JP2017154179A

JP2017154179A - 支持されていない層に開口をアブレーションする方法

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Publication number: JP2017154179A
Application number: JP2017022589A
Authority: JP
Inventors: ルアンダー・カルデナス; Cardenas Ruander; ジョン・アール・アンドリュース; John R Andrews
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: JP6929653B2; CN107127462B; US20170246769A1; US10549386B2; CN107127462A

Abstract

【課題】空洞上の層をアブレーション加工しても破片が空洞に残らない加工方法の提供。【解決手段】ポリマ層に開口を形成する方法は、材料の一部分が空洞の上にあるように、材料の層を空洞の上に配置することと、材料の部分を第１の形状でアブレーションすることと、材料の部分を第２の形状でアブレーションすることであって、第２の形状は第１の形状の範囲内にある、アブレーションすることとを含む。ポリマ層に開口を形成する方法は、第１材料の一部分が空洞の上にあるように、第１材料の層を、空洞を有する第２材料の上に配置することと、第１材料の、空洞の上にある部分を第１の形状でアブレーションすることと、第２材料の、空洞の上にある部分を第２の形状でアブレーションすることであって、第２の形状が第１の形状の範囲内にある、アブレーションすることとを含む。【選択図】図４

Description

本開示は、レーザで構造物を製造する方法に関し、より詳細には、材料の、支持されていない層に開口をアブレーションする方法に関する。

印刷および製造機器は、材料を表面に送るため、または構造物を形成するために、マイクロ流体構造物を使用する場合がある。例えば印刷に使用される吐出部積層体（ｊｅｔｓｔａｃｋ）は、通常、重ね合わせられた薄い金属製のプレートの積層体からなる。各々のプレートは開口を有し、開口は、他のプレートの他の開口に一致して、インクを吐出部積層体の一方の面からノズルプレートに送るための流路、マニホールド、その他の流体構造物を形成する。ノズルプレートは、インクが面に選択的に噴出することを可能にする、孔の配列を有する。

最近では、一部の吐出部積層体が、接着層として、または１以上の金属プレートの代わりに、ポリマ層または他の層を積層体に導入している。これらの層も開口を有し、開口は、通常、吐出部積層体の製造のいずれかの時点でレーザによって作られる。一部の場合では、ポリマ層にエッチングされる開口は、その層の下にある、積層体のボイドすなわち空洞の上にある。このことは、ポリマの、アブレーションされようとしている領域の断片が欠けて、下にある空洞の中に落下する原因となる場合がある。このことは、結果としてできた構造物、特に上記の吐出部積層体等の、空洞がマイクロ流体流路を形成する構造物内に、意図せぬ障害物が残される結果を招く場合がある。本明細書ではパンチ屑（ｃｈａｄ）と表記されるこの断片は、流体が通って流れるべき通路を一部または完全に、閉塞させる場合がある。この詰まりは、印刷および製造機器の不具合、または結果としてできる製品の欠陥を引き起こす。一部の場合では、第２のレーザプロセスを用いて、エッチングされた第１のポリマ層および空洞に対向する層にエッチングすることができる。この場合、パンチ屑が第２のレーザエッチングプロセスを妨げる場合がある。この問題は、ポリマ以外の材料でも生じ得る。

一実施形態は、材料の一部分が空洞の上にあるように、材料の層を、空洞の上に配置することと、材料の部分を第１の形状でアブレーションすることと、材料の部分を第２の形状でアブレーションすることであって、第２の形状が第１の形状の範囲内にある、アブレーションすることとを含む、ポリマ層に開口を形成する方法からなる。

別の実施形態は、第１材料の一部分が空洞の上にあるように、第１材料の層を、空洞を有する第２材料の上に配置することと、第１材料の空洞の上にある部分を第１の形状でアブレーションすることと、第２材料の空洞の上にある部分を第２の形状でアブレーションすることであって、第２の形状が第１の形状の範囲内にある、アブレーションすることとを含む、ポリマ層に開口を形成する方法からなる。

図１は、空洞の上にある第１材料の構造を示す。図２は、レーザアブレーションプロセスの一部としての、パンチ屑の形成を示す。図３は、開口内のパンチ屑の写真を示す。図４は、支持されていない層から、パンチ屑のない開口をアブレーションするプロセスの実施形態を示す。図５は、パンチ屑のない開口の写真を示す。図６は、深さとパルス数との関係を示すグラフの例を示す。

一部の構造物は、互いに積層された材料の層を有する。流体構造物の場合、構造物には空洞があることが多く、流体が、インクジェットプリントヘッド等の構造物の中を通って流れられるようにしている。これらの空洞は、空洞の上にある層に開口をアブレーションすることによって露出する、流体通路の一部である。レーザ穴あけは、「パンチ屑」または「マンホールの蓋」を形成する場合があり、これは、空洞すなわち流体通路に落下する。これらは、流体経路を閉塞させる、また空洞の第２の面にあるポリマを加工するレーザ光線の経路を閉塞させることがある。上記の説明は流体構造物の一例を示しているが、多くの他の種類の構造物も本明細書で述べる実施形態の恩恵を受けることができる。

図１および図２は、この問題の一例を示す。図１では、流体構造物１０が少なくとも２つの層、１２および１４を有する。層１４は、ステンレス鋼またはその他の金属で製造することができる。層１２は、通常は、ポリマ等のアブレーション可能材料からなる。現在のプロセスでは、アブレーションされる開口の縁でエッチング速度が高く、それによって、穴あけしている開口の縁が、中央部よりも早くアブレーションされる場合がある。このことは、縁２０等の縁でレーザが層を貫通すると、中央部分の領域２２が残る原因となる。

この部分２２は、その後空洞１６に落ちる場合がある。この部分は「パンチ屑」と呼ばれる場合がある。このパンチ屑は流体経路の部分的閉塞を引き起こす場合があり、また空洞の、第１のポリマ層とは反対側の面にアブレーションを行う場合は、光路を妨げ得る。図３は、開口内のパンチ屑の写真である。

ポリマ層をアブレーションするプロセスを調整して、パンチ屑が生成されることを防ぐことが可能である。図４は、このプロセスの一例を示している。原型のプロセスと同様、第１手順において、レーザアブレーションは、開口を生成する。このプロセスは、レーザスポット３０の縁で、アブレーション可能な層を実際に貫通する前に、停止する。次に、第２手順で、レーザ光２８のための、より小さい形状のレーザスポットを用いて、レーザをあてる。

より小さい形状は、第１手順におけるレーザスポット３０の縁の、薄い部分をエッチングし続けることを防ぐように、選択することができる。これにより、この部分の縁が付いたまま残るように層の中央部分３２がアブレーションされて、パンチ屑の発生を排除する。一部の場合では、中央部分は完全にはアブレーションできないが、それでも空洞から容易に洗い出すことが可能な大きさまで、十分に小さくすることができる。

直径という言葉は丸い開口、またはほぼ丸い開口に適用されることに留意されたい。角に丸みがつけられているか否かを問わず、正方形および長方形、またはさらに複雑な形状をも含む、他の形状ももちろん可能である。より複雑な形状とは、例えば、ロリポップに類似する、穴またはより大きな構造物につながる、線であってもよい。これらの形状では、「直径」という言葉はあまり適切な表現ではない。そうではなく、この検討は、第２プロセスが、第１の形状に類似した輪郭を有する類似した形状を作るが、第１の形状より内側に、いくらかのオフセット距離をおいて作るような、輪郭を有する形状に関するものであり得る。

レーザスポットの外側の輪郭の制御は、多くの方法で行うことができる。いくつかのレーザ穴あけプロセスでは、レーザマスクが、層の、アブレーションするべきではない部分を覆う。レーザマスクの開口が、アブレーションする部分を定める。一実施形態では、第１手順が、より大きな形状の輪郭を有するレーザマスクを使用する。次に、第１マスクを第２の直径のレーザマスクに代えて、より小さい形状の開口を穴あけする。第２レーザマスクも、外側の縁を完全に覆って、より薄い縁領域が貫通されてパンチ屑の原因となる可能性を防ぐ役割を果たすこともできる。

レーザスポットの制御には、他の方法も可能である。例えば、レーザスポットの光学的制御は、各々の開口を形成するのに用いられるレーザスポットの大きさを、調整することができる。レンズ、シャッタ、またはその他の部品は、第１手順のレーザスポットの幅を、制御することができる。次に第２手順で、第２手順のサイズを調整することになる。しかし、調整に必要な正確さ、および調整に必要な時間は、このプロセスをあまりに高額で、かつあまりに時間のかかるものにする場合があることに、留意されたい。

図５は、アブレーション可能な層に開口内まで延びる部分が残っている、内径を示す、レーザ穴あけされた開口の写真である。最終的な開口の大きさは、第１手順を開始する前に、流体通路の望ましい形状を考慮に入れるべきである。第１の形状の内側にある、第２の、より小さい形状が、流体通路の望ましい直径である。

レーザマスクおよび／またはレーザスポットの形状は、最終的な穴の望ましい形状に基づいて決定される。しかし、アブレーション可能材料を完全に貫通することを防ぐ、第１の形状でのレーザアブレーション時間の長さは、レーザ露光のパワー、およびアブレーション可能材料の厚さにより定まる。これらの変数の設定は、試験の結果選択することができる。図６は、２つの異なる材料に関して、レーザパルスの数とレーザの中央ボアの深さとの関係で示された、レーザパワーの一例を示している。

この方法で、アブレーション可能材料の層を用いた流体構造物に、パンチ屑を形成することなく、レーザ穴あけを行うことができる。流体構造物は流体が流れることができる空洞を有し、その結果、アブレーション可能な層の支持されていない部分ができる。本明細書の実施形態は、空洞の上にあるアブレーション可能な層の開口が適切な形状を有しながらも、流体構造物の破損の原因となり得る、またはその後のレーザ加工ステップの失敗の原因となり得る破片を生成しないことを、確実にする。

Claims

材料の一部分が空洞の上にあるように、前記材料の層を、前記空洞の上に配置することと、
前記材料の前記部分を第１の形状でアブレーションすることと、
前記材料の前記部分を第２の形状でアブレーションすることであって、前記第２の形状が前記第１の形状の範囲内にある、アブレーションすることとを含む、ポリマ層に開口を形成する方法。
前記材料の前記部分を前記第１の形状で前記アブレーションすることが、前記第１の形状の開口を有するレーザマスクを用いることを含む、請求項１に記載の方法。
前記材料の前記部分を前記第２の形状で前記アブレーションすることが、前記第２の形状の開口を有するレーザマスクを用いることを含む、請求項１に記載の方法。
前記材料の前記部分を前記第１の形状で前記アブレーションすることが、レーザスポットを、前記レーザスポットが前記第１の形状を有するように光学的に制御することを含む、請求項１に記載の方法。
前記材料の前記部分を前記第２の形状で前記アブレーションすることが、レーザスポットを、前記レーザスポットが前記第２の形状を有するように光学的に制御することを含む、請求項１に記載の方法。
第１材料の一部分が空洞の上にあるように、前記第１材料の層を、前記空洞を有する第２材料の上に配置することと、
前記第１材料の、前記空洞の上にある前記部分を、第１の形状でアブレーションすることと、
前記第２材料の、前記空洞の上にある前記部分を、第２の形状でアブレーションすることであって、前記第２の形状が前記第１の形状の範囲内にある、アブレーションすることとを含む、ポリマ層に開口を形成する方法。
前記第１材料の前記部分を前記第１の形状で前記アブレーションすることが、前記第１の形状の開口を有するレーザマスクを用いることを含む、請求項６に記載の方法。
前記第２材料の前記部分を前記第２の形状で前記アブレーションすることが、前記第２の形状の開口を有するレーザマスクを用いることを含む、請求項７に記載の方法。
前記第１材料の前記部分を前記第１の形状で前記アブレーションすることが、レーザスポットを、前記レーザスポットが前記第１の形状を有するように光学的に制御することを含む、請求項６に記載の方法。
前記第２材料の前記部分を前記第２の形状で前記アブレーションすることが、レーザスポットを、前記レーザスポットが前記第２の形状を有するように光学的に制御することを含む、請求項６に記載の方法。