JPH08155668A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH08155668A
JPH08155668A JP6299711A JP29971194A JPH08155668A JP H08155668 A JPH08155668 A JP H08155668A JP 6299711 A JP6299711 A JP 6299711A JP 29971194 A JP29971194 A JP 29971194A JP H08155668 A JPH08155668 A JP H08155668A
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JP
Japan
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laser
mask
energy
laser beam
processing apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP6299711A
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English (en)
Inventor
Kentaro Obara
建太郎 小原
Hikoharu Aoki
彦治 青木
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エキシマレーザを用いて高分子材料に対する
アブレーション加工を行うレーザ加工装置において、光
学部品の保護並びにインプロセスモニタリングを容易に
行えるレーザ加工装置を提供することを目的とする。 【構成】 マスク105をレーザ光に対し垂直の位置か
ら数度傾斜させ、その反射光107のパワーをエネルギ
ー測定装置111を用いてモニタリングする事により加
工の監視を行う。これにより、反射光による光学系のダ
メージが無くなり、かつ、エネルギー密度の変化をより
敏感に検出する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームのエネル
ギーの測定機能を備えたレーザ加工装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、溝の形成や孔開け等に用いられる
レーザアブレーション加工は、所定のレーザビーム透過
パターンを有するマスクにレーザ光を照射し、透過光の
みを加工面上に投影することで行われている。そして、
レーザ光が投影される部分に溝や孔が形成される。
【0003】このレーザアブレーション加工に用いられ
るレーザ発振器が発振するレーザ光は、図3に示すよう
に、一般には、レーザビームのエネルギー密度の均一性
がビームの端部においては不安定であるため、加工に適
さない。そのため、レーザ光は、中心部のエネルギー密
度が均一になっている中心部分に限定して使用される。
【0004】また、光学系におけるマスクの位置決めの
余裕度も考慮して、レーザ光は、ビーム透過パターンに
対してかなり大きな断面積を有するものが用いられてい
た。更に、マスクに入射されるレーザ光も、そのほとん
どがマスク表面に形成されたパターンにより反射され
る。
【0005】このため、加工に使用されるレーザ光は、
発振されたレーザ光全体の10%未満であることが多
い。
【0006】また、その際に使用するマスクとしては、
アブレーション加工ができる紫外線に対して高い反射率
を呈するクロムまたはアルミを合成石英基板に蒸着させ
て作成されたマスクを使用するか、もしくは、レーザ用
ミラー製造と同様な工程で作成する誘電多層膜コーティ
ングされたマスクが使用されている。しかし、クロム及
びアルミのマスクは高エネルギー密度での耐久性がない
ので、高エネルギーが必要な加工の場合、誘電多層膜コ
ーティングより作成されたマスクが主に使われる。
【0007】上述のマスクを用い、例えば、樹脂に穴開
け加工を行うにあたっては、投影されるレーザ光のエネ
ルギー密度の変動によって前記樹脂面に加工される穴径
が変化してしまう。そのため、加工中のレーザエネルギ
ーを測定・監視することは、加工管理上重要となる。
【0008】従来、レーザエネルギーの測定・監視は、
入射光の一部が透過する反射ミラーを使用して、マスク
透過後のレーザ光を反射光と透過光とに分離し、反射す
る大部分のレーザ光を加工に使い、透過する僅かなレー
ザ光を測定する、といった手法を取っている。この時、
加工に使うレーザ光のエネルギー減少を抑えるため、前
記反射ミラーの透過率は1%程度にとどめることが一般
的である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなレーザエネルギー測定方法では、マスクにより全体
の数〜十数%に制限されたレーザ光から、さらに1%程
度のレーザ光を取り出して、そのエネルギーを測定して
いるので、その測定されるエネルギーは微弱なものとな
る。故に、その測定されるエネルギーの数%の変化を検
知し、監視することは困難であった。
【0010】更に、前記レーザ光を取り出す反射ミラー
の耐久性が悪く、透過率が変化しやすいため、測定精度
も悪い等の欠点があった。
【0011】加えて、マスクがレーザ光の入射経路に対
して垂直になるように配置されていたため、マスクによ
り反射されたレーザ光はそのまま光学系をレーザ発振器
まで逆流してしまう。逆流したレーザ光のエネルギー
は、レーザ発振器やその他逆流した経路上に配置された
調光機器等において蓄積・増幅され、その内部に組み込
まれたレンズ等を変質させたり、焼損させたりしてい
た。その結果、各機器の寿命が短かった。
【0012】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、レーザエネルギー変化を容易に
かつ安定して計測できるレーザ加工装置を提供すること
を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のレーザ加工装置は、被加工物に対してレーザ
ビームを発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器か
ら発振される前記レーザビームを透過する所定のパター
ンを備えたマスクと、前記レーザビームのエネルギーを
測定するエネルギー測定装置を備えたものであり、更
に、前記マスクを入射光路に対して垂直をなす位置より
傾斜させ、前記マスクでの反射光の光路上にエネルギー
測定装置を設けている。
【0014】尚、前記マスクに形成されたパターンは、
被加工物に行うビームパターンを前記マスクの傾斜角度
θの正割(セカントθ)倍だけその傾斜方向に伸張させ
た像になっていてもよい。
【0015】尚、前記マスクに形成されたパターンは、
誘電多層膜コーティングされたものであってもよい。
【0016】尚、前記レーザ加工装置は、インクを吐出
させるインクジェットヘッドのノズルを形成するための
ものであってもよい。
【0017】
【作用】上記の構成を有する本発明の請求項1に係るレ
ーザ加工装置においては、マスクを傾斜させることで、
マスクからの反射光を前記入射方向へそのまま戻すこと
なく、エネルギー測定装置に送り込む。よって、エネル
ギー測定装置は、マスクからの反射光(発振されたレー
ザビーム全体の80%以上)のエネルギーを直接測定す
ることで、レーザビームの微妙なエネルギー変化を容易
に検出可能である。更に、前記マスクによる反射光が光
学系を逆戻りすることを防止し、レンズ等の光学部品や
発振器を損傷から保護する。
【0018】請求項2に係るレーザ加工装置において
は、被加工物に照射させようとするビームパターンよ
り、マスクに形成されたパターンは前記マスクを傾斜さ
せた分だけ間延びさせた像にしてあるため、照射される
ビームパターンが歪んだり、一方向に圧縮されたりしな
い。
【0019】請求項3に係るレーザ加工装置において
は、誘電多層膜コーティングされたマスクを備え、前記
マスクは上述した従来の反射ミラーに比べ耐久性が優れ
ており、安定した測定が可能となる。
【0020】請求項4に係るレーザ加工装置において
は、インクを吐出するノズルを形成する。
【0021】
【実施例】以下、本発明をインクジェットヘッドのノズ
ル列加工用のレーザ加工装置に具体化した一実施例を図
面を参照して説明する。本実施例では、インクを吐出す
るインクジェットヘッドのノズルを加工するレーザ加工
装置を例にあげる。
【0022】図1に本実施例のレーザ加工装置100の
構成の概略図を示す。
【0023】レーザ発振器101より発振されたエキシ
マレーザビーム102は、ベンドミラー120で反射さ
れ、ビームホモジナイザ103によってエネルギー密度
が均質なレーザビーム104になる。均質なレーザビー
ム104は、再度ベンドミラー120で反射され、マス
ク105に導かれる。
【0024】マスク105は、誘電多層膜コーティング
によりビーム透過パターンが形成され、レーザビーム1
04に対して垂直な位置より5度傾斜して固定されてい
る。また、φ300×311μmの楕円形状の開口部が
30個並んで形成されており、レーザビーム104は、
開口部を透過し加工に使われるレーザビーム106と、
エネルギー計測に使われるレーザビーム107に分けら
れる。この時、レーザビーム104は0.5×35mm
のサイズでマスク105に照射されている。つまり、加
工に使われるレーザビーム(以下、加工レーザビームと
称する)106はマスク105に照射されるレーザビー
ム全体の12%程度となり、残り88%は反射されエネ
ルギー計測に使われるレーザビーム(以下、エネルギー
測定レーザビームと称する)107となる。尚、ビーム
透過パターンの開口部が楕円形状になっているのは、5
度の傾斜により加工レーザビーム106の像が歪まない
ように考慮しているためである。即ち、傾斜された分だ
け、傾斜方向にビーム透過パターンを伸張させているた
めである。本実施例では、傾斜角度の正割(セカント5
°=1.035279)倍だけ伸張させている。
【0025】加工レーザビーム106はフィールドレン
ズ108により一時的に集光された後、再度ベンドミラ
ー120で反射され、結像レンズ109により加工点に
結像され、加工シート110上に投影される。すると、
投影された像の通りに加工シートに溝や孔が加工され
る。
【0026】一方、エネルギー測定レーザビーム107
は、エネルギー測定装置111に導かれ、エネルギーが
測定される。
【0027】次に、上記装置を用いた測定例を従来方法
と比較して説明する。
【0028】図2に従来方法のエネルギー測定方法を示
す。レーザビーム104、マスク105、結像レンズ1
09は、図1のものと同一であり、ベンドミラー121
は入射レーザビームの1%を透過させ、エネルギー測定
装置111にその透過したレーザビームを導く。
【0029】マスク105に照射されるレーザエネルギ
ーを100%とすると、上記従来方法では0.12%の
レーザビームのみがエネルギー測定に使われる。これで
は、測定されるエネルギー値が小さくなりすぎ、マスク
105やベントミラー121等の物性の微少な変位の影
響を非常に受け易く、エネルギー測定装置111の測定
誤差範囲に入ってしまう虞があり、確実な測定は困難で
ある。
【0030】これに対し、図1の本実施例では、88%
のレーザビームをエネルギー測定に使用できるため、上
述のものと同じ変位が生じたとしても、それに起因する
測定誤差を小さくとれる。
【0031】また、マスク105に照射されるレーザエ
ネルギーが100%から110%に変化した時、エネル
ギー測定装置111が測定する測定エネルギーは、従来
方法では0.132%(変化量0.012%)となり、
本発明方法では96.8%(変化量8.8%)となる。
よって、従来方法では、変化量が小さいためにエネルギ
ー測定装置111に測定され難く、レーザエネルギーの
変化を察知しにくい。一方、本実施例は、変化量も大き
な値として検出されるため、レーザエネルギーの変化を
機敏に察知可能である。よって、レーザエネルギーのフ
ィードバック制御等にも応用が可能となる。
【0032】特に、インクを吐出するインクジェットヘ
ッドのノズルを形成するときには、その加工されるノズ
ルの形状が印字品質の善し悪しに大きな影響を与える。
本実施例のレーザ加工装置を用いた場合、細やかなレー
ザエネルギーの制御が可能となるため、形状の歪みや径
のバラツキが無いノズルを形成することができ、そのノ
ズルを有するインクジェットヘッドの印字品質はとても
良好になった。更に、近年のインクジェットヘッドの小
型化・集積化の流れを受けて、ノズルの細密加工を行な
うことも可能である。
【0033】以上説明したことから明らかなように、本
実施例のレーザ加工装置では、従来方法と比べ測定エネ
ルギーを大きく取れるため、レーザエネルギーの微妙な
変化を容易に検出することができる。また、透過ミラー
を用いていないため、耐久性に優れ、常に安定した測定
が可能である。また、マスク105のパターンは、誘電
多層コーティングにより形成されているので、比較的強
いレーザビームを受けても劣化する虞がなく、寿命が長
い。また、マスク105を傾斜させているので、マスク
105での反射光107が光学系を逆流せず、レンズ等
の光学部品やレーザ発振器101に損傷が起きる事が無
い。
【0034】尚、本発明は以上詳述した実施例に限定さ
れることなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々
の変更を加えることができる。
【0035】例えば、マスク105は、上記実施例では
合成石英基板に誘電多層コーティングを施すことで所定
のビーム透過パターンが形成されたものであるが、レー
ザエネルギーが許せば、合成石英基板にアルミもしくは
クロムを蒸着させたものを用いることも可能である。
【0036】また、マスクの傾斜角度θは、エネルギー
測定装置111の設置がレーザ光路を妨げない範囲であ
れば何度であっても良い。エネルギー測定装置111は
光量測定方式、熱量測定方式があるが、いずれを用いて
も本発明の主旨には影響しない。
【0037】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明のレーザ加工装置では、従来方法と比べ測定エネ
ルギーを大きく取れるため、レーザエネルギーの微妙な
変化を容易に検出することができる。また、透過ミラー
を用いていないため、耐久性に優れ、常に安定した測定
が可能である。
【0038】また、マスクを傾斜させているので、マス
クでの反射光が光学系を逆流せず、レンズ等の光学部品
や発振器に損傷が起きる事が無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例のレーザ加工装置の概略図で
ある。
【図2】従来のエネルギー測定方法の概略説明図であ
る。
【図3】レーザビームのエネルギー密度分布を示す図で
ある。
【符号の説明】
101 レーザ発振器 107 反射されたレーザビーム 110 加工シート 111 エネルギー測定装置 105 マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41J 2/135

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工物に対してレーザビームを発振す
    るレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振される前
    記レーザビームを透過する所定のパターンを備えたマス
    クと、前記レーザビームのエネルギーを測定するエネル
    ギー測定装置を備えたレーザ加工装置において、 前記マスクを入射光路に対して垂直をなす位置より傾斜
    させ、前記マスクでの反射光の光路上にエネルギー測定
    装置を設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 前記マスクに形成されたパターンは、被
    加工物に行うビームパターンを前記マスクの傾斜角度θ
    の正割(セカントθ)倍だけその傾斜方向に伸張させた
    像になっていることを特徴とする請求項1に記載のレー
    ザ加工装置。
  3. 【請求項3】 前記マスクは、誘電多層膜コーティング
    されたものであることを特徴とする請求項1もしくは2
    に記載のレーザ加工装置。
  4. 【請求項4】 前記レーザ加工装置は、インクを吐出さ
    せるインクジェットヘッドのノズルを形成するためのも
    のであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに
    記載のレーザ加工装置。
JP6299711A 1994-12-02 1994-12-02 レーザ加工装置 Pending JPH08155668A (ja)

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JP6299711A JPH08155668A (ja) 1994-12-02 1994-12-02 レーザ加工装置

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JP6299711A JPH08155668A (ja) 1994-12-02 1994-12-02 レーザ加工装置

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JPH08155668A true JPH08155668A (ja) 1996-06-18

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JP6299711A Pending JPH08155668A (ja) 1994-12-02 1994-12-02 レーザ加工装置

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JP (1) JPH08155668A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000343257A (ja) * 1999-06-07 2000-12-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd 戻り光除去方法と装置
WO2023234570A1 (ko) * 2022-06-03 2023-12-07 주식회사 엘지에너지솔루션 레이저 커팅 장치

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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