JPH10291318A - プリントヘッドの製造方法及び孔加工装置並びにプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、複数の逆テーパの孔を一括に、しか
も被加工物を動かすことなく、マスクの損傷なく形成す
る。 【解決手段】オリフィス孔２５とするための複数の円形
開口１８が形成されたマスク１７とオリフィスプレート
２０との間に、これらマスク１７とオリフィスプレート
２０との両者に対してテレセントリックであるテレセン
トリック結像光学系１９を配置し、マスク１７に照射す
るレーザ光１２のビーム入射角Ｓ₁ を変化させ、マスク
１７を通過したマスク像を、テレセントリック結像光学
系１９によりマスク１７へのビーム入射角Ｓ₂ に対応す
るビーム入射角Ｓ₃ でオリフィスプレート２０に結像し
て、オリフィスプレート２０にオリフィス孔２５を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ照射方向に
対して逆テーパ状に孔を形成することにより、インクジ
ェットプリンタのオリフィス孔を形成するプリントヘッ
ドの製造方法及びそれに用いる孔加工装置並びにプリン
トヘッドの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなインクジェットプリンタのヘ
ッド部分は、図２０に示すように複数のインク室１に対
し、複数のオリフィス孔２の形成された金属オリフィス
板３が接着されている。このうち各インク室１の隔壁４
は、図２１に示すように例えばＰＺＴ（圧電素子）によ
り形成され、このＰＺＴに電圧が印加されることにより
隔壁４が変形し、インクをオリフィス孔２から吐出すも
のとなっている。

【０００３】このようなインクジェットプリンタのオリ
フィス孔２は、約３０ミクロンの直径に形成され、かつ
その金属オリフィス板３には板厚５０μｍ程度のＮｉ，
コバール等のプレートが用いられている。

【０００４】そして、この金属オリフィス板３の製造に
は、通常、電鋳法とも呼ばれるメッキ法が用いられてい
るが、その後のプリンタヘッド製作プロセスにおいて、
プリンタのヘッド部分に金属オリフィス板３を接着する
とき、金属オリフィス板３の各オリフィス孔２と各イン
ク室１との位置決め精度を精度高く確保することが困難
であり、又、オリフィス孔２が接着材５で塞がってしま
う問題がある。

【０００５】このような問題を回避するために、オリフ
ィスプレートをプリンタのヘッド部分に接着した後、レ
ーザ光を用いてオリフィス孔２を開ける加工方法が提案
されている。

【０００６】このような加工方法では、オリフィス孔２
がレーザビーム入射方向に対して図２１に示すように逆
テーパ形状に形成されることが必須条件であり、これが
インクの良好な吐出しに必要な条件である。

【０００７】この場合、オリフィスプレートの材料とし
ては主に高分子材料が使用され、かつレーザ光としては
精密なアブレーション加工が可能なエキシマレーザが使
用される。

【０００８】逆テーパ形状のオリフィス孔加工方法とし
ては、例えば一次及び二次の反射面を用いてレーザ光を
反射させて被覆板に照射し、オリフィス孔を加工する方
法（特表平６−５１０９５８号公報）、マスクを密着し
た後にプリンタヘッドをレーザビームに対して傾けさせ
てノズル孔を開ける方法（特開平１−１０８０５６号公
報）がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記一
次及び二次の反射面を用いる方法では、オリフィス孔を
１つづつしか形成できないので、数百個のオリフィス孔
を形成するのには時間がかかり、生産技術上実現性の低
い方法である。

【００１０】一方、マスクを密着した後にプリンタヘッ
ドをレーザビームに対して傾ける方法では、一括して複
数の孔を形成できるものの、マスクを密着させかつ位置
精度を確保する必要があること、レーザ照射で損傷する
マスクの交換が必要なこと、さらにはヘッドを揺動させ
る必要があり、これでは生産上での不都合となる。

【００１１】そこで本発明は、複数の逆テーパ形状を持
つ孔を一括に、しかも被加工物を揺り動かすことなく、
マスクも損傷させることなく形成できるプリントヘッド
の製造方法及び孔加工装置並びにプリンタヘッドの製造
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、プリ
ントヘッド筐体に被加工物を固定した後に開口部が形成
されたマスクと被加工物との間に、結像光学系を配置す
ることで、マスクに照射するレーザ光の入射角を変化さ
せ、マスクの開口部を通過したマスク像を、結像光学系
によりマスクへのビーム入射角に比例する角度にて被加
工物へ結像光学系によって結像して、被加工物にインク
噴出孔を形成するプリントヘッドの製造方法である。

【００１３】請求項２によれば、開口部が形成されたマ
スクと、このマスクに対して平行光に整形したレーザ光
を所定の角度で照射する走査光学系と、マスクと被加工
物との間に配置され、マスクの開口部を通過したレーザ
光を平行光に保つと共にマスクに対するレーザ光の入射
角に比例した角度にてマスク像を被加工物に結像し、被
加工物とマスクとの両側にテレセントリックな関係とな
るように配置されている結像光学系と、を備えた孔加工
装置である。

【００１４】請求項３によれば、レーザ光を所定の形状
及び光強度分布に整形制御するビーム整形光学系と、被
加工物であるプリントヘッドインク噴出孔を結像するた
めの複数の開口が形成されたマスクと、ビーム整形光学
系により整形制御されたレーザ光をマスクに対して所定
の角度で照射する走査光学系と、この走査光学系により
照射されたレーザ光を平行光とし、かつ走査光学系によ
る所定の走査角度に比例する角度でレーザ光をマスクに
照射するリレーレンズと、マスクと被加工物との間に配
置され、マスクを通過したレーザ光を平行光に保つと共
にマスクに対するレーザ光の入射角に比例した角度でマ
スク像を被加工物に結像し、被加工物とマスクとの両側
にテレセントリックな関係となるように配置された結像
光学系とを備え、走査光学系とマスクとがリレーレンズ
に対して共役な位置関係に配置されているプリントヘッ
ドの製造装置である。

【００１５】請求項４によれば、レーザ光を開口部が形
成されたマスクに照射してこのマスク像をプリントヘッ
ドに投影し、このプリントヘッドにインク噴出孔を形成
するプリントヘッドの製造装置において、レーザ光の光
路上に、少なくともアレイレンズ、リレーレンズ、マス
ク及び結像レンズを配置し、かつリレーレンズがアレイ
レンズの集光面を結像レンズの入射瞳の位置に結像する
作用を持つように配置されるとともに結像レンズに対し
てテレセントリックな関係となるように配置するプリン
トヘッドの製造装置である。

【００１６】請求項５によれば、請求項４記載のプリン
トヘッドの製造装置において、レーザ光の光路上には、
アレイレンズの入射面で回転対称な光強度分布に形成す
る光強度分布形成手段が配置された。

【００１７】請求項６によれば、請求項４記載のプリン
トヘッドの製造装置において、レーザ光の光路上には、
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
する出力調整手段が配置された。

【００１８】請求項７によれば、請求項４記載のプリン
トヘッドの製造装置において、アレイレンズは、２つの
シリンドリカルアレイレンズであり、かつこれらシリン
ドリカルアレイレンズの各集光点は同一面にほぼ一致す
る。

【００１９】請求項８によれば、請求項４記載のプリン
トヘッドの製造装置において、各シリンドリカルアレイ
レンズのうち少なくともいずれか一方のシリンドリカル
アレイレンズに光軸周辺のレーザ光を遮光する遮光手段
が配置された。請求項９においては、請求項４記載のプ
リントヘッドの製造装置において、結像レンズは、開口
数が０．３以上である。

【００２０】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１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タのオリ
フィス孔を形成するための孔加工装置の構成図である。

【００２１】エキシマレーザ等のレーザ発振器１０のレ
ーザ光路上には、ビーム整形光学系１１が配置されてい
る。このビーム整形光学系１１は、レーザ発振器１０か
ら出力されたレーザ光１２を所定の形状・分布に整形制
御する機能を有するもので、例えばアパーチャ１３、集
光レンズ１４を配置した構成となっている。なお、集光
レンズ１４の焦点距離はｆ₁ である。

【００２２】このビーム整形光学系１１を通過したレー
サ光１２の光路上には、ビーム走査光学系１５が配置さ
れている。このビーム走査光学系１５は、ビーム整形光
学系１１によって整形制御されたレーザ光１２の光軸に
対して垂直な平面方向に対して走査するもの、すなわち
ビーム出射角Ｓ₁ を調整するもので、例えばＸＹ２軸の
スキャナミラーが用いられている。

【００２３】このビーム走査光学系１５の走査方向の光
軸上には、リレーレンズ１６を介してマスク１７が配置
されている。このうちマスク１７は、図２に示すように
インクジェットプリンタのオリフィス孔を形成するため
の複数の円形開口１８が所定間隔毎にライン状に形成さ
れている。

【００２４】又、リレーレンズ１６は、ビーム走査光学
系１５により走査されたレーザ光１２を平行光に整形
し、かつビーム走査光学系１５による走査角度すなわち
ビーム出射角Ｓ₁ に対応するビーム入射角Ｓ₂ でレーザ
光１２をマスク１７に照射するものとなっている。

【００２５】このリレーレンズ１６は、マスク１７とビ
ーム走査光学系１５とに対して共役な関係となるように
配置され、リレーレンズ１６を通過したレーザ光１２の
ビーム中心が常にマスク１７における照射面の中心部分
を通過するように調整されている。

【００２６】これらビーム走査光学系１５とリレーレン
ズ１６とマスク１７との位置関係は、Ｌ₁ をビーム走査
光学系１５とリレーレンズ１６との間の距離、Ｌ₂ をリ
レーレンズ１６とマスク１７との間の距離、ｆ₂ をリレ
ーレンズ１６の焦点距離とすると、 （１／Ｌ₁ ）＋（１／Ｌ₂ ）＝１／ｆ₂ …(1) となる。

【００２７】又、ビーム整形光学系１１の集光レンズ１
４の焦点距離ｆ1 とビーム走査光学系１５、リレーレン
ズ１６の関係は、集光レンズ１４とビーム走査光学系１
５との間の距離をＬ_o とすると、 Ｌ_o ＋Ｌ₁ ＝ｆ₁ ＋ｆ₂ …(2) となっている。

【００２８】さらにビーム走査光学系１５により設定さ
れたビーム出射角Ｓ₁ とマスク１７へのビーム入射角Ｓ
₂ との関係は、 Ｓ₂ ＝Ｓ₁ ・Ｌ₁ ／Ｌ₂ …(3) となっている。

【００２９】結像光学系としてのテレセントリック結像
光学系１９は、マスク１７と被加工物としてのオリフィ
スプレート２０との間の光軸上に配置され、マスク１７
を通過したマスク像を形成する平行光を保つと共に、マ
スク１７に対するレーザ光１２のビーム入射角Ｓ₂ に対
応したビーム入射角Ｓ₃ でマスク像をオリフィスプレー
ト２０に結像するものである。

【００３０】このテレセントリック結像光学系１９は、
マスク１７とオリフィスプレート２０との両者に対して
テレセントリックな状態となっている。このテレセント
リック結像光学系１９は、例えば図３の概略図に示すよ
うに光軸上にアパーチャ２１及び各光学レンズ２２、２
３を配列した構成となっており、破線矢印により結像状
態を示している。又、オリフィスプレート２０は、ポリ
イミドで形成されており、紫外線のレーザ光により１μ
ｍオーダの精度でアブレーション加工ができるようにな
っている。

【００３１】ここで、テレセントリック結像系１９の倍
率をＭとすると、マスク１７上での円形開口１８の孔径
Ｄ_H 、孔間隔Ｌ_H は、 Ｄ_H ＝Ｄ／Ｍ …(4) Ｌ_H ＝Ｌ／Ｍ …(5) となる。

【００３２】倍率Ｍは１以下が採用されることにより、
テレセントリック結像系１９は縮小光学系となる。この
テレセントリック結像系１９は、上記のようにマスク１
７とオリフィスプレート２０との両者に対してテレセン
トリックとなっており、これによりオリフィスプレート
２０上での全てのオリフィス孔の位置に対してビーム入
射角Ｓ₃ となっている。

【００３３】このテレセントリック結像系１９は、マス
ク１７とテレセントリック結像系１９との間の距離をＬ
₃ 、テレセントリック結像系１９とオリフィスプレート
２０との間の距離をＬ₄ 、そしてテレセントリック結像
系１９の焦点距離をｆ₃ とすると、 （１／Ｌ₃ ）＋（１／Ｌ₄ ）＝１／ｆ₃ …(6) の位置関係に配置されている。

【００３４】又、オリフィスプレート２０へのビーム入
射角Ｓ₃ は、 Ｓ₃ ＝Ｓ₂ ・Ｌ₃ ／Ｌ₄ …(7) となっている。

【００３５】なお、オリフィスプレート２０は、レーザ
光１２による加工前に主にエポキシ系接着剤によつて予
めインクジェットプリンタヘッド筐体２４に接着されて
いる。

【００３６】次に上記の如く構成された装置を用いたオ
リフィス孔の加工について説明する。レーザ発振器１０
からレーザ光１２が出力されると、このレーザ光１２は
ビーム整形光学系１１により所定の形状、分布となるよ
うに整形されてビーム走査光学系１５に入射する。

【００３７】このビーム走査光学系１５は、レーザ光１
２のビーム出射角Ｓ₁ が例えば３つのビーム出射角Ｓ₁
（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₁₃）に予め設定されており、このうち
まずビーム出射角Ｓ₁₁でレーザ光１２を反射する。

【００３８】このビーム走査光学系１５で反射したレー
ザ光１２は、リレーレンズ１６を通過することにより、
集光レンズ１４により集光されたものが平行光に整形さ
れ、かつビーム走査光学系１５でのビーム出射角Ｓ₁ に
比例するビーム入射角Ｓ₂ でマスク１７に入射する。

【００３９】このマスク１７は、図２に示すようにイン
クジェットプリンタのオリフィス孔を形成するための複
数の円形開口１８が所定間隔毎に配列されているので、
このマスク１７を通過したレーザ光１２すなわちマスク
像は、ビーム入射角Ｓ₂ でテレセントリック結像系１９
に入射する。

【００４０】なお、リレーレンズ１６は、マスク１７と
ビーム走査光学系１５とに対して共役な関係となるよう
に配置されているので、リレーレンズ１６を通過したレ
ーザ光１２のビーム中心は常にマスク１７における照射
面の中心を通過する。

【００４１】テレセントリック結像光学系１９は、マス
ク１７を通過したマスク像を形成する平行光をそのまま
保つと共に、マスク１７に対するレーザ光１２のビーム
入射角Ｓ₂ に比例したビーム入射角Ｓ₃ でマスク像をオ
リフィスプレート２０に結像する。

【００４２】次に、ビーム走査光学系１５のビーム出射
角Ｓ₁ が図４に示すようにＳ₁₂に設定される。このビー
ム走査光学系１５で反射したレーザ光１２は、リレーレ
ンズ１６を通過して平行光に整形され、かつビーム走査
光学系１５でのビーム出射角Ｓ₁₂に比例するビーム入射
角Ｓ₂₂でマスク１７に入射する。

【００４３】このマスク１７を通過したマスク像は、ビ
ーム入射角Ｓ₂₂でテレセントリック結像光学系１９に入
射する。このテレセントリック結像光学系１９は、マス
ク１７を通過したマスク像の平行光を保つと共に、マス
ク１７に対するレーザ光１２のビーム入射角Ｓ₂₂に対応
したビーム入射角Ｓ₃₂でマスク像をオリフィスプレート
２０に結像する。

【００４４】次に、ビーム走査光学系１５のビーム出射
角Ｓ₁ が図５に示すように光軸上と同一のＳ₁₃に設定さ
れる。このビーム走査光学系１５で反射したレーザ光１
２は、リレーレンズ１６を通過して平行光に整形され、
かつビーム走査光学系１５でのビーム出射角Ｓ₁₃に対応
するビーム入射角Ｓ₂₃でマスク１７に入射する。

【００４５】このマスク１７を通過したマスク像は、ビ
ーム入射角Ｓ₂₃でテレセントリック結像光学系１９に入
射する。このテレセントリック結像光学系１９は、マス
ク１７を通過したマスク像を形成する平行光を保つと共
に、マスク１７に対するレーザ光１２のビーム入射角Ｓ
₂₃に対応したビーム入射角Ｓ₃₃でマスク像をオリフィス
プレート２０に結像する。

【００４６】このようにオリフィスプレート２０に対
し、３方向のビーム入射角Ｓ₃₁、Ｓ₃₂、Ｓ₃₂からマスク
像を結像することにより図６に示すような逆テーパのオ
リフィス孔２５が複数で一括して加工形成される。

【００４７】このときの逆テーパのオリフィス孔２５の
テーパ角は、ビーム走査光学系１５のビーム出射角Ｓ₁
の決定により可変される。ここで、オリフィス孔２５の
形状は、図６に示すように縦横方向の径が ａ₁ ＞ａ₂ の関係となるような楕円の逆テーパ形状に形成される。

【００４８】このような楕円の逆テーパのオリフィス孔
２５を形成するには、ビーム走査光学系１５でのビーム
出射角Ｓ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₁₃を制御し、図７に示すようにオ
リフィスプレート２０に結像されるマスク像が結果的に
楕円状に投影されるようにすればよい。

【００４９】このように上記第１の実施の形態において
は、オリフィス孔２５とするための複数の円形開口１８
が形成されたマスク１７とオリフィスプレート２０との
間に、これらマスク１７とオリフィスプレート２０との
両者に対してテレセントリックであるテレセントリック
結像光学系１９を配置し、マスク１７に照射するレーザ
光１２のビーム入射角Ｓ₁ を変化させ、マスク１７を通
過したマスク像を、テレセントリック結像光学系１９に
よりマスク１７へのビーム入射角Ｓ₂ に比例するビーム
入射角Ｓ₃ でオリフィスプレート２０に結像して、オリ
フィスプレート２０にオリフィス孔２５を形成するよう
にしたので、楕円逆テーパ形状の複数のオリフィス孔２
５、例えば数百個のオリフィス孔２５を一括して加工形
成することができ。従って、これらオリフィス孔２５の
加工に時間がかからず、生産技術上での実現性が高い。

【００５０】このときのオリフィス孔２５のテーパ角
も、ビーム走査光学系１５によるビーム入射角度Ｓ₁ を
制御することにより所望とする角度に容易に設定変更で
きる。又、レーザ光１２をビーム走査光学系１５により
ビーム入射角度Ｓ₁ に走査するだけで、精度高くオリフ
ィス孔２５を逆テーパに形成でき、インクの吐出しに良
好な条件を得ることができる。

【００５１】又、オリフィスプレート２０をインクジェ
ットプリンタヘッド筐体２４に接着した状態で複数のオ
リフィス孔２５を形成するので、これらオリフィス孔２
５と各インク室との位置精度を高く確保できる。

【００５２】又、テレセントリック結像光学系１９の倍
率Ｍを１倍以下にして縮小光学系にするので、マスク１
７面上でのレーザ光１２のエネルギー密度を低減でき、
マスク１７の損傷を回避できる。

【００５３】又、インクジェットプリンタの高解像度化
を実現するために、オリフィス孔２５の形状を図６に示
すように楕円逆テーパ形状に形成する場合も、ビーム走
査光学系１５でのビーム出射角Ｓ₁₁、Ｓ₁₂、Ｓ₁₃を制御
するだけで、容易に加工できる。

【００５４】なお、上記一実施の形態は、次の通り変形
してもよい。例えば、オリフィス孔２５を形成する場
合、マスク１７に形成されている全ての円形開口１８に
レーザ光１２を照射して、オリフィスプレート２０に全
てのオリフィス孔２５を一度の加工プロセスで形成する
のに限らず、図８に示すようにマスク１７に形成されて
いる円形開口１８を複数に分割して、少なくとも２回の
加工プロセスで形成するようにしてもよい。

【００５５】又、逆テーパのオリフィス孔２５を形成す
る場合、ビーム走査光学系１５でのビーム出射角Ｓ₁ を
３つの角度（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₁₃）に設定しているが、オ
リフィス孔２５のテーパ角やサイズに応じて３つ以上の
角度に設定してもよい。

【００５６】又、図６に示す楕円逆テーパ形状のオリフ
ィス孔２５を形成する場合、ｘ方向のビーム入射角を大
きくし、ｙ方向のビーム入射角を小さく設定して、ａ₁
＞ａ₂ となるように形成してもよい。 (2) 以下、本発明の第２の実施の形態について図面を参
照して説明する。

【００５７】図９は上記のようなインクジェットプリン
タのオリフィス孔を形成するための孔加工装置の構成図
である。ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０は、波長４０
０ｎｍ以下のパルス状のレーザ光を出力するものであ
る。

【００５８】この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は、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が配置され、さらにこのミラー３４の
反射光路上には、アレイレンズ照明系３５、マスク３６
及び投影レンズ（結像レンズ）３７が配置されている。

【００５９】一方、ｘｙステージ３８ａ、３８ｂ及びｚ
ステージ３８ｃが設けられ、このうちｚステージ３８ｃ
上に被加工物としてのオリフィスプレート２０が載置さ
れている。

【００６０】ここで、上記アレイレンズ照明系３５から
マスク３６、投影レンズ３７にかけての光学系の具体的
な構成について図１０を参照して説明する。同図に示す
ようにレーザ光の光路上には、アレイレンズ照明系３
５、リレーレンズ３９、マスク３６及び投影レンズ３７
が配置されている。

【００６１】アレイレンズ照明系３５は、図１１に示す
ように２つのシリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５
ｂを互いに垂直に交わる方向に間隔Ｌ_o をおいて配置し
たものとなっている。

【００６２】これらシリンドリカルアレイレンズ３５
ａ、３５ｂの各集光面４０は、シリンドリカルアレイレ
ンズ３５ｂから距離Ｌ₁ のところの同一面に一致するも
のとなっている。

【００６３】又、これらシリンドリカルアレイレンズ３
５ａ、３５ｂの集光面４０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が配置されてい
る。

【００６４】このようなテレセントリックな光学系によ
りオリフィスプレート２０の膜厚方向に平行な中心軸を
有する逆テーパのオリフィス孔が形成されるものとな
る。上記マスク３６は、図１２に示すように長方形に形
成され、その長手方向にインクジェットプリンタのオリ
フィス孔を形成するための複数の円形開口３６ａが所定
間隔毎にライン状に形成されている。

【００６５】このマスク３６は、リレーレンズ３９の焦
点位置に配置されている。このマスク３６に対してレー
ザ光を均一な強度分布で照射するために、上記アップコ
リメータ３２は、ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０から
出力されたレーザ光を、マスク３６上の全ての円形開口
３６ａを覆うように線状のビーム（平行光）に変換する
機能を有している。

【００６６】又、アレイレンズ照明系３５及びリレーレ
ンズ３９の焦点距離とアレイレンズ照明系３５の幅によ
りマスク３６上でのレーザ光のビームサイズが図１１に
示すようにＸＹサイズに決定されるものとなっている。

【００６７】これらアレイレンズ照明系３５、リレーレ
ンズ３９、マスク３６及び投影レンズ３７の距離及び焦
点距離の関係を具体的に示すと次の通りとなる。各シリ
ンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５ｂの各焦点距離を
ｆ_o 、ｆ₁ 、リレーレンズ３９の焦点距離をｆ₂ 、投影
レンズの焦点距離をｆ₃ 、各シリンドリカルアレイレン
ズ３５ａ、３５ｂの単位アレイレンズの幅をＷ、これら
シリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５ｂの列数を
Ｎ、マスク３６に投影するレーザ光のサイズを図１１に
示すようにＸＹ、投影レンズ３７の倍率をＭとすると、
各シリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５ｂの間隔Ｌ
_o は、 Ｌ_o ＝ｆ_o −ｆ₁ …(8) となり、アレイレンズ照明系３５からその集光点までの
距離は、 Ｌ₁ ＝ｆ₁ …(9) となる。

【００６８】又、リレーレンズ３９の径ｄは、 ｄ＝Ｗ（Ｎ＋Ｌ₂ ／Ｌ₁ −１） …(10) となる。

【００６９】各シリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３
５ｂの焦点距離ｆ_o 、ｆ₁ は、 ｆ_o ＝ｆ₂ ／Ｘ・Ｗ …(11) ｆ₁ ＝ｆ₂ ／Ｙ・Ｗ …(12) となる。

【００７０】さらに、 Ｌ₃ ＝ｆ₂ …(13) ｆ₂ ＝Ｗ（Ｎ−１）／ＮＡ_in／２ …(14) Ｌ₂ ＝ｆ₂ （ｆ₂ ／Ｌ₄ ＋１） …(15) ＮＡ_in＝ＮＡ_out ／Ｍ …(16) の関係となっている。

【００７１】投影レンズ３７の入射瞳４１の瞳径ＥＰＤ
は、 ＥＰＤ＝Ｌ₄ ・ＮＡ_in・２ …(17) により表される。

【００７２】さらに、 ｆ₃ ＝Ｌ（２＋Ｍ＋１／Ｍ） …(18) Ｌ₆ ＝（１＋Ｍ）・ｆ₃ …(19) Ｌ₅ ＝ｆ₃ …(20) Ｌ₄ ＝（１＋１／Ｍ）・ｆ₃ −ｆ₃ ＝ｆ₃ ／Ｍ …(21) の関係となっている。

【００７３】上記アレイレンズ照明系３５の少なくとも
一方のシリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５ｂに
は、レーザ光の光軸周辺のビームを遮光する遮光板４２
が設けられている。

【００７４】この遮光板４２は、図１３に示すように２
つのシリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３５ｂを組み
合わせたときのアレイの大きさを例えば５×５画素とす
ると、レーザ光の光軸Ｑの周辺の９画素を遮光するサイ
ズに形成されている。

【００７５】これにより、遮光板４２を通過したレーザ
光は、口字形状に成形される。上記投影レンズ３７は、
オリフィスプレート２０に形成するオリフィス孔がレー
ザ光の照射側で孔径が小さく、出射側で大きい逆テーパ
状に形成することから、そのＮＡは０．３以上必要であ
ることが実験より見出した。

【００７６】図１４はレーザ光のエネルギー密度と順テ
ーパ角計算値及び実測値を示す図であって、ポリイミド
フィルムに対して垂直にレーザ光を照射した場合の孔側
壁のテーパ角θを実測したものである。

【００７７】同図において実線は理論式に基づくもの
で、次式に理論式を示す。 θ＝arcsin（Ｆ_th／Ｆ） …(22) ここで、Ｆ_thは加工フルエンス閾値であり、Ｆは加工フ
ルエンスである。

【００７８】オリフィスプレート２０に対してレーザ光
を垂直照射する場合では、図１５に示すように順テーパ
角となり、その角度はフルエンスに依存する。通常、１
〜２Ｊ／cm² 程度のフルエンスで加工するので、逆テー
パ角θ_a の孔を形成するためには、順テーパ分θ（Ｆ）
だけ、より大きな入射角で孔側壁にレーザ光を照射する
必要がある。上記式(22)に順テーパ分θ（Ｆ）のオフセ
ットをもたせると、投影レンズ３７のＮＡは、 ＮＡ＝sin （θ（Ｆ）＋θ_a ） …(23) となる。

【００７９】この式から例えばオリフィス孔形状として
使用する１５°近辺の逆テーパ角を得るために必要な投
影レンズ３７のＮＡは、図１４に示す点線のような変化
となる。この結果からＮＡは、０．３以上となる。

【００８０】前記イメージローテータ３３は、アレイレ
ンズ照明系３５の入射面でレーザ光を回転対称な強度分
布に形成する強度分布形成手段としての機能を有するも
のである。

【００８１】すなわち、ＫｒＦエキシマレーザ発振器３
０から出力されるレーザ光は、例えば図１６に示すよう
に不均一な強度分布を有している。このため、アレイレ
ンズ照明系３５を通してマスク３６を照射すると、オリ
フィスプレート２０の表面では、均一な強度分布となる
が、オリフィスプレート２０の裏面では偏りのある強度
分布となり、この裏面側のオリフィス孔形状が図１７
(a) に示すように回転対称の形状にならない場合があ
る。

【００８２】そこで、イメージローテータ３３によりア
レイレンズ照明系３５の入射面でレーザ光を回転対称な
強度分布に形成し、オリフィス孔形状を図１７(b) に示
すように回転対称の形状にする。

【００８３】このイメージローテータ３３は、図１６に
示すようにダブプリズム４３を回転機構４４により回転
させるものとなっている。このイメージローテータ３３
の回転方向は、レーザ光の進行方向を回転軸として、例
えばオリフィスプレート２０の孔開け加工に必要な約２
００パルスのレーザ光の照射の間に連続して回転するも
のとなっている。

【００８４】なお、このイメージローテータ３３として
は、反射鏡を組み合わせた構成にしてもよい。前記バリ
アブルアッテネータ３１は、ＫｒＦ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出力調整手段としての機能を
有するものである。

【００８５】このバリアブルアッテネータ３１には、例
えば図１８に示すようにレーザ光の入射角に依存して透
過率が変化するようにコーティングが施された反射鏡４
５と、この反射鏡４５を透過したときのレーザ光の光軸
のずれを元に戻すコンペンセータ４６と、これら反射鏡
４５とコンペンセータ４６とを対応して回転させる回転
機構４７とから構成されている。

【００８６】なお、これら反射鏡４５及びコンペンセー
タ４６は、それぞれ各回転軸４５ａ、４６ａを中心とし
て矢印（イ）、（ロ）方向に回転自在に設けられてい
る。図１９はコーティングが施された反射鏡４５の透過
率特性を示すもので、ここでは反射鏡４５の回転角に応
じて透過率が変化している。

【００８７】例えば、レーザ光のビーム入射面側のオリ
フィス孔径を３０μｍ、オリフィスプレート２０を形成
するポリイミドの厚さを５０μｍ、オリフィス孔のテー
パ角を１５°とすると、オリフィスプレート２０の裏面
側でのオリフィス孔径は、５６．８μｍとなる。

【００８８】レーザ光の出力を一定にして加工すると、
フルエンスはオリフィスプレート２０の表面でのフルエ
ンスに対し、裏面側では約３分の１の７０％減のフルエ
ンスになる。

【００８９】よって、オリフィスプレート２０の表面付
近は加工できても、裏面まで加工できなくなる場合があ
る。これを避けるために高いフルエンスで加工を行う
と、裏面までの加工は可能であるが、表面側でのオリフ
ィス孔形状に熱の影響と思われる「だれ」が生じてしま
う。

【００９０】従って、これを避けるために反射鏡４５の
レーザ光軸に対する入射角度をレーザパルス数に応じて
変化させることにより、一定のフルエンスで裏面まで加
工できるものとなっている。

【００９１】一方、微細加工コントローラ４８は、孔加
工装置の全体を制御する機能を有するもので、次の各機
能を有している。すなわち微細加工コントローラ４８
は、ＫｒＦ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、ＫｒＦ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。

【００９２】又、微細加工コントローラ４８は、イメー
ジローテータ３３の回転機構４４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２０の孔開け
加工に必要な約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。

【００９３】又、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、ＫｒＦ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。

【００９４】又、微細加工コントローラ４８は、オート
フォーカスユニット４８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２０に結像させ
る機能を有している。

【００９５】このオートフォーカスユニット４８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２０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
動信号をドライバ５１に送出する機能を有している。こ
のｚドライバ５１は、オートフォーカスユニット４８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。

【００９６】又、微細加工コントローラ４８は、ｘｙド
ライバ５２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。

【００９７】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ＫｒＦエキシマレーザ発振器３０から出
力されたパルス状のレーザ光は、先ず、バリアブルアッ
テネータ３１に入射する。

【００９８】このバリアブルアッテネータ３１は、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ発振器３０から出力されたレーザ光の
パルス数に応じてレーザ光の出力強度を調整する。すな
わち、このバリアブルアッテネータ３１は、図１８に示
すようにレーザ光のパルス数に応じて反射鏡４５の回転
角が変化し、この反射鏡４５に対するレーザ光の入射角
に依存して透過率を変化させてレーザ光の出力強度を調
整する。

【００９９】このときコンペンセータ４６は、反射鏡４
５の回転角に対応して回転し、レーザ光の光軸のずれを
元に戻す。このように反射鏡４５のレーザ光軸に対する
入射角度をレーザパルス数に応じて変化させると、図１
９に示すようにオリフィスプレート２０に対して一定の
フルエンスで裏面まで加工できる。

【０１００】次に、アップコリメータ３２は、バリアブ
ルアッテネータ３１から出射されたレーザ光を、マスク
３６上の全ての円形開口３６ａを覆うように線状のビー
ムに変換し、イメージローテータ３３に送る。

【０１０１】このイメージローテータ３３は、ＫｒＦエ
キシマレーザ発振器３０から出力されるレーザ光が例え
ば図１６に示すように不均一な強度分布を有しているの
で、図１６に示すダブプリズム４３を回転機構４４によ
り例えばオリフィスプレート２０の孔開け加工に必要な
約２００パルスのレーザ光の照射の間に連続して回転さ
せ、アレイレンズ照明系３５の入射面でレーザ光を回転
対称な強度分布に形成する。

【０１０２】このイメージローテータ３３から出射され
るレーザ光は、ミラー３４で反射し、アレイレンズ照明
系３５に入射する。このレーザ光は、アレイレンズ照明
系３５の２つのシリンドリカルアレイレンズ３５ａ、３
５ｂによって集光面４０に集光され、さらにリレーレン
ズ３９によりマスク３６に照射される。

【０１０３】これらシリンドリカルアレイレンズ３５
ａ、３５ｂのうちシリンドリカルアレイレンズ３５ａに
図１３に示すようなレーザ光の光軸Ｑの周辺を遮光する
遮光手段としての遮光板４２が設けられていると、この
遮光板４２により遮光されない口字形状に成形されたレ
ーザ光がリレーレンズ３９に送られる。

【０１０４】このとき、図１１に示すようにマスク３６
上でのレーザ光のビームサイズＸＹは、アレイレンズ照
明系３５及びリレーレンズ３９の焦点距離とアレイレン
ズ照明系３５の幅により決定され、例えば口字形状のレ
ーザ光は、マスク３６上の全ての円形開口３６ａを覆う
ように線状のビームに変換さている。

【０１０５】そして、アレイレンズ照明系３５の集光面
４０はリレーレンズ３９によりマスク３６に投影レンズ
３７の入射瞳４１の面に結像されるので、レーザ光が投
影レンズ３７を通してオリフィスプレート２０に投影さ
れることにより、オリフィスプレート２０には、逆テー
パ状のオリフィス孔が形成される。

【０１０６】このように上記第２の実施の形態において
は、レーザ光の光路上に、少なくともアレイレンズ照明
系３５、リレーレンズ３９、マスク３６及び投影レンズ
３７を配置し、かつアレイレンズ照明系３５の集光面４
０を投影レンズ３７の入射瞳４１の位置に結像する投影
レンズ３７に対してテレセントリック光学系の位置関係
に配置したので、オリフィスプレート２０に複数の逆テ
ーパ状のオリフィス孔を一括で、しかもオリフィスプレ
ート２０を移動させることなく加工できる。

【０１０７】さらに、アレイレンズ照明系３５の入射面
で回転対称な強度分布に形成するイメージローテータ３
３を配置したので、回転対称な形状の逆テーパ状のオリ
フィス孔を加工できる。

【０１０８】又、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バリアブルアッテネータ３１を配
置したので、レーザ光の出力を一定にして加工する場合
のようにオリフィスプレート２０の表面付近は加工でき
ても、裏面まで加工できなくなるようなこと、又は高い
フルエンスで加工した場合のように裏面まで加工ができ
るが、表面側でのオリフィス孔形状に熱影響と思われる
「だれ」が生じるようなことがなく、一定のフルエンス
で裏面まで加工できる。

【０１０９】又、各シリンドリカルアレイレンズ３５
ａ、３５ｂのうちいずれか一方のシリンドリカルアレイ
レンズ３５ａに光軸周辺のレーザ光を遮光する遮光板４
２を配置したので、高次の周波数のレーザ光をオリフィ
スプレート２０に照射でき、逆テーパの形状が形成しや
すくなり、かつシャープな形状に逆テーパのオリフィス
孔が形成できる。

【０１１０】又、投影レンズ３７の開口数を０．３以上
にしたので、レーザ光の照射側で孔径が小さく、出射側
で大きい逆テーパ状のオリフィス孔を形成するのに最適
なＮＡで使用できる。

【０１１１】なお、本発明は、上記第１及び第２の実施
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。例えば、オリフィスプレート２０は、その材料とし
てポリイミドフィルムを用いているが、これに限らずポ
リサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ＰＥＴ等の高
分子材料を用いても上記同様に逆テーパ状のオリフィス
孔の加工ができる。

【０１１２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、複
数の逆テーパの孔を一括に、しかも被加工物を動かすこ
となく、マスクの損傷なく形成できるプリントヘッドの
製造方法及び孔加工装置並びにプリントヘッドの製造装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる孔加工装置の第１の実施の形態
を示す構成図。

【図２】マスクに形成された複数の円形開口を示す図。

【図３】テレセントリック結像光学系の概略構成図。

【図４】オリフィス孔の加工方法の一過程を示す図。

【図５】オリフィス孔の加工方法の一過程を示す図。

【図６】オリフィス孔の形状を示す図。

【図７】楕円逆テーパのオリフィス孔を形成するときの
マスク像の各照射位置を示す図。

【図８】オリフィス孔を形成するときのレーザ光の照射
位置を示す図。

【図９】本発明に係わる孔加工装置の第２の実施の形態
を示す構成図。

【図１０】アレイレンズ照明系からマスク、投影レンズ
にかけての具体的な構成図。

【図１１】アレイレンズ照明系の一部構成図。

【図１２】マスクの構成及びこのマスクに照射されるレ
ーザ光の形状を示す図。

【図１３】シリンドリカルアレイレンズに設けられる遮
光板を示す図。

【図１４】レーザ光のエネルギー密度と順テーパ角計算
値及び実測値を示す図。

【図１５】逆テーパ角を得るために必要な投影レンズの
ＮＡを説明するための図。

【図１６】イメージローテータの構成図。

【図１７】イメージローテータを用いたときのオリフィ
ス孔の形状をに示す図。

【図１８】バリアブルアッテネータの構成図。

【図１９】バリアブルアッテネータにおける反射鏡の透
過率特性を示す図。

【図２０】従来におけるインクジェットプリンタのオリ
フィス孔の加工方法を説明するための図。

【図２１】同オリフィス孔でのインク吐出しに必要な条
件を説明するための図。

【符号の説明】

１０…レーザ発振器、 １１…ビーム整形光学系、 １５…ビーム走査光学系、 １６…リレーレンズ、 １７…マスク、 １９…テレセントリック結像光学系、 ２０…オリフィスプレート、 ３０…ＫｒＦエキシマレーザ発振器、 ３１…バリアブルアッテネータ、 ３２…アップコリメータ、 ３３…イメージローテータ、 ３５…アレイレンズ照明系、 ３６…マスク、 ３７…投影レンズ、 ３８ａ，３８ｂ…ｘｙステージ、 ３８ｃ…ｚステージ、 ３９…リレーレンズ、 ４２…遮光板、 ４３…ダブプリズム、 ４５…反射鏡、 ４６…コンペンセータ、 ４８…微細加工コントローラ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリントヘッド筐体に被加工物を固定し
   た後に開口部が形成されたマスクと前記被加工物との間
   に、結像光学系を配置することで、前記マスクに照射す
   るレーザ光の入射角を変化させ、前記マスクの前記開口
   部を通過したマスク像を、前記結像光学系により前記マ
   スクへのビーム入射角に比例する角度にて前記被加工物
   へ前記結像光学系によって結像して、前記被加工物にイ
   ンク噴出孔を形成することを特徴とするプリントヘッド
   の製造方法。
2. 【請求項２】 開口部が形成されたマスクと、 このマスクに対して平行光に整形したレーザ光を所定の
   角度で照射する走査光学系と、 前記マスクと被加工物との間に配置され、前記マスクの
   前記開口部を通過したレーザ光を平行光に保つと共に前
   記マスクに対する前記レーザ光の入射角に比例した角度
   にて前記マスク像を前記被加工物に結像し、前記被加工
   物と前記マスクとの両側にテレセントリックな関係とな
   るように配置されている結像光学系と、を具備したこと
   を特徴とする孔加工装置。
3. 【請求項３】 レーザ光を所定の形状及び光強度分布に
   整形制御するビーム整形光学系と、 被加工物であるプリントヘッドインク噴出孔を結像する
   ための複数の開口が形成されたマスクと、 前記ビーム整形光学系により整形制御されたレーザ光を
   前記マスクに対して所定の角度で照射する走査光学系
   と、 この走査光学系により照射された前記レーザ光を平行光
   とし、かつ前記走査光学系による前記所定の走査角度に
   比例する角度で前記レーザ光を前記マスクに照射するリ
   レーレンズと、 前記マスクと前記被加工物との間に配置され、前記マス
   クを通過したレーザ光を平行光に保つと共に前記マスク
   に対する前記レーザ光の入射角に比例した角度で前記マ
   スク像を前記被加工物に結像し、前記被加工物と前記マ
   スクとの両側にテレセントリックな関係となるように配
   置された結像光学系とを備え、 前記走査光学系と前記マスクとが前記リレーレンズに対
   して共役な位置関係に配置されていることを特徴とする
   プリントヘッドの製造装置。
4. 【請求項４】 レーザ光を開口部が形成されたマスクに
   照射してこのマスク像をプリントヘッドに投影し、この
   プリントヘッドにインク噴出孔を形成するプリントヘッ
   ドの製造装置において、 前記レーザ光の光路上に、少なくともアレイレンズ、リ
   レーレンズ、前記マスク及び結像レンズを配置し、かつ
   前記リレーレンズが前記アレイレンズの集光面を前記結
   像レンズの入射瞳の位置に結像する作用を持つように配
   置されるとともに前記結像レンズに対してテレセントリ
   ックな関係となるように配置することを特徴とするプリ
   ントヘッドの製造装置。
5. 【請求項５】 前記レーザ光の光路上には、前記アレイ
   レンズの入射面で回転対称な光強度分布に形成する光強
   度分布形成手段が配置されたことを特徴とする請求項４
   記載のプリントヘッドの製造装置。
6. 【請求項６】 前記レーザ光の光路上には、前記レーザ
   光のパルス数に応じて前記レーザ光の出力強度を調整す
   る出力調整手段が配置されたことを特徴とする請求項４
   記載のプリントヘッドの製造装置。
7. 【請求項７】 前記アレイレンズは、２つのシリンドリ
   カルアレイレンズであり、かつこれらシリンドリカルア
   レイレンズの各集光点は同一面にほぼ一致するものであ
   ることを特徴とする請求項４記載のプリントヘッドの製
   造装置。
8. 【請求項８】 前記各シリンドリカルアレイレンズのう
   ち少なくともいずれか一方のシリンドリカルアレイレン
   ズに光軸周辺の前記レーザ光を遮光する遮光手段が配置
   されたことを特徴とする請求項４記載のプリントヘッド
   の製造装置。
9. 【請求項９】 前記結像レンズは、開口数が０．３以上
   であることを特徴とする請求項４記載のプリントヘッド
   の製造装置。