(57)【要約】【課題】レーザを透過する透明体の表面を緻密にエッチング加工する方法を提供する。【解決手段】溶液１１を接触させた透明体６にレーザ光２を照射して透明体６と溶液１１との界面部７をエッチング処理するに際し、溶液の単色吸収係数αをα≧１３．８cm-1とし、レンズ５を用いてレーザ光２を集光し、孔１３が透明体６の内部に進展するにつれて、レーザ光２の焦点が孔１３の最深部に合うようにレンズ５と透明体６との相対位置を変化させながら透明体６をエッチング処理する。透明体６の下面を溶液１１に接触させ、透明体６の上面からレーザ光２を照射する場合は、孔１３が進展するにつれてレンズ５を上方に移動させながら透明体６をエッチング処理し、貫通孔などの孔１３を形成する。【選択図】図２
2007175778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液を接触させた透明体にレーザ光を照射し、前記溶液と接触する透明体の界面部をエッチング処理する透明体のレーザ加工方法であって、
前記溶液の単色吸収係数αをα≧１３．８cm-1とし、
レンズを用いて前記レーザ光を集光し、
孔が前記透明体の内部に進展するにつれて前記レーザ光の焦点が前記孔の最深部に合うように前記レンズと前記透明体との相対位置を変化させながら前記透明体をエッチング処理することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
溶液を接触させた透明体にレーザ光を照射し、前記溶液と接触する透明体の界面部をエッチング処理する透明体のレーザ加工方法であって、
前記溶液の単色吸収係数αをα≧１３．８cm-1とし、
レンズを用いて前記レーザ光を集光し、
前記透明体の下面を前記溶液に接触させ、前記透明体の上面から前記レーザ光を照射し、
孔が前記透明体の内部に進展するにつれて前記レンズを上方に移動させながら前記透明体をエッチング処理することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
レーザ光を、前記溶液と接触していない透明体の部分に照射して前記透明体中を透過させる請求項１に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記溶液は、炭素粒子を含む粒子の分散液である請求項１〜３のいずれか１項に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記溶液は、酸化剤または還元剤を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記透明体は、その種類がガラスである請求項１〜５のいずれか１項に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記レーザ光は、その波長が３４９〜１，０６４nmである請求項１〜６のいずれか１項に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記レーザ光は、その照射時間が５０ns〜２００μsである請求項１〜７のいずれか１項に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記レーザ光は、その照射間隔が０．１ms以上である請求項１〜８のいずれか１項に記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記透明体に貫通孔を形成する請求項１〜９のいずれかに記載の透明体のレーザ加工方法。
【請求項１１】
孔径が８０μｍ以下の貫通孔を形成する請求項１０に記載の透明体のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、透明体にレーザ光を照射し、透明体の表面をエッチング処理する方法に関する。更には、レーザ光を透過するサファイア、石英、ガラスまたはアクリル等の透明体にレーザ光を照射し、このレーザ光のエネルギーを利用して、透明体に孔明け、溝切り、切断等の加工を施す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は、マイクロ波よりも波長の短い可視光線・近赤外線などの光である。また、レーザ光は、普通の光と異なり、位相がよく揃い収束性もよいので、狭い面積に極めて高密度のエネルギーを集中させることができる。したがって、レーザ光を被加工物の表面に照射することにより、被加工物の表面を微細で緻密に加工することができる。これらレーザ光の特徴を利用した透明体の微細加工の方法が、従来から注目されていた。
【０００３】
しかし、透明体は、レーザ光を透過させるため、レーザ光のエネルギーを吸収することができない。そのため、レーザ光を用いた透明体の加工は、これまで困難であると考えられていた。
【０００４】
そこで、種々の研究がなされた結果、レーザ光を用いた透明体の加工方法に関して、以下のような方法が開発された。すなわち、「溶液を用いた石英ガラスのＹＡＧレーザ加工」（精密工学会誌５５巻／２号／１９８９年９３頁−９８頁：池野順一、小林昭、河西敏雄著）には、石英ガラスの容器に硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4）溶液を入れ、レーザ光を容器の外から照射することにより、石英ガラスの容器の内壁をエッチング加工できることが記載されている。
【０００５】
この方法は、石英ガラスの容器を透過したレーザ光が、硫酸ニッケル溶液中のニッケルイオンに吸収されることを利用したものである。すなわち、石英ガラスには硫酸ニッケル溶液が接触しているので、ニッケルイオンに吸収されたレーザエネルギーが、石英ガラスに伝達される。したがって、石英ガラスは、ニッケルイオンから間接的にレーザエネルギーを受け取ることができる。レーザ光のエネルギーを受けとった透明体の表面は、その部分が溶液中に弾き出され、エッチング加工される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記の硫酸ニッケル溶液のレーザエネルギーの吸収率は、５０%/４mm程度とあまり高くなかったので、レーザ光のエネルギーは、石英ガラス表面に伝達され難かった。したがって、石英ガラスをエッチング加工するために、レーザの出力を高くまたは長時間照射する必要があった。
【０００７】
例えば、硫酸ニッケル溶液と一般的なＹＡＧレーザ（出力１５W）とを使用した場合、その照射時間が２００ns以下では、石英ガラス表面にエッチング加工を施すことが全くできなかった。硫酸ニッケルとＹＡＧレーザとを用いて、石英ガラスの表面をエッチング加工するためには、数ミリ秒以上のパルス幅を持ち、パルス当たりの照射エネルギーが数十ジュール以上の大出力レーザを用いる必要がある。
【０００８】
上記のようにパルス当たりの照射エネルギーを数十ジュール以上、言い換えれば数kWの大出力のＹＡＧレーザを１０ms以上照射すると、以下の様な問題が新たに発生する。すなわち、ガラスのような脆性材においては、エッチング加工部付近に熱膨張によるクラックが発生し易くなる。また、長い孔や深い溝等のエッチング加工においては、孔や溝内部に入り込んだ溶液が広範囲でレーザエネルギーを吸収するので、孔や溝の周辺に必要以上のエッチング加工がされてしまう。したがって、硫酸ニッケル溶液と大出力のＹＡＧレーザとを使用した場合は、径が小さくて深い孔または幅が狭くて深い溝などの微細加工ができない。
【０００９】
この発明は、このような従来技術に存在する問題に着目してなされたものである。その目的とするところは、透明体のエッチング加工において、レーザの出力を低く抑え、エッチング加工のエネルギー効率を高め、透明体の脆性破壊を防止し、ならびに透明体表面の微細で緻密なエッチング加工を可能とする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、溶液を接触させた透明体にレーザ光を照射し、前記溶液と接触する透明体の界面部をエッチング処理する透明体のレーザ加工方法であって、前記溶液の単色吸収係数αをα≧１３．８cm-1とし、レンズを用いて前記レーザ光を集光し、孔が前記透明体の内部に進展するにつれて前記レーザ光の焦点が前記孔の最深部に合うように前記レンズと前記透明体との相対位置を変化させながら前記透明体をエッチング処理するものである。また、請求項２に記載の透明体のレーザ加工方法は、溶液を接触させた透明体にレーザ光を照射し、前記溶液と接触する透明体の界面部をエッチング処理する透明体のレーザ加工方法であって、前記溶液の単色吸収係数αをα≧１３．８cm-1とし、レンズを用いて前記レーザ光を集光し、前記透明体の下面を前記溶液に接触させ、前記透明体の上面から前記レーザ光を照射し、孔が前記透明体の内部に進展するにつれて前記レンズを上方に移動させながら前記透明体をエッチング処理するものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１の発明において、レーザ光を、溶液と接触していない透明体の部分に照射して前記透明体中を透過させるものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、溶液が炭素粒子を含む粒子の分散液であるものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、溶液が酸化剤または還元剤を含むものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、透明体の種類がガラスであるものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、レーザの波長が３４９〜１，０６４nmであるものである。
【００１６】
請求項８に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、レーザ光の照射時間が５０ns〜２００μsであるものである。
【００１７】
請求項９に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、レーザ光の照射間隔が０．１ms以上であるものである。
【００１８】
請求項１０に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、透明体に貫通孔を形成するものである。
【００１９】
請求項１１に記載の発明の透明体のレーザ加工方法は、請求項１０に記載の発明において、孔径が８０μｍ以下、例えば４０μｍ〜８０μｍの貫通孔を形成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施形態について詳細に説明する。この発明は、単色吸収係数α≧１３．８cm-1である溶液を接触させた透明体に、レーザ光を照射し、この透明体の表面をエッチング加工するものである。レーザ光はマイクロ波よりも波長の短い可視光線・近赤外線などの光であるので、透明体は、レーザ光を吸収することができずに透過させてしまう。そこで、レーザ光の吸収率の高い溶液に、レーザ光のエネルギーを一旦吸収させる。そして、この溶液を透明体と接触させておくことにより、この溶液から透明体にレーザエネルギーを間接的に伝達させて、透明体の表面をエッチング処理する。
【００２１】
溶液は、レーザエネルギーを吸収すると、瞬間的に気化してその周囲にエネルギーを放出する。この発明は、高い集束性のレーザ光と、このレーザ光の吸収率が高い溶液とを組み合わせることにより、極めて微細で緻密な透明体のエッチング加工が可能となる。また、溶液は流動体であるので、レーザエネルギーを吸収して気化しても、その部分に周りから溶液が周り込んでくる。したがって、透明体のエッチング加工において、透明体の表面は、溶液と常時接触していることになる。このことから、この発明の透明体のエッチング加工は、連続的に行うことができるので、作業効率が極めて良い。
【００２２】
ここで、単色吸収係数αとは、Ｉ=Ｉ0 exp(-αｘ)（Ｉ0：入射光強度、Ｉ：出力光強度、ｘ：距離（cm））で計算される係数である。単色吸収係数αの値が高いほど、その溶液のレーザ光の吸収率は高い。
【００２３】
この単色吸収係数αは、溶液固有の値であり、同じ溶液でもレーザ光の波長により異なる場合がある。例えば、赤や青などの有色の溶液は、特定波長の吸収が低いので、その特定波長付近では単色吸収係数αの値が小さくなる。対して、黒色の溶液は、可視光域から近紫外光域にまで比較的均等に幅広く吸収帯を有するので、波長による単色吸収係数αの変化が小さい。したがって、黒色の液体を使用する場合は、レーザ光の波長を意識する必要がない。
【００２４】
エッチング加工に使用する溶液の色は、特に限定はされないが、黒色であることが好ましい。黒色の溶液を使用することにより、どのような種類すなわち波長のレーザ光でも使用することができる。
【００２５】
レーザ光を使用しない透明体のエッチング加工の方法としては、器具を透明体に直接接触させる機械的方法が一般的である。この機械的エッチング加工方法は、物理的な接触を伴うので、その加工精度を５００μmより高くすることが困難である。したがって、加工精度を５００μmより高くすることができれば、機械的エッチング加工方法より精密で微細な加工が可能となるので、透明体のレーザ加工方法は、その技術的存在価値が高くなる。
【００２６】
透明体のレーザ加工の精度が５００μm以上であるためには、溶液のレーザ吸収率が、レーザ光の光路５００μmで１／２以上でなければならない。したがって、上述の単色吸収係数αの理論式より、単色吸収係数α≧１３．８cm-1が算出される。この単色吸収係数αが高いほど、レーザ光によるエッチング加工の精度は高くなる。例えば、単色吸収係数α＝６９．３cm-1の場合は、その加工精度が１００μmである。
【００２７】
しかし、上記単色吸収係数αが高くなり過ぎると、一般に溶液の流動性が悪くなる。これは、単色吸収係数αが、溶液中の光を吸収する粒子の濃度に比例するからである。溶液の流動性が悪くなると、溶液がエッチング加工箇所に周り込み難くなるので、連続的にエッチング加工を行うことができなくなる。したがって、溶液の単色吸収係数αは、連続的にエッチング加工ができなくなる直前まで高いことが好ましい。なお、透明体の連続エッチング処理加工ができなくなる溶液の粘性率は、およそ１．５×１０-2Pである。
【００２８】
レーザ光の照射方法は、特に限定されないが、溶液と接触していない透明体の部分に照射し、透明体中を透過させて、溶液にレーザ光を吸収させる方法が好ましい。例えば、図１に示すように、溶液を充たした槽に透明体の下面を接触させ、その上面からレーザ光を照射し、透明体中を透過させて、レーザ光を溶液に吸収させる方法が挙げられる。
【００２９】
この方法によれば、レーザ光は、透明体に殆ど吸収されないので、そのエネルギーを失うことなく透明体を透過する。また、レーザ光は、溶液に接触すると直ぐに吸収されるので、透明体と溶液との境界面で大部分のエネルギーが吸収される。したがって、レーザ光のエネルギーは、透明体のエッチング加工に効率的に使用される。
【００３０】
この溶液は、その種類を特に限定されないが、金属粒子（酸化金属を含む）または炭素粒子を含有する粒子の分散液であることが好ましい。例えば、チタンブラック（ＴｉＯ）あるいは四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）などの微粒子または炭素粒子は、可視光域から紫外光域までの単色吸収係数αが高いので、レーザ光のエネルギーの吸収体として好適である。溶液の溶媒は、特に限定されないが、気化熱が高く、粘度が低くまた容易に入手できることから水が好ましい。
【００３１】
上記金属粒子または炭素粒子は、その粒子径が０．０１〜１μmであることが好ましい。上述のように、溶液は、粘度が低いこととレーザ光の吸収率が高いことが要求される。粒子径が０．０１μmより小さい場合、この溶液は、粘度が高くかつ単色吸収係数αが低くなるので、エッチング加工に不適である。反対に、粒子径が１μmより大きい場合、溶液は、粘度は低くなるが、単色吸収係数αが予想に反して低くなるので、エッチング加工にやはり不適である。したがって、粒子径が０．０１〜１μmの範囲にある時に、この溶液は、エッチング加工用の溶液として好適である。
【００３２】
上記の溶液は、酸化剤または還元剤を含有することが好ましい。ここで、酸化剤とは、その種類を特に限定されないが、酸化力の強さからフッ酸が好ましい。また、還元剤とは、その種類を特に限定されないが、一般市場に広く出回っており容易に入手できる水酸化ナトリウムが好ましい。
【００３３】
レーザ光による透明体のエッチング加工において、酸化剤または還元剤を含む溶液は、透明体の加工屑が再びその表面に付着することを防止できる。これは、理由は明らかではないが、酸化剤または還元剤の酸化還元反応により、透明体のエッチング加工箇所とその加工屑とのそれぞれの表面が電気的に安定化される、ならびに浸食され滑らかにされることが原因であると考えられる。
【００３４】
透明体は、その種類を特に限定されないが、ガラスであることが好ましい。ガラスは、数ある透明体の中でも、表面の平滑度が高く、化学的に安定であり、また無機物であることから経時変化し難いなどの優れた特性を持つ。これらの特性に着目して、従来から様々なガラスの使用方法が考案されてきた。しかしながら、ガラスは、非常に脆性破壊し易い一面を持つ。特に、孔明けや溝切り等の加工をする場合、従来の機械的エッチング加工では、ガラスは、その加工箇所からクラックを発生し割れることが多く、加工歩留りが低かった。この発明は、レーザ光を使用することにより、非接触でガラスに微細加工を施すことができるので、加工箇所からのクラックの発生が少ない。したがって、この発明の方法を使用することにより、ガラスの加工歩留りを向上させることができる。また、この発明の方法により、ガラス表面のより緻密で微細な加工が可能になるので、ガラスの新たな使用用途が開発できる。
【００３５】
レーザは、その種類を特に限定されないが、ＹＡＧレーザが好ましい。このレーザは、現在広く一般に使用されているものであり、装置がコンパクトであるので、導入し易い。
【００３６】
また、レーザ光の波長は、特に限定されないが、その波長が３４９〜１０６４nmであることが好ましい。透明体は、可視光域において光の透過率が高いが、その他の紫外光域および赤外光域においては、その透過率が低い性質を示すものが多い。そして、この発明の特徴は、レーザ光を透明体に吸収させることではなく、溶液に吸収させることである。したがって、レーザ光は、上記範囲の波長を使用することが好ましい。波長がこの範囲にあるときに、レーザ光は、透明体に吸収されることなく、溶液に効果的に吸収されるので、透明体の表面を微細に加工することができるようになる。
【００３７】
レーザ光を透明体に照射するタイミングは、その照射時間が５０ns〜１００μsであって、その照射間隔が０．１ms以上であることが好ましい。ここで、レーザ光の照射時間とは、レーザ光を一度に照射する時間をいう。この照射時間が長過ぎると、レーザ光を吸収した溶液の温度が高くなりすぎるので、透明体の変形あるいは破壊が発生し易くなる。反対に、この照射時間が短すぎると、レーザ光のエネルギーが不十分で溶液の温度が高くならないので、透明体のエッチング加工ができない。したがって、レーザ光の照射時間が上記範囲にある場合に、透明体の微細加工は安全かつ効果的に行うことができる。
【００３８】
また、レーザ光の照射間隔とは、透明体にレーザ光が照射されていない時間をいう。レーザ光の照射によって加熱された透明体すなわちエッチング加工箇所は、この照射間隔中に温度が下がる。この間隔が長すぎると、透明体のエッチング加工能率が低くなり、また短かすぎると、透明体の温度が徐々に高くなるので、変形あるいは破壊が起き易くなる。
【００３９】
レーザ光は、レンズを通して、透明体と溶液との界面付近に集光される。レーザエネルギーは、レーザ光の径すなわちその断面積が小さいほどその密度が高くなる。したがって、より微細で緻密な透明体の表面加工を行うためには、透明体と溶液との境界面あるいはその境界面近くの透明体内部で、レーザ光の焦点を結ぶことが好ましい。また、透明体の孔明け加工では、加工が進むにしたがって、透明体と溶液との境界面の位置がずれてしまう。したがって、加工箇所すなわち上記境界面が移動しても、その境界面あるいはその近く透明体内部にレーザ光の焦点が合うように、レンズを移動できるように設置することが好ましい。具体的には、例えば図１に示す集光レンズ５がレーザ光源１に連動して徐々に上方に移動するように、フォーカシングユニットに取り付けられることが挙げられる。
【００４０】
レーザ光源から透明体までのレーザ光の光路に鏡を設置して、レーザ光を反射させる装置によって、上記透明体の加工箇所を変更することができる。具体的には、例えば図３に示すように、ガラス板６にレーザ光を照射する装置において、その位置と角度を変更できるガルバノミラー１６，１７を設置する。このガルバノミラーにより、レーザ光源と透明体とのどちらも移動させることなく、透明体のエッチング加工箇所を容易に変えることができる。
【００４１】
レーザ光源または透明体の位置を変更することによって、透明体のエッチング処理箇所を変更することも可能であるが、微細で緻密な加工をする場合は、これらの物を移動させることは好ましくない。なぜなら、これらの装置は、ガルバノミラーの移動または角度を変える装置と比べて大きいので、その制御が難しいからである。したがって、レーザ光の光路に設置された鏡を制御することにより、透明体のエッチング加工箇所を容易かつ正確に変えることができるので、様々な模様あるいは形状の透明体のエッチング加工が容易にできるようになる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例および比較例により、この発明をさらに具体的に説明する。
【００４３】
（透明体のレーザ加工方法）
この発明における、透明体のレーザ加工方法の実施形態の概要図を、図１に示す。図１は、この発明の実施形態の一例であって、この実施形態に限定するものではない。レーザ光源１は、ＹＡＧレーザ（基本波長:１０６４nm、２次高調波：５３２nm、３次：３５５nm）であって、レーザ出力０〜２０W，パルス繰り返し周波数１〜２０kHzの範囲で変更可能である。また、このＹＡＧレーザのパルス幅とパルス繰り返し周波数との関係を図７に示す。図７より、パルス繰り返し周波数が高くなると、パルス幅は大きくなる傾向にある。ならびに、レーザ光源１は、ＴＥＭ00のシングルモードビームあるいは１次および２次モードを多少含む低次モードの仕様を有するレーザダイオード励起型ＱスイッチＹＡＧレーザである。
【００４４】
レーザ光２は、ビームエクスパンダ３によって、ビーム径を４倍に広げられ、反射鏡４によって反射される。そして、レーザ光２は、焦点距離７０mmの集光レンズ５によって、ガラス板６と溶液１１との境界面７で焦点を結ぶように設定されている。
【００４５】
ガラス板８は、ガラス板６の貫通孔加工の際に、この貫通孔から溶液が飛び散らないように、ガラス板６の上に密着あるいは距離をおいて設置される防護板である。
【００４６】
溶液１１は、容器９およびタンク１０に充填されており、ポンプ１２によって循環されている。この溶液１１は、炭素とタングステンとの微粒子を分散させた水溶液（黒色）であり、ＮａＯＨを２０重量%含有する。また、溶液中に含まれるタングステン微粒子の平均粒子径は０．５μmであり、この溶液１１の単色吸収係数αは２３１cm-1である。ここで、上記単色吸収係数αの測定方法は、溶液１１の１，０００倍希釈溶液の分光透過率を測定し、その値から溶液１１に対する単色吸収係数αを算出する方法である。
【００４７】
また、図１におけるガラス板８のレーザ光によるエッチング加工部付近の拡大図を、図２に示す。レーザ光２は、集光レンズ５によって、ガラス板６の境界面７に集光するように調整されている。レーザ光２を照射した場合、溶液の単色吸収係数αが２３１cm-1であることから、レーザ光のエネルギーは、境界面７から３０μmの範囲の溶液１１に、その半分が吸収される。
【００４８】
溶液１１に吸収されたレーザ光２のエネルギーは、瞬時に溶液１１を気化させ、ガラス板６に伝達される。気化された溶液１１は、ガラス板６の表面をエッチング処理し、孔１３を形成させる。レーザ光２は、パルスレーザであるので、この工程が繰り返され、孔１３はガラス板６の内部に向かって進展する。その結果、孔１３が徐々に深くなり、最終的に貫通孔になる。
【００４９】
集光レンズ５は、孔１３が進行するにつれて、その孔１３の最も深い部分にレーザ光の焦点が合うように移動する。具体的には、集光レンズ５は、フォーカシングユニットに支持されており、このフォーカシングユニットは、レーザ光源１と連動して、レーザ光の照射が始まると一定速度で上に移動するように設定されている。
【００５０】
レーザ光が照射され、ガラス板６に小さな孔１３ができると、それと同時に溶液１１が、その周囲から孔１３内に入り込む。したがって、ガラス板６は、連続的にエッチング処理されるので、数ミリの厚さであれば、数秒で貫通孔が明く。
【００５１】
（実施例１）
上述の図１に示した装置を用いて、板厚０．７mmのガラス板６に、レーザ光源１を出力１０W、パルス周期５kHzの設定でレーザ光を照射した。この結果を、表１に示す。なお、表１中の所要時間とは、ガラス板に貫通孔が明くまでに掛かった時間である。貫通孔が明いたことの確認は、ガラス板６と保護用ガラス板８とに隙間を設け、溶液が貫通孔から噴き出す瞬間を目視により観察することで行った。
【００５２】
（実施例２〜実施例４）
実施例１のレーザ光源１の設定とガラス板６の厚さとを変えて、ガラス板６に貫通孔を明けた。その条件と結果を、表１に示す。
【００５３】
（比較例１）
実施例１で使用した溶液を２０倍に希釈し、他の条件は実施例１と同様にして、ガラスに貫通孔を明けた。この２０倍希釈溶液は、単色吸収係数α＝１１．５cm-1であった。その条件と結果を、表１に示す。
【００５４】
【表１】
2007175778.tif 000003
【００５５】
（透明体のレーザ加工方法２）
上述の図１に示したこの発明の実施形態と異なる実施形態を、図３に示す。この実施形態では、レーザ光源１から出力されたレーザ光２は、ビームエクスパンダ３を通過し、ガルバノミラー１６、１７に反射され、ｆθレンズ１８を通過して、ガラス板６に到達する。図１の実施形態と比較して、図３の実施形態は、反射鏡４がガルバノミラー１６、１７に、集光レンズ５がｆθレンズ１８になった点で異なる。
【００５６】
図３の実施形態によると、ガルバノミラー１６、１７の回転角度を調節することにより、ガラス板６の任意の位置にレーザ光２を集光することができる。この実施形態について、ガラスにレーザ光を照射した結果、図４に示す碁盤目状の孔明け加工、図５に示す円弧の連続溝切り加工が可能であった。さらには、図６に示すように、ガラス板６の厚みに至るまで溝切り加工を持続させることにより、複雑な閉曲線のくり抜き加工も可能であった。
【００５７】
上記実施例１〜４と比較例１とを比較することにより、溶液の単色吸収係数αが低くなるほど、ガラス板のエッチング加工の加工精度が低くかつ加工時間が長くなることが判った。比較例１の２０倍希釈溶液では、実際の生産で使用できるレベルではない。
【００５８】
また、ガルバノミラーとｆθレンズを組み合わせることにより、複雑な形状のエッチング加工であっても、加工精度を落とすことなく、容易に行えることが判った。
【００５９】
この発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
【００６０】
請求項１に記載の発明の透明体のレーザの加工方法、および請求項２に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、単色吸収係数α≧１３．８cm-1である溶液と接触した透明体に、その透明体との相対位置を変化させるレンズを用いてレーザ光を照射するので、孔が進展して透明体と溶液との境界面の位置が移動しても、微細で緻密なエッチング加工を透明体に施すことができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１に記載の発明に効果に加え、透明体内を通過させてレーザ光を照射するので、透明体表面のエッチング加工をより効果的に行うことができる。
【００６２】
請求項４に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、溶液に炭素粒子を含ませるので、溶液のレーザエネルギー吸収率を高めることができ、より微細で緻密な透明体のエッチング加工ができる。
【００６３】
請求項５に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、溶液に酸化剤または還元剤を含ませるので、エッチング加工で発生した屑が透明体の表面に再付着することを防げ、またそのエッチング処理面を滑らかにすることができる。
【００６４】
請求項６に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、脆性破壊し易いガラスに非接触でエッチング加工を施すことができるので、ガラスのエッチング加工箇所からのクラックの発生を防ぐことができ、その加工歩留りを向上させることができる。
【００６５】
請求項７に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１〜６に記載の発明の効果に加え、波長が３４９〜１，０６４nmのレーザ光を使用するので、レーザエネルギーが溶液に効率的に吸収されて、透明体のエッチング加工をより効果的に行うことができる。
【００６６】
請求項８に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、レーザ光の照射時間を５０ns〜２００μsにするので、透明体の変形あるいは破壊を防ぐことができる。
【００６７】
請求項９に記載の発明の効果によれば、請求項１〜８に記載の発明の効果に加え、レーザ光の照射間隔が０．１ms以上であるので、透明体の変形や破壊を防ぎつつ短時間にエッチング加工を行うことができる。
【００６８】
請求項１０に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、微細な貫通孔を形成することができる。
【００６９】
請求項１１に記載の発明の透明体のレーザの加工方法によれば、請求項１０に記載の発明の効果に加え、孔径が８０μｍ以下の貫通孔を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】透明体のレーザ加工方法を示す概要図である
【図２】図１の要部拡大図である
【図３】ガラスのレーザ加工方法の概要図である
【図４】碁盤目状に孔明け加工を施された透明体の平面図である
【図５】連続的に円弧の溝切り加工を施された透明体の平面図である
【図６】閉曲線のくり抜き加工を施された透明体の平面図である
【図７】実施例のＹＡＧレーザのパルス幅とパルス繰り返し周波数との相関図である
【符号の説明】
【００７１】
１・・・レーザ光源
２・・・レーザ光
３・・・ビームエクスパンダ
４・・・反射鏡
５・・・集光レンズ
６、８・・・ガラス板
７・・・境界面
９・・・容器
１０・・タンク
１１・・溶液
１２・・循環ポンプ
１３・・加工孔
１４・・Ｏリング
１５・・供給管
１６、１７・・ガルバノミラー
１８・・ｆθレンズ
２０・・貫通孔
２１・・溝切り加工箇所
２２・・閉曲線のくり抜き加工箇所
【図１】
2007175778.tif 000004
【図２】
2007175778.tif 000005
【図３】
2007175778.tif 000006
【図４】
2007175778.tif 000007
【図５】
2007175778.tif 000008
【図６】
2007175778.tif 000009
【図７】
2007175778.tif 000010