２において１個目のノズル連通口の中心位置を認識し、その位置とレーザビーム照射位置との精密な位置合わせを行うような構成とすることも可能である。このような構成のノズル加工装置も本発明に包含される。
【００３９】
ステップＳ９：制御部１５２は、ノズル加工のためのレーザ発振器１８１の駆動を行わせ、ノズル加工を行わせる。この時の加工条件は、例えば２００（pulse/sec）、２００ショット、エネルギー密度０．８J/cm^2である。この例では、１回の加工動作で９６個のノズルが形成される。前述のような精密な平行出しが行われているため、１個のノズルについて位置決めを行うだけで、９６個のノズル全てについて精密に位置決めすることができる。すなわち、９６個のノズルとノズル連通口の中心を精密に一致させることができる。
【００４０】
例えば、図２に示したような１列１９２個のノズルを２列形成する場合には、加工動作を４回繰り返すことになる。この場合、例えば、制御部１５２は、１回目の加工動作で９６個のノズルを形成した後、ノズル９６個のピッチ分だけノズル列方向に加工テーブル１９０を移動させ（ステップＳ１０）、同じ列上の残りの９６個のノズルの加工を行わせる（ステップＳ９）。次に、加工テーブル１９０をノズル列間隔分だけノズル列と直交方向へ移動させ（ステップＳ１０）、次列の９６個のノズルの加工を行わせる（ステップＳ９）。続いて、ノズル９６個のピッチ分だけ加工テーブル１９０をノズル列方向へ逆向きに移動させ（ステップＳ１０）、残りの９６個のノズルの加工を行わせる（ステップＳ９）。
【００４１】
前述のような精密な平行出しによって、このような単純な加工テーブル送りとレーザ照射により多数個、複数列のノズルを高い位置精度で効率的に加工することができる。
【００４２】
このようにして１つのワークＷに対するノズル加工を完了すると、新しいワークＷと交換し（ステップＳ５）、ステップＳ６以降の手順によりノズル加工を行う。
【００４３】
なお、複数個のノズル支持部材をシート状に連結し、それにノズル形成部材となる樹脂フィルムなどを接合したワークに対してノズル加工を行うことも可能である。この場合、１つのワークに対してはステップＳ６〜Ｓ８の手順は１回だけでよいため、複数ヘッド分のノズル加工を連続してより効率的に行うことができる。
【００４４】
次に、図６乃至図９を参照して本発明のノズル加工方法によるインクジェットヘッドの一例について説明する。図６はインクジェットヘッドの概略分解斜視図、図７は同ヘッドのノズル列配列方向と直交する面で切断した概略断面図、図８は同ヘッドのノズル配列方向と直交する面で切断した要部断面図、図９は同ヘッドのノズル配列方向と平行な面で切断した部分拡大断面図である。
【００４５】
このインクジェットヘッドは、例えばシリコン基板（単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板など）を用いて形成された流路板４１と、この流路板４１の下面側に接合されたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板などからなる電極基板４２と、流路板４１の上面側に接合されたノズル板４３とを備え、これら部材間に、ノズル板４３のインク滴吐出用ノズル４４と連通するインク加圧室４６、各インク加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８が形成される。
【００４６】
ノズル板４３はインク滴吐出のための多数のノズル４４が２列に配列されたもので、そのインク滴吐出面には撥水処理が施されている。図８及び図９に見られるように、ノズル板４３は、ノズル形成部材６２とノズル支持部材６１とが接合された構造であり、図１乃至図５に関連して説明した本発明のノズル加工方法によって、両部材が接合された状態でノズル形成部材６２にノズル４４が形成されている。よって、ノズル４４をインク加圧室４６と連通させるためにノズル形成部材６２側に形成されているノズル連通口と、ノズル４４との同心度は極めて高い。したがって、ノズル４４とノズル連通口との中心ずれによる噴射曲がりは極めて小さい。図示されていないが、ノズル形成部材６２には、ノズル加工の際に利用されるアライメントマークが形成されている（図２参照）。このノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合される。
【００４７】
流路板４１はインク加圧室４６となる凹部を有し、その底面側には第１電極を兼ねる振動板５０が形成されている。ノズル板４３は流体抵抗部４７となる溝を有する。流路板４１と電極基板４２には共通液室流路４８となる貫通部が形成されている。
【００４８】
流路板４１は、例えば単結晶シリコン基板を用いて作られる。この場合、単結晶シリコン基板の下面側に予めボロンを振動板５０の厚さに注入することによりエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成しておき、電極基板４２と接合した後に、上面側よりＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いてインク加圧室４６となる凹部を異方性エッチングすることにより流路板４１を形成することができる。このエッチング時に高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、多結晶シリコンで振動板５０を形成する場合には、流路板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法とするか、あるいは、予め電極基板４２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去する方法とすることもできる。
【００４９】
なお、振動板５０に電極膜を別途形成してもよいが、この例では上述したように不純物の拡散などによって振動板５０に電極を兼ねさせるようにしている。また、振動板５０の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳｉＯ２等の酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。この絶縁膜の成膜には、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成する方法や、他の成膜手法を用いることができる。
【００５０】
さらに、流路板４１には図示しないが共通電極が設けられている。この共通電極は、例えばＡｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより形成され、半導体基板よりなる流路板４１とオーミック接触する。
【００５１】
また、電極基板４２に酸化膜層４２ａが形成されている。この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４が形成され、この凹部５４の底面に振動板５０に対向する第２の電極５５が形成されている。振動板５０と電極５５は、所定のギャップ５６（ギャップ幅は例えば０．２μｍ）を介して対向し、静電アクチュエータを構成する。なお、電極５５の表面にはＳｉＯ２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ３Ｎ４膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７が成膜されている。なお、電極保護膜５７を形成せず、振動板５０側に絶縁膜を形成してもよい。
【００５２】
流路板４１と電極基板４２とは接着剤を用いて接合することも可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合方法、例えば電極基板４２がシリコンで形成される場合には酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施される。また、電極基板４２がガラスの場合には陽極接合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成して陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００５３】
また、電極基板４２の電極５５としては、半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を形成する必要がある。ただし、電極基板４２としてガラス等の絶縁性材料を用いる場合には、電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００５４】
また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物としてシリコン基板の導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成して電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００５５】
このインクジェットヘッドでは、ノズル４４が二列に配列され、各ノズル４４に対応してインク加圧室４６、振動板５０、電極５５なども二列に配列され、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右のインク加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単な構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを実現できる。
【００５６】
インクジェットヘッドの電極５５は外部に延設されて電極パッド部５５ａとなる。この電極パッド部５５ａには、ヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０が搭載されたＦＰＣケーブル６１が異方性導電膜などを介して接続される。電極基板４２とノズル板４３との間は、図７に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止される。
【００５７】
このようなインクジェットヘッドは、フレーム部材６５に接着剤で接合される。このフレーム部材６５には、共通液室流路４８に外部よりインクを供給するためのインク供給穴６６が設けられている。ＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。撥水性を有するノズル板４３の表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止するため、フレーム部材６５とノズル板４３との間は図７に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止される。フレーム部材６５にはインクカートリッジとのジョイント部材７０が連結され、フィルタ７１を介してインクカートリッジからインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。
【００５８】
このインクジェットヘッドの動作は次の通りである。振動板５０を共通電極とし、電極５５をノズル対応の個別電極として、振動板５０と電極５５との間にパルス電圧を印加すると、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位する。その後、振動板５０と電極５５間の電荷の放電過程で振動板５０が復帰変形して加圧室４６内の圧力が上昇するため、ノズル４４からインク滴が噴射される。前述のようにノズル４４とノズル連通口の同心度は極めて高いため、その中心ずれによるインク滴の噴射曲がりは極めて小さい。
【００５９】
なお、ノズル加工方法に関連して説明したように、ノズル支持部材６１と流路板４１とを一つの部材とすることもでき、そのような構成のインクジェットヘッドも本発明に包含される。また、ここに示したインクジェットヘッドは静電アクチュエータを用いる構成であるが、圧電素子からなるアクチュエータを用いる構成のインクジェットヘッドや、インク加圧室内のインクをヒーターで加熱沸騰させることによりインク滴を吐出させる構成のインクジェットヘッドも本発明に包含される。
【００６０】
次に、本発明のノズル加工方法によるインクジェットヘッドを使用するインクジェット記録装置の一例について、図１０及び図１１を参照し説明する。図１０はインクジェット記録装置の概略斜視説明図、図１１は同装置の内部構成を説明するための概略断面図である。
【００６１】
このインクジェット記録装置は、装置本体３０１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、それに搭載したインクジェットヘッド、このインクジェットヘッドにインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部３０２等を収納し、装置本体３０１の下部には前方側から多数枚の用紙３０３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイ）３０４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３０３を手差しで給紙するための手差しトレイ３０５を開倒することができ、給紙カセット３０４或いは手差しトレイ３０５から給送される用紙３０３を取り込み、印字機構部３０２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３０６に排紙する。
【００６２】
印字機構部３０２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド３１１と従ガイドロッド３１２とでキャリッジ３１３を主走査方向（図１１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ３１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための前述した構成の本発明によるインクジェットヘッド３１４を、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。キャリッジ３１３には、インクジェットヘッド３１４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ３１５を交換可能に装着している。なお、各色のインク滴を吐出するためのノズルを有する１つのインクジェットヘッドを用いることも可能である。このような形式のインクジェットヘッドに対しても本発明を適用可能であることは明らかでいる。
【００６３】
インクカートリッジ３１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド３１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド３１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００６４】
ここで、キャリッジ３１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド３１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１７で回転駆動される駆動プーリ３１８と従動プーリ３１９との間にタイミングベルト３２０を張装し、このタイミングベルト３２０をキャリッジ３１３に固定しており、主走査モーター３１７の正逆回転によりキャリッジ３１３が往復駆動される。
【００６５】
一方、給紙カセット３０４にセットした用紙３０３をヘッド３１４の下方側に搬送するために、給紙カセット３０４から用紙３０３を分離給送する給紙ローラ３２１及びフリクションパッド３２２と、用紙３０３を案内するガイド部材３２３と、給紙された用紙３０３を反転させて搬送する搬送ローラ３２４と、この搬送ローラ３２４の周面に押し付けられる搬送コロ３２５及び搬送ローラ３２４からの用紙３０３の送り出し角度を規定する先端コロ３２６とを設けている。搬送ローラ３２４は副走査モータ３２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６６】
そして、キャリッジ３１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３２４から送り出された用紙３０３をインクジェットヘッド３１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材３２９を設けている。この印写受け部材３２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３０３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３３１、拍車３３２を設け、さらに用紙３０３を排紙トレイ３０６に送り出す排紙ローラ３３３及び拍車３３４と、排紙経路を形成するガイド部材３３５，３３６とを配設している。
【００６７】
記録時には、キャリッジ３１３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド３１４を駆動することにより、停止している用紙３０３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３０３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３０３を排紙する。
【００６８】
また、キャリッジ３１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド３１４の吐出不良を回復するための回復装置３３７を配置している。回復装置はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ３１３は、印字待機中には回復装置３３７側に移動させられてキャッピング手段でインクジェットヘッド３１４のインク吐出口部分をキャッピングされ、吐出口部分を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全てのノズルのインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００６９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド３１４の吐出口部分を密封し、チューブを通して吸引手段でノズルからインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口部分に付着したインクやゴミ等はシリコーンゴムなどの部材で拭うことにより除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００７０】
本発明のノズル加工方法によるインクジェットヘッドは、ノズルとノズル連通口の中心ずれによる噴射曲がりが少なく良好な噴射特性を有するため、これを用いたインクジェット記録装置によれば極めて高品質の画像記録が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１乃至３記載の発明によれば、ノズル連通口との同心度が極めて高いノズル加工が可能である。特に、ノズル連通口との同心度精度も含め位置精度の高い多数のノズルを効率的に加工することができる。請求項４記載の発明によれば、アライメントマークの誤認識を確実に防止でき、また、その認識のための手段を簡易化することができる。請求項５記載の発明によれば、アライメントマーク中心線方向を高精度に認識して平行出し精度を高めることができ、したがって高い位置精度でノズル加工を行うことができる。その結果として、ノズルの位置精度がノズル連通口との同心度精度を含めて極めて高く、したがって高品質記録が可能なインクジェットヘッドを実現でき、該インクジェットを使用することで高品質の記録が可能なインクジェット記録装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるノズル加工方法を説明するための部分断面図である。
【図２】 ノズル支持部材の一例を示す一部破断平面図である。
【図３】 アライメントマークの形状の説明図である。
【図４】 本発明のノズル加工方法によるノズル加工装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】 ノズル加工手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】 本発明によるインクジェットヘッドの一例を示す分割斜視図である。
【図７】 上記インクジェットヘッドのノズル列と直交する面で切断した概略断面図である。
【図８】 上記インクジェットヘッドのノズル列と直交する面で切断した要部断面図である。
【図９】 上記インクジェットヘッドのノズル列と平行な面で切断した部分拡大断面図である。
【図１０】 本発明のノズル加工方法によるインクジェットを使用したインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１１】 上記インクジェット記録装置の内部構成を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
４１ 流路板
４３ ノズル板
４４ ノズル
４６ インク加圧室
６１ ノズル支持部材
６２ ノズル形成部材
１０１ ノズル支持部材
１０２ ノズル連通口
１０４ アライメントマーク
１０５ ノズル形成部材
１０６ ノズル
１５０ 制御装置
１８０ マスクホルダー
１８１ レーザ発振器
１８２ エキシマレーザビーム
１９０ 加工テーブル
１９１ θテーブル
１９２ θテーブル
１９３ ＸＹテーブル
１９４ マスク
１９５ 撮像装置
３１４ インクジェットヘッド
Claims (5)
- 加工テーブルにセットされたワークに対し、マスクを通過させたレーザビームを照射することにより、前記マスクのパターンに対応した複数のノズルを同時に前記ワークに形成するノズル加工装置であって、
前記ワークに設けられた複数のアライメントマークの中心を結ぶ方向を認識する手段と、
前記加工テーブルの移動方向を認識する手段と、
前記ワーク上に投影される前記マスクのパターンの配列方向を認識する手段と、
認識された前記３つの方向を平行に調整する手段と、
を有することを特徴とするノズル加工装置。 - 請求項１記載のノズル加工装置において、前記３つの方向を平行に調整する手段は、前記ワークをレーザビームの光軸方向周りに所要角度だけ回転させるための手段と、前記マスクをレーザビームの光軸方向周りに所要角度だけ回転させる手段とを備えることを特徴とするノズル加工装置。
- 複数のノズル連通口及び前記ノズル連通口の配列方向と同一方向に並べられた複数のアライメントマークを有するノズル支持部材と、ノズル形成部材とを接合してなるワークを加工テーブルにセットし、前記アライメントマークの中心を結ぶ方向、前記加工テーブルの送り方向及びマスクのパターン配列方向の平行出しを自動的に行い、マスクを通過させたレーザビームを前記ワークに照射することにより、前記マスクのパターンに対応した複数のノズルを前記ノズル形成部材にノズルを同時に形成することを特徴とするノズル加工方法。
- 請求項３記載のノズル加工方法において、前記アライメントマークの形状及び大きさのうちの少なくとも一方を前記ノズル連通口と異ならせることを特徴とするノズル加工方法。
- 請求項３記載のノズル加工方法において、前記ノズル支持部材の前記ノズル連通口配列方向の両端部近傍に前記アライメントマークを設けることを特徴とするノズル加工方法。
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