JP4462598B2 - インクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法、製造装置及びインクジェットプリンタ用ノズルプレート - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を媒体に吐出して、字や画像を形成できるインクジェットプリンタが知られている。かかるインク滴は、圧電効果を利用してヘッドより所定のタイミングで媒体に吐出される。ところで、インクジェットプリンタを用いて画像等を形成する場合、媒体上に吐出されたインク滴の組み合わせにより複雑な色表現やエッジ表現などを行っている。従って、一般的には、ヘッドに形成されるインク滴の吐出口の径を小さくするほどインク滴のサイズを小さくできるため、画質等の向上が期待できることとなる。但し、吐出口が細長いものであると、インクの供給が不十分となるから、ヘッドに形成されたインク滴の通路は、吐出口近傍が狭く、奥側が広い形状となっていることが多い。
【０００３】
ここで、ある点を境に通路断面が突然小さくなると、その近傍にインクの泡沫が溜まったり、吐出抵抗が増大するなどの恐れがあるため、通路断面は徐々に小さくする必要がある。一方、画像等の形成速度を向上させるためには、インク滴の吐出口を多数設ける必要があり、更に画質を向上させるためには、そのピッチをなるべく細かくしなければならない。そこで、インクジェットプリンタ用のインク滴の吐出口は、列の並び方向に直交する方向にのみ延在する長いテーパ面を、その奥側に有した構造となっている。すなわち、薄いノズルプレート表面から裏面に向かうにつれ、長孔の長手方向長さを上々に短縮していき、最後に円筒状の孔（オリフィス）で終わるような吐出口（便宜上、狭漏斗状形状という）を形成し、そのノズルプレートをヘッドに取り付けることで、インク滴の吐出口を形成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ノズルプレートに、例えば長手方向長さが１００μｍ以上の長孔を入口側に形成し、且つ径が２５μｍのオリフィスを出口側に形成しようとすると、機械加工では困難であるため、化学的加工もしくはレーザ光を用いた加工が行われるのが一般的である。レーザ光を用いた加工においては、効率よい加工を行えるという利点があるが、テーパ面を加工するのが難しいという問題がある。例えば特許第２９８５６８２号においては、長孔を設けた２枚のマスクを近接保持して、ノズルプレートに狭漏斗状形状を形成する技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、かかる技術によれば、２枚のマスクと、２枚のマスクを近接して精度良く保持する構成とが必要となる。又、マスク交換時に新たなマスクの位置調整が必要になるなど、取り扱いの面でも問題がある。
【０００６】
このような従来技術の問題に対し、長孔から円孔まで複数種類のパターンを形成したマスクを用意し、加工の前半は、長孔のパターンをレーザ光の光軸内に挿入し、加工の後半は、円孔のパターンをレーザ光の光軸内に挿入することで、上述した狭漏斗状形状をノズルプレートに形成することも考えられる。しかしながら、加工の途中でパターンを入れ替えるための時間が必要であり、またパターンの位置決めが難しいなどの問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ノズルプレートに微小な所定形状の穿孔を効率的に形成できるインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法及び製造装置を提供すること目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明にかかるインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法は、レーザ光源と被加工物との間に、２枚の平行平板を互いに光軸に対して同一角度傾いた状態で配置するステップと、前記２枚の平行平板を、反対方向に互いに等しい速度で回転させるステップと、前記レーザ光源から、所定のマスクパターンを通したレーザ光を、回転させた前記２枚の平行平板を介して前記被加工物に照射して、前記被加工物に長孔を形成するステップと、前記２枚の平行平板を所定の位置で停止させ、前記レーザ光を前記長孔の底部に照射させて前記被加工物を貫通する円孔を形成するステップと、を有するので、回転する２枚の平行平板を通過したレーザ光の屈折を利用して、制御された範囲に照射を行わせることで、前記被加工物に例えば微細な狭漏斗状形状を効率的に形成でき、それにより高精度なノズルプレートを形成できる。尚、レーザ光による加工はアブレーション効果を利用すると好ましく、従って被加工物はアブレーション効果を期待できる樹脂、例えばポリイミドなどが用いられると好ましい。
【０００９】
更に、前記２枚の平行平板を、互いに光軸に対して同一角度傾いた状態で、反対方向に互いに等しい速度で回転すると、前記被加工物に微細な狭漏斗状形状をより効率的に形成できる。
【００１０】
又、前記２枚の平行平板を通過したレーザ光は、前記被加工物の表面において、所定の方向に往復変位して照射されると、前記被加工物に微細な狭漏斗状形状を効率的に形成できる。
【００１１】
更に、前記レーザ光により、前記被加工物の表面に、前記所定の方向に交差する方向に列状に並んだ穿孔が形成されると、かかるノズルプレートを用いることで、プリント速度の速いインクジェットプリンタを形成できる。
【００１２】
又、前記２枚の平行平板の各々の上端もしくは下端を互いに突き合わせた状態で停止させることによって、前記長孔の底部の中央に前記円孔を形成すると、例えばインク滴のオリフィスを任意の長さに加工できる。
【００１３】
更に、前記２枚の平行平板は、前記レーザ光の発振に同期して回転すると、再現性などを高めることができる。
【００１４】
又、前記レーザはエキシマレーザであると、アブレーション効果を用いて高精度の加工を行える。
【００１５】
第２の本発明のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置は、レーザ光源と、マスクパターンを有するマスク部材と、前記レーザ光源と被加工物との間に、互いに光軸に対して同一角度傾いた状態で配置された２枚の平行平板と、を有し、前記レーザ光源から、前記マスク部材のマスクパターンを通したレーザ光を、反対方向に互いに等しい速度で回転させた前記２枚の平行平板を介して前記被加工物に照射して、前記被加工物に長孔を形成し、前記２枚の平行平板を所定の位置で停止させ、前記レーザ光を前記長孔の底部に照射させて前記被加工物を貫通する円孔を形成するようになっているので、回転する２以上の前記光学部材を通過したレーザ光の屈折を利用して、制御された範囲に照射を行わせることで、前記被加工物に例えば微細な狭漏斗状形状を効率的に形成でき、それにより高精度なノズルプレートを形成できる。
【００１６】
更に、前記２枚の平行平板を、互いに光軸に対して同一角度傾いた状態で、反対方向に互いに等しい速度で回転すると、前記被加工物に微細な狭漏斗状形状をより効率的に形成できる。
【００１７】
又、前記２枚の平行平板を通過したレーザ光は、前記被加工物の表面において、所定の方向に往復変位して照射されると、前記被加工物に微細な狭漏斗状形状を効率的に形成できる。
【００１８】
更に、前記レーザ光により、前記被加工物の表面に、前記所定の方向に交差する方向に列状に並んだ穿孔が形成されると、かかるノズルプレートを用いることで、プリント速度の速いインクジェットプリンタを形成できる。
【００１９】
又、前記２枚の平行平板の各々の上端もしくは下端を互いに突き合わせた状態で停止させることによって、前記長孔の底部の中央に前記円孔を形成すると、例えばインク滴のオリフィスを任意の長さに加工できる。
【００２０】
更に、前記２枚の平行平板は、前記レーザ光の発振に同期して回転すると、再現性などを高めることができる。
【００２１】
又、前記レーザはエキシマレーザであると、アブレーション効果を用いて高精度の加工を行える。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法及び製造装置について説明する。図１は、かかる製造装置の要部斜視図である。図１において、回転自在に支持された２つの円筒部材１，２内に、光学部材としての石英板からなる平行平板３，４が、光軸Ｘに対して互い対向する方向に、同一角度で傾いた状態で取り付けられている。
【００２３】
円筒部材１，２の外周には、ギヤ１ａ、２ａが形成されている。ギヤ１ａは、歯車対５，６を介してモータ７のピニオン７ａに噛合している。一方、ギヤ２ａは、歯車１３を介してピニオン７ａに噛合している。
【００２４】
本実施の形態ではエキシマレーザであるレーザ光源８から照射されたレーザ光は、マスク部材１４の複数（１個でも良い）の不図示のマスクパターン（例えば円）を通過し、フィールドレンズ９及び円筒部材１，２内の平行平板３，４を通過して、ミラー１０で反射され、対物レンズ１１を介して、被加工物であるノズルプレート１２上に集光されるようになっている。尚、マスク部材１４とフィールドレンズ９の順序は逆でも良い。
【００２５】
次に、かかる製造装置を用いて、インクジェットプリンタ用ノズルプレートを製造する方法を、フローチャートを参照して説明する。図２は、インクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造ステップを説明する図である。まず、図１に示す製造装置では、レーザ光源８とノズルプレート１２との間に、平行平板３，４を光軸に対して傾けた状態で配置されているものとする。図２のステップＳ１０１で、加工を所望する位置に光軸Ｘがくるように、ノズルプレート１２をセットする。
【００２６】
続いて、ステップＳ１０２でモータ７を駆動して、平行平板３、４を逆方向に同一回転速度で回転させる。平行平板３，４が一定速になった時点で、ステップＳ１０３で、レーザ光源８を駆動してレーザ光を照射する。照射されたレーザ光は、マスク部材１４の円形のパターン光に成形され、フィールドレンズ９で出射角を変更され、平行平板３，４で屈折されて、ミラー１０で反射され、対物レンズ１１でノズルプレート１２上に集光される。このとき、ポリイミドからなるノズルプレート１２は、その集光点でアブレーション効果が生じ、レーザ光のエネルギによって素材が飛散するため、詳細は後述するが、長孔状に穿孔加工を行えるようになっている。
【００２７】
ステップＳ１０４で加工開始から所定時間を計測することで、所定量だけ長孔状に穿孔加工を行ったと判断された場合、ステップＳ１０５で、電動モータ７の駆動を中止して、平行平板３，４の回転を停止させる。このとき、図１に示すように、平行平板３，４は、互いに上端又は下端を互いに突き合わせた位置で静止させるのが好ましい。なお、以上はレーザ光源８が上下に広い光量分布を持つ場合であり、左右に広い場合は、左端または右端で互いに突き合わせた位置で静止させることが望ましい。以上より円孔加工が行われることになるが、この点についても後述する。ノズルプレート１２をレーザ光が貫通した時点で、その照射を中止する（ステップＳ１０６）。この時点で、穿孔加工が最後の孔に対して行われていれば、加工を終了するが、最後の孔に対して行われたのでなければ、ステップＳ１０１へと戻り、ノズルプレート１２を変位させて、以降同様の加工を行う。
【００２８】
ここで、穿孔加工について説明する。図３は、平行平板３，４を光軸直交方向から見た図である。図４は、平行平板３，４を光軸方向に見た図であるが、平行平板上の三角マークは回転位置を示すために付したものであり実際はなくても良く、更にレーザ光の光路を矢印で示している。まず、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、平行平板３，４の上端を互いに突き合わせた状態を考えると、レーザ光は平行平板３に入射して屈折し光路が変わるが、逆に傾いた平行平板４に入射したことで光路を戻され、従って、平行平板４より出射するレーザ光の軸線は、平行平板３に入射するレーザ光の軸線と一致することとなる。
【００２９】
これに対し、図３（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、平行平板３，４がそれぞれ９０度回転し、互いに平行になる状態を考えると、レーザ光は平行平板３に入射して屈折し光路が変わり、更に平行平板４に入射して屈折し光路が変わる。従って、平行平板４より出射するレーザ光の軸線は、平行平板３に入射するレーザ光の軸線から距離Δだけ離れて平行になる。
【００３０】
更に、図示していないが、平行平板３，４がそれぞれ更に９０度（始点から１８０度）回転すると、平行平板３，４の下端が互いに突き合わされた状態となり（図３（ａ）の上方が下端になる）、かかる状態では、平行平板４より出射するレーザ光の軸線は、平行平板３に入射するレーザ光の軸線と一致することとなる。
【００３１】
加えて、平行平板３，４がそれぞれ更に９０度（始点から２７０度）回転すると、互いに平衡状態となるが、光軸に対し、図３（ｂ）及び図４（ｃ）と反対方向、すなわち距離（−Δ）だけ離れた状態で、平行平板４より出射するレーザ光の軸線は、平行平板３に入射するレーザ光の軸線に対して平行になる。尚、図４（ｂ）は、以上の各状態に至るまでの中間状態を示したものである。
【００３２】
以上より明らかであるが、平行平板３，４を等速で逆方向に回転させることで、平行平板３に入射したレーザ光を、図４で横方向すなわち所定の方向に、±Δの距離の範囲で往復変位すなわち分散させることができ、そのエネルギを用いて、ノズルプレート１２に穿孔加工を施すことができる。図５は、ノズルプレート１２におけるレーザ光の光量の積分値をシミュレートして示す３次元光量分布図であり、高さが高いほど（中央が特に高い）積分値が大きくなっている。かかる積分値に比例して、ノズルプレート１２には穿孔が形成されると考えられるため、加工により形成される孔は、図５の凸形状に相補する凹形状となり、すなわち長孔（狭漏斗状の孔）が形成されることとなる。
【００３３】
しかるに、平行平板３，４をずっと回転し続けると、ノズルプレート１２が長孔状に貫通してしまう。そこで、ノズルプレート１２の厚さで例えば半分ほどの位置まで加工が進んだ時点で、平行平板３，４の回転を停止させ、その上端もしくは下端を互いに突き合わせた状態（図３（ａ）に示す状態すなわち所定の位置）にする。それによりレーザ光は、長孔の底部の中央に照射され、そこからノズルプレート１２の裏面まで貫通する円孔（オリフィス）１２ｂを形成することができる。かかる円孔１２ｂの長さは、インクジェットプリンタ動作時に、ヘッドよりインク滴が吐出される方向を制御する上で重要な意義がある。このようにして、図６に示すような狭漏斗状の吐出口１２ａを、ノズルプレート１２に列状に並べて穿孔形成することができる。こうしてできたノズルプレート１２は、不図示のヘッドに取り付けられて、インクジェットプリンタに組み込まれることとなる。
【００３４】
以上の実施の形態において、平行平板３，４は３つ以上設けても良く、又、それらを逆方向に等速で回転させているが、これに限らず、整数倍比で回転させても良い。かかる場合、長孔ではなく例えばクローバー状の凹部が形成されるが、かかる形状は、インク滴の着弾位置を安定させたり、メニスカスのキレを良くするなどの効果がある。更に、レーザ光源の発振に、光学部材の回転を同期させると再現性のよい穿孔が得られる。
【００３５】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、ノズルプレートに微小な所定形状の穿孔を効率的に形成できるインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法及び製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置の要部斜視図である。
【図２】インクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造ステップを説明する図である。
【図３】平行平板３，４を光軸直交方向から見た図である。
【図４】平行平板３，４を光軸方向に見た図である。
【図５】ノズルプレート１２におけるレーザ光の光量の積分値をシミュレートして示す３次元光量分布図である。
【図６】ノズルプレート１２に形成された吐出口の断面斜視図である。
【符号の説明】
３，４ 平行平板
８ レーザ光源
９ フィールドレンズ
１２ ノズルプレート

Claims (12)

1. レーザ光源と被加工物との間に、２枚の平行平板を互いに光軸に対して同一角度傾いた状態で配置するステップと、
   前記２枚の平行平板を、反対方向に互いに等しい速度で回転させるステップと、
   前記レーザ光源から、所定のマスクパターンを通したレーザ光を、回転させた前記２枚の平行平板を介して前記被加工物に照射して、前記被加工物に長孔を形成するステップと、
   前記２枚の平行平板を所定の位置で停止させ、前記レーザ光を前記長孔の底部に照射させて前記被加工物を貫通する円孔を形成するステップと、を有することを特徴とするインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法。
2. 前記２枚の平行平板を通過したレーザ光は、前記被加工物の表面において、所定の方向に往復変位して照射されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法。
3. 前記レーザ光により、前記被加工物の表面に、前記所定の方向に交差する方向に列状に並んだ長孔が形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法。
4. 前記２枚の平行平板の各々の上端もしくは下端を互いに突き合わせた状態で停止させることによって、前記長孔の底部の中央に前記円孔を形成することを特微とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法。
5. 前記２枚の平行平板は、前記レーザ光の発振に同期して回転することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法。
6. 前記レーザはエキシマレーザであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造方法。
7. レーザ光源と、
   マスクパターンを有するマスク部材と、
   前記レーザ光源と被加工物との間に、互いに光軸に対して同一角度傾いた状態で配置された２枚の平行平板と、を有し、
   前記レーザ光源から、前記マスク部材のマスクパターンを通したレーザ光を、反対方向に互いに等しい速度で回転させた前記２枚の平行平板を介して前記被加工物に照射して、前記被加工物に長孔を形成し、前記２枚の平行平板を所定の位置で停止させ、前記レーザ光を前記長孔の底部に照射させて前記被加工物を貫通する円孔を形成するようになっていることを特徴とするインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置。
8. 前記２枚の平行平板を通過したレーザ光は、前記被加工物の表面において、所定の方向に往復変位して照射されることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置。
9. 前記レーザ光により、前記被加工物の表面に、前記所定の方向に交差する方向に列状に並んだ長孔が形成されることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置。
10. 前記２枚の平行平板の各々の上端もしくは下端を互いに突き合わせた状態で停止させることによって、前記長孔の底部の中央に前記円孔を形成することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置。
11. 前記２枚の平行平板は、前記レーザ光の発振に同期して回転することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置。
12. 前記レーザはエキシマレーザであることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用ノズルプレートの製造装置。

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