JPH0699297A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 迅速且つ容易にマスクモジュールを交換でき
るレーザ加工装置を提供する。 【構成】 同一円周上に複数のマスクモジュール３１〜
３８を開口されたマスク３０をレーザ発振器１の光軸２
に垂直に設ける。駆動装置５によってマスク３０を回転
させて所望のマスクモジュール（例えば、３１）をマス
クホルダ４の窓４ａから露出させる。マスクモジュール
３１によってレーザビームαを所望のビーム形状に整形
し、対象物１３に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工装置に関す
る。具体的にいうと、本発明は、マスクモジュールで整
形されたレーザビームを照射することによって対象物を
加工するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来のレーザ加工装置Ｅにあっては、図９
に示すように、角枠状をしたマスクホルダ５１の側面に
設けられたスリット５２からマスクホルダ５１内に１枚
のマスク５４が挿入されており、マスク５４に開口され
た１個のマスクモジュール５５がマスクホルダ５１の開
口部５３の中央に露出し、マスクモジュール５５の中央
をレーザビームの光軸５６が垂直に貫通している。ま
た、マスクホルダ５１はスライダ５７のスライド部５８
に固定されており、スライド部５８はガイド部５９の溝
６０に沿って光軸５６と平行に移動可能に設けられてい
る。

【０００３】しかして、レーザ発振器（図示せず）から
出射されたレーザビームはマスクモジュール５５の形状
に整形される。整形されたレーザビームは集光レンズ
（図示せず）によって集光され、マスクモジュール５５
の像が対象物の表面に結像され、対象物はレーザエネル
ギーによって加工される。また、マスクホルダ５１をス
ライドさせてマスクモジュール５５と集光レンズの間の
光学的距離を変化させることによって像の縮小率Ｍ＝Ｄ
／ｄ（但し、Ｄはマスクモジュールの寸法、ｄは対象物
に結像された像の寸法）を変化させることができ、対象
物の表面に結像される像の大きさを変化させることがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ加工装置においては、対象物をレーザ加工する形
状すなわち対象物に結像させる像の形状を変えるために
マスクモジュール５５を交換する場合、マスク５４をマ
スクホルダ５１から手作業で抜き差しして１枚１枚交換
しなければならず、マスクモジュール５５の交換に時間
と手間がかかり、種々の形状の加工を行なう際の能率が
悪かった。

【０００５】また、マスクホルダ５１をスライドさせて
対象物に結像させる像の大きさを変える場合、像の大き
さと共にエネルギー密度も同時に変化し、レーザ加工の
深さが変わるという問題があった。したがって、像の大
きさを変えてレーザ加工を繰り返し、対象物に３次元加
工を行なう場合、マスクホルダ５１を移動させることに
よって像の大きさを変えて３次元加工を行なおうとして
も、エネルギー密度の大きさまで変化するため、３次元
加工が困難であった。

【０００６】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、迅速且つ
容易にマスクモジュールを交換でき、精密な３次元加工
も可能な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】本発明のレーザ加工装置
は、マスクモジュールで整形されたレーザビームを照射
することによって対象物を加工するレーザ加工装置にお
いて、複数のマスクモジュールとマスクモジュール交換
装置を備えたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明のレーザ加工装置にあっては、複数のマ
スクモジュールとマスクモジュール交換装置を備えてい
るので、マスクモジュール交換装置によってマスクモジ
ュールを自動的に交換することができ、複数のマスクモ
ジュールのうちの１つを簡単かつ迅速に選択することが
できる。

【０００９】また、複数の相似形のマスクモジュールを
備えておけば、マスクモジュールを交換することによっ
て像の形状及びレーザ光のエネルギー密度を変化させる
ことなく、対象物上に結像させる像の大きさを変えてレ
ーザ加工形状の大きさを変化させることができる。した
がって、レーザ加工面積を変えて相似形の加工を繰り返
すことにより３次元加工も精密に行うことができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるレーザ加工装
置Ａを示す正面図、図２はそのマスクモジュール交換装
置３を示す斜視図である。本実施例のレーザ加工装置Ａ
にあっては、マスクホルダ４及び駆動装置５からなるマ
スクモジュール交換装置３と、複数のマスクモジュール
３１，…を開口されたマスク３０を備えている。

【００１１】詳しく説明すると、図２に示すように、円
筒型のマスクホルダ４内に円板状をしたマスク３０が回
転自在に納められており、マスク３０は駆動装置５（例
えば、ステッピングモータ等）によって所定角度毎に回
転させられる。しかして、駆動装置５によってマスク３
０を回転させることにより、複数のマスクモジュール３
１，…のうちの所望のマスクモジュール、例えば３１を
マスクホルダ４に開口された窓４ａから露出させること
ができ、窓４ａにセットされたマスクモジュール３１の
中央をレーザ発振器１（例えば、エキシマレーザ）の光
軸２が垂直に貫通するように配置されている。こうし
て、レーザ発振器１から出射されたレーザビームαを当
該マスクモジュール３１に透過させることにより所望の
レーザビームβに整形することができる。

【００１２】整形後のレーザビームβは、必要により反
射ミラー１１によって直角に方向を曲げられた後、集光
レンズ１２によって集光され、マスクモジュール、例え
ば３１の像が対象物１３の表面に結像され、対象物１３
はレーザエネルギーによって加工される。また、対象物
１３を加工ステージ１４上に載置し、架台１５上で加工
ステージ１４を移動させれば、対象物１３の任意の位置
にレーザビームβを照射し、加工することができる。

【００１３】また、マスクモジュール交換装置３はスラ
イダ６のスライド部７に固定されており、スライド部７
はガイド部８の溝９に沿って移動可能に設けられてい
る。スライダ６のアクチュエータ１０に駆動信号を送る
ことにより、マスクモジュール交換装置３をレーザビー
ムαの光軸２の方向に平行移動させることができ、所望
の位置で停止させることができる。

【００１４】ここで、レーザ加工装置Ａの光学系は図４
に示すような構成に単純化することができ、マスク３０
から反射ミラー１１を経て集光レンズ１２に至る光学的
距離（光路長）をｕ、集光レンズ１２から対象物１３表
面までの光学的距離（光路長）をｖ、集光レンズ１２の
焦点距離をｆで表すと、ｕ，ｖ，ｆの間にはよく知られ
ているレンズ公式 （１／ｕ）＋（１／ｖ）＝１／ｆ が成り立ち、縮小率Ｍは次式 Ｍ＝Ｄ／ｄ＝ｕ／ｖ＝（ｕ／ｆ）−１ で表される。但し、Ｄはマスクモジュールの直径、ｄは
対象物１３上に結像された像の直径である。したがっ
て、マスクモジュール交換装置３の位置を光軸２に沿っ
て移動させ、光学的距離ｕ，ｖを変化させることによっ
てマスクモジュールの縮小率Ｍを変化させることがで
き、対象物１３の上に結像されたマスクモジュールの像
の寸法を変化させることができる。また、これに伴い、
対象物１３の表面に照射される光のエネルギー密度も変
化させることができる。

【００１５】図３に示すものは、マスク３０に開口され
たマスクモジュールの一例を示す図である。このマスク
３０は３次元加工用のマスクであって、直径の異なる円
形のマスクモジュール３１〜３８が同一円周上に複数個
開口されている。このマスクモジュール３１〜３８を切
替えて使用すれば、エネルギー密度を変化させることな
く、レーザ光による加工面積を変化させることができ
る。なお、マスクモジュールを交換し、かつ、マスクホ
ルダー４の位置を調整すれば、加工面積を変えることな
くエネルギー密度を変化させることも可能である。

【００１６】しかして、このマスク３０を用いて対象物
１３に円錐形の凹部１６を３次元加工する場合について
説明する。まず、所定の縮小率となるように集光レンズ
１２及びマスクホルダ４の位置をセットする。ついで、
例えば直径が最大のマスクモジュール３１をマスクホル
ダ３の窓３ａから露出させ、所定のパルス数だけレーザ
ビームαを出射すると、図５（ａ）に示すように、対象
物１３には所望の直径及び深さの穴３１ａが開口され
る。次に、直径が２番目に大きなマスクモジュール３２
をマスクホルダ３の窓３ａへ移動させ、所定のパルス数
だけレーザビームαを出射すると、図５（ｂ）に示すよ
うに穴３１ａの底にマスクモジュール３２の直径に応じ
た直径で穴３１ａと同じ深さの穴３２ａが開口される。
以下同様にして直径の小さな穴３３ａ，３４ａ，…を順
次開口することによって〔図５（ｃ）（ｄ）〕階段状の
断面を有する円錐状の穴１６を対象物１３に凹設するこ
とができる〔図５（ｅ）〕。

【００１７】なお、本実施例の３次元加工用のマスク３
０においては、マスクモジュール３１〜３８を直径の異
なる複数の円としたが、これに限るものではなく、大き
さの異なる任意の形状の複数の相似形としても良い。

【００１８】次に、本発明のレーザ加工装置Ａに用いる
別なマスク３０を図６に示す。このマスク３０にあって
は、図６に示すように、異なる形状のマスクモジュール
４１〜４８（例えば、円形、三角形、四角形、菱形等）
を複数個開口されている。このマスク３０を用いれば、
加工形状に応じてマスクモジュール４１〜４８を迅速且
つ容易に切替えることができる。

【００１９】次に、本発明の別な実施例によるレーザ加
工装置Ｂを説明する。本実施例のレーザ加工装置Ｂは、
図７に示すように、長さ方向に沿って一定のピッチ毎に
複数のマスクモジュール１８ａ，１８ｂ，…を開口され
た長い板状のマスク１７と角枠型のマスクモジュール交
換装置１９とを備えている。マスク１７はマスクモジュ
ール交換装置１９の両側に設けられたスリット部１９ｂ
を貫通しており、マスクモジュール交換装置１９の開口
部１９ａから目的のマスクモジュール、例えば１８ｃが
露出させられる。

【００２０】本実施例においては、マスク１７を長さ方
向に送り戻しすることにより所望のマスクモジュール１
８ａ，１８ｂ，…を迅速かつ容易に選択することができ
る。例えば、マスクモジュール交換装置１９内に設けた
２本の回転ローラ（図示せず）でマスク１７を挟み、そ
の回転ローラを回転させることによってマスクを移動さ
せるようにすればよい。

【００２１】次に、本発明のまた別な実施例によるレー
ザ加工装置Ｃを説明する。本実施例のレーザ加工装置Ｃ
のマスクモジュール交換装置２０にあっては、角枠状を
したマスクホルダ２１の両側にそれぞれマスク巻き取り
装置２２，２２が設けられている。長さ方向に多数のマ
スクモジュール２４，…を開口されたフィルム状のマス
ク２３が一方のマスク巻き取り装置２２から他方のマス
ク巻き取り装置２２にかけて巻き取られており、マスク
ホルダ２１の開口部２１ａから目的のマスクモジュール
２４を露出させて用いる。

【００２２】本実施例においては、多数のマスクモジュ
ール２４，…をセットでき、いずれかのマスク巻き取り
装置２２，２２を駆動してマスク２３を巻き取ることに
よって所望のマスクモジュールを迅速且つ容易に選択す
ることができる。

【００２３】なお、本発明は上記実施例で示したものに
限らず、複数のマスクモジュールとマスクモジュール交
換装置を備えていれば良く、例えば、スライド映写装置
に用いられているスライドの自動交換装置のように１個
のマスクモジュールを開口された多数枚のマスクを予備
ホルダに蓄えておき、必要なマスクを１枚ずつ順にマス
クホルダへ取り出すことができるようにしたものでも良
い。

【００２４】

【発明の効果】本発明のレーザ加工装置にあっては、複
数のマスクモジュールとマスクモジュール交換装置を備
えているので、マスクモジュール交換装置によって複数
のマスクモジュールのうちの１つを迅速に選択すること
ができ、マスクモジュールの交換作業を自動化すること
ができ、省力化を図ることができる。

【００２５】また、多数のマスクモジュールを相似形に
しておけば、マスクモジュールを交換することによって
像の形状及びレーザ光のエネルギー密度を変化させるこ
となく、対象物上に結像させる像の大きさを変えてレー
ザ加工形状の大きさを変化させることができる。したが
って、レーザ加工面積を変えて相似形の加工を繰り返す
ことにより３次元加工も精密に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ加工装置を示す
正面図である。

【図２】同上のマスクモジュール交換装置を示す斜視図
である。

【図３】同上のマスクを示す正面図である。

【図４】同上の光学系を示す概略図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は同上のレー
ザ加工装置による３次元加工の順序を示す断面図であ
る。

【図６】別なマスクを示す正面図である。

【図７】本発明の別な実施例によるレーザ加工装置のマ
スクモジュール交換装置を示す斜視図である。

【図８】本発明のまた別な実施例によるレーザ加工装置
のマスクモジュール交換装置を示す斜視図である。

【図９】従来例によるレーザ加工装置のマスクホルダ及
びマスクを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ３，１９，２０ マスクモジュール交換装置 １３ 対象物 １７，２３，３０ マスク １８ａ〜１８ｃ，２４，３１〜３８，４１〜４８ マス
クモジュール α 整形前のレーザビーム β 整形後のレーザビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクモジュールで整形されたレーザビ
   ームを照射することによって対象物を加工するレーザ加
   工装置において、 複数のマスクモジュールとマスクモジュール交換装置を
   備えたことを特徴とするレーザ加工装置。