JPH07101064A

JPH07101064A - ノズル形成方法

Info

Publication number: JPH07101064A
Application number: JP24490793A
Authority: JP
Inventors: Hikoharu Aoki; 彦治青木
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】寸法精度がよく、インク滴の飛翔方向のバラ
ツキを生じさせることのないノズルを形成するノズル形
成方法を提示すること。【構成】レーザ発振器１より出たエキシマレーザビー
ム２を、マスク３ａを介して、結像レンズ４ａに導き、
プレート５のノズル用シートに照射し、ノズルとなる溝
を形成する。そして、ベンドミラー７によってエキシマ
レーザビーム２の光路を変更し、フィールドレンズ８及
びマスク３ｂを介して結像レンズ４ｂに導き、プレート
５の撥水・撥油性膜に照射する。すると、エキシマレー
ザビーム２を吸収しない撥水・撥油性膜は、撥水・撥油
性膜を透過したエキシマレーザビーム２によるノズル用
シートの分子の分解、飛散のエネルギーによって、加工
され、ノズルが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザによっ
てノズルを形成するノズル形成方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のノズル形成方法として
は、特開平２−１２１８４２号公報に記載されているも
のがあり、以下その概略を説明する。

【０００３】インクを噴射するヘッドを構成するノズル
プレートは、インクが噴射される複数のノズルを有して
いる。そして、そのノズルは、ポリイミド、ポリエーテ
ルサルフォン等の高分子材料で形成されたノズルプレー
トに、前記ノズルプレートのノズルが加工される部位に
対応して透明な部分が設けられたマスクを介して、エキ
シマレーザを照射することにより形成される。その形成
過程を詳しく説明すると、エキシマレーザの照射によ
り、前記ノズルプレートは、エキシマレーザを吸収し、
次に高分子材料の分子結合が切られ、その結合が切られ
た分子、原子が分解、飛散してノズル穴が形成される
（アメリカン・ケミカル・ソサエティ発行のケミカル・
レビュー、１９８９年、ｖｏｌ．８９、Ｎｏ．６参
照）。

【０００４】そして、このノズルの形状は、特開平２−
１８７３４５号公報に記載されているように、エキシマ
レーザ入射側の内径が、エキシマレーザ出口側の内径よ
り大きくなる。ここで、ノズルの形状は、インク噴射側
の内径が、ヘッド内側の内径より小さい方が好ましいの
で、ノズルプレートのヘッド内側となる面からエキシマ
レーザが照射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平２ー１２１８４２号公報に記載されている方法
では、従来から用いられているポリイミド、ポリエーテ
ルサルフォン等の材質のノズルプレートに、インク噴射
性を向上するためのフッ素系やシリコン系の撥水・撥油
性膜が塗布されていると、レーザ加工性は著しく悪くな
る。

【０００６】そのフッ素系やシリコン系の材質の撥水・
撥油性膜は、紫外線用レーザであるエキシマレーザ（例
えば、ＡｒＦ＝１９８ｎｍ，ＫｒＦ＝２４８ｎｍ，Ｘｅ
Ｋｒ＝３０８ｎｍ）を吸収しないので、エキシマレーザ
では加工されなく、上述したプレートの分子、原子の分
解、飛散によるエネルギーによって加工される。そし
て、上述したように、ノズルの形状は、インク噴射側の
内径が、ヘッド内側の内径より小さい方が好ましいの
で、前記撥水・撥油性膜の形成された面と反対側の面か
らエキシマレーザが照射される。このため、前記撥水・
撥油性膜に与える、プレートの分子、原子の分解、飛散
によるエネルギーが小さいので、撥水・撥油性膜の加工
が良好に行われなく、ノズル形状、寸法精度が、通常要
求される寸法精度に対して、２〜３倍程度悪くなってい
た。また、前記プレートの分子、原子の分解、飛散のエ
ネルギーが小さく、その分布にバラツキがあると、イン
ク噴射側の穴形状が悪くなり、インク滴の飛翔方向にバ
ラツキが生じて、印字品質が悪くなる問題があった。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、寸法精度がよく、インク滴の飛
翔方向のバラツキを生じさせることのないノズルを形成
するノズル形成方法を提示することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の請求項１では、エキシマレーザを吸収する材
料で形成された基板と、前記エキシマレーザを吸収しな
い材料で前記基板の一面に形成された撥水・撥油性膜と
を有するノズルプレートに、インクが噴射されるノズル
をエキシマレーザによって形成するノズル形成方法であ
って、前記ノズルプレートの前記基板側から、エキシマ
レーザを照射して、前記基板の所定の厚さを残して加工
する工程と、前記ノズルプレートの前記撥水・撥油性膜
側から、エキシマレーザを照射して、前記基板の前記残
存部分と前記撥水・撥油性膜とを加工する工程とからノ
ズルプレートにノズルを形成することを特徴とする。

【０００９】請求項２では、前記基板の加工は、前記エ
キシマレーザを吸収して、分子結合が切られ、その切ら
れた分子、原子が分解、飛散することによって行われ、
前記撥水・撥油性膜の加工は、前記基板の前記残存部分
の分子、原子の分解、飛散によって、行われることを特
徴とする。

【００１０】請求項３では、前記撥水・撥油性膜は、フ
ッ素系またはシリコン系の材料で形成されたことを特徴
とする。

【００１１】請求項４では、前記ノズルは、前記撥水・
撥油性膜側の内径が、前記基板側の内径より小さくなる
ように形成されたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記構成を有する本発明では、前記ノズルプレ
ートの前記基板側に、エキシマレーザが照射されて、前
記基板が所定の厚さ残してテーパ状に加工され、前記ノ
ズルプレートの前記撥水・撥油性膜側に、エキシマレー
ザが照射されて、前記基板の前記残存部分の分子、原子
が分解、飛散することによって前記撥水・撥油性膜とが
加工されて前記ノズルが形成される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１４】図２（ｃ）に示すように、ノズルプレート
１６は、基板としてのシート状のノズル用シート１１及
び撥水・撥油性膜１２にインク噴射口となるノズル１５
を形成したものである。尚、ノズル用シート１１は厚さ
１００μｍの高分子材料であるポリイミドで形成されて
おり、撥水・撥油性膜１２はフッ素系ポリマーまたはシ
リコン系ポリマーで、厚さ１μｍに塗布したものであ
る。

【００１５】ここで、このノズル用シート１１に撥水・
撥油性膜１２を形成したプレート５（図２（ａ））にノ
ズルを形成する方法を説明する。

【００１６】まず、図１に示すように、プレート５を加
工テーブル９のノズルシート保持治具６に保持させる。
この時、プレート５のノズル用シート１１が図１中左側
（レーザ発振器１側）に配置されている。次に、図１
（ａ）に示すように、エキシマレーザビーム２を発する
レーザ発振器１より出たエキシマレーザビーム２を、開
けようとする穴に対応した形状にするためのマスク３ａ
を介して、所定の大きさに絞り込むための結像レンズ４
ａに導き、プレート５のノズル用シート１１に照射し、
ノズル１５（図２（ｃ））となる溝１３（図２（ｂ））
を形成する。この溝１３の開口部の径は７０μｍで、深
さは８０μｍである。この時、マスク３ａのエキシマレ
ーザビーム２を通す穴径は３５０μｍで、エキシマレー
ザビーム２のエネルギー密度は６００ｍｊ／ｃｍ²であ
る。

【００１７】そして、図１（ｂ）に示すように、ベンド
ミラー７によってエキシマレーザビーム２の光路を変更
し、エキシマレーザビーム２の広がりを抑えるためのフ
ィールドレンズ８及びマスク３ｂを介して結像レンズ４
ｂに導き、プレート５の撥水・撥油性膜１２に照射す
る。すると、エキシマレーザビーム２を吸収しない撥水
・撥油性膜１２をエキシマレーザビーム２が透過して、
ノズル用シート１１を加工する。このノズル用シート１
１の加工時の分子の分解、飛散のエネルギーによって、
撥水・撥油性膜１２が加工され、図２（ｃ）に示すノズ
ル１５が形成される。この時、マスク３ｂのエキシマレ
ーザビーム２を通す穴径は２００μｍで、エキシマレー
ザビーム２のエネルギー密度は１０００ｍｊ／ｃｍ²で
ある。

【００１８】ここで、撥水・撥油性膜１２が加工される
状態を説明する。高分子材料がエキシマレーザビーム２
で加工される時、アブレーション加工が行われる。この
アブレーション加工に関するメカニズムはアメリカン・
ケミカル・ソサエティ発行のケミカル・レビュー、１９
８９年、ｖｏｌ．８９，Ｎｏ．６に記載されており、そ
の内容を紹介すると、図３の（ａ）〜（ｃ）の３工程か
らなっている。まず、最初に（ａ）でノズル用シート１
１がマスク３を透過したエキシマレーザビーム２を吸収
し、次に（ｂ）で高分子材料の分子結合が切られ、
（ｃ）で結合が切られた分子、原子が分解、飛散するも
のである。この（ｃ）の工程を利用して、エキシマレー
ザ２を吸収しないフッ素系ポリマーまたはシリコン系ポ
リマーの撥水・撥油性膜１２を加工するものである。

【００１９】このように形成されたノズル１５の形状
は、インクジェットヘッド内側となるノズル用シート１
１側の径が７０μｍで、インク噴射側となる撥水・発油
性膜１２側の径が４０μｍであって、インクジェットヘ
ッド内側からインク噴射側へテーパとなり、インク噴射
側付近でまっすぐとなっている。

【００２０】尚、マスク３ａ，３ｂ及び結像光学系４
ａ，４ｂは、ノズル１５の形状やレーザ加工条件などに
よって適切に設定する。本実施例に用いたエキシマレー
ザビーム２は２４８ｎｍの波長をもつＫｒＦエキシマレ
ーザである。

【００２１】上述した本実施例では、プレート５のノズ
ル用シート１１側からエキシマレーザビーム２を照射す
るので、ノズル１５には、インク噴射側の径がインクジ
ェットヘッド側の径より小さい、テーパ状部が形成され
る。このため、インク噴射が良好に行われる。また、撥
水・撥油性膜１２側からエキシマレーザビーム２を照射
するので、ノズル用シート１１の加工における分子、原
子の分解、飛散のエネルギーが大きいので、撥水・撥油
性膜１２の加工が良好に行われ、ノズル１５の寸法精度
が良い。また、ノズル用シート１１の加工における分
子、原子の分解、飛散のエネルギーが大きいので、その
エネルギー分布に多少バラツキがあっても、ノズルのイ
ンク噴射側となる撥水・撥油性膜１２の穴形状が良く、
インク滴の飛翔方向のバラツキを生じさせない。また、
ノズル用シート１１の厚さが厚くても、前記両側から加
工するので、ノズル体積の大きく、形状が良好なノズル
１５が形成される。従って、このノズル形成方法で形成
したノズルを使用したインクジェットヘッドでは、印字
品質が良好である。

【００２２】尚、本発明は上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において
種々の変更を加えることができる。例えば、本実施例で
は、ノズルを形成する方法として、ノズル用シート１１
に溝１３を加工した後、撥水・撥油性膜１２の加工を行
ってノズル１５を形成したが、まず撥水・撥油性膜１２
の加工を行った後、ノズル用シート１１を加工してノズ
ル１５を形成してもよい。

【００２３】また、本実施例では、１００μｍの厚さの
ノズル用シート１１に８０μｍの深さの溝１３を形成し
た、つまりノズル用シート１１を２０μｍ残るように加
工したが、撥水・撥油性膜１２の厚さより、２〜３μｍ
厚くノズル用シート１１が残るように加工すれば、その
後の工程で、ノズル用シート１１の前記残存部分の分
子、原子の分解、飛散のエネルギーによって、撥水・発
油性膜１２を良好に加工することができる。

【００２４】更に、本実施例では、ベンドミラー７を移
動してエキシマレーザビーム２の光路を変更してノズル
１５を形成していたが、ベンドミラー７として５０％透
過ミラーを採用し、且つそのベンドミラー７を、図１
（ｂ）の位置に固定して、ノズル１５を加工してもよ
い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のノズル形成方法によれば、前記ノズルプレートの前
記基板側に、エキシマレーザが照射されて、前記基板が
所定の厚さ残して加工され、前記ノズルプレートの前記
撥水・撥油性膜側に、エキシマレーザが照射されるの
で、前記基板の前記残存部分の分子、原子の分解、飛散
のエネルギーによって、前記撥水・撥油性膜が加工され
る。このため、撥水・撥油性膜は、良好に加工され、ノ
ズルの寸法精度が良く、インク滴の飛翔方向のバラツキ
を生じさせない。従って、このノズル形成方法で形成さ
れたノズルを使用したインク噴射装置では、印字品質が
良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のノズル加工を示す説明図で
ある。

【図２】前記実施例のノズルの形成状態を示す説明図で
ある。

【図３】エキシマレーザによるアブレーション加工の説
明図である。

【符号の説明】

１レーザ発振器２エキシマレーザビーム３ａマスク３ｂマスク４ａ結像レンズ４ｂ結像レンズ５プレート１１ノズル用シート１２撥水・撥油性膜１３溝１５ノズル１６ノズルプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エキシマレーザを吸収する材料で形成さ
れた基板と、前記エキシマレーザを吸収しない材料で前
記基板の一面に形成された撥水・撥油性膜とを有するノ
ズルプレートに、インクが噴射されるノズルをエキシマ
レーザによって形成するノズル形成方法であって、前記ノズルプレートの前記基板側から、エキシマレーザ
を照射して、前記基板の所定の厚さを残して加工する工
程と、前記ノズルプレートの前記撥水・撥油性膜側から、エキ
シマレーザを照射して、前記基板の前記残存部分と前記
撥水・撥油性膜とを加工する工程とからノズルプレート
にノズルを形成することを特徴とするノズル形成方法。
【請求項２】前記基板の加工は、前記エキシマレーザ
を吸収して、分子結合が切られ、その切られた分子、原
子が分解、飛散することによって行われ、前記撥水・撥
油性膜の加工は、前記基板の前記残存部分の分子、原子
の分解、飛散によって、行われることを特徴とする請求
項１記載のノズル形成方法。
【請求項３】前記撥水・撥油性膜は、フッ素系または
シリコン系の材料で形成されたことを特徴とする請求項
１記載のノズル形成方法。
【請求項４】前記ノズルは、前記撥水・撥油性膜側の
内径が、前記基板側の内径より小さくなるように形成さ
れたことを特徴とする請求項１記載のノズル形成方法。