特開 2024-78349 表面処理装置

(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】P2024078349

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】表面処理装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/361 20140101AFI20240603BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20240603BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

B23K26/361

B23K26/082

B23K26/067

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190857

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000198318

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ検査計測

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】松坂 文夫

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD03

4E168AD18

4E168CB04

4E168DA28

4E168DA40

4E168DA45

4E168EA05

4E168EA15

4E168EA17

4E168JA04

(57)【要約】

【課題】加工品質及び処理速度の向上を図ることができる表面処理装置を提供する。
【解決手段】表面処理装置１は、物体Ｍの表面にレーザ光を照射して物体Ｍの表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置であって、レーザ光Ｌ０を発振するレーザ発振器２と、発振されたレーザ光Ｌ０を複数の分岐レーザ光Ｌｎに分岐させる回折光学素子３と、分岐レーザ光Ｌｎを物体Ｍの表面の所定の方向に走査させるスキャナ機構４と、回折光学素子３及びスキャナ機構４を備えた照射ヘッド５と、を含んでいる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体の表面にレーザ光を照射して前記物体の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、
前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
発振された前記レーザ光を複数の分岐レーザ光に分岐させる回折光学素子と、
前記分岐レーザ光を前記物体の表面の所定の方向に走査させるスキャナ機構と、
を含むことを特徴とする表面処理装置。

【請求項2】

前記回折光学素子は、前記分岐レーザ光が直線状に配列するように構成されている、請求項１に記載の表面処理装置。

【請求項3】

前記回折光学素子は、前記分岐レーザ光が多角形状に配列するように構成されている、請求項１に記載の表面処理装置。

【請求項4】

前記回折光学素子を前記レーザ光に対して垂直な面で回転させて前記分岐レーザ光の間隔を調整する調整機構を備える、請求項１に記載の表面処理装置。

【請求項5】

前記回折光学素子は、隣接する前記分岐レーザ光の波形が裾野部分で重複するように構成されている、請求項１に記載の表面処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面処理装置に関し、特に、レーザ光を照射して物体の表面における被膜や付着物等の除去を行う表面処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を利用した表面処理装置は、レーザ光を対象物に照射したときに生じるアブレーション（蒸散）現象を利用して物体の表面における被膜や付着物等の除去を行う装置である。アブレーションは、レーザ光により表面物質が瞬時に蒸発・気化することにより高圧のプラズマ気体が表面近傍に局在し、その幅射熱により表面物質が加熟溶融・軟化し、 溶融・軟化した物質がプラズマ圧力により爆発的に取り去られる現象である。

【0003】

かかる表面処理装置は、レーザ強度が大きくなるとプラズマ密度が上昇し、幅射熱・圧力が増大し、効率的なアブレーションを期待することができる。

【0004】

なお、レーザ光を利用した表面処理装置としては、例えば、特許文献１に記載されたレーザ加工装置が知られている。特許文献１には、レーザ光源より供給されたレーザ光を処理対象の構造物の表面に照射するためのヘッド部と、前記ヘッド部に収容されて、レーザ光の照射分布をより広くするための回折光学素子と、を備えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－３２４４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、レーザ強度を大きくすると、加工量が大きく加工痕（照射痕）が残るという問題がある。このとき、レーザ出力を調整し、レーザ強度を小さくすることも考えられるが、その分だけ低速化し、処理速度が低下するという問題が生じる。

【0007】

本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、加工品質及び処理速度の向上を図ることができる表面処理装置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】

本発明によれば、物体の表面にレーザ光を照射して前記物体の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、発振された前記レーザ光を複数の分岐レーザ光に分岐させる回折光学素子と、前記分岐レーザ光を前記物体の表面の所定の方向に走査させるスキャナ機構と、を含むことを特徴とする表面処理装置が提供される。

【0009】

前記回折光学素子は、前記分岐レーザ光が直線状に配列するように構成されていてもよい。

【0010】

前記回折光学素子は、前記分岐レーザ光が多角形状に配列するように構成されていてもよい。

【0011】

前記表面処理装置は、前記回折光学素子を前記レーザ光に対して垂直な面で回転させて前記分岐レーザ光の間隔を調整する調整機構を備えていてもよい。

【0012】

前記回折光学素子は、隣接する前記分岐レーザ光の波形が裾野部分で重複するように構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0013】

上述した本発明に係る表面処理装置によれば、回折光学素子を用いてレーザ光を所定の配列に分岐させることにより、レーザ出力の大きいレーザ発振器を使用した場合であっても、分岐レーザ光の個々のレーザ強度を小さくすることができ、加工痕（照射痕）を低減することができる、加工品質の向上を図ることができる。また、分岐レーザ光を物体の表面でスキャンさせることにより一回のスキャン当たりの加工面積を大きくすることができ、処理速度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第一実施形態に係る表面処理装置を示す全体構成図である。

【図2】分岐レーザ光の配列を示す説明図であり、（Ａ）は第一例、（Ｂ）は第二例、を示している。

【図3】分岐レーザ光の波形に関する説明図であり、（Ａ）は分岐レーザ光の配列、（Ｂ）は分岐レーザ光の波形、を示している。

【図4】分岐レーザ光の配列を示す説明図であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、を示している。

【図5】本発明の第二実施形態に係る表面処理装置を示す全体構成図である。

【図6】分岐レーザ光の間隔調整方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図１～図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る表面処理装置を示す全体構成図である。図２は、分岐レーザ光の配列を示す説明図であり、（Ａ）は第一例、（Ｂ）は第二例、を示している。図３は、分岐レーザ光の波形に関する説明図であり、（Ａ）は分岐レーザ光の配列、（Ｂ）は分岐レーザ光の波形、を示している。

【0016】

本発明の第一実施形態に係る表面処理装置１は、例えば、図１に示したように、物体Ｍの表面にレーザ光を照射して物体Ｍの表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置であって、レーザ光Ｌ０を発振するレーザ発振器２と、発振されたレーザ光Ｌ０を複数の分岐レーザ光Ｌｎに分岐させる回折光学素子３と、分岐レーザ光Ｌｎを物体Ｍの表面の所定の方向に走査させるスキャナ機構４と、回折光学素子３及びスキャナ機構４を備えた照射ヘッド５と、を含んでいる。

【0017】

なお、本明細書及び図面において、説明の便宜上、物体Ｍの表面で分岐レーザ光Ｌｎのスキャン方向をＸ軸、物体Ｍの表面で分岐レーザ光Ｌｎのスキャン方向に垂直な方向をＹ軸、物体Ｍの表面に垂直な方向をＺ軸と定義する。

【0018】

表面処理装置１は、例えば、拡散接合面の仕上げ加工、高速酸化膜の除去、金型の洗浄、塗膜・被膜の除去、錆取り等の種々の用途に用いられる。表面処理装置１は、例えば、パルスエネルギー：１ｍＪ以上、集光性（Ｍ^２）：１．６以下、ピーク出力：７ｋＷ以上の特性を有している。かかる特性を有する表面処理装置１は、アブレーションの効率が高く、難加工の材質にも対応することができる。

【0019】

レーザ発振器２は、例えば、１００～２００ｋＨｚのガウシアンビームを発振可能なパルスファイバーレーザ発振器である。レーザ発振器２で発振されたレーザ光はデリバリファイバー２１を介して照射ヘッド５に案内される。レーザ発振器２からデリバリファイバー２１を介して伝送されるレーザ光は、照射ヘッド５内に配置されたビームエキスパンダ６によりビーム径が調節される。

【0020】

回折光学素子３は、平板の光学素子(ガラスや樹脂)に回折パターンを彫り込んだ素子である。回折を利用してレーザ光を分岐することができる。回折光学素子３は、分岐度数・分岐間隔・分岐方向・出力配分の自由度が高いという特性を備えている。

【0021】

回折光学素子３は、例えば、図２（Ａ）に示したように、レーザ光Ｌ０を５つの分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５（Ｌｎのｎは１～５の整数）に分岐される。回折光学素子３には、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５を直線状に配列するように回折パターンが形成されている。分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５は、例えば、均等な光径を有し、均等な間隔Ｄに列される。分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５は、例えば、スキャン方向Ｓに垂直な方向Ｔに延びる直線上に配列される。

【0022】

なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、レーザ光Ｌ０が回折光学素子３に入射される方向から図示したものであり、説明の便宜上、回折光学素子３を点線で図示してある。また、スキャン方向Ｓとは、スキャナ機構４で屈折された後のＸ軸方向を意味している。

【0023】

また、回折光学素子３は、例えば、図２（Ｂ）に示したように、レーザ光Ｌ０を９つの分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ９（Ｌｎのｎは１～９の整数）に分岐させるように構成されてもよい。回折光学素子３には、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ９を直線状に配列するように回折パターンが形成されている。分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ９は、例えば、均等な光径を有し、均等な間隔Ｄに列される。分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ９は、例えば、スキャン方向Ｓに垂直な方向に延びる直線上に配列される。

【0024】

このように、回折光学素子３の回折パターンは任意に構成することができ、レーザ光Ｌ０を分岐させる分岐数及び分岐間隔は任意に設定することができる。例えば、レーザ光Ｌ０を複数に分岐させることにより、分岐レーザ光Ｌｎの平均出力をレーザ光Ｌ０の出力よりも小さくすることができる。また、レーザ光Ｌ０を同じ光径の分岐レーザ光Ｌｎに分岐させれば照射幅を大きくすることができる。

【0025】

回折光学素子３は、図３（Ｂ）に示したように、隣接する分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ９の波形が裾野部分Ｆ（図の点線で囲んだ範囲）で重複するように構成されていてもよい。図３（Ｂ）に図示した波形は、図３（Ａ）に示したように、レーザ光Ｌ０を９つの分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ９に分岐させた場合の波形を示している。かかる構成により、レーザ強度分布の均一化を図ることができる。なお、図３（Ｂ）において、横軸は距離、縦軸は出力を示している。

【0026】

スキャナ機構４は、例えば、レーザ光を反射するガルバノミラー４１と、ガルバノミラー４１を回転又は往復回動させる駆動モータ４２と、を備えている。ガルバノミラー４１及び駆動モータ４２の構成は図示した構成に限定されるものではない。また、照射ヘッドないに複数のスキャナ機構４を配置してもよい。複数のスキャナ機構４を組み合わせることにより、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５の照射方向を任意に調整することができる。

【0027】

照射ヘッド５は、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５の通り道に配置されたｆθレンズ５１を備えている。ｆθレンズ５１は、レンズの屈折率を利用して、入射された分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５を物体Ｍの表面に対して垂直に集光して照射する機能を有している。なお、図１では、説明の便宜上、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ５の光路を簡略化して図示してある。

【0028】

照射ヘッド５の筐体５２内には、ビームエキスパンダ６、回折光学素子３、スキャナ機構４等の機器が収容される。なお、照射ヘッド５の構成は図示した構成に限定されるものではない。

【0029】

次に、分岐レーザ光Ｌｎの配列方法の変形例について、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図４は分岐レーザ光の配列を示す説明図であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、を示している。

【0030】

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した変形例は、回折光学素子３を分岐レーザ光Ｌｎが多角形状に配列されるように構成したものである。このように、分岐レーザ光Ｌｎで囲んだ領域を形成することにより、アブレーション効果により塗膜等を剥離する領域を拡張することができる。

【0031】

図４（Ａ）に示した第一変形例は、レーザ光Ｌ０を４つの分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ４に分岐し、一点鎖線で図示したように、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ４を四角形の角部に配列したものである。また、図４（Ｂ）に示した第二変形例は、レーザ光Ｌ０を６つの分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ６に分岐し、分岐レーザ光Ｌ１～Ｌ４を四角形の角部に配列したものである。なお、これらの変形例は単なる一例であり、図示した配列に限定されるものではない。

【0032】

次に、本発明の第二実施形態に係る表面処理装置１について図５及び図６を参照しつつ説明する。ここで、図５は、本発明の第二実施形態に係る表面処理装置を示す全体構成図である。図６は、分岐レーザ光の間隔調整方法を示す説明図である。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

【0033】

本発明の第二実施形態に係る表面処理装置１は、回折光学素子３をレーザ光Ｌ０に対して垂直な面（図のＹＺ平面）で回転させて分岐レーザ光Ｌｎの間隔を調整する調整機構７を備えている。その他の構成については、上述した第一実施形態に係る表面処理装置１と同じであるためここでは詳細な説明を省略する。

【0034】

調整機構７は、回折光学素子３を照射ヘッド５の筐体５２に装着したまま回転可能な機構であってもよいし、回折光学素子３を照射ヘッド５の筐体５２から取り外して角度を変えて装着可能な構成であってもよい。

【0035】

図７に示したように、スキャン方向Ｓに垂直な方向Ｔに対して角度θだけ回折光学素子３を回転させると、分岐レーザ光Ｌｎの配列方向の間隔をＤとすれば、分岐レーザ光Ｌｎのスキャン方向Ｓの間隔Ｄ′をＤｃｏｓθに短縮することができる。このように回折光学素子３を回転させることにより、分岐レーザ光Ｌｎのエネルギー密度や照射幅を調整することができる。

【0036】

次に、上述した実施形態にかかる表面処理装置１の用途の観点から回折光学素子３について説明する。

【0037】

（１）加工痕の制御
錆除去等の基盤材料上にある付着物質を取り去るときはレーザエネルギーをＥｃ＜Ｅｌ＜Ｅｓとなるように設定する。ここで、Ｅｃ：除去対象物質の最小アブレーションエネルギー密度（Ｊ／ｍ^２）、Ｅｌ:レーザエネルギー密度（Ｊ／ｍ^２）、Ｅｓ：基盤材料のアブレーションエネルギー密度（Ｊ／ｍ^２）である。Ｅｃ＜Ｅｓの条件が成り立つ場合、基盤材料はアブレーションされずに付着物質のみが除去され、基盤材料を傷つけずに施工することができる。

【0038】

例えば、Ｅｓがレーザ発振器２の最大運転時の１／１０のパルスエネルギーであるとすると、上式を満足するためにはレーザ出力を１／１０に落とさなければならない。レーザ光に強度分布が存在するガウシアンビームでは、光軸の中心部では上式を満たしても光軸の周辺部ではＥｌが低下してＥｃを下回る場合があり得る。ＥｌがＥｃを下回る範囲ではアブレーションが起こらないため、投入したエネルギーが除去に使用されず無駄となるうえに対象物の温度上昇を招くこととなる。

【0039】

また、照射範囲のうちＥｃ＜Ｅｌの比率を増大させる手段としてはＥｌを増やせばよいが、一方で最大エネルギーの領域でＥｓを超えないようにしなければならない。したがって、調整可能なエネルギー範囲が狭く、条件を満足させることに留意するとアブレーションに有効なエネルギー比率は低下し、温度上昇と効率の低下を招く。また、最大運転での効率低下は表面温度のかなりの上昇を招くため酸化等の品質低下を招く可能性もある。

【0040】

また、エネルギー密度を落とすために照射径を広げる場合、ナノ秒パルスのファイバーレーザにおいてはクレータ状に照射痕が残る傾向があり、照射径の増大が光軸の中心部と周辺部との除去量差を大きくし、クレータが大きく形成されることになりかねない。

【0041】

これらの問題を解決するためには、（ａ）レーザ強度分布の均一化によりＥｃ＜Ｅｌの範囲を確保すること、（ｂ）照射径の増大に頼らずに条件の適正化により運用の自由度を向上すること、（ｃ）比較的小径のアブレーションにより大きなクレータ状の照射痕の形成を避けること、が必要となる。

【0042】

上述した実施形態にかかる表面処理装置１では、この（ａ）～（ｃ）を満足させるために回折光学素子３を使用している。回折光学素子３は光の干渉性を活用してレーザ光の電磁界分布を変形させる。回折光学素子３は、基本的にはレーザ光の伝搬方向と強度分配率を自由に制御して種々のパターンを形成するものである。例えば、分光用の回折格子のような一定間隔の構であればレーザ渡長に応じた多次の回折光を直線状に配列することができる。

【0043】

例えば、Ｅｓがレーザ発振器２の最大運転時の１／１０のパルスエネルギーであるとすると、回折光学素子３により１０分岐することにより適正なエネルギーに調整することができる。分岐数を選択する自由度が増えることにより、照射条件（照射径、レーザ周波数、スキャン速度、加工速度、スキャン幅等）の選択肢が増え、運用上の利使性が向上する。また、分岐パターンを直線状又は多角形状に配列することによりガウシアンビームの強度分布の裾野部分同士が重なり合うことでレーザ強度分布の均一化を図ることができる。

【0044】

回折光学素子３の分岐数は自由度があり、例えば、１００分岐等の多数の分岐レーザ光を生成することも可能である。これにより分岐レーザ光の個々のレーザエネルギーは１／分割数となるが、個々の照射径を小さく設定できることを意味し、クレータの形成を回避しやすくすることができる。

【0045】

（２） 高速移動対象への適用
レーザ発振器２は、例えば、１００～２００ｋＨｚのパルス動作である。レーザ発振器２の周波数が１００ｋＨｚの場合は１０μｓ毎に１回レーザ照射される。１６０ｍｍレンズで得られるレーザ照射径は５０μｍであるが、充填率１００％で隙間なく照射するためには５ｍ／ｓ以下のスキャン速度に設定する必要がある。スキャン幅を５０ｍｍとした場合は、スキャナ機構４のスキャン周波数は往復移動を考慮すると５０Ｈｚ以下としなければならず、加工速度は２．５ｍｍ／ｓ以下になってしまう。

【0046】

また、レーザ発振器２の周波数が２００ｋＨｚでレーザ照射径が１００μｍの場合、充填率１００％で隙間なく照射すると、２０ｍ／ｓの最速のスキャン速度が得られる。このとき、スキャナ機構４のスキャン周波数はスキャン幅５０ｍｍで２００Ｈｚであり、加工速度は２０ｍｍ／ｓとなる。実際の運用では１００％以下の充填率で施工可能な場合も多いが、高速ラインで１回しか照射できないケースでは充填率を落とすと未施工部分ができてしまうため、これらの速度が限界となってくる。

【0047】

回折光学素子３により、レーザ光を１０分割して直線状に配列することにより１スキャンの施工幅を光径５０μｍの１０倍の５００μｍに設定することができ、施工速度は１０倍まで対応可能となる。例えば、スキャン幅が５０ｍｍの場合、加工速度を２５ｍｍ／ｓまで高速化することができる。

【0048】

回折光学素子３を使用せずに照射径を調整して対応しようとする場合、同じエネルギー密度の確保を前提とすると、同様の速度を確保できるが、１６０μｍ程度の照射径となり、照射痕への影響が懸念される。

【0049】

また、高速移動する対象物では、照射幅は小さい（例えば、１０ｍｍ程度）の場合も多い。レーザ周波数１００ｋＨｚ、スキャン幅１０ｍｍ、照射径５０μｍの場合、スキャン周波数２５０Ｈｚ、加工速度１２．５ｍｍ／ｓとなるが、レーザ光を１０分岐させれば加工速度を１２５ｍｍ／ｓまで高速化することができる。

【0050】

これを照射径で対応する場合、スキャン速度１６ｍ／ｓで、充填率から計算上は８００Ｈｚまでスキャン周波数を上げられるが、ガルバノスキャナの性能上３００Ｈｚが限界のため、加工速度は４８ｍｍ／ｓに制限され、回折光学素子３の方が加工速度の高速化に有利である。

【0051】

さらに、線状の対象（例えば、２ｍｍ径の針金等）では分岐数を４０としてガルバノスキャン無し（駆動モータ４２を作動させない）といった連用も可能である。この場合、５０００ｍｍ／ｓの加工速度を得ることができる。また、照射径１２．５μｍ、１６０分割とすればエネルギー密度を確保しつつ、加工速度は１２５０ｍｍ／ｓまで確保することができる。このように、照射幅が狭い対象物に対しても回折光学素子３を利用することは有利である。

【0052】

（３）レーザ出力の高出力化に対する適用
加工速度を速くするためには、レーザ発振器２の高出力化が不可欠である。一方で、大出力のレーザでは入熱が過大となり、材料が酸化してしまい、除去目的を達成できないことも考えられる。

【0053】

例えば、１００Ｗの表面処理装置１は平均出力が１００Ｗであるが、パルスレーザのピーク時の出力は７ｋＷと非常に高いにもかかわらず酸化は発生していない。これはパルスの継続時間が２００ｎｓと非常に短時間のためであることと、平均出力が低いため蓄熱量が小さく酸化温度に達しないことによるものである。加えて、高いピークパワーによるレーザアブレーションの効果により入熱が蒸散する物質とともに取り去られるので、材料にとどまる熱量自体も抑えられるためである。

【0054】

したがって、７ｋＷのパワーを入れること自体は酸化の要因とはならず、アブレーション効果も期待できるものとなるが、それを長時間継続することで蓄熱し、材料の温度上昇を招くことが酸化の要因となることが予測される。

【0055】

本実施形態にかかる表面処理装置１は、この蓄熱を回避する手段として回折光学素子３を使用することができる。レーザ発振器２が発振するレーザ光Ｌ０を回折光学素子３で分岐させることにより、レーザ光Ｌ０が高出力化した場合であっても分岐レーザ光Ｌｎのエネルギー密度を調整することができ、物体表面の蓄熱を回避することができる。

【0056】

次に、上述した実施形態にかかる表面処理装置１の使用例の観点に基づいて説明する。

【0057】

（１）拡散接合用途における銅表面の接合前処理・金型クリーニング
銅は表面酸化の速度が速く８時間程度で数１０ｎｍの酸化膜形成が進むとされる。このため拡散接合やロウ付け等の酸化被膜の存在が接合品質に大きくかかわる接合では、その除去は接合直前に（酸化進行前に）実施する必要がある。一般的に薬剤を用いる例が多いが、上述した実施形態にかかる表面処理装置１を用いることでドライプロセスとすることができ、薬剤処理の環境面のデメリットを回避することができる。

【0058】

また、上述した実施形態にかかる表面処理装置１による場合、銅表面自体を除去しないためにはレーザ平均出力を抑えた条件での施工が必要となる。この場合４～５分岐の直列配置とすることにより、１回の照射幅を４～５倍に拡大し、加工速度を高速化することができる。また、金型クリーニングについても同様に高速化を行うことができる。

【0059】

（２）引き抜き線材の酸化膜除去
引き抜き線材は圧延後酸化膜が付着している場合がある。線径が２ｍｍ程度で５０ｍ／ｍｉｎで引き抜いている場合、スキャン動作は全く不可能である。これを回折光学素子３により４０分岐して照射幅を５０μｍから２ｍｍに拡大することで、スキャン無し（駆動モータ４２の動作なし）での施工が可能となる。５ｍ／ｓ（３００ｍ／ｍｉｎ）まで高速化可能であることから、１点当たりのビーム径を抑えて分岐数を増やすことにより、エネルギー密度の確保も可能である。例えば、１００分岐、分岐レーザ光Ｌｎの光径を２０μｍとすることにより、４０分岐に比べてエネルギー密度を２．５倍にすることができる。

【0060】

（３）塗膜除去
塗膜除去に多角形状配列の回折光学素子３を用いて効率化を図ることができる。塗膜（塗装膜）では１照射で１０～５０μｍ程度の除去が可能であるので、図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示した変形例のパターンでは、分岐レーザ光Ｌｎで囲んだ中心部に衝撃波が伝搬し、１照射当たりの塗膜除去面積を拡大することができる。

【0061】

上述した実施形態にかかる表面処理装置１によれば、回折光学素子３を用いてレーザ光Ｌ０を所定の配列に分岐させることにより、レーザ出力の大きいレーザ発振器２を使用した場合であっても、分岐レーザ光Ｌｎの個々のレーザ強度を小さくすることができ、加工痕（照射痕）を低減することができ、加工品質の向上を図ることができる。また、分岐レーザ光Ｌｎを物体Ｍの表面でスキャンさせることにより一回のスキャン当たりの加工面積を大きくすることができ、処理速度の向上を図ることができる。

【0062】

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0063】

１ 表面処理装置
２ レーザ発振器
３ 回折光学素子
４ スキャナ機構
５ 照射ヘッド
６ ビームエキスパンダ
７ 調整機構
２１ デリバリファイバー
４１ ガルバノミラー
４２ 駆動モータ
５１ ｆθレンズ
５２ 筐体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】