JP2587020B2 - ペロブスカイト型構造の酸化物材料の表面加工方法 - Google Patents
ペロブスカイト型構造の酸化物材料の表面加工方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物材料にレーザービームを照射して切
削などの表面加工を行う方法に関する。
削などの表面加工を行う方法に関する。
誘電性酸化物セラミックスおよび誘電性酸化物（単）
結晶材料から成る物体の表面に構造を製作するためのエ
ッチング法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第343705
6号公報（特開昭61−159582号公報に相当）で公知であ
る。この公知の方法の場合、当該の酸化物材料はレーザ
ービームで照射され、しかも一層高い温度で酸化物材料
を還元する雰囲気内で照射される。その場合材料にレー
ザービームを照射しただけで達成されるような高い温度
が問題となっている。
結晶材料から成る物体の表面に構造を製作するためのエ
ッチング法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第343705
6号公報（特開昭61−159582号公報に相当）で公知であ
る。この公知の方法の場合、当該の酸化物材料はレーザ
ービームで照射され、しかも一層高い温度で酸化物材料
を還元する雰囲気内で照射される。その場合材料にレー
ザービームを照射しただけで達成されるような高い温度
が問題となっている。
酸化物セラミックス例えば圧電性又はピロ電気性材料
に対して、および特に鉛／カルシウム／バリウム／チタ
ン酸／ジルコン酸／タンタル酸などの種類の材料に対し
て、一層高い温度で還元作用をする雰囲気として、ある
いは少なくともそのような雰囲気の成分として特に水素
が適している。
に対して、および特に鉛／カルシウム／バリウム／チタ
ン酸／ジルコン酸／タンタル酸などの種類の材料に対し
て、一層高い温度で還元作用をする雰囲気として、ある
いは少なくともそのような雰囲気の成分として特に水素
が適している。
特にアルゴン、クリプトンなどのイオンレーザーを使
用すること、あるいはCO2レーザー又はNd:YAGレーザー
のビームを使用することは公知である。これらのレーザ
ーにおいては大出力のレーザーが用いられる。
用すること、あるいはCO2レーザー又はNd:YAGレーザー
のビームを使用することは公知である。これらのレーザ
ーにおいては大出力のレーザーが用いられる。
公知の加工方法によって、特に上述の材料から成る非
常に小さな物体例えば非常に小さな圧電変換要素が加工
される。特にこの加工は材料の切断加工であり、その場
合μｍの単位の切断幅で大きな切断深さが簡単に実現で
きる。この公知の加工方法によれば、機械加工に比べて
非常に滑らかな加工面例えば切断面を作ることができ
る。
常に小さな物体例えば非常に小さな圧電変換要素が加工
される。特にこの加工は材料の切断加工であり、その場
合μｍの単位の切断幅で大きな切断深さが簡単に実現で
きる。この公知の加工方法によれば、機械加工に比べて
非常に滑らかな加工面例えば切断面を作ることができ
る。
この公知の方法は求められる加工能力についてはどの
ような希望もほぼ満足させることができる。鋸ひきのよ
うな純粋な機械加工に比べて加工速度も、上述したドイ
ツ連邦共和国特許出願公開公報で公知の方法を使用した
場合非常に速くなる。
ような希望もほぼ満足させることができる。鋸ひきのよ
うな純粋な機械加工に比べて加工速度も、上述したドイ
ツ連邦共和国特許出願公開公報で公知の方法を使用した
場合非常に速くなる。
幾つかの酸化物材料の誘電性、圧電性およびピロ電気
性は十分に知られている。しかしながら、特に化学的な
化合が（例えば誘電性材料である酸化アルミニウムセラ
ミックスに比べて）安定性に乏しいような材料から成る
加工済の物体の場合、それぞれの材料の標準値が保たれ
ず、しかもそれぞれ種々に偏りが生じることが確認され
た。この偏りはそのときの加工程度に関係することが分
かった。このことから、公知の加工方法は材料変化を生
じ、特に加工面の近傍範囲例えば切断面に隣接する範囲
において材料変化を生じるものと推論される。
性は十分に知られている。しかしながら、特に化学的な
化合が（例えば誘電性材料である酸化アルミニウムセラ
ミックスに比べて）安定性に乏しいような材料から成る
加工済の物体の場合、それぞれの材料の標準値が保たれ
ず、しかもそれぞれ種々に偏りが生じることが確認され
た。この偏りはそのときの加工程度に関係することが分
かった。このことから、公知の加工方法は材料変化を生
じ、特に加工面の近傍範囲例えば切断面に隣接する範囲
において材料変化を生じるものと推論される。
本発明の目的は、熱作用によりその特性が変化してし
まうような敏感なペロブスカイト型構造の酸化物材料の
表面加工に適した方法を提供することにあり、欠点を除
去でき、当該材料の物理特性の安定性および再現性を保
証できるような対策を見い出すことにある。
まうような敏感なペロブスカイト型構造の酸化物材料の
表面加工に適した方法を提供することにあり、欠点を除
去でき、当該材料の物理特性の安定性および再現性を保
証できるような対策を見い出すことにある。
本発明によればこの目的は、ペロブスカイト型構造の
酸化物材料にレーザービームを照射して切削などの表面
加工を行う方法において、約350nm以下の（空気）波長
のレーザービームが利用され、その際レーザービームは
パルス的に照射されるだけであり、そのパルス幅、パル
ス繰り返し率およびパルスエネルギーが、加工すべき材
料における加工領域の近傍範囲に有害な熱の淀みが生じ
ないように互に同調させられることによって達成され
る。なおここでペロブスカイト型構造の酸化物とは鉛、
カルシウム、バリウム、チタン酸、ジルコン酸、タンタ
ル酸などの種類から選択されたABO3型化合物を云う。
酸化物材料にレーザービームを照射して切削などの表面
加工を行う方法において、約350nm以下の（空気）波長
のレーザービームが利用され、その際レーザービームは
パルス的に照射されるだけであり、そのパルス幅、パル
ス繰り返し率およびパルスエネルギーが、加工すべき材
料における加工領域の近傍範囲に有害な熱の淀みが生じ
ないように互に同調させられることによって達成され
る。なおここでペロブスカイト型構造の酸化物とは鉛、
カルシウム、バリウム、チタン酸、ジルコン酸、タンタ
ル酸などの種類から選択されたABO3型化合物を云う。
本発明によって得られる効果は、公知の方法で考慮さ
れた還元作用がここでは生じないということに基づいて
いるものと思われる。これは約0.35μｍ以下の（空気）
波長範囲ないし約3eV以上のレーザービームを使用する
ことに基づいている。このレーザービームにおいて数ns
からμｓのパルス幅をしたパルスビームが用いられる場
合、上述の材料において損傷層が残らないような加工が
実施される。
れた還元作用がここでは生じないということに基づいて
いるものと思われる。これは約0.35μｍ以下の（空気）
波長範囲ないし約3eV以上のレーザービームを使用する
ことに基づいている。このレーザービームにおいて数ns
からμｓのパルス幅をしたパルスビームが用いられる場
合、上述の材料において損傷層が残らないような加工が
実施される。
本発明において考慮される上述の波長範囲に対して
は、次表のようなレーザーが適している。
は、次表のようなレーザーが適している。
波長が354.7nmおよび266nmのNd:YAGレーザーの場合、
周波数２倍増ないし３倍増の線が問題となる。この周波
数の倍増は公知のようにレーザー共振器のビーム経路に
ある光学的非線形物質を使用して行われる。
周波数２倍増ないし３倍増の線が問題となる。この周波
数の倍増は公知のようにレーザー共振器のビーム経路に
ある光学的非線形物質を使用して行われる。
本発明では、数nsからμｓ好適には１〜15nsの範囲の
パルス幅で加工できる。パルスの繰り返し率、パルス幅
およびパルス出力は、加工すべき材料の加工領域の近傍
範囲に有害な熱の淀みが生じないように互いに同調させ
られている。この非連続的で短時間の強いパルスにより
材料に与えられるレーザー照射作用は、加工個所からそ
れに続く材料への大きな熱流を生じないので、損傷層お
よび別の有害な影響は避けられる。数nsからμｓのレー
ザービームの作用時間は、連続レーザービームの相応し
た速い転向によっても得られる。
パルス幅で加工できる。パルスの繰り返し率、パルス幅
およびパルス出力は、加工すべき材料の加工領域の近傍
範囲に有害な熱の淀みが生じないように互いに同調させ
られている。この非連続的で短時間の強いパルスにより
材料に与えられるレーザー照射作用は、加工個所からそ
れに続く材料への大きな熱流を生じないので、損傷層お
よび別の有害な影響は避けられる。数nsからμｓのレー
ザービームの作用時間は、連続レーザービームの相応し
た速い転向によっても得られる。
材料ないし当該物質の加工例えば構造の製作は、焦束
されたレーザービームと物体との相対運動によって行わ
れる。マスクを用いる接触照射あるいは投影照射も行う
ことができる。物体に製作すべき構造の深さおよび断面
形状は、加工データ特にレーザーの強度、パルス列およ
びパルス数によって、機械的にはおそらく実施できない
あらゆる加工寸法が実現ないし実行できるような広い範
囲で変化させられる。
されたレーザービームと物体との相対運動によって行わ
れる。マスクを用いる接触照射あるいは投影照射も行う
ことができる。物体に製作すべき構造の深さおよび断面
形状は、加工データ特にレーザーの強度、パルス列およ
びパルス数によって、機械的にはおそらく実施できない
あらゆる加工寸法が実現ないし実行できるような広い範
囲で変化させられる。
本発明に基づく方法の場合、空気中で加工できる。し
かし真空中あるいは特定の雰囲気例えば少なくとも酸素
の濃縮雰囲気中でも好適に実施できる。後者の場合、加
工済材料の化合物の有害な還元作用が回避される。材料
からのかなりの蒸発物例えば鉛成分について考慮する場
合に、材料ないし加工場所を周囲の雰囲気に対して遮蔽
することが望ましい。かかる処置はチタン酸鉛セラミッ
クスの製作において既に以前から公知である。
かし真空中あるいは特定の雰囲気例えば少なくとも酸素
の濃縮雰囲気中でも好適に実施できる。後者の場合、加
工済材料の化合物の有害な還元作用が回避される。材料
からのかなりの蒸発物例えば鉛成分について考慮する場
合に、材料ないし加工場所を周囲の雰囲気に対して遮蔽
することが望ましい。かかる処置はチタン酸鉛セラミッ
クスの製作において既に以前から公知である。
本発明によって例えば、目下のところたいてい機械的
な精密鋸によって構造化されるような、超音波装置に利
用される圧電性セラミックス製の物体が製作できる。本
発明を使用する場合、機械的な加工に比べて切削面の切
削幅、切削形状又は表面品質について実質上何等の制限
も受けない。
な精密鋸によって構造化されるような、超音波装置に利
用される圧電性セラミックス製の物体が製作できる。本
発明を使用する場合、機械的な加工に比べて切削面の切
削幅、切削形状又は表面品質について実質上何等の制限
も受けない。
本発明に基づく別の有利な用途は、例えば密接する孔
を持った非常に複雑な構造および円形セグメントや角形
セグメントを製作することである。本発明は横断面形状
を正確に製作できる。本発明によって実施できる加工方
式には、物体の表面層のむき出し切削加工も属してい
る。
を持った非常に複雑な構造および円形セグメントや角形
セグメントを製作することである。本発明は横断面形状
を正確に製作できる。本発明によって実施できる加工方
式には、物体の表面層のむき出し切削加工も属してい
る。
本発明によれば、機械加工において問題となる微細な
亀裂の発生が避けられる。この微細な亀裂は特に加工済
の材料を超音波装置に使用する場合、長時間の運転経過
後に始めて認識されるものである。即ち危険な範囲にお
ける予め殆ど検出できない微細な亀裂は、連続的な震動
荷重によって増大することにより始めて明らかになる。
亀裂の発生が避けられる。この微細な亀裂は特に加工済
の材料を超音波装置に使用する場合、長時間の運転経過
後に始めて認識されるものである。即ち危険な範囲にお
ける予め殆ど検出できない微細な亀裂は、連続的な震動
荷重によって増大することにより始めて明らかになる。
図面は本発明に基づく方法を実施するための装置の原
理を示している。
理を示している。
図において１はペロブスカイト型構造の酸化物、例え
ば圧電性のチタン酸ジルコン酸鉛などのようなセラミッ
クスあるいは（単）結晶酸化物材料から成る加工すべき
物体である。かかる圧電性、ピロ電気性又は誘電性材料
は、超音波装置における圧電変換器として、ビーム検出
器におけるピロセサーとして、またはコンデンサーにお
ける誘電体として広く使用される。
ば圧電性のチタン酸ジルコン酸鉛などのようなセラミッ
クスあるいは（単）結晶酸化物材料から成る加工すべき
物体である。かかる圧電性、ピロ電気性又は誘電性材料
は、超音波装置における圧電変換器として、ビーム検出
器におけるピロセサーとして、またはコンデンサーにお
ける誘電体として広く使用される。
２は例えば符号３を付した構造（窪み）が加工される
物体１の加工すべき表面である。４はレーザー40例えば
エクサイマーレーザーあるいはNd:YAGレーザーの好適に
はパルス的に照射されるレーザービームである。５は例
えば蒸発を抑制するために選択的に利用されるケースで
ある。
物体１の加工すべき表面である。４はレーザー40例えば
エクサイマーレーザーあるいはNd:YAGレーザーの好適に
はパルス的に照射されるレーザービームである。５は例
えば蒸発を抑制するために選択的に利用されるケースで
ある。
本発明によれば、特にエクサイマーレーザーを使用す
るとき、従来用いられた予熱を省略できるので有利であ
る。
るとき、従来用いられた予熱を省略できるので有利であ
る。
理解し易くするために図面には、運動機構ないしビー
ムを構造的に遮蔽するためないしは構造を投影するため
の光学的装置は示されていない。これらの装置は公知の
加工方法において種々の形態で既に使用されているから
である。
ムを構造的に遮蔽するためないしは構造を投影するため
の光学的装置は示されていない。これらの装置は公知の
加工方法において種々の形態で既に使用されているから
である。
実例として波長が308nmのXeCl・エクサイマーレーザ
ーのビームでチタン酸ジルコン酸鉛の材料をエッチング
する場合、空気中におけるエッチングに対する限界値は
例えば2J/cm2である。10J/cm2によってレーザーパルス
当たり0.1μｍのエッチング率が達せられる。加工は10H
zの繰返し率で行われる。ここでも数ns（約15nsまで）
のパルス幅が有利である。
ーのビームでチタン酸ジルコン酸鉛の材料をエッチング
する場合、空気中におけるエッチングに対する限界値は
例えば2J/cm2である。10J/cm2によってレーザーパルス
当たり0.1μｍのエッチング率が達せられる。加工は10H
zの繰返し率で行われる。ここでも数ns（約15nsまで）
のパルス幅が有利である。
図面は本発明に基づく方法を実施するための装置の概略
図である。 １……加工材料 ２……加工表面 ３……構造（窪み） ４……レーザービーム ５……ケース 40……レーザー
図である。 １……加工材料 ２……加工表面 ３……構造（窪み） ４……レーザービーム ５……ケース 40……レーザー
フロントページの続き (72)発明者 ウオルフラム、ウエルジング ドイツ連邦共和国キルヒハイム、ワイデ ンベーク14 (56)参考文献 特開 昭61−89636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159582（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】ペロブスカイト型構造の酸化物材料にレー
ザービームを照射して切削などの表面加工を行う方法に
おいて、約350nm以下の（空気）波長のレーザービーム
（４）が使用され、レーザービーム（４）はパルス的に
照射されるだけであり、そのパルス幅、パルス繰り返し
率およびパルスエネルギーが、加工すべき材料（１）の
加工領域の近傍範囲に有害な熱の淀みが生じないように
互いに同調させられることを特徴とするペロブスカイト
型構造の酸化物材料の表面加工方法。 - 【請求項２】エクサイマーレーザーが使用されることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】周波数を倍増されたNd:YAGレーザーが使用
されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】材料の加工がケース（５）内で行われるこ
とを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 - 【請求項５】材料の加工が空気中で行われることを特徴
とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 - 【請求項６】材料が鉛およびチタンを含む化合物である
ことを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方
法。 - 【請求項７】材料がチタン酸ジルコン酸鉛であることを
特徴とする請求項６記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873718323 DE3718323A1 (de) | 1987-06-01 | 1987-06-01 | Verfahren zur oberflaechenbearbeitung, zum schneiden und dgl. von koerpern aus oxidwerkstoff |
| DE3718323.0 | 1987-06-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63313685A JPS63313685A (ja) | 1988-12-21 |
| JP2587020B2 true JP2587020B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=6328807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63132512A Expired - Fee Related JP2587020B2 (ja) | 1987-06-01 | 1988-05-30 | ペロブスカイト型構造の酸化物材料の表面加工方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4900892A (ja) |
| JP (1) | JP2587020B2 (ja) |
| DE (1) | DE3718323A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63250881A (ja) * | 1987-04-07 | 1988-10-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導体の作製方法 |
| US5248658A (en) * | 1987-04-07 | 1993-09-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a superconducting oxide pattern by laser sublimation |
| CA2009514C (en) * | 1990-02-07 | 1995-04-25 | Mahmud U. Islam | Laser rough and finish machining of hard materials |
| EP0527604A3 (en) * | 1991-08-07 | 1993-06-16 | Litton Systems, Inc. | Method of coupling an end of optical fibre to a waveguide formed on a substrate |
| JPH07240543A (ja) * | 1994-02-25 | 1995-09-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 成膜用基板に段差を形成する方法 |
| DK121994A (da) * | 1994-05-03 | 1995-11-04 | Ferroperm Components As | Fremgangsmåde til bearbejdning af oxidmaterialer ved hjælp af en laserstråle |
| US5665134A (en) * | 1995-06-07 | 1997-09-09 | Hughes Missile Systems Company | Laser machining of glass-ceramic materials |
| US5855049A (en) * | 1996-10-28 | 1999-01-05 | Microsound Systems, Inc. | Method of producing an ultrasound transducer |
| JP2002372641A (ja) * | 2001-06-13 | 2002-12-26 | Ngk Insulators Ltd | 光導波路の製造方法、光導波路および波長変換デバイス |
| WO2008016599A2 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Cts Corporation | Laser capacitance trimmed piezoelectric element and method of making the same |
| CN101536235B (zh) * | 2006-10-31 | 2012-10-03 | 康宁股份有限公司 | 微切削加工的电解质片材，使用该电解质片材的燃料电池器件，以及用于制造燃料电池器件的微切削加工法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4021898A (en) * | 1976-05-20 | 1977-05-10 | Timex Corporation | Method of adjusting the frequency of vibration of piezoelectric resonators |
| US4490210A (en) * | 1984-01-24 | 1984-12-25 | International Business Machines Corporation | Laser induced dry chemical etching of metals |
| JPS6189636A (ja) * | 1984-10-08 | 1986-05-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光加工方法 |
| US4598039A (en) * | 1984-07-02 | 1986-07-01 | At&T Bell Laboratories | Formation of features in optical material |
| DE3437056A1 (de) * | 1984-10-09 | 1986-04-10 | Dieter Prof. Dr. Linz Bäuerle | Aetzverfahren fuer koerper aus dielektrischer oxidkeramik bzw. dielektrische oxidische (ein-)kristalle |
| US4672254A (en) * | 1985-10-11 | 1987-06-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Surface acoustic wave devices and method of manufacture thereof |
| JPH0652042B2 (ja) * | 1985-12-06 | 1994-07-06 | マツダ株式会社 | ロ−タリピストンエンジンのアペツクスシ−ルの製造法 |
-
1987
- 1987-06-01 DE DE19873718323 patent/DE3718323A1/de not_active Ceased
-
1988
- 1988-05-27 US US07/199,526 patent/US4900892A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-30 JP JP63132512A patent/JP2587020B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3718323A1 (de) | 1988-12-22 |
| JPS63313685A (ja) | 1988-12-21 |
| US4900892A (en) | 1990-02-13 |
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