JP3266403B2 - Laser processing method and equipment - Google Patents
Laser processing method and equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザーにより金属、合
金、セラミックス等の精密表面加工を行うレーザーによ
る加工方法および装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing method and apparatus for precision processing of metals, alloys, ceramics and the like by laser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】これまで金属、合金、セラミックス等の
表面加工をレーザーを用いて行うことは広く知られてい
る。しかし、従来の方法及び装置では、レーザー加工部
位の周囲にバリが形成することを避けることができなか
った。2. Description of the Related Art It has been widely known that surface processing of metals, alloys, ceramics, and the like is performed using a laser. However, with the conventional method and apparatus, the formation of burrs around the laser processing site cannot be avoided.
【０００３】このバリの形成は、レーザー光のエネルギ
ー密度が非常に高いので、微細加工精度を上昇すること
が可能な反面、照射部での局所的な材料の融解が著しく
起こり、それによって生じた融解部が加工縁において集
合・合体するとともに、母材の未融解部によって急冷さ
れるため土手状に凝固することによると考えられる。こ
の現象はレーザーのような高エネルギー密度ビームを用
いる加工では本来的に避けることのできないものであっ
て微細加工を行う場合の問題点となっていた。[0003] The formation of burrs can increase the precision of fine processing because the energy density of laser light is very high. It is considered that the melted portion aggregates and coalesces at the processing edge, and is rapidly cooled by the unmelted portion of the base material, so that it solidifies in a bank shape. This phenomenon is inherently unavoidable in processing using a high energy density beam such as a laser, and has been a problem when performing fine processing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題点
に鑑みなされたもので、レーザー加工部位周囲にバリを
形成せずに高精度の微細加工を行うことができるレーザ
ーによる加工方法及び装置を提供することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a laser processing method and apparatus capable of performing high-precision fine processing without forming burrs around a laser processing part. The purpose is to provide.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明のレーザーによる加工方法は、被加工物の
加工表面を溶液で覆い、前記溶液を介して紫外線波長域
のパルスレーザーを前記加工表面に照射し加工すること
を特徴とするものである。In order to achieve the above-mentioned object, a laser processing method according to the present invention covers a processing surface of a workpiece with a solution, and transmits a pulse laser in an ultraviolet wavelength range through the solution. It is characterized by irradiating a processing surface and processing.
【０００６】また、本発明のレーザーによる加工装置
は、被加工物の加工表面に溶液を供給する溶液供給手段
と、前記溶液を介して前記加工表面に紫外線波長域のパ
ルスレーザーを照射するレーザー装置を備えたことを特
徴とするものである。A laser processing apparatus according to the present invention comprises a solution supply means for supplying a solution to a processing surface of a workpiece, and a laser apparatus for irradiating a pulse laser in an ultraviolet wavelength range to the processing surface via the solution. It is characterized by having.
【０００７】[0007]
【作用】本発明の方法及び装置によれば、被加工物のレ
ーザー光照射部を酸又はアルカリ溶液等の溶液に接触さ
せているので、レーザー光の照射を受けた直後の活性の
高い溶融部分が速やかに酸又はアルカリ溶液による腐
食、侵食作用を受け、溶融部分の材料が凝固してバリを
形成する以前に溶液中に溶解することになる。したがっ
て、従来法と異なり、顕著なバリ形成をすることなく所
望の加工形状に仕上げることが可能となるか、または少
なくともバリの程度を大幅に緩和、低減することができ
る。According to the method and the apparatus of the present invention, since the laser beam irradiating portion of the workpiece is brought into contact with a solution such as an acid or alkali solution, a highly active molten portion immediately after being irradiated with the laser beam. Is quickly eroded and attacked by an acid or alkali solution, and dissolves in the solution before the material in the molten portion solidifies to form burrs. Therefore, unlike the conventional method, it is possible to finish to a desired processed shape without significant burr formation, or at least the degree of burr can be greatly reduced or reduced.
【０００８】また、紫外線領域のパルスレーザーを用い
ることにより、可視レーザーあるいは赤外レーザーを用
いる場合に比べ、加工深さ方向の精密な制御が可能とな
る。しかも、レーザーを用いることで加工経路や加工形
状に制限なく加工でき、様々な加工仕様の変更にも迅速
に対応できる。Further, by using a pulse laser in the ultraviolet region, it is possible to control the machining depth more precisely than when using a visible laser or an infrared laser. Moreover, by using a laser, processing can be performed without limitation on the processing path and processing shape, and it is possible to quickly respond to various changes in processing specifications.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明に係るレーザーによる加工方法
及び装置の第一の実施例を図１及び図２を参照して説明
する。図１は本発明に係るレーザーによる加工装置の構
成を示す説明図であり、レーザー発生源１の側方にマス
ク２及びミラー３が設置されている。そして、ミラー３
の下方にはレンズ４が設置されている。ステージ１０上
には溶液７を入れた容器１１が設置され、被加工物８は
溶液中に浸漬されている。また溶液上面にはガラス又は
結晶５が設置され、ガラス又は結晶５と被加工物８との
間には溶液供給ノズル６によって溶液７が供給されるよ
うになっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a laser processing method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of a processing apparatus using a laser according to the present invention, in which a mask 2 and a mirror 3 are provided beside a laser source 1. And mirror 3
A lens 4 is provided below the lens. A container 11 containing a solution 7 is provided on a stage 10, and a workpiece 8 is immersed in the solution. A glass or crystal 5 is provided on the upper surface of the solution, and a solution 7 is supplied between the glass or crystal 5 and the workpiece 8 by a solution supply nozzle 6.
【００１０】前記被加工物８は金属、合金、セラミック
スのいずれかであることが好ましい。前記溶液７は酸又
はアルカリ溶液を用いることが好ましく、特に、被加工
物がステンレス鋼の場合には、溶液としては硝酸を含む
水溶液であることが好ましい。The workpiece 8 is preferably made of any one of a metal, an alloy and a ceramic. The solution 7 is preferably an acid or alkali solution, and in particular, when the workpiece is stainless steel, the solution is preferably an aqueous solution containing nitric acid.
【００１１】レーザー発生源１より発せられたレーザー
光９はマスク２、ミラー３を介して光路を変更した後、
レンズ４によって集光され、ガラス又は結晶５及び溶液
７を透過した後、被加工物８の表面上に照射される。こ
のようなレーザー光の照射により被加工物表面が加工さ
れる。The laser beam 9 emitted from the laser source 1 changes its optical path via the mask 2 and the mirror 3 and then
After being condensed by the lens 4 and passing through the glass or crystal 5 and the solution 7, it is irradiated onto the surface of the workpiece 8. The surface of the workpiece is processed by such laser light irradiation.
【００１２】このレーザーによる加工装置を用いてステ
ンレス鋼に加工を行った結果を図２に示す。レーザーは
波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを用い、レ
ーザー発生源１から出たレーザー光９をレンズ４を通
し、被加工物８としてのステンレス鋼表面で２ｍｍ×１
ｍｍの矩形状に集光した。このエネルギー密度は３Ｊ／
ｃｍ2 、照射繰り返し数は１Ｈｚ、全照射数は１０００
パルスとした。溶液として０．０６重量％の硝酸水溶液
を用いた。図２から明らかなように被加工物表面にバリ
は形成されていない。FIG. 2 shows the result of processing stainless steel using this laser processing apparatus. As the laser, a XeCl excimer laser having a wavelength of 308 nm is used, and a laser beam 9 emitted from a laser source 1 passes through a lens 4 so that 2 mm × 1
The light was condensed in a rectangular shape of mm. This energy density is 3J /
cm 2 , irradiation frequency 1 Hz, total irradiation 1000
Pulsed. A 0.06% by weight nitric acid aqueous solution was used as the solution. As is clear from FIG. 2, no burrs are formed on the workpiece surface.
【００１３】大気中で直接レーザー光を照射し加工を行
った場合の被加工物表面のバリの発生を図４に示す。レ
ーザー光に関する照射条件は実施例１と同様である。図
４から明らかなように深さ５μｍの加工溝に対し、バリ
の高さが２０μｍ程度となっておりバリの発生が著し
い。FIG. 4 shows the generation of burrs on the surface of the workpiece when the laser beam is directly irradiated in the atmosphere to perform the processing. The irradiation conditions for the laser beam are the same as in the first embodiment. As apparent from FIG. 4, the height of the burr is about 20 μm with respect to the processing groove having a depth of 5 μm, and burr generation is remarkable.
【００１４】次に、本発明のレーザーによる加工方法お
よび装置の他の実施例を図３を参照して説明する。図３
において、図１の構成要素と同一の作用及び機能を有す
る構成要素は同一符号を付して説明する。Next, another embodiment of the laser processing method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
, Components having the same functions and functions as the components of FIG. 1 will be described with the same reference numerals.
【００１５】図３は本発明に係るレーザーによる加工装
置の構成を示す説明図であり、レーザー発生源１の側方
にマスク２及びミラー３が設置されている。そして、ミ
ラー３の斜め上方にはレンズ４が設置されている。ステ
ージ１０には被加工物８が保持されており、被加工物８
と離間してガラス又は結晶５が設置されている。ガラス
又は結晶５と被加工物８との間には、溶液供給ノズル６
によって溶液７が供給される。FIG. 3 is an explanatory view showing the configuration of a laser processing apparatus according to the present invention. A mask 2 and a mirror 3 are provided beside a laser source 1. A lens 4 is installed diagonally above the mirror 3. The workpiece 8 is held on the stage 10.
And a glass or crystal 5 is provided at a distance. A solution supply nozzle 6 is provided between the glass or crystal 5 and the workpiece 8.
Supplies the solution 7.
【００１６】レーザー発生源１より発せられたレーザー
光９はマスク２、ミラー３を介して光路を変更した後、
レンズ４によって集光された後、ガラス又は結晶５及び
溶液７を透過した後、被加工物８の表面上に照射され、
被加工物表面が加工される。溶液供給ノズル６によって
被加工物８とガラス又は結晶５との間に溶液７が常に供
給されている。The laser beam 9 emitted from the laser source 1 changes its optical path via the mask 2 and the mirror 3 and then
After being condensed by the lens 4, after passing through the glass or crystal 5 and the solution 7, it is irradiated onto the surface of the workpiece 8,
The workpiece surface is machined. The solution 7 is always supplied between the workpiece 8 and the glass or crystal 5 by the solution supply nozzle 6.
【００１７】被加工物８の表面は水平に対して角度を設
けて設置されており、溶液７の表面を安定させるために
ガラスあるいは結晶５と被加工物８の表面との間に液体
の表面張力により溶液層が保持されるようにすることが
望ましい。The surface of the workpiece 8 is set at an angle to the horizontal, and the surface of the liquid is placed between the glass or crystal 5 and the surface of the workpiece 8 in order to stabilize the surface of the solution 7. It is desirable to keep the solution layer under tension.
【００１８】被加工物８の表面を斜め下方に向けること
によりレーザー光照射周辺のみに溶液７を介在させ、他
の箇所には溶液７を接触させないようにする。これによ
り非加工部への溶液の影響を最小限に抑えることができ
る。前記被加工物８及び前記溶液７は第一の実施例と同
様のものを使用する。第一の実施例と同様な条件でレー
ザー照射を行ったところ、同様の加工結果が得られた。By turning the surface of the workpiece 8 obliquely downward, the solution 7 is interposed only around the laser beam irradiation, and the other portions are not brought into contact with the solution 7. Thereby, the influence of the solution on the non-processed portion can be minimized. The workpiece 8 and the solution 7 are the same as those in the first embodiment. When laser irradiation was performed under the same conditions as in the first example, similar processing results were obtained.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
加工物のレーザー光照射部を酸又はアルカリ溶液等の溶
液に接触させているため、レーザー加工部位周囲にバリ
が形成することを抑制することができ、レーザーによる
高精度の微細加工を行うことが可能となる。As described above, according to the present invention, since the laser beam irradiating portion of the workpiece is brought into contact with a solution such as an acid or alkali solution, it is possible to prevent the formation of burrs around the laser processing portion. It is possible to perform high-precision fine processing by laser.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係るレーザーによる加工装置の一実施
例の構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.
【図２】図１に示すレーザーによる加工装置により表面
加工した場合の被加工物表面の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a surface of a workpiece when surface processing is performed by the laser processing apparatus illustrated in FIG. 1;
【図３】本発明に係るレーザーによる加工装置の他の実
施例の構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing the configuration of another embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.
【図４】従来のレーザーによる加工装置により表面加工
した場合の被加工物表面の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the surface of a workpiece when the surface is processed by a conventional laser processing apparatus.
１ 紫外線波長域レーザー発生源 ２ マスク ３ ミラー ４ レンズ ５ ガラスまたは結晶 ６ 溶液供給ノズル ７ 溶液 ８ 被加工物 ９ レーザー光 １０ ステージ １１ 容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultraviolet wavelength range laser source 2 Mask 3 Mirror 4 Lens 5 Glass or crystal 6 Solution supply nozzle 7 Solution 8 Workpiece 9 Laser beam 10 Stage 11 Container
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/12 B23K 26/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00 B23K 26/12 B23K 26/16
Claims (5)
るいは結晶と被加工物の加工表面との間に溶液の表面張
力により溶液層を保持し、該溶液層を介して紫外線波長
域のパルスレーザーを前記加工表面に照射し加工するこ
とを特徴とするレーザーによる加工方法。1. A glass having a high transmittance of light in an ultraviolet wavelength range.
Or the surface tension of the solution between the crystal and the work surface of the workpiece
Holding the solution layer by a force, a processing method using a laser, characterized by a pulsed laser ultraviolet wavelength region is irradiated to the processed surface processed through the solution layer.
であることを特徴とする請求項１記載のレーザーによる
加工方法。2. The method according to claim 1, wherein the solution is an acid or alkali solution.
Machining method by laser according to claim 1, characterized in that.
を特徴とする請求項１記載のレーザーによる加工方法。Wherein the solution is a processing method by laser according to claim 1, wherein the solution der Rukoto containing nitric acid.
張力により溶液層を保持する紫外線波長域光の透過率の
高いガラスあるいは結晶と、該溶液層を介して前記加工
表面に紫外線波長域のパルスレーザーを照射するレーザ
ー装置とを備えたことを特徴とするレーザーによる加工
装置。4. The surface of the solution between the processing surface of the workpiece and the processing surface of the workpiece.
The transmittance of light in the ultraviolet wavelength range that holds the solution layer by tension
High as glass or crystal, machining apparatus according to a laser, characterized in that a laser device for irradiating a pulse laser of ultraviolet wavelength region to the work surface through the solution layer.
供給手段を更に有することを特徴とする請求項４記載の
レーザーによる加工装置。 5. The laser processing apparatus according to claim 4 , further comprising a solution supply means for supplying the solution to the processing surface.
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| JPH07185844A JPH07185844A (en) | 1995-07-25 |
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1993
- 1993-12-28 JP JP35098993A patent/JP3266403B2/en not_active Expired - Fee Related
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