JP4790735B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents
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Description
図15は、従来のマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図15(a1)〜図15(e1)は従来のマイクロ成形金型の製造方法の各工程における集束イオンビームの照射領域を示す図であり、図15(a2)〜図15(e2)は従来のマイクロ成形金型の製造方法の各工程における成形基材810のA1−A1断面図である。
なお、図16(a)又は図16(b)においては、固定した成形基材910に対して極短パルスレーザ光Lの光軸を移動させるように図示しているが(符号S1及びS2参照。)、実際には、極短パルスレーザ光Lの光軸を固定しておくとともに当該極短パルスレーザ光Lの光軸に対して成形基材910を移動させる。極短パルスレーザ光Lとしては、図17に示すように、1回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルを有するものを用いる。
実施形態1は、本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法並びに本発明のレーザ加工装置を用いたマイクロ成形金型の製造方法(実施形態1に係るマイクロ成形金型の製造方法)を説明するための実施形態である。
図4及び図5は、実施形態1に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図4(a)は実施形態1に係るマイクロ成形金型の製造方法における成形基材110の移動動作の一例を示しており、図4(b)は実施形態1に係るマイクロ成形金型の製造方法における成形基材110の移動動作の他の一例を示している。図5(a)〜図5(e)は実施形態1に係るマイクロ成形金型の製造方法の各工程における成形基材110の断面図である。なお、図4及び図5においては、マイクロレンズ形成用凹部130は、説明を簡単にするため、4行×4列の16個のみが形成されているものとして図示している。また、図5中、符号Lは極短パルスレーザ光を示し、符号Bで囲まれた部分における符号BPは極短パルスレーザ光Lのビームプロファイルを示す。また、図4(a)又は図4(b)においては、固定した成形基材110に対して極短パルスレーザ光Lの光軸を移動させるように図示しているが(符号S1及びS2参照。)、実際には、極短パルスレーザ光Lの光軸を固定しておくとともに当該極短パルスレーザ光Lの光軸に対して成形基材110を移動させる。
まず、ガラス状カーボン含有材料からなる成形基材110を準備する。ガラス状カーボン含有材料は、熱硬化性樹脂を無酸素状態で加熱して製造することができ、強度及び硬度に優れ、さらにはガラスとの離型性に優れた材料として知られている。実施形態1においては、熱硬化性樹脂にカーボンナノファイバを添加したものを無酸素状態で加熱して製造されるものを用いる。従って、成形基材110は、ガラス状カーボンに加えてカーボンナノファイバを含有するガラス状カーボン含有材料からなる。成形基材110の平面形状は、平板状(例えば、12mm□×3mm厚。)である。
次に、上記したレーザ加工装置1を用いて成型基材110の表面112をレーザ加工する。レーザ加工工程においては、図4(a)又は図4(b)に示すように、成形基材110を連続的に又は間欠的に移動させながら極短パルスレーザ光Lを成形基材110(レーザ光照射領域RL)に間欠的に照射することにより複数のマイクロレンズ形成用凹部130を順次形成し、マイクロ成形金型を形成する。極短パルスレーザ光Lとしては、図5に示すように、1回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルを有するものを用いる。
実施形態2は、本発明のレーザ加工装置を用いたマイクロ成形金型の製造方法(実施形態2に係るマイクロ成形金型の製造方法)を説明するための実施形態である。
実施形態3は、本発明のレーザ加工装置を用いたマイクロチャネルの製造方法(実施形態3に係るマイクロチャネルの製造方法)を説明するための実施形態である。
まず、硼珪酸ガラスからなる成形基材310を準備する(図10(a1)及び図10(a2)参照。)。成形基材310の形状は、平板状(例えば、15mm×5mm×1.5mm厚。)である。
次に、レーザ加工装置1b(図示せず。)を用いて成型基材310の表面312をレーザ加工する(図10(b1)及び図10(b2)参照。)。レーザ加工装置1bは、実施形態2に係るレーザ加工装置1aと同様のレーザ加工装置である。レーザ加工工程においては、図11に示すように、成形基材310の表面312におけるレーザ光照射領域RLに極短パルスレーザ光Lを照射して、マイクロチャネル用凹部330(例えば、幅50μm、深さ50μm。)を順次形成することにより、マイクロチャネル330を形成する。
Claims (8)
- 所定パルス間隔でフェムト秒レーザ光を連続的に出力するフェムト秒レーザ発振装置と、
前記フェムト秒レーザ発振装置からのフェムト秒レーザ光を被加工物に集光させる集光レンズと、
前記集光レンズからのフェムト秒レーザ光の光軸に垂直な平面内で移動可能な被加工物載置テーブルとを備えるレーザ加工装置であって、
前記フェムト秒レーザ発振装置と前記集光レンズとの間に配置され、外周部の一部に光通過部を有する回転板を有し、前記回転板を高速回転することにより所定パルス数のフェムト秒レーザ光を間欠的に通過させる第1光シャッタ装置と、
前記第1光シャッタ装置の前段又は後段に配置され、前記回転板が1回転する期間よりも長い所定の期間、フェムト秒レーザ光を遮断する機能を有する第2光シャッタ装置と、
前記フェムト秒レーザ発振装置からのフェムト秒レーザ光の出力タイミングに同期して、前記第1光シャッタ装置の光シャッタ動作及び前記第2光シャッタ装置の光シャッタ動作を制御する機能を有する同期制御装置とをさらに備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記第1光シャッタ装置の前段に配置され、フェムト秒レーザ光のビームスポット位置を前記回転板の光通過部の位置に形成する凸レンズをさらに備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
前記第1光シャッタ装置と前記集光レンズとの間に配置され、ピンホールを用いてフェムト秒レーザ光のビーム形状を整形するピンホール型ビーム形状整形装置をさらに備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項3に記載のレーザ加工装置において、
前記第1光シャッタ装置及び前記第2光シャッタ装置は、いずれも前記ピンホール型ビーム形状整形装置における前記ピンホールよりも前段に配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置において、
前記第2光シャッタ装置は、メカニカルシャッタであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置において、
前記第2光シャッタ装置は、液晶シャッタであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のレーザ加工装置において、
前記同期制御装置は、前記フェムト秒レーザ発振装置からのフェムト秒レーザ光の出力タイミングに同期して前記被加工物載置テーブルの移動動作を制御する機能をさらに有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項7に記載のレーザ加工装置における前記被加工物載置テーブルに被加工物を載置する工程と、
前記フェムト秒レーザ発振装置からのフェムト秒レーザ光の出力タイミングに同期して、前記第1光シャッタ装置の光シャッタ動作及び前記第2光シャッタ装置の光シャッタ動作並びに前記被加工物載置テーブルの移動動作を制御することにより被加工物に順次フェムト秒レーザ光を照射して被加工物のレーザ加工を行う加工工程とをこの順序で含むことを特徴とするレーザ加工方法。
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