JPH05390A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH05390A
JPH05390A JP3152950A JP15295091A JPH05390A JP H05390 A JPH05390 A JP H05390A JP 3152950 A JP3152950 A JP 3152950A JP 15295091 A JP15295091 A JP 15295091A JP H05390 A JPH05390 A JP H05390A
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JP
Japan
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slit
heat
laser
optical system
laser beam
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Pending
Application number
JP3152950A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenobu Maruyama
重信 丸山
Katsuro Mizukoshi
克郎 水越
Takeoki Miyauchi
建興 宮内
Mikio Hongo
幹雄 本郷
Haruhisa Sakamoto
治久 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPH05390A publication Critical patent/JPH05390A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザ光をスリットにより整形して対物レンズ
で集光、照射して加工するレーザ加工装置において、レ
ーザ光がスリットで吸収されて発熱することによる影響
を防止し、レーザ加工の微細化、高精度化をはかる。 【構成】加工光学系は、ダイクロイックミラー104、
放熱の手段をもつスリット105、断熱材106、集束
レンズ107、照明光源110、参照光源111、CC
Dカメラ112、画像処理装置113、モニタ画面11
4によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を所望の形状
に整形して被加工物上に集光投影し、被加工物を加工す
るレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザ光をスリットにより整形し
て、対物レンズにより被加工物上に集光照射して加工を
行なうレーザ加工装置として、例えば、電子材料197
8年3月号 49−53ページに報告されているものが
知られている。しかし、これらのレーザ加工装置ではレ
ーザ光を反射させるミラーと、レーザ光を任意の形状に
整形するスリットと、整形されたレーザ光を被加工物上
に集光投影する対物レンズ等を同一筐体内に収納し加工
光学系を構成していた。即ち、ミラーによってスリット
上に照射されたレーザ光の内、その開口部上のレーザ光
のみを通過させ、開口部以外の部分に照射されたレーザ
光はスリットを形成する部材で一部は反射させ、一部は
吸収させてレーザ光を任意の形状に整形し、対物レンズ
によって被加工物上に集光投影し被加工物を加工せしめ
るといった手段をとっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの従来技術で
は、スリットの開口部以外の部分にレーザ光が照射さ
れ、スリットを形成する部材でレーザ光の一部が吸収さ
れることにより、そこで発生する熱によってスリットが
変形し、その開口寸法が変化するといった問題点があっ
た。また、スリットで発生した熱がミラーや対物レンズ
あるいは、それらの保持部などの、加工光学系を構成す
る他の部分に影響を与え、レーザ光の光軸を変化させる
といった問題点もあった。そこで、スリットに放熱ある
いは冷却する手段を設けることにより、スリットが熱の
ために変形するのを防止し、また、スリットと、加工光
学系を構成するミラーや対物レンズなどの他の部分とを
熱的に分離して構成することによって、加工光学系を構
成する他の部分への熱影響を最小限にとどめ、高精度な
加工が可能となる。
【0004】本発明の第一の目的は、スリットに放熱あ
るいは冷却の手段を設けることにより、スリットでの熱
の発生を防止することにある。
【0005】本発明の第二の目的は、スリットと、加工
光学系を構成するミラーや対物レンズ等の他の部分とを
熱的に分離して接続することにより、加工光学系を構成
する他の部分へ熱が伝導するのを防止することにある。
【0006】本発明の第三の目的は、スリットに放熱あ
るいは冷却の手段を設けると同時に、加工光学系を構成
する他の部分とを熱的に分離して接続することにより、
より高精度な加工が可能となるレーザ加工装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るためには、スリットに放熱のためのフィンを設ける、
あるいは冷媒を用いて冷却するものである。
【0008】また、第二の目的を達成するためには、ス
リットと、加工光学系を構成するミラーや対物レンズな
どの他の部分とを熱伝導率の低い物質を介して接続し、
熱的に分離して加工光学系を構成するものである。
【0009】さらに、第三の目的を達成するためには、
スリットで発生する熱を放熱するまたは冷却する手段を
設け、さらにスリットと加工光学系を構成する他の部分
を熱的に分離する手段を備えたレーザ加工装置を提供す
るものである。
【0010】
【作用】スリットの材質は一般に鋼、銅、真鍮などの金
属材料などが用いられている。レーザ光はまず反射ミラ
ーによってスリット上に照射される。このスリットを任
意の形状に成形してレーザ光の一部分のみを通過させ、
通過したレーザ光を対物レンズにより集光投影して被加
工物上に照射する。このときスリットを通過しないレー
ザ光はスリット上で、一部は反射し、一部は吸収されて
熱に変換される。エキシマレーザなどの紫外線レーザ
は、可視及び赤外線レーザと比較して金属材料に対する
吸収率が高いため、従ってそれが高出力、高繰返しにな
るほどスリットは高温となる。そこでスリットあるいは
スリットを保持する部分に放熱フィンを設ける、または
冷媒を用いて冷却することによってスリットの昇温を防
ぎ、熱によるスリットの変形や開口寸法の変化を防止す
る。
【0011】また、スリットで発生した熱がミラーや対
物レンズ等の加工光学系を構成している他の部分に伝導
しないように、スリットとその他の加工光学系とを、例
えば、アルミナ等のセラミック、樹脂、あるいはガラス
等の熱伝導率の低い物質を介して接続することにより熱
的に絶縁して、熱による加工光学系の変形を防ぎ、レー
ザ光の光軸の変化を防止する。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例であるレーザ加工装
置とスリットの構成図とスリットの断面図をそれぞれ図
1から図3に示す。例えば、エキシマレーザ発振器10
1から発振されたレーザ光102は、加工光学系のミラ
ーボックス103内のダイクロイックミラー104によ
って90°曲げられてスリット105に到達し、任意の
形状、大きさに整形されて集束レンズ107によってX
YZテーブル109上の被加工物108に照射される。
ここで110は観察用照明光源、111はレーザ照射位
置および寸法を参照するための参照光源である。また、
被加工物108はCCDカメラ112および画像処理装
置113によってモニタ画面114上で観察される。ス
リット105の詳細を図2に示すが、スリット105及
びスリット板204、205は例えば鋼、銅、真鍮、ア
ルミニウムなどの金属材料によって形成されており、放
熱のためのフィン201を備えている。レーザ照射面2
02には矩形開口部203が形成されており、ここには
図示しないが、スリット板移動手段によって矩形開口部
203の上下にあるスリット板204、205を移動さ
せ、レーザ光101を任意の形状に成形できる構成とな
っている。更にレーザ照射面202及びスリット板20
4、205には、必要に応じて使用するレーザの波長に
合わせたニッケル、クロム、チタンなどレーザ光の波長
を反射させるための金属コーティングがメッキあるいは
スパッタ等の手段によって施されている。このスリット
105は熱伝導率の低い、例えば、アルミナ等のセラミ
クス、樹脂あるいはガラスといった断熱材106a、1
06bを介して、加工光学系を構成している他の部分と
接続されている。
【0013】次に図1から図3を用いて本発明の構成を
さらに詳細に説明する。一般にスリット105及びスリ
ット板204、205の材質である鋼、銅、アルミニウ
ム、真鍮などの金属材料に対しては、エキシマレーザな
どのように発振波長が紫外域にあるレーザの方が、赤外
あるいは可視域のレーザと比較して吸収率が高く、それ
が高出力、高繰返しになるほどレーザ照射面202での
発熱が多くなる。スリット105のレーザ照射面202
上に到達したレーザビーム101の内、矩形開口部20
3上に照射されたものはそのまま通過して集束レンズ1
07によって被加工物108上に照射されるが、それ以
外のところに照射されたものはレーザ照射面202上で
一部は反射され一部は熱に変換される。ここで発生した
熱は放熱フィン201によって大気中に放熱されるた
め、熱によるスリット105の変形や矩形開口部203
の開口寸法の変化を防止できる。また、スリット105
で発生した熱は熱伝導率の低いセラミック、樹脂、ガラ
ス等の断熱材106a、106bによって加工光学系の
他の部分に伝導されないため、熱による加工光学系の変
形がなく、従ってレーザ光の光軸のずれを防止できる。
以上により、熱による影響のない高精度な加工が可能と
なる効果がある。
【0014】次に図4により、冷媒を吹き付けて冷却す
る方法について説明する。これはレーザ照射面202及
びスリット板204、205の上側に吹き付けノズル4
02、下側に排気ノズル403を配置したもので、吹付
ノズル402から、例えば、圧縮空気をレーザ照射部2
02に向けて吹き付け、矩形開口部203を通して排気
ノズル403から排気してレーザ照射面202およびス
リット401を冷却する。この場合の冷媒は、必要に応
じて窒素、アルゴンあるいはヘリウムなどの不活性ガス
を使うことができる。これにより、スリット401に放
熱のためのフィンが不要となると同時に小型化されると
いった効果がある。
【0015】次に図5により、冷媒を循環させて冷却す
る方法を説明する。これはスリット501の周辺に、金
属など熱伝導率の大きな材質からなる冷媒循環用のチュ
ーブ502をまきつけ、冷媒入り口503から例えば冷
却水を送りこみ、スリット501全体を冷却して冷媒出
口504から排出するものである。これにより、放熱の
ためのフィンが不要となると同時に、より高出力のレー
ザにも対応できる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、スリットに放熱手段あ
るいは冷却手段を設けることによって、熱によるスリッ
トの変形や開口寸法の変化を防止できる。
【0017】また、スリットと加工光学系を構成するそ
の他の部分との接続部に熱伝導率の低い断熱材を用いた
ため、スリットで発生した熱が加工光学系の他の部分に
伝導することなく、従って熱による加工光学系の変形を
防ぎ、光軸のずれをなくすることができる。
【0018】このように、スリットの変形、開口寸法の
変化、あるいは加工光学系の変化による光軸の変化とい
った熱影響のない高精度なレーザ加工が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のレーザ加工装置の説明図、
【図2】スリットの説明図、
【図3】回転式スリットの断面図、
【図4】強制空冷式冷却方法の説明図、
【図5】水冷式冷却方法の説明図、
【符号の説明】
102…レーザ光、105…スリット、106…断熱
材、201…放熱フィン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本郷 幹雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 坂本 治久 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ発振器から発振されたレーザ光を所
    望の形状に整形し、被加工物上に対物レンズで集光投影
    して加工するレーザ加工装置において、前記レーザ光を
    所望の形状に整形する手段に放熱または冷却の手段を設
    けたことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記レーザ光を所望の
    形状に整形する手段と、加工光学系を構成する他の部分
    との接続部に、断熱手段を設けたレーザ加工装置。
JP3152950A 1991-06-25 1991-06-25 レーザ加工装置 Pending JPH05390A (ja)

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JP3152950A JPH05390A (ja) 1991-06-25 1991-06-25 レーザ加工装置

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JP3152950A JPH05390A (ja) 1991-06-25 1991-06-25 レーザ加工装置

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