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レーザー加工方法、円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法、針状体を有する部材の製造方法、および針状体を有する部材 新技術説明会

国内特許コード P120007496
掲載日 2012年5月9日
出願番号 特願2010-029240
公開番号 特開2010-247230
登録番号 特許第5531261号
出願日 平成22年2月12日(2010.2.12)
公開日 平成22年11月4日(2010.11.4)
登録日 平成26年5月9日(2014.5.9)
優先権データ
  • 特願2009-079680 (2009.3.27) JP
発明者
  • 尾松 孝茂
  • 森田 隆二
  • 丹田 聡
出願人
  • 国立大学法人 千葉大学
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 レーザー加工方法、円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法、針状体を有する部材の製造方法、および針状体を有する部材 新技術説明会
発明の概要 【課題】アブレーション加工により加工表面に昇華しきれず残ったデブリのクリーニングをアブレーション加工と同時に行うことが可能であり、被加工物にHAZを生じることがないレーザー加工方法を提供する。
【解決手段】レーザービームを用いて被加工物に対してアブレーション加工を行うレーザー加工方法において、レーザービームが光渦レーザービームのパルス光であり、該パルス光のパルス幅が10ピコ秒以上100ナノ秒以下であるレーザー加工方法;レーザービームを用いて被加工物に対してアブレーション加工を行うレーザー加工方法において、レーザービームが、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光であり、該パルス光のパルス幅が10ピコ秒以上100ナノ秒以下である円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法。
【選択図】図6
従来技術、競合技術の概要



レーザー光を用いたアブレーション加工は、金属、半導体、セラミックス、ガラス等、幅広い材料の材料表面をアブレーションさせ、材料表面の除去加工を行う加工技術であるが、材料のアブレーションにより加工表面にデブリが生じて、所望の加工精度が得られなかったり外観不良が発生したりするという問題があった。





このようなデブリを除去する方法として、加工後に加工部を含めた広い範囲を弱いレーザ光でクリーニングする方法が特許文献1(特開平5-335726号公報)に開示されている。加工時のレーザビームのエネルギ強度よりも弱いエネルギ強度のレーザビームを加工部を含めた広い範囲に照射することにより、加工部周辺に付着したデブリを除去することができる。





しかし、この方法では、加工用のレーザー照射とは別にクリーニング用のレーザー照射を行う必要があり、加工およびクリーニングに要する手間や時間がかかるという問題がある。





また、デブリを除去するためのレーザ加工方法が、特許文献2(特開平8-1357号公報)に開示されている。該レーザ加工方法は、加工対象物をアブレーション加工するためのレーザ光を発生する工程と、前記レーザ光が、加工対象物の加工領域に第1のエネルギ密度で照射され、前記加工領域の周辺に前記第1のエネルギ密度よりも低い第2のエネルギ密度で照射されるように、前記レーザ光を整形して整形レーザ光を形成する工程と、前記整形レーザ光を加工対象物の前記加工領域及び前記周辺に照射してレーザ加工を行う工程とを含むものであり、加工領域の周囲に加工と同時に弱いエネルギーのレーザ光を照射することにより、1工程で加工とデブリの除去を同時に行うことが可能である。





しかし、加工表面を凹状に削り取るようなアブレーション加工においては、デブリは加工領域の周囲だけでなく、アブレーション加工により凹状となった加工表面にも生じうる。特にナノ秒レーザーによるアブレーション加工においては、アブレーション加工により加工表面に昇華しきれなかった被加工物、いわゆるデブリが残るという問題がある。

特許文献2のレーザ加工方法では、加工部周囲を低いエネルギ密度のレーザ光でクリーニングするものであり、アブレーション加工により凹状となった加工表面のデブリを除去して加工表面をクリーニングできるものではない。





また、デブリを防止するためのレーザ加工方法が、特許文献3(特開2004-160478号公報)に開示されている。該レーザ加工方法は、レーザ光源が連続発振して連続光を出射するものでありかつレーザビームの被加工物上でのスポットのパワー密度が100MW/cm以上であることを特徴としている。





しかし、特許文献3のレーザ加工方法はレーザ光が連続光であるので、被加工物が溶融してしまったり、HAZ(Heated-Affected Zone)が生じるという問題がある。





また、走査電子顕微鏡(SEM)、電界放射顕微鏡(FEM)等の探針、エミッションディスプレイの針状電極等の針状体の形成方法は、電解研磨による形成されることが一般的であった(特許文献4)。しかし、電解研磨による針状体の形成は、線状部材を母材として複数の工程を得て可能となるものであり、その工程における作業もデリケートであり、時間と手間のかかるものであるという問題がある。また、平面状部材,曲面状部材を針状体の母材とすることは困難であった。

産業上の利用分野



本発明は、光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法、円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法、針状体を有する部材の製造方法、および針状体を有する部材に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザービームを用いて被加工物に対してアブレーション加工を行うレーザー加工方法において、レーザービームが、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光であり、該パルス光のパルス幅が10ピコ秒以上100ナノ秒以下であることを特徴とする円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法。

【請求項2】
前記円偏光光渦レーザービームのパルス光の被加工物上でのピークパワー密度が0.1GW/cm以上10GW/cm以下であることを特徴とする請求項記載の円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法。

【請求項3】
前記被加工物が金属または半導体であることを特徴とする請求項または請求項記載の円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法。

【請求項4】
前記円偏光光渦レーザービームが円偏光ラゲールガウスビームもしくは円偏光ベッセルガウスビームであり、渦次数が1以上の整数もしくは-1以下の整数であることを特徴とする請求項~請求項のいずれか1項記載の円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法。

【請求項5】
パルス幅が10ピコ秒以上100ナノ秒以下であり、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を、部材に照射して、被照射部に針状体を形成することを特徴とする、針状体を有する部材の製造方法。

【請求項6】
前記円偏光光渦レーザービームのパルス光の部材上でのピークパワー密度が0.1GW/cm以上10GW/cm以下であることを特徴とする請求項記載の針状体を有する部材の製造方法。

【請求項7】
前記部材が金属または半導体であることを特徴とする請求項または請求項記載の針状体を有する部材の製造方法。

【請求項8】
前記部材が、少なくとも円偏光光渦レーザービームの被照射部が平面状もしくは曲面状である部材、平面状部材、または曲面状部材であることを特徴とする請求項~請求項のいずれか1項記載の針状体を有する部材の製造方法。

【請求項9】
前記円偏光光渦レーザービームが円偏光ラゲールガウスビームもしくは円偏光ベッセルガウスビームであり、渦次数が1以上の整数もしくは-1以下の整数であることを特徴とする請求項~請求項のいずれか1項記載の針状体を有する部材の製造方法。

【請求項10】
請求項~請求項のいずれか1項記載の針状体を有する部材の製造方法により製造された針状体を有する部材。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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