JPS5817718B2 - レ−ザニヨル アナアケ カコウホウホウ - Google Patents
レ−ザニヨル アナアケ カコウホウホウInfo
- Publication number
- JPS5817718B2 JPS5817718B2 JP48035391A JP3539173A JPS5817718B2 JP S5817718 B2 JPS5817718 B2 JP S5817718B2 JP 48035391 A JP48035391 A JP 48035391A JP 3539173 A JP3539173 A JP 3539173A JP S5817718 B2 JPS5817718 B2 JP S5817718B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- ruby
- focusing lens
- hole
- power density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、レーザ光を利用してルビ一部材に所要直径
のストレート穴をあける加工方法に関する。
のストレート穴をあける加工方法に関する。
一般に時計軸受に用いられるルビ一部材に微小径の穴を
あける方法として、レーザによる穴あけ加工方法が知ら
れている。
あける方法として、レーザによる穴あけ加工方法が知ら
れている。
従来この種の加工方法は、第１図に示すように、加工用
のレーザ発振装置（図示せず）から照射されたレーザ光
りを集束用レンズ１を通して集束させ、加工物２を集束
用レンズ１の焦点位置に加工面が位置するようにしかも
加工面に垂直にレーザ光が入射するように位置決めして
行なわれている。
のレーザ発振装置（図示せず）から照射されたレーザ光
りを集束用レンズ１を通して集束させ、加工物２を集束
用レンズ１の焦点位置に加工面が位置するようにしかも
加工面に垂直にレーザ光が入射するように位置決めして
行なわれている。
しかしながら１周知のように、この種の穴あけ加工方法
では、集束用レンズ１の焦点距離および加工面と焦点と
の位置関係により、加工される穴形状と深さに大きな影
響を及ぼすため、加工される穴形状のコントロールを如
何に高精度にするかが大きな問題となっている。
では、集束用レンズ１の焦点距離および加工面と焦点と
の位置関係により、加工される穴形状と深さに大きな影
響を及ぼすため、加工される穴形状のコントロールを如
何に高精度にするかが大きな問題となっている。
すなわち、レーザ光りについては、集束用レンズ１の焦
点が加工面上に位置するとき、加工面（焦点面）上に同
心円状の回折像がつくられるが、その焦点面上でのレー
ザ光の光軸Ｘから半径ｒの点およびｒ＝ｏ（焦点におけ
るスポットの中心点）におけるレーザ光りの強度Ｈｒ）
、および■ｏは次の式で表わされることが既に明らかに
されている。
点が加工面上に位置するとき、加工面（焦点面）上に同
心円状の回折像がつくられるが、その焦点面上でのレー
ザ光の光軸Ｘから半径ｒの点およびｒ＝ｏ（焦点におけ
るスポットの中心点）におけるレーザ光りの強度Ｈｒ）
、および■ｏは次の式で表わされることが既に明らかに
されている。
（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ０ｐｔｉｃｓ
：ｂｙ Ｍ、ＢＯＲＮ、Ｅ 、ＷＯＬＦ ： ＦＯＵＲ
ＴＨＥＤＩＴＩＯＮ １９７０．ＰＥＲＧＡＭＯＮＰ
ＲＥＳＳ） λ：レーザ光の波長 Ｄ：ビーム径 ｆ：集束用レンズの焦点距離 Ｊｌ（ｘ）ニー次のヘラセル関数 （ただしＸ−πＤｒ／λｆ） Ｐ：出力面でのパワー ここで、上記ピ）式に表わされているように、ｆの値が
相違する二点の集束レンズを例にとって説明すると、一
つのレーザ光に対しそれらの設ける位置が同一の場合、
当然集束点が異なるだけでなく、集束スポット径も相違
してくる。
：ｂｙ Ｍ、ＢＯＲＮ、Ｅ 、ＷＯＬＦ ： ＦＯＵＲ
ＴＨＥＤＩＴＩＯＮ １９７０．ＰＥＲＧＡＭＯＮＰ
ＲＥＳＳ） λ：レーザ光の波長 Ｄ：ビーム径 ｆ：集束用レンズの焦点距離 Ｊｌ（ｘ）ニー次のヘラセル関数 （ただしＸ−πＤｒ／λｆ） Ｐ：出力面でのパワー ここで、上記ピ）式に表わされているように、ｆの値が
相違する二点の集束レンズを例にとって説明すると、一
つのレーザ光に対しそれらの設ける位置が同一の場合、
当然集束点が異なるだけでなく、集束スポット径も相違
してくる。
これを図示すれは、第５図ａに示すように、ｆの小さい
集束用レンズを透過してきた集束光Ｌ１の最小半径ｄ１
はｆの大きい集束用レンズによる集束光Ｌ２の最小半径
ｄ２よりも小さい関係になる。
集束用レンズを透過してきた集束光Ｌ１の最小半径ｄ１
はｆの大きい集束用レンズによる集束光Ｌ２の最小半径
ｄ２よりも小さい関係になる。
したがって上記（０）式に表わされているように、ｄｌ
、ｄ２におけるスポットＳ１． Ｓ２の強度１１． Ｉ
２は第５図すに示すように１１〉Ｉ２の関係になる。
、ｄ２におけるスポットＳ１． Ｓ２の強度１１． Ｉ
２は第５図すに示すように１１〉Ｉ２の関係になる。
ところで集束用レンズを透過したいわゆる集束レーザ光
は焦点で最小径を結び再び拡散し、強度、すなわちパワ
ー密度は焦点を最大として両方内器まっていく一般に穴
あけ加工は切断加工と同様に、材料の種類にもよるが、
高密度のエネルギが要求される。
は焦点で最小径を結び再び拡散し、強度、すなわちパワ
ー密度は焦点を最大として両方内器まっていく一般に穴
あけ加工は切断加工と同様に、材料の種類にもよるが、
高密度のエネルギが要求される。
特に光透過するルビーのようなスピネル材では特に高密
度のエネルギが要求される。
度のエネルギが要求される。
したがって、ルビーに限らないが集束レーザ光もしくは
焦点を結んでから拡散していくレーザ光の穴あけ加工可
能なエネルギ密度の範囲は限られる。
焦点を結んでから拡散していくレーザ光の穴あけ加工可
能なエネルギ密度の範囲は限られる。
すなわち。上記第１図で説明すると、加工面より光軸Ｘ
方向に沿って遠ざかる方向、つまり１図中では上下方向
にいくに従って、その光束径は広がるから、前記第５図
で説明したように広がった分強度１゜（パワー密度）は
弱まるが、穴あけ加工の可能な領域は焦点位置だけでな
くある範囲に定まる。
方向に沿って遠ざかる方向、つまり１図中では上下方向
にいくに従って、その光束径は広がるから、前記第５図
で説明したように広がった分強度１゜（パワー密度）は
弱まるが、穴あけ加工の可能な領域は焦点位置だけでな
くある範囲に定まる。
焦点（第１図では加工面）を境にして、上下の加工可能
な強度をもつスポット径の位置までを結ぶと。
な強度をもつスポット径の位置までを結ぶと。
光軸に沿って切断した断面があたかも８の字となる領域
が示される。
が示される。
この領域はレーザ出力強度。集束用レンズの焦点ｆの値
、加工材料の質によって相違しその断面形状も異なるも
のである。
、加工材料の質によって相違しその断面形状も異なるも
のである。
なお穴あけ加工において、加工される穴の長さや、穴の
大きさは、上記の三つの要因の他、焦点外し距離トかパ
ルスレーザ光ではパルス数により種々変化する。
大きさは、上記の三つの要因の他、焦点外し距離トかパ
ルスレーザ光ではパルス数により種々変化する。
上記の性質をもつ集束レーザ光で時計の軸受に用いられ
るルビ一部材に穴あけ加工すると第２図ａ、ｂに示すよ
うに、集束用レンズ１の着点Ｆが、（ａ）、集束用レン
ズ１がわにある加工面上に位置すると、中太もしくは逆
テーパ形状の穴３が形成され、（ｂ）、加工物の内側中
央部近くに位置すると、中細形状（鼓型）の穴４が形成
され、（Ｃ）。
るルビ一部材に穴あけ加工すると第２図ａ、ｂに示すよ
うに、集束用レンズ１の着点Ｆが、（ａ）、集束用レン
ズ１がわにある加工面上に位置すると、中太もしくは逆
テーパ形状の穴３が形成され、（ｂ）、加工物の内側中
央部近くに位置すると、中細形状（鼓型）の穴４が形成
され、（Ｃ）。
上記加工面の反対側の面より外側に位置すると。
円錐（テーパ）状の穴５が形成されるようになる。
そこで従来はこのような加工物に形成される穴形状およ
び直径をコントロールするため、加工面に対する焦点の
位置を規制するとともにレーザ光の照射点における照射
エネルギすなわちパワー密度を変化させて行なわれてい
るが、実際には穴形状および穴直径を十分コントロール
することができず、所要のストレート穴を得ることが困
難であった。
び直径をコントロールするため、加工面に対する焦点の
位置を規制するとともにレーザ光の照射点における照射
エネルギすなわちパワー密度を変化させて行なわれてい
るが、実際には穴形状および穴直径を十分コントロール
することができず、所要のストレート穴を得ることが困
難であった。
この発明者は、上記の事情に鑑みて種々研究した結果、
集束用レンズの焦点位置と加工面におけるレーザ光のパ
ワー密度との間に密接な関係があることを発見し、この
発明を提唱するに至ったもので、その目的とするところ
は、焦点位置とパワー密度を一定範囲に規制してレーザ
光により所要直径のストレート穴を高精度かつ容易に得
られるようにしたものである。
集束用レンズの焦点位置と加工面におけるレーザ光のパ
ワー密度との間に密接な関係があることを発見し、この
発明を提唱するに至ったもので、その目的とするところ
は、焦点位置とパワー密度を一定範囲に規制してレーザ
光により所要直径のストレート穴を高精度かつ容易に得
られるようにしたものである。
以下、この発明の方法を第３図および第４図に示す実験
例に基づいて説明する。
例に基づいて説明する。
実験は−ＹＡＧレーザ発振装置を用い、入力電圧により
照射エネルギＥを３５ｍｍＪノ々ルス（パルス幅約０．
１ ｍ ｓｅｃ ）にコントロールしてレーザ光を発振
させ、このレーザ光を焦点距離３０龍の集束用レンズを
用いて集束して、厚さ０．３關のルビ一部材に穴あけ加
工を施したものである。
照射エネルギＥを３５ｍｍＪノ々ルス（パルス幅約０．
１ ｍ ｓｅｃ ）にコントロールしてレーザ光を発振
させ、このレーザ光を焦点距離３０龍の集束用レンズを
用いて集束して、厚さ０．３關のルビ一部材に穴あけ加
工を施したものである。
その結果集束用レンズの焦点が加工面上に位置する点を
基準（Ａ＝０）とし。
基準（Ａ＝０）とし。
焦点位置を光軸方向に０．１ ｍｍ宛ずらして変化させ
ると、照射面でのパワー密度Ｐは、幾何学的関係から。
ると、照射面でのパワー密度Ｐは、幾何学的関係から。
照射エネルギσ）
発振時間（ｓｅｃ）
パワー密度ニー ２照射点のスポ
ット面積（ｃＩｒＬ） で表わされるから、横軸に焦点位置の光軸方向の変化量
すなわち焦点はずし量（ｍｍ）をとり、縦軸に加工面上
におけるパワー密度（×１０７Ｗ／ｄ）をとると、第３
図に示すように加工面上に焦点があるとき（ｌ二〇）最
大値をとる山形の加工曲線Ｈが得られた。
ット面積（ｃＩｒＬ） で表わされるから、横軸に焦点位置の光軸方向の変化量
すなわち焦点はずし量（ｍｍ）をとり、縦軸に加工面上
におけるパワー密度（×１０７Ｗ／ｄ）をとると、第３
図に示すように加工面上に焦点があるとき（ｌ二〇）最
大値をとる山形の加工曲線Ｈが得られた。
この加工曲線Ｈをもとに加工面上の照射点のパワー密度
として曲線Ｈ上の点をとり、焦点位置を種々変えて穴あ
け加工を施すと１図中−付号をつけて示すように焦点位
置が加工面より下方すなわち、加工面に対して集束用レ
ンズの反対側にある範囲（ＡおよびＢ領域）では、中細
形状あるいは鼓形状の穴が形成され、また加工面の上方
近傍（Ｃ領域）、すなわち焦点はずし量ｌが０〜０．１
ｍｍの範囲ではレーザ光の入射側の開口径が反対側の
開口径より小さい逆テーパ状の穴が形成され、さらに上
記加工面の上方近傍よりも焦点位置がやや上方にずれた
範囲（Ｄ領域）、すなわち、０．１ ＝ ０．２ ｍｍ
の範囲ではストレート穴が形成される。
として曲線Ｈ上の点をとり、焦点位置を種々変えて穴あ
け加工を施すと１図中−付号をつけて示すように焦点位
置が加工面より下方すなわち、加工面に対して集束用レ
ンズの反対側にある範囲（ＡおよびＢ領域）では、中細
形状あるいは鼓形状の穴が形成され、また加工面の上方
近傍（Ｃ領域）、すなわち焦点はずし量ｌが０〜０．１
ｍｍの範囲ではレーザ光の入射側の開口径が反対側の
開口径より小さい逆テーパ状の穴が形成され、さらに上
記加工面の上方近傍よりも焦点位置がやや上方にずれた
範囲（Ｄ領域）、すなわち、０．１ ＝ ０．２ ｍｍ
の範囲ではストレート穴が形成される。
すなわちたとえば焦点はずし量０．１３ｍｍとすると、
そのときのパワー密度は曲線Ｈ上に点Ｐで示すように１
．７Ｘ１０７Ｗ／ｆｆｌとなり、このとき穴直径的４０
μｍのストレート穴が形成されるそして更にそれ以上の
範囲（Ｅ領域）、すなわちＱ、 ２ ｍｍ以上ではレー
ザ光の入射側の開口直径が反対側の開口直径より大きい
テーパ状の穴が形成されることがわかった。
そのときのパワー密度は曲線Ｈ上に点Ｐで示すように１
．７Ｘ１０７Ｗ／ｆｆｌとなり、このとき穴直径的４０
μｍのストレート穴が形成されるそして更にそれ以上の
範囲（Ｅ領域）、すなわちＱ、 ２ ｍｍ以上ではレー
ザ光の入射側の開口直径が反対側の開口直径より大きい
テーパ状の穴が形成されることがわかった。
一方、第４図に示すように焦点はずし量を加工面のやや
上方の範囲であるＤ領域内の一定値１１ ＝ ０．１
：３ｕ＋にし、入力電圧Ｖを適宜変化させてパワー密度
を変えると、パワー密度が１．７Ｘ１０７Ｗ／ｆｆｌ以
下になると、テーパ状穴になり、ストレート穴を得るた
めにはそれ以上のパワー密度が必要であることもわかっ
た。
上方の範囲であるＤ領域内の一定値１１ ＝ ０．１
：３ｕ＋にし、入力電圧Ｖを適宜変化させてパワー密度
を変えると、パワー密度が１．７Ｘ１０７Ｗ／ｆｆｌ以
下になると、テーパ状穴になり、ストレート穴を得るた
めにはそれ以上のパワー密度が必要であることもわかっ
た。
つまり第３図に示した焦点はずし量が０．１〜０．２朋
のＤ領域内においても、このＤ領域内の曲線Ｈで示され
るパワー密度以上にすればストレート穴が得られ１曲線
Ｈで示されるパワー密度より低いときはテーパ穴になる
ことがわかった。
のＤ領域内においても、このＤ領域内の曲線Ｈで示され
るパワー密度以上にすればストレート穴が得られ１曲線
Ｈで示されるパワー密度より低いときはテーパ穴になる
ことがわかった。
以上のことから１発明者は加工物の加工面に対する集束
用レンズの焦点位置とパワー密度とを特定の範囲に設定
することにより、加工物に形成される最適設定条件が存
在することを突き止め、この設定条件の範囲内で焦点は
ずし量およびパワー密度を選択的に設定することにより
、ルビ一部材に所要直径のストレート穴を高精度かつ容
易にあけることもできることを見い出したのである。
用レンズの焦点位置とパワー密度とを特定の範囲に設定
することにより、加工物に形成される最適設定条件が存
在することを突き止め、この設定条件の範囲内で焦点は
ずし量およびパワー密度を選択的に設定することにより
、ルビ一部材に所要直径のストレート穴を高精度かつ容
易にあけることもできることを見い出したのである。
したがって、この発明の方法によれば、たとえば時計用
軸受として使用されるルビ一部材に所要直径のストレー
ト穴を極めて簡単に穴あけ加工ができ、高精度に穴あけ
加工された軸受製品を得ることができる。
軸受として使用されるルビ一部材に所要直径のストレー
ト穴を極めて簡単に穴あけ加工ができ、高精度に穴あけ
加工された軸受製品を得ることができる。
第１図は従来のレーザによる穴あけ加工の概略的説明図
、第２図ａ、ｂ、ｃはレーザ光を集束する集束用レンズ
の加工面に対する焦点位置と加工された穴形状との関係
を示す加工物の縦断面図。 第３図は焦点位置とパワー密度との関係を示す説明図、
第４図は焦点位置を一定にして入力電圧を変化させてパ
ワー密度を変えることにより加工物に加工される穴形状
の状態を示す説明図、第５図ａは焦点距離の異なる二つ
の集束用レンズによる二つの集束光のスポット径を示す
図、同図すは上記二つのスポットの強度を示す図である
。 １・・・・・・集束用レンズ、２・・・・・・加工物、
Ｌ・・・・・・レーザ光、Ｆ・・・・・・焦点、ｆ・・
・・・・集束用レンズの焦点距離。
、第２図ａ、ｂ、ｃはレーザ光を集束する集束用レンズ
の加工面に対する焦点位置と加工された穴形状との関係
を示す加工物の縦断面図。 第３図は焦点位置とパワー密度との関係を示す説明図、
第４図は焦点位置を一定にして入力電圧を変化させてパ
ワー密度を変えることにより加工物に加工される穴形状
の状態を示す説明図、第５図ａは焦点距離の異なる二つ
の集束用レンズによる二つの集束光のスポット径を示す
図、同図すは上記二つのスポットの強度を示す図である
。 １・・・・・・集束用レンズ、２・・・・・・加工物、
Ｌ・・・・・・レーザ光、Ｆ・・・・・・焦点、ｆ・・
・・・・集束用レンズの焦点距離。
Claims (1)
- １ レーザ発振装置から放射されたレーザ光を集束用レ
ンズで集束し、その集束したレーザ光をルビ一部材に照
射して上記ルビ一部材にストレート穴をあける加工方法
において、上記レーザ光のエネルギを３５ｍＪ／パルス
としかつ焦点距離３゜朋の集束用レンズの焦点位置を上
記ルビ一部材の集束用レンズがわの加工面から０．１朋
ないし０．２ｒｕｎの範囲で上記集束用レンズがわには
ずして得られる上記加工面における上記レーザ光のパワ
ー密度が上記焦点はずし量ＯＪｍｍのとき２Ｘ１０７Ｗ
メ一以上ないし０．２ ｍｍのとき１×１０７Ｗ／ｉ以
上の範囲になるパワー密度以上で上記ルビ一部材に照射
し、上記ルビ一部材に所要直径のストレート穴をあける
ことを特徴とするレーザによりルビーにストレート穴を
あける加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP48035391A JPS5817718B2 (ja) | 1973-03-28 | 1973-03-28 | レ−ザニヨル アナアケ カコウホウホウ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP48035391A JPS5817718B2 (ja) | 1973-03-28 | 1973-03-28 | レ−ザニヨル アナアケ カコウホウホウ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS49121298A JPS49121298A (ja) | 1974-11-20 |
| JPS5817718B2 true JPS5817718B2 (ja) | 1983-04-08 |
Family
ID=12440601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP48035391A Expired JPS5817718B2 (ja) | 1973-03-28 | 1973-03-28 | レ−ザニヨル アナアケ カコウホウホウ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5817718B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63209194A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | 松下電器産業株式会社 | 導電パタ−ン形成方法 |
| JP2797684B2 (ja) * | 1990-10-04 | 1998-09-17 | ブラザー工業株式会社 | ノズルの製造方法および製造装置 |
| JP2019147166A (ja) * | 2018-02-27 | 2019-09-05 | 株式会社リコー | 光加工装置及び光加工物の生産方法 |
| EP3770698B1 (fr) * | 2019-07-26 | 2025-03-12 | Comadur SA | Pierre minérale de type monocristalline munie d'un cone de recentrage d'un pivot, et son procédé de fabrication |
| JP7390826B2 (ja) * | 2019-08-30 | 2023-12-04 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
1973
- 1973-03-28 JP JP48035391A patent/JPS5817718B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS49121298A (ja) | 1974-11-20 |
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