JP2002283076A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力の変動やビーム品質の劣化を伴う発振器
による微細加工や微細溶接では、長時間安定した加工や
溶接が得られない。 【解決手段】 発振器１１０から出射されたレーザビー
ム１１１を拡大し、この拡大されたレーザビームを集光
させ、拡大したレーザビームの出力を一定になるように
拡大率を調整して、被加工物１２６を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザによる加工
方法及び加工装置に関するもので、主に、長期間安定し
た微細加工や微細溶接を行うレーザ加工方法及び装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発振器から発振されるレーザビームの特
徴として、必ず経時的な出力の変動がある。最も発振が
安定な固体レーザ発振器でさえ、常に±２％程度の出力
変動があり、励起光源の劣化やレーザ媒質の劣化などを
考慮すると、経時的に１０％以上の出力変動がある。更
に非線形結晶を用いた高調波発振では、結晶の劣化に伴
う出力変動がある。レーザ出力の経時的な変化の概略
を、図２に示す。図２のような出力変動があるため、被
加工物に照射されるビームが、加工閾値以下になると、
所望の加工径を得られなかったり、溶接が不完全な部分
が発生する。

【０００３】また、パルス発振をする発振器では、経時
的なビーム品質（ビーム形状、モード、拡がり角θ）の
劣化がある。このビーム品質の劣化は、主に、レーザ媒
質の劣化や結晶の劣化が原因であると考えられる。レー
ザ光をレンズにより集光する場合、図３に示すビームス
ポット径ｄは、レンズの焦点距離ｆとビーム拡がり角θ
で近似的にｄ≒ｆθと表すことができる。ビーム品質の
劣化により、ビーム拡がり角θが大きくなり、被加工物
に照射されるレーザビームのビームスポット径が大きく
なる。

【０００４】安定した加工径や溶接を得るためには、常
に同じ大きさのビームスポットで、同じエネルギー密度
のレーザビームが被加工物に照射されることが必要であ
る。そこで従来は、レーザ発振器の使用時間が、メーカ
ーの保証時間に達すると、励起光源や結晶の交換を行う
必要がある。また、定期的に加工形状を調べて、発振器
の出力調整等を行う必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】出力の変動やビーム品
質の劣化を伴う発振器による微細加工や微細溶接では、
長時間安定した加工や溶接が得られない。

【０００６】本発明は、レーザの出力変動やビーム品質
の変化を伴うレーザ加工において、長期間安定した微細
加工や微細溶接を得るための、レーザ加工方法及び装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、発振器から出射されたレーザビームを拡
大し、この拡大されたレーザビームを集光させ、ビーム
スポット径が一定になるようにレーザビームを拡大する
時の拡大率を調整して、被加工物を加工するものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態にか
かるレーザ加工装置の概略図である。図１に示すよう
に、レーザ発振器１１０から出射したレーザビーム１１
１は、ミラー１１２によって、ビーム品質の変化を検出
するための検出用レーザビーム１１３とレーザビーム１
１４とに分岐される。レーザビーム１１４は、コリメー
タ１２０によって拡大され、この拡大されたレーザビー
ム１１４は、ミラー１２１によって、出力変動検出用レ
ーザビーム１２２と加工用レーザビーム１２４に分岐さ
れる。加工用レーザビーム１２４は、集光レンズ１２５
によって集光され、被加工物１２６の加工を行う。搬送
ステージ１２７は、被加工物１２６を加工点まで搬送す
るためのものである。

【０００９】検出用レーザビーム１２２は、ディテクタ
ー１２３によって出力変動を検出され、レーザ発振器の
レーザ出力を調整するための電源１３０にフィードバッ
クされ、レーザ出力が常に一定になるようにしている。

【００１０】一方、検出用レーザビーム１１３は、コリ
メータ１１５によって拡大され、この拡大されたレーザ
ビームを集光レンズ１１６で集光して、この集光レンズ
１１６の焦点位置に設置された集光スポット径よりも小
さい径を持つアパーチャー１１７を通過させる。そし
て、通過したレーザビームをレンズ１１８によって、拡
大して、ディテクター１１９に照射させる。ディテクタ
ー１１９では、出力変動を検出し、このディテクター１
１９の出力変動を受けて、制御装置１２８によってコリ
メータ１１５の拡大率を調整するとともに、制御装置１
２８の値を受けた制御装置１２９によってコリメータ１
２０の拡大率を調整している。

【００１１】したがって、検出用レーザビーム１１３
は、レーザビームのビーム品質変化の測定に用いられ
る。なお、最も安定したＬＤ励起の固体レーザでさえ、
常時±２％程度の出力変動があるので、検出用レーザビ
ーム１１３として、５〜１０％を分岐することが望まし
い。また、本実施例では、ビームスポット径をアパーチ
ャー等を用いて検出しているが、この方法に限ったもの
ではない。

【００１２】レーザ発振器１１０から出射されたレーザ
ビーム１１１のビーム品質が劣化した場合、ビームの拡
がり角が大きくなる。ビームの拡がり角が大きくなる
と、集光レンズ１１６により集光される検出用レーザビ
ーム１１３の集光スポット径が大きくなるため、アパー
チャー１１７を透過するレーザ光の出力が変動する。こ
の出力変動をディテクター１１８により検出し、この出
力変動を受けて、制御装置１２８によりコリメータ１１
５の拡大率を調整して、出力が常に一定となるように調
整する。制御装置１２９を、コリメータ１２０の拡大率
がコリメータ１１５の拡大率と同じになるように調整す
ることで、被加工物に対して一定ビームスポットのレー
ザビームを照射することができる。

【００１３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、経時的な
出力変動や、ビームモード変化を伴うレーザ加工におい
て、被加工物に対して安定した微細加工や溶接を得るこ
とができるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の
概略図

【図２】発振器から発振されるレーザの出力の時間的な
変化を表す図

【図３】ビームをレンズにより集光したときビームスポ
ット径を表す図

【符号の説明】

１１０ レーザ発振器 １１２ ミラー １１５ コリメータ １１６ 集光レンズ １１７ アパーチャー １１９ 出力測定用ディテクター １２０ コリメータ １２５ 集光レンズ １２６ 被加工物 １２８ 第１の制御装置 １２９ 第２の制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振器から出射されたレーザビームを拡
   大する工程と、この拡大されたレーザビームを集光さ
   せ、被加工物を加工する工程とを有し、ビームスポット
   径が一定になるようにレーザビームを拡大する工程の拡
   大率を調整することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 発振器から出射されたレーザビームを分
   岐する工程と、この分岐された一方のレーザビームを拡
   大する工程と、この拡大されたレーザビームを集光さ
   せ、この集光させた焦点位置に設置した集光スポットよ
   り小さい径のアパーチャーを通過させる工程と、この通
   過したレーザビームを検出する工程と、前記分岐された
   他方のレーザビームを拡大する工程と、この拡大された
   レーザビームを集光させ、被加工物を加工する工程とを
   有し、前記検出したレーザビームの出力に応じて、前記
   分岐された一方のレーザビームを拡大する拡大率を調整
   するとともに、前記分岐された他方のレーザビームを拡
   大する拡大率を、前記調整された拡大率に調整すること
   を特徴とするレーザ加工方法。
3. 【請求項３】 レーザ発振器と、このレーザ発振器から
   出射したレーザビームを拡大させるレーザビーム拡大手
   段と、この拡大されたレーザビームを被加工物に集光さ
   せる集光手段と、レーザビームのスポット径を検出する
   手段と、この検出した出力に応じて前記レーザビーム拡
   大手段の拡大率を変更させる手段とを有したことを特徴
   とするレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 レーザ発振器と、このレーザ発振器から
   出射したレーザビームを分岐するレーザビーム分岐手段
   と、この分岐したレーザビームの一方を拡大する第１の
   レーザビーム拡大手段と、この拡大されたレーザビーム
   を集光させる第１の集光手段と、この集光手段の焦点位
   置に設置し、集光スポットより小さい径のアパーチャー
   と、このアパーチャーを通過したレーザビームの出力を
   検出する手段と、この検出した出力に応じて前記レーザ
   ビーム拡大手段の拡大率を変更させる第１の制御装置
   と、前記分岐したレーザビームの他方を拡大する第２の
   レーザビーム拡大手段と、この第２のレーザビーム拡大
   手段の拡大率を前記拡大率と同じ値にする第２の制御装
   置と、前記第２のレーザビーム拡大手段により拡大され
   たレーザビームを被加工物に集光させる集光手段とを有
   したことを特徴とするレーザ加工装置。