JP4676466B2 - インクジェットヘッド製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工を用いたインクジェットヘッド製造方法に関する。

従来、レーザ加工でノズルを形成するノズルプレートの製造方法が開示されている。この製造方法に用いられるレーザ加工機は、レーザ発信器と、吸引機構を有する加工テーブルと、を備えている。吸引機構は、ノズルプレートを設置するためのノズルシートを有している。ノズルシートは、ノズルプレートに形成される各ノズルに対応した吸引孔を有している。

このレーザ加工機を用いてノズルプレートを形成するには、未加工のノズルプレートをノズルシート上に載置する。この状態において、吸引機構は、吸引孔を介して吸引を開始するとともに、レーザ発信器は、レーザ光を照射してノズルプレート上にノズルを形成する。これによって、形成されたノズルが吸引孔に連通した際に、レーザ加工で生じた副生成物が吸引機構に吸引され、副生成物がノズルの周囲に付着してしまうことが防止される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３５５９７７号公報

ところで、レーザ光の照射によりノズルプレートにノズルを形成する方法の一つとして、ノズルプレートをヘッド本体に張付けた後に、レーザ光を照射して穴をあけ、ノズルを形成する方法がある。この方法は、予めノズルが形成されているノズルプレートをヘッド本体に張付ける場合と比べて、ノズルプレートとヘッド本体との位置あわせ精度にゆとりがあり、また接着剤で張付ける場合には、原理的にノズル内部に接着剤が入ることがないといった利点があるが、その一方でノズルプレートに穴が開くと同時にレーザ加工による副生成物がヘッド内部に入り込んでしまい、インク流路内に付着してしまう問題がある。このようなインク流路内の汚染はインクの流れを乱したり、気泡を抱き込んだりして吐出不良の原因となる可能性がある。この問題に対して先述したような従来の技術で対応しようとするとヘッド外部からガスの吹付けや吸引を行なうことになるため、ノズルプレートのノズル形成途上の穴に溜まる副生成物は除去され難く、ノズルプレートの穴が貫通してノズルが形成されると同時に溜まっていた副生成物が流路内に物が入り込みやすく、付着し易いし、また一旦流路内に入り込んだ副生成物の除去は難しく手間がかかる。

したがって本発明の目的は、ヘッド本体に張付けられたノズルプレートにレーザ光を照射して孔をあけてノズルを形成する際に、レーザ加工による副生成物・異物がヘッド内に入ることのないノズル形成方法を提供することである。

本発明のインクジェットヘッド製造方法は、内部流路を作りこんだヘッド本体にノズルプレートを接着して内部流路を密閉し、内部流路に気体を送って内部流路の気圧をヘッド本体の外部の気圧よりも高くした後、ノズルプレートにレーザ光を照射してノズル列を形成し、複数のノズルが並んだノズル列をいくつかのグループに分けて、グループごとに一括でノズルを形成する際に一つのグループのノズル形成が終了するごとに内部流路に送る気体の流量を増大させる。

本発明によれば、ヘッド本体に張付けられたノズルプレートにノズルを形成する際、ノズルプレートを境界としてヘッド内部の気圧をヘッド外部の気圧よりも高くしているので、ノズルプレートに穴が開くと同時にヘッド内部の気体がノズルを通って噴出するため、ノズルプレートのレーザ加工に伴う副生成物・異物がノズルからヘッド内に入り込まず、ヘッド内を清浄に保つことができる。

以下、図面を参照しながら本発明のインクジェットヘッドの第１の実施形態について説明する。インクジェットヘッドは、シート状の記録媒体に対して液滴を吐出して、文字や画像を形成するものである。

図１に示すように、インクジェットヘッド１１は、ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２に接着されたノズルプレート１３と、ヘッド本体１２に取り付けられた図示しない回路基板と、を有している。回路基板は、ヘッド駆動用ＩＣを有している。

図２と図３に示すように、ヘッド本体１２は、基板１４と、基板１４上に「コ」字状に設けられた側壁１５と、側壁１５の内側で、基板１４上に設けられた駆動素子である支柱１６と、側壁１５の内側に形成された共通液室１７と、共通液室１７に連通するとともに支柱１６の間に設けられた圧力室１８と、側壁１５および支柱１６に接着された天板１９と、共通液室１７に液を供給するための液供給部２０と、を有している。また、各支柱１６の側面には、支柱１６に電圧を印加するための電極が形成されている。本発明の内部流路は、共通液室１７および圧力室１８を包含する概念である。

ノズルプレート１３は、樹脂、例えば、ポリイミド製の方形の板材で構成されている。ノズルプレート１３は、図２に示すように、エポキシ接着剤によって、ヘッド本体１２に接着されている。図１に示すように、ノズルプレート１３上に、例えば、１列のノズル列２４が形成されている。ノズル列２４は、複数のノズル群２５を含んでおり、本実施形態では、例えば、第１から第３のノズル群（グループ）２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃを含んでいる。このノズル群２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、レーザ光の照射の１つ工程で同時に形成される複数のノズル２６を含んでいる。本実施形態では、１つのノズル群２５に例えば、３つのノズル２６が含まれている。もっとも、ノズル群２５の数、およびノズル群２５に含まれるノズル２６の数は、これに限定されるものではない。

圧力室１８は、ノズルプレート１３のノズル２６と連通している。支柱１６は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の圧電部材を張り合わせて形成されている。２枚の圧電部材は、互いに分極方向が逆向きになるように接着されている。

圧力室１８に液が満たされた状態で、ユーザがこのインクジェットヘッド１１を備えたインクジェット記録装置に対して印刷開始を指示すると、インクジェット記録装置の図示しない制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号をヘッド駆動用ＩＣに出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用ＩＣは、上記電極を介して駆動パルス電圧を支柱１６に印加する。これにより、左右一対の支柱１６は、シェアモード変形を行って屈曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室１８の液を加圧することで、ノズル２６から液滴が勢い良く吐出される。

続いて、図３を参照して、インクジェットヘッド１１の製造に用いられる送風装置２７について説明する。この送風装置２７は、レーザ加工でノズル２６を形成する際に、共通液室１７および圧力室１８に気体を送って、インクジェットヘッド１１内部の気圧を外部の気圧よりも高い状態にするものである。本実施形態では、気体としては、空気を用いているが、これに限定されるものではない。気体としては、空気のほか、窒素や、ヘリウムといった不活性な気体を用いても良い。気体として、このような不活性な気体を用いると、レーザ加工時の副生成物の発生を極力少なくすることができる。

送風装置２７は、気体の供給源である送風機３１と、送風機３１とヘッド本体１２の液供給部２０とを接続するチューブ３２と、チューブ３２の途中に介在されたチャンバ３３および圧力センサ３４と、を有している。送風機３１は、０．１Ｐａ程度の相対圧力で空気をインクジェットヘッド１１に向けて送ることができる。チャンバ３３は、送風機３１と液供給部２０との間の位置に設けられている。チャンバ３３は、内部に気体を一時的に貯留する貯留手段であり、インクジェットヘッド１１の共通液室１７および圧力室１８の容積に比して十分に大きい容積を有している。後述するように、レーザ加工でノズル２６をノズルプレート１３に形成した後、ノズル２６から空気が漏れ出すことになる。しかし、チャンバ３３の内部には、十分な量の空気が十分な圧力で貯留されているため、ノズル２６から空気が流出する場合であっても、インクジェットヘッド１１内の気圧が急激に低下してしまうことはなく、また圧力センサ３４によりインクジェットヘッド１１の近傍の気圧を検知しているので、インクジェットヘッド１１内の気圧の低下に伴い、送風機３１の送風量を増加させてインクジェットヘッド１１内の気圧を回復させることができる。

続いて、この送風装置２７およびレーザ加工機３５を用いたインクジェットヘッド１１の製造方法について説明する。図２に示すように、予め組み立てて圧力室１８、共通液室１７を作りこんだヘッド本体１２に対して、ノズル未形成のノズルプレート１３を簡単に位置合わせして接着する。これによって、圧力室１８および共通液室１７を密閉する。このとき、ノズルプレート１３にはノズル２６が形成されていないので、ノズルプレート１３の接着時には、厳密な位置合わせを要しない。

ノズル形成に用いるレーザ加工機３５は、例えば、レーザ発信器４１、ミラー、マスク、レンズ等を含んでいる。レーザ発信器４１は、エキシマレーザ発信器で構成されている。

図４に示すように、レーザ発信器４１からノズルプレート１３に向けてレーザ光（エキシマレーザ光）４２を照射すると、光化学反応によりノズル２６となる凹部４３が形成される。ノズル２６は、例えば、数十から数百回のレーザ光４２のパルスショットによって形成される。

レーザ加工に先立ち、インクジェットヘッド１１の圧力室１８および共通液室１７の気圧は、外部の気圧（大気圧）である１気圧よりも高い状態になっている。この状態において、送風機３１はいったん駆動を停止する。図５に示すように、レーザ光４２のパルスショットを継続して行うと、ノズル２６となる凹部４３は、深さが深くなっていく。さらにレーザ光４２の照射を継続すると、図６に示すように、凹部４３は、圧力室１８に連通する。このとき、凹部４３の底面は、円弧状に形成されるので、凹部４３と圧力室１８とが最初に連通する箇所は、凹部４３の中心部になる。この中心部において、ノズル２６が圧力室１８と連通すると、矢印で示すように、空気の気流が圧力室１８から外部に向けて流れる。この状態で、レーザ光４２の照射を継続すると、ノズル２６の周囲に残存する残渣部４４が除去される。残渣部４４から生じたノズルプレート１３の破片４５は、空気の気流に乗って、インクジェットヘッド１１の外部に排出される。

各ノズル群２５に含まれる複数のノズル２６は、単一のレーザ発信器４１から分岐して調整されたレーザ光４２によって、１つの工程で一括して形成される。一つのノズル群２５の形成が終了すると、送風機３１は、インクジェットヘッド１１に送る空気の流量を増大させる。ノズル２６が形成されると、ノズル２６から空気が流出することになる。本実施形態では、送風機３１から送る空気の流量を増大させることで、圧力室１８および共通液室１７の気圧を一定に維持している。

なお、圧力室１８および共通液室１７の気圧は、圧力センサ３４によってセンシングされる。送風機３１の駆動によって、圧力室１８および共通液室１７の気圧が大気圧よりも高い所定の気圧にまで回復したときに、次のノズル群２５の形成する工程が開始する。このように、ノズル群２５の形成が終了するごとに、送風機３１によって送られる気体の流量を段階的に増大させ、圧力室１８および共通液室１７の気圧を一定に維持する。ノズル列２４に含まれるすべてのノズル群２５の形成が終了し、これに回路基板などを取り付けることでインクジェットヘッド１１が完成する。

図７に上記の方法で製造されたインクジェットヘッド１１を示す。同図に示すように、ノズル２６は、テーパ状に形成される。このノズル２６のノズル径Ａは、１０〜５０μｍである。圧力室１８の高さ寸法Ｂは、３００μｍである。ノズルプレート１３の厚み寸法Ｃは、２５〜１００μｍである。

第１の実施形態のインクジェットヘッド製造方法は、内部流路を作りこんだヘッド本体１２にノズルプレート１３を接着して内部流路を密閉し、内部流路に気体を送って内部流路の気圧をヘッド本体１２の外部の気圧よりも高くした後、ノズルプレート１３にレーザ光４２を照射してノズル列２４を形成する。

この構成によれば、内部流路である共通液室１７および圧力室１８の気圧が外部の気圧よりも高くなっているので、ノズルプレート１３にノズル２６を形成すると、形成されたノズル２６から気体が外部に排出される。このため、ノズルプレート１３をヘッド本体１２に接着した状態で、レーザ光４２を照射してノズル２６を形成する場合であっても、ノズルプレート１３の破片４５が圧力室１８および共通液室１７に付着してしまう事態を防止できる。これにより、圧力室１８および共通液室１７を清浄に維持して、この破片４５に起因する乱流の発生や、気泡の抱き込み等を防止することができる。

この場合、気体は、内部流路に連なるようにヘッド本体１２に設けられた液供給部２０を介して内部流路に供給される。この構成によれば、液供給部２０を介して内部流路に気体を供給することができる。これにより、液供給部２０に気体を供給するための供給口を兼ねさせることができ、供給口を別途に設ける必要がなく、インクジェットヘッド１１の構造を有効活用することができる。

この場合、ノズル列２４は、ノズル群２５を複数有し、各ノズル群２５は、レーザ光４２の照射で一括して形成される複数のノズル２６を含んでいる。この構成によれば、ノズル列２４は、ノズル群２５ごとに順次形成される。

この場合、一つのノズル群２５の形成が終了するごとに、内部流路に送る気体の流量を増大させて、内部流路の気圧を一定に維持する。本実施形態のインクジェットヘッド製造方法では、一つのノズル群２５が形成されると、共通液室１７および圧力室１８に溜められた気体が、形成されたノズル２６から外部に排出される。このため、一つのノズル群２５が完成するごとに、ノズル２６から排出される気体の流量は増大し、共通液室１７および圧力室１８の気圧が低下する。この構成によれば、一つのノズル群２５の形成が終了するごとに内部流路に送る気体の流量を増大させるため、共通液室１７および圧力室１８の気圧をほぼ一定に維持することができる。これにより、レーザ光４２を照射してノズル２６を形成する際に、ノズル２６から排出される気流が弱くなることがなく、共通液室１７および圧力室１８を清浄に維持することができる。

この場合、気体の供給源と液供給部との間の位置に設けた貯留手段により、気体を一時的に貯留する。ノズルプレート１３にノズル２６を形成すると、形成されたノズル２６から気体が流出し、ヘッド本体１２の内部流路の気圧が低下する。この構成によれば、ノズル形成によって、内部流路の気圧が低下しようとする際にも、貯留手段に溜められた気体によって、内部流路の気圧が急激に低下してしまうことを防止することができる。これによって、次のノズル群２５の形成を迅速に開始することができる。

続いて、図８を参照して、インクジェットヘッド１１の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１１は、第１の実施形態のものと同一の構造を有しているが、その製造工程が異なっている。このため、主として第１の実施形態と異なる製造工程の部分について説明し、第１の実施形態と共通する箇所については、共通の符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、予め組み立てたヘッド本体１２に対して、ノズル未形成のノズルプレート１３を簡単に位置合わせして接着する。送風装置２７の構成は、第１の実施形態と同様である。ノズル形成に用いるレーザ加工機３５は、第１の実施形態と同一のものである。第２の実施形態では、レーザ加工機３５のレーザ発信器４１とノズルプレート１３との間に、透明板である遮蔽板５１が配置されている。遮蔽板５１は、ガラス板で構成され、レーザ光４２の透過性を有している。遮蔽板５１は、ノズルプレート１３と平行に配置されている。

図８に示すように、レーザ発信器４１からノズルプレート１３に向けてレーザ光４２を照射すると、ノズル２６となる凹部４３が形成される。レーザ光４２を数十から数百回のパルスショットを行うことで、ノズルプレート１３を貫通したノズル２６が形成される。

凹部４３の中心部において、ノズル２６が圧力室１８と連通すると、空気の気流が圧力室１８から外部に向けて流れる。この状態で、レーザ光４２の照射を継続すると、ノズル２６の周囲に残存する残渣部４４が除去される。残渣部４４から生じたノズルプレート１３の破片４５は、空気の気流に乗って、インクジェットヘッド１１の外部に排出される。このとき、遮蔽板５１が配置されているため、ノズルプレート１３の破片４５は、遮蔽板５１に沿って吹き飛ばされる。このため、この破片４５がレーザ発信器４１に付着してしまうことが防止される。送風機３１によって送る空気の流量を段階的に増大させつつノズル群２５を順次形成し、インクジェットヘッド１１が完成される。

第２の実施形態によれば、レーザ光４２を照射するためのレーザ加工機３５と、ノズルプレート１３との間に、レーザ光４２の透過性のある遮蔽板５１が配置される。この構成によれば、遮蔽板５１を設けることによって、ノズル形成時にノズル２６から流出する気体に乗って、ノズルプレート１３の破片４５がレーザ加工機３５に対して吹きつけられてしまうことを防止することができる。これにより、破片４５がレーザ加工機３５に付着することを防止して、レーザ光４２のパワーや、ビームプロファイルが変化してしまう事態を生ずることを防止することができる。

続いて、図９を参照して、インクジェットヘッド１１の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係るインクジェットヘッド１１は、第１の実施形態および第２の実施形態のものと同一の構造を有しているが、その製造工程が異なっている。このため、主として第２の実施形態と異なる部分の製造工程について説明し、第２の実施形態と共通する箇所については、共通の符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、予め組み立てたヘッド本体１２に対して、ノズル未形成のノズルプレート１３を簡単に位置合わせして接着する。送風装置２７の構成は、第１の実施形態と同様である。ノズル形成に用いるレーザ加工機３５は、第２の実施形態と同一のものである。第３の実施形態では、レーザ加工機３５のレーザ発信器４１とノズルプレート１３との間に、透明板である遮蔽板６１が配置されている。遮蔽板６１は、ガラス板で構成され、レーザ光４２の透過性を有している。図９に示すように、遮蔽板６１の配置角度は、第２の実施形態と異なっており、遮蔽板６１は、ノズルプレート１３に形成されているノズル列の方向を軸とする回転方向に傾けて配置されている。

図９に示すように、レーザ発信器４１からノズルプレート１３に向けてレーザ光４２を照射すると、ノズル２６となる凹部４３が形成される。凹部４３の中心部において、ノズル２６が圧力室１８と連通すると、空気の気流が圧力室１８から外部に向けて流れる。この状態で、レーザ光４２の照射を継続すると、ノズル２６の周囲に残存する残渣部４４が除去される。残渣部４４から生じたノズルプレート１３の破片４５は、空気の気流に乗って、インクジェットヘッド１１の外部に排出される。このとき、遮蔽板６１が配置されているため、ノズルプレート１３の破片４５は、遮蔽板６１に沿って斜め上方に吹き飛ばされる。送風機３１によって送る空気の流量を段階的に増大させつつノズル群２５を順次形成し、インクジェットヘッド１１が完成される。

第３の実施形態によれば、遮蔽板６１は、ノズルプレート１３に形成されているノズル列の方向を軸とする回転方向に傾けて配置されている。第２の実施形態のように単に遮蔽板５１を設けただけでは、遮蔽板５１によって弾かれた破片４５が渦状に旋回して、再びノズルプレート１３の近傍に戻って、ノズルプレート１３に付着する恐れがある。この構成によれば、遮蔽板６１によって弾かれた破片４５は、斜め上方に吹き飛ばされるため、この破片４５が再びノズルプレート１３の近傍に戻って、ノズルプレート１３に付着してしまう事態を防止することができる。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドの製造工程を示す斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドの製造工程に用いられる送風装置を示す模式図。 図２に示すインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す断面図。 図４に示す製造工程によってノズルプレートに形成された凹部を示す断面図。 図４に示す製造工程の次の工程を示す断面図。 第１の実施形態の製造工程によって製造されたインクジェットヘッドのノズルの周辺構造を示す断面図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図。 第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、１２…ヘッド本体、１３…ノズルプレート、１７…共通液室、１８…圧力室、２０…液供給部、２４…ノズル列、２５…ノズル群、２６…ノズル、３１…送風機、３３…チャンバ、３５…レーザ加工機、４２…レーザ光、５１、６１…遮蔽板

Claims (5)

1. 内部流路を作りこんだヘッド本体にノズルプレートを接着して内部流路を密閉し、内部流路に気体を送って内部流路の気圧をヘッド本体の外部の気圧よりも高くした後、ノズルプレートにレーザ光を照射してノズルを形成し、
   複数のノズルが並んだノズル列をいくつかのグループに分けて、グループごとに一括でノズルを形成する際に一つのグループのノズル形成が終了するごとに内部流路に送る気体の流量を増大させることを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
2. レーザ光を照射するためのレーザ加工機とノズルプレートとの間にレーザ光に対して透過性のある透明板を配置することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド製造方法。
3. ノズル列方向を軸とする回転方向に透明板を傾けることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド製造方法。
4. 内部流路に連なるようにヘッド本体に設けられた液供給部を介して内部流路に気体が供給されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド製造方法。
5. 気体の供給源と液供給部との間に設けた貯留手段により気体を一時的に貯留することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド製造方法。

Images