JP2002113587A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工方法及びレーザ加工装置Info
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- JP2002113587A JP2002113587A JP2000309385A JP2000309385A JP2002113587A JP 2002113587 A JP2002113587 A JP 2002113587A JP 2000309385 A JP2000309385 A JP 2000309385A JP 2000309385 A JP2000309385 A JP 2000309385A JP 2002113587 A JP2002113587 A JP 2002113587A
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
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- B23K26/389—Removing material by boring or cutting by boring of fluid openings, e.g. nozzles, jets
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 簡易な方法で加工部位のクラックやドロス付
着を防止すること。 【解決手段】 ワークＷにレーザ光Ｌを照射してレーザ
加工するにあたって、レーザ光Ｌを走査し、もしくは、
ワークＷを移動させて、同一箇所に少なくとも二回以上
レーザ光Ｌを照射し、加工部位を螺旋状に徐々に深く加
工していくことにより、同一箇所を一回で加工する場合
に比べ、同一箇所への一回当たりのレーザ照射時間を短
くする。これにより、加工部位の温度上昇を抑えて熱膨
張を低減し、該加工部位に掛かるストレスを小さくす
る。
着を防止すること。 【解決手段】 ワークＷにレーザ光Ｌを照射してレーザ
加工するにあたって、レーザ光Ｌを走査し、もしくは、
ワークＷを移動させて、同一箇所に少なくとも二回以上
レーザ光Ｌを照射し、加工部位を螺旋状に徐々に深く加
工していくことにより、同一箇所を一回で加工する場合
に比べ、同一箇所への一回当たりのレーザ照射時間を短
くする。これにより、加工部位の温度上昇を抑えて熱膨
張を低減し、該加工部位に掛かるストレスを小さくす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いた
レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関し、特にレーザ
光の照射によって生じるクラックやドロス付着の防止に
適したレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するもの
である。
レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関し、特にレーザ
光の照射によって生じるクラックやドロス付着の防止に
適したレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックスやポリマー等の加工
対象物（以下、ワークという）にレーザ光を照射して、
アブレーションもしくは熱溶融により加工を行う方法が
知られている。このレーザ光としてはＹＡＧレーザやエ
キシマレーザ等が用いられている。
対象物（以下、ワークという）にレーザ光を照射して、
アブレーションもしくは熱溶融により加工を行う方法が
知られている。このレーザ光としてはＹＡＧレーザやエ
キシマレーザ等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
光によってセラミックス板のワークに大口径（例えば、
φ６００[μｍ]）の貫通孔を加工すると、加工部位にク
ラックが発生したり、溶融物がドロス（dross）として
加工面に付着したりするという問題がある。クラックが
発生する理由としては、レーザ光によってワークを急速
かつ瞬時に加熱し、その加熱部分を溶融し排除するた
め、熱膨張でワークの加工部位にストレスが掛かりクラ
ックが発生するものと考えられる。例えば、加工予定孔
径（例えば、φ６００[μｍ]）よりも小さいスポット径
（例えば、φ１００[μｍ]）のレーザ光を用い、該レー
ザ光のスポットの外周を該加工予定孔に内接するように
該レーザ光をワークの被加工表面に照射し、該加工予定
孔に沿って該スポット径に対応した貫通孔を順次加工し
て、ワークを該加工予定孔に沿って切断しながら該加工
予定孔の貫通孔を加工する加工方法がある。この加工方
法では、上記レーザ光がワークの被加工表面と反対側の
面に貫通するまで同一箇所に連続して該レーザ光を照射
するため、加工部位の温度が上昇し、熱膨張で該加工部
位にストレスが掛かってクラックが発生しやすい。
光によってセラミックス板のワークに大口径（例えば、
φ６００[μｍ]）の貫通孔を加工すると、加工部位にク
ラックが発生したり、溶融物がドロス（dross）として
加工面に付着したりするという問題がある。クラックが
発生する理由としては、レーザ光によってワークを急速
かつ瞬時に加熱し、その加熱部分を溶融し排除するた
め、熱膨張でワークの加工部位にストレスが掛かりクラ
ックが発生するものと考えられる。例えば、加工予定孔
径（例えば、φ６００[μｍ]）よりも小さいスポット径
（例えば、φ１００[μｍ]）のレーザ光を用い、該レー
ザ光のスポットの外周を該加工予定孔に内接するように
該レーザ光をワークの被加工表面に照射し、該加工予定
孔に沿って該スポット径に対応した貫通孔を順次加工し
て、ワークを該加工予定孔に沿って切断しながら該加工
予定孔の貫通孔を加工する加工方法がある。この加工方
法では、上記レーザ光がワークの被加工表面と反対側の
面に貫通するまで同一箇所に連続して該レーザ光を照射
するため、加工部位の温度が上昇し、熱膨張で該加工部
位にストレスが掛かってクラックが発生しやすい。
【０００４】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、簡易な方法で加工部位の
クラックの発生やドロスの付着を防止することができる
レーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することであ
る。
り、その目的とするところは、簡易な方法で加工部位の
クラックの発生やドロスの付着を防止することができる
レーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、レーザ光が照射される被加工表
面を有する加工対象物を準備する工程と、該被加工表面
にレーザ光を照射し、レーザ加工する工程とを含むレー
ザ加工方法において、上記レーザ光を走査し、もしく
は、上記加工対象物を移動させ、同一箇所に少なくとも
二回以上、該レーザ光を照射することを特徴とするもの
である。
に、請求項１の発明は、レーザ光が照射される被加工表
面を有する加工対象物を準備する工程と、該被加工表面
にレーザ光を照射し、レーザ加工する工程とを含むレー
ザ加工方法において、上記レーザ光を走査し、もしく
は、上記加工対象物を移動させ、同一箇所に少なくとも
二回以上、該レーザ光を照射することを特徴とするもの
である。
【０００６】この請求項１のレーザ加工方法では、上記
レーザ光を走査し、もしくは、上記加工対象物を移動さ
せることにより、同一箇所に少なくとも二回以上、該レ
ーザ光を照射して加工する。よって、同一箇所を一回で
加工する加工方法、例えば前記従来技術で説明したレー
ザ光のスポット径に対応した貫通孔を順次加工して加工
予定孔に沿って加工対象物を切断して加工する加工方法
に比べ、同一箇所への一回当たりのレーザ照射時間を短
くすることができる。これにより、同一箇所を一回で加
工する場合に比べ、加工部位の温度上昇を抑えて熱膨張
を低減することができる。従って、上記加工部位に掛か
るストレスを小さくすことができ、クラックの発生を防
止することができる。また、上述したように加工部位の
温度上昇を抑えられるので、ドロスの発生自体を抑える
ことができ、該加工部位へのドロスの付着を低減するこ
ともできる。
レーザ光を走査し、もしくは、上記加工対象物を移動さ
せることにより、同一箇所に少なくとも二回以上、該レ
ーザ光を照射して加工する。よって、同一箇所を一回で
加工する加工方法、例えば前記従来技術で説明したレー
ザ光のスポット径に対応した貫通孔を順次加工して加工
予定孔に沿って加工対象物を切断して加工する加工方法
に比べ、同一箇所への一回当たりのレーザ照射時間を短
くすることができる。これにより、同一箇所を一回で加
工する場合に比べ、加工部位の温度上昇を抑えて熱膨張
を低減することができる。従って、上記加工部位に掛か
るストレスを小さくすことができ、クラックの発生を防
止することができる。また、上述したように加工部位の
温度上昇を抑えられるので、ドロスの発生自体を抑える
ことができ、該加工部位へのドロスの付着を低減するこ
ともできる。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１のレーザ加工
方法において、上記レーザ光の光路を微小角度屈折させ
るウエッジ光学基板を、該ウエッジ光学基板に入射する
レーザ光の光軸と同じ軸を回転中心として回転する工程
と、該ウエッジ光学基板から出射したレーザ光を集光し
て加工予定孔径よりも小さなスポット径とし、該レーザ
光のスポットの外周が該加工予定孔に内接するように該
レーザ光を上記被加工表面に照射する工程とを含むこと
を特徴とするものである。
方法において、上記レーザ光の光路を微小角度屈折させ
るウエッジ光学基板を、該ウエッジ光学基板に入射する
レーザ光の光軸と同じ軸を回転中心として回転する工程
と、該ウエッジ光学基板から出射したレーザ光を集光し
て加工予定孔径よりも小さなスポット径とし、該レーザ
光のスポットの外周が該加工予定孔に内接するように該
レーザ光を上記被加工表面に照射する工程とを含むこと
を特徴とするものである。
【０００８】この請求項２のレーザ加工方法では、上記
ウエッジ光学基板を回転させることで、上記加工予定孔
径よりも小さなスポット径のレーザ光が、該レーザ光の
スポットの外周が該加工予定孔に内接しながら該加工予
定孔に沿って走査され上記被加工表面に照射される。よ
って、上記レーザ光の照射位置は上記加工予定孔に沿っ
て移動するため、同一箇所を少なくとも二回以上、該レ
ーザ光が照射する。そして、上記被加工表面に照射され
た上記レーザ光は、上記加工対象物を上記加工予定孔に
沿って螺旋状に徐々に深く加工していき、貫通孔を形成
する。
ウエッジ光学基板を回転させることで、上記加工予定孔
径よりも小さなスポット径のレーザ光が、該レーザ光の
スポットの外周が該加工予定孔に内接しながら該加工予
定孔に沿って走査され上記被加工表面に照射される。よ
って、上記レーザ光の照射位置は上記加工予定孔に沿っ
て移動するため、同一箇所を少なくとも二回以上、該レ
ーザ光が照射する。そして、上記被加工表面に照射され
た上記レーザ光は、上記加工対象物を上記加工予定孔に
沿って螺旋状に徐々に深く加工していき、貫通孔を形成
する。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１のレーザ加工
方法において、上記被加工表面に加工予定孔径よりも小
さいスポット径のレーザ光を照射する工程と、該レーザ
光の外周が該加工予定孔に内接した状態で上記加工対象
物を移動させる工程とを含むことを特徴とするものであ
る。
方法において、上記被加工表面に加工予定孔径よりも小
さいスポット径のレーザ光を照射する工程と、該レーザ
光の外周が該加工予定孔に内接した状態で上記加工対象
物を移動させる工程とを含むことを特徴とするものであ
る。
【００１０】この請求項３のレーザ加工方法では、上記
加工予定孔径よりも小さなスポット径のレーザ光が、該
レーザ光のスポットの外周が該加工予定孔に内接するよ
うに上記被加工表面に照射される。上記レーザ光の照射
位置は変わらないが、該レーザ光の外周が上記加工予定
孔に内接した状態で上記加工対象物を移動させることに
より、該レーザ光に対し上記被加工表面の位置が相対的
に移動する。よって、上記レーザ光の照射される上記被
加工表面の位置が移動するため、同一箇所を少なくとも
二回以上、該レーザ光が照射する。そして、上記レーザ
光が照射された上記被加工表面の部分は、上記加工予定
孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、貫通孔
が形成される。
加工予定孔径よりも小さなスポット径のレーザ光が、該
レーザ光のスポットの外周が該加工予定孔に内接するよ
うに上記被加工表面に照射される。上記レーザ光の照射
位置は変わらないが、該レーザ光の外周が上記加工予定
孔に内接した状態で上記加工対象物を移動させることに
より、該レーザ光に対し上記被加工表面の位置が相対的
に移動する。よって、上記レーザ光の照射される上記被
加工表面の位置が移動するため、同一箇所を少なくとも
二回以上、該レーザ光が照射する。そして、上記レーザ
光が照射された上記被加工表面の部分は、上記加工予定
孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、貫通孔
が形成される。
【００１１】請求項４の発明は、請求項３のレーザ加工
方法において、上記加工予定孔の中心を回転中心として
上記加工対象物を回転させることを特徴とするものであ
る。
方法において、上記加工予定孔の中心を回転中心として
上記加工対象物を回転させることを特徴とするものであ
る。
【００１２】この請求項４のレーザ加工方法では、上記
レーザ光の照射位置は変わらないが、上記加工対象物が
加工予定孔を中心として回転するため、該レーザ光に対
し上記被加工表面の位置が相対的に移動する。よって、
上記レーザ光の照射される上記被加工表面の位置が移動
するため、同一箇所を少なくとも二回以上、該レーザ光
が照射する。そして、上記レーザ光が照射された上記被
加工表面の部分は、上記加工予定孔に沿って螺旋状に徐
々に深く加工されていき、貫通孔が形成される。
レーザ光の照射位置は変わらないが、上記加工対象物が
加工予定孔を中心として回転するため、該レーザ光に対
し上記被加工表面の位置が相対的に移動する。よって、
上記レーザ光の照射される上記被加工表面の位置が移動
するため、同一箇所を少なくとも二回以上、該レーザ光
が照射する。そして、上記レーザ光が照射された上記被
加工表面の部分は、上記加工予定孔に沿って螺旋状に徐
々に深く加工されていき、貫通孔が形成される。
【００１３】請求項５の発明は、加工対象物の被加工表
面にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工装
置において、上記レーザ光を走査するレーザ走査手段、
もしくは、上記レーザ光の照射方向に対し垂直な面内で
上記加工対象物を移動する移動手段のうち少なくとも一
方を有し、同一箇所に少なくとも二回以上、該レーザ光
を照射することを特徴とするものである。
面にレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工装
置において、上記レーザ光を走査するレーザ走査手段、
もしくは、上記レーザ光の照射方向に対し垂直な面内で
上記加工対象物を移動する移動手段のうち少なくとも一
方を有し、同一箇所に少なくとも二回以上、該レーザ光
を照射することを特徴とするものである。
【００１４】この請求項５のレーザ加工装置では、請求
項１に関して述べたように、同一箇所を一回で加工する
場合に比べ、加工部位の温度上昇を抑えることができ、
熱膨張で該加工部位に掛かるストレスが小さくてすむた
め、該加工部位のクラックの発生を防止することができ
る。また、上記加工部位の温度上昇を抑えられるので、
ドロスの発生自体を抑えることができ、該加工部位への
ドロスの付着を低減することもできる。
項１に関して述べたように、同一箇所を一回で加工する
場合に比べ、加工部位の温度上昇を抑えることができ、
熱膨張で該加工部位に掛かるストレスが小さくてすむた
め、該加工部位のクラックの発生を防止することができ
る。また、上記加工部位の温度上昇を抑えられるので、
ドロスの発生自体を抑えることができ、該加工部位への
ドロスの付着を低減することもできる。
【００１５】請求項６の発明は、請求項５のレーザ加工
装置において、上記レーザ光の光路を微小角度屈折させ
るウエッジ光学基板と、該ウエッジ光学基板に入射する
レーザ光の光軸と同じ軸を回転中心として該ウエッジ光
学基板を回転させる回転手段と、該ウエッジ光学基板か
ら出射したレーザ光を集光して加工予定孔径よりも小さ
なスポット径とし、該レーザ光のスポットの外周が該加
工予定孔に内接するように該レーザ光を上記被加工表面
に照射する集光レンズとを用いて上記レーザ走査手段を
構成したことを特徴とするものである。
装置において、上記レーザ光の光路を微小角度屈折させ
るウエッジ光学基板と、該ウエッジ光学基板に入射する
レーザ光の光軸と同じ軸を回転中心として該ウエッジ光
学基板を回転させる回転手段と、該ウエッジ光学基板か
ら出射したレーザ光を集光して加工予定孔径よりも小さ
なスポット径とし、該レーザ光のスポットの外周が該加
工予定孔に内接するように該レーザ光を上記被加工表面
に照射する集光レンズとを用いて上記レーザ走査手段を
構成したことを特徴とするものである。
【００１６】この請求項６のレーザ加工装置では、請求
項２に関して述べたように、上記ウエッジ光学基板を回
転させることにより、上記レーザ光を、該レーザ光のス
ポットの外周が上記加工予定孔に内接しながら該加工予
定孔に沿って走査し上記被加工表面に照射する。よっ
て、上記レーザ光の照射位置は上記加工予定孔に沿って
移動するため、同一箇所を少なくとも二回以上、該レー
ザ光が照射する。そして、上記被加工表面に照射された
上記レーザ光は、上記加工対象物を上記加工予定孔に沿
って螺旋状に徐々に深く加工していき、貫通孔を形成す
る。さらに、上記ウエッジ光学基板を回転させるという
簡易な構成でレーザ光を走査できるので、例えばガルバ
ノミラーを用い複雑な制御を行ってレーザ光を走査する
構成に比べ、装置製造コストの低減を図ることが可能と
なる。
項２に関して述べたように、上記ウエッジ光学基板を回
転させることにより、上記レーザ光を、該レーザ光のス
ポットの外周が上記加工予定孔に内接しながら該加工予
定孔に沿って走査し上記被加工表面に照射する。よっ
て、上記レーザ光の照射位置は上記加工予定孔に沿って
移動するため、同一箇所を少なくとも二回以上、該レー
ザ光が照射する。そして、上記被加工表面に照射された
上記レーザ光は、上記加工対象物を上記加工予定孔に沿
って螺旋状に徐々に深く加工していき、貫通孔を形成す
る。さらに、上記ウエッジ光学基板を回転させるという
簡易な構成でレーザ光を走査できるので、例えばガルバ
ノミラーを用い複雑な制御を行ってレーザ光を走査する
構成に比べ、装置製造コストの低減を図ることが可能と
なる。
【００１７】請求項７の発明は、請求項６のレーザ加工
装置において、上記ウエッジ光学基板の回転位置を検出
する回転位置検出手段と、該回転位置検出手段の検出結
果に基づいて上記レーザ光の照射を制御する制御手段と
を有することを特徴とするものである。
装置において、上記ウエッジ光学基板の回転位置を検出
する回転位置検出手段と、該回転位置検出手段の検出結
果に基づいて上記レーザ光の照射を制御する制御手段と
を有することを特徴とするものである。
【００１８】この請求項７のレーザ加工装置では、上記
ウエッジ光学基板の回転位置を検出し、この検出結果に
基づいて上記レーザ光を照射することにより、上記被加
工表面の所定位置にレーザ光を照射することができる。
例えば、上記回転位置検出手段としてエンコーダを用
い、該エンコーダから出力されるパルス信号に同期させ
てレーザ光を照射し、上記加工予定孔を中心として所定
角度ずれた位置に順次レーザ光を照射して加工すること
が可能となる。
ウエッジ光学基板の回転位置を検出し、この検出結果に
基づいて上記レーザ光を照射することにより、上記被加
工表面の所定位置にレーザ光を照射することができる。
例えば、上記回転位置検出手段としてエンコーダを用
い、該エンコーダから出力されるパルス信号に同期させ
てレーザ光を照射し、上記加工予定孔を中心として所定
角度ずれた位置に順次レーザ光を照射して加工すること
が可能となる。
【００１９】請求項８の発明は、請求項５のレーザ加工
装置において、上記被加工表面に加工予定孔径よりも小
さいスポット径のレーザ光を照射するレーザ照射手段を
有し、該レーザ光の外周が上記加工対象物の加工予定孔
に内接した状態で該加工対象物を移動させ得るように上
記移動手段を構成したことを特徴とするものである。
装置において、上記被加工表面に加工予定孔径よりも小
さいスポット径のレーザ光を照射するレーザ照射手段を
有し、該レーザ光の外周が上記加工対象物の加工予定孔
に内接した状態で該加工対象物を移動させ得るように上
記移動手段を構成したことを特徴とするものである。
【００２０】この請求項８のレーザ加工装置では、請求
項３に関して述べたように、上記レーザ光の照射される
上記被加工表面の位置が移動するため、同一箇所を少な
くとも二回以上、該レーザ光が照射する。そして、上記
レーザ光が照射された上記被加工表面の部分は、上記加
工予定孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、
貫通孔が形成される。
項３に関して述べたように、上記レーザ光の照射される
上記被加工表面の位置が移動するため、同一箇所を少な
くとも二回以上、該レーザ光が照射する。そして、上記
レーザ光が照射された上記被加工表面の部分は、上記加
工予定孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、
貫通孔が形成される。
【００２１】請求項９の発明は、請求項８のレーザ加工
装置において、上記加工予定孔の中心を回転中心として
上記加工対象物を回転させる回転手段を用いて上記移動
手段を構成したことを特徴とするものである。
装置において、上記加工予定孔の中心を回転中心として
上記加工対象物を回転させる回転手段を用いて上記移動
手段を構成したことを特徴とするものである。
【００２２】この請求項９のレーザ加工装置では、請求
項４に関して述べたように、上記加工対象物を加工予定
孔を中心として回転することで、同一箇所を少なくとも
二回以上、該レーザ光が照射する。そして、上記レーザ
光が照射された上記被加工表面の部分は、上記加工予定
孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、貫通孔
が形成される。
項４に関して述べたように、上記加工対象物を加工予定
孔を中心として回転することで、同一箇所を少なくとも
二回以上、該レーザ光が照射する。そして、上記レーザ
光が照射された上記被加工表面の部分は、上記加工予定
孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、貫通孔
が形成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】〔実施形態１〕以下、本発明を固
体レーザであるＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット）レーザを用いたレーザ加工装置に適用した
一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る
レーザ加工装置の概略構成図である。
体レーザであるＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット）レーザを用いたレーザ加工装置に適用した
一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る
レーザ加工装置の概略構成図である。
【００２４】レーザ加工装置は、ＹＡＧレーザ装置１、
該ＹＡＧレーザ装置内部に配設された後述するウエッジ
光学基板を回転させるための回転駆動手段２、ワークを
保持するワーク保持手段３、ワークをＸ−Ｙ方向に移動
させるためのＸ−Ｙテーブル４、メインコントローラ５
から主に構成されている。
該ＹＡＧレーザ装置内部に配設された後述するウエッジ
光学基板を回転させるための回転駆動手段２、ワークを
保持するワーク保持手段３、ワークをＸ−Ｙ方向に移動
させるためのＸ−Ｙテーブル４、メインコントローラ５
から主に構成されている。
【００２５】図２は、上記ＹＡＧレーザ装置１とその制
御系統を示す概略構成図である。ＹＡＧレーザ装置１
は、ＹＡＧレーザ発振器１０と加工ヘッド１１とから構
成されている。ＹＡＧレーザ発振器１０は、適量のＮｄ
（ネオジウム）が添加されたＹＡＧの棒状結晶体である
レーザロッド及びこれの励起用のランプを内蔵するレー
ザチャンバ１２と、これから発せられる誘導放出光の光
路に沿って所定の距離を隔てて対向配置されたフロント
ミラー１３及びリアミラー１４を備えている。
御系統を示す概略構成図である。ＹＡＧレーザ装置１
は、ＹＡＧレーザ発振器１０と加工ヘッド１１とから構
成されている。ＹＡＧレーザ発振器１０は、適量のＮｄ
（ネオジウム）が添加されたＹＡＧの棒状結晶体である
レーザロッド及びこれの励起用のランプを内蔵するレー
ザチャンバ１２と、これから発せられる誘導放出光の光
路に沿って所定の距離を隔てて対向配置されたフロント
ミラー１３及びリアミラー１４を備えている。
【００２６】レーザチャンバ１２は、図中に一点鎖線に
て示す如く、誘導放出光を出射する。また、上記リアミ
ラー１４とレーザチャンバ１２との間に、シャッタ１５
とＱスイッチ１６とが取り付けてある。
て示す如く、誘導放出光を出射する。また、上記リアミ
ラー１４とレーザチャンバ１２との間に、シャッタ１５
とＱスイッチ１６とが取り付けてある。
【００２７】上記フロントミラー１３は、一部の光の透
過が可能な反射率を有するミラーであり、レーザチャン
バ１２から発せられる誘導放出光の光路にその鏡面の中
心を正対せしめて取り付けてある。上記リアミラー１４
は、実質的な全反射が可能な鏡面を有しており、上記フ
ロントミラー１３と対向するように取り付けてある。レ
ーザチャンバ１２から発せられる誘導放出光は、フロン
トミラー１３とリアミラー１４との間での多重反射の間
に増幅される。
過が可能な反射率を有するミラーであり、レーザチャン
バ１２から発せられる誘導放出光の光路にその鏡面の中
心を正対せしめて取り付けてある。上記リアミラー１４
は、実質的な全反射が可能な鏡面を有しており、上記フ
ロントミラー１３と対向するように取り付けてある。レ
ーザチャンバ１２から発せられる誘導放出光は、フロン
トミラー１３とリアミラー１４との間での多重反射の間
に増幅される。
【００２８】上記シャッタ１５は、レーザチャンバ１２
から発せられる誘導放出光の光路を遮断して、誘導放出
光の増幅を抑えるものである。上記Ｑスイッチ１６は、
フロントミラー１３とリアミラー１４との間での共振器
としてのメリット数（Ｑ値）を高め、励起原子の反転分
布を発生させ、高出力のレーザパルスを取り出す作用を
なすものである。なお、必要出力によっては、このＱス
イッチ１６を用いなくてもよい。
から発せられる誘導放出光の光路を遮断して、誘導放出
光の増幅を抑えるものである。上記Ｑスイッチ１６は、
フロントミラー１３とリアミラー１４との間での共振器
としてのメリット数（Ｑ値）を高め、励起原子の反転分
布を発生させ、高出力のレーザパルスを取り出す作用を
なすものである。なお、必要出力によっては、このＱス
イッチ１６を用いなくてもよい。
【００２９】なお、上記ＹＡＧレーザ発振器１０の構成
は一例であって、これに限られるものではない。他の構
成としては、例えばＬＤ励起を用いたものがある。
は一例であって、これに限られるものではない。他の構
成としては、例えばＬＤ励起を用いたものがある。
【００３０】前記加工ヘッド１１は、アパーチャ１１１
と、落射ミラー１１２と、ウエッジ光学基板１１３と、
該ウエッジ光学基板を保持するホルダ１１４と、集光レ
ンズ１１５とを備えている。この加工ヘッド１１は、上
記ウエッジ光学基板１１３を回転させて、加工予定孔の
外周に沿ってレーザ光を走査することに特徴を有してい
る。
と、落射ミラー１１２と、ウエッジ光学基板１１３と、
該ウエッジ光学基板を保持するホルダ１１４と、集光レ
ンズ１１５とを備えている。この加工ヘッド１１は、上
記ウエッジ光学基板１１３を回転させて、加工予定孔の
外周に沿ってレーザ光を走査することに特徴を有してい
る。
【００３１】上記アパーチャ１１１は、開口の面積を変
えることができるシャッタ機構を有する遮光板であり、
該開口の中心を前記ＹＡＧレーザ発振器１０から発せら
れるレーザ光の光路に合わせて取り付けてある。上記ウ
エッジ光学基板１１３は、基板の表裏両面が平面であっ
て、基板裏面（出射面）１１３ｂに微小なウエッジ角を
有する光学基板である。このウエッジ光学基板１１３の
基板表面（入射面）１１３ａに対し垂直にレーザ光を入
射すると、入射したレーザ光が微小角度屈折して基板裏
面１１３ｂから出射する。また、上記ホルダ１１４は円
筒形状をなしており、ウエッジ光学基板１１３の基板表
面１１３ａをレーザ光の光軸に対し垂直となるように支
持する。このホルダ１１４は一対のボールベアリング１
１６ａ，１１６ｂによって加工ヘッド１１のケース１１
７に回動可能に支持されており、ウエッジ光学基板１１
３に入射するレーザ光の光軸と同軸でウエッジ光学基板
１１３を回動することができるようになっている。ま
た、上記集光レンズ１１５はレーザ光をワークＷ上に集
光させて結像させるものである。
えることができるシャッタ機構を有する遮光板であり、
該開口の中心を前記ＹＡＧレーザ発振器１０から発せら
れるレーザ光の光路に合わせて取り付けてある。上記ウ
エッジ光学基板１１３は、基板の表裏両面が平面であっ
て、基板裏面（出射面）１１３ｂに微小なウエッジ角を
有する光学基板である。このウエッジ光学基板１１３の
基板表面（入射面）１１３ａに対し垂直にレーザ光を入
射すると、入射したレーザ光が微小角度屈折して基板裏
面１１３ｂから出射する。また、上記ホルダ１１４は円
筒形状をなしており、ウエッジ光学基板１１３の基板表
面１１３ａをレーザ光の光軸に対し垂直となるように支
持する。このホルダ１１４は一対のボールベアリング１
１６ａ，１１６ｂによって加工ヘッド１１のケース１１
７に回動可能に支持されており、ウエッジ光学基板１１
３に入射するレーザ光の光軸と同軸でウエッジ光学基板
１１３を回動することができるようになっている。ま
た、上記集光レンズ１１５はレーザ光をワークＷ上に集
光させて結像させるものである。
【００３２】前記回転駆動手段２は、ステッピングモー
タ２１と、該ステッピングモータの回転制御を行うステ
ッピングモータドライバ２２と、ステッピングモータコ
ントローラ２３と、該ステッピングモータの駆動力を伝
達する駆動ギヤ２４と、従動ギヤ２５とを備えている。
上記ステッピングモータ２１はモータ本体２６と、減速
器であるギヤヘッド２７と、駆動ロータ（不図示）の回
転位置を検出するエンコーダ２８とからなる。モータ本
体２６は、例えば５相励磁で基本ステップ角０．７２
[°]のステッピングモータを用いることができる。モー
タ本体２６の回転はギヤヘッド２７により減速されて駆
動ギヤ２４を回転させる。この駆動ギヤ２４は前記ホル
ダ１１４に固設された従動ギヤ２５と噛み合っていて、
ホルダ１１４に保持されたウエッジ光学基板１１３を回
転させるようになっている。なお、上記駆動ギヤ２４と
従動ギヤ２５とは、駆動力を滑らかに且つ静粛に伝達す
るために、ハス歯歯車を用いることが望ましい。上記ス
テッピングモータドライバ２２はモータ本体２６内部の
巻線へ電流を流すための制御回路である。また、ステッ
ピングモータコントローラ２３はステッピングモータ２
１を制御するためのパルス信号を出力する回路である。
タ２１と、該ステッピングモータの回転制御を行うステ
ッピングモータドライバ２２と、ステッピングモータコ
ントローラ２３と、該ステッピングモータの駆動力を伝
達する駆動ギヤ２４と、従動ギヤ２５とを備えている。
上記ステッピングモータ２１はモータ本体２６と、減速
器であるギヤヘッド２７と、駆動ロータ（不図示）の回
転位置を検出するエンコーダ２８とからなる。モータ本
体２６は、例えば５相励磁で基本ステップ角０．７２
[°]のステッピングモータを用いることができる。モー
タ本体２６の回転はギヤヘッド２７により減速されて駆
動ギヤ２４を回転させる。この駆動ギヤ２４は前記ホル
ダ１１４に固設された従動ギヤ２５と噛み合っていて、
ホルダ１１４に保持されたウエッジ光学基板１１３を回
転させるようになっている。なお、上記駆動ギヤ２４と
従動ギヤ２５とは、駆動力を滑らかに且つ静粛に伝達す
るために、ハス歯歯車を用いることが望ましい。上記ス
テッピングモータドライバ２２はモータ本体２６内部の
巻線へ電流を流すための制御回路である。また、ステッ
ピングモータコントローラ２３はステッピングモータ２
１を制御するためのパルス信号を出力する回路である。
【００３３】上記構成の回転駆動手段２において、ステ
ッピングモータ２１の回転駆動中はオープンモードで制
御を行うが、駆動ロータ（不図示）の回転位置をエンコ
ーダ２８が検出し、サーボモータと同様に回転速度及び
回転量の情報を監視している。そして、脱調しそうにな
ると即座にクローズドモードに切り替えて制御を行い、
脱調を防ぐようになっている。これにより、上記ウエッ
ジ光学基板１１３を所望の回転速度で安定して回転する
ことができる。
ッピングモータ２１の回転駆動中はオープンモードで制
御を行うが、駆動ロータ（不図示）の回転位置をエンコ
ーダ２８が検出し、サーボモータと同様に回転速度及び
回転量の情報を監視している。そして、脱調しそうにな
ると即座にクローズドモードに切り替えて制御を行い、
脱調を防ぐようになっている。これにより、上記ウエッ
ジ光学基板１１３を所望の回転速度で安定して回転する
ことができる。
【００３４】前記ワーク保持手段３は、図１に示すよう
に、一対のワーク保持部材３１，３２と、一対のワーク
押え３３，３４とからなる。一対のワーク保持部材３
１，３２にワークＷを載置し、図中左側のワーク保持部
材３１の段差部３１ａでワークＷを位置決めした後、一
対のワーク押え３３，３４でワークＷを固定して保持す
る。
に、一対のワーク保持部材３１，３２と、一対のワーク
押え３３，３４とからなる。一対のワーク保持部材３
１，３２にワークＷを載置し、図中左側のワーク保持部
材３１の段差部３１ａでワークＷを位置決めした後、一
対のワーク押え３３，３４でワークＷを固定して保持す
る。
【００３５】前記Ｘ−Ｙテーブル４は、Ｘ−Ｙテーブル
本体４１と、該Ｘ−Ｙテーブル本体を制御するＸ−Ｙテ
ーブルコントローラ４２とから主に構成されている。Ｘ
−Ｙテーブル本体４１には、上記ワーク保持手段３の一
対のワーク保持部材３１，３２が固設されている。
本体４１と、該Ｘ−Ｙテーブル本体を制御するＸ−Ｙテ
ーブルコントローラ４２とから主に構成されている。Ｘ
−Ｙテーブル本体４１には、上記ワーク保持手段３の一
対のワーク保持部材３１，３２が固設されている。
【００３６】前記メインコントローラ５は、レーザ加工
装置全体を制御するものであり、ＹＡＧレーザ装置１、
ステッピングモータコントローラ２３、Ｘ−Ｙテーブル
コントローラ４２が接続されている。
装置全体を制御するものであり、ＹＡＧレーザ装置１、
ステッピングモータコントローラ２３、Ｘ−Ｙテーブル
コントローラ４２が接続されている。
【００３７】次に、上記構成のレーザ加工装置によっ
て、ワークＷとして外径φ１００[ｍｍ]、厚さ０．８
[ｍｍ]の円板状のセラミックス板に、内径φ６００[μ
ｍ]の貫通孔の加工を行う場合について説明する。
て、ワークＷとして外径φ１００[ｍｍ]、厚さ０．８
[ｍｍ]の円板状のセラミックス板に、内径φ６００[μ
ｍ]の貫通孔の加工を行う場合について説明する。
【００３８】まず加工準備として、ワークＷを一対のワ
ーク保持部材３１，３２に載置し、図中左側のワーク保
持部材３１の段差部３１ａで位置決めした後、一対のワ
ーク押え３３，３４で押えて固定する。そして、メイン
コントローラ５に貫通孔の加工径、個数及び加工位置等
の加工情報を入力する。以上で加工準備が完了する。
ーク保持部材３１，３２に載置し、図中左側のワーク保
持部材３１の段差部３１ａで位置決めした後、一対のワ
ーク押え３３，３４で押えて固定する。そして、メイン
コントローラ５に貫通孔の加工径、個数及び加工位置等
の加工情報を入力する。以上で加工準備が完了する。
【００３９】上記加工準備が完了したら、メインコント
ローラ５の図示しない加工開始スイッチを押圧すること
によってレーザ加工が開始する。すると、上記加工ヘッ
ド１１のアパーチャ１１１（図２参照）は、ワークＷ上
にφ１００[μｍ]のレーザ光Ｌを照射するように自動的
に調整される。また、Ｘ−Ｙテーブル４によって最初の
貫通孔を加工する位置にレーザ光Ｌが結像するようにワ
ークＷが位置決めされる。
ローラ５の図示しない加工開始スイッチを押圧すること
によってレーザ加工が開始する。すると、上記加工ヘッ
ド１１のアパーチャ１１１（図２参照）は、ワークＷ上
にφ１００[μｍ]のレーザ光Ｌを照射するように自動的
に調整される。また、Ｘ−Ｙテーブル４によって最初の
貫通孔を加工する位置にレーザ光Ｌが結像するようにワ
ークＷが位置決めされる。
【００４０】そして、図２において、上記ＹＡＧレーザ
発振器１０のレーザチャンバ１２から発せられる誘導放
出光は、フロントミラー１３とリアミラー１４との間を
往復する間に、Ｑスイッチ１６の作用を受け、フロント
ミラー１３を経て加工ヘッド１１のアパーチャ１１１に
レーザ光として送り出される。アパーチャ１１１を通過
したレーザ光は落射ミラー１１２で光路を９０度折り曲
げられた後にウエッジ光学基板１１３に入射する。レー
ザ光の入射に先立って上記ウエッジ光学基板１１３は回
転駆動手段２によって回転している。このため、ウエッ
ジ光学基板１１３に入射したレーザ光は、光路が微小角
度屈折して出射し、集光レンズ１１５に入射する。集光
レンズ１１５に入射したレーザ光は、集光されてφ１０
０[μｍ]のスポット径を持ったレーザ光Ｌとなってワー
クＷに対しパルス状に断続的に照射される。このとき、
上記レーザ光Ｌのスポット外周は加工予定孔に内接しな
がら該加工予定孔に沿って走査される。
発振器１０のレーザチャンバ１２から発せられる誘導放
出光は、フロントミラー１３とリアミラー１４との間を
往復する間に、Ｑスイッチ１６の作用を受け、フロント
ミラー１３を経て加工ヘッド１１のアパーチャ１１１に
レーザ光として送り出される。アパーチャ１１１を通過
したレーザ光は落射ミラー１１２で光路を９０度折り曲
げられた後にウエッジ光学基板１１３に入射する。レー
ザ光の入射に先立って上記ウエッジ光学基板１１３は回
転駆動手段２によって回転している。このため、ウエッ
ジ光学基板１１３に入射したレーザ光は、光路が微小角
度屈折して出射し、集光レンズ１１５に入射する。集光
レンズ１１５に入射したレーザ光は、集光されてφ１０
０[μｍ]のスポット径を持ったレーザ光Ｌとなってワー
クＷに対しパルス状に断続的に照射される。このとき、
上記レーザ光Ｌのスポット外周は加工予定孔に内接しな
がら該加工予定孔に沿って走査される。
【００４１】ここで、本実施形態に係るレーザ加工装置
は、上記ステッピングモータ２１のエンコーダ２８で検
出した駆動ロータ（不図示）の回転位置情報を用いて、
メインコントローラ５で演算処理を行い、駆動ロータの
回転位置すなわちウエッジ光学基板１１３の回転位置
と、レーザ発振器１０のＱスイッチ１６とを同期させて
レーザ光を照射する構成になっている。この構成を採用
することで、例えば、エンコーダ２８から出力されるパ
ルス信号に同期させてレーザ光を出射する制御を行うこ
とができる。あるいは、パルス信号をカウントし、あら
かじめ設定したパルス数をカウントしたらレーザ光を出
射する制御等を行うことができる。よって、上記加工予
定孔を中心として所定角度ずれた位置に順次レーザ光Ｌ
を照射して加工することができる。従って、微細な加工
を行うことができ、加工面をより滑らかに仕上げること
が可能となる。
は、上記ステッピングモータ２１のエンコーダ２８で検
出した駆動ロータ（不図示）の回転位置情報を用いて、
メインコントローラ５で演算処理を行い、駆動ロータの
回転位置すなわちウエッジ光学基板１１３の回転位置
と、レーザ発振器１０のＱスイッチ１６とを同期させて
レーザ光を照射する構成になっている。この構成を採用
することで、例えば、エンコーダ２８から出力されるパ
ルス信号に同期させてレーザ光を出射する制御を行うこ
とができる。あるいは、パルス信号をカウントし、あら
かじめ設定したパルス数をカウントしたらレーザ光を出
射する制御等を行うことができる。よって、上記加工予
定孔を中心として所定角度ずれた位置に順次レーザ光Ｌ
を照射して加工することができる。従って、微細な加工
を行うことができ、加工面をより滑らかに仕上げること
が可能となる。
【００４２】図３（ａ）〜（ｅ）は、レーザ光Ｌによる
ワークＷの加工状態を経時的に示した説明図である。図
３（ａ）において、上記ウエッジ光学基板１１３によ
り、上記レーザ光Ｌはその光軸中心が加工予定孔の中心
に対して２５０[μｍ]ずれた位置に照射される。また、
図３（ｂ）において、ウエッジ光学基板１１３の回転に
より、レーザ光Ｌは加工予定孔の中心から半径２５０
[μｍ]の円周に沿って走査され照射位置が移動する。そ
して、図３（ｃ）に示すように、ワークＷの加工部位は
螺旋状に徐々に深く加工されていく。ワークＷの裏側の
面まで貫通すると、図３（ｄ）に示すように、レーザ光
が照射された部分の内側がワークＷから分離して落下す
る。そして、図３（ｅ）に示すように、ワークＷにφ６
００[μｍ]の貫通孔が形成される。
ワークＷの加工状態を経時的に示した説明図である。図
３（ａ）において、上記ウエッジ光学基板１１３によ
り、上記レーザ光Ｌはその光軸中心が加工予定孔の中心
に対して２５０[μｍ]ずれた位置に照射される。また、
図３（ｂ）において、ウエッジ光学基板１１３の回転に
より、レーザ光Ｌは加工予定孔の中心から半径２５０
[μｍ]の円周に沿って走査され照射位置が移動する。そ
して、図３（ｃ）に示すように、ワークＷの加工部位は
螺旋状に徐々に深く加工されていく。ワークＷの裏側の
面まで貫通すると、図３（ｄ）に示すように、レーザ光
が照射された部分の内側がワークＷから分離して落下す
る。そして、図３（ｅ）に示すように、ワークＷにφ６
００[μｍ]の貫通孔が形成される。
【００４３】上述したように、ウエッジ光学基板１１３
を回転させて加工予定孔径（φ６００[μｍ]）に比べて
小さなスポット径（φ１００[μｍ]）のレーザ光Ｌを走
査し、ワークＷの加工部位を螺旋状に加工することで、
加工部位のクラックの発生を防止することができる。ま
た、加工部位へのドロスの付着を低減することができ
る。これらの理由について説明する。上記ウエッジ光学
基板１１３を回転させることで、上記加工予定孔径（φ
６００[μｍ]）よりも小さなスポット径（φ１００[μ
ｍ]）のレーザ光Ｌが、該レーザ光のスポット外周が該
加工予定孔に内接しながら該加工予定孔に沿って走査さ
れワークＷの被加工表面に照射される。上記被加工表面
に照射された上記レーザ光Ｌは、上記ワークＷを上記加
工予定孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工していき、貫
通孔を形成する。このとき、上記レーザ光Ｌの照射位置
が移動し、同一箇所を二回以上レーザ光Ｌで照射する。
よって、同一箇所を一回で加工する場合、例えば加工予
定孔径よりも小さいスポット径のレーザ光を用い加工予
定孔に沿ってワークを切断して貫通孔を加工する場合に
比べ、同一箇所への一回当たりのレーザ照射時間を短く
できる。これにより、同一箇所を一回で加工する場合に
比べ、加工部位の温度上昇を抑えることができる。従っ
て、加工部位の熱膨張を低減し、該加工部位に掛かるス
トレスを小さくできるので、クラックの発生を防止する
ことができる。また、上述したように加工部位の温度上
昇を抑えることで、ドロスの発生自体が抑えられ、加工
部位へのドロスの付着を低減することができる。また、
レーザ光Ｌはその断面において光軸中心部が最もレーザ
エネルギが大きく、光軸中心から離れた外周部に近づく
につれてレーザエネルギは徐々に減少していく。よっ
て、レーザ光Ｌの照射位置が移動することで、レーザエ
ネルギの大きな光軸中心部のレーザで荒加工した後に、
レーザエネルギの小さい外周部でならし加工を行うこと
になり、該荒加工後に加工部位にドロスが付着していた
としても、該ならし加工で該ドロスを除去することがで
きる。このように、ドロスを良好に除去できるため、加
工面を滑らかに仕上げることができる。
を回転させて加工予定孔径（φ６００[μｍ]）に比べて
小さなスポット径（φ１００[μｍ]）のレーザ光Ｌを走
査し、ワークＷの加工部位を螺旋状に加工することで、
加工部位のクラックの発生を防止することができる。ま
た、加工部位へのドロスの付着を低減することができ
る。これらの理由について説明する。上記ウエッジ光学
基板１１３を回転させることで、上記加工予定孔径（φ
６００[μｍ]）よりも小さなスポット径（φ１００[μ
ｍ]）のレーザ光Ｌが、該レーザ光のスポット外周が該
加工予定孔に内接しながら該加工予定孔に沿って走査さ
れワークＷの被加工表面に照射される。上記被加工表面
に照射された上記レーザ光Ｌは、上記ワークＷを上記加
工予定孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工していき、貫
通孔を形成する。このとき、上記レーザ光Ｌの照射位置
が移動し、同一箇所を二回以上レーザ光Ｌで照射する。
よって、同一箇所を一回で加工する場合、例えば加工予
定孔径よりも小さいスポット径のレーザ光を用い加工予
定孔に沿ってワークを切断して貫通孔を加工する場合に
比べ、同一箇所への一回当たりのレーザ照射時間を短く
できる。これにより、同一箇所を一回で加工する場合に
比べ、加工部位の温度上昇を抑えることができる。従っ
て、加工部位の熱膨張を低減し、該加工部位に掛かるス
トレスを小さくできるので、クラックの発生を防止する
ことができる。また、上述したように加工部位の温度上
昇を抑えることで、ドロスの発生自体が抑えられ、加工
部位へのドロスの付着を低減することができる。また、
レーザ光Ｌはその断面において光軸中心部が最もレーザ
エネルギが大きく、光軸中心から離れた外周部に近づく
につれてレーザエネルギは徐々に減少していく。よっ
て、レーザ光Ｌの照射位置が移動することで、レーザエ
ネルギの大きな光軸中心部のレーザで荒加工した後に、
レーザエネルギの小さい外周部でならし加工を行うこと
になり、該荒加工後に加工部位にドロスが付着していた
としても、該ならし加工で該ドロスを除去することがで
きる。このように、ドロスを良好に除去できるため、加
工面を滑らかに仕上げることができる。
【００４４】そして、最初の貫通孔の加工が終了する
と、次の加工部位の加工を行うためにＸ−Ｙテーブル４
を動作させてワークＷを再度位置決めし、上記加工工程
を繰り返す。これにより、複数の貫通孔を効率よくレー
ザ加工することができる。
と、次の加工部位の加工を行うためにＸ−Ｙテーブル４
を動作させてワークＷを再度位置決めし、上記加工工程
を繰り返す。これにより、複数の貫通孔を効率よくレー
ザ加工することができる。
【００４５】以上説明したように、ウエッジ光学基板１
１３を回転させて加工予定孔径に比べて小さなスポット
径のレーザ光Ｌを走査し、ワークＷの加工部位を螺旋状
に加工するという簡単な方法で、加工部位のクラックの
発生を防止することができる。また、加工部位へのドロ
スの付着を低減することもできる。さらに、加工予定孔
の断面積に相当するスポット径のレーザ光を照射して加
工する場合に比べ、レーザ照射して加工する部分の断面
積が小さくてすみ、レーザ光源のパワーを小さくするこ
とができる。
１３を回転させて加工予定孔径に比べて小さなスポット
径のレーザ光Ｌを走査し、ワークＷの加工部位を螺旋状
に加工するという簡単な方法で、加工部位のクラックの
発生を防止することができる。また、加工部位へのドロ
スの付着を低減することもできる。さらに、加工予定孔
の断面積に相当するスポット径のレーザ光を照射して加
工する場合に比べ、レーザ照射して加工する部分の断面
積が小さくてすみ、レーザ光源のパワーを小さくするこ
とができる。
【００４６】なお、上記実施形態では、ＹＡＧレーザを
用いてワークＷを加工する構成について説明したが、こ
れに限られるものではなく、ＣＯ２レーザやエキシマレ
ーザを用いることもできる。また、ワークＷに複数箇所
の加工を行わない場合や、作業者がその都度ワークＷの
位置決めを行って複数箇所の加工を行う場合には、上記
Ｘ−Ｙテーブル４を設けなくてもよい。また、ワークＷ
としてセラミックス板を加工した例について説明した
が、これに限られるものではなくレーザの照射により加
工部位にクラックが生じ易い材質のもの、例えばプラス
チック材料や金属材料を加工することも可能である。さ
らに、ワークＷの板厚（０．８[ｍｍ]）や貫通孔の径
（φ６００[μｍ]）は加工の一例であって、これらに限
られるものではない。
用いてワークＷを加工する構成について説明したが、こ
れに限られるものではなく、ＣＯ２レーザやエキシマレ
ーザを用いることもできる。また、ワークＷに複数箇所
の加工を行わない場合や、作業者がその都度ワークＷの
位置決めを行って複数箇所の加工を行う場合には、上記
Ｘ−Ｙテーブル４を設けなくてもよい。また、ワークＷ
としてセラミックス板を加工した例について説明した
が、これに限られるものではなくレーザの照射により加
工部位にクラックが生じ易い材質のもの、例えばプラス
チック材料や金属材料を加工することも可能である。さ
らに、ワークＷの板厚（０．８[ｍｍ]）や貫通孔の径
（φ６００[μｍ]）は加工の一例であって、これらに限
られるものではない。
【００４７】また、上記実施形態では、ウエッジ光学基
板１１３を回転させるための回転駆動手段２において、
駆動源としてステッピングモータ２１を用い、駆動ロー
タ（不図示）の回転位置を検出するためにエンコーダ２
８を備えた構成（図２参照）について説明したが、駆動
源としてエンコーダを内臓したサーボモータを用いて構
成しても同様の回転制御を行うことができる。また、イ
ンダクションモータとエンコーダとを組合わせた構成と
してもよい。
板１１３を回転させるための回転駆動手段２において、
駆動源としてステッピングモータ２１を用い、駆動ロー
タ（不図示）の回転位置を検出するためにエンコーダ２
８を備えた構成（図２参照）について説明したが、駆動
源としてエンコーダを内臓したサーボモータを用いて構
成しても同様の回転制御を行うことができる。また、イ
ンダクションモータとエンコーダとを組合わせた構成と
してもよい。
【００４８】〔実施形態２〕上記実施形態１では、ウエ
ッジ光学基板１１３を回転させてレーザ光Ｌを走査しワ
ークＷの加工部位を螺旋状に加工する構成について説明
したが、レーザ光Ｌを走査させずワークＷを回転させる
構成とすることもできる。図４は、本実施形態に係るレ
ーザ加工装置の概略構成図である。
ッジ光学基板１１３を回転させてレーザ光Ｌを走査しワ
ークＷの加工部位を螺旋状に加工する構成について説明
したが、レーザ光Ｌを走査させずワークＷを回転させる
構成とすることもできる。図４は、本実施形態に係るレ
ーザ加工装置の概略構成図である。
【００４９】本実施形態に係るレーザ加工装置は、ＹＡ
Ｇレーザ装置６、ワークを回転させるためのワーク回転
手段７、ワークを手動でＸ−Ｙ方向に移動させるための
手動Ｘ−Ｙテーブル８、ワークを保持するワーク保持手
段３、メインコントローラ５から主に構成されている。
Ｇレーザ装置６、ワークを回転させるためのワーク回転
手段７、ワークを手動でＸ−Ｙ方向に移動させるための
手動Ｘ−Ｙテーブル８、ワークを保持するワーク保持手
段３、メインコントローラ５から主に構成されている。
【００５０】上記ＹＡＧレーザ装置６は、図５に示すよ
うに、ＹＡＧレーザ発振器６０と加工ヘッド６１とから
構成されている。ＹＡＧレーザ発振器６０は、上記実施
形態１で説明したＹＡＧレーザ発振器１０（図２参照）
と同じ構成なので説明は省略する。上記加工ヘッド６１
は、アパーチャ１１１と、落射ミラー１１２と、集光レ
ンズ１１５とから主に構成されており、上記実施形態１
で説明したウエッジ光学基板や該ウエッジ光学基板を回
転させるための回転駆動手段がなく、簡易な構成となっ
ている。上記ワーク回転手段７は、図４に示すように、
ターンテーブル７１と、該ターンテーブルを回転させる
回転駆動機構７２とからなる。回転駆動機構７２に配設
されたモータはメインコントローラ５に接続しており、
オンオフ制御がなされる。上記手動Ｘ−Ｙテーブル８
は、直線運動する一対のリニアスライドテーブル８１
ｘ，８１ｙを互いに直交させて組立てた構成となってい
る。各リニアスライドテーブル８１ｘ，８１ｙにはそれ
ぞれマイクロヘッド８２ｘ，８２ｙが設けられており、
手動でワークＷをＸ−Ｙ方向に数[μｍ]の精度で位置決
めできるようになっている。
うに、ＹＡＧレーザ発振器６０と加工ヘッド６１とから
構成されている。ＹＡＧレーザ発振器６０は、上記実施
形態１で説明したＹＡＧレーザ発振器１０（図２参照）
と同じ構成なので説明は省略する。上記加工ヘッド６１
は、アパーチャ１１１と、落射ミラー１１２と、集光レ
ンズ１１５とから主に構成されており、上記実施形態１
で説明したウエッジ光学基板や該ウエッジ光学基板を回
転させるための回転駆動手段がなく、簡易な構成となっ
ている。上記ワーク回転手段７は、図４に示すように、
ターンテーブル７１と、該ターンテーブルを回転させる
回転駆動機構７２とからなる。回転駆動機構７２に配設
されたモータはメインコントローラ５に接続しており、
オンオフ制御がなされる。上記手動Ｘ−Ｙテーブル８
は、直線運動する一対のリニアスライドテーブル８１
ｘ，８１ｙを互いに直交させて組立てた構成となってい
る。各リニアスライドテーブル８１ｘ，８１ｙにはそれ
ぞれマイクロヘッド８２ｘ，８２ｙが設けられており、
手動でワークＷをＸ−Ｙ方向に数[μｍ]の精度で位置決
めできるようになっている。
【００５１】次に、上記構成のレーザ加工装置によっ
て、ワークＷとして外径φ１００[ｍｍ]、厚さ０．８
[ｍｍ]の円板状のセラミックス板に、内径φ６００[μ
ｍ]の貫通孔の加工を行う場合について説明する。
て、ワークＷとして外径φ１００[ｍｍ]、厚さ０．８
[ｍｍ]の円板状のセラミックス板に、内径φ６００[μ
ｍ]の貫通孔の加工を行う場合について説明する。
【００５２】まず、ワーク保持手段３でワークＷを保持
した後に、手動Ｘ−Ｙテーブル８でワークＷをＸ−Ｙ方
向に移動させ、所定位置にレーザ光Ｌを照射すべくワー
クＷを位置決めする。ワークＷの位置決め後、各マイク
ロヘッド８２ｘ，８２ｙの図示しないロック機構により
各リニアスライドテーブル８１ｘ，８１ｙの位置を固定
する。そして、メインコントローラ５に、ワークＷに対
して照射するレーザ光Ｌのスポット径等の加工情報を入
力し、該メインコントローラの図示しない加工開始スイ
ッチを押圧する。
した後に、手動Ｘ−Ｙテーブル８でワークＷをＸ−Ｙ方
向に移動させ、所定位置にレーザ光Ｌを照射すべくワー
クＷを位置決めする。ワークＷの位置決め後、各マイク
ロヘッド８２ｘ，８２ｙの図示しないロック機構により
各リニアスライドテーブル８１ｘ，８１ｙの位置を固定
する。そして、メインコントローラ５に、ワークＷに対
して照射するレーザ光Ｌのスポット径等の加工情報を入
力し、該メインコントローラの図示しない加工開始スイ
ッチを押圧する。
【００５３】すると、上記加工ヘッド６１のアパーチャ
１１１（図５参照）は、ワークＷの被加工面にスポット
径φ１００[μｍ]のレーザ光Ｌを照射するように自動的
に調整される。また、ワーク回転手段７のターンテーブ
ル７１が回転駆動機構７２によって回転を開始し、ター
ンテーブル７１と、手動Ｘ−Ｙテーブル８と、ワーク保
持手段３とが一体で回転する。ワーク保持手段３にはワ
ークＷが保持されているため、ワークＷも共に回転す
る。レーザ光Ｌは、図６に示すように、ワークＷの回転
中心ＷＣに対し、その光軸中心ＬＣが２５０[μｍ]ずれ
た位置に照射され、ワークＷの加工部位を螺旋状に加工
する。よって、上記実施形態１で説明したように、加工
部位のクラックの発生を防止することができるととも
に、加工部位へのドロスの付着を低減することができ
る。また、加工予定孔の断面積に相当するスポット径の
レーザ光を照射して加工する場合に比べ、レーザ光源の
パワーを小さくすることができる。なお、図６に示すよ
うに、ワークＷの回転中心ＷＣと、レーザ光Ｌの光軸中
心ＬＣとのずれ量と、レーザ光Ｌのスポット径とによっ
て、ワークＷに加工する貫通孔の径を所望の孔径とする
ことができる。
１１１（図５参照）は、ワークＷの被加工面にスポット
径φ１００[μｍ]のレーザ光Ｌを照射するように自動的
に調整される。また、ワーク回転手段７のターンテーブ
ル７１が回転駆動機構７２によって回転を開始し、ター
ンテーブル７１と、手動Ｘ−Ｙテーブル８と、ワーク保
持手段３とが一体で回転する。ワーク保持手段３にはワ
ークＷが保持されているため、ワークＷも共に回転す
る。レーザ光Ｌは、図６に示すように、ワークＷの回転
中心ＷＣに対し、その光軸中心ＬＣが２５０[μｍ]ずれ
た位置に照射され、ワークＷの加工部位を螺旋状に加工
する。よって、上記実施形態１で説明したように、加工
部位のクラックの発生を防止することができるととも
に、加工部位へのドロスの付着を低減することができ
る。また、加工予定孔の断面積に相当するスポット径の
レーザ光を照射して加工する場合に比べ、レーザ光源の
パワーを小さくすることができる。なお、図６に示すよ
うに、ワークＷの回転中心ＷＣと、レーザ光Ｌの光軸中
心ＬＣとのずれ量と、レーザ光Ｌのスポット径とによっ
て、ワークＷに加工する貫通孔の径を所望の孔径とする
ことができる。
【００５４】なお、上記実施形態２では、ワークＷを回
転させて螺旋状にレーザ加工する構成について説明した
が、電気的に制御されたＸ−Ｙテーブルを用いてワーク
を平行移動させて螺旋状にレーザ加工する構成とするこ
ともできる。例えば、図１のレーザ加工装置において、
前記ウエッジ光学基板を回転させるための回転駆動手段
２を停止させた状態で、レーザ光Ｌを照射しながら、Ｘ
−Ｙテーブル本体４１をＸ−Ｙ方向に移動させ、レーザ
光ＬがワークＷに対し加工予定孔に沿った円弧を描くよ
うにワークＷを移動させる。これにより、ワークＷの加
工部位が螺旋状に加工され、上記実施形態２で説明した
のとほぼ同様の効果が得られる。
転させて螺旋状にレーザ加工する構成について説明した
が、電気的に制御されたＸ−Ｙテーブルを用いてワーク
を平行移動させて螺旋状にレーザ加工する構成とするこ
ともできる。例えば、図１のレーザ加工装置において、
前記ウエッジ光学基板を回転させるための回転駆動手段
２を停止させた状態で、レーザ光Ｌを照射しながら、Ｘ
−Ｙテーブル本体４１をＸ−Ｙ方向に移動させ、レーザ
光ＬがワークＷに対し加工予定孔に沿った円弧を描くよ
うにワークＷを移動させる。これにより、ワークＷの加
工部位が螺旋状に加工され、上記実施形態２で説明した
のとほぼ同様の効果が得られる。
【００５５】
【発明の効果】請求項１乃至９の発明によれば、上記レ
ーザ光を走査し、もしくは、上記加工対象物を移動させ
ることにより、同一箇所に少なくとも二回以上、該レー
ザ光を照射して加工する。このような簡易な加工方法
で、上記加工部位のクラックの発生を防止することがで
きるという優れた効果がある。また、上記加工部位への
ドロスの付着を低減することができるという優れた効果
もある。
ーザ光を走査し、もしくは、上記加工対象物を移動させ
ることにより、同一箇所に少なくとも二回以上、該レー
ザ光を照射して加工する。このような簡易な加工方法
で、上記加工部位のクラックの発生を防止することがで
きるという優れた効果がある。また、上記加工部位への
ドロスの付着を低減することができるという優れた効果
もある。
【００５６】特に、請求項２及び６の発明によれば、上
記ウエッジ光学基板を回転させることにより、上記加工
予定孔径よりも小さなスポット径のレーザ光を走査し、
上記加工対象物を上記加工予定孔に沿って螺旋状に徐々
に深く加工していき、貫通孔を形成することができると
いう優れた効果がある。
記ウエッジ光学基板を回転させることにより、上記加工
予定孔径よりも小さなスポット径のレーザ光を走査し、
上記加工対象物を上記加工予定孔に沿って螺旋状に徐々
に深く加工していき、貫通孔を形成することができると
いう優れた効果がある。
【００５７】特に、請求項３、４、８、及び９の発明に
よれば、上記レーザ光の外周が上記加工予定孔に内接し
た状態で上記加工対象物を移動させることにより、上記
被加工表面の位置が移動し、同一箇所を少なくとも二回
以上、該レーザ光が照射する。そして、上記レーザ光が
照射された上記被加工表面の部分は、上記加工予定孔に
沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、貫通孔を形
成することができるという優れた効果がある。
よれば、上記レーザ光の外周が上記加工予定孔に内接し
た状態で上記加工対象物を移動させることにより、上記
被加工表面の位置が移動し、同一箇所を少なくとも二回
以上、該レーザ光が照射する。そして、上記レーザ光が
照射された上記被加工表面の部分は、上記加工予定孔に
沿って螺旋状に徐々に深く加工されていき、貫通孔を形
成することができるという優れた効果がある。
【００５８】特に、請求項４及び９の発明によれば、上
記加工対象物を回転させることで、上記加工予定孔径よ
りも小さなスポット径のレーザ光が、上記加工対象物を
上記加工予定孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工してい
き、貫通孔を形成することができるという優れた効果が
ある。
記加工対象物を回転させることで、上記加工予定孔径よ
りも小さなスポット径のレーザ光が、上記加工対象物を
上記加工予定孔に沿って螺旋状に徐々に深く加工してい
き、貫通孔を形成することができるという優れた効果が
ある。
【００５９】特に、請求項６の発明によれば、上記ウエ
ッジ光学基板を回転させるという簡易な構成でレーザ光
を走査できるので、例えばガルバノミラーを用い複雑な
制御を行ってレーザ光を走査する場合に比べ、装置製造
コストの低減を図ることが可能となるという優れた効果
がある。
ッジ光学基板を回転させるという簡易な構成でレーザ光
を走査できるので、例えばガルバノミラーを用い複雑な
制御を行ってレーザ光を走査する場合に比べ、装置製造
コストの低減を図ることが可能となるという優れた効果
がある。
【００６０】特に、請求項７の発明によれば、上記ウエ
ッジ光学基板の回転位置を検出し、この検出結果に基づ
いて上記レーザ光を照射することにより、上記被加工表
面の所定の位置にレーザ光を照射することができる。よ
って、微細な加工を行うことができ、加工面をより滑ら
かに仕上げることが可能になるという優れた効果があ
る。
ッジ光学基板の回転位置を検出し、この検出結果に基づ
いて上記レーザ光を照射することにより、上記被加工表
面の所定の位置にレーザ光を照射することができる。よ
って、微細な加工を行うことができ、加工面をより滑ら
かに仕上げることが可能になるという優れた効果があ
る。
【図１】実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】ＹＡＧレーザ装置の概略構成図。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、レーザ光でワークを螺旋状
に加工するときの断面の説明図。
に加工するときの断面の説明図。
【図４】他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成
図。
図。
【図５】他の実施形態に係るＹＡＧレーザ装置の概略構
成図。
成図。
【図６】他の実施形態に係るＹＡＧレーザ装置でワーク
にレーザ光を照射したときの説明図。
にレーザ光を照射したときの説明図。
１、６ ＹＡＧレーザ装置 ２ ウエッジ光学基板の回転駆動手段 ３ ワーク保持手段 ４ Ｘ−Ｙテーブル ５ メインコントローラ ７ ワーク回転手段 ８ 手動Ｘ−Ｙテーブル １０、６０ ＹＡＧレーザ発振器 １１、６１ 加工ヘッド ２１ ステッピングモータ ２６ モータ本体 ２７ ギヤヘッド ２８ エンコーダ １１３ ウエッジ光学基板 Ｗ ワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 26/10 １０８ Ｇ０２Ｂ 26/10 １０８ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ Ｆターム(参考） 2H045 AF12 BA14 4E068 AF01 CB05 CD06 CD08 CE03 CE04 DB10 DB12 5F072 AB02 MM20 SS06 YY06
Claims (9)
- 【請求項１】レーザ光が照射される被加工表面を有する
加工対象物を準備する工程と、該被加工表面にレーザ光
を照射し、レーザ加工する工程とを含むレーザ加工方法
において、上記レーザ光を走査し、もしくは、上記加工
対象物を移動させ、同一箇所に少なくとも二回以上、該
レーザ光を照射することを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項２】請求項１のレーザ加工方法において、上記
レーザ光の光路を微小角度屈折させるウエッジ光学基板
を、該ウエッジ光学基板に入射するレーザ光の光軸と同
じ軸を回転中心として回転する工程と、該ウエッジ光学
基板から出射したレーザ光を集光して加工予定孔径より
も小さなスポット径とし、該レーザ光のスポットの外周
が該加工予定孔に内接するように該レーザ光を上記被加
工表面に照射する工程とを含むことを特徴とするレーザ
加工方法。 - 【請求項３】請求項１のレーザ加工方法において、上記
被加工表面に加工予定孔径よりも小さいスポット径のレ
ーザ光を照射する工程と、該レーザ光の外周が該加工予
定孔に内接した状態で上記加工対象物を移動させる工程
とを含むことを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項４】請求項３のレーザ加工方法において、上記
加工予定孔の中心を回転中心として上記加工対象物を回
転させることを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項５】加工対象物の被加工表面にレーザ光を照射
してレーザ加工を行うレーザ加工装置において、上記レ
ーザ光を走査するレーザ走査手段、もしくは、上記レー
ザ光の照射方向に対し垂直な面内で上記加工対象物を移
動する移動手段のうち少なくとも一方を有し、同一箇所
に少なくとも二回以上、該レーザ光を照射することを特
徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項６】請求項５のレーザ加工装置において、上記
レーザ光の光路を微小角度屈折させるウエッジ光学基板
と、該ウエッジ光学基板に入射するレーザ光の光軸と同
じ軸を回転中心として該ウエッジ光学基板を回転させる
回転手段と、該ウエッジ光学基板から出射したレーザ光
を集光して加工予定孔径よりも小さなスポット径とし、
該レーザ光のスポットの外周が該加工予定孔に内接する
ように該レーザ光を上記被加工表面に照射する集光レン
ズとを用いて上記レーザ走査手段を構成したことを特徴
とするレーザ加工装置。 - 【請求項７】請求項６のレーザ加工装置において、上記
ウエッジ光学基板の回転位置を検出する回転位置検出手
段と、該回転位置検出手段の検出結果に基づいて上記レ
ーザ光の照射を制御する制御手段とを有することを特徴
とするレーザ加工装置。 - 【請求項８】請求項５のレーザ加工装置において、上記
被加工表面に加工予定孔径よりも小さいスポット径のレ
ーザ光を照射するレーザ照射手段を有し、該レーザ光の
外周が上記加工対象物の加工予定孔に内接した状態で該
加工対象物を移動させ得るように上記移動手段を構成し
たことを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項９】請求項８のレーザ加工装置において、上記
加工予定孔の中心を回転中心として上記加工対象物を回
転させる回転手段を用いて上記移動手段を構成したこと
を特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000309385A JP2002113587A (ja) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000309385A JP2002113587A (ja) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002113587A true JP2002113587A (ja) | 2002-04-16 |
Family
ID=18789556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000309385A Pending JP2002113587A (ja) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002113587A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2000
- 2000-10-10 JP JP2000309385A patent/JP2002113587A/ja active Pending
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