(57)【要約】【課題】  インクジェットプリンタのインク吐出ノズル穴等、レーザを用いた微小穴貫通加工において、穴貫通時に噴出する加工残存物が、被加工物に付着することを防止する。【解決手段】  レーザ光を発振及び射出するレーザ光射出部と、レーザ光を被加工物上に集光する光学系部と、被加工物の保持及び取り回しを行う治具部と、被加工物表面を密着する保護体と、被加工物位置を計測する画像処理部とを備える。【選択図】  図３
2008188619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴貫通時に噴出する加工残存物を、保護体に充填された液体およびゲル状の保護体が捕獲するレーザ加工方法。
【請求項２】
保護体に計測用光源の波長に対して透明な材質を用いることにより、請求項１記載のレーザ加工方法、レーザ照射面と反対側より被加工物位置の計測を可能にする被加工物の保持機構。
【請求項３】
保護体にレーザ波長に対して透明な材質を用いることにより、請求項１の機能を有したまま、被加工物の貫通穴を通過したレーザ光が、保護体を損傷させることを防止できる被加工物の保持機構。
【請求項４】
保護体を大気から遮蔽する遮蔽部を保護体に接触させて設け、保護体が液体であることを利用し、液体の表面張力によって被加工物と遮蔽部の間に保護体を挟み込み、被加工物・保護体・遮蔽版を一体構成としたことを特徴とする保護体の保持方法。
【請求項５】
被加工物にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、マスクおよびレンズの光学素子を用いてレーザ光を所定の形状に整形するレーザ光整形手段と、前記加工容器内に設けられ被加工物を保持する保持手段と、被加工物の位置を検出する測定手段と、被加工物をレーザ加工位置に正しく位置決めする制御手段と、前記加工容器の壁面に設けられ、レーザ光を通過する窓部と、を備える事を特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法、レーザ加工装置、該加工による被加工物の保持機構及び該加工に用いられる保護体の保持方法に関する。
【０００２】
本発明は、微小穴明き部材および微小穴明き部材を用いた画像形成装置に関する。ここで微小穴明き部材としては、例えば各種電子機器に用いられる基板等が含まれる。また画像形成装置としては、例えばインクジェットプリンタ、電子写真複写機、レーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ、ワードプロセッサおよびファクシミリ装置等が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
前記微小穴明き部材を製作するために、例えばインクジェットプリンタのノズル穴形成においては、レーザ光をレンズ等の光学系を用いて被加工面上に微小スポットに集光し、被加工物に微小穴を貫通させる手段がとられている。
【特許文献１】特開平６−７９４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば上記インクジェットプリンタのノズル穴形成において、被加工物上に照射されたレーザ光は、多光子吸収によりアブショーション加工され、１パルス毎にほぼ一定の深さで除去されていく。しかしながら、すすや被加工物より発生するガス、被加工物の微小融解物等の加工残存物が発生し、穴貫通時にレーザ入射方向と反対側に飛散せずに、加工穴周辺に再付着する性質がある（図１）。例えば上記インクジェットプリンタのノズル部材は、インクの付着を防ぎ、インクの吐出を安定させるために撥水処理が施されているが、前記加工残存物が生じると、その開口部の縁部は不規則な形状となる事に加え、加工残存物が親水性であるために、インクジェットヘッドの完成時においてインクの吐出に悪影響を与え、印字品質の低下を招くという問題がある。
【０００５】
これらの加工残存物は、例えば補助ガス等を吹き付けながら加工することにより軽減できるが、完全に除去することは難しい。また、特許公開公報「特開平６−７９４８６」の様に、被加工物のレーザ照射面と反対側に固体の保護材をあてがうことにより加工残存物の付着を軽減する方法があるが、
（１）一定加工毎に保護材を交換する必要がある
（２）被加工物と保護材の密着が不十分である場合、穴貫通時の噴出ガスが被加工物と保護材の隙間に回り込み、十分な保護効果が発揮できない。
との問題がある。特に、被加工物が薄板等である時、被加工物はレーザ加工に伴って振動するため、（２）の問題が顕著に発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、保護体に液体またはゲル状の保護体を用い、穴貫通時に噴出する加工残存物を保護体が捕獲することによって、加工残存物が被加工物に付着することを防止することが可能となる。また、保護体及び遮蔽部に計測用光源の波長に対して透明な材質を用いることにより、上記問題を解決できる機能を有したまま、レーザ照射面と反対側より被加工物位置の計測を可能にすることができる。さらに、保護体及び遮蔽部にレーザ波長に対して透明な材質を用いることにより、上記問題を解決できる機能を有したまま、被加工物の貫通穴を通過したレーザ光が、遮蔽部を損傷させることを防止することができる。
【０００７】
本発明のレーザ加工方法によれば、レーザ光射出部より射出されたレーザ光が光学系部により被加工物上に集光し、貫通穴加工を行う際に発生する加工残存物を、被加工物に密着した液体またはゲル状の保護体が捕獲することによって、加工残存物が被加工物に付着することを防止する。また、保護体及び遮蔽部に計測用光源の波長に対して透明な材質を用いることにより、上記機能を有したまま、レーザ照射面と反対側より被加工物位置の計測が可能となる。さらに、保護体及び遮蔽部にレーザ波長に対して透明な材質を用いることにより、上記機能を有したまま、被加工物の貫通穴を通過したレーザ光が、遮蔽部を損傷させることを防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明のレーザ加工方法によれば、レーザ光射出部２０１より射出されたレーザ光が光学系部２０２により被加工物２０３１上に集光し、貫通穴加工を行う際に発生する加工残存物を、被加工物２０３１に密着した液体またはゲル状の保護体２０３５が捕獲することによって、加工残存物が被加工物２０３１に付着することを防止する。また、保護体２０３５及び遮蔽部に計測用光源の波長に対して透明な材質を用いることにより、上記機能を有したまま、レーザ照射面と反対側より被加工物２０３１位置の計測が可能となる。さらに、保護体２０３５及び遮蔽部にレーザ波長に対して透明な材質を用いることにより、上記機能を有したまま、被加工物２０３１の貫通穴を通過したレーザ光が、遮蔽部を損傷させることを防止できる。すなわち、高品質な穴加工を高精度で実現するという、極めて顕著な効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を具体的な実施例を挙げて説明する。
【００１０】
図２は、本発明のレーザ加工装置の一実施例を示すシステムブロック構成図である。本装置は、レーザ光を発振及び射出するレーザ光射出部２０１と、レーザ光を被加工物上に集光する光学系部２０２と、被加工物の保持及び取り回しを行う治具部２０３と、被加工物表面を密着する保護体２０３５と、被加工物位置を計測する画像処理部２０４、及び上記装置類の動作を制御するコントローラ部２０５から大略構成される。
【００１１】
レーザ発振器２０１１より射出されたレーザ光は、反射ミラー２０２１およびビーム整形・集光光学系２０２２によって所望のビーム形状となり、被加工物２０３１上に照射される。ここで用いるレーザ光は、被加工物２０３１を最適に加工できる様に波長、パルス幅等が選択できるものとする。例えば、インクジェットプリンタのノズル材料であるポリマー樹脂に対しては、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザの第３および第４高調波等の紫外域のレーザ光が用いられる。
【００１２】
ビーム整形・集光光学系２０２２は、レンズ等の光学素子によってレーザ光束内の強度分布を均一化し、ノズル穴形状を規定する用に製作されたマスクを通過したレーザ光が被加工物表面に縮小結像する様に構成されたものとする。
【００１３】
被加工物２０３１は、被加工物保持治具２０３２上に均一に固定されるが、固定方法は、機械的押し当て方法、吸着等負圧を用いた方法等、適切な固定方法を採用する。ただし、レーザ光による加工部分については、加工点の反対側が保護体２０３５と密着する構造をとらなければならない。
【００１４】
保護体２０３５は加工点の反対側において被加工物２０３１と密着する。保護体を満たす保護体２０３５は水等の液体でもゲル状の粘性物質でもよいが、例えば石英ガラス等、可視波長およびレーザ波長に対して透明な材質が選定される。
【００１５】
画像処理部２０４は、被加工物２０３１に対してレーザ照射方向の反対側に設置され、例えばＣＣＤカメラ２０４２を用いて治具および被加工物２０３１を撮影し、被加工物２０３１の位置情報および治具の位置情報をコントローラ部２０５に伝達する。この時、レーザ照射位置および治具の基準位置は既知であるため、コントローラ部２０５は移動ステージ２０３６を駆動し、被加工物２０３１上の加工位置とレーザ照射位置が一致するように被加工物２０３１の位置決めを行う。なお、移動ステージ２０３６には、ＣＣＤカメラ２０５２が被加工物２０３１を撮像するに十分な開口が確保されているものとする。また、図２においては、レーザ光波長を選択的に透過させる波長選択ミラー２０５１を画像処理部２０４前方に配置し、被加工物２０３１・保護体２０３５を透過したレーザ光が画像処理部２０４にダメージを与える事を防いでいる。
【００１６】
図３に、本発明におけるレーザ加工プロセス例を示す。例えばインクジェットノズルにおいて、レーザ光３０２が被加工物３０３表面に照射されると、レーザ光のパルス毎に一定の深さで除去加工が進行してゆく。穴貫通以前の段階では、加工によって発生するすすやガス、微小融解物等の加工残存物３０１はレーザ入射方向に向かって噴出するが、穴貫通以降はレーザ入射方向の反対側であるインクジェットノズル面３０４に噴出する。従来においてはこれらの加工残存物３０１が加工穴周辺に再付着し、インクジェットヘッドの完成時においてインクの吐出に悪影響を与え、印字品質の低下を招くという問題を発生させたが、保護材３０６が密着した本方式においては、加工残存物３０１は保護材３０６に直ちに捕獲され、加工穴周辺に再付着することはない。
【００１７】
なお、上記実施例の別形態として、図２では被加工物２０３１が立体形状の例を示しているが、図４に被加工物がシート状の場合に、治具部にロール状に巻き取る方式の例を示す。被加工物保持治具４０３２上に、ロール状の被加工物４０３１が保護体４０３５に密着して配置される。レーザ加工後、被加工物４０３１はロール式巻き取り機４０３７で順次巻き取られる。
【００１８】
上記構造では、被加工物４０３１と保護体４０３５は常時密着するため、上記実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【００１９】
また、図２および図３の実施例において保護体２０３５および４０３５は循環ポンプ等によって循環する構造をとるが、例えば図５および請求項４に記した様に、保護体５０３（液体）の表面張力を利用することによって、保護体５０３の薄い層を挟んで被加工物５０１に遮蔽板５０５を密着させた一体構造とし、被加工物５０１毎に保護体５０３および遮蔽板５０５を交換する方式としてもよい。レーザ加工プロセスにおいては、上記実施例と同様、穴貫通時に発生する加工残存物５０４は保護体５０３中に直ちに捕獲され、加工穴周辺に再付着することはないため、上記実施例と同様の効果を得る事ができる。この時、遮蔽板５０５は例えば石英ガラス等、可視波長およびレーザ波長に対して透明な材質が選定される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のレーザ加工プロセスの一例を示す説明図。
【図２】本発明のレーザ加工装置の一実施例を示すシステムブロック構成図。
【図３】レーザ加工プロセスにおいて、従来と本発明との効果を比較した説明図。
【図４】本発明のレーザ加工装置の実施例の別形態を示すシステムブロック構成図。
【図５】本発明のレーザ加工装置において、被加工物と保護体の密着方式の別形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１０１  加工残存物（すす、微小融解物）
１０２  レーザ光（貫通穴）
１０３  インクジェットノズル面
２０１  レーザ光射出部
２０１１  レーザ発振器
２０２  光学系部
２０２１  反射ミラー
２０２２  ビーム整形・集光光学系
２０３  治具部
２０３１  被加工物
２０３２  被加工物保持治具
２０３３  ろ過フィルタ
２０３４  循環ポンプ
２０３５  保護体
２０３６  移動ステージ
２０４  画像処理部
２０４１  波長選択ミラー
２０４２  ＣＣＤカメラ
２０５  コントローラ部
２０５１  メインコントローラ
２０５２  レーザコントローラ
２０５３  治具コントローラ
２０５４  カメラコントローラ
３０１  加工残存物（すす、微小融解物）
３０２  レーザ光
３０３  被加工物
３０４  インクジェットノズル面
３０５  被加工物保持治具
３０６  保護体
４０１  レーザ光射出部
４０１１  レーザ発振器
４０２  光学系部
４０２１  反射ミラー
４０２２  ビーム整形・集光光学系
４０３  治具部
４０３１  被加工物
４０３２  被加工物保持治具
４０３３  ろ過フィルタ
４０３４  循環ポンプ
４０３５  保護体
４０３６  移動ステージ
４０３７  ロール式巻き取り機
４０４  画像処理部
４０４１  波長選択ミラー
４０４２  ＣＣＤカメラ
４０５  コントローラ部
４０５１  メインコントローラ
４０５２  レーザコントローラ
４０５３  治具コントローラ
４０５４  カメラコントローラ
５０１  被加工物
５０２  レーザ光
５０３  保護体
５０４  加工分解物
５０５  遮蔽板
【図１】
2008188619.tif 000003
【図２】
2008188619.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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