JP2007301672A - Working method and device of transparent material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透明材料の加工方法及び加工装置に関し、特に、ガラス、樹脂、液晶パネル等の切削加工及びエンボス加工、又は生物又は医療検査用の部品、その他透明な機械用部品の加工に関するものである。
なお、本発明において、被加工物である透明材料及び透明材料からなる部品等を総称して単に「透明材料」ということがある。
The present invention relates to a processing method and processing apparatus for transparent material, and more particularly to processing and embossing of glass, resin, liquid crystal panel, etc., or processing of biological or medical inspection parts, and other transparent machine parts. is there.
In the present invention, a transparent material that is a workpiece and parts made of the transparent material may be collectively referred to simply as “transparent material”.
切削加工が困難な材料の１つであるセラミック材の切削工具による切削方法及び切削装置として、セラミック材の所定部位にレーザ光を切削工具と同じ側から照射して、その加工対象部位を所定の加熱温度まで局所的に加熱するレーザ光照射手段を備え、レーザ光の照射によって加熱された状態にある加工対象部位に対して切削加工を行う発明が知られている（特許文献１参照。以下「従来技術１」という。）。
また、焼き入れ可能な鋼からなる工作物の切削工具による精密旋削加工において、切削直後の鋼材をレーザにより加熱することで材料を適切な状態で焼き入れする加工方法が知られている（特許文献２参照。以下「従来技術２」という。）。
As a cutting method and a cutting apparatus for a ceramic material, which is one of the materials that are difficult to cut, by irradiating a predetermined portion of the ceramic material with a laser beam from the same side as the cutting tool, An invention is known in which a laser beam irradiation means for locally heating to a heating temperature is provided, and cutting is performed on a processing target portion that is heated by laser beam irradiation (see Patent Document 1 below). Prior art 1 ”).
In addition, in a precision turning process using a cutting tool for a work piece made of hardenable steel, a processing method is known in which a steel material immediately after cutting is heated by a laser to quench the material in an appropriate state (Patent Literature). 2) (hereinafter referred to as “Prior Art 2”).
上記の従来技術１では、レーザ光による照射は切削工具側から行われ背面からの照射は被加工物がセラミック材であることから不可能である。そのため、切削工具及びその支持手段がレーザ光の照射の障害になり、切削工具及び被加工物の接触部分及びその近傍のみにレーザ光を照射することができず、特許文献１の図２に示すようにレーザ光による加熱部分が大きくならざるを得ない。被加工物の加熱部分が大きくなると、被加工物が熱変形し、加工精度が低下するとともに、昇温、急冷などにより被加工物に亀裂、残留応力が発生し、製品品質を劣化させるという問題がある。また、レーザ光の集光位置と切削部位置とは同一ではないため加熱と加熱部切削とは同時期でないという問題もある。これらの問題点を回避するため、工具を加熱し、工具から被加工物への熱伝導で被加工物の加熱部位を最小とする加工も行われているが、工具昇温による工具変形、工具からの熱伝導による工作機械の熱変形が問題となる。 In the prior art 1, the irradiation with the laser beam is performed from the cutting tool side, and the irradiation from the back surface is impossible because the workpiece is a ceramic material. Therefore, the cutting tool and its supporting means become an obstacle to the irradiation of the laser beam, and the laser beam cannot be irradiated only to the contact portion of the cutting tool and the workpiece and the vicinity thereof, as shown in FIG. Thus, the heating part by the laser beam has to be large. If the heated part of the work piece becomes large, the work piece will be thermally deformed, the machining accuracy will be lowered, and cracks and residual stress will occur in the work piece due to temperature rise, rapid cooling, etc., which will deteriorate the product quality There is. Moreover, since the condensing position of the laser beam and the cutting portion position are not the same, there is a problem that heating and heating portion cutting are not at the same time. In order to avoid these problems, the tool is heated, and the process of minimizing the heated part of the work piece by heat conduction from the tool to the work piece is also performed. Thermal deformation of the machine tool due to heat conduction from is a problem.
また、上記従来技術２では、被加工物の加熱は熱処理のためで切削加工を補助するものではなく、加熱は被加工物のみであり、背面からの照射は不可能で、加工部と加熱部は非常に接近しているが同じ位置ではない。
透明材料の１つであるガラスは、化学作用を利用して加工されることが多いが、化学作用による加工では加工速度が遅いという問題がある。
また、切削加工のみを用いると加工表面にマイクロクラックが発生するため、加工後の製品をそのまま用いた場合、加工部位が不透明になること及び強度的に弱いことなどの問題がある。
一方、クラックの発生しない切削（延性モード切削：サブミクロンの極めて微小な切り込み条件のもとで延性型の切りくずを形成し得る切削。）も可能であるが、切り込み量のコントロールが困難である。これを解決するためには超高精度の工作機械、高価な工具が必要になる。
Glass, which is one of the transparent materials, is often processed using a chemical action, but there is a problem that the processing speed is slow in the processing using a chemical action.
Further, when only the cutting process is used, micro cracks are generated on the processed surface. Therefore, when the processed product is used as it is, there is a problem that the processed part becomes opaque and the strength is weak.
On the other hand, cutting that does not generate cracks (ductile mode cutting: cutting that can form ductile die chips under extremely fine cutting conditions of submicron) is possible, but it is difficult to control the amount of cutting. . In order to solve this, ultra-high precision machine tools and expensive tools are required.
さらに上記の従来技術１等のように、従来のレーザ光照射によりセラミック材の加工部位を加熱するものでは、レーザ光の照射は切削工具側から行われるため、切削工具及びその支持手段がレーザ光照射の障害になり、切削工具及び被加工物の接触部分及びその近傍のみにレーザ光を照射することができず、加工精度がよくないという問題があった。 Further, in the case of heating the processing portion of the ceramic material by the conventional laser beam irradiation as in the above-described prior art 1 and the like, since the laser beam irradiation is performed from the cutting tool side, the cutting tool and the supporting means thereof are the laser beam. There has been a problem that the laser beam cannot be irradiated only to the contact portion of the cutting tool and the workpiece and the vicinity thereof, and the processing accuracy is not good.
本発明は、ガラス及び合成樹脂等の透明材料を精度良く、高速且つ表面にマイクロクラックを発生させることなく加工する方法及び加工装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the method and processing apparatus which process transparent materials, such as glass and a synthetic resin, accurately and without generating a microcrack on the surface.
上記目的を達成するため本発明の透明材料の加工方法は、工具と透明材料とを相対運動させながら透明材料を加工する方法において、透明材料の一側に工具を他側にレーザ照射光学系を対向して配置し、レーザ照射光学系から照射されるレーザ光を工具の反対側から工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに照射することにより、加熱により軟化、溶融した透明材料の加工を行うことを特徴としている。
本発明において「近傍」とは、透明材料と工具が接触している部分にレーザを照射したとき、そのレーザが影響を及ぼす領域を指す。この領域は照射点におけるレーザのスポットサイズに依存し、レーザのスポットが円形の場合、照射点から直径０．１μｍ〜５０ｍｍの範囲である。
In order to achieve the above object, the transparent material processing method of the present invention is a method of processing a transparent material while relatively moving the tool and the transparent material, wherein the tool is placed on one side of the transparent material and the laser irradiation optical system is placed on the other side. Processing of transparent material softened and melted by heating by irradiating only the contact portion between the tool and the transparent material from the opposite side of the tool and the vicinity thereof with the laser beam emitted from the laser irradiation optical system. It is characterized by performing.
In the present invention, “near” refers to a region where a laser affects a portion where the transparent material and the tool are in contact with each other. This region depends on the spot size of the laser at the irradiation point. When the laser spot is circular, the diameter is in the range of 0.1 μm to 50 mm from the irradiation point.
また、本発明の透明材料の加工装置は、工具と透明材料とを相対運動させながら透明材料を加工する装置において、透明材料の一側に工具を他側にレーザ源及びレーザ照射光学系を対向して設置し、レーザ源から出射されたレーザ光をレーザ照射光学系をとおして工具の反対側から工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに照射するようにしたことを特徴としている。
また、本発明の透明材料の加工装置は、工具が切削工具であることを特徴としている。
また、本発明の透明材料の加工装置は、工具がエンボス加工用の金型であることを特徴としている。
また、本発明の透明材料の加工装置は、工具及び照射光学系を一体的に移動させる手段を備えることを特徴としている。
また、本発明の透明材料の加工装置は、工具と照射光学系との間に透明材料を載置する機構を設け、透明材料を移動自在にすることを特徴としている。
また、本発明の透明材料の加工装置は、レーザ光を照射可能な空孔又は窓を有する治具により透明材料を保持することを特徴としている。
また、本発明の透明材料の加工装置は、工具に加工補助流体を供給可能な加工補助流体供給手段を備えることを特徴としている。
The transparent material processing apparatus of the present invention is an apparatus for processing a transparent material while relatively moving the tool and the transparent material. The tool is placed on one side of the transparent material, and the laser source and the laser irradiation optical system are placed on the other side. The laser beam emitted from the laser source is irradiated only to the contact portion between the tool and the transparent material and the vicinity thereof from the opposite side of the tool through the laser irradiation optical system.
In the transparent material processing apparatus of the present invention, the tool is a cutting tool.
The transparent material processing apparatus of the present invention is characterized in that the tool is a die for embossing.
Further, the transparent material processing apparatus of the present invention is characterized by comprising means for moving the tool and the irradiation optical system integrally.
The transparent material processing apparatus of the present invention is characterized in that a mechanism for placing the transparent material is provided between the tool and the irradiation optical system so that the transparent material can be moved.
In addition, the transparent material processing apparatus of the present invention is characterized in that the transparent material is held by a jig having holes or windows that can be irradiated with laser light.
In addition, the transparent material processing apparatus of the present invention is characterized by including processing auxiliary fluid supply means capable of supplying processing auxiliary fluid to the tool.
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）工具と透明材料とを相対運動させながら透明材料を加工する方法において、透明材料の一側に工具を他側にレーザ照射光学系を対向して配置し、レーザ照射光学系から照射されるレーザ光を工具の反対側から工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに照射するようにしたことにより、工具と透明材料との接触部分及びその近傍に向かって透明材料の背後から加熱することができ、透明材料の加工部位を工具に邪魔されることなく効率良く加熱でき、ひいては、工具及び透明材料の昇温部位を最小にすることができる。また、加熱部と加工部位置を厳密に同一にすることができるとともに、加熱と加工を同時にすることもできる。したがって、ガラス及び合成樹脂等の透明材料を精度良く、高速且つ表面にマイクロクラックを発生させることなく加工することができる。
（２）工具と透明材料とを相対運動させながら透明材料を加工する装置において、透明材料の一側に工具を他側にレーザ源及びレーザ照射光学系を対向して設置し、レーザ源から出射されたレーザ光をレーザ照射光学系をとおして工具の反対側から工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに照射するようにしたことにより、工具と透明材料との接触部分及びその近傍に向かって透明材料の背後から加熱することができ、透明材料の加工部位を工具に邪魔されることなく効率良く加熱でき、ひいては、工具及び透明材料の昇温部位を最小にすることができる。
また、加熱部と加工部位置を厳密に同一にすることができるとともに、加熱と加工を同時にすることもできる。したがって、ガラス及び合成樹脂等の透明材料を精度良く、高速且つ表面にマイクロクラックを発生させることなく加工することができる。
（３）工具及び照射光学系を一体的に移動させる手段を備えることにより、レーザ光を絶えず、かつ、正確に工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに集光させることができる。
また、工具と照射光学系との間に透明材料を載置する機構を設け、透明材料を移動自在にすることにより、上記と同様、レーザ光を絶えず、かつ、正確に工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに集光させることができる。
（４）透明材料にレーザ光を照射可能な空孔又は窓を有する治具により透明材料を保持することにより、レーザ光を絶えず、かつ、容易に工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに集光させることができる
（５）工具に加工補助流体を供給可能な加工補助流体供給手段を備えることにより、切削された切りくずが工具及び透明材料に再付着することを防止できる。
The present invention has the following excellent effects.
(1) In a method of processing a transparent material while relatively moving a tool and a transparent material, a tool is disposed on one side of the transparent material and a laser irradiation optical system is disposed on the other side, and the laser irradiation optical system is irradiated. By irradiating only the contact part between the tool and the transparent material and the vicinity thereof from the opposite side of the tool, the laser beam is heated from behind the transparent material toward the contact part between the tool and the transparent material and the vicinity thereof. Thus, the processing part of the transparent material can be efficiently heated without being disturbed by the tool, and as a result, the temperature rising part of the tool and the transparent material can be minimized. In addition, the position of the heating unit and the processing unit can be made exactly the same, and heating and processing can be performed simultaneously. Therefore, transparent materials such as glass and synthetic resin can be processed with high accuracy and at high speed without generating microcracks on the surface.
(2) In an apparatus for processing a transparent material while relatively moving the tool and the transparent material, the tool is placed on one side of the transparent material, the laser source and the laser irradiation optical system are placed facing each other, and emitted from the laser source. The irradiated laser beam is irradiated only to the contact portion between the tool and the transparent material and the vicinity thereof from the opposite side of the tool through the laser irradiation optical system. The transparent material can be heated from behind, and the processing site of the transparent material can be efficiently heated without being disturbed by the tool. As a result, the temperature rising site of the tool and the transparent material can be minimized.
In addition, the position of the heating unit and the processing unit can be made exactly the same, and heating and processing can be performed simultaneously. Therefore, transparent materials such as glass and synthetic resin can be processed with high accuracy and at high speed without generating microcracks on the surface.
(3) By providing means for moving the tool and the irradiation optical system integrally, the laser beam can be continuously and accurately condensed only at the contact portion between the tool and the transparent material and in the vicinity thereof.
In addition, by providing a mechanism for placing a transparent material between the tool and the irradiation optical system, and making the transparent material movable, the laser beam is constantly and accurately applied between the tool and the transparent material as described above. The light can be condensed only at the contact portion and the vicinity thereof.
(4) By holding the transparent material with a jig having a hole or window capable of irradiating the transparent material with laser light, the laser light is constantly and easily contacted between the tool and the transparent material and only in the vicinity thereof. (5) By providing the processing auxiliary fluid supply means capable of supplying the processing auxiliary fluid to the tool, it is possible to prevent the cut chips from reattaching to the tool and the transparent material.
本発明に係る透明材料の加工方法及び加工装置の最良の形態を図面を参照して以下に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode of a transparent material processing method and processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明に係る透明材料の加工装置の第一の実施形態を概略的に示す正面図である。
本加工装置は、透明材料の加工対象部位に対して工具であるエンドミルを用いて溝削り等の加工を行うものであり、装置本体１０と、レーザ光源２０とを備え、装置本体１０とレーザ光源２０との間に加工対象である透明材料３０が位置するように配置されている。
FIG. 1 is a front view schematically showing a first embodiment of a transparent material processing apparatus according to the present invention.
This processing apparatus performs processing such as grooving or the like on a processing target portion of a transparent material using an end mill that is a tool, and includes an apparatus main body 10 and a laser light source 20, and includes the apparatus main body 10 and the laser light source. The transparent material 30 to be processed is positioned between the two.
装置本体１０は、透明材料３０の上側に位置して配置されており、エンドミル１１を回転支持するスピンドル１２、エンドミル１１を回転駆動する駆動源１３及び支持フレーム１４等よりなっている。 The apparatus main body 10 is disposed above the transparent material 30 and includes a spindle 12 that rotates and supports the end mill 11, a drive source 13 that rotates the end mill 11, a support frame 14, and the like.
レーザ光源２０は透明材料３０の下側にエンドミル１１と対向して配置されており、レーザ光源２０からのレーザ光２２は、光ファイバ、ミラー、レンズ等から成るレーザ照射光学系２１によりエンドミル１１の反対側からエンドミル刃先に向かって照射され、透明材料３０に吸収されることなく透過して、エンドミル刃先と透明材料との接触部分及びその近傍のみにおいて集光されるようになっている。
このように、加工対象である透明材料３０を挟んで工具であるエンドミル１１とレーザ照射光学系２１とを対向して設置し、レーザ源から出射されたレーザ光をレーザ照射光学系をとおして工具の反対側から工具と透明材料との接触部分及びその近傍のみに照射するものであるから、工具であるエンドミル１１に邪魔されることなくレーザ光２２を容易、かつ、正確に加工部位に集光させることができる。このため、工具及び透明材料の昇温部位を最小にすることができ、また、加熱部と加工部位置を厳密に同一にすることができ、加熱と加工を同時にすることができる。したがって、ガラス及び合成樹脂等の透明材料を精度良く、高速且つ表面にマイクロクラックを発生させることなく加工することができる。
なお、レーザ照射光学系２１は、支持フレーム２３により支持されている。
The laser light source 20 is disposed on the lower side of the transparent material 30 so as to face the end mill 11, and the laser light 22 from the laser light source 20 is applied to the end mill 11 by a laser irradiation optical system 21 including an optical fiber, a mirror, a lens, and the like. The light is irradiated from the opposite side toward the end mill blade edge, is transmitted without being absorbed by the transparent material 30, and is condensed only at the contact portion between the end mill blade edge and the transparent material and in the vicinity thereof.
In this way, the end mill 11 as the tool and the laser irradiation optical system 21 are installed facing each other with the transparent material 30 to be processed interposed therebetween, and the laser beam emitted from the laser source passes through the laser irradiation optical system as a tool. The laser beam 22 is easily and accurately focused on the processing site without being obstructed by the end mill 11 which is a tool because the tool irradiates only the contact portion between the tool and the transparent material and the vicinity thereof. Can be made. For this reason, the temperature rising site | part of a tool and transparent material can be minimized, a heating part and a process part position can be made exactly the same, and a heating and a process can be performed simultaneously. Therefore, transparent materials such as glass and synthetic resin can be processed with high accuracy and at high speed without generating microcracks on the surface.
The laser irradiation optical system 21 is supported by a support frame 23.
加工対象である透明材料３０は、例えば平板状をしており、上側からエンドミル１１により溝削り等の加工が行われるものであって、レーザ光２２を照射可能な空孔又は窓３２を有する治具３１により保持されている。 The transparent material 30 to be processed has a flat plate shape, for example, and is subjected to processing such as grooving by the end mill 11 from above, and has a hole or window 32 that can be irradiated with the laser beam 22. It is held by the tool 31.
治具３１上側の透明材料３０を保持する側には、透明材料３０を囲うように加工補助液体を収容する液槽３３が形成されている。液漕３３は、上側が開口し、少なくとも底面部材がレーザ光２２０を透過する材料で形成されており、内部に透明あるいは半透明の液体でガラスあるいは樹脂を溶融する作用のある水酸化カリウム、弗酸等からなる加工補助液を収容している。加工補助液は、切削された切りくずが被加工物である透明材料に再付着するのを防止する役割を果たすものである。液槽３３に加工補助液を供給した状態では、透明材料３０は完全に加工補助液に埋没し、エンドミル１１による透明材料３０の加工部位は加工補助液中に位置するようになっている。
なお、エンドミル１１による透明材料３０の加工部位に加工補助液の供給手段としては、液槽を設けることに代えて、ノズルから加工補助液を加工部位に噴射するようにしてもよい。また、加工補助液に代えて加工補助液と同様の作用をする加工補助気体を用いてもよい。
さらに、透明材料３０の加工を不活性雰囲気又は真空雰囲気で行えるようにするため、加工部位をチャンバで覆うようにしてもよい。
On the side that holds the transparent material 30 on the upper side of the jig 31, a liquid tank 33 that stores a processing auxiliary liquid is formed so as to surround the transparent material 30. The liquid tank 33 is formed of a material having an upper opening and at least a bottom member that transmits the laser beam 220. The liquid tank 33 has an action of melting glass or resin with a transparent or translucent liquid inside. Contains processing aids such as acids. The processing auxiliary liquid serves to prevent the cut chips from reattaching to the transparent material that is the workpiece. In a state where the processing auxiliary liquid is supplied to the liquid tank 33, the transparent material 30 is completely buried in the processing auxiliary liquid, and the processing site of the transparent material 30 by the end mill 11 is positioned in the processing auxiliary liquid.
In addition, as a means for supplying the processing auxiliary liquid to the processing part of the transparent material 30 by the end mill 11, the processing auxiliary liquid may be sprayed from the nozzle to the processing part instead of providing a liquid tank. Further, instead of the processing auxiliary liquid, a processing auxiliary gas having the same action as the processing auxiliary liquid may be used.
Further, in order to process the transparent material 30 in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere, the processing site may be covered with a chamber.
スピンドル１２及び駆動源１３を支持する支持フレーム１４と、レーザ照射光学系２１を支持する支持フレーム２２とは、図示しない移動手段により一体的にＸＹＺ方向に移動されるようになっている。このため、エンドミル１１の刃先に集光されたレーザ光２２を絶えず透明材料３０の加工部位に正確に照射することができる。 The support frame 14 that supports the spindle 12 and the drive source 13 and the support frame 22 that supports the laser irradiation optical system 21 are integrally moved in the XYZ directions by a moving means (not shown). For this reason, the processing site | part of the transparent material 30 can be always irradiated correctly with the laser beam 22 condensed on the blade edge of the end mill 11.
図１に示す第一の実施形態において透明材料を加工する手順を説明する。
まず、ステージ３４上に透明材料３０を保持した治具３１を固定する。
次に、液槽３３に加工補助液を供給し透明材料３０を加工補助液に浸漬した状態とする。
次に、装置本体１０の駆動源１３を作動させエンドミル１１を回転駆動させながらエンドミル１１の刃先が透明材料３０の加工部位に位置するように装置本体１０の制御装置で制御する。
その後、レーザ光源２０からレーザ光２２を出射するとともに、レーザ照射光学系２１を制御してレーザ光２２をエンドミル１１の刃先と透明材料３０の接触部分及びその近傍のみに集光させる。
レーザ光２２がエンドミル１１の刃先と透明材料３０の接触部分及びその近傍のみにに集光した状態で、エンドミル１１により透明材料３０の加工を開始する。
工具スピンドル１２に支持されたエンドミル１１を加工すべき位置に移動させながら加工を進めるが、その際、レーザ光２２がエンドミル１１の刃先と透明材料との接触部分及びその近傍のみに集光した状態を維持する必要がある。そのため、工具スピンドル１２を支持するフレーム１４及びレーザ照射光学系２１を支持するフレーム２２を駆動・制御して、工具スピンドル１２及びレーザ照射光学系２１を一体的に移動させるものである。
A procedure for processing a transparent material in the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.
First, the jig 31 holding the transparent material 30 is fixed on the stage 34.
Next, the processing auxiliary liquid is supplied to the liquid tank 33 so that the transparent material 30 is immersed in the processing auxiliary liquid.
Next, while the drive source 13 of the apparatus main body 10 is operated and the end mill 11 is rotationally driven, the control unit of the apparatus main body 10 performs control so that the cutting edge of the end mill 11 is positioned at the processing site of the transparent material 30.
Thereafter, the laser light 22 is emitted from the laser light source 20 and the laser irradiation optical system 21 is controlled to focus the laser light 22 only on the contact portion between the blade edge of the end mill 11 and the transparent material 30 and its vicinity.
Processing of the transparent material 30 is started by the end mill 11 in a state where the laser beam 22 is focused only on the contact portion between the blade edge of the end mill 11 and the transparent material 30 and in the vicinity thereof.
Processing is performed while moving the end mill 11 supported by the tool spindle 12 to a position to be processed. At this time, the laser beam 22 is focused only on the contact portion between the blade edge of the end mill 11 and the transparent material and the vicinity thereof. Need to maintain. Therefore, the tool spindle 12 and the laser irradiation optical system 21 are moved together by driving and controlling the frame 14 supporting the tool spindle 12 and the frame 22 supporting the laser irradiation optical system 21.
図２は、本発明に係る透明材料の加工装置の第二の実施形態の要部を概略的に示す正面図である。
図２では、工具としてエンボス加工用の金型１５を用い、また、レーザ光源２０を金型１５の位置と同じ側に配置し、透明材料３０の下側に配置されたレーザ照射光学系２１にポリゴンミラー２４を備えたものである。レーザ光源２０から出射されたレーザ光２２はポリゴンミラー２４に向けて照射され、該ポリゴンミラー２４でレーザ光２２を反射し、レーザ照射光学系２１のレンズを通って透明材料３０の下側から金型１５の刃先と透明材料との接触部分及びその近傍のみに集光させるようになっている。金型１５と透明材料３０とは加工の進行に伴い相対運動するが、この相対運動に合わせてレーザ光２２をポリゴンミラー２４で線状に走査させ、金型１５と透明材料３０との接触している部分及びその近傍のみを加熱し、透明材料３０を溶融、軟化させ、金型１５の押圧力で金型１５の形状を転写することができる。
また、上記のようにレーザ光源２０を金型１５の位置と同じ側に配置することにより、レーザ光源２０の配置に柔軟性を持たせることが可能になる。
FIG. 2: is a front view which shows roughly the principal part of 2nd embodiment of the processing apparatus of the transparent material which concerns on this invention.
In FIG. 2, an embossing mold 15 is used as a tool, and a laser light source 20 is disposed on the same side as the position of the mold 15, and a laser irradiation optical system 21 disposed below the transparent material 30 is used. A polygon mirror 24 is provided. Laser light 22 emitted from the laser light source 20 is irradiated toward the polygon mirror 24, the laser light 22 is reflected by the polygon mirror 24, passes through the lens of the laser irradiation optical system 21, and is gold from the lower side of the transparent material 30. Light is condensed only at the contact portion between the blade edge of the mold 15 and the transparent material and in the vicinity thereof. The mold 15 and the transparent material 30 move relative to each other as the processing progresses. The laser beam 22 is scanned linearly by the polygon mirror 24 in accordance with the relative movement, and the mold 15 and the transparent material 30 come into contact with each other. It is possible to heat only the portion and its vicinity, melt and soften the transparent material 30, and transfer the shape of the mold 15 with the pressing force of the mold 15.
Further, by arranging the laser light source 20 on the same side as the position of the mold 15 as described above, it is possible to give flexibility to the arrangement of the laser light source 20.
また、フライス１５を支持する支持フレーム及びレーザ照射光学系２１を支持するフレームを固定し、治具３１を介して透明材料３０を載置するステージ３４をＸＹＺ方向に移動自在に構成している。このため、金型１５と透明材料との接触部分及びその近傍のみに集光されたレーザ光２２を絶えず透明材料３０の加工部位に正確に照射することができる。
さらに、透明材料３０の加工部位に加工補助液を供給する手段としてノズル３５を設けている。
Further, a support frame that supports the milling cutter 15 and a frame that supports the laser irradiation optical system 21 are fixed, and a stage 34 on which the transparent material 30 is placed is configured to be movable in the XYZ directions via a jig 31. For this reason, the laser beam 22 collected only at the contact portion between the mold 15 and the transparent material and in the vicinity thereof can be constantly irradiated accurately on the processing portion of the transparent material 30.
Further, a nozzle 35 is provided as means for supplying a processing auxiliary liquid to the processing portion of the transparent material 30.
φ０．５ｍｍの超硬製エンドミル，波長６００ｎｍのレーザを用いレーザ光の焦点が工具刃先と被加工物であるガラスの接触部分及びその近傍に照射されるよう設定する。
工具回転数４０００ｒｐｍでガラスの穴加工を行った。レーザ光を照射しない場合の穴加工では底面が不透明であったのに対しレーザ出力２２．５Ｗで工具を加熱しながら切削したところ底面が透明な穴の加工ができた。
図３は、レーザを照射しない場合、レーザ出力２０Ｗの場合、レーザ出力２２．５Ｗの場合及びレーザ出力２５Ｗの場合の穴加工の結果を示した平面図である。
レーザ出力２２．５Ｗで加工した場合、穴底面が透明なのはマイクロクラックが存在しないためである。
これはレーザが刃先に照射され工具を加熱、その熱によりガラス、特に加工点周辺のガラスが加熱され、軟化、溶融し切削を容易にしたものである。
A carbide end mill with a diameter of 0.5 mm and a laser with a wavelength of 600 nm are used so that the focal point of the laser light is applied to the contact portion between the tool blade edge and the glass as the workpiece and the vicinity thereof.
Glass drilling was performed at a tool rotation speed of 4000 rpm. When drilling without laser light, the bottom was opaque, but when cutting with a laser output of 22.5 W while heating the tool, a hole with a transparent bottom was created.
FIG. 3 is a plan view showing the result of drilling when laser irradiation is not performed, laser output is 20 W, laser output is 22.5 W, and laser output is 25 W.
When processing at a laser output of 22.5 W, the hole bottom is transparent because there are no microcracks.
In this method, the cutting edge is irradiated with a laser to heat the tool, and the glass, particularly the glass around the processing point, is heated by the heat to soften and melt to facilitate cutting.
生物及び医療検査用の部品、フラットパネルディスプレイ用基板、透明であると有益な機械用部品の加工に有用である。 Useful for processing parts for biological and medical testing, substrates for flat panel displays, mechanical parts that are beneficial to be transparent.
１０ 装置本体
１１ エンドミル
１２ スピンドル
１３ 駆動源
１４ 支持フレーム
１５ 金型
２０ レーザ光源
２１ レーザ照射光学系
２２ レーザ光
２３ 支持フレーム
２４ 反射鏡
３０ 透明材料
３１ 治具
３２ 空孔又は窓
３３ 液槽
３４ ステージ
３５ ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main body 11 End mill 12 Spindle 13 Drive source 14 Support frame 15 Mold 20 Laser light source 21 Laser irradiation optical system 22 Laser light 23 Support frame 24 Reflector 30 Transparent material 31 Jig 32 Hole or window 33 Liquid tank 34 Stage 35 nozzle
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