JP6017974B2

JP6017974B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP6017974B2
Application number: JP2013008795A
Authority: JP
Inventors: 森重　幸雄; 幸雄森重; ヴィンセントアテンディドポール
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: JP2014138953A

Description

本発明は、レーザー加工装置に関し、特に、液体噴射手段から噴射されて形成された液柱に導光されたレーザー光線によって加工を施すレーザー加工装置に関する。

被加工物に高圧の液体を液体噴射手段から噴射して液柱を形成するとともに、この液柱内に透過（導光）させたレーザー光線を被加工物に照射して所望の加工を施すレーザー加工装置は、従来より広く知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらのレーザー加工装置では、集光されたレーザー光線を糸状の液柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点距離に関係なく、レーザー加工することができる。さらに、レーザー加工時に発生する熱が液柱を形成する液体で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止することができるというメリットがある。ところが、液柱を形成するための噴出口から噴出された液体は、乱流となり、被加工物に到達するまでに液柱には拡がりが生じる。したがって、液柱内に導光されたレーザー光線によって被加工物に形成されるレーザー加工溝の幅を、例えば、直径５０μｍ以下という狭い幅にすることが非常に難しいという問題があり、精密加工用に狭い幅の加工溝を可能にするレーザー加工装置が切望されていた。

そこで、液体噴射手段から噴射される液体で液柱を形成するパイプ内に、液柱を囲繞する気体を同時に通過させ、この気体により液柱の流れを整流化し、液柱に拡がりを生じさせないレーザー加工装置が考案されている（例えば、特許文献４参照）。これにより、液柱内を導光されて被加工物へ照射されるレーザー光線で形成されたレーザー加工溝の幅を、例えば５０μｍ以下と狭くすることが可能となった。

特公平２−１６２１号公報特開２００１−３２１９７７号公報特開２００６−２５５７６９号公報特開２０１１−１２５８７０号公報

パイプ内に液柱を囲繞する気体を通過させるレーザー加工装置は、非常に小径のパイプ内に高圧の液体と気体とを正確に注入させるための調整作業を必要とする。さらには、加工中に何らかの原因（例えば、ノズルの詰まりや液柱を形成する液体や、液柱を囲繞する気体等の流体の圧力変動等が発生するなど）で、パイプ内の液柱およびレーザー光線の状態が変動する可能性がある。パイプ内の液柱の状態が変動してその形状が乱れると、液柱に導光されるレーザー光線が散乱して被加工物を加工するパワーが低減したり、パイプ自体にレーザー光線が照射されてパイプの耐久性が低下したりする虞がある。しかしながら、実際の加工結果を確認するまでは、パイプ内の液柱およびレーザー光線の状態が変動することに起因するこれらの変化を確認することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パイプ内の状態を確認することができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルで保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段とを備えたレーザー加工装置であって、前記レーザー光線照射手段は、レーザー光線発生手段と、加工ヘッドとを含み、前記加工ヘッドは、前記レーザー光線発生手段から発生されたレーザー光線を集光する集光レンズと、前記被加工物に液体を噴射して、前記集光レンズで集光されたレーザー光線が導光される液柱を形成する液体噴射手段と、前記液体噴射手段で形成された前記液柱が通過する少なくとも側面に透明部を有するパイプと、前記パイプ内に前記液柱を囲繞する気体を流入させる気体流入路と、前記パイプの側面の前記透明部から前記パイプ内を通過する前記レーザー光線及び前記液柱を撮像する撮像手段と、を有することを特徴とする。

本発明のレーザー加工装置によれば、パイプの側面の透明部から前記パイプ内を通過するレーザー光線および液柱を撮像する撮像手段を有することから、肉眼ではわからないような部位であるパイプ内の状態を確認することができ、レーザー光線および液柱の状態を確認することができる。

図１は、実施形態に係るレーザー加工装置の概略構成例を示す図である。図２は、実施形態に係る加工ヘッドの斜視図である。図３は、図２に示す加工ヘッドの固定手段の斜視図である。図４は、実施形態に係るレーザー光線照射手段の概略構成例を示す図である。図５は、実施形態に係るキャップ状固定部の概略構成例を示す図である。図６は、図４に示すレーザー光線照射手段の要部拡大図である。

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、置換または変更を行うことができる。

〔実施形態〕
図１は、実施形態に係るレーザー加工装置の概略構成例を示す図である。図１に示す実施形態に係るレーザー加工装置１は、カセットエレベータ１０と、仮置き手段２０と、洗浄手段３０と、チャックテーブル４０と、レーザー光線照射手段５０と、搬送手段６０と、表示手段７０と、制御手段８０と、を含んで構成されている。レーザー加工装置１は、被加工物Ｗを保持したチャックテーブル４０と、レーザー光線照射手段５０とを相対移動させることで、被加工物Ｗにレーザー加工、特に、溶解及び冷却による加工を施して、被加工物Ｗにレーザー加工溝又は分割溝を形成する。

ここで、被加工物Ｗは、特に限定されないが、例えば、シリコン、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等を母材とする板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ、チップ実装用として半導体ウエーハの裏面に設けられるＤＡＦ（ＤｉｅＡｔｔａｃｈＦｉｌｍ）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ部品、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）系の板状の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電子部品、金属や樹脂等の板状の延性材料、ミクロンオーダーの加工精度が要求される各種加工材料等である。

カセットエレベータ１０は、装置本体２に対してＺ軸方向において昇降自在であり、粘着テープＴを介して環状フレームＦに貼着された被加工物Ｗを複数枚収容するカセット１１が載置される。仮置き手段２０は、レーザー加工前後の被加工物Ｗを一対のレール２１，２２に一時的に載置し、搬出入手段２３により、レーザー加工前の一枚の被加工物Ｗをカセット１１から取り出し、レーザー加工後の一枚の被加工物Ｗをカセット１１内に挿入する。洗浄手段３０は、搬送手段３２により搬送されたレーザー加工後の被加工物Ｗを保持するスピンナテーブル３１を回転させつつ図示しない洗浄ノズルから被加工物Ｗの表面に洗浄剤を噴射し、被加工物Ｗの表面を洗浄する。

チャックテーブル４０は、表面（保持面に相当）を構成する部分がポーラスセラミック等から形成された円盤形状であり、図示しない吸引源により表面に載置された被加工物Ｗを吸引保持し、図示しないエアーアクチュエータにより駆動するクランプ部４１，４２で被加工物Ｗの環状フレームＦを挟持する。また、チャックテーブル４０は、図示しないＸ軸移動手段およびＹ軸移動手段により、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ相対移動し、図示しない駆動源によりＺ軸と平行である中心軸回りに回転自在である。レーザー光線照射手段５０は、図示しないＺ軸移動手段によりＺ軸方向に相対移動する。また、レーザー光線照射手段５０は、チャックテーブル４０との相対位置がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれに相対移動することで、チャックテーブル４０に保持された被加工物Ｗの表面に所望の加工を施す。

搬送手段６０は、レーザー加工前の被加工物Ｗを仮置き手段２０からチャックテーブル４０へ搬送し、レーザー加工後かつ洗浄後の被加工物Ｗを洗浄手段３０から仮置き手段２０へ搬送する。表示手段７０は、レーザー加工装置１における加工動作の状態等を表示する。また、表示手段７０は、後述する加工ヘッド５２の撮像手段５２８により撮像されたレーザー光線Ｌおよび液柱Ｃの画像を表示する。制御手段８０は、コンピュータ等を有する電子制御装置である。制御手段８０は、カセットエレベータ１０と、仮置き手段２０と、洗浄手段３０と、チャックテーブル４０と、レーザー光線照射手段５０と、搬送手段６０と、表示手段７０と、にそれぞれ接続されており、これらをそれぞれ制御する。

ここで、図２〜図６を参照して、実施形態に係るレーザー光線照射手段５０について説明する。図２は、実施形態に係る加工ヘッドの斜視図である。図３は、図２に示す加工ヘッドの固定手段の斜視図である。図４は、実施形態に係るレーザー光線照射手段の概略構成例を示す図である。図５は、実施形態に係るキャップ状固定部の概略構成例を示す図である。図６は、図４に示すレーザー光線照射手段の要部拡大図である。

レーザー光線照射手段５０は、図２および図４に示すように、レーザー光線発生手段５１と、加工ヘッド５２と、を含んで構成されている。レーザー光線照射手段５０は、レーザー光線発生手段５１により被加工物Ｗの加工に必要な波長および出力のレーザー光線Ｌを発生し、この発生したレーザー光線ＬをミラーＭにより加工ヘッド５２側へ全反射し、この全反射したレーザー光線Ｌを加工ヘッド５２から被加工物Ｗに照射することで、被加工物Ｗの表面にレーザー加工を施す。

レーザー光線発生手段５１は、レーザー光線Ｌを発振するレーザー光線発振器５１１と、レーザー光線Ｌの周波数を設定する周波数設定手段５１２と、を備えている。レーザー光線発振器５１１は、例えば、ＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯレーザー発振器など、被加工物Ｗの表面において反射率が低くなる短波長のレーザー光線Ｌを発振する発振器が用いられる。周波数設定手段５１２は、被加工物Ｗの種類や加工形態などに応じて、レーザー光線発振器５１１が発振するレーザー光線Ｌの周波数を適宜設定する。

加工ヘッド５２は、図３および図４に示すように、集光レンズ５２１と、液体噴射手段５２２と、パイプ５２３と、気体流入路５２４と、液体流入路５２５と、ケーシング５２６と、固定手段５２７と、撮像手段５２８と、を含んで構成されている。

集光レンズ５２１は、レーザー光線発生手段５１から発生したレーザー光線Ｌを集光する。集光レンズ５２１は、レーザー光線Ｌのスポット径を液柱Ｃの外径よりも小さくし、かつ、レーザー光線Ｌの焦点を液体噴射手段５２２の図示しない噴射ノズルの下端の噴射口とする。集光レンズ５２１は、レーザー光線Ｌの反射、および、レーザー光線Ｌの光軸調整時やパイプ５２３の着脱時などにおいて用いられるガイド光としてのガイドレーザーの反射を抑えるための反射防止コートが施されている。また、集光レンズ５２１は、図示しないレンズ冷却機構により所定の温度に保たれている。

液体噴射手段５２２は、被加工物Ｗに液体を噴射して、集光レンズ５２１で集光されたレーザー光線Ｌが導光される液柱Ｃを形成する。液体噴射手段５２２は、図示しない噴射ノズルを有しており、高圧液供給源１００から供給される高圧の液体を噴射ノズルの噴射口から噴射させることにより、液柱Ｃを形成する。

パイプ５２３は、レーザー光線Ｌの光軸に対して平行である液柱通過孔５２３ａが貫通形成されており、液体噴射手段５２２で形成される液柱Ｃが液柱通過孔５２３ａを通過する。パイプ５２３は、レーザー光線Ｌの進行方向の上流側と下流側のそれぞれの端部が円錐状となる円柱形状である。パイプ５２３は、透明なガラス材料で構成されており、透明なガラス材料として、石英ガラス、硼珪酸ガラス、珪酸ガラス、その他のガラスを用いることができる。また、パイプ５２３は、透明なガラス材料で構成されていることから、少なくとも側面５２３ｂに透明部５２３ｃ（図５参照）を有している。

気体流入路５２４は、パイプ５２３の液柱通過孔５２３ａ中に液柱Ｃを囲繞する高圧の気体を流入させる。また、気体流入路５２４は、高圧気体供給経路９１を介して、液柱Ｃを囲繞する高圧の気体が高圧気体供給源９０から供給される。

液体流入路５２５は、液体噴射手段５２２に高圧の液体を流入させる。また、液体流入路５２５は、高圧液供給経路１０１を介して、液体噴射手段５２２で液柱Ｃとなる高圧の純水等の液体が高圧液供給源１００から供給される。

ケーシング５２６は、集光レンズ５２１と、液体噴射手段５２２と、気体流入路５２４と、液体流入路５２５と、を収容する。また、ケーシング５２６は、レーザー光線Ｌが通過する、すなわち液柱Ｃも通過する通過孔５２６ｂが下面５２６ａに形成されている。通過孔５２６ｂは、パイプ５２３が通過することができる孔径である。

固定手段５２７は、ケーシング５２６の下端にパイプ５２３を着脱自在に固定する。固定手段５２７は、図４および図５に示すように、ガイド部５３と、一対の挟持部材５４と、キャップ状固定部５５と、を備えている。

ガイド部５３は、ケーシング５２６の下面５２６ａのレーザー光線Ｌが通過する通過孔５２６ｂの周囲で下方に突出し、ガイド部５３の下面５３ａにガイド溝５３ｂを備え、上方外周に雄ねじ５３ｃが形成された円柱状である。すなわち、ガイド部５３は、ケーシング５２６の下面５２６ａの通過孔５２６ｂの周囲から下方に突出する円柱状に形成されており、ガイド部５３の下面５３ａには、一対の挟持部材５４を案内するためのガイド溝５３ｂが形成され、外周面の上方には、キャップ状固定部５５の雌ねじ５５ｃと螺合する雄ねじ５３ｃが形成されている。ガイド溝５３ｂの溝底５３ｄには、レーザー光線Ｌが通過する通過孔５２６ｂと連通する連通孔５３ｅと、一対の挟持部材５４の突起部５４ｄと摺動可能に係合する一対の凹部５３ｆと、が形成されている。

一対の挟持部材５４は、下端外周にテーパー面５４ａを有し、内側にパイプ５２３を側面５２３ｂから挟持する挟持部５４ｂを備え、パイプ５２３を挟持した状態でガイド部５３のガイド溝５３ｂに収容される。また、一対の挟持部材５４は、一方の挟持部材５４１と他方の挟持部材５４２とを備えている。各挟持部材５４１，５４２は、ガイド部５３のガイド溝５３ｂ内で摺動可能に案内される。各挟持部材５４１，５４２は、下端が半円錐状のテーパー面５４ａとなる半円柱状に形成されている。各挟持部材５４１，５４２は、弾性部材５４３を挟んで挟持部５４ｂ同士が対面する。各挟持部材５４１，５４２は、弾性部材５４３を取り付けるための穴部５４ｃと、ガイド部５３の一対の凹部５３ｆと摺動可能に係合する一対の突起部５４ｄと、を有している。すなわち、各挟持部材５４１，５４２は、パイプ５２３を側面５２３ｂから挟持する挟持部５４ｂ同士が弾性部材５４３を挟んで対面することから、パイプ５２３に加わる挟持力とは反対方向に弾性部材５４３の付勢力を作用させることができるので、挟持力が必要以上にパイプ５２３へ加わるのを抑えることができる。一方の挟持部材５４１は、後述する撮像手段５２８のファイバースコープ５２８ａが挿入される撮像用孔５４ｅを有している。挟持部５４ｂ同士は、パイプ５２３の外周面（側面５２３ｂ）に対応し、かつ、パイプ５２３を挟持した際に各挟持部材５４１，５４２同士を密着させない長さの円弧状である。これにより、各挟持部材５４１，５４２同士が密着する前に、この各挟持部材５４１，５４２同士でパイプ５２３を挟んで固定することができるため、パイプの直径のばらつきにも対応可能である。また、挟持部５４ｂ同士は、パイプ５２３の中央付近の外周面とそれぞれ面で当接する。

弾性部材５４３は、一対の挟持部材５４の挟持部５４ｂ同士が対面する方向に二つ平行に配設されている。弾性部材５４３は、例えば、圧縮により弾性エネルギーを蓄勢する、いわゆる圧縮コイルばねである。弾性部材５４３は、各挟持部材５４１，５４２同士が密着しても、さらに圧縮させることができる許容荷重高さを有している。また、弾性部材５４３は、互いに対面する一対の挟持部材５４同士に挟まれることから、一対の挟持部材５４同士の間隔を拡げる方向へ付勢力を作用させることで、パイプ５２３の着脱時に一対の挟持部材５４同士の間隔が拡がるので、パイプ５２３の挿入および抜き取りを容易に行えるようにする。

キャップ状固定部５５は、ガイド部５３の雄ねじ５３ｃに螺合する雌ねじ５５ｃが内側に形成された側壁５５ａと、パイプ５２３が通過する貫通孔５５ｄが形成された底部５５ｂと、を有している。すなわち、キャップ状固定部５５は、貫通孔５５ｄが開孔された有底円筒状であり、底部５５ｂが円錐状に形成されている。キャップ状固定部５５は、一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａに係合する逆テーパー面５５ｅが底部５５ｂの内側に形成されている。キャップ状固定部５５は、側壁５５ａに形成された開口部５５ｆを介して後述する撮像手段５２８のファイバースコープ５２８ａが挿入される。キャップ状固定部５５は、ガイド部５３のガイド溝５３ｂに一対の挟持部材５４が収容された状態で、ガイド部５３と一対の挟持部材５４とを内側に収容する。また、キャップ状固定部５５は、ガイド部５３と一対の挟持部材５４とを内側に収容した状態で、キャップ状固定部５５の雌ねじ５５ｃをガイド部５３の雄ねじ５３ｃに螺合させると、キャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅと一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａとが係合し、一対の挟持部材５４同士がガイド部５３のガイド溝５３ｂに沿って互いに接近する方向へ移動し、互いに接近した一対の挟持部材５４にパイプ５２３を挟みつつ所定位置に位置付ける。本実施形態において、パイプ５２３が所定位置に位置付けられるとは、液柱通過孔５２３ａ中に液柱Ｃを囲繞する気体を流入させることができる位置にパイプ５２３が配置され、かつ、レーザー光線Ｌに対してパイプ５２３を位置合わせさせることができる位置にパイプ５２３が配置されることをいう。

撮像手段５２８は、パイプ５２３の側面５２３ｂの透明部５２３ｃから前記パイプ５２３内を通過するレーザー光線Ｌおよび液柱Ｃをリアルタイムで撮像する。撮像手段５２８は、撮像したレーザー光線Ｌおよび液柱Ｃの画像を画像データとして制御手段８０へ出力する。撮像手段５２８は、ファイバースコープ５２８ａと、カメラ５２８ｂと、を備えている。ファイバースコープ５２８ａは、例えば、複数本の光ファイバーが束ねられて構成されており、例えば、外径が１ｍｍ以下のものを用いることができる。ファイバースコープ５２８ａは、一端に図示しないレンズが取り付けられ、他端にカメラ５２８ｂが接続されている。ファイバースコープ５２８ａの図示しないレンズが取り付けられた一端側は、図５および図６に示すように、開口部５５ｆを介して撮像用孔５４ｅ内に挿入されており、パイプ５２３の側面５２３ｂの透明部５２３ｃに対面している。カメラ５２８ｂは、例えば、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサを有するカメラである。

実施形態に係るレーザー加工装置１は、以上のごとき構成であり、以下、実施形態に係るレーザー加工装置１の加工ヘッド５２の固定手段５２７によるパイプ５２３の取り付けについて説明する。レーザー加工装置１の加工ヘッド５２にパイプ５２３を装着する場合、オペレータ等の作業員によって、ガイド部５３とキャップ状固定部５５との締結を緩める方向へ前記キャップ状固定部５５が回転される。ここで、ガイド部５３とキャップ状固定部５５との締結が緩む方向へ前記キャップ状固定部５５が回転されると、一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａとキャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅとの相対的な係合位置が前記逆テーパー面５５ｅにおいて、レーザー光線Ｌの照射方向の上流側へ移動することから、キャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅに沿って一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａがスライド移動され、一対の挟持部材５４同士の間隔が弾性部材５４３の付勢力により拡げられる。次に、作業員によりキャップ状固定部５５の貫通孔５５ｄにパイプ５２３が通過（挿入）され、パイプ５２３において、レーザー光線Ｌの照射方向の上流側の端部がケーシング５２６の通過孔５２６ｂの所定位置に位置付けられるまで、パイプ５２３が挿入される。パイプ５２３が所定位置に位置付けられると、ガイド部５３の連通孔５３ｅのシール部材５３ｇにより、連通孔５３ｅがシールされる。

次に、作業員によりガイド部５３とキャップ状固定部５５とを締め付ける方向へ前記キャップ状固定部５５が回転されると、一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａとキャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅとの相対的な係合位置が前記逆テーパー面５５ｅにおいて、レーザー光線Ｌの照射方向の下流側に移動することから、キャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅに沿って一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａがスライド移動され、一対の挟持部材５４同士の間隔が狭められる。ここで、作業員により、図示しないガイド光とパイプ５２３との位置合わせ（すなわち、レーザー光線Ｌとパイプ５２３との位置合わせ）が行われ、一対の挟持部材５４の挟持部５４ｂ同士とパイプ５２３の外周面とが当接するまでキャップ状固定部５５が回転され、ガイド部５３とキャップ状固定部５５とが適度に締め付けられる。これにより、レーザー加工装置１の加工ヘッド５２にパイプ５２３が装着されて簡単に固定されると同時に、位置合わせが簡単に行われる。

次に、作業員により撮像手段５２８のファイバースコープ５２８ａのレンズが取り付けられた一端が、キャップ状固定部５５の開口部５５ｆを介して一方の挟持部５４１の撮像用孔５４ｅに挿入され、パイプ５２３の側面５２３ｂに対面される。これにより、撮像手段５２８によってパイプ５２３内の状態を確認することができる。また、ファイバースコープ５２８ａのレンズが取り付けられた一端は、開口部５５ｆに配設されたゴム等の図示しない固定手段に挟まれて固定されるため、レーザー加工装置１の運用時のパイプ５２３内の状態を確認することができる。

ここで、実施形態に係るレーザー加工装置１の動作について説明する。レーザー光線発生手段５１で発生したレーザー光線Ｌは、ミラーＭで反射されて加工ヘッド５２の集光レンズ５２１で液体噴射手段５２２の図示しない噴射ノズルの噴射口へ集光される。一方、高圧液供給源１００から高圧液供給経路１０１を介して供給された純水等の高圧の液体が液体噴射手段５２２へ流入し、液体噴射手段５２２により液柱Ｃが形成される。液体噴射手段５２２により形成された液柱Ｃは、パイプ５２３の液柱通過孔５２３ａ内を高速で通過することから、吸引力が発生し、高圧気体供給源９０から高圧気体供給経路９１を介して供給される高圧の気体が吸引され、パイプ５２３の液柱通過孔５２３ａ内に吸引された高圧の気体が液柱Ｃを囲繞して当該液柱Ｃが整流される。パイプ５２３の液柱通過孔５２３ａ内を通過した液柱Ｃは、高圧の気体により整流され、拡がりを生じることなく被加工物Ｗの表面に衝突して飛散される。集光レンズ５２１で集光されたレーザー光線Ｌは、パイプ５２３の液柱通過孔５２３ａ内を通過する液柱Ｃ内を導光されて、そのビーム径が拡がらずに被加工物Ｗの表面に照射され、被加工物Ｗの表面にレーザー加工溝が形成される。これにより、被加工物Ｗに形成されるレーザー加工溝の幅を、例えば５０μｍ以下という狭い幅にすることができる。

また、撮像手段５２８により、パイプ５２３の液柱通過孔５２３ａ内を通過する液柱Ｃと、液柱Ｃを囲繞する気体と、液柱Ｃに導光されるレーザー光線Ｌと、がリアルタイムで撮像される。撮像された液柱Ｃ、気体およびレーザー光線Ｌの画像データは、撮像手段５２８から制御手段８０に出力された後、表示手段７０上に画像としてリアルタイムで表示される。これにより、表示手段７０に表示されるパイプ５２３内の状態、すなわち液柱Ｃの形状の変動（例えば、液柱通過孔５２３ａの正しい位置を液柱Ｃが通っているか、あるいは液柱Ｃの形状が乱れているか）を作業員が確認することができ、液柱Ｃの形状の変動を確認した作業員によりレーザー光線Ｌの照射停止操作や加工停止操作を行うことができる。したがって、出力が低下したレーザー光線Ｌが被加工物Ｗに照射されること、レーザー光線Ｌがパイプ５２３に照射されて当該パイプ５２３の耐久性が低下することを低減できる。

なお、レーザー加工装置１の加工ヘッド５２からパイプ５２３を取り外す場合、作業員により、ガイド部５３とキャップ状固定部５５との締結を緩める方向へ前記キャップ状固定部５５が回転されると、一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａとキャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅとの相対的な係合位置が前記逆テーパー面５５ｅにおいて、レーザー光線Ｌの照射方向の上流側へ移動することから、キャップ状固定部５５の逆テーパー面５５ｅに沿って一対の挟持部材５４のテーパー面５４ａがスライド移動され、一対の挟持部材５４同士の間隔が弾性部材５４３の付勢力により拡げられて、一対の挟持部５４の挟持部５４同士によるパイプ５２３の挟持が解除される。次に、キャップ状固定部５５の貫通孔５５ｄからパイプ５２３が作業員により抜き取られる。これにより、レーザー加工装置１の加工ヘッド５２からパイプ５２３が簡単に取り外される。

以上のように、実施形態に係るレーザー加工装置１によれば、少なくとも側面５２３ｂに透明部５２３ｃを有するパイプ５２３と、このパイプ５２３の側面５２３ｂの透明部５２３ｃから前記パイプ５２３内を通過するレーザー光線Ｌおよび液柱Ｃを撮像する撮像手段５２８と、を有していることから、作業員の肉眼では確認することができないようなパイプ５２３内の状態を確認することができる。したがって、レーザー光線Ｌおよび液柱Ｃがパイプ５２３内の正しい位置を通っているか否か、あるいはレーザー光線Ｌおよび液柱Ｃがパイプ５２３内で乱れているか否かを確認することができる。

また、撮像手段５２８により、液柱Ｃと当該液柱Ｃを囲繞する気体とが正確に液柱通過孔５２３ａに注入されているか否かをリアルタイムで確認することもできるので、非常に小径のパイプ５２３内に高圧の液体（すなわち液柱Ｃ）と気体とを正確に注入するための調整作業を簡単に行うことができる。

また、加工中に何らかの原因、例えば、パイプ５２３の詰まりや液柱Ｃを形成する高圧の液体の圧力変動、液柱Ｃを囲繞する気体の圧力変動などが発生することで、パイプ５２３内を通過する液柱Ｃおよびレーザー光線Ｌの状態が変動し、液柱Ｃの形状が乱れた場合、表示手段７０を介してリアルタイムで液柱Ｃの形状の乱れを確認することができる。したがって、レーザー光線Ｌの照射を停止させることにより、パワーが低減したりスポット径が拡がったりしたレーザー光線Ｌを被加工物Ｗに照射すること、パイプ５２３にレーザー光線Ｌが照射されて前記パイプ５２３の耐久性が低下することを低減できる。

なお、本実施形態においては、透明なガラス材料で構成されたパイプ５２３について説明したが、これに限定されず、例えば、撮像手段５２８のファイバースコープ５２８ａのレンズが取り付けられた一端と対向する側面５２３ｂに透明部５２３ｃを有するステンレス鋼製のパイプ５２３であってもよく、パイプ５２３内の状態を側面５２３ｂから撮像できるものであればよい。

また、正常時のパイプ５２３内の状態を撮像した画像データを制御手段８０に記憶させ、レーザー加工装置１の運用時においてリアルタイムで撮像された画像データと比較する画像処理を行わせ、リアルタイムで撮像された画像データが正常時とは異なることを検出するようにしてもよい。これにより、パイプ５２３内の状態が正常時とは異なることを表示手段７０に表示して作業員に報知すると同時に、レーザー光線Ｌの照射を制御手段８０により停止することができる。したがって、レーザー加工装置１の運用時、作業員に代わって、パイプ５２３内の状態を制御手段８０が監視することができる。

また、ケーシング５２６の下面５２６ａの通過孔５２６ｂ付近にファイバースコープ挿通孔を開孔し、このファイバースコープ挿通孔からキャップ状固定部５５内にファイバースコープ５２８ａを挿入して、パイプ５２３内を撮像してもよい。これにより、ファイバースコープ５２８ａをキャップ状固定部５５内に固定することができる。

また、パイプ５２３を挟んで、撮像手段５２８のファイバースコープ５２８ａのレンズが取り付けられた一端と対面する位置に、パイプ５２３内を照明するための光ファイバーを配設してもよい。これにより、透過光を用いてパイプ５２３内の状態を確認することで、撮像手段５２８で撮像される画像のコントラスト（輝度の差）を上げることができ、パイプ５２３内の状態を鮮明に確認することができる。

１レーザー加工装置
４０チャックテーブル
５０レーザー光線照射手段
５１レーザー光線発生手段
５２加工ヘッド
５２１集光レンズ
５２２液体噴射手段
５２３パイプ
５２３ｂ側面
５２３ｃ透明部
５２４気体流入路
５２８撮像手段
Ｃ液柱
Ｌレーザー光線
Ｗ被加工物

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルで保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段とを備えたレーザー加工装置であって、
前記レーザー光線照射手段は、レーザー光線発生手段と、加工ヘッドとを含み、
前記加工ヘッドは、
前記レーザー光線発生手段から発生されたレーザー光線を集光する集光レンズと、
前記被加工物に液体を噴射して、前記集光レンズで集光されたレーザー光線が導光される液柱を形成する液体噴射手段と、
前記液体噴射手段で形成された前記液柱が通過する少なくとも側面に透明部を有するパイプと、
前記パイプ内に前記液柱を囲繞する気体を流入させる気体流入路と、
前記パイプの側面の前記透明部から前記パイプ内を通過する前記レーザー光線及び前記液柱を撮像する撮像手段と、を有するレーザー加工装置。