JP2001071168A - レーザ加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェット記録ヘッド - Google Patents

レーザ加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェット記録ヘッド

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JP2001071168A JP2000187657A JP2000187657A JP2001071168A JP 2001071168 A JP2001071168 A JP 2001071168A JP 2000187657 A JP2000187657 A JP 2000187657A JP 2000187657 A JP2000187657 A JP 2000187657A JP 2001071168 A JP2001071168 A JP 2001071168A
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小出　　純
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Abstract

(57)【要約】 【課題】副生成物の発生がなく、レーザ加工中に変換さ
れた熱エネルギーが樹脂等の被加工物に蓄積されること
を根本的に防止して、微細なマスクパターンを正確に加
工することができるレーザ加工方法、該レーザ加工方法
を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製造
方法で製造されたインクジェット記録ヘッドを提供す
る。 【解決手段】レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射
時間にて発振するレーザ発振器から放射される空間的時
間的なエネルギー密度が非常に大きい、複数パルスのレ
ーザ光を用い、該レーザ光が前記マスクパターンを通過
する際の光回折によって生じるスペックル干渉像を動的
に変化させて、該スペックル干渉像の積分像を形成し、
マスクパターンとほぼ同一のパターンを加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工方法に関
し、例えば該レーザ加工方法を用いたインク滴を飛翔さ
せて記録媒体上にインク滴を付着させるインクジェット
記録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインク
ジェット記録ヘッドに関する。特に、加工物に融解、熱
膨張を生じさせることなく、加工することができ、また
マスク投影加工を行うに際して、微細なマスクパターン
を、正確に加工することができるレーザ加工方法、該レ
ーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造
方法、インクジェット記録ヘッドの実現を目指すもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、微細な構造と精度を要求される構
造物を微細加工するためのレーザ加工方法として、紫外
線レーザによるレーザ加工方法が用いられている。この
ような微細加工の例としては、インクジェットヘッドの
インク流路やインク吐出口の加工をあげることが出来
る。特開平2‐121842号公報、あるいは特開平2-121845
号公報では、紫外線レーザの代表的なものであるエキシ
マレーザを用いて、インク流路やインク吐出口を加工す
ることで高精度の加工が行えることが記載されている。
即ち、このエキシマレーザは、希ガスとハロゲンガスの
混合気体を放電励起することで、短パルス (15~35ns)の
紫外光を発振できるレーザであり、これらの発振エネル
ギーは数100mJ/パルス、パルス繰返し周波数は10~500Hz
である。そして、このエキシマレーザ光のような高輝度
の短パルス紫外光をポリマー樹脂表面に照射すると、照
射部分が瞬間的にプラズマ発光と衝撃音を伴って分解、
飛散するAblative Photodecomposition(APD)過程が生
じ、この過程によってポリマー樹脂のいわゆるレーザー
アブレーション加工が可能となる。レーザー加工とし
て、それ以前に一般的に用いられていたYAGレーザでは
穴が開くもののエッジ面が荒れ、また赤外線であるCO2
レーザでは穴の周囲にクレーターを生じるという欠点を
有していた。これらのレーザー加工はいわゆるレーザー
熱加工であって、光エネルギーを熱エネルギーに変換す
ることにより加工を行うため、加工形状を崩しやすく微
細な加工を行うことは困難であったのに対して、このエ
キシマレーザによるレーザーアブレーション加工は、炭
素原子の共有結合を切断する光化学反応によって昇華エ
ッチングを行うものであるため、加工形状を崩しにく
く、非常に高精度の加工が行えるものである。
【０００３】ここで、レーザアブレーション加工方法と
は、液相状態を介することなくレーザにより昇華加工を
行う方法を意味するものである。特にインクジェット技
術の分野では、これらエキシマレーザーによるレーザー
アブレーション加工技術が実用化されることで飛躍的な
発展を遂げ、今日にいたっていることは記憶に新しい。
【０００４】このようにエキシマレーザーを用いたレー
ザー加工技術を実用化していくにつれ、さらに以下のよ
うなことが判ってきている。すなわち、照射レーザの発
振パルス時間は、上述の紫外線レーザであるエキシマレ
ーザで約数10ナノ秒、YAGレーザの高調波発振の紫外線
で約100ピコ秒から数ナノ秒であるが、被加工物に照射
したレーザ光は、そのすべての光エネルギーが原子の共
有結合の切断のために用いられるものではないこと。そ
して、原子の共有結合の切断に用いられない光エネルギ
ーがあることにより、被加工物のレーザー加工部分は完
全分解する前に飛散していき、これにより加工部周辺に
副産物が生じること。また、原子の共有結合の切断に用
いられない光エネルギーの一部は熱エネルギに変換され
ること。エキシマレーザ光のエネルギー密度は発振パル
スにおいて最大でも100メガワットのレベルでしかない
ため、熱伝導率の高い金属、セラミック、鉱物(シリコ
ン等)、光吸収率の低い石英およびガラスにおいては加
工が困難であって、主に有機構脂材料の昇華アブレーシ
ョン加工しか出来ないこと。等が判ってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらはいずれもエキ
シマーレーザーを用いることによって生じる不可避な現
象であり、これらの現象が実際のヘッドに影響を与えな
いようにさまざまな使いまわしの技術が提案されてい
る。たとえば、前述の副生成物が残った状態でインクジ
ェット記録ヘッドを組み立てると吐出口の目詰まりの原
因になるため、副生成物の除去工程を新たに設けてい
た。また、光エネルギーの一部が熱エネルギーに変換さ
れることで、被加工物は加工中に熱膨張したり、一部融
解するという現象が生じる虞があるため、ガラス転移点
が高い材料を用いたり、加工ピッチを低くしたりしてい
た。このように、いずれの技術も根本的に解決できるも
のではなかったため、レーザー加工の際にさまざまな制
約をもたらしているのが現実であった。
【０００６】一方で、上述したインクジェット記録ヘッ
ドにおいては、近年、画質の高精細化が求められてお
り、そのために吐出口やインク流路の配列密度が、従来
は300~400dpiでも十分であったものが、最近では600dpi
や1200dpiまでの配列密度が要求されるようになってき
ている。これによって、吐出口や記録液流路を配列間隔
５０μm以下、加工径２０μm以下といった微小間隔あ
るいは微小形状をより高精度に形成するための形成方法
が求められている。しかしながら、上述したエキシマレ
ーザーに見受けられる現象は加工間隔、加工径がより微
細になるほど顕著に表れてくるため、上述の高精細タイ
プのヘッドを製造するにあたり限界をもたらし始めてい
た。
【０００７】このようなことから、本発明者らは、上記
現象がいずれもエキシマレーザーに代表される紫外線レ
ーザーを用いるレーザーアブレーション加工に起因する
ものであることを認識し、従来技術にとらわれることな
く、まったく新たな見地で鋭意研究したところ、これら
の現象を根本的に解決することが出来、今後さらに進む
であろう微細加工技術にも対応し、さらには汎用性を向
上させることができる革新的なレーザーアブレーション
加工技術を見出したものである。
【０００８】本発明は、上記技術課題に鑑みなされたも
のであって、副生成物の発生がなく、レーザ加工中に変
換された熱エネルギーが構脂等の被加工物に蓄積される
ことを根本的に防止して、加工物に融解、熱膨張を生じ
させることなく、高精細に加工することができるレーザ
加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記
録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジ
ェット記録ヘッドを提供することを目的とするものであ
る。また、本発明は、複数材質材料から構成される被加
工物に微細な構造を形成する際に、単純で簡易な加工工
程によって加工することができるレーザ加工方法、該レ
ーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造
方法、該製造方法で製造されたインクジェット記録ヘッ
ドを提供することを目的とするものである。また、本発
明は、アライメント工程を簡略化することができ、内部
構造体の位置精度等の高精度化や、製造コストの軽減等
を図ることができるレーザ加工方法、該レーザ加工方法
を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製造
方法で製造されたインクジェット記録ヘッドを提供する
ことを目的とするものである。また、本発明は、被加工
物をレーザの放射エネルギーを吸収できるように構成し
て、加工効率の向上を図ることが可能なレーザ加工方
法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェット
記録ヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、つぎの（１）〜（３０）のように構成した
レーザ加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたイ
ンクジェット記録ヘッドを提供するものである。 （１）レーザ光を被加工物に照射することによって被加
工物にレーザアブレーション加工を施すレーザ加工方法
において、前記レーザ光でマスクパターンを投影して加
工するに際し、前記レーザ光として１ピコ秒以下のパル
ス放射時間にて発振するレーザ発振器から放射される空
間的時間的なエネルギー密度が非常に大きい、複数パル
スのレーザ光を用い、該レーザ光が前記マスクパターン
を通過する際の光回折によって生じるスペックル干渉像
を動的に変化させて、該スペックル干渉像の積分像を形
成し、前記マスクパターンとほぼ同一のパターンを加工
することを特徴とするレーザ加工方法。 （２）前記スペックル干渉像の積分像が、前記マスクを
光軸方向に変位振動させることにより、前記被加工物の
加工面に形成されることを特徴とする上記（１）に記載
のレーザ加工方法。 （３）前記マスクの変位振動が、振動子アクチュエータ
により行われることを特徴とする上記（２）に記載のレ
ーザ加工方法。 （４）前記スペックル干渉像の積分像が、前記マスクと
投影レンズの間、または、投影レンズと被加工物である
前記板材の間に位相差が０λから１／２λ以上の勾配を
有する波長板を挿入し、偏光が変化するように波長板を
移動させながらレーザ照射することにより、前記被加工
物の加工面に形成されることを特徴とする上記（１）に
記載のレーザ加工方法。 （５）前記レーザ光の波長は３５０〜１０００ｎｍの領
域内にあることを特徴とする上記（１）〜（４）のいず
れかに記載のレーザ加工方法。 （６）前記レーザ光のパルス放射時間は５００フェムト
秒以下であることを特徴とする上記（１）〜（５）のい
ずれかに記載のレーザ加工方法。 （７）前記被加工物は、樹脂またはＳｉまたはＳｉ化合
物材料であることを特徴とする上記（１）〜（６）のい
ずれかに記載のレーザ加工方法。 （８）前記レーザ発振器が、光伝播の空間圧縮装置を有
しているレーザ発振器であることを特徴とする上記
（１）〜（７）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （９）前記光伝播の空間圧縮装置が、チャーピングパル
ス生成手段と、光波長分散特性を利用した縦モード同期
手段によって構成されていることを特徴とする上記
（８）に記載のレーザ加工方法。 （１０）記録媒体に付着させるインク液滴を吐出するた
めのインク吐出口、前記吐出口に供給するためのインク
を貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通するイン
ク流路、前記インク流路の一部に設けられインクを吐出
するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、
前記液室に外部からインクを供給するためのインク供給
口、等を含むインクジェット記録ヘッドのインク通路の
少なくとも一部を形成する部材を、レーザ光により加工
するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記レーザ光でマスクパターンを投影して加工するに際
し、前記レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射時間
にて発振するレーザ発振器から放射される空間的時間的
なエネルギー密度が非常に大きい、複数パルスのレーザ
光を用い、該レーザ光が前記マスクパターンを通過する
際の光回折によって生じるスペックル干渉像を動的に変
化させて、該スペックル干渉像の積分像を形成し、前記
マスクパターンとほぼ同一のパターンを加工することを
特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 （１１）前記スペックル干渉像の積分像が、前記マスク
を光軸方向に変位振動させることにより、前記インクジ
ェット記録ヘッドの加工面に形成されることを特徴とす
る上記（１０）に記載のインクジェット記録ヘッドの製
造方法。 （１２）前記マスクの変位振動が、振動子アクチュエー
タにより行われることを特徴とする上記（１１）に記載
のインクジェット記録ヘッドの製造方法。 （１３）前記スペックル干渉像の積分像が、前記マスク
と投影レンズの間、または、投影レンズと被加工物であ
る前記板材の間に位相差が０λから１／２λ以上の勾配
を有する波長板を挿入し、偏光が変化するように波長板
を移動させながらレーザ照射することにより、前記イン
クジェット記録ヘッドの加工面に形成されることを特徴
とする上記（１０）に記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法。 （１４）インク通路の一部となる凹部もしくは貫通孔
は、所定ピッチで形成された複数の開口パターンを有す
るマスクを介してレーザ光を照射することで所定の間隔
で複数同時に形成されることを特徴とする上記（１０）
〜（１２）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法。 （１５）前記凹部は、前記インク流路となる溝であるこ
とを特徴とする上記（１４）に記載のインクジェット記
録ヘッドの製造方法。 （１６）前記貫通孔は、前記吐出口となることを特徴と
する上記（１４）に記載のインクジェット記録ヘッドの
製造方法。 （１７）前記レーザ光の波長は３５０〜１０００ｎｍの
領域内にあることを特徴とする上記（１０）〜（１６）
のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。 （１８）前記レーザ光のパルス放射時間は５００フェム
ト秒以下であることを特徴とする記（１０）〜（１７）
のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。 （１９）前記吐出口、インク流路、液室、インク供給口
を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部材は、
樹脂であることを特徴とする上記（１０）〜（１８）の
いずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。 （２０）前記吐出口、インク流路、液室、インク供給口
を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部材は、
ＳｉまたはＳｉ化合物材料からなることを特徴とする上
記（１０）〜（１８）のいずれかに記載のインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法。 （２１）前記レーザ発振器が、光伝播の空間圧縮装置を
有しているレーザ発振器であることを特徴とする上記
（１０）〜（２０）のいずれかに記載のインクジェット
記録ヘッドの製造方法。 （２２）前記光伝播の空間圧縮装置が、チャーピングパ
ルス生成手段と、光波長分散特性を利用した縦モード同
期手段によって構成されていることを特徴とする上記
（２１）に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。 （２３）記録媒体に付着させるインク液滴を吐出するた
めのインク吐出口、前記吐出口に供給するためのインク
を貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通するイン
ク流路、前記インク流路の一部に設けられインクを吐出
するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子、
前記液室に外部からインクを供給するためのインク供給
口、等を含むインクジェット記録ヘッドのインク通路の
少なくとも一部を形成する部材を、レーザ光によって加
工されてなるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射時間にて発振
するレーザ発振器から放射される空間的時間的なエネル
ギー密度が非常に大きい、複数パルスのレーザ光が用い
られ、該レーザ光が前記マスクパターンを通過する際の
光回折によって生じるスペックル干渉像を動的に変化さ
せて、該スペックル干渉像の積分像を形成することによ
り加工された部材を有することを特徴とするインクジェ
ット記録ヘッド。 （２４）前記スペックル干渉像の積分像が、前記マスク
を振動子アクチュエータによって光軸方向に変位振動さ
せることにより、前記被加工物の加工面に形成され、そ
れによって加工された前記部材を有することを特徴とす
る上記（２３）に記載のインクジェット記録ヘッド。 （２５）前記スペックル干渉像の積分像が、前記マスク
と投影レンズの間、または、投影レンズと被加工物であ
る前記板材の間に位相差が０λから１／２λ以上の勾配
を有する波長板を挿入し、偏光が変化するように波長板
を移動させながらレーザ照射することにより、前記被加
工物の加工面に形成され、それによって加工された前記
部材を有することを特徴とする上記（２３）に記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。 （２６）インク通路の一部となる凹部もしくは貫通孔
は、所定ピッチで形成された複数の開口パターンを有す
るマスクを介してレーザ光を照射することで所定の間隔
で複数形成されていることを特徴とする上記（２３）〜
（２５）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ド。 （２７）前記凹部は、前記インク流路となる溝であるこ
とを特徴とする上記（２６）に記載のインクジェット記
録ヘッド。 （２８）前記貫通孔は、前記吐出口となることを特徴と
する上記（２６）に記載のインクジェット記録ヘッド。 （２９）前記吐出口、インク流路、液室、インク供給口
を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部材は、
樹脂であることを特徴とする上記（２４）〜（２８）の
いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。 （３０）前記吐出口、インク流路、液室、インク供給口
を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部材は、
ＳｉまたはＳｉ化合物材料からなることを特徴とする上
記（２４）〜（２８）のいずれかに記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上述の本発明の構成を適用することによって、高精細化
に対応することができ、副生成物の発生がなく、レーザ
加工中に変換された熱エネルギーが樹脂等の被加工物に
蓄積されることを根本的に防止することができるレーザ
加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記
録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジ
ェット記録ヘッドを実現することができる。さらに、マ
スク投影加工を行うに際して、投影像の干渉を動的に変
位させる手段をレーザ光を被加工物に導光する光路中に
介在させることにより、微細なマスクパターンを正確に
加工することができるレーザ加工方法、該レーザ加工方
法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製
造方法で製造されたインクジェット記録ヘッドを実現す
ることができる。
【００１１】なお、上述の本発明の構成において用いら
れる、レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射時間に
て発振するレーザ発振器から放射される空間的時間的な
エネルギー密度が非常に大きい、複数パルスのレーザ光
は、「次世代光テクノロジー集成」（平成４年（株）オ
プトロニクス社発行、第１部要素技術；超短光パルスの
発生と圧縮、２４頁〜３１頁）等に記載されている、い
わゆるフェムト秒レーザーであり、現在、汎用的に市販
されているフェムト秒レーザーの中には、パルス放射時
間が１５０フェムト秒以下、パルス当りの光エネルギー
が５００マイクロジュールのものが存在する。これによ
ると、放射レーザ光のエネルギー密度は発振パルスにお
いて約３ギガワットのレベルにもなる。
【００１２】すなわち、従来例のエキシマレーザ等を用
いたアブレーション加工方法によって、例えばインクジ
ェット記録ヘッドの吐出口を加工した場合、照射される
レーザ光の発振パルス時間幅が長いために、吐出口を形
成するために用いる樹脂プレートに吸収された光エネル
ギーが熱エネルギーに一部変換され、樹脂プレート全体
に所定伝導率で熱拡散されて、樹脂プレートはそれによ
り膨張し、この膨張はエッチングプロセスの進行につれ
てさらに拡大し、ノズル方向が外側に向いてしまい、ま
たエッジにだれが生じてしまって、インク液滴を平行に
真っ直ぐ放出することができないこととなる。これに対
し、上記フェムト秒レーザーによる１ピコ秒以下のパル
ス放射時間にて発振するレーザを用いた構成によれば、
レーザ加工時の時間的エネルギー密度を飛躍的に増加す
ることが可能となり、非常に少ない光エネルギーで樹脂
等の被加工物をアブレーション加工することができる。
また、上述の構成によれば、レーザ加工時の副生成物に
関しても殆ど発生しないため、従来必要とされていた副
生成物の除去工程を省略することが可能となり、インク
ジェット記録ヘッドの生産性を格段に向上させることが
できる。また、上述の構成によれば、樹脂等の被加工物
に照射したレーザ光の光エネルギーが熱エネルギーに変
換され、被加工物に蓄積される前に加工が終了するため
に、被加工物は加工中に熱膨張を起して加工精度を劣化
させたり、一部融解してしまうという問題が解決され、
高精度な加工が可能になり、インクジェット記録ヘッド
の性能を格段に向上させることができ、例えば、これに
よりインク吐出口を加工すれば、平行に高密度で整列し
たインク吐出口が形成でき、インク液滴を平行に真っ直
ぐ放出するインクジェット記録ヘッドを製作することが
できる。
【００１３】また、１ピコ秒以下のパルス放射時間にて
発振するレーザは、一般にソリッドステートで構成され
るため、発振横モードがシングルモードまたは低数モー
ドで発振されるものしか現在のところ開発されておら
ず、微細なマスクパターンを投影すると、その投影像は
スペックル干渉を起こすという別の問題が発生する。
【００１４】これを回避する手段として、上述の本発明
の構成を適用し、被加工物の加工面に生じるスペックル
干渉像を動的に変化させて該スペックル干渉像の積分像
を形成するように構成することで、マスクパターンとほ
ぼ同一のパターンを加工することが可能となる。また、
その具体的な実施形態の一つとして、前述したように前
記パターンを投影するマスクを光軸方向に振動子アクチ
ュエータにて変位振動させることによって、スペックル
干渉パターンを動的に変化させ、スペックル干渉を起こ
したマスクパターンの投影像をマスクの変位振動に応じ
た積分像として加工物を加工することで、マスクパター
ンとほぼ同一のパターンを加工することが可能となる。
また、上記以外の他の実施形態として、前述したように
マスクと投影レンズの間、または、投影レンズと被加工
物である前記板材の間に位相差が０λから１／２λ以上
の勾配を有する波長板を挿入し、偏光が変化するように
波長板を移動させながら、レーザ照射を行うことによっ
て、スペックル干渉パターンを動的に変化させ、スペッ
クル干渉を起こしたマスクパターンの投影像をマスクの
変位振動に応じた積分像として加工物を加工すること
で、マスクパターンとほぼ同一のパターンを加工するこ
とが可能となる。
【００１５】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるも
のではない。 ［実施例１］実施例１においては、レーザ発振装置とし
て、１ピコ秒以下のパルス放射時間にて発振するレーザ
を用い、具体的には、照射するレーザ光は、波長７７５
ｎｍの近赤外線で、照射パルス時間幅は１パルスあたり
１５０フェムト秒であり、レーザ放射光エネルギーは、
１パルスあたり１５μＪのものを用いた。また、インク
ジェット記録ヘッド本体に５０μｍ厚のポリサルフォン
からなるオリフィスプレートを用い、このオリフィスプ
レートに、インク吐出口を形成した。
【００１６】図１は、本発明に係るレーザ加工装置のフ
ォトマスクパターン投影光学系の概略光路図である。不
図示のレーザ本体から発振された光束１０１を、フライ
アイ等のオプティカルインテグレータ１１０に導き、入
射レーザ光束を複数に分割し、分割した光束をフィール
ドレンズ１１１によって、所定のピッチで形成された複
数の開口パターンを有するフォトマスク１上で重ね合
せ、レーザの照明強度を略均一に補正し、フォトマスク
を照明するように構成している。また、フィールドレン
ズ１１１は、フライアイレンズ１１０によって複数の点
に集束された点像を、フォトマスクパターン投影レンズ
１１３のアパーチャ１１２の位置に投影して、ケーラー
照明系を形成している。
【００１７】このような光学系で、レーザ光はフォトマ
スク１上に照明され、フォトマスク１上に形成されたマ
スクパターンは、投影結像レンズ１１３によって被加工
物であるインクジェットヘッド３のオリフィスプレート
２の表面にフォーカス投影され、レーザ発振によってイ
ンク吐出口が加工される。このとき、単純にマスクパタ
ーンをオリフィスプレートに投影してしまうと、照射さ
れるレーザ光は横モードがシングルモードのコヒーレン
ト光であるため、マスクパターンを通りぬける際に回折
した回折光同士が干渉をおこし、オリフィスプレート表
面に投影されるマスクパターンの光像はスペックル干渉
を起こし、マスクパターンに対応した形状にオリフィス
プレートが加工されなくなってしまう。
【００１８】これを回避するために、振動子５をマスク
プレート１に直接または間接的に接触させ、レーザ加工
過程中にマスクプレート１を光軸方向に振動変位させ
る。これによって、マスクパターンを通過することで発
生する回折光の位相、また回折位置、回折強度は変化を
受け、オリフィスプレート表面に投影されたマスクパタ
ーンのスペックル干渉光像は経時的に動的に変化を生じ
る。つまり、オリフィスプレートは、１パルスのレーザ
照射で加工を終了するわけではなく数１００から数１０
００パルスのレーザ照射によって加工をうけるため、最
終的に加工される加工形状はマスクプレートの変位と共
に動的に変化するスペックル干渉像の積分像が形成さ
れ、この積分像は、ほぼマスクパターンと同一形状が形
成されることになる。
【００１９】詳細な加工条件としては、振動子５による
マスクプレート１の振動周波数を１０Ｈｚ、マスクプレ
ート１の振動変位の振幅は約５μｍになるようにし、ま
た、レーザパルス光の照射周期は１０００Ｈｚで行っ
た。すなわちマスクプレート１の振動変位が１往復する
間に、１００パターンの異なる干渉状態でオリフィスプ
レート２にレーザ光が照射されることとなる。一方、イ
ンク吐出口ノズル２１を形成するオリフィスプレート２
の厚さは５０μｍとしており、レーザ照射１パルス当り
の加工深さは約０，１μｍとなるため、インク吐出口ノ
ズル２１を貫通加工形成するためには５００パルス以上
のレーザ照射が必要となる。したがって、マスクパター
ンを１００パターンの異なる干渉状態で５回の繰返しに
よってインク吐出口ノズル２１を貫通加工することとな
り、干渉パターンは積分され、インク吐出口ノズルの加
工完了形状はマスクパターンに忠実な形状で形成される
こととなる。
【００２０】［実施例２］つぎに、本発明の吐出ノズル
の加工方法に係る実施例２について説明する。本実施例
では、実施例１と同様のレーザを用い、インクジェット
記録ヘッド本体に５０μｍ厚のポリサルフォンからなる
オリフィスプレートを用い、このオリフィスプレート
に、インク吐出口を形成した。
【００２１】図２は、本発明に係るレーザ加工装置のマ
スクパターン投影光学系の概略光路図である。不図示の
レーザ本体から発振された光束１０１を、フライアイ等
のオプティカルインテグレータ１１０に導き、入射レー
ザ光束を複数に分割し、分割した光束をフィールドレン
ズ１１１によって、所定のピッチで形成された複数の開
口パターンを有するマスク１上で重ね合せ、レーザの照
明強度を略均一に補正し、マスクを照明するように構成
している。また、フィールドレンズ１１１は、フライア
イレンズ１１０によって複数の点に集束された点像を、
マスクパターン投影レンズ１１３のアパーチャ１１２の
位置に投影して、ケーラー照明系を形成している。
【００２２】このような光学系で、レーザ光はマスク１
上に照明され、マスク１上に形成されたマスクパターン
は、投影結像レンズ１１３によって被加工物であるイン
クジェット記録ヘッド３のオリフィスプレート２の表面
にフォーカス投影され、レーザ発振によってインク吐出
口が加工される。このとき、単純にマスクパターンをオ
リフィスプレートに投影してしまうと、照射されるレー
ザ光は横モードがシングルモードのコヒーレント光であ
るため、マスクパターンを通りぬける際に回折した回折
光同士が干渉をおこし、オリフィスプレート表面に投影
されるマスクパターンの光像はスペックル干渉を起こ
し、マスクパターンに対応した形状にオリフィスプレー
トが加工されなくなってしまう。
【００２３】これを回避するために、図３に示すよう
な、石英基板５１に水晶５２を傾斜膜厚にて形成した波
長板５’を図２のようにマスクプレート１と投影レンズ
１１３の間に挿入し、レーザ加工過程中に勾配偏光波長
板を図中の矢印方向に変位させる。これによって、マス
クパターンを通過することで発生する回折光の位相、ま
た回折位置、回折強度は変化をうけ、オリフィスプレー
ト表面に投影されたマスクパターンのスペックル干渉光
像は経時的に動的に変化を生じる。オリフィスプレート
は１パルスのレーザ照射で加工を終了するわけではなく
数１００から数１０００パルスのレーザ照射によって加
工をうけるため、最終的に加工される加工形状は上記波
長板５’によって動的に変化するスペックル干渉像の積
分像が形成され、この積分像は、ほぼマスクパターンと
同一形状が形成されることになる。
【００２４】詳細な加工条件としては、波長板５は石英
基板５１上に複屈折特性を有する水晶を接着し、膜厚が
徐々に変化するように斜め研磨して作成した水晶層５２
が形成してあるもので、水晶の膜厚は傾斜方向において
２ｍｍの移動に対して位相差がレーザ波長７７５ｎｍに
対して１／２波長変動するように作成してある。この波
長板５の水晶の傾斜方向を図２の矢印方向に設定して移
動するもので、移動スピードとしては、レーザのパルス
光の照射周期を１０００Ｈｚに設定し、波長板５は８ｍ
ｍ／秒で移動させる。一方、インク吐出口ノズル２１を
形成するオリフィスプレート２の厚さは５０μｍとして
おり、レーザ照射１パルス当りの加工深さは約０，１μ
ｍとなるため、インク吐出口ノズル２１を貫通加工形成
するためには５００パルス以上のレーザ照射が必要とな
る。
【００２５】したがって、インク吐出口ノズル２１を貫
通加工する時間は約０．５秒で、この時間内に波長板
５’は４ｍｍ移動することとなり、マスクパターンを通
過したレーザの光は０から１波長分の位相差を生じるこ
ととなり、このことは偏光方向が１８０度の一回転する
ことに相当する。このことによって、各マスクパターン
を通過した回折光はそれぞれ偏光方向が変化することに
よって、光が干渉するにおいての偏波の整合性が変化
し、干渉が異なる状態となる。５００パルスのレーザ照
射においてそれぞれが異なった干渉状態でオリフィスプ
レート２にマスクパターンが投影され、この積分状態と
してインク吐出口ノズル２１が加工されるために、加工
完了形状はマスクパターンに忠実な形状で形成されるこ
ととなる。
【００２６】次に、図４に基づいて、上述の実施例１及
び実施例２の吐出口の加工方法が適用されるインクジェ
ット記録ヘッドについて説明する。図４において、３３
は基板であり、この基板上にはインクを吐出するための
電気熱変換素子や電気機械変換素子等のインク吐出圧発
生素子３４が設けられている。このインク吐出圧発生素
子３４は吐出口２１に連通するインク流路３１内に配さ
れており、個々のインク流路３１は共通液室３２に連通
している。この共通液室３２にはインク供給管(不図示)
が接続され、インクタンクよりインク供給管を介してイ
ンクが供給される。また、３５はインク流路３１および
共通液室３２を形成するための凹部を有する天板であ
り、基板３３と接合されることでインク流路３１、共通
液室３２を形成している。さらに、基板３３と天板３５
との接合体のインク流路端部側には吐出口２１を備える
吐出口プレート２（以下、オリフィスプレー卜と称す
る）が設けられている。
【００２７】このようなインクジェット記録ヘッドは、
以下のように作成することができる。すなわち、まず、
インク吐出圧発生用の発熱抵抗素子であるヒータ３４と
不図示のシフトレジスタ等の集積回路、電気配線とをシ
リコン基板にパターニングして基板３３を作成するとと
もに、インク流路３１、およびインク液室３２となる凹
部と不図示のインク供給口をシリコンプレートにケミカ
ルエッチングすることにより形成して天板３５を作成す
る。その後、インク吐出側端面およびインク流路３１と
ヒータ３４の配列が一致するように基板３３と天板３５
とをアライメント接合する。この接合の後、ノズルが未
形成状態のオリフィスプレート２を、接合された天板と
ベースプレートのインク吐出側端面に接着し、この状態
で上記述べてきたインク吐出ノズル加工方法を用いてノ
ズルを形成する。以後、不図示のヒータ駆動用の端子を
パターニングした電気基板を結合するとともに、アルミ
製のベースプレートを基板３３に接合し、次いで、各部
材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタ
ンクを結合することでインクジェット記録ヘッドを組み
立てる。
【００２８】このようにインクジェット記録ヘッドを製
造することで、吐出口の向きが不均一方向に加工される
ことによるインクの吐出方向位置変動が生じることを防
ぐことが可能となる。本実施例では、このインクジェッ
ト記録ヘッドを５０個作成し、吐出口の形状を観察した
ところ、いずれの吐出口においても、エッジがきれいに
形成され、平行に高密度で整列したインク吐出口が形成
されており、また、各吐出口におけるインク吐出側端部
の開口径のばらつきも従来に比べ格段に低減されてい
た。また、このようにして作成したインクジェット記録
ヘッドにて実際に印刷を行なったところ、均等に整列し
た印刷ドットが記録され、ドット形状もきれいな円形を
呈しており、優れた印刷品位の画像が得られた。なお、
上述の説明ではインク吐出口の形成方法についての例を
示したが、本発明はこれに限られるものではなく、イン
ク流路、インク液室、インク供給口の加工を行う場合で
あっても上述の効果を奏することが出来るものである。
さらに、以上の説明では、インクジェット記録ヘッドに
ついて説明したが、本発明はこれに限られるものではな
く、例えば、半導体基板等のマイクロマシンニングにお
けるレーザ加工においても好適に用いることが出来、本
発明はこれらを包含するものである。
【００２９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、高精細化に対応することができ、副生成物の発生が
なく、レーザ加工中に変換された熱エネルギーが樹脂等
の被加工物に蓄積されることを根本的に防止することが
でき、さらにマスクにより投影加工するに際して微細な
マスクパターンを正確に加工することができる。また、
本発明によれば、レーザ加工時の時間的エネルギー密度
を飛躍的に増加することができ、非常に少ない光エネル
ギーによって樹脂等の被加工物をアブレーション加工す
ることができる。また、本発明によれば、レーザ加工時
の副生成物に関しても殆ど発生しないため、従来必要と
されていた副生成物の除去工程を省略することが可能と
なり、インクジェット記録ヘッドの製造方法に適用する
ことで、インクジェット記録ヘッドの生産性を格段に向
上させることが可能となる。また、本発明によれば、樹
脂等の被加工物に照射したレーザ光の光エネルギーが熱
エネルギーに変換され、被加工物に蓄積される前に加工
が終了するために、被加工物は加工中に熱膨張を起して
加工精度を劣化させたり、一部融解してしまうという問
題が解決される。このため、高精度な加工が可能にな
り、インクジェットヘッドの性能を格段に向上させるこ
とができる。また、加工材料に関しても、樹脂材料に限
らず、セラミック材、または、金属材料といった熱伝導
効率の高い材料であっても光照射時点から熱拡散が進行
する前に加工プロセスが終了してしまうために、液相状
態を介さないアブレーション加工を起すことが可能とな
る。さらに、石英、光学結晶、またはガラス材といった
光透過効率（透過率）の高い材料であっても、エネルギ
ーの時間的集中性が高いために、わずかな光吸収率であ
っても、アブレーション加工を起すことが可能となる。
したがって、インクジェット記録ヘッドの製造方法に適
用した場合には、インクジェットヘッドの構成部材とし
て材料選択の自由度を広げることができ、インク吐出口
表面の撥水処理などに高熱処理等を施すことが可能とな
る。また、本発明によれば、線膨張係数の小さい材料を
用いる事が出来るために、各部材の接合面のせん断力に
よるずれが生じないようにすることが可能となる。ま
た、セラミック材、ガラス材を用いれば強アルカリ性の
インクに対しても腐食しない耐久性、保管性の優れたイ
ンクジェットヘッドを作ることができ、さらに、半導体
材料を用いれば、集積回路の上に直接構造体を作成する
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るレーザ加工装置のフォ
トマスクパターン投影光学系の概略光路図。
【図２】本発明の実施例２に係るレーザ加工装置のマス
クパターン投影光学系の概略光路図。
【図３】本発明の実施例２に係るレーザ加工装置に用い
る勾配偏向波長板の構成図。
【図４】本発明の実施例１及び実施例２に係る加工方法
が適用されるインクジェット記録ヘッドの製造方法によ
って製造されたインクジェット記録ヘッドを示す概略
図。
【符号の説明】
１：フォトマスク ２：オリフィスプレート ３：インクジェットヘッド本体 ５：振動子 ５’：勾配偏向波長板 １０１：レーザ光 １１０：フライアイレンズ １１１：フィールドレンズ １１２：アパーチャ １１３：投影レンズ ２１：インク吐出口ノズル ３１：インク流路 ３２：インク液室 ３３：基板 ３４：インク吐出圧発生素子 ３５：天板 ５１：石英基板 ５２：水晶
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ Ｈ０１Ｓ 3/00 １０３Ｎ // Ｂ２３Ｋ 101:36

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ光を被加工物に照射することによっ
    て被加工物にレーザアブレーション加工を施すレーザ加
    工方法において、 前記レーザ光でマスクパターンを投影して加工するに際
    し、前記レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射時間
    にて発振するレーザ発振器から放射される空間的時間的
    なエネルギー密度が非常に大きい、複数パルスのレーザ
    光を用い、 該レーザ光が前記マスクパターンを通過する際の光回折
    によって生じるスペックル干渉像を動的に変化させて、
    該スペックル干渉像の積分像を形成し、前記マスクパタ
    ーンとほぼ同一のパターンを加工することを特徴とする
    レーザ加工方法。
  2. 【請求項２】前記スペックル干渉像の積分像が、前記マ
    スクを光軸方向に変位振動させることにより、前記被加
    工物の加工面に形成されることを特徴とする請求項１に
    記載のレーザ加工方法。
  3. 【請求項３】前記マスクの変位振動が、振動子アクチュ
    エータにより行われることを特徴とする請求項２に記載
    のレーザ加工方法。
  4. 【請求項４】前記スペックル干渉像の積分像が、前記マ
    スクと投影レンズの間、または、投影レンズと被加工物
    の間に位相差が０λから１／２λ以上の勾配を有する波
    長板を挿入し、偏光が変化するように波長板を移動させ
    ながらレーザ照射することにより、前記被加工物の加工
    面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のレー
    ザ加工方法。
  5. 【請求項５】前記レーザ光の波長は３５０〜１０００ｎ
    ｍの領域内にあることを特徴とする請求項１〜４のいず
    れか１項に記載のレーザ加工方法。
  6. 【請求項６】前記レーザ光のパルス放射時間は５００フ
    ェムト秒以下であることを特徴とする請求項１〜５のい
    ずれか１項に記載のレーザ加工方法。
  7. 【請求項７】前記被加工物は、樹脂またはＳｉまたはＳ
    ｉ化合物材料であることを特徴とする請求項１〜６のい
    ずれか１項に記載のレーザ加工方法。
  8. 【請求項８】前記レーザ発振器が、光伝播の空間圧縮装
    置を有しているレーザ発振器であることを特徴とする請
    求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
  9. 【請求項９】前記光伝播の空間圧縮装置が、チャーピン
    グパルス生成手段と、光波長分散特性を利用した縦モー
    ド同期手段によって構成されていることを特徴とする請
    求項８に記載のレーザ加工方法。
  10. 【請求項１０】記録媒体に付着させるインク液滴を吐出
    するためのインク吐出口、前記吐出口に供給するための
    インクを貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通す
    るインク流路、前記インク流路の一部に設けられインク
    を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生
    素子、前記液室に外部からインクを供給するためのイン
    ク供給口、 等を含むインクジェット記録ヘッドのインク通路の少な
    くとも一部を形成する部材を、レーザ光により加工する
    インクジェット記録ヘッドの製造方法において、 前記レーザ光でマスクパターンを投影して加工するに際
    し、前記レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射時間
    にて発振するレーザ発振器から放射される空間的時間的
    なエネルギー密度が非常に大きい、複数パルスのレーザ
    光を用い、 該レーザ光が前記マスクパターンを通過する際の光回折
    によって生じるスペックル干渉像を動的に変化させて、
    該スペックル干渉像の積分像を形成し、前記マスクパタ
    ーンとほぼ同一のパターンを加工することを特徴とする
    インクジェット記録ヘッドの製造方法。
  11. 【請求項１１】前記スペックル干渉像の積分像が、前記
    マスクを光軸方向に変位振動させることにより、前記イ
    ンクジェット記録ヘッドの加工面に形成されることを特
    徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッド
    の製造方法。
  12. 【請求項１２】前記マスクの変位振動が、振動子アクチ
    ュエータにより行われることを特徴とする請求項１１に
    記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  13. 【請求項１３】前記スペックル干渉像の積分像が、前記
    マスクと投影レンズの間、または、投影レンズと被加工
    物である前記板材の間に位相差が０λから１／２λ以上
    の勾配を有する波長板を挿入し、偏光が変化するように
    波長板を移動させながらレーザ照射することにより、前
    記インクジェット記録ヘッドの加工面に形成されること
    を特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘ
    ッドの製造方法。
  14. 【請求項１４】インク通路の一部となる凹部もしくは貫
    通孔は、所定ピッチで形成された複数の開口パターンを
    有するマスクを介してレーザ光を照射することで所定の
    間隔で複数同時に形成されることを特徴とする請求項１
    ０〜１２いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ドの製造方法。
  15. 【請求項１５】前記凹部は、前記インク流路となる溝で
    あることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッドの製造方法。
  16. 【請求項１６】前記貫通孔は、前記吐出口となることを
    特徴とする請求項１４に記載のインクジェット記録ヘッ
    ドの製造方法。
  17. 【請求項１７】前記レーザ光の波長は３５０〜１０００
    ｎｍの領域内にあることを特徴とする請求項１０〜１６
    のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製
    造方法。
  18. 【請求項１８】前記レーザ光のパルス放射時間は５００
    フェムト秒以下であることを特徴とする請求項１０〜１
    ７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの
    製造方法。
  19. 【請求項１９】前記吐出口、インク流路、液室、インク
    供給口を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部
    材は、樹脂であることを特徴とする請求項１０〜１８の
    いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造
    方法。
  20. 【請求項２０】前記吐出口、インク流路、液室、インク
    供給口を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部
    材は、ＳｉまたはＳｉ化合物材料からなることを特徴と
    する請求項１０〜１８のいずれか１項に記載のインクジ
    ェット記録ヘッドの製造方法。
  21. 【請求項２１】前記レーザ発振器が、光伝播の空間圧縮
    装置を有しているレーザ発振器であることを特徴とする
    請求項１０〜２０のいずれか１項に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッドの製造方法。
  22. 【請求項２２】前記光伝播の空間圧縮装置が、チャーピ
    ングパルス生成手段と、光波長分散特性を利用した縦モ
    ード同期手段によって構成されていることを特徴とする
    請求項２１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
    法。
  23. 【請求項２３】記録媒体に付着させるインク液滴を吐出
    するためのインク吐出口、前記吐出口に供給するための
    インクを貯える液室、前記吐出口と前記液室とを連通す
    るインク流路、前記インク流路の一部に設けられインク
    を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生
    素子、前記液室に外部からインクを供給するためのイン
    ク供給口、 等を含むインクジェット記録ヘッドのインク通路の少な
    くとも一部を形成する部材を、レーザ光によって加工さ
    れてなるインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記レーザ光として１ピコ秒以下のパルス放射時間にて
    発振するレーザ発振器から放射される空間的時間的なエ
    ネルギー密度が非常に大きい、複数パルスのレーザ光が
    用いられ、 該レーザ光が前記マスクパターンを通過する際の光回折
    によって生じるスペックル干渉像を動的に変化させて、
    該スペックル干渉像の積分像を形成することにより加工
    された部材を有することを特徴とするインクジェット記
    録ヘッド。
  24. 【請求項２４】前記スペックル干渉像の積分像が、前記
    マスクを振動子アクチュエータによって光軸方向に変位
    振動させることにより、前記被加工物の加工面に形成さ
    れ、それによって加工された前記部材を有することを特
    徴とする請求項２３に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  25. 【請求項２５】前記スペックル干渉像の積分像が、前記
    マスクと投影レンズの間、または、投影レンズと被加工
    物である前記板材の間に位相差が０λから１／２λ以上
    の勾配を有する波長板を挿入し、偏光が変化するように
    波長板を移動させながらレーザ照射することにより、前
    記被加工物の加工面に形成され、それによって加工され
    た前記部材を有することを特徴とする請求項２３に記載
    のインクジェット記録ヘッド。
  26. 【請求項２６】インク通路の一部となる凹部もしくは貫
    通孔は、所定ピッチで形成された複数の開口パターンを
    有するマスクを介してレーザ光を照射することで所定の
    間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項２３
    〜２５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  27. 【請求項２７】前記凹部は、前記インク流路となる溝で
    あることを特徴とする請求項２６に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッド。
  28. 【請求項２８】前記貫通孔は、前記吐出口となることを
    特徴とする請求項２６に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  29. 【請求項２９】前記吐出口、インク流路、液室、インク
    供給口を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部
    材は、樹脂であることを特徴とする請求項２４〜２８の
    いずれか１項に記載のンクジェット記録ヘッド。
  30. 【請求項３０】前記吐出口、インク流路、液室、インク
    供給口を含むインク通路の少なくとも一部を形成する部
    材は、ＳｉまたはＳｉ化合物材料からなることを特徴と
    する請求項２４〜２８のいずれか１項に記載のインクジ
    ェット記録ヘッド。
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