JPH05318744A

JPH05318744A - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH05318744A
Application number: JP4131243A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Furuta; 達雄古田; Mari Sakai; 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 1993-12-03
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3127570B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ノズルオリフィスに囲まれる体積を減少させ
ることなく、高密度にノズルを配置するノズル形成部材
１１０を製造する。【構成】ノズル開口部１００をレーザーによる貫通穴
加工で形成し、その周囲に貫通しない止め穴加工を行う
ことで、任意曲線のプロフィールを持つノズルオリフィ
スを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
紙等に印字記録を行なうインクジェットヘッドの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、インクジェットプリンターのノ
ズルオリフィスは、ノズル開口部即ち、インク液滴吐出
面の直径が３０μから８０μの範囲である。このような
微細な穴加工を行う為、従来採用されている方法は、材
料として金属のプレートを用いる場合、電鋳法、プレス
加工、エッチング、放電加工等が知られている。

【０００３】また、合成樹脂を用いる場合は、射出成
形、エッチング、あるいは、感光性樹脂を用いて形成す
る方法が公知である。また、特開平１−１０８０５６で
は、エキシマレーザーによる加工方法が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、高密度なノズル列配置を実現し、かつインク液
滴飛翔特性を満足せしめるノズルプロフィールを得られ
なかった。これらについて説明する。

【０００５】インクジェットプリンターは、高印字速
度、優れた印字品質、静粛性などから広く使用されてい
る。これに伴い、更なる印字品質の改善が求められてい
る。印字品質の改善を実現するためには、インク液滴の
吐出密度を上げることが必須である。その場合、最善の
手段は、ノズル及び液滴発生手段の配置密度を上げるこ
とである。

【０００６】ノズル開口部の配置密度を上げることは、
従来の技術でもある程度可能である。しかしながら、従
来の方法では高密度配置とインク液滴飛翔安定性は、相
反する特性となる。これは、ノズル配置密度を上げるた
めに、ノズルプロフィールに囲まれる体積（以下、ノズ
ル体積と略する）が減少するためである。図７を用いて
説明する。

【０００７】図７に従来のノズル形成部材を用いた、イ
ンクジェットヘッドの主要断面図を示す。従来のノズル
形成部材１０１は、複数のノズル開口部１１１を持つ。
ノズル開口部１１１には、圧力室２０５が対応する。圧
力室２０５は、圧力発生素子２０８が連接されている。

【０００８】図７（ａ）は待機状態である。図７（ｂ）
において、圧力発生素子２０８が、駆動信号により変位
し、インク滴３０１がノズル開口部１１１より吐出す
る。図７（ｃ）は、インク滴３０１吐出後、圧力発生素
子２０８が待機状態に復帰した状態である。圧力室２０
５のインク圧力が減少するため、ノズル開口部１１１よ
り気泡４０１を吸入し、メニスカスを形成する。この
後、徐々にインクが供給され、図７（ａ）の状態に復帰
する。

【０００９】図７（ｃ）に示した、ノズルプロフィール
の外部にまで拡大したメニスカスは極めて不安定であ
る。このようなメニスカスは、圧力室内に独立した気泡
の発生を起こしたり、飛翔液滴量の減少という不具合を
引き起こす。

【００１０】以上説明した通り、メニスカスを安定させ
る為には、飛翔するインク液滴量に比べ十分大きなノズ
ル体積が必要である。配置密度を上げつつ、ノズル体積
を十分取るためには、ピッチ方向に短径を持つ長円断面
のノズルプロフィールが最も適する。

【００１１】他方、ノズル開口部は、インク液滴の飛翔
方向を安定させるため真円であることが好ましい。これ
は、ノズル開口部円周から受ける表面張力を全方向につ
いて均一にするためである。

【００１２】以上のことから、ノズル開口部は真円で、
プロフィールは長円であるノズルオリフィスが、優良な
印字品質を得るための最良の手段であることが言える。

【００１３】前述の従来技術で上記のノズルオリフィス
を実現できるのは、金属材料に関しては、放電加工、樹
脂材料に対しては、射出成形、及び特開平１−１０８０
５６で開示されているエキシマレーザーを使う方法であ
る。

【００１４】ところが、放電加工においては、加工寸法
が微細であり使用する刃具の消耗が激しい。射出成形も
同様に、精密な型精度を長期にわたり確保することがで
きない。

【００１５】特開平１−１０８０５６で開示されている
エキシマレーザーを使う方法は、レーザー照射中に、レ
ーザーのパルスと連動した精密な揺れ運動を被加工材料
に与える必要がある。これは、エキシマレーザー照射面
が常に傾斜していることを示し、絶対的な照射エネルギ
ーが不均一になる。このため均一な加工が困難である。
このような複雑な工程は、安価かつ容易にノズル形成部
材を製造する方法とは言い難い。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ノズルオリフ
ィスをレーザー光による貫通穴加工を行う工程と、貫通
穴の周囲に止め穴加工を行う工程とにより加工すること
を特徴とする。

【００１７】

【実施例】図１に本発明を用いたノズル形成部材の製造
方法の一例の概念図を示す。図１に基づき、本発明につ
いて説明する。

【００１８】本実施例で使用した被加工物４０は、材質
がポリイミドで、厚み０．１ｍｍのフィルムである。

【００１９】レーザー光発振装置１は、エキシマレーザ
ー装置である。本実施例ではＫｒＦガスを用い、波長２
４８ｎｍを５０Ｈｚで発光させた。レーザー光の出力部
分１１は、１２×２３ｍｍの長方形で、面発光で平行光
を出力する。発光面１１の大きさは、高さ１２ｍｍ×幅
２３ｍｍである。

【００２０】レーザー光は、発光面１１から平行光とし
て出力される。発光面１１から出力された光は、マスク
２により、加工に必要な光路のみに絞られる。その後、
両凸レンズ３により縮小、収光され、被加工物に照射さ
れる。

【００２１】本実施例での構成を、更に詳しく述べる。
マスク２はチタン−銅合金の、０．１ｍｍ厚みの板を用
い、放電加工により製作されている。材質としてチタン
−銅合金を選択したのは、熱伝導性がよく、レーザー光
の長期照射に耐えるからである。マスク２にはφ０．４
ｍｍの真円のパターン２１があいており、ここからレー
ザー光が通過する。

【００２２】マスク２から８４０ｍｍ離れた所に焦点距
離７５．６ｍｍの両凸レンズ３を置く。焦点面は次式に
より算出される。

【００２３】７５．６×８４０／（８４０−７５．６）
≒８３（単位ｍｍ）即ち、レーザー光はレンズ３より約８３ｍｍ離れた位置
で焦点を結ぶ。また、マスク２〜レンズ３間距離Ａと、
レンズ３〜被加工物４０間距離Ｂの比率から縮小率が算
出できる。

【００２４】８３／８４０≒０．１従って、結像されたマスク２の像はパターン２１の０．
１倍であり、φ０．０４ｍｍとなる。これが、レーザー
光により加工される領域である。

【００２５】図に従い、加工手順を説明する。図１にお
ける被加工物４０を図２に、また、図１における被加工
物位置４１を図３に示す。

【００２６】まず、図２において、ノズル開口部の中心
線５１より中心間距離で３０μ離れた位置に、レーザー
光を照射する。本実施例においては、被加工物４０であ
るポリイミドフィルムが加工される速度は、１パルス当
り０．６μである。このため、２０パルスの照射により
１２μ深さの止め穴５２が形成される。

【００２７】続いて、図３において、図２の位置より、
ノズル開口部の中心線５１側へ５μの距離だけ、被加工
物を移動し、再度レーザー光を２０パルス照射する。図
２の加工ヶ所と重複する部分５３は、２倍の深さ２４μ
加工される。

【００２８】以上の動作をレーザー照射回数で数えて、
６回繰り返す。その後、今度は中心線５１の反対側で同
じ加工を行う。これにより、階段状のプロフィールが構
成される。両側からの加工により、重複する部分を考慮
に入れると、最も深い所は、（６回＋１）×１２μ＝８４μ となる。

【００２９】最後に、レーザー光をノズル開口部中心線
５１にあわせ、２００パルス照射する。この加工により
貫通穴を形成し、ノズル開口部を得る。

【００３０】ここまでの加工により、１ヶ所のノズルオ
リフィスが形成できる。このノズルオリフィスは、ノズ
ル開口部がφ０．０４ｍｍの真円で、一軸方向にのみ階
段状に広がるプロフィールを持つことになる。最も広い
インク供給側では、幅０．０４ｍｍ、長さ０．１ｍｍ、
Ｒ０．０２ｍｍの長円である。

【００３１】このようなノズルオリフィスを、複数ヶ所
に加工することで、図４に示すノズル形成部材１１０が
製造される。ノズルオリフィスの短径方向を、ピッチ方
向と一致させると、最も高密度にノズルオリフィスが配
置できる。本実施例においては、ノズルオリフィスのピ
ッチは、１８０ｄｐｉ、即ち１４１μである。

【００３２】図５にこのノズル形成部材を用いたインク
ジェットヘッドの一例の概念図を示す。固定板２０９に
圧力発生素子２０８が固定してある。圧力発生素子は本
実施例においては、積層圧電素子を用いている。

【００３３】圧力発生素子２０８の先端は、流路基板２
０２の振動板２０４に接合されている。流路基板２０２
の厚肉部２１２にノズル形成部材１１０が接合されてい
る。インクは、インクタンクより、パイプ２５５を通じ
流路基板２０２の流路２０７に導かれ、供給口２０６を
通り、振動板２０４とノズル形成部材１１０の間に充填
される。

【００３４】駆動回路２２０により駆動信号が与えられ
ると、圧力発生素子２０８は、振動板２０４を振動さ
せ、インク圧力を高める。これにより、ノズル開口部１
００よりインク滴が吐出される。

【００３５】吐出されるインク液滴は、０．０８μｃｃ
である。また、図２のノズル形成部材のノズル体積を算
出すると、約０．３μｃｃである。

【００３６】本発明のノズル形成部材を用いたこのイン
クジェットヘッドは、ノズル体積が大きいため、インク
吐出後のインク液のメニスカスが安定し、気泡を引き込
むことがない。このため、従来より安定した飛翔特性を
得られるようになった。

【００３７】図４に示す、本実施例により製造されたノ
ズル形成部材のノズルオリフィスは、幅５μ、段差１２
μの階段状のプロフィールで、最終的にストレートのノ
ズル開口部に接続する。階段状のプロフィールは、被加
工物の移動距離を変えることで容易に変更できる。ま
た、段差は照射パルス数を変化させることで、やはり容
易に調整可能である。即ち、分割数を増すことで、より
滑らかなノズルプロフィールを得ることもできる。

【００３８】更に、本実施例では、一つのノズルオリフ
ィスの加工の際に、５μの移動をする方向を一軸方向に
限定しているが、これを二軸方向とすることで、よりノ
ズル体積の大きなノズルオリフィスを製造することがで
きる。

【００３９】図６に本発明を用いた、他の実施例による
ノズル形成部材１１０の主要断面図を示す。加工装置
は、図１で示した光学系を用いている。また材質として
は、ポリエーテルイミドフィルムの厚み０．１２５ｍｍ
を使用した。

【００４０】図６に示すように、ノズルプロフィール
は、入口側の長円の長径方向にのみホーン型となってい
る。ただし、短径方向においては、ストレートのプロフ
ィールである。このように、本発明では、ノズルプロフ
ィールが、曲線的な変化を示す形状も、容易に加工でき
る。

【００４１】このようなプロフィールを形成するために
は、次式から、位置と照射パルス数を求め加工する。

【００４２】ノズルオリフィスの中心線と、ノズル形成
部材のインク入口側表面の交点を原点として、ｘ軸を中
心線に沿いノズル開口部方向に、ｙ軸を長径方向にとる
として、式１（ｘ＋ａ＋ｔ）²＋（ｙ＋ｔ）²＝ｔ² 但し、ｔはノズル形成部材の厚み、ａはノズル開口部半
径である。本実施例においては、ｔ＝０．１２５ｍｍａ＝０．０２ｍｍである。

【００４３】式１において、ｘの値は、被加工物を移動
させる距離を示す。また、ｙの値は加工深さを表す。従
って、ｙの値より、照射パルス数ｐを計算するには、ｙ
を１パルス当りの加工速度で除せばよい。本実施例で
は、実測の結果、ポリエーテルイミドの加工速度は、１
パルスあたり、０．６μであった。

【００４４】図６のノズルオリフィスの、ノズル体積は
約０．３μｃｃである。このノズル形成部材を、やは
り、図５で示したインクジェットヘッドに使用した。こ
のインクジェットヘッドも前記実施例と同様に、安定し
たインク滴の飛翔を得ることができた。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ノズ
ル体積を減少させることなく、高密度にノズルを配設す
るノズル形成部材を、簡略な方法で製造することができ
る。また、ノズルプロフィールを任意の曲線から選択す
ることが可能となる。

【００４６】製造されたノズル形成部材は、ノズル体積
が大きいので、インク液のメニスカスの挙動が安定す
る。従って、インク液滴飛翔が安定したインクジェット
プリンターを得ることができる、と言う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノズル形成部材の製造方法の一例の概
念図。

【図２】本発明の実施例のノズル形成部材の加工途中を
示す、断面を含む斜視図。

【図３】本発明の実施例のノズル形成部材の加工途中を
示す、断面を含む斜視図。

【図４】本発明の実施例により製造されたノズル形成部
材の断面を含む斜視図。

【図５】インクジェットヘッドの主要断面図。

【図６】本発明の他の実施例により製造されたノズル形
成部材の断面を含む斜視図。

【図７】従来の方法で製造されたノズル形成部材を使用
した、インクジェットヘッドの主要断面図。

【符号の説明】

１エキシマレーザー装置１１レーザー光出力面２マスク２１マスクのパターン３両凸レンズ４０被加工物４１加工中の被加工物位置５１ノズル開口部中心線５２止め穴加工部分５３止め穴加工の重複部分１００本発明の製造方法によるノズル開口部１０１従来の製造方法によるノズル形成部材１１０本発明の製造方法によるノズル形成部材１１１従来の製造方法によるノズル開口部２０２流路基板２０４振動板２０５圧力室２０６インク供給口２０７インク流路２０８圧力発生素子２０９固定板２１０ケース２１２流路基板厚肉部分２２０圧力発生素子駆動回路２５５インク供給パイプ３０１インク液滴４０１気泡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズルオリフィスを持つノズル形
成部材と、ノズルオリフィスに対応したインク液滴発生
手段とを備えたインクジェットヘッドにおいて、ノズル
オリフィスを、レーザーで貫通穴加工を行う工程と、貫
通穴の周囲に止め穴加工を行う工程とにより加工するこ
とを特徴としたインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】前記レーザーが、エキシマーレーザーで
あることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法。