JP2000202675A

JP2000202675A - レ―ザ加工装置

Info

Publication number: JP2000202675A
Application number: JP11009607A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kajiura; 克弘梶浦; Hiroshige Ikeno; 広重池野
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工物の複数箇所に容易に同一加工を施す
ことのできるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１１と、該レーザ光源１１か
ら発振されたレーザ光を被加工物３０の加工面に照射す
るための光学系１２と、前記被加工物３０を吸引保持す
ると共に少なくとも平面方向に移動可能なテーブル２０
とを具備するレーザ加工装置において、前記テーブル２
０の前記被加工物３０が載置される上部に、厚さ方向に
連通する複数の孔を有する多孔性部材２４と、該多孔性
部材２４の端面から当該多孔性部材２４の表面に載置さ
れた被加工物３０を保持する吸引手段２８とを設け、被
加工物３０を多孔性部材２４の孔を介して吸引保持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いた
レーザ加工装置に関し、特に、例えば、エキシマレーザ
を用いてプリンタ、ファックスなどに適用されるインク
ジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレートにノズ
ル開口等の貫通孔を形成するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、基板等の被加工物にμｍオー
ダの精密な加工、例えば、孔開けを行う場合には、例え
ば、エキシマレーザ等のレーザ光を照射することによっ
て被加工物を加工するレーザ加工機が用いられている。
特に、インクジェット式記録ヘッドのインクが吐出され
るノズル開口となる孔は、その孔の加工状態がインク特
性に大きく影響するため、加工精度の高いレーザ加工機
が一般的に使用されている。

【０００３】このようなレーザ加工機１００では、図６
に示すように、被加工物１１０は、３次元方向に移動可
能なＸＹＺテーブル１０１上に設けられたチャッキング
テーブル１０２に保持されている。また、このチャッキ
ングテーブル１０２は、図７に示すように、被加工物１
１０が載置される領域に、その厚さ方向に貫通する複数
の吸引孔１０２ａを間欠的に有し、被加工物１１０はこ
の吸引孔１０２ａを介して、例えば、バキューム等の吸
引装置１２０によって吸引されることにより、チャッキ
ングテーブル１０２の表面に吸着保持されている。

【０００４】そして、図示しないレーザ発振器から発振
されたレーザ光Ｌを、筐体１０３に保持された集束レン
ズ１０４等を含む光学系１０５によって集束して、被加
工物１１０表面に照射することにより貫通孔１１１が形
成される。このような加工機を用いて、例えば、インク
ジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレートにノズ
ル開口を加工する場合、ノズルプレートには、一般的
に、例えば、厚さ５０μｍ程度のポリイミドシート等を
用い、レーザ光の照射側表面から裏面に向かって漸小す
るテーパ孔を形成する。

【０００５】この場合、テーパ孔の径、テーパの角度等
を高精度に均一化する必要があるので、レーザ光のエネ
ルギー密度、焦点等を高精度に制御しなければならな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなレーザ加工機１００では、上述のように被加工物
１１０を間欠的に設けられた複数の吸引孔１０２ａを介
して吸引することにより保持しているため、被加工物１
１０の吸引孔１０２ａに対応する部分と、吸引孔１０２
ａの間の部分とで凹凸ができてしまう。すなわち、チャ
ッキングテーブル１０２に保持された被加工物１１０の
表面の平面度にばらつきが生じてしまう。そのため、所
定の位置でレーザ光の焦点位置を高精度に調整しても、
各加工位置における被加工物１１０に対するレーザ光の
実質的な焦点位置が変わってしまうため、形成される貫
通孔１０５の形状、大きさ等にばらつきが生じてしまう
という問題がある。また、この問題を解決するには、各
加工位置でレーザ光の焦点位置を再調整する必要があ
り、製造工程が増加してしまう。

【０００７】また、上述のように、ノズルプレートにノ
ズル開口を形成する場合には、このばらつきは、直接、
インク吐出性能に大きく影響するため、できるだけ均一
に形成することが望ましい。本発明は、このような事情
に鑑み、被加工物の複数箇所に容易に同一加工を施すこ
とのできるレーザ加工装置を提供することを課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、レーザ光源と、該レーザ光源から発
振されたレーザ光を被加工物の加工面に照射するための
光学系と、前記被加工物を吸引保持すると共に少なくと
も平面方向に移動可能なテーブルとを具備するレーザ加
工装置において、前記テーブルの前記被加工物が載置さ
れる領域の上部には、厚さ方向に空気を連通する多孔性
部材と、該多孔性部材の端面から当該多孔性部材の表面
に載置された被加工物を保持する吸引手段が設けられて
いることを特徴とするレーザ加工装置にある。

【０００９】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記多孔性部材が、多孔性金属又は多孔性セラミッ
クスからなることを特徴とするレーザ加工装置。本発明
の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記被加
工物がインクジェット式記録ヘッドを構成するノズルプ
レート用フィルムであり、当該フィルムにレーザ光を照
射してインクを吐出するノズル開口を形成することを特
徴とするレーザ加工装置にある。

【００１０】かかる本発明では、被加工物をその表面の
平面度のばらつきが少ない状態で保持でき、被加工物の
複数箇所に容易に同一加工を施すことができるレーザ加
工装置を提供することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係るレーザ加工機の概略図である。図１に示すよ
うに、本実施形態にかかるレーザ加工機１０は、インク
ジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレート用フィ
ルム３０にノズル開口を形成するための装置であり、例
えば、エキシマレーザ等のレーザ光を発振するレーザ発
振器１１と、このレーザ発振器１１から発振されたレー
ザ光が被加工物３０の表面に対して垂直に照射されるよ
う配置された光学系１２と、レーザ光によって加工され
るフィルム３０を保持すると共に３次元方向に移動可能
な保持可動部１３とを具備する。

【００１２】光学系１２は、アッテネータ１４と、ホモ
ジナイザ１５と、マスク１６と、ウォブルユニット１７
と、筐体１８に保持された集束レンズ１９とを有し、こ
れらは、レーザ発振器１１側からフィルム３０までの間
に順に配置されている。レーザ発振器１１によって発振
されたレーザ光は、矩形で中央部がエネルギー密度の大
きいエネルギー分布を有するが、アッテネータ１４は、
レーザ光の全体の光量を適正なレベルに低下させるもの
であり、アッテネータ１４を通過した後のレーザ光も同
様なエネルギー分布を有する。

【００１３】また、ホモジナイザ１５は、レーザ光の水
平方向及び垂直方向のエネルギー分布を均一化するもの
であり、例えば、第１段階で水平方向のエネルギー分布
を均一化し、第２段階で垂直方向のエネルギー分布を均
一化する。マスク１６は、矩形のレーザ光を所定の大き
さ及び形状に切り出すためのものであり、所定の大きさ
及び形状、例えば、図２に示すように、本実施形態で
は、後述するノズル開口の直径の約３倍程度の直径を有
し、断面形状が略円形の貫通孔１６ａが複数個設けられ
ている。

【００１４】ウォブルユニット１７は、レーザ光の径方
向のエネルギー分布を調整するものであり、図３に示す
ように、透光性のプレート２１ａが所定角度傾斜させた
状態で回転自在に保持されている。すなわち、かかるウ
ォブルユニット１７を通過した後は、レーザ光が常に照
射される高密度領域Ｌ₁と、間欠的に照射される低密度
領域Ｌ₂とが生じ、レーザ光Ｌの径方向のエネルギー密
度に差が生じる。この径方向のエネルギー密度の変化の
割合は、透過性のプレート１７ａの傾斜角度によって変
化する。例えば、図３（ａ）に示すように、プレート１
７ａの傾斜角度を小さくした場合には、中心部の高密度
領域Ｌ₁の割合が比較的大きく、その周囲の低密度領域
Ｌ₂が小さい。一方、図３（ｂ）に示すように、プレー
ト１７ａの傾斜角度を大きくした場合には、中心部の高
密度領域Ｌ₁の割合が小さく、その周囲の低密度領域Ｌ₂
が大きい。このように、プレート１７ａの傾斜角度を変
更することにより、実質的に、レーザ光Ｌ全体の平均エ
ネルギー密度を調整することができる。これにより、エ
ネルギー密度を適正な大きさに調整することが可能とな
る。

【００１５】例えば、レーザ光を照射してフィルム３０
にノズル開口を形成する場合、通常、そのエネルギー密
度の変化によって、貫通孔のテーパ角度を変化させてお
り、例えば、エネルギー密度を１Ｊ／ｃｍ²程度に安定
させる必要があるが、レーザ発振器から発振されるレー
ザ光のエネルギー密度は安定しない。しかしながら、上
述のようなウォブルユニットを用いると、レーザ光のエ
ネルギー密度を実質的に安定させることができる。

【００１６】また、筐体１８に保持された集束レンズ１
９は、レーザ光を所定の位置に集束させるためのもので
ある。なお、実際には、筐体１８内には、集束レンズ１
９を含む図示しない複数のレンズが保持されており、こ
れら複数のレンズを介してレーザ光を所定の位置に集束
させている。一方、保持可動部１３は、フィルム３０を
吸引保持するチャッキングテーブル２０と、このチャッ
キングテーブル２０を３次元方向にそれぞれ移動する
Ｘ，Ｙ，Ｚテーブル２１，２２，２３とからなる。ま
た、これらのＸＹＺテーブル２１，２２，２３は、図示
しないが、レーザ加工機１０内に設けられている制御手
段によって制御される。

【００１７】また、本実施形態のチャッキングテーブル
２０は、図４に示すように、厚さ方向に連通する複数の
孔を有する多孔性部材２４と、この多孔性部材２４を保
持する保持部材２５とからなり、この多孔性部材２４上
にフィルム３０が載置される。多孔性部材２４は、厚さ
方向に空気を連通する複数の孔を有し、且つ所定の硬度
を有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、
金属又はセラミックスを焼結した無数の空気連通孔を有
する多孔性金属又は多孔性セラミックスからなる。ま
た、多孔性部材２４の大きさは、フィルム３０よりも小
さいことが好ましく、最も好ましくは、フィルム３０と
略同一である。

【００１８】一方、保持部材２５は、一方面側に、多孔
性部材２４を嵌合可能な凹部２６を有し、この凹部２６
の底面２６ａの周縁には、例えば、全周に亘って多孔性
部材２４を係止する係止部２６ｂが設けられている。ま
た、この凹部２６の係止部２６ｂまでの深さは、本実施
形態では、多孔性部材２４の厚さと略同一となってい
る。さらに、凹部２６の底面２６ａには、外部と連通す
る連通孔２７が設けられており、この連通孔２７の外側
には、バキューム等の吸引装置２８が接続される。

【００１９】このような保持部材２５の凹部２６に多孔
性部材２４を嵌合保持することにより、本実施形態のチ
ャッキングテーブル２０となる。このとき、多孔性部材
２４は、係止部２６ｂに当接して係止されて凹部２６に
保持固定されると共に、多孔性部材２４と底面２５ａと
の間に所定の空間２９が画成される。また、凹部２６の
係止部２６ｂまでの深さは、多孔性部材２４の厚さと略
同一であるため、多孔性部材２４の側面は全て保持部材
２５と接合されて封止され、多孔性部材２４の内部の孔
は厚さ方向のみで連通される。

【００２０】したがって、チャッキングテーブル２０上
にフィルム３０を載置して、吸引装置２８を駆動する
と、フィルム３０は、連通孔２７、空間２９及び多孔性
部材２４の孔を介して吸引され、多孔性部材２４の表面
に吸着保持される。このようなチャッキングテーブル２
０では、多孔性部材２４の孔を介してフィルムを吸引す
るが、この孔は無数に存在するため、孔に対応する部分
のフィルムの表面と他の部分に対応する部分のフィルム
３０の表面とで、厚さ方向の位置ずれが生じることがな
く、フィルム３０表面の平面度が極めて高い。したがっ
て、フィルム３０にノズル開口を形成する場合、レーザ
光の焦点位置を一度高精度に調整すれば、各加工位置で
レーザ光の焦点位置を再度調整することなく各加工部分
に均一な形状及び大きさのノズル開口を確実に形成する
ことができる。

【００２１】なお、このようなレーザ加工装置は、ノズ
ル開口を形成するものに限定されず、勿論、他のあらゆ
る加工にも用いることができることは言うまでもない。
ここで、このような装置を用いて形成されたノズルプレ
ートを用いたヘッドチップの一例について説明する。図
６は、本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解斜
視図である。

【００２２】図６に示すように、圧電セラミックプレー
ト５１には、複数の溝５２が並設され、各溝５２は、側
壁５３で分離されている。各溝５２の長手方向一端部は
圧電セラミックプレート５１の一端面まで延設されてお
り、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々
に浅くなっている。また、各溝５２内の両側壁５３の開
口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電
極５４が形成されている。

【００２３】ここで、圧電セラミックプレート５１に形
成される各溝５２は、例えば、円盤状のダイスカッター
により形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイ
スカッターの形状を利用して形成される。また、各溝５
２内に形成される電極５４は、例えば、公知の斜め方向
からの蒸着により形成される。このような圧電セラミッ
クプレート５１の溝５２の開口側には、インク室プレー
ト５５が接合されている。インク室プレート５５には、
各溝５２の浅くなった他端部と連通する凹部となるイン
ク室５６と、このインク室５６の底部から溝５２とは反
対方向に貫通するインク供給口５７とを有する。

【００２４】また、圧電セラミックプレート５１とイン
ク室プレート５５との接合体の溝５２が開口している端
面には、ノズルプレート３５が接合されており、ノズル
プレート３５の各溝５２に対向する位置には、上述のよ
うに形成されたノズル開口３２が形成されている。さら
に、圧電セラミックプレート５１とインク室プレート５
５との接合体の溝５２が開口している端部の周囲には、
ノズル支持プレート５８が配置されている。このノズル
支持プレート５８は、ノズルプレート３５の接合体端面
の外側と接合されて、ノズルプレート３５を安定して保
持するためのものである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、チャッ
キングテーブルの少なくとも一部を、その厚さ方向に連
通する複数の孔を有する多孔性部材で構成した。また、
この多孔性部材上に被加工物を載置して、多孔性部材の
孔を介して被加工物を吸引保持するようにした。これに
より、被加工物は、面方向に略均一な吸引力でチャッキ
ングテーブル上に保持され、その表面の平面度のばらつ
きが低減される。したがって、被加工物に貫通孔等の加
工を行う際、各加工部分おいてレーザ光の焦点位置のず
れを補正する必要がなく、レーザ光の被加工物に対する
焦点位置が常に一定となり、被加工物に均一形状及び大
きさの加工を行うことができる。

【００２６】また、本発明によれば、インクジェット式
記録ヘッドの各ノズルプレート用フィルム等に、均一な
ノズル開口を形成することができ、良好なインク吐出特
性を有するインクジェット式記録ヘッドを確実に提供す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機の概略
図である。

【図２】本実施形態に係るレーザ加工機に用いられるマ
スクを説明する斜視図である。

【図３】本実施形態に係るレーザ加工機に用いられるウ
ォブルユニットを説明する概略図である。

【図４】本実施形態にかかるチャッキングプレートの概
略を示す斜視図及び断面図である。

【図５】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解
斜視図である。

【図６】従来技術に係るレーザ加工機の要部を示す概略
図である。

【図７】従来技術に係るチャッキングプレートの要部を
示す概略図である。

【符号の説明】

１０レーザ加工機１１レーザ発振器１２光学系１３保持可動部１４アッテネータ１５ホモジナイザ１６マスク１７ウォブルユニット１８筐体１９集束レンズ２０チャッキングテーブル２１Ｘテーブル２２Ｙテーブル２３Ｚテーブル

フロントページの続きＦターム(参考） 2C057 AF24 AF93 AP02 AP13 AP23 AP77 3C016 DA05 4E068 AF02 CE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、該レーザ光源から発振さ
れたレーザ光を被加工物の加工面に照射するための光学
系と、前記被加工物を吸引保持すると共に少なくとも平
面方向に移動可能なテーブルとを具備するレーザ加工装
置において、前記テーブルの前記被加工物が載置される領域の上部に
は、厚さ方向に空気を連通する多孔性部材と、該多孔性
部材の端面から当該多孔性部材の表面に載置された前記
被加工物を吸引保持する吸引手段とが設けられているこ
とを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】請求項１において、前記多孔性部材が、
多孔性金属又は多孔性セラミックスからなることを特徴
とするレーザ加工装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記被加工物
がインクジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレー
ト用フィルムであり、当該フィルムにレーザ光を照射し
てインクを吐出するノズル開口を形成することを特徴と
するレーザ加工装置。