特開 2024-141814 レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び加工物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141814

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び加工物

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20241003BHJP

   B23K 26/364 20140101ALI20241003BHJP

   B23K 26/382 20140101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 N

B23K26/364

B23K26/382

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053657

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福武 直之

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD01

4E168AD11

4E168AD18

4E168CB04

4E168CB07

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA06

4E168DA46

4E168DA47

4E168EA04

4E168EA15

4E168JA01

4E168JA14

4E168JA17

4E168KA04

(57)【要約】

【課題】高品質の穴又は溝をより深く加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、及び加工物を提供する。
【解決手段】本開示のレーザ加工装置は、加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工するレーザ加工装置であって、超短パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、超短パルスレーザ光のパルスエネルギを制御するプロセッサと、を備え、プロセッサは、加工中に、加工深さに応じてパルスエネルギを変更する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工するレーザ加工装置であって、
前記超短パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記超短パルスレーザ光のパルスエネルギを制御するプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、加工中に、加工深さに応じて前記パルスエネルギを変更する
レーザ加工装置。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記加工深さが深くなるほど前記パルスエネルギを増加させる
請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記加工深さと、前記超短パルスレーザ光が照射される照射スポットの表面積との関係を表すデータを記憶したメモリをさらに備え、
前記プロセッサは、加工中に、前記データに基づいて前記パルスエネルギを変更することにより、前記超短パルスレーザ光のパワー密度のピーク値を一定の範囲内とする
請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記範囲の上限は、前記加工対象物の表面に前記超短パルスレーザ光を照射した場合における光侵入長を考慮して算出される値である
請求項３に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記範囲の上限は、加工中に、熱加工が生じず、アブレーションのみが生じる前記パワー密度のピーク値の上限である
請求項４に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて前記溝を加工することにより切断面が形成された前記加工対象物からなる加工物であって、
前記切断面は、アブレーションで形成された面である
加工物。

【請求項7】

前記切断面が有するバリの長さは、１μｍ以下である
請求項６に記載の加工物。

【請求項8】

前記切断面の加工方向の長さが１００μｍである場合、前記切断面のエッジの角度は、８０°以上１４５°以下の範囲内である
請求項６に記載の加工物。

【請求項9】

前記切断面の加工方向の長さが３００μｍである場合、前記切断面のエッジの角度は、８７°以上１１５°以下の範囲内である
請求項６に記載の加工物。

【請求項10】

前記切断面の加工方向の長さが７００μｍである場合、前記切断面のエッジの角度は、８９°以上１０２°以下の範囲内である
請求項６に記載の加工物。

【請求項11】

レーザ装置から加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工するレーザ加工方法であって、
プロセッサが前記レーザ装置を制御することにより、加工中に、加工深さに応じて前記超短パルスレーザ光のパルスエネルギを変更する
レーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び加工物に関する。

【背景技術】

【0002】

金属等の加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。超短パルスレーザ光を用いることによりアブレーション加工を行うことができる。アブレーション加工は、光のエネルギにより物質の結合を直接切断して昇華させるので、熱加工に比べて熱の影響が少なく、高品質な微細加工を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０３１９４８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなレーザ加工を行う場合、加工深さが大きくなるにつれて、超短パルスレーザ光が照射される照射スポットの表面積が大きくなるので、照射スポットにおける超短パルスレーザ光のパワー密度が低下する。したがって、加工深さが大きくなり、パワー密度のピーク値が加工閾値未満となった場合には、それ以上レーザ加工が進行しなくなる。

【0005】

加工深さを大きくするためには、超短パルスレーザ光の出力を上げることが考えられる。しかしながら、高出力でレーザ加工を開始すると、加工領域ではアブレーションの後に熱拡散が生じて加工底面が溶融することにより、加工品質が低下してしまう。

【0006】

したがって、従来の技術では、高品質の穴又は溝を一定以上深く加工することができないという問題がある。

【0007】

本開示の技術は、高品質の穴又は溝をより深く加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、及び加工物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本開示のレーザ加工装置は、加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工するレーザ加工装置であって、超短パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、超短パルスレーザ光のパルスエネルギを制御するプロセッサと、を備え、プロセッサは、加工中に、加工深さに応じてパルスエネルギを変更する。

【0009】

プロセッサは、加工深さが深くなるほどパルスエネルギを増加させることが好ましい。

【0010】

加工深さと、超短パルスレーザ光が照射される照射スポットの表面積との関係を表すデータを記憶したメモリをさらに備え、プロセッサは、加工中に、データに基づいてパルスエネルギを変更することにより、超短パルスレーザ光のパワー密度のピーク値を一定の範囲内とすることが好ましい。

【0011】

範囲の上限は、加工対象物の表面に超短パルスレーザ光を照射した場合における光侵入長を考慮して算出される値であることが好ましい。

【0012】

範囲の上限は、加工中に、熱加工が生じず、アブレーションのみが生じるパワー密度のピーク値の上限であることが好ましい。

【0013】

上記レーザ加工装置を用いて溝を加工することにより切断面が形成された加工対象物からなる加工物であって、切断面は、アブレーションで形成された面である。

【0014】

切断面が有するバリの長さは、１μｍ以下であることが好ましい。

【0015】

切断面の加工方向の長さが１００μｍである場合、切断面のエッジの角度は、８０°以上１４５°以下の範囲内であることが好ましい。

【0016】

切断面の加工方向の長さが３００μｍである場合、切断面のエッジの角度は、８７°以上１１５°以下の範囲内であることが好ましい。

【0017】

切断面の加工方向の長さが７００μｍである場合、切断面のエッジの角度は、８９°以上１０２°以下の範囲内であることが好ましい。

【0018】

本開示のレーザ加工方法は、レーザ装置から加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工するレーザ加工方法であって、プロセッサがレーザ装置を制御することにより、加工中に、加工深さに応じて超短パルスレーザ光のパルスエネルギを変更する。

【発明の効果】

【0019】

本開示の技術によれば、高品質の穴又は溝をより深く加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、及び加工物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】レーザ加工装置の構成の一例を概念的に示す図である。

【図2】従来の穴あけ加工について説明する図である。

【図3】データの一例を概念的に示す図である。

【図4】本実施形態に係るパワー制御加工の流れの一例を示すフローチャートである。

【図5】本実施形態に係るパワー制御加工により穴を加工した場合における加工深さとパワー密度との関係を示す図である。

【図6】光侵入長について説明する図である。

【図7】加工レートと光侵入長との関係を示すグラフである。

【図8】パワー密度のピーク値が熱加工閾値より大きい場合における穴あけ加工について説明する図である。

【図9】加工対象物に溝を加工する方法について説明する図である。

【図10】加工物の一例を示す図である。

【図11】切断面の加工方向の長さとエッジの角度との関係を示す図である。

【図12】加工対象物に溝を加工することにより形成された切断面を示す図である。

【図13】レーザ加工装置の変形例を概念的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態例を詳細に説明する。

【0022】

まず、図１を参照して、レーザ加工装置２の構成を説明する。図１に示すように、レーザ加工装置２は、レーザ装置３と、集光レンズ４と、移動ステージ５と、プロセッサ６と、メモリ７と、入力装置８と、を備える。

【0023】

レーザ装置３は、固体レーザ３０と、アッテネータ３１と、波長変換ユニット３２と、を有する。固体レーザ３０は、例えば、パルス幅が１～１０ｐｓで変更可能であって、波長が１０３０ｎｍ、最大パルスエネルギが２００μＪの超短パルスレーザ光を出力する。本実施形態では、例えば、固体レーザ３０が出力する超短パルスレーザ光を１ｐｓとする。固体レーザ３０から出力される超短パルスレーザ光は、直線偏光である。固体レーザ３０から出力された超短パルスレーザ光は、アッテネータ３１に入射する。

【0024】

アッテネータ３１は、固体レーザ３０から入射した超短パルスレーザ光のパルスエネルギを変更可能とする光学素子である。例えば、アッテネータ３１は、偏光ビームスプリッタ型アッテネータであり、超短パルスレーザ光が入射し、かつ回転可能に構成された偏光子を有する。偏光子が回転することにより超短パルスレーザ光の透過率が変化（すなわちパルスエネルギが変化）する。アッテネータ３１を透過した超短パルスレーザ光は、波長変換ユニット３２に入射する。

【0025】

波長変換ユニット３２は、非線形光学結晶を有し、アッテネータ３１から入射した超短パルスレーザ光を波長変換する。具体的には、波長１０３０ｎｍの超短パルスレーザ光を、２倍波である波長５１５ｎｍの超短パルスレーザ光に変換する。

【0026】

波長変換ユニット３２により波長変換された超短パルスレーザ光は、レーザ装置３から出力される。以下、レーザ装置３から出力される超短パルスレーザ光を、単にパルスレーザ光ＰＬという。パルスレーザ光ＰＬは、中心から半径方向に距離が大きくなるにつれて強度が低下するガウス分布の放射強度プロファイルを有する。

【0027】

集光レンズ４は、レーザ装置３から出力されるパルスレーザ光ＰＬの光路上に配置されており、パルスレーザ光ＰＬを、移動ステージ５に載置された加工対象物１０の表面に集光する。以下、パルスレーザ光ＰＬが加工対象物１０の表面に入射する方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向に直交する１つの方向をＸ方向とし、Ｚ方向とＸ方向とに直交する方向をＹ方向とする。

【0028】

加工対象物１０は、例えば金属である。なお、加工対象物１０は、金属に限られず、プラスチック、ガラス等であってもよい。加工対象物１０には、複数のパルスレーザ光ＰＬが照射されることにより、穴又は溝が加工される。なお、加工対象物１０に加工される穴又は溝は、加工対象物１０をＺ方向に貫通した穴又は溝と、加工対象物１０をＺ方向に貫通していない有底の穴又は溝とのいずれであってもよい。

【0029】

移動ステージ５は、載置した加工対象物１０を、Ｘ方向及びＹ方向に移動させることを可能とする。移動ステージ５が加工対象物１０を移動させることにより、加工対象物１０の表面においてパルスレーザ光ＰＬが照射される照射スポットＳＰの位置が変更される。

【0030】

プロセッサ６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むマイクロコンピュータとして構成されている。メモリ７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置である。メモリ７は、プログラム７０及びデータ７１を記憶している。メモリ７は、プロセッサ６に接続又は内蔵されている。

【0031】

プロセッサ６は、プログラム７０に基づいて、レーザ装置３及び移動ステージ５を制御する。本実施形態では、プロセッサ６は、アッテネータ３１に含まれる偏光子の回転を制御することにより、穴又は溝の加工中に、レーザ装置３から出力されるパルスレーザ光ＰＬのパルスエネルギを変更する。詳しくは後述するが、データ７１は、加工深さと、パルスレーザ光ＰＬが照射される照射スポットＳＰの表面積との関係を表すデータである。

【0032】

入力装置８は、キーボード、マウス等であり、ユーザにより操作される。ユーザは、入力装置８を用いて、加工開始指示、加工終了指示、加工条件の入力等を行うことができる。

【0033】

図２を参照して、従来のように出力を一定、すなわちパルスエネルギを一定とした状態での穴あけ加工について説明する。図２に示す例では、加工対象物１０を移動させず、照射スポットＳＰの位置を一定としている。図２は、照射スポットＳＰに加工される穴の加工深さＤと、照射スポットＳＰにおけるパルスレーザ光ＰＬのパワー密度Ｐとの関係を示している。

【0034】

パワー密度Ｐは、照射スポットＳＰにおける単位面積当たりのエネルギの量であり、例えば、Ｊ／ｃｍ^２を単位として表される。本開示では、パワー密度Ｐは、照射スポットＳＰに照射されるパルスレーザ光ＰＬの１パルス当たりのエネルギ密度を表す。パワー密度Ｐは、照射スポットＳＰの表面積に依存し、表面積が大きいほど小さくなる。

【0035】

図２に示すように、パルスレーザ光ＰＬの照射パルス数が増えるにつれて、加工される穴の加工深さＤが大きくなる。また、穴の加工深さＤが大きくなるとともに、穴の内部面積が増加する。パルスレーザ光ＰＬは、穴の内部にも照射されるので、穴の加工深さＤが大きくなるとともに、照射スポットＳＰの表面積が増加する。パワー密度Ｐは、照射スポットＳＰの表面積に依存するので、穴の加工深さＤが大きくなるとともに、パワー密度Ｐが低下する。

【0036】

図２に示す例では、パルスレーザ光ＰＬの１パルス目に、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが加工閾値ＴＨ１と熱加工閾値ＴＨ２との間となるように、パルスレーザ光ＰＬのパルスエネルギが設定されている。加工閾値ＴＨ１は、アブレーションが生じる最低限のパワー密度Ｐである。熱加工閾値ＴＨ２は、熱加工が生じる最低限のパワー密度Ｐである。すなわち、パルスエネルギは、レーザ加工開始時にアブレーションのみが生じるように設定されている。

【0037】

しかしながら、従来のようにパルスエネルギを一定としてレーザ加工を行うと、加工深さＤが大きくなって照射スポットＳＰの表面積が増加することにより、パワー密度Ｐが低下する。パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが加工閾値ＴＨ１未満に低下すると、それ以上レーザ加工が進行しなくなる。図２は、照射パルス数が少なくとも５０００パルスに達すると、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが加工閾値ＴＨ１より低下することにより、レーザ加工が進行しなくなることを示している。

【0038】

図３に、データ７１の一例を概念的に示す。データ７１は、加工深さＤと、照射スポットＳＰの表面積Ｓとの関係を示している。表面積Ｓは、加工深さＤが大きくなるほど大きくなる。図３では、表面積Ｓと加工深さＤとの関係を線形としているが、当該関係は線形には限られない。データ７１は、シミュレーション又は実験によって求められる。

【0039】

本実施形態では、プロセッサ６は、データ７１に基づいて、加工中に、パルスレーザ光ＰＬのパルスエネルギを変更する。具体的には、プロセッサ６は、加工中に、パルスレーザ光ＰＬのパルスエネルギを増加させることにより、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍを一定の範囲Ｅ内とする。一定の範囲Ｅは、加工閾値ＴＨ１以上熱加工閾値ＴＨ２以下の範囲である。加工閾値ＴＨ１は範囲Ｅの下限であり、熱加工閾値ＴＨ２は範囲Ｅの上限である。

【0040】

例えば、プロセッサ６は、照射パルス数に基づいて加工深さＤを推定し、推定した加工深さＤに対応する照射スポットＳＰの表面積Ｓをデータ７１から求める。そして、プロセッサ６は、求めた表面積Ｓに対応するパワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが一定の範囲Ｅ内となるパルスエネルギを求める。なお、データ７１は、照射パルス数とパルスエネルギとの関係を直接規定してものであってもよい。

【0041】

図４に、本実施形態に係るパワー制御加工の流れの一例を示す。まず、ステップＳ１０で、プロセッサ６は、初期のパルスエネルギをレーザ装置３に設定する。初期のパルスエネルギは、１パルス目のパワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍを一定の範囲Ｅ内とするパルスエネルギである。

【0042】

次に、ステップＳ１１で、プロセッサ６は、レーザ装置３を制御することにより、ステップＳ１０で設定したパルスエネルギを有するパルスレーザ光ＰＬを加工対象物１０に照射させる。

【0043】

次に、ステップＳ１２で、プロセッサ６は、パルスレーザ光ＰＬの照射パルス数が規定値に達したか否かを判定する。規定値は１以上の整数である。プロセッサ６は、照射パルス数が規定値に達したと判定していないと判定した場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、処理をステップＳ１１に戻す。プロセッサ６は、照射パルス数が規定値に達したと判定した場合には、処理をステップＳ１３に移行させる。

【0044】

ステップＳ１３で、プロセッサ６は、終了条件を満たすか否かを判定する。例えば、終了条件は、加工深さＤが所定値に達したこと、入力装置８から加工終了指示が入力されたこと等である。プロセッサ６は、終了条件を満たしていないと判定した場合には、処理をステップＳ１４に移行させる。プロセッサ６は、終了条件を満たすと判定した場合には、処理を終了する。

【0045】

ステップＳ１４で、プロセッサ６は、パルスエネルギを変更し、変更したパルスエネルギをレーザ装置３に設定する。プロセッサ６は、上述のように、データ７１に基づいて、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍを一定の範囲Ｅ内とするようにパルスエネルギを変更する。プロセッサ６は、ステップＳ１４の後、処理をステップＳ１１に移行させる。すなわち、プロセッサ６は、終了条件を満たすまで、照射パルス数が規定値に達するたびにパルスエネルギを変更する。

【0046】

以上のパワー制御加工によれば、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが一定の範囲Ｅ内に維持することができる。ピーク値Ｐ_ｍを一定の範囲Ｅ内に維持すればよいので、パルスエネルギを１パルスごとに変更する必要はない。すなわち、ステップＳ１２の規定値は、１以外であってもよく、加工中にピーク値Ｐ_ｍが加工閾値ＴＨ１未満とならないように決定すればよい。

【0047】

図５に、本実施形態に係るパワー制御加工により穴を加工した場合における加工深さＤとパワー密度Ｐとの関係を示す。本実施形態では、上述のように、加工深さＤに応じてパルスエネルギを変更するので、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが一定の範囲Ｅ内に維持される。このため、本実施形態では、加工中にピーク値Ｐ_ｍが加工閾値ＴＨ１未満となることはないので、高品質の穴をより深く加工することができる。

【0048】

次に、一定の範囲Ｅの上限である熱加工閾値ＴＨ２について説明する。熱加工閾値ＴＨ２は、図６に示すように、加工対象物１０の表面にパルスレーザ光ＰＬを照射した場合における光侵入長Ｌを考慮して算出される値である。光侵入長Ｌとは、パルスレーザ光ＰＬが加工対象物１０の表面から内部へ入り込む長さをいう。

【0049】

本出願人は、光侵入長Ｌがパワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍをパラメータとして下式（１）で表されることを見出した。

【0050】

【数1】

【0051】

ここで、Ｉは、加工対象物１０の第１イオン化エネルギである。Ｔは、加工対象物１０のパルスレーザ光ＰＬに対する透過率である。

【0052】

図７に示すように、熱加工閾値ＴＨ２は、パルスレーザ光ＰＬによる加工対象物１０の加工レートＲと光侵入長Ｌとの関係に基づいて求まる。加工レートＲは、加工対象物１０の表面にパルスレーザ光ＰＬを照射した場合に加工される穴の深さをいう。加工レートＲは、例えば、実験により求めることができる。

【0053】

パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍがアブレーションのみが生じる一定の範囲Ｅ内である場合には、加工レートＲは、光侵入長Ｌとほぼ一致する。しかし、ピーク値Ｐ_ｍが熱加工閾値ＴＨ２より大きくなると、加工レートＲは、光侵入長Ｌより大きくなる。これは、図８に示すように、ピーク値Ｐ_ｍが熱加工閾値ＴＨ２より大きい場合には、光侵入長Ｌより深く光が届かない領域では熱拡散により熱加工が生じるためである。なお、熱加工が生じた場合には、巣状の溶融物が生成される。

【0054】

このように、加工レートＲが光侵入長Ｌより大きくなるピーク値Ｐ_ｍを求め、求めたピーク値Ｐ_ｍを熱加工閾値ＴＨ２とする。

【0055】

以上、加工対象物１０に１つの穴を加工する場合について説明したが、プロセッサ６が、加工中に移動ステージ５を制御して、加工対象物１０を移動させることにより、溝を加工することができる。

【0056】

例えば、図９に示すように、加工対象物１０をＸ方向に移動させることにより、加工対象物１０の表面における照射スポットＳＰの位置をＸ方向に変更しながらパルスレーザ光ＰＬを照射する。このように、照射スポットＳＰを加工対象物１０の表面上の第１点から第２点まで変更しながらパルスレーザ光ＰＬを照射することを「走査」という。走査を複数回繰り返すことにより、加工対象物１０に溝を加工することができる。

【0057】

溝を加工する場合には、プロセッサ６は、走査回数に応じてパルスエネルギを変更する。すなわち、図４に示すステップＳ１２において、プロセッサ６は、走査回数が規定値に達したか否かを判定する。

【0058】

図１０に、レーザ加工装置２により加工対象物１０を加工することにより得られる加工物２０の一例を示す。図１０に示す加工物２０は、Ｚ方向に貫通する溝を加工することにより切断面２１が形成された加工対象物１０からなる。切断面２１は、アブレーションで形成された面である。

【0059】

本出願人は、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）を材料とするレーザ加工装置２を用いて加工対象物１０に溝を加工し、切断面２１の下端部に生じるバリ２２の長さＷを計測した。本実施形態に係るパワー制御加工によれば、バリ２２の長さＷは、１μｍ以下となる。

【0060】

また、切断面２１の上部のエッジ２３の角度θの角度を計測した。エッジ２３の角度θは、加工した溝の深さ、すなわち切断面２１の加工方向の長さＨに依存する。エッジ２３の角度θは、長さＨが大きいほど９０°に近づく。

【0061】

本実施形態に係るパワー制御加工によれば、図１１に示すように、長さＨが１００μｍである場合、エッジ２３の角度θは、８０°以上１４５°以下の範囲内となる。長さＨが３００μｍである場合、エッジ２３の角度θは、８７°以上１１５°以下の範囲内となる。長さＨが７００μｍである場合、エッジ２３の角度θは、８９°以上１０２°以下の範囲内となる。

【0062】

図１２に、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）を材料とする加工対象物１０に溝を加工することにより形成された切断面２１を示す。

【0063】

（Ａ）は、本実施形態に係るパワー制御加工により形成した切断面２１を示す。本パワー制御加工では、パルスエネルギを順に５μＪ、１５μＪ、３０μＪと変化させ、各パルスエネルギで５０００回走査を行った。切断面２１を観察すると、バリ２２の長さＷは、１００ｎｍ以下であった。

【0064】

（Ｂ）は、従来の定パワー加工により形成した切断面２１を示す。本定パワー加工では、パワー密度Ｐのピーク値Ｐ_ｍが熱加工閾値ＴＨ２より大きくなる高パルスエネルギで走査を行った。切断面２１を観察すると、バリ２２の長さＷは、１μｍより大きい値であった。バリ２２は、主に熱加工による溶融によって生じる。

【0065】

従来の定パワー加工では、熱の影響を受けずに加工することが可能な深さは１７０μｍが限界であったが、本実施形態に係るパワー制御加工では、熱の影響を受けずに加工することが可能な深さは７００μｍ以上である。すなわち、本実施形態に係るパワー制御加工によれば、高品質の穴又は溝をより深く加工することができる。

【0066】

本実施形態に係るパワー制御加工は、厚みが大きい金属部材を熱ダメージなく切断する必要がある生検針等の製造に利用することが可能である。

【0067】

なお、上記実施形態では、パルスレーザ光ＰＬの波長をピコ秒のオーダとしているが、パルスレーザ光ＰＬの波長はフェムト秒のオーダであってもよい。すなわち、本開示のパルスレーザ光ＰＬの波長は、１０ｐｓ以下であればよい。

【0068】

また、上記実施形態では、アッテネータ３１を固体レーザ３０と波長変換ユニット３２との間に配置しているが、アッテネータ３１を波長変換ユニット３２と集光レンズ４との間に配置してもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、加工対象物１０を載置した移動ステージ５を制御することにより加工対象物１０の表面における照射スポットＳＰの位置を変更している。これに代えて、図１３に示すように、レーザ装置３と集光レンズ４との間にガルバノスキャナ９を配置してもよい。この場合、移動ステージ５を設ける必要はない。ガルバノスキャナ９は、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光ＰＬが集光レンズ４に入射する角度を変更可能に構成されている。この場合、集光レンズ４は、ｆθレンズであることが好ましい。プロセッサ６は、ガルバノスキャナ９を制御することにより、加工対象物１０の表面における照射スポットＳＰの位置を変更することができる。

【0070】

また、プロセッサ６のハードウェア構成は種々の変形が可能である。プロセッサ６は、アナログ演算回路及びデジタル演算回路のうちの少なくとも一方を用いて構成することが可能である。プロセッサ６は、１つのプロセッサで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせで構成されてもよい。プロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device:ＰＬＤ）、及び専用電気回路等が含まれる。ＣＰＵは、周知のとおりメモリに記憶されたソフトウエア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサである。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の、製造後に回路構成を変更可能なプロセッサである。専用電気回路は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである。

【0071】

上記説明によって以下の技術を把握することができる。
［付記項１］
加工対象物に複数の超短パルスレーザ光を照射することにより穴又は溝を加工するレーザ加工装置であって、
前記超短パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記超短パルスレーザ光のパルスエネルギを制御するプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、加工中に、加工深さに応じて前記パルスエネルギを変更する
レーザ加工装置。
［付記項２］
前記プロセッサは、前記加工深さが深くなるほど前記パルスエネルギを増加させる
付記項１に記載のレーザ加工装置。
［付記項３］
前記加工深さと、前記超短パルスレーザ光が照射される照射スポットの表面積との関係を表すデータを記憶したメモリをさらに備え、
前記プロセッサは、加工中に、前記データに基づいて前記パルスエネルギを変更することにより、前記超短パルスレーザ光のパワー密度のピーク値を一定の範囲内とする
付記項１又は付記項２に記載のレーザ加工装置。
［付記項４］
前記範囲の上限は、前記加工対象物の表面に前記超短パルスレーザ光を照射した場合における光侵入長を考慮して算出される値である
付記項３に記載のレーザ加工装置。
［付記項５］
前記範囲の上限は、加工中に、熱加工が生じず、アブレーションのみが生じる前記パワー密度のピーク値の上限である
付記項３又は付記項４に記載のレーザ加工装置。
［付記項６］
付記項１から付記項５のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて前記溝を加工することにより切断面が形成された前記加工対象物からなる加工物であって、
前記切断面は、アブレーションで形成された面である
加工物。
［付記項７］
前記切断面が有するバリの長さは、１μｍ以下である
付記項６に記載の加工物。
［付記項８］
前記切断面の加工方向の長さが１００μｍである場合、前記切断面のエッジの角度は、８０°以上１４５°以下の範囲内である
付記項６又は付記項７に記載の加工物。
［付記項９］
前記切断面の加工方向の長さが３００μｍである場合、前記切断面のエッジの角度は、８７°以上１１５°以下の範囲内である
付記項６又は付記項７に記載の加工物。
［付記項１０］
前記切断面の加工方向の長さが７００μｍである場合、前記切断面のエッジの角度は、８９°以上１０２°以下の範囲内である
付記項６又は付記項７に記載の加工物。

【符号の説明】

【0072】

２ レーザ加工装置
３ レーザ装置
４ 集光レンズ
５ 移動ステージ
６ プロセッサ
７ メモリ
８ 入力装置
９ ガルバノスキャナ
１０ 加工対象物
２０ 加工物
２１ 切断面
２２ バリ
２３ エッジ
３０ 固体レーザ
３１ アッテネータ
３２ 波長変換ユニット
７０ プログラム
７１ データ
Ｄ 加工深さ
Ｅ 一定の範囲
Ｌ 光侵入長
Ｐ パワー密度
Ｐ_ｍ ピーク値
ＰＬ パルスレーザ光
Ｒ 加工レート
Ｓ 表面積
ＳＰ 照射スポット
ＴＨ１ 加工閾値
ＴＨ２ 熱加工閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】