专利名称：激光加工装置及激光加工方法
技术领域：
本发明涉及一种例如适合于超硬质材料的加工等中的激光加工装置及激光加工方法。
背景技术：
通常，在使用如立方晶氮化硼烧结体(以下称为CBN烧结体)或金刚石烧结体的超硬质材料的部件或工具等的形状加工中，用基于磨刀石的研磨等力学方法进行整形。但是，CBN烧结体或金刚石烧结体在力学上坚固，用每次加工时都变形的磨刀石等是很难实施微米级的精密加工。并且，还已知有如下方法为了得到所希望的加工性状，向具有由CBN烧结体或金刚石烧结体等构成的表面的部件照射激光，并且进行反复扫描，从而实施切割等加工。该方法中，通过由激光的照射产生的熔融物等的加工去除物的堆积，在扫描下一个激光时，通过所堆积的加工去除物阻碍激光的同时被吸收而加工速度下降，并且难以进行有效的精密的表面加工。为此，作为防止加工去除物的堆积的方法，以往使用通过辅助气体吹散加工去除物的方法或通过吸引等去除加工去除物并同时进行加工的方法，并且，例如专利文献1所记载，还提出有用高压喷吹水的方法。在该方法中，通过以高压喷吹水来进行加工部的冷却，但可以认为还能够吹散加工去除物。并且，专利文献2中提出有，在保持有被加工物的加工壳内容纳蒸馏水等液体，通过该液体向被加工物照射激光的技术。另外，在该方法中， 为了使激光透射，由透明玻璃或透明树脂的透明板形成加工壳。专利文献1 日本专利公开2006-96051号公报专利文献2 日本专利公开2009-66657号公报在上述以往的技术中留有以下课题。S卩，在以往的使用辅助气体的加工方法或通过吸引去除加工去除物的方法中，难以完全吹散或吸引加工去除物，并且，在以往喷吹水的方法中，存在以下问题点激光的光学系统因水压高而飞溅导致被污染。并且，在专利文献2所记载的技术中存在以下问题由于使液体容纳在加工壳内，从加工壳的外部通过加工壳入射激光，所以即使由透明板形成加工壳，透射时激光也会衰减的同时，加工壳本身通过激光导致破损。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种不使用辅助气体或液体就可以抑制加工去除物对激光加工的影响，从而提高加工效率的激光加工装置及激光加工方法。本发明为了解决所述课题采用以下结构。S卩，本发明的激光加工装置，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具备有第1激光照射机构，将第1激光聚光成所述加工对象物可被加工的激光强度而向所述加工对象物的加工面进行照射；以及第2激光照射机构，将第2激光聚光成所述加工对象物不会被加工的激光强度，与所述第1激光同时向基于该第1激光的加工点的周围进行照射。并且，本发明的激光加工方法，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于， 具有第1激光照射工序，将第1激光聚光成所述加工对象物可被加工的激光强度而向所述加工对象物的加工面进行照射，以及第2激光照射工序，将第2激光聚光成所述加工对象物不会被加工的激光强度，与所述第1激光同时向基于该第1激光的加工点的周围进行照射。这些激光加工装置及激光加工方法中，由于将第2激光聚光成加工对象物不会被加工的激光强度，与第1激光同时向基于该第1激光的加工点周围进行照射，所以可通过第 2激光激发、细分化加工点附近的加工去除物，从而抑制由该加工去除物引起的影响，提高加工效率。即，以往通过在加工点附近产生的加工去除物，原本使用于加工的激光的能量被吸收，但在本发明中，与成为加工光束的第1激光不同，通过降低激光强度的成为加工去除物激发光束的第2激光，使加工点附近的加工去除物激发的同时，使之细分化，从而能够抑制由加工去除物引起的第1激光的能量吸收。并且，本发明的激光加工装置的特征在于，所述第1激光照射机构从垂直方向侧相对于所述加工对象物的加工面照射所述第1激光，而所述第2激光照射机构从水平方向侧相对于所述加工对象物的加工面照射所述第2激光。S卩，在该激光加工装置中，由于从垂直方向侧相对于加工对象物的加工面照射第1 激光，并且，从水平方向侧相对于加工对象物的加工面照射第2激光，所以承担直接加工的第1激光能够从作为加工面正面侧的垂直方向侧有效聚光到衍射极限的同时，第2激光从作为加工面侧方的水平方向侧缓慢地聚光，能够以宽的照射面积激发及加热加工点周边。 尤其在从水平方向侧相对于加工面倾斜照射第2激光时，还能够以第2激光激发及加热加工对象物的加工面表面，并且能够使基于第1激光的加工更加效率化。根据本发明得到以下效果。S卩，根据本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法，由于将第2激光聚光成加工对象物不会被加工的激光强度，与第1激光同时向基于该第1激光的加工点周围进行照射，所以可通过第2激光激发、细分化加工点附近的加工去除物，从而抑制由该加工去除物引起的影响，提高加工效率。由此，在作为脆性材料或难加工材料的陶瓷等的切割或研磨等中，也能够进行高品质且高效率的加工。
图1是在本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法的一实施方式中，表示激光加工装置的简单的整体结构图。图2是在本实施方式中，表示第1激光及第2激光对加工对象物的照射的主要部分的立体图。图3是在本实施方式中，表示第1激光及第2激光对加工对象物的照射的说明图。图4是表示根据本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法的实施例实际进行激光加工的槽(a)和仅用第1激光进行激光加工的槽(b)的基于电子显微镜的放大图像 (从相对加工面倾斜45°的方向观察的图像)。符号说明
1-激光加工装置，2-第1激光照射机构，3-第2激光照射机构，4_移动机构，7A-第 1光学系统，7B-第2光学系统，Ll-第1激光，L2-第2激光，W-加工对象物。
具体实施例方式以下，参照图1至图3说明本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法的一实施方式。如图1至图3所示，本实施方式的激光加工装置1为向加工对象物W照射激光而进行加工的装置，具备有第1激光照射机构2，将第1激光Ll聚光成加工对象物W可被加工的激光强度而向加工对象物W的加工面进行照射；以及第2激光照射机构3，将第2激光 L2聚光成加工对象物W不会被加工的激光强度，与第1激光Ll同时向基于该第1激光Ll 的加工点P的周围进行照射；移动机构4，可保持加工对象物W而进行移动；以及控制这些的控制部5。上述加工对象物W例如为基板、切削工具或模具，是SiC基板等基板或被加工的表面由烧结金刚石烧结体、CBN烧结体或者通过气相合成镀膜的金刚石膜等构成的物质等。上述移动机构4由如下构成X轴载物台部虹，可向平行于水平面的X方向移动； Y轴载物台部4y，设置于该X轴载物台部虹上，并且可向相对于X方向垂直且平行于水平面的Y方向移动；以及Z轴载物台部如，设置于该Y轴载物台部4y上且可保持加工对象物 W的同时，能够向相对于水平面垂直方向移动。上述第1激光照射机构2具备有第1激光光源6A，通过Q开关的触发信号振荡出第1激光Ll ；第1光学系统7A，使来自该第1激光光源6A的第1激光Ll聚光成点状；以及CCD摄像机8，为了确认被保持的加工对象物W的加工位置而进行拍摄。另外，第1光学系统7A还设置有扫描所要照射的第1激光Ll的电扫描仪。并且，第1激光照射机构2设置于移动机构4的上方，以使能够从垂直方向侧相对于加工对象物W的加工面照射第1激光Li。另外，第1激光Ll被设定成能够以75 90°的角度θ 1垂直或大致垂直地相对于加工对象物W的加工面进行照射。上述第2激光照射机构3具备有第2激光光源6Β，通过Q开关的触发信号振荡出第2激光L2 ；以及第2光学系统7Β，使来自该第2激光光源6Β的第2激光L2比第1激光Ll更缓慢地聚光。即，在第2光学系统7Β中，将第2激光L2的焦点设定在比基于第1 激光Ll的加工点P更远处，并设定成以宽的照射面积广范围对加工点P附近进行照射。并且，第2激光照射机构3设置于移动机构4的侧方，以使能够从水平方向侧相对于加工对象物W的加工面照射第2激光L2。另外，第2激光L2被设定成能够以0 15°的角度θ 2水平或大致水平地相对于加工对象物W的加工面进行照射。上述第1激光光源6Α及第2激光光源6Β可使用波长为190 550nm的激光，尤其优选为振荡出波长266nm以下的激光的激光光源。另外，例如在本实施方式中使用振荡出波长的激光的激光光源。如图2所示，上述第1光学系统7A具备有偏振板9，将直线偏振的第1激光Ll设为圆偏振；以及对物透镜10，聚光成为圆偏振的第1激光Li。
上述偏振板9为施以相对于第1激光Ll的波长的减反射涂层的λ /4板。并且，上述对物透镜10被施以相对于第1激光Ll的波长的减反射涂层。并且，上述CXD摄像机8与第1光学系统7Α邻接而设置。上述第2光学系统7Β具备有功率密度调整透镜11，所述功率密度调整透镜11聚光第2激光L2的同时，调整欲照射的功率密度。并且，上述功率密度调整透镜11被施以相对于第2激光L2的波长的减反射涂层。另外，移动机构4的上方配设有吸引已产生的加工去除物的吸引喷嘴(省略图示)°如此，在本实施方式的激光加工装置1中，由于将第2激光L2聚光成加工对象物W 不会被加工的激光强度，与第1激光Ll同时向基于该第1激光Ll的加工点P的周围进行照射。所以如图3所示，通过第2激光L2激发、细分化加工点P附近的加工去除物D，从而可抑制由该加工去除物D引起的影响，提高加工效率。S卩，以往，通过在加工点P附近产生的加工去除物D，原来使用于加工中的激光的能量被吸收，但在本实施方式中，与成为加工光束的第1激光Ll不同，通过降低激光强度的成为加工去除物激发光束的第2激光L2使加工点P附近的加工去除物D激发的同时，使之细分化，从而能够抑制由加工去除物D引起的第1激光Ll的能量吸收。另外，被照射第2激光L2的加工去除物D由于被激发并成为高能量状态，所以蒸气状态时变成离子状态，液体状态时通过蒸气状态变化至离子状态。因此，通过吸引喷嘴能够容易地吸引被离子化的加工去除物D而进行去除。并且，由于从垂直方向侧相对于加工对象物W的加工面照射第1激光Li，且从水平方向侧相对于加工对象物W的加工面照射第2激光L2，所以承担直接加工的第1激光Ll可从作为加工面的正面侧的垂直方向侧有效地聚光至衍射极限的同时，第2激光L2从作为加工面的侧方的水平方向侧缓慢地聚光，能够以宽的照射面积激发及加热加工点P周边。尤其，从水平方向侧相对于加工面倾斜照射第2激光L2时，加工对象物W的加工面表面也能够由第2激光L2激发及加热，并且能够使基于第1激光Ll的加工更加效率化。[实施例1]根据上述实施方式的激光加工装置及激光加工方法对加工对象物实际进行加工， 并对其评价的结果示于以下。另外，将α-Al2O3烧结体作为加工对象物进行槽加工，并且通过电子显微镜观察其加工面。并且，作为比较例，仅照射第1激光而进行槽加工时，也同样观察加工面。将基于这些槽加工的加工面的电子显微镜照片示于图4。如从该图像可知，在仅照射第1激光而进行槽加工的比较例的加工面(图4(b)) 中，加工去除物堆积在加工槽周边，与此相反，在同时照射来自大致垂直方向的第1激光和来自大致水平方向的第2激光而进行槽加工的本实施例的加工面(图4(a))中，加工槽周边几乎不存在加工去除物，得到干净的加工槽。另外，本发明的技术范围不限于上述实施方式及实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内可添加种种变更。例如，在上述实施方式中，在第1激光照射机构和第2激光照射机构中分别设置有激光光源，但也可以共用1个激光光源，并且通过光学系统将从该激光光源出射的一个激光分为2个激光而作为第1激光和第2激光使用。工业实用性本发明的激光加工装置及激光加工方法尤其适用于作为脆性材料、难加工材料的陶瓷的切割或研磨等的加工。
权利要求
1.一种激光加工装置，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具备有第1激光照射机构，将第1激光聚光成所述加工对象物可被加工的激光强度而向所述加工对象物的加工面进行照射；以及第2激光照射机构，将第2激光聚光成所述加工对象物不会被加工的激光强度，与所述第1激光同时向基于该第1激光的加工点的周围进行照射。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述第1激光照射机构从垂直方向侧相对于所述加工对象物的加工面照射所述第1激光，所述第2激光照射机构从水平方向侧相对于所述加工对象物的加工面照射所述第2激光。
3.一种激光加工方法，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具有，第1激光照射工序，将第1激光聚光成所述加工对象物可被加工的激光强度而向所述加工对象物的加工面进行照射，以及第2激光照射工序，将第2激光聚光成所述加工对象物不会被加工的激光强度，与所述第1激光同时向基于该第1激光的加工点的周围进行照射。
全文摘要
本发明提供一种激光加工装置及激光加工方法，其不使用辅助气体或液体就可以抑制加工去除物对激光加工的影响，从而提高加工效率。一种向加工对象物(W)照射激光而进行加工的装置，具备有第1激光照射机构(2)，将第1激光(L1)聚光成加工对象物(W)可被加工的激光强度而向加工对象物(W)的加工面进行照射；以及第2激光照射机构(3)，将第2激光(L2)聚光成加工对象物(W)不会被加工的激光强度，与第1激光(L1)同时向基于该第1激光(L1)的加工点的周围进行照射。
文档编号B23K26/16GK102189336SQ201110035579
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年3月12日
发明者日向野哲, 高桥正训 申请人:三菱综合材料株式会社