JP4663354B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
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また、着色層の欠陥領域の全体を覆う加工領域を設定し、該加工領域をレーザ光の照射による最小加工矩形で分割して、最小加工矩形の縦横に整数倍した最大加工矩形から最小加工矩形までの加工矩形をサイズの大きいものを優先して順次分割部分に当てはめて行き、前記加工領域の全体にわたってレーザ光の照射による欠陥部を囲む着色層の除去加工を行うようにしたレーザ加工方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、前記レーザ加工方法の後者においては、レーザ光の照射による加工矩形を加工領域の分割部分に当てはめて行く際に、レーザ加工装置とカラーフィルタを取り付けたXYテーブルをXY方向に相対的に移動させねばならないので、レーザ光の加工領域における所定の加工位置への移動、位置決めを迅速、高精度に行えず、レーザ加工を能率よく正確に行うことができない問題がある。
すなわち、請求項1に係るレーザ加工方法は、個別に設けた駆動手段によって対向方向に独立して移動される一対のスリット板を、それらの対向縁間に形成されるスリットを直交させて二対設けたアパーチャー機構を備え、レーザ発振器から出力され前記二対のスリット板によって開閉可能に形成された合成スリットを通過してビーム形状を整形されたレーザ光を形成するレーザ加工ヘッドによって前記レーザ光を照射してワークを加工するようにしたレーザ加工装置を使用してワークの所定の加工エリアを整形加工するレーザ加工方法において、前記レーザ加工ヘッドの前記ワークに対する位置を、前記加工エリアを整形加工する位置に相対移動させ、前記加工エリアに内接する矩形の初期加工エリアに対応させて各スリット板を開閉移動して形成した合成スリットを通してレーザ光をワークに照射することにより、前記初期加工エリアを整形加工した後に、前記レーザ加工ヘッドの前記ワークに対する相対位置を固定した状態で、直交する少なくとも一対のスリット板の一方を単位開閉量の整数倍だけ開き、他方を単位開閉量の整数倍だけ閉じて形成した合成スリットを通してワークにレーザ光を照射する操作を繰り返すことにより、前記初期加工エリアの外側の円弧部を含む後続加工エリアを、該円弧部を段階的に輪郭形成しながら前記加工エリアを整形加工することを特徴としている。
請求項2に係るレーザ加工方法は、請求項1に係るレーザ加工方法において、前記合成スリットは、前記レーザ光のビーム形状を前記加工エリアに内接する矩形形状に整形することを特徴としている。
請求項1または2に係るレーザ加工方法によれば、レーザ加工装置のアパーチャー機構における二対のスリット板の開閉移動を段階的に行うことにより、各スリット板によって形成される合成スリットを段階的に多様に変化させることができるので、レーザ光をそのビーム形状を円弧部を含む種々の形状、大きさの加工エリアに合わせて段階的に調節しながらワークに照射して整形加工を行うことができる。そのため、アパーチャー機構によるレーザ光のビーム形状の整形における自由度が増し、アパーチャー機構に対して多種の固定スリットを用意して、加工エリアの寸法、形状が変わる毎に固定スリットを交換するといった煩雑な操作が不要となる。
また、初期加工エリアの整形加工から後続加工エリアの整形加工に向けて加工領域を拡大していく際に、レーザ加工装置とワークを取り付けたワークテーブルをXY方向に相対的に移動させる必要がなく、単に、各スリット板の移動だけで済むので、レーザ光の加工エリアにおける所定の加工位置への移動、位置決めを迅速、高精度に行うことができ、レーザ加工を能率よく正確に行うことができる。
請求項4に係るレーザ加工方法によれば、パルスモータによって各スリット板を最小移動単位にもとづき高い位置決め精度で移動させて合成スリットを形成することができるので、加工エリアの円弧部を円弧に沿った輪郭形状に確実に整形加工することができる。
図1,2において、1は本発明の一実施の形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置1は、レーザ電源2に接続されたレーザ発振器3と、該レーザ発振器3に内蔵され、該レーザ発振器3から出力されるレーザ光L1 と同軸にレーザの照射位置を示すガイド用の光L2 (以下、単に「ガイド光」という)を出力するガイド光投光器(投光手段)3aと、該レーザ光L1 またはガイド光L2 のビーム形状を整形するアパーチャー機構4と、結像レンズ5と対物レンズ6を有し前記アパーチャー機構4を通過して整形されたレーザ光L1 またはガイド光L2 をワークW上に結像させる光学系7とを備えている。
前記アパーチャー機構4は、前記レーザ光L1 の光軸Sの方向(図1,2で上下方向)に位置をずらして設けた一対のスリット機構4A,4Bからなり、該各スリット機構4A,4Bは、前記光軸Sに交差する(図示の例では直交する)平面において互いに先端縁8a,8bおよび先端縁8c,8dをそれぞれ平行にして対向された一対のスリット板A,Bおよび一対のスリット板C,Dと、各スリット板A,B,C,Dを互いに独立して対向方向a,bに進退移動させる一対の駆動手段10a,10b、10c,10dとを備えている。
また、前記各スリット機構4A,4Bは、それぞれ、中心部にレーザ光L1 またはガイド光L2 が通過する開口部を有し前記光軸Sの回りに左右に45°ずつ旋回可能に設けた上下の環状の旋回テーブル11a,11bと、該各旋回テーブル11a,11bを独立して旋回させる回転手段12a,12bとを備えている。そして、前記回転手段12a,12bは、例えば、前記旋回テーブル11a,11bの外周に環状ギヤ、ウォームホイール等(図示せず)を設け、これらにパルスモータ13a,13bで回転されるピニオンギヤ、ウォームギヤ等(図示せず)を噛み合わせたものとされている。これに限らず、他の任意の構造を採用することもでき、パルスモータ13a,13bもサーボモータに代えてもよい。
また、下流位置のスリット機構4Bの各スリット板B,Dは、前記下側の旋回テーブル11bに設けた案内部材(図示せず)によって支持され、下側の旋回テーブル11bに取り付けたパルスモータ14b,14dと、これらに連結したねじ軸(図示せず)を各スリット板B,Dに固定したナット(図示せず)に螺合させたねじ機構とからなる前記駆動手段10b,10dを介して、互いに対向方向bに移動して先端縁8b,8d間(対向縁間)に任意の幅(間隔)のスリット15bを形成するようになっている。これにより、各スリット機構4A,4Bにおける各スリット板A,C間と各スリット板B,D間に形成された各スリット15a,15bによって、レーザ光L1 またはガイド光L2 のビーム形状を整形して通過させる合成スリット16が形成されるようになっている。
なお、前記対物レンズ6は、複数の倍率の異なるレンズを光軸Sの回りに配置し、必要に応じて適宜倍率のレンズを光軸Sの位置へ直線移動して倍率の変換を可能とすることができる。
前記モータコントロール部27は、前記レーザ/スリット制御部28aからの指令を受けて生成した指令パルスを前記各パルスモータ13a,13b、14a,14b,14c,14dに送って所要の動作を行わせると共に、前記レーザ発振器3にレーザ照射を指令するようになっている。
先ず、整形加工の基本的な方法について説明する。例えば、図3(a)に示すように、四角形の四隅を円弧部等の切欠部30Rを有する加工すべき所定の加工エリア30がワークにある場合、該加工エリア30を最も近接して囲む仮想エリア31を、前記スリット機構4の駆動手段10a,10b,10c,10dによる前記ステップ板A〜Dの単位開閉量としての最小単位移動量(例えば、パルスモータのステップ角にもとづく前記スリット板A〜Dの移動量の整数倍の移動量)uで縦方向、横方向に分割し、前記加工エリア30に含まれる加工矩形(レーザ照射矩形)30aとそれから外れた非加工矩形(レーザ非照射矩形)30bとを区分する。前記仮想エリア31の分割、区分は、前記CCDカメラ19で加工エリア30を撮像して画像処理部28bで得た画像データにもとづいて前記主制御部28dが設定する。
すなわち、図4(a)に示すように、前記スリット板A,Cを、その先端縁8a,8cが前記仮想エリア31の縦方向における最も外側の両横方向分割線h0 ,h0 の位置となるまで移動させると共に、前記スリット板B,Dをその先端縁8b,8dが前記非加工矩形30bを閉じる両縦方向分割線k2 ,k2 の位置となるまで移動させた後に、これにより形成された合成スリット16を通して前記レーザ光L1 をワークに向けて照射して、前記加工エリア30に内接された最大矩形の初期レーザ照射エリア(初期加工エリア)30Cに初期加工(第1整形加工)を行う。
前記緑Gのパターンにおける白欠陥E1を修正する場合は、先ず、レーザ加工装置1の制御コンピュータ28を動作させると、モータコントロール部27によって図示しない前記X,Y軸駆動手段が作動して、前記ワークテーブル25上のワークWとレーザ加工ヘッド24とが相対的にX,Y軸方向x,yへ移動されて、レーザ加工ヘッド24の対物レンズ6の光軸(光軸S)の位置が、ワークWの赤Rのパターンの位置まで移動する。そして、図示しない前記Z軸駆動手段によってレーザ加工ヘッド24がZ軸方向zに微速で移動され、該レーザ加工ヘッド24に付設されたCCDカメラ19によって参照用投光器21からの光によって照明されているワークWを撮像して得られた画像データにもとづいて、前記画像処理部28bが赤Rのパターン32の形状、寸法データを取得する(図6(a)参照)(ステップS1)。
先ず、前記X,Y軸駆動手段を作動して前記ワークWとレーザ加工ヘッド24とが相対的にX,Y軸方向x,yへ移動されて、レーザ加工ヘッド24の対物レンズ6の光軸(光軸S)の位置を、白欠陥E2の位置まで移動する((図8(a)参照))(ステップS1)。そして、予め前記画像処理部28bが取得した白欠陥E2の形状、寸法データに従って、前記主制御部28dと前記レーザ/スリット制御部28aが動作して前記パルスモータ14a〜14dとレーザ発振器3を作動させることにより、前記スリットA〜Dによる合成スリット16を通してレーザ光L1 照射することにより、前記白欠陥E2を囲む青BL、ブラックマトリックスBM、赤Rに跨ったワークWの矩形領域35を除去する整形加工を行う(図8(b)参照)(ステップS2)。この後に、前記矩形領域35に溶液塗布装置によってブラックインク36を注入して硬化させる(図8(c)参照)(ステップS3)。
先ず、前記X,Y軸駆動手段を作動して前記ワークWとレーザ加工ヘッド24とが相対的にX,Y軸方向x,yへ移動されて、レーザ加工ヘッド24の対物レンズ6の光軸(光軸R)の位置を、白欠陥E2の位置まで移動する((図10(a)参照))(ステップS1)。そして、予め前記画像処理部28bが取得した白欠陥E2の形状、寸法データに従って、前記主制御部28dと前記レーザ/スリット制御部28aが動作して前記パルスモータ14a〜14dとレーザ発振器3を作動させることにより、前記スリットA〜Dによる合成スリット16を通してレーザ光L1 を照射することにより、前記白欠陥E2における青BL、ブラックマトリックスBM、赤Rに跨がり四隅が円弧部39Rに形成されたワークWの矩形状領域(加工エリア)39を除去する整形加工を行う(図10(b)参照)(ステップS2)。この後に、前記矩形状領域39に溶液塗布装置によってブルーインク37を注入して硬化させる(図10(c)参照)(ステップS3)。
すなわち、図13(a)に示すように、四隅部が半径rの円弧部40aを有する矩形状の整形加工すべき加工エリア40がある場合には、先ず、前記CCDカメラ19によってワークWを撮像して得られた画像データにもとづいて、前記画像処理部28bがワークWの加工エリア40の縦、横の寸法(スリットA〜Dによる合成スリット16の開口部のサイズ)と、前記円弧部40aの半径rを取得し、または予め作業者が設定する(ステップS1)。そして、前記駆動手段10b,10dのパルスモータ14a〜14bを作動させることにより、スリット板B,Dを半径rだけ閉じて初期レーザ照射エリア(初期加工エリア)40Aに相当する矩形の合成スリットを形成した(ステップS2)(図13(b)参照)後に、レーザ発振器3を作動させて前記合成スリットを通してワークの前記初期レーザ照射エリア40Aにレーザ光L1 を照射して初期加工(第1整形加工)をする(ステップS3)(図13(c)参照)。
前記スリットB,Dを図14(a)に図示の状態から、r/8だけ開けて(ステップS4)(図14(b)参照)、拡大レーザ照射エリア(後続加工エリア)40B1を通してレーザ光L1をワークWに照射する(ステップS5)(図14(c)参照)。次に、スリットA,Cをr/8だけ閉じると共に、スリットB,Dを4r/8まで開いて(ステップS6)(図15(a)参照)、拡大レーザ照射エリア(後続加工エリア)40B2を通してレーザ光L1をワークWに照射する(ステップS7)(図15(b)参照)。次に、スリットA,Cを2r/8まで閉じると共に、スリットB,Dを6r/8まで開いて(ステップS8)(図15(c)参照)、拡大レーザ照射エリア(後続加工エリア)40B3を通してレーザ光L1をワークWに照射する(ステップS9)(図16(a)参照)。
この場合、ワークWの加工エリア40の円弧部40aは、該円弧の半径rの1/8を最小単位移動量(スリット板A〜Dの単位開閉量)とするスリット板A〜Dの段階的な移動により、前記円弧に階段状に倣った形状40B’に整形加工されるが、前記最小単位移動量は極めて小さいので、前記円弧部40aの輪郭形状はほぼ円弧と見なすことができる。
なお、前記のように、カラーフィルタWの欠陥部E1,E2の修正にあたり、整形加工する加工エリア33の角部を円弧部33Rとして形成すると、溶液塗布装置によって修正インクを前記加工エリアに塗布した際に、修正インクのぬれ性(液体を固体表面に滴下した場合、該液体が気体を押しのけながら広がる性質)によって、修正インクが角部の内角に入り込み易くなり、修正インクが前記加工エリア33内の隅々まで均等に広がって前記欠陥部E1,E2をピンホール等が生じることなく良好に修正することができる。
また、初期加工エリア30A,33A,40Aの整形加工から後続加工エリア30B,30B、33B,40B1〜40B5の整形加工に向けて加工領域を拡大していく際に、レーザ加工装置1とワークWを取り付けたワークテーブル25をXY方向に相対的に移動させる必要がなく、単に、各スリット板A〜Dの移動だけで済むので、レーザ光L1 の加工エリア30,33,40における所定の加工位置への移動、位置決めを迅速、高精度に行うことができ、レーザ加工を能率よく正確に行うことができる。
また、前記駆動手段10a〜10dがパルスモータ14a〜14dを備え、前記各スリット板A〜Dの単位開閉量が前記パルスモータ14a〜14dの最小単位移動量の整数倍にもとづいて設定された場合には、パルスモータ14a〜14dによって各スリット板A〜Dを最小移動単位にもとづき高い位置決め精度で移動させて合成スリット16を形成することができるので、加工エリア30,33,40の円弧部30R,33R,40aを円弧に沿った輪郭形状に確実に整形加工することができる。
また、カラーフィルタの着色層の欠陥部を整形加工する場合に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ワークWとしての電子回路基板に形成された配線パターンにおける配線の短絡部を加熱して除去する加工を行う場合や、その他の加工品の微細部分を所定形状に合わせ加熱、除去する加工を行う場合にも適用することができる。
3 レーザ発振器
3a ガイド光投光器(投光手段)
4 アパーチャー機構
4A,4B スリット機構
8a,8b,8c,8d 先端縁
10a,10b,10c,10d 駆動手段
11a,11b 旋回テーブル
12a,12b 回転手段
13a,13b,14a,14b,14c,14d パルスモータ
15a,15b スリット
16 合成スリット
19 CCDカメラ(撮像手段)
24 レーザ加工ヘッド
25 ワークテーブル
27 モータコントロール部
28 制御コンピュータ(制御装置)
28a レーザ/スリット制御部
28b 画像処理部
28c 表示器
28d 主制御部
30,33,40 加工エリア
30A,33A,40A 初期レーザ照射エリア(初期加工エリア)
30B,30C,33B レーザ照射エリア(後続加工エリア)
40B,40B1〜40B5 拡大レーザ照射エリア(後続加工エリア)
A,B,C,D スリット板
E1,E2 白欠陥(欠陥部)
L1 レーザ光
W カラーフィルタ(ワーク)
Claims (4)
- 個別に設けた駆動手段によって対向方向に独立して移動される一対のスリット板を、それらの対向縁間に形成されるスリットを直交させて二対設けたアパーチャー機構を備え、レーザ発振器から出力され前記二対のスリット板によって開閉可能に形成された合成スリットを通過してビーム形状を整形されたレーザ光を形成するレーザ加工ヘッドによって前記レーザ光を照射してワークを加工するようにしたレーザ加工装置を使用してワークの所定の加工エリアを整形加工するレーザ加工方法において、
前記レーザ加工ヘッドの前記ワークに対する位置を、前記加工エリアを整形加工する位置に相対移動させ、
前記加工エリアに内接する矩形の初期加工エリアに対応させて各スリット板を開閉移動して形成した合成スリットを通してレーザ光をワークに照射することにより、前記初期加工エリアを整形加工した後に、
前記レーザ加工ヘッドの前記ワークに対する相対位置を固定した状態で、直交する少なくとも一対のスリット板の一方を単位開閉量の整数倍だけ開き、他方を単位開閉量の整数倍だけ閉じて形成した合成スリットを通してワークにレーザ光を照射する操作を繰り返すことにより、前記初期加工エリアの外側の円弧部を含む後続加工エリアを、該円弧部を段階的に輪郭形成しながら前記加工エリアを整形加工することを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記合成スリットは、前記レーザ光のビーム形状を前記加工エリアに内接する矩形形状に整形することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工方法。
- 前記各スリット板の単位開閉量を前記円弧部の半径の整数分の1に設定することを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ加工方法。
- 前記駆動手段はパルスモータを備え、前記各スリット板の単位開閉量を前記パルスモータの最小単位移動量の整数倍にもとづいて設定することを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ加工方法。
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