JP2004160463A - レーザ加工装置および該装置を用いた被加工物の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝幅が狭くピッチも狭い、導光板を容易に製造することが可能な、あるいはその他の加工が実施可能なレーザ加工装置等を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ発振器と、集光レンズと、管状の内面鏡とを備え、集光レンズの焦点位置に入口が位置するよう管状の内面鏡を配設し発振器から照射され内面鏡の内面で多重反射された位相とパワー密度の異なるレーザ光の光線追跡と、この光線追跡で得られた結果を重ね合わせの原理に基づいて重ね合わせ、内面鏡の出口で生じる干渉じまの明の部分が出口の中心部に集束し外周に干渉じまの暗の部分が位置するように、内面鏡１の入口径、出口径、長さを決定した、レーザ加工装置において、内面鏡１の周囲を、下端が開口したカバー３で囲い、カバーに吸引口３Ｂを設けて、該吸引口を吸引装置５に接続した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極めて小さな凹設加工（溝加工を含む）等が可能なレーザ加工装置と、該レーザ加工装置を使用して被加工物を加工する方法と、該レーザ加工装置を使用した導光板（光拡散シート）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
被加工物の一つとしての、例えば、導光板は、コンピュータあるいは液晶テレビジョンの液晶画面の主要部品として近年注目されている。
【０００３】
そして、この液晶画面は、年々解像度の高い且つ照明むらの少ないものが求められているのが現状である。
【０００４】
従来、前記導光板表面の平行な所定本数の溝は、専ら、予め溝を形成しておいた金型内へアクリル樹脂等を射出成形することによって、形成されていた。
【０００５】
そして、前記金型の溝は、専ら、機械加工によって形成されていたため、使用する刃物の幅に制限があり、このため、この種の加工寸法としては各溝の溝幅は広く、また、溝ピッチも大きいものであった。
従って、従来の導光板の場合、解像度が比較的低く、照明むらがあり、ブラウン管を用いたディスプレイに比べて劣るものとなっていた。
【０００６】
本発明は、このような状況のもと、本出願人によって提供されたレーザ加工装置（特許文献１参照）を、樹脂その他の材質の被加工物の加工に適した構成に改良することによって、加工幅の極く細い精密な加工が可能で且つ加工効率に優れた加工ができ、また、アクリル樹脂等の樹脂加工にも適した構成に改良することによって、加工幅が狭く、且つ溝ピッチも狭い、つまり、解像度の高い且つ照明むらの少ない導光板を容易に製造することが可能で、また、金属あるいはゴムその他の材質の被加工物に穿設あるいは切断等の母材の除去加工をしたり、又はその被加工物を改質する加工、あるいは溶接加工が可能なレーザ加工装置を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
加えて、このレーザ加工装置を用いて広い範囲に渡る被加工物を加工する加工方法を提供することを第２の目的とし、さらには、このレーザ加工装置を用いて解像度の高い導光板を製造するための金型のモデルあるいは導光板自体を製造する方法を提供することを第３の目的とする。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２８５１３７０号明細書
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的は、以下に述べる構成を具備したレーザ加工装置によって達成することができる。すなわち、
レーザ発振器と、集光レンズと、管状の内面鏡とを備え、
前記集光レンズの焦点位置に入口が位置するように前記管状の内面鏡を配設し前記発振器から照射され該内面鏡の内面で多重反射された位相とパワー密度の異なるレーザ光の光線追跡と、この光線追跡で得られた結果を重ね合わせの原理に基づいて重ね合わせて、該内面鏡の出口で生じる干渉じまの明の部分が該出口の中心部に位置しその外周に干渉じまの暗の部分が位置して、当該内面鏡の出口における中心部にパワーが集束するように、前記管状の内面鏡の入口径、出口径、長さを決定した、レーザ加工装置において、
前記管状の内面鏡の周囲を、下端が開口したカバーで囲い、このカバーに吸引口を設けて、該吸引口を吸引装置に接続したことを特徴とする。
【００１０】
しかして、このように構成された本レーザ加工装置によれば、内面鏡の周囲がカバーで囲まれていることから、レーザ加工に際し加工部分で加工屑が発生しても、この加工屑は、カバーに設けられた吸引口から積極的に吸引されて吸引装置（外部）側に排出される。従って、加工部分、特に、内面鏡の下端等の部分あるいは被加工物に加工屑が付着するのを可及的に防止することができる。従って、円滑な加工が継続して行えるとともに、被加工物の加工部分あるいはその近傍に加工屑が付着するようなことはない。
特に、被加工物がアクリル樹脂等の樹脂の場合にも、加工屑（非常に細かい粒状物）が内面鏡の下端周囲あるいは被加工物の加工部分あるいはその近傍で蒸着して、加工を損ないあるいは加工部分を損なうようなことはない。
【００１１】
また、前記レーザ加工装置において、前記管状の内面鏡の内部に補助ガスを供給する補助ガス供給口を前記集光レンズの下方部位に設け、この補助ガス供給口から温度の低い補助ガス（一般に不活性ガス）を供給することによって、内面鏡の内面を鏡面状態に維持し、且つ内面鏡の温度を低下させて該内面鏡が熱変形するのを防止することができる。
また、本レーザ加工装置の場合には、筒状の内面鏡の出口径を従来のものに比べて非常に小さくすることができるため、具体的には、約１／１０程度にすることができるため、該内面鏡の出口から噴射される補助ガスの量が１／１００程度になる場合があるが、かかる場合にも、前記吸引口から補助ガスがカバー外部へ積極的に吸引されることに起因して、カバー内に供給される補助ガスの量を増加させて、被加工物からの加工屑を補助ガスにのせて排出するとともに、前記内面鏡の温度を支障が生じない程度まで低下させることができる。
【００１２】
また、前記レーザ加工装置において、前記カバーに内面鏡に向けて開口した第２の補助ガス供給口を設けると、この第２の補助ガス供給口から吸引口に向けた積極的な補助ガスの流れが形成されることから、この流れに乗って、加工屑はカバー外部へ排出される。また、内面鏡をより効果的に冷却することもできる。また、被加工物が樹脂の場合には、この第２の補助ガス供給口から供給される補助ガスは、加工によって発生する加工屑を内面鏡あるいは被加工物の加工部分に蒸着させないような温度の高い補助ガスであってもよい。
【００１３】
また、前記レーザ加工装置が切断・穴明け加工装置であって、被加工物の下方にチャンバーが形成され、このチャンバーに第２の吸引口を設けて、該第２の吸引口を吸引装置に接続した構成とすると、切断に際し、内面鏡からレーザ光とともに下方に噴出される補助ガスを被加工物の下方からも該第２の吸引口から有効に吸引装置側（外部）へ排出することができ、加工屑を下方からも有効に外部へ排出することができる構成となる。また、被加工物がアルミニウム等の酸化によって変質するような材料である場合には、補助ガスとして不活性ガス（窒素ガス、あるいはアルゴンガス等）を使用することによって、前記変質を有効に防止することができる。
【００１４】
また、前記レーザ加工装置において、前記レーザ加工装置が溶接，合金化，改質等をおこなう加熱加工装置であって、被加工物の下方にチャンバーが形成され、このチャンバーに第３の補助ガス供給口を設けて、被加工物の下方から補助ガスを供給するように構成すると、前記第１あるいは第１および第２のの補助ガス供給口からの補助ガスによって被加工物の表面側を補助ガスで覆い、且つ、この第３の補助ガス供給口からの補助ガスによって被加工物の裏面側を補助ガスで覆うことができ、このように加工部分の表面および裏面を補助ガスで覆った状態でレーザ光によって加熱加工できるため、酸化等を嫌う被加工物の加工を、あるいは必要なガス雰囲気内での加工が要求される加工を、円滑におこなうことができる。
【００１５】
また、前記レーザ加工装置において、前記管状の内面鏡の外周面に温度調整手段が配設されていると、好ましい温度条件下において加工をおこなうことができる。例えば、前記管状の内面鏡の外周面にシートヒータが配設されていると、シートヒータからの熱によって、被加工物が樹脂である場合に、内面鏡の外周面に蒸着しようとする加工屑の蒸着を防止することが可能となる。また、逆に温度を低下させるように作用する冷却装置であってもよい。
【００１６】
また、前記レーザ加工装置において、前記管状の内面鏡の下端と、前記カバーの下端がほぼ等しい構成であると、レーザ加工装置と被加工物との距離等の初期設定時のときに、具体的寸法として外径寸法が数ミリしかない内面鏡が、被加工物等と接触して変形又は損傷するのを、防止することができる。
【００１７】
前記第２の目的は、被加工物を切断あるいは凹設（溝彫り加工あるいは凹部を形成する加工）又は溶接等の加工に関して、以下に述べる構成を具備した加工方法によって達成することができる。すなわち、
前記レーザ加工装置を用いて被加工物を切断あるいは凹設又は溶接等の加工する方法であって、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を有することを特徴とする。
（ａ）．前記レーザ加工装置の管状の内面鏡の下方近傍に、被加工物を載置する。
（ｂ）．前記レーザ加工装置のスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡の下端から照射するとともに、該レーザ加工装置のカバーに設けられた吸引口から吸引する。
（ｃ）．前記内面鏡に対して前記被加工物を相対的に移動させて、該レーザ加工装置のレーザ光を用いて、被加工物に、表面の幅が０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍの幅で切断あるいは凹設加工又は溶接をおこなう。
（ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、レーザ光により切断あるいは凹設加工又は溶接される際に発生する加工屑を前記吸引口からカバー外に吸い出す。
【００１８】
このような工程からなる加工方法によれば、加工によって加工部分あるいは内面鏡の周囲に発生する加工屑は、前記吸引口から有効にカバー外部に排出されることになる。従って、加工によって発生した加工屑が、被加工物の表面あるいは内面鏡に付着して加工に良くない影響を与えることがないため、加工幅の狭い加工（溶接、切断あるいは凹設等の加工）も良好におこなうことが可能となる。
従って、例えば、溶接によって変質する部分が極めて狭い溶接加工をおこなうことが可能となり、あるいは切断又は凹設の際の熱によって変質する部分が極めて狭い切断又は凹設が可能となる。
【００１９】
前記第２の目的は、被加工物表面を合金化又は改質等の加工に関して、以下に述べる加工方法によって達成することができる。すなわち、
前記レーザ加工装置を用いて被加工物表面を合金化又は改質等の加工する方法であって、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を有することを特徴とする。
（ａ）．前記レーザ加工装置の管状の内面鏡の下方近傍に、被加工物を載置する。
（ｂ）．前記レーザ加工装置のスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡の下端から照射するとともに、前記補助ガス供給口から補助ガスを供給する。
（ｃ）．前記内面鏡に対して前記被加工物を相対的に移動させて、該レーザ加工装置のレーザ光を用いて、被加工物表面を加熱し溶融させる。
（ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、少なくとも加工している被加工物表面を補助ガスで覆う。
【００２０】
このような工程からなる加工方法によれば、加工部分は補助ガス供給口から供給される補助ガスによって覆われた状態下で、被加工物表面を合金化又は改質等の加工がおこなわれる。従って、酸化を嫌うような被加工物の場合にも、補助ガスとして不活性ガスを用いることによって酸素を遮断した状態でおこなうことができ、チッ化処理が必要な被加工物の場合には、補助ガスとして窒素ガスを用いることによってチッ化処理をおこなうことができる。また、この加工方法によって、鋳造品については、必要な部分にチル化処理をおこなうことも可能となる。
【００２１】
前記第３の目的は、以下に述べる製造方法によって達成することができる。すなわち、
樹脂板の表面に凹設加工された導光板を成形するための金型のモデルあるいは導光板そのものを製造する方法であって、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を有することを特徴とする。
（ａ）．請求項１〜８のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置を用いて、該レーザ加工装置の管状の内面鏡の下方近傍に、被加工物である前記樹脂板を載置する。
（ｂ）．前記レーザ加工装置のスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡の下端から照射するとともに、該レーザ加工装置のカバーに設けられた吸引口から吸引する。
（ｃ）．前記内面鏡に対して前記樹脂板を相対的に移動させて、該レーザ加工装置のレーザ光を用いて、樹脂板の表面に、表面の幅が０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍで加工面の鋏角が略９０度のＶの字状の溝を、平行に所定本数形成するか、あるいは、樹脂板の表面に下端で尖った円錐状の凹部（穴）を適宜間隔で列設したものを、所定本数あるいは所定列数形成する。
（ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、レーザ光により樹脂板の表面が凹設加工される際に発生する加工屑を前記吸引口からカバー外に吸い出す。
【００２２】
しかして、このように構成された製造方法によれば、樹脂板の表面に凹設加工された導光板を成形するための金型のモデルあるいは導光板そのものを製造する際に、従来に無い極めて小さい溝幅（あるいは円錐状の凹部（穴）を列設したもの）の且つ極めて小さい溝ピッチの導光板を製造することが可能となる。具体的には、従来の場合、０．２ｍｍ程度の溝幅で、溝ピッチが０．２ｍｍ程度であったのが、本発明にかかるレーザ加工装置の場合には、約０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍの溝幅の溝、あるいは約０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍの最大径の円錐状の凹部を列設したものを、溝ピッチあるいは列ピッチが約０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍ程度の加工が可能となる。
しかも、本発明にかかるレーザ加工装置によれば、アクリル樹脂等の樹脂特有のレーザ加工時に発生する加工屑の蒸着という問題も生じることはないため、円滑な溝加工が可能となり、加工面に加工屑の付着の無い、導光板を提供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置と樹脂板の表面に凹設加工された導光板を成形するための金型のモデルあるいは導光板そのものを製造する方法について、図面を参照しながら、具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の第１の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す模式図で、（ａ）はレーザ加工装置と被加工物（アクリル樹脂板）の構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の被加工物の表面での加工状態を拡大して示す断面図である。
【００２４】
図１（ａ）に図示するように、レーザ加工装置Ａの円筒状の筒体１０の内部には、集光レンズ（凸レンズ）１２が配設され、図示しないその上方に配置されたレーザ発振器から照射されたレーザ光Ｌａが、図１（ａ）において上方から前記集光レンズ１２を通過して、下方の、下端側で徐々に縮径したテーパ状で円筒状の内面鏡１を通過して、内面鏡１の下方に配置されている被加工物、この実施形態ではアクリル樹脂板２０の表面（あるいは裏面）に溝加工を施す。
【００２５】
このレーザ加工装置Ａでは、前記レーザ発振器と、集光レンズ１２と、内面鏡１とを備え、この集光レンズ１２の焦点位置に入口が位置するように前記内面鏡１を配設し、前記レーザ発振器から照射され該内面鏡１の内面で多重反射された位相とパワー密度の異なるレーザ光の光線追跡と、この光線追跡で得られた結果を重ね合わせの原理に基づいて重ね合わせて、当該内面鏡の出口におけるパワー密度分布が、該内面鏡１の出口（被加工物表面）で生じる干渉じまの明の部分が該出口（被加工物表面）の中心部に位置しその外周に干渉じまの暗の部分が位置するように、前記管状の内面鏡１の入口径、出口径、長さを決定している。具体的には、この実施形態の場合には、内面鏡１の入口径は約０．４０ｍｍ、出口径は約０．２０ｍｍ、長さは約６．５ｍｍとなっている。
【００２６】
そして、図１（ａ）に図示するように、このレーザ加工装置Ａの場合、前記内面鏡１の周囲は下端が開口したカバー３で囲まれている。このカバー３の下端は、内面鏡１の下端とほぼ同じ位置になり、内面鏡１自体が誤って被加工物と当接することがないよう保護している。
そして、このカバー３の上端部には、吸引口３Ａが設けられており、この吸引口３Ａは、一点鎖線で示す管路７を関して、吸引装置５と接続されている。しかし、吸引口３Ａは、カバー３の上端部以外の箇所に設けられてもよいし、あるいは上端部から下端部に至る大きな開口を有するものであってもよい。
また、このレーザ加工装置Ａは、前記集光レンズ１２の下方位置の筒体１０に、補助ガス供給口１０Ｂが配設されている。この実施形態では、前記補助ガス供給口１０Ｂはカバー３の上方の筒体１０に形成されている。また、この補助ガス供給口１０Ｂは図示しない管路を介して、補助ガスタンク（図示せず）Ｔ側と接続され、補助ガス、この実施形態の場合には不活性ガス（例えば、アルゴンガス，窒素ガス等）等の補助ガスが供給されるよう構成されている。
【００２７】
しかして、このように構成された本レーザ加工装置Ａによると、前記レーザ発振器から照射されたレーザ光が、内面鏡１の出口、正確には、アクリル樹脂板２０の表面２０ｆで高い密度をもって中心に集束しているため、図１（ｂ）に図示するように、極めて溝幅の細い断面Ｖの字状の溝加工ができる。従って、隣接する溝間の寸法、つまり溝ピッチも極めて小さい寸法にすることができる。具体的には、溝幅Ｄｗの寸法は、０．２ｍｍ程度〜０．００５ｍｍ程度に加工することが可能となる。従って、溝ピッチもこの溝幅寸法と同一の、０．２ｍｍ程度〜０．００５ｍｍ程度に加工することが可能となる。
【００２８】
また、このような溝加工に代えて、前記レーザ加工装置Ａのレーザ発振器の発振周波数を１ＫＨｚ以下に設定すると、傾斜角度が略４５度程度の傾斜周面を有する下端で尖った円錐状の凹部（穴）を連続的に、つまりレーザ光の走行方向に沿って一定の間隔をおいて該凹部（穴）を列設することが可能となる。勿論、このような凹部（穴）の列は所望の数だけ形成することもできる。かかる場合にも、凹部（穴）の最大径、つまり上端の径にして、０．２ｍｍ〜０．０００５ｍｍ程度に加工することができる。そして、上記凹部（穴）列の列ピッチも、０．２ｍｍ程度〜０．００５ｍｍ程度に加工することが可能となる。
従って、このようなアクリル樹脂板２０から導光板を作製し液晶ディスプレイに使用した場合には、従来のものに比べて解像度の高い且つ格段に照明むらの少ないディスプレイとなる。
また、本レーザ加工装置によれば、内面鏡１の周囲がカバー３で囲まれていることから、レーザ加工に際し加工部分で粒子の非常に細かい加工屑が発生しても、カバー３に設けられた吸引口３Ａから吸引され吸引装置５側へ排出される。このため、内面鏡１の下端の開口およびその近傍部分あるいはアクリル樹脂板２０表面あるいは溝加工面に微粒子状の加工屑が付着するのを防止できる。従って、円滑な加工が継続して行えるとともに、加工面のきれいな導光板が提供できることになる。
そして、このように加工されたアクリル樹脂板２０は、そのまま導光板としても使用することもできるし、生産性を高めようとする際には、このアクリル樹脂板２０を金型のモデルとして使用して金型を製作し、この金型を用いて射出成形して導光板を製造してもよい。
【００２９】
この実施形態では、アクリル樹脂板の加工を例に挙げて説明したが、他のもの、例えば、金属あるいはゴム等の加工に利用できることは言うまでもない。
【００３０】
ここで、前記アクリル樹脂板２０の加工方法を、経時的に説明すると以下のとおりである。即ち、
まず、（ａ）．被加工物であるアクリル樹脂板２０をレーザ加工装置Ａの内面鏡１の下端の下方に配置する。
次に、（ｂ）．前記レーザ加工装置Ａの図示しないスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡１の下端から照射するとともに、該レーザ加工装置Ａのカバー３に設けられた吸引口３Ａから吸引する。
次に、（ｃ）．前記内面鏡１に対して前記アクリル樹脂板２０を相対的に移動させて、該レーザ加工装置Ａのレーザ光を用いて、アクリル樹脂板２０の表面に、表面の幅が約０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍで加工面の鋏角が約９０度のＶの字状の溝を、平行に所定本数形成する。本実施形態の場合には、アクリル樹脂板２０の内面鏡１に対する相対的な移動速度は、概ね２００ｍｍ／秒〜２０００ｍｍ／秒となっている。しかし、レーザ加工装置Ａの能力によって、この加工速度は変ることになる。
次に、（ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、レーザ光によりアクリル樹脂板２０の表面が凹設加工される際に発生する加工屑を前記カバー３に設けられた吸引口３Ａからカバー３外へ、つまり吸引装置５側へ吸い出す。
このような一連の工程を連続しておこなうことによって、導光板あるいは導光板を製造するための金型のモデルが容易に且つ高速度で製造することができる。
この実施形態において、図１に二点鎖線で示すように、前記カバー３に第２の補助ガス供給口１００Ｂを設け、この第２の補助ガス供給口１００Ｂから補助ガスを供給すると、さらに加工屑の排出が効率的に行える実施形態になる。そして、この実施形態のように、被加工物がアクリル樹脂の場合には、前記加工屑が内面鏡１の外周面に蒸着しないように、温度の高い補助ガスを供給するようにすることも好ましい実施形態となる。また、この実施形態の場合には、補助ガスとしては、特に不活性ガスである必要はないが、金属等の加工の場合、加工部分の酸化を防止するためには、アルゴンガス等の不活性ガスを使用するのが好ましい。
（実施形態２）
次に、別の実施形態にかかるレーザ加工装置Ａを、図２を参照しながら説明する。この実施形態にかかるレーザ加工装置Ａの場合、被加工物を切断加工する際に使用するものであり、被加工物２０の下方に、チャンバー３３が形成され、このチャンバー３３にも第２の吸引口３３Ａが形成されている点で相違し、その他の点では基本的には図１に示す実施形態のものと同じ構成を具備している。
勿論、前記チャンバー３３の吸引口３３Ａも、一点鎖線で示す管路７を介して、吸引装置５と接続されている。
かかるレーザ加工装置Ａの場合には、内面鏡１から下方に噴射される補助ガスによって、下方に吹き降ろされる加工屑を、有効に吸引口３３Ａから外部に搬出して、被加工物２０に蒸着しようとする加工屑を無くすことができる点で好ましい実施形態となる。
また、この実施形態の場合には、レーザ光によって溶融した被加工物の溶融部分を、内面鏡１の下端の開口から吐出して、上方から下方に向けて流れようとする補助ガス流によって、より効果的に切断することができる。
なお、図２において、図１（ａ）のレーザ加工装置と同じ構成あるいは対応する構成については同じ参照番号を付す。
（実施形態３）
次に、別の実施形態にかかるレーザ加工装置Ａを、図３を参照しながら説明する。この実施形態にかかるレーザ加工装置Ａの場合、被加工物を切断加工する際に使用するものであり、被加工物２０の下方に、チャンバー３３が形成され、このチャンバー３３にも第２の吸引口３３Ａが形成されている点で図１（ａ）に図示する実施形態１のレーザ加工装置と相違し、また、カバー３（この実施形態ではカバー３の上端部であるが必ずしも上端部でなくともよい）に補助ガス供給口３Ｂが設けられ、吸引口が設けられていない点で図２に図示する実施形態２のレーザ加工装置と相違し、その他の点では基本的には図１に示す実施形態１のものと同じ構成を具備している。
カバー３に設けられている補助ガス供給口３Ｂは、図示しない補助ガスタンクＴ側と接続され、補助ガスが供給可能になっている。
【００３１】
かかるレーザ加工装置Ａの場合には、第１の補助ガス供給口となる筒体１０の補助ガス供給口１０Ｂと第２の補助ガス供給口となるカバー３に設けられた補助ガス供給口３Ｂから供給された補助ガスの一部は、内面鏡１から切断部分を上方から下方へ向けて通過して下方のチャンバー３３内に流れて、レーザ光で溶融した被加工物および加工屑を下方に吹き降ろし、効率的に切断加工が行われるとともに、加工屑は有効に吸引口３３Ａから外部に搬出され、被加工物に蒸着しようとする加工屑を無くすことができる。また、補助ガス供給口３Ｂから供給された補助ガスの一部は、カバー３と被加工物２０との隙間から外部に排出される。
なお、図３において、図１（ａ），図２のレーザ加工装置と同じ構成あるいは対応する構成については同じ参照番号を付す。
（実施形態４）
次に、別の実施形態にかかるレーザ加工装置Ａを、図４を参照しながら説明する。この実施形態にかかるレーザ加工装置Ａの場合、被加工物を切断加工する際に使用するものであり、被加工物２０の下方に、チャンバー３３が形成され、このチャンバー３３にも第３の補助ガス供給口３３Ｂが形成されている点で図１（ａ）、図２、図３に図示する実施形態のレーザ加工装置と相違している。
チャンバー３３に設けられている補助ガス供給口３３Ｂは、図示しない補助ガスタンクＴ側と接続され、補助ガスが供給可能になっている。
【００３２】
かかるレーザ加工装置Ａの場合には、第１の補助ガス供給口となる筒体１０の補助ガス供給口１０Ｂと第２の補助ガス供給口となるカバー３に設けられた補助ガス供給口３Ｂから供給された補助ガスは、内面鏡１の下端の切断部分に流れるとともに、前記チャンバー３３に設けられている補助ガス供給口３３Ｂは、上方の切断部分を上方に流れて、被加工物の切断部分に蒸着しようとする加工屑を補助ガスの流れによってカバー３の下端、つまりカバー３の下端と被加工物２０との隙間（チャンバー３３の上端と被加工物２０との隙間）から外部に排出する。このように構成すると、被加工物が、例えば、アルミニュームであるような場合にも、補助ガスとしてアルゴンガス等の不活性ガスを使用すれば、加工している部分が不活性ガスによって覆われた状態で加工が進行することから、切断面（加工面）が酸化して変質（硬化等）するようなことはない。
なお、図３において、図１（ａ），図２、図３のレーザ加工装置と同じ構成あるいは対応する構成については同じ参照番号を付す。
（実施形態５）
次に、別の実施形態にかかるレーザ加工装置Ａを、図５を参照しながら説明する。この実施形態にかかるレーザ加工装置Ａの場合、被加工物を、改質または合金化あるいはマーキングする加熱加工装置、あるいは溶接加工をおこなう溶接加工装置として使用するものであり、基本的に図４に示す実施形態のものと同じ構成を具備する。そして、この実施形態５にかかるレーザ加工装置Ａの場合も、被加工物２０の下方に、チャンバー３３が形成され、このチャンバー３３にも第３の補助ガス供給口３３Ｂが形成されている点で図１（ａ）、図２、図３に図示する実施形態のレーザ加工装置と相違している。
チャンバー３３に設けられている補助ガス供給口３３Ｂは、図示しない補助ガスタンクＴ側と接続され、補助ガスが供給可能になっている。
【００３３】
かかるレーザ加工装置Ａの場合には、第１の補助ガス供給口となる筒体１０の補助ガス供給口１０Ｂと第２の補助ガス供給口となるカバー３に設けられた補助ガス供給口３Ｂから供給された補助ガスは、内面鏡１の下端の被加工物の表面に供給されて加工部分を補助ガスで充満させる。一方、前記チャンバー３３に設けられている補助ガス供給口３３Ｂは、被加工物の裏面側に供給されて加工部分の裏面側を含む該チャンバー３３内を補助ガスで充満させる。
従って、被加工物が、例えば、金属である場合において、金属の表面をチッ化処理しようとする場合には、前記補助ガスとして窒素ガスを使用することによって、レーザ光によって加熱されている金属の加工部分は窒素ガスに覆われた状態で加熱されることから、被加工物である金属の表面および裏面はチッ化処理されることになる。
また、本実施形態５の一つの実施例として、被加工物が鋳造品である場合には、不活性ガス環境下で、鋳造品の表面を溶融させてチル化処理する加工が可能であり、かかる処理は、図５に図示するような構成のレーザ加工装置を用いておこなうことができる。
また、この実施形態にかかるレーザ加工装置は、製品の表面にマーク等を付するマーキング装置としても使用でき、かかる場合に、この加熱によって酸化することを嫌う被加工物の場合には、不活性ガスを補助ガスとして使用することができる。なお、マーキング加工に際し、被加工物が酸化等変質しない材質のものについては、図１に図示する実施形態１のレーザ加工装置を用いることができることは言うまでもない。
また、溶接装置として本レーザ加工装置を用いた場合にも、溶接箇所およびその近傍箇所が、レーザ光による加熱によって酸化あるいは変質することを嫌う被加工物の場合には、不活性ガスを補助ガスとして使用すると、酸化あるいは変質を防止することができる。
なお、図５において、図１（ａ），図２、図３、図４のレーザ加工装置と同じ構成あるいは対応する構成については同じ参照番号を付す。
（実施形態６）
次に、別の実施形態にかかるレーザ加工装置Ａを、図６を参照しながら説明する。この実施形態にかかるレーザ加工装置Ａの場合、被加工物に溝等の凹設加工する際に使用するものであり、基本的に図１（ａ）に示す実施形態のものと同じ構成を具備し、内面鏡１の外周にフィルムヒータ４５が配設されている点において相違する。その他は、図１（ａ）に図示するものと全く同じ構成となっている。
【００３４】
しかして、このように構成されたレーザ加工装置Ａの場合、図１（ａ）の実施形態の有する作用効果は同様に奏するが、加えて、カバー３内において浮遊するアクリル樹脂等の微小粒子からなる加工屑が内面鏡１の外周に付着するのをフィルムヒータ４５による加熱により積極的に防止することが可能となっている。
【００３５】
また、前記実施形態６では、温度調整手段としてフィルムヒータを用いているが、これに代えて、ウォータジャケットを内面鏡の周囲に配設して、この内部に温水あるいは冷水を通すことによって、内面鏡の温度を加工屑が付着しないあるいは熱変形しない好ましい温度に調整するよう構成することもできる。そして、このように構成することによって、内面鏡外面への加工屑の付着を防止し、あるいは熱変形を防止することができる。
【００３６】
勿論、この実施形態６のような温度調整手段を具備したレーザ加工装置は、前記凹設加工以外の他の加工にも有用に利用でき、同様の作用効果を奏する。
【００３７】
【発明の効果】
本第１の発明にかかるレーザ加工装置によれば、溝幅が狭く、且つ溝ピッチも狭い、つまり、解像度の高い導光板を容易に製造することが可能となる。勿論、他の被加工物の加工にも適用できることは言うまでもなく、且つ同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
また、本第２の発明にかかる加工方法によれば、樹脂，ゴム，金属等の広い範囲にわたる被加工物を、溶接、改質、切断、穿孔等の加工をおこなうことができる。
【００３９】
また、本第３の発明にかかる製造方法によれば、溝幅が狭く、且つ溝ピッチも狭い、つまり、解像度の高い導光板を容易に且つ高速度で製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す模式図で、（ａ）はレーザ加工装置と被加工物の構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の被加工物の表面での加工状態を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施形態にかかるレーザ加工装置の構成と被加工物の配置状態および加工状態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ……レーザ加工装置
１……内面鏡
３……カバー
３Ｂ……吸引口
５……吸引装置

Claims (10)

1. レーザ発振器と、集光レンズと、管状の内面鏡とを備え、
   前記集光レンズの焦点位置に入口が位置するように前記管状の内面鏡を配設し前記発振器から照射され該内面鏡の内面で多重反射された位相とパワー密度の異なるレーザ光の光線追跡と、この光線追跡で得られた結果を重ね合わせの原理に基づいて重ね合わせて、該内面鏡の出口で生じる干渉じまの明の部分が該出口の中心部に位置しその外周に干渉じまの暗の部分が位置して、当該内面鏡の出口における中心部にパワーが集束するように、前記管状の内面鏡の入口径、出口径、長さを決定した、レーザ加工装置において、
   前記管状の内面鏡の周囲を、下端が開口したカバーで囲い、このカバーに吸引口を設けて、該吸引口を吸引装置に接続したことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記管状の内面鏡の内部に補助ガスを供給する補助ガス供給口を前記集光レンズの下方部位に設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記カバーに内面鏡に向けて開口した第２の補助ガス供給口を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
4. 前記レーザ加工装置が切断・穴明け加工装置であって、被加工物の下方にチャンバーが形成され、このチャンバーに第２の吸引口を設けて、該第２の吸引口を吸引装置に接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記レーザ加工装置が溶接，合金化，改質等をおこなう加熱加工装置であって、被加工物の下方にチャンバーが形成され、このチャンバーに第３の補助ガス供給口を設けて、被加工物の下方から補助ガスを供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記管状の内面鏡の外周面に温度調整手段が配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記管状の内面鏡の下端と、前記カバーの下端が概略等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を切断あるいは凹設又は溶接等の加工する方法であって、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を有することを特徴とする。
   （ａ）．前記レーザ加工装置の管状の内面鏡の下方近傍に、被加工物を載置する。
   （ｂ）．前記レーザ加工装置のスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡の下端から照射するとともに、該レーザ加工装置のカバーに設けられた吸引口から吸引する。
   （ｃ）．前記内面鏡に対して前記被加工物を相対的に移動させて、該レーザ加工装置のレーザ光を用いて、被加工物に、表面の幅が０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍの幅で切断あるいは凹設加工又は溶接をおこなう。
   （ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、レーザ光により切断あるいは凹設加工又は溶接される際に発生する加工屑を前記吸引口からカバー外に吸い出す。
9. 請求項３又は５記載のレーザ加工装置を用いて被加工物表面を合金化又は改質等の加工する方法であって、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を有することを特徴とする。
   （ａ）．前記レーザ加工装置の管状の内面鏡の下方近傍に、被加工物を載置する。
   （ｂ）．前記レーザ加工装置のスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡の下端から照射するとともに、前記補助ガス供給口から補助ガスを供給する。
   （ｃ）．前記内面鏡に対して前記被加工物を相対的に移動させて、該レーザ加工装置のレーザ光を用いて、被加工物表面を加熱し溶融させる。
   （ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、少なくとも加工している被加工物表面を補助ガスで覆う。
10. 樹脂板の表面に凹設加工された導光板を成形するための金型のモデルあるいは導光板そのものを製造する方法であって、以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を有することを特徴とする。
    （ａ）．請求項１〜８のいずれか１の項に記載のレーザ加工装置を用いて、該レーザ加工装置の管状の内面鏡の下方近傍に、被加工物である前記樹脂板を載置する。
    （ｂ）．前記レーザ加工装置のスイッチをＯＮにして、レーザ光を前記内面鏡の下端から照射するとともに、該レーザ加工装置のカバーに設けられた吸引口から吸引する。
    （ｃ）．前記内面鏡に対して前記樹脂板を相対的に移動させて、該レーザ加工装置のレーザ光を用いて、樹脂板の表面に、表面の幅が０．２ｍｍ〜０．００５ｍｍで加工面の鋏角が約９０度のＶの字状の溝を、平行に所定本数形成するか、あるいは、樹脂板の表面に下端で尖った円錐状の凹部を適宜間隔で列設したものを、所定本数あるいは所定列形成する。
    （ｄ）．前記（ｃ）の加工に際し、レーザ光により樹脂板の表面が凹設加工される際に発生する加工屑を前記吸引口からカバー外に吸い出す。

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