JP4177544B2 - プリントヘッド及びその製造方法並びにこのヘッドに使用するオリフィスプレート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のインク吐出孔から吐出されるインク滴でドットイメージをプリントするプリントヘッド及びその製造方法並びにこのヘッドに使用するオリフィスプレート及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なインクジェットプリンタのプリントヘッドは、ヘッドボディおよびこのヘッドボディの端部に固定されるオリフィスプレートを有している。オリフィスプレートは、インク吐出孔として並べられた複数のオリフィスを持っている。ヘッドボディは、隔壁により区画される複数のインク室および各インク室の圧力を変化させて対応するオリフィスからインクを吐出させる、例えば、バブルジェット式あるいはカイザー式のようなインク吐出機構を有する。バブルジェット式インク吐出機構は、インク吐出時に気泡の発生によりインク室の圧力を増大させ、カイザー式インク吐出機構は、インク吐出時に隔壁の変形によりインク室の圧力を増大させる。
【０００３】
オリフィスプレートは、インク流入側からインク吐出側に向かって徐々に細い径となる順テーパ状となるように一般に電鋳と呼ばれるメッキ法により複数のオリフィスを形成し接着剤でヘッドボディに固定される金属板からなる。しかし、このプレート構造は高い解像度でドットイメージをプリントするためにオリフィスピッチをさらに狭くすることが難しい。すなわち、接着剤がオリフィスプレートの接着工程でプレート主表面から隣接するオリフィス内に流れ込み、インク飛翔の障害となる目詰りを起こし易い。
【０００４】
オリフィスピッチがこのような理由から限界に近い場合には、例えばオリフィスの配列方向にオリフィスピッチより狭いピッチでプリントヘッドをシフトさせながらプリントヘッドの駆動を繰り返す駆動方式を用いてドットイメージの高解像度化が図られる。しかし、この駆動方式では、ドットプリント位置がプリントヘッドのシフト機構の精度に依存してばらつくため、鮮明なドットイメージが得にくいという問題があった。
【０００５】
ところで、特開平５−３３００６４号公報は上述の問題を解消できる技術を開示している。この公報においては、オリフィスプレートがヘッドボディの端部に予め固定された樹脂板で構成され、複数のオリフィスがレーザ光をこの樹脂板にインク吐出側から照射することにより形成される。レーザ光はインク吐出側のスペースに設定される焦点で最も小さなビーム径となるように結像光学系により集光され、この焦点から広がりながら樹脂板に入射する。この樹脂板では、アブレーションがレーザ光に露出された部分で進行し、これによりインク流入側からインク吐出側に向かって徐々に細い径となる順テーパ状のオリフィスを形成する。この場合、目詰りの原因となる接着剤がオリフィスに流入しないため、高解像度でドットイメージをプリントするためにオリフィスピッチを十分狭く設定することができる。
【０００６】
しかし、結像光学系の焦点と樹脂板との相対的な位置関係をそれぞれのオリフィスについて一定に維持できないと、レーザ光の広がりのためにこれらオリフィスの最小径にバラツキが生じ、均一サイズのドットをプリントすることが困難になる。
【０００７】
また、特開平１０−７６６６６号公報はオリフィスの最小径のバラツキを低減できるオリフィス形成技術を開示している。この公報においては、複数のオリフィスがレーザ光をインク流入側およびインク吐出側から樹脂板に照射することにより形成される。インク流入側からのレーザ光はインク吐出側のスペースに設定される焦点で最も小さなビーム径となるように結像光学系により集光され、この焦点に向かう途中で樹脂板に入射する。このとき、アブレーションがレーザ光に露出された樹脂板の部分で進行し、これによりインク流入側からインク吐出側に向かって徐々に細い径となる順テーパ状のオリフィスを形成する。
【０００８】
さらに、インク吐出側からのレーザ光はインク流入側のスペースに設定される焦点で最も小さなビーム径となるように結像光学系により集光され、この焦点に向かう途中で樹脂板に入射する。このとき、アブレーションがレーザ光に露出された樹脂板の部分で進行し、これによりインク吐出側の樹脂板表面付近でオリフィスを逆テーパ状にする。これはインク吐出側で生じるオリフィスの径のバラツキを補償することができる。
【０００９】
しかし、このオリフィス形成技術は各オリフィスを形成するためにインク流入側から樹脂板に照射されるレーザ光を必要とするため、このレーザ光の照射を妨げないように樹脂板を予めヘッドボディの端部に固定することが難しい。もし、オリフィスの形成後に樹脂板をヘッドボディに接着剤で固定すれば、上述したように接着剤がプレート主表面から隣接するオリフィス内に流入してオリフィスの目詰りを起こす可能性がある。従って、高解像度でドットイメージをプリントするためにオリフィスピッチを十分狭く設定することができない。また、レーザ光はインク流入側に加えてインク吐出側からも樹脂板に照射されるため、各オリフィスにおいて順テーパ部分と逆テーパ部分との境界にレーザ光の位置ずれによる段差が生じやすい。この段差はインク室の圧力変化によってオリフィスから吐出されるインクの流れを乱し、インク滴の吐出方向にバラツキを発生させる結果となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように上述した特開平５−３３００６４号公報のものでは、オリフィスの最小径にバラツキが生じ、均一サイズのドットをプリントすることが困難になるという問題があり、また、特開平１０−７６６６６号公報のものでは、オリフィスピッチを十分狭く設定することができず、また、インク滴の吐出方向にバラツキを発生させるという問題があった。
【００１１】
そこで、請求項１乃至６に係る発明は、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドを提供することを目的とする。
【００１２】
また、請求項６乃至１３記載の発明は、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドの製造方法を提供する。
【００１３】
また、請求項７に係る発明は、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドに使用するオリフィスプレートを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のプリントヘッドの製造方法は、オリフィスプレートを複数のインク室に区画されたヘッドボディに接着剤により接着する接着ステップと、前記複数のインク室にそれぞれ連通するインク吐出孔として並びこれらインク室の圧力の増大によりそれぞれインクを吐出する複数のオリフィスをレーザ光の照射により前記オリフィスプレートに形成する開口ステップとを備える。前記開口ステップは、前記オリフィスプレートの内部に集光面を設定した結像光学系を用いて前記レーザ光を集光して、前記オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部、並びにこの順テーパ部に連結した非順テーパ部を同時に形成することにより前記オリフィスにくびれを持たせる整形ステップを含む。前記オリフィスプレートは、インク吐出側表面として撥水膜を持つ。そして、前記整形ステップは、前記オリフィスプレートの撥水膜上に接着剤を介して保護フィルムを貼り付け、レーザ光を前記保護フィルム側からその保護フィルム、前記接着剤、前記撥水膜を通して前記オリフィスプレートに向け照射し、この照射後に前記保護フィルムを前記接着剤ごと前記オリフィスプレートから剥離することにより、順テーパ部と非順テーパ部からなるくびれを持つオリフィスを前記オリフィスプレートに形成する。
【００２９】
請求項１５に係る発明のオリフィスプレートの製造方法は、樹脂板および撥液膜の積層体を形成する積層ステップと、インク吐出孔として並ぶ複数のオリフィスをレーザ光の照射により前記積層体に形成する開口ステップとを備える。前記開口ステップは、前記積層体の内部に集光面を設定した結像光学系を用いて前記レーザ光を集光して、前記積層体の厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部、並びにこの順テーパ部に連結し前記積層体の厚さの３０％以内である奥行きを持つ非順テーパ部を同時に形成することにより前記オリフィスにくびれを持たせる整形ステップを含む。前記オリフィスプレートは、インク吐出側表面として撥水膜を持つ。そして、前記整形ステップは、前記オリフィスプレートの撥水膜上に接着剤を介して保護フィルムを貼り付け、レーザ光を前記保護フィルム側からその保護フィルム、前記接着剤、前記撥水膜を通して前記オリフィスプレートに向け照射し、この照射後に前記保護フィルムを前記接着剤ごと前記オリフィスプレートから剥離することにより、順テーパ部と非順テーパ部からなるくびれを持つオリフィスを前記オリフィスプレートに形成する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はインクジェットプリントユニット１の外観を示す図で、このインクジェットプリントユニット１は、支持部材として用いられるベースプレート２、インク滴でドットイメージをプリントするプリントヘッド３、およびこのプリントヘッド３を駆動する駆動回路基板４を備えている。
【００３１】
前記プリントヘッド３および駆動回路基板４は、ベースプレート２にマウントされている。前記プリントヘッド３は、ヘッドボディ５およびこのヘッドボディ５と一体化されたオリフィスプレート６を備えている。前記オリフィスプレート６は、インク吐出孔として８０μｍ以下の所定ピッチで並べられた複数のオリフィス７を持つ。前記ヘッドボディ５は、インクを供給または排出するためのインクチューブ８に接続されている。
【００３２】
図２はオリフィス７の並びに沿ったプリントヘッド３の断面構造を示す図で、前記ヘッドボディ５は、これらオリフィス７にそれぞれインクを導く細長い溝として形成される複数のインク室１２および各インク室１２の圧力を変化させて対応オリフィス７から図２に矢印で示すインク吐出方向にインクを吐出させる、例えばカイザー式のインク吐出機構ＡＣを有している。
【００３３】
このインク吐出機構ＡＣは電歪部材で構成され、ヘッドボディ５を複数のインク室１２に区画する複数の隔壁１１、およびこれら隔壁を挟持するように付加される複数の電極１０を有し、インク吐出時にこれら電極１０に電圧を印加することによりこれら隔壁１１を変形させてインク室１２の圧力を増大させるようになっている。前記駆動回路基板４は、プリントヘッド３のインク吐出機構ＡＣを駆動する複数のＩＣチップ等から構成されており、接続ケーブル９により外部のコントローラに接続されている。
【００３４】
前記オリフィスプレート６は、樹脂板１４と、インクをはじくためにインク吐出側において樹脂板１４を覆う撥液膜１３との積層体で形成されている。前記撥液膜１３は紫外域の波長を持つ光に対して吸収係数の高い、例えばポリイミドのようなポリマー系材料の高分子樹脂で構成されている。
【００３５】
前記各オリフィス７は、３０μｍ以下の直径でこの積層体を貫通して形成され、前記オリフィスプレート６をヘッドボディ５の端部に固定することによりそれぞれインク室１２に連通するようになる。前記各オリフィス７は、インク吐出側に逆テーパ部を配置し、インク流入側に順テーパ部を配置するように形成されるくびれを有する。この逆テーパ部はインク室１２の圧力を増大させることにより吐出されるインクの直進性を高めてインクの吐出効率を向上させるために設けられる。
【００３６】
図３は図２に示すプリントヘッドの製造に用いられる孔加工装置の構成を示す図で、前記オリフィスプレート６のオリフィス７はこの孔加工装置により形成される。この孔加工装置は、ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０、バリアブルアッテネータ３１、アップコリメータ３２、イメージローテータ３３、ミラー３４、アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、第１のマスク３６Ａ、第２のマスク３６Ｂ、投影レンズ（結像レンズ）３７、Ｘステージ３８ａ、Ｙステージ３８ｂ、およびＺステージ３８ｃを有する。
【００３７】
４８は微細加工コントローラで、この微細加工コントローラ４８は、エキシマレーザ発振器３０に対してレーザ制御信号（トリガ信号）を送出し、エキシマレーザ発振器３０の動作制御を行う機能を有している。又、前記微細加工コントローラ４８は、イメージローテータ３３に対して回転速度制御信号を送出し、例えばオリフィスプレート６の孔開け加工に必要な例えば２００パルスのレーザ光の照射の間にイメージローテータ３３を連続して回転させる機能を有している。
【００３８】
又、前記微細加工コントローラ４８は、バリアブルアッテネータ３１に対してフルエンス制御信号を送出し、エキシマレーザ発振器３０から出力されるレーザ光のパルス数に応じてレーザ光の出力強度を調整する機能を有している。又、前記微細加工コントローラ４８は、オートフォーカスユニット４９に対してフォーカス制御信号を送出し、マスク像をオリフィスプレート６に結像させる機能を有している。
【００３９】
このオートフォーカスユニット４９には、カメラ５０が接続され、このカメラ５０により撮像されるオリフィスプレート６上のマスク像に基づいてフォーカスのずれを求め、このフォーカスのずれを無くす駆動信号をｚドライバ６１に送出する機能を有している。このｚドライバ６１は、オートフォーカスユニット４９からの駆動信号に従ってｚステージ３８ｃを動作させる機能を有している。
【００４０】
又、微細加工コントローラ４８は、ｘｙドライバ６２に対して位置制御信号を送出し、マスク像をオリフィスプレート２０上に投影させるようにｘｙテーブル３８ａ、３８ｂを動作させる機能を有している。
【００４１】
前記ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０は、波長４００ｎｍ以下の紫外域でパルス状のレーザ光を出力する。前記バリアブルアッテネータ３１、アップコリメータ３２、イメージローテータ３３、ミラー３４は、前記ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０から出力されるレーザ光の光路上に配置されている。前記アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、マスク３６Ａ、マスク３６Ｂおよび投影レンズ３７は、前記ミラー３４の反射光路上に配置されている。
【００４２】
前記Ｘステージ３８ａ、Ｙステージ３８ｂ、およびＺステージ３８ｃは、前記投影レンズ３７の光軸方向に設けられ、このＺステージ３８ｃ上に被加工物として載置されるプリントヘッド３のオリフィスプレート６をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向に移動可能に構成している。
【００４３】
ここで、前記アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、マスク３６Ａ、３６Ｂおよび投影レンズ３７の光学系の具体的構成について、図４を参照して説明する。
図４に示すようにレーザ光の光路上には、アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、第１のマスク３６Ａ、第２のマスク３６Ｂおよび投影レンズ３７が配置されている。
【００４４】
前記アレイレンズ照明系３５は、図４および図５に示すように、２つのシリンドリカルレンズ３５ａ、３５ｂを互いに垂直に交わる方向に間隔Ｌ０をおいて配置したものとなっている。これらのシリンドリカルレンズ３５ａ、３５ｂの各集光面４２（集光点を含む面）は、シリンドリカルレンズ３５ｂから距離Ｌ１のところの同一面に一致するようになっている。
【００４５】
また、これらシリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂの集光面４２をリレーレンズ３９により投影レンズ３７の入射瞳（絞り）４１の面に結像し、これにより投影レンズ３７に対して、テレセントリックな条件が成立するようにアレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、入射瞳４１、投影レンズ３７に対して第１のマスク３６Ａと第２のマスク３６Ｂとが配置されている。
【００４６】
このようなテレセントリックな光学系を通してレーザ光をインク吐出側から照射することにより、オリフィスプレート６の板面に対して垂直な軸線をもち、かつ逆テーパ部と順テーパ部を有するオリフィス７が形成される。
【００４７】
次に、孔加工装置によってオリフィスプレート６にオリフィス７を形成する具体的な方法について説明する。
図６は、孔加工装置でオリフィス７を形成する前のオリフィスプレート６（被加工用プレート）の構造を示す。ここでは、オリフィスプレート６は樹脂板１４および撥液膜１３の積層体からなり、前記樹脂板１４の表面を撥液膜１３で覆うことにより形成されている。そして、前記撥液膜１３を保護する保護フィルム５１が撥液膜１３の表面に粘着剤５２で仮固定されている。
【００４８】
次に、このようなオリフィスプレート６のインク吐出側から上述の孔加工装置を用いて整形したレーザ光を図７の(a)に示すように照射する。このレーザ光は、上述した孔加工装置のテレセントリックな光学系を通過すると、その進行方向に垂直な断面が集光面４０まで次第に径が細くなり集光面４０からは垂直断面が次第に径が太くなるようにくびれたビーム形状となるように整形される。
【００４９】
この実施の形態では、このようにくびれたビーム形状となるレーザ光の集光面４０をオリフィスプレート断面内部に位置させながら加工することによって、逆テーパ部７ａと順テーパ部７ｂとからなるオリフィス７をオリフィスプレート６に形成する。ここでは、保護フィルム５１で保護されたオリフィスプレート６にインク吐出側からレーザ光を照射してオリフィス７を形成し、その後に保護フィルム５１を剥離してオリフィスプレート６を完成する。こうして形成されたオリフィスを図７の(b)に示す。尚、保護フィルム５１の効果でレーザ光を吸収して加工が促進されるとともに、インク吐出口におけるエッジ形状の乱れが抑制される。
【００５０】
ここで、このようなオリフィス７の形成プロセス全体をさらに具体的に述べる。まず、図８の(a)に示すように、オリフィスプレート６の表面でインクをはじくために形成された撥液膜１３上に接着剤５２を塗布して保護フィルム５１を貼りつける。次に、図８の(b)に示すように、孔加工装置を制御して、くびれたビーム形状のレーザ光を保護フィルム５１で保護されたインク吐出側からオリフィスプレート６に向けて照射する。
【００５１】
続いて、図８の(c)に示すように、このレーザ光の照射で孔が貫通した後にオリフィスプレート６から保護フィルム５１を接着剤５２ごと剥離する。こうして、図８の(d)に示すようなくびれを持つオリフィス７をオリフィスプレート６に形成する。
【００５２】
これら一連の処理では、オリフィスプレート６がヘッドボディ５に予め固定された状態でオリフィス７の形成が行われる。従って、接着剤などの流入により生じるオリフィス７の目詰りを防止できる。
尚、孔加工装置の制御によってレーザ光のビーム形状を変えることによって、様々なくびれのオリフィス７も形成できる。
【００５３】
例えば、図９の(a)に示すようにレーザ光の絞り角θを小さくしてオリフィスプレート６に照射することにより、図９の(b)に示すような集光面４０近傍にほとんどテーパのないストレート部７ｃを有するオリフィス７を形成することができる。
【００５４】
また、孔加工装置の制御によって、オリフィスプレート６の断面内部におけるレーザ光の集光面４０の位置をオリフィスプレート６の厚さ方向において近づけたり遠ざけたりして移動させることによって、レーザ光のくびれにより規定される逆テーパ部７ａの奥行きＷを変えることができる。
【００５５】
例えば、図１０に示すようにレーザ光の集光面４０をオリフィスプレート６の厚さ方向においてインク吐出側に偏らせて位置させると、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷを短くすることができる。また、図１１に示すようにレーザ光の集光面４０をオリフィスプレート６の厚さ方向においてインク流入側に偏らせて位置させると、これとは逆にオリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷを長くすることができる。
【００５６】
オリフィス７の順テーパ部７ｂは、インクに対して圧力上昇を促す効果を持っているので、順テーパ部７ｂの奥行きＷが長い場合には少ない吐出力でインクを吐出することができる。このため、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷが順テーパ部７ｂの奥行きよりも長いと、逆テーパ部７ａからのインク吐出時にインクの吐出圧力の低下が著しくなり、インク吐出速度の低下を招くなどの不都合を生じる。また、逆テーパ部７ａの奥行きＷが長すぎると、インク吐出方向の直進性が損なわれる。
【００５７】
従って、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷは、オリフィス７の全長に対して半分以下であることが望ましい。図９の(b)に示すストレート部７ｃを有するオリフィス７でも同様である。このように、オリフィスプレート６の断面内部におけるレーザ光の集光面４０の位置を調整することによって適切に順テーパ部７ｂの奥行きを制限したオリフィス７を形成することができる。
【００５８】
以上のように、この実施の形態においては、オリフィスプレート６内部でくびれるようにレーザ光を照射する一回の処理で、オリフィス７の逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂを同時に形成することができる。
【００５９】
ここで、オリフィス形状によるインク吐出特性の違いについて説明する。
図１２の(a)は矢印で示すインク吐出方向にインクを吐出するために順テーパ部７ｂだけを持つオリフィス７を示す。この順テーパ部７ｂは厚さ３０μｍのオリフィスプレート６においてテーパ角度１２°並びに奥行き３０μｍとなるように形成される。
【００６０】
図１２の(b)は矢印で示すインク吐出方向にインクを吐出するために逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂを持つオリフィスを示す。逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂは厚さ３０μｍのオリフィスプレート６において連結した状態でテーパ角度１２°並びにそれぞれ奥行き５μｍおよび２５μｍとなるように形成される。
【００６１】
インク吐出特性の評価では、図１３に示すようにプリントヘッド３の各オリフィス７から吐出されたインク滴を上方から高速度カメラを用いて撮影し、オリフィス７からその中心軸Ｘに沿って１ｍｍ離れた平面に到達したインク滴の位置ずれ量を吐出方向誤差として測定した。具体的には、高速度カメラに付属した測定装置が撮影により得られる顕微鏡像からインク滴の位置ずれ量を測定する。
【００６２】
図１４は、図１２の(a)に示すオリフィス７のインク吐出特性を示し、図１５は、図１２の(b)に示すオリフィス７のインク吐出特性を示す。ここでは、横軸がインク室の番号を表し、縦軸が位置ずれ量を表している。
【００６３】
プリントヘッド３が、図１２の(a)に示す形状の複数のオリフィス７を配列したオリフィスプレート６を持つ場合、インク滴の到達地点、すなわちドットプリント位置が図１４に示すようにオリフィス７の中心軸から最大で±２０μｍ以上もずれる。これは２０ｍｒａｄという吐出方向誤差に相当する。例えば、３００ｄｐｉの画像密度で１列のドットをプリントした場合、ドットプリント位置が１０μｍ程度ずれただけでこれが線欠陥として肉眼で認識されてしまう。
【００６４】
従って、図１２の(a)に示す形状のオリフィス７では上述のように大きな吐出方向誤差を持つことから、このオリフィス７を有するオリフィスプレート６を使用したプリントヘッド３を用いてドット画像をプリントしても、良好な画質を得ることはできない。
【００６５】
プリントヘッド３が、図１２の(b)に示す形状の複数のオリフィス７を配列したオリフィスプレート６を持つ場合、インク滴の到達地点、すなわちドットプリント位置が図１５に示すようにオリフィス７の中心軸から最大で±５μｍ以内に納まる。これは±５ｍｒａｄという吐出方向誤差に相当する。図１５によれば、さらに飛翔方向誤差のバラツキも小さく安定することがわかる。これは、逆テーパ部７ａが順テーパ部７ｂから押し出されたインクをインク滴としてよりスムーズに吐出させるためであると考えられる。
【００６６】
ちなみに、インク吐出機構ＡＣがインクを吐出するために必要とする吐出電圧Ｅを逆テーパ部７ａの奥行きＷに対して測定したところ、図１６に示す結果が得られた。ここで、逆テーパ部７ａの奥行きは、オリフィスプレート６、すなわち撥液膜１３および樹脂板１４の積層体の厚さに対する割合で示される。この測定結果によれば、吐出電圧Ｅが逆テーパ部７ａの奥行きＷの増大に伴って増大することがわかる。従って、逆テーパ部７ａの奥行きＷは吐出電圧Ｅを増大させないために短いことが好ましい。
【００６７】
また、逆テーパ部７ａの奥行きＷに対して±５ｍｒａｄを越える吐出方向誤差の発生割合を測定したところ、図１７に示す結果が得られた。ここでも、逆テーパ部７ａの奥行きＷは、オリフィスプレート６、すなわち撥液膜１３および樹脂板１４の積層体の厚さに対する割合で示される。
【００６８】
吐出方向誤差の発生割合は全体の２％以下であれば許容できる。この場合、逆テーパ部７ａの奥行きＷは、０＜Ｗ＜オリフィスプレート６の厚さの３０％、であればよい。さらに、上述の吐出電圧の増大を考慮した場合には、逆テーパ部７ａの奥行きＷは、０＜Ｗ＜オリフィスプレート６の厚さの２０％、であることが好ましい。この場合、吐出方向誤差の発生割合も全体の１％以下となるため、最適であるといえる。
【００６９】
上述したように、オリフィス７が図１２の(b)に示すように逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂで構成されるくびれを持つ場合に、明らかに高い直進性をインク滴の飛翔において得られる傾向にある。この傾向は、オリフィス７が図９の(b)で示したストレート部７ｃを逆テーパ部７ｂの代わりに持つ場合でもほぼ同様であった。
【００７０】
以上のように、オリフィスプレート６にくびれたビーム形状のレーザ光を照射する一回の処理で、逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂを同時に形成するので、アライメントエラーが逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂ間に生じることがない。従って、オリフィスプレート６にオリフィス７を形成する加工作業を容易にすると共に、この加工精度を向上させることができ、しかもオリフィス７から飛翔するインク滴の直進性を高め、インク滴の吐出精度を向上させることができる。
【００７１】
また、オリフィスプレート６をプリントヘッド３のヘッドボディ５に接着剤で固定した後にレーザ光をオリフィスプレート６に照射してオリフィス７を形成することにより、接着剤によるオリフィス７の詰りを防止できる。
【００７２】
また、レーザ光の集光面の位置をオリフィスプレート６の厚さ方向に沿って移動させることにより、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷを設定可能であるため、インク滴の飛翔において高い直進性を実現するために最適な形状でオリフィス７を容易に形成できる。
【００７３】
尚、この実施の形態と同様のオリフィス７を形成するためにレーザ光をインク流入側からオリフィスプレート６に照射することもできるが、レーザ光をインク吐出側から照射する方がレーザ光を制御し易く、より加工精度を向上させることができる。特に、オリフィス７はミクロン単位の微細な孔径を必要とするため、レーザ光の制御の容易さは重要な利点である。また、ヘッドボディ５のインク室がオリフィスプレート６とは反対側端部で閉られている場合には、インク流入側からレーザ光を照射できないため、インク吐出側からレーザ光を照射することも重要な利点である。
【００７４】
また、この実施の形態では、オリフィスプレート６の表面に撥液膜１３を設けた場合について説明したが、オリフィスプレート６の表面に撥液膜１３を設けない場合でも、順テーパ部７ｂだけでなく逆テーパ部７ａをも有するオリフィス７では、図１５に示す結果と同様にインク吐出での直進性が高いという結果が得られた。
【００７５】
また、撥液膜１３のあるオリフィスプレート６で１０分以上の連続吐出を達成できたのに対して、撥液膜１３の形成されていないオリフィスプレート６では撥水がなされないのでインクがオリフィスプレート６に付着したままとなり、４分程度の連続吐出でオリフィス７にインク詰りを生じてしまった。
【００７６】
従って、連続吐出を長い時間継続するような使用の場合には、撥液膜１３を設けたオリフィスプレート６を用いる方が望ましい。
【００７７】
また、この実施の形態では、オリフィスプレート６をヘッドボディ５の前面に固着させた後に、レーザ光の照射によりオリフィス７を形成する製造方法について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、予め所定の形状に形成されたオリフィスプレート６に実施の形態と同様な方法でレーザ光を照射して所定の形状のオリフィスを形成した後に、オリフィスプレート６をヘッドボディ５に固着することによりプリントヘッド３を製造するものであってもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至６に係る発明によれば、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドを提供できる。
【００７９】
また、請求項６乃至１３記載の発明によれば、オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部とこの順テーパ部に連結した非順テーパ部を同時に形成することによりオリフィスにくびれを持たせることができるので、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドの製造方法を提供できる。
【００８０】
また、請求項７に係る発明によれば、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドに使用するオリフィスプレートを提供できる。
【００８１】
また、請求項１５記載の発明によれば、積層体の厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部とこの順テーパ部に連結し積層体の厚さの３０％以内である奥行きを持つ非順テーパ部を同時に形成することによりオリフィスにくびれを持たせることができるので、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドに使用するオリフィスプレートの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェットプリントユニットの外観を示す斜視図。
【図２】同実施の形態におけるプリントヘッドの断面図。
【図３】同実施の形態におけるプリントヘッドの製造に用いられる孔加工装置の構成を示す図。
【図４】図３における孔加工装置に設けられた光学系の構成を示す図。
【図５】図４におけるシリンドリカルレンズの構成を概略的に示す図。
【図６】図３における孔加工装置でオリフィスを形成する前のオリフィスプレートの構造を示す断面図。
【図７】図６に示すオリフィスプレートにレーザ光を照射して形成されるオリフィスを説明するための断面図。
【図８】同実施の形態におけるオリフィスを形成するプロセス全体を説明するための断面図。
【図９】図６に示すオリフィスプレートに細いビーム形状のレーザ光を照射してストレート部を持つように形成されるオリフィスを説明するための断面図。
【図１０】図６に示すオリフィスプレートに照射されるレーザ光の集光面位置をインク吐出側に偏らせた場合に得られるオリフィスを説明するための断面図。
【図１１】図６に示すオリフィスプレートに照射されるレーザ光の集光面位置をインク流入側に偏らせた場合に得られるオリフィスを説明するための断面図。
【図１２】インク吐出特性を評価するために使用した順テーパ部だけを持つオリフィスと順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスを示す断面図。
【図１３】インクの吐出評価方法を説明するための図。
【図１４】順テーパ部だけを持つオリフィスのインク吐出特性を示す図。
【図１５】順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスのインク吐出特性を示す図。
【図１６】順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスの逆テーパ部の奥行きと吐出電圧との関係を示す図。
【図１７】順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスの逆テーパ部の奥行きとインク吐出誤差の発生割合との関係を示す図。
【符号の説明】
１…インクジェットプリントユニット
３…プリントヘッド
５…ヘッドボディ
６…オリフィスプレート
７…オリフィス
１２…インク室
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のインク吐出孔から吐出されるインク滴でドットイメージをプリントするプリントヘッド及びその製造方法並びにこのヘッドに使用するオリフィスプレート及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なインクジェットプリンタのプリントヘッドは、ヘッドボディおよびこのヘッドボディの端部に固定されるオリフィスプレートを有している。オリフィスプレートは、インク吐出孔として並べられた複数のオリフィスを持っている。ヘッドボディは、隔壁により区画される複数のインク室および各インク室の圧力を変化させて対応するオリフィスからインクを吐出させる、例えば、バブルジェット式あるいはカイザー式のようなインク吐出機構を有する。バブルジェット式インク吐出機構は、インク吐出時に気泡の発生によりインク室の圧力を増大させ、カイザー式インク吐出機構は、インク吐出時に隔壁の変形によりインク室の圧力を増大させる。
【０００３】
オリフィスプレートは、インク流入側からインク吐出側に向かって徐々に細い径となる順テーパ状となるように一般に電鋳と呼ばれるメッキ法により複数のオリフィスを形成し接着剤でヘッドボディに固定される金属板からなる。しかし、このプレート構造は高い解像度でドットイメージをプリントするためにオリフィスピッチをさらに狭くすることが難しい。すなわち、接着剤がオリフィスプレートの接着工程でプレート主表面から隣接するオリフィス内に流れ込み、インク飛翔の障害となる目詰りを起こし易い。
【０００４】
オリフィスピッチがこのような理由から限界に近い場合には、例えばオリフィスの配列方向にオリフィスピッチより狭いピッチでプリントヘッドをシフトさせながらプリントヘッドの駆動を繰り返す駆動方式を用いてドットイメージの高解像度化が図られる。しかし、この駆動方式では、ドットプリント位置がプリントヘッドのシフト機構の精度に依存してばらつくため、鮮明なドットイメージが得にくいという問題があった。
【０００５】
ところで、特開平５−３３００６４号公報は上述の問題を解消できる技術を開示している。この公報においては、オリフィスプレートがヘッドボディの端部に予め固定された樹脂板で構成され、複数のオリフィスがレーザ光をこの樹脂板にインク吐出側から照射することにより形成される。レーザ光はインク吐出側のスペースに設定される焦点で最も小さなビーム径となるように結像光学系により集光され、この焦点から広がりながら樹脂板に入射する。この樹脂板では、アブレーションがレーザ光に露出された部分で進行し、これによりインク流入側からインク吐出側に向かって徐々に細い径となる順テーパ状のオリフィスを形成する。この場合、目詰りの原因となる接着剤がオリフィスに流入しないため、高解像度でドットイメージをプリントするためにオリフィスピッチを十分狭く設定することができる。
【０００６】
しかし、結像光学系の焦点と樹脂板との相対的な位置関係をそれぞれのオリフィスについて一定に維持できないと、レーザ光の広がりのためにこれらオリフィスの最小径にバラツキが生じ、均一サイズのドットをプリントすることが困難になる。
【０００７】
また、特開平１０−７６６６６号公報はオリフィスの最小径のバラツキを低減できるオリフィス形成技術を開示している。この公報においては、複数のオリフィスがレーザ光をインク流入側およびインク吐出側から樹脂板に照射することにより形成される。インク流入側からのレーザ光はインク吐出側のスペースに設定される焦点で最も小さなビーム径となるように結像光学系により集光され、この焦点に向かう途中で樹脂板に入射する。このとき、アブレーションがレーザ光に露出された樹脂板の部分で進行し、これによりインク流入側からインク吐出側に向かって徐々に細い径となる順テーパ状のオリフィスを形成する。
【０００８】
さらに、インク吐出側からのレーザ光はインク流入側のスペースに設定される焦点で最も小さなビーム径となるように結像光学系により集光され、この焦点に向かう途中で樹脂板に入射する。このとき、アブレーションがレーザ光に露出された樹脂板の部分で進行し、これによりインク吐出側の樹脂板表面付近でオリフィスを逆テーパ状にする。これはインク吐出側で生じるオリフィスの径のバラツキを補償することができる。
【０００９】
しかし、このオリフィス形成技術は各オリフィスを形成するためにインク流入側から樹脂板に照射されるレーザ光を必要とするため、このレーザ光の照射を妨げないように樹脂板を予めヘッドボディの端部に固定することが難しい。もし、オリフィスの形成後に樹脂板をヘッドボディに接着剤で固定すれば、上述したように接着剤がプレート主表面から隣接するオリフィス内に流入してオリフィスの目詰りを起こす可能性がある。従って、高解像度でドットイメージをプリントするためにオリフィスピッチを十分狭く設定することができない。また、レーザ光はインク流入側に加えてインク吐出側からも樹脂板に照射されるため、各オリフィスにおいて順テーパ部分と逆テーパ部分との境界にレーザ光の位置ずれによる段差が生じやすい。この段差はインク室の圧力変化によってオリフィスから吐出されるインクの流れを乱し、インク滴の吐出方向にバラツキを発生させる結果となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように上述した特開平５−３３００６４号公報のものでは、オリフィスの最小径にバラツキが生じ、均一サイズのドットをプリントすることが困難になるという問題があり、また、特開平１０−７６６６６号公報のものでは、オリフィスピッチを十分狭く設定することができず、また、インク滴の吐出方向にバラツキを発生させるという問題があった。
【００１１】
そこで、請求項１乃至６に係る発明は、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドを提供することを目的とする。
【００１２】
また、請求項６乃至１３記載の発明は、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドの製造方法を提供する。
【００１３】
また、請求項７に係る発明は、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドに使用するオリフィスプレートを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のプリントヘッドの製造方法は、オリフィスプレートを複数のインク室に区画されたヘッドボディに接着剤により接着する接着ステップと、前記複数のインク室にそれぞれ連通するインク吐出孔として並びこれらインク室の圧力の増大によりそれぞれインクを吐出する複数のオリフィスをレーザ光の照射により前記オリフィスプレートに形成する開口ステップとを備える。前記開口ステップは、前記オリフィスプレートの内部に集光面を設定した結像光学系を用いて前記レーザ光を集光して、前記オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部、並びにこの順テーパ部に連結した非順テーパ部を同時に形成することにより前記オリフィスにくびれを持たせる整形ステップを含む。前記オリフィスプレートは、インク吐出側表面として撥水膜を持つ。そして、前記整形ステップは、前記オリフィスプレートの撥水膜上に接着剤を介して保護フィルムを貼り付け、レーザ光を前記保護フィルム側からその保護フィルム、前記接着剤、前記撥水膜を通して前記オリフィスプレートに向け照射し、この照射後に前記保護フィルムを前記接着剤ごと前記オリフィスプレートから剥離することにより、順テーパ部と非順テーパ部からなるくびれを持つオリフィスを前記オリフィスプレートに形成する。
【００２９】
請求項１５に係る発明のオリフィスプレートの製造方法は、樹脂板および撥液膜の積層体を形成する積層ステップと、インク吐出孔として並ぶ複数のオリフィスをレーザ光の照射により前記積層体に形成する開口ステップとを備える。前記開口ステップは、前記積層体の内部に集光面を設定した結像光学系を用いて前記レーザ光を集光して、前記積層体の厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部、並びにこの順テーパ部に連結し前記積層体の厚さの３０％以内である奥行きを持つ非順テーパ部を同時に形成することにより前記オリフィスにくびれを持たせる整形ステップを含む。前記オリフィスプレートは、インク吐出側表面として撥水膜を持つ。そして、前記整形ステップは、前記オリフィスプレートの撥水膜上に接着剤を介して保護フィルムを貼り付け、レーザ光を前記保護フィルム側からその保護フィルム、前記接着剤、前記撥水膜を通して前記オリフィスプレートに向け照射し、この照射後に前記保護フィルムを前記接着剤ごと前記オリフィスプレートから剥離することにより、順テーパ部と非順テーパ部からなるくびれを持つオリフィスを前記オリフィスプレートに形成する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はインクジェットプリントユニット１の外観を示す図で、このインクジェットプリントユニット１は、支持部材として用いられるベースプレート２、インク滴でドットイメージをプリントするプリントヘッド３、およびこのプリントヘッド３を駆動する駆動回路基板４を備えている。
【００３１】
前記プリントヘッド３および駆動回路基板４は、ベースプレート２にマウントされている。前記プリントヘッド３は、ヘッドボディ５およびこのヘッドボディ５と一体化されたオリフィスプレート６を備えている。前記オリフィスプレート６は、インク吐出孔として８０μｍ以下の所定ピッチで並べられた複数のオリフィス７を持つ。前記ヘッドボディ５は、インクを供給または排出するためのインクチューブ８に接続されている。
【００３２】
図２はオリフィス７の並びに沿ったプリントヘッド３の断面構造を示す図で、前記ヘッドボディ５は、これらオリフィス７にそれぞれインクを導く細長い溝として形成される複数のインク室１２および各インク室１２の圧力を変化させて対応オリフィス７から図２に矢印で示すインク吐出方向にインクを吐出させる、例えばカイザー式のインク吐出機構ＡＣを有している。
【００３３】
このインク吐出機構ＡＣは電歪部材で構成され、ヘッドボディ５を複数のインク室１２に区画する複数の隔壁１１、およびこれら隔壁を挟持するように付加される複数の電極１０を有し、インク吐出時にこれら電極１０に電圧を印加することによりこれら隔壁１１を変形させてインク室１２の圧力を増大させるようになっている。前記駆動回路基板４は、プリントヘッド３のインク吐出機構ＡＣを駆動する複数のＩＣチップ等から構成されており、接続ケーブル９により外部のコントローラに接続されている。
【００３４】
前記オリフィスプレート６は、樹脂板１４と、インクをはじくためにインク吐出側において樹脂板１４を覆う撥液膜１３との積層体で形成されている。前記撥液膜１３は紫外域の波長を持つ光に対して吸収係数の高い、例えばポリイミドのようなポリマー系材料の高分子樹脂で構成されている。
【００３５】
前記各オリフィス７は、３０μｍ以下の直径でこの積層体を貫通して形成され、前記オリフィスプレート６をヘッドボディ５の端部に固定することによりそれぞれインク室１２に連通するようになる。前記各オリフィス７は、インク吐出側に逆テーパ部を配置し、インク流入側に順テーパ部を配置するように形成されるくびれを有する。この逆テーパ部はインク室１２の圧力を増大させることにより吐出されるインクの直進性を高めてインクの吐出効率を向上させるために設けられる。
【００３６】
図３は図２に示すプリントヘッドの製造に用いられる孔加工装置の構成を示す図で、前記オリフィスプレート６のオリフィス７はこの孔加工装置により形成される。この孔加工装置は、ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０、バリアブルアッテネータ３１、アップコリメータ３２、イメージローテータ３３、ミラー３４、アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、第１のマスク３６Ａ、第２のマスク３６Ｂ、投影レンズ（結像レンズ）３７、Ｘステージ３８ａ、Ｙステージ３８ｂ、およびＺステージ３８ｃを有する。
【００３７】
４８は微細加工コントローラで、この微細加工コントローラ４８は、エキシマレーザ発振器３０に対してレーザ制御信号（トリガ信号）を送出し、エキシマレーザ発振器３０の動作制御を行う機能を有している。又、前記微細加工コントローラ４８は、イメージローテータ３３に対して回転速度制御信号を送出し、例えばオリフィスプレート６の孔開け加工に必要な例えば２００パルスのレーザ光の照射の間にイメージローテータ３３を連続して回転させる機能を有している。
【００３８】
又、前記微細加工コントローラ４８は、バリアブルアッテネータ３１に対してフルエンス制御信号を送出し、エキシマレーザ発振器３０から出力されるレーザ光のパルス数に応じてレーザ光の出力強度を調整する機能を有している。又、前記微細加工コントローラ４８は、オートフォーカスユニット４９に対してフォーカス制御信号を送出し、マスク像をオリフィスプレート６に結像させる機能を有している。
【００３９】
このオートフォーカスユニット４９には、カメラ５０が接続され、このカメラ５０により撮像されるオリフィスプレート６上のマスク像に基づいてフォーカスのずれを求め、このフォーカスのずれを無くす駆動信号をｚドライバ６１に送出する機能を有している。このｚドライバ６１は、オートフォーカスユニット４９からの駆動信号に従ってｚステージ３８ｃを動作させる機能を有している。
【００４０】
又、微細加工コントローラ４８は、ｘｙドライバ６２に対して位置制御信号を送出し、マスク像をオリフィスプレート２０上に投影させるようにｘｙテーブル３８ａ、３８ｂを動作させる機能を有している。
【００４１】
前記ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０は、波長４００ｎｍ以下の紫外域でパルス状のレーザ光を出力する。前記バリアブルアッテネータ３１、アップコリメータ３２、イメージローテータ３３、ミラー３４は、前記ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０から出力されるレーザ光の光路上に配置されている。前記アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、マスク３６Ａ、マスク３６Ｂおよび投影レンズ３７は、前記ミラー３４の反射光路上に配置されている。
【００４２】
前記Ｘステージ３８ａ、Ｙステージ３８ｂ、およびＺステージ３８ｃは、前記投影レンズ３７の光軸方向に設けられ、このＺステージ３８ｃ上に被加工物として載置されるプリントヘッド３のオリフィスプレート６をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向に移動可能に構成している。
【００４３】
ここで、前記アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、マスク３６Ａ、３６Ｂおよび投影レンズ３７の光学系の具体的構成について、図４を参照して説明する。
図４に示すようにレーザ光の光路上には、アレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、第１のマスク３６Ａ、第２のマスク３６Ｂおよび投影レンズ３７が配置されている。
【００４４】
前記アレイレンズ照明系３５は、図４および図５に示すように、２つのシリンドリカルレンズ３５ａ、３５ｂを互いに垂直に交わる方向に間隔Ｌ０をおいて配置したものとなっている。これらのシリンドリカルレンズ３５ａ、３５ｂの各集光面４２（集光点を含む面）は、シリンドリカルレンズ３５ｂから距離Ｌ１のところの同一面に一致するようになっている。
【００４５】
また、これらシリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂの集光面４２をリレーレンズ３９により投影レンズ３７の入射瞳（絞り）４１の面に結像し、これにより投影レンズ３７に対して、テレセントリックな条件が成立するようにアレイレンズ照明系３５、リレーレンズ３９、入射瞳４１、投影レンズ３７に対して第１のマスク３６Ａと第２のマスク３６Ｂとが配置されている。
【００４６】
このようなテレセントリックな光学系を通してレーザ光をインク吐出側から照射することにより、オリフィスプレート６の板面に対して垂直な軸線をもち、かつ逆テーパ部と順テーパ部を有するオリフィス７が形成される。
【００４７】
次に、孔加工装置によってオリフィスプレート６にオリフィス７を形成する具体的な方法について説明する。
図６は、孔加工装置でオリフィス７を形成する前のオリフィスプレート６（被加工用プレート）の構造を示す。ここでは、オリフィスプレート６は樹脂板１４および撥液膜１３の積層体からなり、前記樹脂板１４の表面を撥液膜１３で覆うことにより形成されている。そして、前記撥液膜１３を保護する保護フィルム５１が撥液膜１３の表面に粘着剤５２で仮固定されている。
【００４８】
次に、このようなオリフィスプレート６のインク吐出側から上述の孔加工装置を用いて整形したレーザ光を図７の(a)に示すように照射する。このレーザ光は、上述した孔加工装置のテレセントリックな光学系を通過すると、その進行方向に垂直な断面が集光面４０まで次第に径が細くなり集光面４０からは垂直断面が次第に径が太くなるようにくびれたビーム形状となるように整形される。
【００４９】
この実施の形態では、このようにくびれたビーム形状となるレーザ光の集光面４０をオリフィスプレート断面内部に位置させながら加工することによって、逆テーパ部７ａと順テーパ部７ｂとからなるオリフィス７をオリフィスプレート６に形成する。ここでは、保護フィルム５１で保護されたオリフィスプレート６にインク吐出側からレーザ光を照射してオリフィス７を形成し、その後に保護フィルム５１を剥離してオリフィスプレート６を完成する。こうして形成されたオリフィスを図７の(b)に示す。尚、保護フィルム５１の効果でレーザ光を吸収して加工が促進されるとともに、インク吐出口におけるエッジ形状の乱れが抑制される。
【００５０】
ここで、このようなオリフィス７の形成プロセス全体をさらに具体的に述べる。まず、図８の(a)に示すように、オリフィスプレート６の表面でインクをはじくために形成された撥液膜１３上に接着剤５２を塗布して保護フィルム５１を貼りつける。次に、図８の(b)に示すように、孔加工装置を制御して、くびれたビーム形状のレーザ光を保護フィルム５１で保護されたインク吐出側からオリフィスプレート６に向けて照射する。
【００５１】
続いて、図８の(c)に示すように、このレーザ光の照射で孔が貫通した後にオリフィスプレート６から保護フィルム５１を接着剤５２ごと剥離する。こうして、図８の(d)に示すようなくびれを持つオリフィス７をオリフィスプレート６に形成する。
【００５２】
これら一連の処理では、オリフィスプレート６がヘッドボディ５に予め固定された状態でオリフィス７の形成が行われる。従って、接着剤などの流入により生じるオリフィス７の目詰りを防止できる。
尚、孔加工装置の制御によってレーザ光のビーム形状を変えることによって、様々なくびれのオリフィス７も形成できる。
【００５３】
例えば、図９の(a)に示すようにレーザ光の絞り角θを小さくしてオリフィスプレート６に照射することにより、図９の(b)に示すような集光面４０近傍にほとんどテーパのないストレート部７ｃを有するオリフィス７を形成することができる。
【００５４】
また、孔加工装置の制御によって、オリフィスプレート６の断面内部におけるレーザ光の集光面４０の位置をオリフィスプレート６の厚さ方向において近づけたり遠ざけたりして移動させることによって、レーザ光のくびれにより規定される逆テーパ部７ａの奥行きＷを変えることができる。
【００５５】
例えば、図１０に示すようにレーザ光の集光面４０をオリフィスプレート６の厚さ方向においてインク吐出側に偏らせて位置させると、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷを短くすることができる。また、図１１に示すようにレーザ光の集光面４０をオリフィスプレート６の厚さ方向においてインク流入側に偏らせて位置させると、これとは逆にオリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷを長くすることができる。
【００５６】
オリフィス７の順テーパ部７ｂは、インクに対して圧力上昇を促す効果を持っているので、順テーパ部７ｂの奥行きＷが長い場合には少ない吐出力でインクを吐出することができる。このため、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷが順テーパ部７ｂの奥行きよりも長いと、逆テーパ部７ａからのインク吐出時にインクの吐出圧力の低下が著しくなり、インク吐出速度の低下を招くなどの不都合を生じる。また、逆テーパ部７ａの奥行きＷが長すぎると、インク吐出方向の直進性が損なわれる。
【００５７】
従って、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷは、オリフィス７の全長に対して半分以下であることが望ましい。図９の(b)に示すストレート部７ｃを有するオリフィス７でも同様である。このように、オリフィスプレート６の断面内部におけるレーザ光の集光面４０の位置を調整することによって適切に順テーパ部７ｂの奥行きを制限したオリフィス７を形成することができる。
【００５８】
以上のように、この実施の形態においては、オリフィスプレート６内部でくびれるようにレーザ光を照射する一回の処理で、オリフィス７の逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂを同時に形成することができる。
【００５９】
ここで、オリフィス形状によるインク吐出特性の違いについて説明する。
図１２の(a)は矢印で示すインク吐出方向にインクを吐出するために順テーパ部７ｂだけを持つオリフィス７を示す。この順テーパ部７ｂは厚さ３０μｍのオリフィスプレート６においてテーパ角度１２°並びに奥行き３０μｍとなるように形成される。
【００６０】
図１２の(b)は矢印で示すインク吐出方向にインクを吐出するために逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂを持つオリフィスを示す。逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂは厚さ３０μｍのオリフィスプレート６において連結した状態でテーパ角度１２°並びにそれぞれ奥行き５μｍおよび２５μｍとなるように形成される。
【００６１】
インク吐出特性の評価では、図１３に示すようにプリントヘッド３の各オリフィス７から吐出されたインク滴を上方から高速度カメラを用いて撮影し、オリフィス７からその中心軸Ｘに沿って１ｍｍ離れた平面に到達したインク滴の位置ずれ量を吐出方向誤差として測定した。具体的には、高速度カメラに付属した測定装置が撮影により得られる顕微鏡像からインク滴の位置ずれ量を測定する。
【００６２】
図１４は、図１２の(a)に示すオリフィス７のインク吐出特性を示し、図１５は、図１２の(b)に示すオリフィス７のインク吐出特性を示す。ここでは、横軸がインク室の番号を表し、縦軸が位置ずれ量を表している。
【００６３】
プリントヘッド３が、図１２の(a)に示す形状の複数のオリフィス７を配列したオリフィスプレート６を持つ場合、インク滴の到達地点、すなわちドットプリント位置が図１４に示すようにオリフィス７の中心軸から最大で±２０μｍ以上もずれる。これは２０ｍｒａｄという吐出方向誤差に相当する。例えば、３００ｄｐｉの画像密度で１列のドットをプリントした場合、ドットプリント位置が１０μｍ程度ずれただけでこれが線欠陥として肉眼で認識されてしまう。
【００６４】
従って、図１２の(a)に示す形状のオリフィス７では上述のように大きな吐出方向誤差を持つことから、このオリフィス７を有するオリフィスプレート６を使用したプリントヘッド３を用いてドット画像をプリントしても、良好な画質を得ることはできない。
【００６５】
プリントヘッド３が、図１２の(b)に示す形状の複数のオリフィス７を配列したオリフィスプレート６を持つ場合、インク滴の到達地点、すなわちドットプリント位置が図１５に示すようにオリフィス７の中心軸から最大で±５μｍ以内に納まる。これは±５ｍｒａｄという吐出方向誤差に相当する。図１５によれば、さらに飛翔方向誤差のバラツキも小さく安定することがわかる。これは、逆テーパ部７ａが順テーパ部７ｂから押し出されたインクをインク滴としてよりスムーズに吐出させるためであると考えられる。
【００６６】
ちなみに、インク吐出機構ＡＣがインクを吐出するために必要とする吐出電圧Ｅを逆テーパ部７ａの奥行きＷに対して測定したところ、図１６に示す結果が得られた。ここで、逆テーパ部７ａの奥行きは、オリフィスプレート６、すなわち撥液膜１３および樹脂板１４の積層体の厚さに対する割合で示される。この測定結果によれば、吐出電圧Ｅが逆テーパ部７ａの奥行きＷの増大に伴って増大することがわかる。従って、逆テーパ部７ａの奥行きＷは吐出電圧Ｅを増大させないために短いことが好ましい。
【００６７】
また、逆テーパ部７ａの奥行きＷに対して±５ｍｒａｄを越える吐出方向誤差の発生割合を測定したところ、図１７に示す結果が得られた。ここでも、逆テーパ部７ａの奥行きＷは、オリフィスプレート６、すなわち撥液膜１３および樹脂板１４の積層体の厚さに対する割合で示される。
【００６８】
吐出方向誤差の発生割合は全体の２％以下であれば許容できる。この場合、逆テーパ部７ａの奥行きＷは、０＜Ｗ＜オリフィスプレート６の厚さの３０％、であればよい。さらに、上述の吐出電圧の増大を考慮した場合には、逆テーパ部７ａの奥行きＷは、０＜Ｗ＜オリフィスプレート６の厚さの２０％、であることが好ましい。この場合、吐出方向誤差の発生割合も全体の１％以下となるため、最適であるといえる。
【００６９】
上述したように、オリフィス７が図１２の(b)に示すように逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂで構成されるくびれを持つ場合に、明らかに高い直進性をインク滴の飛翔において得られる傾向にある。この傾向は、オリフィス７が図９の(b)で示したストレート部７ｃを逆テーパ部７ｂの代わりに持つ場合でもほぼ同様であった。
【００７０】
以上のように、オリフィスプレート６にくびれたビーム形状のレーザ光を照射する一回の処理で、逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂを同時に形成するので、アライメントエラーが逆テーパ部７ａおよび順テーパ部７ｂ間に生じることがない。従って、オリフィスプレート６にオリフィス７を形成する加工作業を容易にすると共に、この加工精度を向上させることができ、しかもオリフィス７から飛翔するインク滴の直進性を高め、インク滴の吐出精度を向上させることができる。
【００７１】
また、オリフィスプレート６をプリントヘッド３のヘッドボディ５に接着剤で固定した後にレーザ光をオリフィスプレート６に照射してオリフィス７を形成することにより、接着剤によるオリフィス７の詰りを防止できる。
【００７２】
また、レーザ光の集光面の位置をオリフィスプレート６の厚さ方向に沿って移動させることにより、オリフィス７の逆テーパ部７ａの奥行きＷを設定可能であるため、インク滴の飛翔において高い直進性を実現するために最適な形状でオリフィス７を容易に形成できる。
【００７３】
尚、この実施の形態と同様のオリフィス７を形成するためにレーザ光をインク流入側からオリフィスプレート６に照射することもできるが、レーザ光をインク吐出側から照射する方がレーザ光を制御し易く、より加工精度を向上させることができる。特に、オリフィス７はミクロン単位の微細な孔径を必要とするため、レーザ光の制御の容易さは重要な利点である。また、ヘッドボディ５のインク室がオリフィスプレート６とは反対側端部で閉られている場合には、インク流入側からレーザ光を照射できないため、インク吐出側からレーザ光を照射することも重要な利点である。
【００７４】
また、この実施の形態では、オリフィスプレート６の表面に撥液膜１３を設けた場合について説明したが、オリフィスプレート６の表面に撥液膜１３を設けない場合でも、順テーパ部７ｂだけでなく逆テーパ部７ａをも有するオリフィス７では、図１５に示す結果と同様にインク吐出での直進性が高いという結果が得られた。
【００７５】
また、撥液膜１３のあるオリフィスプレート６で１０分以上の連続吐出を達成できたのに対して、撥液膜１３の形成されていないオリフィスプレート６では撥水がなされないのでインクがオリフィスプレート６に付着したままとなり、４分程度の連続吐出でオリフィス７にインク詰りを生じてしまった。
【００７６】
従って、連続吐出を長い時間継続するような使用の場合には、撥液膜１３を設けたオリフィスプレート６を用いる方が望ましい。
【００７７】
また、この実施の形態では、オリフィスプレート６をヘッドボディ５の前面に固着させた後に、レーザ光の照射によりオリフィス７を形成する製造方法について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、予め所定の形状に形成されたオリフィスプレート６に実施の形態と同様な方法でレーザ光を照射して所定の形状のオリフィスを形成した後に、オリフィスプレート６をヘッドボディ５に固着することによりプリントヘッド３を製造するものであってもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至６に係る発明によれば、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドを提供できる。
【００７９】
また、請求項６乃至１３記載の発明によれば、オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部とこの順テーパ部に連結した非順テーパ部を同時に形成することによりオリフィスにくびれを持たせることができるので、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドの製造方法を提供できる。
【００８０】
また、請求項７に係る発明によれば、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドに使用するオリフィスプレートを提供できる。
【００８１】
また、請求項１５記載の発明によれば、積層体の厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部とこの順テーパ部に連結し積層体の厚さの３０％以内である奥行きを持つ非順テーパ部を同時に形成することによりオリフィスにくびれを持たせることができるので、プリント品位を低下させることなくプリント解像度を向上させることができるプリントヘッドに使用するオリフィスプレートの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェットプリントユニットの外観を示す斜視図。
【図２】同実施の形態におけるプリントヘッドの断面図。
【図３】同実施の形態におけるプリントヘッドの製造に用いられる孔加工装置の構成を示す図。
【図４】図３における孔加工装置に設けられた光学系の構成を示す図。
【図５】図４におけるシリンドリカルレンズの構成を概略的に示す図。
【図６】図３における孔加工装置でオリフィスを形成する前のオリフィスプレートの構造を示す断面図。
【図７】図６に示すオリフィスプレートにレーザ光を照射して形成されるオリフィスを説明するための断面図。
【図８】同実施の形態におけるオリフィスを形成するプロセス全体を説明するための断面図。
【図９】図６に示すオリフィスプレートに細いビーム形状のレーザ光を照射してストレート部を持つように形成されるオリフィスを説明するための断面図。
【図１０】図６に示すオリフィスプレートに照射されるレーザ光の集光面位置をインク吐出側に偏らせた場合に得られるオリフィスを説明するための断面図。
【図１１】図６に示すオリフィスプレートに照射されるレーザ光の集光面位置をインク流入側に偏らせた場合に得られるオリフィスを説明するための断面図。
【図１２】インク吐出特性を評価するために使用した順テーパ部だけを持つオリフィスと順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスを示す断面図。
【図１３】インクの吐出評価方法を説明するための図。
【図１４】順テーパ部だけを持つオリフィスのインク吐出特性を示す図。
【図１５】順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスのインク吐出特性を示す図。
【図１６】順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスの逆テーパ部の奥行きと吐出電圧との関係を示す図。
【図１７】順テーパ部および逆テーパ部を持つオリフィスの逆テーパ部の奥行きとインク吐出誤差の発生割合との関係を示す図。
【符号の説明】
１…インクジェットプリントユニット
３…プリントヘッド
５…ヘッドボディ
６…オリフィスプレート
７…オリフィス
１２…インク室
Claims (7)
- オリフィスプレートを複数のインク室に区画されたヘッドボディに接着剤により接着する接着ステップと、
前記複数のインク室にそれぞれ連通するインク吐出孔として並びこれらインク室の圧力の増大によりそれぞれインクを吐出する複数のオリフィスをレーザ光の照射により前記オリフィスプレートに形成する開口ステップとを備え、
前記開口ステップは、前記オリフィスプレートの内部に集光面を設定した結像光学系を用いて前記レーザ光を集光して、前記オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部、並びにこの順テーパ部に連結した非順テーパ部を同時に形成することにより前記オリフィスにくびれを持たせる整形ステップを含み、
前記オリフィスプレートは、インク吐出側表面として撥水膜を持ち、
前記整形ステップは、前記オリフィスプレートの撥水膜上に接着剤を介して保護フィルムを貼り付け、レーザ光を前記保護フィルム側からその保護フィルム、前記接着剤、前記撥水膜を通して前記オリフィスプレートに向け照射し、この照射後に前記保護フィルムを前記接着剤ごと前記オリフィスプレートから剥離することにより、順テーパ部と非順テーパ部からなるくびれを持つオリフィスを前記オリフィスプレートに形成する、
ことを特徴とするプリントヘッドの製造方法。 - 前記開口ステップは、前記接着ステップ後に行われることを特徴とする請求項１記載のプリントヘッドの製造方法。
- 前記非順テーパ部の奥行きは、前記オリフィスの全長に対して半分以下であることを特徴とする請求項１記載のプリントヘッドの製造方法。
- 前記非順テーパ部の奥行きは、結像光学系により設定される集光面の位置を前記オリフィスプレートの厚さ方向に移動させることにより調整されることを特徴とする請求項３記載のプリントヘッドの製造方法。
- 前記非順テーパ部は、前記オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズとほぼ同じ開口サイズであるストレート部であることを特徴とする請求項１記載のプリントヘッドの製造方法。
- 前記非順テーパ部は、前記オリフィスプレートの厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズから徐々に広くなる逆テーパ部であることを特徴とする請求項１記載のプリントヘッドの製造方法。
- 樹脂板および撥液膜の積層体を形成する積層ステップと、インク吐出孔として並ぶ複数のオリフィスをレーザ光の照射により前記積層体に形成する開口ステップとを備え、
前記開口ステップは、前記積層体の内部に集光面を設定した結像光学系を用いて前記レーザ光を集光して、前記積層体の厚さ方向においてインク流入側からインク吐出側に向かって所定開口サイズまで徐々に狭くなる順テーパ部、並びにこの順テーパ部に連結し前記積層体の厚さの３０％以内である奥行きを持つ非順テーパ部を同時に形成することにより前記オリフィスにくびれを持たせる整形ステップを含み、
前記オリフィスプレートは、インク吐出側表面として撥水膜を持ち、
前記整形ステップは、前記オリフィスプレートの撥水膜上に接着剤を介して保護フィルムを貼り付け、レーザ光を前記保護フィルム側からその保護フィルム、前記接着剤、前記撥水膜を通して前記オリフィスプレートに向け照射し、この照射後に前記保護フィルムを前記接着剤ごと前記オリフィスプレートから剥離することにより、順テーパ部と非順テーパ部からなるくびれを持つオリフィスを前記オリフィスプレートに形成する、
ことを特徴とするオリフィスプレートの製造方法。
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