レーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置
【課題】生産効率を向上させてコストダウンを図ることを目的とする。
【解決手段】本発明に係るレーザー加工装置は、レーザー光を発生するレーザー光源部と、レーザー光を透過しレーザー品質を調整する光学系と、加工対象を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスクと、フォトマスクによって成形されたレーザー光を縮小し加工対象にレーザー光を照射する投影レンズとを有するレーザー加工装置において、フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を具備する。
【解決手段】本発明に係るレーザー加工装置は、レーザー光を発生するレーザー光源部と、レーザー光を透過しレーザー品質を調整する光学系と、加工対象を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスクと、フォトマスクによって成形されたレーザー光を縮小し加工対象にレーザー光を照射する投影レンズとを有するレーザー加工装置において、フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメートルオーダーのレーザー加工装置、レーザー加工方法、レーザー加工によって形成されたノズル穴を有するノズルプレートを備えた液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液体噴射装置の１つとして、予め決められた方向に搬送される記録紙等の被記録媒体に対してインク（液体）を吐出して画像や文字等の記録を行うインクジェット方式の記録装置（例えば、プリンタやファックス等）が提供されている。この記録装置は、インクタンクからインク供給管を介してインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）にインクを供給し、該インクジェットヘッドに備えられたヘッドチップのノズル孔からインクを被記録媒体に吐出することで記録を行っている。
【０００３】
上記したヘッドチップには、インクが充填される複数のチャネルが間隔をあけて並列に形成されていると共にこれらのチャネルに連通するノズル孔が形成されている。これらのノズル孔からインク滴を吐出するためには様々なアクチュエータが用いられるが、例えば上記したチャネルの側壁を圧電材料によって形成し、この側壁には駆動電極が形成されている方式が採用される。または、インク室内に貯留しているインクに対し、発熱体を用いる加熱によりバブルを発生させ、その際の圧力変化を利用してインク滴を吐出する方法が一般的である。
このような構成のヘッドチップを有するインクジェットヘッドには、上記したヘッドチップの駆動を制御する制御手段が備えられている。この制御手段は、ヘッドチップを駆動させるための駆動回路が形成された駆動回路基板と、駆動回路と駆動電極とを接続する信号線が形成されたフレキシブルプリント基板と、を備えている。このような制御手段を備えるインクジェットヘッドでは、駆動回路から信号線を介して駆動電極に駆動電圧を印加することで、側壁が変形してチャネル内の圧力が高められ、チャネル内のインクがノズル孔から吐出される構成となっている。
【０００４】
ところで、上記したノズルプレートに形成されるノズル孔は、直径数十マイクロメートルサイズの貫通孔であって、上記したインク室が配列される方向に沿ってノズルプレートに複数形成されている。また、上記したノズル孔は、レーザー加工装置などを用いて、例えばノズルプレートの材料となるポリイミドフィルムなどの膜状部材にエキシマレーザーなどのレーザー光線を照射し形成される。さらに、現代で一般的に使用されているインクジェット記録装置の高分解能・高精度印刷の要求を満たすためには、ノズル孔の加工精度にマイクロメートルオーダーもしくはそれ以上の精度が要求されており、高度な技術発展に追従するには、日を追うごとに厳しい要求が突きつけられている。
また、ノズル孔の形成方法に関しては、様々な手法が用いられており、その一部を紹介すると、上述したような高精度のノズルを複数均一に作製する方法としては、エッチング、機械加工、レーザー加工などの方法が用いられる。特に、上記で紹介したエキシマレーザーを利用したレーザー加工方法は、常温常圧、かつ短時間で実施できることから汎用的である。さらに、エキシマレーザーを利用した加工方法は多様であり、例えば、マスク投影法（例えば、特許文献１参照）やマイクロレンズアレイ集光法（例えば、特許文献２参照）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６０３７１
【特許文献２】特開２００２−２８３０８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の技術では、高い加工精度を維持するために、生産効率が低下することを余儀なくされている。すなわち、精度良くノズル孔を形成することができるレーザー加工方法といえども、加工精度はレーザーが透過する光学系の位置調整、加工工程の管理、並びに加工結果の品質判定によって向上されるものである。そのため、例えば加工精度にばらつきが生じた場合は、精度のばらつきが許容範囲に収まるまで、レーザー加工に関係する各種の調整を施す必要があり、これらの面で高精度が要求されるノズル孔加工は生産効率が悪くなりがちであり、インクジェットヘッドのコストアップの一因となっている。
また、従来用いられているレーザー加工方法では、単一となるパターンを使用し続けることを前提とし、単一のパターンでのみ光学系の調整を実施している。ところが、レーザーの焦点におけるエネルギー品質は完全に等価ではなく、不均一であるのが通常であるため、例えばフォトマスクのパターンを変更するとすれば、光学系の位置調整を施さなければならない。つまり、レーザー光源とフォトマスクパターンとの相対位置が数十マイクロメートル移動するだけでも、ノズルプレートに加工されるノズル孔の加工結果に大きな影響を与えてしまうために、フォトマスクパターンを変更する度に、上述した各種の調整を施す必要がある。これは、加工する製品が少量でしかも多品種にのぼる場合は、それだけ調整作業を頻繁に行わなければならず、作業者にとって大変な負荷となっている。
さらに、レーザーのエネルギー品質は、時間的に変化しており、長時間に渡る加工作業の場合は、調整を行わないまま作業を継続すると、レーザーの時間変化によって加工結果が均一にならないという問題が挙げられる。
【０００７】
本発明に係るレーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、生産効率を向上させることでコストダウンを図ることができると共に、煩雑な作業を少なくし少量であって多品種の製品においても歩留まりが向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザー加工装置は、レーザー光を発生するレーザー光源部と、前記レーザー光を透過しレーザー品質を調整する光学系と、加工対象を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスクと、前記フォトマスクによって成形されたレーザー光を縮小し前記加工対象にレーザー光を照射する投影レンズとを有するレーザー加工装置において、前記フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を具備することを特徴としている。
【０００９】
これにより、上記したレーザー加工装置では、フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を設けているので、ノズルプレートを製造する際に光学系やフォトマスクなどの調整を精度のばらつきが収まるまで実施する必要がなく、フォトマスクの位置を制御することにより、適切な加工条件を維持することができる。そのため加工によってフォトマスクの配置を変更する際にも制御値にしたがって配置位置を制御すれば良いため、ノズルプレートの加工の手間を低減することができる上に、製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、フォトマスク調整機構が加工データを記憶する記憶部を具備することが好ましい。
これにより、加工データをフォトマスク調整機構に記憶させておくことで、ノズルプレートを製造する際にフォトマスクによって位置を決定する作業が不要となる。すなわち、フォトマスクの個別の設置位置のデータを記憶することにより、繰り返しフォトマスクを使用する場合に、再度設置位置を決定する作業を実施する必要が無く、生産性が向上する。
【００１１】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、前記フォトマスク調整機構が調整工程における加工精度を確認するための調整用フォトマスクと、本番工程における加工用フォトマスクを設けていることが好ましい。
これにより、レーザー光のエネルギー分布が不均一だったとしても、加工精度の良し悪しを調整用フォトマスクを用いることで検出し、その結果をもとに加工用フォトマスクを用いることによって、加工精度のばらつきを抑え、歩留まりの向上と製造コストの低減を推し進めることができる。
【００１２】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、加工データがフォトマスクの設置位置データと、加工対象の加工結果データを含んでいることが好ましい。
これにより、フォトマスク調整機構の記憶部に加工データとしてフォトマスクの設置位置データと加工対象の加工結果データを保存することができる。そのため、フォトマスクを交換して別のフォトマスクを使用する場合でも、再度そのフォトマスクを使用する場合は、過去のデータを検出し加工結果を引用することによって、従来必要であったフォトマスクの配置位置の設定を再度とり行う作業が必要なくなる上に、フォトマスクの配置位置と加工結果データを管理することができるため、複数のフォトマスクを使用する場合に、工程管理が安易にとり行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、記憶部が調整用フォトマスクの全域における加工対象の加工結果データを記憶することができることが好ましい。
これにより、調整用のフォトマスクのマスクパターンの全域において、加工対象の加工結果データを取得することができる。そのため、調整用フォトマスクのマスクパターンの中で、レーザー光が照射される領域のうち最適なエネルギー分布の範囲を確認することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、請求項１〜５のいずれか一項に記載されたレーザー加工装置によって形成されたノズル孔を有するノズルプレートと、液体を被記録媒体へ吐出する液体吐出部と、液体タンクから液体を供給されるとともに前記液体吐出部へ液体を供給する液体供給部と、を具備することを特徴としている。
これにより、被記録媒体へ液体を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、安価に製造されたノズルプレートを装着することができる。そのため、液体噴射ヘッド全体の製造費も安価にすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液体噴射装置は、被記録媒体を予め決められた搬送方向に搬送する搬送手段と、該搬送手段によって搬送された被記録媒体の表面に対してノズル孔が対向する向きに配置された請求項６に記載の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドを前記搬送方向に直交する方向に前記被記録媒体に沿って往復移動させる移動手段と、液体を貯留する液体タンクと、前記液体タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体を供給する液体供給部と、を備えることを特徴としている。
このような特徴により、搬送手段によって被記録媒体を搬送するとともに、移動手段によって液体噴射ヘッドを往復移動させながらノズル孔から被記録媒体に向けて液体を吐出させることで被記録媒体に画像や文字等が記録される。そのため、液体噴射記録装置において、安価に製造されたノズルプレートを具備することができる。これにより、液体噴射装置全体の製造費も安価にすることができる。
【００１６】
また、本発明に係るレーザー加工方法は、レーザー加工装置において、レーザー光源部からレーザー光を出力し、該レーザー光の品質を調整する光学系、マスクパターンが形成されている調整用フォトマスク、および該レーザー光を縮小し透過する投影レンズを介して、調整用の加工対象に該レーザー光を照射する調整工程と、前記フォトマスクの位置を調整するフォトマスク調整機構に、前記調整工程において加工された加工対象の加工結果データを連絡するデータ連絡工程と、前記フォトマスク調整機構が有する記憶部に前記調整工程における加工条件と前記加工結果を記憶するデータ記憶工程と、前記データ記憶工程においてフォトマスクの最適設置位置と、光学系における最適パラメータを選定する選定工程と、前記調整用フォトマスクを加工用フォトマスクに変更し、前記最適設置位置にフォトマスクを設置する設置工程と、を備えたことを特徴としている。
このような特徴により、高い加工精度を維持するために、生産効率が低下することを余儀なくされていたノズルプレートの製造に関して、製造効率を向上することができる。すなわち、高精度にノズル孔を形成することができるレーザー加工方法として、加工精度を決める光学系の位置調整、加工工程の管理、並びに加工結果の品質判定の工程における煩雑さを低減することができる。その上、加工精度に生じるばらつきを見越した上で、ばらつきが許容範囲でノズルプレートを製造することができ、高精度が要求されるノズル孔加工の生産効率を向上し、液体噴射ヘッドのコストダウンに一役買うことができる。
また、レーザー加工方法におけるレーザーの焦点におけるエネルギー品質は完全に等価ではない不均一性にも対応することができるし、フォトマスクパターンを変更する度に再度校正していた光学機器の調整の手間を省くことができる。これは、加工する製品が少量でしかも多品種にのぼる場合においても、調整作業の必要が無く、作業者にとって作業負荷を減らすことができる。さらに、時間的に変化するレーザーのエネルギー品質においても、調整作業の手間を省くことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るレーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置によれば、生産効率を向上させることでコストダウンを図ることができると共に、煩雑な作業を少なくし少量であって多品種の製品においても歩留まりが向上することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための液体噴射装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための液体噴射ヘッドの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するためのヘッドチップの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態を説明するためのヘッドチップの分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明するためのレーザー加工装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態を説明するための調整用フォトマスクの説明図である。
【図７】本発明の実施の形態を説明するための加工用フォトマスクの説明図である。
【図８】本発明の実施の形態を説明するための加工位置と穴径精度の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、液体噴射装置の一例として、非導電性を有する非水性のインク（液体）Ｗを利用して記録を行うインクジェットプリンタ１を例に挙げて説明する。
【００２０】
まず、第１の実施の形態について、図１に基づいて説明する。
本実施形態のインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、インクＷを吐出する複数のインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）２と、記録紙（被記録媒体）Ｐを予め決められた矢印Ｌ１方向（搬送方向）に搬送する搬送手段３と、前記搬送方向に直交する矢印Ｌ２方向（走査方向）に複数のインクジェットヘッド２を往復移動させる移動手段４とを、備えている。
【００２１】
つまり、このインクジェットプリンタ１は、記録紙Ｐを搬送方向に搬送しながら、該搬送方向に直交する走査方向にインクジェットヘッド２を移動させて、記録紙Ｐに文字や画像を記録する所謂シャトルタイプのプリンタである。
なお、本実施形態では、それぞれ異なる色（例えば、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエロー）のインクＷを吐出する４つのインクジェットヘッド２を備えている場合を例にしている。なお、これら４つのインクジェットヘッド２は、同一構成とされている。
【００２２】
これら４つのインクジェットヘッド２は、略直方体形状の筐体５内に組み込まれたキャリッジ６に搭載されている。
このキャリッジ６は、複数のインクジェットヘッド２を載置する平板状の基台６ａと、該基台６ａから垂直に立ち上げられた壁部６ｂと、で構成されており、上記操作方向に沿って配置されたガイドレール７によって往復移動可能に支持されている。また、キャリッジ６は、ガイドレール７に支持された状態で一対のプーリ８に巻回された搬送ベルト９に連結されている。一対のプーリ８のうち一方のプーリ８は、モータ１０の出力軸に連結されており、モータ１０からの回転駆動力を受けて回転するようになっている。これにより、キャリッジ６は、走査方向に向けて往復移動できるようになっている。
即ち、これら一対のガイドレール７、一対のプーリ８、搬送ベルト９及びモータ１０は、上記移動手段４として機能する。
【００２３】
また、筐体５には、一対のガイドレール７と同じ走査方向に沿って一対の搬入ローラ１５と、一対の搬送ローラ１６とが間隔を空けて並設されている。一対の搬入ローラ１５は、筐体５の背面側に設けられ、一対の搬送ローラ１６は筐体５の前面側に設けられている。そして、これら一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６は、図示しないモータによって記録紙Ｐを間に挟んだ状態で回転するようになっている。これにより、筐体５の背面側から前面側に向かう前記搬送方向に沿って記録紙Ｐを搬送することができるようになっている。
即ち、これら一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６は、上記搬送手段３として機能する。
【００２４】
図２に示すように、各インクジェットヘッド２は、図１に示すキャリッジ６の基台６ａに図示しないネジを介して取り付けられる矩形状の固定板２０と、該固定板２０の上面に固定されたヘッドチップ２１と、該ヘッドチップ２１の後述するインク導入口３１ａにインクＷを供給する供給手段２２と、後述する駆動電極３７に駆動電圧を印加する制御手段２３と、ヘッドチップ２１内のインクＷの温度を検出する温度センサ５０と、を主に備えている。これら各インクジェットヘッド２は、搬送手段３によって搬送された記録紙Ｐの表面に対して後述するノズル孔３３ａが対向する向きに配置されている。
【００２５】
図３に示すように、ヘッドチップ２１は、アクチュエータプレート３０、カバープレート３１、支持プレート３２及びノズルプレート３３で主に構成されており、アクチュエータプレート３０に図示せぬ接着材を介してカバープレート３１が重ね合わされているとともに、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の端面に図示せぬ接着材を介してノズルプレート３３が貼着された構成からなる
【００２６】
アクチュエータプレート３０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料で形成されたプレートである。このアクチュエータプレート３０のカバープレート３１側の面（表面）には、図３から図６に示すように、矢印Ｌ３方向（延在方向）に延びたチャネル３５が矢印Ｌ１方向（配列方向）に一定間隔をあけて並列に複数形成されている。即ち、複数のチャネル３５は、側壁３６によってそれぞれ区分けされた状態となっている。これらのチャネル３５は、インクＷが充填される断面視凹形状の吐出チャネルであり、後述するカバープレート３１のインク導入口３１ａにそれぞれ連通されている。チャネル３５の延在方向の一端（先端）は、アクチュエータプレート３０の先端面（ノズルプレート３３側の端面）において開口されている。一方、チャネル３５の延在方向の他端部（基端部）は、アクチュエータプレート３０の途中まで延びており、基端側（ノズルプレート３３側の反対側）に向かうにしたがって漸次深さが浅くなっている。また、アクチュエータプレート３０には、チャネル３５の基端からアクチュエータプレート３０の基端面（ノズルプレート３３側反対側の端面）まで延びた浅溝部３８が形成されている。この浅溝部３８はチャネル３５の延長線上に形成されており、その一端はチャネル３５の内側に向けて開口され、その他端はアクチュエータプレート３０の基端面（ノズルプレート３３側の反対側の端面）において開口され、図示しない封止手段によって封止されている。
【００２７】
上記した複数のチャネル３５の側壁３６には、長さ方向に亘って駆動電極３７が蒸着等により形成されている。そして、チャネル３５の両側面に形成された駆動電極３７は、接続電極３９を介して後述するフレキシブル基板２７の信号線２８に電気的に接続されるようになっている。
そして、駆動電極３７は、駆動電圧が印加されたときに、側壁３６を圧電厚み滑り効果により変形させることでチャネル３５内の圧力を高め、充填されたインクＷをチャネル３５内から吐出させる働きをしている。
【００２８】
カバープレート３１は、例えばセラミックス等で形成されたプレートであり、複数の浅溝部３８の基端側部分を露出させた状態で、アクチュエータプレート３０の表面に接着材を介して重ね合わせて貼着されている。また、カバープレート３１には、ダンパ部材２２からインクＷが供給されてくるインク導入口３１ａ（液体導入口）が形成されている。このインク導入口３１ａは、長方形の開口であり、チャネル３５の配列方向（矢印Ｌ１方向）に延在されている。
【００２９】
支持プレート３２は、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１を支持していると共に、ノズルプレート３３を支持している。支持プレート３２には、チャネル３５の配列方向（矢印Ｌ１方向）に延在する嵌合孔３２ａが形成されており、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１をこの嵌合孔３２ａ内に嵌め込んだ状態で両プレート３０、３１を支持している。この際、支持プレート３２の先端側の表面は、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の先端側の端面と面一となっている。
【００３０】
ノズルプレート３３は、厚みが５０μｍ程度のポリイミド等のフィルム材からなるシート状のプレートであり、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の先端側の端面と、支持プレート３２の先端側の表面と、に接着材を介して貼着されている。つまり、ノズルプレート３３の一方の面は、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の先端側の端面と、支持プレート３２の先端側の表面と、に接着される接着面となっており、ノズルプレート３３の他方の面は、図１に示す記録紙Ｐに対向する対向面となっている。なお、ノズルプレート３３の対向面には、インクＷの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜がコーティングされている。
【００３１】
また、このノズルプレート３３には、チャネル３５の配列方向（矢印Ｌ１方向）に所定の間隔を空けて複数のノズル孔３３ａが形成されている。これら複数のノズル孔３３ａは、チャネル３５に対向する位置にそれぞれ形成されており、該チャネル３５に連通するようになっている。各ノズル孔３３ａは、外形輪郭線が円形を描くように円状に形成されている。しかも、ノズル孔３３ａは、接着面側から対向面側に向かうに従い漸次縮径されたテーパ孔であり、接着面側の入口径（ノズル孔３３ａの外形輪郭線の直径）が対向面側の出口径よりも大きくなっている。なお、ノズル孔３３ａは、エキシマレーザー装置等を用いて形成されている。
【００３２】
上記した構成のヘッドチップ２１は、図２に示すように、上述したように固定板２０の上面に固定されている。この固定板２０の上面には、アルミニウム等で形成された矩形状のベースプレート２４が垂直に立ち上がった状態で固定されていると共に、ヘッドチップ２１のインク導入口３１ａにインクＷを供給する流路部材２２ａが固定されている。この流路部材２２ａの上方には、インクＷを貯留する貯留室を内部に有する圧力緩衝器（ダンパ）２２ｂがベースプレート２４に支持された状態で配置されている。この圧力緩衝器２２ｂと流路部材２２ａとは、インク連結管２２ｃを介して連結されている。また、圧力緩衝器２２ｂの上部には、インクＷが供給されてくる供給チューブ４０が取り付けられている。
このように構成されているので、供給チューブ４０を介して圧力緩衝器２２ｂにインクＷが供給されると、該インクＷは圧力緩衝器２２ｂ内の貯留室に一旦貯留される。そして、圧力緩衝器２２ｂは、貯留されたインクＷのうち、所定量のインクＷをインク連結管２２ｃ及び流路部材２２ａを介してヘッドチップ２１のインク導入口３１ａに供給するようになっている。
即ち、流路部材２２ａ、圧力緩衝器２２ｂ及びインク連結管２２ｃは、上記供給手段２２として機能する。
【００３３】
なお、供給チューブ４０は、図１に示すように、筐体５内に組み込まれたインクタンク４１に連結されている。これにより、インクタンク４１に貯留されている色の異なるインクＷが、４つのインクジェットヘッド２にそれぞれ供給されるようになっている。
【００３４】
一方、上記したヘッドチップ２１の近傍には、図示しない温度センサが配設されている。この温度センサは、ヘッドチップ２１の温度を検出することによってヘッドチップ２１内のインクＷの温度を検出するものである。詳しく説明すると、温度センサは、サーミスタからなる温度センサである。サーミスタは、温度変化に対して電気抵抗が変化する抵抗体であり、例えば金属酸化物や半導体、セラミックスなどからなり、使用温度は例えばマイナス数十度〜プラス百数十度程度である。
【００３５】
また、図２に示すように、上記したヘッドチップ２１の上方には、ヘッドチップ２１の駆動を制御する制御手段２３が設けられている。この制御手段２３は、上記した温度センサの検出値に基づいて決定された大きさの駆動電圧を上記した駆動電極３７に印加するものである。具体的に説明すると、制御手段２３は、駆動回路基板２６と、その駆動回路基板２６とヘッドチップ２１との間に介装されたフレキシブルプリント基板２７と、温度センサの検出値に基づいて駆動電圧の大きさを決定する駆動電圧値設定手段６０と、を備えている。
【００３６】
駆動回路基板２６は、上記したベースプレート２４のヘッドチップ２１側の面（圧力緩衝器２２ｂに対向する面）に重ね合わせてビス等で取り付けられている。この駆動回路基板２６には、ヘッドチップ２１を駆動させるための集積回路等の駆動回路２５が実装されていると共に、その駆動回路２５に電気的に接続された図示せぬ配線パターンが形成されている。
また、駆動電圧値設定手段６０は、駆動回路基板２６上に配設されている。この駆動電圧値設定手段６０は、温度センサによって検出された検出値と駆動電極３７に印加する電圧値（駆動電圧）との対応関係を示す駆動電圧テーブルを有しており、温度センサによって検出されたインクＷの温度に対応する大きさの駆動電圧を決定するものである。この駆動電圧値設定手段６０は、駆動回路基板２６上に形成された図示せぬ配線パターンを介して駆動回路２５に電気的に接続されており、駆動電圧値設定手段６０から駆動回路２５に駆動電圧の情報が伝達される。そして、駆動回路２５は駆動電圧値設定手段６０で決定された大きさの駆動電圧を駆動電極３７に印加する。
【００３７】
フレキシブルプリント基板２７は、柔軟性があって大きく変形可能な薄膜状のプリント基板であり、その一端が駆動回路基板２６に固定され、その他端がアクチュエータプレート３０の基端部（ノズルプレート３３側の反対側の端部）に固定されている。このフレキシブルプリント基板２７の一方の面（ベースプレート２４側の面）には、図４に示すように、駆動回路２５と複数の駆動電極３７とをそれぞれ電気的に接続する複数の信号線２８が形成されている。この信号線２８は、図４に示すように、ヘッドチップ２１側から駆動回路基板２６側に向かって延びた帯状の配線パターンであり、フレキシブルプリント基板２７の一方の面にプリント配線されている。この信号線２８の一端は、駆動回路基板２６に形成された図示せぬ配線パターンに電気的に接続されている。一方、信号線２８の他端は、カバープレート３１の基端側に露出されたアクチュエータプレート３０の浅溝部３８の基端側部分に嵌合されており、それにより、接続電極３９に接触して電気的に接続されている。これにより、信号線２８の他端は、接続電極３９を介して駆動電極３７に電気的に接続されている。
【００３８】
次に、上述したように構成されたインクジェットプリンタ１を利用して、記録紙Ｐに文字や図形等を記録する場合について以下に説明する。
なお、初期状態として、４つのインクタンク４１にはそれぞれ異なる色のインクＷが十分に封入されているものとする。また、インクタンク４１内のインクＷが供給チューブ４０を介して圧力緩衝器２２ｂに供給された状態となっている。そのため、所定量のインクＷが、インク連結管２２ｃ及び流路部材２２ａを介してヘッドチップ２１のインク導入口３１ａに供給され、インク導入口３１ａからチャネル３５内に充填された状態となっている。
【００３９】
このような初期状態のもと、インクジェットプリンタ１を作動させると、一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６が回転して記録紙Ｐを搬送方向（矢印Ｌ１方向）に向けて搬送する。また、これと同時にモータ１０がプーリ８を回転させて搬送ベルト９を動かす。これにより、キャリッジ６がガイドレール７でガイドされながら走査方向（矢印Ｌ２方向）に往復移動する。
そしてこの間に、各インクジェットヘッド２のヘッドチップ２１より４色のインクＷを記録紙Ｐに適宜吐出させることで、文字や画像等の記録を行うことができる。特に、シャトル方式であるので、記録紙Ｐの所望する範囲に対して正確に記録を行うことができる。
【００４０】
ここで、各インクジェットヘッド２の動きについて、以下に詳細に説明する。
まず、温度センサによってヘッドチップ２１内のインクＷの温度が検出され、その検出値が不図示の配線を介して駆動電圧値設定手段６０に伝達される。詳しく説明すると、サーミスタからなる温度センサは温度に応じて電気抵抗が変化するため、例えばヘッドチップ２１の近傍に配設された温度センサと駆動電圧値設定手段６０との間に流れる電流値の大きさによってヘッドチップ２１の温度が検出され、さらにはヘッドチップ２１内のインクＷの温度が検出される。
【００４１】
一方、キャリッジ６によって往復移動が開始されると、駆動回路２５は、フレキシブル基板２７の信号線２８を介して駆動電極３７に駆動電圧を印加する。より詳しくは、インクＷを吐出するチャネル３５の両側の２つの側壁３６にそれぞれ設けられている駆動電極３７に駆動電圧を印加し、この２つの側壁３６を、インクＷを吐出させるチャネル３５に隣接しているチャネル３５側へ突出するように変形させる。即ち、吐出するチャネル３５があたかも膨らむように変形させる。また、このとき、駆動電圧値設定手段６０において、上記した駆動電圧テーブルによって温度センサの検出値に応じた大きさの駆動電圧を決定し、その駆動電圧の情報を駆動回路２５に伝達し、駆動回路２５は、その大きさの駆動電圧を駆動電極３７に印加する。このため、上記した２つの側壁３６の変形量は、インクＷの温度（粘性）に対応した大きさとなる。
【００４２】
上記した２つの側壁３６の圧電厚み滑り効果による変形によって、吐出するチャネル３５の容積が増大する。そして、チャネル３５の容積が増大したことにより、インクＷがインク導入口３１ａからチャネル３５に誘導される。そして、チャネル３５の内部に誘導されたインクＷは圧力波となってチャネル３５の内部を通過し、この圧力波がノズル３３ａに到達したタイミングで、駆動電極３７に印加した駆動電圧をゼロにする。これにより、側壁３６の変形が元に戻り、一旦増大したチャネル３５の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出するチャネル３５の内部の圧力が増加し、インクＷが加圧される。その結果、インクＷがチャネル３５内から吐出される。
【００４３】
なお、ここで述べている駆動電極３７は、それぞれ隣接するチャネル３５から選択的にインクＷを吐出させるための電極として、別々に機能するように形成されている。また、インクＷを安定して吐出するために、さらなるインクＷの加圧が必要な場合には、側壁３６を吐出するチャネル３５側へ突出するように変形させる。この動作によって、吐出するチャネル３５の内部の圧力がさらに増加するので、インクＷをより加圧することができる。但し、この動作は上述したとおり、インクＷを安定して吐出させることを目的とするものであるので、必須な動作ではなく必要に応じて適宜使用すれば良い。
また、本実施形態では、非水性のインクＷを使用しているので、上述した各動作を必要に応じて組み合わせて実行することにより、最適なインクＷの吐出を実現することができる。
【００４４】
吐出されたインクＷは、ノズル孔３３ａを通って外部に吐出される。しかもノズル孔３３ａを通過する際に、インクＷは液滴状、即ちインク滴となって吐出される。その結果、上述したように、記録紙Ｐに文字や画像等を記録することができる。
特に、本実施形態のノズル孔３３ａは、断面テーパ状であるので、インク滴を速い速度で真っ直ぐに直進性良く吐出することができる。よって、高画質に記録を行うことができる。
【００４５】
上記した構成のインクジェットヘッド２及びインクジェットプリンタ１によれば、温度センサによってインクＷの温度を検出し、その検出値に基づいて決定された大きさの駆動電圧を駆動電極３７に印加するため、インクＷの吐出量を一定にすることができる。
【００４６】
次に前述したノズル孔３３ａを形成する方法について説明する。
図５に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１００は、レーザー光８０を発生するレーザー光源部５０と、レーザー光８０を透過し、レーザー光８０のレーザー品質を調整する光学系５１と、加工対象１３３を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスク５２と、フォトマスクの位置を調整する位置調整機構５３と、フォトマスク５２によって成形されたレーザー光８０を縮小し、加工対象１３３にレーザー光８０を照射する投影レンズ５４とによって形成される。
【００４７】
レーザー光源部５０より発生するレーザー光８０は、本実施形態では、エキシマレーザーを用いる。エキシマレーザーとは希ガスやハロゲンなどの混合ガスを用いて生成されるレーザー光である。希ガスは例えば、アルゴン、クリプトン、キセノンが使用され、ハロゲンは例えばフッ素、塩素が一般に使用されている。レーザー光８０の生成メカニズムについて説明すると、混合ガス中でのパルス放電によって生成する励起状態希ガス原子とハロゲン原子によって形成されるエキシマからの放射光によってパルス発振することで、レーザー光８０が生成され、レーザー光源部５０より照射される。
【００４８】
エキシマレーザーの加工プロセスを詳細に説明すると、エキシマレーザーは、材料の分子間結合力よりも大きなエネルギーを瞬時（例えば１６ナノ秒）に加工対象に吸収させ、その部位の分子間結合を断ち切り、ガス化または極微粒子化させることにより、熱影響の極めて少ない高品位加工を行うという概要である。その加工工程は、吸収工程、光化学反応工程およびアブレーション工程の３つに大別される。
【００４９】
吸収工程は、多くの物質は紫外線を高効率に吸収するという自然現象を利用し、エキシマレーザーの光エネルギーを加工対象の表面から極わずかな深さ（１μｍ以下）に吸収させる。
【００５０】
光化学反応工程では、レーザー光８０が紫外波長領域であり、吸収されたエネルギーは直接、特に高分子有機材の分子間の結合を切断する。
【００５１】
アブレーション工程では、分子間化学結合が切断されガス化した物質が、その体積の急激な増大、即ち膨張により居場所を失い、結果として大気中に飛散する。なおアブレーション工程では全く熱を発生しないのではなく、アブレーション工程の最下層部において熱の残留を伴い、ワークの種類によっては溶融する。
以上のような加工プロセスをもって、エキシマレーザーを用いた加工を実施し、ノズル孔３３ａの加工に利用する。
【００５２】
図５に示す光学系５１は、本実施形態において具体的にはホモジナイザーやフィールドレンズを用いて構成している。
ホモジナイザーとは、レーザー光源部５０から入射したレーザー光８０を、均一な強度分布を持った矩形あるいはライン状に整形して出力する光学レンズユニットである。これによって、ホモジナイザーに対する入射光を回折することにより拡散、収束させて強度分布を均一化させる。
【００５３】
フィールドレンズとは、レーザー光８０の発散角度を調整し、フォトマスク５２以降におけるレーザー光８０の指向性を調整する機能を有している。このように構成することによって、フォトマスク５２の前段において、フォトマスク５２に形成されたパターン形状に最適であるとともに、加工効率の最適なレーザー光８０を生成することができる。
以上のような、ホモジナイザーやフィールドレンズを用いて、図５に示す光学系５１を構成している。なお、本実施形態において、光学系５１の形態は特に限定せず、例えば、光学系５１が図示しないミラーや投影レンズを具備しても良い。
【００５４】
図５に示すフォトマスク５２は、調整用フォトマスク５２ａと、加工用フォトマスク５２ｂによって構成されており、本実施形態における調整工程において調整用フォトマスク５２ａを使用し、実際にノズルプレート３３にノズル孔３３ａを形成する場合は、加工用フォトマスク５２ｂを使用する。
【００５５】
フォトマスク５２には、調整用フォトマスク５２ａと加工用フォトマスク５２ｂを変更・交換する機能を有するとともに、調整用フォトマスク５２ａを用いるフォトマスク調整工程において得られたデータを記憶し、加工条件に最適なフォトマスクに位置を調整する機能を有するフォトマスク調整機構５３が具備されている。
【００５６】
また、図５に示す投影レンズ５４は、フォトマスク５２によって成形されたレーザー光８０を縮小し、加工対象１３３にレーザー光８０を照射する機能を有し、加工対象１３３にレーザー光８０が照射される工程の最終段調整部となっている。
【００５７】
ここで、フォトマスク調整工程について詳述する。
調整用フォトマスク５２ａは、図６に示すように比較的広範囲なピンホールアレイ５２ｃによって形成されている。図６ａは図５におけるＸ方向とＹ方向の加工位置における調整用フォトマスク５２ａの正面図であり、図６ｂは図６ａのピンホールアレイ５２ｃを拡大した拡大図である。
一方、加工用フォトマスク５２ｂは、例えば図７に示すように、ノズル孔３３ａが形成される形状にあわせて形成されている。本実施形態における加工用フォトマスク５２ｂは、傾斜方向に形成された３ノズルを一組としてそれが複数個セットになって形成されているものを採用した。図７ａは図５におけるＸ方向とＹ方向の加工位置における加工用フォトマスク５２ｂの正面図であり、図７ｂは図７ａのフォトマスクを拡大した拡大図である。
【００５８】
調整工程において、まず、フォトマスク調整機構５３は調整用フォトマスク５２ａを選択し、光学系５１の後段であって、投影レンズ５４の前段にセットする。その後、レーザー光源部５０より発生したレーザー光８０は、光学系５１を透過し、フォトマスク５２へ到達する。その後、投影レンズ５４を透過したレーザー光８０は、加工対象に照射される。ただし、このときの加工対象は図示しない調整用の加工対象を設置している。
【００５９】
調整用の加工対象に照射されたレーザー光８０が加工した結果を図８に示す。図８は、図５に示すＸ方向とＹ方向の加工位置に関し、調整用フォトマスク５２ａ内における加工精度の分布を示している。図８に示す領域Ａと領域Ｂは良好な加工結果（加工精度）を有する領域であり、領域Ｃは精度の面で問題があるなど不良な加工結果を有する領域である。図８に示すように通常、加工精度の分布は、極めて不均一であり、良好な領域は散在している。通常、加工用フォトマスク５２ｂのみで調整する場合、局所的にしか加工結果が得られないため、良好な領域を探すのに多大な時間を要する。これは、加工用フォトマスク５２ｂがノズル孔３３ａを形成するためのマスクパターンのみで構成されているためである。これに対し、本実施形態では、図８に示すように、調整用フォトマスク５２ａを用いて一度に加工精度の分布が得られるため、短時間で良好な加工領域を選択することができる。
【００６０】
図８のように、加工精度が良好な領域は、複数散在するが、その中でも、最もサイズの大きい領域を選択するのがよい。なぜなら、図８に加工精度の分布は、時間的に変動するものであり、サイズの小さい領域ほど、不安定であるからである。例えば、図８の場合は、加工精度良好の領域Ａを選択するのがより長期間の加工精度を保つことができる。
【００６１】
次に、最適な前述の領域Ａに加工用フォトマスク５２ｂのフォトマスクパターンを位置決めする。このとき、注意しなければならないのは、レーザー加工装置１００の中で変更・交換してよいのは、加工対象１３３とフォトマスク５２のみである。それ以外の部分に変更を加えてしまうと、調整工程において認識した結果が意味を持たなくなってしまうため、最善の注意を払わなければならない。
【００６２】
さらに、最適な加工領域である領域Ａに加工用フォトマスク５２ｂのフォトマスクパターンを位置合わせに対し、加工条件を整える。この後、レーザー光源部５０からレーザー光８０が照射され、光学系５１、フォトマスク５２、投影レンズ５４を介して、加工対象１３３が加工される。
【００６３】
このような構成を採用することによって、加工精度におけるばらつきを最小限に抑えることができるとともに、生産効率を向上し、インクジェットヘッドのコストダウンを実現することができる。
【００６４】
また、本実施形態の変形例として、フォトマスク調整機構５３に加工条件を記憶することができる記憶部を搭載しても良い。このような構成を採用することによって、例えば、フォトマスク５２の品番や型番などを記憶することができる。すなわち、加工する製品が少量でしかも多品種にのぼる場合は、それだけ調整作業を頻繁に行わなければならないが、加工条件を記憶することによって、対象となるフォトマスクに対応した加工条件を瞬時に設定し、加工条件を変更する時間間隔を短くすることができる。また、そのときの環境状態を記憶することでより加工精度を向上することができる。すなわち、気温や湿度などはもちろんその他の機器の設定なども記憶することができ、作業者の負荷を低減するだけでなく、生産効率をより向上することができる。
【００６５】
さらに、本実施形態では、上述のとおり、調整用フォトマスク５２ａの精度の良い領域のうち、ＸＹ方向に広い領域（図８における領域Ａ）を採用しているため、時間的にレーザーのエネルギー品質が変化しても、加工精度を維持することができる。また、上述したようにレーザー光８０の調整方法を整えたため、時間的に変化するレーザーのエネルギー品質について、長時間に渡る加工作業であったとしても、調整を短時間で実施することができる。この調整工程を単純化することで、より製造コストを低減することができる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 例えば、上記した各実施の形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタ１を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。
【００６７】
また、上記した各実施の形態では、複数のノズル孔３３ａが配列方向に直線状に一列に配列されているが、本発明は、複数のノズル孔３３ａが直線状に配列されてなく、縦方向（矢印Ｌ２方向）にずらして配列されていてもよい。例えば、複数のノズル孔３３ａが斜めに配列されていてもよく、或いは、千鳥状に配列されていてもよい。
また、ノズル孔３３ａの形状に関しても、円形に限定されるものではない。例えば、三角等の多角形状や、楕円形状や星型形状でも構わない。
【００６８】
また、上記した実施の形態では、カバープレート３１にインク導入口３１ａが形成されているが、本発明は、アクチュエータプレートにインク導入口が形成されていてもよい。例えば、アクチュエータプレートの裏面（チャネルが形成された表面の反対側の面）に配列方向に延びた断面凹状のインク導入口が形成され、このインク導入口の底面に、チャネルに連通するスリットが形成された構成であってもよい。なお、この場合、ＩＣ基板２６が固定されたベースプレート２０とダンパ部材２２，１２２との位置を入れ換えて、ダンパ部材２２，１２２をアクチュエータプレートに重ね合わせるように配設すると共に、ベースプレート２０をカバープレート３１に重ね合わせるように配置すればよい。
【００６９】
また、上記した実施の形態では、非水性のインクＷを利用した場合を説明したが、例えば、導電性の水性インク、ソルベントインク、オイルインクやＵＶインク等を用いても構わない。
なお、水性インクを用いる場合には、ヘッドチップは次にように構成すれば良い。
即ち、アクチュエータプレートには、インクが充填される吐出チャネルとして機能する吐出チャネルと、インクが充填されないダミーチャネルとして機能するダミーチャネルと、が配列方向に交互に形成される。そして、インク導入口の底面には、吐出チャネルに対向する位置にスリットを形成する。これにより、インク導入口からスリットを通って吐出チャネルにだけインクが充填される。そして、ノズルプレートには、吐出チャネルに対向する位置にノズル孔が形成される。
このようにヘッドチップ２１を構成することで、水性のインクであっても、吐出チャネルに設けられた駆動電極と、ダミーチャネルに設けられた駆動電極とをインクを介して導通させることなく、電気的に切り離した状態で使い分けることができる。従って、水性のインクを利用して記録を行うことができる。
特に、導電性を有するインクであっても問題なく利用できるので、インクジェットプリンタの付加価値を高めることができる。なお、その他は同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
また、上記した実施の形態では、温度センサとしてサーミスタが用いられているが、本発明は、他の温度センサを用いることも可能である。例えば、温度センサとして熱電対などを用いることも可能である。
【００７１】
また、上記した実施の形態では、駆動電圧値設定手段６０が駆動回路基板２６上に配設されているが、本発明は、上記構成に限定されるものではない。例えば、インクジェットプリンタ１の図示せぬ制御部に駆動電圧値設定手段６０が配設されていてもよい。この場合、フレキシブルプリント基板２７上の接続配線２９と駆動電圧値設定手段６０、及び、駆動回路２５と駆動電圧値設定手段６０は、駆動回路基板２６と上記した制御部とを接続する配線を介してそれぞれ電気的に接続される。
【００７２】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ インクジェットプリンタ（液体噴射装置）
２ インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
３ 搬送手段
４ 移動手段
２１ ヘッドチップ
２３ 制御手段
２５ 駆動回路
２６ 駆動回路基板
２７ フレキシブルプリント基板
３３ａ ノズル孔
３５ チャネル
３６ 側壁
３７ 駆動電極
５０ レーザー光源部
５１ 光学系
５２ フォトマスク
５３ フォトマスク調整機構
５４ 投影レンズ
６０ 駆動電圧値設定手段
Ｐ 記録紙（被記録媒体）
Ｗ インク（液体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメートルオーダーのレーザー加工装置、レーザー加工方法、レーザー加工によって形成されたノズル穴を有するノズルプレートを備えた液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液体噴射装置の１つとして、予め決められた方向に搬送される記録紙等の被記録媒体に対してインク（液体）を吐出して画像や文字等の記録を行うインクジェット方式の記録装置（例えば、プリンタやファックス等）が提供されている。この記録装置は、インクタンクからインク供給管を介してインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）にインクを供給し、該インクジェットヘッドに備えられたヘッドチップのノズル孔からインクを被記録媒体に吐出することで記録を行っている。
【０００３】
上記したヘッドチップには、インクが充填される複数のチャネルが間隔をあけて並列に形成されていると共にこれらのチャネルに連通するノズル孔が形成されている。これらのノズル孔からインク滴を吐出するためには様々なアクチュエータが用いられるが、例えば上記したチャネルの側壁を圧電材料によって形成し、この側壁には駆動電極が形成されている方式が採用される。または、インク室内に貯留しているインクに対し、発熱体を用いる加熱によりバブルを発生させ、その際の圧力変化を利用してインク滴を吐出する方法が一般的である。
このような構成のヘッドチップを有するインクジェットヘッドには、上記したヘッドチップの駆動を制御する制御手段が備えられている。この制御手段は、ヘッドチップを駆動させるための駆動回路が形成された駆動回路基板と、駆動回路と駆動電極とを接続する信号線が形成されたフレキシブルプリント基板と、を備えている。このような制御手段を備えるインクジェットヘッドでは、駆動回路から信号線を介して駆動電極に駆動電圧を印加することで、側壁が変形してチャネル内の圧力が高められ、チャネル内のインクがノズル孔から吐出される構成となっている。
【０００４】
ところで、上記したノズルプレートに形成されるノズル孔は、直径数十マイクロメートルサイズの貫通孔であって、上記したインク室が配列される方向に沿ってノズルプレートに複数形成されている。また、上記したノズル孔は、レーザー加工装置などを用いて、例えばノズルプレートの材料となるポリイミドフィルムなどの膜状部材にエキシマレーザーなどのレーザー光線を照射し形成される。さらに、現代で一般的に使用されているインクジェット記録装置の高分解能・高精度印刷の要求を満たすためには、ノズル孔の加工精度にマイクロメートルオーダーもしくはそれ以上の精度が要求されており、高度な技術発展に追従するには、日を追うごとに厳しい要求が突きつけられている。
また、ノズル孔の形成方法に関しては、様々な手法が用いられており、その一部を紹介すると、上述したような高精度のノズルを複数均一に作製する方法としては、エッチング、機械加工、レーザー加工などの方法が用いられる。特に、上記で紹介したエキシマレーザーを利用したレーザー加工方法は、常温常圧、かつ短時間で実施できることから汎用的である。さらに、エキシマレーザーを利用した加工方法は多様であり、例えば、マスク投影法（例えば、特許文献１参照）やマイクロレンズアレイ集光法（例えば、特許文献２参照）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６０３７１
【特許文献２】特開２００２−２８３０８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の技術では、高い加工精度を維持するために、生産効率が低下することを余儀なくされている。すなわち、精度良くノズル孔を形成することができるレーザー加工方法といえども、加工精度はレーザーが透過する光学系の位置調整、加工工程の管理、並びに加工結果の品質判定によって向上されるものである。そのため、例えば加工精度にばらつきが生じた場合は、精度のばらつきが許容範囲に収まるまで、レーザー加工に関係する各種の調整を施す必要があり、これらの面で高精度が要求されるノズル孔加工は生産効率が悪くなりがちであり、インクジェットヘッドのコストアップの一因となっている。
また、従来用いられているレーザー加工方法では、単一となるパターンを使用し続けることを前提とし、単一のパターンでのみ光学系の調整を実施している。ところが、レーザーの焦点におけるエネルギー品質は完全に等価ではなく、不均一であるのが通常であるため、例えばフォトマスクのパターンを変更するとすれば、光学系の位置調整を施さなければならない。つまり、レーザー光源とフォトマスクパターンとの相対位置が数十マイクロメートル移動するだけでも、ノズルプレートに加工されるノズル孔の加工結果に大きな影響を与えてしまうために、フォトマスクパターンを変更する度に、上述した各種の調整を施す必要がある。これは、加工する製品が少量でしかも多品種にのぼる場合は、それだけ調整作業を頻繁に行わなければならず、作業者にとって大変な負荷となっている。
さらに、レーザーのエネルギー品質は、時間的に変化しており、長時間に渡る加工作業の場合は、調整を行わないまま作業を継続すると、レーザーの時間変化によって加工結果が均一にならないという問題が挙げられる。
【０００７】
本発明に係るレーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、生産効率を向上させることでコストダウンを図ることができると共に、煩雑な作業を少なくし少量であって多品種の製品においても歩留まりが向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザー加工装置は、レーザー光を発生するレーザー光源部と、前記レーザー光を透過しレーザー品質を調整する光学系と、加工対象を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスクと、前記フォトマスクによって成形されたレーザー光を縮小し前記加工対象にレーザー光を照射する投影レンズとを有するレーザー加工装置において、前記フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を具備することを特徴としている。
【０００９】
これにより、上記したレーザー加工装置では、フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を設けているので、ノズルプレートを製造する際に光学系やフォトマスクなどの調整を精度のばらつきが収まるまで実施する必要がなく、フォトマスクの位置を制御することにより、適切な加工条件を維持することができる。そのため加工によってフォトマスクの配置を変更する際にも制御値にしたがって配置位置を制御すれば良いため、ノズルプレートの加工の手間を低減することができる上に、製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、フォトマスク調整機構が加工データを記憶する記憶部を具備することが好ましい。
これにより、加工データをフォトマスク調整機構に記憶させておくことで、ノズルプレートを製造する際にフォトマスクによって位置を決定する作業が不要となる。すなわち、フォトマスクの個別の設置位置のデータを記憶することにより、繰り返しフォトマスクを使用する場合に、再度設置位置を決定する作業を実施する必要が無く、生産性が向上する。
【００１１】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、前記フォトマスク調整機構が調整工程における加工精度を確認するための調整用フォトマスクと、本番工程における加工用フォトマスクを設けていることが好ましい。
これにより、レーザー光のエネルギー分布が不均一だったとしても、加工精度の良し悪しを調整用フォトマスクを用いることで検出し、その結果をもとに加工用フォトマスクを用いることによって、加工精度のばらつきを抑え、歩留まりの向上と製造コストの低減を推し進めることができる。
【００１２】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、加工データがフォトマスクの設置位置データと、加工対象の加工結果データを含んでいることが好ましい。
これにより、フォトマスク調整機構の記憶部に加工データとしてフォトマスクの設置位置データと加工対象の加工結果データを保存することができる。そのため、フォトマスクを交換して別のフォトマスクを使用する場合でも、再度そのフォトマスクを使用する場合は、過去のデータを検出し加工結果を引用することによって、従来必要であったフォトマスクの配置位置の設定を再度とり行う作業が必要なくなる上に、フォトマスクの配置位置と加工結果データを管理することができるため、複数のフォトマスクを使用する場合に、工程管理が安易にとり行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、記憶部が調整用フォトマスクの全域における加工対象の加工結果データを記憶することができることが好ましい。
これにより、調整用のフォトマスクのマスクパターンの全域において、加工対象の加工結果データを取得することができる。そのため、調整用フォトマスクのマスクパターンの中で、レーザー光が照射される領域のうち最適なエネルギー分布の範囲を確認することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、請求項１〜５のいずれか一項に記載されたレーザー加工装置によって形成されたノズル孔を有するノズルプレートと、液体を被記録媒体へ吐出する液体吐出部と、液体タンクから液体を供給されるとともに前記液体吐出部へ液体を供給する液体供給部と、を具備することを特徴としている。
これにより、被記録媒体へ液体を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、安価に製造されたノズルプレートを装着することができる。そのため、液体噴射ヘッド全体の製造費も安価にすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液体噴射装置は、被記録媒体を予め決められた搬送方向に搬送する搬送手段と、該搬送手段によって搬送された被記録媒体の表面に対してノズル孔が対向する向きに配置された請求項６に記載の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドを前記搬送方向に直交する方向に前記被記録媒体に沿って往復移動させる移動手段と、液体を貯留する液体タンクと、前記液体タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体を供給する液体供給部と、を備えることを特徴としている。
このような特徴により、搬送手段によって被記録媒体を搬送するとともに、移動手段によって液体噴射ヘッドを往復移動させながらノズル孔から被記録媒体に向けて液体を吐出させることで被記録媒体に画像や文字等が記録される。そのため、液体噴射記録装置において、安価に製造されたノズルプレートを具備することができる。これにより、液体噴射装置全体の製造費も安価にすることができる。
【００１６】
また、本発明に係るレーザー加工方法は、レーザー加工装置において、レーザー光源部からレーザー光を出力し、該レーザー光の品質を調整する光学系、マスクパターンが形成されている調整用フォトマスク、および該レーザー光を縮小し透過する投影レンズを介して、調整用の加工対象に該レーザー光を照射する調整工程と、前記フォトマスクの位置を調整するフォトマスク調整機構に、前記調整工程において加工された加工対象の加工結果データを連絡するデータ連絡工程と、前記フォトマスク調整機構が有する記憶部に前記調整工程における加工条件と前記加工結果を記憶するデータ記憶工程と、前記データ記憶工程においてフォトマスクの最適設置位置と、光学系における最適パラメータを選定する選定工程と、前記調整用フォトマスクを加工用フォトマスクに変更し、前記最適設置位置にフォトマスクを設置する設置工程と、を備えたことを特徴としている。
このような特徴により、高い加工精度を維持するために、生産効率が低下することを余儀なくされていたノズルプレートの製造に関して、製造効率を向上することができる。すなわち、高精度にノズル孔を形成することができるレーザー加工方法として、加工精度を決める光学系の位置調整、加工工程の管理、並びに加工結果の品質判定の工程における煩雑さを低減することができる。その上、加工精度に生じるばらつきを見越した上で、ばらつきが許容範囲でノズルプレートを製造することができ、高精度が要求されるノズル孔加工の生産効率を向上し、液体噴射ヘッドのコストダウンに一役買うことができる。
また、レーザー加工方法におけるレーザーの焦点におけるエネルギー品質は完全に等価ではない不均一性にも対応することができるし、フォトマスクパターンを変更する度に再度校正していた光学機器の調整の手間を省くことができる。これは、加工する製品が少量でしかも多品種にのぼる場合においても、調整作業の必要が無く、作業者にとって作業負荷を減らすことができる。さらに、時間的に変化するレーザーのエネルギー品質においても、調整作業の手間を省くことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るレーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置によれば、生産効率を向上させることでコストダウンを図ることができると共に、煩雑な作業を少なくし少量であって多品種の製品においても歩留まりが向上することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための液体噴射装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための液体噴射ヘッドの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するためのヘッドチップの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態を説明するためのヘッドチップの分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明するためのレーザー加工装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態を説明するための調整用フォトマスクの説明図である。
【図７】本発明の実施の形態を説明するための加工用フォトマスクの説明図である。
【図８】本発明の実施の形態を説明するための加工位置と穴径精度の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザー加工装置、レーザー加工方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、液体噴射装置の一例として、非導電性を有する非水性のインク（液体）Ｗを利用して記録を行うインクジェットプリンタ１を例に挙げて説明する。
【００２０】
まず、第１の実施の形態について、図１に基づいて説明する。
本実施形態のインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、インクＷを吐出する複数のインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）２と、記録紙（被記録媒体）Ｐを予め決められた矢印Ｌ１方向（搬送方向）に搬送する搬送手段３と、前記搬送方向に直交する矢印Ｌ２方向（走査方向）に複数のインクジェットヘッド２を往復移動させる移動手段４とを、備えている。
【００２１】
つまり、このインクジェットプリンタ１は、記録紙Ｐを搬送方向に搬送しながら、該搬送方向に直交する走査方向にインクジェットヘッド２を移動させて、記録紙Ｐに文字や画像を記録する所謂シャトルタイプのプリンタである。
なお、本実施形態では、それぞれ異なる色（例えば、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエロー）のインクＷを吐出する４つのインクジェットヘッド２を備えている場合を例にしている。なお、これら４つのインクジェットヘッド２は、同一構成とされている。
【００２２】
これら４つのインクジェットヘッド２は、略直方体形状の筐体５内に組み込まれたキャリッジ６に搭載されている。
このキャリッジ６は、複数のインクジェットヘッド２を載置する平板状の基台６ａと、該基台６ａから垂直に立ち上げられた壁部６ｂと、で構成されており、上記操作方向に沿って配置されたガイドレール７によって往復移動可能に支持されている。また、キャリッジ６は、ガイドレール７に支持された状態で一対のプーリ８に巻回された搬送ベルト９に連結されている。一対のプーリ８のうち一方のプーリ８は、モータ１０の出力軸に連結されており、モータ１０からの回転駆動力を受けて回転するようになっている。これにより、キャリッジ６は、走査方向に向けて往復移動できるようになっている。
即ち、これら一対のガイドレール７、一対のプーリ８、搬送ベルト９及びモータ１０は、上記移動手段４として機能する。
【００２３】
また、筐体５には、一対のガイドレール７と同じ走査方向に沿って一対の搬入ローラ１５と、一対の搬送ローラ１６とが間隔を空けて並設されている。一対の搬入ローラ１５は、筐体５の背面側に設けられ、一対の搬送ローラ１６は筐体５の前面側に設けられている。そして、これら一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６は、図示しないモータによって記録紙Ｐを間に挟んだ状態で回転するようになっている。これにより、筐体５の背面側から前面側に向かう前記搬送方向に沿って記録紙Ｐを搬送することができるようになっている。
即ち、これら一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６は、上記搬送手段３として機能する。
【００２４】
図２に示すように、各インクジェットヘッド２は、図１に示すキャリッジ６の基台６ａに図示しないネジを介して取り付けられる矩形状の固定板２０と、該固定板２０の上面に固定されたヘッドチップ２１と、該ヘッドチップ２１の後述するインク導入口３１ａにインクＷを供給する供給手段２２と、後述する駆動電極３７に駆動電圧を印加する制御手段２３と、ヘッドチップ２１内のインクＷの温度を検出する温度センサ５０と、を主に備えている。これら各インクジェットヘッド２は、搬送手段３によって搬送された記録紙Ｐの表面に対して後述するノズル孔３３ａが対向する向きに配置されている。
【００２５】
図３に示すように、ヘッドチップ２１は、アクチュエータプレート３０、カバープレート３１、支持プレート３２及びノズルプレート３３で主に構成されており、アクチュエータプレート３０に図示せぬ接着材を介してカバープレート３１が重ね合わされているとともに、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の端面に図示せぬ接着材を介してノズルプレート３３が貼着された構成からなる
【００２６】
アクチュエータプレート３０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料で形成されたプレートである。このアクチュエータプレート３０のカバープレート３１側の面（表面）には、図３から図６に示すように、矢印Ｌ３方向（延在方向）に延びたチャネル３５が矢印Ｌ１方向（配列方向）に一定間隔をあけて並列に複数形成されている。即ち、複数のチャネル３５は、側壁３６によってそれぞれ区分けされた状態となっている。これらのチャネル３５は、インクＷが充填される断面視凹形状の吐出チャネルであり、後述するカバープレート３１のインク導入口３１ａにそれぞれ連通されている。チャネル３５の延在方向の一端（先端）は、アクチュエータプレート３０の先端面（ノズルプレート３３側の端面）において開口されている。一方、チャネル３５の延在方向の他端部（基端部）は、アクチュエータプレート３０の途中まで延びており、基端側（ノズルプレート３３側の反対側）に向かうにしたがって漸次深さが浅くなっている。また、アクチュエータプレート３０には、チャネル３５の基端からアクチュエータプレート３０の基端面（ノズルプレート３３側反対側の端面）まで延びた浅溝部３８が形成されている。この浅溝部３８はチャネル３５の延長線上に形成されており、その一端はチャネル３５の内側に向けて開口され、その他端はアクチュエータプレート３０の基端面（ノズルプレート３３側の反対側の端面）において開口され、図示しない封止手段によって封止されている。
【００２７】
上記した複数のチャネル３５の側壁３６には、長さ方向に亘って駆動電極３７が蒸着等により形成されている。そして、チャネル３５の両側面に形成された駆動電極３７は、接続電極３９を介して後述するフレキシブル基板２７の信号線２８に電気的に接続されるようになっている。
そして、駆動電極３７は、駆動電圧が印加されたときに、側壁３６を圧電厚み滑り効果により変形させることでチャネル３５内の圧力を高め、充填されたインクＷをチャネル３５内から吐出させる働きをしている。
【００２８】
カバープレート３１は、例えばセラミックス等で形成されたプレートであり、複数の浅溝部３８の基端側部分を露出させた状態で、アクチュエータプレート３０の表面に接着材を介して重ね合わせて貼着されている。また、カバープレート３１には、ダンパ部材２２からインクＷが供給されてくるインク導入口３１ａ（液体導入口）が形成されている。このインク導入口３１ａは、長方形の開口であり、チャネル３５の配列方向（矢印Ｌ１方向）に延在されている。
【００２９】
支持プレート３２は、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１を支持していると共に、ノズルプレート３３を支持している。支持プレート３２には、チャネル３５の配列方向（矢印Ｌ１方向）に延在する嵌合孔３２ａが形成されており、重ね合わされたアクチュエータプレート３０及びカバープレート３１をこの嵌合孔３２ａ内に嵌め込んだ状態で両プレート３０、３１を支持している。この際、支持プレート３２の先端側の表面は、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の先端側の端面と面一となっている。
【００３０】
ノズルプレート３３は、厚みが５０μｍ程度のポリイミド等のフィルム材からなるシート状のプレートであり、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の先端側の端面と、支持プレート３２の先端側の表面と、に接着材を介して貼着されている。つまり、ノズルプレート３３の一方の面は、アクチュエータプレート３０及びカバープレート３１の先端側の端面と、支持プレート３２の先端側の表面と、に接着される接着面となっており、ノズルプレート３３の他方の面は、図１に示す記録紙Ｐに対向する対向面となっている。なお、ノズルプレート３３の対向面には、インクＷの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜がコーティングされている。
【００３１】
また、このノズルプレート３３には、チャネル３５の配列方向（矢印Ｌ１方向）に所定の間隔を空けて複数のノズル孔３３ａが形成されている。これら複数のノズル孔３３ａは、チャネル３５に対向する位置にそれぞれ形成されており、該チャネル３５に連通するようになっている。各ノズル孔３３ａは、外形輪郭線が円形を描くように円状に形成されている。しかも、ノズル孔３３ａは、接着面側から対向面側に向かうに従い漸次縮径されたテーパ孔であり、接着面側の入口径（ノズル孔３３ａの外形輪郭線の直径）が対向面側の出口径よりも大きくなっている。なお、ノズル孔３３ａは、エキシマレーザー装置等を用いて形成されている。
【００３２】
上記した構成のヘッドチップ２１は、図２に示すように、上述したように固定板２０の上面に固定されている。この固定板２０の上面には、アルミニウム等で形成された矩形状のベースプレート２４が垂直に立ち上がった状態で固定されていると共に、ヘッドチップ２１のインク導入口３１ａにインクＷを供給する流路部材２２ａが固定されている。この流路部材２２ａの上方には、インクＷを貯留する貯留室を内部に有する圧力緩衝器（ダンパ）２２ｂがベースプレート２４に支持された状態で配置されている。この圧力緩衝器２２ｂと流路部材２２ａとは、インク連結管２２ｃを介して連結されている。また、圧力緩衝器２２ｂの上部には、インクＷが供給されてくる供給チューブ４０が取り付けられている。
このように構成されているので、供給チューブ４０を介して圧力緩衝器２２ｂにインクＷが供給されると、該インクＷは圧力緩衝器２２ｂ内の貯留室に一旦貯留される。そして、圧力緩衝器２２ｂは、貯留されたインクＷのうち、所定量のインクＷをインク連結管２２ｃ及び流路部材２２ａを介してヘッドチップ２１のインク導入口３１ａに供給するようになっている。
即ち、流路部材２２ａ、圧力緩衝器２２ｂ及びインク連結管２２ｃは、上記供給手段２２として機能する。
【００３３】
なお、供給チューブ４０は、図１に示すように、筐体５内に組み込まれたインクタンク４１に連結されている。これにより、インクタンク４１に貯留されている色の異なるインクＷが、４つのインクジェットヘッド２にそれぞれ供給されるようになっている。
【００３４】
一方、上記したヘッドチップ２１の近傍には、図示しない温度センサが配設されている。この温度センサは、ヘッドチップ２１の温度を検出することによってヘッドチップ２１内のインクＷの温度を検出するものである。詳しく説明すると、温度センサは、サーミスタからなる温度センサである。サーミスタは、温度変化に対して電気抵抗が変化する抵抗体であり、例えば金属酸化物や半導体、セラミックスなどからなり、使用温度は例えばマイナス数十度〜プラス百数十度程度である。
【００３５】
また、図２に示すように、上記したヘッドチップ２１の上方には、ヘッドチップ２１の駆動を制御する制御手段２３が設けられている。この制御手段２３は、上記した温度センサの検出値に基づいて決定された大きさの駆動電圧を上記した駆動電極３７に印加するものである。具体的に説明すると、制御手段２３は、駆動回路基板２６と、その駆動回路基板２６とヘッドチップ２１との間に介装されたフレキシブルプリント基板２７と、温度センサの検出値に基づいて駆動電圧の大きさを決定する駆動電圧値設定手段６０と、を備えている。
【００３６】
駆動回路基板２６は、上記したベースプレート２４のヘッドチップ２１側の面（圧力緩衝器２２ｂに対向する面）に重ね合わせてビス等で取り付けられている。この駆動回路基板２６には、ヘッドチップ２１を駆動させるための集積回路等の駆動回路２５が実装されていると共に、その駆動回路２５に電気的に接続された図示せぬ配線パターンが形成されている。
また、駆動電圧値設定手段６０は、駆動回路基板２６上に配設されている。この駆動電圧値設定手段６０は、温度センサによって検出された検出値と駆動電極３７に印加する電圧値（駆動電圧）との対応関係を示す駆動電圧テーブルを有しており、温度センサによって検出されたインクＷの温度に対応する大きさの駆動電圧を決定するものである。この駆動電圧値設定手段６０は、駆動回路基板２６上に形成された図示せぬ配線パターンを介して駆動回路２５に電気的に接続されており、駆動電圧値設定手段６０から駆動回路２５に駆動電圧の情報が伝達される。そして、駆動回路２５は駆動電圧値設定手段６０で決定された大きさの駆動電圧を駆動電極３７に印加する。
【００３７】
フレキシブルプリント基板２７は、柔軟性があって大きく変形可能な薄膜状のプリント基板であり、その一端が駆動回路基板２６に固定され、その他端がアクチュエータプレート３０の基端部（ノズルプレート３３側の反対側の端部）に固定されている。このフレキシブルプリント基板２７の一方の面（ベースプレート２４側の面）には、図４に示すように、駆動回路２５と複数の駆動電極３７とをそれぞれ電気的に接続する複数の信号線２８が形成されている。この信号線２８は、図４に示すように、ヘッドチップ２１側から駆動回路基板２６側に向かって延びた帯状の配線パターンであり、フレキシブルプリント基板２７の一方の面にプリント配線されている。この信号線２８の一端は、駆動回路基板２６に形成された図示せぬ配線パターンに電気的に接続されている。一方、信号線２８の他端は、カバープレート３１の基端側に露出されたアクチュエータプレート３０の浅溝部３８の基端側部分に嵌合されており、それにより、接続電極３９に接触して電気的に接続されている。これにより、信号線２８の他端は、接続電極３９を介して駆動電極３７に電気的に接続されている。
【００３８】
次に、上述したように構成されたインクジェットプリンタ１を利用して、記録紙Ｐに文字や図形等を記録する場合について以下に説明する。
なお、初期状態として、４つのインクタンク４１にはそれぞれ異なる色のインクＷが十分に封入されているものとする。また、インクタンク４１内のインクＷが供給チューブ４０を介して圧力緩衝器２２ｂに供給された状態となっている。そのため、所定量のインクＷが、インク連結管２２ｃ及び流路部材２２ａを介してヘッドチップ２１のインク導入口３１ａに供給され、インク導入口３１ａからチャネル３５内に充填された状態となっている。
【００３９】
このような初期状態のもと、インクジェットプリンタ１を作動させると、一対の搬入ローラ１５及び一対の搬送ローラ１６が回転して記録紙Ｐを搬送方向（矢印Ｌ１方向）に向けて搬送する。また、これと同時にモータ１０がプーリ８を回転させて搬送ベルト９を動かす。これにより、キャリッジ６がガイドレール７でガイドされながら走査方向（矢印Ｌ２方向）に往復移動する。
そしてこの間に、各インクジェットヘッド２のヘッドチップ２１より４色のインクＷを記録紙Ｐに適宜吐出させることで、文字や画像等の記録を行うことができる。特に、シャトル方式であるので、記録紙Ｐの所望する範囲に対して正確に記録を行うことができる。
【００４０】
ここで、各インクジェットヘッド２の動きについて、以下に詳細に説明する。
まず、温度センサによってヘッドチップ２１内のインクＷの温度が検出され、その検出値が不図示の配線を介して駆動電圧値設定手段６０に伝達される。詳しく説明すると、サーミスタからなる温度センサは温度に応じて電気抵抗が変化するため、例えばヘッドチップ２１の近傍に配設された温度センサと駆動電圧値設定手段６０との間に流れる電流値の大きさによってヘッドチップ２１の温度が検出され、さらにはヘッドチップ２１内のインクＷの温度が検出される。
【００４１】
一方、キャリッジ６によって往復移動が開始されると、駆動回路２５は、フレキシブル基板２７の信号線２８を介して駆動電極３７に駆動電圧を印加する。より詳しくは、インクＷを吐出するチャネル３５の両側の２つの側壁３６にそれぞれ設けられている駆動電極３７に駆動電圧を印加し、この２つの側壁３６を、インクＷを吐出させるチャネル３５に隣接しているチャネル３５側へ突出するように変形させる。即ち、吐出するチャネル３５があたかも膨らむように変形させる。また、このとき、駆動電圧値設定手段６０において、上記した駆動電圧テーブルによって温度センサの検出値に応じた大きさの駆動電圧を決定し、その駆動電圧の情報を駆動回路２５に伝達し、駆動回路２５は、その大きさの駆動電圧を駆動電極３７に印加する。このため、上記した２つの側壁３６の変形量は、インクＷの温度（粘性）に対応した大きさとなる。
【００４２】
上記した２つの側壁３６の圧電厚み滑り効果による変形によって、吐出するチャネル３５の容積が増大する。そして、チャネル３５の容積が増大したことにより、インクＷがインク導入口３１ａからチャネル３５に誘導される。そして、チャネル３５の内部に誘導されたインクＷは圧力波となってチャネル３５の内部を通過し、この圧力波がノズル３３ａに到達したタイミングで、駆動電極３７に印加した駆動電圧をゼロにする。これにより、側壁３６の変形が元に戻り、一旦増大したチャネル３５の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出するチャネル３５の内部の圧力が増加し、インクＷが加圧される。その結果、インクＷがチャネル３５内から吐出される。
【００４３】
なお、ここで述べている駆動電極３７は、それぞれ隣接するチャネル３５から選択的にインクＷを吐出させるための電極として、別々に機能するように形成されている。また、インクＷを安定して吐出するために、さらなるインクＷの加圧が必要な場合には、側壁３６を吐出するチャネル３５側へ突出するように変形させる。この動作によって、吐出するチャネル３５の内部の圧力がさらに増加するので、インクＷをより加圧することができる。但し、この動作は上述したとおり、インクＷを安定して吐出させることを目的とするものであるので、必須な動作ではなく必要に応じて適宜使用すれば良い。
また、本実施形態では、非水性のインクＷを使用しているので、上述した各動作を必要に応じて組み合わせて実行することにより、最適なインクＷの吐出を実現することができる。
【００４４】
吐出されたインクＷは、ノズル孔３３ａを通って外部に吐出される。しかもノズル孔３３ａを通過する際に、インクＷは液滴状、即ちインク滴となって吐出される。その結果、上述したように、記録紙Ｐに文字や画像等を記録することができる。
特に、本実施形態のノズル孔３３ａは、断面テーパ状であるので、インク滴を速い速度で真っ直ぐに直進性良く吐出することができる。よって、高画質に記録を行うことができる。
【００４５】
上記した構成のインクジェットヘッド２及びインクジェットプリンタ１によれば、温度センサによってインクＷの温度を検出し、その検出値に基づいて決定された大きさの駆動電圧を駆動電極３７に印加するため、インクＷの吐出量を一定にすることができる。
【００４６】
次に前述したノズル孔３３ａを形成する方法について説明する。
図５に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１００は、レーザー光８０を発生するレーザー光源部５０と、レーザー光８０を透過し、レーザー光８０のレーザー品質を調整する光学系５１と、加工対象１３３を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスク５２と、フォトマスクの位置を調整する位置調整機構５３と、フォトマスク５２によって成形されたレーザー光８０を縮小し、加工対象１３３にレーザー光８０を照射する投影レンズ５４とによって形成される。
【００４７】
レーザー光源部５０より発生するレーザー光８０は、本実施形態では、エキシマレーザーを用いる。エキシマレーザーとは希ガスやハロゲンなどの混合ガスを用いて生成されるレーザー光である。希ガスは例えば、アルゴン、クリプトン、キセノンが使用され、ハロゲンは例えばフッ素、塩素が一般に使用されている。レーザー光８０の生成メカニズムについて説明すると、混合ガス中でのパルス放電によって生成する励起状態希ガス原子とハロゲン原子によって形成されるエキシマからの放射光によってパルス発振することで、レーザー光８０が生成され、レーザー光源部５０より照射される。
【００４８】
エキシマレーザーの加工プロセスを詳細に説明すると、エキシマレーザーは、材料の分子間結合力よりも大きなエネルギーを瞬時（例えば１６ナノ秒）に加工対象に吸収させ、その部位の分子間結合を断ち切り、ガス化または極微粒子化させることにより、熱影響の極めて少ない高品位加工を行うという概要である。その加工工程は、吸収工程、光化学反応工程およびアブレーション工程の３つに大別される。
【００４９】
吸収工程は、多くの物質は紫外線を高効率に吸収するという自然現象を利用し、エキシマレーザーの光エネルギーを加工対象の表面から極わずかな深さ（１μｍ以下）に吸収させる。
【００５０】
光化学反応工程では、レーザー光８０が紫外波長領域であり、吸収されたエネルギーは直接、特に高分子有機材の分子間の結合を切断する。
【００５１】
アブレーション工程では、分子間化学結合が切断されガス化した物質が、その体積の急激な増大、即ち膨張により居場所を失い、結果として大気中に飛散する。なおアブレーション工程では全く熱を発生しないのではなく、アブレーション工程の最下層部において熱の残留を伴い、ワークの種類によっては溶融する。
以上のような加工プロセスをもって、エキシマレーザーを用いた加工を実施し、ノズル孔３３ａの加工に利用する。
【００５２】
図５に示す光学系５１は、本実施形態において具体的にはホモジナイザーやフィールドレンズを用いて構成している。
ホモジナイザーとは、レーザー光源部５０から入射したレーザー光８０を、均一な強度分布を持った矩形あるいはライン状に整形して出力する光学レンズユニットである。これによって、ホモジナイザーに対する入射光を回折することにより拡散、収束させて強度分布を均一化させる。
【００５３】
フィールドレンズとは、レーザー光８０の発散角度を調整し、フォトマスク５２以降におけるレーザー光８０の指向性を調整する機能を有している。このように構成することによって、フォトマスク５２の前段において、フォトマスク５２に形成されたパターン形状に最適であるとともに、加工効率の最適なレーザー光８０を生成することができる。
以上のような、ホモジナイザーやフィールドレンズを用いて、図５に示す光学系５１を構成している。なお、本実施形態において、光学系５１の形態は特に限定せず、例えば、光学系５１が図示しないミラーや投影レンズを具備しても良い。
【００５４】
図５に示すフォトマスク５２は、調整用フォトマスク５２ａと、加工用フォトマスク５２ｂによって構成されており、本実施形態における調整工程において調整用フォトマスク５２ａを使用し、実際にノズルプレート３３にノズル孔３３ａを形成する場合は、加工用フォトマスク５２ｂを使用する。
【００５５】
フォトマスク５２には、調整用フォトマスク５２ａと加工用フォトマスク５２ｂを変更・交換する機能を有するとともに、調整用フォトマスク５２ａを用いるフォトマスク調整工程において得られたデータを記憶し、加工条件に最適なフォトマスクに位置を調整する機能を有するフォトマスク調整機構５３が具備されている。
【００５６】
また、図５に示す投影レンズ５４は、フォトマスク５２によって成形されたレーザー光８０を縮小し、加工対象１３３にレーザー光８０を照射する機能を有し、加工対象１３３にレーザー光８０が照射される工程の最終段調整部となっている。
【００５７】
ここで、フォトマスク調整工程について詳述する。
調整用フォトマスク５２ａは、図６に示すように比較的広範囲なピンホールアレイ５２ｃによって形成されている。図６ａは図５におけるＸ方向とＹ方向の加工位置における調整用フォトマスク５２ａの正面図であり、図６ｂは図６ａのピンホールアレイ５２ｃを拡大した拡大図である。
一方、加工用フォトマスク５２ｂは、例えば図７に示すように、ノズル孔３３ａが形成される形状にあわせて形成されている。本実施形態における加工用フォトマスク５２ｂは、傾斜方向に形成された３ノズルを一組としてそれが複数個セットになって形成されているものを採用した。図７ａは図５におけるＸ方向とＹ方向の加工位置における加工用フォトマスク５２ｂの正面図であり、図７ｂは図７ａのフォトマスクを拡大した拡大図である。
【００５８】
調整工程において、まず、フォトマスク調整機構５３は調整用フォトマスク５２ａを選択し、光学系５１の後段であって、投影レンズ５４の前段にセットする。その後、レーザー光源部５０より発生したレーザー光８０は、光学系５１を透過し、フォトマスク５２へ到達する。その後、投影レンズ５４を透過したレーザー光８０は、加工対象に照射される。ただし、このときの加工対象は図示しない調整用の加工対象を設置している。
【００５９】
調整用の加工対象に照射されたレーザー光８０が加工した結果を図８に示す。図８は、図５に示すＸ方向とＹ方向の加工位置に関し、調整用フォトマスク５２ａ内における加工精度の分布を示している。図８に示す領域Ａと領域Ｂは良好な加工結果（加工精度）を有する領域であり、領域Ｃは精度の面で問題があるなど不良な加工結果を有する領域である。図８に示すように通常、加工精度の分布は、極めて不均一であり、良好な領域は散在している。通常、加工用フォトマスク５２ｂのみで調整する場合、局所的にしか加工結果が得られないため、良好な領域を探すのに多大な時間を要する。これは、加工用フォトマスク５２ｂがノズル孔３３ａを形成するためのマスクパターンのみで構成されているためである。これに対し、本実施形態では、図８に示すように、調整用フォトマスク５２ａを用いて一度に加工精度の分布が得られるため、短時間で良好な加工領域を選択することができる。
【００６０】
図８のように、加工精度が良好な領域は、複数散在するが、その中でも、最もサイズの大きい領域を選択するのがよい。なぜなら、図８に加工精度の分布は、時間的に変動するものであり、サイズの小さい領域ほど、不安定であるからである。例えば、図８の場合は、加工精度良好の領域Ａを選択するのがより長期間の加工精度を保つことができる。
【００６１】
次に、最適な前述の領域Ａに加工用フォトマスク５２ｂのフォトマスクパターンを位置決めする。このとき、注意しなければならないのは、レーザー加工装置１００の中で変更・交換してよいのは、加工対象１３３とフォトマスク５２のみである。それ以外の部分に変更を加えてしまうと、調整工程において認識した結果が意味を持たなくなってしまうため、最善の注意を払わなければならない。
【００６２】
さらに、最適な加工領域である領域Ａに加工用フォトマスク５２ｂのフォトマスクパターンを位置合わせに対し、加工条件を整える。この後、レーザー光源部５０からレーザー光８０が照射され、光学系５１、フォトマスク５２、投影レンズ５４を介して、加工対象１３３が加工される。
【００６３】
このような構成を採用することによって、加工精度におけるばらつきを最小限に抑えることができるとともに、生産効率を向上し、インクジェットヘッドのコストダウンを実現することができる。
【００６４】
また、本実施形態の変形例として、フォトマスク調整機構５３に加工条件を記憶することができる記憶部を搭載しても良い。このような構成を採用することによって、例えば、フォトマスク５２の品番や型番などを記憶することができる。すなわち、加工する製品が少量でしかも多品種にのぼる場合は、それだけ調整作業を頻繁に行わなければならないが、加工条件を記憶することによって、対象となるフォトマスクに対応した加工条件を瞬時に設定し、加工条件を変更する時間間隔を短くすることができる。また、そのときの環境状態を記憶することでより加工精度を向上することができる。すなわち、気温や湿度などはもちろんその他の機器の設定なども記憶することができ、作業者の負荷を低減するだけでなく、生産効率をより向上することができる。
【００６５】
さらに、本実施形態では、上述のとおり、調整用フォトマスク５２ａの精度の良い領域のうち、ＸＹ方向に広い領域（図８における領域Ａ）を採用しているため、時間的にレーザーのエネルギー品質が変化しても、加工精度を維持することができる。また、上述したようにレーザー光８０の調整方法を整えたため、時間的に変化するレーザーのエネルギー品質について、長時間に渡る加工作業であったとしても、調整を短時間で実施することができる。この調整工程を単純化することで、より製造コストを低減することができる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 例えば、上記した各実施の形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタ１を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。
【００６７】
また、上記した各実施の形態では、複数のノズル孔３３ａが配列方向に直線状に一列に配列されているが、本発明は、複数のノズル孔３３ａが直線状に配列されてなく、縦方向（矢印Ｌ２方向）にずらして配列されていてもよい。例えば、複数のノズル孔３３ａが斜めに配列されていてもよく、或いは、千鳥状に配列されていてもよい。
また、ノズル孔３３ａの形状に関しても、円形に限定されるものではない。例えば、三角等の多角形状や、楕円形状や星型形状でも構わない。
【００６８】
また、上記した実施の形態では、カバープレート３１にインク導入口３１ａが形成されているが、本発明は、アクチュエータプレートにインク導入口が形成されていてもよい。例えば、アクチュエータプレートの裏面（チャネルが形成された表面の反対側の面）に配列方向に延びた断面凹状のインク導入口が形成され、このインク導入口の底面に、チャネルに連通するスリットが形成された構成であってもよい。なお、この場合、ＩＣ基板２６が固定されたベースプレート２０とダンパ部材２２，１２２との位置を入れ換えて、ダンパ部材２２，１２２をアクチュエータプレートに重ね合わせるように配設すると共に、ベースプレート２０をカバープレート３１に重ね合わせるように配置すればよい。
【００６９】
また、上記した実施の形態では、非水性のインクＷを利用した場合を説明したが、例えば、導電性の水性インク、ソルベントインク、オイルインクやＵＶインク等を用いても構わない。
なお、水性インクを用いる場合には、ヘッドチップは次にように構成すれば良い。
即ち、アクチュエータプレートには、インクが充填される吐出チャネルとして機能する吐出チャネルと、インクが充填されないダミーチャネルとして機能するダミーチャネルと、が配列方向に交互に形成される。そして、インク導入口の底面には、吐出チャネルに対向する位置にスリットを形成する。これにより、インク導入口からスリットを通って吐出チャネルにだけインクが充填される。そして、ノズルプレートには、吐出チャネルに対向する位置にノズル孔が形成される。
このようにヘッドチップ２１を構成することで、水性のインクであっても、吐出チャネルに設けられた駆動電極と、ダミーチャネルに設けられた駆動電極とをインクを介して導通させることなく、電気的に切り離した状態で使い分けることができる。従って、水性のインクを利用して記録を行うことができる。
特に、導電性を有するインクであっても問題なく利用できるので、インクジェットプリンタの付加価値を高めることができる。なお、その他は同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
また、上記した実施の形態では、温度センサとしてサーミスタが用いられているが、本発明は、他の温度センサを用いることも可能である。例えば、温度センサとして熱電対などを用いることも可能である。
【００７１】
また、上記した実施の形態では、駆動電圧値設定手段６０が駆動回路基板２６上に配設されているが、本発明は、上記構成に限定されるものではない。例えば、インクジェットプリンタ１の図示せぬ制御部に駆動電圧値設定手段６０が配設されていてもよい。この場合、フレキシブルプリント基板２７上の接続配線２９と駆動電圧値設定手段６０、及び、駆動回路２５と駆動電圧値設定手段６０は、駆動回路基板２６と上記した制御部とを接続する配線を介してそれぞれ電気的に接続される。
【００７２】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ インクジェットプリンタ（液体噴射装置）
２ インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
３ 搬送手段
４ 移動手段
２１ ヘッドチップ
２３ 制御手段
２５ 駆動回路
２６ 駆動回路基板
２７ フレキシブルプリント基板
３３ａ ノズル孔
３５ チャネル
３６ 側壁
３７ 駆動電極
５０ レーザー光源部
５１ 光学系
５２ フォトマスク
５３ フォトマスク調整機構
５４ 投影レンズ
６０ 駆動電圧値設定手段
Ｐ 記録紙（被記録媒体）
Ｗ インク（液体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発生するレーザー光源部と、前記レーザー光を透過しレーザー品質を調整する光学系と、加工対象を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスクと、前記フォトマスクによって成形されたレーザー光を縮小し前記加工対象にレーザー光を照射する投影レンズとを有するレーザー加工装置において、
前記フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を具備することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記フォトマスク調整機構は、加工データを記憶する記憶部を具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記フォトマスク調整機構は、調整工程における加工精度を確認するための調整用フォトマスクと、本番工程における加工用フォトマスクを具備することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記加工データは、前記フォトマスクの設置位置データと、前記加工対象の加工結果データを含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記記憶部は、前記調整用フォトマスクの全域における前記加工対象の加工結果データを記憶することができることを特徴とする請求項３に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載されたレーザー加工装置によって形成されたノズル孔を有するノズルプレートと、液体を被記録媒体へ吐出する液体吐出部と、液体タンクから液体を供給されるとともに前記液体吐出部へ液体を供給する液体供給部と、を具備する液体噴射ヘッド。
【請求項７】
被記録媒体を予め決められた搬送方向に搬送する搬送手段と、該搬送手段によって搬送された被記録媒体の表面に対してノズル孔が対向する向きに配置された請求項６に記載の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドを前記搬送方向に直交する方向に前記被記録媒体に沿って往復移動させる移動手段と、液体を貯留する液体タンクと、前記液体タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体を供給する液体供給部と、を具備することを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項８】
レーザー加工装置において、レーザー光源部からレーザー光を出力し、該レーザー光の品質を調整する光学系、マスクパターンが形成されている調整用フォトマスク、および該レーザー光を縮小し透過する投影レンズを介して、調整用の加工対象に該レーザー光を照射する調整工程と、
前記フォトマスクの位置を調整するフォトマスク調整機構に、前記調整工程において加工された加工対象の加工結果データを連絡するデータ連絡工程と、
前記フォトマスク調整機構が有する記憶部に前記調整工程における加工条件と前記加工結果を記憶するデータ記憶工程と、
前記データ記憶工程においてフォトマスクの最適設置位置と、光学系における最適パラメータを選定する選定工程と、
前記調整用フォトマスクを加工用フォトマスクに変更し、前記最適設置位置にフォトマスクを設置する設置工程と、
を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項１】
レーザー光を発生するレーザー光源部と、前記レーザー光を透過しレーザー品質を調整する光学系と、加工対象を加工する上で所望の加工パターンに成形するためのフォトマスクと、前記フォトマスクによって成形されたレーザー光を縮小し前記加工対象にレーザー光を照射する投影レンズとを有するレーザー加工装置において、
前記フォトマスクの設置位置を制御することができるフォトマスク調整機構を具備することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記フォトマスク調整機構は、加工データを記憶する記憶部を具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記フォトマスク調整機構は、調整工程における加工精度を確認するための調整用フォトマスクと、本番工程における加工用フォトマスクを具備することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記加工データは、前記フォトマスクの設置位置データと、前記加工対象の加工結果データを含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記記憶部は、前記調整用フォトマスクの全域における前記加工対象の加工結果データを記憶することができることを特徴とする請求項３に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載されたレーザー加工装置によって形成されたノズル孔を有するノズルプレートと、液体を被記録媒体へ吐出する液体吐出部と、液体タンクから液体を供給されるとともに前記液体吐出部へ液体を供給する液体供給部と、を具備する液体噴射ヘッド。
【請求項７】
被記録媒体を予め決められた搬送方向に搬送する搬送手段と、該搬送手段によって搬送された被記録媒体の表面に対してノズル孔が対向する向きに配置された請求項６に記載の液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドを前記搬送方向に直交する方向に前記被記録媒体に沿って往復移動させる移動手段と、液体を貯留する液体タンクと、前記液体タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体を供給する液体供給部と、を具備することを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項８】
レーザー加工装置において、レーザー光源部からレーザー光を出力し、該レーザー光の品質を調整する光学系、マスクパターンが形成されている調整用フォトマスク、および該レーザー光を縮小し透過する投影レンズを介して、調整用の加工対象に該レーザー光を照射する調整工程と、
前記フォトマスクの位置を調整するフォトマスク調整機構に、前記調整工程において加工された加工対象の加工結果データを連絡するデータ連絡工程と、
前記フォトマスク調整機構が有する記憶部に前記調整工程における加工条件と前記加工結果を記憶するデータ記憶工程と、
前記データ記憶工程においてフォトマスクの最適設置位置と、光学系における最適パラメータを選定する選定工程と、
前記調整用フォトマスクを加工用フォトマスクに変更し、前記最適設置位置にフォトマスクを設置する設置工程と、
を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７２９０５（Ｐ２０１０−１７２９０５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３１２（Ｐ２００９−１５３１２）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（５０１１６７７２５）エスアイアイ・プリンテック株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（５０１１６７７２５）エスアイアイ・プリンテック株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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