JP2008188661A

JP2008188661A - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP2008188661A
Application number: JP2007028520A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakamae; 一男仲前
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】レーザ光の波長に対する吸収率が低い樹脂体を容易に加工できるレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】フラットケーブル１１の樹脂層１５にレーザ光Ｌを照射して樹脂層１５を加工する際に、レーザ光Ｌの波長に対する吸収率が樹脂層１５より高い光吸収物質を含有する光吸収層９を樹脂層１５の表面に形成し、光吸収層９に対してレーザ光Ｌを照射することにより光吸収層９を発熱させ、その熱によって樹脂層１５を加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工方法に関するものである。

近年、レーザ光を用いた加工技術が盛んに研究されている。例えば、絶縁被覆された電線を結線する際に、レーザ光によって被覆を切断・除去すれば、従来のストリッパ等による切断と比較して導電線（芯線）を傷付けない等の優れた効果がある。従来より、加工対象への吸収量が比較的少ない波長のレーザ（ＣＯ_２レーザ：波長１０μｍ）が多く使われている。

上述したようなレーザ加工用の装置の多くは、赤外域（波長７８０ｎｍ〜０．１ｍｍ）のレーザ光を加工対象物に照射するものである。しかしながら、加工対象物が樹脂体である場合、樹脂は可視域ないし紫外域に高い吸収率を示すものが多いので、赤外域のレーザ光を樹脂体が十分に吸収できず、加工が不十分となるか、或いは加工に長時間を要する場合がある。例えば、電線の被覆を切断・除去する用途においては、被覆がアクリル系樹脂からなる場合があり、アクリル系樹脂は赤外域の波長に対する吸収率が極めて低い。従って、必要な吸収量を確保するためにはレーザ光のパワーを大きくせざるを得ず、そのため加工精度が劣化してしまう。なお、加工精度を高めるためパルス発振ＹＡＧレーザを試みたが、樹脂に対する吸収率が低過ぎて、被覆の除去が困難であった。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、レーザ光の波長に対する吸収率が低い樹脂体を容易に加工できるレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明によるレーザ加工方法は、加工対象である樹脂体にレーザ光を照射して該樹脂体を加工する際に、レーザ光の波長に対する吸収率が樹脂体より高い光吸収物質を含有する光吸収層を樹脂体の表面に形成し、該光吸収層に対してレーザ光を照射することにより樹脂体を加工することを特徴とする。

上記したレーザ加工方法においては、光吸収層にレーザ光を照射することによって、光吸収層から熱が発生し、この熱によって樹脂体が溶融し、加工される。或いは、光吸収層からの熱が樹脂体に伝わることによって樹脂体の一部が炭化し黒色化するので、レーザ光の吸収が促進され、レーザ光の波長に対する吸収率が低い樹脂体を容易に加工できる。また、レーザ光の吸収率が上がることにより、低パワーのレーザ光で加工できるため、加工精度を向上できる。

また、レーザ加工方法は、レーザ光の波長が赤外域に含まれてもよい。上記したレーザ加工方法によれば、レーザ光の波長が赤外域に含まれる場合であっても樹脂体を容易に加工できる。なお、ここでいう赤外域とは、７８０ｎｍ〜０．１ｍｍの波長域を指すものとする。また、この場合、レーザ加工方法は、光吸収物質がカーボンであることが好ましい。カーボンは赤外光に対する吸収率が極めて高いので、光吸収物質がカーボンであれば、赤外域のレーザ光に対する光吸収層の吸収率が高まり、光吸収層が効果的に発熱し、樹脂体を更に容易に加工できる。また、レーザ加工方法は、樹脂体がアクリル系樹脂及びエポキシ系樹脂のうち少なくとも一方を含んでもよい。上記したレーザ加工方法によれば、レーザ光の波長が赤外域に含まれ、且つ樹脂体がアクリル系やエポキシ系であったとしても、樹脂体を容易に加工できる。

また、レーザ加工方法は、樹脂体が、導電線を被覆する絶縁用の樹脂層であることを特徴としてもよい。上記したレーザ加工方法によれば、導電線を被覆する絶縁用の樹脂層が加工対象であっても、該樹脂層を容易に切断・除去できる。

本発明によるレーザ加工方法によれば、レーザ光の波長に対する吸収率が低い樹脂体を容易に加工できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるレーザ加工方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１実施形態に係るレーザ加工方法を好適に実施するための装置の構成例を示す図である。このレーザ加工装置１は、加工対象物である樹脂体にレーザ光Ｌを照射するための装置であって、本実施形態では、樹脂体として、フラットケーブル１１の導電線１３を被覆する絶縁用の樹脂層１５を例示している。なお、この樹脂層１５は、例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂といった、赤外光に対する吸収率が極めて低い樹脂材料からなってもよい。

レーザ加工装置１は、レーザ光Ｌを発生するためのレーザ光源３と、レーザ光源３からのレーザ光Ｌを反射しつつその反射方向を走査する可動ミラー５と、可動ミラー５において反射したレーザ光Ｌを加工対象物（樹脂層１５）へ向けて集光するレンズ７とを備えている。レーザ光源３としては、例えばＹＡＧレーザやＣＯ_２レーザといった固体レーザが好適であり、レーザ光Ｌの波長は赤外域に含まれ、例えば１μｍといった波長である。

図１に示すように、樹脂層１５の表面には光吸収層９が形成されている。光吸収層９は、レーザ光Ｌの波長に対する吸収率が樹脂層１５より高い光吸収物質を含有する層であり、レーザ光Ｌを吸収することによって、樹脂層１５を加工するための熱を発生する。光吸収層９としては、例えば光吸収物質としてカーボンを含む塗料（黒色油性ペンなど）からなる層が好適である。なお、樹脂層１５は、図１に示すように加工ラインに沿って樹脂層１５の表面の一部にのみ形成されてもよく、或いは樹脂層１５の表面全体に亘って形成されてもよい。

続いて、レーザ加工装置１を用いたレーザ加工方法について説明する。図２は、本実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。また、図３〜図７は、本実施形態に係るレーザ加工方法の各工程におけるフラットケーブル１１の断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。

まず、図３に示すように、フラットケーブル１１の樹脂層１５の表面に、加工ラインに沿って光吸収層９を形成する（工程Ｓ１）。なお、この光吸収層９の厚さ及び幅は均一でなくてもよく、例えば加工ライン付近がその周辺に較べて厚いような形態でもよい。また、ここでいう加工ラインとは、加工を予定する方向に沿って想定された架空のラインである。そして、図４に示すように、光吸収層９に対してレーザ光Ｌを照射し、光吸収層９において熱を発生させる（工程Ｓ２）。図４に示す領域９ａは、光吸収層９においてレーザ光Ｌの照射により温度が上昇した領域である。

レーザ光Ｌの照射を継続すると、光吸収層９から樹脂層１５へ熱が伝わり、図５に示すように、樹脂層１５のうち領域９ａの直下に相当する領域１５ａの一部分が、温度上昇により炭化して黒色化する。すると、領域１５ａにおいてレーザ光Ｌの吸収が促進され、更に発熱することとなる。こうして、光吸収層９からの熱と、樹脂層１５（領域１５ａ）自身の吸収促進効果とによって、樹脂層１５の領域１５ａが燃焼し、除去されることとなる（工程Ｓ３）。なお、このとき、光吸収層９の領域９ａもまた、揮散または燃焼により除去される。

以上の工程Ｓ１〜Ｓ３を、可動ミラー５の角度を変化させながらレーザ光Ｌを走査（スキャン）することにより加工ラインに沿って行う。なお、上述したレーザ加工方法においては、樹脂層１５の一部が炭化することにより樹脂層１５へのレーザ光Ｌの吸収が促進されているが、光吸収層９からの熱により樹脂層１５が溶融し、加工される場合もある。

以上に説明した本実施形態のレーザ加工方法による効果について説明する。従来のレーザ加工、例えば被覆電線に対するレーザー被覆除去技術においては、一般的にＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザといった赤外波長のものが多く用いられている。しかし、加工対象物が樹脂体である場合、可視域から紫外域に亘る短波長域に吸収波長を有する場合が多く、赤外波長のレーザ光では加工が困難となる。例えば、アクリル系樹脂を用いて射出成形にて製造されたフラットケーブルの被覆の一部をレーザ光により除去し、接地ライン等に結線する用途がある。この用途において本発明者はＣＯ_２レーザ（波長１０μｍ）を用いて被覆の除去を試みたが、除去されなかった。また、波長１．０６μｍのファイバーレーザでは、レーザ光が被覆層に吸収されなかった為、全く加工できなかった。

これに対し、本実施形態のレーザ加工方法においては、レーザ光Ｌの吸収率が樹脂層１５より高い光吸収層９（の領域９ａ）にレーザ光Ｌを照射することによって、光吸収層９から熱が発生し、この熱によって樹脂層１５の領域１５ａが溶融し、加工される。或いは、樹脂層１５に熱が加えられることによって樹脂層１５の領域１５ａの一部が炭化し、黒色化するのでレーザ光Ｌの吸収が促進され、加工される。すなわち、本実施形態のレーザ加工方法によれば、レーザ光Ｌによって光吸収層９を発熱させることで、レーザ光Ｌの波長に対する樹脂層１５の吸収率が低い場合であっても樹脂層１５を容易に加工できる。また、レーザ光Ｌの吸収率が上がることにより、低パワーのレーザ光Ｌで樹脂層１５を加工できるので、加工精度を向上できる。

また、本実施形態のように、レーザ光Ｌの波長は赤外域に含まれてもよい。上述したレーザ加工方法によれば、レーザ光Ｌの波長が赤外域に含まれる場合であっても樹脂層１５を容易に加工できる。また、この場合、光吸収層９に含まれる光吸収物質はカーボンであることが好ましい。カーボンは赤外光に対する吸収率が極めて高いので、光吸収物質がカーボンであれば、赤外域のレーザ光Ｌに対する光吸収層９の吸収率が高まり、光吸収層９が効果的に発熱し、樹脂層１５を更に容易に加工できる。また、本実施形態のように、樹脂層１５がアクリル系樹脂及びエポキシ系樹脂のうち少なくとも一方を含んでもよい。上述したレーザ加工方法によれば、レーザ光Ｌの波長が赤外域に含まれ、且つ樹脂層１５がアクリル系やエポキシ系であったとしても、樹脂層１５を容易に加工できる。

また、本実施形態のように、加工対象物である樹脂体は、導電線１３を被覆する絶縁用の樹脂層１５であってもよい。近年、電子機器の小型化に伴ってケーブルの細径化が進み、例えば導電線１３の直径が数百μｍ以下で樹脂層１５の厚さが数十μｍ以下といった細径のケーブルに対しては、ストリッパ等による機械的な被膜除去が困難となっている。上述したレーザ加工方法によれば、ケーブル１１が細径であっても、導電線１３を傷つけることなく樹脂層１５を容易に切断・除去できる。なお、本実施形態のように、導電線１３を被覆する樹脂層１５が加工対象物である場合、光吸収層９は、レーザ光Ｌを吸収し易いだけでなく、加工の際、揮散又は燃焼して光吸収層９自身も無くなる（除去される）ことが望ましい。その点においても、光吸収物質としてはカーボンが好適である。

（第２の実施の形態）
図８は、第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。なお、レーザ加工装置１の構成は第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。

本実施形態では、加工対象となる樹脂体として、平板２３上の樹脂コーティング２５を例示している。なお、この樹脂コーティング２５は、第１実施形態の樹脂層１５と同様に、例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂といった、赤外光に対する吸収率が極めて低い樹脂材料からなる。

樹脂コーティング２５の表面には光吸収層２９が形成されている。光吸収層２９は、レーザ光Ｌの波長に対する吸収率が樹脂コーティング２５より高い光吸収物質を含有する層であり、レーザ光Ｌを吸収することによって、樹脂コーティング２５を加工するための熱を発生する。光吸収層２９の材質は、第１実施形態の光吸収層９と同様である。

樹脂コーティング２５に対するレーザ加工方法は、第１実施形態とほぼ同様である。すなわち、樹脂コーティング２５の表面に、加工ラインに沿って光吸収層２９を形成する。そして、光吸収層２９に対してレーザ光Ｌを照射し、光吸収層２９において熱を発生させる。レーザ光Ｌの照射を継続すると、光吸収層２９から樹脂コーティング２５へ熱が伝わり、樹脂コーティング２５の一部が温度上昇により炭化して黒色化する。これにより、樹脂コーティング２５においてレーザ光Ｌの吸収が促進され、更に発熱することとなる。こうして、光吸収層２９からの熱と、樹脂コーティング２５自身の吸収促進効果とによって、樹脂コーティング２５が燃焼し、除去されることとなる。

本実施形態のレーザ加工方法においても、レーザ光Ｌによって光吸収層２９を発熱させることで、レーザ光Ｌの波長に対する樹脂コーティング２５の吸収率が低い場合であっても樹脂コーティング２５を容易に加工できる。また、レーザ光Ｌの吸収率が上がることにより、低パワーのレーザ光Ｌで樹脂コーティング２５を加工できるので、加工精度を向上できる。

本発明によるレーザ加工方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、光吸収物質は、レーザ光の波長に応じて適宜選択されるとよい。また、上記実施形態では加工対象となる樹脂体としてフラットケーブルの電線を被覆する樹脂層や平板上の樹脂コーティングを例示したが、本発明によれば、他の様々な樹脂体を加工することができる。また、上記実施形態では光吸収物質としてカーボンを例示したが、レーザ光の波長に対する吸収率が加工対象物（樹脂体）より高い物質であれば、他に様々な物質を適用できる。

図１は、レーザ加工方法を好適に実施するための装置の構成例を示す図である。図２は、第１実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。図３は、レーザ加工方法の一工程におけるフラットケーブルの断面図である。図４は、レーザ加工方法の一工程におけるフラットケーブルの断面図である。図５は、レーザ加工方法の一工程におけるフラットケーブルの断面図である。図６は、レーザ加工方法の一工程におけるフラットケーブルの断面図である。図７は、レーザ加工方法の一工程におけるフラットケーブルの断面図である。図８は、レーザ加工方法の第２実施形態を説明するための図である。

符号の説明

１…レーザ加工装置、３…レーザ光源、５…可動ミラー、７…レンズ、９，２９…光吸収層、９ａ…領域、１１…フラットケーブル、１３…導電線、１５…樹脂層、１５ａ…領域、２３…平板、２５…樹脂コーティング、Ｌ…レーザ光。

Claims

加工対象である樹脂体にレーザ光を照射して該樹脂体を加工する際に、前記レーザ光の波長に対する吸収率が前記樹脂体より高い光吸収物質を含有する光吸収層を前記樹脂体の表面に形成し、該光吸収層に対して前記レーザ光を照射することにより前記樹脂体を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
前記レーザ光の波長が赤外域に含まれることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記光吸収物質がカーボンであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
前記樹脂体がアクリル系樹脂及びエポキシ系樹脂のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工方法。
前記樹脂体が、導電線を被覆する絶縁用の樹脂層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。