JP2003025084A - レーザー加工装置及び加工方法 - Google Patents

レーザー加工装置及び加工方法

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JP2003025084A
JP2003025084A JP2001212317A JP2001212317A JP2003025084A JP 2003025084 A JP2003025084 A JP 2003025084A JP 2001212317 A JP2001212317 A JP 2001212317A JP 2001212317 A JP2001212317 A JP 2001212317A JP 2003025084 A JP2003025084 A JP 2003025084A
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JP
Japan
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laser
work
polygon mirror
processing apparatus
laser processing
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JP2001212317A
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English (en)
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Mikifumi Sakata
観喜史 坂田
Shinobu Mihashi
忍 三橋
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のエキシマレーザーを用いたレーザー加
工装置において微細領域の加工を容易にする。 【解決手段】 エキシマレーザー発振器10a〜10f
は、ワーク13を切断、穴あけするためのレーザー光1
0aa〜10ffを出力する。出力したレーザー光10
aa〜10ffは結像レンズ11a〜11fに送られ
る。結像レンズ11a〜11fは、入射したレーザー光
10aa〜10ffをポリゴンミラー12で結像するよ
うに出力する。ポリゴンミラー12は結像レンズ11a
〜11fから出力されたレーザー光10aa〜11ff
を集光し、ワーク13へ出力する。ワーク13はレーザ
ー光10aa〜10ffにより加工される対象物であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザー加工装置に
関し、特に微細加工をするレーザー加工装置及び加工方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ガラス、セラミックなどの脆性材
料や、プリント基板に用いられる樹脂等の有機材料の加
工において、微細加工のニーズが高まってきており、そ
れに伴う微細加工技術の開発、検討が必要とされてい
る。
【0003】現在、ウォータジェットやドリル、超音波
などの研削法はもちろんのこと、炭酸ガスレーザーを用
いた加工精度の下限は100μm程度である。そこで、
100μm以下の微細加工においては、発振波長が紫外
領域にあるエキシマレーザー発振器を用いたアブレーシ
ョン加工が望ましいものとなる。
【0004】アブレーション加工とは、以下の3つのス
テップに分類される。1つめは、レーザー光をワーク
(加工する対象物)に照射することで生じる光吸収、2
つめは、光吸収により生じるワークの破壊とそれに伴う
体積膨張、3つめは、体積膨張により生じる加工部分の
蒸発、飛散、である。以上に述べた3つのステップを繰
り返すことにより、ミクロンオーダーの微細加工が可能
となる。
【0005】しかし、エキシマレーザー発振器を用いた
アブレーション加工は、その原理が微小領域の結合破壊
を繰り返しながら加工を進めていくため、複雑な形状や
加工面積が大きくなる場合には、加工にかなりの時間を
要してしまう。
【0006】そこで、加工時間を短縮するために複数の
レーザー発振器を用意して、これら複数のレーザー発振
器を用いて1つのワークを加工していた。ここで、図4
に従来のレーザー加工装置の概略図を示す。
【0007】図4に示すレーザー加工装置は2つの光学
系からなり、2つのエキシマレーザー発振器30a、3
0bと、2つのスキャンレンズ31a、31bと、2つ
の結像レンズ32a、32bと、ワーク33で構成され
ている。
【0008】エキシマレーザー発振器30aは、ワーク
33を切断、穴あけするためのレーザー光30aaを出
力する。スキャンレンズ31aは、エキシマレーザー発
振器30aから出力されたレーザー光30aaを反射す
ることにより、結像レンズ32aへ送る。結像レンズ3
2aは、スキャンレンズ31aより送られてきたレーザ
ー光30aaをワーク33上で結像する。ワーク33は
レーザー光30aaにより加工される対象物である。
【0009】同様に、エキシマレーザー発振器30b
は、レーザー光30bbを出力し、このレーザー光30
bbをスキャンレンズ31b、結像レンズ32bに通す
ことによってワーク33を加工する。
【0010】このような、レーザー加工装置でワーク3
3を加工するには、スキャンレンズ31a、bを移動さ
せてワーク33上で結像しているレーザー光30aa、
30bbを移動させ、所望の形状を加工形成する。また
は、所望の加工形成をするようにワーク33を移動させ
る。例えばスキャンレンズ31a、31bを矢印A、B
方向に移動することにより、またはワーク33を矢印C
方向に移動することにより形成する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、複数のレーザ
ー加工装置を用いてワークの微細領域を加工する場合、
各々のレーザー加工装置が各々の光学系を用いて、加工
すべきワーク上の微細領域上にレーザー光を集めなけれ
ばならない。このため、狭い空間内に複数の光学レンズ
が寄り集まってしまい、例えば図4に示すスキャンレン
ズ31aと31b、または結像レンズ32aと32bと
が接近して配置されているために、ワークの微細領域に
レーザー光を集光させて加工することが困難であるとい
う問題点があった。
【0012】また、複数のレーザー加工装置は独立して
移動するので、ワークに円形状の穴を形成するときに、
ワーク上の円周上に一定のレーザー光を集光させて加工
することが困難であるという問題点があった。
【0013】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、容易にワークの微細領域を加工するレーザー
加工装置を提供することを目的とする。また、本発明の
他の目的は容易にワークに穴を加工するレーザー加工方
法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、微細加
工を行うレーザー加工装置において、角錐の形状を有
し、前記角錐の各側面に入射された光を前記角錐の軸線
あるいは前記軸線の円周上に集光するポリゴンミラー
と、前記ポリゴンミラーの上方でかつ周囲に配置し、前
記ポリゴンミラーの各側面にレーザー光を出力する複数
のレーザー発振器とを有することを特徴とするレーザー
加工装置が提供される。
【0015】上記構成によれば、複数のエキシマレーザ
ーから出力されるレーザー光はポリゴンミラーに入射さ
れ、集光されて出力するので、狭い空間内に複数の光学
レンズを寄り集めることなく、レーザー光をワークの微
小領域に集光する。
【0016】また、本発明によれば、微細加工を行うレ
ーザー加工方法において、複数のレーザー発振器を支持
台の円周上に備え、前記支持台を回転して穴加工を行う
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
【0017】上記方法によれば、支持台の円周上に複数
のレーザー発振器を備えて支持台を回転することとした
ので、ワークの一定の円周上にレーザー光が集光する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係るレーザー加工装置の全体を示した概略図である。
【0019】図1に示すレーザー加工装置は、エキシマ
レーザー発振器10a、10b、10c、10d、10
e、10fと、結像レンズ11a、11b、11c、1
1d、11e、11fと、ポリゴンミラー12と、ワー
ク13とから構成される。
【0020】エキシマレーザー発振器10a〜10f
は、ポリゴンミラー12を中心点とした正6角形の頂点
上に配置され、またポリゴンミラー12より上方に配置
されている。結像レンズ11a〜11fは、エキシマレ
ーザー発振器10a〜10fとポリゴンミラー12とを
結んだ直線上の間に配置されている。ポリゴンミラー1
2は、6角錐の形状からなっている。ワーク13は、ポ
リゴンミラー12の下方に配置されている。
【0021】エキシマレーザー発振器10a〜10f
は、ワーク13を切断または穴あけをするためのレーザ
ー光10aa、10bb、10cc、10dd、10e
e、10ffを出力する。出力されたレーザー光10a
a〜10ffは、結像レンズ11a〜11fに送られ
る。結像レンズ11a〜11fは、入射したレーザー光
10aa〜10ffをポリゴンミラー12の各側面で結
像するように出力する。ポリゴンミラー12は、結像レ
ンズ11a〜11fから出力されたレーザー光10aa
〜10ffを集光してワーク13へ照射する。ワーク1
3は、レーザー光10aa〜10ffにより加工される
対象物である。
【0022】図2は第1の実施の形態に係るレーザー加
工装置の結像レンズとポリゴンミラーとを示した図で、
(a)は上面図、(b)は正面図を示す。ただし、図2
(b)において、ポリゴンミラー12の上面と底面の中
心を通る軸線14を示し、結像レンズ11b、11c、
11e、11fとレーザー光10bb、10cc、10
ee、10ffの図示を省略している。
【0023】図2に示すようにレーザー光10aa〜1
0ffは、ポリゴンミラー12に照射され反射し、ワー
ク13に照射される。照射されたレーザー光10aa〜
10ffは、軸線14とワーク13の交わる点を中心と
する、例えば直径2mmの円周上に集光することによっ
てワーク13を加工する。このため、エキシマレーザー
発振器10a〜10fと、レーザー光10aa〜10f
fをワーク13に送るまでの光学系とを、ワーク13を
加工する領域の近辺に寄せ集めて加工する必要がなく容
易に微細領域を加工することができる。
【0024】また、ワーク13に穴を施すには、ワーク
13をポリゴンミラー12から垂線を下ろした点を中心
として6分の1回転することにより、例えば直径2mm
の穴を形成することができる。または、エキシマレーザ
ー発振器10a〜10fと結合レンズ11a〜11fと
ポリゴンミラー12とを回転させる装置を備え、ポリゴ
ンミラー12を中心として6分の1回転することによっ
ても形成できる。同様に、レーザー加工装置、またはワ
ーク13を直線状にまたは曲線状に移動することによ
り、1度に複数の直線、曲線に沿った切断ができる。こ
のようにワーク13の加工時間を短縮することができ
る。
【0025】さらに、レーザー光10aa〜10ffを
軸線14とワーク13の交わる点に集光させ光の強度を
増し、加工時間を短縮することができる。ところで上記
の説明では、エキシマレーザー発振器10a〜10f
は、ポリゴンミラー12を中心とする正6角形の頂点に
配置するとしたが、これに限るものではなくポリゴンミ
ラー12を中心とする円周上に配置してあればよい。
【0026】また、レーザー加工装置に使用したエキシ
マレーザー発振器の数は6つであるがこの数に限るもの
ではない。さらに多くのエキシマレーザー発振器を使用
するときは、使用する数だけの側面をもつポリゴンミラ
ーを備えることとなる。
【0027】図3は本発明の第2の実施の形態にかかる
レーザー加工装置の全体を示した概略図である。図3に
示すレーザー加工装置は、支持台20と、レーザー発振
器21a、21b、21cと、ワーク22から構成され
る。
【0028】支持台20は、円形の形状をしており、レ
ーザー発振器21a、21b、21cを、支持台20の
中心を中心点とした正三角形の頂点に固定している。ま
た図示を省略しているが支持台20を、支持台20の中
心を回転の中心点として回転する装置を備え、この装置
は支持台20を固定する。レーザー発振器21a、21
b、21cはレーザー光21aa、21bb、21cc
を出力し支持台20の下面からワーク22に向けて出力
する。ワーク22はレーザー光21aa、21bb、2
1ccにより加工される対象物である。
【0029】このように、レーザー発振器21a、21
b、21cの各々を支持台20に固定し、支持台20
を、支持台20の中心を中心点として回転することとし
たので、ワーク22の一定の円周上にレーザー光21a
a、21bb、21ccが集光し円形の穴の加工を容易
にすることができる。
【0030】ところで上記の説明では、レーザー発振器
21a、21b、21cは、支持台20の中心を中心点
とする正3角形の頂点に配置するとしたが、これに限る
ものではなく支持台20の中心を中心点とする円周上に
配置すればよい。
【0031】また、レーザー加工装置に使用したレーザ
ー発振器の数は3つであるがこの数に限るものではな
い。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、複数の
エキシマレーザーから出力されるレーザー光をポリゴン
ミラーに入射するようにしたので、狭い空間内に複数の
光学レンズを寄り集めることなくレーザー光を集光し、
ワークの微小領域の加工を容易にすることができる。
【0033】また、支持台の円周上に複数のレーザー発
振器を備えて支持台を回転することとしたので、ワーク
の一定の円周上にレーザー光が集光し、円形の穴の加工
を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかるレーザー加
工装置の全体を示した概略図である。
【図2】第1の実施の形態に係るレーザー加工装置の結
像レンズとポリゴンミラーとを示した図で、(a)は上
面図、(b)は正面図を示す。
【図3】本発明の第2の実施の形態にかかるレーザー加
工装置の全体を示した概略図である。
【図4】従来のレーザー加工装置の概略図を示す。
【符号の説明】
10a、10b、10c、10d、10e、10f……
エキシマレーザー発振器、10aa、10bb、10c
c、10dd、10ee、10ff……レーザー光、1
1a、11b、11c、11d、11e、11f……結
像レンズ、12……ポリゴンミラー、13……ワーク、
14……軸線、20……支持台、21a、21b、21
c……レーザー発振器、22……ワーク。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微細加工を行うレーザー加工装置におい
    て、 角錐の形状を有し、前記角錐の各側面に入射された光を
    前記角錐の軸線あるいは前記軸線の上に中心点を持つ円
    周上に集光するポリゴンミラーと、 前記ポリゴンミラーの上方でかつ周囲に配置し、前記ポ
    リゴンミラーの各側面にレーザー光を出力する複数のレ
    ーザー発振器と、 を有することを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 【請求項2】 前記側面が6面であることを特徴とする
    請求項1記載のレーザー加工装置。
  3. 【請求項3】 前記レーザー発振器はエキシマレーザー
    発振器であることを特徴とする請求項1記載のレーザー
    加工装置。
  4. 【請求項4】 前記レーザー発振器と前記ポリゴンミラ
    ーとの間に結像レンズを配置したことを特徴とする請求
    項1記載のレーザー加工装置。
  5. 【請求項5】 前記ポリゴンミラーと前記レーザー発振
    器とを回転させる装置を有することを特徴とする請求項
    1記載のレーザー加工装置。
  6. 【請求項6】 微細加工を行うレーザー加工方法におい
    て、 複数のレーザー発振器を支持台の円周上に備え、前記支
    持台を回転して穴加工を行うことを特徴とするレーザー
    加工方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008515639A (ja) * 2004-10-06 2008-05-15 ヘンツェ−リソチェンコ パテントフェルヴァルトゥングス ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー レーザ装置
EP1935552A3 (de) * 2006-12-20 2011-07-13 Erlas Erlanger Lasertechnik GmbH Mehrstrahllaserbearbeitungskopf
WO2014134314A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 The Johns Hopkins University Light sources, medical devices, and methods of illuminating an object of interest
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CN113882859A (zh) * 2021-07-28 2022-01-04 中国石油天然气股份有限公司 激光与超声波振动复合辅助岩石破碎装置及方法

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