JP2004216430A - レーザ孔開け加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑えつつ、加工時間を短縮させて加工効率の向上を図ることができるレーザ孔開け加工方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ワークＷとこのワークＷに照射するレーザビームＬとを相対移動させることにより、ワークＷに孔を加工するレーザ孔開け加工方法及びその装置において、ワークＷとレーザビームＬの少なくとも一方を連続して移動させながら、所望の加工位置にレーザビームＬを照射する。そして、このレーザビームＬとしてフェムト秒レーザビームを用いる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ孔開け加工方法及びその装置に係り、詳しくは、加工対象物と該加工対象物に照射するレーザビームとを相対移動させることにより、該加工対象物に孔を加工するレーザ孔開け加工方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のレーザ孔開け加工方法としては、ワークをＸＹテーブル上に載置し、ワークの孔開け加工位置をレーザ照射位置に移動させて加工を行う加工方法が知られている。この加工方法でワークに複数の孔開け加工を行う場合には、図６（ａ）に示すようにレーザ照射により一箇所の孔開けが終了したら、次の加工位置にワークを移動させて停止させ、再びレーザ照射を行う。これを繰り返して複数の孔開け加工を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の加工方法ではレーザ照射による加工をする度に、ワークの移動及び停止を繰り返すため加減速時間がかかり、加工に要する時間が長くなってしまうという問題があった。また、ＸＹテーブルの停止時に該ＸＹテーブルが振動する場合がある。この場合には、図６（ｂ）に示すように、振動が収束するまでの時間（制定時間）Ｔ_０だけ待ってから図中の符号Ｔｒで示しているタイミングでレーザ照射する必要がある。
上記加減速時間を短縮するために駆動モータの容量を従来より大きくすることが考えられるが、駆動モータの大型化によるコストアップを招いてしまう。一方、上記制定時間を短縮するために軽量化してＸＹテーブルのイナーシャを小さくすることが考えられる。しかし、ＸＹテーブルは従来から軽量化が図られており、さらなる軽量化を図るには超軽量材料を用いて構成しなければならずコストアップを招いてしまう。
このようにコストアップを招くことなく、加減速時間及び制定時間の短縮を図るのは困難であり、加工時間を短縮させて加工効率を向上させるには限界があった。
【０００４】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、コストアップを抑えつつ、加工時間を短縮させて加工効率の向上を図ることができるレーザ孔開け加工方法及びその装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、加工対象物と該加工対象物に照射するレーザビームとを相対移動させることにより、該加工対象物に孔を加工するレーザ孔開け加工方法において、上記加工対象物と上記レーザビームの少なくとも一方を連続して移動させながら、所望の加工位置に該レーザビームを照射することを特徴とするものである。この請求項１のレーザ加工方法では、加工対象物とレーザビームの少なくとも一方を連続して移動させながら孔開け加工を行なうので、加工対象物の移動と停止とを繰り返していた従来の加工方法に比べ、移動と停止とに伴う加減速時間がかからない。また、加工対象物を停止させてレーザビームを照射するわけではないので、停止時の制定時間がかからない。これらのことにより、加工対象物とレーザビームとを相対移動させるための駆動モータの大型化によるコストアップ、或いは、ＸＹテーブルの軽量化に伴うコストアップを招くことなく、従来に比べて加工時間を短縮させて加工効率の向上を図ることができる。
また、請求項２の発明は、請求項１のレーザ孔開け加工方法において、上記加工対象物を凍結させて保持することを特徴とするものである。従来加工対象物として裏面に粘着剤付きのラミネートフィルムが貼られたＰＥＴ等のプラスチック板にレーザビームで孔開け加工を行うと、ＰＥＴを貫通した直後に粘着剤が吹き上がり加工した壁面に異物として付着する問題があった。ここで、ＰＥＴ等の加工対象物の裏面にラミネートフィルムを貼るのは、次の理由による。例えば真空チャックで加工対象物を保持する場合、加工対象物を貫通したレーザ光が真空チャックの表面で乱反射して照り返し、加工対象物の保持面側（裏面側）の貫通孔の周囲に不必要な加工がされてしまうのを防ぐためである。この請求項２のレーザ孔開け加工方法では、加工対象物を凍結させて保持することにより、加工対象物の保持面（裏面）と保持部材の表面との間に氷の層が形成される。そして、この氷の層、加工対象物と氷の層との界面、及び氷の層と保持部材との界面が、加工対象物を貫通したレーザ光の、上記照り返しによる不具合を防ぐことができるものと考えられる。よって、上記氷の層が上記ラミネートフィルムの替わりの役割を果たすことになり、ＰＥＴにラミネートフィルムを貼らなくてよい。従って、加工対象物を凍結させて保持することにより、ラミネートフィルムと同様に照り返しによる不具合を防止し、しかも、ラミネートフィルムと異なり粘着剤層が存在しないため、粘着剤が異物として付着することがない。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２のレーザ孔開け加工方法において、上記加工対象物の移動方向と平行に配設され、該加工対象物の加工位置に対応した目盛りが形成されたリニアスケールと、該目盛りを読み取る光学センサとを用い、該光学センサの目盛り検出信号に基づいて上記レーザビームを出射させることを特徴とするものである。従来カウンタ信号等を演算処理して加工位置を割り出してレーザ照射を行なっていたので、演算処理時間だけレーザ照射の遅延を生じていた。すると、加工対象物を移動させながらレーザ照射を行なう場合には、演算処理時間だけレーザ照射の遅延が生じ、加工位置ずれが生じてしまう。この請求項３のレーザ孔開け加工方法では、光学センサの目盛り検出信号に基づいて上記レーザビームを出射させるので、カウンタ信号等の演算処理を行なわなくてもレーザ照射が可能となる。これにより、従来演算処理に要していた時間がかからないため、加工対象物を移動させながらレーザ照射を行なう場合の加工位置ずれを防ぐことができる。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３のレーザ孔開け加工方法において、上記レーザビームの非照射時に比べ、照射時に上記加工対象物と該レーザビームとの相対移動速度を、孔が貫通する所望のショット数を確保し得る速度まで遅くすることを特徴とするものである。加工対象物を移動させながらレーザ照射を行なうと、該加工対象物の厚みによっては一箇所の加工孔当たり所望のショット数が得られず孔が貫通しない場合がある。この請求項４のレーザ孔開け加工方法では、レーザビームの非照射時に比べ、照射時に上記加工対象物と該レーザビームとの相対移動速度を、孔が貫通する所望のショット数を確保し得る速度まで遅くする。よって、レーザビームの非照射時には照射時よりも上記相対速度が速いので、所望のショット数が得られる一定の相対移動速度で加工対象物を移動させる場合に比べ、確実に孔を貫通させつつ加工時間の短縮を図ることができる。また、請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４のレーザ孔開け加工方法において、上記加工対象物の表面に対し垂直方向から所定の傾斜角をもったレーザビームを回転させながら照射し、該加工対象物にテーパ形状をもった孔を加工することを特徴とするものである。この請求項５のレーザ孔開け加工方法では、加工対象物にテーパ形状をもった孔を加工することができ、該加工対象物の付加価値を高めることができる。例えば、テーパ形状をもった孔が形成された加工対象物を印刷マスクとして用いる場合には、該孔からのペーストの抜け性を向上させることができ、機能を向上させて付加価値を高めることができる。
また請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５のレーザ孔開け加工方法において、上記レーザビームとしてフェムト秒レーザビームを用いることを特徴とするものである。この請求項６のレーザ孔開け加工方法では、従来エキシマレーザ等では加工対象物を移動させながら貫通孔を加工するのは困難であったが、フェムト秒レーザはエキシマレーザ等に比べてパルス幅が極めて短くピークエネルギが大きいため、移動させながらの孔開け加工が可能になった。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４又は５のレーザ孔開け加工方法において、上記レーザビームとしてＣＯ_２レーザビームを用いることを特徴とするものである。この請求項７のレーザ孔開け加工方法では、請求項６の発明と同様に、ＣＯ_２レーザはエキシマレーザ等に比べてパルス幅が短くピークエネルギが大きいため、移動させながらの孔開け加工が可能になった。
上記目的を達成するために、請求項８の発明は、加工対象物の加工面に対してレーザビームを照射するためのレーザビーム照射手段と、該レーザビーム照射手段と該加工対象物の少なくとも一方を駆動する駆動手段とを有するレーザ孔開け加工装置において、上記レーザビーム照射手段と上記加工対象物の少なくとも一方を連続して移動させるとともに、該加工対象物の所望の加工位置に上記レーザビームを照射するように、該レーザビーム照射手段及び上記駆動手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とするものである。この請求項７のレーザ孔開け加工装置では、請求項１に関して述べたように、駆動モータ或いはＸＹテーブルのコストアップを招くことなく、従来に比べて加工時間を短縮させて加工効率の向上を図ることができる。
また、請求項９の発明は、請求項８のレーザ孔開け加工装置において、上記加工対象物を凍結させて保持する凍結保持手段を有することを特徴とするものである。この請求項９のレーザ孔開け加工装置では、請求項２に関して述べたように、加工対象物を凍結させて保持することにより、粘着剤が異物として加工孔の壁面に付着することを防ぐことができる。
また、請求項１０の発明は、請求項８又は９のレーザ孔開け加工装置において、上記加工対象物の移動方向と平行に配設され、該加工対象物の加工位置に対応した目盛りが形成されたリニアスケールと、該目盛りを読み取る光学センサとを有し、上記レーザビーム照射手段が該光学センサの目盛り検出信号に基づいて上記レーザビームを出射させることを特徴とするものである。この請求項１０のレーザ孔開け加工装置では、請求項３に関して述べたように、従来演算処理時間に要していた時間がかからないため、加工対象物を移動させながらレーザ照射を行なう場合の加工位置ずれを防ぐことができる。
また、請求項１１の発明は、請求項８、９又は１０のレーザ孔開け加工装置において、上記制御部は、上記レーザビームの非照射時に比べ、照射時に上記加工対象物と上記レーザビーム照射手段との相対移動速度を、孔が貫通する所望のショット数を確保し得る速度まで遅くする制御を行なうことを特徴とするものである。この請求項１１のレーザ孔開け加工装置では、請求項４に関して述べたように、レーザビームの非照射時には照射時よりも上記相対速度が速いので、所望のショット数が得られる一定の相対移動速度で加工対象物を移動させる場合に比べ、確実に孔を貫通させつつ加工時間の短縮を図ることができる。
また、請求項１２の発明は、請求項８、９、１０又は１１のレーザ孔開け加工装置において、入射するレーザビームを微小角度屈折して出射するウエッジ光学基板と、該入射するレーザビームの光軸と同軸で該ウエッジ光学基板を回転させる回転駆動手段とを有することを特徴とするものである。この請求項１２のレーザ孔開け加工装置では、請求項５に関して述べたように、加工対象物にテーパ形状をもった孔を加工することができ、該加工対象物の付加価値を高めることができる。
また、請求項１３の発明は、請求項８、９、１０、１１又は１２のレーザ孔開け加工装置において、上記レーザビーム照射手段がフェムト秒レーザ発振器を有することを特徴とするものである。この請求項１３のレーザ孔開け加工装置では、請求項６に関して述べたように、従来エキシマレーザ等では困難であった移動させながらの孔開け加工が、フェムト秒レーザビームを用いることで可能になった。
また、請求項１４の発明は、請求項８、９、１０、１１又は１２のレーザ孔開け加工装置において、上記レーザビーム照射手段がＣＯ_２レーザ発振器を有することを特徴とするものである。この請求項１４のレーザ孔開け加工装置では、請求項７に関して述べたように、従来エキシマレーザ等では困難であった移動させながらの孔開け加工が、ＣＯ_２レーザビームを用いることで可能になった。
【０００６】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
以下、本発明を、フェムト秒レーザを用いたレーザ孔開け加工装置に適用した一実施形態について説明する。以下、プラスチック板等からなる加工対象物であるワークＷに対し、レーザ孔開け加工装置を用いて複数の位置に孔開け加工を行う場合について説明する。この孔開け加工が施されたプラスチック板は、印刷マスクやインクジェットヘッドなどに用いられる。
【０００７】
図１、本実施形態に係るレーザ孔開け加工装置全体の概略構成図である。このレーザ加工装置は、レーザ装置１、ワーク保持装置２、ワーク移載装置３、ＸＹテーブル４、制御手段を構成するメインコントローラ５から主に構成されている。上記ＸＹテーブル４は、ワークＷに対するレーザ光照射ポイントとワークＷとを相対移動させる相対移動手段として用いている。
【０００８】
上記レーザ装置１は、光源であるレーザ発振器１０と、加工ヘッド１１とから構成されている。このレーザ発振器１０は、エキシマレーザ等に比べて単位時間当たりのショット数が多くピーク出力が大きいフェムト秒レーザを出射する。また、加工ヘッド１１は、アパーチャ、落射ミラー、集光レンズ等（いずれも不図示）を備えている。
なお、フェムト秒レーザの発振器出力のように小エネルギ、高繰り返しのパルスで加工可能な用途の場合には、光ファイバを用いてレーザ光をワークＷまで導く構成とすることが可能である。この場合、フェムト秒レーザのパルス幅が短くてピークエネルギが高いとファイバが破損する虞があるので、パルス幅を広げて入射し、出射後に圧縮する方法を用いることが望ましい。
【０００９】
上記フェムト秒レーザとは、１ピコ秒以下のパルス放射時間でレーザ光を出力するレーザである。現在、汎用的に市販されているフェムト秒レーザの中には、極短パルスで発振するものが実在し、レーザ光波長が７７５ｎｍで、パルス放射時間が１５０フェムト秒以下、パルス当りの光エネルギーが８００マイクロジュールのものが存在する。すなわち、放射レーザ光のエネルギー密度は発振パルスにおいて約５．３ギガワットのレベルに達する。これによると、時間的エネルギー密度が飛躍的に増加するため、複数の光子が同時に吸収される多光子吸収過程が起こり、遠紫外線等のフォトンエネルギーが大きい光子でしか吸収が起こらなかった材料に対しても複数光子の同時吸収といった形態でエネルギー吸収が起こりアブレーション現象を引き起こすことが可能となる。また、レーザの照射時間が非常に短いためレーザ光が熱エネルギーとして被加工物内を拡散する前に昇華アブレーション加工プロセスが終了する。
本実施形態に係るレーザ加工装置では、例えばコヒーレント社の再生増幅器システムを用いて、高速加工時に、パルス当たりの光エネルギーが１マイクロジュールで、周波数が３００ｋＨｚのレーザ加工をすることができる。
【００１０】
上記ワーク保持装置２は、ワークＷをワーク台２０に保持し、加工中に位置がズレないようにする役割を果たすものである。従来、ワークＷとして裏面に粘着剤付きのラミネートフィルムが貼られたＰＥＴ等を真空チャックで保持してエキシマレーザで孔開け加工を行うと、ＰＥＴを貫通した直後に粘着剤が吹き上がり加工した壁面に異物として付着する問題があった。ここで、ＰＥＴの裏面にラミネートフィルムを貼るのは、次の理由による。真空チャックでＰＥＴを保持する場合、ＰＥＴを貫通したレーザ光が真空チャックの表面で乱反射して照り返し、ＰＥＴの保持面側（裏面側）の貫通孔の周囲に不必要な加工がされてしまうのを防ぐためである。
そこで本実施形態では、図１に示したＸＹテーブル本体４１に固設されたワーク台２０には、凍結チャック２１を配設している。ワークＷを凍結させて保持することにより、ワークＷの保持面（裏面）と凍結チャック２１表面との間に氷の層が形成される。そして、この氷の層、ワークＷと氷の層との界面、及び氷の層と凍結チャック２１表面との界面が、ワークＷを貫通したレーザ光の、上記照り返しによる不具合を防ぐことができるものと考えられる。よって、上記氷の層が上記ラミネートフィルムの替わりの役割を果たすことになり、ワークＷにラミネートフィルムを貼らなくてよい。従って、ワークＷを凍結させて保持することで、ラミネートフィルムと同様に照り返しによる不具合を防止し、しかも、ラミネートフィルムと異なり粘着剤層が存在しないため、粘着剤が異物として付着することがない。
【００１１】
上記凍結チャック２１としては、例えばエミネントサプライ社製の凍結チャックを用いることができる。この凍結チャック２１は、水が凍るときの固着力を利用してワークＷをチャック表面に固定するものである。大気中の水分を用いて固着させることができるが、ワークＷに少量の水をかけることでより確実に固着させることができる。
凍結チャック２１でワークＷを凍結させて固定することで、例えば２０℃程度の室温でメカニカルクランプを用いてワークＷを固定する場合に比べ、ワークＷの体積が縮小する。これにより、例えばワークＷに室温状態でφ３０μｍの孔を形成したい場合に、−２０℃程度で凍結固定して体積を縮小した状態で加工することで、レーザスポット径をφ２５μｍ程度に小径化することができる。これにより、単位面積当たりのレーザ出力を向上させて、上記異物の付着をより防ぐことができる。また、マシンバイス等のメカニカルクランプでチャッキングする場合に生じるワークの歪みによる精度低下を防ぐことができる。そして、レーザ孔開け加工後にワークＷを室温に戻すことで、凍結時に比べ体積が膨張し、φ３０μｍの孔が得られる。
【００１２】
上記ワーク移載装置３は、上記凍結チャック２１に対するワークＷの装着及び取外しを行うものである。図１に示すように、複数の吸着パッド３１でワークＷの上面を真空吸着しながら搬送するようになっている。
上記ＸＹテーブル４は、ＸＹテーブル本体４１、ＸＹテーブル本体４１を制御するＸＹテーブルコントローラ４２とから主に構成されている。ＸＹテーブル本体４１には、上述したようにワーク保持装置２が配設されている。
上記メインコントローラ５は、本レーザ加工装置全体を制御するものであり、フェムト秒レーザ装置１、凍結チャック２１の図示しない制御装置、ワーク移載装置３、ＸＹテーブルコントローラ４２等が接続されている。
【００１３】
図２は、本実施形態におけるＸＹテーブル４の要部の概略構成を示す側面図である。
ＸＹテーブル４は、加工ヘッド１１に対してワークＷが保持されたワーク台２０をＸ軸方向（図中紙面方向）及びＹ軸方向（図中左右方向）に相対移動させるものである。ワーク台２０は、リニアモータ４３の駆動により、ワークＷを載置した状態でＸ軸方向に移動する。この移動の際、ワーク台２０は、ガイド４４に案内されることで、移動台４５上をＸ軸方向に沿って直線状に移動する。一方、移動台４５も、ワーク台２０と同様に、図示しないリニアモータの駆動によりワーク台２０を載置した状態でＹ軸方向に直線状に移動する。
【００１４】
移動台４５の上面には、メインリニアスケール４６ａを保持するスケール保持部４７ａと、サブリニアスケール４６ｂを保持するスケール保持部４７ｂとが固定配置されている。メインリニアスケール４６ａ及びサブリニアスケール４６ｂの目盛り方向はＸ軸方向に平行である。一方、ワーク台２０の下面には、メイン位置検出センサ４８ａが取り付けられたセンサ保持部４９ａと、サブ位置検出センサ４８ｂが取り付けられたセンサ保持部４９ｂとが固定されている。メイン位置検出センサ４８ａはメインリニアスケール４６ａと対向し、サブ位置検出センサ４８ｂはサブリニアスケール４６ｂと対向するように配置されている。これらのメイン位置検出センサ４８ａ及びサブ位置検出センサ４８ｂとしては、例えば反射型レーザセンサを用いることができる。この場合、メイン位置検出センサ４８ａはメインリニアスケール４６ａ上の目盛りによってＯＮ／ＯＦＦ信号をＸＹテーブルコントローラ４２に出力する。ＸＹテーブルコントローラ４２は、この信号に基づいてリニアモータ４３の駆動を制御し、フェムト秒レーザビームに対してワークＷをＸ軸方向方向に相対移動させる。また、サブ位置検出センサ４８ｂはサブリニアスケール４６ｂ上の目盛りによってＯＮ／ＯＦＦ信号をＸＹテーブルコントローラ４２及びメインコントローラ５に出力する。メインコントローラ５はこの信号に基づいてフェムト秒レーザ発振器１０を制御し、フェムト秒レーザを照射する。
なお、本実施形態では、Ｙ軸方向については、メイン位置検出センサとメインリニアスケールとを対向させて配設しているが、サブ位置検出センサとサブリニアスケールとは設けていない。また、Ｘ軸方向については、例えばレニショー社製の型番ＭＬ１０のレーザ測長器を用いてもよい。
【００１５】
上記メイン位置検出センサ４８ａとして分解能が１μｍで、上記メインスケール４６ａとして０．１７ｍｍ間隔の目盛りを有するものを使用する。一方、サブ位置検出センサ４８ｂとして分解能が０．１μｍで、上記サブスケール４６ｂとして０．５μｍピッチの目盛りが０．１７ｍｍ間隔で形成されたものを用いる。例えばレニショー社製のリニアスケールを用いることができる。
図３（ａ）はこれらの位置検出センサ４８ａ，ｂのＯＮ／ＯＦＦ信号とレーザショット等のタイミングチャートである。メイン位置検出センサ４８ａから出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号を孔開け加工の同期信号として用い、サブ位置検出センサ４８ｂから出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいてフェムト秒レーザをショットする。より具体的には、図３（ａ）において、メイン位置検出センサ４８ａのＯＮ信号直後のサブ位置検出センサ４８ｂのＯＮ信号をフェムト秒レーザのショット開始信号として用い、次のサブ位置検出センサ４８ｂのＯＮ信号をフェムト秒レーザのショット停止信号として用いる。
【００１６】
加工周波数が８０ＭＨｚ（発振器出力）のフェムト秒レーザを用い、板厚０．２５ｍｍのプラスチック板に、トータル加工距離が約３３ｍｍ、加工間隔が０．１７ｍｍで、φ３０μｍの孔を１９４個開ける場合について、従来方法との比較実験を行なった。
ワークの移動と停止を繰り返す従来方法では、制定時間を０．０５秒／回、加速度を９．８ｍ／ｓ^２、一孔当たりの加工時間を約１３μｓ（約１０００ショット）とした場合に、加工時間は約１１．３秒であった。
これに対し、ワークを連続移動させる本実施形態では、ワークＷの移動速度を４０ｍｍ／ｓ、一孔当たりワークＷが０．５μｍ移動する間（約１３μｓ、約１０００ショット）にレーザ照射を行なったところ、加工時間は約１秒であった。このように、本実施形態によれば従来方法に比べ大幅に加工時間が短縮され、加工効率の向上を図ることができた。さらに、従来カウンタ信号の演算処理に要していた時間がかからないため、ワークＷを移動させながらレーザ照射を行なう場合の加工位置ずれを防ぐことができる。なお、本実施形態ではワークＷを停止させず一定速度で移動させながらレーザショットするので、Ｙ軸方向に比べて移動方向であるＸ軸方向に０．５μｍ長い楕円孔となるが、加工孔径の寸法精度を満たせば問題ない。
【００１７】
次に、レーザショットタイミングとして、サブ位置検出センサ４８ｂのＯＮ信号をレーザショットのトリガとして用いる場合について説明する。図３（ｂ）はサブ位置検出センサ４８ｂのＯＮ信号をレーザショットのトリガとして用いる構成のタイミングチャートである。
メイン位置検出センサ４８ａとして分解能が１μｍで、メインリニアスケール４６ａとして０．１７ｍｍ間隔の目盛りを有するものを使用する。一方、サブ位置検出センサ４８ｂとして分解能が０．１μｍで、サブリニアスケール４６ｂとして０．１７ｍｍ毎に０．１μｍピッチの目盛りが５つずつ形成されたものを用いる。
そしてサブ位置検出センサ４８ｂから出力されるＯＮ信号に基づいてフェムト秒レーザをショットする。より具体的には、図３（ｂ）において、サブ位置検出センサ４８ｂのＯＮ信号をフェムト秒レーザのトリガとして用い、ワークＷが０．５μｍ移動する間に５ショットして孔開け加工する。そして、第一のショットから０．１７ｍｍ移動した時点で再び５ショットして孔開け加工を行い、以下この動作を繰り返す。このレーザショットタイミングでは上記レーザショットタイミングに比べショット数は少なくなるが、ワークＷの板厚や材質によって孔開け加工が可能である。
【００１８】
以上本実施形態によれば、フェムト秒レーザを用いることで、ワークを停止させることなく短時間で孔開け加工を行うことができる。よって、孔の加工精度を維持しつつ、しかもトータルの加工時間を短縮させて加工効率を向上させることができる。
【００１９】
〔実施形態２〕
上記実施形態１においてレーザビームのショット数が少なくてワークに孔が貫通しない場合には、レーザショット時にレーザビームをワークと同時に移動させてショット時間を長くすることもできる。図４（ａ）はボールネジによりレーザ装置１をＸ軸方向に移動させる概略構成図である。また、図４（ｂ）はこの構成におけるレーザショットのタイミングチャートである。
図４（ａ）に示すようにレーザ装置１をボールネジ機構６のボールネジ部６１に取り付け、レーザショットするタイミングに合わせてレーザ装置１をワークＷの送り方向と同じＸ軸方向に移動させる。この構成では、ワークＷ自体の送り移動速度を遅くすることなく、レーザ装置１に対するワークＷの相対移動速度を遅くでき、単位時間当たりのレーザショット数を増やすことができる。よって、例えばレーザ装置１を移動させない場合にレーザショット数が一つの孔加工当たり５００ショットだったものを、１０００ショットに増やすことができる。これにより、ワークＷを連続移動させて加工時間を短縮した場合に板厚や材質によっては貫通孔の加工が困難であった場合でも、若干トータルの加工時間は長くなるものの、レーザショット数を増やすことで、確実に孔開け加工を行うことができる。
【００２０】
〔実施形態３〕
ワークに対してレーザビームを斜めに照射し、テーパ形状を有する孔を加工することもできる。
図５は本実施形態３に係る加工ヘッド１１を詳しく説明するための部分断面図である。加工ヘッド１１は、ウエッジ光学基板７０と、該ウエッジ光学基板を保持するホルダ７１と、集光レンズ７２と、ステッピングモータ７３等からなる回転駆動手段とを備えている。
【００２１】
上記ウエッジ光学基板７０は、基板の表裏両面が平面であって、基板裏面（出射面）７０ｂに微小なウエッジ角を有する光学基板である。このウエッジ光学基板７０の基板表面（入射面）７０ａに対し垂直にレーザビームを入射すると、入射したレーザビームが微小角度屈折して基板裏面７０ｂから出射する。また、上記ホルダ７１は円筒形状をなしており、ウエッジ光学基板７０の基板表面７０ａをレーザビームの光軸に対し垂直となるように支持する。このホルダ７１は一対のボールベアリング７６６ａ，７６ｂによって加工ヘッド１１のケース７７に回動可能に支持されており、ウエッジ光学基板７０に入射するレーザビームの光軸と同軸でウエッジ光学基板７０を回転することができるようになっている。また、上記集光レンズ７２はレーザビームをワークＷ上に集光させて結像させるものである。
【００２２】
上記回転駆動手段は、ステッピングモータ７３と、該ステッピングモータの回転制御を行うステッピングモータドライバ７８、ステッピングモータコントローラ７９と、該ステッピングモータの駆動力を伝達する駆動ギヤ７４と、従動ギヤ７５とを備えている。
上記ステッピングモータ７３はモータ本体７３ａと、減速器であるギヤヘッド７３ｂと、駆動ロータ（不図示）の回転位置を検出するエンコーダ７３ｃとからなる。モータ本体７３ａは、例えば５相励磁で基本ステップ角０．７２°のステッピングモータを用いることができる。モータ本体７３ａの回転はギヤヘッド７３ｂにより減速されて駆動ギヤ７４を回転させる。この駆動ギヤ７４は前記ホルダ７１に固設された従動ギヤ７５と噛み合っていて、ホルダに保持されたウエッジ光学基板７０を回転させるようになっている。なお、上記駆動ギヤ７４と従動ギヤ７５とは、駆動力を滑らかに且つ静粛に伝達するために、ハス歯歯車を用いることが望ましい。
上記ステッピングモータドライバ７８はモータ本体７３ａ内部の巻線へ電流を流すための制御回路である。また、ステッピングモータコントローラ７９はステッピングモータ７３を制御するためのパルス信号を出力する回路である。
【００２３】
上記構成の回転駆動手段でウエッジ光学基盤７０を回転させながらレーザショットを行うことにより、ワークＷ表面に対し垂直方向から所定角度傾いてレーザビームが照射される。これにより、ワークＷにテーパ形状を有する孔を加工することができる。このように孔にテーパを形成することで、例えば印刷マスクとして用いるのであればペーストの抜け性が向上し、またインクジェットヘッドとして用いるのであればインクの吐出性を向上させることができ、ワークの付加価値を高めることができる。
【００２４】
〔実施形態４〕
上記各実施形態では、フェムト秒レーザを用いた構成について説明したが、これに替えてＣＯ_２レーザを用いることもできる。
例えば、１Ｗ、１ＫＨｚ、１パルス当たり１ｍＪのＣＯ_２レーザを用いて、高速加工を行なうことができる。即ち、ＣＯ_２レーザを用いて、ワークを停止させることなく短時間で孔開け加工を行うことができ、孔の加工精度を維持しつつ、しかもトータルの加工時間を短縮させて加工効率を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１乃至１４の発明においては、コストアップを抑えつつ、加工時間を短縮させて加工効率の向上を図ることができるという優れた効果がある。
また特に、請求項２及び９の発明においては、従来用いられていたラミネートフィルムと同様に照り返しによる不具合を防止し、しかも、粘着剤が異物として付着することがないという優れた効果がある。
また特に、請求項３及び１０の発明においては、従来演算処理時間に要していた時間がかからないため、加工対象物を移動させながらレーザ照射を行なう場合の加工位置ずれを防ぐことができるという優れた効果がある。
また特に、請求項４及び１１の発明においては、所望のショット数が得られる相対移動速度を維持しながら加工対象物を移動させる場合に比べ、確実に孔を貫通させつつ加工時間の短縮を図ることができるという優れた効果がある。
また特に、請求項５及び１２の発明においては、加工対象物にテーパ形状をもった孔を加工することができ、該加工対象物の付加価値を高めることができるという優れた効果がある。
また特に、請求項６及び１３の発明においては、従来エキシマレーザ等では困難であった移動させながらの孔開け加工が、フェムト秒レーザビームを用いることで可能になるという優れた効果がある。
また特に、請求項７及び１４の発明においては、従来エキシマレーザ等では困難であった移動させながらの孔開け加工が、ＣＯ_２レーザビームを用いることで可能になるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るレーザ孔開け加工装置の要部概略構成図。
【図２】ＸＹテーブルの要部の概略構成を示す側面図。
【図３】（ａ）はメイン位置検出センサのＯＮ／ＯＦＦ信号とレーザショット等のタイミングチャート。
（ｂ）はサブ位置検出センサのＯＮ信号をレーザショットのトリガとして用いる構成のタイミングチャート。
【図４】（ａ）はボールネジによりレーザ装置をＸ軸方向に移動させる概略斜視図。
（ｂ）は本構成におけるレーザショットのタイミングチャート。
【図５】実施形態３に係る加工ヘッドの部分断面説明図。
【図６】（ａ）は従来の孔開け加工方法を示す斜視図。
（ｂ）はＸＹテーブルの移動速度の時間変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１ レーザ装置
２ ワーク保持装置
３ ワーク移載装置
４ ＸＹテーブル
５ メインコントローラ
６ ボールネジ機構
１０ フェムト秒レーザ発振器
１１ 加工ヘッド
２０ ワーク台
２１ 凍結チャック
４１ ＸＹテーブル本体
４２ ＸＹテーブルコントローラ
４３ リニアモータ
４６ａ メインリニアスケール０
４６ｂ サブリニアスケール
４８ａ メイン位置検出センサ
４８ｂ サブ位置検出センサ
７０ ウエッジ光学基板

Claims (14)

1. 加工対象物と該加工対象物に照射するレーザビームとを相対移動させることにより、該加工対象物に孔を加工するレーザ孔開け加工方法において、
   上記加工対象物と上記レーザビームの少なくとも一方を連続して移動させながら、所望の加工位置に該レーザビームを照射することを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
2. 請求項１のレーザ孔開け加工方法において、
   上記加工対象物を凍結させて保持することを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
3. 請求項１又は２のレーザ孔開け加工方法において、
   上記加工対象物の移動方向と平行に配設され、該加工対象物の加工位置に対応した目盛りが形成されたリニアスケールと、
   該目盛りを読み取る光学センサとを用い、
   該光学センサの目盛り検出信号に基づいて上記レーザビームを出射させることを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
4. 請求項１、２又は３のレーザ孔開け加工方法において、
   上記レーザビームの非照射時に比べ、照射時に上記加工対象物と該レーザビームとの相対移動速度を、孔が貫通する所望のショット数を確保し得る速度まで遅くすることを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
5. 請求項１、２、３又は４のレーザ孔開け加工方法において、
   上記加工対象物の表面に対し垂直方向から所定の傾斜角をもったレーザビームを回転させながら照射し、該加工対象物にテーパ形状をもった孔を加工することを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
6. 請求項１、２、３、４又は５のレーザ孔開け加工方法において、
   上記レーザビームとしてフェムト秒レーザビームを用いることを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
7. 請求項１、２、３、４又は５のレーザ孔開け加工方法において、
   上記レーザビームとしてＣＯ_２レーザビームを用いることを特徴とするレーザ孔開け加工方法。
8. 加工対象物の加工面に対してレーザビームを照射するためのレーザビーム照射手段と、該レーザビーム照射手段と該加工対象物の少なくとも一方を駆動する駆動手段とを有するレーザ孔開け加工装置において、
   上記レーザビーム照射手段と上記加工対象物の少なくとも一方を連続して移動させるとともに、該加工対象物の所望の加工位置に上記レーザビームを照射するように、該レーザビーム照射手段及び上記駆動手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とするレーザ孔開け加工装置。
9. 請求項８のレーザ孔開け加工装置において、
   上記加工対象物を凍結させて保持する凍結保持手段を有することを特徴とするレーザ孔開け加工装置。
10. 請求項８又は９のレーザ孔開け加工装置において、
    上記加工対象物の移動方向と平行に配設され、該加工対象物の加工位置に対応した目盛りが形成されたリニアスケールと、
    該目盛りを読み取る光学センサとを有し、
    上記レーザビーム照射手段が該光学センサの目盛り検出信号に基づいて上記レーザビームを出射させることを特徴とするレーザ孔開け加工装置。
11. 請求項８、９又は１０のレーザ孔開け加工装置において、
    上記制御部は、上記レーザビームの非照射時に比べ、照射時に上記加工対象物と上記レーザビーム照射手段との相対移動速度を、孔が貫通する所望のショット数を確保し得る速度まで遅くする制御を行なうことを特徴とするレーザ孔開け加工装置。
12. 請求項８、９、１０又は１１のレーザ孔開け加工装置において、
    入射するレーザビームを微小角度屈折して出射するウエッジ光学基板と、
    該入射するレーザビームの光軸と同軸で該ウエッジ光学基板を回転させる回転駆動手段とを有することを特徴とするレーザ孔開け加工装置。
13. 請求項８、９、１０、１１又は１２のレーザ孔開け加工装置において、
    上記レーザビーム照射手段がフェムト秒レーザ発振器を有することを特徴とするレーザ孔開け加工装置。
14. 請求項８、９、１０、１１又は１２のレーザ孔開け加工装置において、
    上記レーザビーム照射手段がＣＯ_２レーザ発振器を有することを特徴とするレーザ孔開け加工装置。

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