JP3132291B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
の製造方法に関し、特にインク噴射孔の形成法に関する
ものである

【０００２】

【従来の技術】従来、ドロップオンデマンド方式のイン
クジェットヘッドとして、インク吐出エネルギー発生素
子を用いたインクジェットヘッドが提案されている。例
えば、インク吐出エネルギー発生素子としての圧電セラ
ミックスの変形によってインク室の容積を変化させるこ
とにより、その容積減少時にインク室内のインクをイン
ク噴射孔から液滴（インク滴と称する）として噴射し、
容積増大時にインク導入口からインク室内にインクを導
入するようにしたものがある。そして、所定の印字デー
タに従って所定のインク噴射孔からインク滴を噴射させ
ることにより、インクジェットヘッドと対向する紙面上
等に所望の文字，図形等の画像を形成するものである。

【０００３】この種のインクジェットヘッドの一つに、
例えば特開昭６３─２４７０５１号公報に記載されてい
るものがある。また、国際出願公開ＷＯ９１／１７０５
１号公報には、インクジェットヘッドのインク噴射孔を
高集積化するために、複数個のインク噴射孔から成るイ
ンク噴射孔列を２列形成したインクジェットヘッドが記
載されている。

【０００４】特開昭６３─２４７０５１号公報に記載さ
れているインクジェットヘッドを図１４ないし図１７に
基づいて説明する。このインクジェットヘッド１は、図
１４に示すように、圧電セラミックスプレート２とカバ
ープレート３とノズルプレート３１と基板４１とから構
成されている。

【０００５】圧電セラミックスプレート２は、図１６に
矢印５で示す方向に分極処理が施され、薄い円板状のダ
イヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝８
が形成されている。また、その溝８の間には側壁１１が
形成される。溝８は同じ深さであり、かつ平行である
が、圧電セラミックスプレート２の後端面１５に近づく
につれて徐々に浅くなっており、後端面１５付近には浅
溝１６が形成されている。そして、溝８の内面には、そ
の両側面の上半分に金属電極１３がスパッタリング等に
よって形成されている。また、浅溝１６の内面には、そ
の側面及び底面に金属電極９がスパッタリング等によっ
て形成されている。

【０００６】カバープレート３は、ガラス材料、セラミ
ックス材料または樹脂材料等から形成されている。そし
て、カバープレート３には、研削または切削加工等によ
って、インク導入口２１及びマニホールド２２が形成さ
れている。そして、圧電セラミックスプレート２の溝８
加工側の面とカバープレート３のマニホールド２２加工
側の面とがエポキシ系接着剤等によって接着され、ヘッ
ド本体２６が構成される。したがって、ヘッド本体２６
には、溝８の上面が覆われて横方向に互いに間隔を有す
る複数のインク室１２が構成される。そのインク室１２
は長方形断面の細長い形状であり、すべてのインク室１
２には、インクが充填される。

【０００７】そして、圧電セラミックスプレート２の溝
８の加工側に対して反対側の面には、基板４１が、エポ
キシ系接着剤等によって接着されている。その基板４１
には各インク室の位置に対応した位置に導電層パターン
４２が形成されている。その導電層パターン４２と浅溝
１６の底面の金属電極９とは、ワイヤボンディングによ
って導線４３で接続されている。さらに、圧電セラミッ
クスプレート２およびカバープレート３の先端面、すな
わちヘッド本体２６の先端面４に、各インク室１２の位
置に対応した位置にインク噴射孔３２が設けられたノズ
ルプレート３１が接着されている。

【０００８】導電層パターン４２には、図１５に示すよ
うに、ＬＳＩチップ５１が接続されている。このＬＳＩ
チップ５１にはまた、クロックライン５２、データライ
ン５３、電圧ライン５４及びアースライン５５が接続さ
れている。ＬＳＩチップ５１は、クロックライン５２か
ら供給される連続したクロックパルスに基づいて、デー
タライン５３上に現れるデータに応じて、どのインク噴
射孔３２からインク滴の噴射を行うべきかを判断する。
そして、駆動するインク室１２内の金属電極１３に導通
する導電層パターン４２に、電圧ライン５４の電圧Ｖを
印加する。また、駆動するインク室１２以外の金属電極
１３に導通する導電層パターン４２にはアースライン５
５の電圧０Ｖを印加する。

【０００９】このインクジェットヘッド１は次のように
作動する。ＬＳＩチップ５１が、所定のデータに従っ
て、インクジェットヘッド１のインク室１２ｂからイン
クの噴出を行なうと判断すると、金属電極１３ｅと１３
ｆとに正の駆動電圧Ｖが印加され、金属電極１３ｄと１
３ｇとが接地される。すると、図１７に示すように、側
壁１１ｂには矢印１４ｂの方向の駆動電界が発生し、側
壁１１ｃには矢印１４ｃの方向の駆動電界が発生する。
すると、駆動電界方向１４ｂ及び１４ｃは分極方向５と
が直交しているため、側壁１１ｂ及び１１ｃは、圧電厚
みすべり効果により、この場合、インク室１２ｂの内部
方向に急速に変形する。この変形によってインク室１２
ｂの容積が減少してインク圧力が急速に増大し、圧力波
が発生して、インク室１２ｂに連通するインク噴射孔３
２からインク滴が噴射される。また、駆動電圧Ｖの印加
が停止されると、側壁１１ｂ及び１１ｃが変形前の位置
に徐々に戻るためインク室１２ｂ内のインク圧力が徐々
に低下する。すると、インク導入口２１からマニホール
ド２２を通してインク室１２ｂ内にインクが供給され
る。ただし、上記の動作は従来装置の基本動作に過ぎ
ず、製品として具体化される場合には、まず、駆動電圧
をインク室の容積が増大する方向に印加し、インク室１
２ｂにインクを供給した後に、駆動電圧の印加を停止し
て元の状態（図１６参照）に復帰させ、インク滴を噴射
させるなど、種々の形態で動作させられる。

【００１０】さて、この種のインクジェットヘッドのノ
ズルプレート３１の形成方法に関しては、シート状のプ
レートにプレス加工、ドリル加工などにより穴あけ加工
を施す方法のほか、特開昭６１−３２７６１号公報に
は、フィルム状のノズルプレート３１に、高エネルギビ
ーム（例えばエキシマレーザビーム）によりインク噴射
孔３２を形成する方法が開示されている。図１８にその
概略を示す。

【００１１】また、特開平３−２９７６５１号公報に
は、ニッケル電鋳や射出成形によるノズルプレートの形
成方法が開示されている。ここで、ノズルプレートを射
出成形法により成形した従来例を、図１９ないし図２２
を用いて説明する。図２０（ａ）、図２０（ｂ）あるい
は図２２（ａ）、図２２（ｂ）に示す様な金型を用い
て、射出成形法によりノズルプレートを作成すると、図
１９あるいは図２１のような、オリフィス部７２あるい
はオリフィス部８２が貫通した状態のノズルプレート７
１あるいは８１を得ることが出来る。尚、図２０（ｂ）
および図２２（ｂ）は図２０（ａ）および図２２（ａ）
のＡ−Ａ断面を示すものであり、図中、１７０、１８０
は金型コアであり、山部１７３、１８３はノズルプレー
ト７１、８１のテーパ部７３、８３に対応する。そし
て、射出成形時、射出成形材料はゲート１００から導入
され、金型の空間に充填され、ノズルプレートが射出成
形される。

【００１２】また、特開平１−１０８０５６号公報には
エキシマレーザを用い、エキシマレーザビームとノズル
プレートの素材となる板とを相対的に揺動運動させるこ
とにより、テーパ状のノズルを形成する方法が開示され
ている。

【００１３】尚、前記ノズルプレートは、ポリエチレン
テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポ
リエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
エーテルサルホン、ポリカーボネイト等の樹脂材料ある
いはステンレス、ニッケル、アルミニウム、クロムなど
の金属材料によって形成される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−２９７６５１号公報に開示されているニッケル電鋳
による方法では製造コストが高く、大量生産性に劣ると
いう問題があった。

【００１５】また、フィルム状ノズルプレート３１にエ
キシマレーザビームにより穴開け加工すると、図１８に
示すように、インク噴射孔３２内の体積が小さいため、
インク噴射孔３２内にエアーが侵入し、良好なインク噴
射が行えず、印字品質が低下するという問題があった。
また、インク噴射孔３２内の体積を大きくするために
は、シートを厚くする必要があるが、そうすると、レー
ザ加工性が問題となる。

【００１６】一方、射出形成、プレス加工、ドリル加工
による方法ではノズルのインク吐出側にバリが生じ、イ
ンクの吐出方向が曲げられ、印字品質が悪いという問題
があった。例えば、射出成形法においては、ノズル内の
体積を大きくできるが、図１９あるいは図２１に示すよ
うなバリ７５、８５がオリフィス部７２、８２に生じ
る。そして、インク噴射試験を行ったところ、図１９あ
るいは図２１に示す形状のノズルプレート７１、８１の
場合はインク噴射方向が曲げられたり、安定的なインク
吐出が行われなかった。

【００１７】また、特開平１−１０８０５６号公報に開
示されているエキシマレーザビームとノズルプレート素
材とを相対的な揺動運動させる方法においては、テーパ
状のノズルを形成することができるので、インク噴射孔
３２内の体積を大きくすることはできるものの、処理時
間が長く大量生産性に劣るという問題があった。

【００１８】それに対して、特開昭６３−３１７５８号
公報には、インク噴射ノズルとインク室とを共通の圧電
部材により一体成形することが記載されている。このイ
ンクジェッドヘッドにおいては、インク噴射ノズルの内
部に、テーパ部とオリフィス部とを有するインク噴射孔
が形成されている。テーパ部はインク室側からインク噴
射孔の先端側に向かうに従って直径が漸減しており、オ
リフィス部はテーパ部からインク噴射ノズルの先端面に
到るストレートの貫通孔であるが、このオリフィス部を
レーザ加工することが記載されている。

【００１９】このようにテーパ部を有する有底孔の底壁
にレーザ加工により貫通孔を形成すれば、前記テーパ部
とオリフィス部とを同時に射出成形する場合のようにバ
リが生じることがなく、安定したインクの噴射が可能に
なる。しかし、インク噴射ノズルとインク室とを一体成
形することは困難であり、特に前記特開昭６３−２４７
０５１号公報に記載されている形式のインクジェットヘ
ッドにおいては殆ど不可能である。

【００２０】請求項１ないし５の発明は、以上の事情を
背景として、印字品質に優れたインクジェットヘッドを
安価に歩留りよく製造する方法を提供することを課題と
してなされたものである。請求項６の発明は、印字品質
に優れたインクジェットヘッドを安価に製造し得る方法
において生産能率を向上させることを課題としてなされ
たものである。請求項７ないし１０の発明は、印字品質
に優れ、かつ高集積度のインク噴射孔を備えたインクジ
ェットヘッドを安価に製造することを課題としてなされ
たものである。請求項１１の発明は、印字品質に優れた
インクジェットヘッドを安価に製造する方法を提供する
ことを課題としてなされたものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】そして、請求項１の発明
の特徴は、インクが充填される複数のインク室を有する
ヘッド本体と、そのヘッド本体の先端面に接合され、前
記インク室の各々に対応する複数のインク噴射孔を有す
るノズルプレートとを備えたインクジェットヘッドの製
造方法であって、(a) 前記インク室側から離れるに従っ
て断面積が漸減する面積漸減部を有する有底孔であっ
て、インク室側の開口がインク室の有底孔側の開口より
小さいものを複数個設けたノズルプレート素材を射出成
形により成形する工程と、(b) 前記有底孔の底壁をレー
ザ加工により貫通させ、前記インク噴射孔を形成してノ
ズルプレートとする工程と、(c) そのノズルプレートを
前記ヘッド本体の先端面に接合する工程とを含むことに
ある。なお、有底孔の底壁を貫通させる工程は、ノズル
プレートをヘッド本体に接合する工程の前に行っても、
後に行ってもよい。

【００２２】請求項２の発明の特徴は、前記有底孔の前
記インク室側の開口の寸法と前記インク室の有底孔側の
開口の寸法との差である開口寸法差を、前記接合工程に
おける組付公差に基づいて決定することにある。請求項
２の発明に係るインクジェットヘッドの製造方法におい
て、製品の歩留りを向上させるために、開口寸法差は４
μｍ以上とすることが望ましく、８μｍ以上とすること
がさらに望ましく、１２μｍ以上とするとが特に望まし
い。請求項２の発明において、インクジェットヘッドの
歩留りを向上させる観点からは、予想される最大の組付
誤差の発生にもかかわらずインク噴射孔に向いた肩面が
生じないように開口寸法差を決定することが望ましい
が、反面、インク噴射孔内の容積確保，インクの流れの
良好さ等の観点からは、開口寸法差が小さいことが望ま
しい。したがって、組付誤差を小さくし、最大組付誤差
発生時でもインク噴射孔向きの肩面が生じないように開
口寸法差を決定することが理想的であるが、組付誤差を
十分小さくできない場合には、ある程度の比率でインク
噴射孔向きの肩面が生じることを許容して開口面積差を
決定することも止むを得ない。

【００２３】前記レーザ加工は、レーザビームを有底孔
の開口側から照射して行うことが望ましく、エキシマレ
ーザにより行うことが望ましい。また、レーザ加工は、
前記複数個の有底孔の各々に対して個別にレーザビーム
を照射して行うことも、前記ノズルプレート素材の前記
有底孔の少なくとも一部の複数個を含む領域を覆う太さ
のレーザビームを照射することにより行うことも可能で
ある。後者の場合には必ず複数個の有底孔の底壁を一挙
に貫通させるととなるが、前者の場合には、各有底孔に
対する個別のレーザビームの照射を順次行って底壁を１
度に１つずつ貫通させることも、また、複数個の有底孔
に対する照射を同時に行ってそれら複数個の有底孔の底
壁を一挙に貫通させることも可能である。

【００２４】インク噴射孔の高い集積化を図るために、
射出成形によりノズルプレート素材を成形する際に、複
数個の有底孔を２列以上形成することが望ましい。その
場合には、有底孔を形成するための有底孔形成突起を設
けた複数の金型コアを用いて射出成形を行うことが望ま
しく、複数個の金型コアを使用する場合には、各金型コ
アの有底孔形成突起を設けた面の隣接金型コア側の縁に
リブを形成しておくことが望ましい。複数の金型コアを
用いて射出成形を行う場合にはまた、ノズルプレート素
材の、複数の金型の合わせ部に対応する部分にレーザビ
ームを照射することが望ましい。面積漸減部を有する有
底孔を複数個有するノズルプレート素材を射出成形する
ために、金型に、断面が台形で、複数のインク噴射孔の
配列方向に連続した形状の突部を形成するとともに、そ
の突部に、それの連続方向に直角に横切る溝を加工する
ことにより複数の山部を形成し、それら複数の山部によ
って有底孔を形成することが望ましい。

【００２５】

【作用】請求項１記載の発明に従って、面積漸減部を有
する有底孔を備えたノズルプレート素材を射出成形法に
より成形し、その有底孔の底壁をレーザ加工により貫通
させて、面積漸減部とオリフィス部とを含むインク噴射
孔を備えたノズルプレートとすれば、インク噴射孔内の
容積を大きくすることができ、また、従来の製造方法に
よる場合のように、インク噴射孔の先端開口周縁やイン
ク噴射孔内にバリが生じることを回避することができ
る。

【００２６】その上、ヘッド本体のインク室の出口開口
をノズルプレートのインク噴射孔の入口開口より大きく
することによって、ノズルプレートのヘッド本体に対す
る組付誤差の存在にもかかわらず、両者の合わせ部にイ
ンク噴射孔側に向いた肩面が生じる確率を低くし、ある
いは実質的に０にすることができる。

【００２７】前記レーザ加工を請求項３記載の発明に従
って有底孔の開口側から行えば、良好な形状のインク噴
射孔を形成することができる。レーザビームにより有底
孔の底壁を貫通させると、オリフィス部が形成されるの
であるが、このオリフィス部は厳密にはストレートな孔
にはならず、レーザビームの入射側（面積漸減部側）か
ら出射側に向かって断面積が僅かに漸減する孔となる。
また、レーザビームを有底孔の底壁より細いものとすれ
ば、オリフィス部の入口周辺にインク室向きの肩面が形
成されることとなるが、この肩面の内周縁に丸みが付
く。したがって、もしレーザビームを有底孔の開口側と
は反対側、すなわちノズルプレート素材の外側面側から
照射すれば、オリフィス部は出口側に向かって面積が漸
増することとなり、かつ、出口の内周縁に丸みが付くこ
ととなる。このような形状のインク噴射孔からインクを
噴射させるより、上記形状のインク噴射孔から噴射させ
る方が良いことが実験によって確かめられた。

【００２８】レーザ加工を請求項４記載の発明に従って
エキシマレーザによって行えば、有底孔の底壁を良好に
貫通させることができる。例えば、能率良く貫通させる
ことができるとともに、底壁を貫通させた部分に寸法精
度の高いオリフィス部を形成することができるのであ
る。請求項５記載の発明においては、レーザビームの底
壁に対する照射面の大きさおよび形状を選択することに
より、底壁全体を貫通させることも、底壁の一部を底壁
と相似の形状あるいは底壁とは異なる形状で貫通させる
ことも可能である。また、１個ずつの有底孔の底壁を順
次貫通させることも、複数個の有底孔の底壁の各々にレ
ーザビームを同時に照射してそれらの底壁を一挙に貫通
させることも可能である。請求項６の発明においては、
ノズルプレート素材の全有底孔を覆う太さのレーザビー
ムを照射することも、全有底孔の一部である複数個の有
底孔を覆う太さのレーザビームを照射する動作を複数回
繰り返すことも可能である。

【００２９】請求項７記載の発明に従って、ノズルプレ
ートに複数列の有底孔を形成すればインク噴射孔の集積
度の高いインクジェットヘッドを製造することができ、
その場合に、請求項８の発明に従って、有底孔形成突起
を設けた２個以上の金型コアを用いれば、列ごとの有底
孔を互いに半ピッチあるいはそれより小さい量だけずら
せて形成することが容易となって、設備コストを低減さ
せることができる。そして、複数の金型コアを使用する
場合に、請求項９の発明に従って、隣接する金型コアの
境界（合わせ部）にリブを形成しておけば、それらリブ
によりノズルプレート素材の内側面（ヘッド本体と接合
される面）凹部が形成され、その凹部の底面に金型コア
間に生じるバリが生じる。また、請求項１０の発明に従
って、成形されたノズルプレート素材の金型コアの境界
に対応する部分にレーザビームを照射すれば、その部分
に生じたバリを簡単に除去することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、インクジェットヘッドのインク噴射
のための所要エネルギーを低く保ったまま、インク噴射
孔内の容積を大きくすることができ、ノズル内への気泡
の侵入を防止でき、この点から印字品質を改善すること
ができる。また、インク噴射孔内部の形状をインクの流
動抵抗が良好な形状に容易に成形することができ、さら
に、インク噴射孔の出口近傍にバリが生じないので、イ
ンク滴の飛翔方向が曲げられず、この点からも印字品質
を改善することができる。その上、気泡が滞留するイン
クジェットヘッドが生じることによる歩留りの低下を回
避することができる。

【００３１】請求項３の発明によれば、出口に向かって
断面積が減少し、あるいは少なくとも出口に向かって断
面積が増大する部分がないインク噴射孔を形成すること
ができ、インク噴射孔の出口の内周縁に丸みが付くこと
を回避することができる。それによって、インク噴射特
性の良好なインクジェットヘッドが得られる。請求項４
の発明によれば、ノズルプレートの生産能率を向上させ
ることによってインクジェットヘッドの製造コストを低
減させることができる。請求項５の発明によれば、底壁
全体を貫通させることも、底壁の一部を貫通させること
もできる。特に、金型加工の都合で有底孔の底壁が四角
形とされる場合にその底壁の円形部分を貫通させれば、
噴射特性の良好なインクジェットヘッドを得ることがで
きる。また、１個ずつの有底孔の底壁を順次貫通させる
場合には、複数個の底壁を同時に貫通させる場合に比較
してレーザの出力が小さくてよいため、安価な小形レー
ザの使用により設備コストを低減させることができる。
請求項６の発明によれば、複数個の有底孔の底壁全体を
一挙に貫通させることができ、かつ、太いレーザビーム
を個々の有底孔に個別に照射するためのマスクを省略す
ることができる。

【００３２】請求項７の発明によれば、インク噴射孔の
集積度の高いインクジェットヘッドを製造することがで
き、請求項８の発明によれば、金型コアの製作が容易に
なり、設備コストを低減させることができる。請求項９
の発明のよれば、バリがノズルプレートの凹部の底面に
生じるため、ノズルプレートをヘッド本体に組み付ける
場合にバリが邪魔になることがなく、バリ取り作業が不
要になって製造コストの低減を図り得る。請求項１０の
発明によれば、金型コアの境界に生じたバリを容易に除
去することができる。特に、請求項９の発明に従ってノ
ズルプレート素材の内側面に凹部を形成しない場合に
は、バリがノズルプレートのヘッド本体への密着を妨げ
るためにそれの除去が重要になり、殊に実益が大きい。
請求項１１の発明によれば、断面積が漸減する面積漸減
部を有する有底孔を複数個備えたノズルプレート素材を
射出成形するための金型を容易に製造することが可能と
なり、結局、印字品質に優れたインクジェットヘッドを
安価に製造することが可能となる。

【００３３】

【発明の望ましい態様】以下、発明の望ましい実施態様
を列挙するとともに、必要に応じて関連した説明を行
う。 （１）前記有底孔の底壁を貫通させる工程を、レーザビ
ームを有底孔の開口側から底壁の内面に向かって、その
底壁の面積より大きい断面積のレーザビームを照射する
ことによって行うことを特徴とする請求項１〜１１のい
ずれか１つに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
この態様によれば、有底孔の底壁全体が除去される。ま
た、有底孔の面積漸減部の内周面、すなわち傾斜面にレ
ーザビームが照射されても、レーザビームが垂直に照射
されず、エネルギ密度が低いために加工は行われず、イ
ンク噴射孔のオリフィス部の位置および寸法は有底孔の
位置および寸法で決まる。そして、有底孔の位置および
寸法は金型の加工精度により決まり、この加工精度を上
げることは比較的容易であるため、オリフィス部の形成
位置および寸法の精度を容易に向上させることができ
る。

【００３４】（２）前記有底孔の底壁を貫通させる工程
を、その底壁の面積より断面積が小さく断面形状が円形
のレーザビームを照射することによって行うことを特徴
とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のインクジ
ェットヘッドの製造方法。この態様によれば、有底孔の
底壁の中央部を円形に除去することができる。インク噴
射孔の出射側の部分の断面形状としては円形が最も好ま
しいことが確認されているため、この態様によれば噴射
特性の良好なインクジェットヘッドが得られる。なお、
この態様においては、インク噴射孔内にインク室向きの
肩面が形成されることになるが、この肩面はインク室向
きなので気泡の滞留は生じ難い。したがって、この肩面
はさほど大きいものでない限りは噴射特性には影響しな
い。この態様においては、レーザビームを有底孔の開口
側から照射することも、反対側から照射することも可能
である。したがって、ノズルプレートをヘッド本体に接
着した後にレーザ加工を行う場合には、この態様が望ま
しい。ノズルプレートをヘッド本体に接合した後に、有
底孔の開口側からレーザビームを照射しようとすれば、
ヘッド本体の形状をレーザビームの通過を許容する形状
とすることが必要であり、例えば、インク室のノズルプ
レート側とは反対側の端部（前記従来のインクジェット
ヘッド１においては、インク室の高さを漸減させる部分
や浅溝１６を形成している部分）をヘッド本体とは別体
に製造して、後に接合する等の対策が必要になるからで
ある。なお、インク室の高さを漸減させる部分や浅溝１
６を形成している部分をヘッド本体とは別体に製造する
場合には、これらの部分と前記マニホールド２２やイン
ク導入口２１を形成している部分とを一体に製造し、後
にヘッド本体に接合してもよい。

【００３５】（３）前記有底孔の面積漸減部を、幅が一
定で高さが漸減する形状に形成することを特徴とする請
求項１〜１１，態様１，２のいずれか１つに記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。この態様によれば、イン
ク室およびインク噴射孔を小さいピッチで形成しつつイ
ンク噴射孔内の容積を大きくすることが容易となる。な
お、本明細書において、幅および高さは、それぞれ有底
孔（インク噴射孔）の列に平行な方向および直角な方向
を意味し、インクジェットヘッドの使用姿勢を規定する
用語ではない。例えば、インクジェットヘッドは、イン
ク噴射孔の列の方向（幅方向）が上下方向となる姿勢で
使用されることも、インク噴射孔が下向きとなる姿勢で
使用されることもあるのである。

【００３６】（４）前記有底孔の底壁の厚さを３０〜２
００μｍとすることを特徴とする請求項１〜１１，態様
１〜３のいずれか１つに記載のインクジェットヘッドの
製造方法。この態様によれば、ノズルプレート素材の射
出成形の容易さと、レーザビームによる有底孔の底壁除
去の容易さとの両方を享受することができる。底壁をあ
まり薄くすると、有底孔形成突起の頂面と金型キャビテ
ィ面との隙間が狭くなり、成形用材料が充填され難くな
って成形が困難になり、底壁を厚くすれば、成形は容易
になるが、レーザビームによる除去に時間がかかるよう
になるのであるが、上記範囲とすればこれらの両方をバ
ランスよく回避することができるのである。

【００３７】（５）前記有底孔の開口の高さを幅より大
きくするとともに、前記ノズルプレートの前記ヘッド本
体への接合時に、両者の高さ方向の位置決めは、ノズル
プレートとヘッド本体との一方に設けた位置決め突起を
他方に係合させることにより行い、幅方向の位置決めは
両者の相対位置の検出とその検出結果に基づく位置補正
とによって行うことを特徴とする請求項１〜１１，態様
１〜４のいずれか１つに記載のインクジェットヘッドの
製造方法。この態様によれば、ノズルプレートとヘッド
本体との相対位置の検出とその検出結果に基づく位置補
正とを高さ方向について行う必要がなくなり、両者の接
合が容易となる。

【００３８】（６）前記有底孔をそれの全体が面積漸減
部となるように前記ノズルプレート素材の射出成形を行
うことを特徴とする請求項１〜１１，態様１〜５のいず
れか１つに記載のインクジェットヘッドの製造方法。こ
の態様によれば、射出成形時におけるノズルプレート素
材の有底孔形成突起からの離脱が容易である上、インク
ジェットヘッド使用時におけるインク噴射孔内のインク
の流れを良好にすることができる。しかし、有底孔を面
積漸減部と面積不変部との両方を含むものとすることも
可能である。面積不変部を形成する場合には、それを面
積漸減部より底壁側に形成することも、開口側に形成す
ることも、両側に形成することも可能である。

【００３９】（７）前記有底孔の面積漸減部を、有底孔
の底面に向かうに従って面積の減少率が小さくなる形状
に形成することを特徴とする請求項１〜１１，態様１〜
６のいずれか１つに記載のインクジェットヘッドの製造
方法。この態様によれば、インク噴射孔内におけるイン
クの流れを良好にすることができる。面積漸減部を面積
が直線的に減少するテーパ状とする場合には、面積漸減
部とオリフィス部（あるいは有底孔の面積不変部）とを
連続して形成すると両者の境界に角部が生じてインクの
流れの妨げになるが、本態様によれば、この角部の発生
を抑制することができ、有底孔の底壁近傍において面積
減少率が０になるようにすれば、角部が全く生じないよ
うにすることができるのである。

【００４０】

【発明の補足的説明】なお、付言すれば、請求項６に記
載の特徴は次の態様で実施することも可能である。 （８）インクが充填される複数のインク室と、それらイ
ンク室の先端開口を閉塞する端壁に前記複数のインク室
の各々に対応して形成された複数のインク噴射孔とを有
するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記端
壁に、その端壁の前記インク室側の内側面から反対側の
外側面に向かうに従って断面積が漸減する面積漸減部を
備えた有底孔を、前記複数のインク室に対応して形成す
る工程と、前記複数の有底孔の少なくとも一部の複数個
の底壁に、レーザビームを同時に照射してそれら底壁を
貫通するオリフィス部を形成する工程とを含むことを特
徴とするインクジェットヘッドの製造方法。この発明の
実施に当たっては、生産能率向上の観点からは有底孔の
すべてにレーザビームを同時に照射することが望ましい
が、使用するレーザの能力等によっては、有底孔を複数
のグループに分け、各グループごとに同時にレーザビー
ムを照射することも可能である。上記端壁はインク室を
形成する部分と当初から一体に形成しても、別体に形成
した後に接合して一体化してもよい。

【００４１】また、請求項１に記載の特徴は次の態様で
実施することも可能である。 （９）インクが充填される複数のインク室を有するヘッ
ド本体と、そのヘッド本体の先端面に接合され、前記イ
ンク室の各々に対応する複数のインク噴射孔を有するノ
ズルプレートとを備えたインクジェットヘッドの製造方
法であって、前記インク噴射孔の前記インク室側の開口
を前記インク室のインク噴射孔側の開口より小さくする
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

【００４２】さらに付言すれば、請求項１および態様９
の発明は、それぞれインクジェットヘッド自体の発明と
して捉えることも可能であり、その場合の構成要件は例
えば次のようになる。 （１０）インクが充填される複数のインク室と、それら
インク室の一端面に接合され、インク室の各々に対応す
る複数のインク噴射孔を有するノズルプレートとを備え
たインクジェットヘッドであって、前記インク噴射孔
が、前記ノズルプレートの前記インク室側の内側面から
反対側の外側面に向かうに従って断面積が漸減する面積
漸減部と、一端がその面積漸減部に連通する一方他端が
前記外側面に開口するオリフィス部とを含み、かつ、前
記面積漸減部が前記ノズルプレートの素材の射出成形時
に、その面積漸減部のインク室側の開口が前記インク室
の面積漸減部側の開口より小さくなるように形成され、
前記オリフィス部がレーザ加工によって形成されたこと
を特徴とするインクジェットヘッド。 （１１）インクが充填される複数のインク室と、それら
インク室の一端面に接合され、インク室の各々に対応す
る複数のインク噴射孔を有するノズルプレートとを備え
たインクジェットヘッドであって、前記インク噴射孔の
前記インク室側の開口の寸法が前記インク室の前記イン
ク噴射孔側の開口の寸法より小さいことを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。

【００４３】

【実施例】本発明の実施例である製造方法によって製造
されるインクジェットヘッドを図１に示す。なお、前記
従来のインクジェットヘッドと同一部位、および均等部
位には同一符号を付け、その説明を省略する。本インク
ジェットヘッド１は、圧電セラミックスプレート２と、
２枚のカバープレート３と、ノズルプレート６１と、２
枚の基板４１とを備えている。

【００４４】圧電セラミックスプレート２は分極処理が
施され、上下両面に薄い円板状のダイヤモンドブレード
等による切削加工によって、複数の溝８が形成され、各
溝８の間に残った部分が側壁１１を構成している。ま
た、溝８は、圧電セラミックスプレート２の上面側と下
面側とで１／２ピッチだけずれている。各溝８の深さは
４８５μｍ、幅は８５μｍであり、側壁１１の厚さは８
５μｍである。圧電セラミックスプレート２のこれ以外
の構成、ならびにカバープレート３および基板４１の構
成は前記従来のインクジェットヘッド１と実質的に同じ
である。

【００４５】圧電セラミックスプレート２とカバープレ
ート３とはエポキシ系接着剤により図２に示すように接
着されてヘッド本体２６を構成している。そのヘッド本
体２６の先端面にノズルプレート６１が同じくエポキシ
系接着剤により接着されており、ノズルプレート６１の
前記インク室１２の各々に対応する位置にはインク噴射
孔６４が形成されている。インク噴射孔６４は、テーパ
部６３とオリフィス部６２とを備えている。テーパ部６
３は、幅は一定であるが、高さがインク室１２側からオ
リフィス部６２側に向かって直線的に減少しており、イ
ンク室１２から遠ざかるにつれて断面積が直線的に減少
している。テーパ部６３が面積漸減部となっているので
ある。

【００４６】オリフィス部６２の内のり寸法は、幅も高
さも６０μｍである。テーパ部６３は、オリフィス部６
２側の開口の内のり寸法はオリフィス部６２と同じであ
るが、インク室１２側の開口の寸法は、幅が６０μｍ、
高さが４００μｍである。インク室１２の幅および高さ
は前述のようにそれぞれ８５μｍ、４８５μｍであるか
ら、インク噴射孔６４のインク室側の開口（以下、イン
ク噴射孔入口と略称する）は、インク室１２のインク噴
射孔側の開口（以下、インク室出口と略称する）に比較
して、幅で２５μｍ、高さで８５μｍ小さくされている
ことになる。

【００４７】ノズルプレート６１には、図１のＹ方向の
位置決めのための一対の位置決め突起６７が設けられて
いる。また、ノズルプレート６１の圧電セラミックスプ
レート２側の中央部には、インク噴射孔６４の列方向に
延びる溝状の凹部６５が形成されている。

【００４８】本インクジェットヘッド１の製造方法の特
徴は、ノズルプレート６１の製造方法と組付方法とにあ
る。まず、ノズルプレート６１の製造方法について説明
する。ノズルプレート６１は、射出成形とレーザ加工と
によって製造される。射出成形工程は、テーパ部６３と
なるべき有底孔６８を有し、オリフィス部６２を有しな
いノズルプレート素材をポリフェニレンサルファイドで
成形する工程である。この射出成形に使用される金型の
概略を図３（ａ），（ｂ）に示す。図３において、有底
孔形成突起として山部１０３は有底孔６８を形成するた
めのものであり、厚さ（山部１０３が並んでいる方向の
寸法）は一定であるが、幅（山部１０３が並んでいる方
向に直角な方向の寸法）が裾から頂上に向かうに従って
直線的に減少し、正面形状が台形を成している。

【００４９】射出成形時には、射出成形材料はゲート１
００から導入され、金型キャビティに充填される。これ
によって、インク噴射孔６４のテーパ部６３となるべき
有底孔６８が２列形成されたノズルプレート素材５０が
射出成形される。なお、型板１０６と各山部１０３との
間に薄肉部６６が形成され、この薄肉部６６が有底孔６
８の底壁を構成することになる。

【００５０】上記金型の一構成要素である金型コア１１
０，１１１を図４に示す。これら金型コア１１０，１１
１に形成される山部１０３の位置は、インク噴射孔６４
のピッチの１／２だけ互いにオフセットしている。その
ため、これら２列の山部１０３を備えた金型コアを一体
で製造することは困難である。山部１０３は、金型コア
素材に、切削加工，研削加工，ワイヤカッティング等に
より、断面形状が台形であって複数の山部１０３が連続
した長手形状の突部を形成し、その突部にそれを直角に
横切る多数の溝を加工することによって形成するのであ
るが、この溝は薄い円板状のダイヤモンドブレード等に
よる切削によって形成するのであり、１／２ピッチずれ
た２列の山部１０３を備えた金型コアを製作する場合、
ダイヤモンドブレードが一方の突部に溝を形成する際に
他方の突部と干渉するため、溝の形成ができないのであ
る。そこで、金型コア１１０，１１１を別個に製作し、
射出成形時にはこれら金型コア１１０，１１１を一体的
に組み合わせて使用できるようにされているのである。

【００５１】金型コア１１０，１１１には、山部１０３
が形成された面の、両金型コア１１０，１１１の合わせ
面側の縁に沿って長手形状の突部であるリブ１０５がそ
れぞれ形成され、これらリブ１０５は前記ノズルプレー
ト６１の凹部６５に対応する寸法とされている。これら
金型コア１１０，１１１を使用してノズルプレート６１
を成形すれば、リブ１０５間の隙間に射出成形材料が侵
入してバリが発生するが、このバリはノズルプレート６
１の凹部６５の底面に形成されるため、ノズルプレート
６１を圧電セラミックスプレート２およびカバープレー
ト３の先端面４に接着する際の邪魔にはならない。凹部
６５はバリが接着の邪魔になることを回避するための逃
がし溝なのである。

【００５２】ノズルプレート６１の素材の射出成形の次
には、エキシマレーザにより薄肉部６６にレーザビーム
を照射して薄肉部６６を除去し、オリフィス部６２を形
成する。このレーザ加工は、ノズルプレート６１をヘッ
ド本体２６の先端面４に接着した後に行うことも可能で
ある。しかしながら、本実施例においては、レーザビー
ム照射の都合上、接着前にレーザ加工が行われる。何故
ならば、後述するように、レーザビームは有底孔６８側
から照射するのであるため、ノズルプレート６１をヘッ
ド本体２６に接着した後には、ヘッド本体２６が邪魔に
なってレーザビームの照射が不可能であるからである。

【００５３】図５（ａ）に示すように、ノズルプレート
素材５０の有底孔６８が形成された側から、エキシマレ
ーザによってすべての有底孔６８を覆い得る太さのレー
ザビームを照射する。すると、各薄肉部６６の全体が除
去され、有底孔６８が図５（ｂ）に示すように貫通孔と
なり、薄肉部６６の存在していた部分にオリフィス部６
２が形成され、有底孔６８がテーパ部６３となって、ノ
ズルプレート６１が得られる。なお、有底孔６８の傾斜
した内周面にはレーザビーム９１が垂直には照射されな
いため、単位面積当たりのエネルギが薄肉部６６に比較
して低くなり、加工されない。また、レーザビーム９１
の焦点が薄肉部６６の高さに合わせてあるため、圧電セ
ラミックスプレート２およびカバープレート３と接着さ
れる面も加工されない。ノズルプレート素材５０および
エキシマレーザがそのように設計されているのである。

【００５４】しかし、現実には、レーザビームの焦点の
ばらつきやレーザ出力の大きさ等の関係で、上記加工さ
れないはずの部分が加工されてしまうこともあり得る。
そのために、ノズルプレート素材５０の内側面のレーザ
ビームの照射された部分とされない部分との間に段差が
生じ、ノズルプレート６１をヘッド本体２６に接着する
際に両者が密着しない場合には、レーザビーム９１をノ
ズルプレート素材５０のヘッド本体２６に密着する内側
面以上の断面積を有するものとすればよい。このように
すれば、ノズルプレート素材５０の内側面全体が同様に
加工され、段差が生じないのである。ノズルプレート素
材５０の薄肉部６６以外の部分も加工される場合には、
凹部６５の底面に生じたバリも除去される。このバリは
前述のようにノズルプレート６１のヘッド本体２６への
密着を妨げないため、実用上は残っても差し支えないの
であるが、薄肉部６６の除去と同時に除去されるのであ
ればその方がよい。また、バリが除去されるのであれ
ば、バリが邪魔になってノズルプレート６１とヘッド本
体２６との間に隙間が生じる恐れがなくなるので、凹部
６５の形成を省略することも可能であり、金型コア１１
０，１１１の加工が容易になるとともに、凹部６５の形
成によりノズルプレート素材５０が反る恐れがなくなっ
て好都合である。

【００５５】薄肉部６６の除去は、図６（ａ）に示すよ
うに、オリフィス部６２の断面形状と相似形の開口を有
するマスクを通過したレーザビーム９２をすべての有底
孔６８に同時に照射することによって行うことも可能で
ある。この際、レーザビーム９２の太さを有底孔６８の
底面（薄肉部６６）より若干太くすれば、薄肉部６６全
体が除去される。

【００５６】以上のような穴開け法によれば、オリフィ
ス部６２の断面形状と相似形の開口を有するマスクを通
過したレーザビームと、各薄肉部６６との相対位置を正
確に合わせる必要がなく、インク噴射孔６４の出口部と
なるオリフィス部６２の位置精度が、加工精度を高める
ことが容易な金型コア１１０，１１１の精度で保証され
る。

【００５７】しかし、この場合には、オリフィス部６２
の出射側（出口）の形状が方形になる。出口が方形であ
ってもインク噴射は支障なく行われるが、インク噴射孔
の出口の形状は円形が好ましいとされている。したがっ
て、上記穴開け法に代えて、断面形状が円形で有底穴６
８の底面より細いレーザビーム９２を照射し、図６
（ｂ）に示すようなノズルプレート６１を製造してもよ
い。この場合には、テーパ部６３とオリフィス部６２と
の境界に肩面が生じるが、この肩面はインク室１２向き
なので、後述するように気泡の滞留が生じ難く、小さけ
ればインクの噴射に支障はない。また、有底孔６８の開
口側からレーザビーム９２を照射する場合には、この肩
面の内周縁が多少加工されて丸みが付くため、インクの
流れが良好となる。一方、薄肉部６６の貫通によって形
成されるオリフィス部６２は厳密にはストレートな孔に
ならず、出口側に向かって断面積が僅かに漸減する孔と
なる。そして、出口の内周縁には丸みが生じない。

【００５８】この形状のオリフィス部６２を備えたイン
ク噴射孔からはインクの噴射が特に良好に行われること
が実験によって確認されている。すなわち、６０μｍ×
６０μｍの正方形の薄肉部６６の中央部に断面形状が円
形で直径５０μｍのオリフィス部６２を形成したノズル
プレート６１と、比較のために反対側、すなわちノズル
プレート素材５０の有底孔６８が形成されていない側の
面から直径５０μｍのオリフィス部６２を形成したノズ
ルプレートとを試作して、インク噴射試験を行ったとこ
ろ、前者の方が良好にインクの噴射が行われることが確
認されたのである。

【００５９】出口側に向かって断面積が漸減するととも
に、出口の内周縁には丸みを有しないオリフィス部６２
を備えたインク噴射孔６４からインクが噴射される場合
には、インク滴のノズルプレート６１からの離れがよ
く、インク噴射孔６４から真っ直ぐに飛翔する。また、
インク噴射後にインク室１２内に負圧が生じた際、イン
ク噴射孔６４の出口から気泡が侵入し難く、万一侵入し
た場合にはインクにより押し出され易い。それに対し
て、比較例においては、オリフィス部６２が出口側に向
かって断面積が漸増するとともに、出口の内周縁には丸
みを有する孔となり、この場合には、インク滴の後端部
がオリフィス部６２の出口の丸みに沿って広がり、イン
ク噴射孔６４から真っ直ぐに飛翔し難くなる。また、出
口から気泡が侵入し易く、一端侵入した気泡が排出され
難いのである。

【００６０】ただし、レーザビーム９２の太さを有底孔
６８の底面より細くする場合には、レーザビーム９２の
照射位置の精度によってインク噴射孔６４の出口の位置
精度が決まるため、有底孔６８の開口あるいはノズルプ
レート素材５０の内側面あるいは外側面に設けた位置決
め専用のマークをＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像し、
開口やマークの位置を検出してその検出結果に基づいて
レーザビーム９２とノズルプレート素材５０との相対位
置決めを行うことが望ましい。位置決め専用のマークを
位置決め突起（ノズルプレート素材５０の内側面に形成
する場合はヘッド本体２６から外れた位置に形成する
か、ヘッド本体２６の対応する位置に位置決め突起の嵌
入を許す凹部を形成することが必要），位置決め孔等と
すればノズルプレート素材５０の成形時に成形可能であ
り、好都合である。また、ノズルプレート素材５０の材
料とは異なる色，反射率等光学的特性を有する平面マー
クとすることも可能である。

【００６１】なお、本実施例のように、有底孔６８の底
面より細いレーザビーム９２を照射して薄肉部６６の中
央部を貫通させる場合に、もし、レーザビーム９２と有
底孔６８との相対位置誤差によりレーザビーム９２の一
部が有底孔６８の傾斜した内周面にかかれば、薄肉部６
６の照射面が小さくなり、形成されるオリフィス部６２
の断面積が正規の値より小さくなる。また、オリフィス
部６２の断面形状も正規の形状から外れる。オリフィス
部６２の断面形状が円形である場合には、円の一部が欠
けて非対称形になってしまうのである。このような事態
が生じれば、インク滴の寸法が正規の値より小さくな
り、かつ、噴射方向も乱れる（インク噴射孔６４の軸方
向に真っ直ぐ噴射されなくなる）ため、所期のドットが
形成されない。したがって、レーザビーム９２は全体が
薄肉部６６に照射されるようにすべきであるが、レーザ
ビーム９２と有底孔６８との相対位置誤差を全くなくす
ことはできない。そのため、有底孔６８の底面より細い
レーザビーム９２を照射する場合にはこのレーザビーム
９２は有底孔６８の底面より、レーザビーム９２と有底
孔６８との相対位置公差分だけ細くすることが望まし
い。

【００６２】一方、レーザビーム９２を有底孔６８の底
面より細くすれば、前述のようにテーパ部６３とオリフ
ィス部６２との境界に肩面が生じる。この肩面はインク
室１２向きなので、後述するように気泡が滞留し難いの
であるが、それでもあまり大きければ、テーパ部６３が
インク噴射孔６４の一部として機能しなくなり、前記特
開昭６１−３２７６１号公報に記載のように、フィルム
状のノズルプレートにインク噴射孔を形成する場合と同
様に気泡が侵入し、滞留し易くなる問題が生じる。した
がって、内部に滞留する気泡のうち噴射に影響する気泡
の直径が３０〜４０μｍ程度であることを考慮し、テー
パ部６３とオリフィス部６２との境界に生じる肩面の最
大部における寸法を２０μｍ以下とすることが望まし
く、１５μｍ以下とすることがさらに望ましい。

【００６３】前記レーザビーム９１の太さを、複数の有
底孔６８を覆うがすべての有底孔６８は覆わない太さと
し、覆われる範囲の有底孔６８の薄肉部６６を除去し、
その後、レーザビーム９１とノズルプレート素材５０と
を相対移動させて再び別の複数の有底孔６８の薄肉部６
６を除去するという作動を必要回数繰り返して、ノズル
プレート素材５０をノズルプレート６１にすることも可
能である。レーザビーム９２に関しても同様に、複数個
ずつの有底孔６８を同時に貫通させる動作を繰り返すこ
とも可能である。これらいずれの場合にも、レーザビー
ムをバリにも照射してそれを除去することが可能であ
る。

【００６４】さらに、レーザビーム９１を１個の有底孔
６８のみを覆う太さとし、あるいはマスクを１本のレー
ザビーム９２のみの通過を許容するものとして、１個ず
つの有底孔６８を順次貫通させることも可能である。こ
の場合には、レーザビーム９１，９２の焦点をノズルプ
レート素材５０の内側面にも合わせ得るようにし、その
レーザビーム９１，９２を金型コア１１０，１１１の合
わせ部に生じたバリに照射しつつバリに沿って移動さ
せ、バリを確実に除去することができるまで照射を繰り
返せばよい。

【００６５】以上のようにして製造したノズルプレート
６１をヘッド本体２６の先端面４にエポキシ樹脂等の接
着剤で接着すればインクジェットヘッド１が得られる
が、インク室出口の開口寸法がインク噴射孔入口のそれ
と等しい場合には、接着工程において位置ずれが生じる
と、図７に示すように、両者の合わせ部に段差が生じ、
この段差部にインク噴射孔６４から侵入した気泡が滞留
し易い。この段差によって生じる肩面が、肩面６９ａの
ようにインク室１２側を向いている場合には、矢印７０
ａで示すインクの流れに伴って気泡Ａが排出され易いた
め問題はないが、肩面６９ｂのようにインク噴射孔６４
に向いている場合には、気泡Ｂが矢印７０ｂで示すイン
クの流れに伴って排出され難い。

【００６６】そして、気泡が滞留すれば、インク室１２
の容積増減に伴って気泡が収縮，膨張を繰り返し、イン
クジェットヘッド１がインクを正常に噴射し得なくな
る。そこで、インク噴射孔６４の出口側から吸引する等
により、インク室１２およびインク噴射孔６４内にイン
クの流れを生じさせ、その流れと共に気泡を排除する回
復作業が行われるのであるが、この場合にもインク噴射
孔６４に向いている肩面６９ｂの近傍に滞留している気
泡Ｂは排出され難い。それどころか、肩面６９ｂの下流
側に生じる渦によって気泡Ｂの滞留が助けられる。

【００６７】そのため、従来は、インク室１２とインク
噴射孔６４との境に一定限度以上の段差が生じたインク
ジェットヘッド１は、出荷前の噴射テストに合格せず、
不良品として排除され、歩留りが悪化してコスト上昇の
一因となっていた。それに対して、本実施例において
は、前述のようにインク室出口の開口寸法がインク噴射
孔入口のそれより大きくされているため、両者の合わせ
部に相当のずれが生じても肩面はインク室１２に向いて
形成され、インク噴射孔６４に向いた肩面が形成される
ことはない。

【００６８】前述のように、インク室出口の幅はインク
噴射孔入口の幅より２５μｍ大きくされているのみであ
るため、幅方向、すなわち図１のＸ方向において正規の
位置から±１２．５μｍより大きい組付誤差が生じれ
ば、インク噴射孔６４に向いた肩面が形成されてしま
う。そこで、本実施例においては、ノズルプレート６１
の圧電セラミックスプレート２への接着時には、ＣＣＤ
カメラを使用してインク室出口とインク噴射孔入口との
撮像を行うなどにより、両者の相対位置誤差を検出し、
相対位置誤差が許容範囲内になるように相対位置の補正
をロボットにより行った上で接着が行われる。

【００６９】それに対して、インク室出口の高さはイン
ク吐出孔入口の高さより８５μｍ大きくされているた
め、高さ方向、すなわち図１のＹ方向において正規の位
置から±４２．５μｍのずれが生じなければインク噴射
孔６４に向いた肩面が形成されることはない。そこで、
高さ方向に関しては、前記一対の位置決め突起６７によ
る相対位置決めが行われる。一対の位置決め突起６７間
の間隔が、圧電セラミックスプレート２と２枚のカバー
プレート３との厚さの和より僅かに大きいのみとされて
おり、両面にカバープレート３が接着された圧電セラミ
ックスプレート２、すなわちヘッド本体２６が一対の位
置決め突起６７間に嵌入させられることによって、圧電
セラミックスプレート２とノズルプレート６１との相対
位置決めが行われるようになっているのである。

【００７０】インク噴射孔６４に向いた肩面が形成され
ないようにするためには、インク室出口の開口寸法とイ
ンク噴射孔入口の開口寸法との差を大きくすることが望
ましいのであるが、開口寸法差を大きくすれば、インク
噴射孔６４のテーパ部６３の開き角が小さくなり、断面
積が小さくなって気泡が侵入し易くなる。また、インク
室１２に向いた肩面であってもインクの流れの妨げには
なるため、小さい方がよい。したがって、これらの観点
からはインク室出口とインク噴射孔入口との開口寸法差
は小さくすることが望ましい。

【００７１】所要開口寸法差の大きさは、圧電セラミッ
クスプレート２とノズルプレート６１とを接着する際の
組付公差の大きさによって決まる。そこで、前述のよう
にＣＣＤカメラを使用して両者の相対位置決めを行いつ
つ接着を行った場合の組付誤差を測定した。なお、この
試験においてはインク室の幅方向のみではなく、高さ方
向についてもＣＣＤカメラによる位置決めを行った。イ
ンク噴射孔出口の幅が８５μｍ、高さが４８５μｍであ
るノズルプレート６１を７０個製作し、インク室出口の
幅が８５μｍ、高さが４８５μｍであるヘッド本体２６
に、ＣＣＤカメラによる位置決めを行いつつ接着し、７
０個のインクジェットヘッド１を製作した。

【００７２】これらインクジェットヘッド１を１個ずつ
スケール付Ｘ−Ｙ移動テーブル上に載置し、光学顕微鏡
によりインク室出口とインク噴射孔入口との幅方向およ
び高さ方向における最大ずれ量を組付誤差として測定し
た。測定結果を図８に示す。この図においては、最大ず
れ量が、それが幅方向に生じた場合も高さ方向に生じた
場合も区別しないで一緒に示されており、図中の符号
は、最大ずれ量が幅方向に生じた場合は正が右、負が左
を示し、高さ方向に生じた場合は正が上、負が下を示
す。図８からノズルプレート６１の圧電セラミッスプレ
ート２に対する組付誤差は±６μｍ以内であることが判
る。換言すれば、インク室出口の開口寸法をインク噴射
孔入口のそれより１２μｍ大きくしておけば、ノズルプ
レート６１の組付誤差によってインク噴射孔６４に向い
た肩面が生じることはないのである。

【００７３】このことを判り易くグラフにしたのが図９
である。すなわち、図８の最大ずれ量分布に基づいて、
横軸に開口寸法差を、縦軸に歩留りを取って両者の関係
を示したのである。図９から明らかなように、歩留り８
０％を望むのであれば開口寸法差を４μｍ以上とすべき
であり、９０％以上ならば８μｍ以上、１００％ならば
１２μｍ以上とすべきである。

【００７４】この結果を確認するために、幅８５μｍ，
高さ４８５μｍのインク室出口を有するヘッド本体２６
と、幅７０μｍ、高さ４７０μｍのインク噴射孔入口を
有するノズルプレート６１とを５０個ずつ製作した。す
なわち、図１０に示す開口寸法差Ｈ−ｈを１５μｍとし
たのであり、これらヘッド本体２６とノズルプレート６
１とをＣＣＤカメラで位置決めしつつ接着してインクジ
ェットヘッド１を製作し、インク噴射テストを行った。
その結果、歩留りは９８％であった。１００％にならな
かったの他のプロセスに原因があると推測される。これ
に対し、比較例として開口寸法差Ｈ−ｈが２μｍのイン
クジェットヘッド１について同様に歩留りを調べたが、
その結果は５６％であり、開口寸法差が歩留りに大きな
影響を与えることが確かめられた。

【００７５】なお付言すれば、上記試験においては、ノ
ズルプレート６１とヘッド本体２６との位置決めをＣＣ
Ｄカメラを使用して高精度で行ったため、組付誤差の一
種としての最大ずれ量が±６μｍで済み、開口寸法差の
望ましい範囲が、前記の通り４μｍ以上，８μｍ以上，
１２μｍ以上となるのであるが、ＣＣＤカメラによる位
置決めより精度の悪い位置決め方法を採用する場合に
は、望ましい開口寸法差の範囲がもっと大きくなる。し
かし、いずれの場合も組付精度を測定し、その測定精度
と所望の歩留りとに基づいて適正な開口寸法差の範囲を
決定することができる。

【００７６】本発明の製造方法により製造された別のイ
ンクジェットヘッド１を図１１，図１２に示す。このイ
ンクジェットヘッド１においても、上記実施例と同様
に、圧電セラミックスプレート２とセラミックス製のカ
バープレート３とがエポキシ系接着剤により接着される
ことにより、溝８の上面が覆われて横方向に互いに間隔
を有する複数のインク室１２が形成されている。そし
て、圧電セラミックスプレート２とカバープレート３と
がエポキシ系接着剤で接着されて成るヘッド本体２６の
先端面４にノズルプレート６１が接着されることにより
インクジェットヘッド１が形成されている。ノズルプレ
ート６１の各インク室１２の位置に対応する位置にはイ
ンク噴射孔６４が１列設けられており、両端部には一対
の位置決め突起６７が設けられている。ノズルプレート
６１に形成されているインク噴射孔６４はテーパ部６３
及びオリフィス部６２から成っている。

【００７７】ノズルプレート６１は、テーパ部６３を有
し、オリフィス部６２を有しないノズルプレート素材５
０を、樹脂材料であるポリフェニレンサルファイドで射
出成形した後、オリフィス部６２をエキシマレーザによ
り穴開け加工して製造される。このようにして製造され
たインクジェットヘッド１のノズルプレート６１は図１
２に示すように、インク噴射孔６４内の体積が大きくで
きるとともに、オリフィス部６２にバリが生じない。

【００７８】そして、本実施例の製造方法と従来の製造
方法との比較のために、インクジェットヘッドによるイ
ンク噴射試験を行ったところ、従来の製造方法により射
出成形時に貫通したオリフィス部７２あるいはオリフィ
ス部８２を形成した図１９あるいは図２１に示す形状の
ノズルプレート７１，８１の場合は、インク噴射方向が
曲げられたり、安定的なインク噴射が行われなかった
が、本実施例方法で製造した図１２に示す形状のノズル
プレート６１の場合は、バリ７５，バリ８５がないの
で、インク噴射方向が曲げられることなく、インク噴射
が良好に行われ、良好な印字品質を示した。

【００７９】また、図１８に示すようなフィルム状のシ
ートにエキシマレーザによりインク噴射孔３２を形成し
たノズルプレート３１を備えたインクジェットヘッドに
よるインク噴射試験も行ったが、インク噴射孔３２内の
体積が小さいため、頻繁にノズル内にエアーが侵入し、
インク噴射が不良となった。それに対して、図１２に示
す形状のノズルプレート６１を用いた場合は、エアーに
侵入がなく、良好なインク噴射が行われた。

【００８０】なお、オリフィス部６２の長さは、流体力
学上、短い方がインク噴射の点では好ましいが、射出成
形性の点では流動抵抗が大きくなるので、好ましくな
い。両者の特性を鑑みてオリフィス部６２の長さは３０
μｍ〜２００μｍが好適である。また、本実施例におい
ては、図１１から明らかなように、位置決め突起６７が
ノズルプレート６１の左右端に設けられて、左右方向
（インク噴射孔６４の列に並行な方向）の位置決めを行
うようにされているが、図１に示した前記実施例と同様
にノズルプレート６１の上下端に設けて、上下方向（イ
ンク噴射孔６４の列に直角な方向）の位置決めを行うよ
うにしてもよい。

【００８１】本発明の他の実施例によって製造されたイ
ンクジェットヘッドを図１３に示す。このインクジェッ
トヘッド１はノズルプレート６１に形成されたインク噴
射孔１２４の形状に特徴を有している。インク噴射孔１
２４がオリフィス部１２２と面積漸減部とを有すること
は前記実施例と同様であり、オリフィス部１２２がエキ
シマレーザにより貫通させたものであることは同じであ
るが、面積漸減部の形状が異なっているのである。前記
実施例においては、金型コア１１０の山部１０３の幅が
裾から頂上に向かうに従って直線的に減少し、正面形状
が台形を成していたのに対し、本実施例においては山部
の幅の減少率が裾から頂上に向かうに従って漸減し、正
面形状が逆朝顔形にされている。そのため、インク噴射
孔１２４の面積漸減部が、先端に向かって高さの減少率
が漸減する逆朝顔形部１２３となっている。この逆朝顔
形部１２３により、上記実施例のテーパ部６３よりもさ
らにインクの流動が良好となる。この様な形状のインク
噴射孔１２４は、従来技術で述べたような、エキシマレ
ーザを用い、レーザビームとノズルプレート素材とを相
対的な揺動運動させる方法で製造することは困難である
が、本発明の方法によれば容易に大量生産することがで
きる。

【００８２】以上説明した方法で製造し、組み付けるノ
ズルプレート６１の材料としては、ポリフェニレンサル
ファイドのほか、液晶ポリマー、ポリアセタール、ポリ
フェニルサルホン、ポリフタルアミド、ポリフェニレン
オキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルイミド、ポリ
エーテルサルホン、ポリカーボネートなどの樹脂材料を
用いることができる。

【００８３】また、セラミックス粉末、あるいは金属粉
末の射出成形技術を用いてノズルプレート６１を製造す
ることもできる。例えば、セラミックス粉末、あるいは
金属粉末を樹脂材料などのバインダーと混練し、金型に
射出成形し、射出成形体を得た後、脱脂処理し樹脂材料
を射出成形体より除去し、脱脂体を得る。さらに、脱脂
体を焼結炉に挿入して焼結処理を行う。この焼結処理に
より脱脂体は収縮し、金型寸法よりも約１０〜３０％程
度小さくなる。そのため、金型側の有底孔寸法およびピ
ッチは製品よりも収縮分を見込んで大きくしておく必要
がある。焼結処理の後、エキシマレーザによりオリフィ
ス部７２を貫通させる。セラミックス粉末および金属粉
末は、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化
珪素、ステンレスなどを用いることができる。

【００８４】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、その主旨を逸脱しない範囲での変形は可
能である。例えば、図１２および図１３の実施例におい
ては、ヘッド本体２６のインク室出口開口とノズルプレ
ートのインク噴射孔入口開口とが同じ大きさにされてい
たが、図１０に示すように前者を後者より大きくするこ
とも可能であり、それによってインクジェットヘッドの
歩留り向上を図ることができる。

【００８５】また、上記実施例においては、インク噴射
孔６４、１２４は、面積漸減部としてそれぞれテーパ部
６３，逆朝顔形部１２３を有していたが、これらの寸
法，開き角，内のり寸法減少率等は、気泡の侵入が防止
できる範囲で任意に選定可能であり、また、これら以外
の形状とすることも可能である。さらに、面積漸減部に
おいては高さが漸減させられていたが、それと共にある
いはそれに代えて幅を漸減させることも可能である。オ
リフィス部や面積漸減部の断面形状も上記実施例におけ
る正方形や矩形等の四角形に限定されず、円形，楕円形
等他の断面形状の採用も可能である。有底孔形成突起の
断面形状を、例えば裾の部分では矩形とし、頂部では円
形とするというように徐々に変化させ、有底孔の断面形
状を徐変させることも可能である。このような有底孔形
成突起は、例えば、前述の機械加工によって山部１０３
を形成した後、レーザ加工等によって矩形の角部の丸み
を頂部側ほど大きくする等によって製作することができ
る。インク噴射孔６４，１２４を３列以上形成すること
も可能である。

【００８６】上記実施例においては、ノズルプレート６
１とヘッド本体２６との接合が接着剤を用いた接着によ
り行われたが、ノズルプレート６１とヘッド本体２６と
の一方に他方の嵌合を許容する嵌合穴を形成し、機械的
な圧入や温度差を利用した締まり嵌めしたり、あるいは
ビス等の締結具を用いて固定する等、他の接合手段を採
用することも可能である。また、有底孔の底壁を貫通さ
せるためにエキシマレーザが使用されたが、他のレー
ザ、例えばＹＡＧレーザの波長を４分の１にしたもの等
の使用も可能である。

【００８７】また、本発明におけるノズルプレートの製
造工程，組付工程は、ピエゾ素子を用いたタイプや、い
わゆるバブルジェットタイプ等の様々なインクジェット
ヘッドの製造に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例方法により製造されるインク
ジェットヘッドの構成の概略を示す分解斜視図である。

【図２】上記インクジェットヘッドの先端部を示す断面
図である。

【図３】上記インクジェットヘッドのノズルプレートを
成形するための射出成形金型を示す断面図である。

【図４】上記射出成形金型の一構成要素である金型コア
を示す斜視図である。

【図５】上記射出成形金型により成形されたノズルプレ
ート素材に対するレーザ加工を説明するための断面図で
ある。

【図６】上記レーザ加工とは別のレーザ加工を説明する
ための断面図である。

【図７】ノズルプレートのヘッド本体に対する組付誤差
によってインク噴射異常が発生する理由を説明するため
の断面図である。

【図８】ノズルプレートのヘッド本体に対する組付誤差
を測定した結果を示すグラフである。

【図９】ノズルプレートのインク噴射孔入口とヘッド本
体のインク室出口との開口寸法差とインクジェットヘッ
ドの歩留りとの関係を示すグラフである。

【図１０】上記開口寸法差を示す断面図である。

【図１１】本発明の別の実施例方法により製造されるイ
ンクジェットヘッドを示す分解斜視図である。

【図１２】図１１のインクジェットヘッドの先端部の断
面図である。

【図１３】本発明のさらに別の実施例方法により製造さ
れるインクジェットヘッドの先端部の断面図である。

【図１４】従来のインクジェットヘッドを示す分解斜視
図である。

【図１５】従来のインクジェットヘッドの制御部を示す
概念図である。

【図１６】従来のインクジェットヘッドの断面図であ
る。

【図１７】従来のインクジェットヘッドの作動状態を示
す説明図である。

【図１８】従来の別のインクジェットヘッドを示す断面
図である。

【図１９】従来のインクジェットヘッドにおける不都合
を説明するための断面図である。

【図２０】図１９のインクジェットヘッドのノズルプレ
ートを成形するための射出成形金型を示す断面図であ
る。

【図２１】従来のインクジェットヘッドにおける別の不
都合を説明するための断面図である。

【図２２】図２１のインクジェットヘッドのノズルプレ
ートを成形するための射出成形金型を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２ 圧電セラミックスプレート ３ カバープレート １２ インク室 ２６ ヘッド本体 ６１ ノズルプレート ６２ オリフィス部 ６３ テーパ部 ６４ インク噴射孔 ６５ 凹部 ６６ 薄肉部 ６７ 位置決め突起 ６８ 有底孔 ９１，９２ レーザビーム １０３ 山部 １０５ リブ １１０，１１１ 金型コア １２２ オリフィス部 １２３ 逆朝顔形部 １２４ インク噴射孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/135 B41J 2/16

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが充填される複数のインク室を有
   するヘッド本体と、そのヘッド本体の先端面に接合さ
   れ、前記インク室の各々に対応する複数のインク噴射孔
   を有するノズルプレートとを備えたインクジェットヘッ
   ドの製造方法であって、 前記インク室側から離れるに従って断面積が漸減する面
   積漸減部を有する有底孔であって、インク室側の開口が
   インク室の有底孔側の開口より小さいものを複数個設け
   たノズルプレート素材を射出成形により成形する工程
   と、 前記有底孔の底壁をレーザ加工により貫通させ、前記イ
   ンク噴射孔を形成してノズルプレートとする工程と、 そのノズルプレートまたは前記ノズルプレート素材を前
   記ヘッド本体の先端面に接合する工程とを含むことを特
   徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記有底孔の前記インク室側の開口の寸
   法と前記インク室の有底孔側の開口の寸法との差である
   開口寸法差を、前記接合工程における組付公差に基づい
   て決定することを特徴とする請求項１記載のインクジェ
   ットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記レーザ加工を、レーザビームを有底
   孔の開口側から照射して行うことを特徴とする請求項１
   または２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記レーザ加工をエキシマレーザにより
   行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ
   に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記レーザ加工を、前記複数個の有底孔
   の各々に対して個別にレーザビームを照射することによ
   り行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
   つに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 インクが充填される複数のインク室を有
   するヘッド本体と、 そのヘッド本体の先端面に接合さ
   れ、前記インク室の各々に対応する複数のインク噴射孔
   を有するノズルプレートとを備えたインクジェットヘッ
   ドの製造方法であって、 前記インク室側から離れるに従って断面積が漸減する面
   積漸減部を有する有底孔を複数個設けたノズルプレート
   素材を射出成形により成形する工程と、 前記 ノズルプレート素材の前記有底孔の少なくとも一部
   の複数個を含む領域を覆う太さのレーザビームをノズル
   プレート素材に照射することにより、それら複数個の有
   底孔の底壁を一挙に貫通させ、前記インク噴射孔を形成
   してノズルプレートとする工程と、 そのノズルプレートまたは前記ノズルプレート素材を前
   記ヘッド本体の先端面に接合する工程と を含むことを特
   徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 インクが充填される複数のインク室を有
   するヘッド本体と、そのヘッド本体の先端面に接合さ
   れ、前記インク室の各々に対応する複数のインク噴射孔
   を有するノズルプレートとを備えたインクジェットヘッ
   ドの製造方法であって、 前記インク室側から離れるに従って断面積が漸減する面
   積漸減部を有する有底孔を複数個、２列以上に形成した
   ノズルプレート素材を射出成形により成形する工程と、 前記有底孔の底壁をレーザ加工により貫通させ、前記イ
   ンク噴射孔を形成してノズルプレートとする工程と、 そのノズルプレートまたは前記ノズルプレート素材を前
   記ヘッド本体の先端面に接合する工程とを含むことを特
   徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記ノズルプレート素材を、前記有底孔
   を形成するための複数の有底孔形成突起をそれぞれ設け
   た２個以上の金型コアを含む金型による射出成形によっ
   て成形することを特徴とする請求項７記載のインクジェ
   ットヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記金型コアの前記有底孔形成突起を設
   けた面の、隣接する金型コア同士の合わせ面との交線に
   沿った部分にリブを形成し、これらリブにより前記ノズ
   ルプレート素材の内側面に凹部を形成することを特徴と
   する請求項８記載のインクジェットヘッドの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記ノズルプレート素材の、前記金型
    コアの合わせ部に対応する部分にレーザビームを照射し
    て、前記合わせ部により形成されたバリを除去すること
    を特徴とする請求項８または９記載のインクジェットヘ
    ッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 インクが充填される複数のインク室を
    有するヘッド本体と、そのヘッド本体の先端面に接合さ
    れ、前記インク室の各々に対応し、かつそれらインク室
    側から離れるに従って断面積が漸減する複数のインク噴
    射孔を有するノズルプレートとを備えたインクジェット
    ヘッドの製造方法であって、 金型に、断面が台形で、前記複数のインク噴射孔の配列
    方向に連続した形状の突部を形成するとともに、その突
    部に、それの連続方向に直角に横切る溝を加工すること
    により複数の山部を形成する工程と、 前記金型を用いてノズルプレート素材を射出成形により
    成形する工程であって、前記複数の山部によって、前記
    インク室側から離れるに従って断面積が漸減する面積漸
    減部を有する有底孔を複数個形成する工程と、 前記有底孔の底壁をレーザ加工により貫通させ、前記イ
    ンク噴射孔を形成してノズルプレートとする工程と、 そのノズルプレートまたは前記ノズルプレート素材を前
    記ヘッド本体の先端面に接合する工程と を含むことを特
    徴とするインクジェットヘッドの製造方法。