レーザ加工装置
【解決手段】 レーザ加工装置１は、第１噴射孔１４ａを有する第１噴射ノズル１４と、第１噴射ノズルよりも被加工物２側に設けられた第２噴射孔３１ａを有する第２噴射ノズル１５と、上記第１噴射ノズルに液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第１噴射ノズルと第２噴射ノズルとの間に形成されて上記第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路１７Ｂとを備えている。
上記第１噴射孔は被加工物に向けて縮径するテーパ形状を有し、上記第２噴射孔は上記第１噴射孔の被加工物側の開口部よりも大径に形成されている。
そして上記第２液体通路の液体は、上記第２噴射孔に向けてレーザ光Ｌの光軸に直交する方向に流動した後、上記第２噴射孔において光軸と平行な方向に折れ曲がり、上記第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して噴射される。
【効果】 アライメント調整が容易で、かつ液柱の形状を保つことが可能である。
上記第１噴射孔は被加工物に向けて縮径するテーパ形状を有し、上記第２噴射孔は上記第１噴射孔の被加工物側の開口部よりも大径に形成されている。
そして上記第２液体通路の液体は、上記第２噴射孔に向けてレーザ光Ｌの光軸に直交する方向に流動した後、上記第２噴射孔において光軸と平行な方向に折れ曲がり、上記第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して噴射される。
【効果】 アライメント調整が容易で、かつ液柱の形状を保つことが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置に関し、詳しくは液体供給手段から供給された液体を液体通路を介して噴射孔から液柱にして外部に噴射させるとともに、集光レンズ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、噴射孔を有する噴射ノズルと、高圧の液体を供給する液体供給手段と、上記液体供給手段と上記噴射ノズルの噴射孔とを連通させる液体通路と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、上記液体供給手段から供給された液体を液体通路を介して噴射孔から液柱にして外部に噴射させるとともに、集光レンズ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レーザ加工装置が知られている。
このようなレーザ加工装置として、上記噴射ノズルの噴射孔を被加工物に向けて縮径させたテーパ形状としたものが知られ、このテーパ形状の内面にレーザ光を反射させて上記液柱に導光することで、レーザ光を液柱に導光する際のアライメント調整を容易にしている（特許文献１）。
この他のレーザ加工装置として、上記液体通路を流通する液体が噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動した後、該噴射孔においてレーザ光の光軸と平行な方向に折れ曲がるようにしたものが知られ、上記噴射孔より噴射される液柱の周囲にエアクッションを形成することにより、安定した液柱を噴射するようになっている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５５７６８号公報
【特許文献２】特許第３６８０８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のレーザ加工装置の場合、噴射孔より噴射された液柱が、該液柱の周囲に形成される気流等によって乱れ、安定した液柱が得にくいという問題があった。
また特許文献２のレーザ加工装置の場合、レーザ光を上記液柱の内部に導光する際、レーザ光が上記噴射孔における集光レンズ側の平坦面に照射されて噴射ノズルを損傷させ、またこの平坦面で反射したレーザ光がレーザ加工装置内部を損傷させるという問題があることから、アライメントの調整を精密に行う必要があり、アライメント調整が煩雑になるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明はアライメント調整が容易で、かつ安定した液柱を噴射することが可能な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】
【０００５】
すなわち、本発明にかかるレーザ加工装置は、噴射孔を有する噴射ノズルと、液体を供給する液体供給手段と、上記液体供給手段の液体を上記噴射ノズルの噴射孔へと流通させる液体通路と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、
上記液体供給手段が供給した液体を上記噴射ノズルの噴射孔から液柱にして噴射するとともに、上記集光レンズが上記液柱にレーザ光を導光することで被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
上記噴射ノズルを、第１噴射孔を有する第１噴射ノズルと、第１噴射ノズルよりも被加工物側に設けられるとともに上記第１噴射孔と同軸上に設けられた第２噴射孔を有する第２噴射ノズルとから構成し、
上記第１噴射孔は被加工物に向けて縮径するとともにその内面でレーザ光を反射させて上記液柱の内部に導光するテーパ形状を有し、上記第２噴射孔を上記第１噴射孔の被加工物側の開口部よりも大径に形成し、
上記液体通路は、上記第１噴射ノズルに液体を供給する第１液体通路と、第１噴射ノズルと第２噴射ノズルとの間に形成されて上記第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路とを備え、
上記第２液体通路を流通する液体は、上記第２噴射ノズルの第２噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動するとともに、上記第２噴射孔においてレーザ光の光軸と交差する方向に折れ曲がり、上記第１噴射ノズルの第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して被加工物に向けて噴射されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記発明によれば、第１噴射ノズルの第１噴射孔はテーパ形状を有しているため、第１噴射孔の内面にレーザ光を反射させて液柱の内部に導光することができ、しかも第１噴射孔の被加工物側の開口部が第２噴射孔よりも小径となっているため、レーザ光が第２噴射孔の開口部近傍に照射されることがなく、アライメント調整を容易に行うことができる。
また、第１噴射ノズルよりも被加工物側に第２噴射ノズルを設け、該第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路は、液体を第２噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動させるとともに、上記第２噴射孔においてレーザ光の光軸と平行な方向に折れ曲がるようにしている。
これにより第２噴射孔より噴射された液体は上記第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して液柱を構成し、その際、当該液柱の周囲にエアポケットを形成することができるため、安定した液柱を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施例にかかるレーザ加工装置の断面図
【図２】加工ヘッドの拡大図
【図３】液体通路プレートについての平面図
【図４】第１噴射孔および第２噴射孔についての拡大図
【図５】第２実施例にかかるレーザ加工装置のハウジングの平面図
【図６】図４におけるＶ−Ｖ部の断面図
【図７】図４におけるＶＩ−ＶＩ部の断面図
【図８】第２実施例における第１噴射孔および第２噴射孔についての拡大図
【図９】第３実施例における第１噴射孔および第２噴射孔についての拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１は第１実施例にかかるレーザ加工装置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、液体を供給する液体供給手段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とを備えている。
本実施例において、上記被加工物２は板厚の薄い半導体ウエハであって、この他にもエポキシ樹脂板や樹脂と金属からなる複合材料なども切断加工することができる。また、切断加工のほかにも、被加工物２表面に対して溝加工を行うことも可能である。
上記加工テーブル３は従来公知であるので詳細な説明をしないが、上記被加工物２を加工ヘッド６に対して水平方向に移動させるようになっており、また上記加工ヘッド６は図示しない昇降手段によって垂直方向に移動するようにされている。
また上記レーザ発振器４はＹＡＧレーザであり、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を適宜調整できるようになっている。
さらに、レーザ発振器４としてこの他にも半導体レーザやＣＯ２レーザ等を用いることも可能であるが、ＣＯ２レーザのように照射されるレーザ光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が吸収されないような液体にすればよい。
上記液体供給手段５は、所定の圧力で純水を供給するようになっており、その他液状のシリコン等の液体も供給することが可能となっている。
【０００９】
上記加工ヘッド６はレーザ発振器４から発振されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ７の下方に設けられ、昇降手段を構成する支持部材１１に固定されたハウジング１２と、該ハウジング１２に固定されてレーザ光Ｌを透過させる石英ガラス１３と、該石英ガラス１３よりも被加工物２側に設けられた第１噴射ノズル１４と、第１噴射ノズル１４よりも被加工物２側に設けられた第２噴射ノズル１５と、これら第１、第２噴射ノズル１４、１５をハウジング１２に固定するノズルホルダ１６とを備えている。
また上記加工ヘッド６の内部には、上記液体供給手段５より供給される液体を流通させる液体通路１７が形成されており、この液体通路１７は後に詳述するように上記第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとに分岐している。
図２は加工ヘッド６の拡大図を示しており、上記第１噴射ノズル１４と第２噴射ノズル１５との間には、下記第２液体通路１７Ｂの形成された円盤状の液体通路プレート１８が介装されている。
【００１０】
上記ハウジング１２の中央には径の異なる階段状に形成されたレーザ通路２１が穿設され、上記石英ガラス１３は上記レーザ通路２１の最小径部２１ａの上部に液密に嵌合し、レーザ通路２１の内面に螺合する円柱状のナット２２によってハウジング１２に固定されている。
また上記レーザ通路２１における最小径部２１ａの下方には、該最小径部２１ａよりも大径で第１噴射ノズル１４が嵌合する小径部２１ｂ、該小径部２１ｂよりも大径の中径部２１ｃ、該中径部２１ｃよりも大径で上記第２噴射ノズル１５が嵌合する大径部２１ｄとが形成されている。
上記ノズルホルダ１６はリング状の部材であって、上記ハウジング１２に図示しない連結手段によって連結されることにより、上記第１、第２噴射ノズル１４、１５および液体通路プレート１８を上記ハウジング１２との間で挟持するようになっている。
また上記ノズルホルダ１６の下方には、中央に上記液柱Ｗが通過可能な径で貫通孔２３ａの形成された整流板２３が設けられており、この貫通孔２３ａは被加工物２に向けて広がるテーパ状に形成されている。
この整流板２３により、液柱Ｗが被加工物２に到達した後に跳ね返った液体が加工ヘッド６に付着することを防止し、また跳ね返った液体による液柱Ｗの乱れを防止して安定した液柱を形成するものとなっている。
【００１１】
上記第１噴射ノズル１４は、中央に第１噴射孔１４ａを有する単結晶ダイヤモンドによって製造されたノズル部材１４Ａと、該ノズル部材１４Ａの外周を囲繞するように形成されたステンレス製の保持部材１４Ｂとから構成された略円盤状の部材となっている。
この上記第１噴射ノズル１４の略上半分は上記ハウジング１２に形成されたレーザ通路２１の小径部２１ｂの一部に嵌合し、略下半分が上記小径部２１ｂより上記中径部２１ｃに突出するように設けられており、この第１噴射ノズル１４により小径部２１ｂと中径部２１ｃとが液密に区画されるようになっている。
上記第１噴射孔１４ａは被加工物２に向けて縮径するテーパ形状を有しており、該第１噴射孔１４ａの内面にはレーザ光Ｌを反射させるためのメッキ加工や鏡面加工が施されている。
【００１２】
上記第２噴射ノズル１５は、第２噴射孔３１ａを有する円盤状のノズル部材３１と、該ノズル部材３１を保持する保持部材３２と、該保持部材３２の側面を囲繞するリングホルダ３３とから構成されている。
上記ノズル部材３１は単結晶ダイヤモンドによって製造され、ノズル部材３１の上面と上記保持部材３２の上面とが面一となるように加工され、この上面はレーザ光Ｌの光軸に対して直交する開口平坦面３１ｂとなっている（図４参照）。
上記第２噴射孔３１ａは、その内面がレーザ光Ｌと平行に形成された円柱部分と、該円柱部分の下方に連続して設けられた被加工物２に向けて拡径するテーパ部分とから構成され、上記円柱部分の径は上記第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部よりも大径に形成されている。
本実施例では、第１噴射孔１４ａの被加工物２側の開口部を４０μｍとし、第２噴射孔３１ａにおける第１噴射ノズル１４側の開口部を７５μｍとしている。
【００１３】
上記第２噴射ノズル１５の保持部材３２は、上記第１噴射ノズル１４の外径と同径に形成されており、上記ノズル部材３１の保持位置よりも下方には、上記第２噴射孔３１ａのテーパ部分よりも大径な円柱状の通路と、該円柱状の通路の下方に連続して形成された被加工物２に向けて拡径するテーパ状の通路とからなる整流通路３２ａが設けられている。
このような整流通路３２ａを形成することにより、上記第２噴射孔３１ａより噴射される液柱Ｗの周囲に下方に向けた気流を形成することができ、この気流で液柱Ｗの周囲を覆うことにより安定した液柱Ｗを形成することが可能となっている。
上記リングホルダ３３は上記ハウジング１２に形成された大径部２１ｄに液密に嵌合するように設けられ、上記保持部材３２の上部が上記レーザ通路２１の中径部２１ｃの内部に突出するようになっている。
これにより、上記レーザ通路２１の中径部２１ｃは該リングホルダ３３の上面との間で液密に区画された空間が形成されるようになっている。
【００１４】
上記液体通路プレート１８は、上記第１噴射ノズル１４および第２噴射ノズル１５の保持部材３２と同径に製造された略円盤状の部材となっており、図示しない位置ズレ防止手段によって第１噴射ノズル１４と第２噴射ノズル１５との間に密着した状態で挟持されるようになっている。
図３に示すように、液体通路プレート１８は、中央に形成された貫通孔１８ａと、第２噴射ノズル１５側の下面に上記貫通孔１８ａを中心に放射状に形成された複数の溝１８ｂとを備えている。
上記貫通孔１８ａは、上記第１噴射ノズル１４より第２噴射ノズル１５に向けて拡径するテーパ状を有しており、第１噴射ノズル１４側の径は上記第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部よりも大径で、第２噴射ノズル１５側の径も上記第２噴射孔３１ａにおける第１噴射ノズル１４側の開口部よりも大径に形成されている。
この貫通孔１８ａにより、上記第１噴射ノズル１４の下面と第２噴射ノズル１５の上面との間に空間が形成され、特に上記第２噴射ノズル１５における第２噴射孔３１ａの周囲には上記開口平坦面３１ｂが露出するようになっている。
上記溝１８ｂは、上記貫通孔１８ａを中心に計１２本放射状に形成され、該溝１８ｂの内側の端部は上記貫通孔１８ａに連通し、外側の端部は液体通路プレート１８の外周に連通するようになっている。
このような構成とすることで、液体通路プレート１８を第１噴射ノズル１４と第２噴射ノズル１５との間で挟持すると、連結された第１噴射ノズル１４、第２噴射ノズル１５、液体通路プレート１８の側面に上記溝１８ｂの外側の端部が開口し、上記レーザ通路２１の中径部２１ｃと上記貫通孔１８ａとが連通するようになっている。
【００１５】
上記液体通路１７は、ハウジング１２の側面に開口して上記液体供給手段５に接続され、ハウジング１２の内部で上記第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとに分岐している。
上記第１液体通路１７Ａは、液体通路１７より分岐した一方の通路と、上記石英ガラス１３および第１噴射ノズル１４によって区画された上記レーザ通路２１の最小径部２１ａとによって構成されている。
上記第２液体通路１７Ｂは、液体通路１７より分岐した一方の通路と、上記第２噴射ノズル１５を構成するリングホルダ３３の上面によって区画されたレーザ通路２１の中径部２１ｃと、上記液体通路プレート１８に形成された溝１８ｂおよび貫通孔１８ａとによって構成されている。
そして、液体通路プレート１８は上記中径部２１ｃの中央に位置し、その外周には上記溝１８ｂが開口することから、上記中径部２１ｃに流入した液体はこれらの溝１８ｂの外側の端部から略均等に流入し、上記貫通孔１８ａに向けて集中するように流動するようになっている。
また溝１８ｂは第２噴射ノズル１５側に形成されていることから、溝１８ｂを流通する液体は上記第２噴射孔３１ａの周囲に形成された開口平坦面に対してレーザ光の光軸に対して直交する方向より流入するようになっている。
【００１６】
以下、上記構成を有するレーザ加工装置１の動作について説明する。
はじめに、上記液体供給手段５が液体を所定の圧力で上記加工ヘッド６の液体通路１７へと供給すると、液体通路１７に流入した液体はそれぞれ上記第１液体通路１７Ａおよび第２液体通路１７Ｂに分岐する。
図４に示すように、液体が上記第１液体通路１７Ａを構成する上記レーザ通路２１の最小径部２１ｂに流入すると、この液体は第１噴射ノズル１４に設けられた第１噴射孔１４ａより被加工物２に向けて噴射される（図示２点鎖線）。
ここで、第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部は、上記第２噴射孔３１ａの開口部の径よりも小径であるため、第１噴射孔１４ａより噴射された液体は第２噴射孔３１ａの中央部を通過することとなる。
また、第２液体通路１７Ｂを構成する上記レーザ通路２１の中径部２１ｃに液体が流入すると、この液体は上記液体通路プレート１８に形成した溝１８ｂを介して上記第１、第２噴射ノズル１４、１５の間に形成された貫通孔１８ａへと流入し、第２噴射孔３１ａより噴射される。
ここで、第２噴射孔３１ａは第１噴射孔１４ａよりも大径に形成され、第２噴射孔３１ａの中央を上記第１噴射孔１４ａより噴射された液体が通過していることから、この第２噴射孔３１ａより噴射される液体はこの第１噴射孔１４ａより噴射された液体を囲繞し、液柱Ｗとなって被加工物２へと噴射されることとなる。
【００１７】
一方、第２液体通路１７Ｂを構成する上記溝１８ｂは、貫通孔１８ａに対して放射状に形成されているため、液体はこの溝１８ｂによって上記貫通孔１８ａへと集中するように流動し、かつ上記溝１８ｂは液体通路プレート１８の第２噴射ノズル１５側に形成されていることから、該液体はレーザ光Ｌの光軸に直交する方向に流通している。
そして上記第２噴射孔３１ａの周囲にレーザ光Ｌの光軸に直交する開口平坦面３１ｂが形成され、かつ第２噴射孔３１ａの内面はレーザ光Ｌの光軸に平行に形成されていることから、上記溝１８ｂを介して貫通孔１８ａに達した液体は、第２噴射孔３１ａの位置でレーザ光Ｌの光軸に直交する方向から光軸に平行な方向へと急激に折れ曲がることとなる。
このように液体が上記開口平坦面３１ｂから第２噴射孔３１ａへと折れ曲がる際、液体は第２噴射孔３１ａの開口部ではく離するため、上記第２噴射孔３１ａの内面には液柱Ｗは触れずに、該液柱Ｗを囲繞するようにエアクッションを形成することができる。
このエアクッションにより、液柱Ｗの形状を被加工物２に到達するまで安定して維持することができる。
また上記第２噴射ノズル１５は上記ノズル部材３１に形成されたレーザ光Ｌの光軸に平行な円柱部分の下方に被加工物２側に向けて拡径するテーパ部分を備え、さらに上記保持部材３２にはこのテーパ部分のさらに下方に整流通路３２ａを備えている。
このような構成により、上記第２噴射孔３１ａより噴射された液柱Ｗは、整流通路３２ａに沿って吸い上げられてノズル部材３１の直下で下方へ折り返される気流に取り囲まれるため、拡散が抑制されて被加工物２まで安定して到達することが可能となっている。
【００１８】
このようにして加工ヘッド６より液柱Ｗが噴射されると、上記レーザ発振器４がレーザ光Ｌを発振する。レーザ光Ｌは上記集光レンズ７によって集光された後、石英ガラス１３を透過して上記第１噴射ノズル１４の第１噴射孔１４ａに入射する。
本実施例では、上記集光レンズ７における焦点を上記第２噴射ノズル１５の上面近傍に設定しており、これによりレーザ光Ｌの外周部の光はテーパ状に形成された第１噴射孔１４ａの内面で反射し、被加工物２側の開口部より出射され、それ以外の光は第１噴射ノズル１４には触れずに、上記第２噴射孔３１ａより噴射された液柱Ｗの内部に導光される。
そして、上記液柱Ｗ内に導光されたレーザ光Ｌは、該液柱Ｗを構成する液体とその外部の空気との境界面で反射を繰り返しながら被加工物２まで導光され、さらに上記加工テーブル３が被加工物２を水平に移動させることで、被加工物２に対して所要の加工が行われる。
【００１９】
このようにレーザ光Ｌを液柱Ｗに導光する際、第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部の径は、第２噴射孔３１ａの径よりも小径となっていることから、第１噴射孔１４ａによって導光されたレーザ光Ｌは上記第２噴射孔３１ａの周囲に形成された開口平坦面３１ｂには照射されないようになっている。
このためレーザ光Ｌによって第２噴射ノズル１５における開口平坦面３１ｂ近傍の損傷が防止され、また開口平坦面３１ｂに反射したレーザ光Ｌによる加工ヘッド６内部の損傷も防止される。
つまり、レーザ加工装置１の使用準備の際、液柱Ｗとレーザ光Ｌとのアライメント調整を行うが、本実施例のレーザ加工装置１の場合、レーザ光Ｌを第１噴射孔１４ａの内部に集光するだけでレーザ光Ｌを液柱Ｗの内部に導光することができ、上記開口平坦面３１ｂにレーザ光Ｌが照射されることは無いので、アライメント調整を容易に行うことができる。
【００２０】
図５〜図８は第２実施例にかかるレーザ加工装置１を説明する図となっている。以下の説明において、第１実施例と共通する部分については説明を省略するものとする。
図５は本実施例における加工ヘッド６のハウジング１２の平面図を示し、該ハウジング１２には第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとが個別に設けられている。
図６を用いて第１液体通路１７Ａについて説明すると、第１液体通路１７Ａは第１実施例における第１液体通路１７Ａと同様、上記レーザ通路２１に形成した最小径部２１ｂを介して第１噴射ノズル１４に液体を供給するように形成され、この第１液体通路１７Ａには塩水を供給する第１液体供給手段５Ａが接続されている。
次に図７を用いて第２液体通路１７Ｂについて説明すると、第２液体通路１７Ｂは第１実施例における第２液体通路１７Ｂと同様、上記レーザ通路２１に形成した中径部２１ｃを介して第２噴射ノズル１５に連通する液体通路プレート１８の溝１８ｂに液体を供給するように形成され、この第２液体通路１７Ｂには純水を供給する第２液体供給手段５Ｂが接続されている。
これ以外の構成については、第１実施例と同様の構成を有している。
【００２１】
上述したように、第１液体供給手段５Ａは塩水を、第２液体供給手段５Ｂは純水を供給するようになっており、図８に示すように上記第１噴射ノズル１４の第１噴射孔１４ａより塩水を噴射し、第２噴射ノズル１５の第２噴射孔３１ａより純水を噴射すると、中央に塩水が流通し、その外部を純水が囲繞する液柱Ｗが形成されることとなる。
そして、中央に形成された塩水の液柱Ｗと、これを囲繞する純水の液柱Ｗとの境界面においては、塩水の方が純水よりも屈折率が高いことから、上記第１噴射孔１４ａより出射されたレーザ光Ｌは、該塩水と純水との境界面で反射し、被加工物２へと導光されるようになっている。
つまり本実施例のレーザ加工装置１によれば、第１噴射ノズル１４が噴射した塩水の径で被加工物２を加工することが可能となり、被加工物２を細い切断線で切断することができる。
なお、上記塩水に代えて、純水よりも屈折率が高いシリコンを用いることも可能である。また第１噴射孔１４ａより噴射される液体の屈折率を第２噴射孔３１ａより噴射される液体の屈折率よりも高くすれば、その他の組み合わせを用いることが可能である。
【００２２】
次に第３実施例について説明する。構成については第２実施例と同様の構成を有しているため図５〜図７を用いて説明し、また形成される液柱Ｗについては第１実施例と同様となるため図４を用いて説明する。
本実施例の液体通路１７も、第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとをそれぞれ個別に設けた構成となっており、これら第１、第２液体通路１７Ａ，１７Ｂにはそれぞれ第１、第２液体供給手段５Ａ，５Ｂが接続されている。
上記第１、第２液体供給手段５Ａ，５Ｂは、第１実施例の液体供給手段５と同様、液体として純水を供給するようになっているものの、それぞれ異なる圧力で液体を供給するようになっている。
なお、これ以外の構成については、上記第２実施例と同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【００２３】
上記構成を有するレーザ加工装置１の場合も、図４に示すように加工ヘッド６から噴射される液柱Ｗは、第１噴射ノズル１４の第１噴射孔１４ａより噴射される液体を、第２噴射ノズル１５の第２噴射孔３１ａより噴射される液体が囲繞する構成となっており、レーザ光Ｌは純水と空気との境界面で反射しながら第２噴射孔３１ａより噴射される液柱Ｗの径で、被加工物２を加工するようになっている。
そして本実施例において、第１液体供給手段５Ａが第２液体供給手段５Ｂよりも高圧の液体を供給する場合、第１噴射孔１４ａより噴射される液体の流速が速くなり、これを囲繞する第２噴射孔３１ａより噴射される液体との相対速度差が大きくなって外側に広げようとするため、形成される液柱Ｗを上記第１実施例において形成される液柱Ｗに対して太く形成することができる。なお、条件によっては相対速度差が大きくなりすぎるため、液柱Ｗを形成しないで噴射する場合がある。
一方、第１液体供給手段５Ａが第２液体供給手段５Ｂよりも低圧の液体を供給する場合、第２噴射孔３１ａより噴射された液体の流速が、第１噴射孔１４ａから噴射される液体の流速よりも速くなる。
その結果図９に示すように、第１噴射孔１４ａから噴射される液体は、第２噴射孔３１ａより噴射された液体との相対速度差によって下方に向けて縮径するテーパ状に引き伸ばされ、これを囲繞する第２噴射孔３１ａより噴射される液体も下方に向けて縮径することから、液柱Ｗは下方に向けて縮径するテーパ状に形成されることとなる。
すなわち、本実施例におけるレーザ加工装置１によれば、噴射される液柱Ｗの太さを調整することが可能となり、被加工物２に形成するレーザ光Ｌによる加工幅を任意に設定することが可能となる。
【００２４】
第２実施例および第３実施例の内容については、これを組み合わせることが可能である。つまり、第１液体供給手段５Ａと第２液体供給手段５Ｂとが、それぞれ屈折率および圧力の異なる液体を供給することで、被加工物２に形成するレーザ光Ｌによる加工幅を調整することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１ レーザ加工装置 ２ 被加工物
４ レーザ発振器 ５ 液体供給手段
５Ａ，５Ｂ 第１、第２液体供給手段 ６ 加工ヘッド
１４ 第１噴射ノズル １４ａ 第１噴射孔
１５ 第２噴射ノズル １７ 液体通路
１７Ａ、１７Ｂ 第１、第２液体通路 １８ 液体通路プレート
３１ａ 第２噴射孔 Ｌ レーザ光
Ｗ 液柱
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置に関し、詳しくは液体供給手段から供給された液体を液体通路を介して噴射孔から液柱にして外部に噴射させるとともに、集光レンズ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、噴射孔を有する噴射ノズルと、高圧の液体を供給する液体供給手段と、上記液体供給手段と上記噴射ノズルの噴射孔とを連通させる液体通路と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、上記液体供給手段から供給された液体を液体通路を介して噴射孔から液柱にして外部に噴射させるとともに、集光レンズ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レーザ加工装置が知られている。
このようなレーザ加工装置として、上記噴射ノズルの噴射孔を被加工物に向けて縮径させたテーパ形状としたものが知られ、このテーパ形状の内面にレーザ光を反射させて上記液柱に導光することで、レーザ光を液柱に導光する際のアライメント調整を容易にしている（特許文献１）。
この他のレーザ加工装置として、上記液体通路を流通する液体が噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動した後、該噴射孔においてレーザ光の光軸と平行な方向に折れ曲がるようにしたものが知られ、上記噴射孔より噴射される液柱の周囲にエアクッションを形成することにより、安定した液柱を噴射するようになっている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５５７６８号公報
【特許文献２】特許第３６８０８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のレーザ加工装置の場合、噴射孔より噴射された液柱が、該液柱の周囲に形成される気流等によって乱れ、安定した液柱が得にくいという問題があった。
また特許文献２のレーザ加工装置の場合、レーザ光を上記液柱の内部に導光する際、レーザ光が上記噴射孔における集光レンズ側の平坦面に照射されて噴射ノズルを損傷させ、またこの平坦面で反射したレーザ光がレーザ加工装置内部を損傷させるという問題があることから、アライメントの調整を精密に行う必要があり、アライメント調整が煩雑になるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明はアライメント調整が容易で、かつ安定した液柱を噴射することが可能な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】
【０００５】
すなわち、本発明にかかるレーザ加工装置は、噴射孔を有する噴射ノズルと、液体を供給する液体供給手段と、上記液体供給手段の液体を上記噴射ノズルの噴射孔へと流通させる液体通路と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、
上記液体供給手段が供給した液体を上記噴射ノズルの噴射孔から液柱にして噴射するとともに、上記集光レンズが上記液柱にレーザ光を導光することで被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
上記噴射ノズルを、第１噴射孔を有する第１噴射ノズルと、第１噴射ノズルよりも被加工物側に設けられるとともに上記第１噴射孔と同軸上に設けられた第２噴射孔を有する第２噴射ノズルとから構成し、
上記第１噴射孔は被加工物に向けて縮径するとともにその内面でレーザ光を反射させて上記液柱の内部に導光するテーパ形状を有し、上記第２噴射孔を上記第１噴射孔の被加工物側の開口部よりも大径に形成し、
上記液体通路は、上記第１噴射ノズルに液体を供給する第１液体通路と、第１噴射ノズルと第２噴射ノズルとの間に形成されて上記第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路とを備え、
上記第２液体通路を流通する液体は、上記第２噴射ノズルの第２噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動するとともに、上記第２噴射孔においてレーザ光の光軸と交差する方向に折れ曲がり、上記第１噴射ノズルの第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して被加工物に向けて噴射されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記発明によれば、第１噴射ノズルの第１噴射孔はテーパ形状を有しているため、第１噴射孔の内面にレーザ光を反射させて液柱の内部に導光することができ、しかも第１噴射孔の被加工物側の開口部が第２噴射孔よりも小径となっているため、レーザ光が第２噴射孔の開口部近傍に照射されることがなく、アライメント調整を容易に行うことができる。
また、第１噴射ノズルよりも被加工物側に第２噴射ノズルを設け、該第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路は、液体を第２噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動させるとともに、上記第２噴射孔においてレーザ光の光軸と平行な方向に折れ曲がるようにしている。
これにより第２噴射孔より噴射された液体は上記第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して液柱を構成し、その際、当該液柱の周囲にエアポケットを形成することができるため、安定した液柱を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施例にかかるレーザ加工装置の断面図
【図２】加工ヘッドの拡大図
【図３】液体通路プレートについての平面図
【図４】第１噴射孔および第２噴射孔についての拡大図
【図５】第２実施例にかかるレーザ加工装置のハウジングの平面図
【図６】図４におけるＶ−Ｖ部の断面図
【図７】図４におけるＶＩ−ＶＩ部の断面図
【図８】第２実施例における第１噴射孔および第２噴射孔についての拡大図
【図９】第３実施例における第１噴射孔および第２噴射孔についての拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１は第１実施例にかかるレーザ加工装置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、液体を供給する液体供給手段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とを備えている。
本実施例において、上記被加工物２は板厚の薄い半導体ウエハであって、この他にもエポキシ樹脂板や樹脂と金属からなる複合材料なども切断加工することができる。また、切断加工のほかにも、被加工物２表面に対して溝加工を行うことも可能である。
上記加工テーブル３は従来公知であるので詳細な説明をしないが、上記被加工物２を加工ヘッド６に対して水平方向に移動させるようになっており、また上記加工ヘッド６は図示しない昇降手段によって垂直方向に移動するようにされている。
また上記レーザ発振器４はＹＡＧレーザであり、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を適宜調整できるようになっている。
さらに、レーザ発振器４としてこの他にも半導体レーザやＣＯ２レーザ等を用いることも可能であるが、ＣＯ２レーザのように照射されるレーザ光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が吸収されないような液体にすればよい。
上記液体供給手段５は、所定の圧力で純水を供給するようになっており、その他液状のシリコン等の液体も供給することが可能となっている。
【０００９】
上記加工ヘッド６はレーザ発振器４から発振されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ７の下方に設けられ、昇降手段を構成する支持部材１１に固定されたハウジング１２と、該ハウジング１２に固定されてレーザ光Ｌを透過させる石英ガラス１３と、該石英ガラス１３よりも被加工物２側に設けられた第１噴射ノズル１４と、第１噴射ノズル１４よりも被加工物２側に設けられた第２噴射ノズル１５と、これら第１、第２噴射ノズル１４、１５をハウジング１２に固定するノズルホルダ１６とを備えている。
また上記加工ヘッド６の内部には、上記液体供給手段５より供給される液体を流通させる液体通路１７が形成されており、この液体通路１７は後に詳述するように上記第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとに分岐している。
図２は加工ヘッド６の拡大図を示しており、上記第１噴射ノズル１４と第２噴射ノズル１５との間には、下記第２液体通路１７Ｂの形成された円盤状の液体通路プレート１８が介装されている。
【００１０】
上記ハウジング１２の中央には径の異なる階段状に形成されたレーザ通路２１が穿設され、上記石英ガラス１３は上記レーザ通路２１の最小径部２１ａの上部に液密に嵌合し、レーザ通路２１の内面に螺合する円柱状のナット２２によってハウジング１２に固定されている。
また上記レーザ通路２１における最小径部２１ａの下方には、該最小径部２１ａよりも大径で第１噴射ノズル１４が嵌合する小径部２１ｂ、該小径部２１ｂよりも大径の中径部２１ｃ、該中径部２１ｃよりも大径で上記第２噴射ノズル１５が嵌合する大径部２１ｄとが形成されている。
上記ノズルホルダ１６はリング状の部材であって、上記ハウジング１２に図示しない連結手段によって連結されることにより、上記第１、第２噴射ノズル１４、１５および液体通路プレート１８を上記ハウジング１２との間で挟持するようになっている。
また上記ノズルホルダ１６の下方には、中央に上記液柱Ｗが通過可能な径で貫通孔２３ａの形成された整流板２３が設けられており、この貫通孔２３ａは被加工物２に向けて広がるテーパ状に形成されている。
この整流板２３により、液柱Ｗが被加工物２に到達した後に跳ね返った液体が加工ヘッド６に付着することを防止し、また跳ね返った液体による液柱Ｗの乱れを防止して安定した液柱を形成するものとなっている。
【００１１】
上記第１噴射ノズル１４は、中央に第１噴射孔１４ａを有する単結晶ダイヤモンドによって製造されたノズル部材１４Ａと、該ノズル部材１４Ａの外周を囲繞するように形成されたステンレス製の保持部材１４Ｂとから構成された略円盤状の部材となっている。
この上記第１噴射ノズル１４の略上半分は上記ハウジング１２に形成されたレーザ通路２１の小径部２１ｂの一部に嵌合し、略下半分が上記小径部２１ｂより上記中径部２１ｃに突出するように設けられており、この第１噴射ノズル１４により小径部２１ｂと中径部２１ｃとが液密に区画されるようになっている。
上記第１噴射孔１４ａは被加工物２に向けて縮径するテーパ形状を有しており、該第１噴射孔１４ａの内面にはレーザ光Ｌを反射させるためのメッキ加工や鏡面加工が施されている。
【００１２】
上記第２噴射ノズル１５は、第２噴射孔３１ａを有する円盤状のノズル部材３１と、該ノズル部材３１を保持する保持部材３２と、該保持部材３２の側面を囲繞するリングホルダ３３とから構成されている。
上記ノズル部材３１は単結晶ダイヤモンドによって製造され、ノズル部材３１の上面と上記保持部材３２の上面とが面一となるように加工され、この上面はレーザ光Ｌの光軸に対して直交する開口平坦面３１ｂとなっている（図４参照）。
上記第２噴射孔３１ａは、その内面がレーザ光Ｌと平行に形成された円柱部分と、該円柱部分の下方に連続して設けられた被加工物２に向けて拡径するテーパ部分とから構成され、上記円柱部分の径は上記第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部よりも大径に形成されている。
本実施例では、第１噴射孔１４ａの被加工物２側の開口部を４０μｍとし、第２噴射孔３１ａにおける第１噴射ノズル１４側の開口部を７５μｍとしている。
【００１３】
上記第２噴射ノズル１５の保持部材３２は、上記第１噴射ノズル１４の外径と同径に形成されており、上記ノズル部材３１の保持位置よりも下方には、上記第２噴射孔３１ａのテーパ部分よりも大径な円柱状の通路と、該円柱状の通路の下方に連続して形成された被加工物２に向けて拡径するテーパ状の通路とからなる整流通路３２ａが設けられている。
このような整流通路３２ａを形成することにより、上記第２噴射孔３１ａより噴射される液柱Ｗの周囲に下方に向けた気流を形成することができ、この気流で液柱Ｗの周囲を覆うことにより安定した液柱Ｗを形成することが可能となっている。
上記リングホルダ３３は上記ハウジング１２に形成された大径部２１ｄに液密に嵌合するように設けられ、上記保持部材３２の上部が上記レーザ通路２１の中径部２１ｃの内部に突出するようになっている。
これにより、上記レーザ通路２１の中径部２１ｃは該リングホルダ３３の上面との間で液密に区画された空間が形成されるようになっている。
【００１４】
上記液体通路プレート１８は、上記第１噴射ノズル１４および第２噴射ノズル１５の保持部材３２と同径に製造された略円盤状の部材となっており、図示しない位置ズレ防止手段によって第１噴射ノズル１４と第２噴射ノズル１５との間に密着した状態で挟持されるようになっている。
図３に示すように、液体通路プレート１８は、中央に形成された貫通孔１８ａと、第２噴射ノズル１５側の下面に上記貫通孔１８ａを中心に放射状に形成された複数の溝１８ｂとを備えている。
上記貫通孔１８ａは、上記第１噴射ノズル１４より第２噴射ノズル１５に向けて拡径するテーパ状を有しており、第１噴射ノズル１４側の径は上記第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部よりも大径で、第２噴射ノズル１５側の径も上記第２噴射孔３１ａにおける第１噴射ノズル１４側の開口部よりも大径に形成されている。
この貫通孔１８ａにより、上記第１噴射ノズル１４の下面と第２噴射ノズル１５の上面との間に空間が形成され、特に上記第２噴射ノズル１５における第２噴射孔３１ａの周囲には上記開口平坦面３１ｂが露出するようになっている。
上記溝１８ｂは、上記貫通孔１８ａを中心に計１２本放射状に形成され、該溝１８ｂの内側の端部は上記貫通孔１８ａに連通し、外側の端部は液体通路プレート１８の外周に連通するようになっている。
このような構成とすることで、液体通路プレート１８を第１噴射ノズル１４と第２噴射ノズル１５との間で挟持すると、連結された第１噴射ノズル１４、第２噴射ノズル１５、液体通路プレート１８の側面に上記溝１８ｂの外側の端部が開口し、上記レーザ通路２１の中径部２１ｃと上記貫通孔１８ａとが連通するようになっている。
【００１５】
上記液体通路１７は、ハウジング１２の側面に開口して上記液体供給手段５に接続され、ハウジング１２の内部で上記第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとに分岐している。
上記第１液体通路１７Ａは、液体通路１７より分岐した一方の通路と、上記石英ガラス１３および第１噴射ノズル１４によって区画された上記レーザ通路２１の最小径部２１ａとによって構成されている。
上記第２液体通路１７Ｂは、液体通路１７より分岐した一方の通路と、上記第２噴射ノズル１５を構成するリングホルダ３３の上面によって区画されたレーザ通路２１の中径部２１ｃと、上記液体通路プレート１８に形成された溝１８ｂおよび貫通孔１８ａとによって構成されている。
そして、液体通路プレート１８は上記中径部２１ｃの中央に位置し、その外周には上記溝１８ｂが開口することから、上記中径部２１ｃに流入した液体はこれらの溝１８ｂの外側の端部から略均等に流入し、上記貫通孔１８ａに向けて集中するように流動するようになっている。
また溝１８ｂは第２噴射ノズル１５側に形成されていることから、溝１８ｂを流通する液体は上記第２噴射孔３１ａの周囲に形成された開口平坦面に対してレーザ光の光軸に対して直交する方向より流入するようになっている。
【００１６】
以下、上記構成を有するレーザ加工装置１の動作について説明する。
はじめに、上記液体供給手段５が液体を所定の圧力で上記加工ヘッド６の液体通路１７へと供給すると、液体通路１７に流入した液体はそれぞれ上記第１液体通路１７Ａおよび第２液体通路１７Ｂに分岐する。
図４に示すように、液体が上記第１液体通路１７Ａを構成する上記レーザ通路２１の最小径部２１ｂに流入すると、この液体は第１噴射ノズル１４に設けられた第１噴射孔１４ａより被加工物２に向けて噴射される（図示２点鎖線）。
ここで、第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部は、上記第２噴射孔３１ａの開口部の径よりも小径であるため、第１噴射孔１４ａより噴射された液体は第２噴射孔３１ａの中央部を通過することとなる。
また、第２液体通路１７Ｂを構成する上記レーザ通路２１の中径部２１ｃに液体が流入すると、この液体は上記液体通路プレート１８に形成した溝１８ｂを介して上記第１、第２噴射ノズル１４、１５の間に形成された貫通孔１８ａへと流入し、第２噴射孔３１ａより噴射される。
ここで、第２噴射孔３１ａは第１噴射孔１４ａよりも大径に形成され、第２噴射孔３１ａの中央を上記第１噴射孔１４ａより噴射された液体が通過していることから、この第２噴射孔３１ａより噴射される液体はこの第１噴射孔１４ａより噴射された液体を囲繞し、液柱Ｗとなって被加工物２へと噴射されることとなる。
【００１７】
一方、第２液体通路１７Ｂを構成する上記溝１８ｂは、貫通孔１８ａに対して放射状に形成されているため、液体はこの溝１８ｂによって上記貫通孔１８ａへと集中するように流動し、かつ上記溝１８ｂは液体通路プレート１８の第２噴射ノズル１５側に形成されていることから、該液体はレーザ光Ｌの光軸に直交する方向に流通している。
そして上記第２噴射孔３１ａの周囲にレーザ光Ｌの光軸に直交する開口平坦面３１ｂが形成され、かつ第２噴射孔３１ａの内面はレーザ光Ｌの光軸に平行に形成されていることから、上記溝１８ｂを介して貫通孔１８ａに達した液体は、第２噴射孔３１ａの位置でレーザ光Ｌの光軸に直交する方向から光軸に平行な方向へと急激に折れ曲がることとなる。
このように液体が上記開口平坦面３１ｂから第２噴射孔３１ａへと折れ曲がる際、液体は第２噴射孔３１ａの開口部ではく離するため、上記第２噴射孔３１ａの内面には液柱Ｗは触れずに、該液柱Ｗを囲繞するようにエアクッションを形成することができる。
このエアクッションにより、液柱Ｗの形状を被加工物２に到達するまで安定して維持することができる。
また上記第２噴射ノズル１５は上記ノズル部材３１に形成されたレーザ光Ｌの光軸に平行な円柱部分の下方に被加工物２側に向けて拡径するテーパ部分を備え、さらに上記保持部材３２にはこのテーパ部分のさらに下方に整流通路３２ａを備えている。
このような構成により、上記第２噴射孔３１ａより噴射された液柱Ｗは、整流通路３２ａに沿って吸い上げられてノズル部材３１の直下で下方へ折り返される気流に取り囲まれるため、拡散が抑制されて被加工物２まで安定して到達することが可能となっている。
【００１８】
このようにして加工ヘッド６より液柱Ｗが噴射されると、上記レーザ発振器４がレーザ光Ｌを発振する。レーザ光Ｌは上記集光レンズ７によって集光された後、石英ガラス１３を透過して上記第１噴射ノズル１４の第１噴射孔１４ａに入射する。
本実施例では、上記集光レンズ７における焦点を上記第２噴射ノズル１５の上面近傍に設定しており、これによりレーザ光Ｌの外周部の光はテーパ状に形成された第１噴射孔１４ａの内面で反射し、被加工物２側の開口部より出射され、それ以外の光は第１噴射ノズル１４には触れずに、上記第２噴射孔３１ａより噴射された液柱Ｗの内部に導光される。
そして、上記液柱Ｗ内に導光されたレーザ光Ｌは、該液柱Ｗを構成する液体とその外部の空気との境界面で反射を繰り返しながら被加工物２まで導光され、さらに上記加工テーブル３が被加工物２を水平に移動させることで、被加工物２に対して所要の加工が行われる。
【００１９】
このようにレーザ光Ｌを液柱Ｗに導光する際、第１噴射孔１４ａにおける被加工物２側の開口部の径は、第２噴射孔３１ａの径よりも小径となっていることから、第１噴射孔１４ａによって導光されたレーザ光Ｌは上記第２噴射孔３１ａの周囲に形成された開口平坦面３１ｂには照射されないようになっている。
このためレーザ光Ｌによって第２噴射ノズル１５における開口平坦面３１ｂ近傍の損傷が防止され、また開口平坦面３１ｂに反射したレーザ光Ｌによる加工ヘッド６内部の損傷も防止される。
つまり、レーザ加工装置１の使用準備の際、液柱Ｗとレーザ光Ｌとのアライメント調整を行うが、本実施例のレーザ加工装置１の場合、レーザ光Ｌを第１噴射孔１４ａの内部に集光するだけでレーザ光Ｌを液柱Ｗの内部に導光することができ、上記開口平坦面３１ｂにレーザ光Ｌが照射されることは無いので、アライメント調整を容易に行うことができる。
【００２０】
図５〜図８は第２実施例にかかるレーザ加工装置１を説明する図となっている。以下の説明において、第１実施例と共通する部分については説明を省略するものとする。
図５は本実施例における加工ヘッド６のハウジング１２の平面図を示し、該ハウジング１２には第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとが個別に設けられている。
図６を用いて第１液体通路１７Ａについて説明すると、第１液体通路１７Ａは第１実施例における第１液体通路１７Ａと同様、上記レーザ通路２１に形成した最小径部２１ｂを介して第１噴射ノズル１４に液体を供給するように形成され、この第１液体通路１７Ａには塩水を供給する第１液体供給手段５Ａが接続されている。
次に図７を用いて第２液体通路１７Ｂについて説明すると、第２液体通路１７Ｂは第１実施例における第２液体通路１７Ｂと同様、上記レーザ通路２１に形成した中径部２１ｃを介して第２噴射ノズル１５に連通する液体通路プレート１８の溝１８ｂに液体を供給するように形成され、この第２液体通路１７Ｂには純水を供給する第２液体供給手段５Ｂが接続されている。
これ以外の構成については、第１実施例と同様の構成を有している。
【００２１】
上述したように、第１液体供給手段５Ａは塩水を、第２液体供給手段５Ｂは純水を供給するようになっており、図８に示すように上記第１噴射ノズル１４の第１噴射孔１４ａより塩水を噴射し、第２噴射ノズル１５の第２噴射孔３１ａより純水を噴射すると、中央に塩水が流通し、その外部を純水が囲繞する液柱Ｗが形成されることとなる。
そして、中央に形成された塩水の液柱Ｗと、これを囲繞する純水の液柱Ｗとの境界面においては、塩水の方が純水よりも屈折率が高いことから、上記第１噴射孔１４ａより出射されたレーザ光Ｌは、該塩水と純水との境界面で反射し、被加工物２へと導光されるようになっている。
つまり本実施例のレーザ加工装置１によれば、第１噴射ノズル１４が噴射した塩水の径で被加工物２を加工することが可能となり、被加工物２を細い切断線で切断することができる。
なお、上記塩水に代えて、純水よりも屈折率が高いシリコンを用いることも可能である。また第１噴射孔１４ａより噴射される液体の屈折率を第２噴射孔３１ａより噴射される液体の屈折率よりも高くすれば、その他の組み合わせを用いることが可能である。
【００２２】
次に第３実施例について説明する。構成については第２実施例と同様の構成を有しているため図５〜図７を用いて説明し、また形成される液柱Ｗについては第１実施例と同様となるため図４を用いて説明する。
本実施例の液体通路１７も、第１噴射ノズル１４に液体を供給する第１液体通路１７Ａと、第２噴射ノズル１５に液体を供給する第２液体通路１７Ｂとをそれぞれ個別に設けた構成となっており、これら第１、第２液体通路１７Ａ，１７Ｂにはそれぞれ第１、第２液体供給手段５Ａ，５Ｂが接続されている。
上記第１、第２液体供給手段５Ａ，５Ｂは、第１実施例の液体供給手段５と同様、液体として純水を供給するようになっているものの、それぞれ異なる圧力で液体を供給するようになっている。
なお、これ以外の構成については、上記第２実施例と同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【００２３】
上記構成を有するレーザ加工装置１の場合も、図４に示すように加工ヘッド６から噴射される液柱Ｗは、第１噴射ノズル１４の第１噴射孔１４ａより噴射される液体を、第２噴射ノズル１５の第２噴射孔３１ａより噴射される液体が囲繞する構成となっており、レーザ光Ｌは純水と空気との境界面で反射しながら第２噴射孔３１ａより噴射される液柱Ｗの径で、被加工物２を加工するようになっている。
そして本実施例において、第１液体供給手段５Ａが第２液体供給手段５Ｂよりも高圧の液体を供給する場合、第１噴射孔１４ａより噴射される液体の流速が速くなり、これを囲繞する第２噴射孔３１ａより噴射される液体との相対速度差が大きくなって外側に広げようとするため、形成される液柱Ｗを上記第１実施例において形成される液柱Ｗに対して太く形成することができる。なお、条件によっては相対速度差が大きくなりすぎるため、液柱Ｗを形成しないで噴射する場合がある。
一方、第１液体供給手段５Ａが第２液体供給手段５Ｂよりも低圧の液体を供給する場合、第２噴射孔３１ａより噴射された液体の流速が、第１噴射孔１４ａから噴射される液体の流速よりも速くなる。
その結果図９に示すように、第１噴射孔１４ａから噴射される液体は、第２噴射孔３１ａより噴射された液体との相対速度差によって下方に向けて縮径するテーパ状に引き伸ばされ、これを囲繞する第２噴射孔３１ａより噴射される液体も下方に向けて縮径することから、液柱Ｗは下方に向けて縮径するテーパ状に形成されることとなる。
すなわち、本実施例におけるレーザ加工装置１によれば、噴射される液柱Ｗの太さを調整することが可能となり、被加工物２に形成するレーザ光Ｌによる加工幅を任意に設定することが可能となる。
【００２４】
第２実施例および第３実施例の内容については、これを組み合わせることが可能である。つまり、第１液体供給手段５Ａと第２液体供給手段５Ｂとが、それぞれ屈折率および圧力の異なる液体を供給することで、被加工物２に形成するレーザ光Ｌによる加工幅を調整することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１ レーザ加工装置 ２ 被加工物
４ レーザ発振器 ５ 液体供給手段
５Ａ，５Ｂ 第１、第２液体供給手段 ６ 加工ヘッド
１４ 第１噴射ノズル １４ａ 第１噴射孔
１５ 第２噴射ノズル １７ 液体通路
１７Ａ、１７Ｂ 第１、第２液体通路 １８ 液体通路プレート
３１ａ 第２噴射孔 Ｌ レーザ光
Ｗ 液柱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を有する噴射ノズルと、液体を供給する液体供給手段と、上記液体供給手段の液体を上記噴射ノズルの噴射孔へと流通させる液体通路と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、
上記液体供給手段が供給した液体を上記噴射ノズルの噴射孔から液柱にして噴射するとともに、上記集光レンズが上記液柱にレーザ光を導光することで被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
上記噴射ノズルを、第１噴射孔を有する第１噴射ノズルと、第１噴射ノズルよりも被加工物側に設けられるとともに上記第１噴射孔と同軸上に設けられた第２噴射孔を有する第２噴射ノズルとから構成し、
上記第１噴射孔は被加工物に向けて縮径するとともにその内面でレーザ光を反射させて上記液柱の内部に導光するテーパ形状を有し、上記第２噴射孔を上記第１噴射孔の被加工物側の開口部よりも大径に形成し、
上記液体通路は、上記第１噴射ノズルに液体を供給する第１液体通路と、第１噴射ノズルと第２噴射ノズルとの間に形成されて上記第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路とを備え、
上記第２液体通路を流通する液体は、上記第２噴射ノズルの第２噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動するとともに、上記第２噴射孔においてレーザ光の光軸と交差する方向に折れ曲がり、上記第１噴射ノズルの第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して被加工物に向けて噴射されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
上記液体供給手段は、上記第１液体通路に液体を供給する第１液体供給手段と、上記第２液体通路に液体を供給する第２液体供給手段とから構成され、
上記第１液体供給手段が供給する液体の屈折率を、第２液体供給手段が供給する液体の屈折率よりも高くしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
上記液体供給手段は、上記第１液体通路に液体を供給する第１液体供給手段と、上記第２液体通路に液体を供給する第２液体供給手段とから構成され、
上記第１液体供給手段が供給する液体の圧力と、第２液体供給手段が供給する液体の圧力とを異ならせたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
上記第２噴射孔の周囲にレーザ光の光軸と直交させて平坦面を形成して、
上記平坦面と該第２噴射孔の内面とが直角となるように形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
噴射孔を有する噴射ノズルと、液体を供給する液体供給手段と、上記液体供給手段の液体を上記噴射ノズルの噴射孔へと流通させる液体通路と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、
上記液体供給手段が供給した液体を上記噴射ノズルの噴射孔から液柱にして噴射するとともに、上記集光レンズが上記液柱にレーザ光を導光することで被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
上記噴射ノズルを、第１噴射孔を有する第１噴射ノズルと、第１噴射ノズルよりも被加工物側に設けられるとともに上記第１噴射孔と同軸上に設けられた第２噴射孔を有する第２噴射ノズルとから構成し、
上記第１噴射孔は被加工物に向けて縮径するとともにその内面でレーザ光を反射させて上記液柱の内部に導光するテーパ形状を有し、上記第２噴射孔を上記第１噴射孔の被加工物側の開口部よりも大径に形成し、
上記液体通路は、上記第１噴射ノズルに液体を供給する第１液体通路と、第１噴射ノズルと第２噴射ノズルとの間に形成されて上記第２噴射ノズルに液体を供給する第２液体通路とを備え、
上記第２液体通路を流通する液体は、上記第２噴射ノズルの第２噴射孔に向けてレーザ光の光軸に直交する方向に流動するとともに、上記第２噴射孔においてレーザ光の光軸と交差する方向に折れ曲がり、上記第１噴射ノズルの第１噴射孔より噴射された液体を囲繞して被加工物に向けて噴射されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
上記液体供給手段は、上記第１液体通路に液体を供給する第１液体供給手段と、上記第２液体通路に液体を供給する第２液体供給手段とから構成され、
上記第１液体供給手段が供給する液体の屈折率を、第２液体供給手段が供給する液体の屈折率よりも高くしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
上記液体供給手段は、上記第１液体通路に液体を供給する第１液体供給手段と、上記第２液体通路に液体を供給する第２液体供給手段とから構成され、
上記第１液体供給手段が供給する液体の圧力と、第２液体供給手段が供給する液体の圧力とを異ならせたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
上記第２噴射孔の周囲にレーザ光の光軸と直交させて平坦面を形成して、
上記平坦面と該第２噴射孔の内面とが直角となるように形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６６２６９（Ｐ２０１２−６６２６９Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１６６８（Ｐ２０１０−２１１６６８）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００２５３０１９）澁谷工業株式会社 (503)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００２５３０１９）澁谷工業株式会社 (503)
【Ｆターム（参考）】
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