(57)【要約】【課題】レーザ光を直線偏光から円偏光へ変換する１／４波長板を光路に導入しても、その戻り光によりレーザ発振器が損傷を受けることや不安定になることを低減できるレーザ用加工ヘッドを提供する。【解決手段】１／４波長板７を、レーザ加工ヘッド２内に導入することで、当該１／４波長板７をレーザ発振器３から遠ざける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を加工対象物に照射して所定の加工を施すためのレーザ加工ヘッドであって、  発生させたレーザ光を直線偏光から円偏光へ変換する１／４波長板と、この１／４波長板により円偏光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、この集光レンズよりも加工対象物側に配置された保護ガラスと、加工副次物が加工対象物の表面及び加工面に付着することを防止するためのガス流れを形成するガス噴出手段と、当該レーザ加工ヘッドの先端に設けられ、前記ガスを加工対象物側に排出させる先細り状のノズルとを備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２】
光軸を回転軸とした前記１／４波長板の回転角度を調整する波長板調整手段を備えている請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項３】
前記集光レンズが非球面レンズである請求項１又は２に記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項４】
光軸と直交する方向における前記集光レンズの位置を調整する集光レンズ調整手段と、光軸と直交する方向における前記ノズルの位置を調整するノズル調整手段とを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項５】
前記保護ガラスは、１００ｋＰａ〜２０００ｋＰａの耐圧強度を有するガラスよりなる請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光によって金属材料、半導体材料、セラミックスなどの硬質脆性材料等の加工対象物に穴明け、溝入れ、切断等のレーザ加工を行う技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工ヘッドは、円筒状のレンズホルダに集光レンズを設けて、レーザ発振器で発生させたレーザ光を集光し、先端に設けられた先細り状のノズルから集光されたレーザ光を加工対象物に照射し、それと共に当該ノズルからガスを吹き出し、加工副次物の付着を防止しながら、穴明け、溝入れ、切断等のレーザ加工を行なうものである。このようなものとして、例えば特開昭６０−２７４８７号公報にその構造が開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−２７４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザ発振器で発生させた直線偏光を有するレーザ光は、縦と横で異なる光電場の振動強度をもち、強く振動する偏光方向に走査すると加工速度が速く、弱く振動する偏光方向に走査すると加工速度が遅くなる。そのため、溝入れ加工を行ったとき、溝の幅が走査する方向で異なってしまう。その対策として、光路上に１／４波長板を導入し、レーザ光を円偏光へ変換してから加工対象物へ照射することで、縦横均等な溝の幅で加工するという技術が知られている。
【０００４】
一方、１／４波長板で反射したレーザ光がレーザ発振器まで戻ると（戻り光）、レーザ発振器が損傷を受けるか又は不安定な状態となる。そのため、波長板に無反射コートを施して、レーザ光がレーザ発振器まで戻らないようにすることが考えられる。しかし、無反射コートを施した波長板は一般に耐光強度が低いため、レーザ出力を大きくしたい場合、無反射コートを施していない波長板を使用せざるをえず、戻り光によりレーザ発振器が損傷を受ける等の上記問題が生じる。
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み、１／４波長板を光路に導入しても、その戻り光によりレーザ発振器が損傷を受けることや不安定になることを低減できるレーザ用加工ヘッド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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち本発明は、レーザ光を加工対象物に照射して所定の加工を施すためのレーザ加工ヘッドであって、発生したレーザ光を直線偏光から円偏光へ変換する１／４波長板と、この１／４波長板により円偏光に変換されたレーザ光を集光する集光レンズと、この集光レンズよりも加工対象物側に配置された保護ガラスと、加工副次物（ドロスと通称される）が加工対象物の表面及び加工面に付着することを防止するためのガス流れを形成するガス噴出手段と、当該レーザ加工ヘッドの先端に設けられ、前記ガスを加工対象物側に排出させる先細り状のノズルとを備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッドである。
【０００６】
上記本発明のレーザ加工ヘッドによれば、１／４波長板がレーザ加工ヘッド内に導入されているので、当該１／４波長板を従来よりもレーザ発振器から遠ざけることができ、１／４波長板からの戻り光によりレーザ発振器が損傷を受けることや不安定になることを低減することができる。また、レーザ加工光学装置をコンパクト化することもできる。
【０００７】
また、上記本発明において、光軸を回転軸とした前記波長板の回転角度を調整する波長板調整手段を備えていることが好ましい。
１／４波長板で直線偏光から円偏光へ変換するためにはその回転角度を調整する必要があるため、上記波長板調整手段によりその回転角度の調整が簡単となる。
【０００８】
上記本発明において、前記集光レンズが非球面レンズであることが好ましい。
この場合、ドロス、テーパ、チッピング、面ダレ等の少ない良好な加工をすることができる。
【０００９】
上記本発明において、光軸と直交する方向における前記集光レンズの位置を調整する集光レンズ調整手段と、光軸と直交する方向における前記ノズルの位置を調整するノズル調整手段とを備えていることが好ましい。
この場合、集光レンズ及びノズルの位置調整を簡単に行うことができる。
【００１０】
上記本発明において、前記保護ガラスは、１００ｋＰａ〜２０００ｋＰａの耐圧強度を有するガラスよりなることが好ましい。
この場合、十分なガス圧をレーザ加工ヘッドに供給することができ、加工副次物（ドロス）の付着を効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記の通り、本発明によれば、１／４波長板をレーザ加工ヘッド内に導入したことで、当該１／４波長板がレーザ発振器から遠ざかり、その戻り光によりレーザ発振器が損傷を受けることや不安定になることを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係るレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工光学系１の一実施形態を示し、図２は、レーザ加工ヘッド２の断面模式図を示している。レーザ加工光学系１は、レーザ光を加工対象物に照射して所定の加工を施すためのものであって、ＹＡＧレーザ光を出力するレーザ発振器３と、レーザビーム径を拡大するビームエキスパンダ４と、折り返しミラー５と、レーザ加工ヘッド２とを備えている。このレーザ加工光学系１により、例えばガラス基板５０上に置かれた単結晶ダイヤモンド５１の溝入れ加工等が行われる。
【００１３】
レーザ加工ヘッド２は、筒状のヘッド本体６と、このヘッド本体に設けられた１／４波長板７と、レーザ光を集光する集光レンズとしての非球面レンズ８と、この非球面レンズ８を支持するレンズホルダ９と、非球面レンズ８よりも先端側に設けられた保護ガラス１０と、レーザ加工ヘッド２内の内部空間１１にガスを供給するガス噴出手段１２と、レーザ加工ヘッド２の先端に設けられたノズル１３と、１／４波長板７の回転角度を調整する波長板調整手段１４と、非球面レンズ８の位置調整を行うレンズ調整手段１５と、ノズルの位置調整を行うノズル調整手段１６を備えている。
【００１４】
１／４波長板７は、レーザ発振器３で発生させたレーザ光を直線偏光から円偏光へ変換する複屈折光学素子である。波長板調整手段１４は、ヘッド本体６に設けられた調整盤１４ｋと、この調整盤１４ｋの外周に固定された取手１４ｔよりなり、当該取手１４ｔを回すことにより、光軸を回転軸とした１／４波長板７の回転角度を調整することができる。ヘッド本体６の先端側には筒状のレンズホルダ９が取り付けられており、このレンズホルダ９内に、上記非球面レンズ８の外周に固定された固定リング１７が組み込まれている。
【００１５】
レンズ調整手段１５は、レンズホルダ９内に設けられ固定リング１７の外周に内側面を当接させた図示しないくの字状金属バネ板と、非球面レンズ８の位置を二方向から調整すべくレンズホルダ９にねじ込まれ当該固定リング１７の外周に先端を当接させた二つのネジ１５ｎよりなるものである。そして、これら二つのネジ１５ｎのねじ込み度合いを変えることで光軸と直交する方向における非球面レンズ８の位置を変えることができる。これにより、レーザ光に対する非球面レンズ８の位置を簡単に調整することができる。
【００１６】
また、保護ガラス１０は、１００ｋＰａ〜２０００ｋＰａの耐圧強度を有するガラスよりなるものであり、レンズホルダ９内の先端側に固定されている。この保護ガラス１０により、非球面レンズ８がガス圧の影響を受けず、かつ加工中に加工対象物から飛散されるスパッタの非球面レンズ８への付着が効果的に防止されている。なお、耐圧強度の下限である上記１００ｋＰａという値は、必要なガス圧に対してガラスが充分に耐えられるように安全性を見込んだ値である。
【００１７】
ノズル１３は、円板状のノズル座部１３ｚと、このノズル座部１３ｚを介してレンズホルダ９に取り付けられた先細り状のノズル本体１３ｈとよりなるものであって、内部空間１１に供給されたガスを加工焦点近傍に排出させる。ノズル調整手段１６は、ノズル座部１３ｚの外周に設けられた調整座部１６ｃと、この調整座部１６ｃに四方からねじ込まれた四つの調整ネジ１６ｎよりなる。これら調整ネジ１６ｎのねじ込み度合いを変えることで、光軸と直交する方向におけるノズル本体１３ｈの位置を簡単に変えることができる。ガス噴出手段１２は、図示しないガス貯留部と、レンズホルダ９の先端側に設けられ内部空間１１に連通するガス流通部１２ｇよりなるものである。ガス流通部１２より供給された加圧ガスは、内部空間１１を流れてノズル本体１３ｈの先端の開口から高速で噴出される。これにより、保護ガラス１０等への加工副次物の付着が防止される。
【００１８】
上記のレーザ加工光学系１で単結晶ダイヤモンド５１に溝入れ加工を行う場合、レーザ発振器３で発生させたレーザビーム径をビームエキスパンダ４で拡大し、このレーザ光を折り返しミラー５で角度を変えて、レーザ加工ヘッド２に入射させる。そして、レーザ加工ヘッド２に導入された１／４波長板７でレーザ光を直線偏光から円偏光に変換し、円偏光を有するレーザ光で単結晶ダイヤモンド５１を走査し溝入れ加工を行う。
【００１９】
上記実施形態のレーザ加工ヘッド２によれば、１／４波長板７が加工ヘッド２内に導入されているので、１／４波長板７を従来よりもレーザ発振器３から遠ざけることができ、１／４波長板７からの戻り光によりレーザ発振器３が損傷を受けることや不安定になることを低減することができる。また、レーザ加工光学系１をコンパクト化することもできる。また、１／４波長板７で直線偏光から円偏光へ変換するためにはその回転角度を調整する必要があるが、波長板調整手段１４によりその調整が簡単となっている。
【００２０】
また、集光レンズが非球面レンズ８とされているため、ドロス、テーパ、チッピング、面ダレ等の少ない良好な加工をすることができる。また、保護ガラス１０が、１００ｋＰａ〜２０００ｋＰａの耐圧強度を有しているので、十分なガス圧をレーザ加工ヘッド２に供給することができ、加工副次物（ドロス）の付着を効果的に防止することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、１／４波長板の形状は限定されず、波長板調整手段、レンズ調整手段、ノズル調整手段は他の形態のものを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工用光学装置の概略図である。
【図２】レーザ加工ヘッドの断面模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  レーザ加工光学系
２  レーザ加工ヘッド
３  レーザ発振器
６  ヘッド本体
７  波長板
８  集光レンズ
１０  保護ガラス
１２  ガス噴出手段
１３  ノズル
１４  波長板調整手段
１５  レンズ調整手段
１６  ノズル調整手段
【図１】
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【図２】
2008049355.tif 000004