JP2008221334A - レーザー加工装置、レーザー加工方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド及び、インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルのテーパー角度を調整することができるインクジェットヘッド用のノズル加工装置を提供する。
【解決手段】 レーザー光源と、前記レーザー光源と被加工物との間に設けられ、レーザー光を被加工物面上に集光するマイクロレンズを同一平面上に複数有するマイクロレンズアレイと、前記被加工物を移動させる移動手段を具備するレーザー加工装置であって、マイクロレンズアレイを形状の異なるマイクロレンズから構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マイクロメートルオーダーの微細加工装置およびその方法に関し、応用製品としては、プリンタ、ファックス等に応用されるインクジェットヘッドの構成部品となるノズルプレートのノズル部の製造方法および製造装置に適応される。

直径数十マイクロメートルサイズの貫通口において、プリンタ等の印刷装置に応用されるインクジェットヘッドのインク吐出口となるノズルに応用されるには、貫通口を複数作成した場合の品質ばらつきが十分に小さい必要がある。

最初にインクジェットヘッドについて説明する。インクジェットヘッドとは、直径数十μｍのノズルから数ピコリットルのインク滴を吐出可能な電子デバイスであり、吐出させたインク滴を被記録媒体に２次元的に配置させることで文字や画像の描画が実施できる。インク滴を吐出させるための動力源としては、圧電材料の変位やインク内に急加熱によりバブル発生させ、その際の変位を利用する方法が一般的である。図１０に圧電材料を動力源としたインクジェットヘッドの一例として、インクジェットヘッドの一部の分解斜視図を示す。また、図１１に図１０のａ−ｂ部分での断面図を示す。図１０に示したインクジェットヘッドは、圧電材料に数百μｍ幅の溝４１が複数形成されており、各溝ごとに数十μｍのノズル４２が設置されている。また、インクは圧電材料の上板に形成された開口４３より供給される。溝の両壁を構成する圧電材料の壁面には、電極が形成されており、電圧印加により圧電材料の壁が屈曲する。この屈曲によりインクがノズル４２より吐出する仕組みとなっている。また、ノズル４２が複数形成された部品をノズルプレート４４と呼ぶ。

図１０、１１に示したインクジェットヘッドは、ノズル４２の数が１０個程度であるが、ノズル４２の数が多い程、一度に吐出できるインク滴が多くなるため、描画速度が増加することになる。ノズル４２の配列に対して直行する方向にインクジェットを移動しながらインク吐出することで、ノズル４２の配列の長さと同一幅での２次元的描画が実施できる。さらに、被記録媒体を前記インクジェットヘッドの移動方向に対して直行方向に搬送することで、さらに広域への２次元的描画が可能となる。描画の解像度は、インク滴のサイズと被記録媒体上でのインク滴の密度で規定される。また、描画速度は、ノズル４２の数や動力源の応答速度で規定される。そして、これらの設計値は、被記録媒体のサイズや処理速度に応じて設計される。

次に、インクジェットヘッドに適応されるノズル４２の形状について説明する。インクジェットヘッドに適応されるノズル４２は一般にテーパーがかかっており、出口と入口とで口径が異なる形状となっている。図１１に示すように、口径の大きい方よりインク供給し、口径の小さい方よりインク滴の吐出を行う。そして、テーパー角度によりインク滴の吐出速度が規定される。例えば、テーパーの角度が大きい程ノズル４２の抵抗が低下し、インクの吐出速度は増加の傾向を示す。しかし、テーパー角度を大きくし過ぎるとインク滴の飛び出し方向が不安定になる傾向となるほか、吐出後に空気をノズル４２の内部に巻き込んでしまう傾向が強くなってしまう。ノズル内に空気を巻き込んでしまうと、駆動力が空気に吸収されてしまい正常な吐出ができなくなる。そのため、インク吐出の安定性を確保するためには、テーパー角度を適正に設計しなければならない。また、これらの品質は、複数のノズル４２に対して均一に品質管理する必要がある。即ち、ノズル４２の品質のばらつき傾向は、印字の濃度むらに直結する。

次にノズル４２の作製方法について説明する。以上のような高精度のノズル４２を複数均一に作製する方法としては、エッチング、機械加工、レーザー加工等の方法が用いられるが、特に、エキシマレーザーを利用した加工方法は、常温常圧で、かつ短時間でマイクロメートルオーダーの加工精度が得られることから、汎用的である。エキシマレーザーを利用した加工方法は多様であり、例えば、マスク投影法（例えば、特許文献１参照）やマイクロレンズアレイ集光法（例えば、特許文献２参照）等がある。
特開２００２−１６０３７１ 特開２００２−２８３０８３ ここで、エキシマレーザー光を利用した加工方法の概要を説明する。図１２に、エキシマレーザー加工装置６０の基本構成の概要図を示す。図１２に示すように、一般にエキシマレーザー装置６０は、レーザー光源６１、光学系６２、搬送系６３からなり、レーザー光源６１と搬送系６３はコントローラー６４により、動作制御が可能となっている。また、光学系６２は大きく分けて、レーザー光のエネルギー分布等を平均化する部分（光源に近い方）と、希望のパターンを形成する部分（被加工物６６に近い方）との２つの機能から構成される。マスク投影法とマイクロレンズアレイ加工法は、それぞれ、パターン形成方法の手法が異なる。以下、マスク投影法とマイクロレンズアレイ加工法の詳細について説明する。

最初にマスク投影法について説明する。図１３にマスク投影法の一部の模式図を示す。マスク投影法とは、ホモジナイザー等の光学系によりエネルギー分布が均一化されたライン形状のレーザー光を、加工パターンが中抜き形成されたマスク７１に通過させ、さらに、プロジェクションレンズ等の縮小レンズ７２を通し、被加工物６６に照射、加工を実施する手法である。マスク７１の交換のみで、被加工物６６との焦点位置を変えることなく、別形状の加工ができる長所がある。

次にマイクロレンズアレイ加工法について説明する。図１４にマイクロレンズアレイ加工法の一部の模式図を示す。マイクロレンズアレイ加工法とは、マイクロレンズ８１と呼ばれるマイクロサイズの縮小レンズが多数配列したマイクロレンズアレイ８３と呼ばれる光学部品に、ライン形状のレーザー光を入力し、被加工物６６に照射、加工を実施する手法である。マスク投影法に比べ、マイクロレンズ８１自体でレーザー光を縮小する手法であることから、マイクロレンズ８１のサイズを大きくしレーザー光の導入量を増大させることができるため、高価な大出力レーザー光源がなくとも加工の実施が可能であることが長所となっている。

従来、インクジェット技術は、Ｌ版サイズの写真やＡ４サイズの書類等、比較的小サイズの印刷に使われてきたが、インクジェット方式は基本的にインクジェットヘッドと被記録媒体の移動量を延長するのみで印刷領域の拡張が可能であることから、Ａ０サイズや１００インチ幅等、大判印刷への市場拡大が進んでいる。この印刷領域の拡大にともない、印刷速度の向上も求められるため、インクジェットヘッドも、長尺・多ノズル化が進められている。具体的に、６４インチクラスのインクジェットヘッドにおいては、百数μｍピッチで５００ノズル以上のノズル４２の配列などが通例である。すなわち、ノズル４２の配列の全長は８０ｍｍ程度に達している。ここで、Ａ４サイズクラスで使用されるインクジェットヘッドのノズル４２の配列の全長は１０ｍｍ程度である。このような長尺・多ノズルのノズル４２の配列を高精度で作製するには、従来方法では以下の課題がある。

例えば、従来のマスク投影法では、プロジェクションレンズ等の光学収差等の影響によりノズル４２の品質がばらつくことから、一度に加工できるノズル４２の数が少ない。例えば、マスクに導入されるライン形状のレーザー光のサイズは３０ｍｍ程度であるが、縮小系にてダウンサイズされるため、例えば１/３倍率のプロジェクションレンズを用いた場合、被加工物上では、１０ｍｍ程度にダウンサイズする。そのため、８０ｍｍ程度のノズル４２の配列を作製するためには、１０ｍｍ程度のノズル４２の加工を繰り返し、継ぎ足すことによって実施することになる。また、この継ぎ足しの境界でのノズル４２の品質がレーザー光源や光学系の状態によりばらつく傾向が強いことから、量産時において、品質安定化が困難となっている。具体的に、継ぎ足し部分において、インク滴の飛び出し角度等のばらつきが大きくなってしまう。

また、マイクロレンズアレイ加工法の場合では、マイクロレンズ８１により集光するため、使用可能なレーザー領域は広く、一回のノズル４２の加工を８０ｍｍサイズで実施することは可能であるが、焦点距離がレンズによって決まっているという原理から、単一のマイクロレンズ８１では、テーパー角度とノズル４２の開口径が規定されてしまう。一般に、マイクロレンズ８１によるノズル４２の加工により形成されるノズル４２の径Ｄは、マイクロレンズ８１の焦点距離をＦ、マイクロレンズ８１の直径をΦ、レーザー光の波長をλとすると、Ｄ≒２.４４×λ×Ｆ／Φの関係がある（以下この関係式を関係式１と呼ぶ）。そのため、テーパー角度とノズル４２の開口径の調整に自由度が少ない。

本発明の目的は、数十ｍｍ以上の長尺・多ノズル配列においても、ノズル４２の品質ばらつきの少なく、また、ノズル４２のテーパー角度の調整に自由度があるレーザー加工方法および加工装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明第１の態様は、レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光の出力調整手段と、前記レーザー光源と被加工物との間に設けられ、レーザー光を被加工物面上に集光するマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記被加工物を移動させる移動手段を有するレーザー加工装置であって、前記マイクロレンズアレイは、レンズ径の異なる複数の前記マイクロレンズから構成されることを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第１の態様では、マイクロレンズアレイを用いたレーザー加工によって、テーパー角度の調整が可能なノズル加工を実施することができる。

本発明第２の態様は、前記マイクロレンズアレイと前記レーザー光源の間に、前記レーザー光の任意領域を遮断する遮光パターンが形成された遮光手段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第２の態様では、第１の態様において、レーザー照射の重ね合わせの回数が不足するノズルが発生することを防止することができる。

本発明第３の態様は、前記遮光手段において、複数形成されている遮光パターンがそれぞれ異なることを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第３の態様では、第２の態様において、マイクロレンズの径に応じた遮光パターンを形成することによって、マイクロレンズの縮小率に合わせて、マイクロレンズに入力するレーザー光のエネルギー密度を調整することができる加工方法を実現することができる。

本発明第４の態様は、前記遮光手段を移動させる移動手段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第４の態様では、第２または第３の態様において述べた加工装置を用いての加工方法をより効率的に実施することができる。

本発明第５の態様は、前記マイクロレンズアレイは、略同一線上に略等間隔で配列した複数の前記マイクロレンズから構成されるマイクロレンズ列からなることを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第５の態様では、第１から第４のいずれかの態様において、被加工物に形成したいパターン間隔と同一間隔でマイクロレンズを配置することができる。

本発明第６の態様は、前記マイクロレンズアレイは、複数の前記マイクロレンズ列からなることを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第６の態様では、第１から第５のいずれかの態様において、列方向の加工を各列に渡り段階的に実施することで、ステップアンドリピートによるプロセスにおいて生じる待機時間を要することなく、連続的にノズル加工が実施でき、加工時間を短縮することができる。また、滑らかなテーパー形状の加工を実現することができる。

本発明第７の態様は、前記マイクロレンズアレイの複数の前記マイクロレンズ列は等間隔で配置されていることを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第７の態様では、第６の態様において、同一列におけるマイクロレンズの径は必ずしも異なる形状でなくても良い加工方法を実現することができる。

本発明第８の態様は、前記レーザー光がエキシマレーザー光であることを特徴とするレーザー加工装置にある。

かかる第８の態様では、第１から第７のいずれかの態様において、ノズルの加工に一般的に使用されているエキシマレーザーを用いることで、汎用性を持った加工装置を提供することができる。

本発明第９の態様は、複数のマイクロレンズが同一線上に等間隔に配列されたマイクロレンズアレイに、レーザー光を通過させ、被加工物面上に集光照射させる工程と、前記マイクロレンズの間隔と同一量だけ被加工物をマイクロレンズの配列と同一方向に平行移動させる工程とを備えたことを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第９の態様では、複数のマイクロレンズを用いたレーザー加工によって、テーパー角度の調整が可能なノズル加工を効率よく実施することができる。

本発明第１０の態様は、複数のマイクロレンズが略同一線上に略等間隔に配列された複数のマイクロレンズ列からなるマイクロレンズアレイ内の第一のマイクロレンズ列に、レーザー光を通過させて、前記レーザー光を被加工物面上に集光照射させる工程と、前記マイクロレンズ列の間隔と同一量だけ被加工物をマイクロレンズの配列と直行方向に平行移動させる工程とを備えたことを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第１０の態様では、複数のマイクロレンズ列を用いたレーザー加工によって、同一列におけるマイクロレンズの径は必ずしも異なる形状でなくても良い加工方法を実現することができる。

本発明第１１の態様は、前記マイクロレンズがそれぞれ異なるレンズ径であることを特徴するレーザー加工方法にある。

かかる第１１の態様では、第９または第１０の態様において、マイクロレンズアレイを用いたレーザー加工によって、テーパー角度の調整が可能な加工方法を実施することができる。

本発明第１２の態様は、被加工物の移動速度と前記レーザー光の照射の繰り返し周波数を同期させ、前記被加工移物の移動と、前記レーザー光の照射の繰り返しを連続的に実施することを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第１２の態様では、第９から第１１のいずれかの態様において、ステップアンドリピートによるプロセスにおいて生じる待機時間を要することなく、連続的にノズル加工が実施でき、加工時間を短縮することができる。

本発明第１３の態様は、レーザー光の任意領域を遮光する工程と、前記工程により通過したレーザー光をマイクロレンズアレイに通過させ被加工物に集光させる工程とを備えたことを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第１３の態様では、レーザー照射の重ね合わせの回数が不足するノズルが発生することを防止することができる加工方法を提供することができる。

本発明第１４の態様は、複数の遮光パターンが形成された遮光手段において遮光パターンの一つを選択する工程と、前記選択された遮光パターンにレーザー光を通過させる工程と、前記工程により通過したレーザー光をマイクロレンズアレイに通過させ被加工物に集光させる工程と、以上の前記工程群を遮光パターンを変更して複数回実施することを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第１４の態様では、マイクロレンズの径に応じた遮光パターンを形成することによって、マイクロレンズの縮小率に合わせて、遮光工程と集光工程を任意で選択することができる加工方法を提供することができる。

本発明第１５の態様は、遮光パターンの変更に応じて、レーザー出力を変更させる工程を備えたことを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第１５の態様では、第１４の態様において、マイクロレンズの縮小率に合わせて、マイクロレンズに入力するレーザー光のエネルギー密度を調整することができる加工方法を提供することができる。

本発明第１６の態様は、前記レーザー光がエキシマレーザーであることを特徴とするレーザー加工方法にある。

かかる第１６の態様では、第９から第１５のいずれかの態様において、ノズルの加工に一般的に使用されているエキシマレーザーを用いることで、汎用性を持った加工方法を提供することができる。

本発明第１７の態様は、前記レーザー加工方法を用いて作成されたインクジェットヘッド用ノズルプレートにある。

かかる第１７の態様では、第９から第１６のいずれかの態様において、マイクロレンズアレイを用いたレーザー加工によって、テーパー角度の調整が可能なノズルプレートを提供することができる。

本発明第１８の態様は、前記ノズルプレートと、前記ノズルプレートのノズル開口と連通し、両側にそれぞれ電極が設けられた側壁によって分離されるインク吐出用のアクチュエータを複数並列的に有するインクジェットヘッドチップと、前記インクジェットヘッドチップにアクチュエータ駆動用の駆動信号を送る駆動手段とを具備するインクジェットヘッドにある
本発明第１９の態様は、前記インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、前記インクジェットヘッドから吐出されるインクを記録するメディアを搬送するメディア搬送手段とからなるインクジェット記録装置にある。

以上の手段により、マイクロレンズアレイを用いたレーザー加工法においても、テーパー角度の調整が可能なノズル加工を実施することができる。また、ステップアンドリピートによるプロセスにおいて生じる待機時間を要することなく、連続的にノズル加工が実施でき、加工時間を短縮することができる。また、形状の異なるマイクロレンズを用いたレーザー加工においても、被加工物上におけるエネルギー密度を均一化することが可能となり、テーパー形状の精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本発明の実施例１として、ノズル４２の入口径が単一のマイクロレンズ８１で作製した際に形成される入口径よりも２.０倍となっているノズル４２を、５０〜７５μｍ厚のポリイミドシートに、１８０ｄｐｉに相当する１４１ミクロンピッチで、５１２個、直線配列で作製する実施例を以下に説明する。

図１に本発明の実施例１にかかる形状の異なるマイクロレンズ８１が複数からなるマイクロレンズアレイ８３の一部の模式図を示す。本発明におけるマイクロレンズアレイ８３は、図１に示すように、各々のマイクロレンズ８１が異なる形状となっている。具体的に、複数のマイクロレンズ８１内の最小径をΦとすると、最大径は２Φとなっており、その間のマイクロレンズ８１の径は、順に１.１Φ、１.３Φ、１.４Φ、１.７Φと設計されている。この数値設定方法についての詳細は後述する。ただし、１．１から１．７の倍率は、比例関係ではない。

以下、マイクロレンズアレイ８３の設計について説明する。マイクロレンズアレイ８３の設計パラメータとしては、マイクロレンズ８１の間隔、マイクロレンズ８１の径、マイクロレンズ８１の数量等があげられる。

最初に、マイクロレンズ８１の間隔の設計について説明する。マイクロレンズアレイ８３によるレーザー加工の場合、マイクロレンズ８１の間隔は縮小されないことから、被加工物６６に形成したいパターン間隔と同一間隔でマイクロレンズ８１を配置する。例えば、本実施例の場合は、被加工物６６上に１８０ｄｐｉ相当のノズル４２の配列を作製したいので、マイクロレンズ８１の間隔も１８０ｄｐｉ、即ち、１４１μｍピッチとなる。

次に本実施形態のマイクロレンズ８１の設計にも関連する本実施例の加工方法について概要を説明する。図２に本実施例における加工方法の模式図を示す。図２に示すように、本実施例における加工方法は、マイクロレンズ８１と同一ピッチで被加工物６６の移動とレーザー照射を繰り返し、別形状のマイクロレンズ８１でのレーザー照射を被加工物６６の同一箇所に重ね合わせることで、単一形状のマイクロレンズ８１では作製できないテーパー形状を作製する。また図２のステップに示すように、これらのテーパー形状６８を複数形成することによって、ノズル４２は形成される。

また、使用するレーザー光について説明する。マイクロメートルオーダーの微細加工を高精度で実施するには、通常、エキシマレーザー光を用いるのが一般的であり、本実施例においても、エキシマレーザー光を使用する。エキシマレーザー光には、１５７〜３５１nｍの種々の波長があり加工対象により波長を選定するが、本実施例においては、被加工物６６を５０〜７５μｍ厚のポリイミドとし、波長は２４８nｍを使用した。また通常、エキシマレーザー光は、連続光ではなく、パルス発振させるが、本実施例では、〜２００Hz程度の発振周波数を持つレーザー光源を使用した。

以上のようなプロセスにより、本実施例におけるノズル４２が作製される。またこれらのプロセスを実行する上で、マイクロレンズ８１の形状と数量、およびレーザーの照射時間を決定する必要がある。

マイクロレンズアレイ８３を利用したレーザー加工において、５０μｍ厚程度のポリイミドシートに貫通口を作製する場合、使用するレーザー光源のエネルギー密度にもよるが、概ね、同一箇所に数百から数千パルス程度のレーザー光を照射することで、所定の貫通口を作製することできる。本実施例においては、異なる形状のマイクロレンズ８１での加工を被加工物６６の同一箇所に重ね合わせて、一つのノズル４２を形成することから、同一箇所に重ねあわせるマイクロレンズ８１の数と種類に合わせて、数千以下のパルスを分配する必要がある。

具体的に、単一のマイクロレンズ８１で作製されるノズル４２の径をＤ≒２.４４×λ×Ｆ／Φとし、入口径をこの場合の２.０倍に拡大したい場合、形状の異なるマイクロレンズアレイ８３の内、最小径を１／２倍に設計する。例えば、図１に示すように、マイクロレンズ８１の数量を６個とした場合、その６個の配列のうち、両端にそれぞれ最小径と最大径のマイクロレンズ８１を配置し、その間に配置される残りのマイクロレンズ８１の径を、最小径から最大径にかけて、段階的な径を設計すればよい。

マイクロレンズ８１の数量が６個で仮にそれぞれの焦点径を、順に、２．０Ｄ、１．８Ｄ、１．６Ｄ，１．４Ｄ、１．２Ｄ、Ｄと設定する場合、関係式１を用いて計算し、焦点径Ｄの時のレンズ系を２Φとし小数第二位以下を四捨五入して算出すると、マイクロレンズ８１の径はΦ、１．１Φ、１．３Φ、１．４Φ、１．７Φ、２．０Φとなる。以上のようなマイクロレンズ８１の径に設定することで、それぞれの焦点径を２．０ＤからＤまで比例関係に設定することができる。そして、被加工物６６を移動させ２．０ＤからＤまでの焦点径を同一箇所に重ね合わせることで、入口径が２Ｄであり出口径がＤとなる貫通口を作製することができる。レーザーのパルス数としては、例えば、１２００パルスで貫通口が作製できる環境下においては、マイクロレンズアレイ８３が６個から構成するため、１２００パルス／６個より、一種類のマイクロレンズ８１にたいして２００パルスの割合でレーザー照射を実施すればよい。

以上の関係を一般化すると、マイクロレンズ８１の数量をＮ、貫通口に必要なレーザーのパルス数をＬとすると、マイクロレンズ８１の１つ辺りに照射するレーザーパルス数は、Ｌ/Ｎと規定される。また、マイクロレンズ８１の径の配分は、焦点径の最小径をＤ、焦点径の最大径をＸ×Ｄとし、焦点径Ｘ×Ｄのときのマイクロレンズ８１の径をΦとすると、関係式１より、隣接する焦点径の比率は、（Ｘ−１）／（Ｎ−１）となり、マイクロレンズ８１の径ΦからＭ番目のマイクロレンズ８１の径は、Φ×Ｘ／[１＋（Ｘ−１）／（Ｎ−１）×（Ｍ−１）]と設定すればよい。以上のような設計により、Ｌ/Ｎパルスのレーザー照射と被加工物６６の移動を所望のノズル４２の数量分だけ繰り返すことで、所望数のノズル４２の配列を作製することができる。
（実施例２）
次に本発明の実施例２として、実施例１で述べた加工方法をより効率的に実施する方法について説明する。実施例１により加工を実施する場合、所望ノズル４２の数量分だけ、被加工物６６の移動とＬ/Ｎ数のレーザーパルスの照射を繰り返さなければならない。そして、実際には、リニアステージ等の搬送系を利用して被加工物６６の移動を実施することになるが、この際、ステージ自身慣性のため停止時に微かな振動が発生する。この微かな振動は、数から数十マイクロメートルオーダーの振幅を持っている場合、マイクロレンズ８１の焦点距離が変動し、加工精度に影響を与えてしまうため、この微かな振動が収まるまで、〜２.０秒程度の待機時間を設けなければならない。この待機時間は、ノズル４２の数量が〜３０個程度であれば、２秒×３０個より１ｍin足らずであるが、ノズル４２の数量が５００個程度の場合は、２秒×５００個より１０００秒（約１７分）となり量産時には無視できない時間となる。

そこで、本発明では、レーザーの発振周波数と被加工物６６の移動速度を同期させ、被加工物６６の搬送時に発生する待機時間を要することなく、連続的に加工を実施することができる。

具体例として、レーザーの発振周波数を１００Ｈｚとし、マイクロレンズ８１のピッチを１４１μｍとすると、１４１μｍ×１００Ｈｚより、被加工物６６の移動速度は１４１００μｍ/ｓの移動速度で、１００Ｈｚのレーザー照射を実施することで、被加工物６６の同一箇所に連続的に異なる形状のマイクロレンズ８１の加工を実施することができる。この際、マイクロレンズ８１の数量と貫通するために必要なパルス数は同等程度でなければならない。例えば、ポリイミドを貫通するのに、５００パルスのレーザー照射が必要な場合は、マイクロレンズ８１の数量も５００個で構成しなければならない。

この際、ポリイミドを貫通するのに１０００パルス以上必要で、ノズル４２のピッチが１４１μｍで５００ノズル作製したい場合などは、前記条件よりマイクロレンズ８１の必要数量は１０００個より、１４１μｍ×１０００個より１４１ｍｍ程度の長尺なレーザービームが必要になる。このような長尺なレーザービームは、大出力のレーザー光源を利用すれば可能であるが、汎用的なレーザー光源では、エネルギー密度を確保するため、レーザービームの拡大は〜１００ｍｍ程度が通常である。そのため、汎用的なレーザー光源の場合は、一度にマイクロレンズアレイ８３全域にレーザー光を入力することができない。このような場合は、同一線上に１０００個のマイクロレンズ８１を配列するのではなく、５００個ずつ２列に分割して本発明のレーザー加工方法は適応できる。

図３に、図１のパターンを２列に分割した場合のマイクロレンズアレイ８３の概略図を示す。最初に１列目のパターンで加工したのちに、引き続き２列目のパターンで加工を追加することで、図１のパターンで実施した場合を同様のノズル４２の形状を作製することができる。ただし、図３の場合は、図１のレンズに対してレンズの数が２倍なので、より滑らかなテーパー形状を作製することができる。図３の実施例は、マイクロレンズ８１が１２個程度と少量の場合であるが、マイクロレンズ８１の数量に制限はなく、マイクロレンズアレイ８３に照射可能なレーザービーム長程度でマイクロレンズアレイ８３を区分すればよい。

以上の手法を適応することで、待機時間を設けることなくノズル４２の作製が実施でき、従来よりもノズル４２の作製時間を短縮することができる。
（実施例３）
本発明は、マイクロレンズ８１を２次元的に配置させても適応することができる。マイクロレンズ８１を２次元的に配置したマイクロレンズアレイ８３の一例を図４に示す。図４に示したマイクロレンズアレイ８３は、Ｘ方向に同一形状のマイクロレンズ８１が同一間隔で配列しており、Y方向には異なる形状のマイクロレンズ８１が同一間隔で配列している。プロセスとしては、実施例２と同様に列方向の加工を各列にわたり段階的に実施すればよい。実施例２との違いは、同一列におけるマイクロレンズ８１の径が、必ずしも、異なる形状でなくともよい点である。
（実施例４）
本発明の実施形態において、図２に示した場合は、被加工物６６の端より加工が開始しているが、大面積の被加工物６６にノズル４２の配列を複数ロット作製する場合などは、レーザー照射開始より全てのマイクロレンズ８１の通過光が被加工物６６に照射されることになる。その結果、図５に示すように、ノズル４２の配列の両端付近のノズル４２において、レーザー照射の重ね合わせ回数が不足する未完成ノズル４２ａが発生することになる。このようなノズルは、中央付近のノズル品質とは異なるため、インクジェット用のノズルとして使用できない。また図１０に示すように、作製したノズルプレート４４を接着剤などで接着する場合には、未完成ノズル４２ａは貫通口ではないので、余分な接着剤が詰まる可能性がある。さらに硬化時に接着剤からガスが発生する場合などは、そのガスがノズルプレート４４を押し上げてしまい、結果としてノズルプレート４４の接着不良となってしまう。また、使用しない未完成ノズル４２ａが存在するだけでも、位置合わせの際、目印として邪魔になる。本実施例では、以上のような余分な未完成ノズル４２ａを形成することなく、本発明を実施する実施例を説明する。

図６に本実施例の実施するための装置構成図を示す。図６に示した装置の基本構成は、図１２で示した従来の装置構成と同様であるが、マイクロレンズアレイ８３の上流に、レーザー光の任意領域を遮断する遮光パターンが形成された遮光手段６７が設置されている。また、図示していないが、遮光手段６７は制御ステージにより位置決めが可能となっている。

図７に遮光手段６７の詳細図と、遮光手段６７を利用した加工方法の模式図を示す。図７に示すように、遮光手段６７は任意領域がレーザー光を遮断する材料でパターニングされている。材料としてはアルミ等が簡易であり、精度が要求される場合は石英基板にアルミ蒸着を施し、フォトリソグラフィ等のパターニング技術を利用すればよい。パターン形状はマイクロレンズアレイ８３のレイアウトと同等に設定すればよい。

次に加工方法について図７を参照して説明する。本実施例では、余分な未完成ノズル４２ａの形成を排除するために、加工開始段階において、遮光手段６７により、マイクロレンズアレイ８３に入力するレーザー光領域を限定する。開始段階において、右末端のマイクロレンズ８１のみにレーザー光が入射するよう、遮光手段６７のパターンを位置決めする（ステップ１）。次に被加工物６６の移動に合わせて遮光手段６７も同一ピッチだけ移動させる（ステップ２）。マイクロレンズ８１の総数をＮとすると、開始からＮ−１回だけ、被加工物６６の移動に合わせて遮光手段６７の移動を継続する。この加工方法により、貫通にならない未完成ノズル４２ａの生成を排除することができる。終了付近においては、左末端のノズル４２の加工が開始した時点より、開始段階と同様に、被加工物６６の移動に合わせて遮光手段６７を移動させればよい。
（実施例５）
以上の実施例のような加工法では、マイクロレンズアレイ８３の全領域に単一のエネルギー密度のレーザー光を入力しているほか、Ｄ≒２.４４×λ×Ｆ／Φに従うため、個々のマイクロレンズ８１の径が異なる場合、厳密には、被加工物６６の表面上でのエネルギー密度が異なってしまう。例えば、マイクロレンズ８１の径がΦ、２Φと、それぞれ２倍異なる場合、それぞれの縮小率は、Ｄ／Φ≒２.４４×λ×Ｆ／（Φ×Φ）と、Ｄ／２Φ≒２.４４×λ×Ｆ／（２Φ×２Φ）となり、（Ｄ／２Φ）／（Ｄ／Φ）＝１／（２×２）より、１／４倍異なることになる。さらにエネルギー密度の縮小率はレンズの面積比で考えると、２次元での縮小となるので、１／（４の２乗）となり、結論として、それぞれエネルギー密度の差は１６倍異なることになる。一般式としては、それぞれのマイクロレンズ８１の径の比率をＡ倍とすると、（Ａの４乗）倍だけエネルギー密度が異なることになる。そのため、マイクロレンズ８１の径が異なるごとに、エッチング速度が異なることにより、各マイクロレンズ８１の焦点径を累積したノズル４２の形状に、厳密にはならない。

本実施例では、各マイクロレンズ８１の縮小率に合わせて、マイクロレンズ８１に入力するレーザー光のエネルギー密度を調整可能な実施方法について説明する。

図８に本実施例の一つの形態を示す。図８に示す実施形態は、説明を簡易にするため、マイクロレンズアレイ８３のマイクロレンズ８１の数を３つとし、それぞれのマイクロレンズ８１における焦点径の設定値をＤ、１．５Ｄ、２．０Ｄとした場合について説明する。焦点径が２．０Ｄの時のマイクロレンズ８１の径をΦとすると、関係式１より、Ｄ、１．５Ｄ、２．０Ｄのそれぞれのマイクロレンズ８１の径は、２Φ、１．３Φ、Φとなる。これより、それぞれの縮小率は２Φ／Ｄ、１．３Φ／１．５Ｄ、Φ／２．０Ｄより、比率としては、４．０：１．８：１．０となる。この計算値は直径での比率であり、エネルギー密度としては直径での比率の２乗の縮小率となるので、同一エネルギー密度を入力した場合の焦点位置でのエネルギー密度は２．０Φ：１．３Φ：Φ＝１６：３．２：１となる。従って、焦点位置において各マイクロレンズ８１のエネルギー密度を同一にするためには、マイクロレンズ８１の径Φに入力するエネルギー密度をＥとすると、２Φ：１．３Φ：Φ＝１／１６×Ｅ：１／３．２×Ｅ：Ｅと設定すればよい。遮光手段６７のパターンとしては、各マイクロレンズ８１に一対一でレーザー光が入力できるよう、図８に示すように各マイクロレンズ８１にたいし独立した遮光パターンを形成すればよい。但し、マイクロレンズ８１の径がそれぞれ異なるため、図９に示すように、レーザー照射領域の長手方向にたいし、直行方向に等間隔でそれぞれのマイクロレンズ８１の径に応じた遮光パターンをレイアウトすればよい。

本実施例１にかかるマイクロレンズアレイの上面図である。 本実施例１にかかるレーザー加工方法の概略図である。 本実施例２にかかるマイクロレンズアレイの上面図である。 本実施例３にかかるマイクロレンズアレイの上面図である。 本実施例４にかかるレーザー加工方法の概略図である。 本実施例４にかかるレーザー装置の構成図である。 本実施例４にかかるレーザー加工方法の概略図である。 本実施例５にかかるレーザー加工方法の概略図である。 本実施例５にかかるレーザー加工方法の概略図である。 インクジェットヘッドの一部の分解斜視図である。 インクジェットヘッドの一部の断面図である。 レーザー装置の構成図である。 従来のマスク投影法の概略図である。 従来のマイクロレンズアレイ集光法の概略図である。

符号の説明

５５ ミラー
６６ 被加工物
７１ マスク
７２ 集光レンズ
８２ レーザー光の照射領域

Claims (19)

1. レーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光の出力調整手段と、前記レーザー光源と被加工物との間に設けられ、レーザー光を被加工物面上に集光するマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記被加工物を移動させる移動手段を有するレーザー加工装置であって、
   前記マイクロレンズアレイは、レンズ径の異なる複数の前記マイクロレンズから構成されることを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記マイクロレンズアレイと前記レーザー光源の間に、前記レーザー光の任意領域を遮断する遮光パターンが形成された遮光手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記遮光手段において、複数形成されている遮光パターンがそれぞれ異なることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記遮光手段を移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のレーザー加工装置。
5. 前記マイクロレンズアレイは、略同一線上に略等間隔で配列した複数の前記マイクロレンズから構成されるマイクロレンズ列からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか1項に記載のレーザー加工装置。
6. 前記マイクロレンズアレイは、複数の前記マイクロレンズ列からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
7. 前記マイクロレンズアレイの複数の前記マイクロレンズ列は等間隔で配置されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザー加工装置。
8. 前記レーザー光がエキシマレーザー光であることを特徴とする請求項１〜７に記載のレーザー加工装置。
9. 複数のマイクロレンズが同一線上に等間隔に配列されたマイクロレンズアレイに、レーザー光を通過させ、被加工物面上に集光照射させる工程と、
   前記マイクロレンズの間隔と同一量だけ被加工物をマイクロレンズの配列と同一方向に平行移動させる工程と、
   を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
10. 複数のマイクロレンズが略同一線上に略等間隔に配列された複数のマイクロレンズ列からなるマイクロレンズアレイ内の第一のマイクロレンズ列に、レーザー光を通過させて、前記レーザー光を被加工物面上に集光照射させる工程と、
    前記マイクロレンズ列の間隔と同一量だけ被加工物をマイクロレンズの配列と直行方向に平行移動させる工程と、
    を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
11. 前記マイクロレンズがそれぞれ異なるレンズ径であることを特徴する請求項９または１０に記載のレーザー加工方法。
12. 被加工物の移動速度と前記レーザー光の照射の繰り返し周波数を同期させ、前記被加工移物の移動と、前記レーザー光の照射の繰り返しを連続的に実施することを特徴とする請求項９から１１のいずれか1項に記載のレーザー加工方法。
13. レーザー光の任意領域を遮光する工程と、前記工程により通過したレーザー光をマイクロレンズアレイに通過させ被加工物に集光させる工程と、を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
14. 複数の遮光パターンが形成された遮光手段において遮光パターンの一つを選択する工程と、前記選択された遮光パターンにレーザー光を通過させる工程と、前記工程により通過したレーザー光をマイクロレンズアレイに通過させ被加工物に集光させる工程と、以上の前記工程群を遮光パターンを変更して複数回実施することを特徴とするレーザー加工方法。
15. 遮光パターンの変更に応じて、レーザー出力を変更させる工程を備えたことを特徴とする請求項１４に記載のレーザー加工方法。
16. 前記レーザー光がエキシマレーザーであることを特徴とする請求項９から１５に記載のレーザー加工方法。
17. 請求項９から１６のいずれか１項に記載のレーザー加工方法を用いて作成されたインクジェットヘッド用ノズルプレート。
18. 前記ノズルプレートと、
    前記ノズルプレートのノズル開口と連通し、両側にそれぞれ電極が設けられた側壁によって分離されるインク吐出用のアクチュエータを複数並列的に有するインクジェットヘッドチップと、前記インクジェットヘッドチップにアクチュエータ駆動用の駆動信号を送る駆動手段と、
    を具備するインクジェットヘッド。
19. 前記インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、前記インクジェットヘッドから吐出されるインクを記録するメディアを搬送するメディア搬送手段と、
    からなるインクジェット記録装置。

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