专利名称：喷墨记录头的墨吐出口的制造方法及喷墨记录头的制作方法
技术领域：
本发明涉及墨滴喷出并附着在记录媒体上的喷墨记录头的墨吐出口制造方法、及具有由该制造方法制造的墨吐出口的喷墨记录头。
另外，作为其它方法有称为电铸法的方法，其中，实施在导电性基板上对非导电材料构图，然后用电镀生长金属厚膜，把在非导电材料部分上形成的空穴部分用作墨吐出口的方法；或者在薄厚金属板上用穴形的冲模机械拉拔形成墨吐出口的方法；或者在具有墨吐出口压力产生源的IC芯片上，在积层步骤中涂敷形成墨吐出口的感光性负性光刻胶，通过曝光显影形成墨吐出口的方法等等。
另一方面，作为墨吐出方法，通过使墨吐出口穴的内部对液体墨有亲水性，从墨吐出侧的穴边缘到周边都对液体墨有憎水性，在墨吐出侧的表面上通过液体表面张力形成墨液界面，用机械变位元件或热发泡元件向液体墨施加压力，把喷墨部内部储存的液体墨挤出的方法，喷出墨液滴。
但是，在任何一种墨吐出口的加工方法中，从墨吐出面到内部形成的墨吐出口的壁面非常光滑地形成，以表面粗糙度为标准偏差为0.2微米以下的凹凸状态加工形成。由此，墨吐出口壁面的流动阻力小，从墨的流动性上看是好的，但是，作为喷墨记录头的墨吐出特性，最近产生了以下的问题。
(1)为了使记录速度加快而提高墨吐出频率时，如果不压制由于墨液滴吐出后形成的表面张力而伸张的墨液面的衰减振动即弯液面振动，后面就不能稳定地吐出墨液滴，由此墨吐出频率受限制，墨吐出频率决定于该弯液面振动的压制时间，墨的流动阻力小时弯液面振动的压制时间会更长。
(2)墨吐出后的弯液面振动是由于从墨缓冲部即墨液室补充被吐出的墨占的体积而产生的，墨的流动阻力小时，由于补充时的流体的移性惯性力，发生喷出过多，墨吐出面中墨液面的喷出量即弯液面振动的振幅增加。
(3)与墨吐出口壁面的墨的接触面积小时，墨吐出时墨从墨吐出口壁面部分地剥落，空间会进入墨喷嘴内部，以气泡的形式进入记录头内部，从而用来从喷墨部内部挤出储存的墨的机械变位元件或热发泡元件产生的压力被混入的气泡部分地吸收，不能得到足够的墨吐出力。
(4)与墨吐出口壁面的墨的接触面积小时，由于墨与墨吐出口壁面的亲水接触，引力减小，从墨缓冲部即墨液室补充被吐出的墨占的体积供给力弱，墨的补充速度低。
如上所述，如果墨吐出口壁面的流动阻力小，提高墨吐出频率以提高记录速度时，会产生上述的问题。而且，还有如上所述的那些与墨吐出口有关的危害。
因此，本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种喷墨记录头的墨吐出口制造方法，以及具有由该制造方法制造的墨吐出口的喷墨记录头，可以提高墨液滴的吐出频率，提高记录速度，可以防止因混入空气产生气泡导致的不能获得足够的墨吐出力的危害。
根据本发明，可以实现可以提高墨液滴的吐出频率，提高记录速度，可以防止因混入空气产生气泡导致的不能获得足够的墨吐出力的危害的、喷墨记录头的墨吐出口制造方法，以及具有由该制造方法制造的墨吐出口的喷墨记录头。
实施发明的具体方式根据上述结构可以提高墨液滴的吐出频率，提高记录速度，而且可以解决因混入空气产生气泡导致的不能获得足够的墨吐出力的问题。
另外，在此使用的上述激光，特征在于是在《下一代光技术大成》(平成4年(株)Optronics社发行，第一部“要素技术”，“超短光脉冲的产生与压缩”，第24-31页)等中记载的任何一种毫微微秒(即飞秒)激光。如果用这种毫微微秒激光，由于单位时间的能量密度很大，激光的照射时间非常短，在激光作为热能扩散到被加工物内之前，可以结束升华烧蚀加工工艺，所以因为加工形状不会产生熔融导致的变形，可以进行高精度的加工。
如果这样，由于大大增加单位时间的能量密度，激光的照射时间非常短，在激光作为热能扩散到被加工物内之前，可以结束升华烧蚀加工工艺，另外，常用的可买到的激光振荡器中有脉冲发射时间为150毫微微秒以下，每个脉冲的光能量为800毫焦耳以上的情况。即，发射激光的能量密度达到每振荡脉冲约5.3千兆瓦的水平的情况。
如果利用上述特性，由于即使是热传导率高的金属、陶瓷、矿物(硅等)也可以集中能量，发生多光子吸收过程，容易加工。即使是光吸收率低的玻璃或石英和光学晶体，只要有0.1-1％左右的吸收率，就可以加工。
如上所述，高输出型毫微微秒激光器是高输出的以1皮秒以下的脉冲发射时间发射激光的激光振荡系统。采用这样的系统的烧蚀加工不受材料的限制的微细加工方法，是非常有效的。<实施例>
下面，基于
本发明的实施例。
首先，用图1说明本实施例的喷墨记录头的墨吐出口壁面的形状的概要。
图1所示是如下制成的墨吐出口。即，向由非晶态氮化硅构成的有孔板照射以约200毫微微秒发射的激光振荡器发出的在图1上下方向的线偏振光状态的激光，在光路中配置向上述激光附加相位差1/4π的椭圆偏振光的电磁波相位差的相位差元件，把上述偏振光变换成椭圆率2∶1的椭圆偏振光，把由此得到的激光借助于具有圆形开口的光掩模的光学系统，以约100太(即兆兆或万亿)瓦/cm2的能量密度照射而制成墨吐出口。作为详细的设定参数，激光照射的数值孔径(NA)是0.6，聚焦点是有孔板的加工侧表面，加工穴的直径是￠20微米，激光的照射能量为60微焦/脉冲，激光波长为775纳米，脉冲照射的重复频率为1000Hz，照射3000个脉冲，有孔板的厚度为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为凹凸状态，表面粗糙度的标准偏差值为约0.3微米，在大致墨吐出方向即墨流动方向的壁面上凹凸的周期的平均值为约1.3微米，在与墨吐出方向垂直的墨吐出口断面的外周方向上凹凸的周期的平均值为约2.5微米。
由于用在1皮秒(即微微或百万分之一秒)以下的脉冲发射时间内空间上时间上能量密度很大的激光脉冲进行的烧蚀加工，如上所述，是时间极短的蚀刻加工，几乎不会引起热能的传播，所以以被加工物不会全部熔融的方式进行升华蚀刻。由此，加工表面上容易产生微裂纹，结果就产生了图1所示的墨吐出口壁面的表面状态。
由此，与墨的接触面积增大，墨与墨吐出口壁面的亲水接触导致的单位面积的引力增大，墨的流动阻力也增加。
另外，控制表面状态时，通过用相位差元件变换可以调整控制激光的偏振状态。
另外，由于在照射激光的方向进行蚀刻，在蚀刻进行方向上被加工物有破碎的倾向，微裂纹易于在与蚀刻方向垂直的方向上产生，即，易于在与墨吐出方向垂直的方向上产生微裂纹，所以墨吐出口的壁面的表面粗糙度形成为比在与大致墨吐出方向即墨流动方向垂直的墨吐出口断面的外周方向的凹凸的标准偏差值大。认为这是由于在墨吐出方向上易于捕获(保持)墨，在墨吐出方向上的墨流动阻力特别大地增加的效果。
下面，用图2说明上面的有孔板101的墨吐出口的加工形成方法。
图2是用于加工形成上述墨吐出口的激光加工装置的光学示意图。
从图中未示出的短脉冲振荡激光主体沿图2中的大箭头方向发射的激光束200导入变焦光束压缩器110，变换成具有预定光束直径，然后由相位差元件112变换成偏振状态，之后导入掩模照明透镜111形成具有预定收缩角的激光光束，照明图3中的光掩模114的掩模图形部分115的一部分。此时，变焦光束压缩器110的压缩比和掩模照明透镜111的焦距确定最终加工被加工物的有效NA(数值孔径)。该NA决定被加工物的斜角。如果反过来说，就是根据被加工物的加工形状决定或调整变焦光束压缩器110的压缩比和掩模照明透镜111的焦距。
另一方面，通过图3所示的光掩模114的掩模图形115的激光，借助于投影透镜113被聚焦投射到被加工物即喷墨记录头3的有孔板101的表面上，借助于激光振荡加工墨吐出口。另外，与加工进行同时地，包含光掩模114和被加工物即有孔板101的喷墨记录头本体3借助于图中未示出的机械台，同时以预定速度沿预定光轴的垂直方向即图2中的细实线箭头方向或细虚线箭头方向共同往复移动，由此加工掩模图形115的整体。
下面，在图4A-4C中展示具有上述墨吐出口的喷墨记录头。图4A-4C中，33是基板，在该基板上设置用来吐出墨的电气热变换元件或电气机械变换元件等的墨吐出压力产生元件34。该墨吐出压力产生元件34配置在连通吐出口100的墨流路31内，每个流路31与共用液室32连通。该共用液室32与墨供给管(图中未示出)连接，从墨罐通过墨供给管供给墨。
另外，35是具有用来形成墨流路31和共用液室32的凹部的顶板，其与基板33接合形成墨流路31，共用液室32。而且，在基板33和顶板35的接合体的墨流路端部侧设置具有墨吐出口100的有孔板101。
这样的喷墨记录头可以如下所述地制成。
首先，在硅基板上构图形成墨吐出压产生用的发热电阻元件即加热器34、和未示出的移位寄存器等的集成电路、电气布线，制成基板33，同时形成墨流路31、和作为墨液室32的凹部和未图示的墨供给口，制成顶板3。
即，以使墨吐出侧端面和墨流路31和加热器34的排列一致的方式使基板33和顶板35对准接合以后，把尚处于未形成喷嘴的状态的有孔板101固定在接合的顶板和某板的墨吐出侧端面上。
并且，在该状态下用上述的激光加工方法构图投射预定数目的光脉冲形成喷嘴，然后把图中未示出的加热器驱动用的端子与构图后的电气基板结合起来，同时，把铝制的基板与基板33结合起来，组装成喷墨记录头。
这样制成的喷墨记录头可以借助于相位差元件112变换照射到有孔板101上的激光的偏振状态，可以进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频率提高到预定的特性，不会发生由此导致的随记录速度上升混入空气而捕获气泡导致的不吐出问题，可以进行可靠性优良，记录速度提高的高速印刷。
权利要求
1.一种喷墨记录头的墨吐出口的制造方法，该喷墨记录头具有用来吐出附着在记录媒体上的墨液滴的墨吐出口、用来存储向上述墨吐出口供给的墨的液室、连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设置的产生用来吐出墨的能量的能量产生元件、以及用来从外部向上述液室供给墨的墨供给口，该制造方法特征在于上述墨吐出口加工形成为，从其墨吐出面到内部形成的壁面的表面状态为表面粗糙度的标准偏差值为0.3微米以上、1微米以下的凹凸。
2.如权利要求1所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于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动方向上比在与该墨吐出方向垂直的墨吐出口断面的外周方向上的凹凸的标准偏差值大。
3.如权利要求1所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述墨吐出口的壁面的表面状态为，在大致墨吐出方向即墨流动方向上凹凸的周期的平均值为2微米以下。
4.如权利要求1所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述墨吐出口的壁面的表面状态为，在与墨吐出方向垂直的墨吐出口断面的外周方向上凹凸的周期的平均值为5微米以下。
5.如权利要求1所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述墨吐出口是以预定能量密度、预定图形、预定数值孔径(NA)、预定聚焦点照射激光加工形成的，上述激光是从以1皮秒以下的脉冲发射时间连续发射空间的时间的能量密度大的激光脉冲的激光振荡器发出的。
6.如权利要求5所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于若形成上述墨吐出口的材料对照射激光波长的吸收率为a，对用来形成上述墨吐出口的有孔板投影而加工图形的光学系统的被加工物侧的数值孔径(NA)为n，每单位面积的照射到被加工物即形成墨吐出口的材料上的激光的每单位脉冲时间的能量为E(J/cm2/脉冲)，激光的振荡脉冲时间宽度为t(秒)，则上述照射的激光的能量密度满足条件式(a×n×E)/t＞13×106(W/cm2)。
7.如权利要求5所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述以1皮秒以下的脉冲发射时间输出激光的激光振荡器是具有光传播的空间压缩装置的激光振荡器。
8.如权利要求7所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述光传播的空间压缩装置由生成线性调频脉冲的单元和利用光波长分散特性的垂直方式同步单元构成。
9.一种喷墨记录头的墨吐出口的制造方法，该喷墨记录头中墨与压力发生源接触而被赋予压能量，从而把压力传递到墨吐出口，喷出墨液滴附着在记录媒体上，该制造方法特征在于上述墨吐出口是以预定能量密度、预定图形、预定数值孔径(NA)、预定聚焦点照射激光加工形成的，上述激光是从以1皮秒以下的脉冲发射时间连续发射空间上时间上能量密度大的激光脉冲的激光振荡器发出的；且在照射的激光的偏振状态的激光的光路上，配置向电磁波附加预定相位差的相位差元件。
10.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于从其墨吐出面到内部形成的墨吐出口的壁面的表面状态为，表面粗糙度的标准偏差值为0.3微米以上、1微米以下的凹凸。
11.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于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动方向上比在与该墨吐出方向垂直的墨吐出口断面的外周方向上的凹凸的标准偏差值大。
12.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述墨吐出口的壁面的表面状态为，在大致墨吐出方向即墨流动方向上凹凸的周期的平均值为2微米以下。
13.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述墨吐出口的壁面的表面状态为，在与墨吐出方向垂直的墨吐出口断面的外周方向上凹凸的周期的平均值为5微米以下。
14.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于若形成上述墨吐出口的材料对照射激光波长的吸收率为a，对用来形成上述墨吐出口的有孔板投影而加工图形的光学系统的被加工物侧的数值孔径(NA)为n，每单位面积的照射到被加工物即形成墨吐出口的材料上的激光的每单位脉冲时间的能量为E(J/cm2/脉冲)，激光的振荡脉冲时间宽度为t(秒)，则上述照射的激光的能量密度满足条件式(a×n×E)/t＞13×106(W/cm2)。
15.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述以1皮秒以下的脉冲发射时间输出激光的激光振荡器是具有光传播的空间压缩装置的激光振荡器。
16.如权利要求9所述的墨吐出口的制造方法，其特征在于上述光传播的空间压缩装置由生成线性调频脉冲的单元和利用光波长分散特性的垂直方式同步单元构成。
17.一种喷墨记录头，具有用来吐出附着在记录媒体上的墨液滴的墨吐出口、用来存储向上述墨吐出口供给的墨的液室、连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设置的产生用来吐出墨的能量的能量产生元件、以及用来从外部向上述液室供给墨的墨供给口，其特征在于上述喷墨记录头的墨吐出口是由如权利要求1-8中任一项所述的墨吐出口制造方法制造的。
全文摘要
提供一种墨吐出口制造方法和具有该墨吐出口的喷墨记录头。该喷墨记录头具有用来吐出附着在记录媒体上的墨液滴的墨吐出口、用来存储向上述墨吐出口供给的墨的液室、连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设置的产生用来吐出墨的能量的能量产生元件、以及用来从外部向上述液室供给墨的墨供给口。上述墨吐出口加工形成为，从其墨吐出面到内部形成的壁面的表面状态为表面粗糙度的标准偏差值为0.3～1微米的凹凸。
文档编号B23K26/073GK1393341SQ0212485
公开日2003年1月29日 申请日期2002年6月21日 优先权日2001年6月22日
发明者小出纯, 须釜定之, 森雅生 申请人:佳能株式会社