JP2019136735A - Laser processing method and laser processing device - Google Patents

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Abstract

To provide a laser processing method and a laser processing device capable of shortening a processing time while restraining thermal influence received by a workpiece.SOLUTION: A laser processing method comprises an abrasion step and an oxidation layer removal step. The abrasion step forms a second processed surface having a projection part lower than a projection part of a first processed surface by removing the projection part of the first processed surface by irradiating the first processed surface having irregularities with a first pulse laser beam in an oxidative atmosphere that promotes oxidation. The oxidation layer removal step removes an oxidation layer by irradiating the oxidation layer formed on the second processed surface in the abrasion step with a second pulse laser beam different from the first pulse laser beam in an oxidation restraining atmosphere that restrains oxidation after the abrasion step.SELECTED DRAWING: Figure 19

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、レーザ加工方法として、例えば、レーザ光により被加工物の被加工面を溶融させ表面張力の作用により被加工面を平坦化する方法がある。なお、特許文献1には、レーザ光により被加工面を除去して凹部を形成する材料加工方法が開示されている。   Conventionally, as a laser processing method, for example, there is a method in which a processing surface of a workpiece is melted by laser light and the processing surface is flattened by the action of surface tension. Patent Document 1 discloses a material processing method for forming a recess by removing a processing surface with a laser beam.

特開2008−119735号公報JP 2008-119735 A

ところで、従来のレーザ加工方法は、例えば、被加工面を平坦化する場合に、熱影響により被加工物が変形する等の軟化や変態が生じるおそれがあり、この熱影響を考慮してレーザのパワーを下げた場合、加工時間が増加する傾向にある。   By the way, in the conventional laser processing method, for example, when the processing surface is flattened, there is a risk that softening or transformation such as deformation of the workpiece may occur due to thermal effects. When the power is lowered, the processing time tends to increase.

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被加工物が受ける熱影響を抑制した上で加工時間を短縮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 it is an object of the present invention to provide a laser processing method and a laser processing apparatus capable of reducing the processing time while suppressing the thermal influence on the workpiece. And

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、酸化を促進する酸化雰囲気において、凹凸を有する第一被加工面に第一レーザ光を照射して前記第一被加工面の凸部を除去し、前記第一被加工面の凸部よりも低い凸部を有する第二被加工面を形成する除去工程と、前記除去工程の後、酸化を抑制する酸化抑制雰囲気において、前記除去工程で前記第二被加工面に形成された酸化層に前記第一レーザ光とは異なる第二レーザ光を照射して当該酸化層を除去する酸化層除去工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the laser processing method according to the present invention irradiates the first laser beam onto the first processed surface having irregularities in an oxidizing atmosphere that promotes oxidation, and A removal step of removing a convex portion of one processed surface and forming a second processed surface having a convex portion lower than the convex portion of the first processed surface, and an oxidation that suppresses oxidation after the removing step An oxide layer removal step of removing the oxide layer by irradiating the oxide layer formed on the second processed surface in the removal step with a second laser beam different from the first laser beam in a suppression atmosphere; It is characterized by having.

上記レーザ加工方法において、前記酸化層除去工程の後、前記酸化層が除去された前記第二被加工面に前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光とは異なる第三レーザ光を照射して当該第二被加工面の凸部を溶融し当該第二被加工面を平坦化した加工平坦面を形成する溶融工程をさらに有することが好ましい。   In the laser processing method, after the oxide layer removal step, the second laser beam is irradiated with a third laser beam different from the first laser beam and the second laser beam. It is preferable to further have a melting step of forming a processed flat surface by melting the convex portion of the second processed surface and flattening the second processed surface.

上記レーザ加工方法において、前記酸化層除去工程では、前記第二レーザ光により前記第二被加工面に形成された前記酸化層を除去し、且つ、前記第二レーザ光により前記第二被加工面の凸部を溶融し当該第二被加工面を平坦化した加工平坦面を形成することが好ましい。   In the laser processing method, in the oxide layer removal step, the oxide layer formed on the second processing surface is removed by the second laser light, and the second processing surface is processed by the second laser light. It is preferable to form a processed flat surface by melting the convex portions of the first flat surface and flattening the second processed surface.

本発明に係るレーザ加工装置は、凹凸を有する第一被加工面に、第一レーザ光と、前記第一レーザ光とは異なる第二レーザ光とを照射するレーザ光照射部と、酸化を促進する酸化促進用ガス又は酸化を抑制する酸化抑制用ガスを供給するガス供給装置と、前記レーザ光照射部及び前記ガス供給装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ガス供給装置を制御し前記酸化促進用ガスにより形成した酸化雰囲気において、前記レーザ光照射部を制御し前記第一被加工面に前記第一レーザ光を照射して前記第一被加工面の凸部を除去し、前記第一被加工面の凸部よりも低い凸部を有する第二被加工面を形成し、前記第二被加工面を形成後、前記ガス供給装置を制御し前記酸化抑制用ガスにより形成した酸化抑制雰囲気において、前記レーザ光照射部を制御し前記第二被加工面に形成された酸化層に前記第一レーザ光とは異なる第二レーザ光を照射して前記酸化層を除去することを特徴とする。   The laser processing apparatus according to the present invention promotes oxidation by a laser beam irradiation unit that irradiates a first workpiece surface having irregularities with a first laser beam and a second laser beam different from the first laser beam. A gas supply device that supplies an oxidation promoting gas or an oxidation suppression gas that suppresses oxidation, and a control unit that controls the laser light irradiation unit and the gas supply device, wherein the control unit supplies the gas supply In an oxidizing atmosphere formed by the oxidation promoting gas by controlling the apparatus, the laser beam irradiation unit is controlled to irradiate the first laser beam to the first laser beam to form a convex portion of the first workpiece surface. Removing, forming a second workpiece surface having a convex portion lower than the convex portion of the first workpiece surface, and after forming the second workpiece surface, controlling the gas supply device to control the oxidation suppressing gas In the oxidation-inhibiting atmosphere formed by And removing the oxide layer by irradiating a different second laser beam said the first laser beam formed by controlling the light irradiation portion and the second surface to be processed oxide layer.

本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置は、酸化雰囲気において、第一レーザ光により被加工物の第一被加工面の凸部を除去した第二被加工面を形成し、酸化抑制雰囲気において、第二レーザ光により、除去時に第二被加工面に形成された酸化層を除去する。これにより、レーザ加工方法及びレーザ加工装置は、被加工物を除去することにより当該被加工物が受ける熱影響を抑制することができ、酸化反応熱により除去加工を促進することで加工時間を短縮することができる。   A laser processing method and a laser processing apparatus according to the present invention form a second workpiece surface by removing a convex portion of a first workpiece surface of a workpiece by a first laser beam in an oxidizing atmosphere, and in an oxidation-inhibiting atmosphere. Then, the oxide layer formed on the second processed surface at the time of removal is removed by the second laser beam. Thereby, the laser processing method and the laser processing apparatus can suppress the thermal influence which the said workpiece receives by removing a workpiece, and shorten processing time by accelerating removal processing by oxidation reaction heat can do.

図1は、実施形態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 an embodiment. 図2は、実施形態に係るガス供給装置の構成例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the gas supply device according to the embodiment. 図3は、実施形態に係るアブレーション工程を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an ablation process according to the embodiment. 図4は、実施形態に係るアブレーション工程のレーザ強度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a laser intensity distribution in the ablation process according to the embodiment. 図5は、実施形態に係るアブレーション工程を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an ablation process according to the embodiment. 図6は、実施形態に係る酸化層及び酸化デブリの形成例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of forming an oxide layer and oxide debris according to the embodiment. 図7は、実施形態に係る酸化層及び酸化デブリの形成例を示す画像(上面図)である。FIG. 7 is an image (top view) showing an example of forming an oxide layer and oxide debris according to the embodiment. 図8は、実施形態に係る酸化層及び酸化デブリの形成例を示す画像(断面図)である。FIG. 8 is an image (cross-sectional view) showing an example of forming an oxide layer and oxide debris according to the embodiment. 図9は、実施形態に係る酸化層除去工程を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an oxide layer removing process according to the embodiment. 図10は、実施形態に係る酸化層及び酸化デブリが除去された第二被加工面の形成例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of forming the second processed surface from which the oxide layer and oxide debris according to the embodiment have been removed. 図11は、実施形態に係る酸化層及び酸化デブリが除去された第二被加工面の形成例を示す画像(上面図)である。FIG. 11 is an image (top view) showing a formation example of the second processed surface from which the oxide layer and oxide debris according to the embodiment have been removed. 図12は、実施形態に係る酸化層及び酸化デブリが除去された第二被加工面の形成例を示す画像(断面図)である。FIG. 12 is an image (cross-sectional view) showing an example of forming the second processed surface from which the oxide layer and oxide debris according to the embodiment have been removed. 図13は、実施形態に係る溶融工程を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a melting step according to the embodiment. 図14は、実施形態に係る溶融工程のレーザ強度分布を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a laser intensity distribution in the melting step according to the embodiment. 図15は、実施形態に係る溶融工程を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a melting step according to the embodiment. 図16は、実施形態に係る加工平坦面の形成例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an example of forming a processed flat surface according to the embodiment. 図17は、実施形態に係る加工平坦面の形成例を示す画像(上面図)である。FIG. 17 is an image (top view) showing an example of forming a processed flat surface according to the embodiment. 図18は、実施形態に係る加工平坦面の形成例を示す画像(断面図)である。FIG. 18 is an image (cross-sectional view) showing an example of forming a processed flat surface according to the embodiment. 図19は、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。FIG. 19 is a flowchart illustrating the laser processing method according to the embodiment. 図20は、比較例に係る酸化抑制雰囲気においてアブレーション加工を行う加工量を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a processing amount for performing the ablation processing in the oxidation-inhibiting atmosphere according to the comparative example. 図21は、実施形態に係る酸化雰囲気においてアブレーション加工を行う加工量を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a processing amount for performing the ablation processing in the oxidizing atmosphere according to the 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〕
実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置1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にパルスレーザ光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。ここで、被加工物Wは、例えば、金属素材等から形成される。被加工物Wは、例えば、3Dプリンタによる積層造形物や、ツールマーク等が形成された金属加工物である。以下、レーザ加工方法及びレーザ加工装置1について詳細に説明する。
Embodiment
The laser processing method and the laser processing apparatus 1 according to the embodiment will be described. The laser processing method is a method of processing the workpiece surface Wa by irradiating the workpiece surface Wa of the workpiece W with pulsed laser light. 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. Here, the workpiece W is formed of, for example, a metal material. The workpiece W is, for example, a layered product by a 3D printer, a metal workpiece on which a tool mark or the like is formed. Hereinafter, the laser processing method and the laser processing apparatus 1 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、第一方向と前記第二方向とは、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であり、第三方向は、仮想平面に直交する方向である。   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. 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 a direction orthogonal to the virtual plane.

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、ガス供給装置110と、制御部120とを備える。   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, a gas supply device 110, and a control unit 120.

レーザ光照射部10は、パルス状の出力(パルスレーザ光LB)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。レーザ光照射部10は、例えば、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、5kHz〜10MHz程度であり、パルス幅は、50ps〜1μs程度であり、出力パワーは、10W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、1.2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の立ち上がりと立ち下がりの時間間隔である。レーザ光照射部10は、MOPAを用いることによりパルス幅を可変することができるので、様々な加工に対応することができ、加工コストを抑制することができる。 The laser beam irradiation unit 10 is a laser beam oscillator that oscillates a pulsed output (pulsed laser beam LB) at a constant repetition frequency. The laser beam irradiation unit 10 is, for example, a master oscillator output amplifier (MOPA) using a variable pulse width 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 5 kHz to 10 MHz, the pulse width is about 50 ps to 1 μs, the output power is 10 W or more, The wave is straight, the beam quality square (M 2 ) is less than 1.2, 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 a time interval between the rise and fall of the pulse at a point that is half the peak power of the pulse laser beam LB. Since the laser beam irradiation unit 10 can change the pulse width by using MOPA, the laser beam irradiation unit 10 can cope with various types of processing and can suppress the processing cost.

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等を含む光学系に対して被加工物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、平板状の載置台81aと、固定部(図示省略)と、ボールネジ等から構成されるXY軸駆動機構(図示省略)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等の光学系に対して被加工物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Z軸駆動機構(図示省略)を備え、Z軸駆動機構により対物レンズ70等の光学系に対して被加工物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 optical system including the objective lens 70 and the like. 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 plate-like mounting table 81a, a fixing unit (not shown), and an XY axis drive 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 X or Y axis driving mechanism moves the workpiece W to the optical system such as the objective lens 70 in the X direction or Move relative to Y direction. The Z-axis drive unit 82 includes a Z-axis drive mechanism (not shown) configured by a ball screw or the like, and moves the workpiece W relative to the optical system such as 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120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 120.

ガス供給装置110は、ガスを供給するものである。ガス供給装置110は、例えば、図2に示すように、空気配管111と、ガス配管112と、分岐コネクタ113と、混合ガス配管114と、第1流量調整部115と、第2流量調整部116と、集塵機117とを含んで構成される。   The gas supply device 110 supplies gas. For example, as shown in FIG. 2, the gas supply device 110 includes an air pipe 111, a gas pipe 112, a branch connector 113, a mixed gas pipe 114, a first flow rate adjustment unit 115, and a second flow rate adjustment unit 116. And a dust collector 117.

空気配管111は、酸化促進用ガス(助燃性ガス)としての空気(大気)を供給可能な配管である。空気配管111は、一端が空気供給部(図示省略)に接続され他端が分岐コネクタ113に接続されている。空気配管111は、空気供給部から供給される空気を分岐コネクタ113に向けて流す。   The air pipe 111 is a pipe capable of supplying air (atmosphere) as an oxidation promoting gas (a support gas). The air pipe 111 has one end connected to an air supply unit (not shown) and the other end connected to the branch connector 113. The air pipe 111 flows the air supplied from the air supply unit toward the branch connector 113.

ガス配管112は、酸化抑制用ガスとしての不活性ガス(例えばアルゴン、窒素ガス等)を供給可能な配管である。ガス配管112は、一端が不活性ガス供給部(図示省略)に接続され他端が分岐コネクタ113に接続されている。ガス配管112は、不活性ガス供給部から供給される不活性ガスを分岐コネクタ113に向けて流す。   The gas pipe 112 is a pipe capable of supplying an inert gas (for example, argon, nitrogen gas, etc.) as an oxidation suppression gas. The gas pipe 112 has one end connected to an inert gas supply unit (not shown) and the other end connected to the branch connector 113. The gas pipe 112 flows the inert gas supplied from the inert gas supply unit toward the branch connector 113.

分岐コネクタ113は、流体を分岐又は混合させるコネクタである。分岐コネクタ113は、いわゆるT型分岐コネクタであり、第1流入口113a、第2流入口113b、及び、流出口113cを有している。分岐コネクタ113は、第1流入口113aが空気配管111に接続され、第2流入口113bがガス配管112に接続され、流出口113cが混合ガス配管114に接続されている。分岐コネクタ113は、例えば、空気配管111を介して流れる空気、及び、ガス配管112を介して流れる不活性ガスを混合する。そして、分岐コネクタ113は、空気及び不活性ガスを混合した混合ガスを混合ガス配管114に向けて流す。   The branch connector 113 is a connector that branches or mixes the fluid. The branch connector 113 is a so-called T-type branch connector, and has a first inlet 113a, a second inlet 113b, and an outlet 113c. The branch connector 113 has a first inlet 113 a connected to the air pipe 111, a second inlet 113 b connected to the gas pipe 112, and an outlet 113 c connected to the mixed gas pipe 114. The branch connector 113 mixes, for example, air flowing through the air pipe 111 and inert gas flowing through the gas pipe 112. And the branch connector 113 flows the mixed gas which mixed air and an inert gas toward the mixed gas piping 114. FIG.

混合ガス配管114は、空気、不活性ガス、又は、混合ガスが流通可能な配管である。混合ガス配管114は、一端が分岐コネクタ113に接続され、他端にノズル114aが設けられている。混合ガス配管114は、ノズル114aが被加工物Wに向けられている。混合ガス配管114は、分岐コネクタ113から流出した空気、不活性ガス、又は、混合ガスをノズル114aから被加工物Wの被加工面Waに噴射する。   The mixed gas pipe 114 is a pipe through which air, inert gas, or mixed gas can flow. One end of the mixed gas pipe 114 is connected to the branch connector 113, and a nozzle 114a is provided at the other end. In the mixed gas pipe 114, the nozzle 114 a is directed to the workpiece W. The mixed gas pipe 114 injects air, inert gas, or mixed gas flowing out from the branch connector 113 onto the workpiece surface Wa of the workpiece W from the nozzle 114a.

第1流量調整部115は、流体の流量を調整及び計測する計測器である。第1流量調整部115は、第1調整バルブ115a及び第1流量計115bを有する。第1調整バルブ115a及び第1流量計115bは、空気配管111に設けられ、それぞれ制御部120に接続される。第1調整バルブ115aは、制御部120から出力される制御信号に基づいて空気配管111を流れる空気の流量を調整する。第1流量計115bは、空気配管111を流れる空気の流量を計測し、計測した空気の流量を制御部120に出力する。   The first flow rate adjusting unit 115 is a measuring instrument that adjusts and measures the flow rate of the fluid. The first flow rate adjustment unit 115 includes a first adjustment valve 115a and a first flow meter 115b. The first adjustment valve 115a and the first flow meter 115b are provided in the air pipe 111 and are connected to the control unit 120, respectively. The first adjustment valve 115 a adjusts the flow rate of air flowing through the air pipe 111 based on a control signal output from the control unit 120. The first flow meter 115 b measures the flow rate of air flowing through the air pipe 111 and outputs the measured flow rate of air to the control unit 120.

第2流量調整部116は、流体の流量を調整及び計測する計測器である。第2流量調整部116は、第2調整バルブ116a及び第2流量計116bを有する。第2調整バルブ116a及び第2流量計116bは、ガス配管112に設けられ、それぞれ制御部120に接続される。第2調整バルブ116aは、制御部120から出力される制御信号に基づいてガス配管112を流れる不活性ガスの流量を調整する。第2流量計116bは、ガス配管112を流れる不活性ガスの流量を計測し、計測した不活性ガスの流量を制御部120に出力する。   The second flow rate adjusting unit 116 is a measuring instrument that adjusts and measures the flow rate of the fluid. The second flow rate adjustment unit 116 includes a second adjustment valve 116a and a second flow meter 116b. The second adjustment valve 116a and the second flow meter 116b are provided in the gas pipe 112 and are connected to the control unit 120, respectively. The second adjustment valve 116 a adjusts the flow rate of the inert gas flowing through the gas pipe 112 based on the control signal output from the control unit 120. The second flow meter 116 b measures the flow rate of the inert gas flowing through the gas pipe 112 and outputs the measured flow rate of the inert gas to the control unit 120.

制御部120は、レーザ加工装置1を制御するものである。制御部120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120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。また、制御部120は、第1流量計115bから出力される空気の流量に基づいて制御信号を出力し第1調整バルブ115aを制御する。また、制御部120は、第2流量計116bから出力される不活性ガスの流量に基づいて制御信号を出力し第2調整バルブ116aを制御する。   The control unit 120 controls the laser processing apparatus 1. The control unit 120 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 120 controls the optical system such as the laser beam irradiation unit 10 and the shutter 20 to adjust the output of the pulsed laser beam LB. Further, the control unit 120 outputs a control signal based on the air flow rate output from the first flow meter 115b to control the first adjustment valve 115a. Further, the control unit 120 outputs a control signal based on the flow rate of the inert gas output from the second flow meter 116b to control the second adjustment valve 116a.

集塵機117は、粉塵を収集する機器である。集塵機117は、粉塵を収集する収集管117aを有し、当該収集管117aの一端が被加工物Wに向けられている。集塵機117は、被加工物Wを加工する際に生じる酸化デブリD(粉塵)を収集管117aを介して収集する。   The dust collector 117 is a device that collects dust. The dust collector 117 has a collection tube 117 a that collects dust, and one end of the collection tube 117 a is directed to the workpiece W. The dust collector 117 collects oxidized debris D (dust) generated when the workpiece W is processed through the collection tube 117a.

次に、レーザ加工装置1によるアブレーション加工について説明する。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非熱加工である。レーザ加工装置1は、アブレーション加工では、パルス幅がピコ秒オーダー又はそれ以下の短パルス幅である第一パルスレーザ光LB1(第一レーザ光)を用いる。第一パルスレーザ光LB1は、後述する第二パルスレーザ光LB2(第二レーザ光)及び第三パルスレーザ光LB3(第三レーザ光)よりもレーザ強度のピーク値が高く(図4、図14参照)且つパルス幅が短い。第一パルスレーザ光LB1は、レーザ強度のピーク値が、第一被加工面W1の凸部P1の最大の高さ(例えば10μmを超える高さ)に相当する加工深さを得ることが可能な光エネルギー密度である。第一被加工面W1の凸部P1は、第一被加工面W1の最も深い部分(凹部Qの底)を基準位置とした場合、Z方向に沿って突出している部分である(図3参照)。第一パルスレーザ光LB1は、第一被加工面W1に照射された部分の径であるスポット径r1が第三パルスレーザ光LB3のスポット径r2よりも小さい(図3、図13参照)。   Next, ablation processing by the laser processing apparatus 1 will be described. 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 non-thermal processing in which the processing portion is instantly evaporated, scattered and removed, so that the thermal influence on the periphery of the processing portion is small and thermal damage is small. In the ablation processing, the laser processing apparatus 1 uses the first pulse laser beam LB1 (first laser beam) whose pulse width is a short pulse width on the order of picoseconds or less. The first pulse laser beam LB1 has a higher peak value of laser intensity than a second pulse laser beam LB2 (second laser beam) and a third pulse laser beam LB3 (third laser beam) described later (FIGS. 4 and 14). See) and the pulse width is short. The first pulse laser beam LB1 can obtain a machining depth at which the peak value of the laser intensity corresponds to the maximum height (for example, a height exceeding 10 μm) of the convex portion P1 of the first workpiece surface W1. Light energy density. The convex portion P1 of the first workpiece surface W1 is a portion protruding along the Z direction when the deepest portion of the first workpiece surface W1 (the bottom of the recess Q) is used as a reference position (see FIG. 3). ). The first pulse laser beam LB1 has a spot diameter r1 that is the diameter of the portion irradiated to the first workpiece surface W1 smaller than the spot diameter r2 of the third pulse laser beam LB3 (see FIGS. 3 and 13).

レーザ加工装置1は、アブレーション工程の場合、被加工物Wの酸化(酸化層Vの生成)を促進する酸化雰囲気を形成する。ここで、酸化雰囲気とは、大気下による酸化雰囲気及び意図的に形成する酸化雰囲気を含む。大気下による酸化雰囲気は、大気(空気)により形成される。また、意図的に形成する酸化雰囲気は、酸化を促進させる気体(例えば酸素等)を意図的に混合した混合気体により形成される。大気下による酸化雰囲気でアブレーション工程を行う場合には、意図的に酸化雰囲気を形成するような雰囲気の調整が必要ないため、作業負荷を軽減することができる。本実施形態では、レーザ加工装置1は、ガス供給装置110により空気(大気)を被加工物Wに噴射することで大気下による酸化雰囲気を形成する。レーザ加工装置1は、例えば、制御部120により空気を供給するための制御信号を第1調整バルブ115aに送信し、当該第1調整バルブ115aにより空気が空気配管111を通過可能である空気通過状態とする。また、レーザ加工装置1は、制御部120により不活性ガスを供給停止とするための制御信号を第2調整バルブ116aに送信し、当該第2調整バルブ116aにより不活性ガスがガス配管112を通過不可であるガス停止状態とする。レーザ加工装置1は、空気通過状態且つガス停止状態とすることにより空気を被加工物Wに向けて噴射し、当該被加工物Wの酸化(酸化層Vの生成)を促進する酸化雰囲気を形成する。レーザ加工装置1は、図5に示すように、この酸化雰囲気において、第一被加工面W1に第一パルスレーザ光LB1を照射して第一被加工面W1の表層、特に凸部P1を選択的に除去する。そして、レーザ加工装置1は、図6に示すように、第一被加工面W1の凸部P1よりも低い凸部P2を有する第二被加工面W2を形成する。つまり、レーザ加工装置1は、第一被加工面W1に第一パルスレーザ光LB1を照射し第一被加工面W1の表層、特に凸部P1を選択的に瞬時に蒸発、飛散することで第一被加工面W1の凸部P1を除去して第二被加工面W2を形成する。レーザ加工装置1は、アブレーション加工により第一被加工面W1の表面粗さ(凹凸)Raを例えば0.5μm程度〜0.8μm程度まで低減させた第二被加工面W2を形成する。レーザ加工装置1は、例えば、加工影響範囲を相対的に小さくすることで第一被加工面W1のより細かい凸部P1を除去し、0.5μm程度まで低減させた第二被加工面W2を形成することができる。ここで、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。レーザ加工装置1は、酸化雰囲気でアブレーション加工を行うので、被加工物Wの酸化(酸化層Vの生成)を抑制する酸化抑制雰囲気でアブレーション加工する場合と比較して酸化反応熱によりアブレーション加工を促進することができる。このとき、レーザ加工装置1は、図6、図7、図8に示すように、酸化雰囲気で照射される第一パルスレーザ光LB1により第二被加工面W2の表面が酸化した酸化層Vが形成され、酸化層Vの一部が気化したもの同士が結合して生じる酸化デブリDが酸化層Vの上に堆積される。ここで、図6は、酸化層V及び酸化デブリDの形成例を示す模式図である。図7は、酸化層V及び酸化デブリDの形成例を示す画像(上面図)である。図8は、酸化層V及び酸化デブリDの形成例を示す画像(断面図)である。レーザ加工装置1は、混合ガス配管114のノズル114aから噴射する空気により酸化デブリDを吹き飛ばして除去するが、完全には酸化デブリDを除去することができない。   In the case of the ablation process, the laser processing apparatus 1 forms an oxidizing atmosphere that promotes oxidation of the workpiece W (generation of the oxide layer V). Here, the oxidizing atmosphere includes an oxidizing atmosphere under the atmosphere and an oxidizing atmosphere that is intentionally formed. The oxidizing atmosphere under the atmosphere is formed by the atmosphere (air). Further, the oxidizing atmosphere that is intentionally formed is formed by a mixed gas in which a gas that promotes oxidation (for example, oxygen or the like) is intentionally mixed. When the ablation process is performed in an oxidizing atmosphere under the atmosphere, it is not necessary to adjust the atmosphere so as to intentionally form an oxidizing atmosphere, so the work load can be reduced. In the present embodiment, the laser processing apparatus 1 forms an oxidizing atmosphere under the atmosphere by injecting air (atmosphere) to the workpiece W by the gas supply device 110. The laser processing apparatus 1 transmits, for example, a control signal for supplying air by the control unit 120 to the first adjustment valve 115a, and an air passage state in which air can pass through the air pipe 111 by the first adjustment valve 115a. And In addition, the laser processing apparatus 1 transmits a control signal for stopping the supply of the inert gas to the second adjustment valve 116a by the control unit 120, and the inert gas passes through the gas pipe 112 by the second adjustment valve 116a. The gas stop state is disabled. The laser processing apparatus 1 injects air toward the workpiece W by setting the air passage state and the gas stop state, thereby forming an oxidizing atmosphere that promotes oxidation (generation of the oxide layer V) of the workpiece W. To do. As shown in FIG. 5, the laser processing apparatus 1 irradiates the first processing surface W1 with the first pulse laser beam LB1 in this oxidizing atmosphere to select the surface layer of the first processing surface W1, particularly the convex portion P1. To remove. And the laser processing apparatus 1 forms the 2nd to-be-processed surface W2 which has the convex part P2 lower than the convex part P1 of the 1st to-be-processed surface W1, as shown in FIG. That is, the laser processing apparatus 1 irradiates the first pulsed laser beam LB1 onto the first processing surface W1 and selectively instantly evaporates and scatters the surface layer of the first processing surface W1, particularly the convex portion P1. The convex part P1 of the one work surface W1 is removed to form a second work surface W2. The laser processing apparatus 1 forms the second processed surface W2 by reducing the surface roughness (unevenness) Ra of the first processed surface W1 to, for example, about 0.5 μm to 0.8 μm by ablation processing. For example, the laser processing apparatus 1 removes the fine convex portion P1 of the first processing surface W1 by relatively reducing the processing influence range, and the second processing surface W2 reduced to about 0.5 μm. Can be formed. Here, 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. Since the laser processing apparatus 1 performs ablation processing in an oxidizing atmosphere, the ablation processing is performed by oxidation reaction heat as compared with the case of performing the ablation processing in an oxidation-inhibiting atmosphere that suppresses oxidation of the workpiece W (generation of the oxidized layer V). Can be promoted. At this time, as shown in FIGS. 6, 7, and 8, the laser processing apparatus 1 includes an oxide layer V in which the surface of the second processed surface W <b> 2 is oxidized by the first pulse laser beam LB <b> 1 irradiated in an oxidizing atmosphere. Oxide debris D, which is formed and formed by bonding the vaporized portions of the oxide layer V, is deposited on the oxide layer V. Here, FIG. 6 is a schematic view showing an example of forming the oxide layer V and the oxide debris D. FIG. 7 is an image (top view) showing an example of forming the oxide layer V and the oxide debris D. FIG. 8 is an image (cross-sectional view) showing a formation example of the oxide layer V and the oxide debris D. Although the laser processing apparatus 1 blows off and removes the oxidized debris D by the air jetted from the nozzle 114a of the mixed gas pipe 114, it cannot completely remove the oxidized debris D.

レーザ加工装置1は、酸化層除去加工では、第二被加工面W2に形成された酸化層V及び酸化デブリDを除去する。レーザ加工装置1は、第二パルスレーザ光LB2(第二レーザ光)を用いて、第二被加工面W2に形成された酸化層V及び酸化デブリDを除去し、且つ、第二被加工面W2の凸部P2を可能な限り溶融しない。第二パルスレーザ光LB2は、例えば、パルス幅がナノ秒〜マイクロ秒オーダーのパルス幅である。第二パルスレーザ光LB2は、第一パルスレーザ光LB1よりもレーザ強度のピーク値が低く、且つ、後述する溶融加工で用いる第三パルスレーザ光LB3(第三レーザ光)よりもレーザ強度のピーク値が低い。第二パルスレーザ光LB2は、例えば、レーザ強度のピーク値が、第二被加工面W2の酸化層V及び酸化デブリDを除去可能であり、且つ、可能な限り第二被加工面W2を加工しない光エネルギー密度である。第二パルスレーザ光LB2は、第二パルスレーザ光LB2は、第一パルスレーザ光LB1よりもパルス幅が広く、且つ、第三パルスレーザ光LB3とパルス幅が同等である。   In the oxide layer removal processing, the laser processing apparatus 1 removes the oxide layer V and the oxide debris D formed on the second processed surface W2. The laser processing apparatus 1 uses the second pulse laser beam LB2 (second laser beam) to remove the oxide layer V and the oxidized debris D formed on the second processing surface W2, and the second processing surface. The convex part P2 of W2 is not melted as much as possible. For example, the second pulse laser beam LB2 has a pulse width of the order of nanoseconds to microseconds. The second pulse laser beam LB2 has a laser intensity peak value lower than that of the first pulse laser beam LB1, and has a laser intensity peak value higher than that of a third pulse laser beam LB3 (third laser beam) used in melt processing described later. The value is low. The second pulse laser beam LB2 has, for example, a peak value of the laser intensity that can remove the oxide layer V and the oxidized debris D on the second processed surface W2, and processes the second processed surface W2 as much as possible. Not light energy density. The second pulse laser beam LB2 has a pulse width wider than that of the first pulse laser beam LB1, and the pulse width is equal to that of the third pulse laser beam LB3.

レーザ加工装置1は、酸化層除去工程の場合、ガス供給装置110により不活性ガスを被加工物Wに供給する。レーザ加工装置1は、例えば、制御部120により空気を供給停止するための制御信号を第1調整バルブ115aに送信し、当該第1調整バルブ115aにより空気が空気配管111を通過不可である空気停止状態とする。また、レーザ加工装置1は、制御部120により不活性ガスを供給するための制御信号を第2調整バルブ116aに送信し、当該第2調整バルブ116aにより不活性ガスがガス配管112を通過可能であるガス通過状態とする。レーザ加工装置1は、空気停止状態且つガス通過状態とすることにより不活性ガスを被加工物Wに向けて噴射し、当該被加工物Wの酸化(酸化層Vの生成)を抑制する酸化抑制雰囲気(不活性ガス雰囲気)を形成する。レーザ加工装置1は、図9に示すように、この酸化抑制雰囲気において、第二被加工面W2の酸化層V及び酸化デブリDに第二パルスレーザ光LB2を照射して酸化層V及び酸化デブリDを除去する。ここで、例えば、光波長1μmにおける光吸収率は、鉄の非酸化物が35%であり、鉄の酸化物が85%であり、酸化物のほうが非酸化物より光吸収率が高い。従って、酸化層Vは、第二パルスレーザ光LB2により加熱されて気化し、又は、高温下で還元反応が促進されて除去される。そして、レーザ加工装置1は、図10、図11、図12に示すように、酸化層V及び酸化デブリDを除去した第二被加工面W2を形成する。ここで、図10は、酸化層V及び酸化デブリDが除去された第二被加工面W2の形成例を示す模式図である。図11は、酸化層V及び酸化デブリDが除去された第二被加工面W2の形成例を示す画像(上面図)である。図12は、酸化層V及び酸化デブリDが除去された第二被加工面W2の形成例を示す画像(断面図)である。   In the case of the oxide layer removal process, the laser processing apparatus 1 supplies an inert gas to the workpiece W by the gas supply apparatus 110. For example, the laser processing apparatus 1 transmits a control signal for stopping supply of air to the first adjustment valve 115a by the control unit 120, and the air stop in which air cannot pass through the air pipe 111 by the first adjustment valve 115a. State. Further, the laser processing apparatus 1 transmits a control signal for supplying an inert gas by the control unit 120 to the second adjustment valve 116a, and the inert gas can pass through the gas pipe 112 by the second adjustment valve 116a. A certain gas passage state is assumed. The laser processing apparatus 1 injects an inert gas toward the workpiece W by setting the air stopped state and the gas passage state, and suppresses oxidation to suppress oxidation (generation of the oxide layer V) of the workpiece W. An atmosphere (inert gas atmosphere) is formed. As shown in FIG. 9, the laser processing apparatus 1 irradiates the oxidized layer V and oxidized debris D on the second processed surface W2 with the second pulsed laser beam LB2 in this oxidation-suppressed atmosphere, thereby oxidizing the oxidized layer V and oxidized debris. Remove D. Here, for example, the light absorptance at a light wavelength of 1 μm is 35% for iron non-oxide and 85% for iron oxide, and the oxide has higher light absorptance than the non-oxide. Therefore, the oxide layer V is heated and vaporized by the second pulse laser beam LB2, or is removed by promoting a reduction reaction at a high temperature. And the laser processing apparatus 1 forms the 2nd to-be-processed surface W2 from which the oxide layer V and the oxidation debris D were removed, as shown in FIG.10, FIG.11, FIG.12. Here, FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of forming the second processed surface W2 from which the oxide layer V and the oxide debris D have been removed. FIG. 11 is an image (top view) showing an example of forming the second processed surface W2 from which the oxide layer V and the oxidized debris D have been removed. FIG. 12 is an image (sectional view) showing an example of forming the second processed surface W2 from which the oxide layer V and the oxidized debris D have been removed.

レーザ加工装置1は、酸化層V及び酸化デブリDを除去した第二被加工面W2の表層、特に凸部P2を選択的に溶融して平坦化する。レーザ加工装置1は、溶融加工では、例えば、パルス幅がナノ秒〜マイクロ秒オーダーのパルス幅である第三パルスレーザ光LB3(第三レーザ光)を用いる。第三パルスレーザ光LB3は、第一パルスレーザ光LB1よりもレーザ強度のピーク値が低く、且つ、酸化層除去工程で用いる第二パルスレーザ光LB2よりもレーザ強度のピーク値が高い。第三パルスレーザ光LB3は、レーザ強度のピーク値が、加工深さ方向(Z方向)への加工影響が第一パルスレーザ光LB1より小さく第二被加工面W2の凸部P2を溶融することが可能な光エネルギー密度である。第二パルスレーザ光LB2は、第一パルスレーザ光LB1よりもパルス幅が広く、且つ、第三パルスレーザ光LB3とパルス幅が同等である。第三パルスレーザ光LB3のスポット径r2は、第一パルスレーザ光LB1のスポット径r1よりも大きい。また、第三パルスレーザ光LB3のスポット径r2は、第二被加工面W2の隣接する凸部P2の間隔よりも大きいことが好ましい。これは、加工時間を低減できるほか、第二被加工面W2の隣接する凸部P2と当該凸部P2の間の凹部とに第三パルスレーザ光LB3の加工スポットが及ぶことにより表面張力を得やすくうねりを除去できるため、長周期の凹凸成分に対して効率的に平滑化ができる。   The laser processing apparatus 1 selectively melts and flattens the surface layer of the second processed surface W2 from which the oxide layer V and the oxidized debris D have been removed, particularly the projection P2. In the melt processing, the laser processing apparatus 1 uses, for example, a third pulse laser beam LB3 (third laser beam) having a pulse width on the order of nanoseconds to microseconds. The third pulse laser beam LB3 has a lower laser intensity peak value than the first pulse laser beam LB1, and a higher laser intensity peak value than the second pulse laser beam LB2 used in the oxide layer removal step. In the third pulse laser beam LB3, the peak value of the laser intensity has a processing effect in the processing depth direction (Z direction) smaller than that of the first pulse laser beam LB1, and the convex portion P2 of the second processed surface W2 is melted. Is the light energy density possible. The second pulse laser beam LB2 has a wider pulse width than the first pulse laser beam LB1, and has the same pulse width as the third pulse laser beam LB3. The spot diameter r2 of the third pulse laser beam LB3 is larger than the spot diameter r1 of the first pulse laser beam LB1. Moreover, it is preferable that the spot diameter r2 of the third pulse laser beam LB3 is larger than the interval between the adjacent convex portions P2 of the second workpiece surface W2. This can reduce the processing time and obtain surface tension by the processing spot of the third pulse laser beam LB3 reaching the adjacent convex portion P2 of the second workpiece surface W2 and the concave portion between the convex portions P2. Since waviness can be easily removed, smoothing can be efficiently performed on long-period uneven components.

レーザ加工装置1は、溶融工程の場合、ガス供給装置110により不活性ガスに微量の空気を混合した混合ガスを被加工物Wに供給する。レーザ加工装置1は、例えば、制御部120により微量の空気を供給するための制御信号を第1調整バルブ115aに送信し、当該第1調整バルブ115aにより微量の空気が空気配管111を通過可能である微量空気通過状態とする。また、レーザ加工装置1は、制御部120により不活性ガスを供給するための制御信号を第2調整バルブ116aに送信し、当該第2調整バルブ116aにより不活性ガスがガス配管112を通過可能であるガス通過状態とする。レーザ加工装置1は、微量空気通過状態且つガス通過状態とすることにより混合ガスを被加工物Wに向けて噴射し、当該被加工物Wの顕著な酸化による硬度低下等の物性変化を抑制すると共に、微量の空気で生じる酸化反応による酸化熱により溶融加工を促進させる混合ガス雰囲気を形成する。レーザ加工装置1は、図15に示すように、酸化層Vが除去された第二被加工面W2に第三パルスレーザ光LB3を照射して当該第二被加工面W2の表層、特に凸部P2を選択的に溶融させる。そして、レーザ加工装置1は、図16、図17、図18に示すように、第二被加工面W2を平坦化した加工平坦面W3を形成する。つまり、レーザ加工装置1は、第二被加工面W2に第三パルスレーザ光LB3を照射し、第二被加工面W2(極表面)の特に凸部P2を溶融して液状化し表面張力により第二被加工面W2を平坦化した加工平坦面W3を形成する。ここで、図16は、加工平坦面W3の形成例を示す模式図である。図17は、加工平坦面W3の形成例を示す画像(上面図)である。図18は、加工平坦面W3の形成例を示す画像(断面図)である。レーザ加工装置1は、溶融加工により第二被加工面W2の表面粗さ(凹凸)Raを0.1μm以下まで低減させて平坦化する。なお、レーザ加工装置1は、不活性ガス(例えばアルゴン)に対する空気の混合率を例えば0%〜9.4%の範囲で徐々に増やすことにより、酸化反応による酸化熱が増加して溶融加工が促進することが分かった。また、レーザ加工装置1は、混合ガス雰囲気において溶融加工をする場合が、不活性ガス(例えばアルゴン)による酸化抑制雰囲気において溶融加工をした場合と比較して、レーザ光照射部10が3割程度低いレーザ出力で溶融加工することができた。   In the melting process, the laser processing apparatus 1 supplies the workpiece W with a mixed gas obtained by mixing a trace amount of air with an inert gas by the gas supply apparatus 110. For example, the laser processing apparatus 1 transmits a control signal for supplying a minute amount of air to the first adjustment valve 115a by the control unit 120, and the minute amount of air can pass through the air pipe 111 by the first adjustment valve 115a. A certain minute air passage state is assumed. Further, the laser processing apparatus 1 transmits a control signal for supplying an inert gas by the control unit 120 to the second adjustment valve 116a, and the inert gas can pass through the gas pipe 112 by the second adjustment valve 116a. A certain gas passage state is assumed. The laser processing apparatus 1 injects a mixed gas toward the workpiece W by setting a minute air passage state and a gas passage state, and suppresses changes in physical properties such as hardness reduction due to significant oxidation of the workpiece W. At the same time, a mixed gas atmosphere that promotes melt processing is formed by oxidation heat generated by an oxidation reaction that occurs in a very small amount of air. As shown in FIG. 15, the laser processing apparatus 1 irradiates the second processed surface W2 from which the oxide layer V has been removed with the third pulsed laser beam LB3, and particularly the surface layer of the second processed surface W2, particularly the convex portion. P2 is selectively melted. And the laser processing apparatus 1 forms the process flat surface W3 which planarized the 2nd to-be-processed surface W2, as shown in FIG.16, FIG.17, FIG.18. In other words, the laser processing apparatus 1 irradiates the second processed surface W2 with the third pulse laser beam LB3, melts and liquefies in particular the convex portion P2 of the second processed surface W2 (pole surface), and generates the first by surface tension. A processed flat surface W3 is formed by flattening the two processed surfaces W2. Here, FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an example of forming the processed flat surface W3. FIG. 17 is an image (top view) showing an example of forming the processed flat surface W3. FIG. 18 is an image (sectional view) showing an example of forming the processed flat surface W3. The laser processing apparatus 1 reduces the surface roughness (unevenness) Ra of the second processed surface W2 to 0.1 μm or less and performs planarization by melt processing. Note that the laser processing apparatus 1 gradually increases the mixing ratio of air to an inert gas (for example, argon) within a range of, for example, 0% to 9.4%, thereby increasing the heat of oxidation due to the oxidation reaction and performing melt processing. It turns out to promote. Further, in the laser processing apparatus 1, the laser beam irradiation unit 10 has about 30% of the case where the melt processing is performed in the mixed gas atmosphere as compared with the case where the melt processing is performed in the oxidation-inhibited atmosphere using an inert gas (eg, argon). Melt processing was possible with low laser power.

次に、図19を参照してレーザ加工装置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r1、r2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、予め実験等により求めておく。   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 overlapping of spot diameters r1 and r2 during scanning, the number of repeated irradiations, the processing time, and the like. These processing conditions are obtained in advance by experiments or the like based on the material of the workpiece W, the roughness of the unevenness of the processing surface Wa, and the like.

レーザ加工装置1は、加工条件が設定された後、アブレーション工程を実施する(ステップS2)。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に固定し、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、さらに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物Wを加工開始位置に移動させる。レーザ加工装置1は、ガス供給装置110を空気通過状態且つガス停止状態とすることにより空気を被加工物Wに向けて噴射し酸化雰囲気を形成する。そして、レーザ加工装置1は、カメラ100により被加工物Wの第一被加工面W1を撮像しながら、第一被加工面W1の凸部P1に対して第一パルスレーザ光LB1を照射する。レーザ加工装置1は、当該第一パルスレーザ光LB1を照射した状態でXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させることで、第一被加工面W1に対して第一パルスレーザ光LB1を走査させながら第一被加工面W1の表層、特に凸部P1を選択的に除去する。レーザ加工装置1は、非熱加工であるアブレーション加工を行うことにより、被加工物Wの加工部周辺への熱影響を抑制することができる。また、レーザ加工装置1は、酸化雰囲気においてアブレーション加工を行うことにより、酸化反応熱によりアブレーション加工を促進することができる。   The laser processing apparatus 1 performs an ablation process after the processing conditions are set (step S2). The laser processing apparatus 1 fixes the workpiece W mounted on the mounting table 81a of the driving unit 80 to the driving unit 80, and moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis driving unit 81. Further, the workpiece W is moved in the Z direction by the Z-axis drive unit 82 to move the workpiece W to the machining start position. The laser processing apparatus 1 causes the gas supply apparatus 110 to be in an air passage state and a gas stop state, thereby injecting air toward the workpiece W to form an oxidizing atmosphere. Then, the laser processing apparatus 1 irradiates the first pulse laser beam LB1 on the convex portion P1 of the first workpiece surface W1 while imaging the first workpiece surface W1 of the workpiece W by the camera 100. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis driving unit 81 in a state where the first pulse laser beam LB1 is irradiated, so that the first processing surface W1 is While scanning with the one-pulse laser beam LB1, the surface layer of the first workpiece surface W1, particularly the projection P1, is selectively removed. The laser processing apparatus 1 can suppress the thermal influence on the periphery of the processed portion of the workpiece W by performing ablation processing that is non-thermal processing. Further, the laser processing apparatus 1 can promote the ablation processing by the oxidation reaction heat by performing the ablation processing in the oxidizing atmosphere.

次に、レーザ加工装置1は、第一被加工面W1の全域に渡ってアブレーション加工を行うアブレーション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、アブレーション工程が終了したと判定すると(ステップS3;Yes)、酸化層除去工程を実施する(ステップS4)。レーザ加工装置1は、酸化層除去工程において、ガス供給装置110を空気停止状態且つガス通過状態とすることにより不活性ガスを被加工物Wに向けて噴射し酸化抑制雰囲気を形成する。レーザ加工装置1は、カメラ100により第二被加工面W2の酸化層V及び酸化デブリDを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、カメラ100により酸化層V及び酸化デブリDを撮像しながら、酸化層V及び酸化デブリDに対して第二パルスレーザ光LB2を照射する。レーザ加工装置1は、当該第二パルスレーザ光LB2を照射した状態でXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させることで、酸化層V及び酸化デブリDに対して第二パルスレーザ光LB2を走査させながら酸化層V及び酸化デブリDを除去する。レーザ加工装置1は、酸化抑制雰囲気において酸化層除去加工を行うことにより、第二被加工面W2の酸化を抑制した上で酸化層V及び酸化デブリDを除去することができる。次に、レーザ加工装置1は、第二被加工面W2の全域に渡って酸化層V及び酸化デブリDを除去する酸化層除去工程が終了したか否かを判定する(ステップS5)。レーザ加工装置1は、酸化層除去工程が終了したと判定すると(ステップS5;Yes)、溶融工程を実施する(ステップS6)。   Next, the laser processing apparatus 1 determines whether or not the ablation process for performing the ablation process over the entire area of the first workpiece surface W1 is completed (step S3). When the laser processing apparatus 1 determines that the ablation process is completed (step S3; Yes), the laser processing apparatus 1 performs an oxide layer removal process (step S4). In the oxide layer removing step, the laser processing apparatus 1 causes the gas supply device 110 to be in an air stop state and a gas passage state, thereby injecting an inert gas toward the workpiece W to form an oxidation suppression atmosphere. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W in the Z direction by the Z-axis drive unit 82 based on the image obtained by imaging the oxide layer V and the oxide debris D on the second workpiece surface W2 by the camera 100. The object W is set to a desired height. Then, the laser processing apparatus 1 irradiates the oxide layer V and the oxide debris D with the second pulse laser beam LB2 while imaging the oxide layer V and the oxide debris D with the camera 100. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis driving unit 81 in a state where the second pulse laser beam LB2 is irradiated, so that the oxide layer V and the oxide debris D are moved. The oxide layer V and the oxidized debris D are removed while scanning with the second pulse laser beam LB2. The laser processing apparatus 1 can remove the oxide layer V and the oxidized debris D while suppressing the oxidation of the second workpiece surface W2 by performing the oxide layer removal process in the oxidation-inhibited atmosphere. Next, the laser processing apparatus 1 determines whether or not the oxide layer removal process for removing the oxide layer V and the oxide debris D over the entire second workpiece surface W2 is completed (step S5). When the laser processing apparatus 1 determines that the oxide layer removal process has been completed (step S5; Yes), the laser processing apparatus 1 performs a melting process (step S6).

レーザ加工装置1は、溶融工程において、ガス供給装置110を微量空気通過状態且つガス通過状態とすることにより混合ガスを被加工物Wに向けて噴射し混合ガス雰囲気を形成する。レーザ加工装置1は、カメラ100により第二被加工面W2を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、カメラ100により第二被加工面W2を撮像しながら、第二被加工面W2の凸部P2に対して第三パルスレーザ光LB3を照射する。レーザ加工装置1は、当該第三パルスレーザ光LB3を照射した状態でXY軸駆動部81によりX方向又はY方向に被加工物Wを移動させることで、第二被加工面W2に対して第三パルスレーザ光LB3を走査させながら第二被加工面W2の凸部P2を溶融する。レーザ加工装置1は、混合ガス雰囲気において溶融加工を行うことにより、顕著な酸化による硬度低下等の物性変化を抑制でき、微量の空気で生じる酸化反応による酸化熱により溶融加工を促進させることができる。次に、レーザ加工装置1は、第二被加工面W2の全域に渡って溶融加工を行う溶融工程が終了したか否かを判定する(ステップS7)。レーザ加工装置1は、溶融工程が終了したと判定すると(ステップS7;Yes)、加工処理を終了する。   In the melting step, the laser processing apparatus 1 injects the mixed gas toward the workpiece W by setting the gas supply device 110 in a minute air passing state and a gas passing state to form a mixed gas atmosphere. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W to the desired height by moving the workpiece W in the Z direction by the Z-axis drive unit 82 based on an image obtained by imaging the second workpiece surface W2 with the camera 100. Set. And the laser processing apparatus 1 irradiates the convex part P2 of the 2nd to-be-processed surface W2 with the 3rd pulse laser beam LB3, imaging the 2nd to-be-processed surface W2 with the camera 100. FIG. The laser processing apparatus 1 moves the workpiece W in the X direction or the Y direction by the XY axis driving unit 81 in a state where the third pulse laser beam LB3 is irradiated, so that the second processing surface W2 is moved to the second processing surface W2. The convex part P2 of the second workpiece surface W2 is melted while scanning the three-pulse laser beam LB3. The laser processing apparatus 1 can suppress changes in physical properties such as a significant decrease in hardness due to significant oxidation by performing melt processing in a mixed gas atmosphere, and can promote melt processing by heat of oxidation due to an oxidation reaction that occurs in a small amount of air. . Next, the laser processing apparatus 1 determines whether the melting process which performs a melt process over the whole area of the 2nd to-be-processed surface W2 was complete | finished (step S7). When the laser processing apparatus 1 determines that the melting process has ended (step S7; Yes), the processing process ends.

なお、上述のステップS3で、レーザ加工装置1は、アブレーション工程が終了していないと判定すると(ステップS3;No)、ステップS2に戻って第一被加工面W1の凸部P1の除去を継続する。また、上述のステップS5で、レーザ加工装置1は、酸化層除去工程が終了していないと判定すると(ステップS5;No)、ステップS4に戻って酸化層V及び酸化デブリDの除去を継続する。また、上述のステップS7で、レーザ加工装置1は、溶融工程が終了していないと判定すると(ステップS7;No)、ステップS6に戻って第二被加工面W2の凸部P2の溶融を継続する。   If the laser processing apparatus 1 determines that the ablation process is not completed in step S3 described above (step S3; No), the laser processing apparatus 1 returns to step S2 and continues to remove the convex portion P1 on the first workpiece surface W1. To do. If the laser processing apparatus 1 determines in step S5 described above that the oxide layer removal process has not been completed (step S5; No), the process returns to step S4 and continues to remove the oxide layer V and the oxide debris D. . In Step S7 described above, when the laser processing apparatus 1 determines that the melting process has not ended (Step S7; No), the laser processing apparatus 1 returns to Step S6 and continues to melt the convex portion P2 of the second workpiece surface W2. To do.

以上のように、実施形態に係るレーザ加工方法は、アブレーション工程と、酸化層除去工程とを有する。アブレーション工程は、酸化を促進する酸化雰囲気において、凹凸を有する第一被加工面W1に第一パルスレーザ光LB1を照射して第一被加工面W1の凸部P1を除去し、第一被加工面W1の凸部P1よりも低い凸部P2を有する第二被加工面W2を形成する。酸化層除去工程は、アブレーション工程の後、酸化を抑制する酸化抑制雰囲気において、アブレーション工程で第二被加工面W2に形成された酸化層Vに第一パルスレーザ光LB1とは異なる第二パルスレーザ光LB2を照射して当該酸化層Vを除去する。   As described above, the laser processing method according to the embodiment includes the ablation process and the oxide layer removal process. In the ablation step, the first processed surface W1 having unevenness is irradiated with the first pulsed laser beam LB1 in an oxidizing atmosphere that promotes oxidation to remove the convex portion P1 of the first processed surface W1, and the first processed surface A second processed surface W2 having a convex portion P2 lower than the convex portion P1 of the surface W1 is formed. In the oxide layer removing step, a second pulse laser different from the first pulse laser beam LB1 is formed on the oxide layer V formed on the second workpiece surface W2 in the ablation step in an oxidation suppression atmosphere that suppresses oxidation after the ablation step. The oxide layer V is removed by irradiation with the light LB2.

これにより、レーザ加工方法は、第一被加工面W1をアブレーション加工するので、従来のように第一被加工面W1を溶融させて平坦化する場合と比較して第一被加工面W1に与える熱影響を抑制することができ、第一被加工面W1の変形、うねり、変質、変色等の軟化、変態を抑制することができる。レーザ加工方法は、酸化雰囲気でアブレーション加工するので、酸化抑制雰囲気でアブレーション加工する場合と比較して酸化反応熱によりアブレーション加工を促進することができる(図20、図21参照)。ここで、図20は、比較例に係る酸化抑制雰囲気においてアブレーション加工を行う加工量を示す図である。図21は、実施形態に係る酸化雰囲気においてアブレーション加工を行う加工量を示す図である。比較例に係るアブレーション加工は、実施形態に係るアブレーション加工と同じ条件の第一パルスレーザ光LB1を用いて加工している。比較例に係るアブレーション加工は、図20に示すように、加工量が1μm程度である。これに対して、実施形態に係るアブレーション加工は、図21に示すように、加工量が3μm程度である。このように、実施形態に係るアブレーション加工は、酸化雰囲気において加工が行われるので酸化抑制雰囲気でアブレーション加工する場合と比較して酸化反応熱により加工量を3倍程度増加することができ、エネルギー効率を向上することができる。この結果、レーザ加工方法は、被加工物Wが受ける熱影響を抑制した上で加工時間を短縮することができる。また、レーザ加工方法は、アブレーション工程で第二被加工面W2に形成された酸化層Vを除去するので、当該酸化層Vを起因として被加工物Wの本体にクラックやひび割れ等が生じることを防止することができる。   As a result, the laser processing method ablates the first workpiece surface W1, so that the first workpiece surface W1 is given to the first workpiece surface W1 as compared with the conventional case where the first workpiece surface W1 is melted and flattened. The influence of heat can be suppressed, and softening and transformation such as deformation, undulation, alteration, and discoloration of the first workpiece surface W1 can be suppressed. Since the laser processing method performs ablation processing in an oxidizing atmosphere, the ablation processing can be promoted by oxidation reaction heat as compared with the case where ablation processing is performed in an oxidation-inhibiting atmosphere (see FIGS. 20 and 21). Here, FIG. 20 is a diagram showing a processing amount for performing the ablation processing in the oxidation-inhibiting atmosphere according to the comparative example. FIG. 21 is a diagram illustrating a processing amount for performing the ablation processing in the oxidizing atmosphere according to the embodiment. The ablation processing according to the comparative example is processed using the first pulse laser beam LB1 under the same conditions as the ablation processing according to the embodiment. The ablation processing according to the comparative example has a processing amount of about 1 μm as shown in FIG. On the other hand, the ablation processing according to the embodiment has a processing amount of about 3 μm as shown in FIG. As described above, since the ablation processing according to the embodiment is performed in an oxidation atmosphere, the amount of processing can be increased by about three times by the oxidation reaction heat as compared with the case of ablation processing in an oxidation-inhibited atmosphere, and energy efficiency Can be improved. As a result, the laser processing method can reduce the processing time while suppressing the thermal influence on the workpiece W. Further, since the laser processing method removes the oxide layer V formed on the second workpiece surface W2 in the ablation process, the oxide layer V causes the main body of the workpiece W to be cracked or cracked. Can be prevented.

上記レーザ加工方法において、溶融工程をさらに有する。当該溶融工程は、酸化層除去工程の後、酸化層Vが除去された第二被加工面W2に第一パルスレーザ光LB1及び第二パルスレーザ光LB2とは異なる第三パルスレーザ光LB3を照射して当該第二被加工面W2の凸部P2を溶融し当該第二被加工面W2を平坦化した加工平坦面W3を形成する。これにより、レーザ加工方法は、従来のように溶融加工のみで平坦化する場合と比較してアブレーション工程で表面をある程度滑らかにした後に溶融加工により平坦化するので、被加工物Wに対する熱影響を抑制することができる。従って、レーザ加工方法は、熱影響により加工平坦面W3の変形、うねり、変質、変色等の軟化、変態を抑制することができる。レーザ加工方法は、例えば、図18に示すように、加工平坦面W3において結晶構造や再凝固によるボイド(空洞)を防ぐことができ、酸化や熱影響の深さ方向への影響を抑制することができた。また、レーザ加工方法は、従来のように手研磨を実施することなく自動で表面粗さ(凹凸)Raを0.1μm以下まで低減することができる。これにより、レーザ加工方法は、被加工面Waを平坦化して鏡面加工を実施することができる。また、レーザ加工方法は、隣接する凸部P1の間隔が広い被加工物Wにおいても、低周波なうねりの成分を抑制した平坦化加工を実施することができる。   The laser processing method further includes a melting step. In the melting step, after the oxide layer removing step, the second pulsed laser beam LB3 different from the first pulse laser beam LB1 and the second pulse laser beam LB2 is applied to the second processed surface W2 from which the oxide layer V has been removed. Then, the convex portion P2 of the second processed surface W2 is melted to form a processed flat surface W3 obtained by flattening the second processed surface W2. As a result, the laser processing method smoothes the surface to some extent in the ablation process after the surface is smoothed to some extent as compared with the conventional case where the surface is flattened only by the melt processing. Can be suppressed. Accordingly, the laser processing method can suppress softening and transformation such as deformation, undulation, alteration, and discoloration of the processing flat surface W3 due to thermal effects. For example, as shown in FIG. 18, the laser processing method can prevent voids (cavities) due to the crystal structure and re-solidification on the processed flat surface W <b> 3, and suppress the influence of oxidation and thermal influence on the depth direction. I was able to. Further, the laser processing method can automatically reduce the surface roughness (unevenness) Ra to 0.1 μm or less without performing manual polishing as in the prior art. Thereby, the laser processing method can perform mirror surface processing by flattening the processing surface Wa. In addition, the laser processing method can perform a flattening process that suppresses a low-frequency swell component even in a workpiece W having a wide interval between adjacent convex portions P1.

実施形態に係るレーザ加工装置1は、レーザ光照射部10と、制御部120とを備える。レーザ光照射部10は、凹凸を有する第一被加工面W1に、第一パルスレーザ光LB1と、第一パルスレーザ光LB1とは異なる第二パルスレーザ光LB2とを照射する。ガス供給装置110は、酸化を促進する酸化雰囲気を形成するための空気又は酸化を抑制する酸化抑制雰囲気を形成するための不活性ガスを供給する。制御部120は、レーザ光照射部10及びガス供給装置110を制御する。制御部120は、ガス供給装置110を制御し空気を供給した酸化雰囲気を形成し、レーザ光照射部10を制御し第一被加工面W1に第一パルスレーザ光LB1を照射して第一被加工面W1の凸部P1を除去し、第一被加工面W1の凸部P1よりも低い凸部P2を有する第二被加工面W2を形成する。制御部120は、第二被加工面W2を形成後、ガス供給装置110を制御し不活性ガスを供給した酸化抑制雰囲気を形成し、レーザ光照射部10を制御し第二被加工面W2に形成された酸化層Vに第一パルスレーザ光LB1とは異なる第二パルスレーザ光LB2を照射して酸化層Vを除去する。この構成により、レーザ加工装置1は、上述のレーザ加工方法と同等の効果を奏することができる。   The laser processing apparatus 1 according to the embodiment includes a laser light irradiation unit 10 and a control unit 120. The laser beam irradiation unit 10 irradiates the first processed surface W1 having irregularities with the first pulse laser beam LB1 and the second pulse laser beam LB2 different from the first pulse laser beam LB1. The gas supply device 110 supplies air for forming an oxidizing atmosphere that promotes oxidation or an inert gas for forming an oxidation-inhibiting atmosphere that suppresses oxidation. The control unit 120 controls the laser beam irradiation unit 10 and the gas supply device 110. The control unit 120 controls the gas supply device 110 to form an oxidizing atmosphere in which air is supplied, controls the laser beam irradiation unit 10, and irradiates the first pulsed laser beam LB1 on the first workpiece surface W1. The convex part P1 of the processed surface W1 is removed, and a second processed surface W2 having a convex part P2 lower than the convex part P1 of the first processed surface W1 is formed. After forming the second processed surface W2, the control unit 120 controls the gas supply device 110 to form an oxidation-suppressed atmosphere supplied with an inert gas, and controls the laser beam irradiation unit 10 to form the second processed surface W2. The formed oxide layer V is irradiated with a second pulsed laser beam LB2 different from the first pulsed laser beam LB1, and the oxidized layer V is removed. With this configuration, the laser processing apparatus 1 can achieve the same effects as the laser processing method described above.

〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。レーザ加工方法は、第二パルスレーザ光LB2により酸化層V及び酸化デブリDを除去する酸化層除去工程と、第三パルスレーザ光LB3により第二被加工面W2の凸部P2を溶融し当該第二被加工面W2を平坦化した加工平坦面W3を形成する溶融工程とを別々に行う例について説明したが、これに限定されない。レーザ加工方法は、例えば、酸化層V及び酸化デブリDの除去と加工平坦面W3の形成とを同時に行ってもよい。この場合、第二パルスレーザ光LB2は、例えば、レーザ強度のピーク値が、第二被加工面W2の酸化層V及び酸化デブリDを除去可能であり、且つ、第二被加工面W2の凸部P2を溶融可能な光エネルギー密度である。レーザ加工方法は、例えば、酸化層除去工程としての酸化層除去溶融工程では、第二パルスレーザ光LB2により第二被加工面W2に形成された酸化層V及び酸化デブリDを除去し、且つ、第二パルスレーザ光LB2により第二被加工面W2の凸部P2を溶融し、当該第二被加工面W2を平坦化した加工平坦面W3を形成する。これにより、レーザ加工方法は、酸化層V及び酸化デブリDの除去と加工平坦面W3の形成とを同時に行うことができるので、加工時間をさらに短縮することができる。なお、酸化層V及び酸化デブリDの除去と加工平坦面W3の形成とを同時に行い、さらに、その後に溶融加工を行って平坦度をより向上させてもよい。
[Modification]
Next, a modification of the embodiment will be described. In the laser processing method, the oxide layer V and the oxide debris D are removed by the second pulse laser beam LB2, and the convex portion P2 of the second workpiece surface W2 is melted by the third pulse laser beam LB3. Although the example which performs separately the melting process which forms the process flat surface W3 which planarized the two to-be-processed surfaces W2 was demonstrated, it is not limited to this. In the laser processing method, for example, the removal of the oxide layer V and the oxide debris D and the formation of the processed flat surface W3 may be performed simultaneously. In this case, the second pulse laser beam LB2 has, for example, a peak value of the laser intensity that can remove the oxide layer V and the oxidized debris D on the second processing surface W2, and the convexity of the second processing surface W2. This is the light energy density that can melt the portion P2. In the laser processing method, for example, in the oxide layer removal melting step as the oxide layer removal step, the oxide layer V and the oxide debris D formed on the second processed surface W2 are removed by the second pulse laser beam LB2, and The convex portion P2 of the second processed surface W2 is melted by the second pulse laser beam LB2, and a processed flat surface W3 is formed by flattening the second processed surface W2. As a result, the laser processing method can simultaneously remove the oxide layer V and oxide debris D and form the processed flat surface W3, so that the processing time can be further shortened. The removal of the oxide layer V and the oxide debris D and the formation of the processed flat surface W3 may be performed at the same time, and then the melt processing may be performed thereafter to further improve the flatness.

酸化を促進させる気体としては、空気の他に、酸素、オゾン、亜酸化窒素、一酸化窒素、二酸化窒素、フッ素、塩素、二酸化塩素、三フッ化窒素、三フッ化塩素、四塩化ケイ素、二フッ化酸素、ペルクロリルフルオリド等があり、これらの混合気体も含まれる。   In addition to air, oxygen, ozone, nitrous oxide, nitric oxide, nitrogen dioxide, fluorine, chlorine, chlorine dioxide, nitrogen trifluoride, chlorine trifluoride, silicon tetrachloride, There are oxygen fluoride, perchloryl fluoride, etc., and these mixed gases are also included.

第一〜第三パルスレーザ光LB1、LB2、LB3は、ライン状に照射するビームを形成してもよい。これにより、第一〜第三パルスレーザ光LB1、LB2、LB3は、点状のビームと比較して広範囲に照射することができるので加工時間(タクトタイム)を削減することができる。   The first to third pulse laser beams LB1, LB2, and LB3 may form a beam to be irradiated in a line shape. As a result, the first to third pulse laser beams LB1, LB2, and LB3 can be irradiated over a wide range compared to the point beam, so that the processing time (tact time) can be reduced.

レーザ加工装置1は、不活性ガスに微量の空気を混合した混合ガス雰囲気において溶融加工を行う例について説明したが、これに限定されない。レーザ加工装置1は、例えば、上述の酸化抑制雰囲気において溶融加工を行ってもよい。   Although the laser processing apparatus 1 demonstrated the example which melt-processes in the mixed gas atmosphere which mixed trace amount air with the inert gas, it is not limited to this. For example, the laser processing apparatus 1 may perform melt processing in the above-described oxidation-suppressed atmosphere.

レーザ加工装置1は、対物レンズ70等を含む光学系の位置を固定し、被加工物WをX方向、Y方向、又は、Z方向に相対移動させて加工する例について説明したが、これに限定されない。レーザ加工装置1は、例えば、被加工物Wの位置を固定し、対物レンズ70等を含む光学系をX方向、Y方向、又は、Z方向に相対移動させて被加工物Wを加工するガルバノスキャナ等を用いてもよい。   The laser processing apparatus 1 has been described with respect to the example in which the position of the optical system including the objective lens 70 and the like is fixed and the workpiece W is processed by being relatively moved in the X direction, the Y direction, or the Z direction. It is not limited. For example, the laser processing apparatus 1 fixes the position of the workpiece W and relatively moves the optical system including the objective lens 70 in the X direction, the Y direction, or the Z direction to process the workpiece W. A scanner or the like may be used.

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)である例について説明したが、これに限定されない。レーザ光照射部10は、例えば、パルス幅毎に別のレーザ光源を用いてもよい。この場合、第一パルスレーザ光LB1としては、フェムト秒レーザやピコ秒レーザを用いる。また、第二及び第三パルスレーザ光LB2、LB3としては、ナノ秒、マイクロ秒、ミリ秒のパルスレーザを用いる。第二及び第三パルスレーザ光LB2、LB3は、一定の出力を連続して発振する連続波レーザ光(CW(Continuous Wave)レーザ光))でもよい。   Although the laser beam irradiation unit 10 has been described as an example of a master oscillator output amplifier (MOPA) using a pulse width variable light source as a seed light source, the present invention is not limited to this. For example, the laser light irradiation unit 10 may use another laser light source for each pulse width. In this case, a femtosecond laser or a picosecond laser is used as the first pulse laser beam LB1. As the second and third pulse laser beams LB2 and LB3, nanosecond, microsecond, and millisecond pulse lasers are used. The second and third pulse laser beams LB2 and LB3 may be continuous wave laser beams (CW (Continuous Wave) laser beams) that continuously oscillate a constant output.

1 レーザ加工装置
10 レーザ光照射部
110 ガス供給装置
120 制御部
LB1 第一パルスレーザ光(第一レーザ光)
LB2 第二パルスレーザ光(第二レーザ光)
LB3 第三パルスレーザ光(第三レーザ光)
P1、P2 凸部
W1 第一被加工面
W2 第二被加工面
W3 加工平坦面
V 酸化層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 10 Laser beam irradiation part 110 Gas supply apparatus 120 Control part LB1 1st pulse laser beam (1st laser beam)
LB2 Second pulse laser beam (second laser beam)
LB3 Third pulse laser beam (third laser beam)
P1, P2 Convex part W1 First processed surface W2 Second processed surface W3 Processed flat surface V Oxide layer

Claims (4)

酸化を促進する酸化雰囲気において、凹凸を有する第一被加工面に第一レーザ光を照射して前記第一被加工面の凸部を除去し、前記第一被加工面の凸部よりも低い凸部を有する第二被加工面を形成する除去工程と、
前記除去工程の後、酸化を抑制する酸化抑制雰囲気において、前記除去工程で前記第二被加工面に形成された酸化層に前記第一レーザ光とは異なる第二レーザ光を照射して当該酸化層を除去する酸化層除去工程と、
を有することを特徴とするレーザ加工方法。
In an oxidizing atmosphere that promotes oxidation, the first processed surface having irregularities is irradiated with a first laser beam to remove the convex portion of the first processed surface, and is lower than the convex portion of the first processed surface. A removal step of forming a second workpiece surface having a convex portion;
After the removing step, in an oxidation-inhibiting atmosphere that suppresses oxidation, the oxidation layer formed on the second processed surface in the removing step is irradiated with a second laser beam different from the first laser beam, and the oxidation is performed. An oxide layer removal step for removing the layer;
A laser processing method comprising:
前記酸化層除去工程の後、前記酸化層が除去された前記第二被加工面に前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光とは異なる第三レーザ光を照射して当該第二被加工面の凸部を溶融し当該第二被加工面を平坦化した加工平坦面を形成する溶融工程をさらに有する請求項1に記載のレーザ加工方法。   After the oxide layer removing step, the second processed surface is irradiated with a third laser beam different from the first laser beam and the second laser beam on the second processed surface from which the oxide layer has been removed. The laser processing method according to claim 1, further comprising a melting step of forming a processed flat surface obtained by melting the convex portion of the first flat surface and flattening the second processed surface. 前記酸化層除去工程では、前記第二レーザ光により前記第二被加工面に形成された前記酸化層を除去し、且つ、前記第二レーザ光により前記第二被加工面の凸部を溶融し当該第二被加工面を平坦化した加工平坦面を形成する請求項1に記載のレーザ加工方法。   In the oxide layer removing step, the oxide layer formed on the second processed surface is removed by the second laser light, and a convex portion of the second processed surface is melted by the second laser light. The laser processing method according to claim 1, wherein a processing flat surface is formed by flattening the second processing surface. 凹凸を有する第一被加工面に、第一レーザ光と、前記第一レーザ光とは異なる第二レーザ光とを照射するレーザ光照射部と、
酸化を促進する酸化促進用ガス又は酸化を抑制する酸化抑制用ガスを供給するガス供給装置と、
前記レーザ光照射部及び前記ガス供給装置を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ガス供給装置を制御し前記酸化促進用ガスにより形成した酸化雰囲気において、前記レーザ光照射部を制御し前記第一被加工面に前記第一レーザ光を照射して前記第一被加工面の凸部を除去し、前記第一被加工面の凸部よりも低い凸部を有する第二被加工面を形成し、
前記第二被加工面を形成後、前記ガス供給装置を制御し前記酸化抑制用ガスにより形成した酸化抑制雰囲気において、前記レーザ光照射部を制御し前記第二被加工面に形成された酸化層に前記第一レーザ光とは異なる第二レーザ光を照射して前記酸化層を除去することを特徴とするレーザ加工装置。
A laser beam irradiation unit that irradiates a first laser beam and a second laser beam different from the first laser beam on a first workpiece surface having irregularities;
A gas supply device for supplying an oxidation promoting gas for promoting oxidation or an oxidation inhibiting gas for suppressing oxidation;
A control unit for controlling the laser beam irradiation unit and the gas supply device,
The control unit controls the laser supply unit and controls the laser beam irradiation unit to irradiate the first laser beam to the first laser beam in an oxidizing atmosphere formed by the oxidation promoting gas by controlling the gas supply device. Removing the convex portion of one workpiece surface, forming a second workpiece surface having a convex portion lower than the convex portion of the first workpiece surface;
After forming the second work surface, the oxide layer formed on the second work surface by controlling the laser beam irradiation unit in an oxidation-suppressed atmosphere formed by controlling the gas supply device and using the oxidation-suppressing gas. And irradiating a second laser beam different from the first laser beam to remove the oxide layer.
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