JPH08243774A

JPH08243774A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH08243774A
Application number: JP7050763A
Authority: JP
Inventors: Takuya Sawai; 卓哉澤井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工物が硬脆材の場合であっても、温度勾
配による熱応力破裂を回避しながら効率よく加工作業が
できるレーザ加工装置を提供する。【構成】水平方向に走査可能に設けられた加工ヘッド
に、レーザビーム１の照射方向に垂直な曲面分布レンズ
４を配設する。レーザビーム１はこの曲面分布レンズ４
を透過することによって、被加工物６の加工点に絞り込
まれる。被加工物６の表面に照射されたレーザビーム
に、集光度の高いビームウエスト部８及び前記ビームウ
ェスト部８の前記走査方向における両端に集光度の低い
デフォーカス部が形成されるように、曲面分布レンズ４
の入射側又は出射側表面を曲面分布加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集光レンズ又は集光ミラ
ーによって集光したレーザビームを被加工物に照射する
ことによって、被加工物の加工を行う装置に係り、特
に、硬脆材料の切断を行うためのレーザ加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、著しく進歩したレーザ応用技術の
中で、最も実用化が進んでいるものの一つがレーザ加工
技術である。レーザ加工は、コヒーレントなレーザ光を
集光レンズ又は集光ミラーにより微小スポットに集光し
てパワー密度を高め、材料上の特定の加工点を瞬時に溶
融又は蒸発させることにより所望の加工を行う無接触熱
加工である。その加工の種類としては、レーザトリミン
グ、切断、溶接、表面処理など多岐にわたり、金属、非
金属、複合材料などあらゆる材料の加工を行うことがで
きる。

【０００３】このようなレーザ加工を行う装置は、その
加工種類及び被加工物の種類に応じて多種多様なものが
提案されているが、その中で、特に、被加工物の切断加
工を行なうための装置の一例を、図４の模式図にしたが
って以下に説明する。すなわち、水平方向に走査可能に
設けられた加工ヘッドに、レーザビーム１の照射方向に
対して垂直な平面上に集光レンズ２が配設されている。
レーザビーム１はこの集光レンズ２を透過することによ
って、被加工物６の加工点に絞り込まれる。すると、加
工点の表面は溶融状態になり、レーザビーム１が急激に
吸収されて材料の蒸発が起こり、溶融部に穿孔が発生す
る。そして、水平方向に加工ヘッド又は被加工物を移動
させると、レーザビーム１の集中点は切断溝５を形成し
ながら被加工物に対して相対的に移動するので、被加工
物が切断される。

【０００４】以上のようなレーザビームによる被加工物
の切断には、機械的な切断、酸素、アセチレンガス切
断、アークプラズマ切断などの従来の加工方法に比べ
て、以下のような利点がある。すなわち、切断の寸法精度は材料が高硬度か否かによって変わる
ことがない。セラミックスなどの高融点の材料も切断できる。切断面が滑らかで、バリがでない。切断幅が狭く、加工精度が高いので、切り落とした側
の材料も有効に活用でき、無駄が出ない。コンピュータ制御により複雑な図形の切断が高速、高
精度に実現でき、形状の変更も容易である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のレーザ加工装置には、以下の様な問題点が
あった。すなわち、被加工物６にレーザビーム１を照射
すると、レーザビーム１に照射された箇所とその付近の
レーザビーム１に照射されていない箇所との間に温度勾
配が生じる。このような温度勾配は、被加工物６が温度
拡散速度の高い材料である場合には問題にならない。

【０００６】ところが、例えば、ガラス、セラミックス
等の硬脆材は、その温度拡散速度が低い材料である。し
たがって、かかる硬脆材はレーザビーム１の照射によ
り、照射されていない箇所との間に生じる温度勾配が急
峻となるため、熱応力により破裂する可能性がある。こ
れに対処するため、被加工物を他の加熱装置または切断
可能な程度よりも光強度の低いレーザビーム１によって
あらかじめ熱しておき、レーザビーム１の照射が急峻な
温度勾配を招かないようにすることも考えられる。しか
し、このような加工条件を設定することは、極めて困難
かつ面倒なものであり、作業効率がよくない。

【０００７】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その主たる目
的は、被加工物が硬脆材の場合であっても、温度勾配に
よる熱応力破裂を回避しながら効率よく加工作業を行う
ことができるレーザ加工装置を提供することである。

【０００８】他の目的は、加工現象や光学部品へのレー
ザビーム光強度に応じて、安全にレーザ加工を行うこと
ができるレーザ加工装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、集光レンズ又は集光ミラー
により集光したレーザビームを、被加工物の表面に照射
しながら水平方向に走査することにより、前記被加工物
の加工を行うレーザ加工装置において、前記被加工物の
表面に照射された前記レーザビームに、集光度の高い加
工部及び前記加工部の前記走査方向における両端に集光
度の低い加熱部が形成されるように、前記集光レンズ又
は前記集光ミラーの表面が曲面分布加工されていること
を特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザ加工装置において、前記レーザビームの走査方向に
おいて、前記レーザビームの集光点の軌跡が円弧となる
ように、前記集光レンズ又は前記集光ミラーの表面が曲
面分布加工されていることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザ加工装置において、前記レーザビームの走査方向に
おいて、前記レーザビームの集光点の軌跡が楕円の一部
となるように、前記集光レンズ又は前記集光ミラーの表
面が曲面分布加工されていることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザ加工装置において、前記レーザビームの走査方向に
おいて、前記レーザビームの集光点の軌跡が放物線の一
部となるように、前記集光レンズ又は前記集光ミラーが
曲面分布加工されていることを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１記載のレ
ーザ加工装置において、前記集光レンズ又は前記集光ミ
ラーにより集光されたレーザビームは、その偏光面が前
記走査方向に平行であることを特徴とする。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項２記載のレ
ーザ加工装置において、ｘを前記走査方向における前記
集光レンズの中心からの距離、Ｒ（ｘ）を前記集光レン
ズにおける曲面分布加工が成された面の曲率半径、ｎを
前記集光レンズの材質の屈曲率、ｆ₀をレーザビーム中
心に於ける任意の焦点距離、ｒを円弧となる集光点軌跡
の任意の半径、ＲをＲ（ｘ）と相対するレンズ面の曲率
半径とすると、

【数７】の関係が成立することを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の発明は、請求項３記載のレ
ーザ加工装置において、ｘを前記走査方向における前記
集光レンズの中心からの距離、Ｒ（ｘ）を前記集光レン
ズにおける曲面分布加工が成された面の曲率半径、ｎを
前記集光レンズの材質の屈曲率、ｆ₀をレーザビーム中
心に於ける任意の焦点距離、ＲをＲ（ｘ）と相対するレ
ンズ面の曲率半径、Ａをレーザビーム照射方向の楕円の
径、Ｂを前記走査方向の楕円の径とすると、

【数８】の関係が成立することを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の発明は、請求項４記載のレ
ーザ加工装置において、ｘを前記走査方向における前記
集光レンズの中心からの距離、Ｒ（ｘ）を前記集光レン
ズにおける曲面分布加工が成された面の曲率半径、ｎを
前記集光レンズの材質の屈曲率、ｆ₀をレーザビーム中
心に於ける任意の焦点距離、ＲをＲ（ｘ）と相対するレ
ンズ面の曲率半径とすると、

【数９】の関係が成立することを特徴とする。

【００１７】請求項９記載の発明は、請求項２記載のレ
ーザ加工装置において、ｘを前記走査方向における前記
集光ミラーの中心からの距離、ｚを前記レーザビームの
被加工物への照射方向における前記集光ミラーの中心か
らの距離、Ｙ（ｘ，ｚ）を前記集光ミラーにおける曲面
分布加工が成された面上の位置座標、ｆ₀をレーザビー
ム中心に於ける任意の焦点距離、ｒを円弧となる集光点
軌跡の任意の半径とすると、

【数１０】の関係が成立することを特徴とする。

【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項３記載の
レーザ加工装置において、ｘを前記走査方向における前
記集光ミラーの中心からの距離、ｚを前記レーザビーム
の被加工物への照射方向における前記集光ミラー中心か
らの距離、Ｙ（ｘ，ｚ）を前記集光ミラーにおける曲面
分布加工が成された面の位置座標、ｆ₀をレーザビーム
中心に於ける任意の焦点距離、Ａをｚと同方向の楕円の
径、Ｂをｘと同方向の楕円の径とすると、

【数１１】の関係が成立することを特徴とする。

【００１９】請求項１１記載の発明は、請求項４記載の
レーザ加工装置において、ｘを前記走査方向における前
記集光ミラーの中心からの距離、ｚを前記レーザビーム
の被加工物への照射方向における前記集光ミラー中心か
らの距離、Ｙ（ｘ，ｚ）を前記集光ミラーにおける曲面
分布加工が成された面の位置座標、ｆ₀をレーザビーム
中心に於ける任意の焦点距離とすると、

【数１２】の関係が成立することを特徴とする。

【００２０】

【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は、以
下の通りである。すなわち、請求項１記載の発明では、
まず、被加工物の表面には、照射されたレーザビームの
うち加工部の一端の加熱部が照射される。すると、被加
工物６における切断しようとする箇所が、切断前にあら
かじめやや広範囲に熱せられるので、急峻な温度勾配の
発生を防止するための前処理となる。そして、レーザビ
ームを水平方向に走査すると、上記のように熱せられた
箇所に対して加工部が照射され、被加工物の切断が行わ
れる。さらに、切断箇所には、加工部の他端の加熱部が
照射されるので、加工時に高熱となった箇所が急速に冷
却されることがなく、急峻な温度勾配の発生が未然に防
止される。

【００２１】請求項２及び請求項６又は請求項２及び請
求項９記載の発明では、レーザービームの集光点の軌跡
がレーザービームの走査方向において円弧となるので、
集光点は円弧の頂点から両走査方向へ向かうに従って被
加工物より上方へ離れる。したがって、被加工物の表面
におけるレーザビームの形状は、中間が最も集光度が高
い加工部となり、その両端が集光度の低い加熱部とな
る。

【００２２】請求項３及び請求項７記載又は請求項３及
び請求項１０記載の発明では、レーザービームの集光点
の軌跡がレーザービームの走査方向において楕円の一部
となるので、集光点は楕円の一頂点から両走査方向へ向
かうに従って被加工物より上方へ離れる。したがって、
被加工物の表面におけるレーザビームの形状は、中間が
最も集光度が高い加工部となり、その両端が集光度の低
い加熱部となる。

【００２３】請求項４及び請求項８記載又は請求項４及
び請求項１１記載の発明では、レーザービームの集光点
の軌跡がレーザービームの走査方向において放物線の一
部となるので、集光点は放物線の頂点から両走査方向へ
向かうに従って被加工物より上方へ離れる。したがっ
て、被加工物の表面におけるレーザビームの形状は、中
間が最も集光度が高い加工部となり、その両端が集光度
の低い加熱部となる。

【００２４】請求項５記載の発明では、集光レンズ又は
集光ミラーにより集光されたレーザビームの偏光面が走
査方向に平行であるため、レーザビームの被加工物への
吸収率向上等の効果が得られて、加工条件をより容易に
することが可能となる。

【００２５】

【実施例】本発明によるレーザ加工装置の実施例を、図
１、図２及び図３を参照して以下に説明する。ここで、
図１と図２は、レーザ加工装置を示す模式図、図３は被
加工物の表面に照射されるレーザビーム形状の概念図で
ある。また、Ｘ軸は被加工物の水平面に対して平行な一
方向（加工時におけるレーザビーム１の走査方向）を示
し、Ｙ軸は被加工物の水平面に対して平行でＸ軸に直交
する方向を示す。Ｚ軸は、被加工物の水平面に対して垂
直な方向を示す。なお、図４に示した従来技術と同一部
分には同一符号を付し、説明を省略する。

【００２６】（１）第１実施例…図１請求項１〜請求項２及び請求項６記載の発明に対応する
一実施例を、第１実施例として以下に説明する。なお、
請求項１記載の集光レンズは曲面分布レンズ、加工部は
ビームウェスト部、加熱部はデフォーカス部とする。

【００２７】（ａ）第１実施例の構成本実施例の構成を説明する。すなわち、本実施例は、図
１に示すように、レーザビーム１を集光するために集光
レンズを用いる透過集光方式のレーザ加工装置であり、
集光レンズとして曲面分布レンズ４が使用されている。
この曲面分布レンズ４における入射側表面又は出射側表
面は、Ｘ軸上の曲率制御はされておらず、Ｙ軸方向に曲
率制御がなされている。その極率半径Ｒ（ｘ）は、以下
の（１）式で示される。なお、式中、ｘは曲面分布レン
ズの中心からＸ軸方向の距離、ｎは曲面分布レンズの材
質の屈曲率、ｆ₀はレーザビーム中心に於ける任意の焦
点距離、ｒは円弧となる集光点軌跡の任意の半径、Ｒは
Ｒ（ｘ）と相対するレンズ面の曲率半径（球面）であ
り、その符号はＲが出射側なら正であり入射側なら負と
なる。

【００２８】

【数１３】（ｂ）第１実施例の作用、効果以上のような本実施例の作用、効果は以下の通りであ
る。すなわち、上記曲面分布レンズ４によれば、レーザ
ビーム１の集光点の軌跡３は、Ｙ軸方向に円弧状を描く
ため、この円弧の頂点を中心にＸ軸の正負の両方向へ向
かうに従って被加工物６の水平面より上方へ離れる。こ
のため、被加工物６の水平面に照射されるレーザビーム
１の形状は、図３に示すように、双曲線状のビームウェ
スト部８の両側に円弧状のデフォーカス部９が形成され
た瓢箪形状となる。そして、ビームウェスト部８は集光
度が高いために切断に必要な程度に光強度が高く、その
両端のデフォーカス部９は集光度が低いために切断に必
要な程度よりも光強度が低くなっている。

【００２９】このようなレーザビーム１を被加工物６上
の未加工域に照射させると、まず、デフォーカス部９の
一方が照射される。すると、被加工物６における切断し
ようとする箇所が、切断前にあらかじめ広範囲に渡り加
熱されるので、急峻な温度勾配の発生を抑止するための
前処理となる。

【００３０】次に、加工ヘッドを移動させることにより
又は被加工物６を移動させることにより、被加工物６に
対してレーザビーム１をＸ軸方向に相対的に走査させ
る。すると、デフォーカス部９により熱せられた範囲内
に、光強度が最も高くビーム線幅が最も細いビームウェ
スト部８が照射され、切断溝部５が形成されながら実際
の切断加工が行われる。

【００３１】さらに、レーザビーム１の走査が進むと、
他方のデフォーカス部９が被加工物６の切断溝部５に照
射される。すると、切断時に高熱となった被加工物６が
急速に冷却されることなく、急峻な温度勾配が発生する
ことが未然に防止される。

【００３２】以上のように、被加工物６は、実際の切断
加工ための光強度が最も高いビームウェスト部８が照射
される前に、一方のデフォーカス部９が照射されてあら
かじめ熱せられているので、被加工物６が硬脆材であっ
ても、切断時の切断幅内の領域とその周辺部との間に生
ずる温度勾配がなだらかになり、面方向への割れや切断
面の微少クラック等の熱応力破壊が防止される。

【００３３】また、ビームウェスト部８による実際の切
断加工の直後に、他方のデフォーカス部９が照射される
ので、被加工物６が硬脆材であっても、切断終了後の被
加工物６の急速な冷却が防止され、さらなる熱応力除去
が行われ、面方向への割れ等の熱応力破壊が防止され
る。

【００３４】さらに、デフォーカス部９による予熱、ビ
ームウェスト部８による切断、デフォーカス部９による
事後加熱が、通常のレーザ加工の流れの中で自動的に行
われることとなる。したがって、他の加熱装置を用いた
り、レーザビーム１の光強度を調節して、切断作業とは
別に被加工物６を熱しておく等の面倒な作業は必要がな
くなるので、作業効率が向上する。

【００３５】（２）第２実施例請求項１、請求項３及び請求項７記載の発明に対応する
一実施例を、第２実施例として以下に説明する。本実施
例においては、曲面分布レンズ４の入射側表面又は出射
側表面が、Ｘ軸上の曲率制御はされておらず、Ｙ軸方向
に曲率制御がなされている。その極率半径Ｒ（ｘ）は、
以下の（２）式で示される。なお、式中、ｘは曲面分布
レンズの中心からＸ軸方向の距離、ｎは曲面分布レンズ
材質の屈曲率、ｆ₀はレーザビーム中心に於ける任意の
焦点距離、ＲはＲ（ｘ）と相対するレンズ面の曲率半径
（球面）であり、その符号はＲが出射側なら正であり入
射側なら負となる。また、ＡはＺ軸方向の楕円の径、Ｂ
をＸ軸方向の楕円の径とする。

【００３６】

【数１４】以上のような構成を有する本実施例の作用、効果は以下
の通りである。すなわち、上記曲面分布レンズ４によれ
ば、レーザビーム１の集光点の軌跡３は、Ｙ軸方向に楕
円の一部を描くため、この楕円の一頂点を中心にＸ軸の
正負の両方向へ向かうに従って被加工物６の水平面より
上方へ離れる。このため、被加工物６の水平面に照射さ
れるレーザビーム１の形状は、図３に示すように、双曲
線状のビームウェスト部８の両側に円弧状のデフォーカ
ス部９が形成された瓢箪形状となる。したがって、第１
実施例と同様に、被加工物６が硬脆材であっても、切断
時の熱応力破壊が防止される。

【００３７】（３）第３実施例請求項１、請求項４及び請求項８記載の発明に対応する
一実施例を、第３実施例として以下に説明する。本実施
例においては、曲面分布レンズ４の入射側表面又は出射
側表面が、Ｘ軸上の曲率制御はされておらず、Ｙ軸方向
に曲率制御がなされている。その極率半径Ｒ（ｘ）は、
以下の（３）式で示される。なお、式中、ｘは曲面分布
レンズの中心からＸ軸方向の距離、ｎは曲面分布レンズ
材質の屈曲率、ｆ₀はレーザビーム中心に於ける任意の
焦点距離、ＲはＲ（ｘ）と相対するレンズ面の曲率半径
（球面）であり、その符号はＲが出射側なら正であり入
射側なら負となる。

【００３８】

【数１５】以上のような構成を有する本実施例の作用、効果は以下
の通りである。すなわち、上記曲面分布レンズ４によれ
ば、レーザビーム１の集光点の軌跡３は、Ｙ軸方向に放
物線の一部を描くため、この放物線の頂点を中心にＸ軸
の正負の両方向へ向かうに従って被加工物６の水平面よ
り上方へ離れる。このため、被加工物６の水平面に照射
されるレーザビーム１の形状は、図３に示すように、双
曲線状のビームウェスト部８の両側に円弧状のデフォー
カス部９が形成された瓢箪形状となる。したがって、第
１実施例と同様に、被加工物６が硬脆材であっても、切
断時の熱応力破壊が防止される。

【００３９】（４）第４実施例…図２請求項１〜請求項２及び請求項９記載の発明に対応する
一実施例を、第４実施例として以下に説明する。

【００４０】（ａ）第４実施例の構成本実施例の構成を説明する。すなわち、本実施例は、図
２に示すように、レーザビーム１の集光用に反射鏡であ
る放物面分布ミラー７を用いた反射集光方式のレーザ加
工装置である。本装置は、加工現象や光学部品へのレー
ザビーム１の光強度を考慮したとき、レンズ系光学部品
よりも比較的損傷しきい値の高い金属反射鏡を用いた方
が、安全性が向上する場合に適用されるものである。

【００４１】本実施例における放物面分布ミラー７は、
Ｙ軸上を伝搬してきたレーザビーム１を、直角に反射さ
せＺ軸上を被加工物６の表面に向かって伝搬させるもの
である。この放物面分布ミラー７の表面は、以下の
（４）式に示す曲面分布加工が成されている。なお、式
中、ｘは放物面分布ミラー７の中心からＸ軸方向の距
離、ｚを放物面分布ミラー７の中心からＺ軸方向の距
離、Ｙ（ｘ，ｚ）は放物面分布ミラー７における曲面分
布加工面の座標、ｆ₀をレーザビーム中心に於ける任意
の焦点距離、ｒは円弧となる集光点軌跡の任意の半径と
する。

【００４２】

【数１６】（ｂ）第２実施例の作用、効果以上のような本実施例の作用、効果は以下の通りであ
る。すなわち、上記放物面分布ミラー７によれば、Ｙ軸
方向から伝搬してくるレーザビーム１が反射して、被加
工物６に向かって集光されると、その集光点の軌跡３は
Ｙ軸方向において円弧となる。このため、第１実施例に
おける曲面分布レンズ４によると同様に、被加工物６の
水平面に照射されるレーザビーム１の形状は、図３に示
すように、双曲線状のビームウェスト部８の両側に円弧
状のデフォーカス部９が形成された瓢箪形状となる。

【００４３】したがって、第１実施例と同様に、被加工
物６が硬脆材であっても、切断時の熱応力破壊が防止さ
れる。さらに、本実施例は、加工現象や光学部品へのレ
ーザビーム１の光強度に応じて、損傷しきい値の高い放
物面分布ミラー７を用いているので、安全に切断作業を
行うことができる。

【００４４】（５）第５実施例請求項１、請求項３及び請求項１０記載の発明に対応す
る一実施例を、第５実施例として以下に説明する。本実
施例においては、放物面分布ミラー７の表面に、以下の
（５）式で示す曲面分布加工がなされている。なお、式
中、ｘは放物面分布ミラー７の中心からＸ軸方向の距
離、ｚを放物面分布ミラー７の中心からＺ軸方向の距
離、Ｙ（ｘ，ｚ）は放物面分布ミラー７における曲面分
布加工面の座標、ｆ₀をレーザビーム中心に於ける任意
の焦点距離とする。

【００４５】

【数１７】以上のような構成を有する本実施例の作用、効果は以下
の通りである。すなわち、上記放物面分布ミラー７によ
れば、Ｙ軸方向から伝搬してくるレーザビーム１が反射
して、被加工物６に向かって集光されると、その集光点
の軌跡３はＹ軸方向において楕円の一部となる。このた
め、第２実施例における曲面分布レンズ４によると同様
に、被加工物６の水平面に照射されるレーザビーム１の
形状は、図３に示すように、双曲線状のビームウェスト
部８の両側に円弧状のデフォーカス部９が形成された瓢
箪形状となる。

【００４６】したがって、第２実施例と同様に、被加工
物６が硬脆材であっても、切断時の熱応力破壊が防止さ
れる。さらに、本実施例は、加工現象や光学部品へのレ
ーザビーム１の光強度に応じて、損傷しきい値の高い放
物面分布ミラー７を用いているので、第４実施例と同様
に、安全に切断作業を行うことができる。

【００４７】（６）第６実施例請求項１、請求項４及び請求項１１記載の発明に対応す
る一実施例を、第６実施例として以下に説明する。本実
施例においては、放物面分布ミラー７の表面に、以下の
（６）式で示す曲面分布加工がなされている。なお、式
中、ｘは放物面分布ミラー７の中心からＸ軸方向の距
離、ｚを放物面分布ミラー７の中心からＺ軸方向の距
離、Ｙ（ｘ，ｚ）を放物面分布ミラー７における曲面分
布加工面の座標、ｆ₀をレーザビーム中心に於ける任意
の焦点距離とする。

【００４８】

【数１８】以上のような構成を有する本実施例の作用、効果は以下
の通りである。すなわち、上記放物面分布ミラー７によ
れば、Ｙ軸方向から伝搬してくるレーザビーム１が反射
して、被加工物６に向かって集光されると、その集光点
の軌跡３はＹ軸方向において放物線の一部となる。この
ため、第３実施例における曲面分布レンズ４によると同
様に、被加工物６の水平面に照射されるレーザビーム１
の形状は、図３に示すように、双曲線状のビームウェス
ト部８の両側に円弧状のデフォーカス部９が形成された
瓢箪形状となる。

【００４９】したがって、第３実施例と同様に、被加工
物６が硬脆材であっても、切断時の熱応力破壊が防止さ
れる。さらに、本実施例は、加工現象や光学部品へのレ
ーザビーム１の光強度に応じて、損傷しきい値の高い放
物面分布ミラー７を用いているので、第４実施例と同様
に、安全に切断作業を行うことができる。

【００５０】（７）その他の実施例本発明は以上のような実施例に限定されるものではな
く、各部材の設定は適宜変更可能である。たとえば、本
発明のレーザ加工装置は、被加工物６へ照射されるレー
ザビーム形状が、両端に加熱部を備えた加工部を有すれ
ばよく、被加工物６上方でのビーム集光点の軌跡３は、
円、楕円、放射線には限定されず、他の曲線でもよい。

【００５１】また、請求項１及び請求項５記載の発明に
対応する一実施例として、レーザビーム１をＸ軸方向に
走査する際に、入射レーザビーム１の偏光が直線偏光な
ら、その偏光面がＸ軸と平行となるように、曲面分布レ
ンズ４又は放物面分布ミラー７の姿勢を調整できる構成
とすることも可能である。このように、レーザビーム１
の偏光面がＸ軸と平行となるように調節されると、レー
ザビーム１の偏光面と被加工物６の相対移動方向が平行
となるため、レーザビーム１の被加工物６への吸収率向
上等の効果が得られて、加工条件をより容易にすること
が可能となる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集光レーザビームが被加工物の表面において加工部と加
熱部を有するように、集光レンズ又は集光ミラーの表面
が曲面分布加工されているので、被加工物が硬脆材の場
合であっても、温度勾配による熱応力破裂を回避しなが
ら効率よく加工作業を行うことが可能なレーザ加工装置
を提供することができる。

【００５３】また、本発明によれば、集光ミラーを用い
ることにより、加工現象や光学部品へのレーザビーム光
強度に応じて、安全にレーザ加工が可能なレーザ加工装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工装置の第１実施例を示
す模式図である。

【図２】本発明によるレーザ加工装置の第４実施例を示
す模式図である。

【図３】本発明によるレーザ加工装置により、被加工物
へ照射されたレーザビームの形状を示す概念図である。

【図４】従来のレーザ加工装置の一例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１…レーザビーム２…集光レンズ３…集光点の軌跡４…曲面分布レンズ５…切断溝部６…被加工物７…放物面分布ミラー８…ビームウェスト部９…デフォーカス部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集光レンズ又は集光ミラーにより集光し
たレーザビームを、被加工物の表面に照射しながら水平
方向に走査することにより、前記被加工物の加工を行う
レーザ加工装置において、前記被加工物の表面に照射された前記レーザビームに、
集光度の高い加工部及び前記加工部の前記走査方向にお
ける両端に集光度の低い加熱部が形成されるように、前
記集光レンズ又は前記集光ミラーの表面が曲面分布加工
されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】前記レーザビームの走査方向において、
前記レーザビームの集光点の軌跡が円弧となるように、
前記集光レンズ又は前記集光ミラーの表面が曲面分布加
工されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加
工装置。
【請求項３】前記レーザビームの走査方向において、
前記レーザビームの集光点の軌跡が楕円の一部となるよ
うに、前記集光レンズ又は前記集光ミラーの表面が曲面
分布加工されていることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザ加工装置。
【請求項４】前記レーザビームの走査方向において、
前記レーザビームの集光点の軌跡が放物線の一部となる
ように、前記集光レンズ又は前記集光ミラーが曲面分布
加工されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ
加工装置。
【請求項５】前記集光レンズ又は前記集光ミラーによ
り集光されたレーザビームは、その偏光面が前記走査方
向に平行であることを特徴とする請求項１記載のレーザ
加工装置。
【請求項６】ｘを前記走査方向における前記集光レン
ズの中心からの距離、Ｒ（ｘ）を前記集光レンズにおけ
る曲面分布加工が成された面の曲率半径、ｎを前記集光
レンズの材質の屈曲率、ｆ₀をレーザビーム中心に於け
る任意の焦点距離、ｒを円弧となる集光点軌跡の任意の
半径、ＲをＲ（ｘ）と相対するレンズ面の曲率半径とす
ると、【数１】の関係が成立することを特徴とする請求項２記載のレー
ザ加工装置。
【請求項７】ｘを前記走査方向における前記集光レン
ズの中心からの距離、Ｒ（ｘ）を前記集光レンズにおけ
る曲面分布加工が成された面の曲率半径、ｎを前記集光
レンズの材質の屈曲率、ｆ₀をレーザビーム中心に於け
る任意の焦点距離、ＲをＲ（ｘ）と相対するレンズ面の
曲率半径、Ａをレーザビーム照射方向の楕円の径、Ｂを
前記走査方向の楕円の径とすると、【数２】の関係が成立することを特徴とする請求項３記載のレー
ザ加工装置。
【請求項８】ｘを前記走査方向における前記集光レン
ズの中心からの距離、Ｒ（ｘ）を前記集光レンズにおけ
る曲面分布加工が成された面の曲率半径、ｎを前記集光
レンズの材質の屈曲率、ｆ₀をレーザビーム中心に於け
る任意の焦点距離、ＲをＲ（ｘ）と相対するレンズ面の
曲率半径とすると、【数３】の関係が成立することを特徴とする請求項４記載のレー
ザ加工装置。
【請求項９】ｘを前記走査方向における前記集光ミラ
ーの中心からの距離、ｚを前記レーザビームの被加工物
への照射方向における前記集光ミラーの中心からの距
離、Ｙ（ｘ，ｚ）を前記集光ミラーにおける曲面分布加
工が成された面上の位置座標、ｆ₀をレーザビーム中心
に於ける任意の焦点距離、ｒを円弧となる集光点軌跡の
任意の半径とすると、【数４】の関係が成立することを特徴とする請求項２記載のレー
ザ加工装置。
【請求項１０】ｘを前記走査方向における前記集光ミ
ラーの中心からの距離、ｚを前記レーザビームの被加工
物への照射方向における前記集光ミラー中心からの距
離、Ｙ（ｘ，ｚ）を前記集光ミラーにおける曲面分布加
工が成された面の位置座標、ｆ₀をレーザビーム中心に
於ける任意の焦点距離、Ａをｚと同方向の楕円の径、Ｂ
をｘと同方向の楕円の径とすると、【数５】の関係が成立することを特徴とする請求項３記載のレー
ザ加工装置。
【請求項１１】ｘを前記走査方向における前記集光ミ
ラーの中心からの距離、ｚを前記レーザビームの被加工
物への照射方向における前記集光ミラー中心からの距
離、Ｙ（ｘ，ｚ）を前記集光ミラーにおける曲面分布加
工が成された面の位置座標、ｆ₀をレーザビーム中心に
於ける任意の焦点距離とすると、【数６】の関係が成立することを特徴とする請求項４記載のレー
ザ加工装置。