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1. WO2007010783 - HYBRID LASER PROCESSING DEVICE

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明 細書

ハイブリッドレーザ加工装置

技術分野

[0001] 本発明はハイブリッドレーザカ卩ェ装置に関し、詳しくは、液体を噴射孔から液柱にし て外部に噴射し、当該液柱にレーザ光を導光するハイブリッドレーザ加工装置に関 する。

背景技術

[0002] 従来、噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体 供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレー ザ光を光ファイバを介して加工ヘッドへと導光する導光手段とを備え、上記液体供給 手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記導 光手段によって上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッド レーザカ卩ェ装置が知られて、る。

このようなハイブリッドレーザカ卩ェ装置として、レーザ 1によって発振されたレーザビ ームをビームガイド 6によってノズルブロック 43に導光し、あわせて当該ノズルブロック 43にポンプ 17により液体を供給することで、ノズル入口開口 30より噴出される液体ビ ームにレーザビームを導光するものが知られている。(特許文献 1)

この当該特許文献 1では、上記ビームガイド 6から照射されたレーザビームはコリメ ータ 21およびフォーカスレンズ 25を介してノズルブロックへと到達し、フォーカスレン ズによって集光されたレーザビームは、窓 36および液体を透過した後、ノズル入口 開口 30の平面内に集光され、液体ビームに導光されるようになっている。

特許文献 1:特表平 10— 500903号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかしながら上記特許文献 1のようにフォーカスレンズ 25によってレーザビームをノ ズル入口開口 30に集光する場合、噴射される液体ビームの径が細!ヽとレーザビーム の焦点位置の調整が困難であるといった問題がある。

このような問題に鑑み、本発明は噴射する液柱への導光が容易なハイブリッドレー ザ加工装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0004] つまり、請求項 1に記載のハイブリッドレーザ加工装置は、噴射孔を有する加工へッ ドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振する レーザ発振器と、レーザ発振器力発振されたレーザ光を光ファイバを介して加工へ ッドへと導光する導光手段とを備え、

上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させる と共に、上記導光手段によって上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を 行うハイブリッドレーザ加工装置において、

上記光ファイバの端部を、上記加工ヘッドにおける高圧液体の流路内に配置する ととも〖こ、当該光ファイバより出射されるレーザ光の光軸上に上記噴射孔を位置させ ることを特徴としている。

発明の効果

[0005] 上記発明によれば、光ファイバの端部を上記加工ヘッドにおける高圧液体の流路 内に配置することで、光ファイバの端部を上記噴射孔に接近させることが可能となり、 レーザ光の照射位置の調整が容易となるので、容易に液柱にレーザ光を導光するこ とがでさる。

発明を実施するための最良の形態

[0006] 以下図示実施例について説明すると、図 1には本発明に力かるハイブリッドレーザ 加工装置 1を示し、液体の噴射により形成した液柱 Wにレーザ光 Lを導光することで 、被加工物 2を所要形状に切断加工する装置となって、る。

このハイブリッドレーザカ卩ェ装置 1は、上記被力卩ェ物 2を支持する加工テーブル 3と 、レーザ光 Lを発振するレーザ発振器 4と、純水などの液体を高圧にして供給する液 体供給手段としての高圧ポンプ 5と、被加工物 2に向けて液体を液柱 Wとして噴射す るとともに、レーザ光 Lを上記液柱 Wに導光する加工ヘッド 6とを備え、上記レーザ発 振器 4と加工ヘッド 6との間には、レーザ光 Lを導光する導光手段 7が設けられている 本実施例の被加工物 2は、板厚の薄い半導体ウェハやエポキシ榭脂板、その他榭 脂と金属力もなる複合材料などであり、ハイブリッドレーザ加工装置 1はこれら被加工 物 2の切断加工や穴明け力卩ェのほか、被力卩ェ物 2の表面に溝力卩ェを行うことが可能 となっている。

上記カ卩工テーブル 3は、上記被力卩ェ物 2を下方力保持するようになっており、上 記カ卩ェヘッド 6は図示しない移動手段によって被加工物 2に対し水平方向および垂 直方向に相対移動するようになっている。なお、加工テーブル 3により被力卩ェ物 2を 移動させるようにしても良、。

[0007] 次に、本実施例におけるレーザ発振器 4は YAGレーザ発振器であり、加工に応じ て CW発振又はパルス発振が可能であり、またその出力やパルスの発振周期等の加 ェ条件を適宜調整できるようになって、る。

なおレーザ発振器 4として、この他にもファイバーレーザや半導体レーザや CO 2レ 一ザ発振器等を用いることも可能であるが、 CO 2レーザ発振器のように発振されるレ 一ザ光 Lが水に吸収されやすい波長である場合には、加工ヘッド 6より噴射される液 体をレーザ光 Lが吸収されにくい液体にすればよ、。

上記導光手段 7は、レーザ発振器 4によって発振されたレーザ光 Lを集光する集光 レンズ 11と、集光レンズ 11によって集光されたレーザ光 Lを上記カ卩ェヘッド 6まで導 光する光ファイバ 12とを備えている。

この光ファイバ 12は図 2に示すように、中央のファイバコア 12aの周囲にファイバク ラッド 12bを囲繞させた構成を有しており、ここでファイバコア 12aの直径を 10 μ m〜 200 μ mとすること力できる。

また、ファイバコア 12aの屈折率は 1. 7、ファイバクラッド 12bの屈折率は 1. 4となつ ており、上記集光レンズ 11によりファイバコア 12a内にレーザ光 Lが適正な角度で入 射すると、レーザ光 Lはファイバコア 12aとファイバクラッド 12bとの境界で全反射を繰 り返しながら、加工ヘッド 6へと導光される。

[0008] 図 1,図 2を用いて上記加工ヘッド 6について説明すると、加工ヘッド 6は上記移動 手段に保持されたノヽウジング 21と、上記光ファイバ 12を固定するファイバフランジ 22 と、液柱 Wを噴射するための噴射孔 24が形成された噴射ノズル 23とを備えて、る。 上記ハウジング 21には上記ファイバフランジ 22を保持するフランジ保持部 21aと、 噴射ノズル 23を保持するノズル保持部 21bとが形成されており、これらフランジ保持 部 21aおよびノズル保持部 21bとの間には液体通路 25が形成され、この液体通路 2 5には上記高圧ポンプ 5が接続され、高圧の液体が供給されるようになっている。 上記ファイバフランジ 22は、上記光ファイバ 12を保持する円筒部 22aと当該円筒 部 22aを囲繞するフランジ部 22bとから構成され、円筒部 22aの外径は上記フランジ 保持部 21aの貫通孔の径に合わせて形成されている。

また上記フランジ部 22bはフランジ保持部 21aの上面に固着されており、液体通路 25内の液体が貫通孔と円筒部 22aとの隙間より漏出しな、ようになって、る。

上記ファイバフランジ 22の中央には上下方向に貫通孔が形成され、光ファイバ 12 は当該貫通孔を上方から下方に向けて貫通し、光ファイバ 12の先端が上記液体通 路 25内に露出するようになって!/、る。そして円筒部 22aよりも上下に突出して、るファ ィバクラッド 12bと円筒部 22aとは、接着剤 Bにより相互に接着されている。

そして本実施例では、上記円筒部 22aよりも下方に突出した光ファイバ 12のうち、 ファイバコア 12aをファイバクラッド 12bよりさらに下方へと突出させており、ファイバコ ァ 12aが液体通路 25内に露出するようになっている。

なお、このときファイバコア 12aとファイバクラッド 12bとの境界で反射を繰り返しなが ら導光されたレーザ光 Lは、ファイバコア 12aと液体との境界でも反射を繰り返し、ファ ィバコア 12aの端部から噴射ノズル 23へ向って出射される。

つまり、ファイバコア 12aと液体との屈折率を比較すると、ファイバコア 12aのほうが 屈折率が高い(純水: 1. 33)ので、ファイバコア 12aとファイバクラッド 12bとの境界で 反射するレーザ光はファイバコア 12aと液体との境界でも全反射するようになる。 上記噴射ノズル 23は中央に上記噴射孔 24の穿設された円筒状の部材であり、そ の素材にはステンレスや金が用いられ、上記ハウジング 21のノズル保持部 21bに形 成された貫通孔に嵌着されてヽる。

上記噴射孔 24は光ファイバ 12側に形成されて、被加工物 2側に向けて縮径する第 1傾斜面 24aと、当該第 1傾斜面 24aよりも被加工物 2側に形成されて被加工物 2側 に向けて拡径する第 2傾斜面 24bとが形成され、このうち少なくとも第 1傾斜面 24aは レーザ光反射面となるよう鏡面加工が施されて、る。

この噴射孔 24には上記液体通路 25からの液体が流入し、上記第 1傾斜面 24aと第 2傾斜面 24bとの境界、すなわち最小径部の径で液柱 Wが被力卩ェ物 2に向けて噴射 される。ここで、上記最小径部の直径を 30 m〜120 mとすることができる。

このとき、上記第 2傾斜面 24bによって噴射された液柱 Wの周囲にはいわゆるエア ポケットが形成されるので、液柱 Wは拡散することなく被加工物 2に到達する。

そして、上記光ファイバ 12のファイバコア 12aの端末部を上記第 1傾斜面 24aの上 端部近傍に位置させてあり、ファイバコア 12aから出射されたレーザ光 Lが上記第 1 傾斜面 24aで反射した後、上記液柱 W内へと入射するようにその位置が調整されて いる。

上記ファイバコア 12aより出射されたレーザ光 Lは、液柱 W内に入射すると、液体と 大気との境界で反射を繰り返し、被加工物 2に到達して当該被加工物の加工が行わ れる。

以上のように、本実施例のハイブリッドレーザ加工装置 1では、上記ファイバコア 12 aを上記ファイバフランジ 22によって固定し、その先端を上記液体通路 25内に露出さ せて噴射ノズル 23の噴射孔 24に近づけて!/、るので、レーザ光 Lを容易に液柱 Wへと 導光することができる。

つまり、ファイバコア 12aから出射されたレーザ光を上記第 1傾斜面 24aに反射させ るようにファイバコア 12aの先端位置を設定すればょ、ので、容易にレーザ光を液柱 に導光することができる。

また、光ファイバ 12をファイバフランジ 22を用いてカ卩ェヘッド 6に固定すれば良い ので、構成が容易であり、ハイブリッドレーザカ卩ェ装置 1を小型化することができ、そ の分安価に製造することができる。

さらに、光ファイバ 12をファイバフランジ 22を用、てカ卩ェヘッド 6に固定する構成で あることから、一度設定したレーザ光 Lの照射位置がずれにくくなり、このため加工へ ッド 6を移動させて被力卩ェ物 2の加工を行うことが可能となる。

そして、ファイバコア 12aをファイバクラッド 12bより噴射孔 24側に突出させているの で、ファイバクラッド 12bによって液体通路 25の液体が噴射孔 24へと流通するのが 妨げられるのを防止して、る。

[0011] これに対し、特許文献 1ではレーザビームを液体ビームの径にまで集光する必要が あり、高精度な集光手段が必要となることから、ハイブリッドレーザ加工装置が大型化 し、高価なものとなっていた。

また、レーザビームを高精度に集光しなければならないので、加工時にカ卩ェヘッド を移動させてしまうと、レーザビームの光軸と噴射孔の軸心との位置がずれて液体ビ ームにレーザビームが入射しなくなるおそれがあることから、加工テーブルにより被カロ ェ物を移動させる必要があった。

[0012] なお、上記実施例における上記第 1傾斜面を、光ファイバの軸方向と平行な円筒面 としてもよぐまた当該第 1傾斜面にレーザ光を反射させずに直接液柱内に導光させ ることち可會である。

さらに、上記実施例ではファイバコア 12aをファイバクラッド 12bより突出させ、フアイ バコア 12aを液体内に露出させている力上記ファイバコア 12aをファイバクラッド 12 bより突出させる代わりに、ファイバクラッド 12bの先端を噴射孔 24に接近するにした 力 て縮径させることも可能である。

この場合、レーザ光 Lを光ファイバ 12の端部までファイバコア 12aとファイバクラッド 12bとの境界で反射させることができ、またファイバクラッド 12bによって液体が噴射 孔 24へ流通するのを妨げることもな、。

そして、上記実施例では半導体基板等を切断する加工装置について説明を行った 力 レーザ治療器に利用することも可能である。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本実施例のハイブリッドレーザ加工装置の構成図。

[図 2]加工ヘッドにっ、ての拡大断面図。

符号の説明

[0014] 1 ハイブリッドレーザ加工装置 2 被加工物

4 レーザ発振器 5 高圧ポンプ

6 加工ヘッド 7 導光手段

12 光ファイノ 12a ファイノくコア

12b ファイバクラッド 23 噴射ノズル 24 噴射孔 24a 第 1傾斜面 24b 第 2傾斜面 25 液体通路 W 液柱 L レーザ光