(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物にパルスレーザ光を照射して形状形成を行う加工装置であって、
前記加工対象物に前記レーザ光を一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するパルスレーザ光照射機構と、
前記加工対象物を保持して該加工対象物と前記レーザ光との相対的な位置関係を調整可能な位置調整機構と、
これら機構を制御して、前記レーザ光の走査を行う際に、前記加工領域を前記レーザ光の照射方向に複数層の加工レイヤーを積み重ねたものとして設定し、各加工レイヤーに対して前記レーザ光を照射し、前記加工レイヤー毎に所定部分を除去して、三次元形状の加工面を形成する制御部とを備え、
該制御部が、前記加工レイヤーに対して設定した仮想の四角格子の格子点をパルス照射点として前記レーザ光を照射して加工を行い、
複数層の前記加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、
前記第２層で、前記第１層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、
前記第３層で、前記第１層及び前記第２層の隣接する前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、
前記第４層で、前記第３層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ加工装置において、
前記制御部が、前記１周期を連続して繰り返す際、２回目以降の周期において、前記第１層で、前回周期までの隣接する前記パルス照射点で構成されるいずれかの四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレーザ加工装置において、
前記制御部が、前記第４層が最後の前記加工レイヤーとなるように設定することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
加工対象物にパルスレーザ光を照射して形状形成を行う加工方法であって、
前記加工対象物に前記レーザ光を一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するレーザ光照射工程と、
前記加工対象物を保持して該加工対象物と前記レーザ光との相対的な位置関係を調整可能な位置調整工程とを有し、
前記レーザ光の走査を行う際に、前記加工領域を前記レーザ光の照射方向に複数層の加工レイヤーを積み重ねたものとして設定し、各加工レイヤーに対して前記レーザ光を照射し、前記加工レイヤー毎に所定部分を除去して、三次元形状の加工面を形成し、
前記加工レイヤーに対して設定した仮想の格子の格子点上に前記レーザ光を照射して加工を行い、
複数層の前記加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、
前記第２層で、前記第１層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、
前記第３層で、前記第１層及び前記第２層の隣接する前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、
前記第４層で、前記第３層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面粗さを大幅に低減して３次元加工が可能なレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザを用いて材料を三次元形態加工する方法の一つとして、図７に示すように、加工対象物Ｗから加工除去する部位を、レーザ光Ｌの照射方向に垂直な方向に積層された複数の層（以下、加工レイヤーＬＹとも称する）に分け、加工対象物Ｗの表面に近い側の加工レイヤーＬＹから順番に加工除去する方法（以下、レイヤー加工法と称する）が知られている（特許文献１参照）。このレイヤー加工法は、比較的自由な形態が高精度に加工可能である反面、加工面にはレーザ光Ｌのパルスによる微細な加工痕（以下、パルス痕）に起因する凹凸が発生するため、加工面の面粗さは研削加工などと比較して大きくなる傾向がある。
【０００３】
このため、加工面の面粗さを低減するため、加工レイヤーにパルス照射するレーザ光の照射位置（以下、パルス照射点）の分布（以下、パルス照射点分布とも称する）を規則的に制御することで、パルス痕に起因する凹凸を抑制する抑制する手段が行われている。例えば、特許文献２では、走査するレーザ光の走査線の間隔などを制御し、例えば正方格子状にパルス照射点を分布させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６７３５号公報
【特許文献２】特開２００７−２２９７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
特許文献２に記載の加工方法では、レーザ加工面の面粗さを十分に低減されない場合がある。その理由は、層間のパルス照射点分布の重なりを考慮していないため、層内に発生した凹凸が層間で積み重なり、それが強調される場合があり、加工深さを増すごとに面粗さが増加することがあるためである。また、隣接するパルス照射点の間の距離を小さくするほど一つの層内のパルス痕による凹凸が目立たなくなり、一つの層内の面粗さは低下する傾向が得られるが、それは層の厚さを増すことになり、その結果、レーザ光軸に対して傾斜した面を加工形成する際に大きなステップ状の段差となるため、レーザ光軸に対して傾斜した面の面粗さは逆に高まってしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、３次元加工において、より面粗さを低減することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を照射して形状形成を行う加工装置であって、前記加工対象物に前記レーザ光を一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するレーザ光照射機構と、前記加工対象物を保持して該加工対象物と前記レーザ光との相対的な位置関係を調整可能な位置調整機構と、これら機構を制御して、前記レーザ光の走査を行う際に、前記加工領域を前記レーザ光の照射方向に複数層の加工レイヤーを積み重ねたものとして設定し、各加工レイヤーに対して前記レーザ光を照射し、前記加工レイヤー毎に所定部分を除去して、三次元形状の加工面を形成する制御部とを備え、該制御部が、前記加工レイヤーに対して設定した仮想の四角格子の格子点をパルス照射点として前記レーザ光を照射して加工を行い、複数層の前記加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、前記第２層で、前記第１層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、前記第３層で、前記第１層及び前記第２層の隣接する前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、前記第４層で、前記第３層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることを特徴とする。なお、ここで四角格子とは、最近接の４つの格子点が正方形、長方形、菱形、平行四辺形のいずれか１種類の形状をとり、その同一の形状を平面上に隙間無く敷き詰めたものと定義する。また、例えば、最近接の３つの格子点が正三角形の場合は一般に正三角形格子として扱われる場合が多いが、ここでは鋭角が６０°の平行四辺形と見なし、上記四角格子に含むこととする。
【０００８】
また、本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を照射して形状形成を行う加工方法であって、前記加工対象物に前記レーザ光を一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するレーザ光照射工程と、前記加工対象物を保持して該加工対象物と前記レーザ光との相対的な位置関係を調整可能な位置調整工程とを有し、前記レーザ光の走査を行う際に、前記加工領域を前記レーザ光の照射方向に複数層の加工レイヤーを積み重ねたものとして設定し、各加工レイヤーに対して前記レーザ光を照射し、前記加工レイヤー毎に所定部分を除去して、三次元形状の加工面を形成し、前記加工レイヤーに対して設定した仮想の格子の格子点上に前記レーザ光を照射して加工を行い、複数層の前記加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、前記第２層で、前記第１層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、前記第３層で、前記第１層及び前記第２層の隣接する前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とし、前記第４層で、前記第３層の隣接する４点の前記パルス照射点で構成される四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることを特徴とする。
【０００９】
これらのレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、複数層の加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、第２層から第４層を上述したようにそれぞれ四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることで、格子点がパルス照射点である四角格子をｘ−ｙ面内でランダムにシフトさせて積層した場合に比べてパルス痕による凹凸を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明のレーザ加工装置は、前記制御部が、前記１周期を連続して繰り返す際、２回目以降の周期において、前記第１層で、前回周期までの隣接する前記パルス照射点で構成されるいずれかの四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることを特徴とする。
すなわち、このレーザ加工装置では、前記１周期を連続して繰り返す際、２回目以降の周期において、第１層で、前回周期までの隣接するパルス照射点で構成されるいずれかの四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とするので、さらに凹凸を低減することが可能になる。
【００１１】
また、本発明のレーザ加工装置は、前記制御部が、前記第４層が最後の前記加工レイヤーとなるように設定することが好ましい。
すなわち、このレーザ加工装置では、第４層が最後の加工レイヤーとなるように設定することで、非常に小さい面粗さとすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、複数層の加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、第２層から第４層を上述したようにそれぞれ四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることで、格子点がパルス照射点である四角格子をｘ−ｙ面内でランダムにシフトさせて積層した場合に比べてパルス痕による凹凸を小さくし、レーザ加工面の面粗さを低減することができる。
したがって、本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、例えば、表面粗さＲｚ≦３μｍが要求される複雑な立体形状を有する製品の形状加工などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の一実施形態において、レーザ加工装置を示す概略的な全体構成図である。
【図２】本実施形態において、第１層（ａ）から第４層（ｄ）までの正方形格子によるパルス照射点を工程順に示す説明図である。
【図３】本実施形態において、第１層から第１６層までの平行四辺形格子によるパルス照射点を工程順に示す説明図である。
【図４】本発明に係る実施例として、第１層（ａ）から第４層（ｄ）まで本発明の方法でレーザ照射した際のシミュレーション結果を示すレーザ加工面の形状図である。
【図５】本発明に係る比較例として、第１層（ａ）から第４層（ｄ）までランダムシフトでレーザ照射した際のシミュレーション結果を示すレーザ加工面の形状図である。
【図６】本発明に係る実施例及び比較例において、層数に対する面粗さを示す実際のレーザ加工試験結果を示すグラフである。
【図７】レーザ加工によるレイヤー加工法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態のレーザ加工装置１は、図１に示すように、加工対象物Ｗにレーザ光Ｌを照射して形状形成を行う加工装置であって、加工対象物Ｗにレーザ光Ｌを一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するレーザ光照射機構２と、加工対象物Ｗを保持して該加工対象物Ｗとレーザ光Ｌとの相対的な位置関係を調整可能な位置調整機構３と、これら機構を制御して、レーザ光Ｌの走査を行う際に、加工領域をレーザ光Ｌの照射方向に複数層の加工レイヤーを積み重ねたものとして設定し、各加工レイヤーに対してレーザ光Ｌを照射し、加工レイヤー毎に所定部分を除去して、三次元形状の加工面を形成する制御部Ｃとを備えている。
【００１６】
上記位置調整機構３は、水平面に平行なＸ方向に移動可能なＸ軸ステージ部４ｘと、該Ｘ軸ステージ部４ｘ上に設けられＸ方向に対して垂直なかつ水平面に平行なＹ方向に移動方向なＹ軸ステージ部４ｙと、該Ｙ軸ステージ部４ｙ上に設けられ加工対象物Ｗを保持可能であると共に水平面に対して垂直方向に移動可能なＺ軸ステージ部４ｚとで構成されている。
【００１７】
上記レーザ光照射機構２は、Ｑスイッチのトリガー信号によりパルス化されたレーザ光Ｌを発振するレーザ光源５と、該レーザ光源５からのレーザ光Ｌのビームを一定の径に広げるビームエキスパンダー６と、該ビームエキスパンダー６からのレーザ光Ｌを走査するガルバノスキャナ７と、該ガルバノスキャナ７からのレーザ光Ｌを集光して加工対象物Ｗに照射するｆ−θレンズ８と、保持された加工対象物Ｗの加工位置を確認するために撮像するＣＣＤカメラ９とを備えている。なお、ビームエキスパンダー６前後の光路には、ミラーや波長板などの光学部材を配置しても構わない。
【００１８】
このレーザ光照射機構２により出射されるレーザ光Ｌは、シングルモードでありビーム断面の光強度分布がガウシアン分布となっている。
上記レーザ光源５は、１９０〜５５０ｎｍのいずれかの波長のレーザ光を照射できるものが使用可能であり、例えば本実施形態では、波長２６６ｎｍのレーザ光を発振して出射できるものを用いている。
上記ガルバノスキャナ７は、Ｚ軸ステージ部４ｚの直上に配置されている。また、上記ＣＣＤカメラ９は、ガルバノスキャナ７に隣接して設置されている。
【００１９】
上記制御部Ｃは、図２に示すように、加工レイヤーに対して設定した仮想の四角格子の格子点をパルス照射点としてレーザ光Ｌを照射して加工を行い、複数層の加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、第２層で、第１層の隣接する４点のパルス照射点Ｐ１で構成される四角形Ｑ１の重心Ｇ１に四角格子の格子点をずらしてパルス照射点Ｐ２とし、第３層で、第１層及び第２層の隣接するパルス照射点Ｐ１，Ｐ２で構成される四角形Ｑ２の重心Ｇ２に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点Ｐ３とし、第４層で、第３層の隣接する４点のパルス照射点Ｐ３で構成される四角形Ｑ３の重心Ｇ３に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点Ｐ４とする機能を有している。なお、上記格子点及びパルス照射点は、レーザ光Ｌの照射方向（ｚ方向）に垂直な面（ｘ−ｙ平面）での平面視による座標点である。
【００２０】
また、制御部Ｃは、前記１周期を連続して繰り返す際、２回目以降の周期において、第１層で、前回周期までの隣接するパルス照射点で構成されるいずれかの四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とする。
さらに、制御部Ｃは、第４層が加工層の最後の加工レイヤーとなるように設定することが好ましい。
【００２１】
本実施形態では、レーザ光Ｌの走査を行う際に、走査プログラム上、複数の加工レイヤーを積み重ねて設定することで、各加工レイヤーに対してレーザ光Ｌを垂直に照射し、加工レイヤー毎に所定部分を除去して、三次元形状の加工面を形成していく。このため、レーザ光Ｌの走査制御において、まず加工対象物Ｗをレーザ光Ｌの照射方向に複数の加工レイヤーに分けて設定する。
そして、加工前の形状と設計上の加工後形状とから加工除去する部分を、加工レイヤー毎に設定し、加工レイヤー毎にレーザ光Ｌを走査して所定部分を除去することで、所定の加工面を形成していく。
【００２２】
このレーザ加工方法について、より具体的に説明すると、まず制御部Ｃは、図７に示すように、加工対象物Ｗの元の形状から目標の立体形状をレーザ光Ｌにより加工する場合、加工除去する立体形状部分をＺ軸に垂直な面で等間隔に、複数の加工レイヤーＬＹに分割（層分割）する。
この際、層（加工レイヤーＬＹ）の厚さはパルスあたりのエネルギーと層内のパルス照射点の空間密度とにより決定されるが、層の厚さが常に一定である方が制御し易く、また、層のステップに起因するレーザ光軸に対し傾斜した面の凹凸が均一となるため好ましい。そこで、層の厚さを一定とするために、レーザ光Ｌのエネルギー密度、レーザ光Ｌの繰り返し周波数、レーザ光Ｌの走査速度及び走査線の間隔は、加工中で常に一定に条件が設定される。そのため、全ての層のパルス照射点分布を同一形状および同一サイズの四角格子とすることが必要条件となる。
【００２３】
制御部Ｃは、パルス照射点の分布をレイヤー加工法の上記条件下で均一化して、その格子点がパルス照射点となる四角格子の形状を設定する。すなわち、四角格子のレーザ走査線内におけるパルス照射点間距離、隣接するレーザ走査線の間隔、パルス照射点のレーザ走査線間のずれ量（隣接するレーザ走査線間における最近接パルス照射点間のレーザ走査線方向の距離）、各レーザ走査線の走査開始点等を設定する。また、この際、図２の（ａ）に示すように、四角格子は、レーザ光の断面強度分布が理想的なガウシアンの場合は正方形格子とすることが好ましいが、レーザ光の断面強度分布に異方性が存在する場合、その形状の歪みに応じて長方形格子や平行四辺形格子とした方が面粗さが低減する。
【００２４】
そして、上記設定により加工レイヤーの加工を開始する。まず、加工レイヤーの第１層の加工では、図２の（ａ）に示すように、所定の四角格子の格子点を第１層のパルス照射点Ｐ１としてレーザ光Ｌの走査を行う。なお、図中の矢印は、レーザ光Ｌの走査方向を示している。
次に、第２層の加工では、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、第１層の隣接する４点のパルス照射点Ｐ１で構成される第１の四角形Ｑ１の重心Ｇ１に四角格子の格子点をずらして第２層のパルス照射点Ｐ２とし、レーザ光Ｌの走査を行う。
【００２５】
さらに、第３層の加工では、図２の（ｂ）（ｃ）に示すように、第１層及び第２層の隣接するパルス照射点Ｐ１，Ｐ２で構成される第２の四角形Ｑ２の重心Ｇ２に前記四角格子の格子点をずらして第３層のパルス照射点Ｐ３とし、レーザ光Ｌの走査を行う。
そして、１周期の最後として、第４層の加工では、図２の（ｃ）（ｄ）に示すように、第３層の隣接する４つのパルス照射点Ｐ３で構成される第３の四角形Ｑ３の重心Ｇ３に前記四角格子の格子点をずらして照射点Ｐ４とし、レーザ光Ｌの走査を行う。
【００２６】
このようにして加工レイヤーの１周期目について４層の加工が完了する。この後、前記１周期を連続して繰り返す際、すなわち層分割した層数が４層を超えている場合、同様にして前記１周期のレーザ加工を繰り返す。
例えば、四角格子を平行四辺形格子とした場合で、全層数を１６層として４周期まで加工する際のパルス照射点について説明すると、２回目以降の周期では、図３に示すように、第１層で、前回周期までの隣接するパルス照射点で構成されるいずれかの四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とする。
【００２７】
すなわち、図３の（ａ）に示すように、１周期目の４層のパルス照射点Ｐ１〜Ｐ４が平行四辺形格子の格子点に設定されている場合、２周期目の第１層では、１周期目の隣接するパルス照射点Ｐ１〜Ｐ４で構成される第４の四角形Ｑ４の重心Ｇ４に、図３の（ｂ）に示すように、前記平行四辺形格子の格子点をずらしてパルス照射点Ｐ５とし、レーザ光Ｌの走査を行う。そして、２周期目の第２層から第４層まで、すなわち最初から数えて第５層から第８層までの３層は、第５層のパルス照射点Ｐ５を基準にして１周期目と同様に第６層のパルス照射点Ｐ６、第７層のパルス照射点Ｐ７，第８層のパルス照射点Ｐ８を設定して、レーザ光Ｌの走査を順次行う。
【００２８】
さらに、図３の（ｂ）に示すように、前回周期まで（１周期目及び２周期目）の隣接するパルス照射点Ｐ１〜Ｐ８で構成されるいずれかの第５の四角形Ｑ５の重心Ｇ５に、図３の（ｃ）に示すように、前記平行四辺形格子の格子点をずらして３周期目の第１層、すなわち最初から数えて第９層のパルス照射点Ｐ９とし、レーザ光Ｌの走査を行う。そして、３周期目の第２層から第４層まで、すなわち最初から数えて第１０層から第１２層までの３層は、第９層のパルス照射点Ｐ９を基準にして１周期目と同様に第１０層のパルス照射点Ｐ１０、第１１層のパルス照射点Ｐ１１，第１２層のパルス照射点Ｐ１２を設定して、レーザ光Ｌの走査を順次行う。
【００２９】
次に、３周期目の隣接するパルス照射点Ｐ９〜Ｐ１２で構成される第６の四角形Ｑ６の重心Ｇ６に前記平行四辺形格子の格子点をずらして４周期目の第１層、すなわち最初から数えて第１３層のパルス照射点Ｐ１３とし、レーザ光Ｌの走査を行う。そして、４周期目の第２層から第４層まで、すなわち最初から数えて第１４層から第１６層までの３層は、第１３層のパルス照射点Ｐ１３を基準にして１周期目と同様に第１４層のパルス照射点Ｐ１４、第１５層のパルス照射点Ｐ１５，第１６層のパルス照射点Ｐ１６を設定して、レーザ光Ｌの走査を順次行う。
【００３０】
このように、前回周期までの互いに隣接するパルス照射点で囲まれたいずれかの四角形の重心に、次の周期の第１層におけるパルス照射点をずらして該周期の４層のパルス照射点を設定することで、隣接するパルス照射点の間の空間がパルス照射点で埋められて上記周期を繰り返す度に該空間が小さく狭められることで、加工痕による凹凸を徐々に小さくすることができる。
【００３１】
したがって、本実施形態のレーザ加工装置１及びレーザ加工方法では、複数層の加工レイヤーのうち加工順に第１層から第４層までの連続する４層を１周期とした層を少なくとも１周期分含み、第２層から第４層を上述したようにそれぞれ四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とすることで、格子点がパルス照射点である四角格子をｘ−ｙ方向にランダムにシフトさせて積層した場合に比べてパルス痕による凹凸を小さくすることができる。
【００３２】
また、前記１周期を連続して繰り返す際、２回目以降の周期において、第１層で、前回周期までの隣接するパルス照射点で構成されるいずれかの四角形の重心に前記四角格子の格子点をずらしてパルス照射点とするので、さらに凹凸を低減することが可能になる。特に、第４層が最後の加工レイヤーとなるように設定することで、非常に小さい面粗さとすることが可能になる。
【実施例】
【００３３】
次に、上記実施形態のレーザ加工装置を用いて加工対象物の表面をレーザ加工した際のシミュレーション結果について説明する。
本シミュレーションでは、上記四角形格子として一辺の大きさが２．５μｍの正方形格子に設定し、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すように、１周期目の第１層（ａ）から第４層（ｄ）までの加工レイヤーを加工した際における加工対象物の表面状態の凹凸を計算した。
【００３４】
なお、このシミュレーションでは、１つのパルス照射点において、加工対象物の加工表面には下記ガウス関数で規定される断面形状で加工痕が発生すると仮定して計算している。
ガウス関数：ｚ＝−ｅｘｐ（−ｘ２−ｙ２）
このシミュレーション結果からわかるように、層を重ねるごとに凹凸が打ち消され、平滑な加工面が得られている。なお、第４層の時点で、表面粗さＲｚ（最大高さ）が０．０２９μｍであった。
【００３５】
なお、比較例として、上記実施例と同様に、四角形格子として一辺の大きさが２．５μｍの正方形格子に設定し、層全体をｘ−ｙ方向にランダムな量だけシフトさせて、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、１周期目の第１層（ａ）から第４層（ｄ）までの加工レイヤーを加工した際における加工対象物の表面状態の凹凸を計算した。
このシミュレーション結果からわかるように、ランダムにずらしてレーザ加工した比較例では、層を重ねても凹凸が打ち消されることがなく、層を重ねるごとに凹凸が大きくなっている。なお、第４層の時点で、表面粗さＲｚ（最大高さ）が１．８７８μｍであった。
【００３６】
次に、アルミナ板（加工前の表面粗さＲｚ：約０．２μｍ）を加工対象物とした場合に、本発明のレーザ加工を行った際の加工レイヤーの層数と面粗さとの関係（図中の「正方格子規則的積層」）について、図６に示す。
この際のレーザ条件は、波長２６６ｎｍ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、出力２Ｗとした。また、上記四角形格子としては、一辺の大きさが６μｍの正方形格子に設定した。なお、グラフのプロットは、面粗さの実測値であり、点線及び実線は、それらのプロットを目視でフィッティングしたものである。
【００３７】
また、比較例として、上記実施例と同様に、四角形格子として一辺の大きさが６μｍの正方形格子に設定し、層全体をｘ−ｙ方向にランダムな量だけシフトさせて上記と同様の層数の加工を行った場合（図中の「正方格子ランダムシフト積層」）についても、図６に併せて示す。また、上記比較例と同様にランダムにシフトさせて加工し、途中の４層（第１０層から第１３層まで）だけを本発明の第１層から第４層までと同じレーザ加工を行った場合（図中の「正方格子ランダムシフト積層（実線部））についても、併せて図６に示す。
【００３８】
これらの結果からわかるように、本発明のレーザ加工方法で全ての層を加工した場合は、第１層から層数を重ねるごとに表面粗さが小さくなっているのに対し、全ての層をランダムシフトで加工した比較例では、層数を重ねるごとに表面粗さが大きくなっている。また、全層数のうち一部のみ本発明のレーザ加工方法でレイヤー加工した例では、全ての層をランダムシフトで加工した比較例に対して、表面粗さが小さくなっており、一部でも規則化された本発明のレーザ加工方法で加工することにより、表面粗さを低下させる効果が得られている。
【００３９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…レーザ加工装置、２…レーザ光照射機構、３…位置調整機構、Ｃ…制御部、Ｇ１〜Ｇ６…四角形の重心、Ｌ…レーザ光、Ｐ１〜Ｐ１６…パルス照射点、Ｗ…加工対象物
【図１】
0005920661.tif 000002
【図２】
0005920661.tif 000003
【図３】
0005920661.tif 000004
【図７】
0005920661.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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