JP5432547B2 - 貫通孔形成方法、及び、貫通孔形成加工品 - Google Patents
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Description
高分子物質の溶液として、ポリビニルアルコール(PVA)を主成分とする高分子物質の水溶液である、市販の水性合成糊を用い、下記処理条件で図1に示したレーザ加工装置LP(Continuum社製QスイッチNd:YAGレーザ)を用いてレーザによる貫通孔形成加工を行った。
・塗布物:ポリビニルアルコールを水に溶解してなる市販の水性合成糊(成分:ポリビニルアルコール13%、水86.5%、その他0.5%。ヤマト社製アラビックヤマト糊)
・塗布条件:塗布しガラス板で押さえた。このときの厚さは100μm程度(以下同様)
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:10μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:105回/孔
・孔ピッチ:24μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
上記実施例1での効果と比較するために、塗布後に乾燥させた場合(比較例1a)と、塗布を行わなかった場合(比較例1b)との2つの条件で、その他は実施例1と同一条件で貫通孔形成加工したものである。
室温で乾燥させたもの(流動性なし)。
・塗布条件2:何も塗布しなかったもの
次いで、高分子物質のコロイド溶液として、ポリ酢酸ビニルを主成分とするゾル状の市販の水分散系木工用接着剤を用い、下記処理条件で図1に示したレーザ加工装置LPを用いてレーザによる貫通孔形成加工を行った。
・塗布物:ポリ酢酸ビニルを主成分とするゾル状の市販の水分散系木工用接着剤(成分:ポリ酢酸ビニル41%、水59%)であるコニシ社製木工用ボンド
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:5μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:150回/孔、300回/孔、900回/孔、1800回/孔
・孔ピッチ:30μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
貫通孔形成加工対象物として上記実施例2−1よりも厚い透明PET樹脂シートを用いてレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:実施例2−1で用いたのと同じ、市販の水分散系木工用接着剤
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:5μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:300回/孔、900回/孔、1800回/孔
・孔ピッチ:30μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
本実施例は、加工対象物として金属調加飾シートを用いてレーザ加工を行ったものである。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:実施例2−1で用いたのと同じ、市販の水分散系木工用接着剤
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:20μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:300回/孔、900回/孔
・孔ピッチ:50μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
高分子物質の有機溶媒溶液として、ニトロセルロースを主成分とする市販の、高分子物質の溶液からなる、溶液系接着剤を用い、下記処理条件で図1に示したレーザ加工装置LPを用いてレーザによる貫通孔形成加工を行った。なお、溶液系接着剤は揮発しやすい有機溶媒が用いられており、このために、安定した結果を得る目的で、接着剤の塗布後から10分程度以内にレーザによる貫通孔形成加工を終えるようにした。
・塗布物:ニトロセルロースを主成分とする市販の高分子物質の溶液からなる、溶液系接着剤(成分:ニトロセルロース25%、有機溶媒75%。セメダイン社製セメダイン)
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:5μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:150回/孔、300回/孔、900回/孔、1800回/孔
・孔ピッチ:30μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
加工対象物として実施例3−1の場合より厚い透明PET樹脂シートを用いてレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:ニトロセルロースを主成分とする市販の溶液系接着剤(実施例3−1で用いたものと同じもの)
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:5μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:300回/孔、900回/孔、1800回/孔
・孔ピッチ:30μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
次いで、加工対象物として金属調加飾シートに対してレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:ニトロセルロースを主成分とする市販の溶液系接着剤(実施例3−2で用いたものと同じもの)
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:20μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:300回/孔、900回/孔
・孔ピッチ:50μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
出射面に接触する物質の材質の違いによる拡径効果の違いを確認するために、下記条件で透明PET樹脂シートに対してレーザによる貫通孔形成加工を行った。
・出射面に接触させたもの:水系ゲル[こんにゃく(市販の食品)(比較例4−1a)、ゼラチン(市販の食品のゼリー)(比較例4−1b)、寒天(市販の食品)(比較例4−1c)、市販の保冷剤(ポリアクリル酸ナトリウムが分散質である水系ゲル)(比較例4−1d)]、長岡市水道水(比較例4−1e)、合成洗剤(ライオン社製チャーミー)(比較例4−1f)
・接触条件:ゲルに関しては、厚さが1000μm程度になるようにスライスしたものを接触させた。液体の塗布厚さは100μm程度
・接触箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:5μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:150回/孔、300回/孔、900回/孔、1800回/孔
・孔ピッチ:30μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
加工対象物を比較例4−1より厚い透明PET樹脂シートを用いてレーザ加工を行ったものである。加工条件は以下のとおりである。
・出射面に接触させたもの:比較例4−1で用いたものと同じ。ただし、水系ゲル[こんにゃく(比較例4−2a)、ゼラチン(比較例4−2b)、寒天(比較例4−2c)、市販の保冷剤(比較例4−2d)]、長岡市水道水(以下「水道水」とも云う)(比較例4−2e)、合成洗剤(ライオン社チャーミー)(比較例4−2f)について検討。
・接触条件:ゲルに関しては、厚さが1000μm程度になるようにスライスしたものを接触させた。液体の塗布厚さは100μm程度
・接触箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明PET樹脂シートの入射面側表面
・エネルギー:5μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:300回/孔、900回/孔、1800回/孔
・孔ピッチ:30μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
結果を表9に示す。
下記のような物質を用いて、比較例加工対象物として金属調加飾シートを用いてレーザ加工を行ったものである。加工条件は以下のとおりである。
・出射面に接触させたもの:比較例4−1で用いたものと同じ。ただし、水系ゲル[こんにゃく(比較例4−3a)、ゼラチン(比較例4−3b)、寒天(比較例4−3c)、市販の保冷剤(比較例4−3d)]、グリセリン(試験例(実施例)4−3e)
・接触条件:ゲルに関しては、厚さが1000μm程度になるようにスライスしたものを接触させた。液体の塗布厚さは100μm程度
・接触箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:20μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:300回/孔、900回/孔
・孔ピッチ:50μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
さらに、レーザエネルギーと照射回数による孔形状との関係を確認するために、下記条件でレーザによる貫通孔形成加工を行った。
・塗布物:ポリビニルアルコールを水に溶解してなる水性合成糊(実施例1で用いたもの)
・塗布条件:塗布厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:7μJ、10μJ、12μJ、15μJ、18μJ、20μJ
・パルス幅:4〜6ns
・1孔当たりの照射回数: 150回、210回、300回、360回、450回、600回、750回、1050回、1200回、1500回
・孔ピッチ:50μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
上記同様の金属調加飾シートをYAG第三高調波(波長:355nm)の紫外レーザで貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:ポリビニルアルコールを主成分とする合成糊(実施例1で用いたものと同じ)
・塗布条件:塗布厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第三高調波(波長:355nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:80μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:100回/孔
・孔ピッチ:80μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
透明なポリカーボネート(PC)シートにレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:ポリビニルアルコールを水に溶解してなる水性合成糊(実施例1で用いたもの)
・塗布条件:塗布厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第四高調波(波長:266nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:透明ポリカーボネートシートの入射面側表面
・エネルギー:50μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:1800回/孔
・孔ピッチ:200μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
アルミニウム板にレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし(「空気(開放)」として表記した:比較例)、ポリビニルアルコールを水に溶解してなる水性合成糊(実施例1で用いたもの:「PVA」として表記した:実施例)、ポリ酢酸ビニルを主成分とするゾル状の市販の水分散系木工用接着剤(実施例2−1で用いたもの:「酢酸ビニル」として表記した:実施例)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(2g)を水(50mL)に溶解してなる水溶液(「セルロース」として表記した:実施例)
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第三高調波(波長:355nm、焦点距離:f=100mm)
・焦点位置:アルミニウム板の入射面側表面
・エネルギー:320μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:100回/孔
・孔ピッチ:100μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
ステンレス板にレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし(「空気(開放)」として表記した:比較例)、ポリビニルアルコールを水に溶解してなる水性合成糊(実施例1で用いたもの:「PVA」として表記した:実施例)、ポリ酢酸ビニルを主成分とするゾル状の市販の水分散系木工用接着剤(実施例2−1で用いたもの:「酢酸ビニル」として表記した:実施例)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(2g)を水(50mL)に溶解してなる水溶液(「セルロース」として表記した:実施例)
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YAG第三高調波(波長:355nm、焦点距離:f=100mm)
・焦点位置:ステンレス板の入射面側表面
・エネルギー:320μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:400回/孔
・孔ピッチ:100μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
紫外レーザ光を用いるレーザアブレーション法ではなく、可視レーザ光(コンテニュアム(Continuum)社製シュアライト(Surelite)−IIIレーザ装置による)によって貫通孔を形成する検討をおこなった
加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:ポリビニルアルコールを主成分とする合成糊(実施例1で用いたものと同じ)
・塗布条件:厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:可視光(波長:532nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:5〜7ns
・照射回数:150回/孔
・孔ピッチ:100μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
また赤外レーザ光(コンテニュアム社製シュアライト−IIIレーザ装置による)によって貫通孔を形成する検討をおこなった
加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:ポリビニルアルコールを主成分とする合成糊(実施例1で用いたものと同じ)
・塗布条件:塗布厚さは100μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:赤外光(波長:1064nm、焦点距離:f=50mm)
・焦点位置:金属調加飾シートの入射面側表面
・エネルギー:600μJ
・パルス幅:5〜7ns
・照射回数:600回/孔
・孔ピッチ:100μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
300μmの厚さのアルミニウム板にレーザによる貫通孔形成加工を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、ベンジン(比較例)、水道水(比較例)、エタノール(比較例)、エタノールと水道水の体積比1:1の混合液(エタノール水溶液)(比較例)、メタノール(比較例)、メタノールと水道水の体積比1:1の混合液(メタノール水溶液)(比較例)、グリセリン(実施例)、グリセリンと水道水の体積比2:1の混合液(グリセリン水溶液、実施例)、ポリビニルアルコールを水に溶解してなる水性合成糊(実施例1で用いたもの、PVA(実施例))、この水性合成糊と水道水とを1:5になるように混合した水溶液(PVA水溶液(実施例))、カルボキシメチルセルロースナトリウム(1g)を水(50mL)に溶解してなる水溶液(「CMセルロース水溶液」(実施例))、オキシフル(3%オキシドール液、比較例)
・塗布条件:塗布厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:アルミニウム板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:4000回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:70μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
300μmの厚さのアルミニウム板にレーザによる貫通孔形成加工において孔ピッチを125μmとして検討を行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、エチレングリコール(実施例)、ジグリセロール(実施例)、ポリグリセリン(化学式(1)におけるnが10)(実施例)、メタノール(比較例)
・塗布条件:塗布厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:アルミニウム板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:3000回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:125μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
黒色のポリカーボネート板(エスピーパシフィック社製エクスキュア)に対する加工テストを行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、エチレングリコール(実施例)、ジグリセロール(実施例)、ポリグリセリン(化学式(1)におけるnが10)(実施例)
・塗布条件:厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:ポリカーボネート板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:500回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:125μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
黒色のポリカーボネート板(エスピーパシフィック社製エクスキュア)に対する加工テストを、上記同様に、ただし孔ピッチを70μmで行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、グリセリン(実施例)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(1g)を水(50mL)に溶解してなる水溶液(「CMセルロース」(実施例))
・塗布条件:塗布厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:ポリカーボネート板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:500回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:70μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
厚さが300μmの黒色のポリカーボネート板(三菱エンジニアリングプラスチック社製ユーピロン)に対する加工テストを行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、エチレングリコール(実施例)、ジグリセロール(実施例)、ポリグリセリン(化学式(1)におけるnが10)(実施例)
・塗布条件:塗布厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:ポリカーボネート板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:500回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:125μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
黒色のポリブチレンテレフタレート板(サビックポリマーランド社製バロックス)に対する加工テストを行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、ジグリセロール(実施例)、ポリグリセリン(化学式(1)におけるnが10)(実施例)
・塗布条件:厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:ポリブチレンテレフタレート板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:500回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:125μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
黒色のポリブチレンテレフタレート板(サビックポリマーランド社製バロックス)に対する加工テストを、孔ピッチを70μmで行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、グリセリン(実施例)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(1g)を水(50mL)に溶解してなる水溶液(「CMセルロース」(実施例))
・塗布条件:塗布厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:ポリブチレンテレフタレート板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:500回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:70μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
チタン板に対する加工テストを、孔ピッチを70μmで行った。加工条件は以下のとおりである。
・塗布物:塗布なし、水道水、でんぷんのり(市販のでん粉糊ミツエ社製ホームのり)(実施例)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(2.5g)を水(50mL)に溶解してなる水溶液(「CMセルロースナトリウム」(実施例))
・塗布条件:塗布厚さは1000μm程度
・塗布箇所:レーザ光の出射面側
・レーザ光:YLF第三高調波(波長:349nm、焦点距離:f=200mm)
・焦点位置:チタン板の入射面側表面
・エネルギー:100μJ
・パルス幅:4〜6ns
・照射回数:3000回/孔(1kHz)
・孔ピッチ:125μm
・温度:常温
・圧力:常圧
・アシストガス:なし
1b 共振ミラー(部分反射鏡)
2 Qスイッチ
3 非線形光学素子
4 制御装置
5 レーザ光走査装置(ガルバノ走査鏡)
6 集光レンズ
7 レンズ保護カバー
8 加工対象物
9 固定ステージ
10 紫外レーザ光
11 入射面
12 出射面
13 高分子物質のコロイド溶液
14 高分子物質の溶液
15 ポリオール
LP レーザ加工装置
LS 紫外レーザ光源
LM 固体レーザ媒質
Claims (8)
- レーザ加工装置から加工対象物にレーザ光を照射して前記加工対象物の一部を昇華させることで前記加工対象物に貫通孔を形成する、レーザアブレーション法による貫通孔形成方法において、レーザ光に対して前記加工対象物の出射面に厚さが10μm以上の、高分子物質のコロイド溶液、高分子物質の溶液、および、ポリオールのうちいずれか1つ以上を接触させた状態で前記レーザ光を照射することを特徴とする貫通孔形成方法。
- 前記レーザ光が、紫外光であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光による貫通孔形成方法。
- 前記レーザ光が、固体レーザの第三高調波、第四高調波、及び、第五高調波の中から選ばれるいずれか1つであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の貫通孔形成方法。
- 前記レーザ光が、Qスイッチパルス発振のYAGレーザ、Qスイッチパルス発振のYLFレーザ、及び、Qスイッチパルス発振のYVO4レーザの中から選ばれるいずれか1つであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の貫通孔形成方法。
- 前記レーザ光が、エキシマレーザであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の貫通孔形成方法。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の貫通孔形成方法により貫通孔が形成されたことを特徴とする貫通孔形成加工品。
- 直径が100μm以下の貫通孔が隣接して複数設けられた孔あけ加工部の大きさが各辺0.3mmの正方形より大きく、かつ、その孔あけ加工部の開孔率が35%以上であることを特徴とする請求項6に記載の貫通孔形成加工品。
- 直径が100μm以下の貫通孔が複数設けられた貫通孔形成加工品において、それぞれの孔の2つの面における直径の比が100:75と75:100との間であることを特徴とする請求項6に記載の貫通孔形成加工品。
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