JP2003019585A

JP2003019585A - レーザ加工装置及び方法

Info

Publication number: JP2003019585A
Application number: JP2001202415A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Kawasaki; 輝尚川▲崎▼; Koji Kashima; 孝司加島
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度で、タクトタイムを減少させることが
でき、しかも、頻繁に工具を変更する必要がないレーザ
加工装置及び方法を提供すること。【解決手段】主制御装置７は、レーザ発振装置２１等
の動作を制御して、レーザ発振装置２１から適当なタイ
ミングでパルス状のレーザ光を出射させることができ
る。また、主制御装置７は、レンズ駆動装置２５に適当
な指令信号を送信して微動ステージ装置２３を適宜動作
させることにより、微動ステージ装置２３に保持された
集光レンズ（後に詳述）をＸＹ面内で回転運動させるこ
とができ、スポット状のレーザ光の入射位置をワークＷ
上で高速回転させることができる。これにより、ワーク
Ｗに円形の開口を高精度で、しかも簡易かつ迅速に形成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、レーザパルスを
用いて被加工体に微細な穴を形成するためのレーザ加工
装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料等の剛性の高い材料に微細な貫
通穴を形成する方法として、従来、ドリル加工や放電加
工が主として行われてきた。ドリル加工では、工具を用
いて機械的に貫通穴を形成し、放電加工では、スパーク
を利用して非接触で貫通穴を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のドリル
加工では、微細なドリルが必要になり、最終形状に合わ
せた各種工具が必要になり、任意の加工形状を迅速に形
成することができない。また、ドリル加工は接触加工で
あるため、工具の消耗状態を常時監視しなければなら
ず、管理に時間を要する。さらに、接触加工の性質上、
処理速度に上限があり、加工に際してのタクトタイムが
問題視されている。

【０００４】また、後者の放電加工でも、スパークによ
って電極が消耗するので、電極の消耗状態を監視しなけ
ればならず、管理にある程度の時間を要する。また、最
終形状に合わせた電極が必要になり、任意の加工形状を
迅速に形成することができない。さらに、電極を機械的
に移動させる必要があり、処理速度に上限があり、加工
に際してのタクトタイムが問題視されている。

【０００５】一方、レーザ加工装置を用いて、金属材料
に微細な貫通穴を形成する方法も試みられているが、貫
通穴の加工面の仕上りがあまり滑らかにならず、現状で
は十分な加工精度が得られていない。また、加工穴が円
形でない場合、被加工体を載置したＸＹステージを穴形
状の輪郭に沿って移動させることになるため、上記と同
様の理由でタクトタイムを十分に短縮することができな
い。

【０００６】そこで、本発明は、高い精度で微細穴を加
工することができ、迅速な処理によってタクトタイムを
減少させることができ、しかも、加工穴の形状に応じて
頻繁に工具を変更する必要がないレーザ加工装置及び方
法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】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ加工装置は、加工用のレーザ光を発
生するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を
支持ステージ上の被加工体に照射させるための加工光学
系と、前記加工光学系を構成する少なくとも１つの光学
要素を支持するとともに、当該光学要素を光軸に垂直な
方向に変位させる高速微動ステージとを備える。

【０００８】上記レーザ加工装置では、高速微動ステー
ジが、前記加工光学系を構成する少なくとも１つの光学
要素を支持するとともに、当該光学要素を光軸に垂直な
方向に変位させるので、被加工体を載置する支持ステー
ジ側を静止させたままでレーザ光の照射位置を適宜変化
させることができる。すなわち、加工光学系を構成する
特定の光学要素をのみを変位させるだけで被加工体にお
けるレーザ光の入射位置（つまり、加工位置）を調節す
ることができるので、比較的短距離の加工位置の変更に
際して、慣性が比較的大きい支持ステージ側を変位させ
る必要がなくなり、加工のスループットを飛躍的に高め
ることができる。この際、特別に走査用の光学系を特別
に設けることなく、加工光学系を構成する光学要素を変
位させる単純な制御だけで加工位置を自在に変化させる
ことができるので、単純な光学系で精密な加工が可能に
なる。

【０００９】また、上記装置の具体的な態様では、前記
レーザ光源が、パルス状のレーザ光を発生し、前記高速
微動ステージが、前記レーザ光の発生タイミングに対応
して動作する。この場合、レーザ光の照射タイミングと
同期させて光学要素すなわち加工位置を変化させること
ができるので、比較的滑らかな輪郭の加工穴等を簡易に
形成することができる。

【００１０】また、上記装置の別の具体的な態様では、
前記光学要素が、前記レーザ光を前記被加工体の位置に
集光する集光レンズである。この場合、結像特性をほと
んど変化させることなく、加工位置に対応する結像点を
移動させることができる。

【００１１】また、上記装置のさらに別の具体的な態様
では、高速微動ステージが、前記光学要素を固定するた
めのホルダと、ヒンジ構造によって当該ホルダを前記光
軸に垂直な方向に案内する弾性ガイドとを有する。この
場合、光学要素を支持する部分の慣性を小さくしたまま
で、この光学要素を光軸に垂直な所望の案内方向に高速
で精密に変位させることができる。

【００１２】また、上記装置のさらに別の具体的な態様
では、前記光学要素の前記支持ステージ側に配置され当
該光学要素を通過したレーザ光を透過させる保護ガラス
と、当該保護ガラスを根本側で気密に支持するとともに
前記保護ガラスの被加工体側に延びる先端に開口を有す
るノズルと、当該ノズル内にアシストガスを供給するガ
ス供給手段とをさらに備える。この場合、光学要素を含
む加工光学系を保護ガラスによって保護することがで
き、加工位置にアシストガスを供給することで、加工を
促進しつつ分解した加工物を除去し、かつ、除去された
その跳ね返りを防止できる。

【００１３】また、本発明のレーザ加工方法は、前記レ
ーザ光源からのレーザ光を、加工光学系によって支持ス
テージ上で静止した状態の被加工体に照射する工程と、
前記レーザ光を前記被加工体に照射する際に、前記加工
光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を光軸に垂
直な方向に高速で変位させる工程とを備える。

【００１４】上記レーザ加工方法では、前記レーザ光を
前記被加工体に照射する際に、前記加工光学系を構成す
る少なくとも１つの光学要素を光軸に垂直な方向に高速
で変位させることができるので、比較的短距離の加工位
置の変更に際して、慣性が比較的大きい支持ステージ側
を変位させる必要がなくなり、加工のスループットを飛
躍的に高めることができる。

【００１５】また、上記方法の具体的な態様では、前記
光学要素を高速変位させる工程の前に、前記光学要素を
静止させた状態で前記レーザ光を前記被加工体に集光さ
せることにより、前駆穴を予備形成する工程をさらに備
える。この場合、前記光学要素を高速変位させる工程
で、前駆穴を最終的な穴形状に仕上げるだけとなり、目
的とする加工穴を確実に形成することができる。

【００１６】また、上記方法の別の具体的な態様では、
前記光学要素を高速変位させる工程で、前記レーザ光を
前記被加工体に集光させる照射点を、加工の目的とする
穴形状の輪郭に沿って移動させる。この場合、穴形状の
輪郭に応じて効率的に加工穴を形成することができる。

【００１７】また、上記方法のさらに別の具体的な態様
では、前記レーザ光源からパルス状のレーザ光を発生さ
せ、前記照射点を所定のオーバラップ率で重複させなが
ら移動させる。この場合、加工穴の縁部分が滑らかに除
去されるので、滑らかな加工穴を形成することができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
るレーザ加工装置の構造を説明する図である。このレー
ザ加工装置は、ホール形成用のレーザ光を照射するレー
ザ照射ユニット２と、被加工体であるワークＷをＸＹ平
面内で移動させるＸＹ駆動部３と、レーザ照射ユニット
２を支持してＺ軸方向に昇降させるＺ駆動部４と、これ
らレーザ照射ユニット２、ＸＹ駆動部３及びＺ駆動部４
を収容するエンクロージャ５と、レーザ照射ユニット２
に設けたノズル２９に加工用のアシストガスを供給する
アシストガス供給装置６と、レーザ加工装置全体の動作
を統括的に制御する主制御装置７とを備える。

【００１９】レーザ照射ユニット２は、レーザ光を発生
するレーザ発振装置２１と、レーザ発振装置２１からの
レーザ光を下方に導くマシニングヘッド２２と、マシニ
ングヘッド２２の下方に配置されてワークＷ上の適所に
レーザ光を集光する加工光学系を備える微動ステージ装
置２３と、ワークＷの状態を撮影するためのＣＣＤカメ
ラ２４とを備える。

【００２０】ここで、レーザ発振装置２１は、ＹＡＧレ
ーザからなり波長約１μｍのレーザ光を発生するレーザ
光源であり、このレーザ発振装置２１を動作させるため
の電源装置８１に接続されている。電源装置８１は、定
電圧電源装置８２から定電圧の供給を受けており、さら
に、冷却水供給装置８３から冷却水の供給を受けてい
る。

【００２１】マシニングヘッド２２は、後に詳述する
が、レーザ発振装置２１からのレーザ光の光路を下方に
折り曲げる折り返しミラー等を内蔵しており、微動ステ
ージ装置２３は、折り返しミラーを経たレーザ光をスポ
ット状にしてワークＷ表面に入射させるとともに、レン
ズ駆動装置２５からの駆動信号に基づいてレーザ光の入
射位置を高速で移動させることができる。

【００２２】ＣＣＤカメラ２４には、微動ステージ装置
２３やマシニングヘッド２２を介してワークＷ表面の可
視光画像が投影される。ＣＣＤカメラ２４で検出された
ワークＷの画像信号は、画像表示装置８５に送信され
て、ここでモニタ画像が表示される。また、撮影の対象
となるワークＷを照明するため、エンクロージャ５内の
適所にライト８６が取り付けられており、照明駆動部８
７からの電力の供給を受けてワークＷの加工位置周辺に
照明光を入射させる。

【００２３】ＸＹ駆動部３は、ワークＷの縁部分を固定
するための固定治具３１と、ワークＷ及び固定治具３１
を支持してこれらとともにＸＹ面内で２次元的に移動す
るＸＹステージ３２とを備える。ＸＹ駆動部３は、主制
御装置７からの指示に基づいて、支持ステージであるＸ
Ｙステージ３２上方のワークＷを適宜ステップ移動させ
て、ワークＷ上に予定されている加工穴の形成位置を、
レーザ光を下方に出射する微動ステージ装置２３のノズ
ル２９直下に配置する。

【００２４】Ｚ駆動部４は、主制御装置７からの指示に
基づいてレーザ照射ユニット２を昇降させることがで
き、加工に際してレーザ照射ユニット２の高さ位置を調
節することにより、ワークＷ表面にレーザ照射ユニット
２からのレーザ光を集光させることができる。

【００２５】アシストガス供給装置６は、エンクロージ
ャ５外から、酸素等のアシストガスをノズル２９に供給
するためのものであり、ノズル２９中に適当量だけ供給
されたアシストガスは、下方のワークＷ側に吐出され
る。これにより、ワークＷの加工位置から飛散する物質
がノズル２９中に侵入することを防止でき、形成中の加
工穴周辺に液滴状に付着するドロス等を吹き飛ばすこと
によって簡易に除去することができる。

【００２６】主制御装置７は、レーザ発振装置２１等の
動作を制御して、レーザ発振装置２１から適当なタイミ
ングでパルス状のレーザ光を出射させることができる。
また、主制御装置７は、レンズ駆動装置２５に適当な指
令信号を送信して微動ステージ装置２３を適宜動作させ
ることにより、微動ステージ装置２３に保持された集光
レンズ（後に詳述）をＸＹ面内で回転運動させることが
でき、スポット状のレーザ光の入射位置をワークＷ上で
高速回転させることができる。また、主制御装置７は、
画像表示装置８５等の動作を制御して、ＣＣＤカメラ２
４で撮影したワークＷの像を表示させることができる。
また、主制御装置７は、ＸＹ駆動部３及びＺ駆動部４の
動作を制御してレーザ照射ユニット２に対するワークＷ
の相対位置を３次元的に調節することができる。また、
主制御装置７は、アシストガス供給装置６の動作を制御
して、ノズル２９からアシストガスを適当量だけ噴射さ
せることができる。

【００２７】図２は、微動ステージ装置２３の詳細な構
造を説明する平面図であり、図３は、図２のＡＡ矢視部
分断面図である。

【００２８】微動ステージ装置２３は、基板２３ａの下
部に支持される高速微動ガイド２３ｂと、高速微動ガイ
ド２３ｂの可動部材９１に取り付けられてこの可動部材
９１とともに高速振動する板状の振動子２３ｃと、振動
子２３ｃの４箇所に設けたコイルとともにリニアモータ
を構成する４つのマグネット２３ｄと、振動子２３ｃ側
に固定されている集光レンズ２３ｅとを備える。

【００２９】高速微動ガイド２３ｂは、弾性ガイドであ
り、基板２３ａに固定される中央側の固定部材９０と、
固定部材９０に対しＸＹ面内で高速微動可能な外側の可
動部材９１と、これら固定部材９０及び可動部材９１の
間に配置される４つの中間支持部材９３と、固定部材９
０及び中間支持部材９３を連結する８個の弾性ヒンジ９
４と、中間支持部材９３及び可動部材９１を連結する８
個の弾性ヒンジ９５とを備える。各弾性ヒンジ９４、９
５の両端には、肉薄部ＴＰが形成されており、この肉薄
部ＴＰは、Ｘ方向又はＹ方向の厚みが小さくなっている
が、Ｚ方向に長くなっているため、ＸＹ面内で変形し易
くなっている。つまり、固定部材９０及び可動部材９１
の相対位置は、ＸＹ面内で任意の方向に微小変化させる
ことができるが、Ｚ方向に関しては変化しなくなってい
る。なお、固定部材９０の中央には、レーザ光を透過さ
せるための開口ＡＰ1が形成されており、基板２３ａに
形成された開口ＡＰ2と位置合わせされている。

【００３０】振動子２３ｃは、支持具２３ｆを介して高
速微動ガイド２３ｂの可動部材９１に固定されており、
可動部材９１とともにＸＹ面内で任意の方向に微小変位
する。この振動子２３ｃは、８角形の外周のうちマグネ
ット２３ｄに挟まれた４カ所にコイルが取り付けられて
おり、これら４つのコイルに流す電流の位相等を適宜調
節することにより、ＸＹ面内で例えば円運動する。な
お、振動子２３ｃの中央には、開口ＡＰ3が形成されて
おり、開口ＡＰ1、ＡＰ2を通過したレーザ光が集光レン
ズ２３ｅに入射するのを遮らないようになっている。

【００３１】各マグネット２３ｄは、振動子２３ｃの周
辺部分を挟んだ状態で基板２３ａに固定されている。

【００３２】集光レンズ２３ｅは、レンズホルダ２３ｇ
の下端に固定されており、このレンズホルダ２３ｇは、
支持具２３ｆを介して振動子２３ｃに固定されている。
つまり、集光レンズ２３ｅは、レンズホルダ２３ｇ及び
振動子２３ｃとともに、その光軸に垂直なＸＹ面内で任
意の位置に微小変位する。なお、レンズホルダ２３ｇの
下端には、開口ＡＰ4が形成されており、集光レンズ２
３ｅに入射したレーザ光を下方に通過させるようになっ
ている。ここで、集光レンズ２３ｅは、加工用のレーザ
光や可視光に対して透過性を有する材料で形成されてお
り、加工用のレーザ光をワークＷ上に集光させることが
できる。

【００３３】図４は、レーザ照射ユニット２におけるレ
ーザ光の光路を概念的に説明する図である。レーザ発振
装置２１からのレーザ光ＬＢは、マシニングヘッド２２
に設けたミラー２２ａを経て下方に偏向されて開口ＡＰ
0に入射する。開口ＡＰ0によって適当にビーム径が絞ら
れた、ほぼ平行光であるレーザ光ＬＢは、集光レンズ２
３ｅに入射して収束を開始する。集光レンズ２３ｅを透
過したレーザ光ＬＢは、保護用のガラス板ＧＰを透過し
てノズル２９の開口ＡＰ5下方に集光される。レーザ光
ＬＢの集光点ＳＰ0には、ワークＷが配置されており、
集光点ＳＰ0の位置においてワークＷに開口を形成す
る。

【００３４】集光レンズ２３ｅは、高速微動ガイド２３
ｂ、振動子２３ｃ、マグネット２３ｄ等からなる高速微
動装置に駆動されてＸＹ面内で任意の位置に変位する。
例えば、集光レンズ２３ｅが点線で示すような位置に移
動すると、集光レンズ２３ｅの変位量と同一量だけ結像
点も変位するので、集光点ＳＰ0がずれた集光点ＳＰ0
1、ＳＰ02に移動する。このように、集光レンズ２３ｅ
を光軸に垂直なＸＹ面内で任意の位置に変位させること
で、集光レンズ２３ｅの変位量に対応して集光点を移動
させることができるので、ワークＷに形成すべき加工穴
が多様な形状であっても、その輪郭に沿って集光レンズ
２３ｅを移動させることで、目的通りの加工穴を得るこ
とができる。

【００３５】なお、ミラー２２ａは、赤外光を反射する
が、可視光に対しては透明であり、ワークＷからの像光
ＩＬを上方のＣＣＤカメラ２４（図１参照）に導くこと
ができるようになっている。また、ガラス板ＧＰは、加
工用のレーザ光や可視光に対して透過性を有する材料で
形成されており、ワークＷ上の集光点ＳＰ0、ＳＰ01、
ＳＰ02から飛散して来る加工かすがノズル２９を逆行し
て集光レンズ２３ｅに付着することを防止している。ま
た、ノズル２９下端の開口ＡＰ5からは、アシストガス
が噴射されており、ワークＷの加工穴周辺に液滴状に付
着するドロス等を吹き飛ばすことができ、ワークＷ上の
集光点ＳＰ0、ＳＰ01、ＳＰ02から飛散する加工かすが
ノズル２９中に侵入することをある程度防止することが
できる。

【００３６】図５（ａ）〜（ｄ）は、図１〜図４に示す
レーザ加工装置を用いて加工穴を形成する工程を説明す
る図である。

【００３７】図５（ａ）は、パーカッション加工の工程
を説明する図である。中央の円は、レーザ光の集光点Ｓ
Ｐであり、予め形成すべき前駆穴Ｈiに対応している。
周囲の一点鎖線の円は、目標とする加工穴Ｈoの輪郭を
示している。このパーカッション加工では、まずＸＹ駆
動部３によってＸＹステージ３２とともにワークＷを加
工位置に移動させて静止させる。次に、Ｚ駆動部４によ
ってレーザ照射ユニット２の高さを調節し、ワークＷ表
面若しくは所定深さと集光レンズ２３ｅの焦点とを一致
させる。次に、ノズル２９からワークＷ表面へのアシス
トガスの吹き付けを開始する。その後、集光点ＳＰを固
定した状態で、レーザ発振装置２１からレーザ光をワー
クＷに対し例えば１００パルス入射させる。これによ
り、ワークＷに前駆穴Ｈiを形成することができる。

【００３８】図５（ｂ）〜（ｄ）は、仕上げ加工の工程
を説明する図である。まず、ＸＹステージ３２を静止さ
せたままで、図５（ｂ）に示すように、レンズ駆動装置
２５からの駆動信号によって集光レンズ２３ｅを一方に
移動させ、レーザ発振装置２１からの１パルスのレーザ
光を集光点ＳＰ1としてワークＷに対して入射させる。
以後、集光レンズ２３ｅを所定の回転速度で徐々に円運
動させつつ、レーザ発振装置２１からのレーザ光をワー
クＷ上に繰り返し入射させる（図５（ｃ）、（ｄ）参
照）。これにより、レーザ光の集光点ＳＰn-1、ＳＰn、
…、ＳＰk-1、ＳＰkを８０％程度の重複率で予定する加
工穴Ｈoの輪郭に沿ってステップ移動させることにな
り、集光レンズ２３ｅを一周させた段階で、前駆穴Ｈi
の周囲に円形の加工穴Ｈoを形成することができる。

【００３９】以上のような仕上げ加工を行うことで、ワ
ークＷ上に加工穴Ｈoを精密に形成することができる。
具体的には、前駆穴Ｈiの縁に沿って形成されたドロス
を除去することで、加工穴Ｈoの周囲をきれいに仕上げ
ることができ、加工穴Ｈoの内側面（加工面）のダレ等
の不良を低減することができる。なお、集光レンズ２３
ｅを２周以上適宜回転させれば、より加工穴Ｈoの周囲
を滑らかにすることができる。

【００４０】また、以上のような加工法では、集光レン
ズ２３ｅを高速で円運動させることで仕上げ加工を行う
ので、放電加工による場合に比較して大幅なタクトタイ
ムの減少を図ることができる。具体的に説明すると、４
ｍｍ厚の超硬合金に直径０．１５ｍｍ程度の加工穴を形
成する際、放電加工で穴形成に２．５分要するのに対
し、上記実施形態のレーザ加工方法を用いることで穴形
成に要する時間を０．５分程度とすることができる。つ
まり、タクトタイムを約１／５以下に短縮することがで
きる。

【００４１】また、以上のような加工法は、非接触加工
であることから、消耗部品がほとんどなく、メンテナン
スが容易である。

【００４２】また、以上のような加工法では、集光レン
ズ２３ｅを加工穴Ｈoの輪郭に沿って移動させるだけ
で、任意のサイズ及び形状の加工穴を形成することでき
るので、穴径に応じた工具変更等の煩わしい作業の必要
がない。

【００４３】また、以上のような加工法では、ＸＹ駆動
部３すなわちＸＹステージ３２を動作させることなく加
工穴を形成し、次の加工穴を形成する場合にのみＸＹ駆
動部３を動作させるので、ＸＹ駆動部３の直動機構部品
の偏摩耗を抑制することができる。つまり、少ないメン
テナンスでレーザ加工装置を長期に亘って高精度に維持
することができる。

【００４４】図６（ａ）及び６（ｂ）は、図５（ａ）〜
（ｄ）に示すレーザ加工の後の工程を説明する図であ
る。この場合、加工穴Ｈoを放電加工の下穴として利用
する。図６（ａ）において、中央の円は、放電加工の電
極ワイヤＥＬに対応し、周囲の一点鎖線の円は、最終加
工穴Ｈfの輪郭を示している。図６（ｂ）に示すよう
に、電極ワイヤＥＬを最終加工穴Ｈfの輪郭に沿った所
定の経路ＰＡで移動させることにより、滑らかな縁の最
終加工穴Ｈfを得ることができる。

【００４５】以上、実施形態に即して本発明を説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば上記レーザ加工装置は、貫通穴の形成のみに利用
されるものではなく、微細ウェービング溶接に活用する
こともできる。この場合、ワークＷをＸＹ駆動部３によ
って直線的に移動させつつ集光点を円運動させること
で、溶接部分の幅を拡げることができ、滑らかで強固な
溶接を達成することができる。

【００４６】また、上記実施形態では、レーザ発振装置
２１をエンクロージャ５内に収容しているが、レーザ発
振装置２１をエンクロージャ５外に設置して、レーザ発
振装置２１からのレーザ光を例えばファイバ等で導いて
微動ステージ装置２３に供給することもできる。

【００４７】また、上記実施形態では、レーザ発振装置
２１としてＹＡＧレーザを用いているが、ＣＯ_２レーザ
等の他の光源を用いて加工穴を形成することもできる。

【００４８】また、上記実施形態では、円形の加工穴を
形成しているが、微動ステージ装置２３の動作を適宜調
節することにより、楕円や長円等の任意形状の加工穴を
形成することができる。

【００４９】また、上記実施形態では、レーザ光の集光
点を約８０％程度の重複率でステップ移動させている
が、集光点のステップ移動に際しての重複率は、要求さ
れる加工精度に応じて適宜変更することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ加工装置によれば、高速微動ステージが、前記
加工光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を支持
するとともに、当該光学要素を光軸に垂直な方向に変位
させるので、被加工体を載置する支持ステージ側を静止
させたままでレーザ光の照射位置を適宜変化させること
ができ、比較的短距離の加工位置の変更に際して、慣性
が比較的大きい支持ステージ側を変位させる必要がなく
なり、加工のスループットを飛躍的に高めることができ
る。

【００５１】また、本発明のレーザ加工方法によれば、
前記レーザ光を前記被加工体に照射する際に、前記加工
光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を光軸に垂
直な方向に高速で変位させることができるので、比較的
短距離の加工位置の変更に際して、慣性が比較的大きい
支持ステージ側を変位させる必要がなくなり、加工のス
ループットを飛躍的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のレーザ加工装置の構造を説明する図
である。

【図２】微動ステージ装置の詳細な構造を説明する平面
図である。

【図３】図２のＡＡ矢視部分断面図である。

【図４】レーザ照射ユニットにおけるレーザ光の光路を
概念的に説明する図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、レーザ加工の具体的な工程
を説明する図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示す
レーザ加工に後工程を設けた例を説明する図である。

【符号の説明】

２レーザ照射ユニット３ＸＹ駆動部４Ｚ駆動部５エンクロージャ６アシストガス供給装置７主制御装置２１レーザ発振装置２２マシニングヘッド２３微動ステージ装置２３ｂ高速微動ガイド２３ｅ集光レンズ２５レンズ駆動装置２９ノズル３２ＸＹステージＷワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工用のレーザ光を発生するレーザ光源
と、前記レーザ光源からのレーザ光を支持ステージ上の被加
工体に照射させるための加工光学系と、前記加工光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を
支持するとともに、当該光学要素を光軸に垂直な方向に
変位させる高速微動ステージと、を備えるレーザ加工装
置。
【請求項２】前記レーザ光源は、パルス状のレーザ光
を発生し、前記高速微動ステージは、前記レーザ光の発
生タイミングに対応して動作することを特徴とする請求
項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】前記光学要素は、前記レーザ光を前記被
加工体の位置に集光する集光レンズであることを特徴と
する請求項１及び請求項２のいずれか記載のレーザ加工
装置。
【請求項４】高速微動ステージは、前記光学要素を固
定するためのホルダと、ヒンジ構造によって当該ホルダ
を前記光軸に垂直な方向に案内する弾性ガイドとを有す
ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記
載のレーザ加工装置。
【請求項５】前記レーザ光源からのレーザ光を、加工
光学系によって支持ステージ上で静止した状態の被加工
体に照射する工程と、前記レーザ光を前記被加工体に照射する際に、前記加工
光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を光軸に垂
直な方向に高速で変位させる工程とを備えるレーザ加工
方法。
【請求項６】前記光学要素を高速変位させる工程の前
に、前記光学要素を静止させた状態で前記レーザ光を前
記被加工体に集光させることにより、前駆穴を予備形成
する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５記載
のレーザ加工方法。
【請求項７】前記光学要素を高速変位させる工程で、
前記レーザ光を前記被加工体に集光させる照射点を、加
工の目的とする穴形状の輪郭に沿って移動させることを
特徴とする請求項５及び請求項６のいずれか記載のレー
ザ加工方法。
【請求項８】前記レーザ光源からパルス状のレーザ光
を発生させ、前記照射点を所定のオーバラップ率で重複
させながら移動させることを特徴とする請求項７記載の
レーザ加工方法。