專利名稱：激光加工裝置及激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如適合于超硬質(zhì)材料的加工等中的激光加工裝置及激光加工方法。
背景技術(shù)：
通常，在使用如立方晶氮化硼燒結(jié)體(以下稱為CBN燒結(jié)體)或金剛石燒結(jié)體的超硬質(zhì)材料的部件或工具等的形狀加工中，用基于磨刀石的研磨等力學(xué)方法進(jìn)行整形。但是，CBN燒結(jié)體或金剛石燒結(jié)體在力學(xué)上堅(jiān)固，用每次加工時(shí)都變形的磨刀石等是很難實(shí)施微米級(jí)的精密加工。并且，還已知有如下方法為了得到所希望的加工性狀，向具有由CBN燒結(jié)體或金剛石燒結(jié)體等構(gòu)成的表面的部件照射激光，并且進(jìn)行反復(fù)掃描，從而實(shí)施切割等加工。該方法中，通過由激光的照射產(chǎn)生的熔融物等的加工去除物的堆積，在掃描下一個(gè)激光時(shí)，通過所堆積的加工去除物阻礙激光的同時(shí)被吸收而加工速度下降，并且難以進(jìn)行有效的精密的表面加工。為此，作為防止加工去除物的堆積的方法，以往使用通過輔助氣體吹散加工去除物的方法或通過吸引等去除加工去除物并同時(shí)進(jìn)行加工的方法，并且，例如專利文獻(xiàn)1所記載，還提出有用高壓噴吹水的方法。在該方法中，通過以高壓噴吹水來進(jìn)行加工部的冷卻，但可以認(rèn)為還能夠吹散加工去除物。并且，專利文獻(xiàn)2中提出有，在保持有被加工物的加工殼內(nèi)容納蒸餾水等液體，通過該液體向被加工物照射激光的技術(shù)。另外，在該方法中， 為了使激光透射，由透明玻璃或透明樹脂的透明板形成加工殼。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開2006-96051號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利公開2009-66657號(hào)公報(bào)在上述以往的技術(shù)中留有以下課題。S卩，在以往的使用輔助氣體的加工方法或通過吸引去除加工去除物的方法中，難以完全吹散或吸引加工去除物，并且，在以往噴吹水的方法中，存在以下問題點(diǎn)激光的光學(xué)系統(tǒng)因水壓高而飛濺導(dǎo)致被污染。并且，在專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中存在以下問題由于使液體容納在加工殼內(nèi)，從加工殼的外部通過加工殼入射激光，所以即使由透明板形成加工殼，透射時(shí)激光也會(huì)衰減的同時(shí)，加工殼本身通過激光導(dǎo)致破損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種不使用輔助氣體或液體就可以抑制加工去除物對(duì)激光加工的影響，從而提高加工效率的激光加工裝置及激光加工方法。本發(fā)明為了解決所述課題采用以下結(jié)構(gòu)。S卩，本發(fā)明的激光加工裝置，向加工對(duì)象物照射激光而進(jìn)行加工，其特征在于，具備有第1激光照射機(jī)構(gòu)，將第1激光聚光成所述加工對(duì)象物可被加工的激光強(qiáng)度而向所述加工對(duì)象物的加工面進(jìn)行照射；以及第2激光照射機(jī)構(gòu)，將第2激光聚光成所述加工對(duì)象物不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與所述第1激光同時(shí)向基于該第1激光的加工點(diǎn)的周圍進(jìn)行照射。并且，本發(fā)明的激光加工方法，向加工對(duì)象物照射激光而進(jìn)行加工，其特征在于， 具有第1激光照射工序，將第1激光聚光成所述加工對(duì)象物可被加工的激光強(qiáng)度而向所述加工對(duì)象物的加工面進(jìn)行照射，以及第2激光照射工序，將第2激光聚光成所述加工對(duì)象物不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與所述第1激光同時(shí)向基于該第1激光的加工點(diǎn)的周圍進(jìn)行照射。這些激光加工裝置及激光加工方法中，由于將第2激光聚光成加工對(duì)象物不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與第1激光同時(shí)向基于該第1激光的加工點(diǎn)周圍進(jìn)行照射，所以可通過第 2激光激發(fā)、細(xì)分化加工點(diǎn)附近的加工去除物，從而抑制由該加工去除物引起的影響，提高加工效率。即，以往通過在加工點(diǎn)附近產(chǎn)生的加工去除物，原本使用于加工的激光的能量被吸收，但在本發(fā)明中，與成為加工光束的第1激光不同，通過降低激光強(qiáng)度的成為加工去除物激發(fā)光束的第2激光，使加工點(diǎn)附近的加工去除物激發(fā)的同時(shí)，使之細(xì)分化，從而能夠抑制由加工去除物引起的第1激光的能量吸收。并且，本發(fā)明的激光加工裝置的特征在于，所述第1激光照射機(jī)構(gòu)從垂直方向側(cè)相對(duì)于所述加工對(duì)象物的加工面照射所述第1激光，而所述第2激光照射機(jī)構(gòu)從水平方向側(cè)相對(duì)于所述加工對(duì)象物的加工面照射所述第2激光。S卩，在該激光加工裝置中，由于從垂直方向側(cè)相對(duì)于加工對(duì)象物的加工面照射第1 激光，并且，從水平方向側(cè)相對(duì)于加工對(duì)象物的加工面照射第2激光，所以承擔(dān)直接加工的第1激光能夠從作為加工面正面?zhèn)鹊拇怪狈较騻?cè)有效聚光到衍射極限的同時(shí)，第2激光從作為加工面?zhèn)确降乃椒较騻?cè)緩慢地聚光，能夠以寬的照射面積激發(fā)及加熱加工點(diǎn)周邊。 尤其在從水平方向側(cè)相對(duì)于加工面傾斜照射第2激光時(shí)，還能夠以第2激光激發(fā)及加熱加工對(duì)象物的加工面表面，并且能夠使基于第1激光的加工更加效率化。根據(jù)本發(fā)明得到以下效果。S卩，根據(jù)本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法，由于將第2激光聚光成加工對(duì)象物不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與第1激光同時(shí)向基于該第1激光的加工點(diǎn)周圍進(jìn)行照射，所以可通過第2激光激發(fā)、細(xì)分化加工點(diǎn)附近的加工去除物，從而抑制由該加工去除物引起的影響，提高加工效率。由此，在作為脆性材料或難加工材料的陶瓷等的切割或研磨等中，也能夠進(jìn)行高品質(zhì)且高效率的加工。


圖1是在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的一實(shí)施方式中，表示激光加工裝置的簡單的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是在本實(shí)施方式中，表示第1激光及第2激光對(duì)加工對(duì)象物的照射的主要部分的立體圖。圖3是在本實(shí)施方式中，表示第1激光及第2激光對(duì)加工對(duì)象物的照射的說明圖。圖4是表示根據(jù)本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的實(shí)施例實(shí)際進(jìn)行激光加工的槽(a)和僅用第1激光進(jìn)行激光加工的槽(b)的基于電子顯微鏡的放大圖像 (從相對(duì)加工面傾斜45°的方向觀察的圖像)。符號(hào)說明
1-激光加工裝置，2-第1激光照射機(jī)構(gòu)，3-第2激光照射機(jī)構(gòu)，4_移動(dòng)機(jī)構(gòu)，7A-第 1光學(xué)系統(tǒng)，7B-第2光學(xué)系統(tǒng)，Ll-第1激光，L2-第2激光，W-加工對(duì)象物。
具體實(shí)施例方式以下，參照?qǐng)D1至圖3說明本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的一實(shí)施方式。如圖1至圖3所示，本實(shí)施方式的激光加工裝置1為向加工對(duì)象物W照射激光而進(jìn)行加工的裝置，具備有第1激光照射機(jī)構(gòu)2，將第1激光Ll聚光成加工對(duì)象物W可被加工的激光強(qiáng)度而向加工對(duì)象物W的加工面進(jìn)行照射；以及第2激光照射機(jī)構(gòu)3，將第2激光 L2聚光成加工對(duì)象物W不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與第1激光Ll同時(shí)向基于該第1激光Ll 的加工點(diǎn)P的周圍進(jìn)行照射；移動(dòng)機(jī)構(gòu)4，可保持加工對(duì)象物W而進(jìn)行移動(dòng)；以及控制這些的控制部5。上述加工對(duì)象物W例如為基板、切削工具或模具，是SiC基板等基板或被加工的表面由燒結(jié)金剛石燒結(jié)體、CBN燒結(jié)體或者通過氣相合成鍍膜的金剛石膜等構(gòu)成的物質(zhì)等。上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)4由如下構(gòu)成X軸載物臺(tái)部虹，可向平行于水平面的X方向移動(dòng)； Y軸載物臺(tái)部4y，設(shè)置于該X軸載物臺(tái)部虹上，并且可向相對(duì)于X方向垂直且平行于水平面的Y方向移動(dòng)；以及Z軸載物臺(tái)部如，設(shè)置于該Y軸載物臺(tái)部4y上且可保持加工對(duì)象物 W的同時(shí)，能夠向相對(duì)于水平面垂直方向移動(dòng)。上述第1激光照射機(jī)構(gòu)2具備有第1激光光源6A，通過Q開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)振蕩出第1激光Ll ；第1光學(xué)系統(tǒng)7A，使來自該第1激光光源6A的第1激光Ll聚光成點(diǎn)狀；以及CCD攝像機(jī)8，為了確認(rèn)被保持的加工對(duì)象物W的加工位置而進(jìn)行拍攝。另外，第1光學(xué)系統(tǒng)7A還設(shè)置有掃描所要照射的第1激光Ll的電掃描儀。并且，第1激光照射機(jī)構(gòu)2設(shè)置于移動(dòng)機(jī)構(gòu)4的上方，以使能夠從垂直方向側(cè)相對(duì)于加工對(duì)象物W的加工面照射第1激光Li。另外，第1激光Ll被設(shè)定成能夠以75 90°的角度θ 1垂直或大致垂直地相對(duì)于加工對(duì)象物W的加工面進(jìn)行照射。上述第2激光照射機(jī)構(gòu)3具備有第2激光光源6Β，通過Q開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)振蕩出第2激光L2 ；以及第2光學(xué)系統(tǒng)7Β，使來自該第2激光光源6Β的第2激光L2比第1激光Ll更緩慢地聚光。即，在第2光學(xué)系統(tǒng)7Β中，將第2激光L2的焦點(diǎn)設(shè)定在比基于第1 激光Ll的加工點(diǎn)P更遠(yuǎn)處，并設(shè)定成以寬的照射面積廣范圍對(duì)加工點(diǎn)P附近進(jìn)行照射。并且，第2激光照射機(jī)構(gòu)3設(shè)置于移動(dòng)機(jī)構(gòu)4的側(cè)方，以使能夠從水平方向側(cè)相對(duì)于加工對(duì)象物W的加工面照射第2激光L2。另外，第2激光L2被設(shè)定成能夠以0 15°的角度θ 2水平或大致水平地相對(duì)于加工對(duì)象物W的加工面進(jìn)行照射。上述第1激光光源6Α及第2激光光源6Β可使用波長為190 550nm的激光，尤其優(yōu)選為振蕩出波長266nm以下的激光的激光光源。另外，例如在本實(shí)施方式中使用振蕩出波長的激光的激光光源。如圖2所示，上述第1光學(xué)系統(tǒng)7A具備有偏振板9，將直線偏振的第1激光Ll設(shè)為圓偏振；以及對(duì)物透鏡10，聚光成為圓偏振的第1激光Li。
上述偏振板9為施以相對(duì)于第1激光Ll的波長的減反射涂層的λ /4板。并且，上述對(duì)物透鏡10被施以相對(duì)于第1激光Ll的波長的減反射涂層。并且，上述CXD攝像機(jī)8與第1光學(xué)系統(tǒng)7Α鄰接而設(shè)置。上述第2光學(xué)系統(tǒng)7Β具備有功率密度調(diào)整透鏡11，所述功率密度調(diào)整透鏡11聚光第2激光L2的同時(shí)，調(diào)整欲照射的功率密度。并且，上述功率密度調(diào)整透鏡11被施以相對(duì)于第2激光L2的波長的減反射涂層。另外，移動(dòng)機(jī)構(gòu)4的上方配設(shè)有吸引已產(chǎn)生的加工去除物的吸引噴嘴(省略圖示)°如此，在本實(shí)施方式的激光加工裝置1中，由于將第2激光L2聚光成加工對(duì)象物W 不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與第1激光Ll同時(shí)向基于該第1激光Ll的加工點(diǎn)P的周圍進(jìn)行照射。所以如圖3所示，通過第2激光L2激發(fā)、細(xì)分化加工點(diǎn)P附近的加工去除物D，從而可抑制由該加工去除物D引起的影響，提高加工效率。S卩，以往，通過在加工點(diǎn)P附近產(chǎn)生的加工去除物D，原來使用于加工中的激光的能量被吸收，但在本實(shí)施方式中，與成為加工光束的第1激光Ll不同，通過降低激光強(qiáng)度的成為加工去除物激發(fā)光束的第2激光L2使加工點(diǎn)P附近的加工去除物D激發(fā)的同時(shí)，使之細(xì)分化，從而能夠抑制由加工去除物D引起的第1激光Ll的能量吸收。另外，被照射第2激光L2的加工去除物D由于被激發(fā)并成為高能量狀態(tài)，所以蒸氣狀態(tài)時(shí)變成離子狀態(tài)，液體狀態(tài)時(shí)通過蒸氣狀態(tài)變化至離子狀態(tài)。因此，通過吸引噴嘴能夠容易地吸引被離子化的加工去除物D而進(jìn)行去除。并且，由于從垂直方向側(cè)相對(duì)于加工對(duì)象物W的加工面照射第1激光Li，且從水平方向側(cè)相對(duì)于加工對(duì)象物W的加工面照射第2激光L2，所以承擔(dān)直接加工的第1激光Ll可從作為加工面的正面?zhèn)鹊拇怪狈较騻?cè)有效地聚光至衍射極限的同時(shí)，第2激光L2從作為加工面的側(cè)方的水平方向側(cè)緩慢地聚光，能夠以寬的照射面積激發(fā)及加熱加工點(diǎn)P周邊。尤其，從水平方向側(cè)相對(duì)于加工面傾斜照射第2激光L2時(shí)，加工對(duì)象物W的加工面表面也能夠由第2激光L2激發(fā)及加熱，并且能夠使基于第1激光Ll的加工更加效率化。[實(shí)施例1]根據(jù)上述實(shí)施方式的激光加工裝置及激光加工方法對(duì)加工對(duì)象物實(shí)際進(jìn)行加工， 并對(duì)其評(píng)價(jià)的結(jié)果示于以下。另外，將α-Al2O3燒結(jié)體作為加工對(duì)象物進(jìn)行槽加工，并且通過電子顯微鏡觀察其加工面。并且，作為比較例，僅照射第1激光而進(jìn)行槽加工時(shí)，也同樣觀察加工面。將基于這些槽加工的加工面的電子顯微鏡照片示于圖4。如從該圖像可知，在僅照射第1激光而進(jìn)行槽加工的比較例的加工面(圖4(b)) 中，加工去除物堆積在加工槽周邊，與此相反，在同時(shí)照射來自大致垂直方向的第1激光和來自大致水平方向的第2激光而進(jìn)行槽加工的本實(shí)施例的加工面(圖4(a))中，加工槽周邊幾乎不存在加工去除物，得到干凈的加工槽。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式及實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可添加種種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，在第1激光照射機(jī)構(gòu)和第2激光照射機(jī)構(gòu)中分別設(shè)置有激光光源，但也可以共用1個(gè)激光光源，并且通過光學(xué)系統(tǒng)將從該激光光源出射的一個(gè)激光分為2個(gè)激光而作為第1激光和第2激光使用。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的激光加工裝置及激光加工方法尤其適用于作為脆性材料、難加工材料的陶瓷的切割或研磨等的加工。
權(quán)利要求
1.一種激光加工裝置，向加工對(duì)象物照射激光而進(jìn)行加工，其特征在于，具備有第1激光照射機(jī)構(gòu)，將第1激光聚光成所述加工對(duì)象物可被加工的激光強(qiáng)度而向所述加工對(duì)象物的加工面進(jìn)行照射；以及第2激光照射機(jī)構(gòu)，將第2激光聚光成所述加工對(duì)象物不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與所述第1激光同時(shí)向基于該第1激光的加工點(diǎn)的周圍進(jìn)行照射。
2.如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，所述第1激光照射機(jī)構(gòu)從垂直方向側(cè)相對(duì)于所述加工對(duì)象物的加工面照射所述第1激光，所述第2激光照射機(jī)構(gòu)從水平方向側(cè)相對(duì)于所述加工對(duì)象物的加工面照射所述第2激光。
3.一種激光加工方法，向加工對(duì)象物照射激光而進(jìn)行加工，其特征在于，具有，第1激光照射工序，將第1激光聚光成所述加工對(duì)象物可被加工的激光強(qiáng)度而向所述加工對(duì)象物的加工面進(jìn)行照射，以及第2激光照射工序，將第2激光聚光成所述加工對(duì)象物不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與所述第1激光同時(shí)向基于該第1激光的加工點(diǎn)的周圍進(jìn)行照射。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光加工裝置及激光加工方法，其不使用輔助氣體或液體就可以抑制加工去除物對(duì)激光加工的影響，從而提高加工效率。一種向加工對(duì)象物(W)照射激光而進(jìn)行加工的裝置，具備有第1激光照射機(jī)構(gòu)(2)，將第1激光(L1)聚光成加工對(duì)象物(W)可被加工的激光強(qiáng)度而向加工對(duì)象物(W)的加工面進(jìn)行照射；以及第2激光照射機(jī)構(gòu)(3)，將第2激光(L2)聚光成加工對(duì)象物(W)不會(huì)被加工的激光強(qiáng)度，與第1激光(L1)同時(shí)向基于該第1激光(L1)的加工點(diǎn)的周圍進(jìn)行照射。
文檔編號(hào)B23K26/16GK102189336SQ201110035579
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者日向野哲, 高橋正訓(xùn) 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社