JP7319664B2 - レーザー加工装置、及びレーザー加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー加工装置、及びレーザー加工方法に関する。詳しくは、被加工物をレーザー加工する際の熱影響や分解物の付着を防止し、高速加工を可能とするレーザー加工装置、及びレーザー加工方法に係るものである。

一般的に液晶パネルや有機ＥＬパネル等の光学表示パネルには、偏光板や位相差フィルム（位相差板）などの光学フィルムが貼り付けられている。通常、これらの光学フィルムは、原反ロールから長尺のフィルムを巻き出し、この巻き出したフィルムを光学表示パネルに対応する幅や長さに切断加工したものが用いられている。

従来、このようなフィルムの切断加工には、プレス加工等の打ち抜き加工（以下、「機械加工」という。）が主流であった。一方、近年では、スマートフォンに代表される携帯端末機、或いは車載用ディスプレイ等の普及により、様々な形状やサイズの光学フィルムが求められている。しかしながら、前記した機械加工では形状の自由度がなく、また形状を変更するたびに設備を停止する必要があることから生産効率が悪く、さらに精度についてもせいぜい±１００μｍ程度であり、近年の高速化、及び高精度化の要求には対応できなくなってきている。

そこで、従来の機械加工に代わる加工方法としてレーザー光を用いた加工（以下、「レーザー加工」という。）が注目されている。このレーザー加工によれば、様々な形状への対応が容易で、機械加工と比較して稼働率も高い。さらに、非接触加工であることから、被加工物への応力がかからないため、被加工物の割れを抑制できるなど、様々な利点がある。

ところで、レーザー加工においては、被加工物の加工面側（レーザー光の照射面側）周辺における熱影響による表面の溶融やマイクロクラックといった損傷、或いはレーザー光の照射面側におけるレーザー加工部分周辺への分解物が付着するという種々の問題がある。

前者の問題（熱影響）については、例えばレーザー光の短パルス化による解決が一般的に知られている。即ち、レーザー光の短パルス化が目的とするところは、レーザー光と被加工物の作用時間を短くすること、被加工物の温度上昇を抑制すること、残留エネルギーを低減させることにより応力の発生や変質層の発生拡大を防止し、熱影響を抑制しようとするものである。

この短パルス化を実現するためのレーザーとしては、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯレーザー、ファイバーレーザーといった固体レーザーが広く採用される（特許文献１）。しかしながら、これら固体レーザーはその波長帯域により、一般的には被加工物としては金属材料に適したものとなっており、樹脂材料からなる光学フィルムには不適なものとなっている。

ここで、樹脂材料に対する加工の観点では、波長帯域として中赤外域の気体レーザーである炭酸ガスレーザーが主に使用されるが、係る炭酸ガスレーザーは長パルスとなるため熱影響が避けられない。そのため、炭酸ガスレーザーを使用してのレーザー加工の場合、熱影響により生じた表面の溶融等に対しては、一般的には後工程において研磨機による切削作業等により除去されている。

一方、後者の問題（分解物の付着）に対しては、同じく後工程においてアルコール拭き取り、洗浄やデスミアにより分解物の除去が行われている。この照射面側の分解物の付着は、レーザー光のパワーに比例して堆積量が増えるため、高速で切断するために高いパワーでレーザー光を被加工物に照射すると、付着する分解物の堆積が増し、後工程での分解物の除去がさらに困難になってくる。

このようなレーザー加工に伴う問題を防止するために、例えば特許文献２には、レーザー加工用保護シートを用いたレーザー加工方法が開示されている。具体的には、被加工物のレーザー光照射面側にレーザー加工用保護シートを貼り付けた状態でレーザー光による加工を行う。この時、レーザー光の照射にともない発生した分解物はレーザー加工用保護シート面に付着する。その後、分解物が付着したレーザー加工用保護シートを被加工物から剥離することで、後工程としてレーザー加工用保護シートの剥離工程のみで分解物を除去することができるため、従来の工程に比べて分解物の除去作業を大幅に簡素化できるものとなっている。

特開２００７－２１４２０７号公報 特開２００６－１９２４７８号公報

しかしながら、特許文献２に係る発明においては、保護シートを別途準備する必要があるため、生産コストが上昇するとともに、レーザー加工の前後工程において保護シートの貼り付けと剥離の工程を繰り返すため、生産効率も低下することが懸念される。

さらに、特許文献２に係る発明においては、分解物の付着という課題については解決することができるものの、熱影響による品質の悪化については依然として解決することができないため、前記の通り、レーザー加工の後工程において切削作業により除去する必要がある。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、被加工物をレーザー加工する際の熱影響や分解物の付着を防止し、高速加工を可能とするレーザー加工装置、及びレーザー加工方法を提供することを目的とするものである。

前記の目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、所定の出力時間、及び所定の出力の極大値からなるパルス波形を有するレーザー光を発振させるレーザー発振装置と、該レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、出力の極大値に係る時間成分を含み所定に短パルス化されたパルス波形からなり第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光、該第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり第１の光軸とは異なる光軸である第２の光軸に沿って伝送されるレーザー光に偏向させる光学特性変調装置と、該光学特性変調装置から第１の光軸に沿って伝送されたレーザー光が集光されるとともに、集光したレーザー光を被加工物に向けて照射させる集光装置と、前記第１の光軸上に設置され、前記第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光の前記集光装置に向けた伝送状態と非伝送状態を切り替え可能な伝送制御装置とを備える。

ここで、所定の出力時間、及び所定の出力の極大値からなるパルス波形を有するレーザー光を発振させるレーザー発振装置を備えることにより、被加工物の材質に応じた所定のパルス波形からなるレーザー光を被加工物に向けて発振することができる。

また、レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、出力の極大値に係る時間成分を含み所定に短パルス化されたパルス波形からなり第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光、第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり第１の光軸とは異なる光軸である第２の光軸に沿って伝送されるレーザー光に偏向させる光学特性変調装置を備えることにより、レーザー発振装置から発振されたレーザー光を所定に短パルス化した２つのレーザー光に偏向させることができる。

このとき、レーザー光として、例えば長パルスである炭酸ガスレーザーを使用する場合であっても所定に短パルス化することが可能となるため、被加工物へのレーザー光の照射に伴う熱影響を抑制することができる。

また、偏向したレーザー光のうち第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光が出力の極大値に係る時間成分を含むことにより、第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光は、レーザー発振装置から発振されたレーザー光の出力の極大値と同程度の高い出力の極大値を保持することができる。

即ち、第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光を被加工物に対して照射するレーザー光として使用することで、前記した熱影響を抑制するとともに、レーザー光を被加工物に照射した際の被加工物表面への分解物の付着を防止し高速加工が可能となる。

また、光学特性変調装置から伝送された第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光が集光されるとともに、集光したレーザー光を被加工物に向けて照射させる集光装置を備えることにより、高い出力の極大値でかつ短パルス化されたレーザー光を被加工物に対して照射することができる。

また、第１の光軸上に設置され、第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光の前記集光装置に向けた伝送状態と非伝送状態を切り替え可能な伝送制御装置を備えることにより、例えば第１の光軸に沿って伝送される高い出力の極大値、かつ短パルス化されたレーザー光として、安定したパルス波形の領域部分のみを取り出して集光装置に向けて伝送させることができる。そのため、被加工物に対しては屈折率が安定したレーザー光を照射することができるため、被加工物に対する焦点位置が安定し、加工品質を高めることができる。

また、伝送制御装置は、光学特性変調装置が起動されてから所定の時間が経過するまでは非伝送状態に制御され、光学特性変調装置が起動されてから所定の時間が経過したのちに伝送状態に制御される場合には、被加工物に対する加工品質を高めることができる。

即ち、光学特性変調装置は、起動後の所定の時間は動作が不安定となり、偏向された第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光の屈折率が安定しないことが想定される。そこで、光学特性変調装置が起動されてからの所定の時間は集光装置への伝送を規制し、屈折率が安定したレーザー光のみを集光装置に伝送するように制御することで、被加工物に対する焦点位置が安定し、加工品質を高めることができる。

また、伝送制御装置は、光学特性変調装置を起動させてから所定の時間が経過するまでは、伝送制御装置に伝送されたレーザー光を第１の光軸と同軸の第３の光軸に沿って伝送させ、光学特性変調装置を起動させてから所定の時間が経過したのちに、前記伝送制御装置に伝送されたレーザー光を第３の光軸とは異なる光軸であって集光装置が位置する第４の光軸に沿って伝送させる場合には、レーザー光の光軸を切り替えるという簡単な制御により、レーザー光の集光装置に向けた伝送状態と非伝送状態を切り替えることができる。

また、光学特性変調装置の起動直後における動作が不安定な領域に係るレーザー光は、集光装置が位置する第４の光軸とは異なる第３の光軸に向けて伝送されるため、被加工物へのレーザー光の照射を制限することで、屈折率が安定しないレーザー光による被加工物の加工を防止することができる。

前記の目的を達成するために、本発明のレーザー加工方法は、所定の出力時間、及び所定の出力の極大値からなるパルス波形を有するレーザー光を発振する工程と、該発振する工程で発振したレーザー光を、出力の極大値に係る時間成分を含み所定に短パルス化したパルス波形からなり第１の光軸に沿って伝送するレーザー光、該第１の光軸に沿って伝送するレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり第１の光軸とは異なる光軸である第２の光軸に沿って伝送するレーザー光に偏向する工程と、該偏向する工程で偏向されたレーザー光のうち、前記第１の光軸に沿って伝送するレーザー光の、被加工物に向けて照射する集光装置への伝送の可否を判定する工程と、該判定する工程にて、前記集光装置に向けた伝送が許可された場合に、前記第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を前記集光装置へ向けて伝送する工程と、集光装置から被加工物に対してレーザー光を照射する工程とを備える。

ここで、所定の出力時間、及び所定の出力の極大値からなるパルス波形を有するレーザー光を発振する工程を備えることにより、被加工物の材質に応じた所定のパルス波形からなるレーザー光を発振することができる。

また、発振する工程で発振したレーザー光を、出力の極大値に係る時間成分を含み所定に短パルス化したパルス波形からなり第１の光軸に沿って伝送するレーザー光、第１の光軸に沿って伝送するレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり第１の光軸とは異なる光軸である第２の光軸に沿って伝送するレーザー光に偏向する工程を備えることにより、発振されたレーザー光を所定に短パルス化した２つのレーザー光に偏向させることができる。

このとき、レーザー光として、例えば長パルスである炭酸ガスレーザーを使用する場合であっても所定に短パルス化することが可能となるため、被加工物へのレーザー光の照射に伴う熱影響を抑制することができる。

また、偏向したレーザー光のうち第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光が出力の極大値に係る時間成分を含むことにより、第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光は、発振源から発振されたレーザー光の出力の極大値と同程度の高い出力の極大値を保持することができる。

即ち、第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光を被加工物に対して照射するレーザー光として使用することで、前記した熱影響を抑制するとともに、レーザー光を被加工物に照射した際の被加工物表面への分解物の付着を防止し高速加工が可能となる。

また、偏向する工程で偏向されたレーザー光のうち、第１の光軸に沿って伝送するレーザー光の、被加工物に向けて照射する集光装置への伝送の可否を判定する工程を備えることにより、第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を一律に集光装置に向けて伝送するのではなく、例えば屈折率が安定しない不安定領域に係るレーザー光の集光装置への伝送を遮断することができる。そのため、被加工物に対しては屈折率が安定したレーザー光のみを照射することができるため、被加工物に対する焦点位置が安定し、加工品質を高めることができる。

また、判定する工程にて、集光装置に向けた伝送が許可された場合に、第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を集光装置へ向けて伝送する工程を備えることにより、例えば屈折率が安定しているレーザー光のみを集光装置へ向けて伝送することができるため、被加工物に対する焦点位置が安定し、加工品質を高めることができる。

また、集光装置から被加工物に対してレーザー光を照射する工程を備えることにより、前記した集光装置への伝送の可否を判定する工程における判定の結果、集光装置に向けて伝送が許可された安定したレーザー光を、集光装置を介して被加工物に照射することができるため、被加工物に対する加工品質を高めることができる。

また、集光装置への伝送の可否を判定する工程は、光学特性変調装置を起動してからの経過時間に基づいて判定し、光学特性変調装置を起動してから所定の時間が経過するまでは、第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を第１の光軸と同軸の第３の光軸に沿って伝送し、光学特性変調装置を起動してから所定の時間が経過したのちは、レーザー光を第３の光軸とは異なる光軸であって、集光装置が位置する第４の光軸に沿って伝送する場合には、レーザー光の偏向という簡単な制御により、被加工物に対しては安定したレーザー光のみを照射することができる。

即ち、光学特性変調装置は、起動後の所定の時間は動作が不安定となり、偏向されたレーザー光の伝送方向である第１の光軸が安定しないことが想定される。そこで、光学特性変調装置が起動されてからの所定の時間は集光装置への伝送を遮断し、所定の時間が経過したのちに集光装置に向けて伝送するように制御することで、動作が不安定な領域に係るレーザー光を被加工物に向けて照射することを防止することができるため、被加工物に対する焦点位置が安定し、加工品質を高めることができる。

本発明に係るレーザー加工装置、及びレーザー加工方法は、被加工物をレーザー加工する際の熱影響や分解物の付着を防止し、高速加工が可能なものとなっている。

本発明の実施形態に係るレーザー加工装置の全体概略図である。 光学特性変調装置による制御例を示す模式図である。 伝送制御装置による制御例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るレーザー加工方法のフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参酌しながら説明し、本発明の理解に供する。

まず、本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１について図１を用いて説明する。レーザー加工装置１は、レーザー発振装置２、パルス発生装置３、制御用ＰＣ４、光学特性変調装置５、伝送制御装置６、集光装置７、及びＸＹステージ８から主に構成されている。

レーザー発振装置２は、所定のパルス波形からなるレーザー光を発振する装置である。レーザー光の発振には、制御用ＰＣ４にて目標とするパルス波形が設定され、パルス発生装置３にて所定のパルス波形、及び出力からなるパルス波形が生成される。パルス発生装置３から送信される所定のタイミング信号をレーザー発振装置２で受信すると、目標とするパルス波形からなるレーザー光が発振されることになる。レーザー発振装置２は、炭酸ガスが充填された図示しない光共振器を備えており、この光共振器内の光を炭酸ガス中において誘導放出によって増幅し、レーザー光を発振する構成とされている。

この炭酸ガスを用いたレーザー発振装置２からは、被加工物である光学フィルムに吸収されやすいように赤外線領域のレーザー光が発振されることになる。なお、このレーザー発振装置２は、安定してレーザー光を発振するために、常時、レーザー光を発振した状態とされている。

ここで、必ずしも、レーザー発振装置２として、炭酸ガスレーザーを用いる必要はない。ＹＡＧレーザー、ＹＶＯレーザー、ファイバーレーザーといった固体レーザー、その他いかなる種類のレーザーを使用してもよいが、前記の通り、被加工物として光学フィルムを想定する場合、エネルギー吸収という観点では炭酸ガスレーザーが好適である。

また、必ずしも、レーザー発振装置２の数は１台に限定されるものではなく、複数台が設置されていてもよい。

光学特性変調装置５は、レーザー光を強度変調するための装置であって、本発明の実施形態においては音響光学素子（Ａｃｏｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｒａｔｏｒ、以下「ＡＯＭ」という。）を使用している。

ここで、必ずしも、光学特性変調装置５としてＡＯＭを用いる必要はない。レーザー発振装置２から発振されるレーザー光のパルス波形から、所定の繰り返し周波数でパルスを間引くことが可能な装置であればどのような装置であってもよく、例えば電気光学変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、以下「ＥＯＭ」という。）等を用いてもよい。

ＡＯＭは周知の構造、及び原理である。具体的には、ＡＯＭドライバから入力される高周波信号により超音波を出力する圧電素子と、音響光学効果を生じる音響光学媒体を通過してきた超音波を吸収する超音波吸収体を備えている。そして、ＡＯＭに伝送されたレーザー光は、超音波を印加しない場合には、屈折せずにそのまま直進し（０次光）、超音波を印加すると、所定の屈折率で屈折し、０次光とは異なる方向へ出力される（１次光）。

このようなＡＯＭの特性を用いることで、光学特性変調装置５に伝送されたレーザー光は、レーザー光のうち高い出力の極大値に係る時間成分を含み、かつ所定に短パルス化されたパルス波形からなり、第１の光軸Ｌ１に沿って伝送する１次光と、その他の時間成分を含んだパルス波形からなり第２の光軸Ｌ２に沿って伝送する０次光に偏向される。

図２は、レーザー発振装置２から発振されたレーザー光の光学特性変調装置５による制御例を示す模式図である。例えばレーザー発振装置２から発振されるレーザー光として、図２（ａ）に示すように約６０μｓｅｃの出力時間にて所定の出力の極大値を有するパルス波形からなるレーザー光であるとする。このとき、レーザー光の出力の極大値に係る時間成分を含む２０μｓｅｃの出力時間からなるバースト状のパルス波形からなるレーザー光を１次光として偏向することを想定する。

図２（ａ）に示すパルス波形からなるレーザー光について、図２（ｂ）に示すような２０μｓｅｃの出力時間のバースト状のパルス波形からなるレーザー光を偏向するには、図２（ｃ）に示すような制御信号をＡＯＭのドライバに出力すればよい。そうすると、図２（ａ）のパルス波形の一部が間引かれて、図２（ｂ）に示すバースト状であって短パルス化、及び高い出力の極大値のパルス波形からなるレーザー光を１次光として偏向することができる。

一方、レーザー発振装置２から発振されたレーザー光のうち、光学特性変調装置５で間引かれたレーザー光である０次光は、レーザー発振装置２から発振されるレーザー光と同軸方向である第２の光軸Ｌ２に沿って伝送され、第１のダンパー９に吸収される。

ここで、必ずしも、光学特性変調装置５への制御信号（高周波信号）として、２０μｓｅｃの出力時間である必要はない。出力する高周波信号の出力時間は、被加工物の種類に応じて、例えば１μｓｅｃから２００μｓｅｃの間において適宜変更することができる。

伝送制御装置６は、光学特性変調装置５から発振される１次光の集光装置７への伝送、又は非伝送を制御するための装置である。前記した光学特性変調装置５としてのＡＯＭは、起動直後は作動が不安定であり、屈折率にバラつきが生じ易い。その場合、屈折率が安定しない領域での１次光を集光装置７に向けて伝送すると、被加工物の加工品質にバラつきが生じてしまい品質が安定しない虞がある。

そこで、伝送制御装置６は、光学特性変調装置５が起動されてから所定の時間である不安定領域が経過するまでは、伝送制御装置６に伝送された１次光の集光装置７への伝送を規制する。一方、光学特性変調装置５が起動されてから所定の時間が経過し、光学特性変調装置５の動作が安定した安定領域に入った段階で、伝送制御装置６に伝送された１次光の集光装置７への伝送を許可するＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御を行う。

この伝送制御装置６としては、例えば前記したＡＯＭを使用することができる。図１は伝送制御装置６としてＡＯＭを使用した場合の装置構成を示している。伝送制御装置６は光学特性変調装置５から伝送された１次光の光軸である第１の光軸Ｌ１上に設置されており、光学特性変調装置５から伝送されたレーザー光が伝送制御装置６に伝送される。

ここで、必ずしも、伝送制御装置６としてＡＯＭを使用する必要はない。伝送制御装置６に伝送されたレーザー光の集光装置７への伝送、非伝送のＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御が可能な装置であればよく、例えばレーザー光の伝送方向を切り替える装置としてはＥＯＭ、或いはレーザー光の伝送の一時的な遮断をするための装置としては高速シャッタ等を採用してもよい。

伝送制御装置６に伝送されたレーザー光は、伝送制御装置６にて第１の光軸Ｌ１と同軸の第３の光軸Ｌ３に沿って伝送する０次光と、第３の光軸Ｌ３とは異なる第４の光軸Ｌ４に沿って伝送する１次光に偏向される。第３の光軸Ｌ３に沿って伝送する０次光は、その伝送先に配置された第２のダンパー１０に吸収される。一方、第４の光軸Ｌ４に沿って伝送する１次光は集光装置７に向けて伝送される。

図３は伝送制御装置６としてＡＯＭを使用した場合の制御例を示す模式図である。なお、図３の中で、光学特性変調装置５としての機能を有するＡＯＭを第１のＡＯＭ、伝送制御装置６としての機能を有するＡＯＭを第２のＡＯＭと表記する。また、図３の（ａ）乃至（ｃ）は図２の（ａ）乃至（ｃ）にそれぞれ対応し、図３の（ｄ）は第２のＡＯＭへの制御信号、同図（ｅ）は第２のＡＯＭから伝送されるレーザー光のパルス波形である。

図３において、第１のＡＯＭは起動直後からドライバに対して制御信号が出力され、バースト状の所定のパルス波形からなるレーザー光が１次光として第１の光軸Ｌ１に沿って第２のＡＯＭに向けて伝送される。一方、第２のＡＯＭは、第１のＡＯＭの起動から所定の時間（例えば１０ｓｅｃ）である不安定領域では第２のＡＯＭのドライバに対して制御信号が出力されない。そのため、第１のＡＯＭの起動から所定の時間が経過するまでの間は、第２のＡＯＭに伝送されたレーザー光は、第３の光軸Ｌ３に沿って第２のダンパー１０に向けて伝送される。

ここで、必ずしも、第１のＡＯＭの不安定領域に係る時間として１０ｓｅｃである必要はない。使用するＡＯＭの個体差に応じて、不安定領域に係る時間を適宜設定することができる。

第１のＡＯＭの起動から所定の時間が経過して第１のＡＯＭの作動状態が安定すると（図３（ａ）の安定領域）、第２のＡＯＭに対して制御信号が出力される。第２のＡＯＭに対する制御信号により、第２のＡＯＭに伝送したレーザー光は、第１のＡＯＭで形成されたパルス波形と出力の極大値を維持したまま、１次光として第４の光軸Ｌ４の方向に偏向される。このとき、集光装置７は第４の光軸Ｌ４上に位置するため、屈折率が安定するとともに、高い出力の極大値、かつ短パルス化されたレーザー光を集光装置７に向けて伝送することが可能となる。

なお、第２のＡＯＭへの制御信号の出力は、例えば第１のＡＯＭと第２のＡＯＭを通信手段により通信させ、第１のＡＯＭから第２のＡＯＭへ送信される出力信号に基づいて第２のＡＯＭの制御信号がＯＮとなるように制御してもよく、或いは第２のＡＯＭにタイマー機能を設け、第１のＡＯＭの起動からの時間を計時し、予め設定した所定期間経過後に第２のＡＯＭに制御信号が出力されるように制御してもよい。

集光装置７は、伝送制御装置６からの１次光である第４の光軸Ｌ４上に設置され、ＸＹステージ８上の被加工物に対してレーザー光を導くための装置である。集光装置７は、周知の構成であり、主に第１の反射鏡７１、第２の反射鏡７２、ビームエキスパンダ７３、ガルバノスキャナ７４、及びＦθレンズ７５から構成されている。

伝送制御装置６から１次光として伝送されたレーザー光は、第１の反射鏡７１、及び第２の反射鏡７２で反射され、ビームエキスパンダ７３にてその照射直径がガルバノスキャナ７４のミラーに合った光束に調整される。また、このビームエキスパンダ７３によりレーザー光の屈折率を調整することで、レーザー光の焦点距離を調整することができるものとなっている。

ガルバノスキャナ７４は、図示しないミラーと、ミラーに取り付けられた回転軸と、回転軸を制御する制御装置を備えている。このガルバノスキャナ７４により、ミラーに入射されたレーザー光を１次元方向に自在に偏向することが可能となる。即ち、ガルバノスキャナ７４を２台組み合わせることで、２次元方向、すなわちＸＹステージ８上において、ｘｙ平面状の一定領域を占める加工領域上の所定の加工点にレーザー光を偏向することが可能となる。

ガルバノスキャナ７４により偏向されたレーザー光は、Ｆθレンズ７５で集光される。Ｆθレンズ７５は、周知の構造であり、入射角度θに比例した像高Ｙをもち、焦点距離がＦである場合にＹ＝Ｆθの関係を有するレンズである。このＦθレンズ７５を用いることにより、ガルバノスキャナ７４により偏向されたレーザー光の焦点が平面上に分布するように、レーザー光を集光することができる。

ここで、必ずしも、集光装置７としては以上の構成に限定されるものではない。集光装置７を構成する各装置の組み合わせや配置等は適宜変更することができるものとする。例えば、本発明の実施形態においては、ＸＹステージ８がｘ軸方向、又はｙ軸方向に移動して任意の位置に位置決めされる構成となっているが、集光装置７の一部がｘ軸方向、又はｙ軸方向に移動するガントリータイプのものであってもよく、また、ＸＹステージ８に代えて被加工物として連続したシート状のロールを一方向に巻き戻しながらレーザー光を定点照射し、流れ方向に切断するロールスリッター機であってもよい。

以上が本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１の概要であるが、次にレーザー加工装置１を用いたレーザー加工方法について図４のフロー図を用いて説明する。

［ＳＴＥＰ１：レーザー光の発振］
まず、制御用ＰＣ４から入力された出力時間、及び出力特性に基づいたレーザー光がレーザー発振装置２から発振される。

［ＳＴＥＰ２：レーザー光の偏向］
光学特性変調装置５にて、所定の制御信号が送信されることで、レーザー発振装置２から発振されたレーザー光の出力の極大値に係る時間成分を含み、所定に短パルス化されたパルス波形からなり第１の光軸Ｌ１に沿って伝送される１次光としてのレーザー光と、第１の光軸Ｌ１に沿って伝送されるレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり第１の光軸Ｌ１とは異なる光軸である第２の光軸Ｌ２に沿って伝送される０次光としてのレーザー光に偏向される。

光学特性変調装置５からの０次光は、前記した通り、第１のダンパー９に向けて伝送される。一方、光学特性変調装置５からの１次光は、後述する伝送制御装置６に向けて伝送される。

［ＳＴＥＰ３：レーザー光の集光装置への伝送可否の判定］
光学特性変調装置５からの１次光は、伝送制御装置６に伝送され、集光装置７への伝送可否の判定が行われる。この伝送可否の判定は、前記した通り、光学特性変調装置５の起動からの経過時間に基づいて判定される。

光学特性変調装置５の起動が開始されてから所定の時間内であると判定された場合には、光学特性変調装置５の動作は不安定な状態であるとして、伝送制御装置６から集光装置７へのレーザー光の伝送が規制される。

［ＳＴＥＰ４：レーザー光の集光装置への伝送］
光学特性変調装置５の起動が開始されてから所定の時間が経過したと判定された場合には、光学特性変調装置５の動作は安定な状態になったものであるとして、伝送制御装置６から集光装置７へのレーザー光の伝送が許可される。

［ＳＴＥＰ５：レーザー光の被加工物への照射］
ＳＴＥＰ４において伝送制御装置６から集光装置７へのレーザー光の伝送が許可された場合には、集光装置７を通じてＸＹステージ８上の被加工物に対してレーザー光が照射され、被加工物に対する切断、マーキング等の加工処理が行われる。

以上が本発明の実施形態に係るレーザー加工方法の全体的なフローであるが、必ずしもも、前記したフローに限定されるものではない。例えば、ＳＴＥＰ３においては、光学特性変調装置５の起動からの時間ではなく、光学特性変調装置５からの信号の有無に基づいて伝送制御装置６が、レーザー光の集光装置７への伝送の可否を判定するようにしてもよい。

以上、本発明に係るレーザー加工装置、及びレーザー加工方法は、被加工物をレーザー加工する際の熱影響や分解物の付着を防止し、高速加工が可能なものとなっている。

１ レーザー加工装置
２ レーザー発振装置
３ パルス発生装置
４ 制御用ＰＣ
５ 光学特性変調装置
６ 伝送制御装置
７ 集光装置
７１ 第１の反射鏡
７２ 第２の反射鏡
７３ ビームエキスパンダ
７４ ガルバノスキャナ
７５ Ｆθレンズ
８ ＸＹステージ
９ 第１のダンパー
１０ 第２のダンパー
Ｌ１ 第１の光軸
Ｌ２ 第２の光軸
Ｌ３ 第３の光軸
Ｌ４ 第４の光軸

Claims (2)

1. 所定の出力時間、及び所定の出力の極大値からなるパルス波形を有するレーザー光を発振させるレーザー発振装置と、
   該レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、出力の極大値に係る時間成分を含み所定に短パルス化されたパルス波形からなり第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光、該第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり前記第１の光軸とは異なる光軸である第２の光軸に沿って伝送されるレーザー光に偏向させる光学特性変調装置と、
   該光学特性変調装置から前記第１の光軸に沿って伝送されたレーザー光が集光されるとともに、集光したレーザー光を被加工物に向けて照射させる集光装置と、
   前記第１の光軸上に設置され、前記第１の光軸に沿って伝送されるレーザー光の前記集光装置に向けた伝送状態と非伝送状態を切り替え可能であり、前記光学特性変調装置を起動させてから所定の時間が経過するまでは、伝送されたレーザー光を前記第１の光軸と同軸の第３の光軸に沿って伝送させ、前記光学特性変調装置を起動させてから所定の時間が経過したのちに、伝送されたレーザー光を前記第３の光軸とは異なる光軸であって前記集光装置が位置する第４の光軸に沿って伝送させる伝送制御装置と、を備える
   レーザー加工装置。
2. 所定の出力時間、及び所定の出力の極大値からなるパルス波形を有するレーザー光を発振する工程と、
   該発振する工程で発振したレーザー光を光学特性変調装置で、出力の極大値に係る時間成分を含み所定に短パルス化したパルス波形からなり第１の光軸に沿って伝送するレーザー光、該第１の光軸に沿って伝送するレーザー光に係るパルス波形が間引かれたパルス波形からなり第１の光軸とは異なる光軸である第２の光軸に沿って伝送するレーザー光に偏向する工程と、
   該偏向する工程で偏向されたレーザー光のうち、前記第１の光軸に沿って伝送するレーザー光の、被加工物に向けて照射する集光装置への伝送の可否を判定する工程と、
   該判定する工程にて、前記集光装置に向けた伝送が許可された場合に、前記第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を前記集光装置へ向けて伝送する工程と、
   集光装置から被加工物に対してレーザー光を照射する工程と、を備えるレーザー加工方法において、
   前記判定する工程は、前記光学特性変調装置を起動してからの経過時間に基づいて判定し、
   前記光学特性変調装置を起動してから所定の時間が経過するまでは、前記第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を前記第１の光軸と同軸の第３の光軸に沿って伝送し、
   前記光学特性変調装置を起動してから所定の時間が経過したのちは、前記第１の光軸に沿って伝送するレーザー光を前記第３の光軸とは異なる光軸であって、前記集光装置が位置する第４の光軸に沿って伝送する
   レーザー加工方法。

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