噴墨記錄頭的墨吐出口的製造方法及噴墨記錄頭的製作方法
2023-10-05 09:23:59
專利名稱：噴墨記錄頭的墨吐出口的製造方法及噴墨記錄頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及墨滴噴出並附著在記錄媒體上的噴墨記錄頭的墨吐出口製造方法、及具有由該製造方法製造的墨吐出口的噴墨記錄頭。
另外，作為其它方法有稱為電鑄法的方法，其中，實施在導電性基板上對非導電材料構圖，然後用電鍍生長金屬厚膜，把在非導電材料部分上形成的空穴部分用作墨吐出口的方法；或者在薄厚金屬板上用穴形的衝模機械拉拔形成墨吐出口的方法；或者在具有墨吐出口壓力產生源的IC晶片上，在積層步驟中塗敷形成墨吐出口的感光性負性光刻膠，通過曝光顯影形成墨吐出口的方法等等。
另一方面，作為墨吐出方法，通過使墨吐出口穴的內部對液體墨有親水性，從墨吐出側的穴邊緣到周邊都對液體墨有憎水性，在墨吐出側的表面上通過液體表面張力形成墨液界面，用機械變位元件或熱發泡元件向液體墨施加壓力，把噴墨部內部儲存的液體墨擠出的方法，噴出墨液滴。
但是，在任何一種墨吐出口的加工方法中，從墨吐出面到內部形成的墨吐出口的壁面非常光滑地形成，以表面粗糙度為標準偏差為0.2微米以下的凹凸狀態加工形成。由此，墨吐出口壁面的流動阻力小，從墨的流動性上看是好的，但是，作為噴墨記錄頭的墨吐出特性，最近產生了以下的問題。
(1)為了使記錄速度加快而提高墨吐出頻率時，如果不壓制由於墨液滴吐出後形成的表面張力而伸張的墨液面的衰減振動即彎液面振動，後面就不能穩定地吐出墨液滴，由此墨吐出頻率受限制，墨吐出頻率決定於該彎液面振動的壓制時間，墨的流動阻力小時彎液面振動的壓制時間會更長。
(2)墨吐出後的彎液面振動是由於從墨緩衝部即墨液室補充被吐出的墨佔的體積而產生的，墨的流動阻力小時，由於補充時的流體的移性慣性力，發生噴出過多，墨吐出面中墨液面的噴出量即彎液面振動的振幅增加。
(3)與墨吐出口壁面的墨的接觸面積小時，墨吐出時墨從墨吐出口壁面部分地剝落，空間會進入墨噴嘴內部，以氣泡的形式進入記錄頭內部，從而用來從噴墨部內部擠出儲存的墨的機械變位元件或熱發泡元件產生的壓力被混入的氣泡部分地吸收，不能得到足夠的墨吐出力。
(4)與墨吐出口壁面的墨的接觸面積小時，由於墨與墨吐出口壁面的親水接觸，引力減小，從墨緩衝部即墨液室補充被吐出的墨佔的體積供給力弱，墨的補充速度低。
如上所述，如果墨吐出口壁面的流動阻力小，提高墨吐出頻率以提高記錄速度時，會產生上述的問題。而且，還有如上所述的那些與墨吐出口有關的危害。
因此，本發明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在於提供一種噴墨記錄頭的墨吐出口製造方法，以及具有由該製造方法製造的墨吐出口的噴墨記錄頭，可以提高墨液滴的吐出頻率，提高記錄速度，可以防止因混入空氣產生氣泡導致的不能獲得足夠的墨吐出力的危害。
根據本發明，可以實現可以提高墨液滴的吐出頻率，提高記錄速度，可以防止因混入空氣產生氣泡導致的不能獲得足夠的墨吐出力的危害的、噴墨記錄頭的墨吐出口製造方法，以及具有由該製造方法製造的墨吐出口的噴墨記錄頭。
實施發明的具體方式根據上述結構可以提高墨液滴的吐出頻率，提高記錄速度，而且可以解決因混入空氣產生氣泡導致的不能獲得足夠的墨吐出力的問題。
另外，在此使用的上述雷射，特徵在於是在《下一代光技術大成》(平成4年(株)Optronics社發行，第一部「要素技術」，「超短光脈衝的產生與壓縮」，第24-31頁)等中記載的任何一種毫微微秒(即飛秒)雷射。如果用這種毫微微秒雷射，由於單位時間的能量密度很大，雷射的照射時間非常短，在雷射作為熱能擴散到被加工物內之前，可以結束升華燒蝕加工工藝，所以因為加工形狀不會產生熔融導致的變形，可以進行高精度的加工。
如果這樣，由於大大增加單位時間的能量密度，雷射的照射時間非常短，在雷射作為熱能擴散到被加工物內之前，可以結束升華燒蝕加工工藝，另外，常用的可買到的雷射振蕩器中有脈衝發射時間為150毫微微秒以下，每個脈衝的光能量為800毫焦耳以上的情況。即，發射雷射的能量密度達到每振蕩脈衝約5.3千兆瓦的水平的情況。
如果利用上述特性，由於即使是熱傳導率高的金屬、陶瓷、礦物(矽等)也可以集中能量，發生多光子吸收過程，容易加工。即使是光吸收率低的玻璃或石英和光學晶體，只要有0.1-1％左右的吸收率，就可以加工。
如上所述，高輸出型毫微微秒雷射器是高輸出的以1皮秒以下的脈衝發射時間發射雷射的雷射振蕩系統。採用這樣的系統的燒蝕加工不受材料的限制的微細加工方法，是非常有效的。實施例
下面，基於
本發明的實施例。
首先，用圖1說明本實施例的噴墨記錄頭的墨吐出口壁面的形狀的概要。
圖1所示是如下製成的墨吐出口。即，向由非晶態氮化矽構成的有孔板照射以約200毫微微秒發射的雷射振蕩器發出的在圖1上下方向的線偏振光狀態的雷射，在光路中配置向上述雷射附加相位差1/4π的橢圓偏振光的電磁波相位差的相位差元件，把上述偏振光變換成橢圓率2∶1的橢圓偏振光，把由此得到的雷射藉助於具有圓形開口的光掩模的光學系統，以約100太(即兆兆或萬億)瓦/cm2的能量密度照射而製成墨吐出口。作為詳細的設定參數，雷射照射的數值孔徑(NA)是0.6，聚焦點是有孔板的加工側表面，加工穴的直徑是￠20微米，雷射的照射能量為60微焦/脈衝，雷射波長為775納米，脈衝照射的重複頻率為1000Hz，照射3000個脈衝，有孔板的厚度為20微米。
在有孔板101的厚度方向形成的墨吐出口的壁面形成為凹凸狀態，表面粗糙度的標準偏差值為約0.3微米，在大致墨吐出方向即墨流動方向的壁面上凹凸的周期的平均值為約1.3微米，在與墨吐出方向垂直的墨吐出口斷面的外周方向上凹凸的周期的平均值為約2.5微米。
由於用在1皮秒(即微微或百萬分之一秒)以下的脈衝發射時間內空間上時間上能量密度很大的雷射脈衝進行的燒蝕加工，如上所述，是時間極短的蝕刻加工，幾乎不會引起熱能的傳播，所以以被加工物不會全部熔融的方式進行升華蝕刻。由此，加工表面上容易產生微裂紋，結果就產生了圖1所示的墨吐出口壁面的表面狀態。
由此，與墨的接觸面積增大，墨與墨吐出口壁面的親水接觸導致的單位面積的引力增大，墨的流動阻力也增加。
另外，控制表面狀態時，通過用相位差元件變換可以調整控制雷射的偏振狀態。
另外，由於在照射雷射的方向進行蝕刻，在蝕刻進行方向上被加工物有破碎的傾向，微裂紋易於在與蝕刻方向垂直的方向上產生，即，易於在與墨吐出方向垂直的方向上產生微裂紋，所以墨吐出口的壁面的表面粗糙度形成為比在與大致墨吐出方向即墨流動方向垂直的墨吐出口斷面的外周方向的凹凸的標準偏差值大。認為這是由於在墨吐出方向上易於捕獲(保持)墨，在墨吐出方向上的墨流動阻力特別大地增加的效果。
下面，用圖2說明上面的有孔板101的墨吐出口的加工形成方法。
圖2是用於加工形成上述墨吐出口的雷射加工裝置的光學示意圖。
從圖中未示出的短脈衝振蕩雷射主體沿圖2中的大箭頭方向發射的雷射束200導入變焦光束壓縮器110，變換成具有預定光束直徑，然後由相位差元件112變換成偏振狀態，之後導入掩模照明透鏡111形成具有預定收縮角的雷射光束，照明圖3中的光掩模114的掩模圖形部分115的一部分。此時，變焦光束壓縮器110的壓縮比和掩模照明透鏡111的焦距確定最終加工被加工物的有效NA(數值孔徑)。該NA決定被加工物的斜角。如果反過來說，就是根據被加工物的加工形狀決定或調整變焦光束壓縮器110的壓縮比和掩模照明透鏡111的焦距。
另一方面，通過圖3所示的光掩模114的掩模圖形115的雷射，藉助於投影透鏡113被聚焦投射到被加工物即噴墨記錄頭3的有孔板101的表面上，藉助於雷射振蕩加工墨吐出口。另外，與加工進行同時地，包含光掩模114和被加工物即有孔板101的噴墨記錄頭本體3藉助於圖中未示出的機械臺，同時以預定速度沿預定光軸的垂直方向即圖2中的細實線箭頭方向或細虛線箭頭方向共同往復移動，由此加工掩模圖形115的整體。
下面，在圖4A-4C中展示具有上述墨吐出口的噴墨記錄頭。圖4A-4C中，33是基板，在該基板上設置用來吐出墨的電氣熱變換元件或電氣機械變換元件等的墨吐出壓力產生元件34。該墨吐出壓力產生元件34配置在連通吐出口100的墨流路31內，每個流路31與共用液室32連通。該共用液室32與墨供給管(圖中未示出)連接，從墨罐通過墨供給管供給墨。
另外，35是具有用來形成墨流路31和共用液室32的凹部的頂板，其與基板33接合形成墨流路31，共用液室32。而且，在基板33和頂板35的接合體的墨流路端部側設置具有墨吐出口100的有孔板101。
這樣的噴墨記錄頭可以如下所述地製成。
首先，在矽基板上構圖形成墨吐出壓產生用的發熱電阻元件即加熱器34、和未示出的移位寄存器等的集成電路、電氣布線，製成基板33，同時形成墨流路31、和作為墨液室32的凹部和未圖示的墨供給口，製成頂板3。
即，以使墨吐出側端面和墨流路31和加熱器34的排列一致的方式使基板33和頂板35對準接合以後，把尚處於未形成噴嘴的狀態的有孔板101固定在接合的頂板和某板的墨吐出側端面上。
並且，在該狀態下用上述的雷射加工方法構圖投射預定數目的光脈衝形成噴嘴，然後把圖中未示出的加熱器驅動用的端子與構圖後的電氣基板結合起來，同時，把鋁製的基板與基板33結合起來，組裝成噴墨記錄頭。
這樣製成的噴墨記錄頭可以藉助於相位差元件112變換照射到有孔板101上的雷射的偏振狀態，可以進行控制墨吐出口壁面的表面粗糙度的量的加工，可以把墨液滴的吐出頻率提高到預定的特性，不會發生由此導致的隨記錄速度上升混入空氣而捕獲氣泡導致的不吐出問題，可以進行可靠性優良，記錄速度提高的高速印刷。
權利要求
1.一種噴墨記錄頭的墨吐出口的製造方法，該噴墨記錄頭具有用來吐出附著在記錄媒體上的墨液滴的墨吐出口、用來存儲向上述墨吐出口供給的墨的液室、連通上述墨吐出口和上述液室的墨流路、在上述墨流路的一部分上設置的產生用來吐出墨的能量的能量產生元件、以及用來從外部向上述液室供給墨的墨供給口，該製造方法特徵在於上述墨吐出口加工形成為，從其墨吐出面到內部形成的壁面的表面狀態為表面粗糙度的標準偏差值為0.3微米以上、1微米以下的凹凸。
2.如權利要求1所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口的壁面的表面粗糙度中，在大致墨吐出方向即墨流動方向上比在與該墨吐出方向垂直的墨吐出口斷面的外周方向上的凹凸的標準偏差值大。
3.如權利要求1所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口的壁面的表面狀態為，在大致墨吐出方向即墨流動方向上凹凸的周期的平均值為2微米以下。
4.如權利要求1所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口的壁面的表面狀態為，在與墨吐出方向垂直的墨吐出口斷面的外周方向上凹凸的周期的平均值為5微米以下。
5.如權利要求1所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口是以預定能量密度、預定圖形、預定數值孔徑(NA)、預定聚焦點照射雷射加工形成的，上述雷射是從以1皮秒以下的脈衝發射時間連續發射空間的時間的能量密度大的雷射脈衝的雷射振蕩器發出的。
6.如權利要求5所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於若形成上述墨吐出口的材料對照射雷射波長的吸收率為a，對用來形成上述墨吐出口的有孔板投影而加工圖形的光學系統的被加工物側的數值孔徑(NA)為n，每單位面積的照射到被加工物即形成墨吐出口的材料上的雷射的每單位脈衝時間的能量為E(J/cm2/脈衝)，雷射的振蕩脈衝時間寬度為t(秒)，則上述照射的雷射的能量密度滿足條件式(a×n×E)/t＞13×106(W/cm2)。
7.如權利要求5所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述以1皮秒以下的脈衝發射時間輸出雷射的雷射振蕩器是具有光傳播的空間壓縮裝置的雷射振蕩器。
8.如權利要求7所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述光傳播的空間壓縮裝置由生成線性調頻脈衝的單元和利用光波長分散特性的垂直方式同步單元構成。
9.一種噴墨記錄頭的墨吐出口的製造方法，該噴墨記錄頭中墨與壓力發生源接觸而被賦予壓能量，從而把壓力傳遞到墨吐出口，噴出墨液滴附著在記錄媒體上，該製造方法特徵在於上述墨吐出口是以預定能量密度、預定圖形、預定數值孔徑(NA)、預定聚焦點照射雷射加工形成的，上述雷射是從以1皮秒以下的脈衝發射時間連續發射空間上時間上能量密度大的雷射脈衝的雷射振蕩器發出的；且在照射的雷射的偏振狀態的雷射的光路上，配置向電磁波附加預定相位差的相位差元件。
10.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於從其墨吐出面到內部形成的墨吐出口的壁面的表面狀態為，表面粗糙度的標準偏差值為0.3微米以上、1微米以下的凹凸。
11.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口的壁面的表面粗糙度中，在大致墨吐出方向即墨流動方向上比在與該墨吐出方向垂直的墨吐出口斷面的外周方向上的凹凸的標準偏差值大。
12.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口的壁面的表面狀態為，在大致墨吐出方向即墨流動方向上凹凸的周期的平均值為2微米以下。
13.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述墨吐出口的壁面的表面狀態為，在與墨吐出方向垂直的墨吐出口斷面的外周方向上凹凸的周期的平均值為5微米以下。
14.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於若形成上述墨吐出口的材料對照射雷射波長的吸收率為a，對用來形成上述墨吐出口的有孔板投影而加工圖形的光學系統的被加工物側的數值孔徑(NA)為n，每單位面積的照射到被加工物即形成墨吐出口的材料上的雷射的每單位脈衝時間的能量為E(J/cm2/脈衝)，雷射的振蕩脈衝時間寬度為t(秒)，則上述照射的雷射的能量密度滿足條件式(a×n×E)/t＞13×106(W/cm2)。
15.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述以1皮秒以下的脈衝發射時間輸出雷射的雷射振蕩器是具有光傳播的空間壓縮裝置的雷射振蕩器。
16.如權利要求9所述的墨吐出口的製造方法，其特徵在於上述光傳播的空間壓縮裝置由生成線性調頻脈衝的單元和利用光波長分散特性的垂直方式同步單元構成。
17.一種噴墨記錄頭，具有用來吐出附著在記錄媒體上的墨液滴的墨吐出口、用來存儲向上述墨吐出口供給的墨的液室、連通上述墨吐出口和上述液室的墨流路、在上述墨流路的一部分上設置的產生用來吐出墨的能量的能量產生元件、以及用來從外部向上述液室供給墨的墨供給口，其特徵在於上述噴墨記錄頭的墨吐出口是由如權利要求1-8中任一項所述的墨吐出口製造方法製造的。
全文摘要
提供一種墨吐出口製造方法和具有該墨吐出口的噴墨記錄頭。該噴墨記錄頭具有用來吐出附著在記錄媒體上的墨液滴的墨吐出口、用來存儲向上述墨吐出口供給的墨的液室、連通上述墨吐出口和上述液室的墨流路、在上述墨流路的一部分上設置的產生用來吐出墨的能量的能量產生元件、以及用來從外部向上述液室供給墨的墨供給口。上述墨吐出口加工形成為，從其墨吐出面到內部形成的壁面的表面狀態為表面粗糙度的標準偏差值為0.3～1微米的凹凸。
文檔編號B23K26/073GK1393341SQ0212485
公開日2003年1月29日 申請日期2002年6月21日 優先權日2001年6月22日
發明者小出純, 須釜定之, 森雅生 申請人:佳能株式會社