JPH11502792A - ノズルの形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ノズルプレートへレーザービームを方向づけることにより、インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレートにおけるノズルを形成する。分割によってビームが生成される部位から離れた位置に起点を置いた状態で、各サブビームが発散するような複数のサブビームにビームを分割することにより、ビームの発散の正確な制御が達成されるようになっており、そしてこの後にこれらのサブビームを再結合する。したがって、製造されたノズルのテーパおよび入口形状の大きな精度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 ノズルの形成方法および装置 技術分野 本発明は、インクジェット式プリントヘッド用ノズルプレートの両面の各々に ノズル入口とノズル出口を有しているノズルの形成方法および装置に関する。 背景技術 国際出願公開第93/15911号は、高エネルギービームを用いる、インクジェット 式プリントヘッド用ノズルプレートにおけるノズルの形成方法、特に、エキシマ レーザを用いる、ポリマー製ノズルプレートにおけるノズルの溶融切削方法に関 するものである。ここでは、単一のアパーチャを有するマスクを用いることによ り、高エネルギービームが、ノズルが形成されるノズルプレートの表面に収束レ ンズによって方向づけられる前に形成されるようになっている。 国際出願公開第93/15911号は、グラウンドまたはエッチング処理された表面の ような層、または、コロイドもしくは乳白色物質などの適切な光散乱性を有する 媒体を含有している薄膜のような層をビームが通過するようにすることにより、 マスクのアパーチャへ入射するビームの発散を増大させることを提案している。 このような層は、ビームの焦点をアパーチャへ合わせるためにマスクの上流側に 配置された収束レンズ上に配置するようにしてもよい。 ビームの発散は、ノズルのテーパの角度を決定する。さらに、ビームの他の平 面に対して一つの平面における発散の角度（両平面はビーム軸を含んでいる）を 小さくするために第２のマスクを用いることができ、これにより、他の平面によ りも一つの平面においてより大きなノズルテーパを有するノズルを得ることがで きる。これにより、一つの方向と直交する他の方向よりも、この一つの方向にお いて、より大きなノズル入口が得られる。国際出願公開第93/15911号は、このこ とが、ノズルが連通しているプリントヘッド内にあるインク供給路の形状（通常 は矩形）にノズルインク入口を合させることを有利に可能にし、一方ノズル入口 を好ましくは円形のままにしておくことを可能にするということを指摘している 。 発明の開示 本発明は、前述のような国際出願公開第93/15911号に記載されている方法を改 良すること、特に、ノズルテーパと、ノズル入口およびノズル出口の形状を制御 する方法を改良することを目的とする。 第１の態様によれば、本発明は、インクジェットプリントヘッド用ノズルプレ ートにおけるノズル、すなわち、ノズルプレートの両面の各々にノズル入口とノ ズル出口を有しているノズルの形成方法であって、 ノズルプレートに向けて高エネルギービームを方向づけるステップと、 前記ビームを発散させるステップと、この後にマスクの単一アパーチャ前記ビー ムを方向づけることにより前記ビームを形づくるステップと、この後に、前記ノ ズル出口が形成される前記ノズルプレートの正面に当たる前に前記ビームをビー ム収束手段に通すことによりノズルを形成するステップを含み、このノズル出口 は前記ビーム収束手段によって前記単一アパーチャと結合されたようになってい るノズルの形成方法において、 前記ビームを発散させるステップが、各々が発散を有する複数のサブビームに 前記ビームを分割することを含み、各サブビームの発散の起点は各サブビームが 分割によって生成される点から離れた位置にあり、サブビームは、この後、再結 合されマスクの前記単一アパーチャを通して方向付けられる前に別のビーム収束 手段を通されるようになっており、前記マスクの平面に当たる直前における前記 再結合されたビームの断面の大きさは前記マスクのアパーチャの大きさと実質的 に等しいものとなっている。 本発明は、各々が発散を有する複数のサブビームに前記ビームを分割させるこ とにより前記ビームに発散を与えるステップを含んでおり、各サブビームの発散 の起点は、各サブビームが分割によって生成される点から離れた位置にあり、こ のサブビームは、この後、再結合される前に他のビーム収束手段を通されるよう になっている。この構成は、従来の構成で可能であったものよりも、ビームの発 散の角度を実質的により正確に制御することを可能にする。すでに述べたように 、 国際出願公開第93/15911号は、グランド、またはエッチング処理の表面を用いて 、または、適切な光散乱性を有する媒体を有している薄膜を用いて光を散乱させ ることにより、高エネルギービームの発散を増大させることを提案している。本 発明では、後に再結合される複数のサブビームに高エネルギービームを分割する ことにより、より制御された方法で発散が得られることがわかった。さらに、各 サブビームが、分割によって各サブビームが生じる点から離れた位置にある点を 起点として発散するように、分割させられる。この方法によって得られた発散（ これは各サブビームを発生するレンズを用いて得られる）は、散乱に基いた従来 の方法よりも実質的に変動が少ないことが理解されるであろう。この結果、再結 合されたビームの発散角度の変動がより少なくなれば、製造されるノズルのテー パ角の変動が少なくなり、結果として、最終的なインクジェット式プリントヘッ ドの、より良好なインク吐出性能が得られることになる。 さらに、マスクの平面に当たる直前における再結合されたビームの断面サイズ が前記マスクのアパーチャの大きさと実質的に等しいところの、再結合されたビ ームをマスクの単一アパーチャを通して方向づけることによりノズル形成のため にノズルプレートに最終的に当たる高エネルギービームはその発散をマスクによ ってかなりの量減らされることがない。したがって、相応して出口から入口へと 大きなテーパ角を有するノズル開口を形成するために、ビーム発散の全範囲が利 用可能である。 第２の態様によれば、本発明は、インクジェット式プリントヘッド用のノズル プレートにおけるノズル、すなわち、前記ノズルプレートの両面の各々にノズル 入口とノズル出口を有しているノズルの形成方法であって、 高エネルギービームを前記ノズルプレートに向けて方向付けするステップと、 前記ビームを発散させるステップと、この後、前記ノズルプレート上に当たる前 に前記ビームをビーム収束手段に通し、これによりノズルを形成するステップと 、を含むノズル形成方法において、 前記ビームを発散させるステップが、各々が発散するようなサブビームのアレ イを生成するため光学素子のアレイに前記ビームを通すことを含み、各サブビー ムの発散の起点は各々の光学素子から離れた位置にあり、サブビームの前記アレ イは、この後、第２の反射手段に向けて反射させるための第１の反射手段に向け て方向付けられ、前記第２の反射手段は前記ノズルプレートに向けて反射し、前 記第１および第２の反射手段の位置関係が、前記第１の反射手段に当たる平行ビ ームが前記第２の反射手段から収束ビームとして反射されるようなものであり、 前記光学素子の配置は、入射するサブビーム全てが前記第１の反射手段によって 前記第２の反射手段に向けて方向付けられ、この後、前記ノズルプレートに当た るように方向付けられるようになっている。 本発明のこの第２の態様は、高エネルギービームを、ビームの分割平面から離 れた位置にある発散起点を有するサブビームに（光学素子のアレイを用いて）分 割させその後サブビームをビーム収束手段によって結合する、という考え方を用 いている。したがって、本発明の第２の態様は、得られたビーム角度を正確に制 御できるという利点を第１の態様と共有する。 加えて、高エネルギービームは、第１および第２の反射手段によってノズルプ レートで方向づけられ、そして前記アレイにおける光学素子（例えばレンズ）は 、例えばレンズのアレイに向かって戻るなどのように他の場所に向けることなく 、第１の反射手段に当たるサブビーム全てが第２の反射手段に向けて方向付けら れるように配置される。この方策は、ビームの消耗がより少なくなることにつな がり、さらに、迷走レーザー光線によってこのシステムにおける他の部材が損傷 することを防止することにつながる。このようなシステム要素には、レンズや反 射鏡、そして、第１および第２の反射手段の“上流側”に配置されたレーザー自 身をも含まれる。 本発明の第３の態様は、インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレート におけるノズル、すなわち、前記ノズルプレートの両面側各々にノズル入口とノ ズル出口を有しているとともにノズル開口が軸を有しているノズルの形成方法で あって、 高エネルギービームを前記ノズルプレートに向けて方向付けするステップと、 前記ビームを発散させるステップと、この後、前記ノズルプレート上に当たる前 に前記ビームをビーム収束手段に通し、これによりノズルを形成するステップと 、を含みノズルの形成方法において、 前記ビームを発散させるステップが、各々が発散するようなサブビームのアレ イを生成するために光学素子のアレイに前記ビームを通すことを含み、各サブビ ームの発散の起点は各々の光学素子から離れた位置にあり、サブビームの前記ア レイは、第１の方向において、該第１の方向と直交する第２の方向における幅よ りも大きい幅を有し、前記第１および第２の方向は、前記ビームが前記アレイに 当たる方向に対して垂直となっており、この後、サブビームの前記アレイを、ノ ズルプレート上に当たる前にビーム収束手段を通過させ、これにより前記ノズル を形成し、前記第１の方向に対応する方向のノズル軸に対するノズル開口のテー パ角が、前記第２の方向に対応する方向のノズル開口のテーパ角よりも大きくな っている。 本発明の第３の態様も、高エネルギービームを、ビームの平面から離れた位置 にある発散起点を有するサブビームに分割し、この後にビーム収束手段によって サブビームを再結合する、という考え方を用いている。この第３の態様もまた、 第１の方向と直交する第２の方向における幅よりも大きい第１の方向の幅を有す る光学素子のアレイを含んでおり、これが、一つの方向におけるテーパ角へが他 の方向のテーパ角よりも大きいノズルの簡易かつ正確な製造を可能にしている。 これにより、一つの方向よりも、この方向と直交する方向ついての断面よりも大 きいノズル入口が得られる。このような構造は、ノズルが取り付けられるインク 供給路も非軸対称である場合に特に望ましい。 本発明の第４の態様は、インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレート におけるノズル、すなわち、前記ノズルプレートの両面側各々にノズル入口とノ ズル出口を有しているノズルの形成方法において、 前記ノズルプレートに向けて第１の方向に延びる第１の軸を有する高エネルギ ービームを方向づけるステップと、前記第１の方向を向く角度で置かれた第１の 反射表面で前記ビームを方向づけるステップであって、前記ビームを反転するた めに、そしてまた、第１の方向に延びる前記第１の軸と同一直線上にある軸に沿 って前記ビームを方向づけるために配置されている第２の反射表面に向けて、前 記ビームを反射するように前記表面が配置されているステップと、前記第１およ び第２の表面が互いに固定的に配置され、これによってアセンブリを構成してお り、そして前記第１の軸のまわりに該アセンブリを回転させるステップと、この 後、前記ビームを前記ノズルプレートに当て、これによってノズルを形成するス テップを有することを特徴としている。 以下に続く記述の中でより詳細に説明されるように、この技術によって、与え られた半径で均一な強度を有する高エネルギービームが得られ、そして、この技 術をノズルの製造に適用すると、よりきびしい許容誤差の範囲内にあるノズルサ イズが得られ、これにより、より良好な品質のノズルが得られる。 本発明の第５の態様による、インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレ ートの両面各々にノズル入口とノズル出口を有しているノズルの形成方法は、ノ ズル出口が形成されるノズルプレートの正面で高エネルギービームを方向づける ステップを含み、これによって前記高エネルギービームのパワーが最初は小さく 保たれ、そして前記ノズルプレートに形成されたノズルの深さが増大するにつれ 大きくなる。以下の記述でもさらに詳細に説明するように、この技術によって、 より高品質なノズル出口と、より優れた内面仕上げと、より正確なノズル形状と が得られる。 本発明は、上記に概略を述べた方法を実施するための装置をも含んでいる。 本発明を以下の図面を参照し例を用いて説明する。 図面の簡単な説明 図１は、方向Ｘからみた本発明の第１実施例の概略図である。 図２は、図１の装置を方向Ｘに直交する方向Ｙからみた図である。 図３は、本発明の他の実施例を示す図である。 図４ａは、本発明の、さらに他の実施例の斜視図である。 図４ｂは、図４ａにおけるミラー装置82、84の断面図である。 図５ａは、本発明のビーム調節装置の断面図である。 図５ｂは、次に述べる条件下のビーム断面の概略図である。 図６ａおよび図６ｂは、それぞれ回転角０°および90°における図５ａの装置 の作用を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 図１は、本発明の一態様による方法を実施する装置の実施例を示している。参 照符号20は、ノズルが形成されるノズルプレートを表している。装置10は、高エ ネルギービーム30を発生する、ＵＶエキシマレーザのような高エネルギービーム 発生源（図示せず）を含んでおり、この高エネルギービーム30は、様々なビーム 調節工程（例えば、“下流側”に配置されたさらに他の光学装置に合わせるため にビームを平行化・成形する工程）を経た後、本例では円柱レンズ45となってい る光学装置のアレイ40で方向付けられるようになっている。レンズのこのような アレイは、通常、複合レンズとして知られている。 アレイ40は、各サブビームが焦点52を有しているサブビーム50の相応するアレ イへ、ビームを分割するようになっている。図から明らかなように、焦点52を通 り過ぎた後、各サブビームは、発散角（図１ではAa、Ab）と、それぞれのレンズ 45の焦点52における発散の始点とを有する状態で発散される(ここではわかりや くするために、アレイ40の最も外側のレンズから出ているこれらビームの輪郭線 のみを示している。アレイ中央のより近くにあるレンズから出たこれらのビーム は、これらの極値内に収まる)。レンズ45から放射された各サブビームの発散角 の範囲Aa、Abは、散乱を用いる従来技術から予想される範囲よりも非常に狭くな る、ということがわかる。図１に示すように、アレイ40から出たサブビームのア レイは、収束レンズ60を通過し、これにより、参照符号56で示すこれらのサブビ ームを再結合するようになっている。 再結合されたビームは、マスク70のアパーチャ72で方向付けられるようになっ ており、そして、このマスク70は、その目的のために、レンズ60から、このレン ズの焦点距離に等しい距離だけ離れて配置されていることが望ましい。 この例で示されたサブビーム52の焦点はアレイ40の下流側に位置しているが、 後に配置されたマスク70の前にサブビームの焦点が位置するような他の配置でも 十分である。例えば、アレイ40におけるレンズは、例えばアレイ40の“上流側” に発散の始点が位置するようにして、入射してくるビームを発散するようにして もよい。後に配置された収束レンズ60の強さは、前述したように、サブビームが 再結合するように選択されてもよい。 上に述べたように、そしてまた図１〜図３で示したように、マスクの平面に当 たる直前に再結合されたビームの断面サイズは、前記マスクにおけるアパーチャ の大きさと実質的に等しい。このアパーチャ（図１では参照符号74で示されてい る）を通る再結合されたビームはその後、ビームがノズルプレート材料を溶融切 削することによりノズルを形成するようになっているノズルプレート20の表面22 上へ、別の収束レンズ80によって案内されるようになっている。レンズ80の強さ 、およびノズルプレート20とマスク70の相対的な位置は、ビーム56によって照射 されたマスクアパーチャ72の像がノズルプレートの表面22上へ投影されるように 選択される。表面22およびマスクアパーチャ72におけるノズル断面は、レンズ80 と共役関係にあることが確認でき、したがってアパーチャ72の大きさを変化させ ることによって、表面22(この表面22は、結果として得られたノズルにおける出 口オリフィスを構成している)に形成されたアパーチャ72の大きさを変更するこ とができる。 図から明らかなように、サブビーム74a、74bを構成するビーム74は、ある角度 でノズルプレートの表面22に当たり、その結果、ビームによって溶融切削された この孔の断面が、この溶融切削された孔の深さとともに増大していくようになる 。したがって結果として得られたこのノズルは、ノズルプレート20の“前側”表 面22におけるノズル断面がマスクアパーチャ72によって決定され、“後側”表面 24における断面がアパーチャ72および入射ビーム角の双方によって決定されるテ ーパ状となる。 入射ビームの角度は、レンズ80の強さ、およびアパーチャ72を通過するビーム 74における発散の角度、の双方によって決定される。前者は、0.4≦開口数≦0.6 5の範囲（それぞれ倍率×25および×52に相当）内にあることが望ましい。後者 は、アレイ40におけるレンズの強さによって、そしてまた、このアレイの幾何学 的配置によって決定される。すでに述べたように、各サブビームが発散するよう な複数のサブビームにビームを分割することよってビームが発散されるという特 徴は、ビームを形成するノズルの発散の角度がさらに正確に制御されることを可 能にする。そしてさらに、このことは、結果として得られたノズルの３次元形成 の正確な制御、特にテーパ角やノズル出口およびノズル入口の正確な制御を 可能にする。 マスクの平面に当たる直前に再結合されるビームの断面サイズが、上述のよう にマスクにおけアパーチャの大きさと実質的に等しいことを確実にすることによ って、ノズルを形成するため最終的にノズルプレート上に当たる高エネルギービ ームが、発散の著しい減少（この減少は、ノズルテーパの対応する減少を招くと 思われる）を受けないことが保証される。実際、再結合されたビームの断面は、 マスクアパーチャよりもわずかに大きなサイズを有するようになっている。すな わち、再結合されたビームがマスクアパーチャよりも小くなると、マスクはマス ク機能を果たすことができないとともに、ノズルプレートの前側に投影される像 はアパーチャの像ではなく複合レンズの像になってしまう。さらに、アパーチャ の大きさと再結合されたビーム間の一致は、再結合されたビーム74をマスク70の 下流側にある位置で形成するサブビーム74a、74bの発散角（図１ではBa、Bb）が 、マスクの下流側でサブビーム50の発散角Aa、Abと一致しているということを意 味していることは図１から明らかである。 図２は、図１でのＸ方向と直交するＹ方向からみたものであり、Ｙ方向よりも Ｘ方向の幅が広くなっている矩形状の幾何学的配置をアレイ40が有している場合 を示している。ここでは、アパーチャ72を出たビームの発散角は、この方向にお けるノズルのテーパ角、したがってノズルプレートの“後側”表面におけるノズ ルの大きさ（図２ではx2で示しており、図１の距離x1よりも大きくなっている） のように、図１に示す発散角よりも、相応して大きくなっていることがわかる。 “後側”表面におけるノズルの全体形状は、アレイ40の幾何学的配置に合わせて 矩形状となる。 なお、アレイ40の幾何学的配置は、アレイにおけるレンズの位置を変更するか 、または、例えばアレイのすぐ上流側に配置されたマスクを用いるなど既存のア レイにおけるいくつかのレンズを遮蔽するか、のいずれかによって変更すること ができる。 アレイ40を構成する個々のレンズは各々が発散ビームの束の発生源であり、こ の各束は、アレイを構成する光学素子がそれぞれ軸対称または他の形状を有する レンズまたはプリズムその他であるかどうかに応じて円形または他の形状の断面 を有している。この特徴は、本願中で説明したような多くの利点を得るのに役立 つが、“後側”表面24には波形の輪郭を有する前述のようなノズル断面が現れる ことになる。しかし、この“後側”断面が円形である場合、ノズル形成工程の進 行中に、複合レンズを極軸のまわりを回転させることにより、このような波形が 現れることを避けることができる。 入射ビームの角度でノズルテーパを制御する他の方法は、マスク70とレンズ80 の間に、別のマスクを配置することである。このような配置が図３に示されてお り、ここでは、この別のマスクが参照番号110で表されているとともに、これに 対応するアパーチャが参照番号112で表されている。所定の角度よりも散乱が大 きいアパーチャ72を通過するビームを、マスク110が覆うようにすると、小さく なった入口サイズx3を有するノズルが得られることは明らかである。この別のア パーチャの大きさと形状は、前述の国際出願公開第93/15911号からわかるように 、後側表面におけるノズルの形状と大きさとを制御するため、変えることができ る。 さらに他の収束（視野）レンズは、図３において参照番号76で示すように、マ スクアパーチャ72のすぐ上流側に配置することが有利である。このレンズの自身 の平面における動き、すなわち、マスク70に対して平行なレンズの動きは、結合 された発散するサブビームがマスクアパーチャに合わせて一列に揃うようにする ことができる。揃わない場合には、ビームの片側がもう一方の側にくらべぼやけ てしまい、そしてこのことは、ノズルの片側が他の側よりもテーパが小さくなる ことにつながる。このような非対称はノズルにとって好ましくない。 本発明における他の好適な実施形態では、複合レンズの上流側に、可変式減光 器（図示せず）が配置されている。このような装置は、従来技術では通常知られ ており、そしてこの理由により、その構造についてはここでは詳細を述べない。 しかし、本発明では、このような装置を、ノズル形成工程中に高エネルギービー ムのパワーを制御するために用いることが有利である。すなわち、ノズル形成工 程の開始時は、溶融切削工程の排出物によってノズル出口に与える損傷を最低限 に抑えるため、レーザパワーが低く保たれる。その後は、形成されつつあるノズ ルの深さ（および断面）が増大するにつれてパワーが増大される。ノズル形成が 終わりに近づくにつれ、ノズルの内部仕上げを良好にするために、そして、ノズ ル形成ビームの形状の忠実な再現を確実に行えるにつれてするために、レーザー のハイパワーが用いられる。レーザーパワーの増大速度が小さいのが望ましく、 ゼロでもよく、形成されつつあるノズル一旦が一定の深さに達すると増大する。 形成されつつあるノズルの深さの計測は不要である。つまり、レーザーのパワー は時間の関数として制御されてもよく、一定の深さに到達するための所定の工程 に必要な時間は、実験によって容易に決定することができる。 多くの種類のレンズが前述のような収束レンズ60、74、80に用いることができ ることが明らかであろう。しかし、レンズ80として、２つの反射鏡を含む、一般 にカセグレン式反射レンズにとして知られている種類のレンズを用いることが特 に有利であることがわかった。図4aには一つの例が概略的に示されており、明確 にするため、マスク70と収束レンズ60は省略されている。図4bは反射鏡82、84を 断面図で示しており、この図から、これらの反射鏡は、回転面である反射表面を 有し、軸対称となっていることがわかる。このようなレンズ構成は、高倍率（開 口率が高いことと同じである）を有しており、レンズの軸に対する入射ビームの 高い曲折度（ビームとノズルプレート20の表面22との間の入射角がより小さいこ とと同じである）が可能であり、また大きなテーパを有するノズル形成を可能に している。このようなレンズは、ビームがどのようなレンズ材料も通過しないも のの、単に一つの表面から他の表面へ反射されるので、小さい収差を示す。最後 に、図４から、このような構成の反射表面が、通常、ノズルプレートの表面から 離れた位置に配置されると、これによってノズル形成工程中に生じる加工屑によ って汚染される可能性が少なくなるということが理解されるであろう。 複合レンズは、アレイの中央レンズを非動作状態にすることにより、例えばこ れらのレンズを取り除くかまたはレンズを図４に示すように遮蔽することにより 、上述のような種類のレンズとともに使用することが有利である。遮蔽は、上流 側または下流側のすぐそばに配置されたマスクによって行うことができる。これ を行わない場合には、これらの中央レンズから出たサブビームが反射して戻り、 上流に位置する光学素子（レーザさえも）を損傷させることになる。この実施例 では、６×６のレンズアレイを用い、アレイの中央の４つのレンズがマスクで覆 わ れている。 図5aは、インクジェット式プリントヘッドノズルの製造に用いること、特に上 述のような構成と共に用いることに特に適した装置を示している。複合レンズの 上流側に配置された装置120は、ハウジング124によって相互に固定されて保持さ れた３つの反射表面121、122、123からなるアセンブリを含んでおり、このアセ ンブリは、軸125のまわりを、たとえば軸受126内をモータ（図示せず）によって 共に回転することが可能となっている。入射されるビーム30は軸125に沿って方 向付けられ、表面121に当たって表面122に反射し、そして表面123、すなわち再 び軸125に沿ってビームがこの表面からこの装置を出ていくような表面123に戻っ ていく。この例では、反射表面121、122、123は、高い反射率を有する誘電体ミ ラーとなっている。 装置120の異なる回転角における、ビームの上側部分および下側部分の経路（3 0u、301）が、図6aおよび図6bに示されている。この装置が、図6aに示すように ０°の回転状態にあるとき、ビームの部分30u、301は、軸125に沿って異なる位 置で反射表面121に当たり、その結果表面122、123によってさらに反射した後、 最初の上側部分と下側部分30u、301が、ビームのそれぞれ下側部分および上側部 分において装置を出て行くことになる。しかし、図6bに示すように、この装置を 90°に傾けると、ビームの下側部分と上側部分の双方は、軸上の同じ位置で表面 121に当たり、ビームの部分30u、301の逆転が生じない。装置（図示せず）が180 °の回転をすると、部分30u、301は、ビーム軸に沿って再び異なる位置で表面12 1に当たり、その結果逆転が生じることになる。 したがって、回転する装置120の下流側に位置する上述のような装置は、ハウ ジング124の角速度の２倍に相当する周波数で変化する、ビーム軸から半径ｒの 位置にある特定の点Ｐにおける強度を有するビーム30’に曝されるということが 明らかである（図5bを参照のこと）。入射するビーム30が、ビーム軸から少なく とも特定の半径ｒの位置において全体的に均一でアレイば、点Ｐではビーム強度 は変化しない。しかし、実際には、レーザによって発生させられたビーム30は、 特定の半径においてさえも均一ではなく、その結果点Ｐでは周期的にビーム強度 が変化することになる。それにもかかわらず、このように強度が変化することは 、 ビームによって照射される、ビーム軸から半径ｒの位置にある全ての点について 平均値が同じである、という利点を有している。一つの点におけるビーム強度は 、ノズルプレートにおける物質除去速度に変わるので、上記の装置を使用するこ とにより、このような調節を行わないビームを用いた場合よりも（少なくとも特 定のノズル半径で）均一なノズルが得られるようになる。 個別の反射表面121、122、123を用いることは、高エネルギービームを用いる 装置にあっては特に妥当なことである。これらの反射表面は、高エネルギービー ムとともに用いられたとき、収行差が小さいという利点と、従来のレンズ/プリ ズムよりも低損失で丈夫であるという利点を有しているからである。上に示した 例では、高反射率の誘電ミラーが用いられている。 なお、ここに説明したビーム調節装置の代わりに、あるいは、これに加えて、 従来技術で良く知られているような他の種類のビーム均質器(homogenizer)を用 いてもよいことに着目すべきである。 実際の光学装置における他の欠点は、この装置を構成する光学素子の欠点を起 因とする迷走ビームが存在することである。すなわち、このような迷走ビームは 、ノズルプレートに当たるようにされた場合、理想から外れたノズルが得られる ことになる。このことは、図３に例示し、ビームがノズルプレートに当たる前に 交差する部位でノズルプレートの直前に配置されたマスク130を有している空間 フィルタを使用することにより防止することが可能である。マスク内のアパーチ ャは、ノズル形成ビームを通すように、そして、ノズル形成ビームの外側に外れ るいかなる迷走ビームを排除するように選択される。したがって、アパーチャの 精度は重要である。有利には、ノズル形成用に後で使用される同じビームや光学 部品を用い、マスク空所をその場で溶融切削することにより、このアパーチャを 形成することができる。マスク遮蔽用の材料は、ノズルプレート材料とは異なり 、迷走ビームの作用下でも著しく溶融切削しないようにもちろん選択されなけれ ばならない。 製造されたノズルの品質を上げるための他の工程ステップは、ヘリウムまたは 酸素雰囲気下で溶融切削工程を行うことである。したがって、ノズルプレートは 、適切な気体が供給されるビームが通過する窓を有しているチャンバ内に置かれ る。 この空間フィルタのような、ノズルプレートに非常に近い位置にある構成部品を も、このチャンバ内に収容するようにしてもよい。このチャンバ内で使用される ヘリウムは冷媒として作用し、溶融切削による生成物がノズルプレートの他の部 分を損傷する前にこの溶融切削による生成物を凝縮し、一方で、チャンバ内で使 用される酸素は、この溶融切削による生成物と反応して、この溶融切削による生 成物を気体に変える。この両方法により、よりきれいな最終生成物が生じる。 本出願は、主として、インクジェット式プリントヘッドのノズルプレートにお けるノズルの製造方法に関するものである。図面では単一のノズルのみが示され ているが、プリントヘッドの構造の大部分は、例えば64または128個の十分な数 を有している。同じプリントヘッドにおけるノズル、または別個のプリントヘッ ドに属する１つ以上のノズルを一度に製造することにより、製造時間が低減され ることは明らかである。しかし、図１と２に示すような種類の光学装置の全ては 、各ノズルを同時に形成するためには必ずしも必要ではない。すなわち、例えば 、単一の高エネルギー発生源から出るビームを、複数の個々の光学装置に送るた めに使用してもよい。さらに、もし、分割の前に単一のビームのパワーを制御す るために使用するのであれば、単一の可変式ビーム減衰器のみがあればよい。あ るいは、ビーム分割用光学部品は、マスク70と収束レンズ80の間に挿入されても よく、これにより、収束レンズ80と、その下流側で必要となると思われる他の部 材（空間フィルタ等）とに減らすことができる。 プリントヘッドそのものに関しては、ノズルプレート22は、ＵＶエキシマレー ザからの光によって照射された場合には溶融する、例えばポリアミド、ポリカー ボネート、ポリエステル、ポリエーテルエテルケトンまたはアクリルのような材 料で作られる。この溶融工程（インクジェット式プリントヘッドの分野において は、正確なノズルを形成することができるものとしてよく知られている）は望ま しいが、本発明はこの種の高エネルギービームに限定されることを意図するもの でない。高エネルギービームとして、他の種類のレーザーまたは他の発生源から の照射を採用してもよい。 前述の説明から、本発明は特にテーパを有するノズルの製造に適していること が理解されるであろう。使用時においては、テーパになったノズルの広い断面は 、 ノズルインク入口として機能するとともにプリントヘッドのインク供給路に接続 されており、他方、ノズルの狭い断面は、液滴吐出用の出口として機能する。出 口が形成されるノズルプレートの“前側”表面は、ノズルまわりにインクがこび りつくことを防ぐために、低エネルギーの非ウェットコーティングを施してもよ い。ノズル形成の前にこのコーティングがノズルプレートに施されている場合、 ビームは、このコーティングおよびノズルプレートをも突破する必要がある。 ノズルがノズルプレートに形成されるのは、プリントヘッドにノズルプレート を取り付ける前または後のいずれでもよい(これは従来技術で知られており、例 としては前述の国際出願公開第93/15911号を参照のこと)。この両者の場合、各 々の供給路に対するノズルの配置は重要であり、これは、ノズル形成の前に、光 学装置に対してノズルプレート／プリントヘッドを操作することにより容易に行 うことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インクジェットプリントヘッド用ノズルプレートにおけるノズルであって、 前記ノズルプレートの両面の各々にノズル入口とノズル出口を有しているノズル の形成方法であって、 前記ノズルプレートに向けて高エネルギービームを方向づけるステップと、前 記ビームを発散させるステップと、この後にマスクの単一アパーチャで前記ビー ムを方向づけることにより前記ビームを成形するステップと、この後に、前記ノ ズル出口が形成される前記ノズルプレートの正面に当たる前に前記ビームをビー ム収束手段に通すことによりノズルを形成するステップを含み、前記ノズル出口 は前記ビーム収束手段によって前記単一アパーチャと結合されたようになってい るノズル形成方法において、 前記ビームを発散させるステップが、各サブビームが発散する複数のサブビー ムに前記ビームを分割することを含み、各サブビームの発散の起点は各サブビー ムが分割によって生成される部位から離れた位置にあり、前記サブビームは、こ の後、再結合されマスクの前記単一アパーチャを通して方向付けられる前に別の ビーム収束手段を通されるようになっており、前記マスクの平面に当たる直前に おける前記再結合されたビームの断面の大きさが前記マスクのアパーチャのお大 きさと実質的に等しいことを特徴とするノズル形成方法。 ２．複数のサブビームに前記ビームを分割させる前記ステップが、前記ビームを レンズのアレイに通すことを含んでいる請求項１記載の方法。 ３．前記アレイが円筒状のレンズを含んでいる請求項２記載の方法。 ４．各サブビームの発散の起点が、前記マスクの前方にある、先行する請求項の いずれかに記載の方法。 ５．各サブビームの発散の起点が、各々のサブビームが分割によって生成される 部位と前記マスクとの間にある請求項４記載の方法。 ６．前記マスクが、前記別のビーム収束手段から前記別のビーム収束手段の焦点 距離に等しい距離だけ離れた位置に位置している、先行する請求項のいずれかに 記載の方法。 ７．前記ビームは、サブビームのアレイを生成するため光学素子のアレイに通す ことにより分割させられ、サブビームの前記アレイは、この後、第２の反射手段 に向けて反射させる第１の反射手段に向けて方向付けられ、前記第２の反射手段 は前記ノズルプレートに向けて反射するようになっており、前記第１および第２ の反射手段の位置関係は、前記第１の反射手段に当たる平行ビームが前記第２の 反射手段から収束ビームとして反射されるようなものとなっており、前記光学素 子の配置は、入射するサブビーム全てが前記第１の反射手段によって前記第２の 反射手段に向けて方向づけられ、この後、前記ノズルプレートに当たるように方 向づけられるようなものである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 ８．前記高エネルギービームは、サブビームのアレイを生成するための光学素子 のアレイに通すことにより分割させられ、光学素子の前記アレイの、第１の方向 幅は、該第１の方向と直交する第２の方向の幅よりも大きく、前記第１および第 ２の方向は、前記ビームが前記アレイに当たる方向に対して垂直となっており、 これにより、前記第２の方向に相当する方向のノズル開口のテーパ角よりも大き い、前記第１の方向に相当する方向のノズル軸に関するテーパ角を備えた開口を 有するノズルを形成するようになっている、先行する請求項のいずれかに記載の 方法。 ９．前記高エネルギービームが前記第１の方向に対してある角度で置かれた平坦 な反射表面で方向づけられ、前記ビームを反転するために、そしてまた、第１の 方向に延びる前記第１の軸と同一直線上にある軸に沿って前記ビームを方向づけ るために配置されている別のビーム反射手段に向けて前記ビームを反射するよう に前記表面が配置されており、前記表面および別の反射手段が互いに固定的に配 置され、これによって１つのアセンブリを構成しており、そして前記第１の軸の まわりで該アセンブリを回転させるようになっており、この後、前記ビームが前 記ノズルプレートに当たり、これによってノズルを形成するようになっている、 先行する請求項のいずれかに記載の方法。 １０．前記高エネルギービームのパワーが、最初は小さく保たれ、そして前記ノ ズルプレートに形成されたノズルの深さが増すにつれ増大するようになっている 、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 １１．マスクとビーム収束手段との間に別のマスクが配置されている、先行する 請求項のいずれかに記載の方法。 １２．インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレートにおけるノズルであ って、前記ノズルプレートの両面側各々にノズル入口とノズル出口を有している とともにノズル開口が軸を有しているノズルの形成方法であって、高エネルギー ビームを前記ノズルプレートに向けて方向づけするステップと、前記ビームを発 散させるステップと、この後、前記ノズルプレート上に当たる前に前記ビームを ビーム収束手段に通し、これによりノズルを形成するステップと、 を含むノズル形成方法において、 前記ビームを発散させるステップは、各サブビームが発散するサブビームのア レイを生成するために光学素子のアレイに前記ビームを通すことを含み、各サブ ビームの発散の起点は各々の光学素子から離れた位置にあり、サブビームの前記 アレイの、第１の方向の幅が、該第１の方向と直交する第２の方向幅よりも大き く、前記第１および第２の方向は、前記ビームが前記アレイに当たる方向に対し て垂直となっており、この後、サブビームの前記アレイが、ノズルプレート上に 当たる前にビーム収束手段を通過し、これにより前記ノズルを形成するようにな っており、前記第１の方向に相当する方向のノズル軸に関するノズル開口のテー パ角は、前記第２の方向に相当する方向のノズル開口のテーパ角よりも大きくな っていることを特徴とするノズル形成方法。 １３．ノズル出口が形成されるノズルプレート正面にサブビームが当たり、ノズ ル入口からノズル出口にかけてノズルにテーパが形成される請求項１２記載の方 法。 １４．光学素子のアレイが矩形状である項１２または１３に記載の方法。 １５．マスクが前記光学素子のアレイの前方に置かれている請求項１２または１ ３に記載の方法。 １６．インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレートにおけるノズルであ って、前記ノズルプレートの両面側各々にノズル入口とノズル出口を有している ノズルの形成方法であって高エネルギービームを前記ノズルプレートに向けて方 向づけするステップと、前記ビームを発散させるステップと、この後、前記ノズ ルプレート上に当たる前に前記ビームをビーム収束手段に通し、これによりノズ ルを形成するステップとを含むノズル形成方法において、 前記ビームを発散させるステップは、各サブビームが発散するようなサブビー ムのアレイを生成するために光学素子のアレイに前記ビームを通すことを含み、 各サブビームの発散の起点は各々の光学素子から離れた位置にあり、サブビーム の前記アレイは、この後、第２の反射手段に向けて反射させるための第１の反射 手段に向けて方向づけられ、前記第２の反射手段は前記ノズルプレートに向けて 反射するようになっており、前記第１および第２の反射手段の位置関係は、前記 第１の反射手段に当たる平行ビームが前記第２の反射手段から収束ビーム（conv erging beam）として反射されるようなものとなっており、前記光学素子の配置 は、入射するサブビーム全てが前記第１の反射手段によって前記第２の反射手段 に向けて方向づけられ、この後、前記ノズルプレートに当たるように方向づけら れるようなものであることを特徴とするノズル形成方法。 １７．ノズル出口が形成されるノズルプレート正面にサブビームが当たり、ノズ ル入口からノズル出口にかけてノズルにテーパが形成される請求項16記載の方法 。 １８．前記第１および第２の反射手段の各々が、回転面である反射表面を含んで いる請求項16または１７に記載の方法。 １９．前記第１の反射手段の反射表面が前記ノズルプレートに対し離れた状態で 面している請求項18記載の方法。 ２０．第１の反射手段の反射表面の平均半径が、第２の反射手段の反射表面の平 均半径よりも小さい請求項１８または１９に記載の方法。 ２１．光学素子の前記配置が、前記アレイの中央に配置された光学素子からのサ ブビームが前記第１および／または第２の反射手段によって反射されないものと なっている請求項１６〜２０項のいずれかに記載の方法。 ２２．前記アレイの中央に配置された光学素子がマスクである請求の範囲第２１ 項記載の方法。 ２３．インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレートにおけるノズルであ って、前記ノズルプレートの両面各々にノズル入口とノズル出口を有しているノ ズルの形成方法であって、第１の方向に延びる第１の軸を有する高エネルギービ ームを前記ノズルプレートに向けて方向づけるステップと、前記第１の方向に対 してある角度で置かれた第１の反射表面で前記ビームを方向づけるステップであ って、前記ビームを反転するために、そして、第１の方向に延びる前記第１の軸 と同一直線上にある軸に沿って前記ビームを方向づけるために配置されている第 ２の反射表面に向けて、前記ビームを反射するように前記表面が配置されている ステップと、前記第１および第２の表面が互いに固定的に配置され、これによっ て１つのアセンブリを構成しており、そして前記第１の軸のまわりで該アセンブ リを回転させるステップと、この後、前記ビームが前記ノズルプレートに当たり 、これによってノズルを形成するステップとを有することを特徴とするノズル形 成方法。 ２４．反射表面の各々が個別の部材を含んでいる請求項２３記載の方法。 ２５．前記個別の部材が高反射率の誘電体ミラーである請求項２４記載の方法。 ２６．インクジェット式プリントヘッド用のノズルプレートにおけるノズルであ って、前記ノズルプレートの両面側各々にノズル入口とノズル出口を有している ノズルの形成方法であって、 ノズル出口が形成されるノズルプレートの正面で高エネルギービームを方向づ けるステップを含み、それによって前記高エネルギービームのパワーが、最初は 小さく保たれ、そして前記ノズルプレートに形成されたノズルの深さが増すにつ れ増大されるようになっているノズル形成方法。 ２７．ノズル出口が形成されるまで、高エネルギービームのパワーが小さく保た れるようになっている請求の範囲第２６項記載の方法。 ２８．請求の範囲第１項記載の方法に用いる装置であって、高エネルギービーム 発生源と、単一アパーチャを有するマスク手段と、ビーム収束手段とを含む装置 において、各サブビームの発散の起点が前記アレイの平面から離れた位置にあり 、各サブビームが発散するような複数のサブビームに前記ビームを分割するため のサブビームのアレイと前記サブビームを再結合するように構成された別のビー ム収束手段とを有しており、前記アレイおよび別のビーム収束手段は、前記マス クの平面に当たる直前における前記再結合されたビームの断面の大きさが前記マ ス クのアパーチャの大きさと実質的に等しくなるように前記マスク手段に対して配 置されていることを特徴とする装置。 ２９．請求の範囲第１２項記載の方法に用いる装置であって、高エネルギービー ム発生源と、各サブビームの発散の起点が各々の光学素子から離れた位置に置か れ、各サブビームが発散するようなサブビームのアレイを生成するための光学素 子のアレイを有し、前記サブビームのアレイは、第１の方向の幅が、該第１の方 向と直交する第２の方向幅よりも大きく、前記第１および第２の方向は、前記ビ ームが前記アレイに当たる方向に対して垂直となっており、そして、前記サブビ ームをノズルプレート上に収束させるように構成されたビーム収束手段とを有す る装置。 ３０．請求の範囲第１６項記載の方法に用いる装置であって、高エネルギービー ム発生源と、各サブビームの発散の起点が各々の光学素子から離れた位置にあり 、各サブビームが発散するようなサブビームのアレイを生成するための光学素子 のアレイと、サブビームの前記アレイを反射する第１の反射手段と、前記第１の 反射手段に当たる平行ビームが前記第２の反射手段から収束ビームとして反射さ れるように前記第１の反射手段に対して配置された第２の反射手段と、入射する サブビーム全てが前記第１の反射手段によって前記第２の反射装置に向けて方向 付けられるようになっている前記光学素子の構造とを有する装置。 ３１．請求の範囲第２３項記載の方法に用いる装置であって、第１の方向に延び る第１の軸を有する高エネルギービーム発生源と、前記第１の方向に対してある 角度で置かれた第１の反射表面と、第２の反射表面を有し、前記高エネルギービ ームが前記第２の反射表面に向けて前記第１の反射表面によって反射されるよう に前記第１および第２の反射表面が互いについて固定的に配置されたアセンブリ とを有し、これにより前記ビームを反転し、第１の方向に延びる前記第１の軸と 同一直線上にある軸に沿って前記ビームを方向づけるようになっており前記アセ ンブリは前記軸のまわりを回転可能となっている装置。