JP6769146B2 - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。

ワークの表面への文字や図形等の描画、穴開け、剥離、切断等の各種の加工のためのレーザ加工方法、および、そのレーザ加工を行うためのレーザ加工装置がこれまでに提案されている。たとえば特開２００７−２６８５７６号公報（特許文献１）は、加工しようとする穴の直径よりも小さい径を有するレーザビームによるレーザ加工方法を開示する。このレーザ加工方法では、レーザビームを、穴の中心と外縁とを結ぶ螺旋状の軌道、あるいは穴の中心を中心とする同心円の軌道に沿って移動させる。軌道の始点は、その穴の中心として互いに回転した位置である。

たとえば特開２０１１−１７０３５９号公報（特許文献２）は、レーザ光によって、マスクブランク用ガラス基板上に複数の凹部を形成するためのレーザ加工方法を開示する。このレーザ加工方法では、レーザ光を、凹部の中心を基準とした螺旋起動あるいは周回軌道で、かつ、レーザ光によって掘られる掘込部の軌道同士が少なくとも一部重なるように移動させることによって、凹部を形成する。

特開２００７−２６８５７６号公報 特開２０１１−１７０３５９号公報

ワークの表面の文字や図形の濃さ、あるいはワークに形成される穴の深さといったレーザ加工の結果を決定する要素の１つが、単位面積当たりのエネルギー量である。単位面積当たりのエネルギー量は、レーザ光のパワーおよびレーザ光の走査速度に依存する。

レーザ加工装置から高パワーのレーザ光を出力することによって、ワーク表面において、単位面積当たりのエネルギー量を高くすることができる。一方、レーザ加工装置から出力されるレーザ光のパワーが低い場合には、単位面積当たりのエネルギー量を高くするためにレーザ光の走査速度を下げなければならない。しかし、レーザ光の走査速度が低いほど、加工に要する時間は長くなる。低パワーのレーザ光を用いた加工の場合、加工時間が長くなるのを防ぎつつ、所望の加工品質を得ることが難しいという課題がある。

本発明の目的は、加工速度の低下を防ぎつつ加工品質を高めることを可能にするレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することである。

本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、レーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光を走査する走査機構とを備えたレーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、被加工領域内においてレーザ光を走査するステップを備える。走査するステップは、被加工領域の中の変向部において、レーザ光の走査方向を複数回変向することを含む。

これにより、加工速度の低下を防ぎつつ加工品質を高めることができる。変向部では、レーザ光の走査方向を変向することによって走査速度が低下する。したがって、被加工領域の中の変向部において、レーザ光の走査方向を複数回変向することによって、変向部では単位面積当たりのエネルギー量を高めることができる。低パワーのレーザ光を使用して被加工領域を加工する場合にも、被加工領域内でレーザ光を走査するために要する時間が長くなるのを抑えつつ、所望の品質が得られる加工（たとえばマーキング、穴開けなど）を行うことができる。

被加工領域とは、レーザ加工の処理が施される単位領域である。たとえば、ある領域内に１つの穴をレーザ加工によって形成する場合には、その領域が被加工領域に相当する。

変向部は、典型的には被加工領域の中心に位置する。しかしそのように限定されるものではない。変向部が被加工領域の中心からずれた位置にあってもよい。

好ましくは、走査方向を変向部において変向することは、変向部において、変向される前の走査方向に対して鋭角をなす方向にレーザ光の走査方向を変向することを含む。

これにより、加工速度の大幅な低下が生じない程度において、変向部においてレーザ光の走査速度をより低下させることができる。したがって変向部において単位面積当たりのエネルギー量をより高めることができる。

好ましくは、走査方向を変向部において変更することは、レーザ光を変向部へと向かう向きに走査するごとに、変向部において、走査方向を変向することを含む。

これにより、変向部において単位面積当たりのエネルギー量をより高めることができる。

好ましくは、走査するステップは、走査方向を変向部において変更することと、走査方向を変向部よりも外側において変更することとを組み合わせることを含む。

これにより、変向部においてレーザ光のパワーが集中し過ぎるのが好ましくない場合において、変向部よりも外側の領域にレーザ光のパワーを分散させることができる。

好ましくは、走査するステップは、変向部よりも外側の曲線上の点から変向部に向けてレーザ光を走査するステップ、および、変向部から曲線上の点に向けてレーザ光を走査するステップのうちの少なくとも一方を含む。

これにより、平面視において曲線を有する加工形状（典型的には円形の穴）を被加工領域内に形成することができる。

好ましくは、走査するステップは、変向部を囲む多角形の辺上の点から変向部に向けてレーザ光を走査するステップ、および、変向部から多角形の辺上の点に向けてレーザ光を走査するステップのうちの少なくとも一方を含む。

これにより、平面視において多角形を有する加工形状を被加工領域内に形成することができる。

好ましくは、変向部は、被加工領域の中央に位置する。
これにより、被加工領域の中央において単位面積当たりのエネルギー量を最も大きくすることができる。

好ましくは、レーザ加工方法は、さらに、次の被加工領域に対して走査するステップを実行することを繰り返して、複数のセルを形成するステップをさらに備える。

これにより、複数の加工領域の各々を加工する場合に、たとえば正確なピッチで同じ加工を繰り返すことが可能になる。

好ましくは、複数のセルは、二次元に配置される。
これにより、たとえば、マーキングを行うことができる。

好ましくは、複数のセルは、一次元に配置される。
これにより、たとえば、溝を形成することができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光を走査する走査機構と、走査機構を制御する制御部とを備え、制御部は、被加工領域の中の変向部において、レーザ光の走査方向を複数回変向するように、走査機構を制御する。

これにより、加工速度の低下を防ぎつつ加工品質を高めることが可能なレーザ加工装置を実現できる。

好ましくは、制御部は、変向される前の走査方向に対して鋭角をなす方向に、レーザ光の走査方向を変向するように走査機構を制御する。

これにより、加工速度の大幅な低下が生じない程度において、変向部においてレーザ光の走査速度をより低下させることができる。したがって変向部において単位面積当たりのエネルギー量をより高めることができる。

好ましくは、制御部は、変向部から放射状に延びる複数の直線を含む走査パターンに従ってレーザ光が走査されるように走査機構を制御する。

これにより、変向部において単位面積当たりのエネルギー量をより高めることができる。

好ましくは、走査パターンは、レーザ光の走査方向を変向部よりも外側において折り返すパターンを含む。

これにより、変向部においてレーザ光のパワーが集中し過ぎるのが好ましくない場合において、変向部よりも外側の領域にレーザ光のパワーを分散させることができる。

好ましくは、走査パターンは、変向部を囲む曲線と変向部とを結ぶ直線を含む。
これにより、平面視において曲線を有する加工形状（典型的には円形の穴）を被加工領域内に形成することができる。

好ましくは、走査パターンは、変向部と変向部を囲む多角形の辺とを結ぶ直線を含む。
これにより、平面視において多角形を有する加工形状を被加工領域内に形成することができる。

本発明によれば、加工速度の低下を防ぎつつ加工品質を高めることを可能にするレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することができる。

本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す図である。 ワークの表面を加工するためのレーザ光の走査の例を示した概略図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法によるレーザ光の走査の原理を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工のためのレーザ光の走査パターンの一例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工の結果を説明するためのワークの模式的な断面図である。 ワークの被加工領域から深さ方向に沿って、被加工領域に形成された穴を撮影した結果を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンの一例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンの別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法による加工の一例を示した模式図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法による加工の他の例を示した模式図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜１．レーザ加工装置およびレーザ加工方法＞
図１は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す図である。図１を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置１００は、コントローラ１０１と、ヘッド部１０２と、ケーブル１０３とを含む。

コントローラ１０１は、レーザ光を発するレーザ光源１１１と、制御部１１２とを含む。レーザ光源１１１の種類は特に限定されない。たとえば、レーザ光源１１１に、ファイバレーザを用いることができる。レーザ光源１１１は、ＹＡＧレーザなどの固体レーザ、あるいはＣＯ_２レーザなどのガスレーザであってもよい。レーザ光源１１１からのレーザ光は、たとえばパルス光である。しかしながら、レーザ光は、連続（ＣＷ）光であってもよい。制御部１１２は、レーザ加工装置１００を統括的に制御する。

本発明の実施の形態において、レーザ光のパワー（平均出力）は特に限定されるものではない。本発明の実施形態の１つの例において、レーザ光の平均パワーは２０Ｗである。本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、従来のレーザ加工装置の平均パワー（たとえば５０Ｗ以上）に比べて低パワーのレーザ光を利用することができる。しかしながら本発明は、低パワーのレーザ光を用いるものと限定されないことに注意すべきである。

ヘッド部１０２は、ケーブル１０３によってコントローラ１０１に接続される。たとえばケーブル１０３は、レーザ光源１１１からの光をヘッド部１０２に伝送するための光ファイバケーブル、制御部１１２からの制御信号をヘッド部１０２に伝送するための信号ケーブル、およびヘッド部１０２に電力を供給するための電源ケーブル等を含むことができる。

ヘッド部１０２は、レーザ光源１１１により発生したレーザ光を走査するための走査機構１２０を含む。走査機構１２０は、ミラー１２１と、ミラー１２１を駆動する駆動部１２２とを含む。レーザ光源１１１により発生したレーザ光は、ミラー１２１において反射されて、ステージ１０に置かれたワーク１１の表面に照射される。ワーク１１の表面のうちの被加工領域１１ａにレーザ光２０が照射されることにより、被加工領域１１ａが加工される。

駆動部１２２は、制御部１１２からの制御信号に応答してミラー１２１を駆動する。これによりレーザ光２０が走査される。走査機構１２０は、たとえばガルバノミラーによって実現可能である。走査機構１２０によるレーザ光の走査の方向は、１次元方向、２次元方向、または、その両方であってもよい。

この実施の形態では、コントローラ１０１とヘッド部１０２とが別体である。しかし、コントローラ１０１とヘッド部１０２とが１つの筐体に収容されてもよい。

図２は、ワークの表面を加工するためのレーザ光の走査の例を示した概略図である。図２を参照して、被加工領域１１ａは、図１に示されたワーク１１の表面の一部であるとともにレーザ加工の処理が施される単位領域である。たとえば、レーザ光は、パルス光であり、かつ被加工領域１１ａ上を往復するように走査される。スポット２１は、被加工領域１１ａにおいてレーザ光が照射された場所を表す。

被加工領域１１ａの周縁部では、レーザ光の走査方向が変向されるので、レーザ光の走査速度が低下する。被加工領域１１ａの中心部では、被加工領域１１ａの周縁部に比べてレーザ光の走査速度が大きい。

スポット２１の位置に形成される穴の深さは、単位面積当たりのエネルギー密度に依存する。被加工領域１１ａの周縁部では、レーザ光の走査速度が低いために、単位面積当たりのエネルギー密度が高い。このため、図２の平面図および断面図によって示されるように、被加工領域１１ａの周縁部において、より深いスポットが形成される。一方、被加工領域１１ａの中心部では、レーザ光の走査速度が大きいために、単位面積当たりのエネルギー密度が低い。レーザ光のパワーが小さい場合には、被加工領域１１ａの周縁部に比べて、被加工領域１１ａの中心部では浅い穴が形成されやすい。このため、被加工領域１１ａ全体では、レーザ光による加工が不十分となることが起こり得る。

本発明の実施の形態では、レーザ光の走査の改善によって、低いパワーのレーザ光であっても、被加工領域１１ａにマーキングあるいは穴の形成など所望の加工を施すことができる。以下、本発明の実施の形態について詳細を説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法によるレーザ光の走査の原理を示した図である。図１および図３を参照して、本発明の実施の形態では、被加工領域１１ａ内の中心部１１ｂにおいて、レーザ光の走査方向が変向される。レーザ光の走査方向が変向される位置では、レーザ光の走査速度が低下するために単位面積当たりのエネルギー密度が高くなる。したがって図３に示すようにレーザ光を走査することにより、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいて単位面積当たりのエネルギー密度を高くすることができる。

図４は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工のためのレーザ光の走査パターンの一例を示した図である。図４を参照して、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいてレーザ光の走査方向を変向することが繰り返される。被加工領域１１ａの中心部１１ｂでは、レーザ光の走査方向が複数回にわたり変向されるため、被加工領域１１ａの中心部において、単位面積当たりのエネルギーをより高くすることができる。これにより、より深い穴を形成することができる。

一実施の形態では、レーザ加工装置１００の制御部１１２および走査機構１２０は、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいて、レーザ光の走査方向を、変向される前の走査方向に対して鋭角をなす方向に変向する。これにより、たとえば加工速度の大幅な低下が生じない程度において、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいてレーザ光の走査速度をより低下させることができる。したがって被加工領域１１ａの中心部にエネルギーをより一層集中させることができる。

図５は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工の結果を説明するためのワーク１１の模式的な断面図である。（Ａ）は、図２に示した一般的なレーザ光の走査方法によるワークの加工結果を模式的に示した断面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法によるワークの加工結果を模式的に示した断面図である。図６は、ワーク１１の被加工領域１１ａから深さ方向に沿って、被加工領域１１ａに形成された穴を撮影した結果を示した図である。図５（Ａ）と図５（Ｂ）とでは、ワーク１１の材質およびレーザ光のパワーは同じであり、レーザ光の走査の点で異なっている。

図５（Ａ）および図６を参照して、図２に示した一般的なレーザ光の走査方法によれば、被加工領域１１ａの周縁部に深い穴が形成される。被加工領域１１ａの中心部では、ワーク１１の表面から５０μｍの深さにおいて、穴が形成された痕を確認することが難しい。これに対して図５（Ｂ）および図６に示されるように、本発明の実施の形態によれば、被加工領域１１ａの中心部に形成された穴の深さが、ワーク１１の表面から少なくとも２００μｍに達していることを確認することができる。

また、図２に示した一般的なレーザ光の走査方法を用いた場合、アルミニウムの材質のワーク１１に、深さ１００μｍの穴を形成するために要した時間は約６２秒であった。これに対して、本発明の実施の形態によれば、約２３秒で深さ１００μｍの穴をワーク１１に形成することができた。一方、穴を形成するための時間を１０秒に固定した場合、図２に示した一般的なレーザ光の走査方法では、形成された穴の深さは、１５μｍであった。これに対して、本発明の実施の形態によるレーザ加工方法によって同じ径の穴を形成した場合、その穴の深さは６０μｍであった。

このように、本発明の実施の形態によれば、レーザ光のパワー（出力）を上げずに加工速度を上げることができる。これにより加工時間を短縮できる。あるいは、本発明の実施の形態によれば、同一の加工（たとえばマーキング、穴の形成等）であれば、より低パワーのレーザ光によって、その加工が実現できる。したがって、レーザ加工装置をより安価に実現することができる。

図７は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。図１および図７を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１において、レーザ加工装置１００は、被加工領域１１ａにおいてレーザ光を走査する。より詳細には、レーザ加工装置１００は、被加工領域１１ａの所定の変向部においてレーザ光の走査方向を複数回変向する。

「所定の変向部」は、典型的には、被加工領域１１ａの中心部１１ｂであるが、これに限定されない。後に例示されるように、「変向部」は、被加工領域１１ａの中心部１１ｂからずれた場所であってもよい。

図３に示されるように、レーザ加工装置１００は、被加工領域１１ａ内の変向部（たとえば中心部１１ｂ）に向けられたレーザ光の走査方向を、変向部において変向する。すなわち、レーザ加工装置１００は、変向部において折り返すように、レーザ光を走査することを繰り返す。

次に、ステップＳ２において、ワーク１１上の全ての被加工領域１１ａが加工されたかどうかが判断される。この判断は、制御部１１２により実行される。全ての被加工領域１１ａが加工されたと判断された場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、処理は終了する。一方、未加工の被加工領域１１ａが残っていると判断された場合（ステップＳ２においてＮＯ）、処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御部１１２は、次の被加工領域１１ａを加工するようにレーザ加工装置１００を制御する。この制御には、たとえばレーザ光源１１１の制御および走査機構１２０の駆動部１２２の制御を含むことができる。ステップＳ３の処理が実行された後、全体の処理は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１の処理が全ての被加工領域１１ａに対して実行される。

＜２．レーザ光の走査の例＞
図８〜図１７に、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法によるレーザ光の走査パターンの例を示す。図８を参照して、レーザ光の走査パターンは、被加工領域１１ａの中心部１１ｂを中心として、形状の等しい複数の扇型を等角度に配置したパターンである。レーザ光は、被加工領域１１ａの中心部１１ｂから被加工領域１１ａの周縁部へと走査され、被加工領域１１ａの周縁部において円弧または直線に沿って走査される。次に、レーザ光は、被加工領域１１ａの周縁部から被加工領域１１ａの中心部１１ｂへと走査されて、被加工領域１１ａの中心部１１ｂから被加工領域１１ａの周縁部へと再び走査される。レーザ光の軌跡は、被加工領域１１ａの中心部１１ｂから放射状に広がり、被加工領域１１ａの周縁部では、破線状の（言い換えると断続的な）円周を形成する。

図９は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンの別の例を示した図である。図９に示されるように、図８に示したパターンに比べて、扇形の配置の密度を疎にしたパターンである。図９に示したパターンでは、図８に示したパターンに比べて、扇型の中心角、および、隣あう２つの扇型パターンの成す角度が大きい。しかしながら扇型の中心角および隣あう２つの扇型のパターンの成す角度のいずれか一方を図８に示したパターンの対応する角度よりも大きくしてもよい。このような走査パターンも図９に示したパターンと同じく、扇形の配置の密度を図８に示したパターンに比べて疎にすることができる。

図１０は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。図１０に示されたパターンは、図８に示したパターンから、被加工領域１１ａの周縁部の円弧または直線を除いたパターンである。レーザ光は、たとえば、１つの直線上を被加工領域１１ａの中心部１１ｂと被加工領域１１ａの周縁部との間で往復される。次に、レーザ光は、別の直線上を、被加工領域１１ａの中心部１１ｂと被加工領域１１ａの周縁部への間で往復される。図８あるいは図９に示されたパターンと同様に、レーザ光は、被加工領域１１ａの周縁部から被加工領域１１ａの中心部１１ｂへと走査されて、中心部１１ｂにおいて走査方向が変向され、被加工領域１１ａの中心部１１ｂから周縁部に向けて走査される。

図８〜図１０に示されたパターンでは、レーザ光を被加工領域１１ａの中心部１１ｂへと向かう向きに走査するごとに、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいてレーザ光の走査方向を変向する。より具体的には、中心部１１ｂに向けてレーザ光を走査する場合において、レーザ光の走査方向が変向される位置（変向部）は、被加工領域１１ａの中心点である。しかしながら本発明の実施の形態において、レーザ光の走査はこのように限定されるものではない。

図１１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。図１１に示されるように、走査パターンは、レーザ光の走査方向を中心部１１ｂよりも外側において折り返すパターンを含んでもよい。レーザ光を走査するステップでは、走査方向を被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいて変向することと、走査方向を中心部１１ｂよりも外側において変向することとを組み合わせてもよい。これにより、被加工領域１１ａの全体にわたり、深い穴を形成することができる。また、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおける加工が過度になる（たとえば穴が必要以上に深くなる）ことを抑えることができる。

図１２は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。図１２に示されたパターンは、被加工領域１１ａの中心部１１ｂが、点ではなく、ある大きさの面積を有する領域である点において図１１に示されたパターンとは異なる。被加工領域１１ａの中心点に集中するエネルギーが高すぎる場合には、図１２に示されたパターンを用いることができる。すなわち被加工領域１１ａの中心部１１ｂは、点であると限定される必要はなく、被加工領域１１ａの中心点を含む、ある大きさの面積を有する領域であってもよい。

なお、図１２のパターンにおいて、中心部１１ｂは、たとえば、被加工領域１１ａの全体の面積の１／３以下の面積を占める領域であると定義することができる。これにより、レーザ加工の際に中心部１１ｂの加工が不十分となる（たとえば中心部１１ｂが島状に残る）可能性を低減することができる。

さらに、レーザ光の走査方向が変わる位置である変向部は、被加工領域１１ａの中心部であると限定される必要はない。図１３は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。図１３に示されるように、変向部１１ｃは、被加工領域１１ａの中心部１１ｂから外れた位置にあってもよい。なお、図１２および図１３では、中心部１１ｂの手前においてレーザ光の走査方向を変向する走査パターンを示しているが、中心部１１ｂを通過した後にレーザ光の走査方向を変向する走査パターンも可能である。

図１４は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンのさらに別の例を示した図である。図１４を参照して、図８に示される走査パターンに加えて、被加工領域１１ａの隅部１１ｄ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｆの各々から、被加工領域１１ａの内部に向けて放射状にレーザ光を走査するパターンが重ねられる。このようなパターンを採用することによって、被加工領域１１ａの全体を均一に深く掘ることができる。

図１５は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンの別の例を示した図である。図１５に示されたパターンは、図８に示されたパターンを縮小したパターンに相当する。被加工領域１１ａの中心部１１ｂ付近の狭い領域のみ加工することが必要である場合には、図１５に示されたパターンを採用することができる。

図１６は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の走査パターンの別の例を示した図である。図１６に示されるように、複数（たとえば２つ）のパターンをずらせて重ね合わせた走査パターンを用いてもよい。各パターンは、互いに同一であってもよい。その場合、各パターンは、たとえば図８に示されたパターンであってもよい。図１６に示された例では、２つのパターンのうちの一方は、被加工領域１１ａの中心部１１ｂにおいてレーザ光の走査方向が変向されるパターンであり、もう一方のパターンは、被加工領域１１ａの中心部１１ｂとは異なる位置においてレーザ光の走査方向が変向されるパターンである。しかし、そのように限定されない。たとえば２つのパターンの両方が、被加工領域１１ａの中心部１１ｂとは異なる位置においてレーザ光の走査方向が変向されるパターンであってもよい。

図８〜図１６に示された走査パターンは、被加工領域１１ａの変向部（典型的には中心部１１ｂ）よりも外側の曲線上の点から変向部に向けてレーザ光を走査するステップ、および、変向部から曲線上の点に向けてレーザ光を走査するステップの少なくとも１つを実行することによって形成される。走査パターンは、変向部を囲む曲線と変向部とを結ぶ直線を含む。したがってレーザ光の走査の始点または終点が曲線上にある。図８〜図１６に示された走査パターンにおいて、曲線は円周である。しかし曲線の種類は円周に限定されない。たとえば、変向部を囲む曲線によって楕円が形成されてもよい。また、曲線は閉曲線に限定されず、開曲線であってもよい。たとえば曲線は円弧であってもよい。

さらに、本発明の実施の形態は、曲線上にレーザ光の走査の始点または終点があるように限定されない。図１７に示されるように、走査パターンは、被加工領域１１ａの変向部と変向部を囲む多角形の辺とを結ぶ直線を含んでもよい。レーザ光を走査するステップは、被加工領域１１ａの変向部（典型的には中心部１１ｂ）を囲む多角形の辺上の点から変向部に向けてレーザ光を走査するステップ、および、変向部から多角形の辺上の点に向けてレーザ光を走査するステップのうちの少なくとも一方を含んでもよい。図１７に示された走査パターンにおいて、多角形は矩形である。しかしながら多角形の種類は限定されない。

レーザ加工装置１００は、上記のいずれかの走査パターンに沿って、レーザ光を走査する。このために、制御部１１２は、たとえば上記の走査パターンのすべて、あるいは一部を実行するためのプログラムを記憶することができる。制御部１１２は、そのプログラムを実行させることにより、上記に例示された走査パターンを選択してもよい。

＜３．レーザ加工の応用例＞
図１８は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法による加工の一例を示した模式図である。図１８を参照して、たとえば、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法は、ワーク１１の表面にコード１５をマーキングするために利用することができる。コード１５は、たとえば二次元に配置された複数のセル１２を含む。被加工領域１１ａの各々に対してレーザ加工が施されることにより、各々のセル１２が形成される。

各々のセル１２を形成するために、上記したレーザ光の走査が繰り返して実行される。これにより、視認性の高いマークを形成することができる。たとえば製造現場では、ワーク１１の表面にコード１５をマーキングした後に、コード１５の上に油膜あるいは塗料の膜が付着することが考えられる。被加工領域１１ａに形成された穴が浅い場合には、その穴が油膜あるいは塗料の膜によって埋められる可能性が高くなるので、コードの視認性が低下しやすい。このためにコードの読取に障害が起こりやすい。しかしながら本発明の実施の形態によれば、被加工領域１１ａの中心部に、より深い穴を形成することができるので、穴が油膜によって完全に埋まる可能性を低くすることができる。したがって、本発明の実施の形態によれば、コード１５の上に油膜あるいは塗料の膜が付着した場合にも、コード１５の高い視認性を維持することができる。

また、ワークによっては、後工程において切削加工、研磨等が必要なものがある。本発明の実施の形態によれば、被加工領域１１ａに、より深い穴を形成することができる。したがって、上記のような後工程が施される場合にも、形成されたコードが消失する可能性をより低くすることができる。

さらに、本発明の実施の形態によれば、上記の図８〜図１７に示した走査パターンを採用することによって、加工された穴の径を、ある程度の深さまで一定にすることができる。これにより、切削加工、研磨等の後工程がワーク１１に施された場合であっても、セルのサイズを保つことができる。

また、バーコードあるいは二次元コードの印字においてはセル中心のピッチが正確ほどコードの品質が良いとされる。本発明の実施の形態によれば、被加工領域１１ａの中心部１１ｂを最も深く掘ることができるので、セル中心のピッチの精度を高めることができる。したがってワーク表面に品質の高いコードを印字することができる。

さらに、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法は、ワーク表面にコードを印字する方法に限定されない。図１９は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法による加工の他の例を示した模式図である。図１９を参照して、たとえば、本発明の実施の形態に係るレーザ加工方法は、ワーク１１の表面に直線状の溝１６を形成するために利用することができる。溝１６は、一次元状に連続的に配置された複数のセル１２によって構成される。本発明の実施の形態によれば、より深い溝をワーク１１の表面に形成することができる。複数のセル１２は、たとえば等ピッチで配置されたセルである。しかしながら、複数のセル１２は、不等ピッチのセルであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ステージ、１１ ワーク、１１ａ 被加工領域、１１ｂ 中心部、１１ｃ 変向部、１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ 隅部、１２ セル、１５ コード、１６ 溝、２０ レーザ光、２１ スポット、１００ レーザ加工装置、１０１ コントローラ、１０２ ヘッド部、１０３ ケーブル、１１１ レーザ光源、１１２ 制御部、１２０ 走査機構、１２１ ミラー、１２２ 駆動部、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ステップ。

Claims (16)

1. レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を走査する走査機構とを備えたレーザ加工装置によるレーザ加工方法であって、
   被加工領域内において前記レーザ光を走査して、前記被加工領域内において穴の形成またはマーキングを行うステップを備え、
   前記走査するステップは、
   前記被加工領域の中の変向部において、前記レーザ光の走査方向を複数回変向することを含む、レーザ加工方法。
2. 前記走査方向を前記変向部において前記変向することは、
   前記変向部において、変向される前の走査方向に対して鋭角をなす方向に前記レーザ光の前記走査方向を変向することを含む、請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記走査方向を前記変向部において前記変向することは、
   前記レーザ光を前記変向部へと向かう向きに走査するごとに、前記変向部において、前記走査方向を変向することを含む、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記走査するステップは、
   前記走査方向を前記変向部において変向することと、前記走査方向を前記変向部よりも外側において変向することとを組み合わせることを含む、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
5. 前記走査するステップは、
   前記変向部よりも外側の曲線上の点から前記変向部に向けて前記レーザ光を走査するステップ、および、前記変向部から前記曲線上の前記点に向けて前記レーザ光を走査するステップのうちの少なくとも一方を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
6. 前記走査するステップは、
   前記変向部を囲む多角形の辺上の点から前記変向部に向けて前記レーザ光を走査するステップ、および、前記変向部から前記多角形の前記辺上の点に向けて前記レーザ光を走査するステップのうちの少なくとも一方を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
7. 前記変向部は、前記被加工領域の中央に位置する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
8. 次の被加工領域に対して前記走査するステップを実行することを繰り返して、複数のセルを形成するステップをさらに備える、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
9. 前記複数のセルは、二次元に配置される、請求項８に記載のレーザ加工方法。
10. 前記複数のセルは、一次元に配置される、請求項８に記載のレーザ加工方法。
11. レーザ光を発するレーザ光源と、
    前記レーザ光を走査する走査機構と、
    前記走査機構を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、被加工領域の中の変向部において、前記レーザ光の走査方向を複数回変向するように、前記走査機構を制御して、記被加工領域内において穴の形成またはマーキングを行う、レーザ加工装置。
12. 前記制御部は、変向される前の走査方向に対して鋭角をなす方向に、前記レーザ光の前記走査方向を変向するように前記走査機構を制御する、請求項１１に記載のレーザ加工装置。
13. 前記制御部は、
    前記変向部から放射状に延びる複数の直線を含む走査パターンに従って前記レーザ光が走査されるように前記走査機構を制御する、請求項１１または請求項１２に記載のレーザ加工装置。
14. 前記走査パターンは、前記レーザ光の走査方向を前記変向部よりも外側において折り返すパターンを含む、請求項１３に記載のレーザ加工装置。
15. 前記走査パターンは、
    前記変向部を囲む曲線と前記変向部とを結ぶ直線を含む、請求項１３または請求項１４に記載のレーザ加工装置。
16. 前記走査パターンは、
    前記変向部と前記変向部を囲む多角形の辺とを結ぶ直線を含む、請求項１３または請求項１４に記載のレーザ加工装置。