(57)【要約】【解決手段】  レーザ発振器４から発振されたレーザ光Ｌは、導光手段７を構成する光ファイバ１２によって加工ヘッド６まで導光され、加工ヘッドには高圧ポンプ５よって高圧の液体が供給される液体通路２５が形成され、この高圧の液体は加工ヘッド６の下端に設けられた噴射ノズル２３の噴射孔２４から液柱Ｗとなって噴射される。  上記光ファイバは上記液体通路の内部に露出しており、さらに光ファイバのファイバコア１２ａの先端は、ファイバクラッド１２ｂよりも突出して上記噴射孔近傍に接近している。  そしてファイバコアから照射されたレーザ光は、噴射孔に形成された第１傾斜面２４ａに反射した後上記液柱に導光され、被加工物２の加工が行われる。【効果】  容易に液柱にレーザ光を導光することができる。【選択図】  図２
2007021569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を光ファイバを介して加工ヘッドへと導光する導光手段とを備え、
上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記導光手段によって上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッドレーザ加工装置において、
上記光ファイバの端部を、上記加工ヘッドにおける高圧液体の流路内に配置するとともに、当該光ファイバより出射されるレーザ光の光軸上に上記噴射孔を位置させることを特徴とするハイブリッドレーザ加工装置。
【請求項２】
上記光ファイバは、ファイバコアの外周にファイバクラッドを囲繞させた構成を有し、上記ファイバコアをファイバクラッドより突出させて、ファイバコアの端部をファイバクラッドの端部よりも上記噴射孔に接近させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレーザ加工装置。
【請求項３】
上記噴射孔の内周面にレーザ光反射面を形成し、光ファイバの端面から出射したレーザ光を該レーザ光反射面に反射させてから上記液柱に導光することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のハイブリッドレーザ加工装置。
【請求項４】
上記レーザ光反射面を被加工物に向けて縮径する傾斜面とすることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドレーザ加工装置。
【請求項５】
上記噴射孔の上記傾斜面の最小径部よりも被加工物側に、被加工物に向けて拡径する第２傾斜面を形成することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッドレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッドレーザ加工装置に関し、詳しくは、液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射し、当該液柱にレーザ光を導光するハイブリッドレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を光ファイバを介して加工ヘッドへと導光する導光手段とを備え、上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記導光手段によって上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッドレーザ加工装置が知られている。
このようなハイブリッドレーザ加工装置として、レーザ１によって発振されたレーザビームをビームガイド６によってノズルブロック４３に導光し、あわせて当該ノズルブロック４３にポンプ１７により液体を供給することで、ノズル入口開口３０より噴出される液体ビームにレーザビームを導光するものが知られている。（特許文献１）
この当該特許文献１では、上記ビームガイド６から照射されたレーザビームはコリメータ２１およびフォーカスレンズ２５を介してノズルブロックへと到達し、フォーカスレンズによって集光されたレーザビームは、窓３６および液体を透過した後、ノズル入口開口３０の平面内に集光され、液体ビームに導光されるようになっている。
【特許文献１】特表平１０−５００９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記特許文献１のようにフォーカスレンズ２５によってレーザビームをノズル入口開口３０に集光する場合、噴射される液体ビームの径が細いとレーザビームの焦点位置の調整が困難であるといった問題がある。
このような問題に鑑み、本発明は噴射する液柱への導光が容易なハイブリッドレーザ加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
つまり、請求項１に記載のハイブリッドレーザ加工装置は、噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を光ファイバを介して加工ヘッドへと導光する導光手段とを備え、
上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記導光手段によって上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッドレーザ加工装置において、
上記光ファイバの端部を、上記加工ヘッドにおける高圧液体の流路内に配置するとともに、当該光ファイバより出射されるレーザ光の光軸上に上記噴射孔を位置させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
上記発明によれば、光ファイバの端部を上記加工ヘッドにおける高圧液体の流路内に配置することで、光ファイバの端部を上記噴射孔に接近させることが可能となり、レーザ光の照射位置の調整が容易となるので、容易に液柱にレーザ光を導光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図示実施例について説明すると、図１には本発明にかかるハイブリッドレーザ加工装置１を示し、液体の噴射により形成した液柱Ｗにレーザ光Ｌを導光することで、被加工物２を所要形状に切断加工する装置となっている。
このハイブリッドレーザ加工装置１は、上記被加工物２を支持する加工テーブル３と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器４と、純水などの液体を高圧にして供給する液体供給手段としての高圧ポンプ５と、被加工物２に向けて液体を液柱Ｗとして噴射するとともに、レーザ光Ｌを上記液柱Ｗに導光する加工ヘッド６とを備え、上記レーザ発振器４と加工ヘッド６との間には、レーザ光Ｌを導光する導光手段７が設けられている。
本実施例の被加工物２は、板厚の薄い半導体ウエハやエポキシ樹脂板、その他樹脂と金属からなる複合材料などであり、ハイブリッドレーザ加工装置１はこれら被加工物２の切断加工や穴明け加工のほか、被加工物２の表面に溝加工を行うことが可能となっている。
上記加工テーブル３は、上記被加工物２を下方から保持するようになっており、上記加工ヘッド６は図示しない移動手段によって被加工物２に対し水平方向および垂直方向に相対移動するようになっている。なお、加工テーブル３により被加工物２を移動させるようにしても良い。
【０００７】
次に、本実施例におけるレーザ発振器４はＹＡＧレーザ発振器であり、加工に応じてＣＷ発振又はパルス発振が可能であり、またその出力やパルスの発振周期等の加工条件を適宜調整できるようになっている。
なおレーザ発振器４として、この他にもファイバーレーザや半導体レーザやＣＯ２レーザ発振器等を用いることも可能であるが、ＣＯ２レーザ発振器のように発振されるレーザ光Ｌが水に吸収されやすい波長である場合には、加工ヘッド６より噴射される液体をレーザ光Ｌが吸収されにくい液体にすればよい。
上記導光手段７は、レーザ発振器４によって発振されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１１と、集光レンズ１１によって集光されたレーザ光Ｌを上記加工ヘッド６まで導光する光ファイバ１２とを備えている。
この光ファイバ１２は図２に示すように、中央のファイバコア１２ａの周囲にファイバクラッド１２ｂを囲繞させた構成を有しており、ここでファイバコア１２ａの直径を１０μｍ〜２００μｍとすることができる。
また、ファイバコア１２ａの屈折率は１．７、ファイバクラッド１２ｂの屈折率は１．４となっており、上記集光レンズ１１によりファイバコア１２ａ内にレーザ光Ｌが適正な角度で入射すると、レーザ光Ｌはファイバコア１２ａとファイバクラッド１２ｂとの境界で全反射を繰り返しながら、加工ヘッド６へと導光される。
【０００８】
図１，図２を用いて上記加工ヘッド６について説明すると、加工ヘッド６は上記移動手段に保持されたハウジング２１と、上記光ファイバ１２を固定するファイバフランジ２２と、液柱Ｗを噴射するための噴射孔２４が形成された噴射ノズル２３とを備えている。
上記ハウジング２１には上記ファイバフランジ２２を保持するフランジ保持部２１ａと、噴射ノズル２３を保持するノズル保持部２１ｂとが形成されており、これらフランジ保持部２１ａおよびノズル保持部２１ｂとの間には液体通路２５が形成され、この液体通路２５には上記高圧ポンプ５が接続され、高圧の液体が供給されるようになっている。
上記ファイバフランジ２２は、上記光ファイバ１２を保持する円筒部２２ａと当該円筒部２２ａを囲繞するフランジ部２２ｂとから構成され、円筒部２２ａの外径は上記フランジ保持部２１ａの貫通孔の径に合わせて形成されている。
また上記フランジ部２２ｂはフランジ保持部２１ａの上面に固着されており、液体通路２５内の液体が貫通孔と円筒部２２ａとの隙間より漏出しないようになっている。
上記ファイバフランジ２２の中央には上下方向に貫通孔が形成され、光ファイバ１２は当該貫通孔を上方から下方に向けて貫通し、光ファイバ１２の先端が上記液体通路２５内に露出するようになっている。そして円筒部２２ａよりも上下に突出しているファイバクラッド１２ｂと円筒部２２ａとは、接着剤Ｂにより相互に接着されている。
そして本実施例では、上記円筒部２２ａよりも下方に突出した光ファイバ１２のうち、ファイバコア１２ａをファイバクラッド１２ｂよりさらに下方へと突出させており、ファイバコア１２ａが液体通路２５内に露出するようになっている。
なお、このときファイバコア１２ａとファイバクラッド１２ｂとの境界で反射を繰り返しながら導光されたレーザ光Ｌは、ファイバコア１２ａと液体との境界でも反射を繰り返し、ファイバコア１２ａの端部から噴射ノズル２３へ向って出射される。
つまり、ファイバコア１２ａと液体との屈折率を比較すると、ファイバコア１２ａのほうが屈折率が高い（純水：１．３３）ので、ファイバコア１２ａとファイバクラッド１２ｂとの境界で反射するレーザ光はファイバコア１２ａと液体との境界でも全反射するようになる。
【０００９】
上記噴射ノズル２３は中央に上記噴射孔２４の穿設された円筒状の部材であり、その素材にはステンレスや金が用いられ、上記ハウジング２１のノズル保持部２１ｂに形成された貫通孔に嵌着されている。
上記噴射孔２４は光ファイバ１２側に形成されて、被加工物２側に向けて縮径する第１傾斜面２４ａと、当該第１傾斜面２４ａよりも被加工物２側に形成されて被加工物２側に向けて拡径する第２傾斜面２４ｂとが形成され、このうち少なくとも第１傾斜面２４ａはレーザ光反射面となるよう鏡面加工が施されている。
この噴射孔２４には上記液体通路２５からの液体が流入し、上記第１傾斜面２４ａと第２傾斜面２４ｂとの境界、すなわち最小径部の径で液柱Ｗが被加工物２に向けて噴射される。ここで、上記最小径部の直径を３０μｍ〜１２０μｍとすることができる。
このとき、上記第２傾斜面２４ｂによって噴射された液柱Ｗの周囲にはいわゆるエアポケットが形成されるので、液柱Ｗは拡散することなく被加工物２に到達する。
そして、上記光ファイバ１２のファイバコア１２ａの端末部を上記第１傾斜面２４ａの上端部近傍に位置させてあり、ファイバコア１２ａから出射されたレーザ光Ｌが上記第１傾斜面２４ａで反射した後、上記液柱Ｗ内へと入射するようにその位置が調整されている。
上記ファイバコア１２ａより出射されたレーザ光Ｌは、液柱Ｗ内に入射すると、液体と大気との境界で反射を繰り返し、被加工物２に到達して当該被加工物の加工が行われる。
【００１０】
以上のように、本実施例のハイブリッドレーザ加工装置１では、上記ファイバコア１２ａを上記ファイバフランジ２２によって固定し、その先端を上記液体通路２５内に露出させて噴射ノズル２３の噴射孔２４に近づけているので、レーザ光Ｌを容易に液柱Ｗへと導光することができる。
つまり、ファイバコア１２ａから出射されたレーザ光を上記第１傾斜面２４ａに反射させるようにファイバコア１２ａの先端位置を設定すればよいので、容易にレーザ光を液柱に導光することができる。
また、光ファイバ１２をファイバフランジ２２を用いて加工ヘッド６に固定すれば良いので、構成が容易であり、ハイブリッドレーザ加工装置１を小型化することができ、その分安価に製造することができる。
さらに、光ファイバ１２をファイバフランジ２２を用いて加工ヘッド６に固定する構成であることから、一度設定したレーザ光Ｌの照射位置がずれにくくなり、このため加工ヘッド６を移動させて被加工物２の加工を行うことが可能となる。
そして、ファイバコア１２ａをファイバクラッド１２ｂより噴射孔２４側に突出させているので、ファイバクラッド１２ｂによって液体通路２５の液体が噴射孔２４へと流通するのが妨げられるのを防止している。
【００１１】
これに対し、特許文献１ではレーザビームを液体ビームの径にまで集光する必要があり、高精度な集光手段が必要となることから、ハイブリッドレーザ加工装置が大型化し、高価なものとなっていた。
また、レーザビームを高精度に集光しなければならないので、加工時に加工ヘッドを移動させてしまうと、レーザビームの光軸と噴射孔の軸心との位置がずれて液体ビームにレーザビームが入射しなくなるおそれがあることから、加工テーブルにより被加工物を移動させる必要があった。
【００１２】
なお、上記実施例における上記第１傾斜面を、光ファイバの軸方向と平行な円筒面としてもよく、また当該第１傾斜面にレーザ光を反射させずに直接液柱内に導光させることも可能である。
さらに、上記実施例ではファイバコア１２ａをファイバクラッド１２ｂより突出させ、ファイバコア１２ａを液体内に露出させているが、上記ファイバコア１２ａをファイバクラッド１２ｂより突出させる代わりに、ファイバクラッド１２ｂの先端を噴射孔２４に接近するにしたがって縮径させることも可能である。
この場合、レーザ光Ｌを光ファイバ１２の端部までファイバコア１２ａとファイバクラッド１２ｂとの境界で反射させることができ、またファイバクラッド１２ｂによって液体が噴射孔２４へ流通するのを妨げることもない。
そして、上記実施例では半導体基板等を切断する加工装置について説明を行ったが、レーザ治療器に利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例のハイブリッドレーザ加工装置の構成図。
【図２】加工ヘッドについての拡大断面図。
【符号の説明】
【００１４】
１  ハイブリッドレーザ加工装置            ２  被加工物
４  レーザ発振器                          ５  高圧ポンプ
６  加工ヘッド                            ７  導光手段
１２  光ファイバ                          １２ａ  ファイバコア
１２ｂ  ファイバクラッド                  ２３  噴射ノズル
２４  噴射孔                              ２４ａ  第１傾斜面
２４ｂ  第２傾斜面                        ２５  液体通路
Ｗ  液柱                                  Ｌ  レーザ光
【図１】
2007021569.tif 000003
【図２】
2007021569.tif 000004