JPH0691883A - ノズルプレートおよびそのノズルプレートの製造方法およびそのノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ノズルプレートおよびそのノズル
プレートの製造方法およびそのノズルプレートを有する
インクジェット記録ヘッドに関し、ノズル形成位置に凹
部を形成してノズルの閉塞を防止するとともに噴射特性
を向上させることを目的とする。 【構成】 インク流路23端部の吐出口23ａに設けられる
インク噴射用のノズルプレート10において、一面側に開
口し、吐出口23ａの開口面積に対して少なくとも１部分
がはみ出す開口面積の開放端11ａを有する凹部11を設け
るとともに、その凹部11の底部11ｂから他面側に開口す
るノズル12を有し、凹部11が、一面側からノズル12に向
かって断面積が小さくなるようにテーパ状に形成されて
いる。また、凹部11とノズル12の断面形状を相似形状に
した方が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズルプレートおよび
そのノズルプレートの製造方法およびそのノズルプレー
トを有するインクジェット記録ヘッドに関し、詳しくは
流体の噴射特性の向上を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、溝部が形成された流路基板と、
インク吐出エネルギーを発生するエネルギー変換素子を
有する素子基板と、流路基板の溝部と素子基板から形成
されたインク流路と、インク流路端部の吐出口から吐出
されるインクを記録媒体に噴射するノズルを有するイン
ク噴射用のノズルプレートと、から構成されているイン
クジェット記録ヘッドが知られている。

【０００３】従来、この種のインクジェット記録ヘッド
において、ノズルプレートのノズルの形成方法は、
（イ）機械加工によって形成する方法、（ロ）フォトリ
ソグラフィー技術によりノズルパターンを形成し、電鋳
によって形成する方法、（ハ）炭酸ガスレーザまたはＹ
ＡＧレーザから発振されるレーザ光を照射して溶融除去
加工によって形成する方法、が用いられていたが、この
（イ）〜（ハ）の形成方法では以下のような不具合があ
った。

【０００４】（イ）の方法では、ノズル径を微細化する
には加工寸法の限界がありノズルの高集積化が困難であ
った。さらに、加工時にバリが発生してしまい２次加工
しなければならないという不具合があった。（ロ）の方
法では、加工工程が長くコストが上昇してしまうという
不具合があった。（ハ）の方法では、被加工部材にレー
ザ光を照射して加熱蒸発させてノズルを形成するため照
射部周辺に熱的損傷が発生し、加工精度が低下してしま
った。さらに、ノズルを１箇所づつ形成しなければなら
ず複数のノズルを形成する時には量産性が低いという不
具合があった。

【０００５】そのため、近年、上述不具合を解消するた
めエキシマレーザを用いてノズルを形成する方法が多用
されている。この方法によれば、ノズルプレートに複数
のノズルを形成する場合、ノズルパターンが設けられた
マスクを介してノズルプレートにエキシマレーザ光を照
射し複数のノズルを同時に形成することができる。この
方法を行なうものとしては、例えば、特開平２−１２１
８４２号公報に記載されたものがあり、図５に示され
る。

【０００６】図５に示されるものは、流路基板１および
素子基板２によって流路３を形成し、ノズルプレート４
にノズル５を形成する前に、流路３の吐出口３ａ側に接
着剤でノズルプレート４の一面側を接合する。その後、
ノズルプレート４の他面側の吐出口３ａに対応する位置
にノズルパターンが形成されているマスクを介してエキ
シマレーザ光を照射してノズル５を形成するようになっ
ていた。しかし、この方法では、ノズル５のノズルプレ
ート４の一面側（開口端５ｂ）から他面側（噴射端５
ａ）に向かって開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に
なってしまっていた。このようにインクの噴射方向に向
かって広がるテーパ状に形成されたノズル５では、記録
媒体に向けてインクを噴射する際に、充分なインクの噴
射量および噴射速度が得られないという不具合があっ
た。

【０００７】この不具合を解消するため、図６に示すよ
うに、まず流路基板１および素子基板２にノズルプレー
ト４を接合する前に、ノズルプレート４に前記マスクを
介してエキシマレーザ光を照射しノズル５を形成する。
その後、ノズルプレート４のエキシマレーザ光照射面側
を流路基板１および素子基板２に接着剤６で接合し、ノ
ズル５の開口端５ｂから噴射端５ａに向かって開口面積
が徐々に小さくなるテーパ状にする。このように、イン
クの噴射方向に向かって狭くなるテーパ状にノズルを形
成する方法が提案されている（特開平２−１８７３４５
号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のノズルプレート４にあっては、ノズル５の噴
射口５ａ径からエキシマレーザ光照射面側の開口端５ｂ
径が規定されるため、開口端２ｂ径は吐出口３ａ径と同
等以下の面積になってしまう。そのため、ノズル５が形
成されたノズルプレート１のエキシマレーザ光照射面側
を流路基板１および素子基板２に接着剤６で接合する際
に、図６に示すように、接着剤６が流路３側にはみ出し
てしまいノズル５を塞ぎインクの噴射不良が発生してし
まうという問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、ノズルプレートのノズ
ルが形成される位置に予め凹部を形成することにより、
接合時に接着剤のはみ出しによるノズルの閉塞を防止し
て噴射特性を向上させ、製造コストの低いノズルプレー
トおよびそのノズルプレートの製造方法およびそのノズ
ルプレートを有するインクジェット記録ヘッドを提供す
るを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、流体流路端部の吐出口に設けられ
る流体噴射用のノズルプレートにおいて、一面側に開口
し、吐出口の開口面積に対して少なくとも１部分がはみ
出す開口面積の開放端を有する凹部を設けるとともに、
該凹部の底部から他面側に開口するノズルを有し、前記
凹部が、一面側からノズルに向かって断面積が小さくな
るようにテーパ状に形成されていることを特徴とするも
のである。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記凹部とノズル
の断面形状を相似形状にしたことを特徴とするものであ
る。請求項３記載の発明は、流体流路端部の吐出口に設
けられ、吐出口からの流体を噴射するノズルを形成する
流体噴射用のノズルプレートの製造方法において、ノズ
ルプレートの一面側に開口し、吐出口の開口面積に対し
て少なくとも１部分がはみ出す開口面積を有する凹部を
形成した後、該凹部の底部にエキシマレーザを照射する
ことにより、ノズルを形成することを特徴とするもので
ある。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項２記載のノ
ズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドにおい
て、溝部を有する流路基板と、該溝部と共に流体流路を
構成する素子基板と、流体流路に位置するように素子基
板に配設され、流体吐出エネルギーを発生するエネルギ
ー変換素子と、を備え、ノズルプレートの凹部と流体流
路の吐出口を対向させるように接合したことを特徴とす
るものである。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、流路基板および素子
基板に接合される際、凹部が吐出口の開口面積に対して
少なくとも１部分がはみ出す開口面積を有していること
からノズルプレートまたは流路基板と素子基板に塗布さ
れた接着剤が吐出口側にはみ出してもノズルが閉塞され
ることが防止される。また、流体を噴射する際、凹部が
接合面側からノズルに向かって断面積が小さくなるよう
にテーパ状に形成され、流路からノズル口まで滑らかに
接続されることから噴射特性を向上させることができ
る。

【００１４】請求項２記載の発明では、流体を噴射する
際、凹部とノズルの断面形状が相似形状であることから
流体の直進性が向上され、より噴射特性を向上させるこ
とができる。請求項３記載の発明では、ノズルプレート
の一面側に吐出口の開口面積に対して少なくとも１部分
がはみ出す開口面積の開放端となるように凹部を形成し
た後、その凹部の底部にエキシマレーザを照射すること
から請求項１記載のノズルプレートを容易に製造するこ
とができる。また、開放端側から凹部の底部にエキシマ
レーザを照射した場合、請求項２記載のノズルプレート
を容易に製造することができる。さらに、エキシマレー
ザを用いてノズルを形成することから、バリのない高精
度の複数のノズルを１度に加工することができる。

【００１５】請求項４記載の発明では、請求項２記載の
ノズルプレートの凹部と流体流路の吐出口を対向させる
ように接合されることからノズルが閉塞されることな
く、噴射特性が向上される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１、２は本発明に係るノズルプレートおよびそのノズル
プレートを有するインクジェット記録ヘッドの一実施例
を示す縦断面図である。図１、２において、10はノズル
プレートであり、このノズルプレート10には凹部11が複
数個形成されている。この凹部11はノズルプレート10の
一面側に図２に示す吐出口23ａの開口面積よりも大きな
所定面積で開口している開放端11ａおよび所定面積の底
部11ｂを有し、開放端11ａから底部11ｂに向かって断面
積が小さくなるようテーパ状に形成されている。また、
この凹部11の底部11ｂには底部11ｂからノズルプレート
10の他面側に開口するノズル12が設けられ、このノズル
12は凹部11の開放端11ａから底部11ｂに向かう断面形状
と相似形状になっており、底部11ｂからノズルプレート
10の他面側に向かって断面積が小さくなるようテーパ状
に形成されている。

【００１７】また、21は流路基板、22は素子基板であ
り、流路基板21には図示しない溝部が形成され、素子基
板22には流体吐出エネルギーを発生するエネルギー変換
素子（図示していない）が設けられ、前記溝部および素
子基板22によって流体流路としてインク流路23が画成さ
れている。前記エネルギー変換素子はこのインク流路23
に位置するように設けられ、インク流路23端部の吐出口
23ａから所定の圧力でインクを吐出するようになってい
る。また、流路基板21および素子基板22には、吐出口23
ａと凹部11の開放端11ａが対向するとともに開放端11ａ
の外周が吐出口23ａの外周よりも外側となるようにノズ
ルプレート10の一面側が接着剤24により接合され、所定
圧力で吐出口23ａから吐出されたインクをノズルプレー
ト10のノズル12から記録媒体に向けて噴射するようにな
っている。

【００１８】図３、４は上述したノズルプレート10およ
びインクジェット記録ヘッドの作製手順を説明する説明
図である。まず、図３（ａ）に示すように、加工前の平
板状のノズルプレート材料10ａの一面側に向けてプレス
型30を下降させ、所定の温度および圧力の熱プレスによ
り所定面積の開放端11ａおよび底面11ｂを有し、開放端
11ａから底部11ｂに向かって断面積が小さくなるテーパ
状に凹部11を形成する。次いで、後述するノズル12を形
成するノズル加工装置にノズルプレート材料10ａをセッ
トして、エキシマレーザ光を図４中のマスク44を介し
て、図３（ｂ）に示すように、ノズルプレート10の一面
側に形成された凹部11の底面11ｂにエキシマレーザ光を
照射し、図３（ｃ）に示すように、凹部11と断面形状が
相似形状となるように凹部11ｂの底部11ｂからノズルプ
レート10の他面側に向かって断面積が小さくなるテーパ
状にノズル12を形成してノズルプレート10を作製する。
次いで、図３（ｄ）に示すように、インク流路23を画成
している流路基板21および素子基板22にノズルプレート
10の凹部11が形成された一面側を吐出口23ａと凹部11の
開放端11ａとが対向するように接着剤24により接合す
る。

【００１９】図４はノズル12を加工するノズル加工装置
の概略を示す全体構成図である。同図は公知のエキシマ
レーザ照射装置であり、エキシマレーザ光源41から発振
されたエキシマレーザ光を２枚の凸レンズ42、43で平行
光に成形し、そのエキシマレーザ光を複数のノズル12に
対応し所定の倍率に形成された図示しない開口部を有す
るマスク44を介して凸レンズ45に照射する。そして、そ
のエキシマレーザ光をノズルプレート10に形成された凹
部11の底部11ｂに縮小投影してノズル12を加工するよう
になっている。

【００２０】このように本実施例においては、ノズルプ
レート10に設けられる凹部11の開放端11ａの開口面積が
インク流路23の吐出口23ａの開口面積によりも大きく形
成され、開放端11ａの外周が吐出口23ａの外周よりも外
側になるよう流路基板21および素子基板22にノズルプレ
ート10が接合されることからノズルプレートまたは流路
基板21と素子基板22に塗布された接着剤24が吐出口23ａ
側にはみ出してもノズル12が閉塞されることが防止され
る。また、インクを噴射する際、凹部11およびノズル12
の断面形状が相似形状のノズルプレート10の一面側から
他面側に向かって断面積が小さくなるようにテーパ状に
形成され、インク流路23からノズル12の先端まで滑らか
に接続されていることから前記エネルギー変換素子によ
って与えられた吐出エネルギーがインクに効率良く働
き、充分なインク噴射量および噴射速度が得られ噴射特
性が向上される。さらに、ノズル12の断面形状を円形に
することによりインクが噴射される際にインクを液滴と
する力が噴射方向に均一にされインクの直進性が向上さ
れる。

【００２１】また、ノズルプレート10の一面側に凹部11
を形成した後、その凹部11の底部11ｂにエキシマレーザ
を照射してノズル12を形成することからノズルプレート
10を容易に製造することができ、エキシマレーザを用い
てノズル12を形成することから、バリのない高精度な複
数のノズル12を１回の作業で加工することができる。さ
らに、凹部11の開放端11ａの開口面積を吐出口23ａの開
口面積よりも大きくなるよう形成し、凹部11の開放端11
ａの外周が吐出口23ａの外周よりも外側となるように流
路基板21および素子基板22にノズルプレート10を接合す
るため接合時の位置合わせを高精度に行なう必要がない
ため組立が容易化される。

【００２２】なお、本実施例のノズルプレート10の凹部
11は熱プレスにより形成したが射出成形または機械加工
等により形成してもよいことは言うまでもない。また、
この凹部11を形成するときに凹部11の底部11ｂにエキシ
マレーザ光を照射する際の目印（例えば、凹凸）を形成
してもよい。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流路基板
および素子基板にノズルプレートを接合する際、凹部が
吐出口の開口面積に対して少なくとも１部分がはみ出す
開口面積を有しているので、ノズルプレートまたは流路
基板と素子基板に塗布された接着剤が吐出口側にはみ出
してもノズルが閉塞してしまうことを防止することがで
きる。また、流体を噴射する際、凹部が接合面側からノ
ズルに向かって断面積が小さくなるようにテーパ状に形
成されているので、流路からノズル口まで滑らかに接続
することができ噴射特性を向上させることができる。

【００２４】請求項２記載の発明によれば、流体を噴射
する際、凹部とノズルの断面形状を相似形状にしている
ので流体の直進性を向上させることができ、より噴射特
性を向上させることができる。請求項３記載の発明によ
れば、ノズルプレートの一面側に吐出口の開口面積に対
して少なくとも１部分がはみ出す開口面積の開放端とな
るように凹部を形成した後、その凹部の底部にエキシマ
レーザを照射することから請求項１記載のノズルプレー
トを容易に製造することができる。また、凹部の底部に
エキシマレーザを開放端側から照射した場合、請求項２
記載のノズルプレートを容易に製造することができる。
さらに、エキシマレーザを用いてノズルを形成すること
から、バリのない高精度の複数のノズルを１回の作業で
加工することができる。

【００２５】請求項４記載の発明によれば、請求項２記
載のノズルプレートの凹部と流体流路の吐出口を対向さ
せるように接合するので、ノズルが閉塞されることな
く、噴射特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るノズルプレートの一実施例の要部
を示す縦断面図である。

【図２】そのノズルプレートを有するインクジェット記
録ヘッドの一実施例の要部を示す縦断面図である。

【図３】そのノズルプレートおよびインクジェット記録
ヘッドの作製手順を説明する説明図である。

【図４】そのノズルプレートのノズルを加工するノズル
加工装置の概略を示す全体構成図である。

【図５】従来のノズルプレートを有するインクジェット
記録ヘッドの作製手順を示す説明図である。

【図６】従来の他のノズルプレートを有するインクジェ
ット記録ヘッドの作製手順を示す説明図である。

【符号の説明】

10 ノズルプレート 11 凹部 11ａ 開放端 11ｂ 底部 12 ノズル 21 流路基板 22 素子基板 23 インク流路（流体流路） 23ａ 吐出口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流路端部の吐出口に設けられる流体噴
   射用のノズルプレートにおいて、一面側に開口し、吐出
   口の開口面積に対して少なくとも１部分がはみ出す開口
   面積の開放端を有する凹部を設けるとともに、該凹部の
   底部から他面側に開口するノズルを有し、前記凹部が、
   一面側からノズルに向かって断面積が小さくなるように
   テーパ状に形成されていることを特徴とするノズルプレ
   ート。
2. 【請求項２】前記凹部とノズルの断面形状を相似形状に
   したことを特徴とする請求項１記載のノズルプレート。
3. 【請求項３】流体流路端部の吐出口に設けられ、吐出口
   からの流体を噴射するノズルを形成する流体噴射用のノ
   ズルプレートの製造方法において、ノズルプレートの一
   面側に開口し、吐出口の開口面積に対して少なくとも１
   部分がはみ出す開口面積を有する凹部を形成した後、該
   凹部の底部にエキシマレーザを照射することにより、ノ
   ズルを形成することを特徴とするノズルプレートの製造
   方法。
4. 【請求項４】請求項２記載のノズルプレートを有するイ
   ンクジェット記録ヘッドにおいて、溝部を有する流路基
   板と、該溝部と共に流体流路を構成する素子基板と、流
   体流路に位置するように素子基板に配設され、流体吐出
   エネルギーを発生するエネルギー変換素子と、を備え、
   ノズルプレートの凹部と流体流路の吐出口を対向させる
   ように接合したことを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。