JP2000141071A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工方法及びレーザ加工装置Info
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- JP2000141071A JP2000141071A JP10316182A JP31618298A JP2000141071A JP 2000141071 A JP2000141071 A JP 2000141071A JP 10316182 A JP10316182 A JP 10316182A JP 31618298 A JP31618298 A JP 31618298A JP 2000141071 A JP2000141071 A JP 2000141071A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加工寸法精度が高く、マイクロクラックの発
生が少なく、高速加工が可能であり、異形状の被加工物
の加工が容易であるレーザ加工方法及びレーザ加工装置
を提供する。 【解決手段】 略平行なレーザビーム３−１が集光レン
ズ４で集光され、その集光されたレーザビーム３−２が
透明な円柱ロッド（あるいは円管）９を通ることにより
線状光線１０となるので、被加工物１における照射部の
幅が小さくなる。その結果、加工寸法精度が高くなる。
被加工物１に線状光線１０が照射されると、局所的な熱
エネルギーの照射がなくなるのでマイクロクラックの発
生が少なくなる。照射される光線が線状のため、線状光
線１０の延長方向に相対移動させることにより、スポッ
ト状の光線と比べて高速加工が可能となる。光線が線状
のため、異形状の被加工物の加工が容易となる。
生が少なく、高速加工が可能であり、異形状の被加工物
の加工が容易であるレーザ加工方法及びレーザ加工装置
を提供する。 【解決手段】 略平行なレーザビーム３−１が集光レン
ズ４で集光され、その集光されたレーザビーム３−２が
透明な円柱ロッド（あるいは円管）９を通ることにより
線状光線１０となるので、被加工物１における照射部の
幅が小さくなる。その結果、加工寸法精度が高くなる。
被加工物１に線状光線１０が照射されると、局所的な熱
エネルギーの照射がなくなるのでマイクロクラックの発
生が少なくなる。照射される光線が線状のため、線状光
線１０の延長方向に相対移動させることにより、スポッ
ト状の光線と比べて高速加工が可能となる。光線が線状
のため、異形状の被加工物の加工が容易となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法及
びレーザ加工装置に関する。
びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＯ2 レーザやＹＡＧレーザ、あ
るいはエキシマレーザを用いて金属材料や非金属材料を
切断したり、溝や穴を形成したり、溶接したり、さらに
は材料表面改質を行ったりする技術が徐々に実用化され
るようになってきた。
るいはエキシマレーザを用いて金属材料や非金属材料を
切断したり、溝や穴を形成したり、溶接したり、さらに
は材料表面改質を行ったりする技術が徐々に実用化され
るようになってきた。
【０００３】図９及び図１０は従来のレーザ加工方法の
概念図である。
概念図である。
【０００４】図９に示す加工方法は、基板（金属あるい
は非金属材料基板）１にＣＯ2 レーザビーム３−１を照
射して基板１を切断するものである。すなわち、ＣＯ2
レーザビーム３−１を集光レンズ４で集光し、その集光
した細径のスポット径を有するレーザビーム３−１を、
矢印２方向に移動する基板１の表面に照射して切断溝５
を形成しながら基板１を二つに分断する方法であり、い
わゆる蒸発切断法である。
は非金属材料基板）１にＣＯ2 レーザビーム３−１を照
射して基板１を切断するものである。すなわち、ＣＯ2
レーザビーム３−１を集光レンズ４で集光し、その集光
した細径のスポット径を有するレーザビーム３−１を、
矢印２方向に移動する基板１の表面に照射して切断溝５
を形成しながら基板１を二つに分断する方法であり、い
わゆる蒸発切断法である。
【０００５】この方法では集光したレーザビーム３−１
は基板１の表面に１００μｍ前後のビームスポット径で
焦点を結ぶように照射され、基板１の表面からレーザビ
ーム３−１の熱エネルギーによって材料を蒸発させなが
ら切断溝５が形成される。
は基板１の表面に１００μｍ前後のビームスポット径で
焦点を結ぶように照射され、基板１の表面からレーザビ
ーム３−１の熱エネルギーによって材料を蒸発させなが
ら切断溝５が形成される。
【０００６】図１０に示す加工方法は、移動する基板１
の表面に５００μｍ以上のビームスポット径を有するＣ
Ｏ2 レーザ発振器のレーザビーム３−１を照射して基板
１に熱応力による亀裂６を発生させ、その亀裂６をレー
ザビーム３−１の照射軌跡に沿って進展させることによ
り基板１を二つに分断する、いわゆる割断による分断方
法である。
の表面に５００μｍ以上のビームスポット径を有するＣ
Ｏ2 レーザ発振器のレーザビーム３−１を照射して基板
１に熱応力による亀裂６を発生させ、その亀裂６をレー
ザビーム３−１の照射軌跡に沿って進展させることによ
り基板１を二つに分断する、いわゆる割断による分断方
法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図９及び図
１０に示した従来のレーザ加工方法は、ドライでクリー
ンなプロセスであるという利点がある反面、以下のよう
な問題点がある。
１０に示した従来のレーザ加工方法は、ドライでクリー
ンなプロセスであるという利点がある反面、以下のよう
な問題点がある。
【０００８】(1) 照射するレーザビーム３−１は、円形
のスポット径（０．１ｍｍφ〜３ｍｍφ）か、長軸と短
軸との比が２．０対１．０程度の楕円形（短軸：０．１
ｍｍφ程度）であるため、切断あるいは割断の加工寸法
精度は上記数値よりも低く抑えることが困難である。
のスポット径（０．１ｍｍφ〜３ｍｍφ）か、長軸と短
軸との比が２．０対１．０程度の楕円形（短軸：０．１
ｍｍφ程度）であるため、切断あるいは割断の加工寸法
精度は上記数値よりも低く抑えることが困難である。
【０００９】切断の場合には、少なくとも０．１ｍｍの
切り代幅と少なくとも０．１ｍｍの加工寸法精度を免れ
ない。また、割断の場合には、材料が溶融せず、かつ所
望の熱応力分布をもたせるため、スポット径を少なくと
も０．５ｍｍφよりも大きくしなければならないので、
その分だけ割断加工寸法精度も劣化してしまう。
切り代幅と少なくとも０．１ｍｍの加工寸法精度を免れ
ない。また、割断の場合には、材料が溶融せず、かつ所
望の熱応力分布をもたせるため、スポット径を少なくと
も０．５ｍｍφよりも大きくしなければならないので、
その分だけ割断加工寸法精度も劣化してしまう。
【００１０】(2) 局所的に熱エネルギーが加えられるの
で、切断あるいは割断した面やエッジに熱歪によるマイ
クロクラックが発生しやすい。特に、高熱膨張率のガラ
ス基板やガラスやガラス成型品を加工する際にはマイク
ロクラックが発生しやすい。さらに加工速度を上げよう
としてレーザビームのパワーを高めていくと、熱歪によ
るマイクロクラックの発生が顕著になる。
で、切断あるいは割断した面やエッジに熱歪によるマイ
クロクラックが発生しやすい。特に、高熱膨張率のガラ
ス基板やガラスやガラス成型品を加工する際にはマイク
ロクラックが発生しやすい。さらに加工速度を上げよう
としてレーザビームのパワーを高めていくと、熱歪によ
るマイクロクラックの発生が顕著になる。
【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、加工寸法精度が高く、マイクロクラックの発生が少
なく、高速加工が可能であり、異形状の被加工物の加工
が容易であるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供
することにある。
し、加工寸法精度が高く、マイクロクラックの発生が少
なく、高速加工が可能であり、異形状の被加工物の加工
が容易であるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のレーザ加工方法は、略平行なレーザビームを
集光レンズで集光し透明な円柱ロッドに導き、円柱ロッ
ドと交差するように通過させて幅Ｗ長さＬの線状光線と
し、線状光線を被加工物に照射しつつ、被加工物かある
いは線状光線のいずれか一方を線状光線の延長方向に相
対移動させて加工するものである。
に本発明のレーザ加工方法は、略平行なレーザビームを
集光レンズで集光し透明な円柱ロッドに導き、円柱ロッ
ドと交差するように通過させて幅Ｗ長さＬの線状光線と
し、線状光線を被加工物に照射しつつ、被加工物かある
いは線状光線のいずれか一方を線状光線の延長方向に相
対移動させて加工するものである。
【００１３】本発明のレーザ加工方法は、略平行なレー
ザビームを集光レンズで集光して透明な円管に導き、円
管と交差するように通過させて幅Ｗ長さＬの線状光線と
し、線状光線を被加工物に照射しつつ、被加工物かある
いは線状光線のいずれか一方を線状光線の延長方向に相
対移動させて加工するものである。
ザビームを集光レンズで集光して透明な円管に導き、円
管と交差するように通過させて幅Ｗ長さＬの線状光線と
し、線状光線を被加工物に照射しつつ、被加工物かある
いは線状光線のいずれか一方を線状光線の延長方向に相
対移動させて加工するものである。
【００１４】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、レーザとして、Ｃ０2 レーザ、Ｃ０レーザ、ＹＡＧ
レーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、あるいはＨｅ
−Ｃｄレーザのいずれかを用いるのが好ましい。
は、レーザとして、Ｃ０2 レーザ、Ｃ０レーザ、ＹＡＧ
レーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、あるいはＨｅ
−Ｃｄレーザのいずれかを用いるのが好ましい。
【００１５】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物として、非金属材料、金属材料、あるいは
結晶材料のいずれかを用いるのが好ましい。
は、被加工物として、非金属材料、金属材料、あるいは
結晶材料のいずれかを用いるのが好ましい。
【００１６】上記構成に加え本発明のレーザを用いた加
工方法は、被加工物に線状光線を照射して蒸発切断する
か、熱応力によって亀裂を発生させ、その亀裂を進展さ
せることにより割る割断切断するか、溝を形成するか、
あるいは溶接するものである。
工方法は、被加工物に線状光線を照射して蒸発切断する
か、熱応力によって亀裂を発生させ、その亀裂を進展さ
せることにより割る割断切断するか、溝を形成するか、
あるいは溶接するものである。
【００１７】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、線状光線の幅Ｗ及び長さＬを調節する方法として、
円柱ロッドあるいは円管と被加工物との間隔Ｓか、集光
レンズと円柱ロッドあるいは円管との間隔Ｆか、円柱ロ
ッドあるいは円管の径Ｄを変えるのが好ましい。
は、線状光線の幅Ｗ及び長さＬを調節する方法として、
円柱ロッドあるいは円管と被加工物との間隔Ｓか、集光
レンズと円柱ロッドあるいは円管との間隔Ｆか、円柱ロ
ッドあるいは円管の径Ｄを変えるのが好ましい。
【００１８】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、線状光線の線長Ｌを、被加工物の蒸発切断線あるい
は割断切断線に沿って照射し、被加工物を蒸発切断線あ
るいは割断切断線の長手方向に移動することにより切断
加工するのが好ましい。
は、線状光線の線長Ｌを、被加工物の蒸発切断線あるい
は割断切断線に沿って照射し、被加工物を蒸発切断線あ
るいは割断切断線の長手方向に移動することにより切断
加工するのが好ましい。
【００１９】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物を保持すると共に、線上光線の線長Ｌを被
加工物の蒸発切断あるいは割断切断サイズ以上の大きさ
で照射して蒸発切断するか、あるいは割断切断するのが
好ましい。
は、被加工物を保持すると共に、線上光線の線長Ｌを被
加工物の蒸発切断あるいは割断切断サイズ以上の大きさ
で照射して蒸発切断するか、あるいは割断切断するのが
好ましい。
【００２０】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物に予めけがき線を形成しておき、線上光線
をけがき線上に沿って照射することにより蒸発切断する
か、あるいは割断切断するのが好ましい。
は、被加工物に予めけがき線を形成しておき、線上光線
をけがき線上に沿って照射することにより蒸発切断する
か、あるいは割断切断するのが好ましい。
【００２１】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物の形状として、平板状か、表面が曲線状
か、あるいは凹凸状に変形したものを用いて加工しても
よい。
は、被加工物の形状として、平板状か、表面が曲線状
か、あるいは凹凸状に変形したものを用いて加工しても
よい。
【００２２】上記構成に加え本発明のレーザを用いた加
工方法は、線状光線の照射方向に沿ってアシストガスを
流して被加工物を加工するのが好ましい。
工方法は、線状光線の照射方向に沿ってアシストガスを
流して被加工物を加工するのが好ましい。
【００２３】本発明のレーザ加工装置は、略平行なレー
ザビームを出射するレーザ発振器と、レーザビームを集
光する集光レンズと、透明な円柱ロッドあるいは円管か
らなり集光したレーザビームを線状光線に変換する変換
手段と、線状光線が被加工物に照射されるように被加工
物かあるいは線状光線のいずれか一方を線状光線の延長
方向に相対移動させる相対移動手段とを備えたものであ
る。
ザビームを出射するレーザ発振器と、レーザビームを集
光する集光レンズと、透明な円柱ロッドあるいは円管か
らなり集光したレーザビームを線状光線に変換する変換
手段と、線状光線が被加工物に照射されるように被加工
物かあるいは線状光線のいずれか一方を線状光線の延長
方向に相対移動させる相対移動手段とを備えたものであ
る。
【００２４】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、レーザ発振器として、Ｃ０2 レーザ、Ｃ０レーザ、
ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、あるい
はＨｅ−Ｃｄレーザのいずれかを用いるのが好ましい。
は、レーザ発振器として、Ｃ０2 レーザ、Ｃ０レーザ、
ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、あるい
はＨｅ−Ｃｄレーザのいずれかを用いるのが好ましい。
【００２５】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置の
レーザ発振器は、被加工物を蒸発切断、割断切断、溝形
成あるいは溶接できるようにパワーを調整することがで
きるのが好ましい。
レーザ発振器は、被加工物を蒸発切断、割断切断、溝形
成あるいは溶接できるようにパワーを調整することがで
きるのが好ましい。
【００２６】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、円柱ロッドあるいは円管と被加工物との間隔Ｓか、
集光レンズと円柱ロッドあるいは円管との間隔Ｆを調節
できる調節機構を有するのが好ましい。
は、円柱ロッドあるいは円管と被加工物との間隔Ｓか、
集光レンズと円柱ロッドあるいは円管との間隔Ｆを調節
できる調節機構を有するのが好ましい。
【００２７】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、相対移動手段が、被加工物を線状光線に沿って移動
させるステージであってもよい。
は、相対移動手段が、被加工物を線状光線に沿って移動
させるステージであってもよい。
【００２８】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、線状光線上に予めけがき線を形成するけがき線形成
機構を有するのが好ましい。
は、線状光線上に予めけがき線を形成するけがき線形成
機構を有するのが好ましい。
【００２９】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、線状光線の照射方向に沿ってアシストガスを噴出す
る噴出機構を有するのが好ましい。
は、線状光線の照射方向に沿ってアシストガスを噴出す
る噴出機構を有するのが好ましい。
【００３０】本発明によれば、集光レンズで集光された
レーザビームが透明な円柱ロッドあるいは円管を通るこ
とにより線状光線となるので、被加工物における照射部
の幅が小さくなる。その結果、加工寸法精度が高くな
る。被加工物に線状光線が照射されると、局所的な熱エ
ネルギーの照射がなくなるのでマイクロクラックの発生
が少なくなる。照射される光線が線状のため、線状光線
の延長方向に相対移動させることにより、スポット状の
光線と比べて高速加工が可能となる。光線が線状のた
め、異形状の被加工物の加工が容易となる。
レーザビームが透明な円柱ロッドあるいは円管を通るこ
とにより線状光線となるので、被加工物における照射部
の幅が小さくなる。その結果、加工寸法精度が高くな
る。被加工物に線状光線が照射されると、局所的な熱エ
ネルギーの照射がなくなるのでマイクロクラックの発生
が少なくなる。照射される光線が線状のため、線状光線
の延長方向に相対移動させることにより、スポット状の
光線と比べて高速加工が可能となる。光線が線状のた
め、異形状の被加工物の加工が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００３２】図１は本発明のレーザ加工方法を適用した
加工装置の概念図である。
加工装置の概念図である。
【００３３】レーザとしてＣＯ2 レーザを用いた場合で
説明するが、ＣＯ2 レーザの他、ＣＯレーザ、ＹＡＧレ
ーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレー
ザ等を用いることができる。
説明するが、ＣＯ2 レーザの他、ＣＯレーザ、ＹＡＧレ
ーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレー
ザ等を用いることができる。
【００３４】ＣＯ2 レーザ発振器７から出射された略平
行なレーザビーム３−１は全反射ミラー８で直角に曲げ
られて集光レンズ４に案内される。この集光レンズ４で
レーザビーム３−１は集光され、透明な円柱ロッド９に
集められる（本発明の特徴はこの円柱ロッド９を用いた
点にある）。この円柱ロッド９は、ＺｎＳｅ、Ｇｅ等の
ＣＯ2 レーザビーム３−１を透過させる材料で構成され
る。
行なレーザビーム３−１は全反射ミラー８で直角に曲げ
られて集光レンズ４に案内される。この集光レンズ４で
レーザビーム３−１は集光され、透明な円柱ロッド９に
集められる（本発明の特徴はこの円柱ロッド９を用いた
点にある）。この円柱ロッド９は、ＺｎＳｅ、Ｇｅ等の
ＣＯ2 レーザビーム３−１を透過させる材料で構成され
る。
【００３５】円柱ロッド９に集められたレーザビーム３
−２は、この円柱ロッド９でスポット径ｄから幅Ｗ、長
さＬの線状光線１０に変換される。すなわち、Ｚ軸方向
（紙面に垂直な方向）に線状の光線１０を形成する。こ
の線状光線１０の幅Ｗはスポット径ｄよりも十分に小さ
い値であり、長さＬもスポット径ｄの１桁以上大きい値
にすることができる。
−２は、この円柱ロッド９でスポット径ｄから幅Ｗ、長
さＬの線状光線１０に変換される。すなわち、Ｚ軸方向
（紙面に垂直な方向）に線状の光線１０を形成する。こ
の線状光線１０の幅Ｗはスポット径ｄよりも十分に小さ
い値であり、長さＬもスポット径ｄの１桁以上大きい値
にすることができる。
【００３６】このような線状光線１０を基板１上に照射
すると、加工寸法精度を向上させることができ、エネル
ギー密度が長さＬに広げられて薄くなるので、熱歪によ
るマイクロクラックの発生を抑圧することができ、さら
にＣＯ2 レーザ発振器７のＣＯ2 レーザビームのパワー
を高くすることにより、高速の加工をマイクロクラック
無しで実現することができる。また、表面が平坦な基板
以外に、表面に凹凸や丸みのある被加工物も容易に加工
することができる。
すると、加工寸法精度を向上させることができ、エネル
ギー密度が長さＬに広げられて薄くなるので、熱歪によ
るマイクロクラックの発生を抑圧することができ、さら
にＣＯ2 レーザ発振器７のＣＯ2 レーザビームのパワー
を高くすることにより、高速の加工をマイクロクラック
無しで実現することができる。また、表面が平坦な基板
以外に、表面に凹凸や丸みのある被加工物も容易に加工
することができる。
【００３７】図２（ａ）は基板上に線状光線を照射する
ための光学系の正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）
の右側面図であり、図２（ｃ）は線状光線が照射された
基板の平面図である。
ための光学系の正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）
の右側面図であり、図２（ｃ）は線状光線が照射された
基板の平面図である。
【００３８】線状光線１０の線幅Ｗ、線の長さＬは円柱
ロッド９の直径Ｄφ、集光レンズ４と円柱ロッド９との
間隔Ｆ（すなわち、円柱ロッド９に集光されるＣＯ2 レ
ーザ発振器のレーザビーム３−２のスポット径ｄに依存
する）、円柱ロッド９と基板１との間隔Ｓによって制御
することができる。
ロッド９の直径Ｄφ、集光レンズ４と円柱ロッド９との
間隔Ｆ（すなわち、円柱ロッド９に集光されるＣＯ2 レ
ーザ発振器のレーザビーム３−２のスポット径ｄに依存
する）、円柱ロッド９と基板１との間隔Ｓによって制御
することができる。
【００３９】図３は図２に示した線状光線の線の長さＬ
と間隔Ｓとの関係を示す図であり、横軸が間隔Ｓであ
り、縦軸が線の長さＬである。
と間隔Ｓとの関係を示す図であり、横軸が間隔Ｓであ
り、縦軸が線の長さＬである。
【００４０】この特性は、間隔Ｓと線長Ｌとの関係を円
柱ロッド９の直径Ｄをパラメータにして求めた結果であ
る。なお、この特性は、ＣＯ2 レーザビーム３−２の円
柱ロッド９の表面でのビームスポット径が約０．２ｍｍ
φの結果である。
柱ロッド９の直径Ｄをパラメータにして求めた結果であ
る。なお、この特性は、ＣＯ2 レーザビーム３−２の円
柱ロッド９の表面でのビームスポット径が約０．２ｍｍ
φの結果である。
【００４１】図３より、線状光線１０の線長Ｌは間隔Ｓ
を大きくすることができ、また、円柱ロッド９の直径Ｄ
を小さくすることによっても大きくすることができる。
なお、図３における線状光線１０の線幅Ｗは０．０７ｍ
ｍ以下であった。すなわち、ＣＯ2 レーザビーム３−２
のスポット径ｄ（約０．２ｍｍφ）の約１／３の値にな
った。線長Ｌをさらに大きくするには集光レンズ４と円
柱ロッド９との間隔Ｆを広げればよい。線長Ｌを１００
ｍｍ以上にすることは容易であり、例えば基板１のサイ
ズをカバーするだけの線長Ｌに設定しておけば、基板１
を図９や図１０に示したように矢印２方向に移動するこ
となく加工することができる。
を大きくすることができ、また、円柱ロッド９の直径Ｄ
を小さくすることによっても大きくすることができる。
なお、図３における線状光線１０の線幅Ｗは０．０７ｍ
ｍ以下であった。すなわち、ＣＯ2 レーザビーム３−２
のスポット径ｄ（約０．２ｍｍφ）の約１／３の値にな
った。線長Ｌをさらに大きくするには集光レンズ４と円
柱ロッド９との間隔Ｆを広げればよい。線長Ｌを１００
ｍｍ以上にすることは容易であり、例えば基板１のサイ
ズをカバーするだけの線長Ｌに設定しておけば、基板１
を図９や図１０に示したように矢印２方向に移動するこ
となく加工することができる。
【００４２】図４（ａ）は線状光線を被加工物に照射す
るための光学系の側面図であり、図４（ｂ）は線状光線
が照射された被加工物の平面図である。
るための光学系の側面図であり、図４（ｂ）は線状光線
が照射された被加工物の平面図である。
【００４３】略平行なレーザビーム３−１が集光レンズ
４で集光された後円柱ロッド９で線状光線１０に変換さ
れている。線状光線の幅が被加工物１の幅より大きけれ
ば線状光源を移動させることなく照射することができ
る。
４で集光された後円柱ロッド９で線状光線１０に変換さ
れている。線状光線の幅が被加工物１の幅より大きけれ
ば線状光源を移動させることなく照射することができ
る。
【００４４】図５は本発明のレーザ加工方法を適用した
レーザ加工装置の概念図である。
レーザ加工装置の概念図である。
【００４５】この加工装置は、略平行なレーザビーム３
−１を出射するレーザ発振器７と、レーザビーム３−１
を集光する集光レンズ４と、集光したレーザビームを線
状光線１０に変換する変換手段としての円柱ロッド９
と、線状光線１０が被加工物としての基板１に照射され
るように基板１を線状光線１０の延長方向に相対移動さ
せる相対移動手段としてのＸＹＺ（あるいはＸＹＺθ）
移動ステージ１１とで構成されている。
−１を出射するレーザ発振器７と、レーザビーム３−１
を集光する集光レンズ４と、集光したレーザビームを線
状光線１０に変換する変換手段としての円柱ロッド９
と、線状光線１０が被加工物としての基板１に照射され
るように基板１を線状光線１０の延長方向に相対移動さ
せる相対移動手段としてのＸＹＺ（あるいはＸＹＺθ）
移動ステージ１１とで構成されている。
【００４６】すなわち、この加工装置は、基板１（ガラ
ス基板、セラミック基板、サファイアや水晶やＬｉＮｂ
Ｏ3 等の結晶基板、絶縁膜付きのＳｉ基板等を用いるこ
とができる）をＸＹＺ移動ステージ１１上に固定し、基
板１を矢印２方向に移動しながら基板１を切断したり、
割断したりする装置である。なお、この装置は基板１に
金属材料やプラスチック材料を用いて基板切断加工用に
適用することもできる。
ス基板、セラミック基板、サファイアや水晶やＬｉＮｂ
Ｏ3 等の結晶基板、絶縁膜付きのＳｉ基板等を用いるこ
とができる）をＸＹＺ移動ステージ１１上に固定し、基
板１を矢印２方向に移動しながら基板１を切断したり、
割断したりする装置である。なお、この装置は基板１に
金属材料やプラスチック材料を用いて基板切断加工用に
適用することもできる。
【００４７】図６は本発明のレーザ加工方法の他の実施
の形態を示す概念図である。
の形態を示す概念図である。
【００４８】この加工方法は、基板１の一方の端面付近
に予めけがき線１２を形成しておき、そのけがき線上に
線状光線１０を照射して亀裂６を発生させて分断する方
法である。
に予めけがき線１２を形成しておき、そのけがき線上に
線状光線１０を照射して亀裂６を発生させて分断する方
法である。
【００４９】けがき線１２は、基板１の一方の端面付近
以外に、基板１の一端から他端にわたって形成してもよ
い。また、この加工方法では蒸発切断、割断切断のいず
れにも適用することができる。
以外に、基板１の一端から他端にわたって形成してもよ
い。また、この加工方法では蒸発切断、割断切断のいず
れにも適用することができる。
【００５０】図７（ａ）は本発明のレーザ加工方法の他
の実施の形態を示す概念図であり、図７（ｂ）は図７
（ａ）に示した被加工物の平面図であり、図７（ｃ）は
図７（ａ）に示した被加工物の側面図である。
の実施の形態を示す概念図であり、図７（ｂ）は図７
（ａ）に示した被加工物の平面図であり、図７（ｃ）は
図７（ａ）に示した被加工物の側面図である。
【００５１】この加工方法は、被加工物としての湾曲板
１３に線状光線１０を照射することによって蒸発切断し
たり、割断により分断したりする方法である。このよう
に被加工物の表面が平坦でなくても線状光線の長さ方向
の光エネルギー分布は略一様であるので、容易に加工を
行うことができる。
１３に線状光線１０を照射することによって蒸発切断し
たり、割断により分断したりする方法である。このよう
に被加工物の表面が平坦でなくても線状光線の長さ方向
の光エネルギー分布は略一様であるので、容易に加工を
行うことができる。
【００５２】本発明は上述した実施の形態には限定され
ない。
ない。
【００５３】(a) レーザの種類として、ＣＯ2 レーザや
ＣＯレーザを用いれば、非金属材料、磁性材料、金属材
料、結晶材料等を切断したり、割断したり、溝を形成し
たり、あるいは金属材料同士を溶接したりすることがで
きる。
ＣＯレーザを用いれば、非金属材料、磁性材料、金属材
料、結晶材料等を切断したり、割断したり、溝を形成し
たり、あるいは金属材料同士を溶接したりすることがで
きる。
【００５４】(b) ＹＡＧレーザを用いれば、ＳｉやＧａ
Ａｓ等の半導体材料を切断したり、溝を形成したり、割
断したりすることができる。エキシマレーザを用いれ
ば、高分子材料を切断したり、溝を形成したりするのが
容易になる。
Ａｓ等の半導体材料を切断したり、溝を形成したり、割
断したりすることができる。エキシマレーザを用いれ
ば、高分子材料を切断したり、溝を形成したりするのが
容易になる。
【００５５】(c) 円柱ロッドの代わりに円管を用いても
線状光線を照射することができる。
線状光線を照射することができる。
【００５６】(d) 線状光線を被加工物に照射して加工す
る際には基板表面にアシストガス（空気、窒素、酸素、
アルゴンあるいはこれらの混合ガス）を流すことによ
り、クリーンでドライなプロセスで加工を行うことがで
き、被加工物に蒸発物やゴミが付着することがない。
る際には基板表面にアシストガス（空気、窒素、酸素、
アルゴンあるいはこれらの混合ガス）を流すことによ
り、クリーンでドライなプロセスで加工を行うことがで
き、被加工物に蒸発物やゴミが付着することがない。
【００５７】(e) 加工の際に被加工物をボックスで囲
い、ボックス内を強制排気することにより、被加工物へ
のゴミの付着を防止することができる。
い、ボックス内を強制排気することにより、被加工物へ
のゴミの付着を防止することができる。
【００５８】(f) 基板の裏面の線状光線の下部を強制冷
却するようにすれば、より高寸法精度、より高速で加工
を行うことができる。
却するようにすれば、より高寸法精度、より高速で加工
を行うことができる。
【００５９】(g) ＣＯ2 レーザビームに波長０．６μｍ
帯の赤色レーザビームを重畳させて線状光線に赤色レー
ザの線状光線を重畳させておけば、加工位置の認識が容
易となる。なお、赤色レーザビームは加工前に照射する
だけにして加工位置を認識した後は照射を停止し、加工
用線状光線のみを被加工物に照射して加工するようにし
てもよい。
帯の赤色レーザビームを重畳させて線状光線に赤色レー
ザの線状光線を重畳させておけば、加工位置の認識が容
易となる。なお、赤色レーザビームは加工前に照射する
だけにして加工位置を認識した後は照射を停止し、加工
用線状光線のみを被加工物に照射して加工するようにし
てもよい。
【００６０】(h) 図８は本発明のレーザ加工方法の他の
実施の形態を示す概念図である。
実施の形態を示す概念図である。
【００６１】図１に示した実施の形態との相違点は、線
状光線の照射方向に沿ってアシストガスを流して被加工
物を加工する点である。
状光線の照射方向に沿ってアシストガスを流して被加工
物を加工する点である。
【００６２】図８に示すように、円柱ロッド９を上下
（矢印１５方向）に移動できる移動機構（図示せず）を
加工装置に設け、線状光線１０の線長Ｌ及び線幅Ｗを自
由に調節できるようにしてもよい。すなわち、間隔下を
大きくすれば線幅Ｗを広げかつ線長Ｌを大きくでき、よ
り高速で割断することができる。この場合にはアシスト
ガス１４−１、１４−２は線状光線１０の伝搬方向に沿
って流すようにして、円柱ロッド９へのパーティクルの
付着防止を図ると共に、被加工物１へのパーティクルの
付着防止と熱歪によるクラック発生の抑圧を図ることが
できる。
（矢印１５方向）に移動できる移動機構（図示せず）を
加工装置に設け、線状光線１０の線長Ｌ及び線幅Ｗを自
由に調節できるようにしてもよい。すなわち、間隔下を
大きくすれば線幅Ｗを広げかつ線長Ｌを大きくでき、よ
り高速で割断することができる。この場合にはアシスト
ガス１４−１、１４−２は線状光線１０の伝搬方向に沿
って流すようにして、円柱ロッド９へのパーティクルの
付着防止を図ると共に、被加工物１へのパーティクルの
付着防止と熱歪によるクラック発生の抑圧を図ることが
できる。
【００６３】(i) 図５に示すステージ１１のＹ方向を調
節することにより、円柱ロッド９と被加工物１との間隔
Ｓを変え、線状光線の長さＬを調整するようにしてもよ
い。このようにすれば、被加工物１のサイズが大幅に変
わっても線長Ｌを調整するだけで、ステージの移動量の
仕様を変えなくても対応することができる。
節することにより、円柱ロッド９と被加工物１との間隔
Ｓを変え、線状光線の長さＬを調整するようにしてもよ
い。このようにすれば、被加工物１のサイズが大幅に変
わっても線長Ｌを調整するだけで、ステージの移動量の
仕様を変えなくても対応することができる。
【００６４】すなわち、ステージの移動量が少ないの
で、その分だけ高機械精度のステージを製作することが
できる。またトータルコストも低く抑えることができ
る。
で、その分だけ高機械精度のステージを製作することが
できる。またトータルコストも低く抑えることができ
る。
【００６５】(j) 図１に示した構成において、全反射ミ
ラー８は用いないで線状のレーザ光線をＣＯ2 レーザビ
ーム３−１と平行になるようにしてもよい。また逆にＣ
Ｏ2 レーザ発振器７をＹ方向に縦に設置し、このＣＯ2
レーザ発振器７と全反射ミラー８との間にさらに全反射
ミラーを設けることにより、設置スペースを有効に利用
するようにしてもよい。
ラー８は用いないで線状のレーザ光線をＣＯ2 レーザビ
ーム３−１と平行になるようにしてもよい。また逆にＣ
Ｏ2 レーザ発振器７をＹ方向に縦に設置し、このＣＯ2
レーザ発振器７と全反射ミラー８との間にさらに全反射
ミラーを設けることにより、設置スペースを有効に利用
するようにしてもよい。
【００６６】以上において、本レーザ加工方法及びレー
ザ加工装置によれば、(1) レーザビームの細い線幅で長
い線状のレーザ光線に変換し、この線状光線を被加工物
に照射することによって、蒸発切断の切り代幅を大幅に
小さくすることができると共に、その加工寸法精度も向
上させることができる。また、熱応力による亀裂を発生
させ、それを進展させて割断する方法においても加工寸
法精度を大幅に向上させることができる。
ザ加工装置によれば、(1) レーザビームの細い線幅で長
い線状のレーザ光線に変換し、この線状光線を被加工物
に照射することによって、蒸発切断の切り代幅を大幅に
小さくすることができると共に、その加工寸法精度も向
上させることができる。また、熱応力による亀裂を発生
させ、それを進展させて割断する方法においても加工寸
法精度を大幅に向上させることができる。
【００６７】(2) 熱エネルギーが一点に集中せず、線状
に分布するので、熱歪によるマイクロクラックの発生を
抑えることができる。
に分布するので、熱歪によるマイクロクラックの発生を
抑えることができる。
【００６８】(3) 高速で加工することができる。
【００６９】(4) 被加工物の移動量がわずかで済むため
に、被加工物を固定、搭載して移動させるステージの精
度を上げることができ、かつ低コストで実現することが
できる。
に、被加工物を固定、搭載して移動させるステージの精
度を上げることができ、かつ低コストで実現することが
できる。
【００７０】(5) 異形状の被加工物を容易に加工するこ
とができる。
とができる。
【００７１】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００７２】加工寸法精度が高く、マイクロクラックの
発生が少なく、高速加工が可能であり、異形状の被加工
物の加工が容易であるレーザ加工方法及びレーザ加工装
置の提供を実現することができる。
発生が少なく、高速加工が可能であり、異形状の被加工
物の加工が容易であるレーザ加工方法及びレーザ加工装
置の提供を実現することができる。
【図１】本発明のレーザ加工方法を適用した加工装置の
概念図である。
概念図である。
【図２】（ａ）は基板上に線状光線を照射するための光
学系の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であ
り、（ｃ）は線状光線が照射された基板の平面図であ
る。
学系の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であ
り、（ｃ）は線状光線が照射された基板の平面図であ
る。
【図３】図２に示した線状光線の線の長さＬと間隔Ｓと
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図４】（ａ）は線状光線を被加工物に照射するための
光学系の側面図であり、（ｂ）は線状光線が照射された
被加工物の平面図である。
光学系の側面図であり、（ｂ）は線状光線が照射された
被加工物の平面図である。
【図５】本発明のレーザ加工方法を適用したレーザ加工
装置の概念図である。
装置の概念図である。
【図６】本発明のレーザ加工方法の他の実施の形態を示
す概念図である。
す概念図である。
【図７】（ａ）は本発明のレーザ加工方法の他の実施の
形態を示す概念図であり、（ｂ）は（ａ）に示した被加
工物の平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示した被加工物
の側面図である。
形態を示す概念図であり、（ｂ）は（ａ）に示した被加
工物の平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示した被加工物
の側面図である。
【図８】本発明のレーザ加工方法の他の実施の形態を示
す概念図である。
す概念図である。
【図９】従来のレーザ加工方法の概念図である。
【図１０】従来のレーザ加工方法の概念図である。
１ 被加工物（基板） ３−１、３−２ レーザビーム ４ 集光レンズ ７ レーザ発振器（ＣＯ2 レーザ発振器） ８ 反射ミラー ９ 円柱ロッド １０ 線状光線
Claims (18)
- 【請求項１】 略平行なレーザビームを集光レンズで集
光して透明な円柱ロッドに導き、該円柱ロッドと交差す
るように通過させて幅Ｗ長さＬの線状光線とし、該線状
光線を被加工物に照射しつつ、該被加工物かあるいは上
記線状光線のいずれか一方を上記線状光線の延長方向に
相対移動させて加工することを特徴とするレーザ加工方
法。 - 【請求項２】 略平行なレーザビームを集光レンズで集
光して透明な円管に導き、該円管と交差するように通過
させて幅Ｗ長さＬの線状光線とし、該線状光線を被加工
物に照射しつつ、該被加工物かあるいは上記線状光線の
いずれか一方を上記線状光線の延長方向に相対移動させ
て加工することを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項３】 上記レーザとして、Ｃ０2 レーザ、Ｃ０
レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レー
ザ、あるいはＨｅ−Ｃｄレーザのいずれかを用いた請求
項１または２に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項４】 上記被加工物として、非金属材料、金属
材料、あるいは結晶材料のいずれかを用いた請求項１か
ら３のいずれかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項５】 上記被加工物に線状光線を照射して蒸発
切断するか、熱応力によって亀裂を発生させ、その亀裂
を進展させることにより割る割断切断するか、溝を形成
するか、あるいは溶接する請求項１から４のいずれかに
記載のレーザ加工方法。 - 【請求項６】 上記線状光線の幅Ｗ及び長さＬを調節す
る方法として、上記円柱ロッドあるいは上記円管と上記
被加工物との間隔Ｓか、上記集光レンズと上記円柱ロッ
ドあるいは上記円管との間隔Ｆか、上記円柱ロッドある
いは上記円管の径Ｄを変える請求項１から５のいずれか
に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項７】 上記線状光線の線長Ｌを、上記被加工物
の蒸発切断線あるいは割断切断線に沿って照射し、上記
被加工物を該蒸発切断線あるいは上記割断切断線の長手
方向に移動することにより切断加工する請求項１から６
のいずれかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項８】 上記被加工物を保持すると共に、上記線
上光線の線長Ｌを上記被加工物の蒸発切断あるいは割断
切断サイズ以上の大きさで照射して蒸発切断するか、あ
るいは割断切断する請求項１から７のいずれかに記載の
レーザ加工方法。 - 【請求項９】 上記被加工物に予めけがき線を形成して
おき、上記線上光線を上記けがき線上に沿って照射する
ことにより蒸発切断するか、あるいは割断切断する請求
項７または８に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項１０】 上記被加工物の形状として、平板状
か、表面が曲線状か、あるいは凹凸状に変形したものを
用いて加工する請求項１から９のいずれかに記載のレー
ザ加工方法。 - 【請求項１１】 上記線状光線の照射方向に沿ってアシ
ストガスを流して上記被加工物を加工する請求項１から
１０のいずれかに記載のレーザ加工方法。 - 【請求項１２】 略平行なレーザビームを出射するレー
ザ発振器と、該レーザビームを集光する集光レンズと、
透明な円柱ロッドあるいは円管からなり集光したレーザ
ビームを線状光線に変換する変換手段と、該線状光線が
被加工物に照射されるように上記被加工物かあるいは上
記線状光線のいずれか一方を上記線状光線の延長方向に
相対移動させる相対移動手段とを備えたことを特徴とす
るレーザ加工装置。 - 【請求項１３】 上記レーザ発振器として、Ｃ０2 レー
ザ、Ｃ０レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、銅蒸
気レーザ、あるいはＨｅ−Ｃｄレーザのいずれかを用い
た請求項１２に記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１４】 上記レーザ発振器は、上記被加工物を
蒸発切断、割断切断、溝形成あるいは溶接できるように
パワーを調整することができる請求項１２または１３に
記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１５】 上記円柱ロッドあるいは上記円管と被
加工物との間隔Ｓか、上記集光レンズと上記円柱ロッド
あるいは上記円管との間隔Ｆを調節できる調節機構を有
する請求項１２から１４のいずれかに記載のレーザ加工
装置。 - 【請求項１６】 上記相対移動手段が、被加工物を上記
線状光線に沿って移動させるステージである請求項１２
から１５のいずれかに記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１７】 上記線状光線上に予めけがき線を形成
するけがき線形成機構を有する請求項１２から１６のい
ずれかに記載のレーザ加工装置。 - 【請求項１８】 上記線状光線の照射方向に沿ってアシ
ストガスを噴出する噴出機構を有する請求項１２から１
７のいずれかに記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10316182A JP2000141071A (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10316182A JP2000141071A (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000141071A true JP2000141071A (ja) | 2000-05-23 |
Family
ID=18074218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10316182A Pending JP2000141071A (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000141071A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7304265B2 (en) | 2002-03-12 | 2007-12-04 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Method and system for machining fragile material |
| WO2019138990A1 (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-18 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス物品の製造方法及び製造装置並びにガラス物品 |
| JP2020160210A (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | ウシオ電機株式会社 | 微細穴光学素子の製造方法および改質装置 |
-
1998
- 1998-11-06 JP JP10316182A patent/JP2000141071A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7304265B2 (en) | 2002-03-12 | 2007-12-04 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Method and system for machining fragile material |
| US7816623B2 (en) | 2002-03-12 | 2010-10-19 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus for processing brittle material |
| WO2019138990A1 (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-18 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス物品の製造方法及び製造装置並びにガラス物品 |
| JP2020160210A (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | ウシオ電機株式会社 | 微細穴光学素子の製造方法および改質装置 |
| JP7196718B2 (ja) | 2019-03-26 | 2022-12-27 | ウシオ電機株式会社 | 微細穴光学素子の製造方法および改質装置 |
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