Top > Search of Japanese Patents > LASER BEAM MACHINING METHOD, LASER BEAM MACHINING METHOD USING CIRCULARLY POLARIZING/OPTICAL VORTEX LASER BEAM, MANUFACTURING METHOD OF ACICULAR MEMBER, AND ACICULAR MEMBER

LASER BEAM MACHINING METHOD, LASER BEAM MACHINING METHOD USING CIRCULARLY POLARIZING/OPTICAL VORTEX LASER BEAM, MANUFACTURING METHOD OF ACICULAR MEMBER, AND ACICULAR MEMBER meetings

Patent code P120007496
Posted date May 9, 2012
Application number P2010-029240
Publication number P2010-247230A
Patent number P5531261
Date of filing Feb 12, 2010
Date of publication of application Nov 4, 2010
Date of registration May 9, 2014
Priority data
  • P2009-079680 (Mar 27, 2009) JP
Inventor
  • (In Japanese)尾松 孝茂
  • (In Japanese)森田 隆二
  • (In Japanese)丹田 聡
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人千葉大学
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
Title LASER BEAM MACHINING METHOD, LASER BEAM MACHINING METHOD USING CIRCULARLY POLARIZING/OPTICAL VORTEX LASER BEAM, MANUFACTURING METHOD OF ACICULAR MEMBER, AND ACICULAR MEMBER meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method in which debris left unsublimated on a machining surface by ablation can be cleaned simultaneously with the ablation and in which no HAZ is caused in a workpiece.
SOLUTION: In the laser beam machining method (a method of performing ablation on a workpiece using a laser beam), the laser beam is pulsed light of optical vortex laser beam, wherein the pulse width of the pulsed light is 10 pico-to 100 nano-seconds. In this laser beam machining method, the laser beam used is the pulsed light of circularly polarizing/optical vortex laser beam in which the rotating direction of the circularly polarized light is the same as that of the optical vortex laser beam, wherein the circularly polarizing/optical vortex laser beam in use has the pulse width of the pulsed light ranging from 10 pico-to 100 nano-econds.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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/cm2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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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/cm2以上10GW/cm2以下であることを特徴とする請求項1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1または請求項2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1~請求項3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/cm2以上10GW/cm2以下であることを特徴とする請求項5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5または請求項6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5~請求項7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5~請求項8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5~請求項9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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2010029240thum.jpg
State of application right Registered
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close