JP2010527792A - レーザー照射を用いた材料の加工方法およびそれを行なう装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
D. : Anwendungsorientierte Modellierung des Laserstrahlschneidens zur
rechnergestutzten Prozessoptimierung.[コンピューターを用いた工程の最適化のための、レーザービーム切断のアプリケーション指向のモデル]Verlag
Shaker, Aachen 1995, 22-29ページ:非特許文献1)。吸収の程度、つまり界面に衝突したレーザー照射と吸収されたレーザー照射のパワー密度の比は、従って、特に、レーザー照射と、界面の衝突点での垂線との間の入射角に依存する。吸収の程度は、レーザー照射の偏光状態にも依存する。これらの説明は、円偏光または静的偏光を仮定している。しかし、この明細書の説明は、直線偏光またはラジアル偏光にも適用できる。入射角と偏光に加えて、吸収の程度は材料の屈折率にも依存する。その結果、これは材料の温度とレーザーの波長に依存する。
Modellierung des Laserstrahlschneidens zur rechnergestutzten
Prozessoptimierung.[コンピューターを用いた工程の最適化のための、レーザービーム切断のアプリケーション指向のモデル]Verlag
Shaker, Aachen 1995, 110-112ページ:非特許文献1)。このやり方は主に高い加工効率を目的としており、既に成功している。しかし、レーザー波長が1μmで板厚が4mmの場合、ビームくびれ径が0.9mmを超えることが必要となる(図6参照)。これは前述した太いビーム径の欠点をもたらす。
2 レーザー照射
3 レーザー照射
4 ビーム軸
5 ビーム整形光学系
6 フォーカス光学系
7 照射
8 界面
9 界面の下端
10 界面の上端
11 材料表面
12 ビームくびれ
13 ビーム成分の進行方向
14 照射源
15 コリメーション光学系
16 レーザービーム
17 収差光学系
18 フォーカス光学系
19 平面
20 アキシコン
21 アキシコン
22 フォーカス光学系
23 レーザー照射
24 レーザー照射
25 界面
26 材料
27 界面
28 界面
29 レーザー照射
Claims (29)
- フォーカスされていないレーザー照射を、フォーカス光学系を通してより小さいビーム断面積にフォーカスし、
ビーム軸といわれるフォーカスされた前記レーザー照射の光軸が材料表面の方向を向き、
フォーカスされた前記レーザー照射のフォーカス操作に起因するビームくびれが、前記レーザー照射と前記材料の界面領域に保持され、
前記レーザー照射は部分的に前記界面で吸収され、
誘起された材料除去あるいは誘起された材料移動により、前記界面と前記レーザー照射も材料内部に進入し、
前記界面の軸方向の上端または下端からの前記ビームくびれの間隔は、前記材料内の前記界面の進入深さの最大3倍であり、
フォーカス操作が影響を受けて、前記レーザー照射の成分が、前記ビームくびれの下流進行方向だけでなく、前記ビームくびれおよび/または前記ビームくびれの下流進行方向、従って前記ビーム軸から離れる方向に発散し、
これらの成分と発散角が、標準光学系を用いて偶然つくられ容認される結像誤差の影響より大きい、レーザー照射を用いて材料を加工する方法。 - 前記ビーム成分のより大きい発散角が、前記界面への入射角を減らし、それにより前記界面での照射成分の吸収を増やし、前記入射角の変動による吸収の変化を抑えることに用いられる、請求項1に記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 少なくとも1個のビーム整形光学系を用いて、前記照射成分のより大きい発散角が、レーザー−内部またはレーザー−外部に発生する、請求項1または2に記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記ビーム整形光学系の収差を生成する、または増やすことにより、前記照射成分のより大きい発散角が発生する、請求項1から3のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 正および/または負の球面収差、および/または色収差が生成される、またはその値が増加される、請求項1から4のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記光学系の収差が、回折、屈折、および/または分散光学部品を用いて実現される、請求項4または5に記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 固体、液体、および/または気体材料、または、透明および/または反射媒質からなる光学部品を用いる、請求項6に記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記光学系の収差が、少なくとも1個の凹と1個の凸の光学面の組み合わせを用いて実現される、請求項4から7のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記収差を実現する光学系を用いて、コリメートされた、および/または、フォーカスされたレーザー照射が同時に実行される、請求項4から8のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 少なくとも1個の非球面表面をもつ、少なくとも1個の光学部品を用いることにより、前記光学系の収差が実現される、請求項4から9のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記光学部品はアキシコンまたはフレネル光学系である、請求項10に記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記光学系の収差は、横方向に、および/または、軸方向に屈折率が変化する、少なくとも1個の光学部品により実現される、請求項4から11のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記ビーム整形光学系は、前記収差の、量および/または横方向の、および/または軸方向の分布が調整できる、請求項3から12のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記調整は加工パラメーターを、材料の種類、材料厚さ、加工速度、および/またはレーザーパワーについて、加工の前および/または途中で制御できる、請求項13に記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- 前記照射部品のより大きな発散角が、前記界面領域に、環状分布またはシルクハット分布のような、決められた空間パワー密度分布をつくるのに用いられる、請求項1から14のいずれかに記載のレーザー照射を用いて材料を加工する方法。
- ビーム軸といわれる、フォーカスされたレーザー照射の光軸が1個の加工面の方向を向いており、
フォーカス操作から生じるフォーカスされた前記レーザー照射のビームくびれが、前記レーザー照射と加工材料の界面領域に保持され、
前記レーザー照射と前記材料の界面領域にフォーカスすることにより得られる、フォーカスされた前記レーザー照射のビームくびれを保持するための装置に関して、
フォーカス光学系とビーム形成光学系は、前記レーザー照射の部分が、ビームくびれの進行下流方向に発散するだけでなく、ビームくびれ内および/またはビームくびれの進行上流方向にも発散し、
それにより、ビーム軸から離れて、これらの部分と発散角は、標準光学系で偶然つくられ容認される結像誤差の効果によるものより大きい、少なくとも1個のレーザー源と、レーザー照射源のレーザー照射をフォーカスする、少なくとも1個のフォーカス光学系を備えた材料加工装置。 - 少なくとも1個のビーム整形光学系が、レーザー−内部またはレーザー−外部に照射成分のより大きい発散角を形成する、請求項16に記載の材料加工装置。
- 少なくとも1個の前記ビーム整形光学系が、照射成分のより大きい発散角を形成し、前記ビーム整形光学系の収差量が生じる、または増加する、請求項16または17に記載の材料加工装置。
- 前記ビーム整形光学系において、正の、および/または負の球面収差、および/または色収差が生じる、またはその値が増加する、請求項16から18のいずれかに記載の材料加工装置。
- 前記光学系の収差を実現するため、回折、屈折および/または分散光学部品を用いる、請求項18または19に記載の材料加工装置。
- 前記光学部品が、固体、液体および/または気体の材料、または透明および/または反射媒質でつくられる、請求項20に記載の材料加工装置。
- 前記ビーム整形光学系に、少なくとも1個の凹と1個の凸の光学面の組み合わせが用いられる、請求項18から21のいずれかに記載の材料加工装置。
- 前記収差を生じる前記ビーム整形光学系は、前記レーザー照射をコリメートする、および/またはフォーカスする光学系である、請求項18から22のいずれかに記載の材料加工装置。
- 前記収差を生じさせるため、少なくとも1個の非球面表面をもつ、少なくとも1個の光学部品が前記ビーム整形光学系に用いられる、請求項18から23のいずれかに記載の材料加工装置。
- 前記光学部品は、アキシコンまたはフレネル光学系である、請求項24に記載の材料加工装置。
- 前記収差を生じさせるため、横方向に、および/または軸方向に屈折率を変化させた、少なくとも1個の光学部品を前記ビーム整形光学系に用いた、請求項18から23のいずれかに記載の材料加工装置。
- 前記ビーム整形光学系が、収差の量、および/または横方向の、および/または軸方向の分布が調整できることに適応する光学系である、請求項16から26のいずれかに記載の材料加工装置。
- 材料の種類、材料厚さ、加工速度、および/またはレーザーパワーのような加工パラメーターを、調節し適応させる制御装置を備えた、請求項27に記載の材料加工装置。
- 前記照射成分のより大きい発散角を、決められた空間パワー密度分布が、前記界面が形成される領域で、環状分布またはシルクハット分布となるように調整する前記ビーム整形光学系を装置に備える、請求項16から28のいずれかに記載の材料加工装置。
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