(57)【要約】超短パルスレーザー光を出力するレーザー発生装置と、レーザー発生装置を制御するレーザー制御装置と、光学システムと、光学システムを計測する光学システム制御装置と、超短パルスレーザー光の計測を行う計測装置とを備えている。超短パルスレーザー光における最大のノイズ成分パルスの強度を、主パルスの強度の２．５％以下とする。
2005533658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルスレーザー光を用いて被加工物を加工するレーザー加工方法であって、
前記超短パルスレーザー光における最大のノイズ成分パルスの強度が、主パルスの強度の２．５％以下であるレーザー加工方法。
【請求項２】
超短パルスレーザー光を、偏光板と、所定の回転数で回転する１／２波長板とを通過させてから被加工物に照射する請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
超短パルスレーザー光を、偏光板と１／４波長板とを通過させてから被加工物に照射する請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項４】
超短パルスレーザー光の主パルスのパルス幅が０．１ｐｓ〜１００ｐｓである請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項５】
被加工物が鉄含有物質からなる請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
被加工物に対して超短パルスレーザー光を揺動させながら加工を行う請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
被加工物は、インクジェットヘッド用のノズルプレートであり、
超短パルスレーザー光を用いて前記ノズルプレートにノズルを形成する請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
超短パルスレーザーを備えるレーザー加工装置であって、
超短パルスレーザー光における最大のノイズ成分パルスの強度が、主パルスの強度の２．５％以下であるレーザー加工装置。
【請求項９】
偏光板と、１／２波長板と、前記１／２波長板を所定の回転数で回転させる回転機構とを更に備えている請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１０】
偏光板と１／４波長板とを更に備えている請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１１】
被加工物に対して超短パルスレーザー光を揺動させる揺動機構を更に備えている請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１２】
光検出器及びオシロスコープを有し、超短パルスレーザー光における主パルスの強度に対するノイズ成分パルスの強度の比率を計測する計測装置を備えている請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１３】
前記超短パルスレーザーは、
ポンプレーザーダイオード、Ｑスイッチング素子、レーザー媒質、及び反射鏡を有するレーザー発生装置と、
前記計測装置のオシロスコープの出力値に基づいて前記レーザー発生装置を制御するレーザー制御装置と、
位相板、偏光板、複数のレンズ、及び反射鏡を有する光学システムとを更に備えている請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１４】
最大のノイズ成分パルスの強度が主パルスの強度の２．５％以下である超短パルスレーザー光によって加工されたノズルが設けられたインクジェットヘッド用のノズルプレート。
【請求項１５】
鉄含有物質によって構成されている請求項１４記載のインクジェットヘッド用のノズルプレート。
【請求項１６】
最大のノイズ成分パルスの強度が主パルスの強度の２．５％以下である超短パルスレーザー光によって加工されたノズルが設けられたノズルプレートを備えているインクジェットヘッド。
【請求項１７】
インクジェットヘッドを備えるインクジェット式記録装置であって、
前記インクジェットヘッドは、最大のノイズ成分パルスの強度が主パルスの強度の２．５％以下である超短パルスレーザー光によって加工されたノズルが設けられたノズルプレートを備えているインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超短パルスレーザ光を用いたレーザ加工方法及びレーザ加工装置、前記レーザ加工方法を用いたノズル、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置の製造方法、並びに前記レーザ加工方法を用いて製造されたノズルプレート、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット式記録装置におけるインク液滴の小滴化や飛翔精度の向上などが進んでおり、インクジェットプリンタは、高精細な画像を形成することができる安価な印刷装置として、オフィス、ＳＯＨＯ、又は一般家庭において広く普及している。
【０００３】
インクジェットヘッドは、インクを飛翔させるアクチュエータや、ノズル、インク室等から構成され、それらの形状や寸法の精度によって、印刷性能が左右される。その中でもノズルの精度は、画質や印刷速度に対して大きな影響を与える要因となる。
【０００４】
一般に、ノズル穴の真円度や穴径の精度が低いと、インク液滴の吐出方向が偏ったり、ばらついたりすることが知られている。また、インク液滴の吐出速度は、ノズル深さに大きく依存する。そのため、複数のノズルにおいてノズル深さにばらつきがあると、インク液滴の吐出速度も不均一になりやすい。このようなことから、従来より、ノズルの仕様はきめ細かく設定され、ノズルには高い加工精度が要求されている。さらに、低コスト化のために、そのような高度な仕様を満たすノズルを安価に製造する技術が望まれている。
【０００５】
ノズル加工方法には様々な方法がある。エッチング、電気めっき、パンチング、レーザ加工などは、代表的な加工方法である。本発明者らは、微細精密加工の可能な加工方法として、超短パルスレーザを用いた加工方法に着目した。超短パルスレーザ光は、一般的に用いられているようなＣＷレーザ光とは異なり、非常に短いパルス幅を有する。超短パルスレーザ加工では、パルス幅が短い代わりに、１パルス当たりのエネルギーを非常に大きくすることによって、物質の加工を行う。このようにパルス幅が短く且つ１パルス当たりのエネルギーの大きなレーザ加工は、一般にはアブレション加工と呼ばれており、熱加工を行うレーザ加工とは、加工のメカニズムが大きく異なっている。アブレション加工においては、繰り返し周波数をあまり大きくない適当な数値に設定することにより、被加工物に熱を与えず、その表層だけを切削する。すなわち、アブレション加工はいわゆるコールドマシーニングであり、実質的に被加工物に熱影響を与えないという特徴を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際に超短パルスレーザ光による加工を試みたところ、Ｑスイッチングが不完全であってリーク光が存在していた場合等には、主要なパルス以外にパルス幅がはるかに長いノイズ成分パルスや、ＣＷのノイズ成分を含み得ることが分かった。しかし、このような不要なノイズ成分は、主要パルスに比べて強度は弱いがパルス幅が桁違いに大きいため、大きなエネルギーを有する。そのため、被加工物に大きな熱を与えてしまう。その結果、このようなノイズ成分を含むと、もはやコールドマシーニングが不可能となり、熱加工のように被加工物を溶融させてしまうという問題が発生する。ところが、熱加工では、被加工物の表面を十分に平滑化することができず、精密かつ高精度な加工は困難である。
【０００７】
一方、ノイズ成分を完全に除去しようとすることは、いたずらに加工装置のコストアップを招くので、実用的ではない。そのため、実質的にコールドマシーニングとみなせるようなノイズ成分の最大限度を明らかにし、その限度内で超短パルスレーザ加工を行う技術が待ち望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、超短パルスレーザ光を用いた加工において、実質的にコールドマシーニングとみなせるような加工を行うことである。
【０００９】
また、本発明の目的は、精密な加工を実現し得るうえでどの程度のノイズ成分まで許容できるかについての判断指標を明らかにし、その判断指標に基づいて加工を行うことである。
【００１０】
本発明に係るレーザー加工方法は、超短パルスレーザー光を用いて被加工物を加工するレーザー加工方法であって、前記超短パルスレーザー光における最大のノイズ成分パルスの強度が、主パルスの強度の２．５％以下のものである。
【００１１】
このことにより、実質的にコールドマシーニングとみなせるようなレーザー加工が行われ、精密かつ高精度な加工が実現される。
【００１２】
前記レーザー加工方法は、超短パルスレーザー光を、偏光板と、所定の回転数で回転する１／２波長板とを通過させてから被加工物に照射するものであることが好ましい。
【００１３】
このことにより、被加工物の加工面において、いわゆるフリンジと呼ばれる縞模様の発生は抑制される。
【００１４】
前記レーザー加工方法は、超短パルスレーザー光を、偏光板と１／４波長板とを通過させてから被加工物に照射するものであることが好ましい。
【００１５】
このことにより、フリンジの発生がより効果的に抑制される。
【００１６】
超短パルスレーザー光の主パルスのパルス幅は、０．１ｐｓ〜１００ｐｓであってもよい。
【００１７】
前記被加工物は鉄含有物質からなっていてもよい。
【００１８】
前記レーザー加工方法は、被加工物に対して超短パルスレーザー光を揺動させながら加工を行うものであってもよい。
【００１９】
前記レーザー加工方法は、被加工物がインクジェットヘッド用のノズルプレートであり、超短パルスレーザー光を用いて前記ノズルプレートにノズルを形成する方法であってもよい。
【００２０】
本発明に係るレーザー加工装置は、超短パルスレーザーを備えるレーザー加工装置であって、超短パルスレーザー光における最大のノイズ成分パルスの強度が、主パルスの強度の２．５％以下であるものである。
【００２１】
このことにより、実質的にコールドマシーニングとみなせるようなレーザー加工が行われ、精密かつ高精度な加工が実現される。
【００２２】
前記レーザー加工装置は、偏光板と、１／２波長板と、前記１／２波長板を所定の回転数で回転させる回転機構とを更に備えていることが好ましい。
【００２３】
また、前記レーザー加工装置は、偏光板と１／４波長板とを更に備えていてもよい。
【００２４】
このことにより、被加工物の加工面において、いわゆるフリンジと呼ばれる縞模様の発生が抑制される。
【００２５】
前記レーザー加工装置は、被加工物に対して超短パルスレーザー光を揺動させる揺動機構を更に備えていてもよい。
【００２６】
前記レーザー加工装置は、光検出器及びオシロスコープを有し、超短パルスレーザー光における主パルスの強度に対するノイズ成分パルスの強度の比率を計測する計測装置を備えていることが好ましい。
【００２７】
前記超短パルスレーザーは、ポンプレーザーダイオード、Ｑスイッチング素子、レーザー媒質、及び反射鏡を有するレーザー発生装置と、前記計測装置のオシロスコープの出力値に基づいて前記レーザー発生装置を制御するレーザー制御装置と、位相板、偏光板、複数のレンズ、及び反射鏡を有する光学システムとを更に備えていてもよい。
【００２８】
本発明に係るノズルプレートは、最大のノイズ成分パルスの強度が主パルスの強度の２．５％以下である超短パルスレーザー光によって加工されたノズルが設けられたものである。
【００２９】
前記ノズルプレートは、鉄含有物質によって構成されていてもよい。
【００３０】
本発明に係るインクジェットヘッドは、最大のノイズ成分パルスの強度が主パルスの強度の２．５％以下である超短パルスレーザー光によって加工されたノズルが設けられたノズルプレートを備えているものである。
【００３１】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、インクジェットヘッドを備えるインクジェット式記録装置であって、前記インクジェットヘッドは、最大のノイズ成分パルスの強度が主パルスの強度の２．５％以下である超短パルスレーザー光によって加工されたノズルが設けられたノズルプレートを備えているものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１は、実施形態に係る超短パルスレーザー加工システム１０１の構成を示している。レーザー加工システム１０１は、超短パルスレーザー光を出力するレーザー発生装置１０５と、レーザー発生装置１０５を制御するレーザー制御装置（図示せず）と、光学システム１０６と、光学システム１０６を制御する光学システム制御装置（図示せず）と、超短パルスレーザー光の計測を行う計測装置１０９とを備えている。
【００３４】
光学システム１０６は、レーザー発生装置１０５から出力された超短パルスレーザー光１０７を反射する第１ミラー１８０と、シャッター１１０と、アッテネータ１１５と、第２ミラー１０８と、ビームエクスパンダ１２０と、波長板１２５と、スキャンミラー１３０と、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）１３５と、テレセントリックレンズ１４０とを備えている。レーザー光１０７の最終端には、被加工物１５５が設置される。アッテネータ１１５は、位相板及び偏光板を備えており、レーザー光１０７の強度を調整するために用いられる。
【００３５】
レーザー発生装置１０５から出力されたレーザー光１０７の一部は、第１ミラー１８０によって反射される。第１ミラー１８０で反射されたレーザー光１０７は、シャッター１１０を通った後に、アッテネータ１１５を通過する。アッテネータ１１５を通過したレーザー光１０７は、第２ミラー１０８に反射され、ビームエクスパンダ１２０によって適当な倍率で拡大されて、コリメート光となる。そして、コリメート光となったレーザ光１０７は、偏光方向を調整するための波長板１２５を通過し、スキャンミラー１３０に反射された後、ＤＯＥ１３５を通過する。この際、レーザー光１０７は、ＤＯＥ１３５によって複数のビームに分配される。
【００３６】
分配された各ビームは、テレセントリックレンズ１４０によって集光され、被加工物１５５に到達する。そして、各ビームによって、被加工物１５５の加工が行われる。ここで、スキャンミラー１３０を揺動しながら加工を行うと、被加工物１５５に対するビームの到達位置が変化する。そのため、被加工物１５５の表面を層状に削りとることができ、任意の３次元形状に加工することができる。
【００３７】
次に、レーザー発生装置１０５の詳細な構成について説明する。レーザー発生装置１０５は、図２に示すような発振器２００と、図３に示すような再帰型増幅器３００とを備えている。本レーザー発生装置１０５は、発振器２００においてパルスレーザー光を生成し、再帰型増幅器３００においてそのパルスレーザー光から特定の周波数でパルスを切り出して増幅し、出力するものである。
【００３８】
図２に示すように、発振器２００は、ポンプレーザー２０４、ポンプレーザーの温度を制御する制御装置（図示せず）、レンズ２０５、レーザー媒質２０２、Ｑスイッチング素子２０７、パルスストレッチャー２０９、出力カップラー２０８、及び反射鏡２０１，２０３，２０６を備えている。
【００３９】
図３に示すように、再帰型増幅器３００は、ポンプレーザー３０４、レーザー媒質３０２、Ｑスイッチング素子３０３、偏光板３０７、出力カップラー３０９、反射鏡３０５，３０６、及びレンズ３０１，３０８を備えている。
【００４０】
図示は省略するが、レーザー制御装置は、ポンプレーザードライバ、ポンプレーザー温度制御ドライバ、Ｑスイッチング素子ドライバ、Ｑスイッチング遅延時間制御装置、シャッタードライバ、及びスキャンミラードライバを備えている。ポンプレーザードライバは、ポンプレーザーに与える電流を制御することにより、ポンプレーザーの出力を調整する。ポンプレーザー温度制御ドライバは、ポンプレーザーの温度を制御するものであり、ポンプレーザーを一定の温度に保つ。Ｑスイッチング素子ドライバは、Ｑスイッチング素子に信号電圧を与える。Ｑスイッチング遅延時間制御装置は、Ｑスイッチング素子ドライバを動作させる遅延時間を制御する。シャッタードライバは、レーザー光１０７を遮断するためのシャッター１１０の開閉制御を行う。スキャンミラードライバは、スキャンミラー１３０の駆動部に信号を与え、スキャンミラー１３０を任意の角度に調整する制御を行う。
【００４１】
計測装置１０９は、拡散板１５８、フォトディテクター１６０及びオシロスコープ１６２を備えている。計測装置１０９では、第１ミラー１８０を透過したレーザー光を拡散板１５８によって拡散し、等方的なレーザー光とする。そして、フォトディテクター１６０によって、このレーザー光のフォトンの数を計測する。フォトンの数は電圧値に変換され、オシロスコープ１６２によって計測される。オシロスコープ１６２では、上記電圧値の波形が出力される。
【００４２】
本レーザー加工システム１０１の加工対象は特に限定されるものではないが、例えば、以下のようなインクジェットヘッドにおけるノズルプレートのノズルの加工において、本レーザー加工システム１０１を用いることができる。
【００４３】
本実施形態では、図４に示すようなノズルプレート８を被加工物とした。ノズルプレート８のノズル９は、上側部分が上向きに広がったテーパ状に形成され、下側部分は内径が一定の貫通穴となっている。ノズルプレート８及びノズル９の形状及び寸法は特に限定されるものではないが、例えば、ノズルプレート８の厚みＬ１が５０μｍ、一定内径の貫通穴の長さＬ２が１０μｍ、貫通穴の内径ｄ１が２０μｍ、テーパー部の最大内径ｄ２が８５μｍ、テーパー角φが８０度のノズルプレート８及びノズル９を好適に用いることができる。
【００４４】
図５に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズルプレート８と、複数のステンレスプレートを積層してなるヘッド本体部４と、感光性ガラスからなる圧力室形成プレート３と、圧電アクチュエータ２とが積層されて構成されている。図示は省略するが、ノズルプレート８には、図５の紙面の表裏方向に複数のノズル９が配列されている。
【００４５】
インクジェットヘッド１の内部には、インク流路７を通じてそれぞれ各ノズル９と連通する複数の圧力室６と、各圧力室６と連通する共通インク室５とが設けられている。
【００４６】
図６は、インクジェットヘッド１を搭載したインクジェット式プリンタ３１の概略構成を示している。インクジェットヘッド３０は、キャリッジモータ（図示せず）が設けられたキャリッジ３２に固定されている。キャリッジ３２は、上記キャリッジモータによって主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸にガイドされ、その方向に往復移動するように構成されている。したがって、インクジェットヘッド３０も主走査方向Ｘに往復移動するように構成されている。
【００４７】
記録紙３４は、図示を省略する搬送モータによって回転駆動される２つの搬送ローラ３５に挟まれており、この搬送モータ及び搬送ローラ３５により、主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙに搬送される。
【００４８】
ただし、本発明に係る記録装置は、上記のようなプリンタ３１に限定されるものではなく、他の種類のプリンタに本発明を適用することも可能である。また、本発明に係る記録装置はプリンタに限定されず、複写機やＦＡＸ等、インクジェットヘッドを備える他の記録装置に本発明を適用することも可能である。
【００４９】
（実施例１）
実施例１では、発振器２００のポンプレーザー２０４に１Ｗの半導体レーザーダイオードを用い、レーザー媒質２０２としてＮｄ：ＹＬＦロッドを用い、Ｑスイッチング素子２０７としてＳＥＳＡＭ（SEmiconductor saturable Absorber Mirror）を用い、パルスストレッチャー２０９には溶融シリカｅｔａｌｏｎを用いた。このような構成により、発振器２００では、波長１０５３ｎｍ、周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１５ｐｓ（pico−seconds）、出力３５ｍＷのレーザー発振が得られた。
【００５０】
再帰型増幅器３００では、ポンプレーザー３０４として１６Ｗの半導体レーザーダイオードを用い、レーザー媒質３０２としてＮｄ：ＹＬＦロッドを用い、Ｑスイッチング素子３０３としてポッケルスセル（Pockels cell）を用いた。また、偏光板３０７にはＴＦＰ（Thin Film Polarizer）を用い、出力カップラー３０９には９９％反射ミラーを用いた。このようにＴＦＰとポッケルスセルとを組み合わせることにより、発振器２００から入射する特定のパルスレーザー光だけを増幅させることができ、最終的に１Ｗの出力が得られた。なお、ポッケルスセルの動作周波数は１ｋＨｚに設定し、最終出力の繰り返し周波数を１ｋＨｚとした。
【００５１】
レーザー制御装置において、ポッケルスセルドライバの遅延時間制御装置として、STANFORD RESEARCH SYSTEMS社製の波形発生装置DIGITAL DELAY/PULSE GENERATOR DG535を用いた。本実施例では、ポッケルスセルに与えるＯＮ信号及びＯＦＦ信号の遅延時間を上記装置によって制御した。
【００５２】
図７（ａ）〜７（ｃ）のタイミング図を参照しながら、制御の方法を説明する。図７（ａ）は、発振器２００内のパルス波形を示している。発振器２００内のＳＥＳＡＭによって、繰り返し周期が８０ＭＨｚでパルス幅が１５ｐｓのパルスが生成された。
【００５３】
図７（ｂ）は、増幅器３００内のポッケルスセルの制御信号を示している。本実施例では、増幅しようとする１個のパルスが増幅器３００内に進入した瞬間に、ポッケルスセルにＯＮ信号を与える。このように、増幅器３００への進入前後でポッケルスセルがＯＦＦからＯＮヘスイッチングされるようなパルスのみが増幅器３００内に捕獲され、増幅される。なお、増幅器３００への進入前後でポッケルスセルの状態が変化しないようなパルスは、一旦は増幅器３００内に進入するが、増幅器３００内に捕獲されずに外部へ出力されるため、結果的に増幅されることはない。
【００５４】
図７（ｃ）は、増幅器３００内のパルス波形を示している。増幅器３００内に捕獲されたパルスは、増幅器３００内を複数回往復して、その強度が増強される。そして、ポッケルスセルがＯＦＦされると、増幅器３００から外部に出力されることになる。
【００５５】
計測装置１０９では、フォトディテクター１６０としてTHORLABS Inc.社製の高速シリコンディテクターDET210を用いた。このディテクターの立ち上がり時間は１ｎｓ未満であり、ダイオード容量は１．８ｐＦである。レーザー光１０７のフォトンは当該ディテクターの立ち上がり時間に応じてカウントされ、立ち上がり時間に対応した緩和時間で電気信号に変換される。
【００５６】
フォトディテクター１６０で得られた電気信号は、５０ΩのＢＮＣケーブルを介してオシロスコープ１６２に入力される。レーザー出力の時間依存性は、オシロスコープ１６２において波形として観察される。なお、オシロスコープ１６２には、ソニーテクトロニクス社製のディジタルオシロスコープTDS3052B及びLeCroy社製ディジタルオシロスコープLT372を用いた。前者のオシロスコープTDS3052Bでは、サンプリング周波数が５ＧＨｚ、帯域が５００ＭＨｚであった。一方、後者のオシロスコープLT372では、サンプリング周波数が４ＧＨｚ、帯域が５００ＭＨｚであった。
【００５７】
フォトディテクター１６０からの電気信号は、上記各ディジタルオシロスコープの帯域に応じた緩和時間で時間の関数として表示される。上記２つのオシロスコープにより測定されたレーザ出力の値（電圧値）は、ほぼ同じ値を示した。
【００５８】
レーザーの電力を計測するために、COHERENT社製のThermal SmartSensors Standard Sensors 33-1025を用いた。この電力計によって計測された電力が１Ｗのときに、フォトディテクターにおけるパルス波形の最大値は、上記いずれのオシロスコープを用いた場合も１９００ｍＶであった。
【００５９】
（実施例２）
実施例１のレーザー加工システム１０１において、波長板１２５として１／２波長板を用い、更に、この１／２波長板を回転させる回転機構を設けて、実験を行った。
【００６０】
本実験では、１／２波長板を毎分６００回転の一定回転数で回転させた。ポッケルスセルに与えるＯＦＦ信号の遅延時間（Ｃ delay）は固定し、ＯＮ信号の遅延時間（Ａ delay）を変化させた。なお、このＡ delayは、増幅しようとするパルスの捕獲のタイミング遅延時間である。そして、オシロスコープ上の主要ピコ秒パルスのピーク値（Ｖｐ）と最大ノイズ成分のピーク値（Ｖｎ）とを記録し、それらの値の比率と加工部分の溶融現象との相関を調べた。
【００６１】
被加工物としては、ＳＵＳ３０４（平井精密製）からなるノズルプレートを用いた。レーザー光１０７をＤＯＥ１３５によって１５２本のビームに分配し、スキャンミラー１３０を揺動させることによって個々のビームを回転させ、いわゆるミリング法によって上記ノズルプレートに１５２個のノズル穴を同時に加工した。
【００６２】
なお、以下の説明では、ソニーテクトロニクス社製のディジタルオシロスコープTDS3052Bにより測定されたデータを示すが、LeCroy社製ディジタルオシロスコープLT372を用いても同様の結果が得られた。
【００６３】
実験結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2005533658.tif 000003
【００６５】
サンプル番号１から１０にかけて、Ａ delayを徐々に小さくしたところ、ビコ秒パルスの強度Ｖｐは大きくなっていく一方、最大ノイズ成分の強度Ｖｎ１は徐々に小さくなっていくことが分かった。
【００６６】
フォトディテクターの出力をオシロスコープで検出した結果を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。図８（ａ）はサンプル番号１の実験におけるレーザー光のパルス波形を示し、図８（ｂ）はサンプル番号１０の実験におけるレーザー光のパルス波形を示している。いずれの図においても、符号４００は主要ピコ秒パルスを示しており、その後に見られる振動波形は、ピコ秒パルスの信号とオシロスコープの内部インピーダンスとの不整合によるリンギングである。図８（ａ）では、主要パルス４００の前に２つのノイズ成分、すなわち第１パルス４０１及び第２パルス４０２が見られる。一方、図８（ｂ）では、主要パルス４００の前に１つのノイズ成分、すなわち第１パルス４０１が見られる。
【００６７】
サンプル番号１から１０にかけてＡ delayを小さくしたところ、それに伴って第１パルス４０１も徐々に減少した。本実施例では、最大のノイズ成分は、第１パルス４０１である。したがって、主パルス４００の強度Ｖｐに対する最大ノイズ成分の強度Ｖｎ１の比（以下、強度比という）は、Ｖｎ１／Ｖｐである。サンプル番号１から１０にかけてＡ delayを小さくしたところ、強度比Ｖｎ１／Ｖｐは徐々に小さくなった。
【００６８】
ノズルプレートのノズルの加工状態を、走査型電子鏡（ＳＥＭ）によって撮影した。図９（ａ）はサンプル番号１のノズルを示し、図９（ｂ）はサンプル番号１０のノズルを示している。図９（ａ）に示すように、サンプル番号１のノズルでは、多くの微小孔（needle hole）が発生し、品質の悪い加工状態であることが分かる。これに対し、図９（ｂ）に示すように、サンプル番号１０のノズルでは、微小孔の存在しない非常に滑らかで精細な加工表面が得られていることが分かる。
【００６９】
ここで、一つでも微小孔の存在するノズルを不正ノズルと称し、不正ノズルの個数を計測した。そして、全１５２個のノズルに対する不正ノズルの個数の比を加工不正率と定義し、強度比Ｖｎ１／Ｖｐと加工不正率との関係を調べた。その結果を図１０に示す。
【００７０】
図１０より、サンプル番号１から１０にかけて、強度比Ｖｎ１／Ｖｐが２．３〜２．８％の間で加工不正率は急激に減少していることが分かる。これは、ノイズ成分が比較的大きいと、ノイズ成分による熱影響によってノズルの内表面が軟化し、その後そこへ主要パルスが到達することによって異常な蒸発又は昇華が起こるため、不正な微小孔が発生しやすいことが原因と考えられる。更に、図１０は、ノイズ成分の減少とともに熱影響による溶融状態が改善されていることと、溶融状態の改善の効果が臨界的であることを示唆している。また、実用的には、強度比が２．５％以下であれば、実質的にコールドマシーニングとみなせるような加工を実現できることを示唆している。
【００７１】
（実施例３）
実施例３は、実施例１のレーザー加工システム１０１において、波長板１２５を省略したものである。本実施例においても、実施例２の実験と同様の実験を行った。
【００７２】
図１１に、本実験において不正な微小孔が発生したノズルのＳＥＭ写真を示す。本実施例においても、強度比Ｖｎ１／Ｖｐが２．５％よりも大きいと、不正な微小孔が相当数発生することが分かった。さらに、本実施例では、ノズルの表面の全体にわたって、微小孔よりも更に小さな凹凸からなる縞模様が見られた。この縞模様はフリンジと呼ばれ、極めて微小な凹凸によって形成されている。図１１では、フリンジは右上から左下に向かって延びている。
【００７３】
一般に、このようなフリンジは、レーザービームの偏光方向が固定されている場合に発生する。図１２は、強度比Ｖｎ１／Ｖｐと加工不正率との関係を示しており、実施例２の図１０に対応するものである。図１０と図１２とを比較すると、実施例３の実験では、実施例２の実験において微小孔が見いだされなかった強度比（２．５％以下）においても、若干数の微小孔が発生することが分かる。このことにより、微小孔の発生は、強度比だけでなくフリンジとも何らかの関係があることが分かる。その理由として、レーザービームの偏光方向が固定されていると、フリンジの凹部にビームのエネルギーが集中することが考えられる。したがって、レーザービームの偏光方向を連続的に変化させることとすれば、フリンジの発生を抑制することができ、ひいては微小孔の発生を抑制できることが確認された。
【００７４】
なお、詳細な説明は省略するが、実施例２において、１／２波長板の回転数を大きくすればするほど、フリンジ抑制の効果は大きいことが分かった。そのため、実施例２において、１／２波長板及びその回転機構の代わりに、１／４波長板を設けるようにしてもよい。１／４波長板を用いることにより、１／２波長板を毎分６００回転で回転させるよりも大きな速度で光の振動面を回転させることができ、フリンジの発生を抑制することができる。したがって、１／４波長板を用いることにより、実施例２と同様以上の効果を得ることができる。
【００７５】
（実施例４）
実施例４では、実施例２のレーザー加工システム１０１において、ポッケルスセルの設定値を固定する一方、ポッケルスセルのアライメントを変化させた。ポッケルスセルのアライメントを変化させると、偏光状態もそれに応じて変化する。そのため、スイッチング状態も変化する。つまり、本実施例は、スイッチング状態を変化させた実施例である。実験結果を表２及び図１３に示す。
【００７６】
【表２】
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【００７７】
本実験では、最大のノイズ成分パルスは第２パルス４０２であった。本実験の結果より、アライメント位置をＡからＧまで変化させると、第２パルス４０２の強度Ｖｎ２が徐々に大きくなり、強度比Ｖｎ２／Ｖｐも徐々に大きくなった。そして、強度比が３％を超えると微小孔の個数が急激に増加することが分かった。したがって、本実施例では、実用的には強度比が３％以下であれば、実質的にコールドマシーニングとみなせるような加工を実現できることが分かった。
【００７８】
前述の実験と同様の実験を、GOOD FELLOW社のステンレス鋼SUS AISI302及びSUS 17-7PHを用いて行ったところ、全く同様の結果が得られた。したがって、ノズルプレートがステンレス鋼で形成されている限り、上記実験結果と同様の結果が得られると考えられる。
【００７９】
また、他の金属に対しても同様の実験を行ったところ、上記実験結果と同様の傾向が見られた。加えて、微小孔を抑制するために必要な強度比の上限値は、鉄を含有する材料において最も小さかった。言い換えると、鉄含有材料において微小孔を抑制する強度比２．５％以下であれば、他の多くの金属においても、熱影響のない微細なパルスレーザー加工を行うことができる。
【００８０】
以上の実施例は１５ｐｓのパルス幅に係るものであったが、パルス幅が０．１ｐｓから１００ｐｓの範囲にあっても、前記実施例と同様の結果が得られた。つまり、このパルス幅の範囲においても、強度比が２．５％以下であれば、鉄含有材料を初めとする多くの金属において、熱影響のない微細で精緻な加工を行うことができる。
【００８１】
本発明に係るレーザー加工装置及びレーザー加工方法は、ノズルプレートの加工に限定されるものではなく、他の様々な被加工物に適用することができる。また、ビームの揺動による孔加工だけでなく、走査型の加工やスポット的な加工等、他の様々な加工方法に応用が可能である。
【００８２】
このように、上述の実施形態及び実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、レーザー加工システムの構成図である。
【図２】図２は、発振器の構成図である。
【図３】図３は、再帰型増幅器の構成図である。
【図４】図４は、ノズルプレートの断面図である。
【図５】図５は、インクジェットヘッドの断面図である。
【図６】図６は、インクジェット式プリンタの要部の斜視図である。
【図７】図７（ａ）は発振器内のパルス波形の波形図、図７（ｂ）は増幅器内のポッケルスセルの制御信号の波形図、図７（ｃ）は増幅器内のパルス波形の波形図である。
【図８】図８（ａ）及び８（ｂ）は、実施例２の実験におけるレーザー光のパルス波形を示す波形図であり、図８（ａ）はサンプル番号１に係る波形を示し、図８（ｂ）はサンプル番号１０に係る波形を示す。
【図９】図９（ａ）及び９（ｂ）は、実施例２の実験における加工表面の状態を示す写真であり、図９（ａ）はサンプル番号１の加工表面を示し、図９（ｂ）はサンプル番号１０の加工表面を示す。
【図１０】図１０は、実施例２の実験における強度比と加工不正率との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例３の実験における加工表面の状態を示す写真である。
【図１２】図１２は、実施例３の実験における強度比と加工不正率との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例４の実験における強度比と加工不正率との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図９】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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