KR20100126426A

KR20100126426A - 관통구멍 형성 방법, 및, 관통구멍 형성 가공품

Info

Publication number: KR20100126426A
Application number: KR1020107021112A
Authority: KR
Inventors: 스스무 나카무라; 카오루 이타가키
Original assignee: 가부시키가이샤 와이즈 마이크로 테크놀로지; 도쿠리츠교세이호징 고쿠리츠코토센몬갓코키코
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-12-01
Also published as: US8704127B2; US20110003114A1; JP5432547B2; CN102015196A; EP2253414A1; JP2010069532A; EP2253414A4; KR101269527B1; WO2009107837A1

Abstract

종래의 레이저 응용의 관통구멍 형성 방법이 가지고 있던 많은 문제점을 갖지 않고, 또한, 이들 종래기술에서는 얻을 수 없었던, 가공대상물의 형상에 관계없이, 가공대상물의 레이저광의 입사측의 직경과 출사측의 직경이 동일한 관통구멍의 형성, 또한 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커진다, 소위 역테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 용이하게 제어할 수 있는 신규한 관통구멍 형성 방법을 제공한다.
가공대상물에 관통구멍을 형성하는 레이저 어블레이션 가공법에 의한 관통구멍 형성 방법에 있어서, 레이저광에 대하여 가공대상물의 출사면에 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 또는, 폴리올을 접촉시킨 상태에서 상기 레이저광을 조사한다.

Description

관통구멍 형성 방법, 및, 관통구멍 형성 가공품{THROUGH HOLE FORMING METHOD, AND PRODUCT HAVING THROUGH HOLE}

본 발명은 레이저광에 의한 관통구멍 형성 방법에 관한 것이다. 상세하게는 레이저 어블레이션 가공법에 의한 관통구멍 형성 방법에 관한 것이다.

수지 소재는 공업제품으로부터 가정용품까지의 모든 곳에 침투하고, 또한 각각에 있어서 독자의 기능을 갖게 하기 위하여 여러 가공이 행해지고 있어, 높은 가공 정밀도가 요구되어 가고 있다. 그런데, 수지로의 미세구멍 가공에는, 드릴 가공, 프레스 가공, 전자빔 가공, 에칭 가공 등이 있는데, 소재 두께 이하의 구멍 직경의 관통구멍의 형성 및 소재의 두께 이하의 구멍 피치로 관통구멍을 형성하는 것이 곤란했다.

레이저 가공 응용기술은 CO₂ 레이저로의 절단·구멍 뚫기·용접으로부터 YAG레이저로의 보다 정밀한 절단·구멍 뚫기·용접 가공, 마킹, 게다가 엑시머 레이저에 의한 박막 제거나 고분자 재료 가공과 응용분야가 퍼져 있고, 상기와 같은 수지 소재의 가공분야에도 응용되고 있다.

여기에서, 적외광인 CO₂ 레이저에 의해 수지 소재로 이루어지는 물품의 구멍뚫기 가공을 행한 경우에는, 관통구멍 주위에 열 영향에 의한 부풀어 오름 또는 분출물이 부착되거나 하여 깨끗한 구멍품질의 가공이 할 수 없어, 구멍 피치를 지나치게 좁게 한 경우에는 인접하는 구멍끼리 연결되어버리는 등의 문제가 생겨, 고밀도의 구멍 가공을 할 수 없었다.

현재는 YAG 레이저의 제 3 고조파·제 4 고조파 등의 UV 광원을 사용한 가공 프로세스의 실용화가 진행되어, UV 영역에서의 파장의 레이저를 사용해서, 고분자 재료의 구성분자 내의 화학결합을 광자 에너지에 의해 절단하고, 레이저 조사 부분을 순식간에 분해 비산시키는 어블레이션 현상을 사용한 개발이 진행되고 있다.

이 어블레이션 현상을 이용한 가공은 주변부로의 열확산량이 적기 때문에 열 영향이 적은 정밀 가공이 가능하게 됨과 아울러, 후가공이나 마무리 가공이 불필요하게 되는 등의 이점이 많아, 그 이용은 급속하게 퍼지고 있다.

그렇지만, 가공대상물에 관통구멍을 형성하는 구멍뚫기 가공에서는, 레이저광의 특성으로, 형성되는 관통구멍의 직경이, 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 작아지는, 소위 테이퍼 형상으로 형성되어 버리는 것이 보고되어 있다.

이 때문에, 충분한 개구 면적을 얻기 위하여 보다 직경이 큰 관통구멍의 형성이나, 보다 많은 관통구멍의 형성이 필요하게 되고, 이 때, 피가공 개소의 기계적 강도의 저하나 가공효율의 저하 및 가공 비용의 상승, 규정 면적 내에 설계상 요구되는 개공율을 확보할 수 없는 것 등이 문제가 된다.

이와 같이 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 입사측과 출사측이 동일한 관통구멍의 형성, 또, 용도에 따라서는, 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커지는, 소위 역 테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 제어할 수 있는 새로운 관통구멍 형성 방법이 요구되고 있었다.

여기에서, 일본 특개 2003-158358 공보(특허문헌 1)에는, 가공대상물의 이면측에 보호시트를 압착 첩부하여 2층 구조로 하고, 레이저광을 가공대상물에 조사하여, 보호시트의 도중까지 구멍을 형성한 후에 보호시트를 박리하여 관통구멍을 얻는 방법이 기재되어 있다.

또, 일본 특개 2004-243404 공보(특허문헌 2)에는, 기판에 대하여 수직으로 레이저를 조사하여 테이퍼 형상의 구멍을 형성하고, 이어서, 레이저를 기판에 대하여 경사지게 하면서 조사하고, 입사측과 출사측의 구멍 직경을 일치시켜 스트레이트한 구멍을 형성한다고 하는 기술이 기재되어 있다.

또, 일본 특개 평11-58051호 공보(특허문헌 3)에는, 절연기판의 이면측에 반사재(동박)를 배치한 상태에서 레이저광의 초점위치를 절연기판의 상방이 되도록 세팅하고 레이저광을 조사하면, 기판의 상면으로부터 구멍이 형성되어 가고, 동박에 도달하는 테이퍼 구멍이 형성된다. 더욱 조사를 계속하면 레이저광이 동박에 반사되고, 테이퍼 구멍의 내면에 닿기 때문에 직경 확장되어, 최종적으로는 관통구멍이 스트레이트하게 된다고 하는 기술이 기재되어 있다.

또, 일본 특개 2001-79677 공보(특허문헌 4)에는, 합성수지 탄성 시트를 레이저의 조사부에서 만곡 형성하여 레이저 가공함으로써, 레이저 사출측에서 직경확장이 되는 구멍이 형성되고, 가공후 이 시트를 평탄하게 함으로써 관통구멍이 스트레이트 하게 된다고 하는 기술이 기재되어 있다.

또, 일본 특개 평8-141766호 공보(특허문헌 5)에는, 가공대상물 아래에 고반사율 판을 배열 설치함으로써, 조사된 레이저빔에 의해 가공대상물에 관통구멍이 형성된 뒤에는, 이 고반사율 판에 의해 입사한 레이저빔이 반사되고, 이 반사 레이저빔이 관통구멍 내면이나 절결부 내면에 닿아 레이저 가공이 행해지짐으로써, 테이퍼가 없는 관통구멍 또는 절결부가 얻어진다고 하는 기술이 기재되어 있다.

그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 가공대상물의 두께에 의해 레이저광의 입사측과 출사측과의 구멍 직경이 정해지고, 두께가 두꺼워질수록 그 차가 커지고, 그 결과, 소위 스트레이트 형상의 관통구멍을 형성하는 것이 어렵게 된다. 또한 가공대상물의 형상의 자유도도 낮아진다. 또, 가공대상물에 보호시트를 첩부한다고 하는 것은 첩부하는 공정과 레이저 가공후에 보호시트를 박리하는 공정이 늘어가는 것을 의미한다. 게다가, 보호시트에 의한 비용 상승, 및, 박리한 보호시트는 재이용할 수 없어, 폐기물로 되는 문제가 있다. 또한 이 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 역테이퍼 형상의 관통구멍을 형성하는 방법에 대해서는 기재도 시사도 없고, 그러한 것은 이 기술에서는 사실상 불가능하다.

또한 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 기판에 대하여 레이저를 수직하게 조사후, 이어서 레이저 발광부, 또는, 가공대상물을 경사지게 하고, 또한, 회전시키면서 조사하는 등, 장치 및 그 제어가 복잡하고 또한 고도한 것으로 되어, 결과적으로 제품 비용이 높아져 버린다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 3에 기재된 방법에서는, 절연기판의 이면측에 배치된 반사재가 매회, 레이저광에 노출되기 때문에, 반복 사용한 경우의 반사재의 반사율의 저하에 의한 가공정밀도의 저하의 염려가 있다. 또, 가공대상물이 수지로 이루어지는 얇은 재료에 적용하는 경우에는, 가공대상물과 반사재를 충분히 밀착시키지 않으면 그 효과를 기대할 수 없고, 또한 가공대상물의 형상의 자유도가 낮아짐과 아울러, 반사재의 압착 및 박리의 공정이 늘어나, 비용이 높아진다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 4의 방법에서는, 레이저 조사부에서 형성되는 테이퍼 형상에 따라 가공대상물을 만곡시키지 않으면 안 되고, 가공대상물의 두께가 두꺼울수록 만곡률을 크게 하지 않으면 안 되기 때문에, 가공시에 가공대상물에 균열이나 구부러짐이 발생할 우려가 있어, 시트와 같은 평판 형상의 것 이외에, 예를 들면, 케이스나 각종 하우징 등으로의 응용은 사실상 할 수 없다고 하는 결점이 있다.

특허문헌 5의 방법에서는, 가공대상물의 아래에 고반사율 판을 배열 설치하는 것인데, 가공대상물과 고반사율 판을 밀착시키지 않으면 반사 레이저빔에 의한 가공에 불균일이 생길 우려가 있다. 또, 레이저빔에 반사판이 노출되기 때문에, 반사율이 저하되면 가공정밀도도 저하될 우려가 있다.

이와 같이, 가공대상물의 형상에 의하지 않고, 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 입사측과 출사측이 동일한 관통구멍의 형성, 또, 용도에 따라서는, 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커지는, 소위 역테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 용이하게 제어할 수 있는 관통구멍 형성 방법이라고 할 수 있는 기술은 없었다.

또한, 종래기술에서는, 전술한 바와 같이, 관통구멍의 형상이 레이저광의 입사측에 대하여 출사측이 작아지기 때문에, 복수(다수)의 관통구멍을 인접하여 설치하는 경우, 관통구멍의 입사측의 직경의 크기에 의해 관통구멍끼리의 축 사이(관통구멍의 중심축 사이)의 거리의 최소값이 결정되지만, 관통구멍의 입사측 직경이 크기 때문에, 관통구멍끼리의 축간 거리를 작게 할 수 없다. 이러한 종래기술의 경우, 디자인상, 관통구멍의 크기를 육안으로 인식할 수 없는 크기, 예를 들면, 100㎛ 이하로 하는 것이 요구되는 기기, 예를 들면, 휴대전화나 휴대 음악기기 등에 있어서의 광의 통과부(표시장치 등)나 음성의 통과부(스피커나 마이크로폰 등)에 응용한 경우에, 개공율을 향상시킬 수 없어, 충분한 광이나 음성을 통과시킬 수 없다고 하는 문제도 있었다.

일본 특개 2003-158358호 공보 일본 특개 2004-243404호 공보 일본 특개 평11-58051호 공보 일본 특개 2001-79677호 공보 일본 특개 평8-141766호 공보

본 발명은 상기한 종래의 레이저 응용의 관통구멍 형성 방법이 가지고 있던 많은 문제점을 갖지 않고, 또한, 이들 종래기술에서는 얻을 수 없었던, 가공대상물의 형상에 의하지 않고, 가공대상물의 레이저광의 입사측의 직경과 출사측의 직경이 동일한 관통구멍의 형성, 또, 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커지는, 소위 역테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 용이하게 제어할 수 있는 신규한 관통구멍 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 여러 각도에서 검토를 진행한 결과, 레이저 어블레이션 가공법에 의한 관통구멍 형성시에, 가공대상물의 출사면에 특정 물질을 접촉시킴으로써, 가공대상물이 수지 소재인 경우뿐만 아니라, 보다 곤란하다고 생각되고 있던 금속 소재인 경우에도, 입사측의 직경과 출사측의 직경의 비율을 제어할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 관통구멍 형성 방법은 상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1에 기재된 바와 같이, 레이저 가공 장치로부터 가공대상물에 레이저광을 조사하여 상기 가공대상물의 일부를 승화시킴으로써 상기 가공대상물에 관통구멍을 형성하는, 레이저 어블레이션법에 의한 관통구멍 형성 방법에 있어서, 레이저광에 대하여 상기 가공대상물의 출사면에 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 및, 폴리올 중 어느 하나 이상을 접촉시킨 상태에서 상기 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 방법이다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 방법은, 청구항 2에 기재된 바와 같이, 청구항 1에 기재된 레이저광에 의한 관통구멍 형성 방법에 있어서, 상기 레이저광이 자외광인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 방법은, 청구항 3에 기재된 바와 같이, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 관통구멍 형성 방법에 있어서, 상기 레이저광이 고체 레이저의 제 3 고조파, 제 4 고조파, 및, 제 5 고조파 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 방법은, 청구항 4에 기재된 바와 같이, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 1항에 기재된 관통구멍 형성 방법에 있어서, 상기 레이저광이 Q 스위치 펄스 발진의 YAG 레이저, Q 스위치 펄스 발진의 YLF 레이저, 및, Q 스위치 펄스 발진의 YVO₄ 레이저 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 방법은 청구항 5에 기재된 바와 같이, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 관통구멍 형성 방법에 있어서, 상기 레이저광이 엑시머 레이저인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 가공품은, 청구항 6에 기재된 바와 같이, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 1항에 기재된 관통구멍 형성 방법에 의해 관통구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 가공품이다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 가공품은 청구항 7에 기재된 바와 같이, 직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 구멍뚫기 가공품에 있어서, 구멍뚫기 가공부의 크기가 각 변 0.3mm의 정방형보다 크고, 또한, 그 구멍뚫기 가공부의 개공율이 35% 이상이다. 이 구성에 의해, 예를 들면, 디스플레이면 등에 응용했을 때에 비점등시에는 구멍을 육안으로는 인식할 수 없음에도 불구하고 점등시에는 대단히 밝은 표시가 가능하게 된다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 가공품은, 청구항 8에 기재된 바와 같이, 직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 구멍뚫기 가공품에 있어서, 각각의 구멍의 2개의 면에 있어서의 직경의 비가 100:75와 75:100 사이이다. 이것에 의해 구멍을 육안으로는 인식할 수 없음에도 불구하고 대단히 높은 개공율을 달성할 수 있다.

본 발명의 관통구멍 형성 방법에 의하면, 레이저광에 대하여 상기 가공대상물의 출사면에 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 또는, 폴리올을 접촉시킨 상태에서 상기 레이저광을 조사함으로써 가공대상물의 레이저광의 입사측의 직경과 출사측의 직경이 동일한 관통구멍의 형성, 또, 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커지는, 소위 역테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 용이하게 제어할 수 있다.

이 때, 고분자 물질(폴리머)의 콜로이드 용액, 및, 고분자 물질(폴리머)의 용액의 점도를 비교적 높은 것으로 하고, 또는, 비교적 점도가 높은 폴리올을 사용하여, 가공대상물의 출사면에 도포하는 것만으로도 상기와 같은 접촉상태가 형성되기 때문에, 가공대상물의 형상에 영향을 주지 않고 관통구멍을 형성할 수 있음과 아울러, 레이저 가공시의 가공대상물의 위치를 수평에 한하지 않고 수직 또는 기울어진 상태로서도 가공할 수 있게 된다.

또한 가공대상물의 레이저광의 입사측의 직경과 출사측의 직경이 동일한 관통구멍의 형성, 또한 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커지는, 소위 역테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 용이하게 제어할 수 있음과 동시에, 하나의 가공대상물에 복수의 관통구멍을 형성할 때에, 관통구멍을 고밀도로 형성할 수 있고, 또한, 관통구멍 주변에서의, 변색이나 변형이 생기지 않으므로, 후가공이나 마무리 가공이 불필요하게 된다.

또, 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 및, 폴리올은 닦아내는 것, 또는, 분산매나 용매로 세정하는 것만으로 간단하게 제거할 수 있고, 후자의 경우에는 여과, 농축이나 회수 등의 수단을 조합시키면 분산질, 용질, 분산매, 용매 등의 재이용도 가능하게 되고, 이 때, 폐기물의 배출을 완전히 없앨 수 있다.

청구항 2에 따른 관통구멍 형성 방법에 의하면, 상기 구성에 더해, 레이저 가공 장치로부터 조사되는 레이저광은 자외광으로 한다. 자외광은 광자 1개당의 에너지가 높기 때문에, 가공대상물의 구성분자 내의 화학결합을 효율적으로 절단할 수 있고, 재료를 순간적으로 승화·제거하는 것이 가능하게 되는 레이저 어블레이션 가공을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 그 광자 에너지의 높이 때문에, 가공대상물 이면(레이저 출사면)에 접촉하고 있는 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 또는, 폴리올과 광화학 반응을 일으키고, 플라즈마나 라디칼 등의 활성종을 발생시켜, 고효율의 고분자 재료의 가공에 기여하게 된다.

또, 청구항 3에 따른 관통구멍 형성 방법에 의하면, 상기 레이저광이 고체 레이저의 제 3 고조파, 제 4 고조파, 및, 제 5 고조파 중에서 선택되는 어느 하나이다. 여기에서, 제 3 고조파, 제 4 고조파, 제 5 고조파의 자외광은 레이저광이 대하여 불투명한 수지로 이루어지는 가공대상물에 대하여 유효하며, 제 4 고조파, 제 5 고조파의 자외광은 레이저광에 대하여 투명·불투명에 관계없이 모든 수지로 이루어지는 가공대상물에 대하여 유효하다.

또, 청구항 4에 따른 관통구멍 형성 방법에 의하면, 상기 레이저광이 Q 스위치 펄스 발진의 YAG 레이저, Q 스위치 펄스 발진의 YLF 레이저, 및, Q 스위치 펄스 발진의 YVO₄ 레이저 중에서 선택되는 어느 하나의 구성을 갖는다.

즉, 레이저 가공 장치로부터 조사되는 레이저광은 모두 Q 스위치 펄스 발진의 YAG 제 3 고조파(355nm), YAG 제 4 고조파(266nm), YAG 제 5 고조파(213nm), YLF 제 3 고조파(351nm), YLF 제 4 고조파(263nm), YLF 제 5 고조파(211nm), YVO₄ 제 3 고조파(355nm), YVO₄ 제 4 고조파(266nm), YVO₄ 제 5 고조파(213nm)의 각 레이저광을 사용하는 것이 바람직하다.

이들 레이저는 미세가공이 가능한데다, 장치가격이 비교적 저렴하고 조작성이 좋고, 취급이 간단하다고 하는 특징이 있다. 또한 이들 레이저광에 있어서 Q 스위치 펄스 발진 타입을 사용함으로써 레이저의 축적 에너지를 일단 모으고 단숨에 출력시키므로, 낮은 출력의 레이저 장치에서도 높은 피크 출력을 얻을 수 있다고 하는 이점이 있어, 테이퍼 형상부터 스트레이트 형상, 역테이퍼 형상의 관통구멍을 보다 고밀도로(좁은 구멍 피치로) 형성할 수 있다.

또, 청구항 5에 따른 발명은 엑시머 레이저를 사용하여 행하는 것이다.

엑시머 레이저는 고체 레이저의 제 3 고조파, 제 4 고조파, 제 5 고조파의 자외광과 거의 동일한 가공이 가능한 것과 아울러, 보다 고출력 발진이 가능하므로, 포토마스크나 멀티 렌즈 어레이를 병용했을 때, 가공 대상물의 복수 개소에, 일괄적으로 또한, 고밀도의 좁은 구멍 피치로, 관통구멍을 형성하는 것이 가능하게 된다.

또, 청구항 6에 따른 관통구멍 형성 가공품은, 청구항 6에 기재된 바와 같이, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 1항에 기재된 관통구멍 형성 방법에 의해 관통구멍이 형성된 관통구멍 형성 가공품으로, 종래기술에서는 얻을 수 없었던, 가공대상물의 형상에 관계없이, 가공대상물의 레이저광의 입사측의 직경과 출사측의 직경이 동일한 관통구멍의 형성, 또는 형성되는 관통구멍의 직경이 가공대상물의 레이저광의 출사측이 입사측보다도 커지는, 소위 역테이퍼 형상의 관통구멍의 형성 등, 형성되는 관통구멍의 형상을 원하는 것으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 가공품은 청구항 7에 기재된 바와 같이, 직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 구멍뚫기 가공품에 있어서, 구멍뚫기 가공부의 크기가 각 변 0.3mm의 정방형보다 크고, 또한, 그 구멍뚫기 가공부의 개공율이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 가공품이다. 이 구성에 의해, 예를 들면, 디스플레이면 등에 응용했을 때 디스플레이 하지 않을 때는 구멍을 육안으로는 인식할 수 없음에도 불구하고 점등시에는 극히 밝은 표시가 가능하게 된다.

또, 본 발명의 관통구멍 형성 가공품은, 청구항 8에 기재된 바와 같이, 직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 구멍뚫기 가공품에 있어서, 각각의 구멍의 2개의 면에 있어서의 직경의 비가 100:75와 75:100 사이인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 가공품이며, 이 때 구멍 사이의 피치를 보다 좁게 하는 것이 가능하게 되고, 그 결과, 개공율의 향상, 예를 들면 개공율 50% 이상이다. 이것에 의해 구멍을 육안으로는 인식할 수 없음에도 불구하고 극히 높은 개공율을 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 레이저 가공 장치의 일례의 개략적인 구성도이다.
도 2는 관통구멍 형성시의 가공대상물 부근의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 3은 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행한 투명 PET 시트(실시예 1)의 현미경 사진이다.
도 4는 도 3의 시트의 관통구멍을 포함하는 단면의 현미경 사진이다.
도 5는 실시예 2-1에서 관통구멍 형성 가공이 된 시트의 단면의 현미경 사진이다.
도 6은 조사 회수와 구멍 형상의 관계(출사구멍 직경/입사구멍 직경의 비율)(실시예 5)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제 3 고조파로 레이저 가공한 금속 장식 시트(실시예 6)의 현미경 사진이다.
도 8은 레이저 가공한 투명 폴리카보네이트 시트(실시예 7)의 현미경 사진이다.
도 9는 레이저 가공한 알루미늄판(실시예 8)의 현미경 사진이다.
도 10은 레이저 가공한 스테인리스판(실시예 9)의 현미경 사진이다.
도 11은 가시광선으로 레이저 가공한 금속 장식 시트(비교예 5)의 현미경 사진이다.
도 12는 적외광으로 레이저 가공한 금속 장식 시트(비교예 6)의 현미경 사진이다.
도 13은 실시예 10에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 10에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예 10에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예 10에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 11에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예 12에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예 13에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 20은 실시예 14에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 실시예 15에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예 16에서의 결과를 나타내는 도면이다.
도 23은 실시예 17에서의 결과를 나타내는 도면이다.

본 발명은, 예를 들면, 다음과 같이 하여 도 1에 개략 구성도를 나타내는 레이저 가공 장치(LP)를 사용하여 실시할 수 있다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 레이저 가공 장치(LP)는 가공대상물(8)에 가공을 하는 장치로서, 자외 레이저 광원(레이저 발진기)(LS)과, 설정된 레이저 조사범위에 있어서, 가공대상물(8) 표면을 레이저광(10)으로 주사하기 위한 레이저광 주사 장치(갈바노 주사경)(5)과, Q 스위치(2)와 레이저광 주사 장치(5)를 제어하기 위한 제어 장치(4)와, 레이저광(10)을 집광하기 위한 집광렌즈(6)와, 집광렌즈(6)로의 레이저광 반사방지 및 렌즈 표면을 보호하기 위한 렌즈 보호 커버(7)와, 가공대상물(8)을 재치하기 위한 고정 스테이지(9)를 구비하고 있다. 또, 자외 레이저 광원(LS)으로서 엑시머 레이저를 사용해도 된다.

자외 레이저 광원(LS)은 고체 레이저 매질(LM)과 전체반사경으로 이루어지는 공진 미러(1a), 부분반사경으로 이루어지는 공진 미러(1b), Q 스위치(2), 및, 고체 레이저 매질(LM)로부터 발진되는 기본파를 제 3 고조파 혹은 제 4 고조파로 변환하는 비선형 광학 소자(3)로 구성되어 있다. 공진 미러(1a와 1b) 사이에는 고체 매질 레이저(LM)를 공진 미러(1a)측에, Q 스위치(2)를 공진 미러(1b)측에 배치하고, 공진 미러(1a, 1b), 고체 레이저 매질(LM)로 광 공진을 행할 수 있도록 하고 있다.

또, 조사 에너지는 공진 미러(1a), 고체 레이저 매질(LM), Q 스위치(2), 공진 미러(1b) 사이에서 광 공진을 계속하고, Q 스위치(2)를 동작시킴으로써 축적된 에너지를 단숨에 방출시킴으로써 높은 피크의 파워의 레이저광이 얻어지기 때문에 Q 스위치(2)의 타이밍을 제어함으로써 조사 에너지를 제어해도 되고, 또, 자외 레이저 광원(LS)을 구성하는 여기용의 레이저 다이오드(도시하지 않음), 또는 램프에 공급하는 전류값을 제어하여 바꾸도록 해도 된다.

도 2는 고정 스테이지(9)에 재치되는 가공대상물(이 예에서는 수지제 박판 형상 재료. 구체적으로는 휴대전화의 케이스재)(8) 부근의 상태를 나타내는 설명도이다.

가공대상물(8)의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET 수지), 아크릴 수지, 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지 재료, 또는, 각종 강화 플라스틱이나 예를 들면 금속 장식 시트 등의 금속층을 포함하는 수지 적층 재료 등, 또는, 알루미늄이나, 철(스테인리스), 티탄, 마그네슘이나 이들 합금 등의 금속 재료 등을 들 수 있다.

또, 가공대상물(8)의 레이저광의 입사면(11)의 이면(출사면(12))에 고분자 물질의 콜로이드 용액(13), 고분자 물질의 용액(14), 폴리올(15)이 접촉하도록 배치된다.

구체적으로는 용기에 넣어진 이들 고분자 물질의 콜로이드 용액(13), 고분자 물질의 용액(14), 또는, 폴리올(15)의 액면에 가공대상물의 레이저광의 입사면(11)의 이면이 접촉하도록 가공대상물이 유지되어 있어도 되고, 이 경우도 입사면(11)의 이면에 요철이 설치되어 있는 경우에도 본 발명의 관통구멍 형성 방법을 실시할 수 있지만, 가공대상물의 레이저광의 입사면(11)의 이면에 이들 액이 도포되어 있어도 되고, 이때에는, 가공대상물의 입사면(11)의 이면측의 형상 자유도는 더욱 높아진다.

도포에 의한 접촉의 경우에는, 고분자 물질의 콜로이드 용액(13), 고분자 물질의 용액(14), 또는, 폴리올(15)은 가공대상물(8)의 출사면(12)측에 롤러, 브러시, 스프레이 등의 수단에 의해, 또는 저류된 고분자 물질의 콜로이드 용액(13), 고분자 물질의 용액(14), 또는, 폴리올(15)의 액면에 가공대상물(8)의 출사면(12)측을 접촉시키는 등의 일반적인 수단을 사용하여 도포하면 된다. 이 때, 도포 두께가 10㎛ 이상이면 직경확장 효과가 안정하게 얻어지므로 바람직하다. 또한, 어느 정도, 예를 들면, 2000㎛를 넘어서 두껍게 해도, 효과가 변하지 않으므로, 도포층을 형성하기 쉬운 범위, 예를 들면, 50㎛ 이상 2000㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기에서 점도가 낮은 도포제의 경우에는 도포층을 두껍게 하면 좋은 결과가 얻어지는 경향이 있다.

고분자 물질의 콜로이드 용액으로서는, 예를 들면, 전분 수용액(시판의 전분풀 등), 폴리아세트산비닐 에멀션, 천연고무계 라텍스, 아크릴계 라텍스, 폴리우레탄계 라텍스, 합성 고무계 라텍스 등을 들 수 있고, 이들 중 1종류, 또는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한, 복수 종류를 혼합한 것을 사용해도 된다.

이들 콜로이드 용액의 분산질의 농도는 각각의 종류마다 미리 검토하고, 가공대상물 두께나 목적으로 하는 관통구멍의 구멍 직경 등에 따라, 원하는 구멍 형상이 얻어지도록 미리 적당하게 검토를 행하여 결정한다.

여기에서 콜로이드 수용액 대신, 유동성을 갖지 않는 겔을 사용한 경우에서는 본 발명의 효과가 얻어지지 않는다. 즉, 겔은 형상 자유성이 없기 때문에, 가공대상물(8)의 출사면(12)의 형상 자유도가 낮아지고, 또한, 본 발명의 효과는 얻어지지 않는다. 즉, 겔은 콜로이드 용액(졸)에 비교하여 유동성이 없기 때문에 출사구멍을 둘러쌀 수 없고, 플라즈마의 누출이 영향을 주어, 구멍의 근방에 에너지를 집중할 수 없기 때문에, 관통구멍 형상의 조정 기능이 얻어지지 않는 것으로 생각된다.

한편, 고분자 물질의 용액으로서는, 예를 들면, 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴산 폴리머, 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌옥시드(PEO), 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC, CM 셀룰로오스), 메틸셀룰로오스(MC)의 수용액, 또는, 니트로셀룰로오스 등의 유기용매 용액 등을 들 수 있다. 이들 용액에서의 용질의 농도는, 각각의 종류마다 미리 검토하고, 가공대상물 두께나 목적으로 하는 관통구멍의 구멍 직경 등에 의해, 원하는 구멍 형상이 얻어지도록 미리 적당하게 검토를 행하여 결정한다.

상기 고분자 물질의 수용액으로서는, 폴리비닐알코올(PVA)을 용질로 하고, 물을 용매로 한 수용액은 염가임과 아울러 생분해성이나 생체적합성을 갖고, 폐기처리시에 환경에 부하를 주지 않는 생분해성 고분자이기 때문에 특히 바람직하다.

또한, 이러한 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 고분자 물질의 수용액(13)을 가공대상물(8)에 도포한 경우에는, 폴리비닐알코올(PVA)은 온수에 용이하게 용해되는 성질이 있으므로, 레이저 가공후에 가공대상물(8)을 온수로 세정함으로써, 가공대상물(8)로부터 고분자 물질의 수용액(13)을 용이하게 제거할 수 있다. 또한 이 세정수를 여과함으로써 레이저 어블레이션 비산물을 제거한 후, 폴리비닐알코올(PVA)이 적정한 농도가 되도록 수분을 조정하면 재이용할 수 있고, 이 때, 폐기물이 거의 없어진다.

본 발명에서는 상기 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액 이외에, 폴리올, 즉 다가 알코올(2개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 지방족 화합물)을 사용할 수 있다. 폴리올로서는 수산기의 수가 2 이상으로 액상의 것을 사용할 수 있다. 이러한 것으로서는 에틸렌글리콜, 글리세린, 디글리세롤, 폴리글리세린(하기에 폴리글리세린의 일반식 (1)을 나타낸다. 식중의 반복단위(n)가 평균 10의 것을 용이하게 입수할 수 있음) 등을 들 수 있고, 이것들을 그대로, 또는, 물과 혼합하여 사용해도 된다. 또, 통상은 고체이어도 물을 첨가하여 액상으로 만든 폴리올을 사용할 수 있고, 그러한 예로서는 폴리비닐알코올(PVA)의 수용액을 들 수 있다.

본 발명의 관통구멍 형성 방법은, 불투명한 물품을 가공대상물로 한 경우에는, F₂(파장: 157nm), ArF(파장: 193nm), KrCl(파장: 222nm), KrF(파장: 248nm), XeCl(파장: 308nm), XeF(파장: 351nm) 엑시머 레이저 등의 자외 레이저의 기본 발진 파장광, 및, YAG 레이저, YLF 레이저, YVO₄ 레이저, 색소 레이저 등의 기본 발진 파장광을 비선형 광학 소자 등에 의해 제 3 고조파, 제 4 고조파 혹은 제 5 고조파로 변환한 레이저광을 사용할 수 있다.

그렇지만, 투명한 물품을 가공대상물로 한 경우에는, 예를 들면, YAG 레이저이면, 기본 발진 파장(파장: 1064nm), 제 2 고조파(파장: 532nm), 제 3 고조파(파장: 355nm)는 투명한 가공대상물을 투과해 버리기 때문에 가공을 할 수 없다. 이러한 불편함을 회피하고, 가공대상물을 투명·불투명의 구별을 하지 않고 가공하기 위해서는, 제 4 고조파(파장: 266nm), 제 5 고조파(파장: 213nm)의 레이저광이 적합하다. 엑시머 레이저의 경우에서는 F₂(파장: 157nm), ArF(파장: 193nm), KrCl(파장: 222nm), KrF(파장: 248nm)가 적합하다.

가공을 행하기 위한 레이저 강도·펄스폭·조사 회수는 가공대상물(8)의 소재나 두께, 단층 또는 이종 수지의 다층구조, 하드 코트 등의 가공의 유무 등의 구성, 또는 목적으로 하는 관통구멍의 형상에 의해 각종 조정하고 결정된다.

실시예

다음에 본 실시예에 의해 본 발명을 설명하는데, 각 실시예의 기재가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

고분자 물질의 용액으로서 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 고분자 물질의 수용액인, 시판의 수성 합성풀을 사용하고, 하기 처리조건으로 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치(LP)(Continuum사제 Q 스위치 Nd:YAG 레이저)를 사용하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다.

·가공대상물: 투명 PET 수지 시트 두께 48㎛(입사면측에 두께가 10㎛의 광경화형 아크릴제 하드 코트층이 적층 되어 있음)

·도포물: 폴리비닐알코올을 물에 용해하여 이루어지는 시판의 수성 합성풀(성분: 폴리비닐알코올 13%, 물 86.5%, 기타 0.5%. 야마토사제 아라빅야마토 풀)

·도포 조건: 도포하고 유리판으로 눌렀다. 이 때의 두께는 100㎛ 정도(이하 동일)

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 10μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 105회/구멍

·구멍 피치: 24㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

<<비교예 1a 및 1b>>

상기 실시예 1에서의 효과와 비교하기 위하여, 도포 후에 건조시킨 경우(비교예 1a)와, 도포를 행하지 않은 경우(비교예 1b)의 2개의 조건으로, 그 밖은 실시예 1과 동일 조건으로 관통구멍 형성 가공한 것이다.

·도포 조건 1: 실시예 1에서 사용한 수성 합성풀을 두께 100㎛로 도포한 후에 실온에서 건조시킨 것(유동성 없음).

·도포 조건 2: 아무것도 도포하지 않은 것

실시예 1(「PVA 수용액 도포」), 비교예 1a(「도포후 건조」) 및 1b(「도포 없음」)의 결과를 도 3 및 표 1에 나타낸다. 시트의 출사면측 및 입사면측에 형성된 관통구멍의 구멍 직경을 광학현미경으로 측정하고, 계측값 및 출사직경을 입사직경으로 나눈 비율(모두 평균값)을 기재한다. 이 비율("입출비"로 함)이 1.0인 경우에는 출사구멍 직경와 입사구멍 직경이 동일한 스트레이트 형상의 관통구멍이, 1.0보다 작은 경우에는 출사면을 작아져 가는 테이퍼 형상의 관통구멍이, 1.0보다 큰 경우에는 출사면을 향하여 넓혀져 가는 역테이퍼 형상의 관통구멍이 각각 형성된 것을 나타낸다.

도 3 및 표 1로부터 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 고분자 물질의 수용액인 시판의 수성 합성풀을 도포한 것, 도포후 건조시킨 것, 및, 도포하지 않은 것 각각의 레이저광 입사면측의 구멍 직경은 거의 동일 레벨이었다. 한편, 출사면측의 평균 구멍 직경은 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 고분자 물질의 수용액인 시판의 수성 합성풀을 도포한 것은 도포하지 않은 것에 비해 약 3.9㎛, 구멍 직경이 확대된 것에 대하여, 상기 수성 합성풀을 도포하고 건조시킨 시트는 수성 합성풀을 도포하지 않은 시트의 구멍 직경에서 0.8㎛ 정도밖에 확대되어 있지 않고, 이 때문에, 비교예 1a의, 고분자 물질의 수용액의 도포후에 건조시킨 경우에는 구멍 직경의 조정 효과는 거의 얻어지지 않고, 불충분한 것이 확인되었다.

또한, 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 고분자 물질의 수용액인 시판의 수성 합성풀을 도포하고 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행한 경우, 입출비가 다른 조건보다 1.0에 가깝고, 실시예 1에서는 출사면측에서 다소 작아진, 거의 스트레이트 형상의 관통구멍이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 3에 의해 나타내어지는 바와 같이, 어느 경우에도 레이저 어블레이션 조건에서의 가공이므로, 관통구멍의 주위에 열영향이 적고, 그 결과, 구멍 피치를 좁게 하여 고밀도로 관통구멍을 형성할 수 있다. 여기에서, 출사면측에 형성된 구멍 형상을 상세하게 비교하면, 고분자 물질의 수용액인 수성 합성풀을 도포하지 않고 레이저에 의해 관통구멍 형성 가공한 시트(비교예 1b)의 관통구멍의 주위에는 레이저 가공에 수반되는 분출 부착물이 발견되지만, 고분자 물질의 수용액인 합성풀을 도포하고 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행한 투명 PET 수지 시트(실시예 1)에는 이러한 부착물은 보이지 않고, 깨끗한 관통구멍 형성 가공을 행할 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 깨끗한 관통구멍 형성 가공이 가능한 경우, 그 후의 마무리 가공이 완전히 불필요하게 된다.

여기에서, 상기에서 PVA 수용액을 출사측에 도포한 상태에서 관통구멍이 형성된 투명 PET 수지 시트에 대하여, 그 관통구멍이 포함되도록 절단한 절단면의 현미경 사진을 도 4에 나타냈다.

도 4로부터, 형성된 관통구멍은 그 중앙부의 내경도 입사면의 구멍 직경, 및, 출사면의 구멍 직경과 동일 레벨의 원통형상으로 되고 있고, 또한, 입사측의 두께가 10㎛의 광경화형 아크릴제 하드 코트층과, 출사측의 두께가 48㎛의 PET층 사이에서도 연속적으로 구멍벽이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

<실시예 2-1>

이어서, 고분자 물질의 콜로이드 용액으로서 폴리아세트산비닐을 주성분으로 하는 졸 상태의 시판의 수분산계 목공용 접착제를 사용하고, 하기 처리 조건으로 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치(LP)를 사용하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다.

·가공대상물: 투명 PET 수지 시트 두께 60㎛(입사면측에 두께가 10㎛의 광경화형 아크릴제 하드 코트층이 적층 되어 있음)

·도포물: 폴리아세트산비닐을 주성분으로 하는 졸 상태의 시판의 수분산계 목공용 접착제(성분: 폴리아세트산비닐 41%, 물 59%)인 고니시사제 목공용 본드

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 5μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 150회/구멍, 300회/구멍, 900회/구멍, 1800회/구멍

·구멍 피치: 30㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 비교예 2-1로서 상기 수분산계 목공용 접착제를 도포하지 않은 이외는 실시예 2-1과 동일 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 이들 결과를 표 2에 아울러 나타낸다.

<실시예 2-2>

관통구멍 형성 가공대상물로서 상기 실시예 2-1보다도 두꺼운 투명 PET 수지 시트를 사용하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 투명 PET 수지 시트 두께 120㎛(입사면측에 두께가 20㎛의 광경화형 아크릴제 하드 코트층이 적층되어 있음)

·도포물: 실시예 2-1에서 사용한 것과 동일한, 시판의 수분산계 목공용 접착제

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 5μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 300회/구멍, 900회/구멍, 1800회/구멍

·구멍 피치: 30㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 비교예 2-2로서 상기 수분산계 목공용 접착제를 도포하지 않은 이외는 실시예 2-2와 동일 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 이들 결과를 표 3에 아울러 나타낸다.

<실시예 2-3>

본 실시예는 가공대상물로서 금속 장식 시트를 사용하여 레이저 가공을 행한 것이다.

가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 금속 장식 시트(두께 205㎛. 50㎛ 두께의 폴리에스테르 필름, 40nm 두께의 금속 크롬층, 5㎛ 두께의 우레탄계 접착제층, 150㎛ 두께의 올레핀계 열가소성 엘라스토머(TPO) 필름이 이 순서로 적층된 시트). 출사면은 폴리에스테르 필름측.

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 20μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 300회/구멍, 900회/구멍

·구멍 피치: 50㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 비교예 2-3으로서 상기 수분산계 목공용 접착제를 도포하지 않은 이외는 실시예 2-3과 동일 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 이들 결과를 표 4에 아울러 나타낸다.

표 2 내지 표 4의 결과로부터, 가공대상물의 레이저광에 대하여 출사면측에 폴리아세트산비닐을 주성분으로 하는 시판의 목공용 접착제를 도포하고 레이저 가공을 행한 경우, 도포하지 않고 레이저 가공한 것과 비교하여 분명히 직경확장되어 있어 스트레이트 형상으로부터 역테이퍼 형상의 관통구멍이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

여기에서, 상기 실시예 2-1 중, 조사 회수가 900회/구멍이고, 관통구멍이 형성된 투명 PET 수지 시트에 대하여, 그 관통구멍이 포함되도록 절단한 절단면의 현미경 사진을 도 5에 나타냈다.

도 5로부터, 형성된 관통구멍은 입사면의 구멍 직경에 비해, 출사면의 구멍 직경이 약간 큰 원추대 형상으로 되어 있고, 또한, 입사측의 두께가 10㎛의 광경화형 아크릴제 하드 코트층과, 출사측의 두께가 60㎛의 PET층 사이에서도 연속적으로, 구멍벽이 형성되어 있는 것을 알 수 있다(또한, 도면 중, 중앙부의 입사측면측에 보이는 흰 부분은 현미경 사진 촬영시에 찍혀 들어간 기포임).

<실시예 3-1>

고분자 물질의 유기용매 용액으로서 니트로셀룰로오스를 주성분으로 하는 시판의, 고분자 물질의 용액으로 이루어지는, 용액계 접착제를 사용하고, 하기 처리조건으로 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치(LP)를 사용하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 또한, 용액계 접착제는 휘발하기 쉬운 유기용매를 사용할 수 있고, 이 때문에, 안정한 결과를 얻을 목적으로, 접착제의 도포후부터 10분 정도 이내에 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 끝내도록 했다.

·가공대상물: 투명 PET 수지 시트 두께 60㎛(입사면측에 두께가 10㎛의 광 경화형 아크릴제 하드 코트층이 적층되어 있음)

·도포물: 니트로셀룰로오스를 주성분으로 하는 시판의 고분자 물질의 용액으로 이루어지는, 용액계 접착제(성분: 니트로셀룰로오스 25%, 유기용매 75%. 시메다인사제 시메다인)

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 5μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 150회/구멍, 300회/구멍, 900회/구멍, 1800회/구멍

·구멍 피치: 30㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 비교예 3-1로서 상기 용액계 접착제를 도포하지 않은 이외는 실시예 3-1과 동일 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 이들 결과를 표 5에 아울러 나타낸다.

<실시예 3-2>

가공대상물로서 실시예 3-1의 경우보다 두꺼운 투명 PET 수지 시트를 사용하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·도포물: 니트로셀룰로오스를 주성분으로 하는 시판의 용액계 접착제(실시예 3-1에서 사용한 것과 동일한 것)

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 5μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 300회/구멍, 900회/구멍, 1800회/구멍

·구멍 피치: 30㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 비교예 3-2로서 상기 용액계 접착제를 도포하지 않은 이외는, 실시예 3-2와 동일 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 그것들의 결과를 표 6에 나타낸다.

<실시예 3-3>

이어서, 가공대상물로서 금속 장식 시트에 대하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·도포물: 니트로셀룰로오스를 주성분으로 하는 시판의 용액계 접착제(실시예 3-2에서 사용한 것과 동일한 것)

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 20μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 300회/구멍, 900회/구멍

·구멍 피치: 50㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 비교예 3-3으로서 용액계 접착제를 도포하지 않은 이외에, 실시예 3-3과 동일 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 이들 결과를 표 7에 아울러 나타낸다.

이들 표 5 내지 표 7로부터, 가공대상물의 레이저광에 대하여 출사면측에 고분자 물질의 유기용매 용액인 니트로셀룰로오스를 주성분으로 하는 시판의 용액계 접착제를 도포하고 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행한 경우에는, 도포하지 않고 레이저 가공한 것과 비교하여, 명확하게 출사측 구멍 직경이 직경 확장된 관통구멍이 형성되어 있는 것을 이해할 수 있다.

<비교예 4-1>

출사면에 접촉하는 물질의 재질의 차이에 의한 직경확장 효과의 차이를 확인하기 위하여, 하기 조건으로 투명 PET 수지 시트에 대하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다.

·가공대상물: 투명 PET 수지 시트 두께 60㎛(입사면측에 두께가 10㎛의 광경화형 아크릴제 하드 코트층이 적층되어 있음)

·출사면에 접촉시킨 것: 수계 겔[곤약(시판의 식품)(비교예 4-1a), 젤라틴(시판의 식품 젤리)(비교예 4-1b), 한천(시판의 식품)(비교예 4-1c), 시판의 보냉제(폴리아크릴산 나트륨이 분산질인 수계 겔)(비교예 4-1d)], 나가오카시 수돗물(비교예 4-1e), 합성세제(라이온사제 챠미)(비교예 4-1f)

·접촉 조건: 겔에 관해서는, 두께가 1000㎛ 정도가 되도록 슬라이스한 것을 접촉시켰다. 액체의 도포 두께는 100㎛ 정도

·접촉 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 5μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 150회/구멍, 300회/구멍, 900회/구멍, 1800회/구멍

·구멍 피치: 30㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또 종합평가로서, 출사구멍 직경이 일치하지 않아 실용할 수 없는 경우를 「△」, 균열이 생기거나, 크랙이 생겨 실용할 수 없는 경우를 「×」로 평가했다. 이들 결과를 아울러 표 8에 나타낸다.

<비교예 4-2>

가공대상물을 비교예 4-1보다 두꺼운 투명 PET 수지 시트를 사용하여 레이저 가공을 행한 것이다. 가공조건은 이하와 같다.

·출사면에 접촉시킨 것: 비교예 4-1에서 사용한 것과 동일하다. 단, 수계 겔[곤약(비교예 4-2a), 젤라틴(비교예 4-2b), 한천(비교예 4-2c), 시판의 보냉제(비교예 4-2d)], 나가오카시 수돗물(이하 「수돗물」이라고도 함)(비교예 4-2e), 합성세제(라이온사 챠미)(비교예 4-2f)에 대하여 검토.

·접촉 조건: 겔에 관해서는 두께가 1000㎛ 정도가 되도록 슬라이스 한 것을 접촉시켰다. 액체의 도포 두께는 100㎛ 정도

·접촉 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 PET 수지 시트의 입사면측 표면

·에너지: 5μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 300회/구멍, 900회/구멍, 1800회/구멍

·구멍 피치: 30㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

결과를 표 9에 나타낸다.

<비교예 4-3>

하기와 같은 물질을 사용하여, 비교예 가공대상물로서 금속 장식 시트를 사용하여 레이저 가공을 행한 것이다. 가공조건은 이하와 같다.

·출사면에 접촉시킨 것: 비교예 4-1에서 사용한 것과 동일하다. 단, 수계 겔[곤약(비교예 4-3a), 젤라틴(비교예 4-3b), 한천(비교예 4-3c), 시판의 보냉제(비교예 4-3d)], 글리세린(시험예(실시예) 4-3e)

·접촉 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 20μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 300회/구멍, 900회/구멍

·구멍 피치: 50㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이 때의 결과를 표 10에 나타낸다. 또한, 표 중"출사구멍 주위 변질"이란 투과 조명에 의한 관찰에서 형성된 구멍 주위에 검은 그림자가 보이는 상태를 나타낸다.

표 8 내지 표 10으로부터, 수계 겔[곤약, 젤라틴, 한천, 보냉제(폴리아크릴산 나트륨)]을 출사면에 접한 경우에는, 출사면에서 크랙이 생기거나, 균열이 발생하여 인접 구멍과 연결되어 버리거나, 출사구멍 직경이 불일치하게 되는 현상이 발생하거나, 또는, 출사구멍 주위에 변색이 발생하고, 이 때문에, 직경확장 효과는 볼 수 있지만, 관통구멍 가공으로서 적당한 것이라고 할 수 없었다.

또, 수돗물을 사용한 경우에서는, 출사면에서 균열이 생기고 인접 구멍과 연결되어 버리거나, 직경확장 효과를 거의 볼 수 없거나, 출사구멍 직경이 불일치로 되는 현상이 발생하여 적합하지 않다. 또한, 글리세린에 대해서는, 사출 구멍 직경이 일부 불일치로 되었기 때문에, 다시 검토하기로 했다(그 결과, 사출 구멍 직경의 불일치는 재현되지 않고, 반복하여 양호한 결과가 얻어지는 것을 알았다).

합성세제를 사용한 경우, 투명 PET 시트 60㎛에서는 출사구멍 직경이 불일치로 되는 현상이 발생하고, 투명 PET 시트 120㎛에서는 입사면에 크랙이 생겨, 모두 실용 가능하지 않은 것을 알았다.

<실시예 5>

또한, 레이저 에너지와 조사 회수에 의한 구멍 형상과의 관계를 확인하기 위하여, 하기 조건으로 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다.

·가공대상물: 금속 장식 시트(두께 205㎛. 50㎛ 두께의 폴리에스테르 필름, 40nm 두께의 금속 크롬층, 5㎛ 두께의 우레탄계 접착제층, 150㎛ 두께의 올레핀계 열가소성 엘라스토머(TPO) 필름이 이 순서로 적층된 시트). 출사면은 폴리에스테르 필름측

·도포물: 폴리비닐알코올을 물에 용해하여 이루어지는 수성 합성풀(실시예 1에서 사용한 것)

·도포 조건: 도포 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 7μJ, 10μJ, 12μJ, 15μJ, 18μJ, 20μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·1구멍당의 조사 회수: 150회, 210회, 300회, 360회, 450회, 600회, 750회, 1050회, 1200회, 1500회

·구멍 피치: 50㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

레이저 가공후의 금속 장식 시트의 입사면측의 평균 구멍 직경과 출사면측의 평균 구멍 직경을 각각 측정했다.

또, 동일한 조건으로, 단, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트를, 에너지 20μJ로, 1구멍당 상기의 조사 회수로 레이저 가공을 행하고, 입사면측의 평균 구멍 직경과 출사면측의 평균 구멍 직경을 각각 측정했다. 결과를 표 11 및 표 12에 나타낸다. 또, 이들 조사 회수와 구멍 형상의 관계(출사구멍 직경을 입사구멍 직경으로 나눈 비율)를 표 13에 정리했다.

표 11 및 표 12로부터 이하를 알 수 있다. 즉, 금속 장식 시트 이면으로부터 레이저를 입사하고 표면(출사면)에 고분자 물질의 수용액인 합성풀을 도포한 경우와 도포하지 않은 경우를 비교하면, 입사구멍 직경은 도포의 유무에 관계없이, 조사 회수에 관계없이 레이저 에너지량에 따라 확대되고 있다. 한편, 출사구멍 직경에서는, 합성풀을 도포한 경우에는, 각 레이저 에너지량에서 조사 회수가 증가하면 구멍 직경이 확대되는 것에 대해, 합성풀을 도포하지 않은 경우의 구멍 직경은 조사 회수가 증가해도 변화가 거의 없다.

또, 동일한 관통구멍을 가공하기 위한 레이저 에너지량을 출사구멍 직경에서 비교해 보면, 출사면에 고분자 물질의 수용액인 합성풀을 도포한 경우쪽이 도포하지 않은 경우에 비해 약 절반의 레이저 에너지량으로 가공하는 것이 가능하게 되기 때문에 에너지절약이 되어, 가공 비용이 저렴하게 된다.

또, 표 13은, 조사 회수와 구멍 형상의 관계에 대하여, 출사구멍 직경을 입사구멍 직경으로 나눈 비율로 나타낸 것인데, 이 표 13을 도 6에 그래프화했다. 세로축의 "출사구멍 직경/입사구멍 직경"이 1.0인 경우에는 출사구멍 직경과 입사구멍 직경이 동일한 스트레이트 형상의 관통구멍이, 1.0보다 작은 경우에는 출사면을 향하여 작아져 가는 테이퍼 형상의 관통구멍이, 1.0보다 큰 경우에는 출사면을 향하여 넓어져 가는 역테이퍼 형상의 관통구멍이 형성되어 있는 것을 나타낸다. 표 13 및 도 6으로부터, 금속 장식 시트 이면측으로부터 레이저광을 조사하여 관통구멍 형성 가공하는 경우, 시트의 표면(출사면)에 고분자 물질의 수용액인 합성풀을 도포하는 것에 의해, 조건(조사 회수)을 변화시킴으로써 테이퍼 형상 또는 스트레이트 형상 또는 역테이퍼 형상의 희망하는 관통구멍을 형성하는 것, 즉, 구멍 형상의 조정이 가능하게 된다.

<실시예 6>

상기와 동일한 금속 장식 시트를 YAG 제 3 고조파(파장: 355nm)의 자외 레이저로 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 금속 장식 시트 실시예 2-3에서 사용한 것과 동일

·도포물: 폴리비닐알코올을 주성분으로 하는 접착제(실시예 1에서 사용한 것과 동일)

·도포 조건: 도포 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 3 고조파(파장: 355nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 80μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 100회/구멍

·구멍 피치: 80㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트를 동일한 조건으로 가공을 행했다. 그것들의 결과를 도 7에 각각의 금속 장식 시트의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진으로 나타낸다. 금속 장식 시트는 제 3 고조파에 대해서는 불투명하므로, 광이 그냥 지나가지 않고 어블레이션 현상에 의해 가공이 가능하다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 입사면측의 관통구멍의 구멍 직경은 합성풀을 도포한 금속 장식 시트에서는 29.6㎛, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트에서는 29.1㎛로, 양자는 거의 동일했다. 이에 대해, 출사면측의 관통구멍의 구멍 직경은 합성풀을 도포한 금속 장식 시트에서는 29.4㎛로 거의 입사구멍 직경과 동일한 레벨까지 확대되어 것에 반해, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트에서는 16.9㎛로 구멍 직경의 확대는 보이지 않았다. 출사구멍 직경을 입사구멍 직경으로 나눈 비율로 보면 합성풀을 도포한 금속 장식 시트에서는 0.99인 것에 반해, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트에서는 0.58이었다. 이 실시예 6의 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 금속 장식 시트의 출사면측에 고분자 물질의 수용액인 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 접착제를 두께 100㎛로 도포하고 제 3 고조파로 레이저 가공함으로써, 제 4 고조파로 레이저 가공한 경우와 동일하게, 형성되는 관통구멍의 출사면측의 구멍 직경을 확대하고, 테이퍼 형상 또는 스트레이트 형상 또는 역테이퍼 형상의 희망하는 관통구멍을 형성할 수 있다.

<실시예 7>

투명한 폴리카보네이트(PC) 시트에 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 투명 폴리카보네이트 시트 두께 1000㎛

·도포 조건: 도포 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 4 고조파(파장: 266nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 투명 폴리카보네이트 시트의 입사면측 표면

·에너지: 50μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 1800회/구멍

·구멍 피치: 200㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 합성풀을 도포하지 않은 투명 폴리카보네이트(PC) 시트를 동일한 조건으로 가공했다. 이들 결과를 도 8에 각각의 투명 폴리카보네이트(PC) 시트의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진으로 나타낸다.

도 8에 도시되는 바와 같이, 입사면측의 관통구멍의 구멍 직경은 고분자 물질의 수용액인 합성풀을 도포한 투명 폴리카보네이트(PC) 시트에서는 47.96㎛, 합성풀을 도포하지 않은 투명 폴리카보네이트(PC) 시트에서는 45.39㎛로 거의 동일했다. 이에 대해, 출사면측의 관통구멍의 구멍 직경은 합성풀을 도포한 투명 폴리카보네이트(PC) 시트에서는 55.99㎛로 입사구멍 직경 이상으로 확대되어 있는 것에 반해, 합성풀을 도포하지 않은 투명 폴리카보네이트(PC) 시트에서는 21.19㎛로 구멍 직경의 확대는 보이지 않았다. 출사구멍 직경을 입사구멍 직경으로 나눈 비율로 보아도, 합성풀을 도포한 투명 폴리카보네이트(PC) 시트에서는 1.17인 것에 반해, 합성풀을 도포하지 않은 투명 폴리카보네이트(PC) 시트에서는 0.47로 합성풀을 도포한 것에 의한 직경확장 효과는 명확했다. 이와 같이, 투명 폴리카보네이트(PC) 시트의 출사면측에 고분자 물질의 수용액인 폴리비닐알코올(PVA)을 주성분으로 하는 접착제를 두께 100㎛로 도포하고 제 4 고조파로 레이저 가공해도, PET 시트에 레이저 가공 한 경우와 동일하게, 형성되는 관통구멍의 출사면측의 구멍 직경을 확대할 수 있었다.

<실시예 8>

알루미늄판에 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 알루미늄판 두께 160㎛

·도포물: 도포 없음(「공기(개방)」로서 표기함: 비교예), 폴리비닐알코올을 물에 용해하여 이루어지는 수성 합성풀(실시예 1에서 사용한 것: 「PVA」로서 표기함: 실시예), 폴리아세트산비닐을 주성분으로 하는 졸 상태의 시판의 수분산계 목공용 접착제(실시예 2-1에서 사용한 것: 「아세트산비닐」로서 표기함: 실시예), 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(2g)을 물(50mL)에 용해하여 이루어지는 수용액(「셀룰로오스」로서 표기함: 실시예)

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 3 고조파(파장: 355nm, 초점거리: f=100mm)

·초점위치: 알루미늄판의 입사면측 표면

·에너지: 320μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 100회/구멍

·구멍 피치: 100㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 9에, 각각의 알루미늄판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 9로부터 이해되는 바와 같이, 알루미늄판에 대한 가공에서도, 본 발명에 따른 상기 「PVA」, 「아세트산비닐」, 및, 「셀룰로오스」에서는, 출사직경의 확대효과가 확인되고, 비교예인 「공기(개방)」에서는 출사직경의 확대효과는 얻어지지 않았다.

<실시예 9>

스테인리스판에 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 스테인리스판(SUS304) 두께 190㎛

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YAG 제 3 고조파(파장: 355nm, 초점거리: f=100mm)

·초점위치: 스테인리스판의 입사면측 표면

·에너지: 320μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 400회/구멍

·구멍 피치: 100㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 10에, 각각의 스테인리스판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 10으로부터 이해되는 바와 같이, 스테인리스판에 대한 가공에서도, 본 발명에 따른 상기 「PVA」, 「아세트산비닐」, 및, 「셀룰로오스」에서는 출사직경의 확대효과가 확인되고, 비교예인 「공기(개방)」에서는 출사직경의 확대효과는 얻어지지 않았다.

<비교예 5>

자외 레이저광을 사용하는 레이저 어블레이션법이 아니고, 가시 레이저광(콘티뉴엄(Continuum)사제 슈어라이트(Surelite)-III 레이저 장치에 의함)에 의해 관통구멍을 형성하는 검토를 행했다.

가공조건은 이하와 같다.

·도포 조건: 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: 가시광선(파장: 532nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 5∼7ns

·조사 회수: 150회/구멍

·구멍 피치: 100㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트를 동일한 조건으로 가공을 행했다. 그들 결과를 도 11에 각각의 금속 장식 시트의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진으로 나타낸다.

도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 가시광선 레이저에서의 가공에서는, 폴리비닐알코올을 주성분으로 하는 접착제의 도포의 유무에 관계없이, 형성되는 관통구멍의 출사면측의 구멍 직경을 확대할 수는 없었다.

<비교예 6>

또 적외 레이저광(콘티뉴엄사제 슈어라이트-III 레이저 장치에 의함)에 의해 관통구멍을 형성하는 검토를 행했다.

가공조건은 이하와 같다.

·도포 조건: 도포 두께는 100㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: 적외광(파장: 1064nm, 초점거리: f=50mm)

·초점위치: 금속 장식 시트의 입사면측 표면

·에너지: 600μJ

·펄스폭: 5∼7ns

·조사 회수: 600회/구멍

·구멍 피치: 100㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

또, 합성풀을 도포하지 않은 금속 장식 시트를 동일한 조건으로 가공을 행했다. 그들 결과를 도 12에 각각의 금속 장식 시트의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진으로 나타낸다.

도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 적외 레이저를 사용한 경우에는, 출사면의 구멍 부근의 열화가 현저한데다, 폴리비닐알코올을 주성분으로 하는 접착제의 도포의 유무에 관계없이, 형성되는 관통구멍의 출사면측의 구멍 직경을 확대할 수는 없었다.

<실시예 10>

300㎛의 두께의 알루미늄판에 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 알루미늄판 두께 300㎛

·도포물: 도포 없음, 벤진(비교예), 수돗물(비교예), 에탄올(비교예), 에탄올과 수돗물의 체적비 1:1의 혼합액(에탄올 수용액)(비교예), 메탄올(비교예), 메탄올과 수돗물의 체적비 1:1의 혼합액(메탄올 수용액)(비교예), 글리세린(실시예), 글리세린과 수돗물의 체적비 2:1의 혼합액(글리세린 수용액, 실시예), 폴리비닐알코올을 물에 용해하여 이루어지는 수성 합성풀(실시예 1에서 사용한 것, PVA(실시예)), 이 수성 합성풀과 수돗물을 1:5가 되도록 혼합한 수용액(PVA 수용액(실시예)), 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(1g)을 물(50mL)에 용해하여 이루어지는 수용액(「CM 셀룰로오스 수용액」(실시예)), 옥시풀(3% 옥시돌액, 비교예)

·도포 조건: 도포 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 알루미늄판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 4000회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 70㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 13∼16에, 각각의 알루미늄판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 13∼16으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 폴리비닐알코올 수용액 및 그 물에 의한 희석액, 글리세린 및 그 수용액, 및, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨 수용액에 의해, 300㎛의 두께의 알루미늄판에 대한 가공에서도, 출사직경의 확대효과가 확인되어, 비교예인 벤진, 수돗물, 에탄올 및 그 수용액, 메탄올 및 그 수용액, 옥시돌액(과산화수소 수용액)에서는 출사직경의 확대효과는 얻어지지 않았다.

<실시예 11>

300㎛의 두께의 알루미늄판에 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공에 있어서 구멍 피치를 125㎛로 하여 검토를 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 알루미늄판 두께 300㎛

·도포물: 도포 없음, 에틸렌글리콜(실시예), 디글리세롤(실시예), 폴리글리세린(화학식 (1)에 있어서의 n이 10)(실시예), 메탄올(비교예)

·도포 조건: 도포 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 알루미늄판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 3000회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 125㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 17에, 각각의 알루미늄판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 17로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 폴리올류를 사용한 실시예에서는, 300㎛의 두께의 알루미늄판에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인되고, 비교예인 메탄올에서는 출사직경의 확대효과는 얻어지지 않았다.

<실시예 12>

흑색의 폴리카보네이트판(SP 퍼시픽사제 엑스큐어)에 대한 가공 테스트를 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 폴리카보네이트판(SP 퍼시픽사제 엑스큐어), 두께 180㎛

·도포물: 도포 없음, 에틸렌글리콜(실시예), 디글리세롤(실시예), 폴리글리세린(화학식 (1)에서의 n이 10)(실시예)

·도포 조건: 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 폴리카보네이트판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 500회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 125㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 18에, 각각의 폴리카보네이트판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 18로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 폴리올류를 사용한 실시예에서는, 180㎛의 두께의 폴리카보네이트판에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인되었다.

<실시예 13>

흑색의 폴리카보네이트판(SP 퍼시픽사제 엑스큐어)에 대한 가공 테스트를, 상기와 동일하게, 단 구멍 피치를 70㎛로 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·도포물: 도포 없음, 글리세린(실시예), 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(1g)을 물(50mL)에 용해하여 이루어지는 수용액(「CM 셀룰로오스」(실시예))

·도포 조건: 도포 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 폴리카보네이트판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 500회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 70㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 19에, 각각의 폴리카보네이트판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 19로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 폴리올류, 또는, 고분자 물질의 용액을 사용한 실시예에서는, 180㎛의 두께의 폴리카보네이트판에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인된다.

또한, 마찬가지로 벤진, 수돗물, 에탄올 및 메탄올을 각각 도포하여 검토했지만, 충분한 출사직경의 확대가 보이지 않거나, 또는, 확대효과가 얻어진 경우이더라도 구멍의 형상이 변형되어, 크기가 불균일하게 되었다.

또, 도 19에 있어서, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨 수용액을 도포하고 가공된 샘플(이 현미경 사진은 0.71mm×0.57mm의 실제의 크기에 상당)은 개공율(출구 개공율)이 65.2%이다.

여기에서, 종래는 보통 육안으로 인식되지 않는 직경이 100㎛ 이하의 구멍에 의한 구멍뚫기 가공부의 개공율(변의 길이가 0.3mm 이상의 정방형의 영역에서의 개공율)이 35% 이상의 구멍뚫기 가공품은 없었다. 이러한 구멍뚫기 가공품에서는, 투광율이 대단히 높다(관능적으로는 광의 손실이 거의 없다). 여기에서, 변의 길이가 0.3mm의 정방형은 육안으로 예를 들면 0.1mm폭의 광에 의해 형성된 세로봉과 가로봉의 구별이 생긴다. 디스플레이로서 사용되는 최소의 영역이며, 바람직하게는 변의 길이가 0.5mm 이상의 정방형의 영역에서의 개공율이 35% 이상이다.

또, 상기에 있어서, 출사면에서의 구멍 직경은 59.6㎛이다. 이것은, 판 두께 180㎛에 대하여 59.6㎛의 구멍뚫기 가공이므로, 애스팩트비 3(판 두께/구멍 직경)의 가공이 된다. 일반적으로 펀칭 프레스에 의한 구멍뚫기 가공에서는, 판 두께보다도 작은 구멍 직경의 가공, 즉, 애스팩트비 1 이상의 가공은 곤란한 것으로 알려져 있는 것에 대하여, 본원 발명에서는 개공율이 65% 이상이고 애스팩트비 3 이상의 구멍뚫기 가공을 실현할 수 있다.

<실시예 14>

두께가 300㎛의 흑색의 폴리카보네이트판(미츠비시 엔지니어링 플라스틱사제 유피론)에 대한 가공 테스트를 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 폴리카보네이트판(미츠비시 엔지니어링 플라스틱사제 유피론), 두께 300㎛

·도포 조건: 도포 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 폴리카보네이트판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 500회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 125㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 20에, 각각의 폴리카보네이트판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 20로부터 이해되는 것 같이, 본 발명에 따른 상기 폴리올류를 사용한 실시예에서는, 300㎛의 두께의 폴리카보네이트판 에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인되었다.

<실시예 15>

흑색의 폴리부틸렌테레프탈레이트판(사빅 폴리머랜드사제 발록스)에 대한 가공 테스트를 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 폴리부틸렌테레프탈레이트판(사빅 폴리머랜드사제 발록스), 두께 250㎛

·도포물: 도포 없음, 디글리세롤(실시예), 폴리글리세린(화학식 (1)에서의 n이 10)(실시예)

·도포 조건: 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 폴리부틸렌테레프탈레이트판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 500회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 125㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 21에 나타낸다. 본 발명에 따른 상기 폴리올류를 사용한 실시예에서는, 250㎛의 두께의 폴리부틸렌테레프탈레이트판에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인되었다. 또한 입사구멍의 직경도 사용하는 폴리올에 따라 다르고, 출사구멍뿐만 아니라 입사구멍의 직경의 조정도 폴리올에 의해 행할 수 있는 것을 알 수 있다.

<실시예 16>

흑색의 폴리부틸렌테레프탈레이트판(사빅 폴리머랜드사제 발록스)에 대한 가공 테스트를 구멍 피치를 70㎛로 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·도포 조건: 도포 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 폴리부틸렌테레프탈레이트판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 500회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 70㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 22에, 각각의 폴리부틸렌테레프탈레이트판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 22로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 폴리올류를 사용한 실시예에서는, 250㎛의 두께의 폴리부틸렌테레프탈레이트판에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인됨과 아울러, 이들 실시예에서는 개공율이 45% 이상으로 극히 높은 것을 알 수 있다. 또한, 마찬가지로 벤진, 수돗물, 에탄올 및 메탄올을 각각 도포하여 검토했지만, 충분한 출사직경의 확대가 보이지 않거나, 또는, 확대효과가 얻어진 경우에도 구멍의 형상이 변형되어, 크기가 불균일하게 되었다.

<실시예 17>

티탄판에 대한 가공 테스트를 구멍 피치를 70㎛로 행했다. 가공조건은 이하와 같다.

·가공대상물: 티탄판, 두께 300㎛

·도포물: 도포 없음, 수돗물, 전분풀(시판의 전분풀 미츠에사제 가정풀)(실시예), 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(2.5g)을 물(50mL)에 용해하여 이루어지는 수용액(「CM 셀룰로오스나트륨」(실시예))

·도포 조건: 도포 두께는 1000㎛ 정도

·도포 개소: 레이저광의 출사면측

·레이저광: YLF 제 3 고조파(파장: 349nm, 초점거리: f=200mm)

·초점위치: 티탄판의 입사면측 표면

·에너지: 100μJ

·펄스폭: 4∼6ns

·조사 회수: 3000회/구멍(1kHz)

·구멍 피치: 125㎛

·온도: 상온

·압력: 상압

·어시스트 가스: 없음

이들 결과를 도 23에, 각각의 티탄판의 출사면측 및 입사면측의 현미경 사진과, 이들 사진에 의해 측정한 입사직경(평균직경), 출사직경(평균직경), 및, 출사직경/입사직경("비"로서 기재)의 계산결과를 각각 나타낸다.

도 23으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 고분자 물질의 콜로이드 용액, 및, 고분자 물질의 용액을 사용한 실시예에서는, 300㎛의 두께의 티탄판 에 대한 가공에 있어서, 출사직경의 확대효과가 확인되었다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 가공대상물의, 레이저광에 대하여 출사면측에 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 및, 폴리올로부터 선택되는 1종 이상을 도포하고, 가공대상물의 두께나 재질에 따라 레이저 에너지량, 조사 회수를 컨트롤하여 레이저에 의한 관통구멍 형성 가공을 함으로써, 가공대상물에 형성되는 관통구멍을 테이퍼 형상으로부터 스트레이트 형상, 역테이퍼 형상으로 조정하여 형성할 수 있다. 또, 레이저광을 자외광의 제 3 고조파, 제 4 고조파, 제 5 고조파 또는 엑시머 레이저를 사용함으로써 레이저 어블레이션 현상으로 테이퍼 형상으로부터 스트레이트 형상, 역테이퍼 형상의 관통구멍을 고밀도로 형성할 수 있고, 엑시머 레이저를 사용한 경우에는 복수(다수)의 관통구멍을 동시에 일괄 형성을 할 수 있으므로 가공시간의 단축을 도모할 수 있다. 또, 레이저 에너지량, 조사 회수를 컨트롤함으로써 고분자 물질의 콜로이드 용액 또는 고분자 물질의 용액을 도포하지 않는 경우에 비해 절반 정도의 에너지량으로 가공을 행할 수 있어, 경제적이다.

또한, 레이저에 의한 가공후에, 도포된 고분자 물질의 콜로이드 용액, 또는, 고분자 물질의 용액을 분산매, 또는, 용매에 의해 세정하여 여과, 농축, 회수 등을 행함으로써 분산질, 용질, 분산매, 용매의 재이용이 가능하게 된다. 폐기물을 최대한 발생하지 않고 레이저 가공이 가능하게 되고, 그 때 환경을 배려한 제품제조가 가능하다.

또한, 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 또는, 폴리올(내지 폴리올의 수용액)은 액상이기 때문에, 가공대상물의 출사면측의 여러 형상에 대응할 수 있으므로 설계 자유도가 높고, 또한 도포에 의한 접촉에 의하면, 또한 설계 자유도가 높아진다.

본 발명은 가공 대상으로서 투명·불투명을 막론하고, 각종 수지 소재, 금속층을 구비한 각종 적층재료, 또는, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 소재 등, 재료를 막론하고 널리 응용할 수 있다.

또한 상기와 같은 검토의 응용으로서, 상기한 바와 같이 미리 검토함으로써, 직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 구멍뚫기 가공품에 있어서, 각각의 구멍의 2개의 면에서의 직경의 비가 100:75와 75:100 사이(경계값 포함함)가 되는 조건으로 구멍뚫기 가공을 행하는 것이 가능하게 되고, 이 때 구멍 사이의 피치를 보다 좁게 할 수 있게 되고, 그 결과, 개공율의 향상, 예를 들면, 개공율 50% 이상이 가능하게 된다.

본 발명의 관통구멍 형성 방법에 의하면, 관통구멍의 출사면측에 형성되는 구멍 직경을 임의로 확대 또는 축소함으로써 관통구멍의 형상을 테이퍼 형상, 스트레이트 형상, 역테이퍼 형상으로 조정하는 것이, 또, 관통구멍을 고밀도로 가공할 수 있으므로, 경량화 또는 수지에 대하여 물방울을 통과시키지 않지만 수증기를 통과시키는 등의 독자적인 기능성을 부여하거나, 또는, 일견, 구멍이 뚫려 있지 않아 보이지만 이면에서 광을 쪼여 실루엣을 떠오르게 하는 것이 가능한 독특한 장식성을 부여시키는 것과 같은 가공이 가능하게 되는 등, 가정용 제품부터 공업용 제품 등 모든 방면에서 응용이 가능하다.

1a 공진 미러(전체반사경)
1b 공진 미러(부분반사경)
2 Q 스위치
3 비선형 광학 소자
4 제어 장치
5 레이저광 주사 장치(갈바노 주사경)
6 집광렌즈
7 렌즈 보호커버
8 가공대상물
9 고정 스테이지
10 자외 레이저광
11 입사면
12 출사면
13 고분자 물질의 콜로이드 용액
14 고분자 물질의 용액
15 폴리올
LP 레이저 가공 장치
LS 자외 레이저 광원
LM 고체 레이저 매질

Claims

레이저 가공 장치로부터 가공대상물에 레이저광을 조사하여 상기 가공대상물의 일부를 승화시킴으로써 상기 가공대상물에 관통구멍을 형성하는, 레이저 어블레이션법에 의한 관통구멍 형성 방법에 있어서, 레이저광에 대하여 상기 가공대상물의 출사면에 고분자 물질의 콜로이드 용액, 고분자 물질의 용액, 및, 폴리올 중 어느 하나 이상을 접촉시킨 상태에서 상기 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저광이 자외광인 것을 특징으로 하는 레이저광에 의한 관통구멍 형성 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 레이저광이 고체 레이저의 제 3 고조파, 제 4 고조파, 및, 제 5 고조파 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저광이 Q 스위치 펄스 발진의 YAG 레이저, Q 스위치 펄스 발진의 YLF 레이저, 및, Q 스위치 펄스 발진의 YVO₄ 레이저 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 레이저광이 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 관통구멍 형성 방법에 의해 관통구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 가공품.
직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 관통구멍 형성 가공품에 있어서, 구멍뚫기 가공부의 크기가 각 변 0.3mm의 정방형보다 크고, 또한, 그 구멍뚫기 가공부의 개공율이 35% 이상인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 가공품.
직경이 100㎛ 이하의 관통구멍이 다수 설치된 관통구멍 형성 가공품에 있어서, 각각의 구멍의 2개의 면에서의 직경의 비가 100:75와 75:100 사이인 것을 특징으로 하는 관통구멍 형성 가공품.