JP2004314154A - レーザスキャニング加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザスキャン条件の設定に要する時間及びスキャン条件確認のための試験用加工材料の低減を図ることが可能で、かつ高精度なレーザスキャニング加工を行うことが可能なレーザスキャニング加工方法を提供する。
【解決手段】レーザスキャニング加工において、予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差（ΔＰ）：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求めるとともに、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求め、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する。
【選択図】 図４
【解決手段】レーザスキャニング加工において、予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差（ΔＰ）：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求めるとともに、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求め、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、レーザスキャンニング加工方法に関し、詳しくは、レーザスキャン条件を速やかに決定して、効率よく加工精度の高いレーザスキャニング加工を行うことが可能なレーザスキャニング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
［従来例１］
レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工に用いられるレーザ加工装置としては、例えば、図１０に示すようなレーザスキャニング加工装置が提案されている。
【０００３】
このレーザスキャニング加工装置においては、レーザビームが２枚のガルバノミラー１２ａ，１２ｂにより反射して図示の光路を経てワークに照射される構成とされている。なお、各ガルバノミラー１２ａ，１２ｂは、駆動装置１３ａ，１３ｂにより回転駆動され、ガルバノミラー１２ａ，１２ｂとワークＷとの間には集光レンズ１４が配設されている。
【０００４】
このレーザスキャンニング加工装置においては、レーザビームはガルバノミラー１２ａ，１２ｂの回転により、Ｘ方向に走査された後、Ｘ方向に垂直のＹ方向に所定のピッチで移動した後、Ｘ方向に走査し、さらにＹ方向に所定のピッチだけ移動するというようにスキャンされる。
【０００５】
そして、このレーザスキャニング加工装置を用いて加工を行うにあたっては、所定エリアを繰り返しスキャニングすることにより加工を行う。このとき、ビーム径Ｄ、スキャンピッチｐ、スキャン速度ｖ、周波数ｆ、バイトサイズｂ（スキャン速度ｖ／周波数ｆ）などを変化させることにより、下記の数式１で定義されるビームラップ率Ｌｘ，Ｌｙを変化させて加工するとともに、加工面状態を評価する作業を繰り返して行ない、トライ＆エラーで加工面粗さを低減するために最適なレーザスキャン条件が設定されることになる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
［従来例２］
また、従来の他のレーザスキャニング加工装置としては、図１１、図１２に示すような、Ｘ−Ｙテーブルを使用したレーザスキャニング加工装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
このレーザスキャニング加工装置は、ワークＷが載置される略水平なワーク載置面２１ａを有するワーク載置台２１を、そのワーク載置面２１ａをＸ−Ｙ方向に移動させることができるＸ−Ｙテーブル２２上に配設するとともに、エキシマレーザ２７から発生されるレーザビーム２７ａのエネルギー密度を、該レーザビームのＹ方向の中心部を最大値として、該中心部からＹ方向の周辺部に向けて減衰させる曲率を有するシリンドリカルレンズ４１、ミラー２９、アパーチャー３０、集光レンズ３１等を介して、ワークＷの加工面に照射されるレーザビーム２７ｂのビーム形状を、一辺が約２ｍｍ程度の矩形状になるように絞り込むことができるように構成されている。
【０００９】
このレーザスキャニング加工装置を用いて加工を行う場合、図１１，図１２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、Ｘ−Ｙテーブル２２をＸ−Ｙ方向に移動させて、レーザビーム２７ａに対してワークＷを往復スキャン（Ｘ方向）させるとともに、その往復方向に対して略直交する方向（Ｙ方向）に所定のピッチｐ（図１２（ａ））で相対移動させながら、レーザビーム２７ｂをワークＷに照射して、ワークＷに所定の深さの掘り込み加工を行う。
【００１０】
このとき、ワークＷに照射されるレーザビーム２７ｂとして、Ｙ方向の幅を、ビームラップ率が５０％となるよう上記の所定のピッチの約２倍にするとともに、エネルギー密度を、レーザビーム２７ｂのＹ方向の中心部を最大値として、中心部からＹ方向の周辺部に向けて減衰させたレーザビーム２７ｂを用い、これをワークＷに照射することによりその加工を行う。
【００１１】
この加工方法においては、ワークＷに対するレーザビーム２７ｂの照射範囲が重なった部位における、ワークＷに照射されるレーザビーム２７ｂの重ね合わせエネルギー密度が略均等化された値になるように構成されているので（図１２（ｃ））、ワークＷの加工面に凸凹部が生じることを抑制、防止することが可能になる（図１２（ｄ））。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−３２０１５６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例１の方法では、トライ＆エラーによるレーザスキャン条件最適化のため、スキャン条件の決定までに多大な時間を要するとともに、スキャン条件確認のための試験用加工材料が必要となるため、生産性の低下やコストの増大を招くという問題点がある。
また、上記従来例２（特許文献１）の方法では、ある特定のビームラップ率（５０％）における場合の、エネルギー密度分布の凸凹のみを考慮したものであり、汎用性が少なく、また、重ね合わせエネルギー密度分布となるようガウス分布レーザを三角分布レーザに整形する必要があり、構成が複雑になるという問題点がある。
【００１４】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、レーザスキャン条件の設定に要する時間及びスキャン条件確認のための試験用加工材料の低減を図ることが可能で、かつ高精度なレーザスキャニング加工を行うことが可能なレーザスキャニング加工方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明（請求項１）のレーザスキャニング加工方法は、
レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工において、
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求める工程と、
ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する工程と
を具備することを特徴としている。
【００１６】
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差（ΔＰ）：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求め、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率としてレーザスキャン条件を設定することにより、加工面粗さが良好な、高精度のレーザスキャニング加工を行うことが可能になる。
【００１７】
また、本願発明（請求項２）のレーザスキャニング加工方法は、
レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工において、
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎと、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求める工程と、
（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する工程と
具備することを特徴としている。
【００１８】
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差（ΔＰ）：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求めるとともに、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求め、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定することにより、加工面粗さが良好な、高精度のレーザスキャニング加工をより確実に行うことが可能になる。
【００１９】
すなわち、ビームラップ率の変化による加工面状態の変化を、予め予測してレーザスキャン条件を設定することにより、従来のトライ＆エラーの方法による場合のように、最適なレーザスキャン条件を決定するために多大な時間を要したり、スキャン条件確認のために多量の試験用加工材料を必要としたりすることをなくすことが可能になるとともに、エネルギー密度分布の凹凸（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）だけではなく、入熱量の影響（Ｐｍａｘ）を考慮し、その積（（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘ）で評価することにより、さらに高精度に最適なレーザスキャン条件を設定することが可能になる。
【００２０】
なお、本願発明のレーザスキャニング加工方法において用いることが可能なレーザの種類には特別の制約はなく、ＹＡＧ基本波、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザなどの種々のレーザを用いることが可能である。また、そのエネルギー分布としては、ガウス分布、三角分布、円形分布など種々の態様のものを用いることが可能である。
【００２１】
また、レーザスキャニングの手段としては、例えばＸ−Ｙテーブルなどを用いて、ワークを移動させることにより行ってもよく、また、ガルバノスキャンミラーを用い、その角度を変えることによってレーザスキャニングを行う方法を採用することも可能である。
【００２２】
また、本願発明のレーザスキャニング加工方法による加工形状には特別の制約はなく、平面形状が方形や円形の所定エリアの面加工を行うことも可能であり、また、一方向のみのレーザスキャンにより線（溝）を形成する加工を行うことも可能である。
なお、本願発明は、センサやフィルタなどの電子部品の製造時において、電子部品に用いられている基板に、ダイヤフラムなどの矩形凹部を形成するのに用いた場合に特に有意義である。
【００２３】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を示してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。
なお、この実施例では、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザビーム（ガウス分布のパルスビーム）を用いて、ワークであるセラミック基板に１ｍｍ×１ｍｍの穴加工を行う場合を例にとって説明する。
【００２４】
図１はこの実施例で用いたレーザスキャニング加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
このレーザスキャニング加工装置は、レーザビーム（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザビーム）を発生するレーザビーム発生手段１と、レーザビームを反射させて方向を変えるガルバノミラー２ａ及び２ｂと、ガルバノミラー２ａ，２ｂを回転駆動するガルバノミラー駆動手段３ａ，３ｂと、ガルバノミラー２ｂとワークＷの間に配設され、ガルバノミラー２ｂで反射されたレーザビームを集光してワークＷに照射する集光レンズ４とを備えている。
【００２５】
このレーザビームのスキャニング装置を用いて加工を行うにあたっては、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザビームが、ガルバノミラー２ａ，２ｂの回転により、図２に示すように、Ｘ方向に走査された後、Ｘ方向と直交するＹ方向に所定のピッチで移動し、さらに、Ｘ方向に走査された後、再びＹ方向に所定のピッチだけ移動することにより、所定の領域Ｓ全体についてレーザスキャニングが行われる。
このとき、ワークＷの所定の領域Ｓ（１ｍｍ×１ｍｍの領域）がレーザビームの照射を受け、１ｍｍ×１ｍｍの領域Ｓが所定の深さ分だけ除去される。そして、このレーザスキャニング操作が繰り返されることにより、領域Ｓの穴深さが所定の深さになるまで加工が行われる。なお、加工は、ビーム径Ｄ、スキャンピッチｐ、レーザビームのＸ方向の重なり長さｘ、Ｙ方向の重なり長さｙ、スキャン速度ｖ、周波数ｆ、バイトサイズｂ（スキャン速度ｖ／周波数ｆ）などを所定の条件に設定して実施される。
【００２６】
そして、この実施形態では、上述のようなレーザスキャニングを行うにあたって、図３及び図４に示すように、予め、ビームラップ率毎の重ね合わせエネルギー密度分布（各距離における、各パルスビームの照射によるエネルギー密度の総和の分布）を計算し、最大値Ｐｍａｘ及び最小値Ｐｍｉｎの値を求める。
そして、重ね合わせエネルギー密度分布の凹凸の最大差：（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）と、パルスビームの照射による入熱量を示すＰｍａｘの積：（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘを求め、プロットする（図４参照）。
図４より、ビームラップ率が約４０％のときに、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘが最小となることがわかる。この結果から、ビームラップ率が４０％となるよう、レーザスキャン条件を設定する。
【００２７】
最適なレーザスキャン条件の設定は、具体的には、例えば以下に説明するような手順で行われる。
（１）まず、エネルギー密度分布（ビーム径Ｒ）を把握する。
（２）次に、ビームラップ率を変化させて（ビームラップ率の設定は，ピッチｘ’を変化させることにより行う）、各ビームラップ率におけるＰｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を算出する。
Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を算出するにあたっては、まず、下記の数式２により一つのエネルギー密度分布Ｐ０．０を求める。
【００２８】
【数２】
【００２９】
それから、下記の数式３により、各位置、すなわち、１パルス目、２パルス目、３パルス目、……ｎパルス目のエネルギー密度分布を求める。
【００３０】
【数３】
【００３１】
次に、各位置のエネルギー密度分布を重ね合わせることによりＰｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を求める。
そして、上記の計算処理を各ビームラップ率ごとに行い、ビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係を求める。このビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係は、図５のような関係となる。
（３）それから、Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を合成し、ビームラップ率と重ね合わせエネルギー密度分布の関係を求める（シミュレーション）。このビームラップ率と重ね合わせエネルギー密度分布の関係は、図４に示すような関係となる。
（４）そして、図４，図５に示す関係図から、加工面粗さが最小になるビームラップ率を選定する。
【００３２】
そして、選定したビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定し、かかる条件下にレーザスキャニングを実施して、ワークの加工を行う。
【００３３】
なお、図６は、各ビームラップ率における加工面（穴底面）粗さを実際に測定して、各ビームラップ率と加工面（穴底面）粗さとの関係を調べた結果を示す図である。
図４及び図６より、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘが最小となる、ビームラップ率約４０％の条件で、加工面（穴底面）粗さが最少になっており、図４に示す計算結果と図６に示す実測結果とが定性的に一致していることがわかる。
【００３４】
また、上述のビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係を示す図５より、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下が開始した後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が徐々に低下してその低下傾向が終了した点のビームラップ率が約４０％となっていることがわかる。したがって、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が徐々に低下し、その低下傾向が終了した点のビームラップ率（この実施例では約４０％）をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定することにより、加工面（穴底面）粗さの小さい、高精度の加工を行うことが可能になる。
【００３５】
ただし、ビームラップ率が約４０％以上になると、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値はほぼ一定となるため、ビームラップ率とＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の関係だけから判断すれば、ビームラップ率が約４０％以上の任意の条件を選択しても平坦な加工面が得られることになるが、実際には、ビームラップ率の増大により、入熱量が増大し、熱の拡散域が拡大するため、溶融した後、気化しきれずに加工面（穴底面など）に残存する溶融再凝固物の発生量が多くなり、この溶融再凝固物による凹凸で加工面（穴底面）粗さが悪化してしまうことになる。したがって、より高精度な最適レーザスキャン条件を設定するためには、入熱量を示すＰｍａｘの影響を考慮して、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘを求め、その値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定することが望ましい。
【００３６】
なお、図７（ａ）は、平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正である場合のビームラップ状態を示す平面図、図７（ｂ）は、適正なビームラップ率でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好な状態を模式的に示す断面図である。
また、図８（ａ）は、平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが大きすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、図８（ｂ）は、不適正なビームラップ率（ピッチが大きすぎる）でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
また、図９（ａ）は、平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが小さすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、図９（ｂ）は、不適正なビームラップ率（ピッチが小さすぎる）でワークＷを加工した場合の、溶融再凝固物による凹凸で加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
【００３７】
上記実施例では、レーザとして、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザを用いているが、その他にも、ＹＡＧ基本波、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザなどを用いることも可能である。また、エネルギー分布の態様も、ガウス分布に限られるものではなく、三角分布、円形分布などであってもよい。
【００３８】
また、上記実施例では、１ｍｍ×１ｍｍの方形の領域Ｓを面加工する場合を例にとって説明したが、加工形状に特別の制約はなく、一方向のみのレーザスキャンにより線（溝）を形成する加工を行うことも可能である。
【００３９】
なお、本願発明は、さらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）のレーザスキャニング加工方法は、予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求め、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率としてレーザスキャン条件を設定するようにしているので、加工面の凹凸の少ない、高精度のレーザスキャニング加工を行うことが可能になる。
【００４１】
また、本願発明（請求項２）のレーザスキャニング加工方法は、予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求めるとともに、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求め、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定するようにしているので、さらに高精度のレーザスキャニング加工を行うことが可能になる。
【００４２】
すなわち、エネルギー密度分布の凹凸（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）だけでなく、入熱量の影響Ｐｍａｘを考慮し、その積（（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘ）で評価することにより、さらに高精度に最適レーザスキャン条件の設定を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明を実施するのに用いたレーザスキャニング加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】本願発明のレーザスキャニング加工方法の実施例における、レーザビームのスキャン経路を示す図である。
【図３】本願発明のレーザスキャニング加工方法の実施例における、重ね合わせエネルギー密度分布（各距離における、各パルスビームの照射によるエネルギー密度の総和の分布）を示す図である。
【図４】本願発明のレーザスキャニング加工方法の実施例における、ビームラップ率と（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの関係を示す図である。
【図５】本願発明のレーザスキャニング加工の実施例における、ビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係を示す図である。
【図６】本願発明のレーザスキャニング加工の実施例における、ビームラップ率と、加工面（穴底面）粗さとの関係を示す図である。
【図７】（ａ）は平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正である場合のビームラップ状態を示す平面図、（ｂ）は適正なビームラップ率でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好な状態を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）は平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが大きすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、（ｂ）は不適正なビームラップ率（ピッチが大きすぎる）でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）は平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが小さすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、（ｂ）は不適正なビームラップ率（ピッチが小さすぎる）でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
【図１０】従来のレーザスキャニング加工装置（方法）を模式的に示す図である。
【図１１】従来の他のレーザスキャニング加工装置を示す概略構成図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、図１１のレーザスキャニング加工装置を用いた加工方法におけるレーザビームとワークとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
１ レーザビーム発生手段
２ａ，２ｂ ガルバノミラー
３ａ，３ｂ ガルバノミラー駆動手段
４ 集光レンズ
Ｗ ワーク
Ｄ ビーム径
ｐ スキャンピッチ
ｂ バイトサイズ（スキャン速度ｖ／周波数ｆ）
ｘ Ｘ方向の重なり長さ
ｙ Ｙ方向の重なり長さ
Ｓ 領域
【発明の属する技術分野】
本願発明は、レーザスキャンニング加工方法に関し、詳しくは、レーザスキャン条件を速やかに決定して、効率よく加工精度の高いレーザスキャニング加工を行うことが可能なレーザスキャニング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
［従来例１］
レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工に用いられるレーザ加工装置としては、例えば、図１０に示すようなレーザスキャニング加工装置が提案されている。
【０００３】
このレーザスキャニング加工装置においては、レーザビームが２枚のガルバノミラー１２ａ，１２ｂにより反射して図示の光路を経てワークに照射される構成とされている。なお、各ガルバノミラー１２ａ，１２ｂは、駆動装置１３ａ，１３ｂにより回転駆動され、ガルバノミラー１２ａ，１２ｂとワークＷとの間には集光レンズ１４が配設されている。
【０００４】
このレーザスキャンニング加工装置においては、レーザビームはガルバノミラー１２ａ，１２ｂの回転により、Ｘ方向に走査された後、Ｘ方向に垂直のＹ方向に所定のピッチで移動した後、Ｘ方向に走査し、さらにＹ方向に所定のピッチだけ移動するというようにスキャンされる。
【０００５】
そして、このレーザスキャニング加工装置を用いて加工を行うにあたっては、所定エリアを繰り返しスキャニングすることにより加工を行う。このとき、ビーム径Ｄ、スキャンピッチｐ、スキャン速度ｖ、周波数ｆ、バイトサイズｂ（スキャン速度ｖ／周波数ｆ）などを変化させることにより、下記の数式１で定義されるビームラップ率Ｌｘ，Ｌｙを変化させて加工するとともに、加工面状態を評価する作業を繰り返して行ない、トライ＆エラーで加工面粗さを低減するために最適なレーザスキャン条件が設定されることになる。
【０００６】
【数１】
［従来例２］
また、従来の他のレーザスキャニング加工装置としては、図１１、図１２に示すような、Ｘ−Ｙテーブルを使用したレーザスキャニング加工装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
このレーザスキャニング加工装置は、ワークＷが載置される略水平なワーク載置面２１ａを有するワーク載置台２１を、そのワーク載置面２１ａをＸ−Ｙ方向に移動させることができるＸ−Ｙテーブル２２上に配設するとともに、エキシマレーザ２７から発生されるレーザビーム２７ａのエネルギー密度を、該レーザビームのＹ方向の中心部を最大値として、該中心部からＹ方向の周辺部に向けて減衰させる曲率を有するシリンドリカルレンズ４１、ミラー２９、アパーチャー３０、集光レンズ３１等を介して、ワークＷの加工面に照射されるレーザビーム２７ｂのビーム形状を、一辺が約２ｍｍ程度の矩形状になるように絞り込むことができるように構成されている。
【０００９】
このレーザスキャニング加工装置を用いて加工を行う場合、図１１，図１２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、Ｘ−Ｙテーブル２２をＸ−Ｙ方向に移動させて、レーザビーム２７ａに対してワークＷを往復スキャン（Ｘ方向）させるとともに、その往復方向に対して略直交する方向（Ｙ方向）に所定のピッチｐ（図１２（ａ））で相対移動させながら、レーザビーム２７ｂをワークＷに照射して、ワークＷに所定の深さの掘り込み加工を行う。
【００１０】
このとき、ワークＷに照射されるレーザビーム２７ｂとして、Ｙ方向の幅を、ビームラップ率が５０％となるよう上記の所定のピッチの約２倍にするとともに、エネルギー密度を、レーザビーム２７ｂのＹ方向の中心部を最大値として、中心部からＹ方向の周辺部に向けて減衰させたレーザビーム２７ｂを用い、これをワークＷに照射することによりその加工を行う。
【００１１】
この加工方法においては、ワークＷに対するレーザビーム２７ｂの照射範囲が重なった部位における、ワークＷに照射されるレーザビーム２７ｂの重ね合わせエネルギー密度が略均等化された値になるように構成されているので（図１２（ｃ））、ワークＷの加工面に凸凹部が生じることを抑制、防止することが可能になる（図１２（ｄ））。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−３２０１５６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例１の方法では、トライ＆エラーによるレーザスキャン条件最適化のため、スキャン条件の決定までに多大な時間を要するとともに、スキャン条件確認のための試験用加工材料が必要となるため、生産性の低下やコストの増大を招くという問題点がある。
また、上記従来例２（特許文献１）の方法では、ある特定のビームラップ率（５０％）における場合の、エネルギー密度分布の凸凹のみを考慮したものであり、汎用性が少なく、また、重ね合わせエネルギー密度分布となるようガウス分布レーザを三角分布レーザに整形する必要があり、構成が複雑になるという問題点がある。
【００１４】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、レーザスキャン条件の設定に要する時間及びスキャン条件確認のための試験用加工材料の低減を図ることが可能で、かつ高精度なレーザスキャニング加工を行うことが可能なレーザスキャニング加工方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明（請求項１）のレーザスキャニング加工方法は、
レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工において、
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求める工程と、
ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する工程と
を具備することを特徴としている。
【００１６】
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差（ΔＰ）：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求め、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率としてレーザスキャン条件を設定することにより、加工面粗さが良好な、高精度のレーザスキャニング加工を行うことが可能になる。
【００１７】
また、本願発明（請求項２）のレーザスキャニング加工方法は、
レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工において、
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎと、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求める工程と、
（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する工程と
具備することを特徴としている。
【００１８】
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差（ΔＰ）：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求めるとともに、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求め、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定することにより、加工面粗さが良好な、高精度のレーザスキャニング加工をより確実に行うことが可能になる。
【００１９】
すなわち、ビームラップ率の変化による加工面状態の変化を、予め予測してレーザスキャン条件を設定することにより、従来のトライ＆エラーの方法による場合のように、最適なレーザスキャン条件を決定するために多大な時間を要したり、スキャン条件確認のために多量の試験用加工材料を必要としたりすることをなくすことが可能になるとともに、エネルギー密度分布の凹凸（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）だけではなく、入熱量の影響（Ｐｍａｘ）を考慮し、その積（（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘ）で評価することにより、さらに高精度に最適なレーザスキャン条件を設定することが可能になる。
【００２０】
なお、本願発明のレーザスキャニング加工方法において用いることが可能なレーザの種類には特別の制約はなく、ＹＡＧ基本波、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザなどの種々のレーザを用いることが可能である。また、そのエネルギー分布としては、ガウス分布、三角分布、円形分布など種々の態様のものを用いることが可能である。
【００２１】
また、レーザスキャニングの手段としては、例えばＸ−Ｙテーブルなどを用いて、ワークを移動させることにより行ってもよく、また、ガルバノスキャンミラーを用い、その角度を変えることによってレーザスキャニングを行う方法を採用することも可能である。
【００２２】
また、本願発明のレーザスキャニング加工方法による加工形状には特別の制約はなく、平面形状が方形や円形の所定エリアの面加工を行うことも可能であり、また、一方向のみのレーザスキャンにより線（溝）を形成する加工を行うことも可能である。
なお、本願発明は、センサやフィルタなどの電子部品の製造時において、電子部品に用いられている基板に、ダイヤフラムなどの矩形凹部を形成するのに用いた場合に特に有意義である。
【００２３】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を示してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。
なお、この実施例では、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザビーム（ガウス分布のパルスビーム）を用いて、ワークであるセラミック基板に１ｍｍ×１ｍｍの穴加工を行う場合を例にとって説明する。
【００２４】
図１はこの実施例で用いたレーザスキャニング加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
このレーザスキャニング加工装置は、レーザビーム（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザビーム）を発生するレーザビーム発生手段１と、レーザビームを反射させて方向を変えるガルバノミラー２ａ及び２ｂと、ガルバノミラー２ａ，２ｂを回転駆動するガルバノミラー駆動手段３ａ，３ｂと、ガルバノミラー２ｂとワークＷの間に配設され、ガルバノミラー２ｂで反射されたレーザビームを集光してワークＷに照射する集光レンズ４とを備えている。
【００２５】
このレーザビームのスキャニング装置を用いて加工を行うにあたっては、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザビームが、ガルバノミラー２ａ，２ｂの回転により、図２に示すように、Ｘ方向に走査された後、Ｘ方向と直交するＹ方向に所定のピッチで移動し、さらに、Ｘ方向に走査された後、再びＹ方向に所定のピッチだけ移動することにより、所定の領域Ｓ全体についてレーザスキャニングが行われる。
このとき、ワークＷの所定の領域Ｓ（１ｍｍ×１ｍｍの領域）がレーザビームの照射を受け、１ｍｍ×１ｍｍの領域Ｓが所定の深さ分だけ除去される。そして、このレーザスキャニング操作が繰り返されることにより、領域Ｓの穴深さが所定の深さになるまで加工が行われる。なお、加工は、ビーム径Ｄ、スキャンピッチｐ、レーザビームのＸ方向の重なり長さｘ、Ｙ方向の重なり長さｙ、スキャン速度ｖ、周波数ｆ、バイトサイズｂ（スキャン速度ｖ／周波数ｆ）などを所定の条件に設定して実施される。
【００２６】
そして、この実施形態では、上述のようなレーザスキャニングを行うにあたって、図３及び図４に示すように、予め、ビームラップ率毎の重ね合わせエネルギー密度分布（各距離における、各パルスビームの照射によるエネルギー密度の総和の分布）を計算し、最大値Ｐｍａｘ及び最小値Ｐｍｉｎの値を求める。
そして、重ね合わせエネルギー密度分布の凹凸の最大差：（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）と、パルスビームの照射による入熱量を示すＰｍａｘの積：（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘを求め、プロットする（図４参照）。
図４より、ビームラップ率が約４０％のときに、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘが最小となることがわかる。この結果から、ビームラップ率が４０％となるよう、レーザスキャン条件を設定する。
【００２７】
最適なレーザスキャン条件の設定は、具体的には、例えば以下に説明するような手順で行われる。
（１）まず、エネルギー密度分布（ビーム径Ｒ）を把握する。
（２）次に、ビームラップ率を変化させて（ビームラップ率の設定は，ピッチｘ’を変化させることにより行う）、各ビームラップ率におけるＰｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を算出する。
Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を算出するにあたっては、まず、下記の数式２により一つのエネルギー密度分布Ｐ０．０を求める。
【００２８】
【数２】
それから、下記の数式３により、各位置、すなわち、１パルス目、２パルス目、３パルス目、……ｎパルス目のエネルギー密度分布を求める。
【００３０】
【数３】
次に、各位置のエネルギー密度分布を重ね合わせることによりＰｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を求める。
そして、上記の計算処理を各ビームラップ率ごとに行い、ビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係を求める。このビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係は、図５のような関係となる。
（３）それから、Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）を合成し、ビームラップ率と重ね合わせエネルギー密度分布の関係を求める（シミュレーション）。このビームラップ率と重ね合わせエネルギー密度分布の関係は、図４に示すような関係となる。
（４）そして、図４，図５に示す関係図から、加工面粗さが最小になるビームラップ率を選定する。
【００３２】
そして、選定したビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定し、かかる条件下にレーザスキャニングを実施して、ワークの加工を行う。
【００３３】
なお、図６は、各ビームラップ率における加工面（穴底面）粗さを実際に測定して、各ビームラップ率と加工面（穴底面）粗さとの関係を調べた結果を示す図である。
図４及び図６より、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘが最小となる、ビームラップ率約４０％の条件で、加工面（穴底面）粗さが最少になっており、図４に示す計算結果と図６に示す実測結果とが定性的に一致していることがわかる。
【００３４】
また、上述のビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係を示す図５より、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下が開始した後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が徐々に低下してその低下傾向が終了した点のビームラップ率が約４０％となっていることがわかる。したがって、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が徐々に低下し、その低下傾向が終了した点のビームラップ率（この実施例では約４０％）をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定することにより、加工面（穴底面）粗さの小さい、高精度の加工を行うことが可能になる。
【００３５】
ただし、ビームラップ率が約４０％以上になると、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値はほぼ一定となるため、ビームラップ率とＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の関係だけから判断すれば、ビームラップ率が約４０％以上の任意の条件を選択しても平坦な加工面が得られることになるが、実際には、ビームラップ率の増大により、入熱量が増大し、熱の拡散域が拡大するため、溶融した後、気化しきれずに加工面（穴底面など）に残存する溶融再凝固物の発生量が多くなり、この溶融再凝固物による凹凸で加工面（穴底面）粗さが悪化してしまうことになる。したがって、より高精度な最適レーザスキャン条件を設定するためには、入熱量を示すＰｍａｘの影響を考慮して、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘを求め、その値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定することが望ましい。
【００３６】
なお、図７（ａ）は、平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正である場合のビームラップ状態を示す平面図、図７（ｂ）は、適正なビームラップ率でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好な状態を模式的に示す断面図である。
また、図８（ａ）は、平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが大きすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、図８（ｂ）は、不適正なビームラップ率（ピッチが大きすぎる）でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
また、図９（ａ）は、平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが小さすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、図９（ｂ）は、不適正なビームラップ率（ピッチが小さすぎる）でワークＷを加工した場合の、溶融再凝固物による凹凸で加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
【００３７】
上記実施例では、レーザとして、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザを用いているが、その他にも、ＹＡＧ基本波、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、半導体レーザなどを用いることも可能である。また、エネルギー分布の態様も、ガウス分布に限られるものではなく、三角分布、円形分布などであってもよい。
【００３８】
また、上記実施例では、１ｍｍ×１ｍｍの方形の領域Ｓを面加工する場合を例にとって説明したが、加工形状に特別の制約はなく、一方向のみのレーザスキャンにより線（溝）を形成する加工を行うことも可能である。
【００３９】
なお、本願発明は、さらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）のレーザスキャニング加工方法は、予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求め、ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率としてレーザスキャン条件を設定するようにしているので、加工面の凹凸の少ない、高精度のレーザスキャニング加工を行うことが可能になる。
【００４１】
また、本願発明（請求項２）のレーザスキャニング加工方法は、予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求めるとともに、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求め、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、レーザスキャン条件を設定するようにしているので、さらに高精度のレーザスキャニング加工を行うことが可能になる。
【００４２】
すなわち、エネルギー密度分布の凹凸（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）だけでなく、入熱量の影響Ｐｍａｘを考慮し、その積（（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘ）で評価することにより、さらに高精度に最適レーザスキャン条件の設定を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明を実施するのに用いたレーザスキャニング加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】本願発明のレーザスキャニング加工方法の実施例における、レーザビームのスキャン経路を示す図である。
【図３】本願発明のレーザスキャニング加工方法の実施例における、重ね合わせエネルギー密度分布（各距離における、各パルスビームの照射によるエネルギー密度の総和の分布）を示す図である。
【図４】本願発明のレーザスキャニング加工方法の実施例における、ビームラップ率と（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの関係を示す図である。
【図５】本願発明のレーザスキャニング加工の実施例における、ビームラップ率とエネルギー密度分布Ｐｍａｘ、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ（ΔＰ）の関係を示す図である。
【図６】本願発明のレーザスキャニング加工の実施例における、ビームラップ率と、加工面（穴底面）粗さとの関係を示す図である。
【図７】（ａ）は平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正である場合のビームラップ状態を示す平面図、（ｂ）は適正なビームラップ率でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好な状態を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）は平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが大きすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、（ｂ）は不適正なビームラップ率（ピッチが大きすぎる）でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）は平面形状が円形のビームを照射する場合において、ビームラップ率が適正でない場合（ピッチが小さすぎる場合）のビームラップ状態を示す平面図、（ｂ）は不適正なビームラップ率（ピッチが小さすぎる）でワークＷを加工した場合の、加工面（穴底面）粗さが良好でない（粗い）状態を模式的に示す断面図である。
【図１０】従来のレーザスキャニング加工装置（方法）を模式的に示す図である。
【図１１】従来の他のレーザスキャニング加工装置を示す概略構成図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、図１１のレーザスキャニング加工装置を用いた加工方法におけるレーザビームとワークとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
１ レーザビーム発生手段
２ａ，２ｂ ガルバノミラー
３ａ，３ｂ ガルバノミラー駆動手段
４ 集光レンズ
Ｗ ワーク
Ｄ ビーム径
ｐ スキャンピッチ
ｂ バイトサイズ（スキャン速度ｖ／周波数ｆ）
ｘ Ｘ方向の重なり長さ
ｙ Ｙ方向の重なり長さ
Ｓ 領域
Claims (2)
- レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工において、
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを求める工程と、
ビームラップ率の上昇に伴ってＰｍａｘ−Ｐｍｉｎの値が低下し始めた後、Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎの値の低下傾向が終了した点又はその近傍のビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する工程と
具備することを特徴とするレーザスキャニング加工方法。 - レーザビームとレーザビームが照射されるワークとを、レーザ照射光軸に対して略直交する方向に、所定のピッチで相対的にスキャンさせることにより、ワークに所定の深さの掘り込み加工を行うレーザスキャニング加工において、
予め、所定のビームラップ率ごとの重ね合せエネルギー密度分布を算出し、その結果から、各ビームラップ率における重ね合せエネルギー密度分布の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎの差：Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎと、各ビームラップ率における（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値を求める工程と、
（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）×Ｐｍａｘの値が最小又はその近傍となる点におけるビームラップ率の値をレーザスキャニング加工における適正なビームラップ率として、最適な加工面粗さが得られるようにレーザスキャン条件を設定する工程と
具備することを特徴とするレーザスキャニング加工方法。
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