JP2006308836A - Scanning mirror, method of manufacturing same, and laser beam machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プリント基板や半導体チップの樹脂材やセラミックス材等に、穴あけ、切断、マーキング等を行うレーザ加工機の加工穴位置決めのガルバノスキャナに取り付けられる、レーザ加工機用のスキャンミラー、その製造方法およびレーザ加工機に関するものである。 The present invention relates to a scanning mirror for a laser processing machine, which is attached to a galvano scanner for positioning a processing hole of a laser processing machine for drilling, cutting, marking, etc. in a resin material or a ceramic material of a printed circuit board or a semiconductor chip, and its manufacture The present invention relates to a method and a laser processing machine.
従来のレーザ加工装置で用いられているスキャンミラーは、加工速度向上のための高速回転に対応させるために、軽量かつ高剛性であることが求められており、Ｂｅ(特許文献１)、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣなど、緻密化された炭化物系セラミックス等のように、比重が小さく、ヤング率の高い材料が用いられている。さらに剛性を保ちつつ軽量化を図るために、一般的なスキャンミラーの背面はリブ構造となっている。 A scan mirror used in a conventional laser processing apparatus is required to be lightweight and highly rigid in order to cope with high-speed rotation for improving the processing speed. Be (Patent Document 1), B 4 A material having a small specific gravity and a high Young's modulus is used, such as densified carbide-based ceramics such as C and SiC. In order to further reduce the weight while maintaining rigidity, the back surface of a general scan mirror has a rib structure.
またスキャンミラーの反射面は、加工穴の真円度を確保するため、一般的に収差の影響が実用上問題ない、λ／２０（λはレーザの波長）以下の平面度を有することが必要とされている。例えば、現在プリント基板の加工用に用いられているＣＯ2レーザの波長λは１０μｍ前後であるため、この場合スキャンミラー反射面の平面度は０．５μｍ以下を満たさなければならない。 In addition, the reflecting surface of the scan mirror needs to have a flatness of λ / 20 (λ is the wavelength of the laser) or less, in general, the effect of aberration is practically unaffected in order to ensure the roundness of the processed hole. It is said that. For example, since the wavelength λ of a CO 2 laser currently used for processing printed circuit boards is around 10 μm, the flatness of the scan mirror reflecting surface must satisfy 0.5 μm or less in this case.
スキャンミラーに用いられる炭化物系セラミックスは高硬度であるため、反射面加工時には、大きな荷重(加工圧力)を加える必要がある。しかし、前述の通り一般的なスキャンミラーの背面はリブ構造となっているため、リブのない剛性の低い部分では加工圧力に対する逃げが生じ、必要な平面度を得るのが困難となっている。一方、平面度を得易くするため荷重を小さくした場合には、加工速度が低下するため、膨大な加工時間がかかるという問題がある。このような炭化物系セラミックスの難加工性を克服するため、スキャンミラーの反射面となる面にメッキ、蒸着などの手法により、ＮｉやＣｕなどの軟質金属の膜を形成し、金属膜をダイヤモンド切削し、反射面の平面度を得るという手法が示されている。 Since the carbide-based ceramic used for the scan mirror has high hardness, it is necessary to apply a large load (processing pressure) when processing the reflective surface. However, as described above, since the back surface of a general scan mirror has a rib structure, a portion having low ribs and having a low rigidity has escaped from the processing pressure, making it difficult to obtain the required flatness. On the other hand, when the load is reduced in order to make it easy to obtain flatness, the processing speed is reduced, and there is a problem that it takes a huge amount of processing time. In order to overcome the difficult processability of such carbide ceramics, a soft metal film such as Ni or Cu is formed on the surface to be the reflective surface of the scan mirror by plating or vapor deposition, and the metal film is diamond-cut. However, a technique for obtaining the flatness of the reflecting surface is shown.
また、緻密化されたＢ4ＣやＳｉＣにも、空孔が存在している。上記の軟質金属膜を形成した場合には、軟質金属膜が反射面に存在する空孔を埋める効果があり、その分も含めて反射率の向上に寄与している。
上記のＢｅを用いたスキャンミラーは、Ｂｅが毒性を持つ材料であることから、作業者や環境に対する影響が懸念されている。また、上記レーザ加工装置により高エネルギーのレーザ光により被加工材に対して加工を行った場合、レーザ加工装置内のスキャンミラーの温度が最大１０℃程度上昇する。この場合、スキャンミラーのセラミックス材料上にＮｉ、Ｃｕ等の金属膜を形成し反射面を得るという構成では、スキャンミラー本体（セラミックス材料）と金属膜の線膨張係数の違いによるバイメタル効果により、スキャンミラーが変形し反射面の平面度が悪化する。この結果、被加工材の加工穴形状が著しく悪化し、加工不良を起こすという問題が発生する。 The above-described scan mirror using Be is concerned about the influence on workers and the environment because Be is a toxic material. In addition, when the workpiece is processed with high-energy laser light by the laser processing apparatus, the temperature of the scan mirror in the laser processing apparatus rises by about 10 ° C. at the maximum. In this case, in the configuration in which a reflective film is obtained by forming a metal film such as Ni or Cu on the ceramic material of the scan mirror, scanning is performed due to the bimetallic effect due to the difference in linear expansion coefficient between the scan mirror body (ceramic material) and the metal film. The mirror is deformed and the flatness of the reflecting surface is deteriorated. As a result, there is a problem in that the shape of the processed hole of the workpiece is significantly deteriorated and processing defects occur.
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、セラミックス材料を用い、レーザ光により高エネルギー加工を行う場合においても良好な平面度を保つことができるスキャンミラー、その製造方法およびレーザ加工機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a scanning mirror that can maintain good flatness even when high energy processing is performed using a ceramic material using a laser beam, a manufacturing method thereof, and the like An object is to provide a laser processing machine.
本発明のレーザ加工機用のスキャンミラーの製造方法は、スキャンミラーの本体をセラミックス材料で形成する工程と、セラミックス材料の本体の表面に、セラミック材料の線膨張係数βに対して０．７β〜１．５βの範囲内の線膨張係数を持つ金属による膜を形成する工程と、金属膜を、遊離砥粒による研磨およびダイヤモンド切削による切削のうちのいずれかを行なう仕上げ加工工程とを備える。 The method of manufacturing a scan mirror for a laser beam machine according to the present invention includes a step of forming a main body of the scan mirror with a ceramic material, and a surface of the main body of the ceramic material with a coefficient of 0.7β to a linear expansion coefficient β of the ceramic material. A step of forming a film made of a metal having a linear expansion coefficient within a range of 1.5β, and a finishing step of performing any one of polishing by free abrasive grains and cutting by diamond cutting.
本発明のレーザ加工機用のスキャンミラーは、セラミックス材料からなるスキャンミラー本体と、スキャンミラー本体の上に、セラミック材料の線膨張係数βに対して０．７β〜１．５βの範囲内の線膨張係数を有する金属による膜とを備える。 A scan mirror for a laser beam machine according to the present invention includes a scan mirror body made of a ceramic material, and a line within a range of 0.7β to 1.5β with respect to the linear expansion coefficient β of the ceramic material on the scan mirror body. And a metal film having an expansion coefficient.
セラミックス材料（スキャンミラー本体）に近い線膨張係数を持つ金属膜により反射面を形成しているため、高エネルギー加工時のスキャンミラーの温度上昇に伴う、スキャンミラー本体と金属膜のバイメタル効果による反射面の平面度の変化を小さくすることができ、被加工品を高エネルギー加工する時でも高い精度の加工を行なうことができる。たとえば、良好な穴形状の加工穴を得ることができる。金属膜の線膨張係数が、０．７β未満または１．５β超えの場合は、上記バイメタル効果により平面度を低下させる。金属膜の線膨張係数が０．７β未満の場合、温度上昇に伴い金属膜に圧縮応力が生じ、ひずみが発生し、平面度が低下する。また、金属膜の線膨張係数が１．５β超えの場合、温度上昇に伴い金属膜に引張応力が生じ、やはりひずみが発生し、平面度が低下する。 Because the reflective surface is formed of a metal film with a linear expansion coefficient close to that of ceramic materials (scan mirror body), the reflection due to the bimetal effect of the scan mirror body and metal film accompanying the temperature rise of the scan mirror during high energy processing The change in flatness of the surface can be reduced, and high-precision processing can be performed even when the workpiece is processed with high energy. For example, a processed hole having a good hole shape can be obtained. When the linear expansion coefficient of the metal film is less than 0.7β or exceeds 1.5β, the flatness is lowered by the bimetal effect. When the linear expansion coefficient of the metal film is less than 0.7β, a compressive stress is generated in the metal film as the temperature rises, distortion occurs, and flatness decreases. Further, when the linear expansion coefficient of the metal film exceeds 1.5β, tensile stress is generated in the metal film as the temperature rises, so that distortion is also generated and flatness is lowered.
また、一般にいえることであるが上記の金属膜は、セラミックス材料(スキャンミラー本体)の反射面に存在する空孔を埋める効果があるため、反射面の反射率が高くなるという効果が得られる。さらに、一般的に金属膜は、セラミックス材料（スキャンミラ−本体）よりも硬度が低く加工性が良いため、反射面の平面度が短時間で容易に得られるという効果がある。 In addition, as can be generally said, the metal film has an effect of filling the air holes existing in the reflection surface of the ceramic material (scan mirror body), so that the reflectance of the reflection surface is increased. Furthermore, since the metal film generally has a lower hardness and better workability than a ceramic material (scan mirror body), the flatness of the reflecting surface can be easily obtained in a short time.
この発明によれば、被加工物の高エネルギー加工時におけるスキャンミラーの温度上昇に伴う、スキャンミラー本体（セラミックス材料）と金属膜とのバイメタル効果による平面度劣化を小さくすることができる。このため、高エネルギー加工時でも高い精度の加工を行なうことができる。また、上記金属膜は、スキャンミラー本体の反射面に存在する空孔を埋める効果があるため、金属膜を形成させないスキャンミラー（セラミックス自体を研磨し反射面とするスキャンミラー）と比較して、高い反射率を得ることができる。さらに、金属膜は、スキャンミラー本体と比較して、硬度が低いため、金属膜を形成させないスキャンミラー（セラミックス自体を研磨し反射面とするスキャンミラー）と比較して、反射面の良好な平面度を短時間で容易に得られる。 According to the present invention, it is possible to reduce the flatness deterioration due to the bimetal effect between the scan mirror main body (ceramic material) and the metal film accompanying the temperature increase of the scan mirror during high energy processing of the workpiece. For this reason, highly accurate machining can be performed even during high energy machining. In addition, the metal film has the effect of filling the holes present in the reflection surface of the scan mirror body, so compared with a scan mirror that does not form a metal film (a scan mirror that polishes the ceramic itself to make a reflection surface) High reflectivity can be obtained. Furthermore, since the metal film has a lower hardness than the scan mirror body, it has a better reflective surface compared to a scan mirror that does not form a metal film (a scan mirror that polishes the ceramic itself to make it a reflective surface). The degree can be easily obtained in a short time.
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態における、スキャンミラーの背面部を示す斜視図である。また、図２は、本発明のスキャンミラーの部分断面図である。図１において、このスキャンミラーは、プリント基板加工用のレーザ加工機に用いられる。軽量かつ高剛性のスキャンミラーを得るためにスキャンミラー背面部１には複数のリブ２が形成されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a back surface portion of a scan mirror in the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the scan mirror of the present invention. In FIG. 1, this scan mirror is used in a laser processing machine for processing a printed circuit board. In order to obtain a light and highly rigid scan mirror, a plurality of
本実施の形態においては、スキャンミラー本体３はＢ4Ｃ、ＳｉＣなどの炭化物系セラミックスにより形成されている。また、スキャンミラー本体３を被覆する金属膜６には、Ｍｏ、Ｚｒなどの炭化物系セラミックスに近い線膨張係数を持つ金属が用いられる。それぞれの材料の線膨張係数は、Ｂ4Ｃ：４．５×１０-6[１/℃]、ＳｉＣ：４．４×１０-6[１/℃]、Ｍｏ：５．０×１０-6[１/℃]、Ｚｒ：５．４×１０-6[１/℃]である。
In the present embodiment, the scan mirror
したがって、これら金属膜６の線膨張係数と、セラミックス材料の線膨張係数との比は、（Ｍｏ／Ｂ4Ｃ）:1．１１、（Ｍｏ／ＳｉＣ）:１．１４、（Ｚｒ／Ｂ4Ｃ）:1．２０、（Ｚｒ／ＳｉＣ）:１．２３である。したがってこれら金属とセラミックス材料との組み合わせは、上記線膨張係数の比が、０．７〜１．５の範囲に入る組み合わせである。また低線膨張率の合金として知られるＮｉ合金（Ｎｉ―Ｃｏ系など）は、合金組成の調整によりセラミックス材料と同等またはそれ以下の線膨張係数を有するが、スキャンミラー本体のセラミックス材料との対比において、上記範囲内（０．７β〜１．５β）に入れば本実施の形態の対象となる。また、タングステン（Ｗ：線膨張係数４．３×１０-6[１/℃]）、タンタル（Ｔａ：線膨張係数６．５×１０-6[１/℃]）なども、セラミックス材料の線膨張率の０．７〜１．５の範囲に入る金属として、金属膜に用いられる可能性が高い。一方、アルミニウム（Ａｌ：線膨張係数：２３×１０-6[１/℃]）、銅（Ｃｕ：線膨張係数１０×１０-6[１/℃]）などは線膨張係数が過大であり、スキャンミラー本体のセラミックス材料の線膨張係数がよほど大きくないと、本実施の形態の範囲内に入らず、金属膜に用いられる可能性は大きくない。
Therefore, the ratios of the linear expansion coefficient of the
セラミックス材料から形成されるスキャンミラー本体３は表面が研磨されており、平坦な表面３ｂの中に、セラミックス材料に内在する空孔が表面に露出した凹部３ａが散在し、その凹部３ａを金属膜６が埋め込んでいる（図２および以後の図面においてセラミックス材料の内側に位置する空孔は図示していない）。金属膜６の表面６ｃは仕上げ加工が施されて良好な平坦度となっている。図２に示す仕上がり状態のままでスキャンミラーとして使用可能である。この場合、このあと説明する金（Ａｕ）蒸着膜および増反射膜を形成しないので、より安価にスキャンミラーを提供することができる。
The surface of the
図２に示すスキャンミラーよりも反射率を向上させる場合には、図３に示すように、金属膜６の上に金（Ａｕ）蒸着膜７および増反射膜８を形成する。増反射膜８は、ゲルマニウム（Ｇｅ）および硫化亜鉛（ＺｎＳ）から構成される。
When the reflectance is improved as compared with the scan mirror shown in FIG. 2, a gold (Au)
また、図４に示すようにＡｕ膜を介在させることなく、金属膜６に直接に増反射膜８を形成しても、図２に示す金属膜６を反射面とする場合よりも高い反射率を得ることができる。この場合、金膜なしでスキャンミラーとして使用することができ、低コスト化が可能となる。
Further, even if the increased
次に、上記のスキャンミラーの製造方法について説明する。先ず、炭化物系セラミックス材料は炭化物系の材料の粉末を焼成、焼結させてスキャンミラー本体を製造する（図示せず）。次いで、図５に示すように、スキャンミラー本体３の研磨加工を行なう。セラミックス材料には多数の空孔が内在するため、スキャンミラー本体３を研磨加工すると、空孔が表面にあらわれ、平坦な面３ｂのなかに多数の凹部３ａを形成する。この凹部３ａは反射率低下の要因となるが、上述のように金属膜により埋め込まれる。
Next, a method for manufacturing the scan mirror will be described. First, the carbide-based ceramic material is manufactured by firing and sintering carbide-based material powder (not shown). Next, as shown in FIG. 5, the
セラミックスは高硬度であるため、研磨加工時には大きな荷重を加える必要がある。しかし、図１に示すようにスキャンミラーの背面部１にはリブ２が設けられた構造となっているため、リブ２のない剛性の低い部分では加工圧力に対する逃げが生じ、良好な平面度を得るのが困難となっている。一方、荷重を小さくした場合には、加工速度が低下するため、平面度を得るために膨大な加工時間がかかる。本実施の形態では、セラミックス材料の研磨加工は、表面の平面度を３μｍ以下とするレベルとする。本実施の形態において、スキャンミラー本体３の表面で確認された凹部３ａの大きさを実際に測定したところ、幅は最大３μｍ程度、深さは最大１μｍ程度であることがわかった。
Since ceramics have high hardness, it is necessary to apply a large load during polishing. However, as shown in FIG. 1, the back portion 1 of the scan mirror has a structure in which
次に図６に示すように、スキャンミラー反射面４にＭｏまたはＺｒなどの炭化物系セラミックスに近い線膨張係数を持つ金属により、金属膜６を形成する。金属膜６は、蒸着、スパッタリング等の手法により形成し、厚みは５μｍ程度とする。形成された金属膜６の表面は、図６に示すように、スキャンミラー本体３の表面３ａ，３ｂの形状にならって、平坦状な面６ｂと凹部６ａとを含んだ面形態となる。
Next, as shown in FIG. 6, a
金属膜６を形成後、ダイヤモンドやアルミナ等の遊離砥粒を用いての研磨加工やダイヤモンド切削による切削加工により、金属膜６から凹部を除去した表面形態の、図２に示すスキャンミラーを得る。上記の金属膜研磨加工または金属膜切削加工は、凹部をなくし、かつレーザ加工機用のスキャンミラー反射面として必要な平面度λ／２０(λはレーザの波長、例えば９．３μｍのＣＯ2レーザの場合、λ／２０＝０．４６５μｍ)以下となるまで行なう。ここまでの製造工程により、図２に示すスキャンミラーを得ることができる。さらに反射率を向上させる場合には、図３に示すように、スキャンミラーの金属膜６の表面に、金膜７および増反射膜８を形成する。または、図４に示すように、スキャンミラーの金属膜６の表面に、増反射膜８を直接、形成する。
After the
金属膜６を形成しない場合（スキャンミラー本体３を研磨した表面４とし、次いで金属膜を介在させずに金膜および増反射膜を形成した場合）には、スキャンミラー本体に存在する凹部がレーザ光の散乱に悪影響を及ぼし、ＣＯ2レーザに対して最高でも９８．０％の反射率しか得られなかった。これに対して、本実施の形態において、凹部３ａを埋め込む金属膜６を介在させて金膜および増反射膜を形成した場合、反射率は９９．０％以上となり、ＣＯ2レーザに対して高い反射率を持つスキャンミラーを得ることができた。
When the
上述のように、金属膜６としてＭｏを用いた場合、ＭｏはＣＯ2レーザに対して高いレベルの反射率（９８．２％）を有しているため、金コートなしでもスキャンミラーとして使用することができ、低コスト化が可能となる。また、Ｍｏ上に増反射膜コートを施すことで、さらに高い反射率が得られることは云うまでもない。
As described above, when Mo is used as the
従来のＮｉ膜による反射面形成を行った場合、高エネルギー加工時のスキャンミラー温度上昇による、スキャンミラー本体３と金属膜６のバイメタル効果による平面度の変化は、スキャンミラーの温度１０℃の上昇で０．３μｍであった。しかるに、本手法を用いてＭｏ膜６による反射面形成を行った場合は、スキャンミラーの温度１０℃の上昇で０．０３μｍと非常に小さくなっていた。この結果、高エネルギー加工時にも良好な加工穴形状を得ることができるスキャンミラーを得ることができた。
When the reflective surface is formed by the conventional Ni film, the change in flatness due to the bimetal effect of the
さらに、セラミックスの表面に加工が容易な金属膜６を形成し、その金属膜に反射面の加工を行なうので、難加工材であるスキャンミラー本体のセラミックス材料を研磨して反射面を得る場合と比較して、スキャンミラーの反射面の平面度を短時間で容易に得られる。加工性の比較の意味で、材料の硬度をあげると次のとおりである。硬度は１０段階モース硬度による表示であるが、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣ、Ｍｏは換算値とした。Ｂ4Ｃ：９．６、ＳｉＣ：９．３、Ｍｏ：５．５、ダイヤモンド：１０、アルミナ：９である。金属膜６にＭｏを用いた場合、硬度比は、Ｂ4Ｃに対して０．５７であり、ＳｉＣに対して０．５９であり、セラミックスの半分に近い値まで減少する。
Furthermore, since a
例えば、スキャンミラー本体３をＢ4Ｃとし、金属膜６をＭｏとして、ダイヤモンドの遊離砥粒による研磨加工を行った場合、平面度３μｍの状態から、平面度０．４６５μｍ以下になるまでに要した加工時間は、金属膜６なしの場合１０時間程度であったのに対し、金属膜ありの場合は３０分（０．５時間）程度であった。
For example, when the
本実施の形態では、金属膜６形成前のスキャンミラー反射面４の平面度を３μｍ以下、金属膜６厚みは５μｍ程度としている。しかし、金属膜６形成前のスキャンミラー本体の表面の平面度を２μｍとした場合は、金属膜６の厚みは４μｍ程度とすることができる。また、金属膜６形成前のスキャンミラー本体の表面の平面度を１μｍとした場合には、金属膜６の厚みは３μｍ程度とすることができる。このように、スキャンミラー本体３の表面の平面度に応じて金属膜６の厚みを変化させることにより、金属膜６形成にかかる時間を短縮することが可能となる。
In the present embodiment, the flatness of the scan mirror reflecting surface 4 before the formation of the
上記本発明の実施の形態において、本発明の具体例を紹介したが、本発明のレーザ加工機用のスキャンミラーの製造方法の基本的な構成は、スキャンミラーの本体をセラミックス材料で形成する工程と、セラミックス材料のスキャンミラー本体の表面に、セラミック材料の線膨張係数βに対して０．７β〜１．５βの範囲内の線膨張係数を持つ金属による膜を形成する工程と、金属膜を、遊離砥粒による研磨およびダイヤモンド切削による切削のうちのいずれかを行なう仕上げ加工工程とを備えることにある。また、本発明のレーザ加工機用のスキャンミラーの基本的な構成は、セラミックス材料からなるスキャンミラー本体と、スキャンミラー本体の上に、セラミック材料の線膨張係数βに対して０．７β〜１．５βの範囲内の線膨張係数を有する金属による膜とを備えることにある。 In the above embodiment of the present invention, specific examples of the present invention have been introduced. The basic configuration of the method of manufacturing a scan mirror for a laser beam machine according to the present invention is a process of forming the main body of the scan mirror with a ceramic material. And forming a metal film having a linear expansion coefficient within a range of 0.7β to 1.5β with respect to the linear expansion coefficient β of the ceramic material on the surface of the scan mirror body of the ceramic material; And a finishing process for performing any one of polishing by loose abrasive grains and cutting by diamond cutting. In addition, the basic configuration of the scan mirror for the laser beam machine according to the present invention includes a scan mirror body made of a ceramic material, and a linear expansion coefficient β of the ceramic material on the scan mirror body 0.70.7-1 And a metal film having a linear expansion coefficient in the range of 5β.
上記構成により、高エネルギー加工時のスキャンミラーの温度上昇に伴う、スキャンミラー本体と金属膜のバイメタル効果による反射面の平面度の変化を小さくすることができ、被加工品を高エネルギー加工する時でも高い精度の加工を行なうことができる。金属膜の線膨張係数が、０．７β未満または１．５β超えの場合は、上記バイメタル効果により平面度を低下させる。金属膜の線膨張係数が０．７β未満の場合、温度上昇に伴い金属膜に圧縮応力が生じ、ひずみが発生し、平面度が低下する。また、金属膜の線膨張係数が１．５β超えの場合、温度上昇に伴い金属膜に引張応力が生じ、やはりひずみが発生し、平面度が低下する。金属膜の線膨張係数は０．９β〜１．３βの範囲にあることがより好ましい。その理由は、金属膜の線膨張係数がセラミックス材料により近いほうが、よりバイメタル効果によるひずみが小さいからである。 With the above configuration, it is possible to reduce the change in flatness of the reflecting surface due to the bimetal effect of the scan mirror body and metal film accompanying the temperature rise of the scan mirror during high energy processing, and when processing the workpiece with high energy However, high-precision machining can be performed. When the linear expansion coefficient of the metal film is less than 0.7β or exceeds 1.5β, the flatness is lowered by the bimetal effect. When the linear expansion coefficient of the metal film is less than 0.7β, a compressive stress is generated in the metal film as the temperature rises, distortion occurs, and flatness decreases. Further, when the linear expansion coefficient of the metal film exceeds 1.5β, tensile stress is generated in the metal film as the temperature rises, so that distortion is also generated and flatness is lowered. The linear expansion coefficient of the metal film is more preferably in the range of 0.9β to 1.3β. The reason is that the strain due to the bimetal effect is smaller when the linear expansion coefficient of the metal film is closer to that of the ceramic material.
また、一般にいえることであるが上記の金属膜は、セラミックス材料(スキャンミラー本体)の反射面に存在する空孔を埋める効果があるため、反射面の反射率が高くなるという効果が得られる。さらに、一般的に金属膜は、セラミックス材料（スキャンミラ−本体）よりも硬度が低く加工性が良いため、反射面の平面度が短時間で容易に得られるという効果がある。上記のように加工性を良好にするために、金属膜は、スキャンミラー本体のセラミックスに対する硬度比が０．６５以下の金属から形成されることが好ましい。 In addition, as can be generally said, the metal film has an effect of filling the air holes existing in the reflection surface of the ceramic material (scan mirror body), so that the reflectance of the reflection surface is increased. Furthermore, since the metal film generally has a lower hardness and better workability than a ceramic material (scan mirror body), the flatness of the reflecting surface can be easily obtained in a short time. In order to improve the workability as described above, the metal film is preferably formed of a metal having a hardness ratio of the scan mirror body to the ceramic of 0.65 or less.
また、スキャンミラー本体をセラミックス材料で形成する工程において、セラミックス粉末を本体の形状に焼結した後、焼結された本体の表面を研磨加工する工程を備えることができる。この方法により、最終製品の反射面の平面度をより良好にすることができる。 Further, in the step of forming the scan mirror body with the ceramic material, a step of polishing the surface of the sintered body after sintering the ceramic powder into the shape of the body can be provided. By this method, the flatness of the reflecting surface of the final product can be improved.
上記のセラミックス材料のスキャンミラー本体表面を研磨加工した後、金属膜を形成する前にその本体表面の平面度を測定する工程を備えることができる。この方法により、セラミックス材料の平面度に応じて金属膜の厚みを調整でき、金属膜形成に要する処理時間を短縮することができる。 A step of measuring the flatness of the surface of the main body surface after polishing the surface of the scan mirror main body of the ceramic material and before forming the metal film can be provided. By this method, the thickness of the metal film can be adjusted according to the flatness of the ceramic material, and the processing time required for forming the metal film can be shortened.
上記のセラミックス材料をＢ4ＣまたはＳｉＣとし、また金属膜をＭｏまたはＺｒとすることができる。この構成により、緻密、軽量かつ高い剛性のスキャンミラー本体にバイメタル効果を抑制できる金属膜を市販の材料を用いて簡単に形成することができる。 The ceramic material can be B 4 C or SiC, and the metal film can be Mo or Zr. With this configuration, it is possible to easily form a metal film capable of suppressing the bimetal effect on a dense, lightweight, and highly rigid scan mirror body using a commercially available material.
また、上記金属膜上に金膜と、その金膜上に増反射膜とをさらに備えることができる。この構成により、最高レベルの高反射率のスキャンミラーを得ることができる。 Further, a gold film can be further provided on the metal film, and a reflection enhancing film can be further provided on the gold film. With this configuration, a scan mirror having the highest level of high reflectivity can be obtained.
また、上記の金属膜に接して増反射膜をさらに備えることもできる。この構成により、それほどコストをかけずに最終製品の反射面を金属膜で構成する場合より、より良好な反射率のスキャンミラーを得ることができる。 Further, a reflection enhancing film can be further provided in contact with the metal film. With this configuration, it is possible to obtain a scan mirror with a better reflectivity than when the reflective surface of the final product is formed of a metal film without much cost.
また、上記のスキャンミラーの背面にリブ構造を備えることができる。この構成により、より軽量で高剛性のスキャンミラーを得ることができる。 Further, a rib structure can be provided on the back surface of the scan mirror. With this configuration, a lighter and more rigid scan mirror can be obtained.
本発明のレーザ加工機は、上記のいずれかのスキャンミラーを備える。この構成により、高エネルギーで高精度の加工を被加工物に行なうことが可能となる。 A laser beam machine according to the present invention includes any one of the scan mirrors described above. With this configuration, high energy and high accuracy machining can be performed on the workpiece.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明のスキャンミラー、その製造方法およびレーザ加工機を用いることにより、高エネルギーのレーザ加工を高精度で被加工物に施すことが可能となり、この分野に大きな貢献をもたらす。 By using the scan mirror, the manufacturing method thereof, and the laser processing machine of the present invention, high-energy laser processing can be performed on a workpiece with high accuracy, which greatly contributes to this field.
１ スキャンミラー背面部、２ リブ、３ スキャンミラー本体（セラミックス製）、３ａ 凹部、３ｂ 平坦面、６ 金属膜、６ａ 金属膜の凹部、６ｂ 平坦状面、６ｃ 平坦面、７ 金膜、８ 増反射膜。 1 Back surface of scan mirror, 2 ribs, 3 scan mirror body (made of ceramics), 3a recess, 3b flat surface, 6 metal film, 6a metal film recess, 6b flat surface, 6c flat surface, 7 gold film, 8 increase Reflective film.
Claims (9)
セラミックス材料からなるスキャンミラー本体と、
前記スキャンミラー本体の上に、前記セラミック材料の線膨張係数βに対して０．７β〜１．５βの範囲内の線膨張係数を有する金属による膜とを備える、スキャンミラー。 In scan mirrors for laser processing machines,
A scan mirror body made of a ceramic material;
A scan mirror comprising a metal film having a linear expansion coefficient within a range of 0.7β to 1.5β with respect to a linear expansion coefficient β of the ceramic material on the scan mirror body.
前記スキャンミラーの本体をセラミックス材料で形成する工程と、
前記セラミックス材料のスキャンミラー本体の表面に、前記セラミック材料の線膨張係数βに対して０．７β〜１．５βの範囲内の線膨張係数を持つ金属による膜を形成する工程と、
前記金属膜を、遊離砥粒による研磨およびダイヤモンド切削による切削のうちのいずれかを行なう仕上げ加工工程とを備える、スキャンミラーの製造方法。 In a method of manufacturing a scan mirror for a laser beam machine,
Forming the body of the scan mirror with a ceramic material;
Forming a film made of a metal having a linear expansion coefficient within a range of 0.7β to 1.5β with respect to the linear expansion coefficient β of the ceramic material on the surface of the ceramic material scan mirror body;
A method for manufacturing a scan mirror, comprising: a finishing process for performing polishing of the metal film by loose abrasive grains or cutting by diamond cutting.
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