JP2008254327A - Method for laser processing, method for manufacturing nozzle plate using it, and inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー加工方法、およびそれを用いたノズルプレート製造方法ならびにインクジェットヘッドに関するものであり、特に、インクジェット吐出装置のノズル孔として好適に用いることのできる貫通孔をレーザーアブレーションによって形成することのできるレーザー加工方法、およびそれを用いたノズルプレートの製造方法、ならびに当該製造方法によって製造されるノズルプレートを備えるインクジェットヘッドに関する。 The present invention relates to a laser processing method, a nozzle plate manufacturing method using the laser processing method, and an ink jet head, and in particular, a through hole that can be suitably used as a nozzle hole of an ink jet discharge apparatus is formed by laser ablation. The present invention relates to a laser processing method that can be used, a method for manufacturing a nozzle plate using the laser processing method, and an inkjet head including a nozzle plate manufactured by the manufacturing method.
高分子材料からなるインクジェットヘッド用ノズルプレートにノズル孔を形成する方法として、エキシマレーザーによるアブレーション加工が用いられている。エキシマレーザーによるアブレーション加工は、常温、常圧の条件下において、短時間で、サブミクロン〜ミクロンオーダーの精度の、熱歪みやバリのない孔や溝を加工できる。また、エキシマレーザーによるアブレーション加工は、マスクを透過したエキシマレーザー光を、レンズによって被加工物上に結像させることにより、複数のノズル孔を一括加工できるという特徴がある。エキシマレーザーは短パルス（〜２０ｎｓ）、高輝度（〜数１０ＭＷ）の紫外光を出力できる。発振波長は、レーザーガスの種類により異なるが、アブレーションによりよく使用されるのは、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）である。 Ablation processing using an excimer laser is used as a method of forming nozzle holes in a nozzle plate for an ink jet head made of a polymer material. The excimer laser ablation process can process holes and grooves without thermal distortion and burrs with submicron to micron order accuracy in a short time under normal temperature and normal pressure conditions. In addition, ablation processing using an excimer laser has a feature that a plurality of nozzle holes can be collectively processed by forming an image of an excimer laser beam transmitted through a mask on a workpiece by a lens. The excimer laser can output ultraviolet light with a short pulse (˜20 ns) and high luminance (˜tens of MW). The oscillation wavelength varies depending on the type of laser gas, but XeCl (wavelength 308 nm) and KrF (wavelength 248 nm) are often used for ablation.
ところで、インクジェットヘッドのノズルプレートにおけるノズル孔の断面（テーパー角度）、およびノズル孔の出口側形状は、ノズル孔から吐出するインク液滴の速度（吐出速度）を大きく支配する（例えば、非特許文献１参照）。例えば、図８に示すように、ノズル孔の出口径に応じて、ノズル孔から吐出されるインク液滴の速度が異なる。なお、図８では、インク液滴として、粘度３．０ｍＰａ・ｓｅｃのインクを用いている。図８から明らかなように、インク液滴の速度は、ノズル孔の出口径が２２μｍである場合に最大となり、出口径が小さくなるにしたがって徐々に小さくなる。また、図９に示すように、ノズル孔のテーパー角度に応じて、ノズル孔から吐出されるインク液滴の速度が異なる。なお、図９では、ノズル孔の出口径を２０μｍとしてテーパー角度を変化させたときのインク液滴の速度を示している。図９から明らかなように、テーパー角度が小さくなるにしたがって、インク液滴の速度も小さくなる。 By the way, the cross section (taper angle) of the nozzle hole in the nozzle plate of the ink jet head and the outlet side shape of the nozzle hole largely govern the speed (discharge speed) of the ink droplets discharged from the nozzle holes (for example, non-patent literature). 1). For example, as shown in FIG. 8, the speed of the ink droplets ejected from the nozzle holes varies depending on the outlet diameter of the nozzle holes. In FIG. 8, ink having a viscosity of 3.0 mPa · sec is used as ink droplets. As is clear from FIG. 8, the ink droplet velocity becomes maximum when the outlet diameter of the nozzle hole is 22 μm, and gradually decreases as the outlet diameter decreases. Also, as shown in FIG. 9, the speed of the ink droplets ejected from the nozzle holes varies depending on the taper angle of the nozzle holes. FIG. 9 shows the ink droplet velocity when the nozzle hole outlet diameter is 20 μm and the taper angle is changed. As is apparent from FIG. 9, as the taper angle decreases, the ink droplet velocity also decreases.
上記形状を有するノズル孔を形成するためのレーザー加工方法として、従来から、複数枚のマスクの開口が重なり合うことによって形成される開口のレーザー光の出口側の形状を規定することによって、ノズル孔を形成する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法では、図１０に示すように、マスク１０１ａとマスク１０１ｂとが重なり合って備えられている。上記マスク１０１ａには、マスクパターン（開口）１０２ａ・１０３ａが形成され、上記マスク１０１ｂには、マスクパターン１０２ｂ・１０３ｂが形成されている。マスク１０１ａとマスク１０１ｂとは、それぞれマスク支持枠１０４ａとマスク支持枠１０４ｂとに取り付けられており、上記マスク支持枠１０４ａとマスク支持枠１０４ｂとは、それぞれ螺子スライダ１０５ａと螺子スライダ１０５ｂとに沿って、矢印の方向に移動することができる。したがって、マスク支持枠１０４ａとマスク支持枠１０４ｂとを移動させることによって、マスク１０１ａとマスク１０１ｂとを移動させることができる。その結果、マスクパターン１０２ａとマスクパターン１０２ｂ、マスクパターン１０３ａと１０３ｂとが互いに接離する方向にスライドすることができる。そして、マスクパターン１０２ａとマスクパターン１０２ｂとの重なり、およびマスクパターン１０３ａと１０３ｂとの重なりによって形成されるレーザー透過部１００
の面積を変えることができる。
As a laser processing method for forming a nozzle hole having the above-mentioned shape, conventionally, by defining the shape of the laser beam exit side of the opening formed by overlapping the openings of a plurality of masks, A forming method is used (for example, see Patent Document 1). In the method described in Patent Document 1, a mask 101a and a mask 101b are provided so as to overlap each other as shown in FIG. Mask patterns (openings) 102a and 103a are formed on the mask 101a, and mask patterns 102b and 103b are formed on the mask 101b. The mask 101a and the mask 101b are attached to the mask support frame 104a and the mask support frame 104b, respectively. The mask support frame 104a and the mask support frame 104b are respectively along the screw slider 105a and the screw slider 105b. , Can move in the direction of the arrow. Therefore, the mask 101a and the mask 101b can be moved by moving the mask support frame 104a and the mask support frame 104b. As a result, the mask pattern 102a and the mask pattern 102b, and the mask patterns 103a and 103b can be slid in the direction in which they come into contact with and away from each other. The laser transmitting portion 100 formed by the overlap of the mask pattern 102a and the mask pattern 102b and the overlap of the mask patterns 103a and 103b.
The area of can be changed.
次いで、図１１（ａ）〜（ｃ）を用いて、上記従来の構成によってテーパー部を形成する方法について説明する。図１１（ａ）に示すように、テーパー部を形成するには、まず、レーザー透過部１１０の面積が孔１１４ａの面積と対応するようにマスクパターン（例えば、マスクパターン１０２ａとマスクパターン１０２ｂ）の重なり度合いを調製し、その後、当該レーザー透過部１１０を介してノズルプレート材料１１１にレーザー光Ｌを照射することによって孔１１４ａを形成する。次いで、マスクパターンの重なり度合いを大きくする方向にマスクを若干移動させることにより、レーザー透過部１１０の面積を若干大きくした後、孔１１４ａが形成されているノズルプレート材料１１１の被加工部に対してレーザー光Ｌを照射する。これにより最初に形成された孔１１４ａよりも若干直径の大きな孔１１４ｂが形成される。次いで、図１１（ｂ）に示すように、マスクパターンの重なり度合いを更に大きくすることによって、レーザー透過部１１０の面積を更に大きくし、その後、ノズルプレート材料１１１の被加工部に対してレーザー光Ｌを照射する。これにより、上記孔１１４ｂよりも若干直径の大きな孔１１４ｃが形成される。そして、図１１（ｃ）に示すように、上記操作を繰り返すことによってテーパー部１１５が形成される。 Next, a method for forming a tapered portion with the above-described conventional configuration will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 11A, in order to form the tapered portion, first, the mask pattern (for example, mask pattern 102a and mask pattern 102b) is set so that the area of the laser transmitting portion 110 corresponds to the area of the hole 114a. The degree of overlap is adjusted, and then the hole 114 a is formed by irradiating the nozzle plate material 111 with the laser light L through the laser transmitting portion 110. Next, by slightly moving the mask in the direction of increasing the degree of overlap of the mask pattern, the area of the laser transmitting portion 110 is slightly increased, and then the portion to be processed of the nozzle plate material 111 in which the holes 114a are formed. Laser light L is irradiated. As a result, a hole 114b having a slightly larger diameter than the initially formed hole 114a is formed. Next, as shown in FIG. 11B, the area of the laser transmitting portion 110 is further increased by further increasing the degree of overlap of the mask pattern, and then the laser beam is applied to the processed portion of the nozzle plate material 111. L is irradiated. As a result, a hole 114c having a slightly larger diameter than the hole 114b is formed. And as shown in FIG.11 (c), the taper part 115 is formed by repeating the said operation.
また、従来から、所望の孔を形成するために、レーザー光をその照射光軸に対して偏心させた状態で回転させつつ照射して加工部位を加工し、加工の進行にともなってレーザー光の偏心量および／または焦点を変化させるレーザー加工方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。 Further, conventionally, in order to form a desired hole, a laser beam is rotated while being decentered with respect to the irradiation optical axis, and a processing site is processed by the laser beam. A laser processing method that changes the amount of eccentricity and / or the focal point is used (see, for example, Patent Document 2).
また、従来から、酸素ガスをレーザー光と同軸で流しつつレーザー光を集光して鋼などの熱加工を行うレーザー加工ヘッドであって、偏心レーザー光を用いて熱加工を行うレーザー加工ヘッドが用いられている（例えば、特許文献３参照）。
近年、広範囲の吐出エリアに対して短時間でインク液滴を吐出する要請が高まる中、インク吐出装置の製造時におけるノズルサイズの制御や、インク吐出装置に設けられるノズル数の増加が必要不可欠となってきている。このとき、エキシマレーザーのビームサイズには限界があるため、一括加工できるノズルエリアには限界がある。そのため、大きなノズルシートに対し、ノズルピッチを保ったままで同一のパターンを複数個形成する場合、マスクパターンとマスクの駆動ステージ（マスク送り方向）との高精度アライメント（数ミクロン程度）が必要となる。更に、エキシマレーザーのビーム強度安定エリアも限られており、前記ビーム強度安定エリアとマスクパターンとのアライメントも同時に必要となる。更に、インクジェットの用途が広がる中、モデルチェンジも頻繁であって、その都度マスク交換が必要となる。つまり、前記アライメントをかなり頻繁に行う必要がある。したがって、上記従来のレーザー加工方法は、例えば以下に示すような問題点を有している。 In recent years, as the demand for ejecting ink droplets in a short time in a wide range of ejection areas has increased, it is essential to control the nozzle size during the manufacture of the ink ejection device and increase the number of nozzles provided in the ink ejection device. It has become to. At this time, since there is a limit to the beam size of the excimer laser, there is a limit to the nozzle area that can be collectively processed. Therefore, when a plurality of identical patterns are formed on a large nozzle sheet while maintaining the nozzle pitch, high-precision alignment (about several microns) between the mask pattern and the mask drive stage (mask feed direction) is required. . Further, the beam intensity stable area of the excimer laser is limited, and the alignment of the beam intensity stable area and the mask pattern is required at the same time. Furthermore, as the use of ink jet spreads, model changes are frequent, and a mask change is required each time. That is, the alignment needs to be performed quite frequently. Therefore, the conventional laser processing method has the following problems, for example.
例えば、特許文献１に記載のレーザー加工方法では、複数のマスクを重ね合わせて用いるため、高精度なアライメントを各マスクに対して行わなければならない。例えば、マスク同士の相対的な位置関係を規定するための高精度なアライメントを、各マスクに対して
行う必要があり、上記アライメント作業に必要以上の労力を要するという問題点を有する。また、複数枚のマスクを使用するとともに、駆動ステージや、調整用カメラなども必要となることから、大幅に製造コストが上昇するという問題点を有している。
For example, in the laser processing method described in Patent Document 1, since a plurality of masks are used in an overlapping manner, high-precision alignment must be performed on each mask. For example, it is necessary to perform high-precision alignment for defining the relative positional relationship between the masks on each mask, and there is a problem that the alignment work requires more labor than necessary. In addition, since a plurality of masks are used and a driving stage, an adjustment camera, and the like are required, there is a problem that the manufacturing cost increases significantly.
また、特許文献１に記載のレーザー加工方法では、複数のマスクにおける開口の重なりによって形成されるレーザー透過部を介して、被加工部にレーザー光を照射するので、ノズル孔のテーパー部の真円度（短径／長径比）が低下するという問題点を有している。テーパー部の真円度が低下すれば、ノズル孔から安定した液滴量を吐出することができないのみならず、インクの吐出方向が安定化しないという問題を生じる。この問題点を解決するために、従来から、ノズル孔を形成するときのレーザーのパワー密度を高める方法が用いられている。しかしながら、レーザーのパワー密度を上げた場合、テーパー角度が小さくなるという問題が発生する。図９にて説明したように、テーパー角度が小さくなると液滴速度が低下する。その結果、安定した液滴の吐出を行うことができないという問題を生じる。 Further, in the laser processing method described in Patent Document 1, since the laser beam is irradiated to the processing portion through the laser transmitting portion formed by the overlapping of the openings in the plurality of masks, the perfect circle of the tapered portion of the nozzle hole The problem is that the degree (minor axis / major axis ratio) decreases. If the roundness of the tapered portion is lowered, not only a stable droplet amount cannot be ejected from the nozzle hole, but also the problem is that the ink ejection direction is not stabilized. In order to solve this problem, conventionally, a method for increasing the power density of a laser when forming nozzle holes has been used. However, when the laser power density is increased, there arises a problem that the taper angle is reduced. As described with reference to FIG. 9, the droplet velocity decreases as the taper angle decreases. As a result, there arises a problem that stable droplet ejection cannot be performed.
また、特許文献１に記載のレーザー加工方法では、テーパー部の形状が階段状となるため、階段のエッジ部において、インク流の乱れ、ダスト詰まり、インク凝集などの問題点を生じる。 Further, in the laser processing method described in Patent Document 1, since the shape of the tapered portion is stepped, problems such as ink flow disturbance, dust clogging, and ink aggregation occur at the edge of the step.
また、特許文献２に記載のレーザー加工装置は、レーザー光の偏心回転手段と、集光レンズとを備え、かつ、加工に伴い偏心回転手段の偏心度を変える機構、および集光レンズの位置を変える機構を備えている。その結果、ノズルの３次元的な形状操作と、逆テーパー形状のノズル製造を可能としている。しかしながら、上記構成によって複数のノズル孔を一括加工した場合、以下のような問題が発生する。ノズル孔の精密加工においては、個々のノズル孔のテーパー形状や孔径の他に、一括加工したノズル孔間の孔径のバラツキが小さいことが重要である。特に、インクジェット用ノズルは、数１０μｍ以下のノズル径となるが、その場合、ノズル孔間の孔径のバラツキはサブミクロン（０．数μｍ）のオーダーであることが必要とされる。ノズル孔間の孔径のバラツキを小さくするためには、高いレーザーパワーに加え、レーザー光のフォーカス位置を正確に設定することが必要である。また、偏心回転手段においては、パルスレーザーを用いる場合、レーザーの発振周波数と上記偏心回転手段の回転周波数とを適宜設定する必要がある。具体的には、発振周波数をｆ、回転周波数をφとした場合、φ＝ｎｆ ｏｒ ｆ／ｎ（ｎ：整数）となるポイントから、少しずらしたポイントに回転周波数を設定したほうが、良好な加工形状を得られる。更に、偏心回転手段の傾き角（レーザー光の偏心度）を変更した場合、同一箇所に照射されるレーザーのパワー密度が変わり、その結果、ノズル形状に影響を与える。したがって、良好なノズル形状を得るためには、レーザーの発振周波数とフォーカス位置、回転周波数、偏心度の最適化が必要であること、更には、レーザーパワーとフォーカス位置、回転周波数、偏心度との最適化も必要であることがわかる。特許文献２に記載のレーザー加工装置は、ノズル加工時にフォーカス位置、および／またはレーザー光の偏心度を変更しながら加工を行うというものであり、上記最適化を頻繁に行わねばならず、非常に複雑なプロセスとなる。更に、特許文献２には、逆テーパー形状のノズル孔加工方法について記載されているが、この場合、加工面（レーザー照射面）がインク吐出面となる。インクジェットヘッド用ノズルにおいて、インク吐出面の清浄度は、インクジェットヘッドの着弾精度を規定する重要な要素となっておいる。したがって、特許文献２に記載のノズル孔加工方法では、加工後に発生するデブリを除去する工程の複雑化を招くという問題点を有している。 The laser processing apparatus described in Patent Document 2 includes an eccentric rotation unit for laser light and a condensing lens, and a mechanism for changing the eccentricity of the eccentric rotation unit in accordance with processing, and a position of the condensing lens. It has a changing mechanism. As a result, the three-dimensional shape operation of the nozzle and the production of a reverse tapered nozzle are possible. However, when a plurality of nozzle holes are collectively processed with the above configuration, the following problems occur. In the precision machining of nozzle holes, it is important that the variation in the hole diameters between the nozzle holes that have been collectively processed is small in addition to the taper shape and hole diameter of each nozzle hole. In particular, an inkjet nozzle has a nozzle diameter of several tens of μm or less. In this case, the variation in the hole diameter between nozzle holes is required to be on the order of submicrons (0. several μm). In order to reduce the variation in the hole diameter between the nozzle holes, it is necessary to accurately set the focus position of the laser light in addition to the high laser power. In the eccentric rotation means, when a pulse laser is used, it is necessary to appropriately set the laser oscillation frequency and the rotation frequency of the eccentric rotation means. Specifically, when the oscillation frequency is f and the rotation frequency is φ, it is better to set the rotation frequency to a point slightly shifted from the point where φ = nf or f / n (n: integer). Shape can be obtained. Furthermore, when the tilt angle (the degree of eccentricity of the laser beam) of the eccentric rotating means is changed, the power density of the laser irradiated to the same location changes, and as a result, the nozzle shape is affected. Therefore, in order to obtain a good nozzle shape, it is necessary to optimize the laser oscillation frequency, focus position, rotation frequency, and eccentricity. Furthermore, the laser power, focus position, rotation frequency, and eccentricity must be optimized. It can be seen that optimization is also necessary. The laser processing apparatus described in Patent Document 2 performs processing while changing the focus position and / or the eccentricity of the laser beam at the time of nozzle processing, and the above optimization must be frequently performed. It becomes a complicated process. Further, Patent Document 2 describes a method for processing an inversely tapered nozzle hole. In this case, the processed surface (laser irradiation surface) is an ink discharge surface. In an inkjet head nozzle, the cleanliness of the ink ejection surface is an important factor that defines the landing accuracy of the inkjet head. Therefore, the nozzle hole processing method described in Patent Document 2 has a problem in that the process of removing debris generated after processing is complicated.
また、特許文献３に記載の機構は、偏心回転手段におけるウェッジプレートの回転数のバラツキや、ショット毎のレーザーパワー密度のバラツキのため、結果的にノズル孔出口形状のバラツキが大きくなってしまうという問題点を有している。 Further, the mechanism described in Patent Literature 3 has a variation in the number of nozzle hole outlets due to variations in the rotational speed of the wedge plate in the eccentric rotation means and variations in the laser power density for each shot. Has a problem.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、インク液滴の安定吐出速度限界を向上させ、かつインク液滴の着弾精度の向上を実現し得るノズル孔を形成することができるレーザー加工方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a nozzle hole capable of improving the limit of the stable ejection speed of ink droplets and improving the landing accuracy of ink droplets. An object of the present invention is to provide a laser processing method that can be formed.
本発明のレーザー加工方法は、上記課題を解決するために、レーザー光を照射光軸に対して偏心させた状態で、前記照射光軸を中心軸として回転させながら、基板に対して前記レーザー光を照射して孔を形成するレーザー加工方法において、孔の形成時に、第１の偏心量から、当該第１の偏心量よりも小さい第２の偏心量まで、偏心量を変化させる工程を含むことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the laser processing method of the present invention is configured such that the laser beam is rotated with respect to the substrate while the laser beam is decentered with respect to the irradiation optical axis, and the laser beam is rotated with respect to the substrate. In the laser processing method for forming a hole by irradiating the surface, a step of changing the amount of eccentricity from the first amount of eccentricity to a second amount of eccentricity smaller than the first amount of eccentricity at the time of forming the hole is included. It is characterized by.
上記構成によれば、レーザー光を照射光軸に対して偏心させた状態で、上記照射光軸を中心軸として回転させながら、基板に対して上記レーザー光を照射するので、上記基板には、出射当初のレーザー光よりも直径の大きなレーザー光を照射することができる。その結果、出射当初のレーザー光の直径よりも大きな直径を有する孔を形成することができる。さらにレーザー光の偏心量を、第１の偏心量から第２の偏心量まで変化させながら孔を形成し、かつ第１の偏心量は、第２の偏心量よりも大きいので、大きなテーパー角度を有する孔を形成することができる。また、第１の偏心量は、第２の偏心量よりも大きいので、孔の形成が進むにしたがって、レーザーパワー密度が大きな状況下にて孔を形成することができる。そして、レーザーパワー密度が大きな状況下にて孔の開口（出口側）を形成することができるので、当該開口の形状を所望の形状（例えば、真円度が略１の円）に形成することができる。また、上記偏心量を連続的に変化させることができるので、段差のない平滑な漏斗形状の孔を形成することができる。 According to the above configuration, the laser beam is irradiated to the substrate while rotating the laser beam about the irradiation optical axis in a state where the laser beam is decentered with respect to the irradiation optical axis. It is possible to irradiate a laser beam having a diameter larger than the laser beam at the beginning of emission. As a result, it is possible to form a hole having a diameter larger than the diameter of the laser beam at the beginning of emission. Further, the hole is formed while changing the amount of eccentricity of the laser light from the first amount of eccentricity to the second amount of eccentricity, and since the first amount of eccentricity is larger than the amount of second eccentricity, a large taper angle is increased. A hole can be formed. In addition, since the first eccentricity amount is larger than the second eccentricity amount, the holes can be formed under a situation where the laser power density is large as the formation of the holes proceeds. Since the opening (exit side) of the hole can be formed under a situation where the laser power density is high, the shape of the opening is formed into a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1). Can do. Moreover, since the said eccentric amount can be changed continuously, the smooth funnel-shaped hole without a level | step difference can be formed.
本発明のレーザー加工方法では、前記偏心量は、照射光軸に対するレーザー光の傾斜角であることが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, the amount of eccentricity is preferably a tilt angle of the laser beam with respect to the irradiation optical axis.
上記構成によれば、照射光軸に対するレーザー光の傾斜角度を変化させることによって、容易に偏心量を変化させることができる。 According to the said structure, the amount of eccentricity can be easily changed by changing the inclination-angle of the laser beam with respect to an irradiation optical axis.
本発明のレーザー加工方法では、前記第２の偏心量まで変化させたレーザー光の光軸は、前記照射光軸と一致することが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable that the optical axis of the laser light changed to the second eccentricity coincides with the irradiation optical axis.
上記構成によれば、孔の開口を形成する場合に、レーザー光の光軸を照射光軸と一致させることができる。つまり、レーザーパワー密度が最大の条件下で、孔の開口を形成することができるので、当該開口の形状を、更に所望の形状に近い形状に形成することができる。 According to the said structure, when forming the opening of a hole, the optical axis of a laser beam can be made to correspond with an irradiation optical axis. That is, since the opening of the hole can be formed under the condition where the laser power density is maximum, the shape of the opening can be further formed to a shape close to a desired shape.
本発明のレーザー加工方法では、前記レーザー光は、該レーザー光を透過させるためのパターンが形成されたマスクを透過した後に偏心および回転することが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable that the laser beam is eccentric and rotated after passing through a mask on which a pattern for transmitting the laser beam is formed.
上記構成によれば、マスク上に所望の形状を有するパターン（開口）を形成することによって、当該パターンの形状に応じたレーザー光を基板上に照射することができる。その結果、基板に、所望の形状を有する孔を形成することができる。 According to the said structure, the laser beam according to the shape of the said pattern can be irradiated on a board | substrate by forming the pattern (opening) which has a desired shape on a mask. As a result, holes having a desired shape can be formed in the substrate.
本発明のレーザー加工方法では、前記マスクには、少なくとも、基板上に形成される孔に対応する同じ数のパターンが形成されていることが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable that at least the same number of patterns corresponding to the holes formed on the substrate are formed on the mask.
上記構成によれば、上記マスク上のパターンによって、１つのレーザー光を複数のレー
ザー光に分けることができる。つまり、マスク上の各パターンを透過した複数のレーザー光を、基板上に照射することができる。そして、基板上に照射されるレーザー光は、それぞれ、孔を形成することができる。つまり、一度のレーザー照射によって、複数の孔を同時に基板に形成することができる。
According to the above configuration, one laser beam can be divided into a plurality of laser beams according to the pattern on the mask. That is, a plurality of laser beams that have passed through each pattern on the mask can be irradiated onto the substrate. And the laser beam irradiated on a board | substrate can each form a hole. That is, a plurality of holes can be simultaneously formed in the substrate by one laser irradiation.
本発明のレーザー加工方法では、前記マスクを透過した後の各レーザー光は、集光手段によって各々集光されることが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable that each laser beam after passing through the mask is condensed by a condensing unit.
上記構成によれば、上記マスクを透過した後のレーザー光を集光手段によって集光するので、レーザー光を損失することなく基板上に照射することができる。また、マスクを透過した後のレーザー光を集光するので、マスク上に形成されたパターンの大きさに関係なく、所望の大きさ（例えば、直径）のレーザー光を基板に照射することができる。換言すれば、マスク上に形成されるパターンを大きく形成することができるので、所望の形状のパターンを容易かつ安価に形成することができる。 According to the said structure, since the laser beam after permeate | transmitting the said mask is condensed by a condensing means, a laser beam can be irradiated on a board | substrate, without losing. Further, since the laser light after passing through the mask is condensed, the substrate can be irradiated with laser light having a desired size (for example, diameter) regardless of the size of the pattern formed on the mask. . In other words, since the pattern formed on the mask can be formed large, a pattern having a desired shape can be easily and inexpensively formed.
本発明のレーザー加工方法では、前記レーザー光は、前記照射光軸に対する角度を変化でき、かつ回転できるように備えられたレーザー光誘導手段を透過することによって偏心および回転することが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable that the laser beam is decentered and rotated by passing through a laser beam guiding means provided so that the angle with respect to the irradiation optical axis can be changed and rotated.
上記構成によれば、レーザー光誘導手段の照射光軸に対する角度を変化させ、かつレーザー光誘導手段を回転させることによって、当該レーザー光誘導手段を透過するレーザー光を、偏心および回転させることができる。つまり、容易かつ安価に、レーザー光を偏心および回転させることができる。 According to the above configuration, the laser light transmitted through the laser light guiding means can be decentered and rotated by changing the angle of the laser light guiding means with respect to the irradiation optical axis and rotating the laser light guiding means. . That is, the laser beam can be eccentric and rotated easily and inexpensively.
本発明のレーザー加工方法では、前記レーザー光の発振、偏心および回転を同期させることが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable to synchronize the oscillation, eccentricity and rotation of the laser beam.
上記構成によれば、孔の開口を高精度に加工することができるとともに、上記孔の３次元形状を精密に制御することができる。 According to the said structure, while being able to process the opening of a hole with high precision, the three-dimensional shape of the said hole can be controlled precisely.
本発明のレーザー加工方法では、前記レーザー光は、エキシマレーザーであることが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, the laser beam is preferably an excimer laser.
上記構成によれば、基板に所望の孔を形成することができる。つまり、エキシマレーザーを用いることによって、常温、常圧の条件下において、短時間で、基板にサブミクロン〜ミクロンオーダーの精度の、熱歪みやバリのない孔を形成することができる。更に、パターンが形成されたマスクを用いれば、一度に複数の孔を形成することができる。 According to the above configuration, desired holes can be formed in the substrate. That is, by using an excimer laser, it is possible to form holes free from thermal distortion and burrs with submicron to micron order accuracy in a short time under normal temperature and normal pressure conditions. Furthermore, if a mask having a pattern is used, a plurality of holes can be formed at a time.
本発明のレーザー加工方法では、前記基板は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドまたはポリサルフォンを主成分とすることが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, the substrate is preferably composed mainly of polyimide, polyethylene terephthalate, polyamide or polysulfone.
上記構成によれば、所望の形状を有する孔を容易に形成することができる。また、上記構成によれば、撥水性を有する孔を形成することができる。したがって、当該孔をインクジェットヘッドのノズル孔として用いれば、安定かつ正確にインクを吐出することのできるノズル孔を形成することができる。 According to the said structure, the hole which has a desired shape can be formed easily. Moreover, according to the said structure, the hole which has water repellency can be formed. Therefore, if the hole is used as a nozzle hole of an ink jet head, a nozzle hole capable of ejecting ink stably and accurately can be formed.
本発明のレーザー加工方法では、前記レーザー光のレーザー強度が、前記偏心量を変化させる工程中に変化することが好ましい。 In the laser processing method of the present invention, it is preferable that the laser intensity of the laser light changes during the step of changing the amount of eccentricity.
上記構成によれば、所望の形状を有する孔を容易に形成することができる。例えば、孔
の開口を形成するときにレーザー強度を上昇させることによって、所望の形状（例えば、真円度が略１の円）の開口を形成することが容易になる。
According to the said structure, the hole which has a desired shape can be formed easily. For example, it is easy to form an opening having a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1) by increasing the laser intensity when forming the opening of the hole.
本発明のノズルプレート製造方法は、上記レーザー加工方法を用いてノズル孔を形成することを特徴としている。 The nozzle plate manufacturing method of the present invention is characterized in that nozzle holes are formed using the laser processing method.
上記構成によれば、安定かつ正確にインクを吐出することのできるノズル孔を有するノズルプレートを形成することができる。 According to the above configuration, it is possible to form a nozzle plate having nozzle holes that can eject ink stably and accurately.
本発明のインクジェットヘッドは、上記ノズルプレート製造方法によって製造されたノズルプレートを有することを特徴としている。 The ink jet head of the present invention is characterized by having a nozzle plate manufactured by the above nozzle plate manufacturing method.
上記構成によれば、安定かつ正確にインクを吐出することのできるノズルプレートを有するインクジェットヘッドを形成することができる。 According to the above configuration, it is possible to form an ink jet head having a nozzle plate that can eject ink stably and accurately.
本発明のレーザー加工方法は、以上のように、孔の形成時に、第１の偏心量から、当該第１の偏心量よりも小さい第２の偏心量まで、偏心量を変化させる工程を含むものである。 As described above, the laser processing method of the present invention includes a step of changing the eccentric amount from the first eccentric amount to the second eccentric amount smaller than the first eccentric amount when forming the hole. .
また、本発明のノズルプレート製造方法は、上記レーザー加工方法を用いてノズル孔を形成するものである。 Moreover, the nozzle plate manufacturing method of this invention forms a nozzle hole using the said laser processing method.
また、本発明のインクジェットヘッドは、上記ノズルプレート製造方法によって製造されたノズルプレートを有するものである。 Moreover, the inkjet head of this invention has a nozzle plate manufactured by the said nozzle plate manufacturing method.
それゆえ、本発明では、レーザー光を、偏心量を変化させながら回転させて照射する過程を含むので、大きなテーパー角度を有し、かつ所望の形状の開口（例えば、真円度が略１の円）を有する孔を形成することができる。したがって、ノズル孔から吐出されるインク液滴の安定吐出速度限界を向上させ、かつインク液滴の着弾精度の向上させ得るノズル孔を形成することができる。また、従来に比べてシンプルな構成にて、低コストかつ高精度なノズル孔を形成することができる。 Therefore, the present invention includes a process of rotating and irradiating laser light while changing the amount of eccentricity. Therefore, the laser beam has a large taper angle and has a desired shape (for example, a roundness of about 1). A hole having a circle) can be formed. Therefore, it is possible to form a nozzle hole that can improve the limit of the stable ejection speed of the ink droplets ejected from the nozzle holes and can improve the landing accuracy of the ink droplets. Further, it is possible to form a nozzle hole with low cost and high accuracy with a simple configuration as compared with the conventional case.
本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 as follows.
本発明は、レーザー光を照射対象物に照射して、当該照射対象物に加工を施す技術であり、特に、照射対象物が基板である場合に、当該基板に孔を形成する加工に好適に用いられる技術である。本発明において照射対称物となる基板の具体的な形状は特に限定されるものではなく、かつ、基板の用途も特に限定されるものではないが、本実施形態では、孔の形成に関する技術的な要求の高い分野である、「インクジェットヘッドのノズルプレートの製造」を例示して、本発明をより具体的に説明する。 The present invention is a technique for irradiating an irradiation object with a laser beam and processing the irradiation object, and particularly suitable for processing for forming a hole in the substrate when the irradiation object is a substrate. The technology used. In the present invention, the specific shape of the substrate serving as an irradiation symmetric object is not particularly limited, and the use of the substrate is not particularly limited. The present invention will be described more specifically with reference to “manufacture of a nozzle plate for an inkjet head” which is a highly demanded field.
図１に示すように、本実施の形態のレーザー加工方法では、レーザー発振器１から出射されたレーザー光は、第１ミラー２ａにて反射されたあと、マスク３に照射される。マスク３にはパターン４が形成されており、マスク３に照射されたレーザー光は、上記パターン４を透過して第２ミラー２ｂに照射される。第２ミラー２ｂに照射されたレーザー光は当該第２ミラー２ｂにて反射されて、Ｗｏｂｂｌｅプレート６（レーザー光誘導手段）に照射される。Ｗｏｂｂｌｅプレート６に照射されたレーザー光は、当該Ｗｏｂｂｌｅプレ
ート６によって偏心および回転されて、その後、第３ミラー２ｃに照射される。第３ミラー２ｃに照射されたレーザー光は縮小投影レンズ７（集光手段）によって集光された後、ノズルプレート８（基板）に対して照射される。その結果、ノズルプレート８においてレーザー光が照射された領域には、孔９が形成される。
As shown in FIG. 1, in the laser processing method of the present embodiment, the laser light emitted from the laser oscillator 1 is reflected by the first mirror 2a and then irradiated to the mask 3. A pattern 4 is formed on the mask 3, and the laser light applied to the mask 3 passes through the pattern 4 and is applied to the second mirror 2 b. The laser light applied to the second mirror 2b is reflected by the second mirror 2b and applied to the wobble plate 6 (laser light guiding means). The laser beam applied to the wobble plate 6 is decentered and rotated by the wobble plate 6 and then applied to the third mirror 2c. The laser light applied to the third mirror 2c is condensed by the reduction projection lens 7 (condensing means) and then applied to the nozzle plate 8 (substrate). As a result, holes 9 are formed in the region of the nozzle plate 8 irradiated with the laser light.
上記レーザー発振器１から出射されるレーザー光としては特に限定されず、適宜公知のレーザー光を用いることができる。例えば、レーザー光としては、エキシマレーザーを用いることが好ましい。エキシマレーザーを用いれば、常温、常圧の条件下において、短時間で、サブミクロン〜ミクロンオーダーの精度の、熱歪みやバリのない孔や溝を加工できる。また、エキシマレーザーを用いれば、マスク３を透過したエキシマレーザーを、縮小投影レンズ７によって被加工物上に結像させることにより、複数のノズル孔を一括加工できる。上記エキシマレーザーの発振波長は特に限定されないが、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）またはＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）であることが好ましい。 The laser beam emitted from the laser oscillator 1 is not particularly limited, and a known laser beam can be used as appropriate. For example, excimer laser is preferably used as the laser light. If an excimer laser is used, holes and grooves free from thermal distortion and burrs with submicron to micron order accuracy can be processed in a short time under normal temperature and normal pressure conditions. In addition, if an excimer laser is used, a plurality of nozzle holes can be collectively processed by forming an image of the excimer laser that has passed through the mask 3 on the workpiece by the reduction projection lens 7. The oscillation wavelength of the excimer laser is not particularly limited, but is preferably XeCl (wavelength 308 nm) or KrF (wavelength 248 nm).
本実施の形態のレーザー加工方法では、レーザー光の方向を変更するために第１ミラー２ａ〜第３ミラー２ｃが用いられている。上記第１ミラー２ａ〜第３ミラー２ｃとしては、レーザー光を反射させて、当該レーザー光の照射方向を変更し得るものであればよく特に限定されない。 In the laser processing method of the present embodiment, the first mirror 2a to the third mirror 2c are used to change the direction of the laser light. The first mirror 2a to the third mirror 2c are not particularly limited as long as they can reflect the laser light and change the irradiation direction of the laser light.
例えば、図１においては、レーザー発信器１から出射したレーザー光は、第１ミラー２ａ、第２ミラー２ｂ、および第３ミラー２ｃにより反射されることによって、その光路（進行方向）が３回変更されているが、もちろん本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各構成（例えば、レーザー発振器１、マスク３、Ｗｏｂｂｌｅプレート６、縮小投影レンズ７、およびノズルプレート８）の相対的な位置関係によっては、第１ミラー２ａ〜第３ミラー２ｃを適宜省略し、各構成にレーザー光を直接照射する構成とすることもできる。 For example, in FIG. 1, the laser beam emitted from the laser transmitter 1 is reflected by the first mirror 2a, the second mirror 2b, and the third mirror 2c, so that the optical path (traveling direction) is changed three times. Of course, the present invention is not limited to this. For example, the first mirror 2a to the third mirror 2c may be omitted as appropriate depending on the relative positional relationship among the components (for example, the laser oscillator 1, the mask 3, the wobble plate 6, the reduction projection lens 7, and the nozzle plate 8). Further, it is possible to adopt a configuration in which each component is directly irradiated with laser light.
本実施の形態のレーザー加工方法では、レーザー発振器１から出射されたレーザー光は、ミラー２を介してマスク３に照射される。このとき、ミラー２とマスク３との間には、アパーチャー（開口パターン）を設けることも可能である（図示せず）。上記アパーチャーは、マスク３上の特定の位置のみにレーザー光を照射するためのものであって、上記アパーチャーを通過したレーザー光は、マスク３上のパターン４に照射される。上記アパーチャーを用いることによって、レーザー光を所望の形状に絞ることができる。上記アパーチャーの形状は特に限定されるものではなく、マスク３のパターン４に対してレーザー光を照射することができる形状であればよい。例えば、上記アパーチャーは矩形であってもよい。この場合、図１に示すように、矩形レーザー光５がマスク３上のパターン４に照射される。 In the laser processing method of the present embodiment, the laser light emitted from the laser oscillator 1 is applied to the mask 3 via the mirror 2. At this time, it is also possible to provide an aperture (opening pattern) between the mirror 2 and the mask 3 (not shown). The aperture is for irradiating only a specific position on the mask 3 with laser light, and the laser light that has passed through the aperture is applied to the pattern 4 on the mask 3. By using the aperture, the laser beam can be focused to a desired shape. The shape of the aperture is not particularly limited as long as it can irradiate the pattern 4 of the mask 3 with laser light. For example, the aperture may be rectangular. In this case, as shown in FIG. 1, the rectangular laser beam 5 is applied to the pattern 4 on the mask 3.
上述したように、マスク３にはパターン４が形成されている。上記パターン４の形状、大きさ、および数は特に限定されず、ノズルプレート８に形成される孔の形状、大きさ、および数に応じて適宜選択すればよい。また、本実施の形態のレーザー加工方法は縮小投影レンズ７を用いるので、マスク３を透過した後のレーザー光を、当該縮小投影レンズ７によって所望の倍率に縮小することができる。したがって、マスク３に形成されるパターン４は、孔９よりも大きく形成することができる。例えば、円形の孔９を形成しようとした場合、パターン４も円形に形成される。そして、このとき、パターン４の直径を孔９の直径よりも大きく形成したとしても、上記パターン４を透過したレーザー光は、縮小投影レンズ７によって所望の倍率に縮小される。その結果、所望の形状を有する孔９を形成することができる。 As described above, the pattern 4 is formed on the mask 3. The shape, size, and number of the pattern 4 are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the shape, size, and number of holes formed in the nozzle plate 8. In addition, since the laser processing method of the present embodiment uses the reduction projection lens 7, the laser light transmitted through the mask 3 can be reduced to a desired magnification by the reduction projection lens 7. Therefore, the pattern 4 formed on the mask 3 can be formed larger than the hole 9. For example, when the circular hole 9 is to be formed, the pattern 4 is also formed in a circular shape. At this time, even if the diameter of the pattern 4 is formed larger than the diameter of the hole 9, the laser light transmitted through the pattern 4 is reduced to a desired magnification by the reduction projection lens 7. As a result, the hole 9 having a desired shape can be formed.
上述したように、パターン４を孔９よりも大きく形成することができるので、微細なパ
ターン４を形成する必要がない。その結果、パターン４の形状を所望の形状（例えば、真円度が略１の円）に形成することが容易であるとともに、上記パターン４を形成するためのコストを低く抑えることができる。そして、パターン４を所望の形状に形成することができれば、孔９を所望の形状に形成することも容易となる。
As described above, since the pattern 4 can be formed larger than the hole 9, it is not necessary to form the fine pattern 4. As a result, the shape of the pattern 4 can be easily formed into a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1), and the cost for forming the pattern 4 can be kept low. If the pattern 4 can be formed in a desired shape, the holes 9 can be easily formed in a desired shape.
次いで、パターン４を透過したレーザー光は、ミラー２を介してＷｏｂｂｌｅプレート６に入射する。上記Ｗｏｂｂｌｅプレート６は、レーザー光を照射光軸（レーザー光の入射方向）に対して偏心させ得るとともに、前記照射光軸を中心軸としてレーザー光を回転させ得る。そのため、上記Ｗｏｂｂｌｅプレート６は、照射光軸と直行する軸（以下、垂直軸と称する）から傾いた状態で配置され得るとともに、照射光軸を中心軸として回転され得る。垂直軸からの上記Ｗｏｂｂｌｅプレート６の傾き角度が大きいほど、レーザー光の偏心は大きくなり、傾き角度が小さいほど、レーザー光の偏心は小さくなる。そして、レーザー光の偏心が大きいほど、ノズルプレート８に照射されるレーザー光の直径が大きくなるとともに、レーザー強度が小さくなる。一方、レーザー光の偏心が小さいほど、ノズルプレート８に照射されるレーザー光の直径が小さくなるとともに、レーザー強度が大きくなる。 Next, the laser light transmitted through the pattern 4 is incident on the wobble plate 6 via the mirror 2. The wobble plate 6 can decenter the laser beam with respect to the irradiation optical axis (laser beam incident direction) and can rotate the laser beam about the irradiation optical axis. Therefore, the wobble plate 6 can be arranged in a state inclined from an axis orthogonal to the irradiation optical axis (hereinafter referred to as a vertical axis), and can be rotated with the irradiation optical axis as a central axis. The greater the tilt angle of the wobble plate 6 from the vertical axis, the greater the eccentricity of the laser beam, and the smaller the tilt angle, the smaller the eccentricity of the laser beam. As the laser beam is decentered, the diameter of the laser beam irradiated on the nozzle plate 8 increases and the laser intensity decreases. On the other hand, the smaller the eccentricity of the laser beam, the smaller the diameter of the laser beam applied to the nozzle plate 8 and the higher the laser intensity.
上記Ｗｏｂｂｌｅプレートを用いて孔を形成する場合の具体的な工程について、図２（ａ）〜（ｆ）を用いて更に詳細に説明する。図２（ａ）〜（ｆ）示すように、ノズルプレートに形成される孔の直径は、垂直軸２０からのＷｏｂｂｌｅプレート６の傾き角度αに依存する。なお、図２（ａ）・（ｃ）・（ｅ）の各図面は、各工程におけるＷｏｂｂｌｅプレート６の傾きを示す。また、図２（ｂ）・（ｄ）・（ｆ）の各図面は、各工程において形成されている孔の形状を示す。 A specific process for forming the hole using the wobble plate will be described in more detail with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2A to 2F, the diameter of the hole formed in the nozzle plate depends on the inclination angle α of the wobble plate 6 from the vertical axis 20. 2A, 2C, and 2E show the inclination of the wobble plate 6 in each step. 2B, 2D, and 2F show the shapes of the holes formed in each process.
図２（ａ）に示すように、本実施の形態のレーザー加工方法では、孔の形成開始時に、Ｗｏｂｂｌｅプレート６が垂直軸２０に対して大きく傾いた状態（傾き角度αが大きい）で回転している。このときの状態を「第１の偏心量」とする。この場合、Ｗｏｂｂｌｅプレート６を透過した後のレーザー光Ｌは、照射光軸２１に対して大きく偏心する。そして、図２（ｂ）に示すように、照射光軸２１に対して大きく偏心したレーザーパターン１５を有するレーザー光Ｌが、ノズルプレート１１、撥水膜１２および保護テープ１３に照射されて孔１６が形成される。このとき形成される孔１６の直径は、大きなものとなる。なお、上記撥水膜１２としては、例えば、フッ素系シランカップリング剤を用いることができるが、特に限定されない。 As shown in FIG. 2 (a), in the laser processing method of the present embodiment, the wobble plate 6 is rotated in a state where the wobble plate 6 is largely inclined with respect to the vertical axis 20 (the inclination angle α is large). ing. This state is referred to as “first eccentric amount”. In this case, the laser light L after passing through the wobble plate 6 is greatly decentered with respect to the irradiation optical axis 21. Then, as shown in FIG. 2B, the laser beam L having the laser pattern 15 greatly decentered with respect to the irradiation optical axis 21 is irradiated to the nozzle plate 11, the water-repellent film 12 and the protective tape 13 to form holes 16. Is formed. The diameter of the hole 16 formed at this time becomes large. As the water repellent film 12, for example, a fluorine-based silane coupling agent can be used, but it is not particularly limited.
次いで、本実施の形態のレーザー加工方法では、図２（ｃ）に示すように、孔の加工深度が増すとともにＷｏｂｂｌｅプレート６の垂直軸２０に対する傾きを、徐々に小さくする（傾き角度αが小さい）。この場合、Ｗｏｂｂｌｅプレート６を透過した後のレーザー光Ｌの、照射光軸２１に対する偏心量も徐々に小さくなる。つまり、「第１の偏心量」を徐々に変化させて偏心量を小さくすることになる。そして、図２（ｄ）に示すように、照射光軸２１に対する偏心量の小さいレーザーパターン１５を有するレーザー光Ｌが、ノズルプレート１１、撥水膜１２および保護テープ１３に照射されて孔１６が形成される。このとき形成される孔１６の直径は、小さなものとなる。なお、このとき、孔の形成開始時と比較して、ノズルプレート１１等に照射されるレーザー光のレーザーパワー密度が大きくなっているので、所望の形状（例えば、真円度が略１の円）の孔を容易に形成することができる。 Next, in the laser processing method of the present embodiment, as shown in FIG. 2C, the inclination of the wobble plate 6 with respect to the vertical axis 20 is gradually reduced as the hole processing depth is increased (the inclination angle α is small). ). In this case, the amount of eccentricity of the laser light L after passing through the wobble plate 6 with respect to the irradiation optical axis 21 gradually decreases. That is, the “first eccentric amount” is gradually changed to reduce the eccentric amount. Then, as shown in FIG. 2D, the laser beam L having the laser pattern 15 having a small eccentricity with respect to the irradiation optical axis 21 is irradiated to the nozzle plate 11, the water repellent film 12 and the protective tape 13 to form the holes 16. It is formed. The diameter of the hole 16 formed at this time is small. At this time, since the laser power density of the laser light applied to the nozzle plate 11 or the like is higher than when the hole formation is started, a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1) is obtained. ) Holes can be easily formed.
次いで、本実施の形態のレーザー加工方法では、図２（ｅ）に示すように、Ｗｏｂｂｌｅプレート６の垂直軸２０に対する傾きを、０にする（傾き角度αが０）ことが好ましい。この場合、Ｗｏｂｂｌｅプレート６を透過した後のレーザー光Ｌの、照射光軸２１に対する偏心量は０となる。このとき、偏心量は最小となり、本実施形態では、この状態を「
第２の偏心量」と規定する。そして、図２（ｆ）に示すように、照射光軸２１に対する偏心量が０であるレーザーパターン１５を有するレーザー光Ｌが、ノズルプレート１１、撥水膜１２および保護テープ１３に照射されて孔１６が形成される。このとき形成される孔１６の直径は、最小となる。なお、このとき、孔の形成工程においてレーザー光のレーザーパワー密度が最大であるので、所望の形状（例えば、真円度が略１の円）の孔を最も正確に形成することができる。したがって、ノズル出口側形状を最も安定に形成することができる。
Next, in the laser processing method of the present embodiment, it is preferable that the inclination of the wobble plate 6 with respect to the vertical axis 20 is 0 (inclination angle α is 0), as shown in FIG. In this case, the amount of eccentricity of the laser beam L after passing through the wobble plate 6 with respect to the irradiation optical axis 21 is zero. At this time, the amount of eccentricity is minimized.
It is defined as “second eccentric amount”. Then, as shown in FIG. 2 (f), the laser beam L having the laser pattern 15 whose eccentricity with respect to the irradiation optical axis 21 is 0 is irradiated to the nozzle plate 11, the water repellent film 12 and the protective tape 13 to form holes. 16 is formed. The diameter of the hole 16 formed at this time is minimized. At this time, since the laser power density of the laser beam is maximum in the hole forming step, a hole having a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1) can be formed most accurately. Therefore, the nozzle outlet side shape can be formed most stably.
上記のように、本実施形態では、レーザー光を偏心して回転照射させる場合に、最大の偏心量である「第１の偏心量」と、最小の偏心量である「第２の偏心量」とを予め定めておき、第１の偏心量から第２の偏心量へ徐々に偏心量を変化させる。これによって、例えば、大きなテーパー角度を有し、かつ所望の形状の開口（例えば、真円度が略１の円）を有する孔を形成することができる。 As described above, in this embodiment, when the laser beam is eccentrically rotated and irradiated, the “first eccentric amount” that is the maximum eccentric amount and the “second eccentric amount” that is the minimum eccentric amount. Is determined in advance, and the eccentric amount is gradually changed from the first eccentric amount to the second eccentric amount. Thereby, for example, a hole having a large taper angle and having an opening of a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1) can be formed.
また、上記偏心量は、垂直軸に対する傾き角度αによって規定される。言い換えれば、照射光軸をレーザー光の直進方向とすれば、上記偏心量は、レーザー光の直進方向に対する傾斜角となる。本実施形態では、最大の角度αmaxから最小の角度α＝０まで徐々に傾
き角度αを変化させている。このように偏心量を徐々に変化させることで、所望の形状の孔を良好に形成することが可能となる。
The amount of eccentricity is defined by an inclination angle α with respect to the vertical axis. In other words, if the irradiation optical axis is the straight traveling direction of the laser light, the amount of eccentricity becomes an inclination angle with respect to the straight traveling direction of the laser light. In the present embodiment, the inclination angle α is gradually changed from the maximum angle α max to the minimum angle α = 0. Thus, by gradually changing the amount of eccentricity, it is possible to satisfactorily form a hole having a desired shape.
なお、偏心量については、上記傾斜角に限定されるものではなく、レーザー光の偏心の状態を数値化できるものであれば、他のパラメータでもよい。また、第１の偏心量は、必ずしも最大値でなくてもよく、第２の偏心量に対して大きな偏心量を有していればよい。したがって、例えば、α＝１０°の偏心量を維持しながらレーザー光を照射して途中まで孔を形成し、その後、α＝５°の偏心量を「第１の偏心量」に設定して偏心量の変化を開始し、α＝０°まで偏心量を小さくしてもよい。これによって、一方の開口が大口径で、途中で口径が小さくなる段差が生じ、さらに徐々に口径が小さくなって他方の開口が最小の口径となるような孔を形成することもできる。 Note that the amount of eccentricity is not limited to the above-described inclination angle, and any other parameter may be used as long as the state of the eccentricity of the laser beam can be quantified. Further, the first eccentric amount does not necessarily have to be the maximum value, as long as it has a large eccentric amount with respect to the second eccentric amount. Therefore, for example, while maintaining the eccentric amount of α = 10 °, the laser beam is irradiated to form a hole halfway, and then the eccentric amount of α = 5 ° is set to the “first eccentric amount” and the eccentricity is set. The change in the amount may be started, and the amount of eccentricity may be reduced to α = 0 °. As a result, it is possible to form a hole in which one opening has a large diameter and a step in which the diameter becomes small in the middle, and the diameter gradually decreases and the other opening has a minimum diameter.
つまり、本発明においては、孔の形成時に、第１の偏心量から、当該第１の偏心量よりも小さい第２の偏心量まで、偏心量を徐々に変化させる過程を含んでいればよく、第１の偏心量が最大でなくてもよいし、第２の偏心量が最小でなくてもよい。 That is, in the present invention, at the time of forming the hole, it is only necessary to include a process of gradually changing the eccentric amount from the first eccentric amount to the second eccentric amount smaller than the first eccentric amount. The first eccentric amount may not be the maximum, and the second eccentric amount may not be the minimum.
本実施形態では、偏心量の変化に上記Ｗｏｂｂｌｅプレートを用いるが、このＷｏｂｂｌｅプレートの具体的な構成としては、レーザー光の吸収が少なく、かつレーザー光を偏心および回転させ得るものであればよく、特に限定されない。例えば、透明石英などを用いることができる。なお、Ｗｏｂｂｌｅプレートは、当該プレート表面でのレーザー光の反射を抑えるための反射防止膜を備えることができる。これによって、レーザー光の損失を抑え、強度の強いレーザー光にてノズル孔を形成することができる。そして、強度の強いレーザー光を用いれば、例えば真円に近い形状のノズル孔を形成することができる。 In the present embodiment, the wobble plate is used to change the amount of eccentricity. However, the specific configuration of the wobble plate may be anything that absorbs less laser light and can decenter and rotate the laser light. There is no particular limitation. For example, transparent quartz can be used. The wobble plate can be provided with an antireflection film for suppressing reflection of laser light on the plate surface. As a result, the loss of laser light can be suppressed, and the nozzle hole can be formed with strong laser light. If a laser beam having a high intensity is used, for example, a nozzle hole having a shape close to a perfect circle can be formed.
上述したように、本実施の形態のレーザー加工方法では、上記Ｗｏｂｂｌｅプレート６は、垂直軸から傾いた状態で配置され得るとともに、照射光軸を中心軸として回転され得る。このとき、Ｗｏｂｂｌｅプレート６を垂直軸から任意の角度だけ傾けるための駆動機構としては、例えば、Ｗｏｂｂｌｅプレート６を螺子スライダもしくはリニアステージに固定する方法（接触式）、またはマグネットカップリングを用いる方法（非接触式）を用いることができる。また、Ｗｏｂｂｌｅプレート６を、照射光軸を中心軸として回転させるための回転機構としては、例えば、Ｗｏｂｂｌｅプレート６の外枠に回転モーターを設ける方法、または上記マグネットカップリングさせた箇所を非接触で回転させる方法を用いることができる。 As described above, in the laser processing method of the present embodiment, the wobble plate 6 can be arranged in a state inclined from the vertical axis, and can be rotated around the irradiation optical axis as a central axis. At this time, as a drive mechanism for tilting the wobble plate 6 from the vertical axis by an arbitrary angle, for example, a method of fixing the wobble plate 6 to a screw slider or a linear stage (contact type) or a method of using a magnet coupling ( Non-contact type) can be used. Further, as a rotation mechanism for rotating the wobble plate 6 with the irradiation optical axis as a central axis, for example, a method of providing a rotation motor on the outer frame of the wobble plate 6 or a position where the magnet coupling is performed in a non-contact manner. A rotating method can be used.
また、本実施の形態のレーザー加工方法では、上記駆動機構、回転機構およびレーザー発振器を同期させるための制御機構を用いることが好ましい。なお、上記制御機構としては特に限定されず、適宜公知の構成を用いることができる。複数のノズル孔を一括して精密に加工する場合、個々のノズル孔のテーパー形状や孔径の他に、ノズル孔間の孔径のバラツキが小さいことが重要である。特に、インクジェット用ノズルは、数１０μｍ以下のノズル径となるが、その場合、ノズル孔間の孔径のバラツキはサブミクロンのオーダーであることが必要とされる。ノズル孔間の孔径のバラツキを小さくするためには、高いレーザーパワーに加え、レーザー光のフォーカス位置を正確に設定することが好ましい。例えば、パルスレーザーを用いる場合、上記制御機構によって、レーザー発振器の発振周波数と、Ｗｏｂｂｌｅプレート６の回転周波数とを適宜設定することが好ましい。なお、Ｗｏｂｂｌｅプレート６の回転周波数は、上記回転機構によって制御される。具体的には、発振周波数をｆ、回転周波数をφとした場合、φ＝ｎｆ、またはｆ／ｎ（ｎ：整数）となるポイントから、少しずらしたポイントに回転周波数を設定することが好ましい。これによって、良好な形状のノズル孔を形成することができる。更に、Ｗｏｂｂｌｅプレート６の傾き角（レーザー光の偏心度）を変更した場合、同一箇所に照射されるレーザーのパワー密度が変わり、その結果、ノズル孔の形状に影響を与える。したがって、所望のノズル孔の形状を得るためには、レーザーの発振周波数とフォーカス位置、回転周波数、レーザー光の偏心度を最適化することが好ましい。更には、レーザーパワーとフォーカス位置、回転周波数、レーザー光の偏心度を最適化することが好ましい。上記制御機構によって、上記駆動機構、回転機構およびレーザー発振器を同期させることにより、ノズル孔の開口を高精度に加工することができるとともに、ノズル孔の３次元形状を精密に制御することができる。 In the laser processing method of the present embodiment, it is preferable to use a control mechanism for synchronizing the drive mechanism, the rotation mechanism, and the laser oscillator. The control mechanism is not particularly limited, and a known configuration can be used as appropriate. When a plurality of nozzle holes are processed precisely at once, it is important that the variation in the hole diameter between the nozzle holes is small in addition to the taper shape and hole diameter of each nozzle hole. In particular, an inkjet nozzle has a nozzle diameter of several tens of μm or less. In this case, the variation in the hole diameter between nozzle holes is required to be on the order of submicrons. In order to reduce the variation in the hole diameter between the nozzle holes, it is preferable to accurately set the focus position of the laser light in addition to the high laser power. For example, when a pulse laser is used, it is preferable to appropriately set the oscillation frequency of the laser oscillator and the rotation frequency of the wobble plate 6 by the control mechanism. The rotation frequency of the wobble plate 6 is controlled by the rotation mechanism. Specifically, when the oscillation frequency is f and the rotation frequency is φ, it is preferable to set the rotation frequency at a point slightly shifted from a point where φ = nf or f / n (n: integer). Thereby, it is possible to form a nozzle hole having a good shape. Furthermore, when the inclination angle (laser beam eccentricity) of the wobble plate 6 is changed, the power density of the laser irradiated to the same location changes, and as a result, the shape of the nozzle hole is affected. Therefore, in order to obtain a desired nozzle hole shape, it is preferable to optimize the laser oscillation frequency, focus position, rotation frequency, and laser beam eccentricity. Furthermore, it is preferable to optimize the laser power, the focus position, the rotation frequency, and the degree of eccentricity of the laser beam. By synchronizing the drive mechanism, the rotation mechanism, and the laser oscillator by the control mechanism, the opening of the nozzle hole can be processed with high accuracy, and the three-dimensional shape of the nozzle hole can be precisely controlled.
次いで、Ｗｏｂｂｌｅプレート６にて偏心および回転されたレーザー光は、ミラー２を介して縮小投影レンズ７に入射される。上記縮小投影レンズ７は、レーザー光を所望の倍率に縮小することができる。その結果、ノズルプレート８に所望の大きさの孔９を形成することができる。上記縮小投影レンズ７は、レーザー光をノズルプレート８上に集光することができればよく、適宜、公知の構成を用いることができる。例えば、様々な集光レンズを交換可能に構成してもよいし、集光レンズをレーザー光の入射方向に対して移動可能に構成してもよい。 Next, the laser beam decentered and rotated by the wobble plate 6 is incident on the reduction projection lens 7 via the mirror 2. The reduction projection lens 7 can reduce the laser light to a desired magnification. As a result, holes 9 having a desired size can be formed in the nozzle plate 8. The reduction projection lens 7 only needs to be able to condense laser light onto the nozzle plate 8, and a known configuration can be used as appropriate. For example, various condensing lenses may be configured to be replaceable, and the condensing lens may be configured to be movable with respect to the incident direction of the laser light.
次いで、上記縮小投影レンズ７を透過したレーザー光は、ノズルプレート８上に照射されて孔９が形成される。上記ノズルプレート８の材料は特に限定されず、適宜、公知の材料を用いることができる。例えば、上記材料は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドまたはポリサルフォン等の樹脂であることが好ましい。これらの樹脂は、レーザー光によって容易にアブレーションできるので、所望の孔９を容易に形成することができる。 Next, the laser light transmitted through the reduction projection lens 7 is irradiated onto the nozzle plate 8 to form a hole 9. The material of the nozzle plate 8 is not particularly limited, and a known material can be used as appropriate. For example, the material is preferably a resin such as polyimide, polyethylene terephthalate, polyamide, or polysulfone. Since these resins can be easily ablated by laser light, desired holes 9 can be easily formed.
なお、本実施の形態のレーザー加工方法では、適宜、レーザー光を均一化するためのホモジナイザーと呼ばれる光学系を用いることができる（図示せず）。上記ホモジナイザーとしては、適宜公知の光学系を用いることができる。上記ホモジナイザーの位置としては、特に限定されないが、少なくともアッテネーターよりも上流側に配置することが好ましい。なお、アッテネーターとは、レーザーパワーを調節するための機構である。ホモジナイザーを用いることによって、ノズルプレート８に対して、均一なレーザー光を照射することができる。その結果、複数の孔９を同時に形成する場合でも、各孔９間の形状のバラツキを抑制することができる。 In the laser processing method of this embodiment, an optical system called a homogenizer for uniformizing laser light can be used as appropriate (not shown). As the homogenizer, a known optical system can be used as appropriate. The position of the homogenizer is not particularly limited, but it is preferably arranged at least upstream of the attenuator. The attenuator is a mechanism for adjusting the laser power. By using a homogenizer, the nozzle plate 8 can be irradiated with uniform laser light. As a result, even when a plurality of holes 9 are formed at the same time, variation in shape between the holes 9 can be suppressed.
また、本実施の形態のレーザー加工方法では、孔の形成工程に応じてレーザー発振器１によって出射されるレーザー光のレーザーパワー（レーザー強度）を変化させることもで
きる。これによって、形成される孔の形状を更に微細に制御することができる。レーザーパワーの変化のさせ方は特に限定されず、形成したい孔の形状にあわせて適宜変化させればよい。例えば、孔の開口を形成するときにレーザーパワーが上昇するように変化させれば、開口の形状を所望の形状（例えば、真円度が略１の円）に形成し易くなる。
In the laser processing method of the present embodiment, the laser power (laser intensity) of the laser light emitted by the laser oscillator 1 can be changed according to the hole forming process. Thereby, the shape of the hole to be formed can be controlled more finely. The method of changing the laser power is not particularly limited, and may be appropriately changed according to the shape of the hole to be formed. For example, if the laser power is changed so as to increase when the opening of the hole is formed, the shape of the opening can be easily formed into a desired shape (for example, a circle having a roundness of about 1).
以下に、本実施の形態のレーザー加工法によって製造された孔の形状について、更に詳細に説明する。 Below, the shape of the hole manufactured by the laser processing method of this Embodiment is demonstrated in detail.
図３（ａ）はＷｏｂｂｌｅプレートを用いることなく形成された孔の断面を示しており、図３（ｂ）はＷｏｂｂｌｅプレートを用いて形成された孔の断面を示している。図３（ａ）に示すように、Ｗｏｂｂｌｅプレートを用いない場合、ノズルプレート上の加工面に入射するレーザー光軸は偏心回転をしないため、Ｗｏｂｂｌｅプレートを用いた場合に比べて加工エリアが狭いが、当該加工エリアに入射するレーザー光の単位時間当たりのエネルギー密度は高くなる。その結果、ノズル孔の出口側形状が安定化する。しかしながら、この場合、テーパー角を制御できないため、吐出安定領域は狭くなるので、実用的でない。一方、Ｗｏｂｂｌｅプレートを用いた場合は、Ｗｏｂｂｌｅプレートの傾き角度を変えることにより、ノズル孔のテーパー角度を制御することは可能であるが、所定の箇所に入射するレーザー光の単位時間当たりのエネルギー密度は低くなるのでノズル孔の出口側形状のバラツキが大きくなってしまう。 FIG. 3A shows a cross section of a hole formed without using a wobble plate, and FIG. 3B shows a cross section of a hole formed using the wobble plate. As shown in FIG. 3A, when the wobble plate is not used, the laser optical axis incident on the processing surface on the nozzle plate does not rotate eccentrically, so the processing area is narrower than when the wobble plate is used. The energy density per unit time of the laser light incident on the processing area is increased. As a result, the outlet side shape of the nozzle hole is stabilized. However, in this case, since the taper angle cannot be controlled, the discharge stable region becomes narrow, which is not practical. On the other hand, when a wobble plate is used, it is possible to control the taper angle of the nozzle hole by changing the inclination angle of the wobble plate, but the energy density per unit time of the laser light incident on a predetermined location Therefore, the variation in the shape of the outlet side of the nozzle hole becomes large.
なお、本実施形態では、上記Ｗｏｂｂｌｅプレートは、レーザー光を所定の角度かつ回転可能に基板に対して誘導するレーザー光誘導手段として機能する。したがって、本発明では、レーザー光を、照射光軸に対する角度を変化でき、かつ回転できるように基板に誘導できる部材や手段であれば、レーザー光誘導手段は上記Ｗｏｂｂｌｅプレートに限定されるものではなく、公知の構成を好適に用いることができる。 In the present embodiment, the wobble plate functions as laser light guiding means for guiding the laser light with respect to the substrate so as to be rotatable at a predetermined angle. Therefore, in the present invention, the laser beam guiding means is not limited to the wobble plate as long as it is a member or means capable of guiding the laser beam to the substrate so that the angle with respect to the irradiation optical axis can be changed and rotated. A known configuration can be suitably used.
上記内容を、図４および図５を用い、更に具体的に説明する。図４に、種々のレーザーパワー密度にてノズル孔を形成した場合の、ノズル孔の出口径バラツキ、およびノズル孔のテーパー角度を示す。なお、ノズル孔の出口径バラツキとは、ノズル孔の出口径の最大値と最小値の差のことである。図４に示すように、ノズル孔を形成するときのレーザーパワーを上げるにしたがって、出口孔径バラツキは小さくなるが、それとともにテーパー角度も小さくなってしまう。また、図５に、種々のレーザー光軸偏心量にてノズル孔を形成した場合の、ノズル孔の出口径バラツキ、およびノズル孔のテーパー角度を示す。なお、レーザー光軸偏心量とは、照射光軸に対するレーザー光軸の偏心量のことである。図５に示すように、レーザー光軸偏心量を大きくするにしたがって、テーパー角度を大きくすることができるが、それとともに出口径バラツキも大きくなってしまう。 The above contents will be described more specifically with reference to FIGS. FIG. 4 shows the nozzle hole outlet diameter variation and the nozzle hole taper angle when the nozzle holes are formed at various laser power densities. The nozzle hole outlet diameter variation is the difference between the maximum value and the minimum value of the nozzle hole outlet diameter. As shown in FIG. 4, as the laser power for forming the nozzle hole is increased, the outlet hole diameter variation is reduced, but the taper angle is also reduced at the same time. FIG. 5 shows the nozzle hole outlet diameter variation and the nozzle hole taper angle when the nozzle holes are formed with various amounts of laser optical axis eccentricity. The amount of eccentricity of the laser optical axis refers to the amount of eccentricity of the laser optical axis with respect to the irradiation optical axis. As shown in FIG. 5, the taper angle can be increased as the laser optical axis eccentricity is increased, but the exit diameter variation is also increased at the same time.
そこで、本実施の形態のレーザー加工方法では、１）レーザー光の偏心量を第１の偏心量から第２の偏心量まで変化させながら孔を形成し、２）第１の偏心量は第２の偏心量よりも大きい、という構成を備えている。さらに、本実施の形態のレーザー加工方法では、第２の偏心量まで変化させたレーザー光の光軸は、照射光軸と一致することが好ましい。上記構成によれば、テーパー角度を自在に制御できるＷｏｂｂｌｉｎｇの効果を保ちつつ、ノズル孔の出口側開口（液滴吐出開口）を形成するときには、ノズル孔の出口側形状を安定化するようにレーザーパワー密度を上昇させた状態にて形成することができる。また、上記構成によれば、段差の無い平滑な漏斗形状の孔を形成することができる。 Therefore, in the laser processing method of the present embodiment, 1) the hole is formed while changing the amount of eccentricity of the laser light from the first amount of eccentricity to the second amount of eccentricity, and 2) the amount of first eccentricity is second. It is configured to be larger than the amount of eccentricity. Furthermore, in the laser processing method of the present embodiment, it is preferable that the optical axis of the laser light changed to the second eccentricity coincides with the irradiation optical axis. According to the above configuration, when forming the outlet side opening (droplet discharge opening) of the nozzle hole while maintaining the effect of wobbling in which the taper angle can be freely controlled, the laser is formed so as to stabilize the outlet side shape of the nozzle hole. It can be formed with the power density increased. Moreover, according to the said structure, the smooth funnel-shaped hole without a level | step difference can be formed.
次いで、本発明のインクジェットヘッドについて説明する。当該インクジェットヘッドは、上記方法にて製造されたノズルプレートを有するものである。図６に示すように、インクジェットヘッド３２は、ノズルプレート１１を有している。当該ノズルプレート１１には、ノズル３０が備えられている。そして、当該ノズル３０が、上述したレーザー加工
方法にて形成された孔に相当する。上記ノズルプレート１１はインク流路３１に接するように設けられ、さらに上記ノズルプレート１１の端部（インク流路３１に接する面と反対側の面）には撥水膜が形成されている。そして、インクは、上記インク流路３１を通過した後、各インク流路３１に対応したノズル３０から吐出される。なお、インク流路３１の形成方法は特に限定されず、適宜公知の方法にて形成すればよい。なお、上記ノズル３０は本発明のレーザー加工方法によって形成されているので、ノズルテーパー形状が漏斗形状になっている。
Next, the ink jet head of the present invention will be described. The said inkjet head has a nozzle plate manufactured by the said method. As shown in FIG. 6, the inkjet head 32 has the nozzle plate 11. The nozzle plate 11 is provided with a nozzle 30. The nozzle 30 corresponds to a hole formed by the laser processing method described above. The nozzle plate 11 is provided in contact with the ink flow path 31, and a water repellent film is formed on the end of the nozzle plate 11 (surface opposite to the surface in contact with the ink flow path 31). Then, after passing through the ink flow path 31, the ink is ejected from the nozzle 30 corresponding to each ink flow path 31. In addition, the formation method of the ink flow path 31 is not specifically limited, What is necessary is just to form by a well-known method suitably. Since the nozzle 30 is formed by the laser processing method of the present invention, the nozzle taper shape is a funnel shape.
なお、本発明は、ノズルプレートのノズル形成加工に限定されるものではなく、レーザー光を用いてテーパー状の構造を含む孔を形成する用途に広く用いることができることは言うまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the nozzle forming process of the nozzle plate, and can be widely used for the purpose of forming a hole including a tapered structure using a laser beam.
本発明について、実施例および比較例、並びに図７に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。 The present invention will be described more specifically based on Examples and Comparative Examples and FIG. 7, but the present invention is not limited to this. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention.
〔レーザー光〕
本実施例および比較例では、レーザー光として波長２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いた。なお、具体的なレーザー発振器としては、ＮｏｖａＬｉｎｅ１００（ラムダフィジック社製）を用いた。また、レーザー励起ガスとしては純度９９．９％のハロゲンガス（フッ素とＮｅの混合ガス、フッ素濃度５％）、Ｒａｒｅガスとしては純度９９．９９５％のＫｒガス、バッファーガスとしては純度９９．９９５％のＮｅガス、不活性ガスとしては純度９９．９９５％のＨｅガスを用いた。
[Laser light]
In this example and the comparative example, an excimer laser having a wavelength of 248 nm was used as the laser light. As a specific laser oscillator, NovaLine 100 (Lambda Physic) was used. Further, the laser excitation gas is a 99.9% purity halogen gas (fluorine and Ne mixed gas, fluorine concentration 5%), the Rare gas is 99.995% purity Kr gas, and the buffer gas is 99.995 purity. As an inert gas, He gas having a purity of 99.995% was used.
〔ノズルプレート〕
本実施例および比較例では、ノズルプレートとして、ポリイミドを主成分とする厚さ５０μｍのユーピレックス（登録商標、宇部興産株式会社製）を用いた。
[Nozzle plate]
In this example and the comparative example, as the nozzle plate, Iupilex (registered trademark, manufactured by Ube Industries, Ltd.) having a thickness of 50 μm mainly composed of polyimide was used.
〔Ｗｏｂｂｌｅプレート〕
本実施例および比較例では、Ｗｏｂｂｌｅプレートとして、透明石英（２４８ｎｍ用ＡＲコート（反射防止膜）付、厚さ１０ｎｍ）を用いた。
[Wobble plate]
In this example and comparative example, transparent quartz (with AR coating for 248 nm (antireflection film), thickness 10 nm) was used as the wobble plate.
〔マスク〕
本実施例および比較例では、円形のパターン（６０個のノズルに対応）が形成されたマスクを用いた。
〔mask〕
In this example and the comparative example, a mask on which a circular pattern (corresponding to 60 nozzles) was formed was used.
〔各種パラメータの算出方法〕
ノズル出口径の平均は、６０個のノズル出口径を、ミツトヨ製画像計測器Ａｐｅｘシリーズによって測定し、これらの値の平均値として算出した。また、ノズル出口径バラツキは、前記６０個のノズル孔出口径の最大、最小値の差と定義する。また、真円度は、６０個のノズル孔の出口径について、短径／長径比を算出し、これらの平均値として算出した。テーパー角度は、６０個の各ノズル孔の出口径、入口径を測定し、そこからテーパー角度を算出し、これらの値の平均値として示した。テーパー角をθ、出口径をａ、入口径をｂ、ノズルプレートの厚さをｔとした場合、テーパー角は、
θ＝ｔａｎ−１（（ａ−ｂ）／２ｔ）
であらわされる。
[Calculation method of various parameters]
The average nozzle outlet diameter was determined by measuring 60 nozzle outlet diameters with Mitutoyo image measuring instrument Apex series, and calculating the average of these values. The nozzle outlet diameter variation is defined as the difference between the maximum and minimum values of the 60 nozzle hole outlet diameters. The roundness was calculated as the average value of the minor diameter / major diameter ratios for the outlet diameters of 60 nozzle holes. As for the taper angle, the outlet diameter and the inlet diameter of each of the 60 nozzle holes were measured, and the taper angle was calculated therefrom and indicated as an average value of these values. When the taper angle is θ, the outlet diameter is a, the inlet diameter is b, and the nozzle plate thickness is t, the taper angle is
θ = tan −1 ((ab) / 2t)
It is expressed.
また、安定吐出速度限界の測定に際しては、各条件で作製したノズルプレートを、６０個のインク室を有し、その側壁を分極されたＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸
ジルコン亜鉛）により構成してなるアクチュエーター基板の前端面に接着剤を用いて接着してインクジェット記録ヘッドを作製した。その後、各記録ヘッドについて駆動電圧を徐々に大きくして吐出速度を上げながら、測定を行った。
When measuring the stable discharge speed limit, the nozzle plate produced under each condition had 60 ink chambers and the side walls were polarized PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 : zirconate zinc titanate. The ink jet recording head was manufactured by adhering to the front end surface of the actuator substrate formed by the above-described method using an adhesive. Thereafter, the measurement was performed while gradually increasing the drive voltage for each recording head to increase the ejection speed.
〔結果〕
本実施例および比較例のノズル孔の形態、および当該ノズル孔を有するノズルプレートを備えたインクジェットヘッドの性能について、図７を用いて説明する。図７において、条件Ａには、Ｗｏｂｂｌｅプレートを使用せずに形成された場合のノズル孔の形態およびインクジェットヘッドの性能が示されている。また、条件Ｂには、Ｗｏｂｂｌｅプレートを使用しているが、当該Ｗｏｂｂｌｅプレートの傾き角度を固定して形成された場合のノズル孔の形態およびインクジェットヘッドの性能が示されている。また、条件Ｃには、Ｗｏｂｂｌｅプレートを使用しており、かつ当該Ｗｏｂｂｌｅプレートの傾き角度を変化させながら形成された場合のノズル孔の形態およびインクジェットヘッドの性能が示されている。つまり、図７には、上記各条件下における、ノズル出口径の平均、ノズル出口径バラツキ、真円度、テーパー角度、および安定吐出速度限界が示されている。
〔result〕
The form of the nozzle holes of this example and the comparative example and the performance of the ink jet head provided with the nozzle plate having the nozzle holes will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the condition A shows the form of the nozzle holes and the performance of the inkjet head when formed without using the wobble plate. In condition B, the wobble plate is used, but the form of the nozzle holes and the performance of the ink jet head when the wobble plate is formed with the tilt angle fixed are shown. Condition C shows the form of the nozzle holes and the performance of the ink jet head when the wobble plate is used and the wobble plate is formed while changing the inclination angle. That is, FIG. 7 shows the average nozzle outlet diameter, nozzle outlet diameter variation, roundness, taper angle, and stable discharge speed limit under each of the above conditions.
ノズル出口径バラツキの値は、吐出液適量のバラツキを低減するために、小さいほど好ましい。具体的には、ノズル孔出口径バラツキの値は、１．０μｍ以下、より好ましくは０．６μｍ以下である。 The value of the nozzle outlet diameter variation is preferably as small as possible in order to reduce variation in an appropriate amount of discharge liquid. Specifically, the value of the nozzle hole outlet diameter variation is 1.0 μm or less, more preferably 0.6 μm or less.
また、真円度の値は、円形の短径／長径比を示している。上記真円度の値は、液滴の吐出方向のバラツキを低減するために、小さいほど好ましい。具体的には、真円度の値は、１μｍ以下、より好ましくは０．７μｍ以下である。 The value of roundness indicates the ratio of the minor axis / major axis of a circle. The roundness value is preferably as small as possible in order to reduce variations in the droplet ejection direction. Specifically, the value of roundness is 1 μm or less, more preferably 0.7 μm or less.
また、安定吐出速度限界の値は、実際に画像記録を行う際の吐出速度に対するマージンが大きくなることによって、インク滴を安定的に吐出することができるため、大きいほど好ましい。具体的には、安定吐出速度限界の値は、１０ｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは１２ｍ／ｓｅｃ以上である。 Further, the value of the stable discharge speed limit is preferably as large as possible since ink droplets can be stably discharged by increasing the margin for the discharge speed when actually performing image recording. Specifically, the value of the stable discharge speed limit is 10 m / sec or more, more preferably 12 m / sec or more.
ノズル出口径の平均は、各条件とも略２５．０μｍであるが、条件Ａでは安定吐出速度限界が他の条件に比べ著しく低く、上記好適な値よりも低い。また、条件Ｂではノズル出口径バラツキ、真円度とも、かろうじて上記好適な値であるが、他の条件に比べて悪い結果である。これに対し、条件Ｃでは全ての指標において、他の条件に比べ良好な結果を得ている。 The average nozzle outlet diameter is approximately 25.0 μm in each condition. However, in condition A, the stable discharge speed limit is significantly lower than in other conditions, and is lower than the preferred value. Further, in condition B, the nozzle outlet diameter variation and the roundness are barely the above-mentioned preferable values, but are worse than the other conditions. On the other hand, in condition C, better results are obtained than in other conditions for all the indicators.
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Note that the present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications are possible within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments and examples respectively. Embodiments and examples obtained by appropriately combining them are also included in the technical scope of the present invention.
以上のように、本発明では、レーザー光の偏心量を、第１の偏心量から第２の偏心量まで変化させながら孔を形成し、上記第１の偏心量は、上記第２の偏心量よりも大きいため、所望の形状の孔を形成することができる。例えば、インク液滴の安定吐出速度限界を向上させ、かつインク液液の着弾精度の向上を実現し得るノズル孔を形成することができる。そのため、本発明は、基板に孔を形成する各種レーザー加工装置やその部品を製造する分野に利用することができるのみならず、インクジェット記録装置に代表される各種液滴吐出装置に用いられるノズルプレートや、それらの部品を製造する分野に利用することができる。 As described above, in the present invention, the hole is formed while changing the amount of eccentricity of the laser light from the first amount of eccentricity to the second amount of eccentricity, and the first amount of eccentricity is the second amount of eccentricity. Therefore, it is possible to form a hole having a desired shape. For example, it is possible to form nozzle holes that can improve the limit of the stable ejection speed of ink droplets and improve the landing accuracy of ink liquid. Therefore, the present invention can be used not only in various laser processing apparatuses for forming holes in a substrate and in the field of manufacturing parts thereof, but also in a nozzle plate used in various droplet discharge apparatuses represented by inkjet recording apparatuses. It can also be used in the field of manufacturing these parts.
１ レーザー発振器
２ ミラー
３ マスク
４ パターン
６ Ｗｏｂｂｌｅプレート（レーザー光誘導手段）
７ 縮小投影レンズ（集光手段）
８ ノズルプレート（基板）
２０ 垂直軸
２１ 照射光軸
1 Laser oscillator 2 Mirror 3 Mask 4 Pattern 6 Wobble plate (Laser light guiding means)
7 Reduction projection lens (condensing means)
8 Nozzle plate (substrate)
20 Vertical axis 21 Irradiation optical axis
Claims (13)
孔の形成時に、第１の偏心量から、当該第１の偏心量よりも小さい第２の偏心量まで、偏心量を変化させる工程を含むことを特徴とするレーザー加工方法。 In a laser processing method for forming a hole by irradiating the laser beam to a substrate while rotating the irradiation light axis as a central axis while the laser beam is decentered with respect to the irradiation optical axis,
A laser processing method comprising a step of changing the amount of eccentricity from a first amount of eccentricity to a second amount of eccentricity smaller than the first amount of eccentricity when forming a hole.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011136499A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Toshiba Corp | Nozzle forming device, and method for manufacturing the same |
| JP2013223885A (en) * | 2007-05-03 | 2013-10-31 | Electro Scientific Industries Inc | Method for machining tapered micro hole |
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| TWI471174B (en) * | 2012-01-09 | 2015-02-01 | Sunnytec Electronics Co Ltd | Method of manufacturing spout |
| JP2019077167A (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-23 | 東芝テック株式会社 | Liquid discharge head and liquid discharge device |
-
2007
- 2007-04-05 JP JP2007099295A patent/JP2008254327A/en active Pending
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