JP2018065146A - Laser processing method and laser processing apparatus - Google Patents

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石田 宏
Hiroshi Ishida
宏 石田
博史 世良
Hiroshi Sera
博史 世良
若林 知敬
Tomotaka Wakabayashi
知敬 若林
杉山 善崇
Yoshitaka Sugiyama
善崇 杉山
賢治 白須
Kenji Shirasu
賢治 白須
紀旺 閻
Kio En
紀旺 閻
多久島 裕一
Yuichi Takushima
裕一 多久島
治幸 遠藤
Haruyuki Endo
治幸 遠藤
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Keio University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing method capable of flattening properly a surface to be processed, and to provide a laser processing apparatus.SOLUTION: A laser processing method has a flattening step of forming a processed flat surface flattened by processing a projecting part on a surface to be processed by irradiating a pulse laser beam onto the surface to be processed. In the laser processing method, when assuming that a region of the pulse laser beam capable of processing the projecting part on the surface to be processed in the flattening step is an energy sphere, a lower end part L in a laser beam irradiation direction of the energy sphere is positioned to a position for forming the processed flat surface on the surface to be processed.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus.

従来、被加工物の被加工面にレーザ光を照射して被加工面を加工するレーザ加工方法がある。レーザ加工方法は、例えば、被加工物の被加工面にレーザ光を照射して堆積物を除去して被加工面を平坦化するものがある(例えば、特許文献1)。また、レーザ加工方法は、ナノ秒以上のパルス幅で被加工物を加工するものがある(非特許文献1、2)。   Conventionally, there is a laser processing method for processing a processing surface by irradiating a processing surface of the processing object with a laser beam. As a laser processing method, for example, there is a method of irradiating a processing surface of a workpiece with laser light to remove a deposit and flatten the processing surface (for example, Patent Document 1). Further, there are laser processing methods for processing a workpiece with a pulse width of nanoseconds or more (Non-Patent Documents 1 and 2).

特開2008−119735号公報JP 2008-119735 A

Temmler A.et al., “Laser Polishing” ,Proc. of SPIE, 2012, Vol.8243, P.82430W−1−P.82430W−13Temmler A. et al., “Laser Polishing”, Proc. Of SPIE, 2012, Vol. 8243, p. 82430W-1-P. 82430W-13 Vadali M. et al., “Effects of pulse duration on laser micro polishing”, Journal of Micro− and Nano− Manufacturing, March 2013, Vol.1, P.011006−1−P.011006−9Vadali M. et al., “Effects of pulse duration on laser micropolishing”, Journal of Micro- and Nano-Manufacturing, March 2013, Vol. 011006-1-1-P. 011006-9

しかしながら、レーザ加工方法は、被加工面を平坦化する点で改善の余地があった。   However, the laser processing method has room for improvement in terms of flattening the processing surface.

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工面を適正に平坦化することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a laser processing method and a laser processing apparatus capable of appropriately flattening a processing surface.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、凹凸を有する被加工面にレーザ光を照射し前記被加工面の凸部を加工して平坦化した加工平坦面を形成する平坦化工程を有し、前記平坦化工程は、前記被加工面の凸部を加工可能な前記レーザ光の領域をレーザ光加工領域とした場合、前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせすることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the laser processing method according to the present invention is a process in which a processing surface having irregularities is irradiated with laser light to process the projections of the processing surface to be flattened. A flattening step for forming a flat surface, wherein the flattening step is a laser in the laser beam processing region when the laser beam region capable of processing the convex portion of the processing surface is a laser beam processing region. The lower end portion in the light irradiation direction is aligned with a position for forming the processed flat surface on the processed surface.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さと同等以下である第一レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工することが好ましい。   In the laser processing method, the flattening step includes at least a length from the upper end to the lower end in the laser light irradiation direction of the laser light processing region that is the maximum of the convex portion of the processing surface before flattening. It is preferable to process the convex portion of the processing surface with the laser beam in the first laser beam processing region that is equal to or less than the height.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、前記レーザ光のビーム径が前記レーザ光の焦点位置のビーム径の√2倍になる前記焦点位置からの高さが2μm〜72μmである前記第一レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工することが好ましい。   Further, in the laser processing method, the flattening step has a height from the focal position where the beam diameter of the laser light is √2 times the beam diameter of the focal position of the laser light is 2 μm to 72 μm. It is preferable that the convex portion of the processing surface is processed by the laser light in the first laser light processing region.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、少なくとも前記レーザ光加工
領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さより大きい第二レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工することが好ましい。
In the laser processing method, the flattening step includes at least a length from the upper end to the lower end in the laser light irradiation direction of the laser light processing region that is the maximum of the convex portion of the processing surface before flattening. It is preferable to process the convex portion of the surface to be processed by the laser beam in the second laser beam processing region that is larger than the height.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、前記被加工面に沿って走査しながら前記被加工面を平坦化する走査方向に直交する直交方向に平行である前記レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工することが好ましい。   In the laser processing method, the flattening step may be performed by scanning the laser processing region in the laser beam processing region parallel to an orthogonal direction orthogonal to a scanning direction for flattening the processing surface while scanning along the processing surface. It is preferable to process the convex portion of the processing surface with a laser beam.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、前記被加工面に沿って走査しながら前記被加工面を平坦化する走査方向に直交する直交方向に対して傾斜している前記レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工することが好ましい。   Further, in the laser processing method, the flattening step includes the laser beam processing inclined with respect to an orthogonal direction orthogonal to a scanning direction for flattening the processing surface while scanning along the processing surface. It is preferable to process the convex portion of the surface to be processed by the laser beam in the region.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、前記第二レーザ光加工領域の前記下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせを行い、当該第二レーザ光加工領域を有する前記レーザ光を前記被加工面に照射し当該被加工面の凸部の高さ方向における一部を加工する第一加工工程と、前記第一加工工程の後、前記第一レーザ光加工領域の前記下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせを行い、前記第一レーザ光加工領域を有する前記レーザ光を前記被加工面に照射し当該被加工面の凸部の高さ方向における残りの部分を加工して平坦化した前記加工平坦面を形成する第二加工工程と、を含むことが好ましい。   Further, in the laser processing method, the flattening step aligns the lower end portion of the second laser beam processing region with a position for forming the processing flat surface on the processing surface, A first processing step of irradiating the processing surface with the laser beam having a laser beam processing region to process a part in the height direction of the convex portion of the processing surface; and after the first processing step, The lower end of one laser beam processing region is aligned with a position for forming the processing flat surface on the processing surface, and the laser beam having the first laser beam processing region is irradiated to the processing surface. And a second processing step of forming the processed flat surface obtained by processing and flattening the remaining portion in the height direction of the convex portion of the surface to be processed.

また、上記レーザ加工方法において、前記平坦化工程は、前記第一レーザ光加工領域を有する前記レーザ光を前記被加工面に照射し当該被加工面の凸部の高さ方向における一部を加工する加工工程を含み、当該加工工程を複数回繰り返し、最終の前記加工工程では、前記第一レーザ光加工領域の前記下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせを行い、前記加工平坦面を形成することが好ましい。   Further, in the laser processing method, the planarizing step irradiates the surface to be processed with the laser light having the first laser beam processing region to process a part in the height direction of the convex portion of the surface to be processed. The processing step is repeated a plurality of times, and in the final processing step, the lower end portion of the first laser beam processing region is positioned at a position for forming the processing flat surface on the processing surface. It is preferable that the processed flat surface is formed by combining them.

また、本発明に係るレーザ加工装置は、凹凸を有する被加工面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部を制御し、前記被加工面の凸部を加工して平坦化した加工平坦面を形成する制御部と、を備え、前記レーザ光は、前記被加工面の凸部を加工可能な前記レーザ光の領域をレーザ光加工領域とした場合、前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における下端部が前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせされることを特徴とする。   Further, a laser processing apparatus according to the present invention controls a laser beam irradiation unit that irradiates a processing surface having irregularities with laser light, and the laser beam irradiation unit, and processes a convex portion of the processing surface to be flat. A control unit that forms a flattened processing flat surface, and the laser light processing region when the laser light region capable of processing the convex portion of the processing surface is a laser light processing region. The lower end portion in the laser beam irradiation direction is aligned with a position for forming the processing flat surface on the processing surface.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光は、少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さと同等以下であることが好ましい。   In the laser processing apparatus, at least the length from the upper end portion to the lower end portion in the laser light irradiation direction of the laser light processing region is equal to the maximum height of the convex portion of the processing surface before flattening. The following is preferable.

上記レーザ加工装置において、前記第一レーザ光加工領域は、当該レーザ光のビーム径が前記レーザ光の焦点位置のビーム径の√2倍になる前記焦点位置からの高さが2μm〜72μmであることが好ましい。   In the laser processing apparatus, the first laser beam processing region has a height from the focal position where the beam diameter of the laser beam is √2 times the beam diameter of the focal position of the laser beam is 2 μm to 72 μm. It is preferable.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光は、少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さより大きいことが好ましい。   In the laser processing apparatus, at least the length from the upper end portion to the lower end portion in the laser light irradiation direction of the laser light processing region of the laser light processing region is greater than the maximum height of the convex portion of the processing surface before flattening. It is preferable.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光のレーザ光照射領域は、前記被加工面に沿って走査しながら前記被加工面を平坦化する走査方向に直交する直交方向に平行であることが好ましい。   In the laser processing apparatus, it is preferable that a laser light irradiation region of the laser light is parallel to an orthogonal direction orthogonal to a scanning direction in which the processing surface is flattened while scanning along the processing surface.

上記レーザ加工装置において、前記レーザ光のレーザ光照射領域は、前記被加工面に沿って走査しながら前記被加工面を平坦化する走査方向に直交する直交方向に対して傾斜していることが好ましい。   In the laser processing apparatus, a laser light irradiation region of the laser light is inclined with respect to an orthogonal direction orthogonal to a scanning direction for flattening the processing surface while scanning along the processing surface. preferable.

また、本発明に係るレーザ加工方法は、凹凸を有する被加工面にレーザ光を照射し前記被加工面の凸部を加工して平坦化した加工平坦面を形成する平坦化工程を有し、前記平坦化工程は、前記被加工面の凸部を加工可能な前記レーザ光の領域をレーザ光加工領域とした場合、少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さと同等以下である第一レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工してもよい。   Further, the laser processing method according to the present invention includes a planarization step of forming a processed flat surface by irradiating a processed surface having irregularities with a laser beam and processing the convex portion of the processed surface to be flattened, In the planarization step, when the laser beam region capable of processing the convex portion of the processing surface is a laser beam processing region, at least from the upper end to the lower end in the laser beam irradiation direction of the laser beam processing region. You may process the said convex part of the said to-be-processed surface with the said laser beam of the 1st laser beam processing area | region which is equal to or less than the maximum height of the convex part of the said to-be-processed surface before planarization.

また、本発明に係るレーザ加工方法は、凹凸を有する被加工面にレーザ光を照射し前記被加工面の凸部を加工して平坦化した加工平坦面を形成する平坦化工程を有し、前記平坦化工程は、前記被加工面の凸部を加工可能な前記レーザ光の領域をレーザ光加工領域とした場合、少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さより大きい第二レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工してもよい。   Further, the laser processing method according to the present invention includes a planarization step of forming a processed flat surface by irradiating a processed surface having irregularities with a laser beam and processing the convex portion of the processed surface to be flattened, In the planarization step, when the laser beam region capable of processing the convex portion of the processing surface is a laser beam processing region, at least from the upper end to the lower end in the laser beam irradiation direction of the laser beam processing region. You may process the said convex part of the said to-be-processed surface with the said laser beam of the 2nd laser beam processing area | region larger than the maximum height of the convex part of the said to-be-processed surface before planarization.

本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置は、レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における下端部を被加工面において加工平坦面を形成するための位置に位置合わせするので、被加工面を適正に平坦化することができる。   In the laser processing method and the laser processing apparatus according to the present invention, the lower end portion in the laser light irradiation direction of the laser light processing region is aligned with the position for forming the processing flat surface on the processing surface. Can be flattened.

図1は、実施形態1に係るレーザ加工装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a laser processing apparatus according to the first embodiment. 図2は、実施形態1に係るエネルギー球の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an energy sphere according to the first embodiment. 図3は、実施形態1に係るエネルギー球の昇温分布例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a temperature rise distribution of the energy sphere according to the first embodiment. 図4は、実施形態1に係る焦点距離の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a focal length according to the first embodiment. 図5は、実施形態1に係るエネルギー球の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an energy sphere according to the first embodiment. 図6は、実施形態1に係るエネルギー密度変化によるアブレーション加工例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of ablation processing by energy density change according to the first embodiment. 図7は、実施形態1に係るエネルギー密度変化によるアブレーション加工例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of ablation processing by energy density change according to the first embodiment. 図8は、実施形態1に係るエネルギー密度変化によるアブレーション加工例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of ablation processing by energy density change according to the first embodiment. 図9は、実施形態1に係るエネルギー密度変化によるアブレーション加工例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of ablation processing by energy density change according to the first embodiment. 図10は、実施形態1に係る加工平坦面の形成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of forming a processed flat surface according to the first embodiment. 図11は、実施形態1に係るレーザ加工装置の動作例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation example of the laser processing apparatus according to the first embodiment. 図12は、実施形態2に係る焦点距離の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a focal length according to the second embodiment. 図13は、実施形態2に係るエネルギー球の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an energy sphere according to the second embodiment. 図14は、実施形態2に係るアブレーション加工例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of ablation processing according to the second embodiment. 図15は、実施形態3に係るレーザ加工装置の動作例を示すフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart illustrating an operation example of the laser processing apparatus according to the third embodiment. 図16は、実施形態4に係るエネルギー球の照射例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an irradiation example of energy spheres according to the fourth embodiment.

本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the structures described below can be combined as appropriate. Various omissions, substitutions, or changes in the configuration can be made without departing from the scope of the present invention.

〔実施形態1〕
実施形態1に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置について説明する。レーザ加工方法は、被加工物Wの被加工面Waにレーザ光としてのパルスレーザ光LBを照射して被加工面Waを加工する方法である。レーザ加工方法は、凹凸を有する被加工面Waにパルスレーザ光LBを照射し被加工面Waの凸部Pを加工して平坦(平滑)化した加工平坦面W1(図10参照)を形成する。ここで、被加工物Wは、例えば、金属素材等から形成される。以下、レーザ加工方法及びレーザ加工装置について詳細に説明する。
Embodiment 1
A laser processing method and a laser processing apparatus according to Embodiment 1 will be described. The laser processing method is a method of processing the processing surface Wa by irradiating the processing surface Wa of the workpiece W with pulsed laser light LB as laser light. In the laser processing method, a processing flat surface W1 (see FIG. 10) is formed by irradiating a processing surface Wa having irregularities with a pulsed laser beam LB and processing the convex portion P of the processing surface Wa to make it flat (smooth). . Here, the workpiece W is formed of, for example, a metal material. Hereinafter, the laser processing method and the laser processing apparatus will be described in detail.

なお、以下の説明では、第一方向(X方向)と第二方向(Y方向)と第三方向(Z方向)とは、それぞれ直交する方向である。第一方向と第二方向とは、後述する被加工物Wを載置する載置面81b上で直交する方向である。第三方向は、載置面81bに直交する方向である。なお、第一方向と第二方向とは、典型的には、被加工物Wの厚み方向に直交する面を仮想平面とした場合、当該仮想平面上で直交する方向となり、第三方向は、仮想平面に直交する方向となる。   In the following description, the first direction (X direction), the second direction (Y direction), and the third direction (Z direction) are orthogonal directions. The first direction and the second direction are directions orthogonal to each other on a placement surface 81b on which a workpiece W to be described later is placed. The third direction is a direction orthogonal to the placement surface 81b. Note that the first direction and the second direction are typically directions orthogonal to each other on the virtual plane when a plane orthogonal to the thickness direction of the workpiece W is a virtual plane, and the third direction is The direction is orthogonal to the virtual plane.

レーザ加工装置1は、レーザ加工方法を実施するための装置であり、パルスレーザ光LBを被加工物Wに照射して当該被加工物Wを加工する。レーザ加工装置1は、例えば、パルスレーザ光LBの焦点を固定し当該パルスレーザ光LBを被加工物Wの被加工面Waに集光して加工する。レーザ加工装置1は、図1に示すように、レーザ光照射部10と、シャッター20と、アッテネータ30と、ビームエキスパンダ40と、ビーム伝送光学系50と、落射光学系60と、対物レンズ70と、駆動部80と、ランプ照明90と、カメラ100と、制御部110とを備える。   The laser processing apparatus 1 is an apparatus for performing a laser processing method, and processes the workpiece W by irradiating the workpiece W with pulsed laser light LB. For example, the laser processing apparatus 1 fixes the focal point of the pulsed laser beam LB and focuses the pulsed laser beam LB on the processing surface Wa of the workpiece W for processing. As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 1 includes a laser beam irradiation unit 10, a shutter 20, an attenuator 30, a beam expander 40, a beam transmission optical system 50, an episcopic optical system 60, and an objective lens 70. A drive unit 80, a lamp illumination 90, a camera 100, and a control unit 110.

レーザ光照射部10は、パルス状の出力(パルスレーザ光)を一定の繰り返し周波数で発振するレーザ光発振器である。例えば、レーザ光照射部10は、パルス幅可変光源をシード光源に用いた主発振器出力増幅器(MOPA;Master Oscillator Power Amplifier)である。レーザ光照射部10は、MOPAを用いた場合、パルスレーザ光LBの出力特性の一例は次の通りである。すなわち、パルスレーザ光LBの動作波長は、1030nm±1nm程度であり、繰り返し周波数は、1kHz〜1MHz程度であり、パルス幅は、50ps〜1ns程度であり、出力パワーは、10W程度以上であり、偏波は、直線であり、ビーム品質であるスクエア(M)は、1.4未満であり、真円度は、80%超過である。レーザ光照射部10は、パルスレーザ光LBをシャッター20に出力(出射)する。なお、パルス幅とは、パルスレーザ光LBのピークパワーの半分の地点におけるパルス立ち上がりと立ち下がりの時間間隔である。 The laser beam irradiation unit 10 is a laser beam oscillator that oscillates a pulsed output (pulsed laser beam) at a constant repetition frequency. For example, the laser beam irradiation unit 10 is a master oscillator output amplifier (MOPA) using a pulse width variable light source as a seed light source. When the laser beam irradiation unit 10 uses MOPA, an example of output characteristics of the pulsed laser beam LB is as follows. That is, the operating wavelength of the pulse laser beam LB is about 1030 nm ± 1 nm, the repetition frequency is about 1 kHz to 1 MHz, the pulse width is about 50 ps to 1 ns, and the output power is about 10 W or more. The polarization is a straight line, the beam quality square (M 2 ) is less than 1.4, and the roundness is more than 80%. The laser beam irradiation unit 10 outputs (emits) the pulsed laser beam LB to the shutter 20. The pulse width is the time interval between the rising edge and the falling edge at a point that is half the peak power of the pulse laser beam LB.

シャッター20は、パルスレーザ光LBの透過と遮断とを切り替えるものである。シャッター20は、レーザ光照射部10とアッテネータ30との間に設置され、レーザ光照射部10から出力されたパルスレーザ光LBを透過又は遮断する。シャッター20は、透過したパルスレーザ光LBをアッテネータ30に出力する。   The shutter 20 switches between transmission and blocking of the pulse laser beam LB. The shutter 20 is installed between the laser beam irradiation unit 10 and the attenuator 30, and transmits or blocks the pulse laser beam LB output from the laser beam irradiation unit 10. The shutter 20 outputs the transmitted pulsed laser beam LB to the attenuator 30.

アッテネータ30は、パルスレーザ光LBの強度を調整する減衰器である。アッテネータ30は、シャッター20とビームエキスパンダ40との間に設置され、シャッター20から出力されたパルスレーザ光LBの強度を調整してビームエキスパンダ40に出力する。   The attenuator 30 is an attenuator that adjusts the intensity of the pulse laser beam LB. The attenuator 30 is installed between the shutter 20 and the beam expander 40, adjusts the intensity of the pulsed laser light LB output from the shutter 20, and outputs it to the beam expander 40.

ビームエキスパンダ40は、パルスレーザ光LBのビーム径を広げるものである。ビームエキスパンダ40は、アッテネータ30とビーム伝送光学系50との間に設置され、アッテネータ30から出力されたパルスレーザ光LBのビーム径を広げてビーム伝送光学系50に出力する。   The beam expander 40 widens the beam diameter of the pulse laser beam LB. The beam expander 40 is installed between the attenuator 30 and the beam transmission optical system 50, widens the beam diameter of the pulse laser beam LB output from the attenuator 30, and outputs it to the beam transmission optical system 50.

ビーム伝送光学系50は、パルスレーザ光LBを導光する導光ミラー等から構成される光学系である。ビーム伝送光学系50は、ビームエキスパンダ40と落射光学系60との間に設置され、ビームエキスパンダ40から出力されたパルスレーザ光LBを導光して落射光学系60に出力する。   The beam transmission optical system 50 is an optical system including a light guide mirror that guides the pulse laser beam LB. The beam transmission optical system 50 is installed between the beam expander 40 and the epi-illumination optical system 60, guides the pulse laser beam LB output from the beam expander 40, and outputs it to the epi-illumination optical system 60.

落射光学系60は、パルスレーザ光LBが進行する方向を変更する方向変更ミラー等から構成される光学系である。落射光学系60は、ビーム伝送光学系50と対物レンズ70との間に設置され、ビーム伝送光学系50から出力されたパルスレーザ光LBの進行方向を変更して対物レンズ70に出力する。   The epi-illumination optical system 60 is an optical system including a direction change mirror that changes the direction in which the pulse laser beam LB travels. The epi-illumination optical system 60 is installed between the beam transmission optical system 50 and the objective lens 70, changes the traveling direction of the pulsed laser light LB output from the beam transmission optical system 50, and outputs it to the objective lens 70.

対物レンズ70は、パルスレーザ光LBを集光して被加工物Wの被加工面Waにパルスレーザ光LBを照射するものである。対物レンズ70は、落射光学系60と駆動部80との間に設置され、落射光学系60から出力されたパルスレーザ光LBを集光し、駆動部80に載置された被加工物Wの被加工面Waにパルスレーザ光LBを照射する。   The objective lens 70 collects the pulse laser beam LB and irradiates the workpiece surface Wa of the workpiece W with the pulse laser beam LB. The objective lens 70 is installed between the epi-illumination optical system 60 and the drive unit 80, collects the pulsed laser light LB output from the epi-illumination optical system 60, and the workpiece W placed on the drive unit 80. The processing surface Wa is irradiated with pulsed laser light LB.

駆動部80は、被加工物Wを保持すると共に対物レンズ70に対して被加工物Wを相対移動させるものである。駆動部80は、XY軸駆動部81と、Z軸駆動部82とを備える。XY軸駆動部81は、載置部としての平板状の載置台81aと、図示しない固定部と、ボールネジ等から構成される図示しないXY軸駆動機構とを備える。XY軸駆動部81は、固定部により被加工物Wを載置台81aの載置面81bに固定し、XY軸駆動機構により対物レンズ70に対して被加工物WをX方向又はY方向に相対移動させる。Z軸駆動部82は、ボールネジ等から構成される図示しないZ軸駆動機構を備え、Z軸駆動機構により対物レンズ70に対して被加工物WをZ方向に相対移動させる。   The drive unit 80 holds the workpiece W and moves the workpiece W relative to the objective lens 70. The drive unit 80 includes an XY axis drive unit 81 and a Z axis drive unit 82. The XY-axis drive unit 81 includes a flat plate-like mounting table 81a as a mounting unit, a fixing unit (not shown), and an XY-axis driving mechanism (not shown) configured by a ball screw or the like. The XY-axis driving unit 81 fixes the workpiece W to the mounting surface 81b of the mounting table 81a by the fixing unit, and the workpiece W is relative to the objective lens 70 in the X direction or the Y direction by the XY axis driving mechanism. Move. The Z-axis drive unit 82 includes a Z-axis drive mechanism (not shown) composed of a ball screw or the like, and moves the workpiece W relative to the objective lens 70 in the Z direction by the Z-axis drive mechanism.

ランプ照明90は、被加工物Wを照明により照らすものである。ランプ照明90は、例えば、駆動部80の載置面81bに対向して設置され、載置面81bに載置された被加工物Wに照明を照らす。   The lamp illumination 90 illuminates the workpiece W with illumination. The lamp illumination 90 is installed, for example, facing the placement surface 81b of the drive unit 80, and illuminates the workpiece W placed on the placement surface 81b.

カメラ100は、被加工物Wを撮像するものである。カメラ100は、駆動部80の載置面81bに対向して設置され、載置面81bに載置された被加工物Wの被加工面Waの凹凸を撮像する。カメラ100は、撮像した画像を制御部110に出力する。   The camera 100 images the workpiece W. The camera 100 is installed to face the mounting surface 81b of the drive unit 80, and images the unevenness of the processing surface Wa of the workpiece W mounted on the mounting surface 81b. The camera 100 outputs the captured image to the control unit 110.

制御部110は、レーザ加工装置1を制御するものである。制御部110は、CPU、記憶部を構成するROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部110は、レーザ光照射部10及びシャッター20等の光学系を制御し、パルスレーザ光LBの出力を調整する。   The control unit 110 controls the laser processing apparatus 1. The control unit 110 includes an electronic circuit mainly composed of a well-known microcomputer including a CPU, a ROM that constitutes a storage unit, a RAM, and an interface. The control unit 110 controls the optical system such as the laser beam irradiation unit 10 and the shutter 20 and adjusts the output of the pulse laser beam LB.

次に、図2〜図11を参照してレーザ加工装置1により照射するパルスレーザ光LBのエネルギー球Eについて説明する。エネルギー球Eは、第一レーザ光加工領域であり、被加工面Waの凸部Pを加工可能なパルスレーザ光LBの領域である(図2参照)。つまり、エネルギー球Eは、被加工面Waの凸部Pに照射されたパルスレーザ光LBにおいて実際に凸部Pを切削することが可能な部分である。ここで、被加工面Waの凸部Pは、被加工面Waの最も深い部分(凹部Qの底)を基準にしてZ方向に突出している部分である(図5参照)。エネルギー球Eは、被加工面Waに沿って走査する走査方向に直交する直交方向(Z方向)に平行である。つまり、エネルギー球Eは、被加工物Wの厚み方向に対して平行である。エネルギー球Eは、少なくとも当該エネルギー球Eのレーザ光照射方向(Z方向)における上端部Hから下端部Lまでの長さが、平坦化前の被加工面Waの凸部Pの最大の高さhaと同等以下である(図5参照)。なお、エネルギー球Eのレーザ光照射方向(Z方向)における上端部Hから下端部Lまでの長さは、エネルギー球Eのサイズともいう。エネルギー球Eのサイズは、対物レンズ70等の光学系の設定や、レーザ光照射部10から照射するエネルギー密度の設定により変更可能である。エネルギー球Eは、図2に示すように、パルスレーザ光LBの焦点位置Kからレーザ光照射方向の一方側と他方側とにそれぞれ同程度延在して形成されている。なお、図2の左側図は、縦軸がレーザ光照射方向(Z方向)の座標であり、横軸がX方向の座標である。また、図2の右側図は、エネルギー密度を示している。エネルギー球Eは、図2、図3に示すように、焦点位置Kが最もエネルギー密度が高く焦点位置Kから離れるに従ってエネルギー密度が低くなる。   Next, the energy sphere E of the pulse laser beam LB irradiated by the laser processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. The energy sphere E is a first laser beam processing region, and is a region of the pulse laser beam LB that can process the convex portion P of the processing surface Wa (see FIG. 2). That is, the energy sphere E is a portion that can actually cut the convex portion P in the pulse laser beam LB irradiated to the convex portion P of the processing surface Wa. Here, the convex portion P of the processing surface Wa is a portion protruding in the Z direction with reference to the deepest portion of the processing surface Wa (the bottom of the concave portion Q) (see FIG. 5). The energy sphere E is parallel to the orthogonal direction (Z direction) orthogonal to the scanning direction of scanning along the workpiece surface Wa. That is, the energy sphere E is parallel to the thickness direction of the workpiece W. In the energy sphere E, at least the length from the upper end H to the lower end L in the laser light irradiation direction (Z direction) of the energy sphere E is the maximum height of the convex portion P of the processing surface Wa before flattening. It is equal to or less than ha (see FIG. 5). The length from the upper end H to the lower end L in the laser irradiation direction (Z direction) of the energy sphere E is also referred to as the size of the energy sphere E. The size of the energy sphere E can be changed by setting the optical system such as the objective lens 70 or setting the energy density irradiated from the laser light irradiation unit 10. As shown in FIG. 2, the energy sphere E is formed to extend from the focal position K of the pulsed laser beam LB to the same extent on the one side and the other side in the laser beam irradiation direction. In the left side view of FIG. 2, the vertical axis is the coordinate in the laser light irradiation direction (Z direction), and the horizontal axis is the coordinate in the X direction. Moreover, the right side view of FIG. 2 shows the energy density. As shown in FIGS. 2 and 3, the energy sphere E has the highest energy density at the focal position K, and the energy density decreases as the distance from the focal position K increases.

次に、エネルギー球Eのサイズを対物レンズ70等の光学系により調整する例について説明する。エネルギー球Eの高さhは、以下の(式1)により求められる。(式1)におけるλは、波長であり、fは、焦点距離であり、Mは、ビーム品質であり、Dは、レンズ集光前のビーム径である。 Next, an example in which the size of the energy sphere E is adjusted by an optical system such as the objective lens 70 will be described. The height h of the energy sphere E is obtained by the following (Formula 1). In Equation 1, λ is a wavelength, f is a focal length, M 2 is a beam quality, and D is a beam diameter before lens focusing.

Figure 2018065146
Figure 2018065146

エネルギー球Eは、例えば、焦点距離fを変更することにより、エネルギー球Eのサイズが調整される。エネルギー球Eは、例えば、焦点距離fが5mm〜30mm程度である。この場合、エネルギー球Eは、上述の(式1)により、パルスレーザ光LBのビーム径がパルスレーザ光LBの焦点位置Kのビーム径Dの√2倍になる焦点位置Kからの高さh2が2μm〜72μm程度である(図4参照)。好ましくは、エネルギー球Eは、焦点距離fが20mmである。この場合、エネルギー球Eは、上述の(式1)により、パルスレーザ光LBのビーム径がパルスレーザ光LBの焦点位置Kのビーム径Dの√2倍になる焦点位置Kからの高さh2が32μmである。この場合、エネルギー球Eは、図5に示すように、被加工面Waの凸部Pの最大の高さが50μm程度であるのに対しエネルギー球Eのサイズが20μm程度であり、エネルギー球Eのサイズが被加工面Waの凸部Pの最大の高さ(50μm)よりも小さい。これにより、エネルギー球Eは、被加工面Waの凸部Pの高さ方向(Z方向)に対する選択性を有し、凸部Pを選択的に切削(アブレーション加工)することができる。ここで、アブレーション加工とは、パルスレーザ光LBが照射された部分が瞬時に蒸発、飛散することで行われる除去加工である。アブレーション加工は、加工部が瞬時に蒸発、飛散し除去されるため、加工部周辺への熱影響が少なく熱損傷の少ない加工である。また、エネルギー球Eは、被加工面Waの凸部Pを切削する場合、エネルギー球Eのサイズが凸部Pに対して小さいため、エネルギー球Eを凸部Pに容易に位置合わせすることができる。また、エネルギー球Eは、エネルギー球Eのサイズが小さいのでエネルギー密度が相対的に高くなり切削の精度が向上する。   For example, the size of the energy sphere E is adjusted by changing the focal length f. The energy sphere E has, for example, a focal length f of about 5 mm to 30 mm. In this case, the energy sphere E has a height h2 from the focal position K at which the beam diameter of the pulsed laser light LB becomes √2 times the beam diameter D of the focal position K of the pulsed laser light LB according to (Equation 1) described above. Is about 2 μm to 72 μm (see FIG. 4). Preferably, the energy sphere E has a focal length f of 20 mm. In this case, the energy sphere E has a height h2 from the focal position K at which the beam diameter of the pulsed laser light LB becomes √2 times the beam diameter D of the focal position K of the pulsed laser light LB according to (Equation 1) described above. Is 32 μm. In this case, as shown in FIG. 5, in the energy sphere E, the maximum height of the convex portion P of the processing surface Wa is about 50 μm, whereas the size of the energy sphere E is about 20 μm. Is smaller than the maximum height (50 μm) of the convex portion P of the processing surface Wa. Thereby, the energy sphere E has selectivity with respect to the height direction (Z direction) of the convex portion P of the workpiece surface Wa, and can selectively cut (ablate) the convex portion P. Here, the ablation processing is removal processing performed by instantaneously evaporating and scattering a portion irradiated with the pulse laser beam LB. Ablation processing is processing in which the processing portion is instantly evaporated, scattered, and removed, so that there is little thermal influence on the periphery of the processing portion and little thermal damage. Further, when the energy sphere E cuts the convex portion P of the work surface Wa, the energy sphere E can be easily aligned with the convex portion P because the size of the energy sphere E is smaller than the convex portion P. it can. In addition, since the energy sphere E has a small size, the energy density is relatively high and cutting accuracy is improved.

次に、エネルギー球Eのサイズをレーザ光照射部10が照射するエネルギー密度により調整する例について説明する。エネルギー球Eは、パルスレーザ光LBのエネルギー密度が相対的に増加するとエネルギー球Eのサイズが相対的に大きくなる。例えば、エネルギー球Eは、図6に示すように、エネルギー密度が1.0J/cmである場合、被加工面Waの凸部Pを切削する切削量が7μm程度である。エネルギー球Eは、例えば、焦点位置Kが平坦化前の被加工面Waの凸部Pの先端位置と同等の位置に設定されている。なお、図6は、縦軸が被加工面Waの凸部Pの高さ(μm)であり、横軸が平面方向の距離(mm)である。 Next, an example in which the size of the energy sphere E is adjusted by the energy density irradiated by the laser beam irradiation unit 10 will be described. In the energy sphere E, when the energy density of the pulse laser beam LB is relatively increased, the size of the energy sphere E is relatively increased. For example, as shown in FIG. 6, when the energy density of the energy sphere E is 1.0 J / cm 2 , the cutting amount for cutting the convex portion P of the work surface Wa is about 7 μm. In the energy sphere E, for example, the focal position K is set to a position equivalent to the tip position of the convex portion P of the processing surface Wa before flattening. In FIG. 6, the vertical axis represents the height (μm) of the convex portion P of the processing surface Wa, and the horizontal axis represents the distance (mm) in the plane direction.

また、エネルギー球Eは、図7に示すように、エネルギー密度が3.8J/cmである場合、図6のエネルギー球Eのサイズよりも大きくなり、被加工面Waの凸部Pを切削する切削量が12μm程度である。また、エネルギー球Eは、図8に示すように、エネルギー密度が7.5J/cmである場合、図7のエネルギー球Eのサイズよりも大きくなり、被加工面Waの凸部Pを切削する切削量が18μm程度である。また、エネルギー球Eは、図9に示すように、エネルギー密度が10.5J/cmである場合、図8のエネルギー球Eのサイズよりも大きくなり、被加工面Waの凸部Pを切削する切削量が22μm程度である。このように、エネルギー球Eは、エネルギー密度を変更することにより、エネルギー球Eのサイズを変更することができる。なお、図7〜図9は、縦軸が被加工面Waの凸部Pの高さ(μm)であり、横軸が平面方向の距離(mm)である。 In addition, as shown in FIG. 7, when the energy density is 3.8 J / cm 2 , the energy sphere E is larger than the size of the energy sphere E in FIG. 6, and the convex portion P of the work surface Wa is cut. The cutting amount to be performed is about 12 μm. Further, as shown in FIG. 8, when the energy density is 7.5 J / cm 2 , the energy sphere E becomes larger than the size of the energy sphere E in FIG. 7, and the convex portion P of the work surface Wa is cut. The cutting amount to be performed is about 18 μm. Further, as shown in FIG. 9, when the energy density is 10.5 J / cm 2 , the energy sphere E is larger than the size of the energy sphere E in FIG. 8, and the convex portion P of the work surface Wa is cut. The cutting amount to be performed is about 22 μm. Thus, the energy sphere E can change the size of the energy sphere E by changing the energy density. 7 to 9, the vertical axis represents the height (μm) of the convex portion P of the processing surface Wa, and the horizontal axis represents the distance (mm) in the plane direction.

次に、図11を参照しながらレーザ加工装置1の動作例について説明する。レーザ加工装置1は、作業者により予め加工条件が設定される(ステップS1)。ここで、加工条件は、例えば、パルスレーザ光LBのエネルギー密度、走査時のスポット径の重なり、繰り返し照射数、加工時間等である。これらの加工条件は、被加工物Wの材質や被加工面Waの凹凸の粗さ等に基づいて、予め実験で求めておく。加工条件は、レーザ光照射部10から照射するパルスレーザ光LBのエネルギー密度が設定されることにより、上述したようにエネルギー密度に応じてエネルギー球Eのサイズが設定されると共にエネルギー球Eによる切削量が設定される。   Next, an operation example of the laser processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. In the laser processing apparatus 1, processing conditions are set in advance by an operator (step S1). Here, the processing conditions are, for example, the energy density of the pulse laser beam LB, the overlap of spot diameters during scanning, the number of repeated irradiations, the processing time, and the like. These processing conditions are obtained in advance by experiments based on the material of the workpiece W, the roughness of the unevenness of the processing surface Wa, and the like. As the processing conditions, the energy density of the pulse laser beam LB irradiated from the laser beam irradiation unit 10 is set, so that the size of the energy sphere E is set according to the energy density as described above, and the cutting with the energy sphere E is performed. The amount is set.

レーザ加工装置1は、加工条件が設定された後、平坦化工程を実施する(ステップS2)。例えば、レーザ加工装置1は、最初に、駆動部80の載置台81aに載置された被加工物Wを駆動部80により駆動し被加工物Wを加工開始位置に移動する。そして、レーザ加工装置1は、カメラ100により被加工物Wの被加工面Waの凹凸を撮像し、撮像した画像に基づいてXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させ、被加工面Waの凸部Pに対してパルスレーザ光LBのエネルギー球Eを照射し走査しながら当該凸部Pの高さ方向における一部を被加工面Waの全域に渡って切削する(加工工程)。次に、レーザ加工装置1は、被加工面Waの全域に渡って切削加工が終了し加工平坦面W1(図10参照)を形成する平坦化工程が終了したか否かを判定する(ステップS3)。レーザ加工装置1は、加工平坦面W1を形成する平坦化工程が終了していないと判定すると(ステップS3;No)、上述のステップS2に戻り、レーザ加工装置1は、カメラ100により被加工物Wの被加工面Waの凹凸を撮像し、撮像した画像に基づいてZ軸駆動部82によりZ方向に被加工物Wを移動させて被加工面Waの切削量に応じて被加工物Wを所望の高さに設定する。そして、レーザ加工装置1は、上述の加工工程を再度実施する。レーザ加工装置1は、最終の加工工程では、エネルギー球Eのレーザ光照射方向における下端部Lを被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせを行い、加工平坦面W1を形成する(図10参照)。レーザ加工装置1は、加工平坦面W1を形成する平坦化工程が終了したと判定すると(ステップS3;Yes)、処理を終了する。   The laser processing apparatus 1 performs a flattening process after the processing conditions are set (step S2). For example, the laser processing apparatus 1 first drives the workpiece W placed on the mounting table 81a of the drive unit 80 by the drive unit 80 to move the workpiece W to the machining start position. And the laser processing apparatus 1 images the unevenness | corrugation of the to-be-processed surface Wa of the to-be-processed object W with the camera 100, and moves the to-be-processed object W to the X direction or the Y direction by the XY-axis drive part 81 based on the imaged image. The projection P of the processing surface Wa is irradiated with the energy sphere E of the pulse laser beam LB and scanned, and a part of the projection P in the height direction is cut over the entire processing surface Wa. (Processing process). Next, the laser processing apparatus 1 determines whether or not the cutting process has been completed over the entire surface Wa and the flattening process for forming the processed flat surface W1 (see FIG. 10) has been completed (step S3). ). If the laser processing apparatus 1 determines that the flattening process for forming the processed flat surface W1 is not completed (step S3; No), the laser processing apparatus 1 returns to the above-described step S2, and the laser processing apparatus 1 uses the camera 100 to process the workpiece. The unevenness of the work surface Wa of W is imaged, and the work W is moved in the Z direction by the Z-axis drive unit 82 based on the captured image, and the work W is made according to the cutting amount of the work surface Wa. Set to desired height. And the laser processing apparatus 1 implements the above-mentioned processing process again. In the final processing step, the laser processing apparatus 1 aligns the lower end L of the energy sphere E in the laser light irradiation direction with the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa, and the processing flat surface W1. (See FIG. 10). If the laser processing apparatus 1 determines that the flattening step for forming the processed flat surface W1 has been completed (step S3; Yes), the process ends.

以上のように、実施形態1に係るレーザ加工方法は、被加工面Waにパルスレーザ光LBを照射し被加工面Waの凸部Pを加工して平坦化した加工平坦面W1を形成する平坦化工程を有する。そして、レーザ加工方法は、平坦化工程において被加工面Waの凸部Pを加工可能なパルスレーザ光LBの領域をエネルギー球Eとした場合、エネルギー球Eのレーザ光照射方向における下端部Lを被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせする。また、レーザ加工装置1は、平坦化工程を実施する装置である。これにより、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、エネルギー球Eの下端部Lの位置を把握し当該下端部Lの位置を調整することで、簡易に凸部Pを所望の高さに調整することができる。従って、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、被加工面Waの凸部Pを目標とする加工平坦面W1に揃えて切削することができるので、被加工面Waを適正に平坦化することができる。また、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、パルス幅が50ps〜1ns程度であり、従来のようにナノ秒を超えるパルス幅で被加工物Wを加工しない。これにより、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、相対的に大きな凸部Pを平坦化することができると共に、被加工物Wの材料内部への熱影響を抑制することができる。また、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、従来のようなフライス盤を用いた機械加工と比較して、接触抵抗等を考慮する必要がないため被加工物Wへの熱影響を低減させることが可能となり、被加工物Wの変形、うねりなどの悪影響がない加工形状を得ることができる。また、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、機械加工に比べてより小さい面積の選択的加工や、より複雑な形状の加工が可能となる。また、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、機械加工に比べて被加工物Wの硬さに依存しない加工が可能となり、さらに定期的に交換する消耗品を少なくできる。また、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、図示しないヒュームコレクタにより加工屑を吸引することにより、加工装置内のクリーン度を保った状態で加工することができる。   As described above, in the laser processing method according to the first embodiment, the processing surface Wa is irradiated with the pulsed laser light LB to process the convex portion P of the processing surface Wa to form a processing flat surface W1 that is flattened. It has a conversion process. Then, in the laser processing method, when the region of the pulse laser beam LB that can process the convex portion P of the processing surface Wa in the planarization step is an energy sphere E, the lower end portion L of the energy sphere E in the laser light irradiation direction is changed. The processing target surface Wa is aligned with a position for forming the processing flat surface W1. The laser processing apparatus 1 is an apparatus that performs a planarization process. Thereby, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 grasp the position of the lower end L of the energy sphere E and adjust the position of the lower end L, thereby easily adjusting the convex portion P to a desired height. be able to. Therefore, since the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can cut the convex portion P of the processing surface Wa in alignment with the target processing flat surface W1, the processing surface Wa can be appropriately flattened. it can. Further, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 have a pulse width of about 50 ps to 1 ns, and do not process the workpiece W with a pulse width exceeding nanoseconds as in the related art. Thereby, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can flatten the relatively large convex part P, and can suppress the thermal influence to the inside of the material of the workpiece W. Further, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can reduce the thermal influence on the workpiece W because it is not necessary to consider contact resistance or the like, as compared with conventional machining using a milling machine. This makes it possible to obtain a machined shape that does not have an adverse effect such as deformation or waviness of the workpiece W. In addition, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can perform selective processing with a smaller area or processing with a more complicated shape compared to machining. In addition, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can perform processing independent of the hardness of the workpiece W as compared with machining, and can reduce the number of consumables that are periodically replaced. Further, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can perform processing in a state where the cleanliness in the processing apparatus is maintained by sucking processing waste with a fume collector (not shown).

また、レーザ加工方法において、平坦化工程は、少なくともエネルギー球Eのレーザ光照射方向における上端部Hから下端部Lまでの長さが平坦化前の被加工面Waの凸部Pの最大の高さと同等以下であるエネルギー球Eのパルスレーザ光LBにより被加工面Waの凸部Pを加工する。これにより、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、エネルギー球Eを相対的に小さくすることで、エネルギー球エッジ部(下端部L)のエネルギー変化を急峻にすることができ、エネルギー球Eにより被加工面Waの凸部Pをより鋭く切削することができる。従って、レーザ加工方法は、被加工面Waを精度よく平坦化することができる。例えば、レーザ加工方法は、被加工面Waの表面粗さ(凹凸)Raをサブミクロン以下にすることができる。なお、表面粗さRaは、公知の数式により求められた値であり、一例として算術平均粗さであるがこれ以外でもよい。また、レーザ加工方法は、レーザ光照射部10から照射するエネルギー密度と焦点距離f(デフォーカス量)、繰り返し周波数を変化させることにより、ミクロン単位で任意に切削量を変更することができる。また、レーザ加工方法は、より小さいエネルギーで加工することにより消費エネルギーを抑えることができる。   Further, in the laser processing method, the flattening step has a length from the upper end H to the lower end L of the energy sphere E in the laser light irradiation direction at least the maximum height of the convex portion P of the processing surface Wa before flattening. The convex portion P of the processing surface Wa is processed by the pulse laser beam LB of the energy sphere E that is equal to or less than the above. Thereby, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 can make the energy change of the energy sphere edge part (lower end part L) steep by making the energy sphere E relatively small, and the energy sphere E The convex part P of the processing surface Wa can be cut more sharply. Therefore, the laser processing method can flatten the processing surface Wa with high accuracy. For example, in the laser processing method, the surface roughness (unevenness) Ra of the processing surface Wa can be made submicron or less. The surface roughness Ra is a value obtained by a known mathematical formula, and is an arithmetic average roughness as an example, but may be other than this. In the laser processing method, the cutting amount can be arbitrarily changed in units of microns by changing the energy density irradiated from the laser light irradiation unit 10, the focal length f (defocus amount), and the repetition frequency. Moreover, the laser processing method can suppress energy consumption by processing with smaller energy.

また、レーザ加工方法において、平坦化工程は、パルスレーザ光LBのビーム径がパルスレーザ光LBの焦点位置Kのビーム径Dの√2倍になる焦点位置Kからの高さが2μm〜72μmであるエネルギー球Eのパルスレーザ光LBにより被加工面Waの凸部Pを加工する。これにより、レーザ加工方法は、エネルギー球Eのサイズを被加工面Waの凸部Pの高さよりも小さくすることができる。従って、レーザ加工方法は、エネルギー球Eのエネルギー密度が相対的に高くなり被加工面Waの凸部Pを鋭く切削することができる。また、レーザ加工方法は、エネルギー球Eが被加工面Waの凸部Pの高さ方向に対する選択性を有し、凸部Pの不要な部分のみを選択的に切削することができる。また、レーザ加工方法は、エネルギー球Eのサイズが小さいので、エネルギー球Eを凸部Pの高さ方向に位置合わせすることが容易である。   In the laser processing method, the flattening step has a height from 2 μm to 72 μm from the focal position K at which the beam diameter of the pulse laser beam LB becomes √2 times the beam diameter D of the focal position K of the pulse laser beam LB. The convex portion P of the processing surface Wa is processed by the pulse laser beam LB of a certain energy sphere E. Thereby, the laser processing method can make the size of the energy sphere E smaller than the height of the convex portion P of the processing surface Wa. Therefore, in the laser processing method, the energy density of the energy sphere E is relatively high, and the convex portion P of the processing surface Wa can be cut sharply. In the laser processing method, the energy sphere E has selectivity with respect to the height direction of the convex portion P of the surface Wa to be processed, and only an unnecessary portion of the convex portion P can be selectively cut. Further, in the laser processing method, since the size of the energy sphere E is small, it is easy to align the energy sphere E in the height direction of the convex portion P.

また、レーザ加工方法において、平坦化工程は、被加工面Waに沿って走査しながら被加工面Waを平坦化する走査方向に直交する直交方向に平行であるエネルギー球Eのパルスレーザ光LBにより被加工面Waの凸部Pを加工する。これにより、レーザ加工方法は、エネルギー変化が急峻なエネルギー球Eのエッジ部(下端部L)により、被加工面Waの凸部Pをより鋭く切削することができる。従って、レーザ加工方法は、被加工面Waをより平坦化することができる。   In the laser processing method, the flattening step is performed by the pulse laser beam LB of the energy sphere E that is parallel to the orthogonal direction orthogonal to the scanning direction for flattening the processing surface Wa while scanning along the processing surface Wa. The convex portion P of the work surface Wa is processed. Thereby, the laser processing method can cut the convex part P of the to-be-processed surface Wa more sharply by the edge part (lower end part L) of the energy ball | bowl E with a sharp energy change. Accordingly, the laser processing method can further flatten the processing surface Wa.

また、レーザ加工方法において、平坦化工程は、エネルギー球Eを有するパルスレーザ光LBを被加工面Waに照射し当該被加工面Waの凸部Pの高さ方向における一部を加工する加工工程を含み、当該加工工程を複数回繰り返し、最終の加工工程では、エネルギー球Eの下端部Lを被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせを行い、加工平坦面W1を形成する。これにより、レーザ加工方法は、相対的に小さいエネルギー球Eを複数回走査することにより、精度よく被加工面Waを平坦化することができる。   In the laser processing method, the flattening step is a processing step of irradiating the processing surface Wa with the pulse laser beam LB having the energy sphere E to process a part of the convex portion P of the processing surface Wa in the height direction. In the final processing step, the lower end portion L of the energy sphere E is aligned with the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa, and the processing flat surface W1 Form. Thereby, the laser processing method can flatten the to-be-processed surface Wa with high precision by scanning the relatively small energy sphere E a plurality of times.

〔実施形態2〕
次に、実施形態2に係るレーザ加工方法について説明する。実施形態2に係る第二レーザ光加工領域としてのエネルギー球E1(図13参照)は、焦点距離fが30mmの例である。この場合、エネルギー球E1は、上述の(式1)により、パルスレーザ光LBのビーム径がパルスレーザ光LBの焦点位置Kのビーム径Dの√2倍になる焦点位置Kからの高さh1が71.82μmである(図12参照)。エネルギー球E1は、図13に示すように、被加工面Waの凸部Pの最大の高さが50μm程度であるのに対しエネルギー球E1のサイズが72μm程度あり、エネルギー球E1のサイズが平坦化前の被加工面Waの凸部Pの最大の高さより大きい。これにより、エネルギー球E1は、被加工面Waの凸部Pの高さ方向における大部分を一度に切削することができる。なお、エネルギー球E1の上限サイズは、被加工面Waの凸部Pの10倍の高さよりも小さい。好ましくは、エネルギー球E1の上限サイズは、被加工面Waの凸部Pの同等の高さ〜2倍の高さよりも小さい。
[Embodiment 2]
Next, a laser processing method according to the second embodiment will be described. The energy sphere E1 (see FIG. 13) as the second laser beam processing region according to the second embodiment is an example in which the focal length f is 30 mm. In this case, the energy sphere E1 has a height h1 from the focal position K at which the beam diameter of the pulsed laser light LB becomes √2 times the beam diameter D of the focal position K of the pulsed laser light LB according to (Equation 1) described above. Is 71.82 μm (see FIG. 12). As shown in FIG. 13, in the energy sphere E1, the maximum height of the convex portion P of the processing surface Wa is about 50 μm, whereas the size of the energy sphere E1 is about 72 μm, and the size of the energy sphere E1 is flat. It is larger than the maximum height of the convex portion P of the processing surface Wa before conversion. Thereby, the energy sphere E1 can cut most part in the height direction of the convex part P of the to-be-processed surface Wa at once. The upper limit size of the energy sphere E1 is smaller than 10 times the height of the convex portion P of the processing surface Wa. Preferably, the upper limit size of the energy sphere E1 is smaller than the equivalent height to twice the height of the convex portion P of the work surface Wa.

エネルギー球E1は、被加工面Waに沿って走査する走査方向に直交する直交方向(Z方向)に平行である。つまり、エネルギー球E1は、被加工物Wの厚み方向に対して平行である。エネルギー球E1は、パルスレーザ光LBのエネルギー密度が相対的に増加するとエネルギー球E1のサイズが相対的に大きくなる。レーザ加工装置1は、図14に示すように、被加工面Waの凸部Pに対して、焦点位置Kや、レーザ光照射部10から照射するエネルギー密度を適宜調整してエネルギー球E1を形成する。図14に示す例では、レーザ加工装置1は、焦点位置KをZ座標が70μm程度の位置に設定し、エネルギー球Eの下端部Lの位置をZ座標が0μm程度の位置に設定している。つまり、レーザ加工装置1は、エネルギー球Eの下端部Lの位置を被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせしている。この例では、レーザ加工装置1は、1回の走査により被加工面Waの凸部Pを切削し、加工前の被加工面Waの凸部Pの最大の高さRyが50μm〜60μmであったが、加工後の被加工面Waの凸部Pの最大の高さRyが7.6μmになった。レーザ加工装置1は、エネルギー球E1のサイズが実施形態1のエネルギー球Eのサイズよりも大きくエネルギー密度が高いので加工時間を短縮することができる。また、レーザ加工装置1は、エネルギー球E1の下端部Lの位置を把握し当該下端部Lの位置を調整することで、簡易に凸部Pを所望の高さに調整することが可能となり被加工面Waを平坦化することができる。なお、図14は、縦軸がZ座標(μm)であり、横軸がX座標(μm)である。図14は、X座標が2000μm〜4000μm程度の範囲までエネルギー球E1により被加工面Waの凸部Pを切削している例である。   The energy sphere E1 is parallel to the orthogonal direction (Z direction) orthogonal to the scanning direction of scanning along the workpiece surface Wa. That is, the energy sphere E1 is parallel to the thickness direction of the workpiece W. In the energy sphere E1, when the energy density of the pulse laser beam LB is relatively increased, the size of the energy sphere E1 is relatively increased. As shown in FIG. 14, the laser processing apparatus 1 appropriately adjusts the focal position K and the energy density irradiated from the laser light irradiation unit 10 with respect to the convex portion P of the processing surface Wa to form the energy sphere E1. To do. In the example shown in FIG. 14, the laser processing apparatus 1 sets the focal position K to a position where the Z coordinate is about 70 μm, and sets the position of the lower end L of the energy sphere E to a position where the Z coordinate is about 0 μm. . That is, the laser processing apparatus 1 aligns the position of the lower end portion L of the energy sphere E with the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa. In this example, the laser processing apparatus 1 cuts the convex portion P of the processing surface Wa by one scan, and the maximum height Ry of the convex portion P of the processing surface Wa before processing is 50 μm to 60 μm. However, the maximum height Ry of the convex portion P of the processed surface Wa after processing was 7.6 μm. Since the size of the energy sphere E1 is larger than the size of the energy sphere E of the first embodiment and the energy density is high, the laser processing apparatus 1 can shorten the processing time. Further, the laser processing apparatus 1 can easily adjust the convex portion P to a desired height by grasping the position of the lower end portion L of the energy sphere E1 and adjusting the position of the lower end portion L. The processing surface Wa can be flattened. In FIG. 14, the vertical axis represents the Z coordinate (μm) and the horizontal axis represents the X coordinate (μm). FIG. 14 shows an example in which the convex portion P of the work surface Wa is cut by the energy sphere E1 so that the X coordinate is in a range of about 2000 μm to 4000 μm.

以上のように、実施形態2に係るレーザ加工方法において、平坦化工程は、少なくともエネルギー球E1のレーザ光照射方向における上端部Hから下端部Lまでの長さが平坦化前の被加工面Waの凸部Pの最大の高さより大きいエネルギー球E1のパルスレーザ光LBにより被加工面Waの凸部Pを加工する。これにより、実施形態2に係るレーザ加工方法は、被加工面Waの凸部Pをより多く切削することが可能となり、切削時間を短縮することができる。   As described above, in the laser processing method according to the second embodiment, in the flattening step, at least the length Wa from the upper end H to the lower end L in the laser beam irradiation direction of the energy sphere E1 is the processed surface Wa before flattening. The convex portion P of the processing surface Wa is processed by the pulse laser beam LB of the energy sphere E1 which is larger than the maximum height of the convex portion P of the workpiece. Thereby, the laser processing method according to the second embodiment can cut more convex portions P of the surface Wa to be processed, and can shorten the cutting time.

〔実施形態3〕
また、実施形態3に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、被加工面Waの凸部Pよりも大きいエネルギー球E1と被加工面Waの凸部Pと同等以下であるエネルギー球Eとを組み合わせて被加工面Waの凸部Pを切削加工する。例えば、レーザ加工装置1は、図15に示すように、作業者により予め加工条件が設定される(ステップS11)。ここで、加工条件は、例えば、パルスレーザ光LBのエネルギー密度、走査時のスポット径の重なり、繰り返し照射数、加工時間等である。次に、レーザ加工装置1は、相対的に大きいエネルギー球E1を用いた第一加工工程を実施する(ステップS12)。例えば、レーザ加工装置1は、最初に、駆動部80の載置台81aに載置された被加工物Wを駆動部80により駆動し被加工物Wを加工開始位置に移動する。このとき、レーザ加工装置1は、エネルギー球E1の下端部Lの位置を被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせする。そして、レーザ加工装置1は、カメラ100により被加工物Wの被加工面Waの凹凸を撮像し、撮像した画像に基づいてXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させ、被加工面Waの凸部Pに対してパルスレーザ光LBの相対的に大きいエネルギー球E1を照射し走査しながら当該凸部Pの高さ方向における一部を被加工面Waの全域に渡って切削する。このように、レーザ加工装置1は、エネルギー球Eのサイズよりも大きいエネルギー球E1を用いて被加工面Waの凸部Pの一部を切削し、被加工面Waを粗方平坦化するので加工時間を短縮することができる。
[Embodiment 3]
Further, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 according to the third embodiment include an energy sphere E1 larger than the convex portion P of the processing surface Wa and an energy sphere E equal to or less than the convex portion P of the processing surface Wa. In combination, the convex portion P of the work surface Wa is cut. For example, as shown in FIG. 15, in the laser processing apparatus 1, processing conditions are set in advance by an operator (step S11). Here, the processing conditions are, for example, the energy density of the pulse laser beam LB, the overlap of spot diameters during scanning, the number of repeated irradiations, the processing time, and the like. Next, the laser processing apparatus 1 performs a first processing step using a relatively large energy sphere E1 (step S12). For example, the laser processing apparatus 1 first drives the workpiece W placed on the mounting table 81a of the drive unit 80 by the drive unit 80 to move the workpiece W to the machining start position. At this time, the laser processing apparatus 1 aligns the position of the lower end L of the energy sphere E1 with the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa. And the laser processing apparatus 1 images the unevenness | corrugation of the to-be-processed surface Wa of the to-be-processed object W with the camera 100, and moves the to-be-processed object W to the X direction or the Y direction by the XY-axis drive part 81 based on the imaged image. The projection P of the processing surface Wa is irradiated with a relatively large energy sphere E1 of the pulse laser beam LB and scanned, and a part of the projection P in the height direction is spread over the entire processing surface Wa. Cut across. Thus, since the laser processing apparatus 1 cuts a part of the convex part P of the processing surface Wa using the energy sphere E1 larger than the size of the energy sphere E, the processing surface Wa is roughly flattened. Processing time can be shortened.

次に、レーザ加工装置1は、第一加工工程が終了したか否かを判定する(ステップS13)。レーザ加工装置1は、第一加工工程が終了したと判定すると(ステップS13;Yes)、相対的に小さいエネルギー球Eを用いた第二加工工程を実施する(ステップS14)。例えば、レーザ加工装置1は、駆動部80の載置台81aに載置された被加工物Wを駆動部80により駆動し被加工物Wを加工開始位置に移動する。このとき、レーザ加工装置1は、エネルギー球Eの下端部Lの位置を被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせする。そして、レーザ加工装置1は、カメラ100により被加工物Wの被加工面Waの凹凸を撮像し、撮像した画像に基づいてXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させ、被加工面Waの凸部Pに対してパルスレーザ光LBの相対的に小さいエネルギー球Eを照射し走査しながら当該凸部Pの高さ方向における残りの部分を被加工面Waの全域に渡って加工して平坦化した加工平坦面W1を形成する。このように、レーザ加工装置1は、相対的に小さいエネルギー球Eにより被加工面Waの凸部Pの残りの部分を切削するので、被加工面Waの凸部Pをより鋭く切削することができ、より平坦化した加工平坦面W1を形成することができる。次に、レーザ加工装置1は、加工平坦面W1を形成する第二加工工程が終了したか否かを判定する(ステップS15)。レーザ加工装置1は、加工平坦面W1を形成する第二加工工程が終了したと判定すると(ステップS15;Yes)、処理を終了する。また、レーザ加工装置1は、第二加工工程が終了していないと判定すると(ステップS15;No)、ステップS14に戻り、第二加工工程を実施する。なお、上述のステップS13で、レーザ加工装置1は、第一加工工程が終了していないと判定すると(ステップS13;No)、ステップS12に戻り、第一加工工程を実施する。   Next, the laser processing apparatus 1 determines whether or not the first processing step is completed (step S13). When the laser processing apparatus 1 determines that the first processing process is completed (step S13; Yes), the laser processing apparatus 1 performs a second processing process using a relatively small energy ball E (step S14). For example, the laser processing apparatus 1 drives the workpiece W placed on the mounting table 81a of the drive unit 80 by the drive unit 80, and moves the workpiece W to the machining start position. At this time, the laser processing apparatus 1 aligns the position of the lower end L of the energy sphere E with the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa. And the laser processing apparatus 1 images the unevenness | corrugation of the to-be-processed surface Wa of the to-be-processed object W with the camera 100, and moves the to-be-processed object W to the X direction or the Y direction by the XY-axis drive part 81 based on the imaged image. The remaining portion in the height direction of the convex portion P is scanned on the entire surface of the processing surface Wa while irradiating and scanning the convex portion P of the processing surface Wa with a relatively small energy sphere E of the pulse laser beam LB. Then, the processed flat surface W1 is formed by flattening. Thus, since the laser processing apparatus 1 cuts the remaining part of the convex part P of the to-be-processed surface Wa with the relatively small energy ball | bowl E, it can cut the convex part P of the to-be-processed surface Wa sharper. It is possible to form a flattened processed flat surface W1. Next, the laser processing apparatus 1 determines whether or not the second processing step for forming the processing flat surface W1 has been completed (step S15). If the laser processing apparatus 1 determines that the second processing step for forming the processing flat surface W1 has ended (step S15; Yes), the processing ends. Moreover, if the laser processing apparatus 1 determines with the 2nd process process not being complete | finished (step S15; No), it will return to step S14 and will implement a 2nd process process. In addition, if it determines with the laser beam machining apparatus 1 not having complete | finished the 1st process process by the above-mentioned step S13 (step S13; No), it will return to step S12 and will implement a 1st process process.

以上のように、実施形態3に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置1において、平坦化工程は、エネルギー球E1の下端部Lを被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせを行い、当該エネルギー球E1を有するパルスレーザ光LBを被加工面Waに照射し当該被加工面Waの凸部Pの高さ方向における一部を加工する第一加工工程と、第一加工工程の後、エネルギー球Eの下端部Lを被加工面Waにおいて加工平坦面W1を形成するための位置に位置合わせを行い、エネルギー球Eを有するパルスレーザ光LBを被加工面Waに照射し当該被加工面Waの凸部Pの高さ方向における残りの部分を加工して平坦化した加工平坦面W1を形成する第二加工工程とを含む。   As described above, in the laser processing method and the laser processing apparatus 1 according to the third embodiment, the flattening step is performed such that the lower end portion L of the energy sphere E1 is positioned at the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa. A first processing step of performing a matching process, irradiating the processing surface Wa with the pulsed laser beam LB having the energy sphere E1, and processing a part in the height direction of the convex portion P of the processing surface Wa; After the process, the lower end L of the energy sphere E is aligned with the position for forming the processing flat surface W1 on the processing surface Wa, and the processing surface Wa is irradiated with the pulse laser beam LB having the energy sphere E. And a second processing step of forming a processed flat surface W1 obtained by processing and flattening the remaining portion in the height direction of the convex portion P of the processing surface Wa.

このように、実施形態3に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、相対的に大きいエネルギー球E1により被加工面Waの凸部Pの大部分を切削し、その後、相対的に小さいエネルギー球Eにより被加工面Waの凸部Pの残り部分を切削して平坦化した加工平坦面W1を形成するので、切削時間を短縮することができると共に加工平坦面W1をより平坦化することができる。   As described above, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 according to the third embodiment cut the most part of the convex portion P of the processing surface Wa with the relatively large energy sphere E1, and then the relatively small energy sphere. Since the processed flat surface W1 obtained by cutting and flattening the remaining portion of the convex portion P of the processing surface Wa is formed by E, the cutting time can be shortened and the processed flat surface W1 can be further flattened. .

〔実施形態4〕
次に、実施形態4に係るレーザ加工方法について説明する。実施形態4に係るレーザ加工方法は、実施形態1のレーザ加工方法とエネルギー球Eのレーザ光照射方向が異なる点で相違する。実施形態4に係るレーザ加工方法は、パルスレーザ光LBのエネルギー球E2は、被加工面Waに沿って走査する走査方向に直交する直交方向に対して傾斜している。つまり、パルスレーザ光LBのエネルギー球E2は、被加工物Wの厚み方向(Z方向)に対して傾斜している(図16参照)。更に言えば、エネルギー球E2のレーザ光照射方向は、実施形態1のエネルギー球Eのレーザ光照射方向のように直交方向(Z方向)に沿って照射されず、直交方向(Z方向)に対して交差している。これにより、実施形態4に係るレーザ加工方法は、エネルギー球E2のエネルギー密度の変化が急峻なエネルギー球の短軸方向の急峻なエネルギー変化部分を使うことで被加工面Waの凸部Pをより鋭く切削することができ、平滑性を向上することができる。つまり、実施形態4に係るレーザ加工方法は、エネルギー球E2のエッジが下端部Lよりも焦点位置K近傍のほうが先鋭であり、焦点位置K近傍のエネルギー球E2により凸部Pを切削することができる。従って、実施形態4に係るレーザ加工方法は、エネルギー球E2のエネルギー密度が相対的に低い部分(例えば、エネルギー球E2の下端部L近傍)が被加工面Waに照射され難くなり、実施形態1の垂直方向(Z方向)に照射するエネルギー球Eと比較して被加工物Wに与える熱影響を抑制できる。
[Embodiment 4]
Next, a laser processing method according to Embodiment 4 will be described. The laser processing method according to the fourth embodiment is different from the laser processing method according to the first embodiment in that the laser beam irradiation direction of the energy sphere E is different. In the laser processing method according to the fourth embodiment, the energy sphere E2 of the pulsed laser beam LB is inclined with respect to the orthogonal direction orthogonal to the scanning direction of scanning along the processing surface Wa. That is, the energy sphere E2 of the pulse laser beam LB is inclined with respect to the thickness direction (Z direction) of the workpiece W (see FIG. 16). Further, the laser beam irradiation direction of the energy sphere E2 is not irradiated along the orthogonal direction (Z direction) as in the laser beam irradiation direction of the energy sphere E of the first embodiment, but with respect to the orthogonal direction (Z direction). Intersect. Thereby, in the laser processing method according to the fourth embodiment, the projecting portion P of the processing surface Wa is made more by using the steep energy change portion in the short axis direction of the energy sphere where the energy density of the energy sphere E2 is steeply changed. It can cut sharply and can improve smoothness. That is, in the laser processing method according to the fourth embodiment, the edge of the energy sphere E2 is sharper near the focal position K than the lower end L, and the convex portion P can be cut by the energy sphere E2 near the focal position K. it can. Therefore, in the laser processing method according to the fourth embodiment, it is difficult to irradiate the processing surface Wa with a portion where the energy density of the energy sphere E2 is relatively low (for example, near the lower end L of the energy sphere E2). As compared with the energy sphere E irradiated in the vertical direction (Z direction), the thermal effect on the workpiece W can be suppressed.

なお、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、アブレーション加工以外に溶融加工等により平坦化してもよい。例えば、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1は、エネルギー球Eにより被加工面Waの凸部Pを溶融し当該被加工面Waを平坦化する。   The laser processing method and the laser processing apparatus 1 may be flattened by melt processing or the like in addition to the ablation processing. For example, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 melt the convex portion P of the processing surface Wa by the energy sphere E and flatten the processing surface Wa.

また、パルスレーザ光LBは、一定の出力を連続して発振する連続波レーザ光でもよい。つまり、パルスレーザ光LBは、連続波レーザ光にエネルギー球E(E1、E2)を形成するようにしてもよい。この場合、パルスレーザ光LBは、連続波レーザ光により被加工面Waの凸部Pを溶融加工して加工平坦面W1を形成する。   The pulsed laser beam LB may be a continuous wave laser beam that continuously oscillates a constant output. That is, the pulse laser beam LB may form energy spheres E (E1, E2) in the continuous wave laser beam. In this case, the pulsed laser beam LB forms a processed flat surface W1 by melting the convex portion P of the processing surface Wa with a continuous wave laser beam.

1 レーザ加工装置
10 レーザ光照射部
81a 載置台(載置部)
110 制御部
E、E1、E2 エネルギー球
D ビーム径
LB パルスレーザ光(レーザ光)
K 焦点位置
P 凸部
Q 凹部
H 上端部
L 下端部
W 被加工物
Wa 被加工面
W1 加工平坦面
ha、h、h1、h2 高さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 10 Laser beam irradiation part 81a Mounting stand (mounting part)
110 Controllers E, E1, E2 Energy sphere D Beam diameter LB Pulse laser beam (laser beam)
K Focus position P Convex part Q Concave part H Upper end part L Lower end part Work piece Wa Work surface W1 Work flat surface ha, h, h1, h2 Height

Claims (9)

凹凸を有する被加工面にレーザ光を照射し前記被加工面の凸部を加工して平坦化した加工平坦面を形成する平坦化工程を有し、
前記平坦化工程は、
前記被加工面の凸部を加工可能な前記レーザ光の領域をレーザ光加工領域とした場合、前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせすることを特徴とするレーザ加工方法。
A flattening step of forming a processed flat surface by irradiating a processed surface having irregularities with a laser beam and processing the convex portion of the processed surface to be flattened;
The planarization step includes
When the laser beam region that can process the convex portion of the processing surface is a laser beam processing region, the processing flat surface is formed on the processing surface at the lower end portion in the laser beam irradiation direction of the laser beam processing region. A laser processing method characterized by aligning with a position to be performed.
前記平坦化工程は、
少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さと同等以下である第一レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工する請求項1に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
At least the length of the laser beam processing region in the laser beam irradiation direction from the upper end portion to the lower end portion is equal to or less than the maximum height of the convex portion of the processing surface before flattening. The laser processing method according to claim 1, wherein the convex portion of the processing surface is processed by laser light.
前記平坦化工程は、
前記レーザ光のビーム径が前記レーザ光の焦点位置のビーム径の√2倍になる前記焦点位置からの高さが2μm〜72μmである前記第一レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工する請求項2に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
The laser beam in the first laser beam machining region having a height of 2 μm to 72 μm from the focal position where the beam diameter of the laser beam is √2 times the beam diameter of the focal position of the laser beam. The laser processing method of Claim 2 which processes the said convex part of a surface.
前記平坦化工程は、
少なくとも前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における上端部から下端部までの長さが平坦化前の前記被加工面の凸部の最大の高さより大きい第二レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工する請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
At least the length from the upper end to the lower end in the laser beam irradiation direction of the laser beam processing region is greater than the maximum height of the convex portion of the processing surface before flattening by the laser beam in the second laser beam processing region. The laser processing method of any one of Claims 1-3 which process the said convex part of the said to-be-processed surface.
前記平坦化工程は、
前記被加工面に沿って走査しながら前記被加工面を平坦化する走査方向に直交する直交方向に平行である前記レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工する請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
The convex portion of the processing surface is processed by the laser beam in the laser beam processing region that is parallel to an orthogonal direction orthogonal to a scanning direction for flattening the processing surface while scanning along the processing surface. The laser processing method of any one of Claims 1-4.
前記平坦化工程は、
前記被加工面に沿って走査しながら前記被加工面を平坦化する走査方向に直交する直交方向に対して傾斜している前記レーザ光加工領域の前記レーザ光により前記被加工面の前記凸部を加工する請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
The convex portion of the processing surface by the laser beam in the laser beam processing region that is inclined with respect to an orthogonal direction orthogonal to a scanning direction for flattening the processing surface while scanning along the processing surface. The laser processing method of any one of Claims 1-4 which process.
前記平坦化工程は、
前記第二レーザ光加工領域の前記下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせを行い、当該第二レーザ光加工領域を有する前記レーザ光を前記被加工面に照射し当該被加工面の凸部の高さ方向における一部を加工する第一加工工程と、
前記第一加工工程の後、前記第一レーザ光加工領域の前記下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせを行い、前記第一レーザ光加工領域を有する前記レーザ光を前記被加工面に照射し当該被加工面の凸部の高さ方向における残りの部分を加工して平坦化した前記加工平坦面を形成する第二加工工程と、を含む請求項4に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
The lower end portion of the second laser beam processing region is aligned with a position for forming the processing flat surface on the processing surface, and the laser beam having the second laser beam processing region is aligned with the processing surface. A first processing step of irradiating a portion in the height direction of the convex portion of the processing surface;
After the first processing step, the lower end portion of the first laser beam processing region is aligned with a position for forming the processing flat surface on the processing surface, and the first laser beam processing region is provided. A second processing step of irradiating the processing surface with the laser beam to form the processing flat surface obtained by processing the remaining portion in the height direction of the convex portion of the processing surface. 4. The laser processing method according to 4.
前記平坦化工程は、
前記第一レーザ光加工領域を有する前記レーザ光を前記被加工面に照射し当該被加工面の凸部の高さ方向における一部を加工する加工工程を含み、
当該加工工程を複数回繰り返し、最終の前記加工工程では、前記第一レーザ光加工領域の前記下端部を前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせを行い、前記加工平坦面を形成する請求項1又は3に記載のレーザ加工方法。
The planarization step includes
A processing step of irradiating the processing surface with the laser light having the first laser light processing region and processing a part of the processing surface in the height direction of the convex portion;
The processing step is repeated a plurality of times, and in the final processing step, the lower end portion of the first laser beam processing region is aligned with a position for forming the processing flat surface on the processing surface, and the processing The laser processing method according to claim 1, wherein a flat surface is formed.
凹凸を有する被加工面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光照射部を制御し、前記被加工面の凸部を加工して平坦化した加工平坦面を形成する制御部と、を備え、
前記レーザ光は、
前記被加工面の凸部を加工可能な前記レーザ光の領域をレーザ光加工領域とした場合、前記レーザ光加工領域のレーザ光照射方向における下端部が前記被加工面において前記加工平坦面を形成するための位置に位置合わせされることを特徴とするレーザ加工装置。
A laser beam irradiation unit for irradiating a processing surface having irregularities with a laser beam;
A control unit that controls the laser light irradiation unit and forms a processed flat surface obtained by processing and flattening the convex portion of the processing surface;
The laser beam is
When the laser beam region capable of processing the convex portion of the processing surface is a laser beam processing region, the lower end portion in the laser beam irradiation direction of the laser beam processing region forms the processing flat surface on the processing surface. A laser processing apparatus, wherein the laser processing apparatus is aligned with a position for performing the operation.
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