特開 2025-37169 レーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法

(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】P2025037169

(43)【公開日】2025-03-17

(54)【発明の名称】レーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/122 20140101AFI20250310BHJP

【ＦＩ】

B23K26/122

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023143979

(22)【出願日】2023-09-05

(71)【出願人】

【識別番号】516127581

【氏名又は名称】旭光通商株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100133411

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 龍郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067677

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 彰司

(72)【発明者】

【氏名】大津 信之

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168CB04

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA32

4E168DA47

4E168EA15

4E168FB07

4E168JA14

4E168JA17

4E168JB05

4E168KA08

(57)【要約】

【課題】 レーザ加工時における加工精度を維持しつつ、加工品質を確保することが可能なレーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法の提供。
【解決手段】本発明に係るレーザ加工システム１は、容器１０と、光透過部材２０と、レーザ照射装置３０とを備えている。容器１０は、レーザ光ＬＢを透過可能な液状媒体ＦＤを貯留するとともに、被加工物Ｗを液状媒体ＦＤ中に配置した状態で収容する。光透過部材２０は、液状媒体ＦＤに接触する接触面２０Ａａと、液状媒体ＦＤに非接触な非接触面２０Ａｂとを有している。レーザ照射装置３０は、レーザ光ＬＢを光透過部材２０及び液状媒体ＦＤの順で通過させて被加工物Ｗの内部に照射する。液状媒体ＦＤ及び光透過部材２０は、被加工物Ｗと同等の屈折率を有している。レーザ照射装置３０から照射されるレーザ光ＬＢは、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を用いて被加工物の内部を加工するレーザ加工システムであって、
液状媒体を貯留するとともに、前記被加工物を前記液状媒体中に配置した状態で収容する容器と、
前記液状媒体に接触する接触面と、該接触面とは反対側で前記液状媒体に非接触な非接触面とを有し、前記レーザ光を透過可能な光透過部材と、
前記レーザ光を前記光透過部材及び前記液状媒体の順で通過させて前記被加工物の内部に照射するレーザ照射装置と、
を備え、
前記液状媒体及び前記光透過部材は、前記被加工物と同等の屈折率を有し、
前記レーザ照射装置は、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である前記レーザ光を照射する、レーザ加工システム。

【請求項2】

前記レーザスポット径が、１μｍ以下である、請求項１に記載のレーザ加工システム。

【請求項3】

前記レーザ照射装置は、周波数が１００ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下であり、ピーク出力が１Ｗ以下である前記レーザ光を照射する、請求項１に記載のレーザ加工システム。

【請求項4】

前記レーザ照射装置は、波長が１１００ｎｍ以下である前記レーザ光を照射する、請求項１に記載のレーザ加工システム。

【請求項5】

前記光透過部材は、前記容器の底部又は側壁部を構成する部材である、請求項１～４の何れか１項に記載のレーザ加工システム。

【請求項6】

前記被加工物は、光透過性を有する樹脂部材からなる、請求項１～４の何れか１項に記載のレーザ加工システム。

【請求項7】

レーザ加工システムを用いて加工される内部領域を有する被加工物であって、
前記レーザ加工システムは、
液状媒体を貯留するとともに、前記被加工物を前記液状媒体中に配置させた状態で収容する容器と、
前記液状媒体に接触する接触面と、該接触面とは反対側で前記液状媒体に非接触な非接触面とを有し、レーザ光を透過可能な光透過部材と、
前記レーザ光を前記光透過部材及び前記液状媒体の順で通過させて前記内部領域に照射するレーザ照射装置と、
を備え、
前記液状媒体及び前記光透過部材は、前記被加工物と同等の屈折率を有し、
前記レーザ照射装置は、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である前記レーザ光を照射する、被加工物。

【請求項8】

レーザ加工システムを用いて被加工物の内部を加工するレーザ加工方法であって、
前記レーザ加工システムは、
液状媒体を貯留するとともに、前記被加工物を前記液状媒体中に配置させた状態で収容する容器と、
前記液状媒体に接触する接触面と、該接触面とは反対側で前記液状媒体に非接触な非接触面とを有し、レーザ光を透過可能な光透過部材と、
前記レーザ光を照射するレーザ照射装置と、
を備え、
前記液状媒体及び前記光透過部材は、前記被加工物と同等の屈折率を有し、
前記レーザ加工方法は、
前記被加工物を前記容器内の前記液状媒体中に配置する被加工物配置工程と、
前記被加工物配置工程を行った後、前記レーザ光を前記光透過部材及び前記液状媒体の順で通過させて前記被加工物の内部に照射するレーザ照射工程と、
を含み、
前記レーザ照射工程は、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である前記レーザ光を照射する工程を含む、レーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法に関し、特に、レーザ光を用いて被加工物の内部を加工するレーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、被加工物の内部を加工する技術として、大気中で被加工物にレーザ光を照射する手法が広く知られている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、このような手法では、被加工物におけるレーザ光の入射面が、非平面な形状（例えば、湾曲面形状）であると、レーザ光が被加工物に入射した際に屈折するため、集光位置のズレなどが原因で加工精度が低下するという問題があった。

【0003】

そこで、このような問題を解消するべく、例えば、特許文献２に記載のレーザ加工システムが提案されている。
特許文献２に記載のレーザ加工システムは、被加工物（立体物、例えば、ガラス）に接触する液体又は弾性体からなる屈折率調整層（例えば、水）と、屈折率調整層に接触する光導波部材（例えば、ガラス）と、レーザ照射装置（レーザ加工機）とを備え、屈折率調整層及び光導波部材を介して被加工物にレーザ光を照射するように構成されたものである。

【0004】

このようなレーザ加工システムによれば、被加工物の入射面形状に左右されることなく、目標位置（設計位置）にレーザ光を集光することができるので、加工精度を向上させることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－０９０８４９号公報

【特許文献2】特開２０１７－１４４４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述したような被加工物としては、例えば、撮像レンズに代表される樹脂製の光学素子がある。
このような光学素子では、レーザ光を照射することによって、これが集光された部位を、発熱後に炭化させることで黒色に変色させることができるので、その内部に、所望の形状の遮光領域（表層部や内部で反射する不要光を遮光する領域）等を形成することが可能である（例えば、特許文献１）。

【0007】

しかしながら、光学素子をレーザ加工する場合、例えば、レーザ光の集光強度が弱すぎると、炭化不良等が原因で鮮明な黒色に変色させることができず、これとは逆に、その集光強度が強すぎると、レーザ光の集光位置付近にクラックが生じたり、表層にコーティングが施されている場合にあってはこれが損傷するなどの不具合が生じやすい。

【0008】

したがって、このような不具合を是正するため、レーザ光の集光強度等を調整（例えば、レーザ光のパルス幅等の調整）する必要があるが、当該調整は、レーザ照射装置の操作に熟練した者であっても困難な場合が少なくなく、斯かる場合、加工品質が低下するという問題があった。なお、このことは、光学素子以外の被加工物をレーザ加工する場合においても同様である。

【0009】

このような事情を踏まえると、特許文献１に記載のレーザ加工システムは、加工精度の向上に寄与しているものの、レーザ光の集光強度等の調整について何ら考慮されていないため、加工品質の向上を図る観点から、十分とはいい難く、未だ改善の余地があるものといえる。

【0010】

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、レーザ加工時における加工精度を維持しつつ、加工品質を確保することが可能なレーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者は、上述したような問題を解消するべく鋭意検討した結果、特に、レーザ光のパルス幅及びレーザスポット径のバランスが、加工品質に大きく影響していることを見出し、本発明を完成させるに至った。
以下、本発明に係るレーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法について説明する。

【0012】

本発明に係るレーザ加工システムは、レーザ光を用いて被加工物の内部を加工するレーザ加工システムであって、液状媒体を貯留するとともに前記被加工物を前記液状媒体中に配置した状態で収容する容器と、前記液状媒体に接触する接触面と、該接触面とは反対側で前記液状媒体に非接触な非接触面とを有し、前記レーザ光を透過可能な光透過部材と、前記レーザ光を前記光透過部材及び前記液状媒体の順で通過させて前記被加工物の内部に照射するレーザ照射装置と、を備え、前記液状媒体及び前記光透過部材は、前記被加工物と同等の屈折率を有し、前記レーザ照射装置は、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である前記レーザ光を照射する、ものである。

【0013】

なお、前記レーザ加工システムに係る発明においては、前記レーザスポット径が、１μｍ以下である、と好適である。

【0014】

また、前記レーザ加工システムに係る発明においては、前記レーザ照射装置は、周波数が１００ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下であり、ピーク出力が１Ｗ以下である前記レーザ光を照射する、と好適である。

【0015】

さらに、前記レーザ加工システムに係る発明においては、前記レーザ照射装置は、波長が１１００ｎｍ以下である前記レーザ光を照射する、と好適である。

【0016】

また、前記レーザ加工システムに係る発明においては、前記光透過部材は、前記容器の底部又は側壁部を構成する部材である、と好適である。

【0017】

さらに、前記レーザ加工システムに係る発明においては、前記被加工物は、光透過性を有する樹脂部材からなる、と好適である。

【0018】

本発明に係る被加工物は、レーザ加工システムを用いて加工される内部領域を有する被加工物であって、前記レーザ加工システムは、液状媒体を貯留するとともに、前記被加工物を前記液状媒体中に配置させた状態で収容する容器と、前記液状媒体に接触する接触面と、該接触面とは反対側で前記液状媒体に非接触な非接触面とを有し、レーザ光を透過可能な光透過部材と、前記レーザ光を前記光透過部材及び前記液状媒体の順で通過させて前記内部領域に照射するレーザ照射装置と、を備え、前記液状媒体及び前記光透過部材は、前記被加工物と同等の屈折率を有し、前記レーザ照射装置は、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である前記レーザ光を照射する、ものである。

【0019】

本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ加工システムを用いて被加工物の内部を加工するレーザ加工方法であって、前記レーザ加工システムは、液状媒体を貯留するとともに、前記被加工物を前記液状媒体中に配置させた状態で収容する容器と、前記液状媒体に接触する接触面と、該接触面とは反対側で前記液状媒体に非接触な非接触面とを有し、レーザ光を透過可能な光透過部材と、前記レーザ光を照射するレーザ照射装置と、を備え、前記液状媒体及び前記光透過部材は、前記被加工物と同等の屈折率を有し、前記レーザ加工方法は、前記被加工物を前記容器内の前記液状媒体中に配置する被加工物配置工程と、前記被加工物配置工程を行った後、前記レーザ光を前記光透過部材及び前記液状媒体の順で通過させて前記被加工物の内部に照射するレーザ照射工程と、を含み、前記レーザ照射工程は、パルス幅が２００ｆｓ以下であり、レーザスポット径が３μｍ以下である前記レーザ光を照射する工程を含む、ものである。

【発明の効果】

【0020】

以上のように、本発明に係るレーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法によれば、比較的簡易な構成でありながらも、レーザ加工時の加工精度を維持しつつ、加工品質の向上を確実に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明に係るレーザ加工システムの一実施形態を示す概略図である。

【図2】図２は、被加工物に照射されるレーザ光の挙動を説明するための説明図である。

【図3】図３は、本発明に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。

【図4】図４は、実施例１、実施例２及び比較例１～比較例６に係る試験を行った結果を示す表である。

【図5】図５は、図４の試験におけるパルス幅とレーザスポット径との関係を示すグラフである

【図6】図６は、図４の試験におけるパルス幅と周波数との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、図４の試験におけるパルス幅と波長との関係を示すグラフである。

【図8】図８は、実施例２に係る試験で使用した披加工物の画像図であり、（ａ）は試験前の状態を示す平面図、（ｂ）は試験後の状態を示す平面図である。

【図9】図９は、実施例２に係る試験で使用した他の被加工物の画像図であり、（ａ）は試験後の状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ部分を示す拡大平面図である。

【図10】図１０は、比較例１に係る試験で使用した披加工物の画像図であり、（ａ）は試験後の状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大平面図である。

【図11】図１１は、比較例1に係る試験で使用した他の被加工物の画像図であり、（ａ）は試験後の状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ部分を示す拡大平面図である。

【図12】図１２は、比較例１に係る試験で使用した他の被加工物の画像図であり、（ａ）は試験後の状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大平面図である。

【図13】図１３は、比較例１に係る試験で使用した他の被加工物の画像図であり、（ａ）は試験後の状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ部分を示す拡大平面図である。

【図14】図１４は、図１のレーザ加工システムの変形例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明のレーザ加工システム、これを用いて加工される被加工物、及びレーザ加工方法を、その好ましい一実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るレーザ加工システムの一実施形態を示す概略図、図２は、被加工物に照射されるレーザ光の挙動を説明するための説明図、図３は、本発明に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。

【0023】

＜レーザ加工システム１＞
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ加工システム１は、レーザ光ＬＢを用いて被加工物Ｗの内部を加工するためのシステムであり、容器１０と、光透過部材２０と、レーザ照射装置３０とを含んで構成されている。
なお、上記レーザ加工システム１と、レーザ光ＬＢと、被加工物Ｗと、容器１０と、光透過部材２０と、レーザ照射装置３０とが、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「レーザ加工システム」と、「レーザ光」と、「被加工物」と、「容器」と、「光透過部材」と、「レーザ照射装置」とに該当する。

【0024】

ここで、本実施形態において用いられる被加工物Ｗについて説明する。
本実施形態に係る被加工物Ｗは、撮像レンズ等の光学素子であり、透明又は半透明な樹脂部材（例えば、プラスチック）を用いて形成されている。
具体的に、被加工物Ｗは、平面形状が略円状で（図８等参照）、かつ断面形状が一方の面（図１の紙面上側の面）に向けて凸となる湾曲状に形成にされた板状部材であり、有効光線が通過可能な中央領域と、当該領域の周囲に配置される外周領域（以下、「コバ部Ｗａ」という）とを有している。なお、被加工物Ｗに係る光学素子は、樹脂部材に限られず、他の部材、例えば、光学ガラスであってもよい。

【0025】

コバ部Ｗａの内部には、レーザ加工を施すことによって、被加工物Ｗの表面（表層）や内部で反射した不要光を遮光するための遮光領域ＬＳが形成されている。遮光領域ＬＳを形成する方法（レーザ加工方法）についての詳しい説明は後述する。
これにより、例えば、被加工物Ｗの内部で反射する光（不要光）がコバ部Ｗａに向かった場合、この光を遮光領域ＬＳで遮光することが可能になる。その結果、本実施形態に係る被加工物Ｗでは、被加工物Ｗの表面や内部における迷光の反射を抑制することが可能なため、いわゆるゴーストやフレアを低減することができる。
なお、上記遮光領域ＬＳが特許請求の範囲に記載の「内部領域」に該当する。

【0026】

（容器１０）
容器１０は、液状部材ＦＤを貯留するとともに、被加工物Ｗを液状媒体ＦＤ中に配置した状態で収容するための装置である。
具体的に、容器１０は、上方が開口する中空箱状又は筒状に形成され、側壁部１０Ａと、底部１０Ｂとを有している。このような容器１０は、各種材料、例えば、樹脂部材や金属部材を用いて形成することが可能である。
なお、上記側壁部１０Ａと、底部１０Ｂとが、特許請求の範囲に記載の「側壁部」と、「底部」とに該当する。

【0027】

ここで、容器１０に貯留される液状媒体ＦＤについて説明する。
液状媒体ＦＤは、流動性を有し、レーザ光ＬＢが透過可能な媒体、すなわち、透明又は半透明な液体である。なお、ここでいう液体は、ゾル（コロイド溶液）を含む意味である。
液状媒体ＦＤとしては、例えば、水、シリコーン油やパラフィン油等の各種油、アルコール系溶剤（例えば、メチルアルコール）やエーテル系溶剤（例えば、ジエチルエーテル）等の有機溶剤、いわゆる屈折液を用いることができる。

【0028】

被加工物Ｗは、本実施形態において、一対の支持部材１１，１１により支持された状態で、容器１０内に収納されるように構成されている。
一対の支持部材１１，１１は、それぞれ、断面Ｌ字状に形成された下側支持部１１Ａ及び上側支持部１１Ｂを有し、下側支持部１１Ａ及び上側支持部１１Ｂの各上側の片の間に、被加工物Ｗの外縁部を挟み込んだ状態で、容器１０の底部１０Ｂに載置（配置）することが可能である。

【0029】

詳しくは後述するが、本実施形態では、液状媒体ＦＤ中に浸漬された被加工物Ｗにレーザ光ＬＢを照射することによって、当該被加工物Ｗの内部に遮光領域ＬＳが形成されるように構成されている。
液状媒体ＦＤは、上述したように、流動性を有する媒体であるため、被加工物Ｗが浸漬された際、当該被加工物Ｗの表面に凹凸や窪みなどがあったとしても、その表面に隙間なく接触することが可能である。

【0030】

すなわち、本実施形態では、被加工物Ｗを液状媒体ＦＤ中に浸漬した状態で、これらの間に空気層が存在しないため、双方の屈曲率が同等（好ましくは同一）の場合、被加工物Ｗ及び液状媒体ＦＤを均質な媒体とみなすことができる。その結果、本実施形態では、照射されたレーザ光ＬＢが、被加工物Ｗと液状媒体ＦＤとの間の界面で、屈折したり、反射したりすることを抑制（防止）することが可能なため、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗの内部の狙った位置に照射することができる。
したがって、本実施形態では、レーザ光ＬＢの内部に遮光領域ＬＳを精度よく形成することが可能である。被加工物Ｗに照射されるレーザ光ＬＢの挙動（屈折）についての説明は後述する（図２参照）。

【0031】

被加工物Ｗの屈折率が「１.５」（プラスチック）である場合、液状媒体ＦＤとして、例えば、屈折率が「１．３～１．５」の媒体を用いることが可能である。
このような液状媒体ＦＤとしては、例えば、水（「屈折率：１．３３３」）、シリコーン油（「屈折率：１.４」）、メチルアルコール（「屈折率：１．３２９」）、エチルアルコール（「屈折率：１．３６１８」）が挙げられる。なお、被加工物Ｗ及び液状媒体ＦＤの屈折率の差は、「０」であることが特に好ましいが、それ以外であれば、「０．３以下」、より好ましくは「０．２以下」であることが望ましい。

【0032】

（光透過部材２０）
光透過部材２０は、レーザ光ＬＢを容器１０に貯留された液状媒体ＦＤに導くための部材であり、本体部２０Ａと、脚部２０Ｂとを備えている。

【0033】

本体部２０Ａは、被加工物Ｗと同等な屈折率を有する透明又は半透明な板状部材からなり、容器１０に貯留された液状媒体ＦＤに接触する接触面２０Ａａと、接触面２０Ａａとは反対側で液状媒体ＦＤに非接触な非接触面２０Ａｂとを有している。
なお、上記接触面２０Ａａと、非接触面２０Ａｂとが、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「接触面」と、「非接触面」とに該当する。

【0034】

本体部２０Ａは、上述したような、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗ内の狙った位置（設計位置）に照射する観点から、液状媒体ＦＤとの屈折率の差が、「０．３以下」、より好ましくは「０．２以下」の部材を用いて形成されていることが好適であり、被加工物Ｗと同一な部材を用いて形成されていることが特に好ましい。被加工物Ｗに照射されるレーザ光ＬＢの挙動（屈折）についての説明は後述する（図２参照）。
このような本体部２０Ａは、被加工物Ｗが「屈折率：１．５」のプラスチックであれば、同一の部材により形成することができ、それ以外であれば、例えば、「屈折率：１．４～１．６」の光学ガラスを用いることができる。

【0035】

脚部２０Ｂは、本体部２０Ａの接触面２０Ａａから突設され、容器１０内に配置された一対の上側支持部１１Ｂ，１１Ｂ上に載置することが可能となっている。
なお、脚部２０Ｂは、本体部２０Ａと同一の部材（透明又は半透明な部材）により形成してもよく、また、不透明な部材により形成しても構わない。また、本体部２０Ａと脚部２０Ｂとを同一の部材で形成する場合、これらを一体成形（例えば、射出成形）することも可能である。
また、光透過部材２０は、図１に示すように、非接触面２０Ａｂと接触面２０Ａａとが、両者共、平坦面で、かつ、互いに平行に形成されていることが好ましいが、他の形状（例えば、上記出射面が湾曲形状）に形成してもよい。

【0036】

（レーザ照射装置３０）
レーザ照射装置３０は、レーザ光ＬＢを発生して外部に照射するための装置であり、大気圧下に配置されている。
このようなレーザ照射装置３０としては、公知のレーザ照射装置、例えば、ヘッド部（図示省略）をＸ－Ｙ方向に移動してレーザ光ＬＢを被加工物Ｗに照射するフラットベッド式の装置や、ミラー（図示省略）をＸ－Ｙ方向に移動してレーザ光ＬＢを被加工物Ｗに照射するガルバノ式の装置を用いることが可能である。

【0037】

また、本実施形態に係るレーザ照射装置３０においても、公知のレーザ照射装置と同様に、予め設定された各種パラメータ（例えば、パルス幅、レーザスポット径、周波数、波長、照射距離）に対応するレーザ光ＬＢが、制御装置（例えば、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御により照射されるようになっている。

【0038】

レーザ照射装置３０は、レーザ光ＬＢの光軸が、光透過部材２０の非接触面２０Ａｂに対して略垂直となる向きで、当該レーザ光ＬＢを液状媒体ＦＤに浸漬された被加工物Ｗに照射するように構成されている。

【0039】

ここで、被加工物Ｗに照射されるレーザ光ＬＢの挙動について図２を参照しつつ説明する。
以下においては、
（１）被加工物Ｗ及び光透過部材２０の各屈折率が「１．５」、液状媒体ＦＤの屈折率が「１．３」であること、
（２）被加工物Ｗにおけるレーザ光ＬＢの入射面が湾曲形状であること、
を前提として説明する。

【0040】

図２に示すように、レーザ照射装置３０から光透過部材２０に向けてレーザ光ＬＢが出射されると、当該レーザ光ＬＢは、入射点Ｉｐ１において、大気の屈折率（「１．０」）と光透過部材２０の屈折率（「１．５」）との差に応じた角度で屈折させられて、光透過部材２０内を進むようなっている。

【0041】

次に、レーザ光ＬＢは、光透過部材２０の入射点Ｉｐ２において、光透過部材２０の屈折率（例えば、「１．５」）と液状媒体ＦＤの屈折率（例えば、「１．３」）との差に応じた角度で屈折させられるが、その屈折量が小さいため、直進状態を概ね維持したまま、液状媒体ＦＤ中を進み、被加工物Ｗの入射点Ｉｐ３（湾曲面）に達するようになる。

【0042】

図２に示す例では、被加工物Ｗの入射点Ｉｐ３が湾曲面上に位置しているため、被加工物Ｗと液状媒体ＦＤとの界面で、レーザ光ＬＢが屈折や反射等するか否かが問題となる。
しかしながら、液状媒体ＦＤの屈折率（例えば、「１．３」）と被加工物Ｗの屈折率（例えば、「１．５」）は同等であるため、上述したように、これら全体を均質なものとみなすことが可能である。
このため、レーザ光ＬＢは、液状媒体ＦＤの屈折率と被加工物Ｗの屈折率との差に応じた角度で屈折させられるが、その屈折量が小さいため、直進状態を概ね維持したまま、被加工物Ｗ（コバ部Ｗａ）の内部で集光するようになる（「集光点ＬＢｐ」参照）。

【0043】

このように、本実施形態では、被加工物Ｗにおけるレーザ光ＬＢの入射面が、湾曲形状や凸凹形状等であったとしても、これに左右されることなく、レーザ光ＬＢを目標の位置（設計位置）に集光することができるので、遮光領域ＬＳを精度よく形成することが可能である。

【0044】

＜レーザ加工方法＞
次に、本実施形態に係るレーザ加工システム１を用いたレーザ加工方法について図１～図３を参照しつつ説明する。
以下においては、上述した（１）の屈折率及び（２）の形状であることを前提として説明する。

【0045】

図３に示すように、本実施形態に係るレーザ加工方法は、被加工物配置工程Ｓ１００と、レーザ照射工程Ｓ２００とを含んで構成されている。
なお、上記被加工物配置工程Ｓ１００と、レーザ照射工程Ｓ２００とが、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「被加工物配置工程」と、「レーザ照射工程」とに該当する。

【0046】

（被加工物配置工程Ｓ１００）
本実施形態に係るレーザ加工方法は、図３に示すように、被加工物配置工程Ｓ１００を行うことから始まる。

【0047】

被加工物配置工程Ｓ１００では、液状媒体ＦＤに被加工物Ｗを浸す作業を行う。
例えば、被加工物配置工程Ｓ１００では、図１に示すように、
（１）被加工物Ｗを一対の支持部材１１，１１で狭持する、
（２）被加工物Ｗが狭持された一対の支持部材１１，１１を、液状媒体ＦＤが貯留された容器１０内に配置する、
といった作業を順に行う。
また、図１に示す例では、上述した（１）及び（２）の作業を行った後、光透過部材２０を一対の支持部材１１，１１上に載置する作業も行う。
なお、上記例では、液状媒体ＦＤが貯留された容器１０に被加工物Ｗを配置するように構成したが、空の容器１０に被加工物Ｗを配置した後、当該容器１０に液状媒体ＦＤを貯留させても構わない。

【0048】

本実施形態に係るレーザ加工方法では、図３に示すように、被加工物配置工程Ｓ１００を行った後、レーザ照射工程Ｓ２００を行うように構成されている。

【0049】

（レーザ照射工程Ｓ２００）
レーザ照射工程Ｓ２００では、光透過部材２０及び液状部材ＦＤを介して被加工物Ｗの内部にレーザ光ＬＢを照射する作業を行う（図１参照）。
具体的に、レーザ照射工程Ｓ２００では、レーザ照射装置３０からレーザ光ＬＢを、板状の光透過部材２０の入射面に対して略垂直となるように出射して、当該レーザ光ＬＢを被加工物Ｗのコバ部Ｗａの内部に照射する作業を行う。これにより、被加工物Ｗ（コバ部Ｗａ）の内部に遮光領域ＬＳを形成することが可能になる。

【0050】

上述したように、本実施形態では、液状媒体ＦＤを介してレーザ光ＬＢが被加工物Ｗの内部に照射されるように構成されているため、レーザ光ＬＢの意図しない方向への反射や屈折を抑制すること可能である。
その結果、本実施形態では、図２に示すように、レーザ光ＬＢを狙った位置（設計位置）に集光することが可能なため、コバ部Ｗａの内部に遮光領域ＬＳを精度よく形成することができる。

【0051】

本実施形態に係るレーザ加工方法では、図３に示すように、レーザ照射工程Ｓ２００を行った後、終了するように構成されている

【0052】

＜試験＞
ところで、本発明者は、上記した被加工物配置工程Ｓ１００及びレーザ照射工程Ｓ２００を行った結果、加工精度が格段に向上したが、レーザ光ＬＢの集光強度の設定等を綿密に行わなければ、遮光領域ＬＳの加工品質を確保することができないといった結論に至った。
そこで、本発明者は、遮光領域ＬＳの加工品質を確保するべく、レーザ光ＬＢの強度等に関する試験を複数行った。
以下、このような試験を行った結果について説明する。

【0053】

以下に示す実施例１、実施例２、及び比較例としての比較例１～比較例６では、図４に示す加工条件に従い、上記したレーザ加工方法（被加工物配置工程Ｓ１００及びレーザ照射工程Ｓ２００）を用いて、被加工物Ｗの内部に遮光領域ＬＳを形成する試験を行った。
本試験では、加工条件の項目を以下の５つとした。
・レーザ光ＬＢのパルス幅
・レーザ光ＬＢのスポット径（レーザスポット径）
・レーザ光ＬＢの周波数
・レーザ光ＬＢの波長
・レーザ光ＬＢのピーク出力
なお、上記パルス幅と、レーザスポット径と、波長と、周波数と、ピーク出力とが、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「パルス幅」と、「レーザスポット径」と、「波長」と、「周波数」と、「ピーク出力」とに該当する。

【0054】

実施例１、実施例２及び比較例１～実施例６に係る試験では、被加工物Ｗ（コバ部Ｗａ）の内部に形成された遮光領域ＬＳを目視で評価（目視検査）することにより行った。
このような評価は、過剰な炭化等が原因で、
（１）遮光領域ＬＳにクラックが形成されているか否か（図１０の「クラックＣ」等参照）
（２）遮光領域ＬＳの周囲に炭化されている部分が形成されているか否か（図１２の「炭化過剰部分ＬＳａ」等参照）
などを基準として行った。
なお、図４中の「判定」の項目に記載の、「◎（二重丸）」は遮光領域ＬＳが非常に良い状態で形成されていることを、「〇（丸）」は遮光領域ＬＳが概ね良い状態で形成されていることを、「×（バツ）」は一定品質の遮光領域ＬＳが形成されていないことを、それぞれ示している。

【0055】

（実施例１）
実施例１では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：１８５ｆｓ（１．８５Ｅ－１３ｓ）
・レーザスポット径：１μｍ
・波長：５１５ｎｍ
・周波数：２００ｋＨｚ
・ピーク出力：１Ｗ

【0056】

（実施例２）
実施例２では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）
・レーザスポット径：１μｍ
・波長：１０３０ｎｍ
・周波数：２００ｋＨｚ
・ピーク出力：１Ｗ

【0057】

（比較例１）
比較例１では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：２２５ｆｓ（２．２５Ｅ－１３ｓ）
・レーザスポット径：４μｍ
・波長：５１３ｎｍ
・周波数：２００ｋＨｚ
・ピーク出力：１Ｗ

【0058】

（比較例２）
比較例２では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：６０００ｆｓ（６．００Ｅ－１２ｓ）
・レーザスポット径：４μｍ
・波長：５１３ｎｍ
・周波数：１５０ｋＨｚ
・ピーク出力：０．５Ｗ

【0059】

（比較例３）
比較例３では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：８０００ｆｓ（８．００Ｅ－１２ｓ）
・レーザスポット径：１μｍ
・波長：５１５ｎｍ
・周波数：２００ｋＨｚ
・ピーク出力：１.５Ｗ

【0060】

（比較例４）
比較例４では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：１００００ｆｓ（１．００Ｅ－１１ｓ）
・レーザスポット径：７．８μｍ
・波長：５１５ｎｍ
・周波数：１０ｋＨｚ
・ピーク出力：０．１Ｗ

【0061】

（比較例５）
比較例５では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：１５０００ｆｓ（１．５０Ｅ－１１ｓ）
・レーザスポット径：１１μｍ
・波長：５３２ｎｍ
・周波数：２００ｋＨｚ
・ピーク出力：０．３Ｗ

【0062】

（比較例６）
比較例６では、以下の加工条件のもと、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを形成した。
・パルス幅：２０００００ｆｓ（２．００Ｅ－１０ｓ）
・レーザスポット径：２μｍ
・波長：１０６４ｎｍ
・周波数：２０ｋＨｚ
・ピーク出力：１Ｗ

【0063】

（試験評価）
実施例１、実施例２及び比較例１～比較例６に係る試験を行った結果、遮光領域ＬＳが、良好な状態で形成された試験は、実施例１及び実施例２であり、その他の試験（比較例１～比較例６）では、不十分な状態で形成されることが判明した（図４の「判定」の項目参照）。
特に、実施例２に係る試験では、非常に良い状態の遮光領域ＬＳを形成できることを確認できた。

【0064】

図８は、実施例２に係る試験で使用した被加工物Ｗの画像図であり、（ａ）は試験前の状態を示す図、（ｂ）は試験後の状態を示す図、図９は、実施例２に係る試験で使用した他の被加工物Ｗの画像図であり、（ａ）は試験後の状態を示す図、（ｂ）（ａ）のＸ部分を示す拡大図である。
図８及び図９に示すように、実施例２に係る試験では、被加工物Ｗ（コバ部Ｗａ）の内部に、鮮明な黒色の遮光領域ＬＳを形成することができた。

【0065】

ここで、今回の試験で着目すべき点の一つは、「パルス幅」を、「２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）」（図４の「実施例２」参照）にすると、非常に良い状態の遮光領域ＬＳを形成することができるが、これから僅か「２５ｆｓ（０．２５Ｅ－１３ｓ）」増加させた「２２５ｆｓ（２．２５Ｅ－１３ｓ）」（図４の「比較例１」参照）にすると、加工不良の遮光領域ＬＳが形成されることである。

【0066】

図１０～図１３は、比較例１に係る試験で使用した披加工物Ｗの画像図であり、図毎に、異なる試験で得られた被加工物Ｗを示している。図１０（ａ）は、は試験後の状態を示す図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の部分拡大図、図１０（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図である。図１１（ａ）は試験後の状態を示す図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＹ部分を示す拡大図である。図１２（ａ）は試験後の状態を示す図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の部分拡大図である。図１３（ａ）は試験後の状態を示す図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＺ部分を示す拡大図である。
図１０～図１３に示すように、実施例２では、試験を行う度に、
・遮光領域ＬＳ内にクラックＣ（図１０～図１３参照）が形成されること、
・遮光領域ＬＳの周囲に炭化過剰部分ＬＳａ（図１１～図１３参照）が形成されること、
が分かった。

【0067】

実施例２及び比較例１の各加工条件を比較すると、「スポット径」が、前者は「１μｍ」であるのに対し、後者は「４μｍ」となっていることが分かる（図４参照）。
この点について検証した結果、「パルス幅」が「２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）」（図４の「実施例２」参照）であっても、「スポット径」を「３μｍ」を超えた値にすると、比較例１の加工条件の場合と同様に、加工不良の遮光領域ＬＳが形成されやすいことが分かった。

【0068】

さらに、「パルス幅」が「２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）」（図４の「実施例２」参照）の場合、「レーザスポット径」が「１μｍ未満」であっても、実施例２の加工条件の場合と同様に、非常に良い状態の遮光領域ＬＳが形成される傾向があることも分かった。

【0069】

また、実施例１、実施例２及び比較例３に係る試験を行った結果、「レーザスポット径」が「１μｍ」であっても、「パルス幅」が「２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）」を超えた値にすると、加工不良の遮光領域ＬＳが形成されることを確認できた（図４の「判定」参照）。

【0070】

これらの評価結果から、被加工物Ｗに被加工領域ＬＳを形成する場合、
・「パルス幅」を「２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）以下」、
・「レーザスポット径」を「３μｍ以下」、より好ましくは「１μｍ以下」
にすることが必要であることが判明した。
このような好ましい加工条件を、図５のパルス幅とレーザスポット径との関係を示すグラフに表すと、図中の斜線で囲われた領域Ｒ１となる。

【0071】

また、実施例１、実施例２及び比較例３に係る試験を行った結果、「パルス幅：２００ｆｓ」以下、「レーザスポット径：３μｍ」以下とした場合、被加工物Ｗに遮光領域ＬＳを安定的に形成等する観点から、「周波数」、「ピーク出力」及び「波長」を、実施例１及び実施例２の加工条件と同様な、以下の値にすることが好ましいという結論に至った。
・周波数：１００ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下（図６に示す「パルス幅とレーザスポット径との関係を示すグラフ」中の「領域Ｒ２」参照）
・ピーク出力：１Ｗ以下
・波長：１１００ｎｍ以下（図７に示す「パルス幅と波長との関係を示すグラフ」中の「領域Ｒ３」参照）

【0072】

以上のように、本実施形態では、レーザ光ＬＢが液状媒体ＦＤを介して被加工物Ｗの内部に照射されるように構成されているため、コバ部Ｗａの内部に遮光領域ＬＳを精度よく形成することが可能である。
しかも、本実施形態では、レーザ照射装置３０から出射されるレーザ光ＬＢを、「パルス幅：２００ｆｓ（２．００Ｅ－１３ｓ）以下」、「レーザスポット径：３μｍ以下（より好ましくは「１μｍ以下」））とすることで、良好な状態の遮光領域ＬＳを形成すること可能である。
したがって、本実施形態によれば、レーザ加工時の加工精度を維持しつつ、加工品質の向上を確実に図ることができる。

【0073】

なお、本実施形態では、光透過部材２０を、容器１０と別体で設けたが、図１４に示すレーザ加工システム１０１のように、容器１１０と一体的に設けることも可能である。
図１４に示すレーザ加工システム１０１では、容器１１０の底部１１０Ｂを、レーザ光ＬＢが透過可能な光透過部材１２０で形成したものである。
なお、図１４に示す例では、特許請求の範囲に記載の「接触面」と「非接触面」とが、それぞれ、光透過部材１２０の容器１１０の内側の面（接触面１２０ａ）と外側の面（非接触面１２０ｂ）とに該当する。

【0074】

このように構成すれば、部品点数を削減することができるので、シンプルな構成のレーザ加工システム１０１を提供することが可能である。
また、図１４に示す例では、液状媒体ＦＤに被加工物Ｗを浸漬した後、レーザ加工システム１（図１参照）のように、光透過部材２０を別途準備等することなく、レーザ光ＬＢを、容器１１０の底部１１０Ｂに目掛けて照射すればよいので、作業の簡略化を確実に図ることができる。

【0075】

なお、図１４に示す例では、容器１１０の底部１１０Ｂを、光透過部材１２０を用いて形成したが、側壁部１１０Ａも、光透過部材１２０を用いて形成することも可能である。

【0076】

また、上記実施形態では、レーザ加工する被加工物Ｗとして光学素子を例示したが、レーザ光ＬＢが透過可能であれば、他の部材（例えば、光学ガラス）でも、本発明を適用することができる。

【0077】

また、図８～図１３に示すレーザ加工の態様では、被加工物Ｗの内部に、レーザ光ＬＢを連続的に照射して加工（実線で囲む環状の遮光領域ＬＳを形成）したが、これを断続的に照射して加工（例えば、破線で囲む環状の遮光領域ＬＳを形成）することも可能である。

【0078】

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により、本発明は限定されるものではない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることはもちろんであることを付け加えておく。

【符号の説明】

【0079】

１，１０１ レーザ加工システム
１０，１１０ 容器
１０Ａ，１１０Ａ 側壁部
１０Ｂ，１１０Ｂ 底部
１１ 支持部材
１１Ａ 下側支持部
１１Ｂ 上側支持部
２０，１２０ 光透過部材
２０Ａ 本体部
２０Ａａ 接触面
２０Ａｂ 非接触面
１２０ａ 接触面
１２０ｂ 非接触面
３０ レーザ照射装置
Ｗ 被加工物
Ｗａ コバ部
ＬＢ レーザ光
ＬＢｐ 集光点
ＦＤ 液状媒体
Ｉｐ１～Ｉｐ３ 入射点
ＬＳ 遮光領域（内部領域）
ＬＳａ 炭化過剰部分
Ｃ クラック
Ｒ１～Ｒ３ 領域

【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】

【図14】