(57)【要約】本発明は、様々な形状で、形状的に繰り返し可能な穴のレーザーフライス加工方法である。材料を除去するために提供されたレーザーシステムであって、要求される穴形状が顧客仕様に基づいて決定され、除去レートがレーザー穿孔システムのパラメーターを利用して決定され、工具経路アルゴリズムが形状、除去レート及びレーザー穿孔システムのパラメーターに基づいて決定される。このレーザーフライス加工方法が、単一あるいは並列処理を組み合わされるように用いられてもよい。
2005511313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部輪郭で層を除去する工程と、
前記外部輪郭のサイズを減少させる工程と、
要求される形状が達成されているかどうかを決定する工程と、
を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
工作物を準備する工程を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
前記工作物を準備する工程は、サンプルステージ上に顧客指定の材料を配置する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項４】
請求項２に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
要求される穴形状を決定する工程を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
前記要求される穴形状を決定する工程は、前記工作物の厚みと顧客指定のテーパ半角と要求される穴出口直径とに基づいて外部直径を認識する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
前記要求される穴形状を決定する工程は、穴出口深さに基づいて外部直径を認識する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項７】
請求項４に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
除去レートを決定する工程を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
前記除去レートを決定する工程は、作業者指定の繰り返しレートとスポットサイズとレーザー出力とからなるパラメーターのもとでいくつかの試験フライス加工運転を実行することにより、実際の運転条件のもとで除去レートを認識する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項９】
請求項７に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
工具経路を決定する工程を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザーフライス加工を実行する方法において、
前記工具経路を決定する工程は、
要求される除去深さと前記除去レートとに基づいて輪郭の数を計算する工程と、
作業者指定のスポットサイズと要求される穴形状の要求される輪郭とに基づいて連続する輪郭のそれぞれのための工具ピッチを計算する工程と、
を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工を実行する方法。
【請求項１１】
レーザーで工作物の露出した表面から材料の層を除去するための工具経路を決定することが可能な工具経路モジュールと、
前記工具経路にしたがって複数の工作物の除去を実行することが可能な複数のレーザーと、
前記複数の工作物から連続する材料の層の除去を達成するための前記工具経路を修正することが可能なコントロールモジュールであって、前記連続する材料の層がそれぞれエリアを減少することによって要求される輪郭をとるように構成されたコントロールモジュールと、
を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザーフライス加工システムにおいて、
複数の工作物を支持することが可能な複数のサンプルステージを備えていることを特徴とするレーザーフライス加工システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザーフライス加工システムにおいて、
前記工具経路モジュールは、前記要求される輪郭と指定深さにおいて要求される最終輪郭とに基づいて初期輪郭を決定することが可能であることを特徴とするレーザーフライス加工システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザーフライス加工システムにおいて、
前記工具経路モジュールは、要求される除去深さと除去レートとに基づいて輪郭の数を計算することが可能であることを特徴とするレーザーフライス加工システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザーフライス加工システムにおいて、
前記工具経路モジュールは、作業者指定のスポットサイズと前記要求される輪郭とに基づいて連続する輪郭のそれぞれのための工具ピッチを計算することが可能であることを特徴とするレーザーフライス加工システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザーフライス加工システムにおいて、
前記複数のレーザーは、
前記工具経路にしたがって複数の工作物の除去を同時に実行し、各工作物の除去領域が実質的に同一の材料からなるとともに実質的に同一の形状を有するような並列加工と、
前記工具経路にしたがって工作物の複数の領域の除去を同時に実行し、前記複数の領域のそれぞれが実質的に同一の材料からなるとともに実質的に同一の形状を有するような並列加工と、
のうちの少なくとも一つを介して作動可能であることを特徴とするレーザーフライス加工システム。
【請求項１７】
レーザーで工作物の露出した表面から材料の層を除去するための工具経路を決定する工程と、
前記工具経路にしたがってレーザーで工作物の露出した表面から材料の層を除去する工程と、
前記工作物の新たに露出した表面から連続する材料の層の除去を達成するための工具経路を修正する工程であって、前記連続する材料の層がそれぞれエリアを減少することによってレーザーフライス加工された工作物内で要求された輪郭をとるように工具経路を修正する工程と、
を備えていることを特徴とするレーザーフライス加工方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーザーフライス加工方法において、
前記工具経路を決定する工程は、前記要求される輪郭と指定深さにおいて要求される最終輪郭とに基づいて初期輪郭を決定する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載のレーザーフライス加工方法において、
前記工具経路を決定する工程は、要求される除去深さと除去レートとに基づいて輪郭の数を計算する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載のレーザーフライス加工方法において、
前記工具経路を決定する工程は、作業者指定のスポットサイズと前記要求される輪郭とに基づいて連続する輪郭のそれぞれのための工具ピッチを計算する工程に対応していることを特徴とするレーザーフライス加工方法。
【請求項２１】
工作物材料の複数の層の連続するレーザー除去によって設けられた穴を有し、前記複数の層が実質的に同一の厚みであるとともに連続して減少するエリアであることを特徴とする工作物。
【請求項２２】
請求項２１に記載の工作物において、
該工作物は、ノズルプレート材料の複数の層の連続するレーザー除去によって設けられたノズルを有するノズルプレートであり、前記複数の層が実質的に同一の厚みであるとともに連続して減少するエリアであることを特徴とする工作物。
【請求項２３】
請求項２２に記載の工作物であるインクジェットノズルを有し、前記複数の層が実質的に円形であるとともに前記ノズルプレート材料を通して実質的にテーパ半角が描かれるように連続的に減少するエリアであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２４】
請求項２３に記載のインクジェットヘッドを備えていることを特徴とするインクジェットプリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にパルス光源による材料除去（material ablation）に関するものであり、特にレーザー穿孔（laser drilling）及びレーザーフライス加工（laser milling）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルス光源による材料除去は、レーザーの発明以来、研究され続けている。紫外線（ＵＶ）エキシマレーザー放射によってエッチングされていたポリマーについての１９８２年のレポートは、マイクロ機械加工の研究を広範囲にわたって刺激した。それ以来、この分野での化学的及び工業的な研究が急激に増し、主としてレーザーの使用を通して穿孔することができ、フライス加工することができ、繰り返すことができる著しく小さな形状について拍車がかかった。
【０００３】
超高速レーザーは、持続時間がおよそ１０−１１秒（１０ピコセカンド）から１０−１４秒（１０フェムトセカンド）までの強いレーザーパルスを生じさせる。ショートパルスレーザーは、持続時間がおよそ１０−１０秒（１００ピコセカンド）から１０−１１秒（１０ピコセカンド）までの強いレーザパルスを生じさせる。医学、化学及び通信における超高速レーザーについての潜在的な用途の幅広い変化は、開発され続けているとともに実行され続けている。これらのレーザーはまた、幅広い材料に対するフライス加工あるいは穴の穿孔のための有効な道具である。数ミクロンのような小さいサイズの穴、サブミクロンのような小さいサイズの穴さえ、すぐに穿孔することができる。高アスペクト比の穴は、タービンブレードの冷却溝、インクジェットプリンターのノズルあるいはプリント基板のビアホールのような硬い材料に対して穿孔することができる。
【０００４】
直径がミクロンとなるような小さいサイズの穴を穿孔する能力は、多くの先端技術製造工業において基礎要件である。高解像度、高精度、高速度及び高柔軟性の組合せは、集積回路、ハードディスク、印刷装置、ディスプレイ、相互接続及び電気通信装置の製造を含む多くの工業において、レーザー加工が受け入れられることを可能にする。
【０００５】
穴の形状は、個々の製造用途にとって重要である。適切なプログラミングは、カスタム設計されてテーパの付けられた二次元（２Ｄ）及び三次元（３Ｄ）構造を容易に設計することができるため、レーザーシステムは、フライス加工においてより柔軟に用いられる。しかしながら、これらの構造にとって要求される形状サイズが小さくなるにつれ、生産仕様に一貫してしたがう迅速かつ費用効果の高い方法によって実施されるマイクロ機械加工製品の大量生産がより困難となる。それにも関わらず、パルス光源による材料除去の分野において存在し続けているいくつかの問題を解決するレーザーフライス加工方法の必要性は残っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パルス光源による材料除去の分野において存在し続ける１つの問題は、制御されたテーパ角を要求する様々な形状の穴をフライス加工することに関する。精密にフライス加工された材料にとっての現在の市場での用途は、様々な形状及びテーパ角を要求する。工作物材料を除去（アブレーション）するために過去に用いられた技術は、放電加工（ＥＤＭ）とマスキングを用いたエキシマレーザーとを含んでいる。しかしながら、そのような方法は、様々な材料及びテーパ角のフライス加工に多大な準備及び開発時間を要求する。必要なことは、制御されたテーパ角を要求する様々な形状の穴をフライス加工する方法である。
【０００７】
パルス光源による材料除去の分野において存在し続ける他の問題は、様々な材料厚みを有する様々な材料に穴をフライス加工することに関する。現在ではエキシマレーザーが穴をフライス加工するために用いられているが、それらは主にポリマー材料に用いられており、マスキングが必要なために融通が利かない。マイクロ機械加工にとっての現在の市場は、幅広い様々な材料及び用途を含んでいる。必要なことは、様々な材料厚みを有する様々な材料に穴をフライス加工する方法である。
【０００８】
パルス光源による材料除去の分野において存在し続ける他の問題は、並列加工を利用して形状的に繰り返し可能な穴をフライス加工することに関する。材料をフライス加工するための従来の技術は、（例えばエキシマレーザーのような）単一ビームとマスキング技術とを合体させている。これらの処理は、１つの穴のフライス加工には有効であるが、１つ以上の穴の複数あるいは並列加工を同時に許容しない。必要なことは、並列加工を利用して形状的に繰り返し可能な穴をフライス加工する方法である。
【０００９】
パルス光源による材料除去の分野において存在し続ける他の問題は、マスキング処理を必要とすることなく材料をフライス加工することに関する。典型的な工作物材料をフライス加工する現在の方法は、エキシマーレーザーフライス加工のような技術を含んでいる。エキシマレーザーは、典型的には穴のターゲットエリアを囲むようにして工作物の上に配置されるマスキング材料を必要とする。エキシマレーザーは、工作物上のマスクされていない材料のすべてを除去する。しかしながら、工作物にテーパ角を形成するためには、個々の除去層のそれぞれのためにマスクをつくらなければならない。この技術は、時間を浪費し、多量の無駄なエネルギーを生じさせる。必要なことは、マスキング処理を必要とすることなく材料をフライス加工する方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、形状的に繰り返し可能な、様々な形状の穴をレーザーフライス加工する方法であり、本発明では、材料除去のためにレーザー穿孔システムが提供される。要求される穴形状は、顧客仕様に基づいて決定され、除去レートは、レーザー穿孔システムのパラメーターを利用して決定され、工具経路アルゴリズムは、形状と除去レートとレーザー穿孔システムのパラメーターとに基づいて決定される。このレーザーフライス加工方法は、単一あるいは並列加工の組合せとして用いられてもよい。
【００１１】
レーザーフライス加工の説明を簡略化するため、本発明によるレーザーフライス加工は、円形の穴を形成することに関して記載されている。しかしながら、本発明が円形だけに限定されないことは理解されるべきである。矩形及び三角形のような他の形状は、ここに記載されたものと同一の加工を使用することによってフライス加工することができる。さらに、本発明の好ましい実施例を示したとはいえ、その詳細な説明及び具体例は、図示の目的のためだけであって、本発明の範囲を限定するものではないことは理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、詳細な説明及び添付した図面から完全に理解される。
【００１３】
好ましい実施例である以下の記載は、単に例示的なものであり、本発明、その用途あるいは使用方法を限定するものではない。
【００１４】
本発明は、除去された材料の堆積を生じさせることなく、形状的に繰り返し可能な様々な形状の穴を形成するために用いられることができるレーザーフライス加工方法である。さらに、その方法は、複数のフライス加工された穴を同時に並列加工するために用いられることができる。
【００１５】
図１を参照すると、レーザー穿孔システム１００の簡略系統は、レーザー１０５と、ビーム１０７と、シャッター１１０と、減衰器１１５と、ビームエキスパンダー１２０と、回転半波長プレート１２５と、第１のミラー１０８と、第２のミラー１１７と、第３のミラー１２１と、第４のミラー１２２と、走査ミラー１３０と、走査レンズ１４０と、工作物１５５とを含んでおり、これらが図示のように配置されている。本発明はピコセカンドレーザーシステムを利用するが、本発明がエキシマ、ＣＯ２及び銅蒸気レーザーシステムのような他のレーザーシステムを利用するように汎用化されていてもよい。レーザー穿孔システム１００の動作の簡単な説明が以下に記載されている。他の実施例においては、レーザー穿孔システム１００の構成要素の変化が要求されてもよい。本発明は、レーザー穿孔システム１００の構成要素の現在の選択及び配置に限定されるものではない。
【００１６】
動作中、ピコセカンドレーザー１０５は、図１に示される工学通路に沿ってビーム１０７を放つ。ビーム１０７は光学経路に沿って伝わり、このビーム１０７が第１のミラー１０８に入射する。第１のミラー１０８は、光学通路に沿うようにビーム１０７の方向を変え、このビーム１０７がシャッター１１０に入射する。シャッター１１０は、工作物材料を選択的に照らすために開いたり閉じたりする。ビーム１０７は、シャッター１１０を出てから光学通路に沿って減衰器１１５まで伝わる。減衰器１１５は、除去パラメーターを正確に制御するためにピコセカンドレーザー１０５のエネルギーを濾過する。ビーム１０７は、減衰器１１５を出てから光学通路に沿って伝わり、このビーム１０７が第２のミラー１１７に入射する。第２のミラー１１７は、光学通路に沿うようにビーム１０７の方向を変え、このビーム１０７がビームエキスパンダー１２０に入射する。
【００１７】
ビームエキスパンダー１２０は、ビーム１０７のサイズを増大させるものであり、走査レンズのひとみサイズに一致するようにビームサイズを増大させる。ビーム１０７は、ビームエキスパンダー１２０を出てから光学通路に沿って伝わり、このビーム１０７が第３のミラー１２１に入射する。第３のミラー１２１は、光学通路に沿うようにビーム１０７の方向を変え、このビーム１０７が第４のミラー１２２に入射する。第４のミラー１２２は、光学通路に沿うようにビーム１０７の方向を変え、このビーム１０７が回転半波長プレート１２５に入射する。回転半波長プレート１２５は、ビーム１０７の偏光を変化させる。回転半波長プレート１２５を出てから、ビーム１０７は光学通路に沿って伝わり、このビーム１０７が走査ミラー１３０に入射する。
【００１８】
走査ミラー１３０は、工作物１５５に穴を穿孔するため、フライス加工アルゴリズム（図示されず）を利用して予め定義されたパターンで動く。走査ミラー１３０は、光学通路に沿うようにビーム１０７の方向を変え、このビーム１０７が走査レンズ１４０に入射する。走査レンズ１４０は、工作物１５５上のサブビーム１３７のスポットサイズを決定する。ビーム１０７は、走査レンズ１４０を出てから光学通路に沿って伝わり、このビーム１０７が工作物１５５に入射する。ビーム１０７は、予め定義されたフライス加工アルゴリズムにしたがうパターンで工作物１５５を除去する。
【００１９】
本発明におけるショートパルス（ピコセカンド）レーザー源の利用は、穴の形状を悪くしたり歪めたりすることにつながる過剰な熱影響を最小限にするという問題を解決する。熱影響はまた、基板への熱損傷のような他の望ましくない影響を生じさせることもある。
【００２０】
フライス加工アルゴリズムは、定義されるとともに、コンピュータ（図示されず）のような演算手段を有するピコセカンドレーザー穿孔システム１００に伝達させられている。コンピュータは、フライス加工アルゴリズムにおいて指定されたパラメーターにしたがってシャッター１１０と走査ミラー１３０とに信号を送る。
【００２１】
図２ａ、２ｂ及び２ｃを参照すると、レーザーフライス加工された工作物２００は、図３の記述のようにしてフライス加工される。図２ｄを参照すると、レーザーフライス加工された工作物２００の横断面図は、工作物１５５と、ターゲットエリア２４０内の第１の除去２２０及び第２の除去２３０と、工具ピッチ２５０とを含んでいる。しかしながら、本発明は、いかなる数の連続する除去に対しても用いられることができる。図２ｅを参照すると、レーザーフライス加工された工作物２００の横断面図は、工作物１５５と、一対のテーパ半角２５５と、外部直径２６６０と、穴出口直径２８０と、穴出口深さ２９０とを含んでいる。
【００２２】
図２ｄ−２ｅを参照すると、第１の除去２２０の外部直径は、ターゲットエリア２４０の外部直径２６０、テーパ半角２５５及び穴出口直径２８０とに対する顧客仕様によって予め決定されるが、典型的には２０μｍと２００μｍとの間の範囲である。本例では、第１の除去２２０の深さは、１μｍである。しかしながら、第１の除去２２０の深さは、１０μｍのように深くてもよいし、０．００１μｍのように浅くてもよく、要求されるテーパの仕様と工作物１５５に要求される穴深さとに依存している。与えられた材料にとって、より高い入射レーザー強度、及び／または、より遅い直線状フライス加工速度は、より粗い壁面仕上げとともにより大きい除去深さを生じさせ、図２ｄで誇張されて示されているように、階段状の壁面になってしまうかもしれない。対照的に、より低い入射レーザー強度、及び／または、より速い直線状フライス加工速度の使用は、より小さい切断深さを与え、より滑らかな壁面になる。
【００２３】
他の実施例において、矩形の輪郭を有するテーパの付いた穴は、このレーザーフライス加工を利用することによって形成される。矩形を定義する側面ａ及びｂを有する第１の矩形エリアは、規定されたエリア上をレーザービームをラスター走査させることによって、あるいは、規定されたエリア上を矩形の螺旋状経路に沿ってレーザービームを動かすことによって、除去される。減少させられ側面長さａ−δａ及びｂ−δｂを有する第２の矩形エリアは、除去された第１の矩形エリア内で続いて除去される。要求されるテーパの付いた矩形の穴が形成されるまで、この加工が続く。
【００２４】
工具ピッチ２５０は、レーザー穿孔システム１００のスポットサイズと要求されるターゲットエリア２４０の要求されるテーパ角とに基づいて、第２の除去２３０及びすべての連続する除去の直径についての減少サイズを決定する。工具ピッチ２５０は、本例では１μｍとして示されているが、１０μｍのように幅広くてもよいし、０．００１μｍのように狭くてもよい。
【００２５】
図３を参照すると、レーザーフライス加工方法３００は、いくつかのステップを含んでいる。ステップ３１０では、レーザーフライス加工のための準備において、作業者が（金属、ポリマー、セラミック、半導体材料、あるいは、他のいかなる適当な材料のような）顧客指定の材料をサンプルステージ上に工作物１５５として配置する。この例では、工作物１５５が５０μｍから１５０μｍの厚みを有するとともに平坦とされているが、他の実施例では、本発明がより厚く平坦ではない材料のために汎用化されてもよい。
【００２６】
本発明によれば、平坦ではない表面にも対応できるように、所定の方法で、層の幅を連続して変化させることが可能である。スルーホールでは、そのような変形実施は必要ではないかもしれないが、スルーホールではない他の実施例ではまた有効であるかもしれない。例えば、層の幅を変化させることに代えて、平坦ではない表面を平坦化するために、スルーホールではない穴を穿孔する前あるいは後のいずれかにおいて、内部輪郭から外部輪郭までの同一幅の層を連続して除去することができる。もし平坦ではない表面の輪郭がテーパ半角によって描かれないのであれば、工具ピッチはまた連続して変化させられることができる。外部及び／または内部輪郭を連続して再定義する方法はまた、表面が凹か凸かあるいはその両方であるかどうかに依存して変化してもよい。層の幅の変化はまた、要求された形状を達成するために、工具ピッチの変化、及び／または、外部／内部輪郭の再定と組み合わせられる。
【００２７】
ステップ３２０では、作業者が、顧客仕様に基づいてターゲットエリア２４０の要求される穴形状を定義する。本例では、図２ｅに示されるように、典型的な円錐形のテーパの付いた穴が描かれているが、本発明は、特定の穴形状の構成に限定されるものではない。テーパ半角２５５は、典型的に３０°と５０°との間の範囲であるが、レーザー穿孔システム１００の物理的な限界内において最終的な用途を満たす１０°と８０°との間のいかなる角度であってもよい。外部直径２６０は、３つの要素の組合せによって決定される。第１の要素は、要求される穴出口直径２８０であり、これは、１つの例では２０μｍであるが、２００μｍのように広くてもよいし、１μｍのように狭くてもよい。第２の要素は、工作物１５５の厚みであり、これは、顧客仕様によって決定されるものであり、典型的には５０μｍから１５０μｍである。しかしながら、この厚みは最終的な用途によって変化してもよい。もし特定の穴出口深さが必要とされるのであれば、穴出口深さ２９０はまた、要求される穴形状を決定するときに考慮されなければならない。第３の要素は、工作物１５５内の顧客指定のテーパ半角２５５である。
【００２８】
ステップ３３０では、作業者が、所定のレーザー穿孔パラメーターのセットによって材料の除去レート（アブレーションレート）を決定する。除去レートのパラメーターの調整は、繰り返しレート、スポットサイズ及びレーザー出力を含んでいる。工作物１５５をフライス加工する前には、除去レートに影響を及ぼすレーザー穿孔システム１００を評価して調整するために、いくつかの試験フライス加工運転が実行される。一旦、除去レートが認識されると、この値は、その除去レートで工具経路内における除去深さを分割するのに必要な輪郭（つまり層）の数を決定するのに用いられ、指定の工具経路アルゴリズム内に取り込まれる。
【００２９】
本例では、第１の除去２２０の深さは、１μｍであるが、この第１の除去２２０の深さは、１０μｍのように深くてもよいし、あるいは０．００１μｍのように浅くてもよく、ターゲットエリア２４０の要求される穴形状に依存している。
【００３０】
ステップ３４０では、フライス加工アルゴリズム（あるいは代わるものとして“工具経路アルゴリズム”）が、要求される穴形状、除去レート及びレーザー穿孔システム１００のスポットサイズを利用して“穿孔方法”を決定する。これらのパラメーターは、外部直径２６０から穴出口直径２８０まで移動するように要求される挙動のセットを補助する。フライス加工アルゴリズムは、除去レートと要求される除去深さ２３５とに基づいて輪郭の数を計算し、それから、スポットサイズ及び要求されるテーパに対して、連続する輪郭のそれぞれのための工具ピッチ２５０を計算する。フライス加工アルゴリズムは、フライス加工を通してレーザー穿孔システム１００をガイドするため、輪郭形状にとっての座標と同様にして、この情報を利用する。
【００３１】
この例では、除去深さ２３５が、第１の除去２２０において１層につき１μｍとして図示され、工具ピッチ２５０が、図２において１μｍとして示されている。これらの測定値は、この実施例では４５°であるテーパ半角２５５を生じさせる。しかしながら、他の実施例では、レーザー状態及びスポットサイズの変化によって、除去深さが１層につき１０μｍから０．００１μｍまでの範囲でもよいし、工具ピッチ２５０が１０μｍから０．００１μｍまでの範囲でもよい。
【００３２】
ステップ３５０では、図２ａ、２ｄ、２ｅに示されるように、フライス加工アルゴリズムは、工作物１５５内の外部直径２６０で第１の除去２２０を実行する。除去レートに基づいて予め決定された除去深さにおけるターゲットエリア２４０全体の工作物１５５の除去は、予め決定された工具経路アルゴリズムにしたがってレーザーシステム１００を利用して実行される。この例では、除去深さ２３５は１層につき１μｍであるが、この深さはステップ３４０で記述したように変化してもよい。
【００３３】
ステップ３６０では、図２ａ及び２ｂに示されるように、フライス加工アルゴリズムは、工作物１５５内のターゲットエリア２４０の外部輪郭で第２の除去２３０を実行する。工具ピッチ２５０は、ステップ３４０で記述されたように決定され、予め決定された工具経路アルゴリズムを利用して実行される。レーザー１０５のパラメーター及び要求されるテーパ半角２５５は、ターゲットエリア２４０内の除去領域を決定する。
【００３４】
本例では、要求されるテーパ半角２５５を達成するために、外部輪郭は、工作物１５５のターゲットエリア２４０に交差する深さ方向に１μｍ進む都度に直径が１μｍずつ減少させられる。連続する除去のため、ターゲットエリア２４０に交差する１μｍの深さを維持しながら、外部輪郭が１μｍずつ減少させられる。この加工は、図２ｂに示されるように、要求されるフライス加工テーパ及び深さまで続く。
【００３５】
ステップ３７０では、フライス加工アルゴリズムが、要求されるフライス加工形状が達成されたかどうかを決定する。フライス加工形状は、フライス加工アルゴリズムが予めセットされた輪郭の数を完了したときに考慮される。テーパ半角２５５は、要求される穴形状に達したかどうかをを決定するために測定される。もし、イエスならば方法３００は終了し、もしノーならば方法３００はステップ３５０に戻る。本実施例では、このステップはオフラインとされている。すなわち、このフライス加工方法は、予め決定された層の数を実行するのである。工作物１５５は、それから取り外され、テーパ半角２５５は、顧客仕様に合うかどうかを決定するために、レーザー穿孔システム１００の外部で測定される。しかしながら、他の実施例では、この決定が、レーザー穿孔システム１００の内部でなされてもよい。
【００３６】
本発明は、いくつかの利点を有している。本発明の第１の利点は、並列加工を利用して形状的に繰り返し可能な穴をフライス加工する方法を提供することである。本発明の第２の利点は、制御されたテーパ角が要求する様々な形状の穴をフライス加工する方法を提供することである。本発明の第３の利点は、様々な材料厚みを有する様々な材料に穴をフライス加工する方法を提供することである。本発明の第４の利点は、マスキング処理を必要とすることなく材料をフライス加工する方法を提供することである。本発明の第５の利点は、フライス加工された材料のアスペクト比を増大させることである。本発明の第６の利点は、プログラム可能な方法であることである。本発明の第７の利点は、除去された破片が工作物上に導入されてしまうのを避けることである。
【００３７】
本発明の１つの不利点は、フライス加工作業に時間を浪費することである。しかしながら、いかなるフライス加工作業でも、それを実行するために同様の量の時間を要求するものであり、重大な懸念ではない。
【００３８】
また同一の問題を解決する他の方法も存在する。図４を参照すると、同一の問題を解決するための他の第１の方法は、フライス加工を実行するために角度レーザーアッセンブリ４００を利用することである。しかしながら、下記のように、この方法は複数のターゲットエリアの並列加工を許容しない。角度レーザーアッセンブリ４００は、レーザービーム４１０を含んでおり、このレーザービーム４１０は、第１のミラー４２０及び第２のミラー４３０の光学通路に沿って伝わり、集束レンズ４４０によって材料４６０のターゲットエリア４５０上に集束させられる。動作中、角度レーザーアッセンブリ４００は、所定の角度で、ターゲットエリア４５０に沿ってレーザービーム４１０の３６０°の円回転を許容するように垂直軸回りに回転し、これにより、要求されるテーパ角を形成する。角度レーザーアッセンブリ４００の回転性設計は、並列加工のための複数ビームの利用を不可能にする。
【００３９】
図５を参照すると、同一の問題を解決するための他の第２の方法は、円形除去５００を利用することである。しかしながら、下記のように、円形除去５００は、ターゲットエリア内に除去された材料の望ましくない堆積を生じさせる。円形除去５００は、レーザービーム５１０と、ターゲットエリア５５０と、一定の材料５６０を必要とする。動作中、円形除去５００は、レーザービーム５１０がターゲットエリア５５０に対して垂直な３６０°の経路内で移動することによって実行される。レーザービーム５１０は、ターゲットエリア５５０から材料５６０を除去するために、十分なエネルギーを提供する。しかしながら、除去破片５２０が、ターゲットエリア５５０の壁面上に配置される。
【００４０】
インクジェットヘッドのノズルプレートが、以下に詳細に示すように、本発明のレーザー穿孔システムで製造されていてもよい。
【００４１】
図６に示すように、インクジェットプリンター６００は、圧力発生装置を介して記録媒体６０４上に記録することが可能なインクジェットヘット６０２を有している。インクジェットヘッド６０２から放たれるインク溶滴は、コピーペーパーシートのような記録媒体６０４の上に配置され、記録媒体６０４上への記録が実行される。インクジェットヘッド６０２は、往復台シャフト６０８に沿った往復移動が可能な往復台６０６に取り付けられている。より具体的には、インク・ジェットヘッド６０２は、往復台シャフト６０８と平行な第１の走査方向Ｘにおいて往復運動が可能なように構成されている。記録媒体６０４は、第２の走査方向Ｙにおいてローラー６１０によって素早く運ばれる。インクジェットヘッド６０２と記録媒体６０４とは、ローラー６１０によって相対的に移動させられる。
【００４２】
図７を参照すると、圧力発生装置７００は、好ましくは圧電システム、熱システム、及び／または、同等のシステムである。この実施例では、圧力発生装置７００が、上部電極７０２と圧電素子７０４と下部電極７０６とを含む圧電システムとされている。ノズルプレート７０８は、ノズル支持体７１０と撥水層７１２とを含んでいる。ノズル支持体７１０は、金属、樹脂、及び／または、同等の材料でできている。撥水層７１２は、例えばフッ素樹脂あるいはシリコン樹脂でできている。この実施例では、ノズル支持体７１０が、ステンレススチールでできているとともに５０μｍの厚みを有しており、撥水層７１２が、フッ素樹脂でできていてるとともに０．１μｍの厚みを有している。インクジェットインクは、インク供給通路７１４と圧力室７１６とインク通路７１８とノズル７２０とに満たされている。インク溶滴は、圧力発生装置７００が圧力室要素７１６を押すことによって、ノズル７２０から排出される。
【００４３】
本発明の結果、ノズルプレートにバリや不純物（カーボンなど）のない非常に良好なノズルが構成される。さらに、ノズル出口直径の精度は、２０μｍ±１．５μｍである。
【００４４】
本発明の記述は、単に例示的なものであって、このようにして本発明の要点から外れることのない変更は、本発明の範囲内である。そのような変更は、本発明の思想及び範囲から離れるものではないと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】レーザー穿孔システムの簡略系統を示すブロック図である。
【図２ａ】レーザーフライス加工された工作物の透視図である。
【図２ｂ】レーザーフライス加工された工作物の透視図である。
【図２ｃ】レーザーフライス加工された工作物の透視図である。
【図２ｄ】レーザーフライス加工された工作物の切取内部図である。
【図２ｅ】レーザーフライス加工された工作物の切取内部図である。
【図３】レーザーフライス加工方法を示すフローチャート図である。
【図４】角度レーザーアッセンブリのブロック図である。
【図５】円形除去の横断面図である。
【図６】インクジェットプリンターの主要構成部材を示す透視図である。
【図７】インクジェットヘッドの概略横断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  レーザー穿孔システム
１５５  工作物
２００  レーザーフライス加工された工作物
２２０  第１の除去
２３０  第２の除去
２３５  除去深さ
２４０  ターゲットエリア
２５０  工具ピッチ
２５５  テーパ半角
２６０  外部直径
２８０  穴出口直径
２９０  穴出口深さ
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2005511313.tif 000006
【図２ｄ】
2005511313.tif 000007
【図２ｅ】
2005511313.tif 000008
【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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【国際調査報告】
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