JP4558775B2

JP4558775B2 - 加工装置および加工方法並びに板ばねの製造方法

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Publication number: JP4558775B2
Application number: JP2007275784A
Authority: JP
Inventors: 明彦牛丸; 進直野村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: KR20090041311A; US8089994B2; US20090103579A1; JP2009101386A; KR101050177B1

Description

本発明は、加工にあたってレーザー光線のエネルギーを利用する加工装置および加工方法に関する。

例えば特許文献１に記載されるように、被加工物の切断にあたってレーザー光線は広く用いられる。レーザー光線は被加工物上にビームスポットを形成する。ビームスポットでレーザー光線は被加工物を貫通する。ビームスポットの移動に応じて被加工物は切断される。

例えば屈曲線の切断線で被加工物が切断される場合、寸法精度の確保にあたってビームスポットの移動速度は直線の切断線に比べて減速する。このとき、減速に応じてレーザーのエネルギーが一定に維持されれば、被加工物では良好な切断面は得られる。こういったエネルギーの調整にあたってレーザー光線の出力パワーやパルスデューティ、パルス周波数が制御される。
特開平９−１５０２８２号公報特開平５−１３８３７４号公報特開平１０−１２８５６５号公報

レーザー光線の出力パワー、パルスデューディーおよびパルス周波数の制御にあたってレーザー発振器の駆動電圧は制御される。しかしながら、駆動電圧が変化する際に瞬時に駆動電圧を安定させることはできない。その結果、ビームスポットのエネルギーはばらつく。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ビームスポットのエネルギーのばらつきを確実に回避することができる加工装置および加工方法を提供することを目的とする。本発明は、そういった加工方法に基づく板ばねの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、被加工物を支持するステージと、発振条件を一定に維持したレーザー光線を発振する光源と、集光部に基づき前記被加工物に前記レーザー光線を集光させる光学系と、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に相対移動を引き起こす第１移動機構と、前記光学系および前記ステージの間で前記照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす第２移動機構と、前記第２移動機構による相対移動の速度変化に応じて前記第１移動機構による相対移動を制御する制御部とを備えることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、被加工物を支持するステージと、発振条件を一定に維持したレーザー光線を発振する光源と、複数のフィルターに基づき、前記被加工物に照射される前記レーザー光線の光量を変化させる光学系と、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす移動機構と、前記移動機構による相対移動の速度変化に応じて前記光学系を制御して前記光量を調整する制御部とを備えることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、被加工物を支持するステージと、発振条件を一定に維持したレーザー光線を発振する光源と、絞りに基づき、前記被加工物に照射される前記レーザー光線の光量を変化させる光学系と、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす移動機構と、前記移動機構による相対移動の速度変化に応じて前記光学系を制御して前記光量を調整する制御部とを備えることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、ステージ上の被加工物に向かって発振条件を一定に維持したレーザー光線を照射し、集光部を備えた光学系によって前記被加工物に前記レーザー光線を集光させる工程と、前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の速度変化に応じて、前記光学系および前記ステージの間の前記照射方向の相対移動を制御する工程とを備えることを特徴とする加工方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、発振条件を一定に維持したレーザー光線を、複数のフィルターを備えた光学系を経由してステージ上の被加工物に照射する工程と、前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の速度変化に応じて、前記フィルターを用いて前記レーザー光線の光量を調整する工程とを備えることを特徴とする加工方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、発振条件を一定に維持したレーザー光線を、絞りを備えた光学系を経由してステージ上の被加工物に照射する工程と、前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の速度変化に応じて、前記絞りを用いて前記レーザー光線の光量を調整する工程とを備えることを特徴とする加工方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、ステージ上の板ばねに向かって発振条件を一定に維持したレーザー光線を照射し、集光部を備えた光学系によって前記板ばねに前記レーザー光線を集光させる工程と、前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の速度変化に応じて、前記光学系および前記ステージの間の前記照射方向の相対移動を制御し、前記板ばねに折り曲げ加工を施すことを特徴とする板ばねの製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、発振条件を一定に維持したレーザー光線を、複数のフィルターを備えた光学系を経由して、ステージ上の板ばねに照射する工程と、前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の速度変化に応じて、前記フィルターを用いて前記レーザー光線の光量を調整し、前記板ばねに折り曲げ加工を施すことを特徴とする板ばねの製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、発振条件を一定に維持したレーザー光線を、絞りを備えた光学系を経由してステージ上の板ばねに照射する工程と、前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の速度変化に応じて、前記絞りを用いて前記レーザー光線の光量を調整し、前記板ばねに折り曲げ加工を施すことを特徴とする板ばねの製造方法が提供される。

以上のように本発明によれば、ビームスポットのエネルギーのばらつきを確実に回避することができる加工装置および加工方法は提供されることができる。そういった加工方法に基づく板ばねの製造方法は提供されることができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本実施形態に係るレーザー加工装置１１を示す。図１に示されるように、レーザー加工装置１１は被加工物配置ステージ１２を備える。被加工物配置ステージ１２には任意の水平面に沿って広がる支持面１３が区画される。支持面１３は垂直方向すなわちｚ軸方向に移動することができる。こういったｚ軸方向移動の実現にあたって被加工物配置ステージ１２はｚ軸方向移動機構１４で支持される。ｚ軸方向移動機構１４は例えば土台１５およびｚ軸方向移動体１６を備える。土台１５はｚ軸方向に立ち上がる。土台１５はｚ軸方向移動体１６のｚ軸方向移動を案内する。ｚ軸方向移動体１６に被加工物配置ステージ１２は搭載される。ｚ軸方向移動体１６の移動は例えばボールねじ機構やリニアモーター機構に基づき実現される。同時に支持面１３は水平面に平行に規定されるｘ軸方向に移動することができる。こういったｘ軸方向移動の実現にあたって被加工物配置ステージ１２はｘ軸方向移動機構１７で支持される。ｘ軸方向移動機構１７は例えば案内レール１８を備える。案内レール１８はｚ軸方向移動体１６上でｘ軸方向に延びる。案内レール１８は被加工物配置ステージ１２のｘ軸方向移動を案内する。被加工物配置ステージ１２のｘ軸方向移動は例えばボールねじ機構やリニアモーター機構に基づき実現される。

被加工物配置ステージ１２には加工ヘッドユニット１９が組み合わせられる。加工ヘッドユニット１９は支柱２１に支持される。支柱２１は水平面に沿ってｙ軸方向に移動することができる。ｙ軸は前述のｘ軸に水平面内で直交する。こういったｙ軸方向移動の実現にあたって支柱２１はｙ軸方向移動機構２２で支持される。ｙ軸方向移動機構２２は、例えば支柱２１のｙ軸方向移動を案内する案内レール２３を備える。

加工ヘッドユニット１９にはレーザー光源２４が組み込まれる。レーザー光源２４はレーザー発振器２５を備える。レーザー発振器２５は印加電圧に応じて所定出力のレーザー光線を発振する。レーザー発振器２５には例えば反射ミラー２６その他の光学部品が光学的に連結される。レーザー発振器２５から出力されるレーザー光線は反射ミラー２６の働きで下向きの出射口２７に導かれる。出射口２７からｚ軸方向すなわち重力方向に平行光のレーザー光線は照射される。レーザー発振器２５には例えばＹＡＧレーザー発振器といった固体レーザー発振器のほか、ＣＯ２（二酸化炭素）発振器やＡｒ（アルゴン）発振器、エキシマレーザー発振器といった気体レーザー発振器が用いられればよい。その他、レーザー発振器２５から出射口２７までレーザー光線は光ファイバーで導かれてもよい。レーザー光源２４は例えば支柱２１に不動に固定される。

レーザー光源２４の出射口２７には第１実施形態に係る光学系２８が接続される。光学系２８は集光レンズ２９を備える。集光レンズ２９の光軸は前述の出射口２７の光軸に合わせ込まれる。レーザー光線は集光レンズ２９で集束する。集光レンズ２９からレーザー光線は重力方向に出力される。集光レンズ２９はｚ軸方向に変位することができる。こういったｚ軸方向変位の実現にあたって集光レンズ２９はｚ軸方向変位機構３１に取り付けられる。ｚ軸方向変位機構３１は案内レール３２を備える。集光レンズ２９は案内レール３２に装着される。案内レール３２は支持体３３上で垂直方向すなわちｚ軸方向に延びる。案内レール３２は集光レンズ２９のｚ軸方向変位を案内する。集光レンズ２９のｚ軸方向変位は例えばボールねじ機構やリニアモーター機構に基づき実現されればよい。本実施形態では、集光レンズ２９に平行光が入射することから、集光レンズ２９のｚ軸方向変位に基づき出射レーザー光線の焦点は垂直方向すなわちｚ軸方向に変位することができる。同様に、集光レンズ２９はｙ軸方向に変位することができる。こういったｙ軸方向変位の実現にあたって支持体３３はｙ軸方向変位機構３４に取り付けられる。ｙ軸方向変位機構３４は案内レール３５を備える。支持体３３は案内レール３５に装着される。案内レール３５は支柱２１上で水平方向すなわちｙ軸方向に延びる。案内レール３５は支持体３３のｙ軸方向変位を案内する。支持体３３のｙ軸方向変位は例えばボールねじ機構やリニアモーター機構に基づき実現される。

図２に示されるように、レーザー発振器２５には光源コントローラー３６が接続される。光源コントローラー３６はレーザー発振器２５の動作を制御する。光源コントローラー３６は、レーザー光線のレーザーパワー、レーザーパルス幅、パルスデューティおよびパルス周波数といった発振条件に従ってレーザー発振器２５に駆動電圧を印加する。パルスデューティやパルス周波数が調整されると、レーザー発振器２５から出射されるレーザー光線のピークエネルギーは変化する。レーザーパワーやパルス幅が調整されると、レーザー発振器２５から出射されるレーザー光線の平均エネルギーは変化する。

ｚ軸方向変位機構３１およびｙ軸方向変位機構３４には光学系コントローラー３７が接続される。光学系コントローラー３７はｚ軸方向変位機構３１およびｙ軸方向変位機構３４の動作を制御する。こうした制御に基づき光学系２８のｚ軸方向変位およびｙ軸方向変位は制御される。光学系コントローラー３７は、ｚ軸方向に設定されるレーザー光線の焦点の位置に従ってｚ軸方向変位機構３１に制御信号を供給する。ｚ軸方向変位機構３１はこの制御信号の受信に応じてｚ軸方向に光学系２８すなわち集光レンズ２９の進退移動を引き起こす。同時に、光学系コントローラー３７は、ｙ軸方向に設定されるレーザー光線の焦点の位置に従ってｙ軸方向変位機構３４に制御信号を供給する。ｙ軸方向変位機構３４はこの制御信号の受信に応じてｙ軸方向に光学系２８すなわち集光レンズ２９の水平移動を引き起こす。

ｚ軸方向移動機構１４、ｘ軸方向移動機構１７およびｙ軸方向移動機構２２にはステージドライバー３８が接続される。ステージドライバー３８はｚ軸方向移動機構１４、ｘ軸方向移動機構１７およびｙ軸方向変位機構３４の動作を制御する。ステージドライバー３８はこれら移動機構１４、１７、２２の動作の制御にあたって所定の位置情報を取得する。取得された位置情報に基づき光学系２８と被加工物配置ステージ１２上の支持面１３との間で相対位置が特定される。ステージドライバー３８は、特定される相対位置に従ってｚ軸方向移動機構１４、ｘ軸方向移動機構１７およびｙ軸方向移動機構２２に制御信号を供給する。ｚ軸方向移動機構１４は制御信号の受信に応じてｚ軸方向に被加工物配置ステージ１２を動かす。同様に、ｘ軸方向移動機構１７は制御信号の受信に応じてｘ軸方向に被加工物配置ステージ１２を動かす。ｙ軸方向移動機構２２は制御信号の受信に応じてｙ軸方向に加工ヘッドユニット１９を動かす。

光源コントローラー３６、光学系コントローラー３７およびステージドライバー３８にはコンピューター３９が接続される。コンピューター３９は所定のプログラムに従って統括的に光源コントローラー３６、光学系コントローラー３７およびステージドライバー３８の動作を制御する。制御にあたってコンピューター３９はレーザー光線すなわち集光レンズ２９と被加工物配置ステージ１２との目標相対移動速度並びにレーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度を特定する。レーザー光線および被加工物配置ステージ１２の相対移動速度は目標相対移動速度すなわち最大相対移動速度で維持される。すなわち、レーザー光線は目標相対移動速度で水平方向に等速移動する。目標相対移動速度に従って光学系コントローラー３７はｙ軸方向変位機構３４の制御信号を生成する。相対移動速度確立時の単位時間当たりエネルギー密度が特定されると、コンピューター３９はレーザー光線のレーザーパワー、レーザーパルス幅、パルスデューティおよびパルス周波数といった発振条件を算出する。算出された発振条件は光源コントローラー３６に通知される。光源コントローラー３６は通知された発振条件に基づき駆動電圧を生成する。なお、本実施形態では、ひとたび発振条件が決定されると、被加工物の加工期間中を通じてレーザー発振器２５の発振条件は算出された条件に維持される。

同時に、コンピューター３９は、特定された目標相対移動速度に基づき、加速時の相対移動速度すなわち加速時相対移動速度および減速時の相対移動速度すなわち減速時相対移動速度を特定する。図３に示されるように、レーザー光線と被加工物配置ステージ１２との相対移動速度は静止状態Ｖ_０から目標相対移動速度Ｖｓに向かって任意の加速度（例えば等加速度）で変化する。同様に、レーザー光線と被加工物配置ステージ１２との相対移動速度は目標相対移動速度Ｖｓから静止状態Ｖ_０に向かって任意の減速度（等減速度）で変化する。そういった加速度や減速度に基づきコンピューター３９は集光レンズ２９のｙ軸方向移動速度を特定する。特定された集光レンズ２９のｙ軸方向移動速度は光学系コントローラー３７に通知される。光学系コントローラー３７は通知されたｙ軸方向移動速度に基づき制御信号を生成する。本実施形態では、加速度や減速度とｙ軸方向移動速度との関係は参照テーブルから取り込まれる。参照テーブルは、例えばコンピューター３９に組み込まれる記憶装置に格納されればよい。加速度や減速度とｙ軸方向移動速度との関係は予め実測に基づき特定されればよい。以上のような制御にあたってコンピューター３９ではリアルタイムＯＳ上でプログラムの動作は実現されればよい。

いま、レーザー加工装置１１でいわゆるヘッドサスペンションアセンブリの折り曲げ加工を実施する場面を想定する。ヘッドサスペンションアセンブリはハードディスク駆動装置で使用される。ヘッドサスペンションアセンブリはハードディスク駆動装置の筐体内に組み込まれる。例えば図４に示されるように、ヘッドサスペンションアセンブリ４１は先端で浮上ヘッドスライダ４２を支持する。浮上ヘッドスライダ４２には電磁変換素子が搭載される。ハードディスク駆動装置の動作中、浮上ヘッドスライダ４２は回転中の磁気ディスクに向き合わせられる。

ヘッドサスペンションアセンブリ４１はベースプレート４３でキャリッジ（図示されず）に連結される。キャリッジは垂直方向に延びる支軸に回転自在に支持される。ベースプレート４３はキャリッジアームの先端に重ね合わせられる。キャリッジアームは支軸から水平方向に延びる。キャリッジが支軸回りで回転すると、浮上ヘッドスライダ４２は磁気ディスクの半径方向に移動することができる。こういった半径方向移動に基づき浮上ヘッドスライダ４２上の電磁変換素子は所望の記録トラックに位置合わせされることができる。

ベースプレート４３にはヘッドサスペンション４４が取り付けられる。ヘッドサスペンション４４は、ベースプレート４３から前方に所定の間隔で隔てられるロードビーム４５を備える。ベースプレート４３とロードビーム４５との間でヘッドサスペンション４４にはヒンジ４６が区画される。ヒンジ４６は所定の弾性力を発揮する。こういった弾性力の確立にあたってヘッドサスペンション４４は例えばアルミニウムやマグネシウム、ステンレス鋼といった金属素材の板材から成形される。

ヘッドサスペンション４４の表面にはフレキシャ４７が固定される。フレキシャ４７はヘッドサスペンション４４の先端でいわゆるジンバルを区画する。ジンバルに浮上ヘッドスライダ４２は固着される。ジンバルの働きで浮上ヘッドスライダ４２はヘッドサスペンション４４に対して任意に姿勢を変化させることができる。図５に示されるように、ヒンジ４６は折れ線４９に沿って折り曲げられる。折れ線４９は１直線上を延びる。ベースプレート４３とロードビーム４５との間には所定の折り曲げ角θが設定される。この折り曲げ角θに基づきロードビーム４５では規定の押し付け力が確立される。

浮上ヘッドスライダ４２が回転中の磁気ディスクに向き合わせられると、浮上ヘッドスライダ４２には空気流の働きで浮力が作用する。この浮力は浮上ヘッドスライダ４２の表面形状に基づき設定される。同時に、浮上ヘッドスライダ４２にはヘッドサスペンション４４から磁気ディスクに向かってヒンジ４６の押し付け力が作用する。浮力および押し付け力のバランスに基づき浮上ヘッドスライダ４２の浮上高さは決定される。押し付け力の大きさは折り曲げ角θに基づき設定される。したがって、折り曲げ角θのずれは押し付け力を変化させる。浮上ヘッドスライダ４２の浮上高さは変化する。押し付け力は０．０１［ｇ］単位で調整される。

ヒンジ４６の弾性力すなわちばね圧は浮上ヘッドスライダ４２の浮上高さを決定する。浮上高さに応じてヒンジ４６のばね圧は設定される。しかしながら、ヘッドサスペンション４４の加工精度の問題などから、必ずしもヒンジ４６で所望のばね圧が確立されることはできない。ばね圧の調整にあたってヘッドサスペンション４４にはレーザー光線が照射される。レーザー光線の照射に応じてヘッドサスペンション４４の折り曲げ加工は修正される。こうした修正に基づきヒンジ４６のばね圧は調整される。

ヒンジ４６のばね圧の調整にあたって、まず、加工対象のヒンジ４６のばね圧は測定される。測定されたばね圧と規定のばね圧との差分が算出される。算出された差分に基づき折り曲げの向きと修正量（折り曲げ角α）とが求められる。続いて、算出されたヒンジ４６の折り曲げ角αに応じてレーザー光線の照射条件が求められる。レーザー光線の照射条件には、レーザー光線のレーザーパワー、レーザーパルス幅、パルスデューティおよびパルス周波数といったレーザー光線の発振条件や、レーザー光線の照射位置、照射回数、ヒンジ４６に対するレーザー光線の走査速度、レーザー光線の焦点距離その他の条件が組み合わせられる。これら照射条件は、想定されるヒンジ４６の折り曲げ角αに応じて予め用意されることができる。実際の加工時には用意された照射条件の中から適正な照射条件が選択される。

例えば図６に示されるように、折り曲げ加工にあたってヘッドサスペンションアセンブリ４１はレーザー加工装置１１の被加工物配置ステージ１２上に搭載される。ヘッドサスペンションアセンブリ４１はベースプレート４３で支持面１３に固定される。図７から明らかなように、ヘッドサスペンション４４のヒンジ４６すなわち板ばねには折れ線４９が規定される。折れ線４９は１直線上を延びる。折れ線４９はｙ軸に平行に規定される。ヘッドサスペンション４４すなわちヒンジ４６は被加工配置ステージ１２上の一水平面内で広がる。折れ線４９はビームスポットの移動経路に相当する。

コンピューター３９では、折り曲げ角αの大きさに応じてレーザー光線と被加工物配置ステージ１２との目標相対移動速度並びにビームスポットの単位時間当たりエネルギー密度が決定される。単位時間当たりエネルギー密度は、集光レンズ２９の焦点で確立されるレーザー光線のビームスポットに基づき特定される。こうして目標相対移動速度および単位時間当たりエネルギー密度が設定されると、ヒンジ４６上の特定の位置ごとに微小単位面積当たりのエネルギーが特定される。この微小単位面積当たりのエネルギーが折り曲げ角すなわち修正量を決定する。目標相対移動速度に従ってコンピューター３９はｙ軸方向変位機構３４の制御量を決定する。単位時間当たりエネルギー密度に従ってコンピューター３９はレーザーパワー、レーザーパルス幅、パルスデューティおよびパルス周波数を決定する。これら発振条件は一定の状態に維持される。

ヘッドサスペンションアセンブリ４１が支持面１３に固定されると、コンピューター３９は集光レンズ２９の光軸５１に対して折れ線４９を位置合わせする。集光レンズ２９の光軸５１は折れ線４９の任意の位置に垂直方向から直交する。同時に、集光レンズ２９とヒンジ４６の表面との距離は集光レンズ２９の焦点距離に合わせ込まれる。位置合わせにあたってコンピューター３９は光学系２８の位置情報および被加工物配置ステージ１２の位置情報を取得する。これら位置情報に基づきｚ軸方向移動機構１４の制御量、ｘ軸方向移動機構１７の制御量、ｙ軸方向移動機構２２の制御量、ｚ軸方向変位機構３１の制御量およびｙ軸方向変位機構３４の制御量は決定される。決定された制御量に基づきステージドライバー３８は制御信号を生成する。生成された制御信号はｚ軸方向移動機構１４、ｘ軸方向移動機構１７およびｙ軸方向移動機構２２にそれぞれ供給される。同様に、決定された制御量に基づき光学系コントローラー３７は制御信号を生成する。生成された制御信号はｚ軸方向変位機構３１およびｙ軸方向変位機構３４にそれぞれ供給される。

コンピューター３９は目標相対移動速度およびビームスポットの移動距離に基づき集光レンズ２９とヘッドサスペンションアセンブリ４１との間で相対移動速度の変化を特定する。すなわち、相対移動速度で速度変化が特定される。コンピューター３９は速度変化に基づき集光レンズ２９のｚ軸方向移動速度を特定する。その結果、ｚ軸方向変位機構３１の制御量は特定される。本実施形態では、ｚ軸方向移動速度の判別にあたってｚ軸方向変位機構３１の加速度が用いられる。ここで、加速度には負の加速度すなわち減速度が含まれる。加えて、本実施形態では、集光レンズ２９とヘッドサスペンションアセンブリ４１との相対移動速度の変化に拘わらず、光学系２８の働きに応じて、ヘッドサスペンションアセンブリ４１に照射されるレーザー光線の微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。図８に示されるように、レーザー光線の微小単位面積当たりのエネルギーの維持にあたって、静止状態Ｖ_０から目標相対移動速度Ｖｓに向かって相対移動速度の加速に応じて単位時間当たりエネルギー密度は増大する。反対に、目標相対移動速度Ｖｓから静止状態Ｖ_０に向かって相対移動速度の減速に応じて単位時間当たりエネルギー密度は減少する。ここで、ビームスポットのエネルギー密度は集光レンズ２９の焦点の位置に応じて設定される。焦点位置の移動に応じてレーザー光線のビームスポットが拡大すると、レーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度は減少する。焦点位置の移動は光学系２８のｚ軸方向移動に基づき実現される。

コンピューター３９ではレーザー光線の発振条件を特定する通知信号が生成される。通知信号は光源コントローラー３６に供給される。光源コントローラー３６は、通知された発振条件に従ってレーザー発振器２５に駆動電圧を印加する。レーザー発振器２５からレーザー光線は出力される。レーザー光線は反射ミラー２６の働きで出射口２７に導かれる。出射口２７から出射したレーザー光線は光学系２８に導入される。集光レンズ２９はレーザー光線を集光する。

図９にはｚ軸方向にヒンジ４６と集光レンズ２９との位置関係が概念的に示される。ヒンジ４６上に形成されるビームスポットはｘ_０位置（時間ｔ_０）からｘ_３位置（時間ｔ_３）に向けてｙ軸方向に移動する。ｘ_０位置（時間ｔ_０）からｘ_１位置（時間ｔ_１）まで集光レンズ２９は加速する。ｘ_１位置（時間ｔ_１）からｘ_２位置（時間ｔ_２）まで集光レンズ２９は等速移動する。ｘ_２位置（時間ｔ_２）からｘ_３位置（時間ｔ_３）まで集光レンズ２９は減速する。本実施形態では、ビームスポットの移動にあたってｙ軸方向の集光レンズ２９の変位が利用される。このとき、集光レンズ２９はビームスポットの移動距離に対して十分な大きさの直径を有することが望まれる。同時に、集光レンズ２９は平行光のレーザー光線の断面径よりも十分に大きな直径を有することが望まれる。

図９に示されるように、ｘ_０位置（時間ｔ_０）では集光レンズ２９とヒンジ４６との相対速度は低い。このとき、集光レンズ２９のｚ軸方向変位に基づき、レーザー光線の焦点はヒンジ４６の表面から離れた位置に配置される。この位置では集光レンズ２９は焦点距離よりも大きな距離でヒンジ４６の表面から遠ざかる。ｘ_０位置（時間ｔ_０）ではヒンジ４６の表面に最大径のビームスポットが形成される。

コンピューター３９では、レーザー光線の出射と同時に、前述の目標相対移動速度に基づきｙ軸方向変位機構３４の制御量が特定される。特定された制御量に基づき光学系コントローラー３７は制御信号を生成する。生成された制御信号はｙ軸方向変位機構３４に供給される。集光レンズ２９はｙ軸方向に移動し始める。レーザー光線のビームスポットは折れ線４９上を移動していく。

静止状態から目標相対移動速度まで集光レンズ２９は所定の加速度で加速する。光学系コントローラー３７では、集光レンズ２９の加速度に基づき特定される制御量に基づき制御信号が生成される。制御信号はｚ軸方向変位機構３１に供給される。集光レンズ２９が加速するにつれて集光レンズ２９はｚ軸方向にヒンジ４６に近づく。その結果、集光レンズ２９の焦点はヒンジ４６の表面に近づく。ヒンジ４６の表面ではビームスポットは次第に縮小していく。ｘ_０位置に比べてレーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度は増大する。相対移動の加速中にも拘わらずヒンジ４６上では個々の位置ごとに微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。静止位置（ｘ_０位置）から加速度終端位置（ｘ_１位置）まで均一な谷折りは実現される。

ｘ_１位置で集光レンズ２９のｙ軸方向変位は目標相対移動速度に達する。集光レンズ２９のｚ軸方向変位は停止する。集光レンズ２９のｚ軸方向変位の停止にあたってｚ軸方向変位機構３１には光学系コントローラー３７から制御信号が供給される。集光レンズ２９の焦点はヒンジ４６の表面に合わせ込まれる。すなわち、集光レンズ２９とヒンジ４６の表面との距離は集光レンズ２９の焦点距離に一致する。ｘ_２位置に向かって集光レンズ２９が等速度で移動する間、この状態は維持される。ヒンジ４６の表面には最小径のビームスポットが形成される。ビームスポットでは単位時間当たりエネルギー密度は最大限に高まる。こうして個々の位置ごとに微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。加速度終端位置（ｘ_１位置）から目標相対移動速度終端位置（ｘ_２位置）まで均一な谷折りは実現される。

集光レンズ２９がｘ_２位置に達すると、集光レンズ２９のｙ軸方向変位の停止に先立って集光レンズ２９は所定の減速度で減速し始める。光学系コントローラー３７では、減速度に基づき特定される制御量に基づきｚ軸方向変位機構３１の制御信号が生成される。制御信号はｚ軸方向変位機構３１に供給される。集光レンズ２９がｙ軸方向に減速するにつれて集光レンズ２９はｚ軸方向にさらにヒンジ４６に近づく。その結果、集光レンズ２９の焦点はヒンジ４６の表面から遠ざかる。ヒンジ４６の表面ではビームスポットは次第に拡大していく。レーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度は次第に減少する。減速にも拘わらずヒンジ４６上では個々の位置ごとに微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。目標相対移動速度終端位置（ｘ_２位置）から停止位置（ｘ_３位置）まで均一な谷折りは実現される。

集光レンズ２９がｘ_３位置に達すると、ｙ軸方向に集光レンズ２９の移動は停止する。このとき、光源コントローラー３６はレーザー発振器２５に対して駆動電圧の印加を停止する。レーザー発振器２５からレーザー光線の出力は終了する。なお、以上の折り曲げ加工では、ビームスポットの拡大にあたって、集光レンズ２９の焦点よりも遠い位置でヒンジ４６の表面にビームスポットが形成されてもよく、集光レンズ２９の焦点よりも近い位置でヒンジ４６の表面にビームスポットが形成されてもよい。

図８を併せて参照し、時間ｔ_０あるいは時間ｔ_３では、ヒンジ４６の表面に形成されるビームスポットのスポット径が大きいことから、レーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度（ΔＥ_１）は低い。その一方で、時間ｔ_１あるいは時間ｔ_２では、ヒンジ４６の表面に形成されるビームスポットのスポット径が小さいことから、レーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度（ΔＥ_２）は高い。ただし、経過時間ｔに応じて集光レンズ２９とヒンジ４６との相対移動速度は変化することから、ヒンジ４６上ではいずれの位置でもエネルギー（Ｅ）は一定に維持される。エネルギーは、単位時間当たりエネルギー密度、並びに、集光レンズ２９とヒンジ４６との相対移動速度の関数となる。すなわち、集光レンズ２９がｙ軸方向に相対的に加速する状態では集光レンズ２９の焦点は被加工物の表面に徐々に近づけられる。接近に応じて、被加工物に作用する単位時間当たりエネルギー密度は高められる。反対に、集光レンズ２９がｙ軸方向に相対的に減速する状態では集光レンズ２９の焦点は被加工物の表面から徐々に遠ざけられる。こうして均一なレーザーエネルギーに基づきヒンジ４６の折り曲げ加工は実施されることができる。

なお、上記実施形態では、集光レンズ２９と被加工物との距離は集光レンズ２９の移動に基づき変化する。ただし、集光レンズ２９と被加工物との距離は、被加工物配置ステージ１２の移動に基づき変化してもよく、集光レンズ２９の移動および被加工物配置ステージ１２の移動に基づき変化してもよい。

いま、例えば図１０に示されるように、前述のヘッドサスペンションアセンブリ４１で折れ線４９が所定の傾斜角βで水平面から傾斜する場面を想定する。ここでは、光源コントローラー３６は前述と同様にレーザー発振器２５の動作を制御する。光学系コントローラー３７は前述と同様にｚ軸方向変位機構３１およびｙ軸方向変位機構３４の動作を制御する。ステージドライバー３８は前述と同様にｘ軸方向移動機構１７およびｙ軸方向移動機構２２の動作を制御する。ステージドライバー３８は傾斜角βに基づきｚ軸方向移動機構１４の動作を制御する。

静止状態（ｘ_０位置）から目標相対移動速度の到達（ｘ_１位置）まで集光レンズ２９はｙ軸方向に前述の加速度で加速する。ステージドライバー３８では、その加速度に基づき特定される制御量に基づきｚ軸方向移動機構１４の制御信号が生成される。制御信号はｚ軸方向移動機構１４に供給される。ｚ軸方向移動機構１４の働きに応じて、集光レンズ２９がｙ軸方向に加速するにつれてヒンジ４６は下降していく。ヒンジ４６の表面に形成されるビームスポットは１仮想水平面５２内で移動していく。前述と同様にレーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度は増大する。相対移動の加速中およびヒンジ４６の傾斜にも拘わらずヒンジ４６上では個々の位置ごとにレーザー光線の微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。静止位置（ｘ_０位置）から加速度終端位置（ｘ_１位置）まで均一な谷折りは実現される。

ｘ_１位置で集光レンズ２９が目標相対移動速度に達すると、ステージドライバー３８では、目標相対移動速度に基づき特定される制御量に基づきｚ軸方向移動機構１４の制御信号が生成される。生成された制御信号はｚ軸方向移動機構１４に供給される。ｘ_１位置からｘ_２位置まで集光レンズ２９が一定の速度で移動するにつれてｚ軸方向移動機構１４の働きに応じてヒンジ４６は下降していく。ヒンジ４６の表面に形成されるビームスポットは１仮想水平面５２内で移動していく。ヒンジ４６の表面には最小径のビームスポットが形成される。ｘ_１位置からｘ_２位置までｚ軸方向に集光レンズ２９の移動は停止されることから、最小径のビームスポットは維持される。その結果、レーザー光線の単位時間当たりエネルギー密度は最大限に高まる。ヒンジ４６の傾斜にも拘わらずヒンジ４６上では個々の位置ごとに微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。加速度終端位置（ｘ_１位置）から目標相対移動速度終端位置（ｘ_２位置）まで均一な谷折りは実現される。

集光レンズ２９のｙ軸方向変位の停止に先立って集光レンズ２９はｘ_２位置でｙ軸方向に前述の減速度で減速し始める。ステージドライバー３８では、減速度に基づき特定される制御量に基づきｚ軸方向移動機構１４の制御信号が生成される。制御信号はｚ軸方向移動機構１４に供給される。集光レンズ２９が減速するにつれてｚ軸方向移動機構１４の働きに応じてヒンジ４６はさらに下降していく。こうしてヒンジ４６の表面に形成されるビームスポットは１仮想水平面５２内で移動していく。集光レンズ２９の焦点はヒンジ４６の表面から遠ざかることから、単位時間当たりエネルギー密度は減少する。その結果、相対移動の減速中および傾斜にも拘わらずヒンジ４６上では個々の位置ごとに微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。目標相対移動速度終端位置（ｘ_２位置）から停止位置（ｘ_３位置）まで均一な谷折りは実現される。

図１１は本発明の第２実施形態に係る光学系２８ａを概略的に示す。この光学系２８ａでは例えば出射口２７と集光レンズ２９との間に光学フィルター５３が組み込まれる。光学フィルター５３は任意の範囲で段階的にまたは連続的にレーザー光線に対して光学濃度を変化させる。すなわち、光学フィルター５３の働きで、集光レンズ２９から出射するレーザー光線の光量は変化する。レーザー光線の光量の変化に応じて単位時間当たりエネルギー密度の変化は引き起こされる。その結果、前述と同様に、集光レンズ２９と被加工物との相対移動速度の変化に拘わらず微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。具体的には、集光レンズ２９がｙ軸方向に相対的に加速する状態では光学フィルター５３の働きでレーザー光線の透過量は次第に減少する。集光レンズ２９がｙ軸方向に相対的に減速する状態では光学フィルター５３の働きでレーザー光線の透過量は次第に減少する。本実施形態では、光学フィルター５３は出射口２７の光軸上で支柱２１に不動に固定される。その他、光学フィルター５３は集光レンズ２９とともに移動してもよい。

図１２は光学フィルター５３の一具体例を示す。この光学フィルター５３は円盤形に形成される。円周方向に複数種類のレーザー透過度のフィルター要素５３ａ〜５３ｆが配列される。ここでは、例えば透過度１００％のフィルター要素５３ａ、９０％のフィルター要素５３ｂ、８０％のフィルター要素５３ｃ、７０％のフィルター要素５３ｄ、６０％のフィルター要素５３ｅおよび５０％のフィルター要素５３ｆといった具合に中心角６０度ごとに異なる光学濃度の光学フィルターが確立される。光学フィルター５３には中心で直交する回転軸５４が結合される。回転軸５４には例えばステッピングモーター５５が連結される。ステッピングモーター５５の駆動軸５５ａおよび回転軸５４にタイミングベルト５６が巻き付けられる。ステッピングモーター５５の働きで回転軸５４回りで光学フィルター５３の回転は実現される。ステッピングモーター５５の動作は前述の光学系コントローラー３７で制御されればよい。光学濃度は例えば透過度１００％〜５０％の範囲で円周方向に連続的に変化してもよい。光学フィルター５３には、電気的な制御に基づき光の透過度を変化させる素子が用いられてもよい。例えば液晶によれば１枚の光学フィルター５３で複数の透過度が実現されることができる。この場合には光学フィルター５３そのものが物理的に移動する必要はない。その他、光学系２８ａには複数枚の光学フィルター５３、５３…が組み込まれてもよい。この場合には、個々の光学フィルター５３、５３…で異なる透過度が確立されればよい。光学フィルター５３、５３…は順番に入れ替えられればよい。個々の光学フィルター５３、５３…では同一の透過度が確立されてもよい。光学フィルター５３の枚数に基づき透過度は調整されればよい。

図１３は本発明の第３実施形態に係る光学系２８ｂを概略的に示す。この光学系２８ｂでは例えば出射口２７と集光レンズ２９との間に絞り５８が組み込まれる。絞り５８は任意の範囲で段階的にまたは連続的に開口面積を変化させる。すなわち、絞り５８の働きで絞り５８を通過するレーザー光線の光量は変化する。その結果、前述と同様に、集光レンズ２９と被加工物との相対移動速度の変化に拘わらず微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。絞り５８は、例えば絞り羽根の働きでレーザー光線の透過量を調節すればよい。絞り５８にはその他の構造のものが用いられてもよい。本実施形態では、絞り５８は出射口２７の光軸上で支柱２１に不動に固定される。その他、絞り５８は集光レンズ２９とともに移動してもよい。

図１４は本発明の第４実施形態に係る光学系２８ｃを概略的に示す。この光学系２８ｃでは例えば出射口２７と集光レンズ２９との間にビームエキスパンダー６１が組み込まれる。ビームエキスパンダー６１の光軸は集光レンズ２９の光軸に合わせ込まれる。ビームエキスパンダー６１では拡大レンズ６２はレーザー光線の平行光を拡大する。レンズ６３は拡大レンズ６２から出射されるレーザー光線を平行光に変換する。拡大レンズ６２がレンズ６３から遠ざかれば遠ざかるほど、集光レンズ２９から出力されるレーザー光線のビームスポットは縮小する。単位時間当たりエネルギー密度は増大する。その結果、前述と同様に、集光レンズ２９と被加工物との相対移動速度の変化に拘わらず微小単位面積当たりのエネルギーは一定に維持される。ビームエキスパンダー６１には例えばアクチュエーターが接続されればよい。アクチュエーターは光軸に沿ってビームエキスパンダー６１の移動を実現する。

前述のように折れ線４９が所定の傾斜角βで水平面から傾斜する場合でも、前述の光学系２８に代えて光学系２８ａ、２８ｂ、２８ｃが組み込まれることができる。こういった場合には、前述と同様に、ステージドライバー３８は傾斜角βに基づきｚ軸方向移動機構１４の動作を制御すればよい。

（付記１）被加工物を支持するステージと、出射口から被加工物に向かってレーザー光線を照射する光源と、出射口および被加工物の間に配置され、出射口から単位時間当たりに単位面積に照射されるレーザー光線のエネルギーを調整する光学系とを備えることを特徴とする加工装置。

（付記２）付記１に記載の加工装置において、前記ステージおよび出射口の間で相対移動を引き起こす移動機構と、前記相対移動の加速度に応じて前記エネルギーの調整を制御する制御回路とをさらに備えることを特徴とする加工装置。

（付記３）付記１に記載の加工装置において、前記光学系は、前記被加工物上に形成されるレーザー光線のビームスポットを拡大縮小させることを特徴とする加工装置。

（付記４）付記１に記載の加工装置において、被加工物および出射口の距離に応じて前記エネルギーの調整を制御する制御回路をさらに備えることを特徴とする加工装置。

（付記５）付記１に記載の加工装置において、前記光学系は、前記被加工物に対して進退移動する集光レンズを備えることを特徴とする加工装置。

（付記６）付記１に記載の加工装置において、前記光学系は、複数値の光学濃度を有する光学フィルターを備えることを特徴とする加工装置。

（付記７）付記１に記載の加工装置において、前記光学系は絞りを備えることを特徴とする加工装置。

（付記８）付記１に記載の加工装置において、前記光学系はビームエキスパンダーを備えることを特徴とする加工装置。

（付記９）出射口からステージ上の被加工物にレーザー光線を照射する工程と、レーザー光線の照射にあたって、出射口および被加工物の間に配置される光学系に基づき出射口から単位時間当たりに単位面積に照射されるレーザー光線のエネルギーを調整する工程とを備えることを特徴とする加工方法。

（付記１０）付記９に記載の加工方法において、前記ステージおよび出射口の間で相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の加速度に応じて前記エネルギーの調整を制御する工程とをさらに備えることを特徴とする加工方法。

（付記１１）付記９に記載の加工方法において、前記エネルギーの調整にあたって前記被加工物上に形成されるレーザー光線のビームスポットを拡大縮小する工程を備えることを特徴とする加工方法。

（付記１２）付記９に記載の加工方法において、被加工物および出射口の距離に応じて前記エネルギーの調整を制御する工程をさらに備えることを特徴とする加工方法。

（付記１３）出射口からステージ上の板ばねにレーザー光線を照射し、板ばねに折り曲げ加工を施す工程と、レーザー光線の照射にあたって、出射口および板ばねの間に配置される光学系に基づき出射口から単位時間当たりに単位面積に照射されるレーザー光線のエネルギーを調整する工程とを備えることを特徴とする板ばねの製造方法。

（付記１４）付記１３に記載の板ばねの製造方法において、前記ステージおよび出射口の間で相対移動を引き起こす工程と、前記相対移動の加速度に応じて前記エネルギーの調整を制御する工程とをさらに備えることを特徴とする板ばねの製造方法。

（付記１５）付記１３に記載の板ばねの製造方法において、前記エネルギーの調整にあたって前記被加工物上に形成されるレーザー光線のビームスポットを拡大縮小する工程を備えることを特徴とする板ばねの製造方法。

（付記１６）付記１３に記載の板ばねの製造方法において、板ばねおよび出射口の距離に応じて前記エネルギーの調整を制御する工程をさらに備えることを特徴とする板ばねの製造方法。

本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の構造を概略的に示す正面図である。レーザー加工装置の制御系を概略的に示すブロック図である。レーザー光線の移動速度を概念的に示すグラフである。ヘッドサスペンションアセンブリの構造を概略的に示す拡大斜視図である。ヘッドサスペンションアセンブリの側面図である。ヘッドサスペンションアセンブリの折り曲げ加工時のレーザー加工装置を示す正面図である。レーザー加工装置に搭載されるヘッドサスペンションアセンブリを概略的に示す平面図である。レーザー光線の移動にあたって単位時間当たりエネルギー密度の変化と微小面積当たりのエネルギーとを示すグラフである。本発明の第１実施形態に係る光学系の働きを概念的に示すレーザー加工装置の動作図である。折れ線が傾斜する際に第１実施形態に係る光学系の働きを概念的に示すレーザー加工装置の動作図である。本発明の第２実施形態に係る光学系の働きを概念的に示すレーザー加工装置の動作図である。一具体例に係る光学フィルターの構造を概略的に示す拡大斜視図である。本発明の第３実施形態に係る光学系の働きを概念的に示すレーザー加工装置の動作図である。本発明の第４実施形態に係る光学系の働きを概念的に示すレーザー加工装置の動作図である。

符号の説明

１１加工装置（レーザー加工装置）、１２ステージ（被加工物配置ステージ）、２４光源、２７出射口、２８（２８ａ〜２８ｃ）光学系、２９集光レンズ、３７制御回路（光学系コントローラー）、３９制御回路（コンピューター）、４１被加工物（ヘッドサスペンションアセンブリ）、４６板ばね（ヒンジ）、５３光学フィルター、５８絞り、６１ビームエキスパンダー。

Claims

被加工物を支持するステージと、
発振条件を一定に維持したレーザー光線を発振する光源と、
集光部を用いて前記被加工物に前記レーザー光線を集光させる光学系と、
前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に相対移動を引き起こす第１移動機構と、
前記光学系および前記ステージの間で前記照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす第２移動機構と、
前記第２移動機構による相対移動の速度変化に応じて前記第１移動機構による相対移動を制御する制御部と
を備えることを特徴とする加工装置。
ステージ上の被加工物に向かって発振条件を一定に維持したレーザー光線を照射し、集光部を備えた光学系によって前記被加工物に前記レーザー光線を集光させる工程と、
前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、
前記相対移動の速度変化に応じて、前記光学系および前記ステージの間の前記照射方向の相対移動を制御する工程と
を備えることを特徴とする加工方法。
ステージ上の板ばねに向かって発振条件を一定に維持したレーザー光線を照射し、集光部を備えた光学系によって前記板ばねに前記レーザー光線を集光させる工程と、
前記レーザー光線の照射にあたって、前記光学系および前記ステージの間で前記レーザー光線の照射方向に対して垂直な方向に相対移動を引き起こす工程と、
前記相対移動の速度変化に応じて、前記光学系および前記ステージの間の前記照射方向の相対移動を制御し、前記板ばねに折り曲げ加工を施す工程と
を備えることを特徴とする板ばねの製造方法。