JP2008036687A - Surface machining method - Google Patents
Surface machining method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008036687A JP2008036687A JP2006216012A JP2006216012A JP2008036687A JP 2008036687 A JP2008036687 A JP 2008036687A JP 2006216012 A JP2006216012 A JP 2006216012A JP 2006216012 A JP2006216012 A JP 2006216012A JP 2008036687 A JP2008036687 A JP 2008036687A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- workpiece
- processing
- auxiliary material
- laser beam
- processing auxiliary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
本発明は、レーザーアブレーションを利用して、被加工物の表面を加工する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for processing the surface of a workpiece using laser ablation.
レーザーアブレーションを利用して被加工物の表面（加工表面）を加工する場合、通常、被加工物に対して吸収率の高い波長を有するパルスレーザー光を照射する。そのため、パルスレーザー装置を、被加工物に照射するパルスレーザー光の波長に応じて変えなければならず、波長変換装置や別のパルスレーザー装置等を用意しなければならない場合がある。また、所望の波長のパルスレーザー光を出力するためのパルスレーザー装置を新たに購入したりすると、表面加工に要するコストが高くなる場合もある。 When processing the surface (processed surface) of a workpiece using laser ablation, a pulse laser beam having a wavelength with a high absorption rate is usually irradiated to the workpiece. For this reason, the pulse laser device must be changed according to the wavelength of the pulse laser light applied to the workpiece, and a wavelength conversion device, another pulse laser device, or the like may have to be prepared. Further, if a new pulse laser device for outputting pulse laser light having a desired wavelength is purchased, the cost required for surface processing may increase.
また、被加工物がガラス等のようにほぼ全波長帯域において光の吸収率の小さい、あるいは透過率の大きい透明材料である場合、表面加工を実施するためには、高出力のパルスレーザー光を照射しなければならない。高出力なパルスレーザー光を生成するためのパルスレーザー装置は高額であり、また、パルスの繰返し周波数を高くすることが困難なことが知られているため、加工に時間がかかることになる。 In addition, when the workpiece is a transparent material having a low light absorption rate or a high transmittance in almost the entire wavelength band, such as glass, a high-power pulsed laser beam is used for surface processing. I have to irradiate. A pulse laser device for generating a high-power pulse laser beam is expensive, and it is known that it is difficult to increase the pulse repetition frequency, so that processing takes time.
上記問題点を解決するため、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１では、上記透明材料よりも光の吸収率の高い流動性物質（加工補助材）を透明材料の裏面に接触させ、透明材料の表面からパルスレーザー光を照射し、透明材料をエッチングする技術が開示されている。ここでは、パルスレーザー光が照射された流動性物質がレーザーアブレーションにより局所的に蒸発し、蒸発した流動性物質が透明材料をエッチングしている。
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、加工補助材は流動性を有する。そのため、加工補助材を封入した状態で被加工物に接触させる工夫が必要であり、また被加工物の加工補助材と接触させた部分を加工後に洗浄する必要があるなど、加工時の手間が多い。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the processing auxiliary material has fluidity. Therefore, it is necessary to devise to contact the work piece with the processing auxiliary material enclosed, and it is necessary to clean the part of the work piece that has been in contact with the processing auxiliary material after processing. Many.
本発明はこのような上記問題点を解決するためになされたもので、被加工物の表面を、簡易かつ低コストで加工することが可能な表面加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a surface processing method capable of processing the surface of a workpiece easily and at low cost.
本発明に係る表面加工方法は、被加工物の加工表面上に、固体の加工補助材を設ける工程と、パルスレーザー光を被加工物を通して加工補助材の被加工物側に集光照射する工程とを備え、加工補助材のパルスレーザー光の波長に対する透過率は、被加工物のパルスレーザー光の波長に対する透過率よりも小さく、パルスレーザー光のフルエンスは、被加工物のパルスレーザー光に対するアブレーション閾値よりも低く、且つ加工補助材のパルスレーザー光に対するアブレーション閾値よりも高いことを特徴とする。 The surface processing method according to the present invention includes a step of providing a solid processing auxiliary material on a processing surface of a workpiece, and a step of condensing and irradiating a pulse laser beam through the workpiece to the processing auxiliary material side. The transmittance of the processing auxiliary material with respect to the wavelength of the pulsed laser beam is smaller than the transmittance of the workpiece with respect to the wavelength of the pulsed laser beam, and the fluence of the pulsed laser beam is ablation of the workpiece with the pulsed laser beam. It is characterized by being lower than the threshold value and higher than the ablation threshold value for the pulse laser beam of the processing aid.
この表面加工方法では、被加工物の加工表面上に、固体の加工補助材を設け、パルスレーザー光を被加工物を通して加工補助材の加工表面側に集光照射している。上記のように照射するパルスレーザー光の波長に対する加工補助材の透過率は、被加工物の透過率よりも小さく、また、照射するパルスレーザー光のフルエンスは、被加工物のアブレーション閾値よりも低く加工補助材のアブレーション閾値よりも大きいため、パルスレーザー光が被加工物に照射されても、被加工物はアブレーションされずに加工補助材がアブレーションされる。これにより、加工補助材を構成する材料が被加工物の方向へ飛び出し、同時に被加工物は局所的に溝が形成されると共に、溝が形成された箇所には加工補助材を構成する材料がコーティングされることになる。この場合、固体の加工補助材を使用するため、被加工物の加工補助材と接触させた部分を加工後に洗浄する必要は無く、また、照射するパルスレーザー光の波長に対する透過率が被加工物よりも小さい材料を加工補助材として被加工物に設けるだけでよいため、簡易かつ低コストで表面加工を行うことが可能となる。 In this surface processing method, a solid processing auxiliary material is provided on the processing surface of the workpiece, and pulsed laser light is focused and irradiated on the processing surface side of the processing auxiliary material through the workpiece. As described above, the transmittance of the processing auxiliary material with respect to the wavelength of the pulsed laser beam to be irradiated is smaller than the transmittance of the workpiece, and the fluence of the pulsed laser beam to be irradiated is lower than the ablation threshold of the workpiece. Since it is larger than the ablation threshold value of the processing auxiliary material, even if the workpiece is irradiated with pulsed laser light, the processing auxiliary material is ablated without being ablated. As a result, the material constituting the processing auxiliary material jumps out in the direction of the workpiece, and at the same time, the workpiece is locally formed with a groove, and the material constituting the processing auxiliary material is formed at the position where the groove is formed. Will be coated. In this case, since a solid processing auxiliary material is used, it is not necessary to clean the portion of the workpiece that has been in contact with the processing auxiliary material after processing, and the transmittance with respect to the wavelength of the pulsed laser light to be irradiated is high. Since it is only necessary to provide a smaller material on the workpiece as a processing auxiliary material, surface processing can be performed easily and at low cost.
また、パルスレーザー光の加工補助材への照射位置を、加工補助材に対して所定のパターンで相対的に移動させることが好ましい。これにより、被加工部材の表面を、所定のパターンに加工することができる。 Moreover, it is preferable to move the irradiation position of the pulsed laser light on the processing auxiliary material relative to the processing auxiliary material in a predetermined pattern. Thereby, the surface of a member to be processed can be processed into a predetermined pattern.
また、上記加工補助材は、色素を含むものであることが好ましい。この場合、被加工物に色素を含む加工補助材がコーティングされるため、被加工物の加工表面を加工しながら着色することができる。 Moreover, it is preferable that the said processing auxiliary material contains a pigment | dye. In this case, since the processing auxiliary material containing the pigment is coated on the workpiece, the processing surface of the workpiece can be colored while being processed.
また、上記加工補助材は、少なくとも蛍光顔料又は蓄光顔料のいずれか一方を含むものであることが好ましい。この場合も、被加工物の加工表面を加工しながら被加工物に着色を施すことが可能である。 The processing aid preferably contains at least one of a fluorescent pigment or a phosphorescent pigment. Also in this case, it is possible to color the workpiece while processing the processed surface of the workpiece.
また、加工補助材は、導電性を有するものであってもよい。この場合、被加工物に導電性を有する加工補助材がコーティングされるため、被加工物表面に電気配線を形成することができる。 Further, the processing auxiliary material may have conductivity. In this case, since a work auxiliary material having conductivity is coated on the work piece, electric wiring can be formed on the work piece surface.
本発明の表面加工方法によれば、被加工物の表面を、簡易かつ低コストで加工することが可能である。 According to the surface processing method of the present invention, the surface of a workpiece can be processed easily and at low cost.
以下、添付図面を参照して本発明に係る表面加工方法の実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。 Embodiments of a surface processing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description overlaps.
図１は、本発明に係る表面加工方法の一実施形態により、被加工物に表面加工を行う工程図である。本実施形態の表面加工方法は、光学的に透明な材料（透明材料）からなる被加工物１の表面をレーザーアブレーションを利用して加工するためのものである。ここで、透明材料とは、例えば、波長300 nm〜1100 nmの光に対して透過率が95%以上の材料のことである。被加工物１としては、例えば、アクリル樹脂、ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂等のプラスチック材料、石英ガラス、一般ガラス、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、シリコンカーバイド、アルミナ、サファイヤ、水晶、ダイヤモンド等の無機材料、有機ガラス、有機結晶体等が挙げられる。 FIG. 1 is a process diagram for performing surface processing on a workpiece according to an embodiment of the surface processing method of the present invention. The surface processing method of this embodiment is for processing the surface of the workpiece 1 made of an optically transparent material (transparent material) using laser ablation. Here, the transparent material is, for example, a material having a transmittance of 95% or more with respect to light having a wavelength of 300 nm to 1100 nm. Examples of the workpiece 1 include plastic materials such as acrylic resin, vinyl resin, and polycarbonate resin, quartz glass, general glass, aluminum fluoride, calcium fluoride, magnesium fluoride, lithium fluoride, hafnium oxide, magnesium oxide, Examples thereof include inorganic materials such as silicon carbide, alumina, sapphire, crystal, and diamond, organic glass, and organic crystals.
本実施形態の表面加工方法では、まず、図１(a)に示すように、被加工物１の加工表面１aと、上記波長に対する透過率が被加工物１よりも小さい固体の加工補助材２の表面２ａとを接触させる。これにより、被加工物１の加工表面１a上に加工補助材２が設けられることになる。 In the surface processing method of the present embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a processing surface 1a of the workpiece 1 and a solid processing auxiliary material 2 having a transmittance with respect to the wavelength smaller than that of the workpiece 1 are shown. The surface 2a is brought into contact. Thereby, the processing auxiliary material 2 is provided on the processing surface 1 a of the workpiece 1.
加工補助材２としては、例えば、紙、金属、ゴム、非透明なプラスチックを挙げることができ、また、これらの材料に色素、蛍光顔料、蓄光顔料又は導電性材料を添加あるいはコーティングしたものであってもよい。 Examples of the processing aid 2 include paper, metal, rubber, and non-transparent plastic, and these materials are added or coated with a dye, a fluorescent pigment, a phosphorescent pigment, or a conductive material. May be.
なお、図１(a)では、被加工物１の加工表面１aの全体を加工補助材２の表面２aと接触させているが、被加工物１の加工表面１aのうち、少なくとも加工を行う領域が加工補助材２の表面２aと接触していればよい。 In FIG. 1 (a), the entire processing surface 1a of the workpiece 1 is in contact with the surface 2a of the processing auxiliary material 2, but at least the region of the processing surface 1a of the processing object 1 to be processed. May be in contact with the surface 2a of the processing aid 2.
次に、図１(b)に示すように、レーザー発生部１１A及び集光レンズ１１Bを備えるレーザー照射部１１を利用して、被加工物１側から加工補助材２にパルスレーザー光２０を集光照射する。具体的には、パルスレーザー光２０の集光位置２１が加工補助材２の表面２aに位置するようにレーザー照射部１１と被加工物１との間の距離を調整しておく。そして、レーザー発生部１１Aから例えば波長800 nmのパルスレーザー光２０を、集光位置２１でのフルエンスが、加工補助材２のアブレーション閾値以上であって被加工物１のアブレーション閾値より小さい範囲になるように照射する。なお、パルスレーザー光２０のパルス幅は、例えば100 fsであり、集光位置２１でのフルエンスは、例えば1×109W/cm2〜1×1012 W/cm2である。また、パルスレーザー光２０の繰返し周波数は、例えば50 MHzである。更に、集光位置２１における集光点の直径は、例えば10 μmである。 Next, as shown in FIG. 1B, the pulsed laser beam 20 is collected from the workpiece 1 side to the processing auxiliary material 2 by using the laser irradiation unit 11 including the laser generation unit 11A and the condensing lens 11B. Irradiate with light. Specifically, the distance between the laser irradiation unit 11 and the workpiece 1 is adjusted so that the condensing position 21 of the pulse laser beam 20 is located on the surface 2 a of the processing auxiliary material 2. Then, for example, a pulsed laser beam 20 having a wavelength of 800 nm from the laser generator 11A is in a range where the fluence at the converging position 21 is not less than the ablation threshold of the processing aid 2 and smaller than the ablation threshold of the workpiece 1. Irradiate as follows. Note that the pulse width of the pulse laser beam 20 is, for example, 100 fs, and the fluence at the condensing position 21 is, for example, 1 × 10 9 W / cm 2 to 1 × 10 12 W / cm 2 . Further, the repetition frequency of the pulse laser beam 20 is, for example, 50 MHz. Furthermore, the diameter of the condensing point at the condensing position 21 is, for example, 10 μm.
上記条件でレーザー照射部１１からパルスレーザー光２０が照射されると、被加工物１が前述した透明材料であり、パルスレーザー光２０の波長が300 nm〜1100 nmであることから、パルスレーザー光２０は、殆ど被加工物１に吸収されずに加工補助材２に照射される。また、パルスレーザー光２０が上述した条件のフルエンスで被加工物１及び加工補助材２に照射されるため、被加工物１を通過する際に、アブレーションは生じずに、加工補助材２がアブレーションされることとなる。 When the pulse laser beam 20 is irradiated from the laser irradiation unit 11 under the above conditions, the workpiece 1 is the above-described transparent material, and the pulse laser beam 20 has a wavelength of 300 nm to 1100 nm. 20 is irradiated to the processing aid 2 without being absorbed by the workpiece 1. Further, since the workpiece 1 and the processing auxiliary material 2 are irradiated with the pulse laser beam 20 at the fluence of the above-described conditions, the processing auxiliary material 2 is ablated without passing through the workpiece 1 without causing ablation. Will be.
この加工補助材２のアブレーションにより、図１(c)に示すように、加工補助材２と接触している被加工物１の加工表面１ａがエッチングされ、溝（凹部）が形成されると共に、被加工物１の溝が形成された部分には加工補助材２を構成する材料からなるコーティング材３０がコーティングされる。そして、被加工物１を取り出すと、図１(d)に示すように局所的に溝が形成され、更にコーティングされた被加工物１が得られる。以下、加工表面１ａに溝を形成する、言い換えれば、溝切りをすることを凹加工とも称す。 By this ablation of the processing auxiliary material 2, as shown in FIG. 1 (c), the processing surface 1a of the workpiece 1 in contact with the processing auxiliary material 2 is etched to form a groove (concave portion), A portion of the workpiece 1 where the groove is formed is coated with a coating material 30 made of a material constituting the processing auxiliary material 2. Then, when the workpiece 1 is taken out, a groove is locally formed as shown in FIG. 1 (d), and a further coated workpiece 1 is obtained. Hereinafter, forming a groove on the processed surface 1a, in other words, cutting the groove is also referred to as a concave process.
ところで、例えば、加工補助材を用いない表面加工方法を用いて、被加工物がガラス等のようにほぼ全波長帯域において光の吸収率の小さい（あるいは透過率の大きい）透明材料の表面加工を実施するためには、高出力のパルスレーザー光を照射しなければならない。高出力なパルスレーザー光を生成するためのパルスレーザー装置は高額であり、また、パルスの繰返し周波数を高くすることが困難なことが知られているため、加工に時間がかかることになる。 By the way, for example, by using a surface processing method that does not use processing aids, surface processing of a transparent material having a small light absorption rate (or high transmittance) in almost the entire wavelength band, such as glass. In order to carry out, high-power pulsed laser light must be irradiated. A pulse laser device for generating a high-power pulse laser beam is expensive, and it is known that it is difficult to increase the pulse repetition frequency, so that processing takes time.
これに対して、本実施形態の表面加工方法を用いると、アブレーションが容易であり固体の加工補助材２を被加工物１に接触させ、パルスレーザー光２０を集光照射するという、簡易な方法で被加工物１の表面加工を行うことができる。加工補助材２は固体であるため、液体の加工補助材を用いた場合と比較して、被加工物１と接触させることは容易であり、また、被加工物１の表面を加工補助材２で汚すこともないため、加工後に被加工物１の洗浄・乾燥等の必要はない。このため、レーザー光による直接加工が困難な透明材料に対して、簡易な方法を用いて、短時間で再現性よく表面加工を行うことができる。また、パルスレーザー光２０を集光照射しているため、集光径の大きさを調整することで、微細なスケールで被加工物１の表面加工を行うことができる。 On the other hand, when the surface processing method of the present embodiment is used, ablation is easy and the solid processing auxiliary material 2 is brought into contact with the workpiece 1 and the pulse laser beam 20 is condensed and irradiated. Thus, the surface processing of the workpiece 1 can be performed. Since the processing auxiliary material 2 is solid, it is easier to contact the workpiece 1 as compared with the case where a liquid processing auxiliary material is used, and the surface of the workpiece 1 is processed into the processing auxiliary material 2. Therefore, it is not necessary to clean or dry the workpiece 1 after processing. For this reason, it is possible to perform surface processing with high reproducibility in a short time using a simple method on a transparent material that is difficult to directly process with laser light. Further, since the pulsed laser beam 20 is focused and irradiated, the surface processing of the workpiece 1 can be performed with a fine scale by adjusting the size of the focused diameter.
更に、パルスレーザー光２０の集光位置（照射位置）２１を所定のパターンで走査することにより、被加工物１に所定のパターンの凹加工を施すことができ、被加工物１に意匠加工を施すことが可能である。また、前述したように、本実施形態の表面加工方法では、被加工物１の加工表面１ａに溝を形成しながら加工補助材２と同じ材料から成るコーティング材３０を被加工物１の加工箇所にコーティングすることも可能である。よって、例えば、加工補助材２が色素等を含み有色である場合には、被加工物１に着色処理を施すこともできる。また、例えば、導電性を有する加工補助材２を使用することで、被加工物１に電気配線層を形成することも可能である。 Furthermore, by scanning the condensing position (irradiation position) 21 of the pulse laser beam 20 with a predetermined pattern, the workpiece 1 can be recessed with a predetermined pattern, and the workpiece 1 can be designed. It is possible to apply. Further, as described above, in the surface processing method according to the present embodiment, the coating material 30 made of the same material as the processing auxiliary material 2 is formed on the processing surface 1a of the workpiece 1 while the groove is formed on the processing surface 1a. It is also possible to coat it. Therefore, for example, when the processing auxiliary material 2 contains a pigment or the like and is colored, the workpiece 1 can be colored. Further, for example, an electrical wiring layer can be formed on the workpiece 1 by using the processing auxiliary material 2 having conductivity.
ここで、被加工物１に所定パターンの電気配線層を形成する場合を例として、本実施形態の表面加工方法をより具体的に説明する。本実施形態の表面加工方法は、例えば、図２に示すレーザー加工装置１０を利用して好適に実施される。 Here, the surface processing method of this embodiment will be described more specifically by taking as an example the case where an electrical wiring layer having a predetermined pattern is formed on the workpiece 1. The surface processing method of this embodiment is suitably implemented using the laser processing apparatus 10 shown in FIG. 2, for example.
先ず、レーザー加工装置１０について説明する。図２に示すように、レーザー加工装置１０は、ステージ１２と、レーザー照射部１１と、ステージ用駆動部１３と、制御装置１４とを備えている。以下の説明では、図２に示すようにステージ１２の表面に直交する方向をZ軸方向とし、Z軸に直交する２つの方向をX軸方向、Y軸方向とする。 First, the laser processing apparatus 10 will be described. As shown in FIG. 2, the laser processing apparatus 10 includes a stage 12, a laser irradiation unit 11, a stage drive unit 13, and a control device 14. In the following description, as shown in FIG. 2, the direction orthogonal to the surface of the stage 12 is defined as the Z-axis direction, and the two directions orthogonal to the Z-axis are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction.
ステージ１２は、被加工物１及び加工補助材２を載置するためのものであり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能な、いわゆる３軸ステージである。ステージ用駆動部１３はステージ１２を駆動するためのものであり、制御装置１４により制御される。制御装置１４は、ステージ用駆動部１３を制御してステージ１２の位置を調整すると共に、レーザー照射部１１が有するレーザー発生部１１Aを制御して、レーザー照射部１１から出力するパルスレーザー光２０の条件（例えば、パルスエネルギーや、繰返し周波数）を制御する。 The stage 12 is for placing the workpiece 1 and the processing auxiliary material 2 and is a so-called three-axis stage that can move in the X, Y, and Z axis directions. The stage drive unit 13 is for driving the stage 12 and is controlled by the control device 14. The control device 14 controls the stage drive unit 13 to adjust the position of the stage 12, and also controls the laser generation unit 11 </ b> A included in the laser irradiation unit 11 to output the pulsed laser light 20 output from the laser irradiation unit 11. Control conditions (for example, pulse energy and repetition frequency).
次に、上記レーザー加工装置１０を利用して、被加工物１に所定パターンの電気配線層を形成する方法について説明する。被加工物１は、図１を利用して説明した場合と同様に透明材料とする。電気配線層を形成する場合、加工補助材２としては導電性を有するものを用意する。導電性を有する加工補助材２としては、例えば、導電性を有する材料から形成されているものや、前述した紙、金属、ゴム、非透明なプラスチック等のようにレーザーアブレーションが容易なものをベース材としてその表面に導電性を有する材料がコーティングされているものである。 Next, a method for forming an electric wiring layer having a predetermined pattern on the workpiece 1 using the laser processing apparatus 10 will be described. The workpiece 1 is made of a transparent material as in the case described with reference to FIG. When forming the electrical wiring layer, the processing auxiliary material 2 is prepared with conductivity. As the processing aid 2 having conductivity, for example, a material made of a material having conductivity or a material that can be easily ablated by laser, such as paper, metal, rubber, non-transparent plastic, etc. As a material, the surface is coated with a conductive material.
まず、ステージ１２上に加工補助材２を載置し、加工補助材２上に被加工物１を載置する。この際、被加工物１の加工表面１aと加工補助材２の表面２aとが接触するようにする。この配置では、被加工物１は、押さえの光透過部材として機能することになる。 First, the processing auxiliary material 2 is placed on the stage 12, and the workpiece 1 is placed on the processing auxiliary material 2. At this time, the processing surface 1a of the workpiece 1 and the surface 2a of the processing auxiliary material 2 are brought into contact with each other. In this arrangement, the workpiece 1 functions as a light transmission member for pressing.
次に、レーザー発生部１１A及び集光レンズ１１Bを備えるレーザー照射部１１を図１(b)と同様の位置関係で配置する。より具体的には、制御装置１４によってステージ用駆動部１３を制御することによってステージ１２をZ軸方向に移動させて、パルスレーザー光２０の集光位置２１を調整する。 Next, the laser irradiation unit 11 including the laser generation unit 11A and the condenser lens 11B is arranged in the same positional relationship as in FIG. More specifically, the stage 12 is moved in the Z-axis direction by controlling the stage drive unit 13 with the control device 14 to adjust the condensing position 21 of the pulsed laser light 20.
また、制御装置１４によってレーザー発生部１１Aを制御し、レーザー発生部１１Aから例えば波長800 nmのパルスレーザー光２０を、集光位置２１でのフルエンスが、加工補助材２のアブレーション閾値以上であって被加工物１のアブレーション閾値より小さい範囲になるように照射する。なお、パルスレーザー光２０のパルス幅、集光位置２１でのフルエンス、パルスレーザー光２０の繰り返し周波数及び集光位置２１における集光点の直径などは、図１（ｂ）を利用して説明したものと同様である Also, the laser generator 11A is controlled by the control device 14, and the fluence at the condensing position 21 of the pulse laser light 20 with a wavelength of, for example, 800 nm from the laser generator 11A is equal to or greater than the ablation threshold of the processing aid 2. Irradiation is performed in a range smaller than the ablation threshold of the workpiece 1. The pulse width of the pulse laser beam 20, the fluence at the condensing position 21, the repetition frequency of the pulse laser beam 20, the diameter of the condensing point at the condensing position 21, and the like have been described with reference to FIG. Is the same as
所定パターンの電気配線層を形成する場合、レーザー照射部１１からパルスレーザー光２０を照射しながら、制御装置１４によってステージ用駆動部１３を制御し、ステージ１２をX,Y軸方向に所定のパターン（例えば、図２のようにH字状）で移動させる。これにより、被加工物１及び加工補助材２が所定のパターンで溝が形成され、かつ加工補助材２を構成する材料が被加工物１の溝が形成された部分にコーティングされる。その結果、被加工物１を取り出すと、図３(a)及び図３(a)のIIIb-IIIbに沿った端面図である図３(b)に示すように、表面が凹加工され、その凹加工された部分に加工補助材２を構成する材料からなるコーティング材３０によりコーティングされた被加工物１が得られる。上述のように加工補助材２は、導電性を有する材料で構成されるもの、又は導電性を有する材料が表面にコーティングされたものを使用しているため、被加工物１の凹加工された部分には、コーティング材３０によって所定のパターンの電気配線層が形成される。 When forming an electric wiring layer having a predetermined pattern, the stage drive unit 13 is controlled by the control device 14 while irradiating the pulse laser beam 20 from the laser irradiation unit 11, and the stage 12 is set to a predetermined pattern in the X and Y axis directions. (For example, it is H-shaped as in FIG. 2). Thereby, the workpiece 1 and the processing auxiliary material 2 are formed with grooves in a predetermined pattern, and the material constituting the processing auxiliary material 2 is coated on the portion of the workpiece 1 where the grooves are formed. As a result, when the workpiece 1 is taken out, the surface is recessed as shown in FIG. 3 (b), which is an end view along IIIb-IIIb in FIGS. 3 (a) and 3 (a). The workpiece 1 coated with the coating material 30 made of the material constituting the processing auxiliary material 2 is obtained on the recessed portion. As described above, the processing auxiliary material 2 is made of a material having conductivity, or a material whose conductivity is coated on the surface, so that the workpiece 1 has been recessed. An electric wiring layer having a predetermined pattern is formed on the portion by the coating material 30.
上述のように、本実施形態の表面加工方法において、加工補助材２として導電性を有するものを利用し、集光位置２１を所定のパターンに走査することによって、透明材料である被加工物１の加工表面１ａに所定のパターンの電気配線層を形成することができる。従って、本実施形態の表面加工方法によって、透明材料を用いた機能素子の作製をすることが可能である。 As described above, in the surface processing method of the present embodiment, the processing auxiliary material 2 is made of a conductive material, and the condensing position 21 is scanned in a predetermined pattern, whereby the workpiece 1 that is a transparent material. An electrical wiring layer having a predetermined pattern can be formed on the processed surface 1a. Therefore, it is possible to manufacture a functional element using a transparent material by the surface processing method of this embodiment.
また、図２では、直線パターンの表面加工となっているが、曲線パターンを形成することも可能である。そして、パルスレーザー光２０の繰返し周波数やステージ１２の移動速度を調節することにより、連続的なパターンだけでなく、点や破線パターンを形成することも可能である。 Further, in FIG. 2, the surface processing is a linear pattern, but a curved pattern can also be formed. By adjusting the repetition frequency of the pulse laser beam 20 and the moving speed of the stage 12, not only a continuous pattern but also a dot or broken line pattern can be formed.
また、本実施形態では表面加工パターンを作製するために、ステージ１２を移動させているが、ステージ１２とレーザー照射部１１の相対位置を移動させればよい。従って、ステージ１２を固定してレーザー照射部１１を移動させてもよいし、ステージ１２とレーザー照射部１１をそれぞれ独立に移動させてもよい。 In this embodiment, the stage 12 is moved in order to produce the surface processing pattern. However, the relative position between the stage 12 and the laser irradiation unit 11 may be moved. Therefore, the stage 12 may be fixed and the laser irradiation unit 11 may be moved, or the stage 12 and the laser irradiation unit 11 may be moved independently.
また、上記説明では、加工補助材２として導電性を有するものとしたが、加工補助材２としては、色素、蛍光顔料又は蓄光顔料を含んだ材料、あるいはこれらがコーティングされた材料を用いることも可能である。この場合、被加工物１の表面に所定のパターンで着色等をすることが可能である。本実施形態の表面加工方法において、有色の加工補助材２を使用することで被加工物１に着色処理を施す場合、着色は、被加工物１の凹加工された部分に有色のコーティング材３０を利用して施されることになるので、単に表面へのコーティングした場合と比較して、摩擦等によるコーティング材３０の剥がれ落ちを減少させることが可能である。 In the above description, the processing auxiliary material 2 has conductivity. However, as the processing auxiliary material 2, a material containing a dye, a fluorescent pigment or a phosphorescent pigment, or a material coated with these materials may be used. Is possible. In this case, the surface of the workpiece 1 can be colored with a predetermined pattern. In the surface processing method according to the present embodiment, when a coloring process is performed on the workpiece 1 by using the colored processing auxiliary material 2, the coloring is applied to the recessed portion of the workpiece 1. Therefore, it is possible to reduce the peeling-off of the coating material 30 due to friction or the like as compared with the case where the coating is simply applied to the surface.
以上、本発明に係る表面加工方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、被加工物１は透明材料としたが、被加工物１は透明材料に限定されない。透明材料と異なる被加工物１に対しても、被加工物１の透過率よりも大きい加工補助材２を被加工物１上に載置し、パルスレーザー光２０のフルエンスを上記実施形態で説明したように調整するだけで、被加工物１の加工表面１aの加工が可能となる。従って、所有しているレーザー加工装置から出力されるパルスレーザー光を利用して被加工物１を直接アブレーションすることが困難な場合でも、例えば新たにレーザー装置を購入したりせずに、被加工物１の表面加工を施すことが可能であり、結果として、低コストな表面加工を実現できる。 As mentioned above, although embodiment of the surface processing method which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, although the workpiece 1 is a transparent material, the workpiece 1 is not limited to a transparent material. Even for the workpiece 1 different from the transparent material, the processing auxiliary material 2 larger than the transmittance of the workpiece 1 is placed on the workpiece 1, and the fluence of the pulse laser beam 20 is described in the above embodiment. It is possible to process the processed surface 1a of the workpiece 1 only by adjusting as described above. Therefore, even if it is difficult to directly ablate the workpiece 1 using the pulsed laser beam output from the laser processing device that you own, for example, without purchasing a new laser device, Surface treatment of the object 1 can be performed, and as a result, low-cost surface treatment can be realized.
また、被加工物１及び加工補助材２の形状は、本実施形態のように板状に限られず、どのような形状であっても、被加工物１の加工を行う領域に加工補助材２を接触させることができればよい。また、表面加工を行うのは被加工物１の平面部分でなくてもよく、曲面部分に表面加工を行うこともできる。その場合、加工補助材２も被加工物１の形状に対応した形状とする。そして、被加工物１に所定のパターンを形成する場合には、ステージ１２は、X,Y軸方向だけでなく、X,Y軸方向の両方向に直交するZ軸方向にも移動させればよい。 In addition, the shapes of the workpiece 1 and the processing auxiliary material 2 are not limited to the plate shape as in the present embodiment, and the processing auxiliary material 2 is in the region where the processing of the workpiece 1 is performed regardless of the shape. As long as it can be contacted. Further, the surface processing may not be performed on the planar portion of the workpiece 1, and the surface processing may be performed on the curved surface portion. In that case, the processing auxiliary material 2 also has a shape corresponding to the shape of the workpiece 1. When a predetermined pattern is formed on the workpiece 1, the stage 12 may be moved not only in the X and Y axis directions but also in the Z axis direction orthogonal to both the X and Y axis directions. .
以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例及び比較例を用いて説明する。 Hereinafter, in order to further clarify the effect of the present invention, description will be made using Examples and Comparative Examples.
（実施例）
被加工物１として、厚さ２mmのアクリル樹脂（透明材料）を用い、この表面に加工を行った。加工補助材２として、緑色の蛍光塗料がコーティングされた蛍光紙及び白色の紙を用いた。レーザー発生部１１Aとして、小型のフェルト秒ファイバーレーザー装置（波長802nm）を用いた。これらを、図２を利用して説明した表面加工方法と同様にして、表面加工を行った。加工条件は、レーザーパワーを約50mW、パルスエネルギーを1.0nJ/pulse、集光点の直径を約3μm、フルエンスを1.6×１０４J/cm2/pulse（2.2×1011W/cm2）、繰返し照射回数を４８MHz、ステージ１２の移動速度を0.1mm/秒とした。
(Example)
As the workpiece 1, an acrylic resin (transparent material) having a thickness of 2 mm was used, and this surface was processed. As the processing aid 2, fluorescent paper coated with a green fluorescent paint and white paper were used. A small felt second fiber laser device (wavelength 802 nm) was used as the laser generator 11A. These were subjected to surface processing in the same manner as the surface processing method described with reference to FIG. Processing conditions are: laser power is about 50mW, pulse energy is 1.0nJ / pulse, condensing point diameter is about 3μm, fluence is 1.6 × 10 4 J / cm 2 / pulse (2.2 × 10 11 W / cm 2 ), The number of repeated irradiations was 48 MHz, and the moving speed of the stage 12 was 0.1 mm / second.
実施例の表面加工の結果を図４に示す。図４(a)は加工補助材２として緑色の蛍光塗料がコーティングされた蛍光紙を用いて表面加工を行ったアクリル樹脂の顕微鏡写真に対応する図である。幅が数十μmの直線状に凹加工することができた。また、図４(b)は図４(a)の直線状に凹加工された部分の断面の顕微鏡写真に対応する図である。加工部分は、深さが数十μmであり、凹加工され溝が形成された部分に加工補助材２の一部である緑色の蛍光塗料がコーティングされた。また、図４(c)は、加工後の緑色の蛍光塗料がコーティングされた加工補助材２の顕微鏡写真に対応する図である。凹加工を行った形状と同じ形状で緑色が消えており、加工補助材２の一部である緑色の蛍光塗料が被加工物１の凹加工された部分にコーティングされたことがわかった。 The result of the surface processing of the example is shown in FIG. FIG. 4A is a view corresponding to a micrograph of an acrylic resin subjected to surface processing using fluorescent paper coated with a green fluorescent paint as the processing auxiliary material 2. Concave processing was possible in a straight line with a width of several tens of μm. FIG. 4B is a diagram corresponding to the micrograph of the cross section of the linearly recessed portion of FIG. The processed portion has a depth of several tens of μm, and a green fluorescent paint, which is a part of the processing auxiliary material 2, is coated on the recessed portion where the groove is formed. FIG. 4C is a diagram corresponding to a micrograph of the processing aid 2 coated with the green fluorescent paint after processing. The green color disappeared in the same shape as the concave shape, and it was found that the green fluorescent paint, which is a part of the processing auxiliary material 2, was coated on the concave portion of the workpiece 1.
図５は、実施例の表面加工を行ったアクリル樹脂の写真である。図５のアクリル樹脂の表面の左側に形成された直線状の溝は、加工補助材２として緑色の蛍光塗料がコーティングされた蛍光紙を用いた部分であり、右側に形成された直線状の溝は、加工補助材２として白色の紙を用いた部分である。加工補助材２として緑色の蛍光塗料がコーティングされた蛍光紙を用いた部分は、凹加工されると共に緑色に着色され、加工補助材２として白色の紙を用いた部分は、凹加工されているが着色はされなかった。 FIG. 5 is a photograph of the acrylic resin subjected to the surface processing of the example. The straight groove formed on the left side of the surface of the acrylic resin in FIG. 5 is a part using fluorescent paper coated with a green fluorescent paint as the processing auxiliary material 2, and the straight groove formed on the right side. These are parts using white paper as the processing aid 2. The part using the fluorescent paper coated with the green fluorescent paint as the processing auxiliary material 2 is concavely processed and colored in green, and the part using white paper as the processing auxiliary material 2 is concavely processed. Was not colored.
（比較例）
加工補助材２を用いない点以外は、実施例と同様の条件で被加工物１の凹加工を試みた。しかし、比較例ではアクリル樹脂に変化はなく、凹加工を行うことはできなかった。
(Comparative example)
Except that the processing auxiliary material 2 was not used, an attempt was made to recess the workpiece 1 under the same conditions as in the example. However, in the comparative example, there was no change in the acrylic resin, and concave processing could not be performed.
実施例及び比較例の結果から明らかなように、被加工物１がパルスレーザー光２０の照射のみでは加工が困難な材料であっても、被加工物１の加工表面１aに加工補助材２を設けることにより、容易に表面加工が可能であった。 As is clear from the results of the examples and comparative examples, even if the workpiece 1 is a material that is difficult to process only by irradiation with the pulse laser beam 20, the processing auxiliary material 2 is provided on the processing surface 1a of the workpiece 1. By providing, surface processing was easily possible.
なお、本発明は、上記実施例には限定されない。例えば、被加工物１及び加工補助材２は、それぞれアクリル樹脂及び蛍光塗料がコーティングされた紙には限定されず、加工補助材２のパルスレーザー光２０の波長に対する透過率は、被加工物２のパルスレーザー光２０の波長に対する透過率よりも小さければよい。また、パルスレーザー光２０のフルエンスも1.6×１０４J/cm2/pulseには限定されず、被加工物２のパルスレーザー光２０に対するアブレーション閾値よりも低く、且つ加工補助材２のパルスレーザー光２０に対するアブレーション閾値よりも高ければよい。さらに、表面加工パターンは、直線以外にも曲線や点線も可能であり、被加工物１の平面部分だけではなく、曲面部分に加工を行うことも可能である。 In addition, this invention is not limited to the said Example. For example, the workpiece 1 and the processing auxiliary material 2 are not limited to paper coated with an acrylic resin and a fluorescent paint, respectively, and the transmittance of the processing auxiliary material 2 with respect to the wavelength of the pulsed laser light 20 is as follows. It is sufficient that the transmittance is smaller than the transmittance with respect to the wavelength of the pulse laser beam 20. Further, the fluence of the pulse laser beam 20 is not limited to 1.6 × 10 4 J / cm 2 / pulse, and is lower than the ablation threshold for the pulse laser beam 20 of the workpiece 2, and the pulse laser beam of the processing auxiliary material 2. It only needs to be higher than the ablation threshold for 20. Furthermore, the surface processing pattern can be a curved line or a dotted line in addition to a straight line, and the processing can be performed not only on the flat surface portion of the workpiece 1 but also on the curved surface portion.
１…被加工物、２…加工補助材、１１…レーザー照射部、１１A…レーザー発生部、１１B…集光レンズ、１２…ステージ、２０…パルスレーザー光、２１…集光位置（照射位置）、３０…コーティング材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Workpiece, 2 ... Processing auxiliary material, 11 ... Laser irradiation part, 11A ... Laser generation part, 11B ... Condensing lens, 12 ... Stage, 20 ... Pulse laser beam, 21 ... Condensing position (irradiation position), 30 ... Coating material.
Claims (5)
パルスレーザー光を前記被加工物を通して前記加工補助材の前記被加工物側に集光照射する工程とを備え、
前記加工補助材の前記パルスレーザー光の波長に対する透過率は、前記被加工物の前記パルスレーザー光の波長に対する透過率よりも小さく、
前記パルスレーザー光のフルエンスは、前記被加工物の前記パルスレーザー光に対するアブレーション閾値よりも低く、且つ前記加工補助材の前記パルスレーザー光に対するアブレーション閾値よりも高いことを特徴とする表面加工方法。 Providing a solid processing aid on the processing surface of the workpiece;
And a step of condensing and irradiating a pulse laser beam to the workpiece side of the processing auxiliary material through the workpiece,
The transmittance of the processing auxiliary material with respect to the wavelength of the pulsed laser light is smaller than the transmittance of the workpiece with respect to the wavelength of the pulsed laser light,
The surface processing method according to claim 1, wherein a fluence of the pulse laser light is lower than an ablation threshold for the pulse laser light of the workpiece and higher than an ablation threshold for the pulse laser light of the processing auxiliary material.
The surface processing method according to claim 1, wherein the processing auxiliary material has conductivity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006216012A JP2008036687A (en) | 2006-08-08 | 2006-08-08 | Surface machining method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006216012A JP2008036687A (en) | 2006-08-08 | 2006-08-08 | Surface machining method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008036687A true JP2008036687A (en) | 2008-02-21 |
Family
ID=39172298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006216012A Pending JP2008036687A (en) | 2006-08-08 | 2006-08-08 | Surface machining method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008036687A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012140303A (en) * | 2011-01-04 | 2012-07-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Fluid material used for microfabrication of laser-induced back face type transparent substrate |
| JP2013081964A (en) * | 2011-10-06 | 2013-05-09 | Disco Corp | Ablation method for die attach film |
| JP2015051445A (en) * | 2013-09-06 | 2015-03-19 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Method for manufacturing joining body and joining body |
| CN104999182A (en) * | 2015-07-09 | 2015-10-28 | 江苏科技大学 | Machining device and machining method for surface micro-texture of high-speed steel cutting tool |
| CN110396724A (en) * | 2019-08-07 | 2019-11-01 | 苏州恒嘉晶体材料有限公司 | A kind of processing method of sapphire optical piece |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07185876A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Suzuki Motor Corp | Laser beam absorbent and laser beam processing method using the same |
| JPH10137953A (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-26 | Sharp Corp | Device and method for removing transparent thin film, and thin film electroluminescent element |
| JP2000094163A (en) * | 1998-09-21 | 2000-04-04 | Agency Of Ind Science & Technol | Method for laser microfabrication of transparent material |
-
2006
- 2006-08-08 JP JP2006216012A patent/JP2008036687A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07185876A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Suzuki Motor Corp | Laser beam absorbent and laser beam processing method using the same |
| JPH10137953A (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-26 | Sharp Corp | Device and method for removing transparent thin film, and thin film electroluminescent element |
| JP2000094163A (en) * | 1998-09-21 | 2000-04-04 | Agency Of Ind Science & Technol | Method for laser microfabrication of transparent material |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012140303A (en) * | 2011-01-04 | 2012-07-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Fluid material used for microfabrication of laser-induced back face type transparent substrate |
| JP2013081964A (en) * | 2011-10-06 | 2013-05-09 | Disco Corp | Ablation method for die attach film |
| JP2015051445A (en) * | 2013-09-06 | 2015-03-19 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Method for manufacturing joining body and joining body |
| CN104999182A (en) * | 2015-07-09 | 2015-10-28 | 江苏科技大学 | Machining device and machining method for surface micro-texture of high-speed steel cutting tool |
| CN110396724A (en) * | 2019-08-07 | 2019-11-01 | 苏州恒嘉晶体材料有限公司 | A kind of processing method of sapphire optical piece |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3001816B2 (en) | Laser scribing on glass using Nd: YAG laser | |
| Sugioka et al. | Ultrafast lasers—reliable tools for advanced materials processing | |
| JP5146948B2 (en) | Metal surface processing method | |
| JP4835927B2 (en) | Method of splitting hard and brittle plate | |
| CN104625416B (en) | Based on square hole auxiliary electron dynamic regulation crystal silicon surface periodic micro-nano structure method | |
| TWI282295B (en) | Substrate working device and substrate working method | |
| JP2007296533A (en) | Laser beam machining method and apparatus | |
| JP2007069216A (en) | Inorganic material working method | |
| TW201219141A (en) | Laser processing method | |
| JP2010142862A (en) | Method for producing nano-periodic structure on surface of dielectric material | |
| JP2008036687A (en) | Surface machining method | |
| JP2011110598A (en) | Laser machining method and laser machining device | |
| JP4247383B2 (en) | Fine ablation processing method of transparent material | |
| US8703410B2 (en) | Substrate having a mark formed on a surface thereof by a CO2 laser beam | |
| JP2009056467A (en) | Apparatus and method for laser beam machining | |
| KR101942110B1 (en) | Laser processing method | |
| US6180915B1 (en) | Laser machining method and laser machining apparatus | |
| JP2007012733A (en) | Dividing method of substrate | |
| Tseng | Recent developments in micromachining of fused silica and quartz using excimer lasers | |
| JP2007330970A (en) | Colored marking method by laser | |
| JP2001062574A (en) | Fine processing device | |
| JPS62168688A (en) | Laser beam machining device | |
| JP2003019587A (en) | Method and device for laser beam machining | |
| JP2006205178A (en) | Machining method and machining device | |
| JP2004322293A (en) | Method of manufacturing micro-flow passage structure and micro-flow passage structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090806 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110630 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120313 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120703 |