專利名稱：激光加工方法、利用該方法生產(chǎn)噴墨記錄頭和噴墨記錄頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光加工方法，例如一種用于通過象這樣的一種激光加工方法來生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，該記錄頭用來排出墨滴并將這樣的墨滴噴涂到一記錄介質(zhì)上，還涉及一種由這樣一種方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。本發(fā)明尤其涉及一種激光加工方法，該方法能夠加工一做好的工件而不會在那里產(chǎn)生熔化或熱膨脹并能夠在掩膜投影中精確地加工出一精美的掩模圖案，一種用于通過這樣的激光加工方法生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，以及一種這樣生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。
由于構件的微量加工需要一精美的結(jié)構和高的精確度，所以已經(jīng)應用一種采用一種紫外線激光器的激光加工方法。
象這樣的微量加工可以通過一種噴墨記錄頭的油墨流動通道以及油墨排出口的加工方法來進行說明。
特許公開號No.2-121842或No.2-121845的日本專利申請公開了一種采用激發(fā)物激光器形成油墨流動通道和油墨排出口的高精度加工方法，激發(fā)物激光器是一種具有代表性的紫外線激光器。
該激發(fā)物激光器能夠通過稀有氣體和鹵素氣體的混合氣體放電激勵從而發(fā)射出一種短脈沖(15到35ns)的紫外光線，該紫外光線具有一幾百毫焦耳/脈沖的振蕩能和一10到500赫茲的脈沖重復頻率。當聚合樹脂表面被照射著一種具有象這樣高的密度的短脈沖紫外光線的時候，就會產(chǎn)生出一燒蝕光解(APD)過程，在這過程中所照射的部分會立即分解并且發(fā)散出一種等離子體散射光以及一種撞擊聲，由此就促成了通常所說的聚合樹脂的激光燒蝕加工方法。
在象這樣的加工方法所采用的普通激光器中，所普遍采用的YAG激光器可以形成一孔，但是會產(chǎn)生出一粗造的邊緣表面，而發(fā)射紅外光線的CO2激光器的缺點在于沿著所形成的孔周圍會產(chǎn)生出一燒蝕口。象這樣的加工方法都是熱加工方法，其中加工是通過將光能轉(zhuǎn)化成熱能來達到的，因此所加工的工件的形狀經(jīng)常會被磨損，從而很難獲得優(yōu)良的加工。另一方面，利用激發(fā)物激光器的激光燒蝕加工方法，基于通過一光化學反應破壞碳原子的共價鍵來進行升華蝕刻，該方法不會輕易破壞所加工的工件的形狀，因此就能夠獲得具有非常高精度的加工。
該激光燒蝕加工方法指的不是通過一種液相而是通過采用一激光器進行升華作用的加工方法。
尤其是在噴墨技術領域。大家都知道，通過采用利用了象這樣的激發(fā)物激光器的激光蝕刻加工技術，從而使該技術經(jīng)歷了一顯著的進步達到目前的狀態(tài)。
在實際應用這種采用激發(fā)物激光器的激光加工技術中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)出以下問題。
照射激光的脈沖振蕩時間在激發(fā)物激光器是一種紫外線激光器的情況下為大約幾十個毫微秒，或在YAG激光器的情況下為大約100皮秒到幾個毫微秒，但是所有照射在工件上的激光并沒有完全用于劈開原子的共價鍵。
由于存在這種光能沒有用在劈開原子的共價鍵的現(xiàn)象，因此工件上的激光所加工的部分在被完全分解之前就散開了，從而沿著加工面會形成副產(chǎn)品。
沒有用在劈開原子的共價鍵的一部分光能被轉(zhuǎn)化為熱能。
還有，由于激發(fā)物激光器的能量密度在振蕩脈沖最大的時候維持在100兆瓦的水平上，所以升華蝕刻加工方法就不容易應用在具有高熱傳導性的材料上，如金屬、陶瓷或礦物質(zhì)(如硅)或具有低光吸收性的材料如石英或玻璃上，并且該方法能原則上應用于有機樹脂材料。
這些現(xiàn)象在采用激發(fā)物激光器的情況中是不可避免的，并且已經(jīng)提出各種技術以避免這些現(xiàn)象在實際噴墨頭上的影響。
例如，因為如果安裝該噴墨記錄頭的同時這種副產(chǎn)品仍然存在的話，油墨排出口則有可能被堵住，因此可以執(zhí)行一去掉副產(chǎn)品的工序。
還有，由于在加工期間部分光能轉(zhuǎn)化為熱能會引起熱膨脹或工件的部分熔化，所以可以采用一種玻璃化轉(zhuǎn)化點高的材料或一種減少的加工角度。
由于這些技術沒有從根本上解決這些現(xiàn)象，因此在激光加工中就部分地加了各種限制。
另一方面，對于噴墨記錄頭來說在圖象質(zhì)量方面就要求一更高的清晰度，并且油墨排出口或油墨流動通道的布置密度，以前通常在300到400dpi的范圍內(nèi)，現(xiàn)在就要求增加到600dpi，或者甚至到1200dpi。
因此，就需要一種能夠以小間距或小尺寸形成排出口和油墨流動通道的方法，如50μm或更小的布置間距和20μm或更小的加工直徑，并具有高精度。
然而，由于加工間距或加工直徑變得更小，因此激發(fā)物激光器所存在的上述現(xiàn)象就變得越來越顯著，并且如上所述在生產(chǎn)高精度的噴墨記錄頭中形成限制。
考慮到上述情況，本發(fā)明者，已經(jīng)認識到上述現(xiàn)象屬于利用作為激發(fā)物激光器示例的紫外線激光器的激光蝕刻加工方法，從而已經(jīng)在不局限于普通技術的領域中做了深入細致的研究并且已經(jīng)得到一種新穎的激光蝕刻技術，該技術能根本上消除這些現(xiàn)象，還適用于將來一直在發(fā)展的微量加工技術，并且還擴展了對于各種應用的適應性。
本發(fā)明是鑒于上述情況做出的。本發(fā)明的一目的在于提供一種激光加工方法，該方法不會產(chǎn)生出副產(chǎn)品，并從根本上避免了在激光加工過程中產(chǎn)生的熱能聚集在一種如樹脂材料產(chǎn)品(通常稱為“工件”)上，從而獲得高精度的加工而不會出現(xiàn)工件的熔化或熱膨脹，還提供一種利用這樣的激光加工方法生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，以及一種由這樣的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種激光加工方法，該方法能簡化一調(diào)整步驟，改善精度，如一種內(nèi)部結(jié)構部件的位置精度，并且還降低了制造成本，還提供一種利用這樣的激光加工方法生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，以及一種由這樣的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。
本發(fā)明還有一目的在于提供一種激光加工方法，該方法能通過構造出一能夠吸收激光的輻射能的工件從而提高了加工效率，還提供一種利用這樣的激光加工方法生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，以及一種由這樣的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。
上述目的可以根據(jù)本發(fā)明通過一種激光加工方法、一種利用這樣的激光加工方法生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法以及一種由這樣的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭來實現(xiàn)，其特征如以下的(1)到(30)條所述(1)一種通過用激光照射工件從而對工件進行激光蝕刻加工的激光加工方法，該方法包括，在通過把所述激光照射在一掩膜圖案上進行加工中，采用在空間和時間中具有非常高能量密度的多種脈沖中的所述激光，該激光從一能夠以一不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，
動態(tài)地改變在所述激光光線通過所述掩膜圖案處由光衍射產(chǎn)生出的一種光斑干涉圖象，從而形成所述光斑干涉圖象的完整圖象，以及產(chǎn)生出一種基本上與掩膜圖案一樣的圖案。
(2)一種如(1)所述的激光加工方法，其特征在于，所述掩膜在光軸的方向上設置并振動，從而在工件的表面上形成所述光斑干涉圖象的完整圖象。
(3)一種如(2)所述的激光加工方法，其特征在于，所述掩膜的位移振動是由一振動促動器引起的。
(4)一種如(1)所述的激光加工方法，其特征在于，通過在所述掩膜和一投影透鏡之間或者在所述投影透鏡和所述工件之間，插入一塊斜度至少為0λ到λ/2的波長板，并在移動波長板以改變光偏振現(xiàn)象的同時進行激光發(fā)射，在工件的表面上形成所述光斑衍射圖象的完整圖象，(5)一種如(1-4)任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光的波長在350到1000nm的范圍內(nèi)。
(6)一種如(1-5)任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光的脈沖輻射時間不多于500飛秒。
(7)一種如(1-6)任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述工件是由一種樹脂材料、Si或Si組合物構成的。
(8)一種如(1-7)任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光振蕩器設有一光傳播空間壓縮裝置。
(9)一種如(8)所述的激光加工方法，其特征在于，所述光傳播空間壓縮裝置是由一種線形調(diào)頻脈沖發(fā)生裝置和一種利用光波長的發(fā)散特性的垂直模式同步裝置構成的。
(10)一種用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，該噴墨記錄頭包括一用于排出要噴涂在一記錄介質(zhì)上墨滴的油墨排出口，一容納有供應給所述油墨排出口的油墨的液體腔室，一用于將所述液體腔室與油墨排出口相連通的油墨流動通道，一用于油墨流動通道部分的并產(chǎn)生用于排出油墨能量的能量發(fā)生部件，以及一用于從外部提供油墨給所述液體腔室等的油墨供應孔，其中構成至少噴墨記錄頭的油墨通道的一部分的一部件是通過激光加工做出來的，其特征在于將激光投影到一掩膜圖案中，激光加工是通過采用在空間和時間中具有非常高能量密度的多種脈沖的所述激光進行的，該激光從一能夠以一不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，以及在所述激光光線通過所述掩膜圖案處時，由光衍射產(chǎn)生的一光斑干涉圖象是被動態(tài)地改變的，從而形成所述光斑干涉圖象的完整圖象并產(chǎn)生出一基本上與掩膜圖案一樣的圖案。
(11)一種如(10)所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述掩膜在光軸的方向上設置并振動，從而在所述噴墨記錄頭的表面上形成所述光斑干涉圖象的完整圖象。
(12)一種如(11)所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述掩膜的位移振動是由一振動促動器引起的。
(13)一種如(10)所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述光斑干涉圖象的完整圖象是形成在噴墨記錄頭的表面上的，通過在所述掩膜和一投影透鏡之間或者在所述投影透鏡和所述噴墨記錄頭之間，插入一塊斜度至少為0λ到λ/2的波長板，并在移動所述波長板以改變偏振現(xiàn)象的同時進行激光發(fā)射。
(14)一種如(10-12)任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，構成油墨通道一部分的多個凹進或通孔，是通過激光照射穿過一具有以一定間距形成的多個孔的圖案的掩膜同時以一預定距離形成的。
(15)一種如(14)所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述凹進是一形成所述油墨流動通道的槽。
(16)一種如(14)所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述通孔形成所述排出口。
(17)一種如(10-16)任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述激光的波長在350-1000nm的范圍內(nèi)。
(18)一種如(10-17)任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述激光的脈沖發(fā)射時間不超過500飛秒。
(19)一種如(10-18)任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，一構成至少是所述油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由一種樹脂材料構成的。
(20)一種如(10-18)任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，一構成至少是油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由Si或一種Si組合物構成的。
(21)一種如(10-20)任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，該激光振蕩器設有一光傳播空間壓縮裝置。
(22)一種如(21)所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述光空間壓縮裝置是由一種線形調(diào)頻脈沖發(fā)生裝置和一種利用光波長的發(fā)散特性的垂直模式同步裝置構成的。
(23)一種噴墨記錄頭，包括一用于排出要噴涂在一記錄介質(zhì)上墨滴的油墨排出口，一容納有供應給所述油墨排出口的油墨的液體腔室，一用于將所述液體腔室與所述油墨排出口相連通的油墨流動通道，一用于油墨流動通道部分并產(chǎn)生用于排出油墨的能量的能量發(fā)生部件，以及一用于從外部提供油墨給所述液體腔室的油墨供應孔，其中構成至少噴墨記錄頭的油墨通道的一部分的一部件是通過激光加工做出來的，其特征在于將所述激光投影到一掩膜圖案中，激光加工是通過采用在空間和時間中具有非常高能量密度的多種脈沖所述激光進行的，該激光從一能夠以一不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，并且在所述激光光線通過所述掩膜圖案處時，由光衍射產(chǎn)生的一光斑干涉圖象是被動態(tài)地改變的，從而形成光斑干涉圖象的完整圖象，因而加工所述的元件。
(24)一種如(23)所述的噴墨記錄頭，具有通過采用一種振動促動器在光軸方向上設置并振動掩膜，從而在工件的表面上形成所述光斑干涉圖象的整個圖象的方法加工出的部件。
(25)一種如(24)所述的噴墨記錄頭，具有通過在所述加工的工件的加工表面上形成所述光斑干涉圖象的整個圖象的方法加工出的部件，在所述掩膜和投影透鏡之間或在所述投影透鏡和所述工件之間插入一塊斜度至少為0λ到λ/2的波長板，并在移動波長板以改變偏振現(xiàn)象的同時進行激光發(fā)射。
(26)一種如(23-25)任一所述的噴墨記錄頭，其特征在于，構成油墨通道一部分的多個凹進或通孔，是通過激光照射穿過一具有以一定間距形成的多個孔的圖案的掩膜同時以一預定距離形成的。
(27)一種如(26)所述的噴墨記錄頭，其特征在于，所述凹進是一形成所述油墨流動通道的槽。
(28)一種如(26)所述的噴墨記錄頭，其特征在于，所述通孔形成所述排出口。
(29)一種如(24-28)任一所述的噴墨記錄頭，其特征在于，一構成至少是油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由一種樹脂材料構成的。
(30)一種如(24-28)任一所述的噴墨記錄頭，其特征在于，一構成至少是油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由Si或一種Si組合物構成的。


圖1所示為一示意圖，顯示本發(fā)明實施例1的激光加工裝置中一光掩模圖案投影光學系統(tǒng)的光路；圖2所示為一示意圖，顯示本發(fā)明實施例2的激光加工裝置中一光掩模圖案投影光學系統(tǒng)的光路；圖3顯示在本發(fā)明的實施例2的激光加工裝置中所采用的一傾斜波長板的結(jié)構；圖4A、4B和4C為示意圖，顯示本發(fā)明實施例1和2的加工方法所應用的噴墨記錄頭生產(chǎn)方法生產(chǎn)的一種噴墨記錄頭。
通過本發(fā)明申請的上述結(jié)構，其實施例可以實現(xiàn)這樣一種激光加工方法，該方法能夠獲得一更高的精確度，還可以在工件由如一種樹脂材料構成的情況下避免副產(chǎn)品的產(chǎn)生并從根本上防止在激光加工期間產(chǎn)生的熱能的聚集，一種采用這樣一種激光加工方法來生產(chǎn)噴墨記錄頭的方法，以及一種由這樣一種生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。同時在掩膜投影加工中，通過設置一種在光路中將激光引導到工件上的投影圖象的動態(tài)設置干涉的裝置，那就可以實現(xiàn)一種能夠精確地生產(chǎn)出精密掩膜圖案的激光加工方法，一種采用這樣的激光加工方法來生產(chǎn)噴墨記錄頭的方法，以及一種用這樣的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。
在本發(fā)明的上述結(jié)構中所采用的并且在空間和時間上具有非常高的能量密度的多種脈沖的激光，從一種能以不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，即所謂的飛秒激光器，這在“Next generation opticaltechnology summary”(由Optronics Co.于1992年出版；Part 1 Elementarytechnologiesgeneration and compression of ultra short pulses；pp 24to 31)中有說明，而且，在目前商業(yè)上可用的飛秒激光器之中，有一些具有不超過150飛秒的脈沖發(fā)射時間和每脈沖500微焦耳的光能。采用這樣的激光器，所發(fā)射的激光的能量密度在所振蕩的脈沖中就可以達到大約三十億瓦特。
在通過采用一種激發(fā)物激光器的普通蝕刻加工方法形成噴墨記錄頭的油墨排出口的情況中，由于照射激光的振蕩脈沖持續(xù)時間較長，因此用來形成該排出口的樹脂材料所吸收的光能會部分轉(zhuǎn)化為熱能，而且這種熱能會在整個樹脂板中以一特定的熱傳導率擴散，從而引起熱膨脹。該膨脹隨蝕刻加工過程而增大，使得噴嘴向外偏斜，并且噴嘴的邊緣松弛，導致不能以一種直而平行的方式排出墨滴。
另一方面，根據(jù)采用上述具有不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間的飛秒激光器的機構，在激光加工中，瞬時能量密度可以劇烈地增強，這樣由如一種樹脂材料構成的工件的蝕刻加工就能夠以一非常低的光能進行。
在上述的結(jié)構中，由于在激光加工中幾乎不產(chǎn)生副產(chǎn)品，因此就可以去掉通常不可避免的除去副產(chǎn)品的工序。這樣就可以顯著地提高噴墨記錄頭的生產(chǎn)率。
在上述的結(jié)構中，由于在激光照射在工件上的光能被轉(zhuǎn)化成熱能并積聚在工件中之前就可以完成該加工，因此就可以解決在激光加工期間出現(xiàn)的并導致加工精確度變差的熱膨脹問題或者部分熔化的問題，從而就可能獲得高精度的加工，并且能夠極大地改善噴墨記錄頭的性能。例如，當根據(jù)這種結(jié)構形成油墨排出口的時候，可以形成以高密度平行排列的排出口，從而獲得一能以一種直而平行的方式排出油墨液滴的噴墨記錄頭。
具有不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間的激光是在一種固體狀態(tài)中形成的，并且只可能具有一種單一的或低數(shù)量的橫向振動模式，這樣精美掩膜圖案的反射就會導致在投影圖象中的光斑干涉。
為了避免這種缺點，本發(fā)明的上述結(jié)構用來動態(tài)地改變形成在工件表面上的光斑干涉圖象，并且形成出這樣一種光斑干涉圖象的一完整圖象，從而就能形成一基本上和所述掩膜圖案一樣的圖案。
在這種結(jié)構的一特定實施例中，用于反射這樣一種圖案的掩膜如前面所述是通過一振動促動器在光軸方向上來進行設置和振動的，從而動態(tài)地改變了光斑干涉圖象，并且根據(jù)通過掩膜的位移振動從引起光斑干涉的掩膜圖案的投影圖象中形成的完整的圖象來處理工件，從而可以獲得一基本上和掩膜圖案一樣的圖案。
在這種結(jié)構的另一特定實施例中，在掩膜和投影透鏡之間或在投影透鏡和工件之間插入一塊斜度至少是從0λ到λ/2的波長板，而且如上所述在波長板移動以改變偏振現(xiàn)象的同時進行激光照射，從而就動態(tài)地改變了光斑干涉圖象，且根據(jù)通過掩膜的位移振動從引起光斑干涉的掩膜圖案的投影圖象中形成的完整的圖象來處理工件，從而可以獲得一基本上和掩膜圖案一樣的圖案。
下面，將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，但是決不是用這些實施例對本發(fā)明進行限制。
實施例1在實施例1中，激光振蕩器采用了一種具有不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間的激光。確切地說，一束發(fā)射的激光是一種波長為775mn的近紅外射線，其發(fā)射脈沖持續(xù)時間為150皮秒/脈沖，而且其發(fā)射能量為15uj/脈沖。至于噴墨記錄頭的主體采用的是一種由聚砜材料做成的厚度為50μm的孔板，在該孔板中形成有排墨口。
圖1所示為一示意圖，該圖示出在本發(fā)明激光加工裝置中一光掩模圖案投影光學系統(tǒng)的光路；一束從一激光器裝置(未示出)中發(fā)射出來的光束101被引導到一如由一復眼透鏡組成的光學積分器110上，以把入射激光束分成多束，這樣所分成的激光束通過一物鏡111被疊加在一具有以一預定間距形成的多個孔的光掩模1上，調(diào)節(jié)激光的照度以使其在光掩模上基本上均勻分布。
物鏡111形成一Koehler照射系統(tǒng)，用于把由復眼透鏡110集中的點圖象反射到光掩模圖案投影透鏡113的一孔112上。
在這樣一種光學系統(tǒng)中，激光照射在光掩模1上，并且在那上面形成的掩膜圖案被投影透鏡113集中并反射到作為工件的噴墨頭3的孔板2的表面上，從而就通過激光振蕩在那里面形成了油墨排出口。
在這個操作中，如果掩膜圖案是簡單地被反射到孔板上的話，因為所照射的激光是以一種橫向單一模式相干的，所以通過穿過掩膜圖案而衍射出的光線相互干涉，以在反射于孔板表面上的掩膜圖案的光學圖象中引起一光斑干涉，從而孔板就不能以一種對應于掩膜圖案的形狀進行加工。
為了避免這樣一種現(xiàn)象發(fā)生，振動器5與掩模板1保持直接接觸或間接地接觸，以在激光加工過程中在光軸的方向上振動和移動掩模板1(在光掩模上)。因此通過穿過掩模圖案衍射出的光線就改變了其位相、衍射位置和衍射密度，這樣反射在孔板上的掩模圖案的光斑干涉圖象就會隨時間動態(tài)地改變。
由于孔板的加工不是由一個脈沖的激光照射來完成的，而是通過從幾百到幾千個脈沖的激光照射來完成的，因此就會形成隨著光掩模板的移動而動態(tài)改變的光斑干涉圖象的完整圖象，并且最終隨完整圖象所加工出的形狀基本上與光掩模圖案一樣。
對于特定的加工條件來說，通過振動器5振動的掩模板1的振動頻率為10Hz，該掩模板1的振幅大約為5μm，并且脈沖激光的照射周期為1000Hz。因此，在掩模板1的振動移動的一個周期中，孔板2被照射有處于100次不同干涉狀態(tài)的激光。另一方面，其中形成有排出口21的孔板2其厚度為50μm，并且激光照射加工的深度大約為每脈沖0.1μm，因此就需要至少500次脈沖的激光照射才能形成油墨排出口21的通孔。
因此油墨排出口21的通孔是通過5個100次不同干涉狀態(tài)的重復的周期而形成的，這樣，這種干涉圖象是完整的并且所完成的油墨排出口21的形狀精確地復制了掩模圖案。
實施例2在下面將描述本發(fā)明用于加工排出口的方法的一實施例2。在這個實施例中所采用的激光，與在實施例1中所采用的用于在噴墨記錄頭主體的孔板中形成油墨排出口的激光類似，所述孔板是用厚度為50μm的聚砜材料做成的。
圖2所示為一示意圖，該圖顯示出本發(fā)明的激光加工裝置中一光掩模圖案投影光學系統(tǒng)的光路。
一束從一激光器裝置(未示出)中發(fā)射出來的光束101被引導到一如由一復眼透鏡組成的光學積分器110上，以把入射激光束分成多束，這樣所分成的激光束通過一物鏡111被疊加在一具有以一預定間距形成的多個孔的掩模1上，調(diào)節(jié)激光的照度以使其在掩模上基本上均勻分布。
物鏡111形成一Koehler照射系統(tǒng)，用于把由復眼透鏡110集中的點圖象反射到光掩模圖案投影透鏡113的一孔112上。
在這樣一種光學系統(tǒng)中，激光照射在掩模1上，并且在那上面形成的掩膜圖案被投影透鏡113集中并反射到作為工件的噴墨頭3的孔板2的表面上，從而就通過激光振蕩在那里面形成了油墨排出口。
在這個操作中，如果掩膜圖案是簡單地被反射到孔板上的話，因為所照射的激光是以一種橫向單一模式相干的，所以通過穿過掩膜圖案而衍射出的光線相互干涉，以在反射于孔板表面上的掩膜圖案的光學圖象中引起一光斑干涉，從而孔板就不能以一種對應于掩膜圖案的形狀進行加工。
為了避免這樣一種現(xiàn)象的發(fā)生，一塊波長板5’，如圖3所示，它是通過在一塊石英基板51上形成一塊厚度傾斜的無色水晶52而形成的，該波長板如圖2所示被插入在掩模板1和投影透鏡113之間，并且在激光加工過程中，這樣一塊傾斜偏振波長板在如箭頭所指示的方向上移動。
通過穿過掩模圖案衍射出的光線就改變了其位相、衍射位置和衍射密度，這樣反射在孔板上的掩模圖案的光斑干涉圖象就會隨時間動態(tài)地改變。
由于孔板的加工不是由一個脈沖的激光照射來完成的，而是通過從幾百到幾千個脈沖的激光照射來完成的，因此就會形成通過上述波長板5’動態(tài)改變的光斑干涉圖象的完整圖象，并且最終隨完整圖象所加工出的形狀基本上與光掩模圖案一樣的完整圖象。
對于特定的加工條件來說，波長板5’設有一石英層52，該石英層是通過把一塊具有雙折射特性的無色水晶粘接到一塊石英基板51上，并磨光該無色水晶層以給它一斜度從而其厚度逐漸改變，這樣來選擇這種無色水晶層的厚度，對應于該無色水晶層的傾斜方向上2mm的移動，引起一775nm激光波長的1/2的相差。
該波長板5’在如圖2中箭頭所示的無色水晶的傾斜方向上以8mm/秒的速度移動，并且脈沖激光的照射頻率為1000Hz。
另一方面，其中形成有排出口21的孔板2其厚度為50μm，并且激光照射加工的深度大約為每脈沖0.1μm，因此就需要至少500次脈沖的激光照射才能形成油墨排出口21的通孔。
因此，油墨排出口21的通孔的成形就需要大約0.5秒，在這期間波長板5’移動了4mm以產(chǎn)生出一從0到1個穿過掩模圖案的激光波長的相差，對應于在偏振方向中一180°的轉(zhuǎn)動。因此穿過所述掩模圖案而衍射出的光線在編振方向中受到改變，從而導致在干涉中偏振光波一同改變，并且提供不同狀態(tài)的干涉。通過500次脈沖的激光照射，掩模圖案就以各自不同的偏振狀態(tài)反射到孔板2上，并且通過這樣不同偏振狀態(tài)的綜合作用而形成油墨排出口21，這樣所完成的油墨排出口21的形狀就會精確地復制掩模圖案。
下面，將參照圖4A到4C對上述實施例1和2的排出口成形方法所加工出的噴墨記錄頭進行描述。
參看圖4A到4C，基板33在其上面設有一用于排出油墨的油墨排出壓力發(fā)生元件34，如一種電熱轉(zhuǎn)換元件或一種機電轉(zhuǎn)換元件。
油墨排出壓力發(fā)生元件34設在一與一排出口21相通的油墨流動通道31中，并且所述的各個油墨流動通道31是與一共同的液體腔室32相通的，該液體腔室與一條用于從一油墨容器中供應油墨的油墨供應管道(未示出)相連。
頂板35設有用于形成油墨流動通道31和共同液體腔室32的凹槽，并使所述油墨流動通道31和共同的液體腔室向上與基板33相連。
在由基板33和頂板35構成的連接體中的油墨流動通道的端部，設有一塊具有油墨排出口21的孔板2。
上述噴墨記錄頭能夠以下面的方式來制備。
首先，由圖案形成加熱器34準備好基板33，該圖案形成加熱器由用于產(chǎn)生出油墨排出壓力的熱量發(fā)生電阻元件、集成電路(未示出)如移位寄存器和在硅基板上的電力布線構成，并且頂板35是這樣制作出來的通過成形出凹槽以采用對硅板進行化學蝕刻的方法，形成出油墨流動通道31和油墨腔室32以及一油墨供應孔(未示出)。
然后使基板33和頂板35排列成一行并以這樣一種方式連接在一起油墨排出側(cè)處的端面相互重合并且油墨流動通道31的排列與加熱器34的排列一致。
然后，把其內(nèi)部沒有形成有噴嘴(排出口)的孔板2粘接到相連頂板和基板的油墨排出側(cè)處的端面上，并且在這種狀態(tài)下通過上述的噴嘴加工方法成形出噴嘴。
然后，連接一電子板，在其上形成一用于驅(qū)動加熱器的端部(未示出)，以及一鋁質(zhì)基板被連接到基板33上。該噴墨頭就通過把用于支持元件的夾持器和用于供應油墨的油墨箱結(jié)合在一起而形成。
噴墨記錄頭的上述準備過程可以防止在油墨排出方向和位置中，因為在排出口的方向上的不均勻加工所引起的波動。
在當前的實施例中，噴墨記錄頭中的50個部件被制做出并經(jīng)過對排出口形狀的檢查。所有的排出口都顯示出有整齊的邊部并被以高密度平行排列，并且在這些排出口中的油墨排出端部處的孔直徑中的波動與以普通方式制作出的相比較來說顯著地減小了。還有在實際打印操作中，這些噴墨記錄頭記錄均勻地排列的并具有一間接的圓點形狀的打印點，從而提供出一具有優(yōu)良打印質(zhì)量的圖象。
在前文中已經(jīng)描述了用于成形油墨排出口的方法的例子，但是本發(fā)明并不局限于這樣一種情況，還同樣有效地應用于制作油墨流動通道、油墨腔室或油墨供應孔。
還有在前文中已經(jīng)描述了本發(fā)明在噴墨記錄頭上的應用，但是本發(fā)明并不局限于這樣一種情況，還可有效地應用于在半導體基體或類似部件的顯微機械加工中的激光加工中，并且本發(fā)明也包括這樣的情況。
如前文所述，本發(fā)明能夠提供更高的精確度，消除副產(chǎn)品的產(chǎn)生，從根本上避免了在對由如一種樹脂材料構成的所要加工的工件進行激光加工期間所產(chǎn)生的熱量的聚集，并且在掩模投影加工中精確地復制了所述精密的掩模圖案。另外，本發(fā)明能夠使在激光加工中的瞬時能量密度顯著增強，從而就使得由如一種樹脂材料構成的工件可以用非常小的光能進行蝕刻加工。
根據(jù)本發(fā)明，在激光加工中的副產(chǎn)品幾乎不會產(chǎn)生，因此就可以去掉通常必不可少的用于消除副產(chǎn)品的工序。通過應用本發(fā)明的用于噴墨記錄頭的生產(chǎn)方法，可以顯著地提高噴墨記錄頭的生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明，當激光照射在由如一種樹脂材料構成的工件上的光能被轉(zhuǎn)換成熱能并聚集在工件中之前就可以完成加工過程，因此可以加工出沒有熱膨脹缺陷工件，而該熱膨脹缺陷出現(xiàn)在加工過程中會降低加工精度并且部分熔化。因此，就能夠進行高精度的加工，從而顯著地改善了噴墨記錄頭的性能。
還有，沒有通過液相狀態(tài)的蝕刻加工不僅可以在樹脂材料中實現(xiàn)，而且在具有高導熱性的材料如陶瓷或金屬中也可以實現(xiàn)，因為該加工過程在光線照射之后熱擴散之前就完成了。
另外，蝕刻加工能夠在具有一高光透射率的材料如石英、光學結(jié)晶體或玻璃甚至利用弱光吸收性的材料中實現(xiàn)，因為能量是瞬時高度集中的。因此，就能夠擴大噴墨記錄頭材料選擇的自由度。所以，高溫處理以及其他方法可以應用于對油墨排出口的表面進行防水處理。
此外，本發(fā)明使能夠采用具有一低膨脹系數(shù)的材料，從而抑制在部件連接面處由于剪切力而出現(xiàn)的偏移現(xiàn)象。陶瓷或玻璃的使用使其能夠生產(chǎn)一種耐久性優(yōu)良并且能夠存儲抵抗強堿性油墨的噴墨記錄頭，并且采用一種半導體材料可以允許一種直接形成在集成電路上的結(jié)構。
權利要求
1.一種通過用激光照射工件從而對工件進行激光蝕刻加工的激光加工方法，該方法包括，在通過把所述激光照射在一掩膜圖案上進行加工中，采用在空間和時間中具有非常高能量密度的多種脈沖中的所述激光，該激光從一能夠以一不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，動態(tài)地改變在所述激光光線通過所述掩膜圖案處由光衍射產(chǎn)生出的一種光斑干涉圖象，從而形成所述光斑干涉圖象的完整圖象，以及產(chǎn)生出一種基本上與掩膜圖案一樣的圖案。
2.一種如1所述的激光加工方法，其特征在于，所述掩膜在光軸的方向上設置并振動，從而在工件的表面上形成所述光斑干涉圖象的完整圖象。
3.一種如2所述的激光加工方法，其特征在于，所述掩膜的位移振動是由一振動促動器引起的。
4.一種如1所述的激光加工方法，其特征在于，通過在所述掩膜和一投影透鏡之間或者在所述投影透鏡和所述工件之間，插入一塊斜度至少為0λ到λ/2的波長板，并在移動波長板以改變光偏振現(xiàn)象的同時進行激光發(fā)射，在工件的表面上形成所述光斑衍射圖象的完整圖象，
5.一種如1-4任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光的波長在350到1000nm的范圍內(nèi)。
6.一種如1-5任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光的脈沖輻射時間不多于500飛秒。
7.一種如1-6任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述工件是由一種樹脂材料、Si或Si組合物構成的。
8.一種如1-7任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光振蕩器設有一光傳播空間壓縮裝置。
9.一種如8所述的激光加工方法，其特征在于，所述光傳播空間壓縮裝置是由一種線形調(diào)頻脈沖發(fā)生裝置和一種利用光波長的發(fā)散特性的垂直模式同步裝置構成的。
10.一種用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，該噴墨記錄頭包括一用于排出要噴涂在一記錄介質(zhì)上墨滴的油墨排出口，一容納有供應給所述油墨排出口的油墨的液體腔室，一用于將所述液體腔室與油墨排出口相連通的油墨流動通道，一用于油墨流動通道部分的并產(chǎn)生用于排出油墨能量的能量發(fā)生部件，以及一用于從外部提供油墨給所述液體腔室等的油墨供應孔，其中構成至少噴墨記錄頭的油墨通道的一部分的一部件是通過激光加工做出來的，其特征在于將激光投影到一掩膜圖案中，激光加工是通過采用在空間和時間中具有非常高能量密度的多種脈沖的所述激光進行的，該激光從一能夠以一不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，以及在所述激光光線通過所述掩膜圖案處時，由光衍射產(chǎn)生的一光斑干涉圖象是被動態(tài)地改變的，從而形成所述光斑干涉圖象的完整圖象并產(chǎn)生出一基本上與掩膜圖案一樣的圖案。
11.一種如10所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述掩膜在光軸的方向上設置并振動，從而在所述噴墨記錄頭的表面上形成所述光斑干涉圖象的完整圖象。
12.一種如11所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述掩膜的位移振動是由一振動促動器引起的。
13.一種如10所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述光斑干涉圖象的完整圖象是形成在噴墨記錄頭的表面上的，通過在所述掩膜和一投影透鏡之間或者在所述投影透鏡和所述噴墨記錄頭之間，插入一塊斜度至少為0λ到λ/2的波長板，并在移動所述波長板以改變偏振現(xiàn)象的同時進行激光發(fā)射。
14.一種如10-12任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，構成油墨通道一部分的多個凹進或通孔，是通過激光照射穿過一具有以一定間距形成的多個孔的圖案的掩膜同時以一預定距離形成的。
15.一種如14所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述凹進是一形成所述油墨流動通道的槽。
16.一種如14所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述通孔形成所述排出口。
17.一種如10-16任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述激光的波長在350-1000nm的范圍內(nèi)。
18.一種如10-17任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述激光的脈沖發(fā)射時間不超過500飛秒。
19.一種如10-18任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，一構成至少是所述油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由一種樹脂材料構成的。
20.一種如10-18任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，一構成至少是油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由Si或一種Si組合物構成的。
21.一種如10-20任一所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，該激光振蕩器設有一光傳播空間壓縮裝置。
22.一種如21所述的用于生產(chǎn)一種噴墨記錄頭的方法，其特征在于，所述光空間壓縮裝置是由一種線形調(diào)頻脈沖發(fā)生裝置和一種利用光波長的發(fā)散特性的垂直模式同步裝置構成的。
23.一種噴墨記錄頭，包括一用于排出要噴涂在一記錄介質(zhì)上墨滴的油墨排出口，一容納有供應給所述油墨排出口的油墨的液體腔室，一用于將所述液體腔室與所述油墨排出口相連通的油墨流動通，一用于油墨流動通道部分并產(chǎn)生用于排出油墨的能量的能量發(fā)生部件，以及一用于從外部提供油墨給所述液體腔室的油墨供應孔，其中構成至少噴墨記錄頭的油墨通道的一部分的一部件是通過激光加工做出來的，其特征在于:將所述激光投影到一掩膜圖案中，激光加工是通過采用在空間和時間中具有非常高能量密度的多種脈沖所述激光進行的，該激光從一能夠以一不超過1皮秒的脈沖發(fā)射時間進行振蕩的激光振蕩器中發(fā)射出來，并且在所述激光光線通過所述掩膜圖案處時，由光衍射產(chǎn)生的一光斑干涉圖象是被動態(tài)地改變的，從而形成光斑干涉圖象的完整圖象，因而加工所述的元件。
24.一種如23所述的噴墨記錄頭，具有通過采用一種振動促動器在光軸方向上設置并振動掩膜，從而在工件的表面上形成所述光斑干涉圖象的整個圖象的方法加工出的部件。
25.一種如24所述的噴墨記錄頭，具有通過在所述加工的工件的加工表面上形成所述光斑干涉圖象的整個圖象的方法加工出的部件，在所述掩膜和投影透鏡之間或在所述投影透鏡和所述工件之間插入一塊斜度至少為0λ到λ/2的波長板，并在移動波長板以改變偏振現(xiàn)象的同時進行激光發(fā)射。
26.一種如23-25任一所述的噴墨記錄頭，其特征在于，構成油墨通道一部分的多個凹進或通孔，是通過激光照射穿過一具有以一定間距形成的多個孔的圖案的掩膜同時以一預定距離形成的。
27.一種如26所述的噴墨記錄頭，其特征在于，所述凹進是一形成所述油墨流動通道的槽。
28.一種如26所述的噴墨記錄頭，其特征在于，所述通孔形成所述排出口。
29.一種如24-28任一所述的噴墨記錄頭，其特征在于，一構成至少是油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由一種樹脂材料構成的。
30.一種如24-28任一所述的噴墨記錄頭，其特征在于，一構成至少是油墨通道一部分的部件包括所述排出口、油墨流動通道、液體腔室以及油墨供應孔，該部件是由Si或一種Si組合物構成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不會產(chǎn)生副產(chǎn)品的激光加工方法,并且該方法能夠在對一由如一種樹脂材料做成的工件進行激光加工期間防止熱能的聚集,從而精確地復制出一微小的掩模圖案,本發(fā)明還提供一種用于利用這樣一種激光加工方法生產(chǎn)噴墨記錄頭的方法以及一種由這樣一種生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的噴墨記錄頭。
文檔編號B23K26/073GK1287900SQ0012424
公開日2001年3月21日 申請日期2000年6月30日 優(yōu)先權日1999年6月30日
發(fā)明者小出純 申請人:佳能株式會社