(57)【要約】【課題】本発明は、レーザ光の反射率を低く抑えつつ耐腐食性を向上させることができるレーザ透過部材を得ることを目的とするものである。【解決手段】平板状の基材７の第１面７ａを凸面形状に加工するとともに、基材７の第２面を凹面形状に加工する。第２面７ｂ上にダイヤモンドライクカーボン膜９を形成し、ダイヤモンドライクカーボン膜９の内部応力により第１面７ａ及び第２面７ｂを平面にする。レーザ光の反射を防止する反射防止膜８を第１面７ａ上に形成する。【選択図】        図２
2004317834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び第２面を有し、上記レーザ光を透過する平板状の基材、
上記第１面上に形成され、上記レーザ光の反射を防止する反射防止膜、及び
上記第２面上に形成されているダイヤモンドライクカーボン膜
を備えていることを特徴とするレーザ透過部材。
【請求項２】
第１面及び第２面を有しレーザ光を透過する平板状の基材の上記第１面を凸面形状に加工するとともに、上記第２面を凹面形状に加工する工程、及び
上記第２面上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成し、これにより上記基材を変形させ上記第１面及び上記第２面を平面にするとともに、上記レーザ光の反射を防止する反射防止膜を上記第１面上に形成する工程
を含むことを特徴とするレーザ透過部材の製造方法。
【請求項３】
第１面及び第２面を有しレーザ光を透過する平板状の基材の上記第２面を凹面形状に加工する工程、
上記第２面上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成し、これにより上記基材を変形させ上記第２面を平面にする工程、
上記第１面を平面に加工する工程、及び
上記レーザ光の反射を防止する反射防止膜を上記第１面上に形成する工程
を含むことを特徴とするレーザ透過部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば炭酸ガスレーザ加工機の集光レンズを保護するレンズ保護部材等のレーザ透過部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、炭酸ガスレーザ加工機等のレーザ加工機においては、加工時の発塵やスパッタリングによる汚染、損傷から集光レンズを保護するため、例えばプリント配線板等の被加工物と集光レンズとの間にレンズ保護部材（レンズ保護ウインドウ）が配置される。
従来のレンズ保護部材は、レーザ光を透過する平板状の基材の両面に反射防止膜（ＡＲコート）を形成して構成されている。また、基材の材料としては、例えばＺｎＳｅ又はＧｅ等が用いられる。さらに、反射防止膜は、例えばＴｈＦ４、ＹＦ４、ＺｎＳ、Ｇｅ及びＺｎＳｅ等からなる多層膜により構成されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
「レーザ加工機のビーム計測と光学部品の評価技術」平成３年３月、レーザ熱加工研究会ワーキンググループ発行、ｐ．１０５及びｐ．１２１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレンズ保護部材では、酸に対して反応するＴｈＦ４、ＹＦ４、ＺｎＳ及びＺｎＳｅ等の材料が反射防止膜に使用されている。これに対して、エポキシ等の樹脂材料からなるプリント配線板を加工する際には、臭素等を含む粉塵やガスが発生するため、レーザ光出射側の反射防止膜が臭素酸等により腐食され、剥がれ易くなる。このように、レーザ光出射側の反射防止膜が剥がれてしまうと、例えば基材としてＧｅが使用されている場合、３６％程度のレーザ光が反射され、被加工材には６４％程度しか到達しなくなってしまう。また、反射したレーザ光が集光レンズやレーザ発振器に戻り、集光レンズやレーザ発振器内の光学部品が損傷する恐れがあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、レーザ光の反射率を低く抑えつつ耐腐食性を向上させることができるレーザ透過部材及びその製造方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ透過部材は、第１面及び第２面を有し、レーザ光を透過する平板状の基材、第１面上に形成され、レーザ光の反射を防止する反射防止膜、及び第２面上に形成されているダイヤモンドライクカーボン膜を備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による赤外レーザ加工機の要部を示す構成図である。図において、レーザ発振器１は、例えばプリント配線板等の被加工物２に対向して配置される。レーザ発振器１と被加工物２との間には、集光レンズ３が配置されている。ここでは、レーザ発振器１から出射されるレーザ光６として、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザが用いられ、集光レンズ３としてはＺｎＳｅ製の単レンズが用いられている。
【０００８】
集光レンズ３と被加工物２との間には、レーザ光６を透過するとともに、加工時の発塵やスパッタリングによる汚染、損傷から集光レンズ３を保護するレーザ透過部材としてのレンズ保護部材４が配置されている。集光レンズ３及びレンズ保護部材４は、円筒状の鏡筒５内に保持されている。
【０００９】
レンズ保護部材４は、平板状の基材７、反射防止膜８及びダイヤモンドライクカーボン膜９を有している。基材７は、互いに平行な第１面７ａ及び第２面７ｂを有し、例えばＧｅ等のレーザ透過材料により構成されている。ここでは、第１面７ａがレーザ光６の入射面、第２面７ｂがレーザ光６の出射面である。
【００１０】
反射防止膜８は、例えば真空蒸着により第１面７ａ上に形成され、基材７に入射するレーザ光６の反射を防止する。また、反射防止膜８は、例えばＹＦ４、ＺｎＳ及びＧｅなど、屈折率の異なる複数の層からなる多層膜により構成されている。さらに、反射防止膜８におけるレーザ光６の反射率は、３％以下、特に１％以下が好適である。
【００１１】
ダイヤモンドライクカーボン膜９は、例えばプラズマＣＶＤにより第２面７ｂ上に形成される。ダイヤモンドライクカーボンは、ダイヤモンドに準ずる硬さを有し、酸に対する耐腐食性に優れ、赤外域の光を透過する材料である。また、ダイヤモンドライクカーボン膜９におけるレーザ光６の反射率は、５％程度である。
【００１２】
次に、図２は図１のレンズ保護部材４の製造方法を示す工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、Ｇｅからなる円板状の基材７を用意する。次に、図２（ｂ）に示すように、基材７の第１面７ａを凸面形状に研磨加工するとともに、第２面７ｂを凹面形状に研磨加工する。凹面及び凸面の断面形状は、それぞれ非常に緩やかな円弧状であり、例えば厚さ５ｍｍ、直径１０５ｍｍの基材７を用いた場合、周縁部に対する中央部の高さ又は深さが２〜３μｍ程度である。但し、理解を容易にするため、図２では研磨加工量を大きく描いている。
【００１３】
次に、プラズマＣＶＤ等により第２面７ｂ上にダイヤモンドライクカーボン膜９を形成する。ダイヤモンドライクカーボン膜９の厚さは、例えば約１μｍ程度である。このように成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜９には、周囲へ拡がろうとするような内部応力が生じる。
【００１４】
従って、ダイヤモンドライクカーボン膜９を基材７の片面に形成すると、ダイヤモンドライクカーボン膜９の内部応力により、基材７は、図２（ｃ）に示すように平板状に変形され、第１面７ａ及び第２面７ｂが平面になる（平面度が高くなる）。逆に言えば、ダイヤモンドライクカーボン膜９の内部応力により第１面７ａ及び第２面７ｂが平面（使用に十分な平面度の平面）となるように、凹面形状及び凸面形状の加工を予め施しておく。
【００１５】
この後、平面となった第１面７ａ上に、例えば真空蒸着等により反射防止膜８を形成する。このとき、反射防止膜８の内部応力は小さいため、基材７の変形は殆どなく、反射防止膜８の表面及びダイヤモンドライクカーボン膜９の表面の平面度（周縁部に対する中央部の高さ又は深さ）を０．７μｍ程度にすることができる。
【００１６】
上記のようなレンズ保護部材４を用いた赤外レーザ加工機では、レンズ保護部材４の被加工物２に対向する面にダイヤモンドライクカーボン膜９が形成されているため、耐腐食性を向上させることができ、膜の剥がれによる反射率の低下を防止することができる。
【００１７】
また、反射防止膜８におけるレーザ光６の反射率は１％程度であるのに対し、ダイヤモンドライクカーボン膜９の反射率は５％程度であるが、基材７の両面にダイヤモンドライクカーボン膜９を形成する場合に比べれば反射率を十分に低く抑えることができる。これにより、レーザ光６が集光レンズ３やレーザ発振器１に戻るのが十分に抑制され、比較的高価な集光レンズ３やレーザ発振器１内の光学部品等が損傷するのを防止することができる。
【００１８】
さらに、ダイヤモンドライクカーボン膜９を形成する前に、第１面７ａを凸面形状に研磨加工するとともに、第２面７ｂを凹面形状に研磨加工しておき、ダイヤモンドライクカーボン膜９の成膜後の内部応力を利用して基材７を変形させ、第１面７ａ及び第２面７ｂを平面としたので、片面のみにダイヤモンドライクカーボン膜９を形成したにも拘わらず、レーザ光６の波面に乱れが生じるのを防止することができ、加工品質の低下を防止することができる。
【００１９】
ここで、実施の形態１のレンズ保護部材４を有する赤外レーザ加工機により、直径２００μｍ、深さ１００μｍ程度の穴をプリント配線板に加工したところ、レンズ保護部材４の歪みによる加工形状の崩れは見られず、良好な加工が可能であった。
【００２０】
また、レンズ保護部材４をプリント配線板の近傍に配置し、レーザ出力を３０Ｗとして、直径３００μｍ、深さ１５０μｍ程度の穴をプリント配線板に連続加工（１００時間程度）行った。このとき、ダイヤモンドライクカーボン膜９は大量の粉塵やガスに曝されるが、ダイヤモンドライクカーボン膜９に剥がれは見られず、また集光レンズ３やレーザ発振器１内の光学系の損傷も見られなかった。
【００２１】
比較例１．
次に、図３は比較例１によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。比較例１では、図３（ａ）に示すような基材７として、直径１０５ｍｍ、厚さ５ｍｍで、Ｇｅからなるものを用いた。また、第１面７ａ及び第２面７ｂは、０．４μｍ程度の平面度となるように予め加工しておいた。
【００２２】
この後、基材７の第１面７ａ上にダイヤモンドライクカーボン膜９を形成した。これにより、基材７には、図３（ｂ）に示すような変形が生じた。即ち、ダイヤモンドライクカーボン膜９の表面の平面度は、３μｍ程度となった。
【００２３】
この後、基材７の第２面７ｂ上にも、第１面７ａ側と同様に、ダイヤモンドライクカーボン膜９を形成した。これにより、基材７の変形が矯正され、ダイヤモンドライクカーボン膜の表面の平面度は、０．７μｍ程度となった。
【００２４】
このようなレンズ保護部材を図１のレンズ保護部材４と置き換えて、直径２００μｍ、深さ１００μｍ程度の穴をプリント配線板に加工したところ、レンズ保護部材の歪みによる加工形状の崩れは見られず、良好な加工が可能であった。
【００２５】
また、レンズ保護部材をプリント配線板の近傍に配置し、レーザ出力を３０Ｗとして、直径３００μｍ、深さ１５０μｍ程度の穴をプリント配線板に連続加工（１００時間程度）行った。このとき、ダイヤモンドライクカーボン膜９は大量の粉塵やガスに曝されるが、ダイヤモンドライクカーボン膜９に剥がれは見られなかった。しかし、第１面７ａ側のダイヤモンドライクカーボン膜９からの反射光により、集光レンズ３やレーザ発振器１内の光学系の損傷が発生した。
【００２６】
比較例２．
次に、図４は比較例２によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。比較例２では、図４（ａ）に示すような基材７として、直径１０５ｍｍ、厚さ５ｍｍで、Ｇｅからなるものを用いた。また、第１面７ａ及び第２面７ｂは、０．４μｍ程度の平面度となるように予め加工しておいた。
【００２７】
この後、図４（ｂ）に示すように、第１面７ａ上に反射防止膜８を形成した。そして、さらに図４（ｃ）に示すように、第２面７ｂ上にも反射防止膜８を形成した。反射防止膜８の内部応力は、十分に小さいため、平面度の変化はなかった。
【００２８】
このようなレンズ保護部材を図１のレンズ保護部材４と置き換えて、直径２００μｍ、深さ１００μｍ程度の穴をプリント配線板に加工したところ、レンズ保護部材の歪みによる加工形状の崩れは見られず、良好な加工が可能であった。
【００２９】
また、レンズ保護部材をプリント配線板の近傍に配置し、レーザ出力を３０Ｗとして、直径３００μｍ、深さ１５０μｍ程度の穴をプリント配線板に連続加工（１００時間程度）行った。このとき、反射防止膜８は大量の粉塵やガスに曝されるため、反射防止膜８に剥がれが見られた。そして、反射防止膜８が剥がれた部分からの反射光により、集光レンズ３に損傷が発生した。
【００３０】
比較例３．
次に、図５は比較例３によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。比較例３では、図５（ａ）に示すような基材７として、直径１０５ｍｍ、厚さ５ｍｍで、Ｇｅからなるものを用いた。また、第１面７ａ及び第２面７ｂは、０．４μｍ程度の平面度となるように予め加工しておいた。
【００３１】
この後、図５（ｂ）に示すように、基材７の第１面７ａ上に反射防止膜８を形成した。このとき、反射防止膜８の内部応力は小さいため、平面度の変化はなかった。この後、第２面７ｂ上にダイヤモンドライクカーボン膜９を形成した。これにより、基材７には、図５（ｃ）に示すような変形が生じた。即ち、反射防止膜８の表面及びダイヤモンドライクカーボン膜９の表面の平面度は、３．０μｍ程度となった。
【００３２】
このようなレンズ保護部材を図１のレンズ保護部材４と置き換えて、直径２００μｍ、深さ１００μｍ程度の穴をプリント配線板に加工したところ、レンズ保護部材の歪みによる加工形状の崩れが見られ、良好な加工が行えなかった。
【００３３】
このように、比較例１〜３のレンズ保護部材に比べて、本実施の形態１のレンズ保護部材４によれば、レーザ光６の反射率を低く抑えつつ耐腐食性を向上させることができ、しかもダイヤモンドライクカーボン膜９の内部応力による歪みも防止することができる。
【００３４】
実施の形態２．
次に、図６はこの発明の実施の形態２によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。まず、図６（ａ）に示すように、Ｇｅからなる円板状の基材７を用意する。次に、図６（ｂ）に示すように、基材７の第２面７ｂを凹面形状に研磨加工する。凹面の断面形状は、非常に緩やかな円弧状であり、例えば厚さ５ｍｍ、直径１０５ｍｍの基材７を用いた場合、周縁部に対する中央部の高さ又は深さが２〜３μｍ程度である。但し、理解を容易にするため、図６では研磨加工量を大きく描いている。
【００３５】
次に、プラズマＣＶＤ等により第２面７ｂ上にダイヤモンドライクカーボン膜９を形成する。ダイヤモンドライクカーボン膜９の厚さは、例えば約１μｍ程度である。このように成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜９には、周囲へ拡がろうとするような内部応力が生じる。
【００３６】
従って、ダイヤモンドライクカーボン膜９を基材７の片面に形成すると、ダイヤモンドライクカーボン膜９の内部応力により、基材７は、図６（ｃ）に示すように変形され、第２面７ｂが平面（使用に十分な平面度の平面）になる。これにより、ダイヤモンドライクカーボン膜９の表面の平面度は、０．７μｍ程度となる。
【００３７】
この後、平面度が０．４μｍ程度になるように第１面７ａを研磨加工する。そして、平面となった第１面７ａ上に、例えば真空蒸着等により反射防止膜８を形成する。このとき、反射防止膜８の内部応力は小さいため、基材７の変形は殆どなく、反射防止膜８及びダイヤモンドライクカーボン膜９の平面度は維持される。
【００３８】
このようなレンズ保護部材を図１のレンズ保護部材４と置き換えて、直径２００μｍ、深さ１００μｍ程度の穴をプリント配線板に加工したところ、レンズ保護部材の歪みによる加工形状の崩れは見られず、良好な加工が可能であった。
【００３９】
また、レンズ保護部材をプリント配線板の近傍に配置し、レーザ出力を３０Ｗとして、直径３００μｍ、深さ１５０μｍ程度の穴をプリント配線板に連続加工（１００時間程度）行った。このとき、ダイヤモンドライクカーボン膜９は大量の粉塵やガスに曝されるが、ダイヤモンドライクカーボン膜９に剥がれは見られず、また集光レンズ３やレーザ発振器１内の光学系の損傷も見られなかった。
【００４０】
さらに、実施の形態２で得られたレンズ保護部材を用いて、プリント配線板に直径６０μｍ、深さ３０μｍの穴あけ加工を行ったところ、レンズ保護部材の歪みによる加工形状の崩れは見られず良好な加工が可能であった。
【００４１】
このように、実施の形態２の製造方法によれば、レーザ光６の反射率を低く抑えつつ耐腐食性を向上させることができる。また、反射防止膜８側の平面度をより確実に高くすることができ、レンズ保護部材の歪みによる加工形状の崩れをより確実に防止することができる。
【００４２】
なお、実施の形態１、２の製造方法において、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成する第２面を凹面形状に加工する場合、その凹面形状の断面の曲率半径は、１５００ｍｍ（直径１００ｍｍに対して平面度０．８μｍ）以上が好適であり、特に３０００ｍｍ（直径１００ｍｍに対して平面度０．４μｍ）以上が望ましい。
また、実施の形態１、２では、レンズ保護部材について説明したが、レーザ透過部材はレンズ保護部材に限定されるものではなく、この発明は他の用途に用いられるレーザ透過部材にも適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のレーザ透過部材は、基材の第１面上にレーザ光の反射を防止する反射防止膜を形成し、基材の第２面上にはダイヤモンドライクカーボン膜を形成したので、レーザ光の反射率を低く抑えつつ耐腐食性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による赤外レーザ加工機の要部を示す構成図である。
【図２】図１のレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。
【図３】比較例１によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。
【図４】比較例２によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。
【図５】比較例３によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるレンズ保護部材の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
４  レンズ保護部材（レーザ透過部材）、６  レーザ光、７  基材、７ａ  第１面、７ｂ  第２面、８  反射防止膜、９  ダイヤモンドライクカーボン膜。
【図１】
2004317834.tif 000003
【図２】
2004317834.tif 000004
【図３】
2004317834.tif 000005
【図４】
2004317834.tif 000006
【図５】
2004317834.tif 000007
【図６】
2004317834.tif 000008