(57)【要約】【課題】内部に空洞部分を有する加工物を加工する際、空洞部分の内壁面を所望の形状に形成し、且つ加工時間を短縮することが可能な加工方法を提供する。【解決手段】レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工方法であって、前記空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズで前記レーザー光を照射し、前記空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、前記第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズで前記レーザー光を照射する加工方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工方法であって、
前記空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズで前記レーザー光を照射し、
前記空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、前記第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズで前記レーザー光を照射する加工方法。
【請求項２】
前記レーザー光の照射方向において重畳する加工部位がある場合、当該重畳する加工部位に対し、前記レーザー光が入射する材料表面から離れている順に前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項３】
前記レーザー光を、直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って同時に移動させながら照射することを特徴とする請求項１または２記載の加工方法。
【請求項４】
レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工システムであって、
レーザー光を照射する照射部と、
前記材料を保持する保持部と、
前記照射部及び前記保持部を相対的に移動させる駆動機構と、
前記空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズで前記レーザー光を照射し、前記空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、前記第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズで前記レーザー光を照射するよう前記照射部及び前記駆動機構を制御する制御部と、
を有する加工システム。
【請求項５】
レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工システムで実行されるプログラムであって、
前記加工システムに対し、前記空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズで前記レーザー光を照射させ、前記空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、前記第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズで前記レーザー光を照射させるための加工プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工方法、当該加工方法を実行する加工システム、加工システムに当該加工方法を実行させるための加工プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体デバイスは、バイオ・生化学分野や化学工学において広く利用されている。マイクロ流体デバイスは、流体（たとえば、血液）をデバイス内に供給するためのポートや流体をデバイス外に排出するポート、及びそれらのポート間を連通する流路部分を備える。ポートや流路は、レーザー光による熱処理やエッチング処理のような微細加工により形成される。
【０００３】
たとえば、マイクロ流体デバイスの流路部分Ｌを作成する場合、図８に示すように、材料Ｍ（樹脂材料、ガラス材料等）の表面に微細加工を行って溝Ｃを形成し、その上から別の材料Ｍ´を貼り合わせることが一般的である。
【０００４】
一方、特許文献１には、ガラス基板内にレーザー光を直接照射してエッチング耐性を低下させた後、レーザー光を照射した箇所に対してエッチング処理を施すことにより、内部に流路部分を形成するというマイクロ流体デバイスの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１４８５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来のマイクロ流体デバイスの製造方法は、材料に溝を形成した後に別の材料を貼り合わせたり、レーザー光を照射した後にエッチング処理を行う等、複数の異なる処理が必要となり、煩雑である。また、材料を貼り合わせる際に接着が不十分となる箇所が生じ、そこから流体が漏れ出すという問題もある。
【０００７】
更に、複数のポートや複数の流路部分を多層構造で形成したり、流路部分の形状を複雑化するといった、マイクロ流体デバイスの多チャンネル化や大規模化の要請がある。この場合、上記問題はより顕著となる。
【０００８】
たとえば、マイクロ流体デバイス内に傾斜した流路部分Ｌを作成する場合、図９Ａに示すように、複数の材料Ｍそれぞれの表面に微細加工を行って孔Ｈを形成し、それらの材料と、別の材料Ｍ´を貼り合わせる。
【０００９】
しかし、複数の材料を加工したり、それぞれの材料を貼り合わせる作業が必要となるため、煩雑である。また、複数の材料を貼り合わせるため、接着が不十分な箇所が生じる可能性がより高くなる。更に、流路部分Ｌの内壁面は、流体がスムーズに流れるよう滑らかな形状になっていることが要求される。しかしながら、複数の材料を張り合わせて流路部分Ｌを形成した場合、図９Ｂ（図９ＡのＡ−Ａ断面）に示したように、内壁面に段差やつなぎ目が生じてしまう。
【００１０】
本発明の目的は、内部に空洞部分を有する加工物を加工する際、空洞部分の内壁面を所望の形状に形成し、且つ加工時間を短縮することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための一の発明は、レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工方法であって、前記空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズで前記レーザー光を照射し、前記空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、前記第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズで前記レーザー光を照射する加工方法である。
本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内部に空洞部分を有する加工物を加工する際、空洞部分の内壁面を所望の形状に形成し、且つ加工時間を短縮することが可能な技術を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る加工物を示した図である。
【図２】実施形態に係る加工システムの構成を示す模式図である。
【図３Ａ】実施形態に係るポートの加工経路を示す図である。
【図３Ｂ】実施形態に係るポートの加工経路を示す図である。
【図３Ｃ】実施形態に係るポートの加工経路を示す図である。
【図４Ａ】実施形態に係る流路部分の加工経路を示す図である。
【図４Ｂ】実施形態に係る流路部分の加工経路を示す図である。
【図４Ｃ】実施形態に係る流路部分の加工経路を示す図である。
【図５】実施形態に係る加工方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】実施形態に係る加工方法により加工されるポートを示す図である。
【図６Ｂ】実施形態に係る加工方法により加工されるポートを示す図である。
【図７Ａ】実施形態に係る加工方法により加工される流路部分を示す図である。
【図７Ｂ】実施形態に係る加工方法により加工される流路部分を示す図である。
【図７Ｃ】実施形態に係る加工方法により加工される流路部分を示す図である。
【図８】従来例における加工物の作成方法を説明するための図である。
【図９Ａ】従来例における加工物の作成方法を説明するため図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示した加工物のＡ−Ａ断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＝＝加工方法の概要＝＝
本実施形態に係る加工方法は、加工部位に対してレーザー光を照射することにより、材料内部に所定形状の空洞部分を有する加工物を作成する方法である。レーザー光を用いることにより、材料に対して非接触での加工が可能となる。
【００１５】
本実施形態に係る材料はレーザー光を透過するもの（光透過性の材料）を用いる。光透過性の材料としては、ガラス、または所望の機能を持たせるために元素、イオン、粒子をドープしたガラスが挙げられるが、たとえば、ＰＭＭＡなどの光透過性を持つ樹脂やジルコニア系の材料も用いることができる。ジルコニア系の材料は、ジルコニア配合型ガラスセラミックのような複合材料であってもよいし、一定の透過率を有するジルコニア単体であってもよい。また、材料の光透過率は１００％である必要はなく、所定の位置（加工部位）までレーザー光が届き加工可能な程度の値であればよい。
【００１６】
加工部位は、材料表面または材料内部においてレーザー光が照射される位置である。加工部位は、複数の線分（直線または曲線）、面（所定の面積を有する二次元領域）、或いは立体（所定の体積を有する三次元領域）として設定される。加工部位にレーザー光が照射されることにより、材料の一部が除去される。なお、レーザー光を照射した加工部位には改質（材料の組成や構造が変化すること）が生じる。
【００１７】
レーザー光は、短パルスレーザーによる光を用いる。特に、材料内部の加工部位に対して直接、レーザー光を照射するためには、超短パルスレーザーによる光を用いることが好ましい。超短パルスレーザーは、一のパルス幅が数ピコ秒〜数フェムト秒のレーザー光を照射するレーザーである。超短パルスレーザーによるレーザー光を材料内部の加工部位に短時間照射することにより、アブレーション加工（非熱加工）を行うことができる。アブレーション加工は、レーザー光により溶融した箇所が瞬時に蒸発、飛散し除去されるため、一般的なレーザー加工（熱加工）と比べ、熱による加工部位の損傷が少ない。なお、本実施形態で用いるアブレーション加工は、内部加工による空孔を生成することで、たとえばマイクロ流体デバイスの流路を作る際に使用する方法である。つまり、アブレーション加工は、熱加工のような方法や３Ｄレーザー彫刻のような材料に微小なキズ（クラック）を形成する方法とは技術的に区別される。
【００１８】
加工物は、材料を加工して得られる物である。加工物は、内部に所定形状の空洞部分を有する。空洞部分の形状は、ＣＡＤシステム３００により作成される設計データ（後述）に基づいて設定される。本実施形態に係る加工物は、マイクロ流体デバイスである。
【００１９】
マイクロ流体デバイスは、使用目的に応じた複数の構成要素により構成される。構成要素は、試薬や検体の注入、試薬と検体の混合、反応、分離、精製、検出等を行うための構成である。具体的に、構成要素は、流路、ポート、反応室、マイクロポンプ等である。
【００２０】
ポートは、マイクロ流体デバイスに対して試薬等を注入するための部分である。ポートは、マイクロ流体デバイスの表面に開口部分を有する。ポートは、開口部分から所定の深さを有する中空の形状となっている。流路は、ポートから注入された試薬等が流れる部分である。つまり、マイクロ流体デバイスにおいてポート（中空の部分）と流路とは連結している。また、ポートの開口部分は、材料表面において外部に開口する部分（流路と材料外部とを連通する部分）である。
【００２１】
図１は、マイクロ流体デバイスＤの一例を示す。図１において、マイクロ流体デバイスＤの長手方向をＸ方向とし、短手方向をＹ方向とし、縦方向をＺ方向とする。マイクロ流体デバイスＤは、三つのポートＰ１〜ポートＰ３、及び二股の流路部分Ｆを有する。
【００２２】
ポートＰ1〜ポートＰ３それぞれは、Ｚ方向に延びる筒状の空洞である（筒状の底面は閉塞している）。各ポートは、それぞれ開口部分Ｏ１〜開口部分Ｏ３を有する。流路部分Ｆは、ＸＹ平面上に延びる筒状の空洞であり、ポートＰ１とポートＰ３、及びポートＰ２とポートＰ３を連通する二股の空洞である。ポートＰ１〜ポートＰ３及び流路部分Ｆは、「空洞部分」の一例である。なお、ポートはＺ方向に延びるだけでなく、Ｘ方向またはＹ方向に傾斜するように設けられてもよい。また、流路部分Ｆは、ＸＹの二次元平面だけでなく、Ｚ方向に傾斜するよう設けられていてもよい。
【００２３】
材料に対するレーザー光の照射は、予め作成された加工データ（後述）に基づいて行われる。具体的に、本実施形態に係る加工方法は、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズでレーザー光を照射し、空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズでレーザー光を照射する。また、本実施形態に係る加工方法は、図２に示すような加工システム１００により実施される。加工システム１００は、ＣＡＭシステム２００で作成された加工プログラムを実行することにより材料の加工を行う。以下、「設計データ」、「加工データ」、「加工システム」、「加工システムによる加工（加工方法）」について詳述する。
【００２４】
＝＝設計データ＝＝
設計データは、材料内部に形成されるマイクロ流体デバイスの構成要素を示すデータである。ＣＡＤシステム３００（図２参照）は、設計データを作成することができる（設計データの作成方法については、特願２０１７−０３２５９１号公報を参照して援用する。但し、設計データの作成方法はこれに限られるものではない）。
【００２５】
本実施形態に係る設計データは、材料データ及び要素データを含む。
【００２６】
材料データは、加工物（マイクロ流体デバイス）の元となる材料を特定するための情報である。材料を特定するための情報は、たとえば、材質（ガラス、樹脂、ジルコニア等）、形状（円柱、直方体、立方体等）、サイズ（縦、横、高さ（厚み）等）、色、材料内部における屈折率である。
【００２７】
要素データは、加工物の構成要素それぞれの具体的な位置、形状等を示すデータである。要素データは、構成要素毎の座標値を含む。たとえば図１に示したマイクロ流路デバイスＤの要素データは、ポートＰ１〜Ｐ３、及び流路部分Ｆそれぞれの座標値が設定されている。座標値は、ある点（たとえば、材料の角部分）を原点とした場合におけるＸＹＺの値である。
【００２８】
また、要素データは、構成要素毎の属性情報を含む。属性情報は、材料内部における深さ、太さ、及び断面形状等である。たとえば、ポートの属性情報は、開口部分に相当する位置から材料内部における所定位置までの深さ（図１に示したマイクロ流体デバイスＤであれば、開口部分に相当する位置から所定位置までのＺ方向の距離）、太さ（円形であれば直径や半径、方形であれば対角線の長さ等）、及び断面形状（円形、方形）を含む情報である。流路の属性情報は、材料内部における深さ方向の位置（図１に示したマイクロ流体デバイスＤであれば、Ｚ方向の位置）、太さ（円形であれば直径や半径、方形であれば対角線の長さ等）、及び断面形状（円形、方形）を含む情報である。ポートや流路の属性情報として流速や連結先の情報（座標値）を含めてもよい。
【００２９】
なお、マイクロ流体デバイスによっては、流路の多層化（図１の流路部分ＦがＺ方向に重畳して複数設けられる場合）、三次元化（図１の流路部分ＦがＺ方向に傾斜して設けられる場合）が要求される場合もありうる。このような場合であっても、構成要素毎に要素データを設定することで設計データを得ることができる。また、設計データは、ポート及び流路それぞれの座標値、属性情報を有するデータであってもよいし、それらを用いて作成された三次元データ（ソリッドデータ等）であってもよい。
【００３０】
＝＝加工データ＝＝
加工データは、空洞部分を有する加工物を作成する際に加工システム１００で使用されるデータである。加工データは、ＣＡＤシステム３００で作成された設計データに基づいて、ＣＡＭシステム２００で作成される。
【００３１】
本実施形態に係る加工データは、少なくとも加工部位データ、スポットサイズデータ、及び加工経路データを含む。
【００３２】
加工部位データは、材料における加工部位を特定するためのデータ（加工部位に相当するデータ）である。加工部位データは、設計データに含まれる構成要素毎に作成される。加工部位は、設計データに含まれる各構成要素の座標値により特定される。加工部位データは、たとえば、複数の点データからなる。点データは材料のサイズや加工物の形状（空洞部分の形状）等を加味して所定の間隔で設定される。各点データは、三次元（ＸＹＺ）の座標値、及びベクトル情報を有する。
【００３３】
各座標値は、レーザー光の焦点位置を決定する際に用いられる（すなわち、各座標値は材料表面または材料内部においてレーザー光が照射される位置に相当する）。ベクトル情報は、レーザー光の照射方向（材料に対するレーザー光の入射方向）を決定する際に用いられる。なお、材料内部にレーザー光を入射させる場合、材料表面における反射の影響が生じる。そこで、ベクトル情報を設定する場合、材料表面に対して垂直にレーザー光が入射するように設定することがより好ましい。また、加工部位データは、材料内部に空洞部分を形成することができれば、複数の点データでなくともよい。たとえば、材料に対してレーザー光を照射する範囲（位置及び幅）を設定する二次元または三次元の領域データであってもよい。
【００３４】
なお、材料によって屈折率が異なるため、設計データに含まれる座標値に対してレーザー光の焦点位置を合わせてレーザー光を照射しても屈折率の影響によって、加工部位にレーザー光が当たらない場合もある。そこで、ＣＡＭシステム２００は、材料データに含まれる屈折率を考慮して、加工部位データの座標値を補正してもよい。
【００３５】
スポットサイズデータは、加工部位に対して照射するレーザー光のスポットサイズを示すデータである。スポットサイズは、レーザー光が点で照射される場合には、その径（スポット径）に相当する。一方、後述するＬＣＯＳ−ＳＬＭ等を用いて二次元領域或いは三次元領域に対してレーザー光を照射する場合、スポットサイズは、二次元領域の面積或いは三次元領域の体積に相当する。
【００３６】
スポットサイズデータは、各加工部位に対して設定される。本実施形態においては、空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して設定されるスポットサイズ（第２のスポットサイズ）が、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して設定されるスポットサイズ（第１のスポットサイズ）よりも大きくなるように設定される。
【００３７】
なお、ある加工部位に対する第１のスポットサイズ（第２のスポットサイズ）と、別の加工部位に対する第１のスポットサイズ（第２のスポットサイズ）とは同じ値が設定されていてもよいし、異なる値が設定されていてもよい。たとえば、図１に示したポートＰ１〜Ｐ３を加工する際の第１のスポットサイズと流路部分Ｆを加工する際の第１のスポットサイズは、同じ値が設定されていてもよいし、異なる値が設定されていてもよい。
【００３８】
加工経路データは、レーザー光の照射を行う経路及び順番を設定するデータである。レーザー光を照射する順番は、構成要素の数や配置、空洞部分の形状等により決定される。たとえば、図１のマイクロ流体デバイスＤにおける加工経路データは、最初にポート部分Ｐ１〜Ｐ３の加工を行い、次に流路部分Ｆの加工を行うように設定することができる。
【００３９】
ここで、非熱加工の場合、レーザー光を照射した加工部位には改質が生じる（レーザー光のエネルギーにより材料の組成や構造が変化する）。この場合、改質された加工部位より遠い位置にはレーザー光が到達できないか、或いは改質による粗面化の影響により、意図しないレーザー光の屈折や反射が生じる。従って、設定した加工部位に対してレーザー光を照射することが困難となり、その結果、所望の空洞部分を作成できない恐れがある。
【００４０】
そこで、加工経路データは、レーザー光の照射方向において重畳する加工部位がある場合、レーザー光が入射する材料表面から離れている順（材料表面から遠い順）にレーザー光が照射されるように設定する。材料表面と加工部位との距離は、上述の材料に対するレーザー光の入射方向に沿って決定される。
【００４１】
たとえば、図１に示したポートＰ１及び流路部分Ｆに対して設定される加工経路データについて説明する。
【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂは、図１に示したポートＰ１をＺ方向から見た図である。図３Ｃは、図１に示したポートＰ１をＹ方向から見た図である。この例では、Ｚ方向に沿って上側から下側に向かってレーザー光を照射し、ポートＰ１を加工するとする。この場合、まずポートＰ１の径に沿って円状の加工経路Ｌ１を設定する（図３Ａ参照）。加工経路Ｌ１に沿ってレーザー光を照射することで、ポートＰ１の内壁面を形成することができる。その後、加工経路Ｌ１の内側に、加工経路Ｌ１と同心円状の加工経路Ｌ２を複数設定する（図３Ｂ参照）。加工経路Ｌ２に沿ってレーザー光を照射することで、ポートＰ１の空洞部分（内壁面よりも内側の部分）を形成することができる。
【００４３】
一方、ポートＰ１はＺ方向において所定の長さで形成されるため、上側に位置する加工部位に対して先にレーザー光を照射してしまうと、それよりも下側に位置する加工部位にレーザー光を照射することが困難となる。よって、加工経路は、ポートＰ１の下側から上側に向かって加工するよう設定される（図３Ｃ参照。太い矢印は、加工する方向を示す）。つまり、図３Ｃの例であれば、Ｚ方向に沿って下側から上側へ加工経路が設定されることとなる。なお、ポートＰ１をＺ方向にいくつかの層に分け、層毎に図３Ａ及び図３Ｂに示す加工経路を設定することも可能である。この場合、最下層から順にレーザー光が照射されるよう加工経路（加工順）を設定する。
【００４４】
図４Ａ〜図４Ｃは、図１に示した流路部分ＦをＹ方向から見た断面図である。この例では、Ｚ方向に沿って上側から下側に向かってレーザー光を照射し、流路部分Ｆを加工するとする。この場合、流路部分ＦはＺ方向において所定の径で形成されるため、上側に位置する加工部位に対して先にレーザー光を照射してしまうと、それよりも下側に位置する加工部位にレーザー光を照射することが困難となる。よって、加工経路としては、まず流路部分Ｆの径の下半分に対し、下側から順に加工経路Ｌ１を設定する（図４Ａ参照）。加工経路Ｌ１に沿ってレーザー光を照射することで、流路部分Ｆの内壁面の下半分を形成することができる。次に、加工経路Ｌ１の内側において、下側から順に加工経路Ｌ２を複数設定する（図４Ｂ参照）。加工経路Ｌ２に沿ってレーザー光を照射することで、流路部分Ｆの空洞部分（内壁面よりも内側の部分）を形成することができる。最後に、流路部分Ｆの径の上半分に対し、下側から順に加工経路Ｌ３を設定する（図４Ｃ参照）。加工経路Ｌ３に沿ってレーザー光を照射することで、流路部分Ｆの内壁面の上半分を形成することができる。なお、流路部分ＦはＹ方向に所定の長さで形成されるため、各加工経路はＹ方向に所定の長さを有する。或いは、流路部分ＦをＸ方向にいくつかの層に分け、層毎に図４Ａ〜図４Ｃに示す加工経路を設定することも可能である。
【００４５】
加工データは、照射パターンデータを含んでいてもよい。照射パターンデータは、加工部位に対するレーザー光の照射方法を決定するためのデータである（照射パターンの具体例は後述）。照射パターンデータは、ある加工データに対して一のデータが設定されていてもよいし、加工部位データ毎に異なる照射パターンデータが設定されていてもよい。なお、加工システム１００によって、搭載するレーザーの性能や調整部２０の構成が決まっている。従って、ＣＡＭシステム２００側で照射パターンを設定したとしてもそれを実行できない場合もありうる。そこで、加工データに照射パターンを含めず、加工時に加工システム１００側で照射パターンを設定することでもよい。
【００４６】
加工データは、照射パターン以外のレーザー光の出力に関する情報（レーザー光の照射速度または単位時間あたりの照射時間、強度等）や加工精度に関する情報（照射部１０や保持部２０の送り速度、加工ピッチや角度に関する情報等）、加工後の壁面処理に関する情報（仕上げ処理。鏡面加工や表面改質）を含んでいてもよい。
【００４７】
なお、一旦作成された加工データは、ＣＡＭシステム２００上（或いは加工システム１００上）で任意に変更することができる。たとえば、加工データの作成者は、ある加工データを作成した後、ＣＡＭシステム２００上で使用する材料を変更できる。この場合、ＣＡＭシステム２００は、変更した材料の材料データに含まれる屈折率に基づいて、ある加工データに含まれる加工部位データの座標値を補正することができる。
【００４８】
ＣＡＭシステム２００は、作成した加工データを加工システム１００に出力する。加工システム１００は、加工データに基づき、設定された加工経路に沿って加工部位に対してレーザー光を照射することにより材料の加工を行う。出力されるデータの形式は、加工システム１００で使用できるものであれば特に限定されない。
【００４９】
＝＝加工システム＝＝
図２は、加工システム１００を模式的に示した図である。加工システム１００は、レーザー光を照射して材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する。加工システム１００は、加工装置１及びコンピューター２を有する。但し、コンピューター２の果たす機能を加工装置１で実現することによって、加工システム１００が加工装置１単体で構成されてもよい。
【００５０】
本実施形態に係る加工装置１は、５軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ回転軸（Ｘ軸回りの回転軸）、Ｂ回転軸（Ｙ軸回りの回転軸））の駆動軸を有する。加工装置１は、加工データに基づき、加工部位に対してレーザー光を照射することにより材料Ｍを加工する。加工装置１は、照射部１０、調整部２０、保持部３０、及び駆動機構４０を含む。
【００５１】
照射部１０は、材料Ｍに対してレーザー光を照射する。照射部１０は、レーザー光の発振器１０ａ、及び発振器１０ａからのレーザー光を材料Ｍに集光させるためのレンズ群１０ｂ等を含む。レーザーの発振器１０ａは、加工装置１の外部に設けられていてもよい。
【００５２】
調整部２０は、レーザー光のスポットサイズ及び照射パターンを調整する。調整部２０は、たとえば、ガルバノミラー、フレネルレンズ、回折光学素子（ＤＯＥ）、空間光位相変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）等の部材である。調整部２０は、照射部１０内において、たとえば、発振器１０ａとレンズ群１０ｂとの間に配置される。ある加工装置において使用できる照射パターンは、各装置が備える調整部２０の構成により決定される。
【００５３】
ここで、照射パターンの具体例について説明する。
【００５４】
たとえば、加工部位に対して所定のスポット径のレーザー光を点として照射するパターンが可能である。このように加工部位の加工を点（点群）で行う場合、加工時間を要するが、より細かい加工が可能となる。
【００５５】
また、加工部位に対して所定のスポット径のレーザー光を所定方向に走査しながら照射するパターンが可能である。
【００５６】
これは、調整部２０として、ガルバノミラーを用いることにより実現できる。ガルバノミラーは２つのミラーを有し、各ミラーを別々に駆動させることにより、発振器１０ａからのレーザー光をＸＹ平面で走査することができる。ガルバノミラーは、高速で走査することが可能であるため、加工時間を短縮することができる。
【００５７】
別の照射パターンとして、二次元または三次元の加工部位に一括でレーザー光を照射するパターンは、調整部２０として空間光位相変調器を用いることにより実現できる。空間光位相変調器は、液晶の配向を調整することにより、発信器１０ａからのレーザー光を任意の形状に成形することができる。たとえば、空間光位相変調器は、ビーム状のレーザー光を平面に成形し且つ所定の厚みを持たせることで、薄板状のレーザー光（３次元形状のレーザー光）を照射することを可能とする。このような空間光位相変調器を用いることにより、たとえば、ある加工部位に対して一回の照射でアブレーション加工を実施できる。すなわち、空間光位相変調器を利用することにより広範囲の加工部位を一括で加工できるため、加工時間を短縮することができる。また、空間光位相変調器は、加工部位の形状が複雑な場合（たとえば、加工部位の境界面が波状）であっても、液晶の配向を調整することによって、レーザー光のビーム形状を様々な形（点状、線状等）に変形することができる。なお、上記照射パターンを実現できる構成であれば、調整部２０は空間光位相変調器でなくてもよい。たとえば、レーザー光を平面状にするためには、調整部２０としてＭＥＭＳミラーを使用できる。
【００５８】
或いは、フレネルレンズや回折光学素子といった光学系は、レーザー光をその光軸に平行または垂直な方向に複数の焦点（多焦点）を持つように調整することができる。これらの光学系を調整部２０として使用することにより、一回の照射で加工部位の幅方向または厚さ方向の所定領域に対して加工が可能となる。更に、ガルバノミラーとフレネルレンズまたは回折格子とを組み合わせることにより、より広範囲でレーザー光を走査することも可能である。
【００５９】
なお、本実施形態における調整部２０は、各照射パターンでレーザー光を照射する際、加工部位に応じてスポットサイズの変更が可能となっている。たとえば、ガルバノミラーを用いた照射パターンの場合、調整部２０がレーザー光の焦点位置を調整することによりスポット径を変更できる。また、空間光位相変調器を用いた照射パターンの場合、調整部２０がレーザー光を任意の形状に成形することによりスポットサイズを変更できる。
【００６０】
保持部３０は材料Ｍを保持する。材料Ｍを保持する方法は、保持された材料Ｍを５軸に沿って移動・回転させることができれば、特に限定されるものではない。
【００６１】
駆動機構４０は、照射部１０（調整部２０）及び保持部３０を相対的に移動させる。駆動機構４０は駆動用のサーボモータ等を含む。駆動機構４０は、照射部１０及び保持部３０の少なくとも一方をＸＹＺ方向の三軸で同時に移動させることができる、材料内部を三次元的に加工することができる。
【００６２】
コンピューター２は、加工装置１が備える各種構成の動作を制御する。たとえば、コンピューター２は、加工部位にレーザー光の焦点が位置するよう、駆動機構４０を制御して照射部１０と保持部３０（保持部３０に保持される材料Ｍ）との相対的な位置関係を調整する。そして、コンピューター２は、照射部１０を制御し、加工部位毎にレーザー光を照射する。
【００６３】
本実施形態において、コンピューター２は、加工データに基づき、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズでレーザー光を照射し、空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズでレーザー光を照射するよう照射部１０及び駆動機構４０を制御する。このようにレーザー光を照射して加工部位に対してアブレーション加工を施すことで、材料内部に空洞部分を形成できる。またこの際、コンピューター２は、加工部位毎に所定のスポットサイズ及び所定の照射パターンでレーザー光が照射されるよう、調整部２０を制御する。
【００６４】
更に、コンピューター２は、照射部１０を制御し、レーザー光の強度や照射時間等の調整を行ってもよい。レーザー光の強度や照射時間は、照射されるレーザー光の出力（エネルギー）に影響を与えるものである。これらの値は、上述の通り加工データに予め組み込まれていてもよいし、加工装置１側で設定することでもよい。また、これらの値を決定する際には、加工対象となる材料の種類や特性を加味してもよい。コンピューター２は、「制御部」の一例である。
【００６５】
なお、後述の加工方法を実施することが可能であれば、加工システム１００は５軸である必要はない。たとえば、照射部１０をＺ方向に駆動させる駆動軸、保持部３０をＸ方向及びＹ方向に駆動させる駆動軸の３軸の加工装置を用いることも可能である。
【００６６】
＝＝加工システムによる加工＝＝
次に図５〜図７Ｃを参照して、本実施形態に係る加工方法の具体例について説明する。本実施形態においては、材料Ｍを加工し、図１に示したマイクロ流体デバイスＤを作成する例について述べる。
【００６７】
マイクロ流体デバイスＤの加工データはＣＡＭシステム２００により予め作成されている。この加工データは、ポートＰ１〜Ｐ３、流路部分Ｆの加工部位データ、スポットサイズデータ、及び加工経路データを含む。なお、加工経路データは、図３Ａ〜図３Ｃ及び図４Ａ〜図４Ｃを参照する。
【００６８】
図５は、本実施形態に係る加工方法を示すフローチャートである。加工方法は、加工システム１００によって実行される。また、加工方法は、専用の加工プログラムとして、加工システム１００に予めインストールされている。
【００６９】
まず、使用する材料Ｍを選択し、加工装置１の保持部３０にセットする（材料のセット。Ｓ１０）。材料Ｍは、加工データを作成する際に使用した形状データ（外形）に対応する形状であることが好ましい。但し、材料Ｍは、少なくともマイクロ流体デバイスＤを包含する形状であればよい。
【００７０】
コンピューター２は、マイクロ流体デバイスＤの加工データに基づいて、加工装置１に材料Ｍの加工を実行させる。
【００７１】
まず、コンピューター２は、加工経路データに基づいて、最初にレーザー光の照射を行うポートＰ１を特定する。コンピューター２は、特定したポートＰ１に対応する加工部位データ及びスポットサイズデータを選択する（ポートの加工部位データ及びスポットサイズデータを選択。Ｓ１１）。
【００７２】
次に、コンピューター２は、Ｓ１１で選択されたポートＰ１に対応する加工部位に対してレーザー光の照射を行うよう加工装置１を制御する。コンピューター２は、レーザー光の焦点位置が加工部位に合うよう調整を行う。具体的には、コンピューター２は、照射部１０及び駆動機構４０の相対的な位置を調整したり、照射部１０に含まれるレンズ群の向きや角度、調整部２０の状態等を調整する。レーザー光の焦点位置と加工部位とを一致させた後、コンピューター２は、加工部位に対して所定の照射パターンでレーザー光を照射させる。
【００７３】
この際、コンピューター２は、ポートＰ１の内壁面に対応する加工部位に対し、スポットサイズデータに基づいて、第１のスポットサイズＳ１でレーザー光を照射させる（ポートの内壁面に対応する加工部位に第１のスポットサイズでレーザー光を照射。Ｓ１２）。図６Ａは、図３Ａで示した加工経路Ｌ１に沿ってレーザー光を照射した例を示している。
【００７４】
また、コンピューター２は、ポートＰ１の内壁面より内側に対応する加工部位に対し、スポットサイズデータに基づいて、第１のスポットサイズＳ１よりも大きい第２のスポットサイズＳ２でレーザー光を照射させる（ポートの内壁面より内側に対応する加工部位に第２のスポットサイズでレーザー光を照射。Ｓ１３）。図６Ｂは、図３Ｂで示した加工経路Ｌ２に沿ってレーザー光を照射した例を示している。ここで、図６Ｂから明らかなように、加工経路Ｌ２に沿って照射されるレーザー光のスポットサイズＳ２は、加工経路Ｌ１に沿って照射されるレーザー光のスポットサイズＳ１よりも大きくなっている。
【００７５】
なお、ポートＰ１の加工経路Ｌ１及び加工経路Ｌ２に対するレーザー光の照射は、Ｚ方向に沿って材料Ｍの下側から上側に向けて行われる。また、ステップ１２とステップ１３は逆の順で行われてもよい。
【００７６】
ポートＰ1〜Ｐ３に対応する加工部位へのレーザー光の照射が全て完了した後（Ｓ１４でＹの場合）、コンピューター２は、ポートＰ１〜Ｐ３と連通する流路部分Ｆを特定する。コンピューター２は、特定した流路部分Ｆに対応する加工部位データ及びスポットサイズデータを選択する（流路部分の加工部位データ及びスポットサイズデータを選択。Ｓ１５）。コンピューター２は、選択された流路部分Ｆに対応する加工部位に対してレーザー光の照射を行うよう加工装置１を制御する。
【００７７】
この際、コンピューター２は、流路部分Ｆの内壁面に対応する加工部位のうち下半分の加工部位に対し、スポットサイズデータに基づいて、第１のスポットサイズＳ１でレーザー光を照射する（流路部分の内壁面の下半分に対応する加工部位に第１のスポットサイズでレーザー光を照射。Ｓ１６）。図７Ａは、図４Ａで示した加工経路Ｌ１に沿ってレーザー光を照射した例を示している。
【００７８】
次に、コンピューター２は、流路部分Ｆの内壁面より内側に対応する加工部位に対し、スポットサイズデータに基づいて、第２のスポットサイズＳ２でレーザー光を照射する（流路部分の内壁面より内側に対応する加工部位に第２のスポットサイズでレーザー光を照射。Ｓ１７）。図７Ｂは、図４Ｂで示した加工経路Ｌ２に沿ってレーザー光を照射した例を示している。
【００７９】
最後に、コンピューター２は、流路部分Ｆの内壁面に対応する加工部位のうち上半分の加工部位に対し、スポットサイズデータに基づいて、第１のスポットサイズＳ１でレーザー光を照射する（流路部分の内壁面の上半分に対応する加工部位に第１のスポットサイズでレーザー光を照射。Ｓ１８）。図７Ｃは、図４Ｃで示した加工経路Ｌ３に沿ってレーザー光を照射した例を示している。図７Ｃから明らかなように、加工経路Ｌ２に沿って照射されるレーザー光のスポットサイズＳ２は、加工経路Ｌ１及び加工経路Ｌ３に沿って照射されるレーザー光のスポットサイズＳ１よりも大きくなっている。
【００８０】
なお、流路部分Ｆの加工経路Ｌ１〜加工経路Ｌ３に対するレーザー光の照射は、Ｚ方向に沿って材料Ｍの下側から上側に向けて行われる。
【００８１】
流路部分Ｆに対応する加工部位全てに対してレーザー照射を行うことにより（Ｓ１９でＹの場合）、ポートＰ１〜Ｐ３及び空洞部分Ｆが形成されたマイクロ流体デバイスＤが得られる（加工物の完成。Ｓ２０）。
【００８２】
このように、本実施形態に係る加工方法によれば、レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工方法であって、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズでレーザー光を照射し、空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズでレーザー光を照射する。
【００８３】
空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位は、加工により除去される部分である。つまり、内壁面より内側に対応する加工部位は加工精度が要求されるものではない。そこで、当該加工部位に対して第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズでレーザー光を照射することにより、一回のレーザー光の照射で広範囲を加工できる。従って、空洞部分全体に対して同じスポットサイズでレーザー光を照射して加工する場合に比べ、加工時間を短縮できる。一方、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対しては、第２のスポットサイズよりも小さい第１のスポットサイズでレーザー光を照射することで、細かい加工が可能となる。従って、内壁面を所望の形状に形成することができる。また、レーザー光を用いて空洞部分を形成することにより、複数の材料を加工したり、材料同士を貼り合わせるといった作業が不要となるため、短時間で簡易に加工物を作成できる。更に、材料同士の貼り合わせが不要となるため、流路に段差やつなぎ目が生じたり、貼り合わせた箇所から流体が漏れだすといったこともない。すなわち、本実施形態に係る加工方法によれば、内部に空洞部分を有する加工物を加工する際、空洞部分の内壁面を所望の形状に形成し、且つ加工時間を短縮することができる。
【００８４】
また、本実施形態に係る加工方法は、レーザー光の照射方向において重畳する加工部位がある場合、当該重畳する加工部位に対し、レーザー光が入射する材料表面から離れている順にレーザー光を照射することができる。このように、重畳する加工部位に対してはレーザー光が入射する材料表面から離れている順にレーザー光を照射することにより、照射されたレーザー光が改質の影響を受けることが無い。すなわち、改質した加工部位をレーザー光が透過できないといった問題や、改質した加工部位でレーザー光の屈折や反射が起こり、別の加工部位に対して正確にレーザー光を照射できないといった問題が生じ難い。このように、本実施形態に係る加工方法によれば、レーザー光の照射に伴う材料の改質の影響を受けずに加工物を作成できる。
【００８５】
また、本実施形態に係る加工方法は、レーザー光を、直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って同時に移動させながら照射できる。このようにレーザー光を三軸同時で移動させることにより、空洞部分が複雑な形状（交差した形状や、傾斜している形状）であっても容易に加工できる。
【００８６】
或いは、本実施形態に係る加工システム１００は、レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する。加工システム１００は、照射部１０と、保持部３０と、駆動機構４０と、コンピューター２とを含む。照射部１０は、レーザー光を照射する。保持部３０は、材料Ｍを保持する。駆動機構４０は、照射部１０及び保持部３０を相対的に移動させる。コンピューター２は、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズでレーザー光を照射し、空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズでレーザー光を照射するよう照射部１０及び駆動機構４０を制御する。また、本実施形態に係る加工プログラムは、レーザー光を照射して光透過性の材料を加工し、内部に空洞部分を有する加工物を作成する加工システム１００で実行されるプログラムである。加工プログラムは、加工システム１００に対し、空洞部分の内壁面に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズでレーザー光を照射させ、空洞部分の内壁面より内側に対応する加工部位に対して、第１のスポットサイズよりも大きい第２のスポットサイズでレーザー光を照射させる。このような加工システム１００や加工プログラムによれば、内部に空洞部分を有する加工物を加工する際、空洞部分の内壁面を所望の形状に形成し、且つ加工時間を短縮することができる。
【００８７】
［その他］
上記加工方法で作成できる加工物は、マイクロ流体デバイスに限らない。上記加工方法は、内部に空洞部分を有する加工物を作成する場合に広く利用することができる。
【００８８】
上記実施形態の加工方法を実施する加工プログラムが記憶された非一時的なコンピューター可読媒体（non-transitory computer readable medium with an executable program thereon）を用いて、コンピューターにプログラムを供給することも可能である。なお、非一時的なコンピューターの可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）等がある。
【００８９】
上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１  加工装置
２  コンピューター
１０  照射部
２０  調整部
３０  保持部
４０  駆動機構
１００  加工システム
【図１】
2019155445.tif 000003
【図２】
2019155445.tif 000004
【図３Ａ】
2019155445.tif 000005
【図３Ｂ】
2019155445.tif 000006
【図３Ｃ】
2019155445.tif 000007
【図４Ａ】
2019155445.tif 000008
【図４Ｂ】
2019155445.tif 000009
【図４Ｃ】
2019155445.tif 000010
【図５】
2019155445.tif 000011
【図６Ａ】
2019155445.tif 000012
【図６Ｂ】
2019155445.tif 000013
【図７Ａ】
2019155445.tif 000014
【図７Ｂ】
2019155445.tif 000015
【図７Ｃ】
2019155445.tif 000016
【図８】
2019155445.tif 000017
【図９Ａ】
2019155445.tif 000018
【図９Ｂ】
2019155445.tif 000019