JPH11179574A - 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 - Google Patents
光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法Info
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- JPH11179574A JPH11179574A JP9363688A JP36368897A JPH11179574A JP H11179574 A JPH11179574 A JP H11179574A JP 9363688 A JP9363688 A JP 9363688A JP 36368897 A JP36368897 A JP 36368897A JP H11179574 A JPH11179574 A JP H11179574A
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Abstract
を高精度に微細加工する光加工機及びそれを用いたオリ
フィスプレートの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源から放射された光束で照明系によっ
てマスク面上の周期的構造のパターンを照明し、該パタ
ーンを投影系で加工物上に投影し、該加工物を該パター
ンで加工する光加工機において、該照明系は該パターン
の周期的構造の並び方向では該パターン面上において所
定の有限幅の光束とし、該並び方向と直交する方向では
該パターン面上で集光しており、該投影系は該並び方向
と直交する方向にのみ屈折力を有していること。
Description
を用いたオリフィスプレートの製造方法に関し、コヒー
レント光を用いて加工物に複数の開口を配列した周期構
造のパターンを微細加工し、例えばインクジェット方式
(バブルジェット方式)のプリンタに使用するオリフィ
スプレートを製造する際にインクジェットプリンタ(バ
ブルジェットプリンタ)の流路など、一方向が他方向に
比べて長い微小な溝に付着したゴミや埃等をレーザ光を
利用して効果的に除去し、加工物を高精度に製造する際
に好適なものである。
を利用した光加工物は、他の化学反応応用加工や、機械
的加工物等と共に広い分野で利用されている。特に、近
年の技術革新により、材料,光学技術,生産技術等の要
件が整い、微細加工の分野でコヒーレント光を利用した
光加工法が盛んに用いられるようになってきた。特にこ
のようなレーザ加工はプラスチック加工に頻繁に用いら
れるようになった。
長の溝部21,22を形成した、例えばインクジェット
プリンタのインク流路を形成したときの摸式図である。
材料に起因する炭素デブリ(小片)23,24がプラス
チック基材部20に多数付着することがある。これらは
洗浄しても、なかなか取れない程度の結合力でプラスチ
ック基材部に付着している。これらの小片(ゴミ)は製
品の不良率を上昇させるほか、美観性も好ましくない。
な方法の1つとして可視光レーザ照射法がある。黒い炭
素デブリは、可視域のレーザ光を非常に良く吸収し、燃
焼もしくは力学的・化学的プロセスにより、プラスチッ
ク表面から除去することができる。反面、プラスチック
本体は、可視光を良く透過する為、レーザ照射による単
位体積あたりのエネルギー吸収が少ない為、温度上昇は
少なく、燃焼やアブレーションは生じない。
は、加工形状、ゴミの状況、レーザ波長、発振繰り返し
周波数、単位体積あたりのレーザ強度等いろいろなパラ
メータに影響されるが、典型的な例として、例えば10
nsパルスのYAGレーザ第2高調波(波長=532n
m)を用いた場合、 レーザ発振繰り返し周波数:5〜10Hz 照射時間:1〜2秒 のような加工時間を満たすためには、500〜1000
mJ/平方センチメートル毎パルスのエネルギーが必要
となる。
ンが直径5mm、出力200m/毎パルス程度のものが
多いため、効率良く用いても、数平方mmの範囲の小片
しか除去することができない。
学系の要部平面図と要部側面図である。
つ加工物、101は球面より成る正レンズでレーザ光を
集光している。102は球面より成るレンズであり、正
レンズ101からの光束を平行光として射出している。
正レンズ101と102と合わせてビームエキスパンダ
を構成している。103は円筒レンズであり、加工物1
00の短手方向にパワーを持っている。104はマスク
であり、円筒レンズ103からの光を加工形状に切り出
すマスクパターン104aを有している。
ン104aを短手方向において加工物100にピントを
結ぶように投影している。
ーザ光は正レンズ101,102により加工物100の
加工範囲に合わせた幅に広げて射出している。広がった
光束は、円筒レンズ103により、短手方向に絞り込ま
れ、略マスク104近傍に線上に集光している。
03の焦点距離f、円筒レンズ103上でのレーザの巾
φ、レーザ光の自然広がり角の全巾θ、およびマスク1
04の焦点位置からのズレ量Δの関数となるが、焦点位
置がマスク104に比較的近い場所では、レーザ光の自
然広がりによる巾Wとピンボケの巾の二乗平均
影レンズ104により、等倍もしくは縮小投影され、加
工物100上の限定された範囲を照射している。このと
きレーザ光の照射領域に存在するゴミや埃等の小片を該
レーザ光の照射により除去している。
の光学系は、次のような問題点があった。 (イ-1) ・長手方向の加工巾に合わせてレーザ光のビーム
径を広げると短手方向も拡大してしまう為、レーザ光の
広がり角は小さくなってしまう。この為、加工物100
上での短手方向の巾が狭まってしまい、短手方向の加工
巾が得られなくなってしまう. (イ-2) ・(イ-1) と同じ理由で、短手方向の照明系のNA
が大きくなってしまう為、マスク104上での焦点深
度、ひいては加工面上での焦点深度を十分長くすること
ができなくなってくる.・(イ-1),(イ-2) の結果、加工巾
の調整の難易度があがってしまう. (イ-3) ・レーザ光の横モードがガウス型でなく、アンス
テーブル型に見られるような、リング状だった場合、マ
スク上でのピンボケ量を多くとると、元のモードの形状
を反映してしまい、照射プロフィールが不均一になって
しまう。特に照明系のNAが大きい場合、マスク上での
ボケ量はほとんどとることができない. (イ-4) ・図5のような加工物が斜面を持つ溝形状である
とき、斜面のゴミを除去しようとする場合、レーザ光を
斜面になるべく垂直に照射する為、加工物を傾けて、右
斜面、反対に傾けて左斜面のゴミを除去することにな
る.
ので、斜めに設置した場合、加工物の長手方向の左側と
右側の光軸方向の座標位置は当然異なり、投影レンズの
焦点深度に入らなくなってしまう。
はえの目レンズ等の波面分割素子を用いたケラー照明系
を実現し、投影系はマスクとワーク(加工物)の倍率関
係を保存するような偏芯光学系で構成する必要がある。
一般にこのような光学系は複雑となり、又組立精度も厳
しいものが要求される。
明系によってマスク面上のパターンを照明し、該パター
ンを投影系で加工物に結像して光加工を行う際に、適切
に設定した該照明系と投影系を用いることにより、加工
物面上のゴミや埃等の小片を効率良く除去し、加工物を
容易かつ高精度に光加工することができる光加工機及び
それを用いたオリフィスプレートの製造方法の提供を目
的とする。
1) 光源から放射された光束で照明系によってマスク面
上の周期的構造のパターンを照明し、該パターンを投影
系で加工物上に投影し、該加工物を該パターンで加工す
る光加工機において、該照明系は該パターンの周期的構
造の並び方向では該パターン面上において所定の有限幅
の光束とし、該並び方向と直交する方向では該パターン
面上で集光しており、該投影系は該並び方向と直交する
方向にのみ屈折力を有していることを特徴としている。
にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズAと前記並
び方向と直交する方向にのみ屈折力を有するシリンドリ
カルレンズBとを有し、該シリンドリカルレンズAの屈
折力と該シリンドリカルレンズBの屈折力は互いに異な
っていることを特徴としている。
放射された光束で照明系によって照射面上を照射し、該
照射面からの光束を集光系で加工物上に集光して、該加
工物上に付着している小片を除去する小片除去装置にお
いて、該照射系は該照射面上を一方向では所定幅の光束
として照射し、該一方向と直交する他方向では集光して
おり、該集光系は該他方向のみに屈折力を有し、該照射
面と該加工物とを共役関係となるようにしていることを
特徴としている。
小片除去装置を用いて照射面上に設けたマスク面上のパ
ターンを照射し、該パターンを投影系で加工物上に投影
して、該加工物を該パターンで光加工していることを特
徴としている。
(3-1) の光加工機で加工して製造したことを特徴として
いる。
は、(5-1) 構成(1-1) 又は(3-1) の光加工機を用いて前
記マスク面上の周期的構造を基板上に転写して、該基板
上に複数の小孔を穿孔してオリフィスプレートを製造し
たことを特徴としている。
1) 構成(1-1) 又は(1-2) の光加工機を用いて前記マス
ク面上の周期的構造を基板上に転写して、該基板上に複
数の小孔を穿孔して製造したオリフィスプレートを有し
ていることを特徴としている。
製造方法により製造したオリフィスプレートを有してい
ることを特徴としている。
態1の要部概略図(要部側面図)である。又、図2は図
1の実施形態1の一部分の要部平面図である。本実施形
態は加工物10に平行溝(1つ1つの溝の長さは極めて
短い)をアブレーション加工(穿孔)する場合を示して
いる。
X軸としてマスク(金属マスク)8の周期的構造のマス
クパターン8aの並ぶ方向をY軸とし、X軸及びY軸に
直交する方向をZ軸方向として図1にはX=Y断面図
(長手方向)を図2にはX−Z断面図(短手方向)を図
示している。
Gレーザより成り、SHG光(波長532nm)の強力
なコヒーレント光を放射している。レーザ光源1からの
光束で後述する加工物10を穿孔している。2は光路調
整用の全反射ミラーであり、レーザ光源1からのレーザ
光を反射させてダイクロイックミラー4に入射してい
る。3は後続仮設用のHe−Neレーザ(波長543.
5nm)である。ダイクロイックミラー4はYAGレー
ザ1からのレーザ光(波長532nm)を反射させ、H
e−Neレーザからのレーザ光(波長543.5nm)
を透過させて双方の光路を一致させてミラー5に導光し
ている。
方向の(Z方向)に屈折力を有する円筒レンズであり、
XZ断面内においてミラー5からの光束を後述する金属
マスク8上に集光している。7は長手方向(Y方向)に
屈折力を有する円筒レンズである。円筒レンズ6と円筒
レンズ7の屈折力は互いに異なっている。円筒レンズ
6,7で照明系を構成している。
ィスプレート等の被加工物10上に光加工する為の周期
的構造のマスクパターン8aが設けられている。マスク
パターン8aは長手方向(Y方向)に複数の開口部を有
している。この為、円筒レンズ6,7を通過した光束は
長手方向に所定の照明幅を有した光束として金属マスク
8に入射している。
り、短手方向(Z方向)に屈折力を有している。正レン
ズ9はXZ断面内において金属マスク8のマスクパター
ン8aを加工物10に結像している。加工物(基板)1
0は例えばインクジェットプリンタ(バブルジェット)
用の部品より成っている。正レンズ9は投影系を構成し
ている。
ゴミや埃を除去する為の小片除去装置として用いるとき
はマスク8を光路中から退避させている。
ダイクロイックミラー4,そしてミラー5で反射して円
筒レンズ6に入射する。このときXY断面内(加工物1
0の長手方向を含む面)において円筒レンズ6,7を通
過した光束は、金属マスク8上を所定の照明幅で照明
し、その後、正レンズ9を介して加工物10上を所定幅
で入射している。
を含む面)において、ミラー5で反射し、円筒レンズ
6,7を通過した光束は、金属マスク8に集光してい
る。又、金属マスク8からの光束は正レンズ9によって
集光され、加工物10上にマスクパターン像を結像して
いる。これによってオリフィスプレートを製造してい
る。
ク8を光路中より退避させてレーザ光を加工物10上に
集光しているか、マスク8を光路中に配置したままでも
良い。このときの加工物10上に集光したレーザ光はそ
の面上に存在している炭素デブリ等のゴミを燃焼又は光
化学的に除去している。
の屈折力を調整することにより、マスク8面上のレーザ
光の照明領域を任意に調整してレーザ照射エネルギーを
効率的に用いている。
スク8面上でのパワー密度がそのまま被加工物10面上
に投影されるので、マスク8面上では照明幅を十分確保
する必要がある。
が不十分である為、円筒レンズ6は焦点位置をより若干
ずらしたピンボケ位置にマスク8が位置するように駆動
機構により光軸方向に調整できるようにしている。又、
これによって短手方向の照明域および照明の均一性を調
整している。
制御している。又駆動機構(不図示)により光軸方向に
調整している。これによりマスク8を偏光しなくても長
手方向の照明域及び照射の均一性を調整している。
5からの光束をマスク8よりも加工物10側に焦点を結
ぶように設定している。円筒レンズ7の焦点距離はマス
ク8面上での長手方向の幅が狭くなりすぎてマスク8を
強いレーザ光で照射して破壊しない範囲となるように設
定している。
照明範囲を制限している。マスク8面上のエネルギー密
度は、例えば10J/cm2 程度となる為に、アルミや
モリブデン等の難加工性金属やセラミック加工品より構
成している。
(波長532nm)1とHe−Neレーザ3とを用い
て、光学系より発生する色収差が少なく、又光学膜の反
射ロスの少ない光軸調整を容易にしている。
ようにして、短手方向に要求される照明域のみで投影系
のNAが決まるため、小さなNAで投影し、焦点深度を
深くした状態で短手方向に精度良くマスクエッジを投影
している。又、照明系の2つの正レンズ6,7の屈折力
を調整することによりマスク面上でのレーザ光の光強度
分布が任意に変更できるようにしている。
6,7の光学作用のみで拡大投影している。これにより
結像系9を球面レンズで構成した場合に比べてマスクに
要求される直線性や平行度の精度を緩和している。
リフィスプレートを製造している。又、バブルジェット
プリンタとして該光加工機を用いて製造したオリフィス
プレートを用いている。
略図である。本実施形態では被加工物10を回転ステー
ジ11上に載置し、レーザ光が被加工物10面上を任意
の角度で斜入射できるようにしている。これにより照射
エネルギーの損失を少なくし、溝部の双方の斜面に付着
しているゴミや埃等の小片を効率良く除去している。こ
の他の構成は実施形態1と同じである。
源からのレーザ光で照明系によってマスク面上のパター
ンを照明し、該パターンを投影系で加工物に結像して光
加工を行う際に、適切に設定した該照明系と投影系を用
いることにより、加工物面上のゴミや埃等の小片を効率
良く除去し、加工物を容易かつ高精度に光加工すること
ができる光加工機及びそれを用いたオリフィスプレート
の製造方法を達成することができる。
(バブルジェット)用に好適な高精度のオリフィスプレ
ートを製造することができる。
側面図
平面図
Claims (8)
- 【請求項1】 光源から放射された光束で照明系によっ
てマスク面上の周期的構造のパターンを照明し、該パタ
ーンを投影系で加工物上に投影し、該加工物を該パター
ンで加工する光加工機において、該照明系は該パターン
の周期的構造の並び方向では該パターン面上において所
定の有限幅の光束とし、該並び方向と直交する方向では
該パターン面上で集光しており、該投影系は該並び方向
と直交する方向にのみ屈折力を有していることを特徴と
する光加工機。 - 【請求項2】 前記照明系は前記並び方向にのみ屈折力
を有するシリンドリカルレンズAと前記並び方向と直交
する方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズB
とを有し、該シリンドリカルレンズAの屈折力と該シリ
ンドリカルレンズBの屈折力は互いに異なっていること
を特徴とする請求項1の光加工機。 - 【請求項3】 光源から放射された光束で照明系によっ
て照射面上を照射し、該照射面からの光束を集光系で加
工物上に集光して、該加工物上に付着している小片を除
去する小片除去装置において、該照射系は該照射面上を
一方向では所定幅の光束として照射し、該一方向と直交
する他方向では集光しており、該集光系は該他方向のみ
に屈折力を有し、該照射面と該加工物とを共役関係とな
るようにしていることを特徴とする小片除去装置。 - 【請求項4】 請求項3の小片除去装置を用いて照射面
上に設けたマスク面上のパターンを照射し、該パターン
を投影系で加工物上に投影して、該加工物を該パターン
で光加工していることを特徴とする光加工機。 - 【請求項5】 請求項1,2又は4の光加工機で加工し
て製造したことを特徴とする加工物。 - 【請求項6】 請求項1,2又は4の光加工機を用いて
前記マスク面上の周期的構造を基板上に転写して、該基
板上に複数の小孔を穿孔してオリフィスプレートを製造
したことを特徴とするオリフィスプレートの製造方法。 - 【請求項7】 請求項1,2又は4の光加工機を用いて
前記マスク面上の周期的構造を基板上に転写して、該基
板上に複数の小孔を穿孔して製造したオリフィスプレー
トを有していることを特徴とするバブルジェトプリン
タ。 - 【請求項8】 請求項6のオリフィスプレートの製造方
法により製造したオリフィスプレートを有していること
を特徴とするバブルジェットプリンタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36368897A JP3526199B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36368897A JP3526199B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11179574A true JPH11179574A (ja) | 1999-07-06 |
JP3526199B2 JP3526199B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36368897A Expired - Fee Related JP3526199B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3526199B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007307597A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Disco Abrasive Syst Ltd | レーザー加工装置 |
-
1997
- 1997-12-16 JP JP36368897A patent/JP3526199B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007307597A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Disco Abrasive Syst Ltd | レーザー加工装置 |
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