JP2002346785A - 液中レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体中に配置された加工対象物に対する加工
特性を向上させることができる液中レーザ加工装置を提
供すること。 【解決手段】 透明境界板４１は、その出射面が水平線
に対し所定の傾斜角θをもって液中で配置される。透明
境界板４１の入射面にはプリズム４２が密着されてい
る。プリズム４２は、チャンバ７０内の液体の屈折率の
値と同一又は該値に近傍する屈折率の光学特性を有して
いる。透明境界板４１の出射面に到達した気泡は、その
出射面に沿って移動する。しかも、透明境界板４１の出
射面側においては、浮揚してくる気泡は、当該透明境界
板４１の出射面に付着する以前に、流れ発生装置１００
によって発生された流れにより速やかに除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、チャンバに収容
される液体中の所定の位置に配置される加工対象物に対
してレーザ光を照射することにより、当該加工対象物を
レーザ加工する液中レーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置としては、特開平６
−１４２９７１号公報に記載された水中加工装置が知ら
れている。

【０００３】この水中加工装置は、紫外パルスレーザ光
を発生するレーザ発振器と、紫外パルス光を集光するレ
ンズと、レーザ発振器とレンズとの間の光路を気密に囲
み、内部が不活性ガスで満たされた導入光ダクトと、レ
ンズと被加工物との間を水密に囲む加工ハウジングと、
被加工物とレンズとの間に水を流通させる水流通装置と
から構成されている。なお、上記レンズは、その光軸が
水平線に対し垂直に、かつ液面に接触するように配置さ
れている。

【０００４】かかる構成の水中加工装置では、水流通装
置により発生される流れにより、レンズへのダストの付
着とダストによる傷をを防止するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載された水中加工装置では、レンズの光軸が水平
線に対し垂直に配置されているので、被加工物とレンズ
との間で流れが発生しているといえ、レーザ照射された
ことに起因して発生する被加工物からの気泡の一部が、
上昇（浮揚）してレンズに付着し、しかも一度レンズに
付着した気泡を除去するこが困難である。

【０００６】このため、気泡が付着したことに起因して
レンズを透過するレーザ光の光学特性は所望の光学特性
よりも低下したものとなり、これに伴って被加工物に対
する加工特性も低下する。

【０００７】また、上記公報に記載された水中加工装置
においては、レンズが液面に接触するように配置されて
いるので、レンズから被加工物までの距離が固定された
ものとなり、しかも、その距離が長い場合には、光に対
する吸収率が大きい液体では、この液体によって光のエ
ネルギーが吸収されて、被加工物に対するレーザ加工を
実施（所望の加工特性をもってレーザ加工を実施）する
ことができない可能性がある。

【０００８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、液体中に配置された加工対象物に対する加工特
性を向上させることができ、光に対する吸収率が大きい
液体であっても所望の加工特性をもって加工対象物に対
するレーザ加工を実施することができる液中レーザ加工
装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段、作用および効果】上記目
的を達成するため、請求項１に係る発明は、レーザ光を
発生するレーザ発生手段と、液体を収容するチャンバと
を有し、前記チャンバに収容される液体中の所定の位置
に配置される加工対象物に対して、前記レーザ発生手段
によって発生されたレーザ光を照射することにより、当
該加工対象物をレーザ加工する液中レーザ加工装置にお
いて、前記液体における光路に対応する領域の液体部分
と気体とが分離されるように形成されていると共に、前
記光路に対応する部位が入射面と出射面とが平行に形成
され光の透過性を有する光学部材で形成されている境界
手段を備え、前記境界手段は、前記光学部材が前記加工
対象物とは対向して配置されていると共に水平線に対し
所定の角度をもって液体中に配置されていることを特徴
とする。

【００１０】この請求項１に係る発明では、光学部材は
水平線に対し所定の傾斜角θをもって配置される。した
がって、請求項１に係る発明によれば、光学部材に気泡
が到達（付着）したとしても、その気泡は光学部材の傾
斜面に沿って浮揚（移動）することとなり、光学部材に
付着する気泡を除去することができる。よって、光学部
材への気泡の付着によるレーザ光の散乱や屈折が抑制さ
れ、液中加工によるデブリ（ゴミ）、バリのない加工特
性を維持することができる。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、水平線に対し所定の角度をもって配置され
ている前記光学部材の入射面に密着して配置され、前記
液体の屈折率の値に近傍する屈折率を有するプリズムを
更に備えたことを特徴とする。

【００１２】この請求項２に係る発明では、水平線に対
し所定の傾斜角θをもって配置される光学部材の入射面
に、液体の屈折率の値と同一又は該値に近傍する屈折率
を有するプリズムを密着している。したがって、請求項
２に係る発明によれば、液体と気体の屈折率の違いによ
る、光学部材を透過したレーザ光の屈折を抑制すること
ができる。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明において、水平線に対し所定の角度をもって配
置されている前記光学部材の出射面近傍の液体に対し
て、当該出射面全体に亘って一様に流れを発生させる流
れ発生手段を更に備えたことを特徴とする。

【００１４】この請求項３に係る発明では、流れ発生手
段によって、光学部材の出射面近傍の液体に対して、当
該出射面全体に亘って一様に流れが発生される。したが
って、請求項３に係る発明によれば、光学部材の出射面
に気泡が到達する以前に、その出射面近傍の気泡を強制
的に除去することができる。よって、光学部材への気泡
の付着によるレーザ光の散乱や屈折が抑制され、液中加
工によるデブリ（ゴミ）、バリのない加工特性を維持す
ることができる。

【００１５】請求項４に係る発明は、請求項３に係る発
明において、前記流れ発生手段は、前記レーザ光のビー
ムが、その断面の形状が長手方向の領域を有して形成さ
れているビームであるときは、前記光学部材の出射面近
傍の液体に対して、前記レーザ光のビームの短辺方向に
向かって、かつ当該出射面全体に亘って一様に流れを発
生させることを特徴とする。

【００１６】この請求項４に係る発明では、断面の形状
が長手方向の領域を有して形成されているビームである
ときは、光学部材の出射面近傍の液体に対して、ビーム
の短辺方向に向かって、かつ当該出射面全体に亘って一
様に流れが発生される。したがって、請求項４に係る発
明によれば、光学部材の出射面における、たとえばライ
ンビームに対応する領域に気泡が到達する以前に、その
出射面近傍の気泡を強制的に除去することができる。よ
って、光学部材への気泡の付着によるレーザ光の散乱や
屈折が抑制され、液中加工によるデブリ（ゴミ）、バリ
のない加工特性を維持することができる。

【００１７】請求項５に係る発明は、レーザ光を発生す
るレーザ発生手段を有し、該レーザ発生手段によって発
生されるレーザ光を液体中の所定の位置に配置される加
工対象物に対して照射することにより、当該加工対象物
をレーザ加工する液中レーザ加工装置において、液体を
収容するチャンバと、前記チャンバとは独立して設けら
れ、前記加工対象物を前記チャンバに収容される液体と
気体との間を移動可能にかつレーザ加工可能に保持する
保持手段とを具備し、前記チャンバの側面における前記
液体で満たされる所定の部位に開口部を形成すると共
に、該開口部に入射面と出射面とが平行に形成され光の
透過性を有する光学部材を鉛直にかつ密着するように設
けると共に、前記保持手段に保持されている加工対象物
を、前記光学部材と対向させて鉛直に配置し、さらに、
前記加工対象物に対して、前記レーザ発生手段によって
発生されるレーザ光を水平線と同一方向に照射すること
を特徴とする。

【００１８】この請求項５に係る発明では、チャンバの
側面に鉛直に光学部材が設けられ、また、チャンバとは
独立して設けられる保持手段によって、加工対象物は、
その光学部材と対向して鉛直に保持されると共に、チャ
ンバに収容される液体と気体との間を移動可能にかつレ
ーザ加工可能に保持される。さらに、前記加工対象物に
対して、レーザ発生手段によって発生されるレーザ光が
水平線と同一方向に照射される。したがって、請求項５
に係る発明によれば、保持手段によって加工対象物を液
体と気体間で移動制御するようにしたので、加工対象物
に対する加工処理が終了したときに、次の新規な加工対
象物との交換が容易に実施できると共に、１つの加工対
象物に対して、液体中での加工処理と気体中での加工処
理とを実施することが可能となる。

【００１９】請求項６に係る発明は、請求項５に係る発
明において、前記チャンバを鉛直方向に移動させる移動
手段を更に備えると共に、前記保持手段による前記加工
対象物に対する液体と気体との間の移動を禁止すること
を特徴とする。

【００２０】この請求項６に係る発明によれば、移動手
段によってチャンバを鉛直方向に移動させるようにして
いるので、加工対象物を液体と気体間で移動させること
が可能となり、加工対象物に対する加工処理が終了した
ときに、次の新規な加工対象物との交換が容易に実施で
きると共に、１つの加工対象物に対して、液体中での加
工処理と気体中での加工処理とを実施することが可能と
なる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施形態に係る液
中レーザ加工装置１を示す断面構成図を示している。

【００２３】同図１において、液中レーザ加工装置１
は、レーザ光Ｌを発生するレーザ発振器１０と、該レー
ザ発振器１０によって発生されたレーザ光Ｌを所定の方
向に反射させるミラー２０と、入射したレーザ光Ｌを集
光する集光レンズ３０と、詳細は後述する境界手段４０
と、台５０に載置された加工対象物６０と、液体を収容
すると共に、加工対象物６０が載置される台５０を保持
するチャンバ７０と、チャンバ７０をＸ方向、Ｙ方向及
びＺ方向（図中上下方向）に移動するためのＸＹＺステ
ージ８０と、チャンバ７０内の液体を循環させるための
循環ポンプ９０と、境界手段４０における加工対象物６
０と対向する面近傍に該面全体に一様に流れを発生させ
る流れ発生装置１００とから構成されている。

【００２４】境界手段４０は、光の透過性を有する光学
部材としての透明境界板４１と、気体と液体の屈折率の
違いによるレーザ光の屈折を補正するプリズム４２と、
これら透明境界板４１及びプリズム４２を保持するホル
ダ４３とから構成されている。

【００２５】透明境界板４１は、入射面（一方の面）と
出射面（他方の面）とが平行に形成された平行平板で形
成されており、その入射面にはプリズム４２が密着され
ている。

【００２６】プリズム４２は、チャンバ７０内の液体の
屈折率の値と同一又は該値に近傍する屈折率の光学特性
を有している。

【００２７】ホルダ４３の加工対象物６０と対向する側
にはレーザ光Ｌのビーム断面積以上の大きさの開口部４
３ａが形成されている。ホルダ４３内に液体が侵入しな
いように、開口部４３ａを覆うように透明境界板４１の
出射面を密着している。また、ホルダ４３の集光レンズ
３０と対向する側には、レーザ光Ｌのビーム断面積以上
の大きさの開口部４３ｂが形成されている。

【００２８】透明境界板４１は、その出射面（又は入射
面）が、図２に示すように水平線に対し所定の傾斜角θ
をもって液中で配置されるようになっている。

【００２９】例えば、ホルダ４３を鉛直に移動させたと
きに、透明境界板４１の出射面（又は入射面）と水平線
との成す角が所定の傾斜角θとなるように、透明境界板
４１をホルダ４３の開口部４３ａに設置するようにす
る。

【００３０】あるいは、透明境界板４１の出射面（又は
入射面）と水平線との成す角が略傾斜角θとなるよう
に、透明境界板４１をホルダ４３の開口部４３ａに設置
し、さらに、ホルダ４３を気体から液体へ移動させると
きに、透明境界板４１の出射面（又は入射面）と水平線
との成す角が所定の傾斜角θとなるように微調整するよ
うにしても良い。

【００３１】かかる境界手段４０は、液体における光路
の断面積に対応する領域の液体部分と気体とを分離する
機能を有しており、特に、透明境界板４１は液体部分と
気体とを分離する機能を担っている。ここでは、液体は
水であるものとし、また気体は空気（外気雰囲気）であ
るものとする。

【００３２】なお、境界手段４０においては、ホルダ４
３は、透明境界板４１の出射面を液中の所定位置に配置
したとき、浮揚力により浮揚しないように図示しない外
部に固定されている。また、透明境界板４１の出射面
は、チャンバ７０内の液体表面が界面不安定となった場
合であっても、その界面不安定性によるレーザ光Ｌ（レ
ーザビーム）の乱反射や屈折が発生しない程度の液体中
の深さの位置（液体表面から所定の距離だけ離れた位
置）に配置される。

【００３３】台５０は、チャンバ７０の底面の所定の位
置に配置され、加工対処物６０を交換（新規に加工する
ものと加工済みのものとを交換）できるように、加工対
象物６０を着脱自在に保持する。

【００３４】ＸＹＺステージ８０は、図示しない制御手
段（例えばコンピュータなどのデータ処理装置）による
加工パターンに基づいた制御に従って、チャンバ７０を
Ｘ方向及びＹ方向に移動するように設定されている。こ
れにより、台５０に載置されている加工対象物６０は、
上記加工パターンに基づいてレーザ加工処理が施される
こととなる。また、チャンバ７０をＺ方向（図中上下方
向）に移動することで、レーザ光Ｌの焦点位置に対する
調整が可能であり、加工面上のビーム断面積を変更でき
る。

【００３５】循環ポンプ９０は、チャンバ７０内に液体
を供給するための吐出口９１、および加工対象物６０の
加工部分を通過した水をチャンバ７０の外に排出するた
めの排出口９２と配管により接続され、水を排出口９２
から吐出口９１まで循環させる。また、循環ポンプ９０
は、流れ発生装置１００と配管により接続され、流れ発
生装置１００へ水を供給する。

【００３６】流れ発生装置１００は、供給された水を吐
出部１００Ａから吐出する。この吐出された水は、透明
境界板４１の出射面近傍に該面全体に一様に流れる。

【００３７】ところで、加工対象物６０に対するレーザ
加工処理のための照射位置の位置決めは、ＸＹＺステー
ジ８０によるチャンバ７０に対するＸＹ移動制御により
実施されるので、透明境界板４１におけるレーザ光Ｌの
入射する入射位置は固定のままで良いこととなり、この
ため、透明境界板４１の大きさは、加工対象物６０の加
工領域と同等の大きさである必要はなく、たとえば、レ
ーザ発振器１０によって発生されたレーザ光Ｌのビーム
断面積より少し大きい程度の大きさであれば良い。

【００３８】そのため、流れ発生装置１００の吐出部１
００Ａから吐出された水は、透明境界板４１の出射面近
傍に該面全体に一様に流れるようになる。

【００３９】次に、液中レーザ加工装置１による加工処
理について説明する。

【００４０】レーザ発振器１０から出射されたレーザ光
Ｌ（レーザビーム）は、ミラー２０に反射して集光レン
ズ３０に入射され、ここで、集光される。

【００４１】集光レンズ３０により集光されたレーザ光
Ｌは、ホルダ４３の開口部４３ｂ、プリズム４２、透明
境界板４１およびチャンバ７０内の液体を通過して加工
対象物６０に照射される。このようにして照射されるレ
ーザ光Ｌにより、加工対象物６０は、孔あけ等の加工処
理されることとなる。

【００４２】なお、レーザ光Ｌ（レーザビーム）のビー
ム形状は任意である。たとえば、マスクによるパターン
転写光でも良いし、単なるビームの集光でも良い。

【００４３】ところで、透明境界板４１の出射面がチャ
ンバ７０内の液体表面が界面不安定となった場合であっ
ても、その界面不安定性によるレーザ光の乱反射や屈折
が発生しない程度の液体中の深さの位置に配置されてい
るので、液体表面の界面不安定性による上記レーザ光Ｌ
の乱反射、屈折を抑制することができる。

【００４４】また、透明境界板４１の入射面に、チャン
バ７０内の液体の屈折率の値と同一又は該値に近傍する
屈折率の光学特性を持つプリズム４２が密着さているの
で、液体と気体の屈折率の違いによる上記レーザ光Ｌの
屈折を抑制することができる。

【００４５】レーザ光Ｌが加工対象物６０の加工位置
（照射位置）に照射されると、その加工位置の部位近傍
より気泡が液中に発生する。この気泡は、たとえば、レ
ーザ光Ｌが集光することにより液体中に溶け込んでいる
空気などが気化することにより発生する。

【００４６】上述したようにして発生した気泡の一部
は、吐出口９１から排出口９２へと流れる液体（図１中
符号Ａで示される点線矢印の方向へ流れる液体）と一緒
に流れて行き、他の気泡は液体上部に向かって浮揚す
る。

【００４７】しかし、境界手段４０、特に透明境界板４
１の出射面側においては、浮揚してくる気泡は、当該透
明境界板４１の出射面に付着する以前に、流れ発生装置
１００によって発生された流れ（図１中符号Ｂで示され
る点線矢印の方向への流れ）により速やかに除去され
る。

【００４８】したがって、透明境界板４１への気泡の付
着によるレーザ光Ｌの散乱や屈折が抑制され、液中加工
によるデブリ（ゴミ）、バリのない加工特性を維持する
ことができる。

【００４９】なお、上記実施形態では、流れ発生装置１
００によって発生された流れにより、透明境界板４１の
出射面近傍まで浮揚してくる気泡を強制的に除去するよ
うにしているが、本発明は、これに限定されることな
く、流れ発生装置１００を設けなくとも、従来の場合と
比較して、透明境界板４１の出射面への気泡の付着を抑
制することができる。

【００５０】すなわち、上述したように透明境界板４１
は、その出射面（又は入射面）が、水平線に対し所定の
傾斜角θをもって（図２参照）液中で配置されるように
なっているので、仮に、透明境界板４１の出射面に気泡
が付着したとしても、その気泡が、浮揚力により傾斜し
ている出射面に沿って上昇（移動）する。これにより、
透明境界板４１の出射面に付着する気泡を除去すること
が可能となる。

【００５１】しかし、この場合は、気泡の浮揚力を利用
しているので、一部の気泡が透明境界板４１の出射面に
留まって付着する場合も考えられる。また、レーザ光Ｌ
が照射したことによる加工対象物６０からのレーザ加工
時に発生する加工対象物６０の一部、すなわちダスト
も、殆どは吐出口９１から排出口９２への流れにより除
去されるものの、一部は浮揚して透明境界板４１の出射
面に付着する可能性がある。

【００５２】このように、透明境界板４１に気泡やダス
ト（ゴミ）が付着すると、その付着した位置でレーザ光
Ｌの屈折率が変化する。このため、加工対象物６０が、
ＸＹＺステージ８０により規定の位置（つまり所望の加
工位置）に移動された場合であっても、屈折率が変化し
たことによりレーザ光Ｌは、所定の方向とは異なった方
向に進行し、上記所望の加工位置には照射されないこと
になる。

【００５３】また、透明境界板４１に付着したゴミがレ
ーザ光Ｌの熱を吸収する（レーザ光Ｌのエネルギーを低
下させる）ので、このゴミの熱吸収によるレーザ光Ｌの
ダメージ（エネルギーの低下）が発生する。このため、
加工対象物６０に照射されたレーザ光Ｌのエネルギー
が、所望のエネルギー（加工するのに必要な必要最低限
のエネルギー）以下の値となっていた場合には、加工対
象物６０に対するレーザ加工を実施することができな
い。

【００５４】そこで、本実施形態では、上述したように
水平線に対し所定の傾斜角θをもって透明境界板４１を
配置した場合には、透明境界板４１の出射面に付着する
気泡を除去することが可能であるものの、透明境界板４
１に気泡やダスト（ゴミ）が付着する可能性もあり得る
ということを認識したうえで、流れ発生装置１００によ
って発生された流れにより、透明境界板４１の出射面近
傍に該面全体に一様に液体が流れるようにして、その出
射面近傍に浮揚してくる気泡やダストを強制的に除去す
るようにしている。

【００５５】次に、上記液中レーザ加工装置１におい
て、レーザ発振器１０からのレーザ光Ｌのビームがライ
ンビーム（あるいは楕円ビーム）であった場合のレーザ
加工について説明する。

【００５６】この場合の液中レーザ加工装置は、基本的
には、上記図１及び図２を用いて説明した作用と同様に
作用する。しかし、透明境界板４１の出射面に対する流
れの方向が異なっているので、その異なる点について説
明する。

【００５７】ここに、図３（ａ）に示すように、ライン
ビームであるレーザ光Ｌがプリズム４２及び透明境界板
４１を通過する場合を想定する。

【００５８】ラインビーム以外のビームのときは、図３
（ａ）中符号で示される点線矢印の方向に液体が流れ
るように設定されている。すなわち、透明境界板４１の
端部４１Ａから端部４１Ｂへと液体が流れる。

【００５９】しかし、透明境界板４１を通過するビーム
がラインビームのときは、図３（ｂ）に示すように、液
体が透明境界板４１の端部４１Ａから端部４１Ｂへ（図
３（ａ）中符号で示される点線矢印の方向）流れるも
のとした場合には、当然、ラインビームにおける上記端
部４１Ａ近傍の部位ＬＡから上記端部４１ｂ近傍の部位
ＬＢへ液体が流れるので、気泡は部位ＬＡから部位ＬＢ
へ移動する。このため、部位ＬＡ近傍では気泡が除去さ
れるものの、部位ＬＢ近傍では気泡が存在することにな
るので、この気泡によりレーザ光Ｌ（ラインビーム）の
散乱や屈折が発生する。

【００６０】そこで、このような問題に対処するため
に、透明境界板４１の出射面近傍における水の流れる方
向を、図３（ｂ）に示すように、図中符号で示される
点線矢印の方向とする。

【００６１】すなわち、ラインビームの短辺方向と同一
の方向に流れが発生するように、流れ発生装置１００に
よって液体を供給（吐出）する。この場合も透明境界板
４１の出射面近傍に該出射面に一様に液体が流れるよう
に供給することは言うまでもない。これによって、透明
境界板４１におけるラインビームの部位ＬＡ近傍に対応
する部位、およびラインビームの部位ＬＢ近傍に対応す
る部位に、気泡が付着するのを防止することができる。

【００６２】なお、上記実施形態において、プリズム４
２を用いることなく、透明境界板４１を、その出射面
（又は入射面）と水平線とが成す角が所定の傾斜角θと
なるように液中で配置し、また、加工対象物６０を、そ
の加工領域面が水平線と平行となるように配置した場合
には、レーザ発振器１０によって発生されたレーザ光Ｌ
を、加工対象物６０に対する入射角が９０度になるよう
な所定の入射角をもって透明境界板４１の入射面へ入射
させるようにしても良い。この場合は、たとえば、ミラ
ー２０の設置角度を調整するこで、透明境界板４１への
レーザ光Ｌの入射角を調整することが可能である。

【００６３】また、上記実施形態において、プリズム４
２を用いることなく、透明境界板４１を、その出射面
（又は入射面）と水平線とが成す角が所定の傾斜角θと
なるように液中で配置し、また、鉛直方向と同一方向に
進行するレーザ光Ｌを透明境界板４１に入射させるもの
とした場合に、当該透明境界４１から出射したレーザ光
Ｌが加工対象物６０に入射するときの入射角が９０度に
なるように、当該加工対象物６０を、水平線から所定の
角度をもって傾斜させるようにしても良い。

【００６４】この場合は、透明境界板４１及び透明境界
板４１に入射するレーザ光Ｌの方向は一定（固定）であ
るので、加工対象物６０を徐々に傾斜させて、入射する
レーザ光の入射角が９０度になるような加工対象物６０
の傾斜角を実験等により求め、この求めた傾斜角をもっ
て加工対象物６０が着脱自在に載置されるように台５０
を形成して配置するようにする。

【００６５】また、上記実施形態においては、液中レー
ザ加工装置１における透明境界板４１の出射面側に、気
泡除去手段として図示しない気泡除去用ワイパーを設置
することもできる。これにより、液中レーザ加工装置１
の場合と比較して、気泡除去効果がより一層確実にな
る。

【００６６】また、上記実施形態においては、液中レー
ザ加工装置１における透明境界板４１の出射面側に、気
泡除去手段として図示しないピエゾ素子を設置すること
もできる。このピエゾ素子の伸縮作用により透明境界板
４１を振動させることにより、当該透明境界板４１に付
着する気泡を除去することができ、液中レーザ加工装置
１の場合と比較して、気泡除去効果がより一層効果的に
なる。

【００６７】さらに、上記実施形態においては、液中レ
ーザ加工装置１のチャンバ７０内に入れる液体として、
脱泡処理（減圧処理）された液体を使用することもでき
る。この脱泡処理を施すことにより液体から気泡が発生
し難くなり、気泡除去効果が一層効果的になる。

【００６８】以上説明したように本実施形態によれば、
以下のような作用効果を奏する。

【００６９】（１）すなわち、水平線に対し所定の傾斜
角θをもって透明境界板４１を配置するようにしたの
で、透明境界板４１の出射面に到達した気泡は、傾斜さ
れている透明境界板４１の出射面に沿って浮揚（移動）
することとなり、透明境界板４１への気泡の付着を抑制
することができ、よって、透明境界板４１への気泡の付
着によるレーザ光Ｌの散乱や屈折が抑制され、液中加工
によるデブリ（ゴミ）、バリのない加工特性を維持する
ことができる。

【００７０】（２）また、流れ発生装置１００によって
発生された流れにより、透明境界板４１の出射面近傍に
該面全体に一様に液体が流れるようにして、その出射面
近傍に浮揚してくる気泡やダストを強制的に除去するよ
うにしているので、上記（１）の場合と比較して、より
一層、透明境界板４１への気泡の付着によるレーザ光Ｌ
の散乱や屈折が抑制され、液中加工によるデブリ（ゴ
ミ）、バリのない加工特性を維持することができる。

【００７１】（３）また、透明境界板４１に入射するレ
ーザ光Ｌ（レーザ発振器１０により発生されるレーザ
光）のビームがラインビームのときは、ラインビームの
短辺方向と同一の方向に流れが発生するように、流れ発
生装置１００によって液体を供給（吐出）するようにし
ているので、透明境界板４１におけるラインビームに対
応する部位に、気泡が付着するのを防止することがで
き、透明境界板４１への気泡付着によるレーザ光Ｌの散
乱や屈折が抑制され、液中加工によるデブリ（ゴミ）、
バリのない加工特性を維持することができる。

【００７２】（４）さらに、気泡除去手段として、傾斜
された透明境界板４１及び流れ発生装置１００に加え
て、透明境界板４１の出射面側に、気泡除去用ワイパー
又はピエゾ素子を設けるようにして、透明境界板４１の
出射面に到達した気泡を強制的に除去するようにしてい
るので、より一層、透明境界板４１への気泡の付着によ
るレーザ光Ｌの散乱や屈折が抑制され、液中加工による
デブリ（ゴミ）、バリのない加工特性を維持することが
できる。

【００７３】［第２の実施の形態］図４は、第２の実施
形態に係る液中レーザ加工装置２の断面構成図を示して
いる。

【００７４】同図４において、液中レーザ加工装置２
は、レーザ光を発生するレーザ発振器１１０と、入射し
たレーザ光を所定の方向に反射させるミラー１２１、１
２２と、入射したレーザ光を集光する集光レンズ１３０
と、光の透過性を有する光学部材で形成されている透明
境界板１４０と、保持部１５０に着脱自在に保持されて
いる加工対象物１６０と、液体を収容するチャンバ７０
と、保持部１５０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動す
るためのＸＹＺステージ１８０と、チャンバ１７０内の
液体を循環させるための循環ポンプ１９０と、透明境界
板１４０における加工対象物１６０と対向する面近傍に
対して、該面全体に一様に流れを発生させる流れ発生装
置２００とから構成されている。

【００７５】透明境界板１４０は、チャンバ１７０内に
収容される液体が漏れない状態で、チャンバ１７０の側
面の所定の位置に鉛直方向と平行に設置されている。

【００７６】ＸＹＺステージ１８０は、加工対象物１６
０の加工領域面が鉛直の状態で配置されるように保持部
１５０を保持している。ＸＹＺステージ１８０は、保持
部１５０を、透明境界板１４０と対向して配置された状
態の加工対象物１６０の加工領域面におけるＸ方向（左
右方向つまり紙面に垂直方向）及びＺ方向（鉛直方向）
に移動制御することで、加工対象物１６０を、透明境界
板１４０と対向する位置まで移動する。また、Ｙ方向
（前後方向つまり図中左右方向）に移動することで、レ
ーザ光Ｌの焦点位置に対する調整が可能であり、加工面
上のビーム断面積を変更できる。

【００７７】流れ発生装置２００は、透明境界板１４０
の出射面（加工対象物と対向する面）全体に、チャンバ
１７０の底面から上面に向かって（鉛直方向に）一様に
液体が流れるように、チャンバ１７０の所定の位置に配
置されている。

【００７８】チャンバ１７０には、液体を提供（吐出）
するための吐出口１９１と、この吐出口１９１と対向す
る位置に配置され、加工対象物１６０の加工領域面近傍
を通過する液体を排出するための排出口１９２とが設け
られている。

【００７９】かかる液中レーザ加工装置２の作用につい
て説明する。

【００８０】ここで、加工対象物１６０は透明境界板１
４０と対向する位置まで移動されているものとする。

【００８１】さて、レーザ発振器１１０から出射された
レーザ光Ｌは、ミラー１２１、１２２を介して集光レン
ズ１３０に入射し、ここで集光される。集光レンズ１３
０で集光されたレーザ光Ｌは、透明境界板１４０を通過
して、加工対象物１６０に照射される。レーザ光Ｌが照
射されることで加工対象物１６０は照射位置（加工位
置）においてレーザ加工されることとなる。

【００８２】そして、ＸＹＺステージ１８０が、図示し
ない制御手段（例えばコンピュータなどのデータ処理装
置）の所定の加工パターンに基づく制御に従って、保持
部１５０をＸ方向及びＺ方向に移動制御することで、加
工対象物１６０に対して、所定の加工パターンが施され
る。

【００８３】ところで、レーザ光Ｌが照射された加工対
象物１６０の照射位置（加工位置）から加工対象物の一
部（ダスト）が発生すると共に、その照射位置近傍の液
体から気泡が発生することとなる。

【００８４】しかし、循環ポンプ１９０を作動させて、
吐出口１９１から排出口１９２へチャンバ１７０内の液
体を循環させることで、レーザ加工時に発生する当該加
工対象物１６０からの加工対象物の一部（ダスト）や気
泡を強制的に除去するようにしている。

【００８５】また、透明境界板１４０が鉛直方向に平行
に設置され、しかも流れ発生装置２００によって、透明
境界板１４０の出射面（加工対象物と対向する面）全体
に鉛直方向に液体が流れるようにしている。これによ
り、気泡は鉛直方向に移動するので、透明境界板１４０
の出射面に気泡やダストが付着し難くなり、よって透明
境界板１４０に付着する気泡の除去効果は一層効果的に
なる。

【００８６】ところで、第２の実施形態では、ＸＹＺス
テージ１８０が保持部１５０をＺ方向に移動制御するこ
とで、加工対象物１６０を液体と気体との間で移動させ
ることができる。これにより、加工対象物１６０に対す
る加工処理が終了したときに、次の新規な加工対象物と
交換する場合や、１つの加工対象物１６０に対して、液
体中での加工処理と気体中での加工処理とを実施するこ
とが可能となる。

【００８７】また、第２の実施形態では、ＸＹＺステー
ジ１８０は、加工対象物１６０に対する加工処理のため
のＸ方向及びＺ方向の移動制御に留め、加工対象物１６
０の液体と気体間の移動は、チャンバ１７０を鉛直方向
に移動制御する図示しない移動制御手段によって実施す
ることもできる。なお、この移動制御手段として、チャ
ンバ１７０をＺ方向（鉛直方向）に移動するステージを
用いれば良い。

【００８８】この場合も、加工対象物１６０に対する加
工処理が終了したときに、次の新規な加工対象物と交換
する場合や、１つの加工対象物１６０に対して、液体中
での加工処理と気体中での加工処理とを実施することが
可能となる。

【００８９】以上説明したように第２の実施形態によれ
ば、以下の作用効果を奏する。

【００９０】（１）すなわち、加工対象物１６０及び透
明境界板１４０は鉛直に配置されているので、加工対象
物１６０及び透明境界板１４０への気泡、ダストの付着
を抑制することができ、透明境界板１４０への気泡付着
によるレーザ光Ｌの散乱や屈折が抑制され、液中加工に
よるデブリ（ゴミ）を抑制することができる。

【００９１】（２）また、ＸＹＺステージ１８０による
保持部１５０に対するＺ方向の移動制御、あるいは図示
しない移動制御手段によるチャンバ１７０に対する鉛直
方向の移動制御により、加工対象物１６０に対する加工
処理が終了したときに、次の新規な加工対象物との交換
が容易に実施できると共に、１つの加工対象物１６０に
対して、液体中での加工処理と気体中での加工処理とを
実施することが可能となる。

【００９２】（３）さらに、図示しない移動制御手段に
よるチャンバ１７０に対する鉛直方向の移動制御によ
り、加工対象物１６０の液体と気体間の移動を実施する
ようにした場合は、精密機器であるＸＺステージ１８０
をロングストロークで移動する必要がない分、ＸＺステ
ージ１８０の寿命を向上させることができる。

【００９３】［第３の実施の形態］図５は、第３の実施
形態に係る液中レーザ加工装置３の断面構成図を示して
いる。

【００９４】同図５に示す液中レーザ加工装置３は、図
４に示した第２の実施形態の構成において、保持部１５
０及びＸＹＺステージ１８０を削除し、台２１０及びＸ
ＹＺステージ２２０を追加し、排出口１９２の配置位置
を変更した構成になっている。なお、同図において、図
４に示した構成要素と同一の機能を果たす部分には同一
の符号を付すものとする。

【００９５】この第３の実施形態は、基本的には上記第
２の実施形態の作用と同様に作用する。しかし、加工対
象物１６０を移動させる点が異なっている。次に、その
異なっている点について説明する。

【００９６】すなわち、加工対象物１６０を着脱自在に
保持する台２１０が載置されるＸＹＺステージ２２０が
チャンバ１７０の側面に設置されている。ＸＹＺステー
ジ２２０は、加工対象物１６０が透明境界板１４０と対
向するように設置される。

【００９７】ＸＹＺステージ２２０は、図示しない制御
手段（たとえばコンピュータなどのデータ処理手段）の
加工パターンに基づく制御に従って、台２１０を加工対
象物１６０の加工領域面におけるＸ方向（左右方向つま
り紙面に垂直の方向）及びＺ方向（鉛直方向）に移動制
御する。

【００９８】以上説明したように第３の実施形態によれ
ば、加工対象物１６０及び透明境界板１４０は鉛直に配
置されているので、加工対象物１６０及び透明境界板１
４０への気泡、ダストの付着を抑制することができ、透
明境界板１４０への気泡の付着によるレーザ光Ｌの散乱
や屈折が抑制され、液中加工によるデブリ（ゴミ）を抑
制することができる。

【００９９】なお、上述した各実施形態では、液体は水
であるとしたが、これに限定されることなく、例えばレ
ーザ光Ｌ及び加工対象物６０、１６０と何らかの反応を
起こさないものであれば、その液体を使用可能である。
また、気体についても、空気であるとしたが、これに限
定されることなく、例えば、レーザ光Ｌと何らかの反応
を起こさないものであれば、その気体を使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る液中レーザ加工
装置の構成を示す断面構成図である。

【図２】第１の実施形態における透明境界板の傾斜につ
いて説明するための図である。

【図３】第１の実施形態で用いるレーザ光のビームがラ
インビームのときの透明境界板への水の流れ方向を説明
するための図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る液中レーザ加工
装置の構成を示す断面構成図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係る液中レーザ加工
装置の構成を示す断面構成図である。

【符号の説明】

１０、１１０ レーザ発振器 ３０、１３０ 集光レンズ ４０ 境界手段 ４１、１４０ 透明境界板 ４２ プリズム ５０、２１０ 台 ６０、１６０ 加工対象物 ７０、１７０ チャンバ ８０、１８０、２２０ ＸＹＺステージ ９０、１９０ 循環ポンプ １００、２００ 流れ発生装置 １５０ 保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庭月野 義行 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 田畑 亜紀 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 4E068 CD08 CD09 CE11 CH08 CJ07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発生するレーザ発生手段と、
   液体を収容するチャンバとを有し、前記チャンバに収容
   される液体中の所定の位置に配置される加工対象物に対
   して、前記レーザ発生手段によって発生されたレーザ光
   を照射することにより、当該加工対象物をレーザ加工す
   る液中レーザ加工装置において、 前記液体における光路に対応する領域の液体部分と気体
   とが分離されるように形成されていると共に、前記光路
   に対応する部位が入射面と出射面とが平行に形成され光
   の透過性を有する光学部材で形成されている境界手段を
   備え、 前記境界手段は、前記光学部材が前記加工対象物とは対
   向して配置されていると共に水平線に対し所定の角度を
   もって液体中に配置されていることを特徴とする液中レ
   ーザ加工装置。
2. 【請求項２】 水平線に対し所定の角度をもって配置さ
   れている前記光学部材の入射面に密着して配置され、前
   記液体の屈折率の値と同一又は該値に近傍する屈折率を
   有するプリズムを更に備えたことを特徴とする請求項１
   記載の液中レーザ加工装置。
3. 【請求項３】 水平線に対し所定の角度をもって配置さ
   れている前記光学部材の出射面近傍の液体に対して、当
   該出射面全体に亘って一様に流れを発生させる流れ発生
   手段を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載
   の液中レーザ加工装置。
4. 【請求項４】 前記流れ発生手段は、 前記レーザ光のビームが、その断面の形状が長手方向の
   領域を有して形成されているビームであるときは、前記
   光学部材の出射面近傍の液体に対して、前記レーザ光の
   ビームの短辺方向に向かって、かつ当該出射面全体に亘
   って一様に流れを発生させることを特徴とする請求項３
   記載の液中レーザ加工装置。
5. 【請求項５】 レーザ光を発生するレーザ発生手段を有
   し、該レーザ発生手段によって発生されるレーザ光を液
   体中の所定の位置に配置される加工対象物に対して照射
   することにより、当該加工対象物をレーザ加工する液中
   レーザ加工装置において、 液体を収容するチャンバと、 前記チャンバとは独立して設けられ、前記加工対象物を
   前記チャンバに収容される液体と気体との間を移動可能
   にかつレーザ加工可能に保持する保持手段とを具備し、 前記チャンバの側面における前記液体で満たされる所定
   の部位に開口部を形成すると共に、該開口部に入射面と
   出射面とが平行に形成され光の透過性を有する光学部材
   を鉛直にかつ密着するように設けると共に、 前記保持手段に保持されている加工対象物を、前記光学
   部材と対向させて鉛直に配置し、 さらに、前記加工対象物に対して、前記レーザ発生手段
   によって発生されるレーザ光を水平線と同一方向に照射
   することを特徴とする液中レーザ加工装置。
6. 【請求項６】 前記チャンバを鉛直方向に移動させる移
   動手段を更に備えると共に、 前記保持手段による前記加工対象物に対する液体と気体
   との間の移動を禁止することを特徴とする請求項５記載
   の液中レーザ加工装置。