【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガラスやセラミックスなどの脆性材料に、例えばインクジェットヘッドのノズル孔や電子部品と電極とを接続するためのスルーホールなどの微細な穴、特に貫通穴を形成する穴あけ加工に、例えばレーザなどのビームを用いる脆性材料の穴あけ加工方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザビームを用いた脆性材料からなる被加工物の切断、穴あけなどの加工方法は、レーザビームを微小径に集光して高エネルギー密度を得ることにより、被加工物を瞬時に溶融並びに蒸発させて、被加工物の切断、穴あけを行うものである（例えば、非特許文献１参照）。
また、レーザ発振装置から発射されたレーザビームを、反射鏡によって方向を変え、集光レンズを通過させて、被加工物の切断部に集光させて切断を行うものである。このとき、切断部にアシストガスを吹き付けて、レーザビームの照射で溶融した被加工物を切断部から飛散させ、切断部に付着することを防ぐとともに、集光レンズ側への付着も防ぐ（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
新井 武二、外２名、「レーザー加工入門シリーズ３ レーザー切断加工」、アシニスト出版、平成６年３月３１日、ｐ．５４−５５
【特許文献１】
特開平８−１４１７６４号公報（第２頁左欄、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の穴あけ加工は、レーザを用いて加工するため、短時間で微細な貫通穴を形成することができる。しかしながら、被加工物に照射されるレーザビームの強度分布は、図８に示すように、中心部の強度が最も高く分布幅の狭いガウス分布Ｄであるため、被加工物の穴あけ位置（加工部）に強度の高いビームが照射される。これにより、加工部とその周辺との温度差が非常に大きくなってしまい、脆性材料からなる被加工物は、局部的に加わったビーム中心に作用する圧縮応力とその周辺に作用する引っ張り応力とによる熱応力によって、加工部やその近傍にクラックが発生し、加工品質を低下させてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、穴あけ加工によるクラックの発生を防止して、加工品質を向上させることのできる脆性材料の穴あけ加工方法およびその装置を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る穴あけ加工方法は、脆性材料からなる被加工物に貫通穴を形成する穴あけ加工方法であって、第１の熱源部により被加工物の加工部に貫通穴を形成するとともに、第２の熱源部により被加工物の加工部周辺を加熱する方法である。これによれば、加工時において、加工部と加工部周辺との温度差および温度勾配がなだらかになり、加工部周辺にかかる熱応力を小さくすることができる。これにより、熱応力によるクラックの発生を防止することができ、加工品質を向上させることができる。
【０００７】
また、上記穴あけ加工方法において、第１の熱源部は、被加工物の加工部に貫通穴を形成するビーム強度分布を有する第１のビームを照射するとともに、第２の熱源部は、被加工物の加工部周辺を加熱するビーム強度分布を有する第２のビームを照射する方法である。これによれば、２つの異なるビーム強度分布を有するビームを照射することによって、加工部に貫通穴を形成するとともに加工部周辺を加熱することができ、簡単な方法で加工部周辺にかかる熱応力を小さくすることができる。これにより、熱応力によるクラックの発生を防止することができ、加工品質を向上させることができる。
さらに、上記穴あけ加工方法は、第１の熱源部のレンズにより、被加工物の加工部に貫通穴を形成する第１のビームのビーム強度分布を形成するとともに、第２の熱源部のレンズにより、被加工物の加工部周辺を加熱する第２のビームのビーム強度分布を形成する方法である。これによれば、簡単な構造でそれぞれの役割を有するビームを得ることができ、加工品質を向上させることができる。そして、歩留まりが高くなってコストの低減を図ることができる。
【０００８】
また、上記穴あけ加工方法は、第１のビームおよび第２のビームを、被加工物の一方の側から照射する方法である。これにより、加工部と加工部周辺との温度差を小さくすることができ、クラックの発生を防止することができる。
さらに、上記穴あけ加工方法は、第１のビームを被加工物の一方の側から照射し、第２のビームを被加工物の他方の側から照射する方法である。これによれば、被加工物は表裏からビームを照射されるため、より加工部と加工部周辺との温度差を小さくすることができ、クラックの発生を防止することができる。
また、上記穴あけ加工方法は、被加工物に貫通穴を形成した後、第１のビームの照射を停止し、第２のビームの照射を所定時間継続する方法である。これによれば、貫通穴形成後の急激な温度変化を防ぐことができ、クラックの発生を防止することができる。これにより、加工品質を向上させることができる。
【０００９】
本発明に係る穴あけ加工方法は、脆性材料からなる被加工物に貫通穴を形成する穴あけ加工方法であって、熱源部により、被加工物の加工部に貫通穴を形成し、かつ加工部周辺を加熱する方法である。これによれば、加工時において、加工部と加工部周辺との温度差および温度勾配をなだらかにすることができ、加工部周辺にかかる熱応力を小さくすることができる。これにより、熱応力によるクラックの発生を防止することができ、加工品質を向上させることができる。
また、上記穴あけ加工方法において、熱源部は、被加工物の加工部に貫通穴を形成し、かつ加工部周辺を加熱するビーム強度分布を有するビームを照射する方法である。これによれば、２つの要素を有するビーム強度分布のビームを照射することによって、加工部に貫通穴を形成するとともに加工部周辺を加熱することができ、簡単な方法で加工部周辺にかかる熱応力を小さくすることができる。これにより、熱応力によるクラックの発生を防止することができ、加工品質を向上させることができる。
さらに、上記穴あけ加工方法において、熱源部の回折格子により、被加工物の加工部に貫通穴を形成し、かつ加工部周辺を加熱するビームのビーム強度分布を形成する方法である。これによれば、簡単な構造でそれぞれの役割を有するビームを得ることができ、加工品質を向上させることができる。これにより、歩留まりが高くなってコストの低減を図ることができる。
【００１０】
本発明に係る穴あけ加工方法は、脆性材料からなる被加工物に貫通穴を形成する穴あけ加工方法であって、熱源部の制御により、被加工物の加工部に照射されるビームの照射強度を、照射時間の経過に対応させて増減させる方法である。これによれば、加工部と加工部周辺との温度差および温度勾配をなだらかにすることができ、加工部周辺にかかる熱応力を小さくすることができる。これにより、熱応力によるクラックの発生を防止することができ、加工品質を向上させることができる。
また、上記穴あけ加工方法において、ビームの照射強度を、照射時間に対応して徐々に強くし、貫通穴形成可能な照射強度に達した後、照射時間に対応して徐々に弱くする方法である。これによれば、脆性材料でもクラックの発生を防止しながら貫通穴を形成することができ、加工品質を向上させることができる。これにより、歩留まりが高くなってコストの低減を図ることができる。
【００１１】
さらに、上記穴あけ加工方法において、ビームはレーザビームである方法である。これにより、短時間で微細な貫通穴を形成することができる。そして、貫通穴を形成するビームは電子ビームなどのでもよく、加工部周辺を加熱するビームは赤外線ランプなどでもよい。
【００１２】
本発明に係る穴あけ加工装置は、上記穴あけ加工方法を用いて、脆性材料からなる被加工物に貫通穴を形成するものである。これによれば、貫通穴の形成時に生じるクラックの発生を防止することができ、加工品質を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の構成説明図である。図において、１は第１のレーザビーム１ａ（例えばＣＯ２ レーザ）が発振される第１のレーザ発振器、２は第２のレーザビーム２ａ（例えばＣＯ２ レーザ）が発振される第２のレーザ発振器、３，４は第１のレーザ発振器１のレーザビーム１ａまたは第２のレーザ発振器２のレーザビーム２ａの進行路上に配置され、レーザビーム１ａ，２ａを例えばガラス板等の脆性材料からなる被加工物１１に向けてそれぞれ反射させる全反射ミラーである。５は全反射ミラー３からのレーザビーム１ａが被加工物１１の加工部（穴あけ部１１ａ）にほぼ集中して照射されるようなレーザ強度分布Ａを形成する第１のレンズ、６は全反射ミラー４からのレーザビーム２ａが被加工物１１の加工部（穴あけ部１１ａ）の周辺を加熱するように照射されるようなレーザ強度分布Ｂを形成する第２のレンズ、７は被加工物１１が載置されるテーブルで、貫通された加工用にげ穴７ａが形成されている。８は全反射ミラー３，４と被加工物１１との間に第１のレンズ５および第２のレンズ６を内部に収容するように配置されたほぼパイプ状のガス吹きつけ用ノズルで、下方にはガス吹きつけ用ノズル８内に圧縮空気などのアシストガスＧを送り込む分岐管８ａが設けられており、分岐管８ａには図示しないアシストガス供給手段が接続されている。９は第１のレーザ発振器１、第２のレーザ発振器２およびアシストガス供給手段に電気的に接続され、第１のレーザ発振器１、第２のレーザ発振器２およびアシストガス供給手段の駆動を制御する制御手段である。
そして、上記１〜９によりレーザ加工装置１０が構成され、第１のレーザ発振器１、全反射ミラー３および第１のレンズ５により第１の熱源部が構成されるとともに、第２のレーザ発振器２、全反射ミラー４および第２のレンズ６により第２の熱源部が構成される。
【００１４】
なお、第１のレーザ発振器１から発振されるレーザビーム１ａは、被加工物１１の穴あけ部１１ａに貫通穴１２を形成する（穴あけ部１１ａの材料を除去する）ためのビームであり、第２のレーザ発振器２から発振されるレーザビーム２ａは、穴あけ部１１ａの材料を除去せずに加熱するためのビーム、つまり穴あけ部１１ａとその周辺との温度差が高くならないようにし、ビーム強度分布の温度勾配も急激に上昇しないようになだらかなものにするためのビームである。よって、各ビームは被加工物１１の種類によって適宜変更することができ、第１のレーザ発振器１と第２のレーザ発振器２は、ビームを同種にして、第１のレーザ発振器１から強いビームを発振し、第２のレーザ発振器２から弱いビームを発振するようにしてもよく、発振するビームの波長を変えて各ビームの役割を果たせるようにしてもよい。
【００１５】
このように構成された実施の形態１に係るレーザ加工装置１０を用いて、被加工物１１に穴あけ加工を行う場合、まず、テーブル７上に被加工物１１をその加工位置（穴あけ部１１ａ）の下面側がテーブル７の加工用にげ穴７ａに対応するように載置する。ついで、制御手段９により第１のレーザ発振器１および第２のレーザ発振器２を駆動するとともに、アシストガス供給手段を駆動する。そして、第１のレーザ発振器１および第２のレーザ発振器２から発振されたレーザビーム１ａ，２ａをそれぞれ全反射ミラー３，４で反射させて、第１のレンズ５および第２のレンズ６により各レーザビーム１ａ，２ａをビーム強度分布Ａ，Ｂになるように形成し、被加工物１１の加工位置（穴あけ部１１ａ）に照射する。
【００１６】
このとき、被加工物１１は、ビーム強度分布Ａに形成されたレーザビーム１ａによって貫通穴１２が形成される部分（穴あけ部１１ａ）の材料が溶融され、最終的に貫通穴１２が形成されるとともに、ビーム強度分布Ｂに形成されたレーザビーム２ａによって貫通穴１２が形成される部分（穴あけ部１１ａ）の周辺の材料が溶融されない程度に加熱され、穴あけ部１１ａと周辺との温度差および温度勾配をなだらかにして熱応力によるクラックの発生を防止する。また、アシストガス供給手段から分岐管８ａを介してガス吹きつけ用ノズル８に供給されたアシストガスＧはガス吹きつけ用ノズル８の先端から穴あけ部１１ａに吹きつけ、レーザビーム１ａの照射で溶融した材料を穴あけ部１１ａから飛散させ、穴あけ部１１ａに付着することを防止する。
【００１７】
貫通穴１２が形成されると、制御手段９によりまず第１のレーザ発振器１の駆動を停止し、第２のレーザ発振器２の駆動を継続する。これは、貫通穴１２の形成後、レーザビーム１ａ，２ａの照射をすぐに停止してしまうと、穴あけ部１１ａとその周辺との温度差および温度勾配がなだらかにならなくなってしまってクラックが発生してしまうおそれがあるため、レーザビーム２ａの照射時間をレーザビーム１ａの照射時間より長くようにする。そして、レーザビーム２ａの照射を所定時間行った後、制御手段９により第２のレーザ発振器２の駆動を停止し、穴あけ加工を終了する。
【００１８】
このように、第１のレーザ発振器１および第２のレーザ発振器２からそれぞれ発振されるレーザビーム１ａ，２ａを、ビーム強度分布Ａ，Ｂになるように形成する第１のレンズ５および第２のレンズ６を設け、レーザビーム１ａにより被加工物１１に貫通穴１２を形成し、レーザビーム２ａにより穴あけ部１１ａの周辺を加熱して大きな温度差および急激な温度勾配にならないようにしたので、穴あけ部１１ａの周辺にかかる熱応力を小さくすることができ、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。これにより、加工品質を向上させることができ、歩留まりが高くなってコストの低減を図ることができる。
【００１９】
なお、上述の実施の形態１では、被加工物１１の一方の側から、ビーム強度分布Ａに形成されたレーザビーム１ａとビーム強度分布Ｂに形成されたレーザビーム２ａとを照射する場合を示したが、図２に示すように、ビーム強度分布Ｂに形成されたレーザビーム２ａを被加工物１１の他方の側から照射するようにしてもよい。この場合も同様の効果を奏する。
また、被加工物１１を加工する熱源として、レーザビーム１ａ，２ａを用いた場合を示したが、被加工物１１の穴あけ部１１ａに照射して貫通穴１２を形成するレーザビーム１ａに代えて、電子ビームやその他のビームを用いてもよく、被加工物１１の穴あけ部１１ａの周辺に照射してその周辺を加熱するレーザビーム２ａに代えて、赤外線ランプや被加工物１１全体に接触させて加熱する高温の媒体を用いてもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。
【００２０】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２の構成説明図である。この実施の形態２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置１０において、第２の熱源部である第２のレーザ発振器２、全反射ミラー４および第２のレンズ６を省略し、第１のレンズ５と被加工物１１との間に、第１のレーザ発振器１からのレーザビーム１ａを図４に示すビーム強度分布Ｃに形成する回折格子１３を設けたものである。なお、回折格子１３は、第１のレンズ５とともにガス吹きつけ用ノズル８内に配設されており、第１のレンズ５は、実施の形態１のようにレーザビーム１ａをビーム強度分布Ａに形成するものではなく、回折格子１３にレーザビーム１ａを集光させるものである。
【００２１】
このように構成された実施の形態２に係るレーザ加工装置１０を用いて被加工物１１に穴あけ加工を行う場合、実施の形態１と同様にテーブル７上に被加工物１１を載置して、制御手段９により第１のレーザ発振器１およびアシストガス供給手段を駆動し、第１のレーザ発振器１から発振されたレーザビーム１ａを全反射ミラー３により反射させて第１のレンズ５で集光させ、回折格子１３によりビーム強度分布Ｃに形成して被加工物１１の穴あけ部１１ａに照射させるとともに、穴あけ部１１ａにアシストガスＧを吹きつけて溶融した材料を飛散させる。このとき、被加工物１１に照射されたレーザビーム１ａのビーム強度分布Ｃの強度の高い部分Ｃ１で材料を除去して貫通穴１２を形成し、強度の弱い部分Ｃ２で穴あけ部１１ａの周辺を加熱して、穴あけ部１１ａと周辺との温度差および温度勾配がながらかになるようにする。
【００２２】
貫通穴１２が形成されると、制御手段９は、その後も回折格子１３によりビーム強度分布Ｃに形成されたレーザビーム１ａを所定時間照射して穴あけ部１１ａの周辺を加熱し、クラックの発生を防止する。そして、所定時間経過後、制御手段９により第１のレーザ発振器１の駆動を停止して穴あけ加工を終了する。
【００２３】
このように、レーザビーム１ａをビーム強度分布Ｃに形成する回折格子１３を設け、形成されたレーザビーム１ａの強度の高い部分Ｃ１で材料を除去して貫通穴１２を形成し、強度の弱い部分Ｃ２で穴あけ部１１ａの周辺を加熱して大きな温度差および急激な温度勾配にならないようにしたので、簡単な構造で、穴あけ部１１ａの周辺にかかる熱応力を小さくすることができ、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。これにより、加工品質を向上させることができ、歩留まりが高くなってコストの低減を図ることができる。
【００２４】
なお、上述の実施の形態２では、貫通穴１２を形成した後、穴あけ部１１ａとその周辺において大きな温度差および急激な温度勾配が生じないように、回折格子１３によりビーム強度分布Ｃに形成されたレーザビーム１ａを所定時間照射するようにした場合を示したが、制御手段９により第１のレーザ発振器１から発振されるレーザビーム１ａの強度を弱めて被加工物１１の穴あけ部１１ａ周辺の加熱を継続して行うようにしてもよく、回折格子１３の他に実施の形態１に係る第２のレンズ６のようにビーム強度分布Ｂを形成するレンズまたはビーム強度分布Ｂを形成する回折格子を設けて、貫通穴１２を形成した後、ビーム強度分布Ｃを形成する回折格子１３とビーム強度分布Ｂを形成するレンズまたは回折格子とを交換し、ビーム強度分布Ｂに形成されたレーザビーム１ａを所定時間照射するようにしてもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。
【００２５】
実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３の構成説明図である。この実施の形態３は、実施の形態２に係るレーザ加工装置１０において、ビーム強度分布Ｃを形成する回折格子１３を省略し、第１のレーザ発振器１から発振されるレーザビーム１ａの照射強度を、図６に示すように、制御手段９により照射時間に対応させて増減するようにしたものである。
【００２６】
このように構成された実施の形態３に係るレーザ加工装置１０を用いて被加工物１１に穴あけ加工を行う場合も、実施の形態２と同様にテーブル７上に被加工物１１を載置して、制御手段９により第１のレーザ発振器１およびアシストガス供給手段を駆動し、第１のレーザ発振器１から発振されたレーザビーム１ａを全反射ミラー３により反射させて第１のレンズ５で集光させ、被加工物１１の穴あけ部１１ａに照射させるとともに、穴あけ部１１ａにアシストガスＧを吹きつけて溶融した材料を飛散させる。このとき、最初に被加工物１１に照射されるレーザビーム１ａは、制御手段９により照射強度が弱くなるように制御されており、照射時間が経過するにつれて徐々に強くしていき、貫通穴１２が形成される照射強度に達すると、照射時間が経過するにつれて徐々に弱くしていき、照射を終了させる。
【００２７】
このように、制御手段９により被加工物１１に照射されるレーザビーム１ａの照射強度を、照射時間に対応させて増減させるようにしたので、穴あけ部１１ａに照射されるレーザビーム１ａの照射強度を徐々に上げた後、下げることができる。これによって穴あけ部１１ａの周辺まで熱が伝導されるため、穴あけ部１１とその周辺との温度差および温度勾配をなだらかにすることができ、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。よって、加工品質を向上させることができ、歩留まりが高くなってコストの低減を図ることができる。
【００２８】
なお、上述の実施の形態１乃至３では、アシストガスＧを穴あけ部１１ａに吹きつけて溶融した材料の飛散させる場合を示したが、図７に示すように、実施の形態１に係るレーザ加工装置１０において、ガス吹きつけ用ノズル８等を省略するとともに、テーブル７に載置された被加工物１１をテーブル７とともに挟持して固定する押さえ治具１４と、上面側が開口し、下部に接続された加圧ポンプ１６によって内部に気体（空気等）または液体（水等）を送り込んで圧空または圧液体として被加工物１１を下面側から加圧する加圧チャンバー１５とを設け、高圧から低圧方向に吹き出される気体等によって貫通穴１２を形成するとともに、溶融した材料の下方への流れ落ちを押さえるようにしてもよい。これにより、クラックの発生を防止することができるとともに、被加工物１１の下面側のドロスの発生も防止することができる。よって、加工品質をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成説明図。
【図２】本発明の実施の形態１の変形例を示す構成説明図。
【図３】本発明の実施の形態２の構成説明図。
【図４】実施の形態２に係るレーザビームのビーム強度分布。
【図５】本発明の実施の形態３の構成説明図。
【図６】実施の形態３に係るレーザビームの照射強度を示す図。
【図７】本発明の実施の形態１の他の変形例を示す構成説明図。
【図８】従来のレーザ加工装置に係るレーザビームのビーム強度分布。
【符号の説明】
１ 第１のレーザ発振器、１ａ，２ａ レーザビーム、２ 第２のレーザ発振器、５ 第１のレンズ、６ 第２のレンズ、９ 制御手段、１０ レーザ加工装置、１１ 被加工物、１１ａ 穴あけ部（加工部）、１２ 貫通穴、１３ 回折格子、Ａ，Ｂ，Ｃ ビーム強度分布。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, for example, in a brittle material such as glass or ceramics, for example, for forming a fine hole such as a nozzle hole of an ink jet head or a through hole for connecting an electronic component and an electrode, in particular, forming a through hole, The present invention relates to a drilling method and apparatus for a brittle material using a beam such as a laser.
[0002]
[Prior art]
Conventional processing methods such as cutting and drilling of a workpiece made of a brittle material using a laser beam are used to instantaneously melt the workpiece by condensing the laser beam to a small diameter to obtain a high energy density. Evaporation is performed to cut and drill a workpiece (for example, see Non-Patent Document 1).
Further, the direction of the laser beam emitted from the laser oscillation device is changed by a reflecting mirror, passes through a condensing lens, and is condensed on a cutting portion of the workpiece to be cut. At this time, an assist gas is blown to the cutting portion, and the workpiece melted by the irradiation of the laser beam is scattered from the cutting portion to prevent the workpiece from adhering to the cutting portion and also to the attachment to the condenser lens side (for example, , See Patent Document 1).
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Takeshi Arai and two others, “Introduction to Laser Processing Series 3 Laser Cutting”, Assistist Publishing, March 31, 1994, p. 54-55
[Patent Document 1]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 8-141664 (left column of page 2, FIG. 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional drilling process as described above is performed using a laser, a fine through hole can be formed in a short time. However, as shown in FIG. 8, the intensity distribution of the laser beam irradiated to the workpiece is a Gaussian distribution D having the highest intensity at the center and a narrow distribution width. ) Is irradiated with a high intensity beam. As a result, the temperature difference between the processed portion and the surrounding area becomes very large, and the workpiece made of a brittle material has a compressive stress acting on the locally applied beam center and a tensile stress acting on the periphery. Due to the thermal stress caused by the cracks, there is a problem that cracks are generated in the processed portion and the vicinity thereof and the processing quality is deteriorated.
[0005]
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a brittle material drilling method and apparatus capable of improving the processing quality by preventing the occurrence of cracks due to drilling. It is for the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A drilling method according to the present invention is a drilling method for forming a through-hole in a workpiece made of a brittle material, wherein the first heat source unit forms a through-hole in a processed portion of the workpiece, This is a method of heating the periphery of the processed part of the workpiece by the two heat source parts. According to this, at the time of processing, the temperature difference and temperature gradient between the processed part and the periphery of the processed part become gentle, and the thermal stress applied to the periphery of the processed part can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack by a thermal stress can be prevented, and processing quality can be improved.
[0007]
In the drilling method, the first heat source unit irradiates the first beam having a beam intensity distribution that forms a through hole in the processed part of the workpiece, and the second heat source unit This is a method of irradiating a second beam having a beam intensity distribution for heating the periphery of a processed part of an object. According to this, by irradiating beams having two different beam intensity distributions, a through hole can be formed in the processed part and the periphery of the processed part can be heated, and the thermal stress applied to the periphery of the processed part by a simple method. Can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack by a thermal stress can be prevented, and processing quality can be improved.
Furthermore, the above drilling method forms the beam intensity distribution of the first beam that forms the through hole in the processed part of the workpiece by the lens of the first heat source part, and uses the lens of the second heat source part. This is a method of forming the beam intensity distribution of the second beam for heating the periphery of the processed portion of the workpiece. According to this, it is possible to obtain beams having respective roles with a simple structure, and to improve the processing quality. Further, the yield can be increased and the cost can be reduced.
[0008]
The drilling method is a method of irradiating the first beam and the second beam from one side of the workpiece. Thereby, the temperature difference between the processed part and the periphery of the processed part can be reduced, and the occurrence of cracks can be prevented.
Further, the drilling method is a method in which the first beam is irradiated from one side of the workpiece, and the second beam is irradiated from the other side of the workpiece. According to this, since the workpiece is irradiated with the beam from the front and back, the temperature difference between the processed portion and the periphery of the processed portion can be further reduced, and the occurrence of cracks can be prevented.
Moreover, the said drilling method is a method of stopping irradiation of a 1st beam and continuing irradiation of a 2nd beam for a predetermined time, after forming a through-hole in a to-be-processed object. According to this, a rapid temperature change after the formation of the through hole can be prevented, and the occurrence of cracks can be prevented. Thereby, processing quality can be improved.
[0009]
A drilling method according to the present invention is a drilling method for forming a through hole in a workpiece made of a brittle material, wherein the heat source portion forms a through hole in the processed portion of the workpiece, and the periphery of the processing portion Is a method of heating. According to this, at the time of processing, the temperature difference and the temperature gradient between the processing portion and the periphery of the processing portion can be smoothed, and the thermal stress applied to the periphery of the processing portion can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack by a thermal stress can be prevented, and processing quality can be improved.
In the drilling method, the heat source part is a method of forming a through hole in the processed part of the workpiece and irradiating a beam having a beam intensity distribution for heating the periphery of the processed part. According to this, by irradiating a beam having a beam intensity distribution having two elements, a through hole can be formed in the processed part and the periphery of the processed part can be heated. Stress can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack by a thermal stress can be prevented, and processing quality can be improved.
Furthermore, in the above drilling method, a through-hole is formed in the processed part of the workpiece and the beam intensity distribution of the beam for heating the periphery of the processed part is formed by the diffraction grating of the heat source part. According to this, it is possible to obtain beams having respective roles with a simple structure, and to improve the processing quality. Thereby, the yield can be increased and the cost can be reduced.
[0010]
The drilling method according to the present invention is a drilling method for forming a through hole in a workpiece made of a brittle material, and the irradiation intensity of the beam irradiated to the workpiece of the workpiece is controlled by controlling the heat source unit. This is a method of increasing or decreasing in accordance with the lapse of the irradiation time. According to this, the temperature difference and temperature gradient between the processed part and the periphery of the processed part can be made gentle, and the thermal stress applied to the periphery of the processed part can be reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the crack by a thermal stress can be prevented, and processing quality can be improved.
Further, in the above drilling method, the irradiation intensity of the beam is gradually increased corresponding to the irradiation time, and after reaching the irradiation intensity capable of forming the through hole, it is gradually decreased corresponding to the irradiation time. . According to this, even if it is a brittle material, a through-hole can be formed, preventing generation | occurrence | production of a crack, and processing quality can be improved. Thereby, the yield can be increased and the cost can be reduced.
[0011]
Further, in the drilling method, the beam is a laser beam. Thereby, a fine through hole can be formed in a short time. The beam for forming the through hole may be an electron beam or the like, and the beam for heating the periphery of the processing portion may be an infrared lamp or the like.
[0012]
The drilling apparatus according to the present invention forms a through hole in a workpiece made of a brittle material using the drilling method. According to this, generation | occurrence | production of the crack which arises at the time of formation of a through-hole can be prevented, and processing quality can be improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a first laser oscillator that oscillates a first laser beam 1a (for example, CO 2 laser), and 2 is a second laser oscillator that oscillates a second laser beam 2a (for example, CO 2 laser). 3, 4 are arranged on the traveling path of the laser beam 1a of the first laser oscillator 1 or the laser beam 2a of the second laser oscillator 2, and the laser beams 1a, 2a are processed by a brittle material such as a glass plate, for example. These are total reflection mirrors that reflect the object 11 respectively. Reference numeral 5 denotes a first lens that forms a laser intensity distribution A so that the laser beam 1a from the total reflection mirror 3 is irradiated almost concentrically on the processing portion (drilling portion 11a) of the workpiece 11. Reference numeral 6 denotes total reflection. A second lens 7 forms a laser intensity distribution B such that the laser beam 2a from the mirror 4 is irradiated so as to heat the periphery of the processing portion (drilling portion 11a) of the workpiece 11. Is formed with a through hole 7a for processing. Reference numeral 8 denotes a substantially pipe-like gas blowing nozzle disposed between the total reflection mirrors 3 and 4 and the workpiece 11 so as to accommodate the first lens 5 and the second lens 6 therein. Is provided with a branch pipe 8a for feeding an assist gas G such as compressed air into the gas blowing nozzle 8, and an assist gas supply means (not shown) is connected to the branch pipe 8a. 9 is electrically connected to the first laser oscillator 1, the second laser oscillator 2 and the assist gas supply means, and controls the driving of the first laser oscillator 1, the second laser oscillator 2 and the assist gas supply means. It is a control means.
The laser processing apparatus 10 is configured by the above 1 to 9, and the first laser oscillator 1, the total reflection mirror 3, and the first lens 5 configure a first heat source unit, and the second laser oscillator 2 The total reflection mirror 4 and the second lens 6 constitute a second heat source unit.
[0014]
The laser beam 1a oscillated from the first laser oscillator 1 is a beam for forming a through hole 12 in the hole 11a of the workpiece 11 (removing the material of the hole 11a). The laser beam 2a oscillated from the laser oscillator 2 is a beam for heating without removing the material of the perforated part 11a, that is, the temperature difference between the perforated part 11a and its periphery is not increased, and the beam intensity distribution This beam is used to make the temperature gradient gentle so that it does not rise rapidly. Therefore, each beam can be appropriately changed depending on the type of the workpiece 11. The first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 make the beams the same type and emit a strong beam from the first laser oscillator 1. The beam may be oscillated, and a weak beam may be oscillated from the second laser oscillator 2, or the wavelength of the oscillating beam may be changed to play the role of each beam.
[0015]
When drilling a workpiece 11 using the laser processing apparatus 10 according to the first embodiment configured as described above, first, the workpiece 11 is placed on the table 7 at its machining position (drilling portion 11a). Is placed so that the lower surface side thereof corresponds to the hole 7 a for processing the table 7. Next, the control means 9 drives the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 and drives the assist gas supply means. Then, the laser beams 1 a and 2 a oscillated from the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 are respectively reflected by the total reflection mirrors 3 and 4, and are respectively reflected by the first lens 5 and the second lens 6. The laser beams 1a and 2a are formed so as to have beam intensity distributions A and B, and the processing position (drilling portion 11a) of the workpiece 11 is irradiated.
[0016]
At this time, in the workpiece 11, the material of the portion (drilling portion 11 a) where the through hole 12 is formed by the laser beam 1 a formed in the beam intensity distribution A is melted, and finally the through hole 12 is formed. At the same time, the laser beam 2a formed in the beam intensity distribution B is heated to such an extent that the material around the part where the through hole 12 is formed (the holed part 11a) is not melted, and the temperature difference and temperature between the holed part 11a and the periphery. A gentle gradient prevents cracking due to thermal stress. Also, the assist gas G supplied from the assist gas supply means to the gas blowing nozzle 8 through the branch pipe 8a is blown from the tip of the gas blowing nozzle 8 to the perforated portion 11a and melted by irradiation with the laser beam 1a. The scattered material is scattered from the perforated part 11a and is prevented from adhering to the perforated part 11a.
[0017]
When the through hole 12 is formed, the control unit 9 first stops driving the first laser oscillator 1 and continues driving the second laser oscillator 2. This is because if the irradiation of the laser beams 1a and 2a is stopped immediately after the through-hole 12 is formed, the temperature difference and temperature gradient between the holed portion 11a and its surroundings will not become gentle and cracks will occur. Therefore, the irradiation time of the laser beam 2a is set longer than the irradiation time of the laser beam 1a. Then, after the laser beam 2a is irradiated for a predetermined time, the driving of the second laser oscillator 2 is stopped by the control means 9, and the drilling process is finished.
[0018]
In this way, the first lens 5 and the second lens 5 are formed so that the laser beams 1a and 2a oscillated from the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 respectively become the beam intensity distributions A and B. Since the lens 6 is provided, the through hole 12 is formed in the workpiece 11 by the laser beam 1a, and the periphery of the drilling portion 11a is heated by the laser beam 2a so as not to have a large temperature difference and a rapid temperature gradient. The thermal stress applied to the periphery of the portion 11a can be reduced, and the generation of cracks due to the thermal stress can be prevented. As a result, the processing quality can be improved, the yield can be increased, and the cost can be reduced.
[0019]
In the first embodiment described above, the case where the laser beam 1a formed in the beam intensity distribution A and the laser beam 2a formed in the beam intensity distribution B are irradiated from one side of the workpiece 11 is shown. However, as shown in FIG. 2, the laser beam 2 a formed in the beam intensity distribution B may be irradiated from the other side of the workpiece 11. In this case, the same effect is obtained.
Moreover, although the case where laser beam 1a, 2a was used as a heat source which processes the to-be-processed object 11 was shown, it replaces with the laser beam 1a which irradiates the drilling part 11a of the to-be-processed object 11, and forms the through-hole 12. FIG. Alternatively, an electron beam or other beam may be used. Instead of the laser beam 2a that irradiates the periphery of the punched portion 11a of the workpiece 11 and heats the periphery thereof, an infrared lamp or the entire workpiece 11 is contacted. A high-temperature medium heated by heating may be used. These cases also have the same effect.
[0020]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, in the laser processing apparatus 10 according to the first embodiment, the second laser oscillator 2, the total reflection mirror 4, and the second lens 6 that are the second heat source units are omitted, A diffraction grating 13 for forming the laser beam 1a from the first laser oscillator 1 into the beam intensity distribution C shown in FIG. 4 is provided between the lens 5 and the workpiece 11. The diffraction grating 13 is disposed in the gas blowing nozzle 8 together with the first lens 5, and the first lens 5 converts the laser beam 1a into the beam intensity distribution A as in the first embodiment. The laser beam 1a is focused on the diffraction grating 13 instead of being formed.
[0021]
When drilling a workpiece 11 using the laser processing apparatus 10 according to the second embodiment configured as described above, the workpiece 11 is placed on the table 7 as in the first embodiment. The first laser oscillator 1 and the assist gas supply means are driven by the control means 9, the laser beam 1 a oscillated from the first laser oscillator 1 is reflected by the total reflection mirror 3 and condensed by the first lens 5. Then, a beam intensity distribution C is formed by the diffraction grating 13 so as to irradiate the perforated part 11a of the workpiece 11, and the melted material is scattered by blowing the assist gas G to the perforated part 11a. At this time, the material is removed at the high intensity portion C1 of the beam intensity distribution C of the laser beam 1a irradiated onto the workpiece 11 to form the through hole 12, and the periphery of the hole 11a is formed at the low intensity portion C2. Heating is performed so that the temperature difference and the temperature gradient between the perforated part 11a and the surrounding area are moderate.
[0022]
When the through-hole 12 is formed, the control means 9 subsequently irradiates the laser beam 1a formed in the beam intensity distribution C by the diffraction grating 13 for a predetermined time to heat the periphery of the hole-forming portion 11a, thereby generating cracks. To prevent. And after predetermined time progress, the drive of the 1st laser oscillator 1 is stopped by the control means 9, and a drilling process is complete | finished.
[0023]
In this way, the diffraction grating 13 for forming the laser beam 1a in the beam intensity distribution C is provided, and the material is removed at the high-intensity portion C1 of the formed laser beam 1a to form the through hole 12, and the low-intensity portion Since the periphery of the drilling portion 11a is heated by C2 so as not to have a large temperature difference and a sudden temperature gradient, the thermal stress applied to the periphery of the drilling portion 11a can be reduced with a simple structure, and the heat stress Generation of cracks can be prevented. As a result, the processing quality can be improved, the yield can be increased, and the cost can be reduced.
[0024]
In the second embodiment, after the through hole 12 is formed, the diffraction grating 13 forms the beam intensity distribution C so that a large temperature difference and a rapid temperature gradient do not occur in the hole 11a and its periphery. However, the control means 9 weakens the intensity of the laser beam 1a oscillated from the first laser oscillator 1 so that the area around the hole 11a of the workpiece 11 is reduced. The heating may be performed continuously, and in addition to the diffraction grating 13, a lens that forms the beam intensity distribution B or a diffraction grating that forms the beam intensity distribution B like the second lens 6 according to the first embodiment. After the through-hole 12 is formed, the diffraction grating 13 that forms the beam intensity distribution C and the lens or diffraction grating that forms the beam intensity distribution B are exchanged to obtain the beam intensity distribution. The laser beam 1a formed in the B may be irradiated for a predetermined time. These cases also have the same effect.
[0025]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in the laser processing apparatus 10 according to the second embodiment, the diffraction grating 13 that forms the beam intensity distribution C is omitted, and the irradiation intensity of the laser beam 1a oscillated from the first laser oscillator 1 is set. As shown in FIG. 6, the control means 9 increases or decreases in accordance with the irradiation time.
[0026]
Even when drilling a workpiece 11 using the laser machining apparatus 10 according to the third embodiment configured as described above, the workpiece 11 is placed on the table 7 as in the second embodiment. Then, the control means 9 drives the first laser oscillator 1 and the assist gas supply means, and the laser beam 1 a oscillated from the first laser oscillator 1 is reflected by the total reflection mirror 3 and collected by the first lens 5. While making it light and irradiate the drilling part 11a of the to-be-processed object 11, the assist gas G is sprayed on the drilling part 11a, and the molten material is scattered. At this time, the laser beam 1a irradiated to the workpiece 11 first is controlled by the control means 9 so that the irradiation intensity is weakened, and gradually increases as the irradiation time elapses. When the irradiation intensity is reached, the intensity is gradually weakened as the irradiation time elapses, and the irradiation is terminated.
[0027]
Thus, since the irradiation intensity of the laser beam 1a irradiated to the workpiece 11 by the control means 9 is increased or decreased in accordance with the irradiation time, the irradiation intensity of the laser beam 1a irradiated to the punching portion 11a. After gradually raising, you can lower it. As a result, heat is conducted to the periphery of the perforated part 11a, so that the temperature difference and temperature gradient between the perforated part 11 and its periphery can be smoothed, and the generation of cracks due to thermal stress can be prevented. Therefore, the processing quality can be improved, the yield can be increased, and the cost can be reduced.
[0028]
In the first to third embodiments described above, the assist gas G is blown to the hole forming portion 11a to disperse the molten material. However, as shown in FIG. 7, the laser processing according to the first embodiment is performed. In the apparatus 10, the gas blowing nozzle 8 and the like are omitted, and a holding jig 14 that holds and fixes the workpiece 11 placed on the table 7 together with the table 7, and the upper surface side opens and is connected to the lower part. A pressure chamber 15 for feeding gas (air or the like) or liquid (water or the like) into the inside by the pressurized pressure pump 16 and pressurizing the workpiece 11 from the lower surface side as pressurized air or pressurized liquid is provided. The through-hole 12 may be formed by gas blown to the bottom, and the downward flow of the molten material may be suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of a crack can be prevented and generation | occurrence | production of the dross of the lower surface side of the to-be-processed object 11 can also be prevented. Therefore, the processing quality can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration explanatory view showing a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a second embodiment of the present invention.
4 is a beam intensity distribution of a laser beam according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a configuration explanatory diagram of Embodiment 3 of the present invention.
6 is a graph showing the irradiation intensity of a laser beam according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 7 is a configuration explanatory view showing another modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a beam intensity distribution of a laser beam according to a conventional laser processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st laser oscillator, 1a, 2a Laser beam, 2nd laser oscillator, 5 1st lens, 6 2nd lens, 9 Control means, 10 Laser processing apparatus, 11 Workpiece, 11a Drilling part ( Processing part), 12 through holes, 13 diffraction grating, A, B, C beam intensity distribution.
