JPH02142694A - フアインセラミックスのレーザ加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザによるファインセラミックス（以下、単
にセラミックスと称す）の二次元、もしくは三次元形状
の加工に関するものである。

（従来の技術） セラミックスのレーザ加工では、主に一次元形状の切断
、溝堀や二次元形状の切抜きは可能であるが、一般にク
ラックを生じ易く、強度の低下が著しい。また三次元形
状の加工は特開昭６２−３４７２号公報の記載にあると
おり照射ビームの密度を変化させることにより行なわれ
てきたが、これらの技術ではレーザ本来の特性が同一個
所を固定して照射するほうが効率的であるため、加工が
目的の深さに到達するまでの間レーザビームを固定し連
続して加工点に照射するようにしているので加工部中央
から蒸発部、溶融部、熱影響部となりそれらの間で発生
した熱応力により生じるクランクを免れることはできな
かった。また、レーザ照射部分の溶融物を完全に除去で
きず深さ方向の精度も良くないものであった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明においては、前述の従来技術の問題点である、熱
応力によるクランクの発生を押さえ、かつ深さ方向の寸
法精度も向上させることが可能なレーザ加工技術を提供
することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するためになされたものであ
り、その要旨とするところは、レーザを用いて、ファイ
ンセラミックスに二次元形状または三次元形状の加工を
行う方法において、予めレーザビームの照射エネルギー
を設定しておき、そのレーザビームとファインセラミッ
クスを被加工表面と平行に相対移動させ、一次元または
二次元の溝状の溶削を行い、引続き溶削した深さだけビ
ーム照射方向にファインセラミックスを近づけて溶削す
る加工を順次繰返して行うことを特徴とするファインセ
ラミックスのレーザ加工法にある。

（作　用） 本発明におけるレーザ加工は、二次元、または三次元加
工を行う際に加工部分の各点での熱応力で発生するクラ
ックを減少させるために、まずレーザビームにより各点
に投入される熱量およびビーム径、ビームの照射時間を
被加工物の実験値より得られたクラックを生じない領域
に設定する。

この熱量、ビーム径、ビームの照射時間は、加工される
セラミックスの種類によって異なるが、例えばアルミナ
セラミックスの場合、熱量は５Ｊ、ビーム径は直径０．
３ｍ、ビームの照射時間は１２０μｓｅｃ程度が適切で
あり、その時の加工形状は、第４図の穴径ｄ　＝　０．
２　ｍｍ、穴の深さｐ　＝　０．１．　ｍｍになる。こ
のレーザビームを用いてセラミックス表面に二次元加工
の場合はセラミックスを被加工表面と平行に相対移動さ
せ溝状の溶削を、また三次元加工の場合は同様に薄板状
の加工をおこなう。

三次元加工の際のテーブルの移動の軌跡例を第５図に挙
げておく。その後深さが不充分な部分については、加工
テーブルを溶削した深さだけビーム照射方向に移動しビ
ーム特性を補正した後再び前述の加工を繰返す。この結
果、加工される各点は深さ方向に数回に分けて加工され
ることになり、−度に加工を行う従来法に比べて加工中
に冷却時間が有るため熱応力の集中が起こりにくくクラ
ンクも発生しにくい。また、−回での加工の深さが従来
法に比べ浅いため加工に伴う再付着物の除去も簡単にな
り、この結果深さ方向の溶削精度も向上する。この加工
の水平方向より見た概念図を第２図に示す。

（実施例） アルミナセラミックス（たてｉｏｍｍ、横１０皿、厚さ
５ｍｍ）を、第３図の様に、縦５ｍｍ、横５ｍｍ。

深さ０．５０ｍｍにくりぬいた。使用したレーザは、ア
レキサンドライトレーザで、装置の概略は、第１図に示
す通りである。レーザ本体１から水平方向に発したレー
ザビーム２はベンディングミラー３でその方向を垂直に
変え、レンズ４を介して、χ−Ｙ−Ｚテーブル８の上に
設置された被加工物１０（アルミナセラミックス）の表
面に集光照射され、セラミックスが加工される。なおサ
イドノズル７はセラミックス加工の際蒸発の促進、溶融
物の除去のためＡｒ等のガスを加工点に吹き付けるため
のものである。レーザの加工条件は、パルスモード、１
パルス当たりのエネルギー５Ｊ、１秒当たりのパルス数
は２発、集光レンズの焦点距離は５０ｍｍ、テーブルの
移動速度は０．２４ｍ／ｓｅｃである。なおこれらの条
件設定のため予備実験として次の２つの実験を行った。

まず予備加工１として同種のアルミナセラミックス材を
レーザの集光点に置き、上記のパルス１発による加工を
行った。この結果は第４図に示されるとおり穴径ｄｏ、
２ｍｍ、穴の深さｐＯ，ｌ　ｍｍでクラックのない穴が
得られることが解った。次に予備加工２として上記のパ
ルス条件で、テーブルをビームの照射方向と垂直な方向
に移動させ溝加工を行う。この速度をかえて溝底部の凹
凸がより少なくかつクランクの発生しない条件を選ぶ。

この場合は０．２４ｍ／ｓｅｃとなった。

これらの予備実験より上記の三次元加工を行った。テー
ブルの移動方法は、第５図に示す軌跡（１＝　５　ｍｍ
、　ｈ　＝　０．１２ｍｍ）である。この時セラミック
スの加工面には深さ０．１０ｎｕｎの薄板状の加工が行
われた。次に、アルミナセラミ・ンクスを集光レンズ方
向に０．１０ｍｍ近づけて、前記と同様の加工を繰返し
た。

５回の繰返しによる加工の結果第３図に示すように、縦
５ｍｍ、横５ｍｍ、深さ０．５０ｍｍにくりぬく加工が
完成した。

この加工において、蒸発物または溶融物の除去用として
アルゴンガスを、第１図に示すサイドノズル７を用いて
、テーブルの移動方向の斜め上方４５度から距離１０　
ｍｍ、毎分４０１で吹きつけた。

（発明の効果） 以上の様に、この発明によればレーザによるセラミック
ス加工がクラックなしに、高加工精度で行えるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザ加工装置の概略図、第２図は加工の水平
方向より見た加工法の概念図、第３図は加工完了後の斜
視図、第４図はレーザパルス１発により加工された穴の
概略図、第５図はテーブルの移動軌跡を示す平面図であ
る。 第４図 口＝ 手続補正書　（自発） 平成　１年５月２４日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　レーザを用いて、ファインセラミックスに二次元形状
   または三次元形状の加工を行う方法において、予めレー
   ザビームの照射エネルギーを設定しておき、そのレーザ
   ビームとファインセラミックスを被加工表面と平行に相
   対移動させ、一次元または二次元の溝状の溶削を行い、
   引続き溶削した深さだけビーム照射方向にファインセラ
   ミックスを近づけて溶削する加工を順次繰返して行うこ
   とを特徴とするファインセラミックスのレーザ加工法。