JP2007144491A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ光を用いた切断で、切削屑が飛散するのを防止する。
【解決手段】 レーザ発振器Ｒが発生したレーザ光Ｌを被加工物に照射しつつガス供給手段Ｆから供給されるアシストガスＧを噴射する切断用ノズル１０と、レーザ光Ｌによる切断で生成された削除屑と噴射されたアシストガスＧとを吸引する吸引手段Ｖに接続される吸引用ノズル２０とを備え、吸引用ノズル２０は、吸引口部２１が被加工物のレーザ光Ｌの照射位置の近傍に位置するように切断用ノズル１０に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電デバイスを加工するレーザ加工装置に関する。

レーザ発振器から出射されたレーザ光を加工対象物（被加工物）に照射して、穴あけや切断等の加工を行なうレーザ加工装置が多数存在する。これらレーザ加工装置のうち、従来から用いられている薄板を切断するために使用されるレーザ加工装置は、被加工物を保持する保持固定冶具と、この保持固定冶具に保持固定された被加工物の表面にレーザ光を照射しつつレーザ光が照射される領域にアシストガスを吹き付けるための同軸切断用ノズルとを有している。このレーザ加工装置では、同軸切断用ノズルを通して被加工物の表面にレーザ光を照射しつつアシストガスを吹き付けて（噴射して）、切断加工を行なっている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、電子デバイスを構成する部品の１つである基板の複数個が集合したマスター基板を用いて製造される圧電デバイスにおいて、このマスター基板の状態で外部端子にメッキ層を形成する際に、隣接する各外部端子を配線で接続させておく必要があるが、このままでは、マスター基板状態で各圧電デバイスの特性を測定することができなかった。このようなマスター基板において、特性の測定を行うには、予め前記配線をレーザ光で切断しておかなければならない。
特開２００３−２８５１８９号公報（段落００１１〜００２３、図１）

しかしながら、予め前記配線をレーザ光で切断すると、配線を切断することによって発生した切削屑が飛散し、外部端子に被着する恐れがある。このような場合、前記圧電デバイスの周波数特性にばらつきが生じることや、隣接する配線に付着して短絡を引き起こしてしまうことが懸念される。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、レーザ光を用いた切断で、切削屑が飛散するのを防止するレーザ加工装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、レーザ発振器が発生したレーザ光を被加工物に照射しつつガス供給手段から供給されるアシストガスを噴射する切断用ノズルと、前記レーザ光による切断で生成された削除屑と噴射された前記アシストガスとを吸引する吸引手段に接続される吸引用ノズルとを備え、前記吸引用ノズルは、吸引口部が前記被加工物のレーザ光の照射位置の近傍に位置するように切断用ノズルに設けられていることを特徴とするレーザ加工装置である。

また、本発明は、前記吸引用ノズルが、前記切断用ノズルの軸方向に対して角度調節可能に設けられていても良い。

また、本発明は、前記アシストガスが窒素であっても良い。

このようなレーザ加工装置によれば、切断にレーザ光を用いても、切削屑が飛散するのを防止することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図である。図２は図１の接続部の変形例を示す模式図である。
図３は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置の使用例を示し、（ａ）はマスター基板にレーザ光を照射する前の状態を示す図であり、（ｂ）はマスター基板にレーザ光を照射している状態を示す図であり、（ｃ）はマスター基板にレーザ光を照射した後の状態を示す図である。
なお、被加工物を、電子デバイスを構成する部品の１つである基板の複数個が集合したマスター基板として説明する。

（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置１００は、図１に示すように、マスター基板Ｗを切断しつつ、切断によって発生した切削屑Ｋ（図３（ｂ）参照）と噴射させたアシストガスＧとを吸引する役割を果たし、レーザ発振器Ｒ、ガス供給手段Ｆ、切断用ノズル１０、吸引手段Ｖ、吸引用ノズル２０、接続部３０とから主に構成されている。

ここで、加工前の状態のマスター基板Ｗ（図３（ａ）参照）について説明する。このマスター基板Ｗは、図３（ａ）に示すように、例えば、ガラス−セラミック等のセラミック材料からなり、電子デバイスの基板部ＷＡが捨代部ＷＢを挟んでマトリックス状に集合して概略平板状をなすように形成されており、各基板部ＷＡの上面には、圧電振動素子（図示せず）が配設され、下面にはグランド端子、電源電圧端子、発振出力端子等の外部端子Ｔが各基板部の四隅に設けられ、マザーボード等（図示せず）の外部電気回路に搭載する際、外部電気回路の回路配線と電気的に接続されるようになっている。

そして、隣り合う各基板部ＷＡは、捨代部ＷＢを介してそれぞれに設けられている外部端子Ｔ同士を配線Ｈによって接続された状態となっている。
したがって、電子部品の特性を測定する際には、前記のとおり、この配線Ｈを切断する必要がある。
なお、本実施形態では、圧電デバイスである圧電振動子の基板が集合したものこのようなマスター基板Ｗとして説明する。

次に、図１及び図２を用いて本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置１００の各構成について説明する。

（レーザ発振器）
図１に示すレーザ発振器Ｒはレーザ光Ｌを発生する役割を果たし、例えば、パルス発振可能なＹＡＧレーザやエキシマレーザー、グリーンレーザを用いることができる。なお、グリーンレーザの波長は５３２ｎｍである。
また、このレーザ発振器Ｒは、このレーザ光Ｌを、切断すべき配線Ｈに間欠照射することにより、切断を完了させる。

（ガス供給手段）
図１に示すガス供給手段Ｆは、所定の圧力で、かつ、所定量のアシストガスＧを切断用ノズル１０に供給する役割を果たす。レーザ光Ｌによって切断された配線Ｈ（図３（ａ）参照）の切断屑Ｋ（図３（ｂ）参照）を吹き飛ばすことができるように、所定の圧力で所定量のアシストガスＧを供給する。
ここで、アシストガスＧには窒素が用いられる。窒素をアシストガスＧに用いたことにより、吹き飛んだ切削屑Ｋ等の浮遊物から後述する集光レンズ１４を保護することができる。

（切断用ノズル）
図１に示すように、切断用ノズル１０は、開口するその先端から前記アシストガスＧを噴射しつつレーザ光Ｌを照射する役割をはたし、切断用ノズル本体１１、開口部１２、レーザ発振器接続部１３、集光レンズ１４、ガス供給手段接続部１５、とから構成されている。

切断用ノズル本体１１は、筒体となっており、この筒体の一方の端部が先端に近づくにつれて縮径するように形成され、その先端が開口部１２となっている。また、切断用ノズル本体１１の他方の端部に集光レンズ１４が設けられている。この集光レンズ１４が設けられている端部には、レーザ発振器Ｒと接続可能となるレーザ発振器接続部１３が設けられており、当該レーザ発振器接続部１３が発生したレーザ光Ｌを接続ケーブル（図示せず）を介して前記開口部から照射できるようになっている。

また、集光レンズ１４は、切断用ノズル本体１１の中心軸線と集光レンズ１４の中心軸線とが重なるように設けられ、レーザ発振器Ｒによって発生したレーザ光Ｌをマスター基板Ｗに設けられた配線Ｈ（図３（ｂ）参照）に集光する役割を果たす。

ガス供給手段接続部１５は、切断用ノズル本体１１の外周面に設けられており、当該切断用ノズル本体１１の中空となる内部まで貫通する貫通口１５Ａが設けられており、この貫通口１５Ａがガス供給手段Ｆと、例えば高圧ホースを介して接続される。これにより、ガス供給手段Ｆから供給されるアシストガスＧを切断用ノズル本体１１の内部に供給することができ、前記開口部１２からアシストガスＧを噴射することができる。

このように切断用ノズル１０を構成したので、切断時に発生する切削屑ＫをアシストガスＧで吹き飛ばすことができる。

（吸引手段）
図１に示す吸引手段Ｖは、レーザ光Ｌによる切断によって発生した切削屑Ｋ（図３（ｂ）参照）と、噴出されたアシストガスＧ（図３（ｂ）参照）とを吸引する役割を果たす。この吸引手段Ｖは、例えば高圧ホースを介して吸引用ノズル２０と接続される。

（吸引用ノズル）
図１に示すように、吸引用ノズル２０は、中空となる筒体であって、切断用ノズル１０と長手方向が平行となるように設けられており、一方の端部が前記吸引手段Ｖと例えば高圧ホースを介して接続されつつ他方の端部が開口した吸引口部２１となっており、切削屑ＫとアシストガスＧとを吸引する。
この吸引用ノズル２０の吸引口部２１は、マスター基板Ｗのレーザ光Ｌの照射位置の近傍に位置するように設けられている。
つまり、アシストガスＧで吹き飛ばされた切削屑ＫをアシストガスＧと共に吸引することで、マスター基板Ｗの外部端子Ｔに被着するのを防ぐことができる。

（接続部）
図１に示すように、接続部３０は、吸引用ノズル２０の吸引口部２１がマスター基板Ｗのレーザ光の照射位置の近傍に位置するように、吸引用ノズル２０を切断用ノズル１０に取り付ける役割を果たす。
こうすることにより、吸引用ノズル２０の吸引口部２１がマスター基板Ｗのレーザ光の照射位置の近傍に位置し続けることができるので、吸引手段Ｖによって切削屑Ｋ、アシストガスＧの吸引が容易に行わせることができる。

なお、接続部３０は、図２に示すように、吸引用ノズル２０が、切断用ノズル１０の軸方向に対して角度調節可能に設けられていても良い。
例えば、接続部３０は、切断用ノズル１０側に固定される切断用ノズル側接続部３１Ａと、吸引用ノズル２０側に固定される吸引用ノズル側固定部３１Ｂと、これら切断用ノズル側接続部３１Ａと吸引用ノズル側固定部３１Ｂとを回動可能に接続する軸部３２とで構成することで、吸引用ノズル２０を、切断用ノズル１０の軸方向に対して角度調節可能に設けることができる。つまり、吸引用ノズル２０の軸方向が切断用ノズル１０の軸方向に対して所定の角度で調節可能に設けられることとなる。

このようにレーザ加工装置１００を構成したので、配線Ｈを切断しても切削屑Ｋが飛散することがなく、電子デバイスの品質を一定に保つことができる。

次に本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置１００の使用例について図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、配線Ｈが上側に向くようにマスター基板Ｗを保持固定冶具（図示せず）に保持させる。この状態で、レーザ加工装置１００の切断用ノズル１０を、外部端子Ｔを接続する前記配線Ｈ上の手前に位置させる。

そして、レーザ発振器Ｒからレーザ光Ｌを生成し、このレーザ光Ｌを集光レンズ１４に到達させ、開口部１２よりマスター基板Ｗに向けて照射させると共に、ガス供給手段Ｆから供給されるアシストガスＧを噴射させる。同時に、吸引手段Ｖに吸引用ノズル２０から吸引させる。

このレーザ光Ｌの照射と共に切断用ノズル１０又は保持固定冶具を、レーザ光Ｌが配線Ｈを通過するように移動させる。
これにより、配線Ｈはレーザ光Ｌによって切断される（図３（ｂ）参照）。

このとき、切断によって発生した切削屑ＫがアシストガスＧによって吹き飛ばされるが、吸引用ノズル２０の吸引口部２１がマスター基板Ｗのレーザ光の照射位置の近傍に位置しているので、当該吸引用ノズル２０からアシストガスＧと共に切削屑Ｋが吸引される（図３（ｂ）参照）。
したがって、切削屑Ｋはマスター基板Ｗの表面上に飛散せずに、吸引用ノズル２０から吸引されることとなる（図３（ｃ）参照）。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置１０１は、図４に示すように、切断用ノズル１０の切断用ノズル本体１１の内部に中空のレーザ照射パイプ１６が設けられており、レーザ光Ｌを照射する空間とアシストガスＧを噴射する空間との２つに分かれている点で第一の実施形態と異なる。

レーザ照射パイプ１６は、集光レンズ１６の外周を囲うように切断用ノズル本体１１設けられている。これにより、レーザ光Ｌが、レーザ照射パイプ１６を通過し、マスター基板Ｗに到達するようになっている。
また、切断用ノズル本体１１とこのレーザ照射パイプ１６とで仕切られた空間にはアシストガスＧが充満できるようになっている。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
例えば、吸引用ノズル２０の吸引口部２１で切断用ノズル１０の開口部１２の外周を取り囲んでも良い。このようにすることで、切削屑Ｋを吸引用ノズル２０へ的確に導くことができる。

本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図である。 図１の接続部の変形例を示す模式図である。 本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置の使用例を示し、（ａ）はマスター基板にレーザ光を照射する前の状態を示す図であり、（ｂ）はマスター基板にレーザ光を照射している状態を示す図であり、（ｃ）はマスター基板にレーザ光を照射した後の状態を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１００ レーザ加工装置
１０ 切断用ノズル
１１ 切断用ノズル本体
１２ 開口部
１３ レーザ発振器接続部
１４ 集光レンズ
１５ ガス供給手段接続部
１６ レーザ照射パイプ
２０ 吸引用ノズル
２１ 吸引口部
３０ 接続部
３１Ａ 切断用ノズル側接続部
３１Ｂ 吸引用ノズル側固定部
３２ 軸部
Ｆ ガス供給手段
Ｇ アシストガス
Ｈ 配線
Ｋ 切削屑
Ｌ レーザ光
Ｒ レーザ発振器
Ｖ 吸引手段
Ｗ マスター基板

Claims (3)

1. レーザ発振器が発生したレーザ光を被加工物に照射しつつガス供給手段から供給されるアシストガスを噴射する切断用ノズルと、
   前記レーザ光による切断で生成された削除屑と噴射された前記アシストガスとを吸引する吸引手段に接続される吸引用ノズルとを備え、
   前記吸引用ノズルは、吸引口部が前記被加工物のレーザ光の照射位置の近傍に位置するように切断用ノズルに設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記吸引用ノズルが、前記切断用ノズルの軸方向に対して角度調節可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記アシストガスが窒素であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置。

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