JPH10146683A - 液体噴射記録ヘッドの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エキシマレーザ光による溝や穴の加工を行な
う際に生じる樹脂の熱膨脹あるいは収縮に起因する加工
ピッチのずれを発生させることなく樹脂製天板に液流路
や吐出口を精度よく形成でき、さらにマスクの取り付け
時に起こるマスクの位置ずれを速やかにかつ簡単に調整
できる液体噴射記録ヘッドの製造装置。 【解決手段】 エキシマレーザ光Ｌの光路に配設された
溝加工用および／または穴加工用の開口パターンを有す
るマスク２２を介して、樹脂製ブランク１０にエキシマ
レーザ光Ｌを照射して樹脂製天板の液流路や吐出口を加
工する際に、移動駆動装置２３が、マスク２２を、エキ
シマレーザ光Ｌの光軸方向に、マスクの開口パターンの
配列方向に、そしてエキシマレーザ光の光軸を中心とす
る回転方向に、それぞれ移動させるように構成されてお
り、加工ピッチずれの防止やマスクの位置調整を精度良
く速やかに行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザ光
を用いた溝加工や穴開け加工等によって樹脂製天板を作
製する液体噴射記録ヘッドの製造装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】記録液（インク）を微細な吐出口（オリ
フィス）から飛翔液滴として吐出させて被記録媒体（記
録紙等）に記録あるいは印刷を行なう液体噴射記録ヘッ
ドは、複数の電気熱変換素子とそのリード電極を有する
基板（ヒーターボード）を有し、この基板上に液流路
（ノズル）や共通液室を形成する樹脂製のノズル層（液
流路形成層）を積層した上で、記録液の供給管を備えた
ガラス製の天板を重ねたものが一般的であったが、最近
では、ガラス製の天板を省略し、液流路および共通液室
に加えて記録液の供給管等を一体的に設けて樹脂製の天
板を射出成形等によって一体成形し、次いで吐出口を加
工形成した後に、この天板を弾性部材によって基板に押
圧して一体化した液体噴射記録ヘッドが開発されてい
る。このような液体噴射記録ヘッドは、組立て部品点数
が大幅に低減され、かつ組立て工程もきわめて簡略化さ
れるために、液体噴射記録装置の低コスト化に大きく貢
献するものとして期待されている。

【０００３】図３は、樹脂製天板を用いた液体噴射記録
ヘッドＥｏの基本的態様を樹脂製天板の一部を破断して
示す模式的な斜視図であり、液体噴射記録ヘッドＥｏ
は、複数の電気熱変換素子１００１ａを有する基板１０
０１と、各電気熱変換素子１００１ａ上に位置する液流
路１００２ａとこれに連通する共通液室１００２ｂを備
えた樹脂製天板１００２を有し、樹脂製天板１００２に
は、各液流路１００２ａに連通する吐出口１００２ｃを
有する吐出口プレート１００２ｄと、共通液室１００２
ｂに開口する液供給口１００２ｅを有する筒状突出部１
００２ｆが一体的に設けられている。

【０００４】このように液流路１００２ａおよび共通液
室１００２ｂを有する本体部分に加えて吐出口プレート
１００２ｄと筒状突出部１００２ｆを有する樹脂製天板
１００２を射出成形等によって一体的に形成し、次いで
吐出口１００２ｃを加工形成した後、各液流路１００２
ａが基板１００１の電気熱変換素子１００１ａ上に位置
するように位置決めした上で、図示しない弾性部材によ
って天板１００２を基板１００１に押圧して、一体的に
結合させる。基板１００１は、各電気熱変換素子１００
１ａに電気信号を発生する駆動回路を搭載した配線基板
１００３とともにベースプレート１００４上にビス止め
等の公知の方法で固着される。

【０００５】また、液流路１００２ａを設ける前の本体
部分と吐出口１００２ｃを設ける前の吐出口プレート１
００２ｄ等からなるブランク（粗成形品）を射出成形に
よって一体成形した上で、エキシマレーザ光を用いて樹
脂製天板１００２の本体部分に液流路１００２ａを溝加
工し、同様にエキシマレーザ光を用いて吐出口プレート
１００２ｄに各吐出口１００２ｃを穴開け加工すること
によって、樹脂製天板１００２を作製する方法も開発さ
れている。

【０００６】このように、射出成形とレーザ加工とを組
み合わせることによって、樹脂製天板を安価に製造する
ことができるため、液体噴射記録ヘッドの低コスト化を
一層促進できる。なお、射出成形によって得られるブラ
ンクにエキシマレーザ光を照射して溝加工や穴開け加工
を施すためのレーザ加工装置は、一般的に、液体噴射記
録ヘッドの液流路や吐出口の加工形成用に開口パターン
を有するマスクと、エキシマレーザ光によってマスクの
開口パターンをブランクに投影する投影光学系を備えて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のような手法を用いて、射出成形されたブランク
への液流路や吐出口の加工形成をレーザ加工によって行
なう場合に、ブランクにエキシマレーザ光のエネルギー
が集中し、ブランク表面の温度は溝もしくは穴の加工中
に１００〜２００°Ｃに達する。これにより、ブランク
である樹脂は、熱により膨脹あるいは収縮を起こし、エ
キシマレーザ光による溝もしくは穴の投影ピッチが狂
い、製品の歩留りが低下する。

【０００８】そのため、溝もしくは穴の加工ピッチの複
雑な調整が必要となり、この調整に長時間を要し、その
ために、作業能率が著しく低下するという未解決の課題
があった。

【０００９】さらに、エキシマレーザ光の光路に配設さ
れた溝加工用、穴加工用または溝および穴加工用の両方
を備えた開口パターンを有するマスクを、製造装置に取
り付ける際にエキシマレーザ光の光軸に対するわずかな
（数ミクロン単位での）傾き、あおり、ずれを避けるこ
とは難しく、また正しく光学的に計算された取り付け位
置からマスクの位置がずれると、ブランクに投影される
溝や穴の位置がずれるばかりでなく、投影倍率さらには
加工ピッチまで変わってしまう。

【００１０】この調整のために、従来は手動によりステ
ージを移動させることによって行なっているが、複雑な
調整であるために多くの人手と時間を必要とし、その結
果、メンテナンスのコストが上昇する上に、マスクの交
換や位置調整の作業中はレーザ加工が中断されるため、
スループットの低下をまねくという未解決の課題があっ
た。

【００１１】そこで、本発明は、上記のような従来技術
の有する未解決な課題に鑑みてなされたものであって、
射出成形された樹脂製ブランクにエキシマレーザ光によ
り溝もしくは穴の加工を行なう際に生じる樹脂の熱膨脹
あるいは収縮に起因する溝や穴の加工ピッチのずれを発
生させることなく、樹脂製天板に液流路や吐出口を精度
よく形成することができ、さらにマスクの取り付けの際
に起こるマスクの位置ずれをマスクの駆動手段により調
整しうるようになし、メンテナンスコストを大幅に低減
できる液体噴射記録ヘッドの製造装置を提供することを
目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造装置は、エキシ
マレーザ光を発生するレーザ光源、溝加工用および／ま
たは穴加工用の開口パターンを有するマスク、該マスク
を移動させる移動駆動装置、前記マスクの開口パターン
を投影する投影光学系、および樹脂成形された粗成形品
を位置決めする移動ステージを備え、前記移動ステージ
にセットされた粗成形品に、エキシマレーザ光を前記マ
スクを介して照射することにより、溝加工および／また
は穴加工を施すことで液流路および／または吐出口を形
成して樹脂製天板を作製する液体噴射記録ヘッドの製造
装置において、前記移動駆動装置が、前記エキシマレー
ザ光の光路に配設された前記開口パターンを有するマス
クを、前記エキシマレーザ光の光軸方向に前後に移動さ
せる駆動手段を有し、前記マスクを前後に移動させて加
工ピッチの熱によるずれやマスクの位置ずれを防止する
ようになしたことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造
装置において、移動駆動装置が、エキシマレーザ光の光
路に配設された開口パターンを有するマスクを前記開口
パターンが配列されている方向に移動させる駆動手段を
さらに有することが好ましく、そして、移動駆動装置
が、エキシマレーザ光の光路に配設された開口パターン
を有するマスクを前記エキシマレーザ光の光軸を中心と
してその回転方向の角度を調整する駆動手段をさらに有
することが好ましい。

【００１４】

【作用】エキシマレーザ光を発生するレーザ光源と溝加
工用および／または穴加工用の開口パターンを有するマ
スクとこのマスクを移動させる移動駆動装置と前記マス
クの開口パターンを投影する投影光学系と樹脂成形され
た粗成形品を位置決めする移動ステージとを備え、前記
移動ステージにセットされた粗成形品に、エキシマレー
ザ光を前記マスクを介して照射することにより、溝加工
および／または穴加工を施すことで液流路および／また
は吐出口を形成して樹脂製天板を作製する液体噴射記録
ヘッドの製造装置において、移動駆動装置が、前記開口
パターンを有するマスクを、エキシマレーザ光の光軸方
向に沿って前後に移動させる駆動手段、マスクの開口パ
ターンが配列されている方向に移動させる駆動手段、お
よびエキシマレーザ光の光軸を中心としてその回転方向
の角度を調整する駆動手段を有し、マスクをエキシマレ
ーザ光の光軸方向に沿って前後に移動させることによっ
て、加工ピッチの熱によるずれやマスクの位置ずれを防
止し、また、開口パターンの配列方向およびエキシマレ
ーザ光の光軸を中心とする回転方向に、それぞれミクロ
ン単位の精度で移動させることによって、マスクの取付
け時に避けられない光軸に対するわずかな傾き、あお
り、ずれの調整を精度良くしかも速やかに行なうことが
でき、そしてマスク位置調整のメンテナンス時間を軽減
でき、かつスループットを向上させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１６】図１は、本発明の液体噴射記録ヘッドの製
造方法を説明するものであり、液体噴射記録ヘッドの共
通液室となる凹所を有する樹脂製の粗成形品であるブラ
ンク１０を公知の射出成形等によって一体成形し、これ
に、エキシマレーザを用いた溝加工によって液流路２ａ
を形成し、さらにエキシマレーザを用いた穴加工によっ
て吐出口２ｂを形成する。このようにして得られた液流
路形成層である樹脂製天板２を、表面１ａに電気熱変換
素子１ｂを有する基板１に位置合わせして接合する。

【００１７】このような溝加工および穴加工に用いるレ
ーザ加工装置は、図２に示すように、エキシマレーザ光
Ｌを発生するレーザ光源２１と、溝加工用および／また
は穴加工用の開口パターンを有するマスク２２と、エキ
シマレーザ光Ｌの光軸方向（図中Ｘ軸）、溝加工用およ
び／または穴加工用の開口パターンの配列方向（図中Ｙ
軸）、およびエキシマレーザ光Ｌの光軸を中心とする回
転方向に、マスクをそれぞれ移動させるように構成され
た移動駆動装置２３と、この移動駆動装置２３を制御す
るコントローラ２４と、マスク２２の開口パターンをブ
ランク１０に投影するための投影光学系２５を備えてい
る。ブランク１０は、図示しない移動ステージによって
エキシマレーザ光Ｌの光軸に垂直な平面（ＹＺ平面）内
で位置決めされる。

【００１８】なお、マスク２２として、液流路を形成す
るための溝加工用の開口パターンを有するもの、あるい
は吐出口を形成するための穴加工用の開口パターンを有
するもの、あるいは液流路を形成するための溝加工用と
吐出口を形成するための穴加工用の両方の開口パターン
を有するもの等を用いることができる。

【００１９】移動駆動装置２３は、モータ（例えば、ス
テッピングモータ、サーボモータ等）を用いた駆動手段
を有しており、コントローラ２４により制御されマスク
２２を移動させるものであり、エキシマレーザ光Ｌの光
軸上（図中Ｘ軸）、溝加工用および／または穴加工用の
開口パターンの配列方向（図中Ｙ軸）、およびエキシマ
レーザ光Ｌの光軸を中心とする回転方向に、それぞれ自
由にミクロン単位の精度で、マスク２２を移動させるこ
とができるように構成されている。また、そのマスク２
２の移動については、ある一定速度での連続移動あるい
は間欠的な移動を選択することができる。

【００２０】マスク２２を透過したエキシマレーザ光Ｌ
は、ブランクを急速に加熱し、その表面温度は瞬時に１
００〜２００°Ｃとなり、そのためブランクは熱による
膨脹もしくは収縮を起こす。このため、エキシマレーザ
光Ｌの投影により加工した溝や穴のピッチが伸びあるい
は縮む現象が生じる。ところで、マスク２２をエキシマ
レーザ光の光軸方向に移動させることによって、ブラン
ク１０に結像させる溝や穴の加工寸法の倍率を自在に変
化（相似的に大きくあるいは小さく）させることができ
る。したがって、エキシマレーザ光Ｌをブランク１０に
投影させる際に起こるブランクの熱膨張あるいは収縮に
よる溝や穴の加工ピッチの狂いは、マスク２２をエキシ
マレーザ光Ｌの光軸方向に移動させることによって吸収
することができる。移動駆動装置２３の駆動によりマス
ク２２をエキシマレーザ光Ｌの光軸方向に沿って前後に
所定距離移動させることによって、熱による加工ピッチ
の狂いをなくし、加工精度を向上させ、加工ピッチの安
定化を図ることができる。さらに、従来手動で行なって
いたマスク位置の調整作業を電気的な駆動により精度良
く、速やかに行なうことができ、メンテナンスコストを
軽減し、かつスループットを向上させることができる。

【００２１】また、移動駆動装置２３は、マスク２２
を、溝加工用および／または穴加工用の開口パターンの
配列方向（図中Ｙ軸）およびエキシマレーザ光Ｌの光軸
を中心とする回転方向に、それぞれ自由にミクロン単位
の精度で移動させるように構成したことから、マスク２
２を製造装置に取り付ける際に避けられない光軸に対す
るわずかな傾き、あおり、ずれの調整を、移動駆動装置
２３によってマスク２２を開口パターンの配列方向にあ
るいはエキシマレーザ光Ｌの光軸を中心とする回転方向
に移動させることにより、精度良くしかも速やかに行な
うことができる。さらに、従来手動で行なっていたマス
クステージ位置の複雑な調整を不要とし、これまでは手
動により対応していたマスクの位置調整を自動的にかつ
精度良く行なうことができ、この調整に要していた多く
の人手と時間を低減することができ、その結果、メンテ
ナンスコストを軽減し、かつスループットを向上させる
ことができる。

【００２２】なお、本発明は、特に液体噴射記録方式の
中で熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記録を
行なう、いわゆるインクジェット記録方式の記録ヘッ
ド、記録装置において、優れた効果をもたらすものであ
る。

【００２３】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この記録方
式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のい
ずれにも適用可能である。

【００２４】この記録方式を簡単に説明すると、記録液
（インク）が保持されているシートや液流路に対応して
配置されている吐出エネルギー発生素子である電気熱変
換体に駆動回路より吐出信号を供給する、つまり、記録
情報に対応して記録液（インク）に核沸騰現象を越え、
膜沸騰現象を生じるような急速な温度上昇を与えるため
の少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、
熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜
沸騰を生じさせる。このように記録液（インク）から電
気熱変換体に付与する駆動信号に一対一に対応した気泡
を形成できるため、特にオンデマンド型の記録法には有
効である。この気泡の成長、収縮により吐出口を介して
記録液（インク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を
形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適
切に気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性に優
れた記録液（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４
４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に
記載されているようなものが適している。なお、上記熱
作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３
１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さ
らに優れた記録を行なうことができる。

【００２５】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流路）
の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に開示されているように、熱
作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものにも
本発明は有効である。

【００２６】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出口とする構成を開
示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギー
の圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開
示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成
を有するものにおいても本発明は有効である。

【００２７】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録可能である被記録媒体の
最大幅に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッド
がある。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開
示されているような記録ヘッドを複数組み合わせること
によってフルライン構成にしたものや、一体的に形成さ
れた一個のフルライン記録ヘッドであってもよい。

【００２８】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００２９】また、記録ヘッドに対する回復手段や予備
的な補助手段を付加することは、記録装置を一層安定に
することができるので好ましいものである。これらを具
体的に挙げれば、記録ヘッドに対しての、キャッピング
手段、クリーニング手段、加圧または吸引手段、電気熱
変換体あるいはこれとは別の加熱素子、あるいはこれら
の組み合わせによる予備加熱手段、記録とは別の吐出を
行なう予備吐出モード手段を付加することも安定した記
録を行なうために有効である。

【００３０】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせ
で構成したものかのいずれでもよいが、異なる色の複色
カラーまたは、混色によるフルカラーの少なくとも一つ
を備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００３１】さらに加えて、インクジェット記録装置の
形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出
力端末として用いられるものの他、リーダ等と組み合わ
せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミ
リ装置の形態を採るものであってもよい。

【００３２】以上の説明においては、インクを液体とし
て説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクで
あって、室温で軟化もしくは液体となるもの、あるい
は、インクジェットにおいて一般的に行なわれている温
度調整の温度範囲である３０℃以上７０℃以下の温度範
囲で軟化もしくは液体となるものでもよい。すなわち、
使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであれば
よい。加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をイン
クの固形状態から液体状態への態変化のエネルギーとし
て使用せしめることで防止するか、または、インクの蒸
発防止を目的として放置状態で固化するインクを用いる
かして、いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じ
た付与によってインクが液化してインク液状として吐出
するものや記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始
めるもの等のような、熱エネルギーによって初めて液化
する性質のインクの使用も可能である。このような場合
インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開
昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質
シート凹部または貫通孔に液状または固形物として保持
された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形
態としてもよい。上述した各インクに対して最も有効な
ものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、上述したように構成されてい
るので、エキシマレーザを用いた溝および／または穴加
工によって樹脂製天板等の液流路および／または吐出口
を形成する工程において、樹脂製天板の熱による膨脹や
収縮に起因する溝や穴の加工ピッチずれのない液体噴射
記録ヘッドの製造に貢献でき、またマスクの位置調整を
自動的にかつ精度良く行なうことができ、調整にかかっ
ていた時間を大幅に短縮することができ、製品の歩留り
を向上させることができる。

【００３４】さらに、マスクを製造装置に取り付ける際
に避けられない光軸に対するわずかな傾き、あおり、ず
れを速やかにかつ簡単に調整することができ、マスク位
置調整のメンテナンス時間を軽減でき、かつスループッ
トを向上させることができ、これによって、液体噴射記
録ヘッドの製造コストの低減に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法を説明
する図であり、（ａ）は液体噴射記録ヘッドの樹脂製天
板の斜視図であり、（ｂ）は同じく液体噴射記録ヘッド
の基板の斜視図である。

【図２】液体噴射記録ヘッドの樹脂製天板にレーザ光の
照射によって液流路あるいは吐出口を加工する態様を示
すレーザ加工装置の概略的な斜視図である。

【図３】樹脂製天板を用いた液体噴射記録ヘッドの基本
的態様を樹脂製天板の一部を破断して示す模式的な斜視
図である。

【符号の説明】

１ 基板 １ｂ 電気熱変換素子 ２ 樹脂製天板 ２ａ 液流路 ２ｂ 吐出口 １０ （樹脂製）ブランク ２１ レーザ光源 ２２ マスク ２３ 移動駆動装置 ２４ コントローラ ２５ 投影光学系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エキシマレーザ光を発生するレーザ光
   源、溝加工用および／または穴加工用の開口パターンを
   有するマスク、該マスクを移動させる移動駆動装置、前
   記マスクの開口パターンを投影する投影光学系、および
   樹脂成形された粗成形品を位置決めする移動ステージを
   備え、前記移動ステージにセットされた粗成形品に、エ
   キシマレーザ光を前記マスクを介して照射することによ
   り、溝加工および／または穴加工を施すことで液流路お
   よび／または吐出口を形成して樹脂製天板を作製する液
   体噴射記録ヘッドの製造装置において、 前記移動駆動装置が、前記エキシマレーザ光の光路に配
   設された前記開口パターンを有するマスクを、前記エキ
   シマレーザ光の光軸方向に前後に移動させる駆動手段を
   有し、前記マスクを前後に移動させて加工ピッチの熱に
   よるずれやマスクの位置ずれを防止するようになしたこ
   とを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造装置。
2. 【請求項２】 移動駆動装置が、エキシマレーザ光の光
   路に配設された開口パターンを有するマスクを、前記開
   口パターンが配列されている方向に移動させる駆動手段
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の液体噴
   射記録ヘッドの製造装置。
3. 【請求項３】 移動駆動装置が、エキシマレーザ光の光
   路に配設された開口パターンを有するマスクを、前記エ
   キシマレーザ光の光軸を中心としてその回転方向の角度
   を調整する駆動手段をさらに有することを特徴とする請
   求項１または２記載の液体噴射記録ヘッドの製造装置。