JPH1043880A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザを用いて、セラミックス等の難加工品
に対して、好適に穿孔等の加工を行なうことができるレ
ーザ加工方法を提供すること。 【解決手段】 本実施例は、レーザによってセラミック
スに穿孔加工を施すものである。図１に示すように、厚
さ２ｍｍのサイアロンからなる穿孔加工板１と同じく厚
さ２ｍｍのサイアロンからなる隣接壁板３との間隙を２
ｍｍとし、その間隙に厚さ１ｍｍの遮蔽物５を挿入する
とともに、穿孔加工板１と遮蔽物５との間を１ｍｍとし
て、穿孔加工板１に対してＹＡＧ型レーザによる穴開け
加工を行った。穴開けは、レーザをφ１ｍｍの円周を３
周させて行った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガスタービ
ン、自動車部品等の構造部材、ＩＣパッケージ等の電子
部品、センサーなどの機能材料等に用いられるあらゆる
セラミックス、耐火物及び硝子に対する、穿孔、穴開け
及び切断等に適用されるレーザ加工方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミックスの特性が向上するに
つれて利用分野が拡がり、従来にはなかった複雑な形状
であることを求められるようになっている。ところが、
セラミックスは、その特性から加工が困難であり、加工
においてはダイヤモンドによる研削加工を行うか、焼結
前に加工が行われている。また、複雑形状の加工には非
常に時間がかかること、歩留まりも低いことからコスト
高となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、セラ
ミックスの加工においては、ダイヤモンドによる研削加
工を行うか、焼結前に加工が行われているが、特に穿孔
加工は、焼結後にはダイヤモンド工具によっても加工が
困難であることから、焼結前に加工しておく方法が主流
である。しかし、焼結前に加工する場合には、カケ、ワ
レ等が生じやすく、１つの製品に多数の穿孔加工を行う
場合には、歩留まりが極端に低くなってしまうという問
題があった。

【０００４】この問題を解決する方法として、レーザに
よるセラミックスの穿孔加工を採用した場合にも、穿孔
加工を行おうとする壁と他の壁が隣接している複雑形状
では、穿孔した後のレーザビームが該隣接壁を損傷して
しまうという問題がある。この問題に対して、レーザビ
ームの出力及び照射時間を調節して穿孔後の照射を防ぐ
ことが考えられるが、確実に穿孔してかつ穿孔後の照射
を防ぐことは非常に困難である。また、加工を行おうと
する壁の厚みにばらつきがあれば、確実に穿孔を行うた
めには穿孔後余剰の照射のあることは避けきれない。

【０００５】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、レーザを用いて、セラミックス等の難
加工品に対して、好適に穿孔等の加工を行なうことがで
きる加工方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項１の発明は、加工の対象がセラミックス、耐火
物又は硝子（特に着色硝子）であり、加工する壁に隣接
する壁が加工後のレーザビームによる損傷を受けないよ
う、シート状のフッ素樹脂を両壁の間に配してレーザビ
ームを遮断することを特徴とするレーザ加工方法を要旨
とする。

【０００７】請求項２の発明は、前記セラミックスが、
焼結体、仮焼体又は圧粉体であることを特徴とする前記
請求項１記載のレーザ加工方法を要旨とする。請求項３
の発明は、前記加工が、穿孔加工又は切断加工であるこ
とを特徴とする前記請求項１又は２に記載のレーザ加工
方法を要旨とする。

【０００８】請求項４の発明は、前記フッ素樹脂が、四
フッ化エチレン樹脂又は三フッ化一塩化エチレン樹脂で
あることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記
載のレーザ加工方法を要旨とする。

【０００９】請求項５の発明は、前記シート状のフッ素
樹脂の厚さが、０．１〜５０ｍｍであることを特徴とす
る前記請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工方法
を要旨とする。請求項６の発明は、前記加工する壁とフ
ッ素樹脂との間隔が、０．１〜５０ｍｍであることを特
徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ加
工方法を要旨とする。

【００１０】請求項７の発明は、前記シート状のフッ素
樹脂を組み合わせて構造物を形成し、該構造物によって
レーザビームを遮断することを特徴とする前記請求項１
〜６のいずれかに記載のレーザ加工方法を要旨とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、レーザビームを用いた
穿孔加工等で、加工する壁を穿孔した後のレーザビーム
が隣接壁を損傷してしまう問題に対して、加工する壁と
隣接した他の壁の間にシート状のフッ素樹脂を配するこ
とで、セラミックスなどを加工しうる高エネルギーのレ
ーザビームを遮断し、隣接壁の損傷を防ぐことができる
ことを見いだして完成したものである。

【００１２】例えばセラミックスに対するレーザ加工と
は、レーザビームをセラミックスが吸収、気化すること
によって穿孔等を行なうものであるが、本発明で使用す
るフッ素樹脂は、レーザビームを乱反射するので吸収し
にくく、よって穿孔等ができないので、隣接する壁を損
傷することがない。

【００１３】以下、具体的に説明する。 (1)本発明のレーザ加工方法においては、相対密度が１
００％に達していない緻密化途中の焼結体はもちろん、
最も加工の難しい相対密度が１００％に達し緻密化した
焼結体への穿孔加工等が行える。また焼結前のセラミッ
クスにおいても、相対密度が５０％以上の圧粉体ではダ
イヤモンド工具による研削加工が難しく、カケ、ワレ等
が生じやすいが、この圧粉体についてもレーザを用いて
穿孔加工等が行える。当然相対密度が５０％以上の圧粉
体の穿孔加工等は可能である。

【００１４】(2)更に、セラミックスだけでなく、他の
耐火物及び着色硝子についても穿孔加工等が可能で、耐
火物をいったん固化した後に穿孔加工等を施す要求のあ
った場合や、割れやすい着色硝子に穿孔加工等を施すこ
とも可能である。 (3)また、穿孔加工を孔が連続するようにすれば、切断
または穴開け加工とすることができる。更に、ワークま
たはレーザのいずれかまたは両方を移動しながら穿孔加
工すれば、孔が連続し切断または穴開け加工となる。ま
た、同じ部分を何回かにわけてレーザ照射をし、例えば
穴開けならば何周か照射して加工しても良い。尚、実際
にはレーザビームはスポットを絞って照射するので、例
えばφ１ｍｍの穿孔でもレーザビームを円周に照射して
行うことができる。

【００１５】(4)フッ素樹脂としては、実際に、四フッ
化エチレン樹脂と三フッ化一塩化エチレン樹脂に、上記
のレーザビームによる壁の損傷を防止する効果があっ
た。 (5)フッ素樹脂は、０．１〜５ｍｍ厚さのシート状であ
れば、容易に加工したり曲げたりでき、複雑形状の間隙
に挿入できるので好適である。即ち、加工するセラミッ
クス形状に応じて切断等して最適な形状とすることがで
き、また該シートが弾性体であるために自在に該間隙に
挿入することができる。

【００１６】つまり、シート厚みが０．１ｍｍ以下で
は、レーザビームをある程度遮蔽できるが、その遮断効
果が必ずしも十分ではなく、一方、通常の工作物におい
ては、シート厚みが５ｍｍを超えると間隙への挿入がし
にくくなる。尚、５０ｍｍ以上のシートはこれを挿入で
きる５０ｍｍ以上の間隙があるならば後記するようにこ
れを必要としない。また、シートを厚くしたい場合は、
０．１〜５ｍｍのシートを必要に応じて重ねて使用する
ことが望ましい。

【００１７】(6)加工するセラミックス等の壁とフッ素
樹脂との間隔がなく、密着している場合にはレーザ加工
によって生じるガスの発生により該フッ素樹脂が吹き飛
ばされる可能性があるので、その間隔は０．１ｍｍ以上
確保することが望ましい。また、加工するセラミックス
等の壁とフッ素樹脂との間隔が５０ｍｍ以上の場合に
は、通常の強さのレーザビームは散乱するので、特にフ
ッ素樹脂を用いてレーザビームを遮断する必要がない。
つまり、レーザビームの強さによっても異なるが、加工
する壁とフッ素樹脂との間隔は、加工後にレーザビーム
が散乱するので、できる限り遠いことが遮蔽をしやすく
するので望ましい。

【００１８】(7)フッ素樹脂も長時間または高出力によ
る過剰のレーザビーム照射によれば、照射面が黒色化し
てレーザビームを吸収するようになる。このことから、
通常穿孔等を行うセラミックスが吸収、気化する出力の
レーザを、フッ素樹脂は充分乱反射するが、レーザビー
ム照射は穿孔後になるべく過剰に照射されないようする
べきではある。これにはレーザビームの照射時間を調節
して穿孔後の照射を短くすれば良い。このことは作業時
間、使用するエネルギーの低減にもつながるという利点
がある。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明のレーザ加工方法の実施例に
ついて説明する。 （実施例１）本実施例は、レーザによってセラミックス
に穿孔加工を施すものである。

【００２０】図１に示すように、厚さ２ｍｍのサイアロ
ンからなる穿孔加工板１と同じく厚さ２ｍｍのサイアロ
ンからなる隣接壁板３との間隙を２ｍｍとし、その間隙
に厚さ１ｍｍの遮蔽物５を挿入するとともに、穿孔加工
板１と遮蔽物５との間を１ｍｍとして、穿孔加工板１に
対してＹＡＧ型レーザによる穴開け加工を行った。

【００２１】穴開けは、レーザをφ１ｍｍの円周を３周
させて行い、隣接壁板３の損傷を調べた。その結果を下
記表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１から明かなように、本実施例の四
フッ化エチレン樹脂または三フッ化一塩化エチレン樹脂
を遮蔽物５として用いた場合には、隣接壁板３の損傷を
防ぐことができた。それに対して、比較例の試料No.３
〜６、即ち、遮蔽物５として前記フッ素樹脂以外の他の
樹脂を用いた場合には、隣接壁板３の損傷を防ぐことは
できなかった。尚、表１には記載してないが、フッ素樹
脂を他の樹脂またはゴムに混ぜて使用した場合にも遮蔽
効果がなかった。これはフッ素樹脂以外の樹脂の焼失に
よってフッ素樹脂も焼失したためである。 （実施例２）前記実施例１と同様な方法にて、遮蔽材
（四フッ化エチレン樹脂）５の厚さ及び穿孔加工壁１と
遮蔽物５との間隔を違えて、同様なレーザによる穿孔加
工を行った。その結果を下記表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】この表２から明かなように、遮蔽物５の厚
さが０．１〜５０ｍｍで、穿孔加工板１と遮蔽物５との
間隔が０．１〜５０ｍｍの場合、隣接壁板３に損傷を与
えることなく、穿孔加工板１に穿孔加工を施すことがで
きた。 （実施例３）次に、前記実施例１と同様な方法にて、下
記表３に示すように、穿孔加工を所望する各種の材料に
対して、レーザにより穿孔加工を行った。尚、ここで
は、遮蔽物５を四フッ化エチレン樹脂（厚さ１ｍｍ）と
して、穿孔加工板１と隣接壁板３とを同じ種類のセラミ
ックスとした。

【００２６】

【表３】

【００２７】この表３から明かなように、各種セラミッ
クス、耐火物、着色硝子の穿孔加工板１に穴開け可能
で、しかも、それぞれの隣接壁板３に損傷はなかった。 （実施例４）本実施例では、図２に示すように、ガスタ
ービン用の燃焼部品に対して穿孔加工を施した。尚、こ
の燃焼部品に関しては、加工壁１１には空気噴出孔とし
てφ１ｍｍの孔１３を２００個穿孔する必要がある。ま
た、この燃焼部品は、筒状であり、図２では一方の側の
切断端面のみを示してある。

【００２８】図２に示すように、レーザビームの照射に
より穿孔加工すべき加工壁１１に孔１３が形成される
が、加工壁１１をレーザビームが貫通した瞬間からレー
ザビームは隣接加工壁１５側にも照射される。この加工
壁１１の孔１３を通ってきたレーザビームを透過レーザ
ビームと呼ぶ。

【００２９】この透過レーザビームは、隣接加工壁１５
の手前に配された遮蔽物１７によって乱反射され、隣接
加工壁１５を損傷することがない。尚、レーザ加工機及
び手順は特に問わず、穿孔は一般に行われているように
ＮＣ制御で連続して行っても良いし、すべてを穿孔する
前に遮蔽物１７を配し直したりしても良い。但しレーザ
照射の条件はできる限り孔１３が貫通した後の照射をな
くし、透過レーザビームの照射を少なくした方が良い。

【００３０】また、遮蔽物１７は、四フッ化エチレン樹
脂または三フッ化一塩化エチレン樹脂からなる。この遮
蔽物１７は１枚でなくとも２枚以上を重ねて用いても良
く、この場合には四フッ化エチレン樹脂または三フッ化
一塩化エチレン樹脂がそれぞれ用いられていても良い。 （実施例５）本実施例では、狭い開口部しか持たない形
状の被加工物に対して、遮蔽物を配する方法を示してい
る。尚、この被加工部品は、筒状であり、図３では一方
の側の切断端面のみを示してある。

【００３１】図３に示すように、狭い開口部２１しか持
たない形状のセラミックスの被加工物２３に対しては、
弾性体の遮蔽物２５を使用する。この遮蔽物２５を支持
する方法は特に限定しないが、市販接着剤等を使用した
場合、直接該接着剤にレーザビームが照射されなくても
セラミックス及び遮蔽物２５にレーザビームが照射され
た熱により該接着剤が発火し、その火炎により遮蔽物２
５が損傷して、隣接加工壁２７が損傷する場合がある。

【００３２】従って、図３に例示するように、遮蔽物２
５の材質である四フッ化エチレン樹脂または三フッ化一
塩化エチレン樹脂からなる支持用遮蔽物２９を用いて弾
性的に支持することが望ましい。尚、本発明は前記実施
例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはい
うまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明では、セラミ
ックス等の被加工物に対して穿孔加工などのレーザ加工
を行う場合に、加工する壁と隣接する壁との間にシート
状のフッ素樹脂を配置するので、加工する壁と他の壁が
隣接している複雑形状の被加工物の場合でも、穿孔した
後のレーザビームが該隣接壁を損傷することなく、所望
のレーザ加工のみを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のレーザ加工方法を示す説明図であ
る。

【図２】 実施例４のレーザ加工方法を示す説明図であ
る。

【図３】 実施例５のレーザ加工方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…穿孔加工板 ３…隣接壁板 ５，１７，２５…遮蔽物 １１…加工壁 １３…孔 １５，２７…隣接加
工壁 ２１…開口部 ２３…被加工物 ２９…支持用遮蔽物

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工の対象がセラミックス、耐火物又は
   硝子であり、加工する壁に隣接する壁が加工後のレーザ
   ビームによる損傷を受けないよう、シート状のフッ素樹
   脂を両壁の間に配してレーザビームを遮断することを特
   徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 前記セラミックスが、焼結体、仮焼体又
   は圧粉体であることを特徴とする前記請求項１記載のレ
   ーザ加工方法。
3. 【請求項３】 前記加工が、穿孔加工又は切断加工であ
   ることを特徴とする前記請求項１又は２に記載のレーザ
   加工方法。
4. 【請求項４】 前記フッ素樹脂が、四フッ化エチレン樹
   脂又は三フッ化一塩化エチレン樹脂であることを特徴と
   する前記請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方
   法。
5. 【請求項５】 前記シート状のフッ素樹脂の厚さが、
   ０．１〜５０ｍｍであることを特徴とする前記請求項１
   〜４のいずれかに記載のレーザ加工方法。
6. 【請求項６】 前記加工する壁とフッ素樹脂との間隔
   が、０．１〜５０ｍｍであることを特徴とする前記請求
   項１〜５のいずれかに記載のレーザ加工方法。
7. 【請求項７】 前記シート状のフッ素樹脂を組み合わせ
   て構造物を形成し、該構造物によってレーザビームを遮
   断することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに
   記載のレーザ加工方法。