JPH11104876A - 光ビーム加工機及びそのビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工に要する時間を増大させずに、均一な加
工を行うことのできる光ビーム加工機及びそのビーム照
射方法を提供する。 【解決手段】 光源１と、ワーク１０の表面に照射され
る光ビーム１２の照射位置をＸ軸又はＹ軸の方向に順次
移動させる照射位置移動手段１１と、この照射位置移動
手段１１に移動指令を出力して照射位置を制御する制御
器１５とを備えた光ビーム加工機において、ワーク１０
に照射される光ビーム１２の断面形状１３を整形し、整
形後の光ビーム１２をＸ軸又はＹ軸のいずれか１方向に
所定距離移動して移動前の照射部分に移動後の照射部分
の一部を重ね合わせたときに、重ね合わせた照射部分の
前記移動した方向に垂直な方向の整形された断面形状１
３の移動前の長さと移動後の長さとの和が、重ならない
照射部分の断面形状１３の長さと等しくなるようにした
ビーム整形手段６，９を付設し、前記制御器１５は、照
射位置をまず前記他方向に順次移動させ、次に前記１方
向に前記所定距離移動させた後、再び他方向に順次移動
させるように前記移動指令を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークに光ビーム
を照射してワークを加工する光ビーム加工機及びそのビ
ーム照射方法に関し、特に、光ビームの断面より大きな
ワークに対して光ビームを相対的に移動し、加工を行な
う光ビーム加工機及びビーム照射方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機を例に取って、従来の技術
を説明する。光ビーム加工機には、ワークに光ビームを
直接照射するものと、光ビームを所定の加工パターンを
有するマスクに照射し、そのパターンをワークに転写す
るものがあるが、ここでは、ワークに光ビームを直接照
射するものを例に取って説明する。また、光ビームをワ
ークやマスクに対して相対的に移動する際に、光ビーム
を移動すると記載する。

【０００３】特開平７−１０６２４７号公報には、レー
ザビームをワークに照射してワークを加工するレーザ加
工機、及びその照射方法が開示されている。図２３にお
いて、図示されていないレーザから出射されたレーザビ
ームは、光学部品４０によってＸ方向幅ＢX 、Ｙ方向幅
ＢY の方形の断面形状４１を持つ光ビーム４２に整形さ
れ、照射位置移動手段１１によってＸ軸方向及びＹ軸方
向に駆動されるワーク１０に照射される。また、制御器
１５は、この照射位置移動手段１１に所定の指令を出力
して、照射位置の制御を行なっている。

【０００４】上記のように従来においては、ワーク１０
に照射される光ビーム４２の断面形状４１は長方形或い
は正方形の方形であり、その隣り合う２辺がＸ軸及びＹ
軸に対してそれぞれ平行になるように照射されるのが一
般的であった。

【０００５】ここで図２４に示すように、光ビーム４２
が照射される領域はワーク１０より小さいため、光ビー
ムを移動させながらワークを加工することが必要とな
り、制御器１５は照射位置移動手段１１により光ビーム
を移動させ、ワーク１０の加工の必要な全領域を加工し
ている。このとき、図２５に示すように光ビーム４２
Ａ，４２Ｂ，４２Ｃを繋ぎながらワークを加工すること
が必要となるが、光ビーム４２の断面形状４１が正確な
長方形でないなどの理由から、隣り合う光ビーム４２を
精度良く繋ぎ合わせるのは非常に困難であり、その継ぎ
目４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに未加工部分が生じる恐れが
あった。このため、図２６i)に示すように、光ビーム４
２の一部をそれぞれ重ね合わせながら加工を行うように
していた。図においては、重ね合わせの理解のために光
ビーム４２の角に丸みをつけてあるが、実際には角が直
角である場合もある。

【０００６】ところが、このとき重複部分４５Ａ，４５
Ｂ，４５Ｃに光ビームが重複して照射されるため、図２
６ii) に示すように、この重複部分４５には他の部分の
二倍のエネルギーが照射され、適正な加工のためのビー
ム照射量を大きく上回る。加工が刻印であれば深さがワ
ークの厚みを越えて突き抜けたり、ワークが多層からな
る薄膜であった場合には下の層を損傷したりするという
不具合が生じることになる。

【０００７】このような問題を避ける為に、前記特開平
７−１０６２４７号公報に開示されたレーザ加工機に
は、ビームの照射むらを避ける技術が採用されている。
図２７i)に示すように、光ビーム４２はワーク１０に対
してＸ方向に移動量ｄX ずつ移動する。このとき、ワー
クの加工に適切なビーム照射量をＰとすると、１回の移
動で照射する量をその１／ｎとすると共に、Ｘ方向のビ
ームの移動量ｄX を、ビーム幅ＢX の１／ｎとし、加工
を行うものである。ここでｎは、２以上の自然数であ
る。

【０００８】例えばパルスレーザの場合には、加工に適
切な照射パルス数をｋとすると、１回の移動の間の照射
パルス回数をｋ／ｎとすればよいし、連続発振レーザの
場合には１回の移動の間の照射時間を所定の照射時間の
１／ｎとすればよい。また、それぞれビームの強度を１
／ｎに弱くしてもよいし、これらの方法を組み合わせて
もよい。

【０００９】このようにすれば、図２７ii) に示すよう
にビーム照射量は全体的に平均化され、照射量が多い部
分と少ない部分との差はＰ／ｎとなり、均一な加工を行
うことができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通常、加工において
は、Ｙ方向の均一性もＸ方向と同様に重要である。この
ため従来技術においては図２８に示すように、光ビーム
４２がＸ方向に順次微少の移動量ｄX （つまり、ビーム
幅ＢX の１／ｎに等しい）だけ移動して、ワーク１０の
端部まで来ると、同様にＹ方向のビーム幅ＢY の１／ｎ
に等しい微少の移動量ｄY だけＹ方向に移動する。そこ
から図２９に示すように−Ｘ方向に再び微少の移動量ｄ
X ずつ移動しながら照射される。これを順次繰り返すこ
とによって、Ｙ方向に対しても加工の均一性を得ること
ができる。

【００１１】しかしながら、このようにＸ方向、Ｙ方向
ともに順次微少移動量ずつ細かな移動を行うことに伴っ
て、移動に要する全所要時間は非常に大きなものとな
る。その結果として、加工に要する時間を著しく増大さ
せ、加工コストが増加するという問題が生じる。

【００１２】本発明は上記の問題点に着目してなされた
ものであり、加工に要する時間を増大させずに、均一な
加工を行うことのできる光ビーム加工機及びそのビーム
照射方法を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光ビー
ム１２を出射する光源１と、入力する移動指令に基づい
て、加工対象のワーク１０の表面に照射される前記光ビ
ーム１２の照射位置をＸ軸又はＹ軸の方向に順次移動さ
せる照射位置移動手段１１と、この照射位置移動手段１
１に移動指令を出力して照射位置を制御する制御器１５
とを備え、前記ワーク１０に光ビーム加工を行なう光ビ
ーム加工機において、前記ワーク１０に照射される前記
光ビーム１２の断面形状１３を整形し、整形後の光ビー
ム１２を前記Ｘ軸又はＹ軸のいずれか１方向に所定距離
移動して移動前の照射部分に移動後の照射部分の一部を
重ね合わせたときに、この重ね合わせた照射部分の前記
移動した方向に垂直な方向の前記整形された断面形状１
３の移動前の長さと移動後の長さとの和が、重ならない
照射部分の断面形状１３の長さと等しくなるようにした
ビーム整形手段６，９を付設し、前記制御器１５は、光
ビーム１２の照射位置をまず前記他方向に順次移動さ
せ、次に前記１方向に前記所定距離移動させた後、再び
他方向に順次移動させるように、照射位置移動手段１１
に移動指令を出力する構成としている。

【００１４】請求項１記載の発明によると、光ビームを
所定方向（例えばＸ方向）に順次移動する際に、ワーク
に照射される上記光ビームの照射量は、光ビームの断面
の前記所定方向（Ｘ方向）の長さに比例する。次に、こ
の所定方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）に所定距
離移動させた後に、再び前記所定方向（Ｘ方向）に順次
移動させて光ビームの照射部分の一部を重ね合わせた際
の、この重ね合わせた照射部分の光ビームの照射量は、
光ビームの断面の前記所定方向（Ｘ方向）の前記所定距
離移動する前の長さと移動後の長さの和に比例する。こ
の長さの和が、重ならない照射部分の光ビームの断面の
前記所定方向（Ｘ方向）の長さと等しくなるように光ビ
ームの断面形状をビーム整形手段により整形し、前記重
ね合わせる照射部分で重ね合わせているので、ワークに
照射されるトータルビーム照射量が均一となる。この結
果、ビーム整形手段の前記所定距離移動する方向（Ｙ方
向）の長さを任意の長さにすることができるので、前記
所定距離を、従来の移動方法のような微少移動量（ビー
ム幅ＢY の１／ｎ）とする必要がなく、長くすることが
できる。この結果、１方向（Ｙ方向）の移動に要する全
時間を短縮化できるので、加工に要する時間を増大する
ことなしに、均一な加工を行なうことができる。

【００１５】また、上記の目的を達成するために、請求
項２に記載の発明は、光ビーム１２を出射する光源１
と、入射した前記光ビーム１２を透過させる加工パター
ンを有するマスク２８と、入力する移動指令に基づい
て、前記マスク２８の加工パターンを透過して加工対象
のワーク１０の表面に照射される光ビーム１２の照射位
置をＸ軸又はＹ軸の方向に順次移動させる照射位置移動
手段１１と、この照射位置移動手段１１に移動指令を出
力して照射位置を制御する制御器１５とを備え、ワーク
１０を前記加工パターンに従って光ビーム加工を行なう
光ビーム加工機において、前記マスク２８に照射される
前記光ビーム１２の断面形状１３を整形し、整形後の光
ビーム１２を前記Ｘ軸又はＹ軸のいずれか１方向に所定
距離移動して移動前の照射部分に移動後の照射部分の一
部を重ね合わせたときに、この重ね合わせた照射部分の
前記移動した方向に垂直な方向の前記整形された断面形
状１３の移動前の長さと移動後の長さとの和が、重なら
ない照射部分の断面形状１３の長さと等しくなるように
したビーム整形手段６，９を付設し、前記制御器１５
は、光ビーム１２の照射位置をまず前記他方向に順次移
動させ、次に前記１方向に前記所定距離移動させた後、
再び他方向に順次移動させるように、照射位置移動手段
１１に移動指令を出力する構成としている。

【００１６】請求項２記載の発明によれば、光ビームを
所定方向（例えばＸ方向）に順次移動する際に、マスク
に照射される上記光ビームの照射量は、光ビームの断面
の前記所定方向の長さに比例する。次に、この所定方向
（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）に所定距離移動させ
た後に、再び前記所定方向（Ｘ方向）に順次移動させて
光ビームの照射部分の一部を重ね合わせた際の、この重
ね合わせた照射部分の光ビームの照射量は、光ビームの
断面の前記所定方向（Ｘ方向）の前記所定距離移動する
前の長さと移動後の長さの和に比例する。この長さの和
が、重ならない照射部分の光ビームの断面の前記所定方
向（Ｘ方向）の長さと等しくなるように光ビームの断面
形状をビーム整形手段により整形し、前記重ね合わせる
照射部分で重ね合わせているので、ワークに照射される
トータルビーム照射量が均一となる。この結果、ビーム
整形手段の前記所定距離移動する方向（Ｙ方向）の長さ
を任意の長さにすることができるので、前記所定距離
を、従来の移動方法のような微少移動量（ビーム幅ＢY
の１／ｎ）とする必要がなく、長くすることができる。
この結果、１方向（Ｙ方向）の移動に要する全時間を短
縮化できるので、加工に要する時間を増大することなし
に均一な加工を行なうことができる。

【００１７】また、上記の目的を達成するために、請求
項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の光ビーム加
工機において、前記ビーム整形手段としてビームホモジ
ナイザ６又はアパーチャ９のうち少なくともいずれか一
方を使用した構成としている。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、上記ビーム
ホモジナイザ又はアパーチャは、ビーム整形手段として
は通常広く使用されているが、本発明に関わるような所
定の断面形状を有する光ビームとなるように、ビーム整
形を容易に行なうことができるので、少なくともいずれ
か一方を使用することによって、上記ビーム整形を容易
に行なうことができる。

【００１９】また、上記の目的を達成するために、請求
項４に記載の発明は、請求項１又は２記載の光ビーム加
工機において、前記ビーム整形手段は、前記重ね合わせ
た各照射部分の光ビーム１２の断面の前記他方向の長さ
を前記１方向の位置に対する関数で表したときに、この
関数を傾斜の大きさが等しく、かつ符号が反対となる直
線となるように整形している。

【００２０】請求項４記載の発明によれば、上記光ビー
ムの断面形状をいずれも直線で形成することができるの
で、ビーム整形手段の製作を、容易に、かつ安価に行な
うことができる。

【００２１】また、上記の目的を達成するために、請求
項５に記載の発明は、請求項１又は２記載の光ビーム加
工機において、前記光源１としてレーザ発振器を備えて
いる。

【００２２】請求項５記載の発明によれば、パワー制御
を精密に行なうことができ、均一な光ビーム加工を行な
うことができる。

【００２３】また、上記の目的を達成するために、請求
項６に記載の発明は、光源から出射された光ビーム１２
を加工対象のワーク１０の表面に照射し、この光ビーム
１２の照射位置をＸ軸又はＹ軸のいずれか１方向に順次
移動させ、この１方向の移動終了後に照射位置を他方向
に移動した後、再び前記１方向に順次移動させて、前記
ワーク１０に光ビーム加工を行なう光ビーム加工機の照
射方法において、前記ワーク１０に照射する前記光ビー
ム１２の断面形状１３を所定形状に整形し、この整形後
の光ビーム１２の照射位置を前記他方向に所定距離移動
した後、再び前記１方向に順次移動させて移動前の照射
部分に移動後の照射部分の一部が重なるようにし、この
重ね合わせた照射部分のトータルビーム照射量Ｔt(Y)
が、重ならない照射部分のトータルビーム照射量Ｔt(Y)
と等しくなるようにしている。

【００２４】請求項６記載の発明によれば、重ね合わせ
た照射部分に照射されるトータルビーム照射量の和が、
重ならない照射部分におけるトータルビーム照射量と等
しくなり、ワークに照射されるトータルビーム照射量が
均一となるので、加工に要する時間を増大することなし
に均一な加工を行なうことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関わる実施形態
を、図面を参照して詳細に説明する。

【００２６】図１は、本発明の第１の実施形態における
光ビーム加工機を示したものである。レーザビームを発
生するレーザ発振器１から出射した光ビーム２は、ミラ
ー３によって反射された後、ビームを拡大するビームエ
キスパンダ４によって拡大されて光ビーム５となり、ビ
ームの強度分布を均一化するビームホモジナイザ６によ
って均一化されて光ビーム７となり、開口部８の形状に
伴ってビームの断面形状を整形するビーム整形手段の一
例としてのアパーチャ９によって整形を施され、光ビー
ム１２となって、ワーク１０に照射される。ワーク１０
は、制御器１５からの指令を受けた照射位置移動手段１
１によって、Ｘ方向及びＹ方向に移動する。ここで制御
器１５は、例えばマイクロコンピュータからなるコンピ
ュータシステムで構成されている。

【００２７】ワーク１０に照射される光ビーム１２の断
面形状１３を、図２に示す。このとき、断面形状１３を
Ｘ軸に投影したときの最大値、最小値をそれぞれＸM ，
Ｘm、Ｙ軸に投影したときの最大値、最小値をそれぞれ
ＹM 、Ｙm とし、Ｙ＝ＹM の点をＣ１、Ｘ＝ＸM の点を
Ｃ２、Ｙ＝Ｙm の点をＣ３、Ｘ＝Ｘm の点をＣ４とする
とともに、同図におけるＣ１−Ｃ２−Ｃ３で表わされる
曲線を、Ｘ２＝ｆ(Y)、Ｃ１−Ｃ４−Ｃ３で表される曲
線を、Ｘ１＝ｇ(Y) とする。

【００２８】この光ビーム１２を、図３に示すようにＸ
方向に重ね合わせて照射していくならば、ワーク１０上
のある点におけるビーム照射量Ｔ(Y) はＹの関数で表わ
され、以下の数１を満足する。

【数１】Ｔ(Y) ＝Ｘ２−Ｘ１＝ｆ(Y) −ｇ(Y) 図４に、これを図示する。

【００２９】Ｘ方向への加工が終了した後、図５に示す
ように光ビーム１２をＹ方向に移動量ｄY0だけ移動を行
ない、そこから−Ｘ方向へ加工を行なう。これを繰り返
すと、図６に示すように、重ね合わせた照射部分Ｐの任
意の点におけるトータルビーム照射量Ｔt(Y)は、Ｙ方向
への移動前と移動後のそれぞれのビーム照射量Ｔａ(Y)
とビーム照射量Ｔｂ(Y) とを足し合わせたものとなる。

【００３０】すなわち、加工を均一に行なうためには、
このトータルビーム照射量Ｔt(Y)が均一になるように光
ビーム１２の断面形状１３を整形し、かつビームのＹ方
向移動量ｄY0を定めればよい。このことは、前記数１よ
り、Ｙ方向へ移動して重ね合わせた照射部分Ｐにおける
光ビーム１２の断面形状１３のＸ方向（ここでは、Ｙ方
向に垂直な方向）の長さの移動前と移動後の和が、重な
らない断面形状１３のＸ方向の長さと等しくなるように
することである。

【００３１】以下に、本実施形態において、上記のよう
な作用を生じさせるビームの断面形状１３を、具体的に
説明する。

【００３２】図７は、上記断面形状１３を有する光ビー
ム１２を、ワーク１０に照射した際の図である。断面形
状１３は、平行な一組の直線Ｄ1(Y)，Ｄ2(Y)と、曲線Ｄ
3(Y)，Ｄ4(Y)とから構成されている。同図において、直
線Ｄ1(Y)と曲線Ｄ3(Y)，Ｄ4(Y)とが交わる点のＹ座標
が、それぞれ前記Ｙm ，ＹM となる。また、直線Ｄ2(Y)
と曲線Ｄ3(Y)，Ｄ4(Y)とがそれぞれ交わる点のＹ座標を
Ｙ1 ，Ｙ2 とする。

【００３３】この光ビーム１２がＸ方向に移動した場合
のビーム照射量Ｔ(Y) を、図８に示す。同図において、
ビーム照射量Ｔ(Y) は、Ｙ1 〜Ｙ2 の範囲に対応したＹ
軸に平行な直線Ｔ1(Y)と、その両端のＹm 〜Ｙ1 の範囲
Ｐ1 、及びＹ2 〜ＹM の範囲Ｐ2 にそれぞれ対応した曲
線Ｔ2(Y)，Ｔ3(Y)とからなっており、この直線Ｔ1(Y)の
値は一定値Ｔ0 を取る。

【００３４】本実施形態では、上記光ビーム１２の断面
形状１３を、以下の数２を満足するようにＹ1 、Ｙ2 、
ＹM 、Ｙm を定める。さらに、この光ビーム１２をＹ方
向に移動し、その移動前の範囲Ｐ2 と移動後の範囲Ｐ1
とを重ね合わせた際に、以下の数３を満足するように、
直線Ｄ1(Y)，Ｄ2(Y)、及び曲線Ｄ3(Y)，Ｄ4(Y)を定め
る。

【数２】ＹM −Ｙ2 ＝Ｙ1 −Ｙm

【数３】（Ｄ3(Y)−Ｄ1(Y)）＋（Ｄ4(Y)−Ｄ1(Y)）＝
（Ｄ2(Y)−Ｄ1(Y)） すなわち、光ビーム１２の断面形状１３を、重ね合わせ
た照射部分の移動前のＸ方向の長さＬ1 （Ｄ4(Y)−Ｄ1
(Y)に等しい）と移動後のＸ方向の長さＬ2 （Ｄ3(Y)−
Ｄ1(Y)に等しい）との和が、重ならない照射部分のＸ方
向の長さＬ3 （Ｄ2(Y)−Ｄ1(Y)に等しい）と等しくなる
ように整形する。これによって、ビーム照射量Ｔ(Y) は
以下の数４の関係を満たし、重ね合わせた照射部分のト
ータルビーム照射量（Ｔ2(Y)＋Ｔ3(Y)で表される）と、
重ならない照射部分のトータルビーム照射量Ｔ1(Y)とが
等しくなる。

【数４】Ｔ1(Y)＝Ｔ2(Y)＋Ｔ3(Y)＝Ｔ0

【００３５】図９に、本実施形態に基づくアパーチャ９
の詳細図面を示す。アパーチャ９の開口部８の形状は、
図７に示した光ビーム１２の断面形状１３と相似形にな
っている。

【００３６】図１０に、このビームの照射方法を示す。
開口部８を通過した光ビーム１２は、断面形状１３の直
線Ｄ1(Y)がＹ軸に平行になるようにワーク１０に照射さ
れる。そして、Ｙ方向の移動に際しては、断面形状１３
の曲線Ｄ3(Y)と曲線Ｄ4(Y)の部分がちょうど重なるよう
に移動量ｄY0を定める。すなわち、以下の数５を満足す
るように移動量ｄY0を定めればよい。

【数５】ｄY0＝ＹM −Ｙ1 ＝Ｙ2 −Ｙm

【００３７】これにより、図１１に示すように、重ね合
わせた照射部分のトータルビーム照射量Ｔt(Y)は、移動
前のビーム照射量Ｔ2(Y)と移動後のビーム照射量Ｔ3(Y)
との和となり、前記数４に基づいて以下の数６で示すよ
うに一定となる。

【数６】Ｔt(Y)＝Ｔ0

【００３８】すなわち、ビームをＹ方向に重ね合わせた
場合にトータルビーム照射量Ｔt(Y)を一定値Ｔ0 にする
ことができ、しかもＹ方向の移動量をビーム幅以内の任
意の大きさにできるので、従来の移動量に比べて大きく
することができる。従って、加工に要する時間を増大す
ることなしに均一な加工を行なうことができる。

【００３９】本実施形態の特別の場合として、光ビーム
１２の断面形状１３を図１２に示すような等脚台形とし
てもよい。このときのビーム照射量を図１３に示す。同
図においてＴ2(Y)とＴ3(Y)は、Ｙ軸に対する傾きが、符
号が逆で大きさが等しい直線となり、上記の数式２及び
数式３を満足する。よって図１４に示すように、前記数
５を満足するように加工時に重ね合わせることによっ
て、加工に要する時間を増大することなしにトータルビ
ーム照射量Ｔt(Y)を均一にし、均一な加工を行なうこと
ができる。断面形状１３を等脚台形にすることによっ
て、アパーチャ９の形状をすべて直線で形成できるの
で、アパーチャ９の製作が容易である。

【００４０】本実施形態の他の場合として、光ビーム１
２の断面形状１３を図１５に示すような二等辺三角形と
してもよい。これは、上記Ｔ1(Y)に当たる直線部分が存
在せず、Ｙ1 とＹ2 が一致する場合であって、図１６に
示すように前記数５を満足するように加工時に重ね合わ
せることによって、加工に要する時間を増大することな
しにトータルビーム照射量Ｔt(Y)を均一にし、均一な加
工を行なうことができる。

【００４１】上述した以外にも、アパーチャ９の開口部
８の形状を、図１７i)〜iv) に示すような形状にしたも
のが実施形態として挙げられる。これらはいずれも、前
記数２及び数３を満足するような形状とする。これら
を、前記数５を満足するように重ね合わせることによっ
て、加工に要する時間を増大することなしにトータルビ
ーム照射量Ｔt(Y)を均一にし、均一な加工を行なうこと
ができる。

【００４２】また、これまでの説明においては、ビーム
照射量が厳密に均一でなければならないように説明した
が、従来技術で説明したようにＸ方向の移動の際にはＰ
／ｎ程度の照射量のむらが存在し、この程度であれば加
工の精度には悪影響がない。本発明においては、Ｙ方向
の移動量ｄy0が多少不正確であっても、重ね合わせる部
分のビーム照射量Ｔ2(Y)とＴ3(Y)の傾きを緩やかにする
ことによって、トータルビーム照射量Ｔt(Y)の誤差を小
さくできるという効果がある。

【００４３】次に、図１８〜図２０に基づいて、第２の
実施形態を説明する。図１８は、本実施形態における加
工機の構成を示したものである。ビーム整形手段である
アパーチャ９の開口部８の形状は、隣り合う２辺の向き
をＸ軸及びＹ軸に対して光軸１４を中心に角度θだけ回
転させた方形としている。この結果として、図１９に示
すようにワーク１０に照射される光ビーム１２の断面形
状１３は、上記方形をＸ軸に対して角度θだけ回転した
形状となる。

【００４４】このビームを、図２０に示すように移動量
ｄXずつＸ方向にずらしながらワーク１０に照射したと
きのビーム照射量Ｔ(Y) は、図１３に図示した場合と同
じく短辺がＹ軸に平行な等脚台形となり、これをＹ軸方
向移動時に前記数５を満足するようにｄy0だけ移動して
重ね合わせると、図１４に図示した場合と同じくトータ
ルビーム照射量Ｔt(Y)は均一になる。よって、加工に要
する時間を増大することなしにトータルビーム照射量Ｔ
t(Y)を均一にし、均一な加工を行なうことができる。

【００４５】このとき、アパーチャ９の開口部８を回転
させる角度θが大きくなるほど図１３における直線部分
Ｔ1(Y)は小さくなる。そして、断面形状１３における向
かい合った２頂点を結ぶ直線がＸ軸と平行になると、直
線部分Ｔ1(Y)がなくなって、Ｔ(Y) は二等辺三角形とな
る。

【００４６】次に、図２１に基づいて、第３の実施形態
を説明する。図２１は、本実施形態における加工機の構
成を示している。

【００４７】同図において、水銀ランプ２１から発せら
れた光２２は、光を反射するリフレクタ２３によって平
行光２５となって図中下方へ照射され、ビームホモジナ
イザ６に入射する。ビームホモジナイザ６によって強度
分布を均一化された光ビーム２６は、ビーム整形手段と
してのアパーチャ９の開口部８を通過し、所定の断面形
状に整形されてワーク１０に照射される。

【００４８】本実施形態は、上述した第１及び第２の実
施形態においてレーザ光の代わりに水銀ランプの出射光
を使用したものであり、アパーチャ９の開口部８の形状
を、上記第１の実施形態に記載した通りに形成し、ビー
ム照射方法を上記第１の実施形態と同様にすることによ
って、加工に要する時間を増大することなしにトータル
ビーム照射量Ｔt(Y)を均一にし、均一な加工を行なうこ
とができる。また、アパーチャ９の開口部８の形状を上
記第２の実施形態に記載した通りに形成し、上記第２の
実施形態に記載した通りに回転し、ビーム照射方法を上
記第２の実施形態と同様にすることによって、加工に要
する時間を増大することなしにトータルビーム照射量Ｔ
t(Y)を均一にし、均一な加工を行なうことができる。

【００４９】次に、第４の実施形態を図２２に基づいて
説明する。図２２は、本実施形態におけるビーム加工機
の構成図を示している。同図において、図示されないレ
ーザ発振器から照射された光ビーム５は、図示されない
ビームエキスパンダによって拡大され、ビーム整形手段
のビームホモジナイザ６により整形され、均一化され
る。ビームホモジナイザ６は出射する光ビーム２７を縮
小するレンズ３４と一体に構成されており、出射された
光ビーム２７は加工パターンを描画したマスク２８に照
射される。光ビーム２７が照射される領域に比べてマス
ク２８が大きい場合には、マスク２８は移動手段３１に
よってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動される場合もある。
マスク２８を透過した光ビーム２９は投影レンズ３０に
よって照射位置移動手段１１上に搭載されたワーク１０
に照射され、この照射位置移動手段１１を使用してワー
ク１０を移動させながら加工が行なわれる。

【００５０】本実施形態によるビームホモジナイザ６
は、光ビーム５が入射する開口部３２が方形となってお
り、かつ光ビーム５の断面より小さく構成されていて、
ビーム整形手段を兼ねている。このビームホモジナイザ
６を、光軸１４を中心に所定の角度θだけ回転させ、マ
スク２８に照射される光ビーム２７の断面形状３３を、
上記第２の実施形態におけるものと同様の、方形を光軸
を中心に所定の角度θだけ回転させたものとしている。

【００５１】マスク２８を透過した光ビーム２９をワー
ク１０に照射した場合のビーム照射量Ｔ(Y) は、図１３
に示したものと同じく等脚台形になる。よって、前記数
５を満足するように加工時に重ね合わせることによっ
て、加工に要する時間を増大することなしにトータルビ
ーム照射量Ｔt(Y)を均一にし、均一な加工を行なうこと
ができる。

【００５２】以上説明したように、本発明によればワー
クに照射される光ビームの断面形状を、光ビームを１方
向に移動した後に重ね合わせた部分の他方向の長さの和
が、光ビームを重ね合わせない部分の他方向の長さに等
しくなるように整形すると共に、光ビームを前記１方向
に重ね合わせているので、上記重ね合わせた部分と重ね
合わせない部分とで、ワークに照射されるトータルビー
ム照射量が均一となる。この結果、加工時に光ビームを
前記１方向に移動する距離を小さくすることなしにワー
クに照射するビーム照射量を均一にできるので、移動時
間ひいては加工に要する時間を増大させずに、均一な加
工を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における、光ビーム加
工機の構成図である。

【図２】ビームの断面形状の詳細図である。

【図３】ビームの照射方法を示した説明図である。

【図４】ビームを、Ｘ方向に重ね合わせてワークに照射
した際の、ビーム照射量Ｔ(Y)を示す説明図である。

【図５】ビームの照射方法を示した説明図である。

【図６】ビームをＹ方向に重ね合わせてワークに照射し
た際のビーム照射量を足し合わせた、トータルビーム照
射量Ｔt(Y)の説明図である。

【図７】本発明の第１の実施形態における、ワークに照
射されたビームの説明図である。

【図８】ビームを、Ｘ方向に重ね合わせてワークに照射
した際の、ビーム照射量Ｔ(Y)の説明図である。

【図９】第１の実施形態に基づくアパーチャの詳細図面
である。

【図１０】本発明の第１の実施形態における、ビームの
照射方法の説明図である。

【図１１】ビームをＹ方向に重ね合わせた際のビーム照
射量を足し合わせた、トータルビーム照射量Ｔt(Y)の説
明図である。

【図１２】ビームの断面形状を等脚台形にした場合の、
ビームの照射方法の説明図である。

【図１３】ビームをＸ方向に重ね合わせてワークに照射
した際の、ビーム照射量Ｔ(Y) の説明図である。

【図１４】ビームをＹ方向に重ね合わせてワークに照射
した際のビーム照射量を足し合わせた、トータルビーム
照射量Ｔt(Y)の説明図である。

【図１５】ビームの断面形状を二等辺三角形にした場合
の、ビームの照射方法の説明図である。

【図１６】ビームをＹ方向に重ね合わせてワークに照射
した際のビーム照射量を足し合わせた、トータルビーム
照射量Ｔt(Y)の説明図である。

【図１７】アパーチャの開口部の形状の、他の例を示す
説明図である。

【図１８】本発明の第２の実施形態における、光ビーム
加工機の構成図である。

【図１９】本発明の第２の実施形態における、ワークに
照射されたビームの説明図である。

【図２０】本発明の第２の実施形態における、照射方法
の説明図である。

【図２１】本発明の第３の実施形態における、加工機の
構成図である。

【図２２】本発明の第４の実施形態における、加工機の
構成図である。

【図２３】従来技術における、加工機の構成図である。

【図２４】従来技術における、ビームの照射方法の説明
図である。

【図２５】従来技術における、ビームの詳細図である。

【図２６】従来技術における、ビームの照射方法と、そ
の際のビーム照射量を示した説明図である。

【図２７】従来技術における、ビームの照射方法と、そ
の際のビーム照射量を示した説明図である。

【図２８】従来技術における、ビームの照射方法の説明
図である。

【図２９】従来技術における、ビームの照射方法の説明
図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２、５、７、１２、２６、２７、２９、４２ 光ビーム ３ ミラー ４ ビームエキスパンダ ６ ビームホモジナイザ ８、３２ 開口部 ９ アパーチャ １０ ワーク １１ 照射位置移動手段 １３、３３、４１ 断面形状 １４ 光軸 ２１ 水銀ランプ ２２ 光 ２３ リフレクタ ２４ レンズ ２５ 平行光 ２８ マスク ３０ 投影レンズ ３１ 移動手段 ４０ 光学部品 ４４ 継ぎ目 ４５ 重複部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石間伏 広信 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビーム(12)を出射する光源(1) と、 入力する移動指令に基づいて、加工対象のワーク(10)の
   表面に照射される前記光ビーム(12)の照射位置をＸ軸又
   はＹ軸の方向に順次移動させる照射位置移動手段(11)
   と、 この照射位置移動手段(11)に移動指令を出力して照射位
   置を制御する制御器(15)とを備え、 前記ワーク(10)に光ビーム加工を行なう光ビーム加工機
   において、 前記ワーク(10)に照射される前記光ビーム(12)の断面形
   状(13)を整形し、整形後の光ビーム(12)を前記Ｘ軸又は
   Ｙ軸のいずれか１方向に所定距離移動して移動前の照射
   部分に移動後の照射部分の一部を重ね合わせたときに、
   この重ね合わせた照射部分の前記移動した方向に垂直な
   方向の前記整形された断面形状(13)の移動前の長さと移
   動後の長さとの和が、重ならない照射部分の断面形状(1
   3)の長さと等しくなるようにしたビーム整形手段(6,9)
   を付設し、 前記制御器(15)は、光ビーム(12)の照射位置をまず前記
   他方向に順次移動させ、次に前記１方向に前記所定距離
   移動させた後、再び他方向に順次移動させるように、照
   射位置移動手段(11)に移動指令を出力するようにしたこ
   とを特徴とする光ビーム加工機。
2. 【請求項２】 光ビーム(12)を出射する光源(1) と、 入射した前記光ビーム(12)を透過させる加工パターンを
   有するマスク(28)と、入力する移動指令に基づいて、前
   記マスク(28)の加工パターンを透過して加工対象のワー
   ク(10)の表面に照射される光ビーム(12)の照射位置をＸ
   軸又はＹ軸の方向に順次移動させる照射位置移動手段(1
   1)と、 この照射位置移動手段(11)に移動指令を出力して照射位
   置を制御する制御器(15)とを備え、 ワーク(10)を前記加工パターンに従って光ビーム加工を
   行なう光ビーム加工機において、 前記マスク(28)に照射される前記光ビーム(12)の断面形
   状(13)を整形し、整形後の光ビーム(12)を前記Ｘ軸又は
   Ｙ軸のいずれか１方向に所定距離移動して移動前の照射
   部分に移動後の照射部分の一部を重ね合わせたときに、
   この重ね合わせた照射部分の前記移動した方向に垂直な
   方向の前記整形された断面形状(13)の移動前の長さと移
   動後の長さとの和が、重ならない照射部分の断面形状(1
   3)の長さと等しくなるようにしたビーム整形手段(6,9)
   を付設し、 前記制御器(15)は、光ビーム(12)の照射位置をまず前記
   他方向に順次移動させ、次に前記１方向に前記所定距離
   移動させた後、再び他方向に順次移動させるように、照
   射位置移動手段(11)に移動指令を出力するようにしたこ
   とを特徴とする光ビーム加工機。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の光ビーム加工機に
   おいて、 前記ビーム整形手段は、ビームホモジナイザ(6) 又はア
   パーチャ(9) のうち少なくともいずれか一方を使用した
   ことを特徴とする光ビーム加工機。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の光ビーム加工機に
   おいて、 前記ビーム整形手段は、前記重ね合わせた両照射部分の
   光ビーム(12)の断面の前記他方向の長さを前記１方向の
   位置に対する関数で表したときに、この関数が、傾斜の
   大きさが等しく、かつ、符号が反対の直線となるように
   整形することを特徴とする光ビーム加工機。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の光ビーム加工機に
   おいて、 前記光源(1) は、レーザ発振器であることを特徴とする
   光ビーム加工機。
6. 【請求項６】 光源から出射された光ビーム(12)を加工
   対象のワーク(10)の表面に照射し、この光ビーム(12)の
   照射位置をＸ軸又はＹ軸のいずれか１方向に順次移動さ
   せ、この１方向の移動終了後に照射位置を他方向に移動
   した後、再び前記１方向に順次移動させて、前記ワーク
   (10)に光ビーム加工を行なう光ビーム加工機の照射方法
   において、 前記ワーク(10)に照射する前記光ビーム(12)の断面形状
   (13)を所定形状に整形し、 この整形後の光ビーム(12)の照射位置を前記他方向に所
   定距離移動した後、再び前記１方向に順次移動させて移
   動前の照射部分に移動後の照射部分の一部が重なるよう
   にし、 この重ね合わせた照射部分のトータルビーム照射量( Ｔ
   t(Y)) が、重ならない照射部分のトータルビーム照射量
   ( Ｔt(Y)) と等しくなるようにしたことを特徴とするビ
   ーム照射方法。