KR20170026289A - 광 가공 장치 및 광 가공물의 생산 방법 - Google Patents

Abstract

가공 대상물에 대한 광 조사 위치를 광 주사 수단에 의하여 이동시키는 광 가공 장치에 있어서, 비교적 큰 가공 대상물에 대하여도 용이한 가공 처리가 가능토록 하는 것을 과제로 한다.
광원(11)과, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 주사하는 광 주사 수단(21)과, 상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 광을 가공 대상물(35)에 집광시키는 집광 수단(22)을 구비하는 광 가공 장치에 있어서, 상기 집광 수단은 상기 가공 대상물에 대하여 이동하는 이동 수단(25)에 탑재되고, 상기 광원은 상기 이동 수단(25)에 탑재되지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

광 가공 장치 및 광 가공물의 생산 방법{LASER BEAM MACHINING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING WORKPIECE USING LASER BEAM}

본 발명은 광 가공 장치 및 광 가공물의 생산 방법에 관한 것이다.

종래, 광원으로부터 출사되는 레이저 광(가공 광)을 광 주사 수단에 의하여 주사하고, 주사된 레이저 광을 워크(가공 대상물)에 집광시켜 가공하는 광 가공 장치가 알려져 있다.

예컨대, 특허 문헌 1(특허 공개 공보2003－205384호)에는 광원으로부터 출사되는 레이저 빔(가공 광)을 갈바노 미러(galvano mirror,광 주사 수단)에 의하여 2 차원 방향으로 주사하여 워크에 조사하여, 워크 상의 ITO 박막을 패터닝 가공하거나 금속 박판으로 된 워크 자체를 절삭 가공하거나 하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있다. 이 레이저 가공 장치에서 워크는 롤 상으로 감겨진 상태로 워크 공급부에 지지되고, 그 워크 공급부로부터 워크를 인출하여 워크의 피가공 부분을 레이저 가공 장치의 가공 영역(워크에 대한 레이저 광의 주사 범위)으로 이동시켜 그 피가공 부분을 가공 처리한다. 가공 처리 후, 워크를 더 한층 인출하여 다음의 피가공 부분을 레이저 가공 장치의 가공 영역으로 이동시켜 이 피가공 부분을 가공 처리한다.

상기 특허 문헌 1에 의하면, 종래의 광 가공 장치와 비교하여, 워크에 대한 광 조사 위치를 광 주사 수단에 의하여 이동시키면 고속 이동이 가능하기 때문에, 생산성을 높일 수 있다고 한다. 여기서 말하는 종래의 광 가공 장치란, 가공 대상물에 대한 레이저 광의 광축을 고정시킨 상태로 그 광축(Z축)에 직교되는 X축 및 Y축 각각의 방향으로 재치대를 이동시킴으로써, 가공 대상물에 대한 광 조사 위치를 이동시켜 가공 처리를 실행하는 것이다.

특허 공개 공보2003－205384호

그런데, 워크에 대한 광 조사 위치를 광 주사 수단에 의하여 이동시키는 광 가공 장치는 그 가공 광의 주사 범위를 확대시키는 것이 어렵다. 그 때문에, 큰 가공 대상물에 대하여 가공 처리를 실행하는 것이 곤란하다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광원(11)과, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 주사하는 광 주사 수단(21)과, 상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 광을 가공 대상물(35)에 집광시키는 집광 수단(22)을 구비하는 광 가공 장치에 있어서, 상기 집광 수단은 상기 가공 대상물에 대하여 이동하는 이동 수단(25)에 탑재되고, 상기 광원은 상기 이동 수단(25)에 탑재되지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 가공 대상물에 대한 광 조사 위치를 광 주사 수단에 의하여 이동시키는 광 가공 장치로 비교적 큰 가공 대상물도 가공 처리가 용이하다는 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 레이저 패터닝 장치의 주요부 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 이 레이저 패터닝 장치에서의 레이저 발진기의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 이 레이저 패터닝 장치에서의 광 주사 수단의 일 변형 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 이 레이저 패터닝 장치에서의 워크 이송부의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 이 레이저 패터닝 장치에서의 워크 이송부의 다른 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6은 이 레이저 패터닝 장치에서의 캐리지가 주주사 방향의 상이한 위치에 각각 위치할 때의 레이저 광의 광로를 나타내는 설명도이다.
도 7은 갈바노 스캐너가 캐리지에 탑재되지 않는 변형예에 있어서, 캐리지가 주주사 방향의 상이한 위치에 각각 위치할 때의 레이저 광의 광로를 나타내는 설명도이다.
도 8은 실시 형태 1의 레이저 패터닝 장치에 의한 패터닝 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 워크 상의 피가공 영역을 12개의 피스로 분할하여 차례로 가공 처리를 실행하는 경우의 가공 순서를 나타내는 설명도이다.
도 10은 피스(피가공 부분) 간에서 연속되는 배선 패턴의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 11은 실시 형태 2에 따른 레이저 패터닝 장치에 의한 패터닝 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 레이저 패터닝 장치의 다른 구성예를 나타내는 모식도이다.

[실시형태1]

이하, 본 발명에 따른 광 가공 장치를 레이저 패터닝 장치에 적용한 일 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태1의 레이저 패터닝 장치에서의 가공 대상물은 기재 상에 ITO 박막이 형성된 워크이며, 이 워크 상의 ITO 박막에 레이저 광(가공 광)을 조사하여 부분적으로 ITO 박막을 제거함으로써, ITO 박막을 패터닝 가공하는 것이다. 다만, 본 발명에 따른 광 가공 장치는 본 실시 형태 1에 관한 레이저 패터닝 장치에 한정되는 것이 아니고, 다른 패터닝 가공을 실행하는 장치, 절삭 가공 등 다른 가공 처리를 실행하는 장치, 비 레이저 광을 가공 광으로서 이용하여 가공하는 장치 등에도 적용 가능하다.

도 1은 본 실시 형태1에 따른 레이저 패터닝 장치의 주요부 구성을 나타내는 모식도이다.

본 실시 형태1의 레이저 패터닝 장치는 레이저 출력부(1)와 레이저 주사부(2)와 워크 이송부(3)와 제어부(4)를 구비하고 있다.

레이저 출력부(1)는 광원으로서의 레이저 발진기(11)와 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 가공 광으로서의 레이저 광(L)의 빔 경을 확대하는 빔 확장기(12)를 구비한다.

레이저 주사부(2)는 레이저 광(L)을 반사하는 X축 방향 주사용과 Y축 방향 주사용의 2개의 갈바노 미러(21a)를 스텝 모터(21b)로 회전시켜 X축 방향 및 Y축 방향으로 레이저 광(L)을 주사시키는 광 주사 수단으로서의 갈바노 스캐너(21)와, 갈바노 스캐너(21)로 주사된 레이저 광(L)을 워크(35)의 표면(피가공면) 또는 기재와 ITO 막의 계면 등인 워크 내부(워크 표면으로부터 정해진 깊이만큼 오프셋된 개소)에 집광시키는 집광 수단으로서의 fθ렌즈(22)를 구비한다.

워크 이송부(3)는 워크(35)를 부주사 방향(Y축 방향)으로 이동시키는 이송 롤러쌍(32)을 구비하고, 이송 롤러쌍(32)으로 협지한 워크(35)를 부주사 방향(Y축 방향)으로 이송한다.

레이저 출력부(1)의 레이저 발진기(11)는 레이저 드라이버부(10)에 의하여 제어된다. 구체적으로는 레이저 드라이버부(10)는 레이저 주사부(2)의 갈바노 스캐너(21)의 주사 동작에 연동하여 레이저 발진기(11)의 발광을 제어한다. 레이저 발진기(11)에는 예컨대 기재에 대한 열 영향으로 인한 손상이 적은 100［ns］이하의 펄스 발진에 의한 펄스 섬유 레이저를 이용할 수 있지만, 다른 광원을 이용하여도 된다.

도 2는 본 실시 형태1의 레이저 발진기(11)의 1 구성예를 나타내는 모식도이다.

본 실시 형태 1의 레이저 발진기(11)는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)로 불리는 펄스 섬유 레이저이다. 이 레이저 발진기(11)는 종자 LD(74)를 펄스 발생기(73)로 펄스 발진시켜 종자 광을 생성하고 광 섬유 앰프로 다수 단계로 증폭시키는 펄스 엔진부(70)와, 펄스 엔진부(70)로부터 출력되는 레이저 광(L)을 유도하는 출력 섬유(71)와, 평행 광속화 수단으로서의 콜리메이트 광학계(83)에 의하여 대략 평행 광속으로서 레이저 광(L)을 출사하는 출력 헤드부(72)로 구성되어 있다. 본 실시 형태 1에서는 출력 헤드부(72)만이 레이저 출력부(1)에 설치된다.

펄스 엔진부(70)는 광 섬유(78), 여기 LD(76) 및 커플러(77)를 구비하는 프리앰프부와, 광 섬유(82), 여기 LD(80) 및 커플러(81)를 구비하는 메인 앰프부로 구성된다. 광 섬유에는 코어에 희토류 원소를 도프한 더블 클래드 구조의 것이 이용되고, 여기 LD(76)로부터의 여기광의 흡수에 의하여 섬유의 출력단, 입사단에 설치되는 미러간에서 반사를 반복하여 레이저 발진에 이른다. 도 2중 부호 75는 역방향의 광을 차단하는 광 단로기이며, 도 2중 부호 79는 ASE광을 제거하는 밴드 패스 필터이다.

본 실시 형태 1에서는 종자 LD(74)의 파장을 근적외의 1064［nm］로 하고 있지만, 제2 고조파인 532［nm］, 제3 고조파인 355［nm］를 비롯하여, 워크 재질에 따라 적합한 파장을 선택할 수 있다. 또한 레이저 발진기(11)에는 이트륨?바나데이트 결정으로 이루어지는 레이저 매질에 여기광을 조사함으로써 레이저 발진을 일으키게 하는 YVO4 레이저 등인 고체 레이저를 이용하여도 된다.

레이저 주사부(2)의 갈바노 스캐너(21)는 X축 방향 주사용과 Y축 방향 주사용의 각 갈바노 미러(21a)를 각각 회전시키는 각 스텝 모터(21b)가 갈바노 스캐너 제어부(20)에 의하여 제어된다. 갈바노 스캐너 제어부(20)는 가공 패턴을 구성하는 선분 요소 데이터(선분 시점 좌표와 선분 종점 좌표)에 따라 갈바노 미러(21a)의 반사면에 대한 경사 각도(반사면에 입사되는 레이저 광의 광축에 대한 반사면의 경사 각도)가 X축 방향에 대응하는 방향 또는 Y축 방향에 대응하는 방향으로 변화하도록, 각 스텝 모터(21b)를 제어한다. 이에 따라, 선분 요소의 시점 및 종점의 X－Y좌표에 대응하여 각 갈바노 미러(21a)를 주사 개시 경사 각도로부터 주사 종료 경사 각도까지 회전시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 광 주사 수단으로서 X축 방향 주사와 Y축 방향 주사 모두가 갈바노 스캐너에 의하여 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 널리 공지된 광 주사 수단을 이용할 수 있다. 또, X축 방향 주사용의 광 주사 수단과 Y축 방향 주사용의 광 주사 수단은 다른 구성의 광 주사 수단이어도 된다. 예컨대, 도 3에 나타낸 바와 같이, Y축 방향 주사용의 주사 수단에는 갈바노 스캐너(21)를 이용하고, X축 방향 주사용의 주사 수단에는 다각형 미러(91a)를 모터(91b)로 회전시키는 다각형 스캐너(91)를 이용하여도 된다. X축 방향의 광 주사 제어는 도 3에 나타낸 바와 같이, 다각형 미러(91a)로 반사한 레이저 광(L)을 렌즈(92)를 통하여 광학 센서(93)로 수광하는 수광 타이밍에 근거하여 실시할 수 있다.

레이저 주사부(2)는 주주사 방향(X축 방향)으로 이동 가능한 캐리지(25) 상에 탑재되어 있다. 캐리지(25)는 구동 풀리(27a) 및 종동 풀리(27b)에 씌워진 타이밍 벨트(27) 상에 장착되어 있다. 구동 풀리(27a)에 접속되어 있는 스텝 모터(26)를 구동시킴으로써, 타이밍 벨트(27)가 이동하여 주주사 방향으로 연신되는 리니어 가이드(29)(도 4 참조)를 따라 타이밍 벨트(27) 상의 캐리지(25)가 주주사 방향(X축 방향)으로 이동한다. 캐리지(25)의 주주사 방향 위치는 리니어 엔코더(28)의 출력 신호(주소 신호)에 근거하여 검출할 수 있다. 스텝 모터(26)는 주주사 제어부(24)에 의하여 제어된다.

또한 본 실시 형태에서는 레이저 주사부(2)를 탑재하는 캐리지(25)의 이동 수단으로서 타이밍 벨트를 이용한 이동 수단을 채용하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 리니어 스테이지 등인 직선 이동 가능한 수단도 대용할 수 있고, 2 차원 방향으로 이동시키는 이동 수단을 이용하여도 된다.

워크 이송부(3)는 구동 롤러(32a)와 종동 롤러(32b)로 이루어지는 이송 롤러쌍(32)을 구비하고, 구동 롤러(32a)는 타이밍 벨트(31a)를 통하여 스텝 모터(31)에 의하여 구동된다. 스텝 모터(31)는 부주사 제어부(30)에 의하여 제어되어 이송 롤러쌍(32)으로 협지된 워크(35)를 부주사 방향(Y축 방향)의 목표 이송 위치로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 레이저 주사부(2)로부터 조사되는 레이저 광(L)의 주사 범위인 가공 영역(36)으로 워크 상의 피가공 부분을 차례로 송출한다.

구체적으로는, 워크 이송부(3)는 워크(35)의 주주사 방향 양단 부근의 워크 표면에 형성되어 있는 정렬 마크(37)를 촬상하는 모니터 카메라(33, 34)를 구비하고 있다. 부주사 제어부(30)는 스텝 모터(31)에 의하여 워크(35)를 미소량씩 워크 송출 방향B(부주사 방향)으로 스텝 송출하면서, 모니터 카메라(33, 34)로부터 출력되는 화상 데이터를 차례로 취득한다. 그리고, 패턴 매칭 처리 등에 의하여 정렬 마크(37)를 검출하여 목표 이송 위치까지의 워크 이동량을 연산하고, 그 연산 결과에 근거하여 스텝 모터(31)를 제어하여 워크(35)의 부주사 방향 위치를 목표 이송 위치까지 이동시킨다.

도 4는 워크 이송부(3)의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.

본 실시 형태의 워크(35)는 스풀 축(51)상에 롤 상으로 감겨 있고, 이로부터 인출된 워크 부분이 입구 가이드판(52)을 따라 이송 롤러쌍(32)의 닙부에 협지되고 이송 롤러쌍(32)의 구동에 의하여 권출되어 가공 테이블(53) 상에 세트 된다. 가공 테이블(53)에는 무수한 세공(細孔)이 형성되어 있고 가공 테이블(53)의 뒷면에 형성된 공동부(57)의 공기를 펌프(58)가 빨아냄으로써 워크(35)를 가공 테이블(53)의 표면에 흡착시켜 가공 영역(36)에서의 워크(35)의 평면성을 확보하고 있다. 가공 후의 워크는 커터(54)를 주주사 방향으로 이동시킴으로써 정해진 사이즈마다 재단되어 트레이(55)로 배출된다.

또한 본 실시 형태에서는 스풀 축(51)상에 감겨진 롤로부터 워크를 권출하여 가공 후의 워크를 컷 시이트로서 배출하는 롤 to시이트 방식을 채용하고 있지만, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가공 후의 워크를 롤 상으로 권취하는 롤 to롤 방식이어도 마찬가지이다.

도 5에 나타내는 예에서는 가공 후의 워크는 그 표면에 부착된 가공 분진을 한 쌍의 클린 롤러(64)에 의하여 제거한 후, 권취 축(67)에 감긴다. 클린 롤러(64)에 흡착된 가공 분진은 점착 롤러(65)에 전사되어 회수된다. 또, 도 5에 나타내는 예에서는 가공 후의 워크 표면을 긁힘 등으로부터 보호하기 위하여, 가공 후의 워크(35)의 표리(表裏)에 래미네이트 필름을 붙힌 후 권취 축(67)에 감는다. 래미네이트 필름은 래미네이트 롤(66)로부터 권출되어 가공 후의 워크와 함께 권취 축(67)에 감긴다.

제어부(4)는 본 레이저 패터닝 장치의 전체를 통괄하여 관리, 제어하는 제어 PC(40)를 구비하고 있다. 제어 PC(40)는 레이저 드라이버부(10), 갈바노 스캐너 제어부(20), 주주사 제어부(24), 부주사 제어부(30) 등에 접속되어 각자의 상태를 관리하거나 가공 순서를 제어하거나 한다.

레이저 출력부(1)의 빔 확장기(12)는 복수개의 렌즈로 구성되어 레이저 광로 상에서 레이저 주사부(2)의 fθ렌즈(22)에 가장 가까운 렌즈(39)의 위치가 레이저 광의 광축 방향으로 이동 가능토록 구성되어 있다. 렌즈(39)의 위치를 이동시킴으로써, 레이저 주사부(2)를 탑재한 캐리지가 후술하는 바와 같이 주주사 방향의 각 정지 목표 위치에 정지했을 때의 집광 거리가 맞추어지도록 미조정할 수 있다. 즉, 빔 확장기(12)는 갈바노 스캐너(21)에 입사하는 레이저 광(L)이 평행 광속으로 되도록 미조정하는 포커싱(focusing) 기능을 구비한다. 또, 주주사 방향의 각 정지 목표 위치에 따라 렌즈(39)의 위치를 개별적으로 이동 조정하는 액츄에이터를 구비하여 집광 거리를 각 정지 목표 위치마다 가변시킴으로써, 피가공면에 대한 캐리지의 이동 방향의 평행도가 조금 어긋난 경우에도 fθ렌즈(22)의 결상 위치를 고정밀도로 맞출 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 워크(35)에 대한 레이저 광(L)의 주사 범위인 가공 영역(36)의 X축 방향 및 Y축 방향의 각 최대 길이(L)는 fθ렌즈(22)의 초점거리를 f로 하면, 각각의 갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도θ(예컨대±20о)를 이용하여 다음 식(1)로보다 얻을 수 있다.

L = f×θ (1)

이 식(1)에 나타낸 바와 같이, 가공 영역(36)의 넓이는 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위(갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도)에 의하여 제한을 받게 된다. 여기서, 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위가 넓어질 수록 워크(35) 상의 적절한 집광이 곤란해지기 때문에, 가공 영역(36)내의 가공의 균일성을 유지하는 것이 어려워진다. 그 때문에, 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위, 즉 갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도θ를 확장시키는 것에도 한계가 있다. 따라서, 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위(갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도θ)를 확장시켜 가공 영역(36)을 넓히는 것에는 한계가 있다.

한편, 상기 식(1)에 의하면, fθ렌즈(22)의 초점거리(f)를 길게 하면, 가공 영역(36)을 넓힐 수 있다. 그러나, 이 초점거리(f)를 길게 할 수록 워크(35)로부터 fθ렌즈(22)를 멀리 배치할 필요가 있어, 본 레이저 패터닝 장치가 대형화된다는 문제가 생긴다.

또한, X축 방향 및 Y축 방향으로의 각 가공 분해능σ은 스텝 모터(21b)의 펄스수를 P로 하면, 다음 식(2)에 의해 얻을 수 있다.

σ= f×(2π／P) (2)

이 식(2)에 나타낸 바와 같이, fθ렌즈(22)의 초점거리(f)를 길게 할 수록 가공 분해능σ이 낮아진다. 따라서, 높은 가공 분해능σ에 의한 고정밀 가공을 실현하는 것과 보다 넓은 가공 영역을 실현하는 것은 트레이드 오프의 관계에 있다. 따라서, 가공 분해능σ을 고려하면, 초점거리(f)를 길게 하여 가공 영역(36)을 넓히는 것에도 한계가 있다.

한편, 워크(35)를 워크 이송부(3)에 의하여 부주사 방향(Y축 방향) 뿐만 아니라, 주주사 방향(X축 방향)으로도 이동시키는 이동 기구를 마련하는 방법도 생각할 수 있다. 이 방법이면, 가공 영역(36)에 대하여 워크(35)의 피가공 부분을 주주사 방향으로 차례로 교체하면서 각 피가공 부분에 대한 가공 처리를 실행할 수 있으므로, 가공 영역(36)을 초과하는 주주사 방향 길이를 가진 워크에 대하여도 가공 처리를 실행할 수 있다.

그러나, 워크를 부주사 방향(Y축 방향) 뿐만 아니라 주주사 방향(X축 방향)으로도 이동시키는 이동 기구를 마련하는 것은 본 레이저 패터닝 장치의 대형화를 초래하게 된다. 특히, 본 실시 형태에서는 부주사 방향의 워크 길이가 가공 영역(36)을 초과할 정도의 길이를 가진 큰 워크(35)이기 때문에, 이와 같은 큰 워크(35)를 주주사 방향(X축 방향)으로도 이동시키기 위해서는 대형의 이동 기구가 필요하게 된다. 게다가, 이와 같은 큰 워크(35)는 중량도 크기 때문에, 관성력이 크고 고속의 이동이 곤란하여 생산성이 낮다는 문제도 생긴다.

이에, 본 실시 형태 1에서는 주주사 방향(X축 방향)으로 워크(35)를 이동시키는 것이 아니라, 레이저 광(L)의 주사 범위를 주주사 방향으로 이동시키는 구성을 채용하고 있다. 상세하게는 캐리지(25)상에 레이저 주사부(2)를 탑재하여 레이저 주사부(2)를 주주사 방향으로 이동 가능하게 구성한다. 이에 따라, 주주사 방향(X축 방향)으로 워크(35)를 이동시키지 않고 갈바노 스캐너(21)에 의하여 주사된 레이저 광(L)이 워크 표면을 주사하는 범위, 즉 가공 영역(36)을 워크(35)에 대하여 주주사 방향으로 상대 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 워크(35)의 피가공 부분을 가공 영역(36)으로 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행할 수 있어 주주사 방향(X축 방향)의 가공 영역(36) 폭이 좁아도 그 폭을 초과하는 큰 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행할 수 있다.

그 결과, 가공 영역(36)을 무리하게 확장시키지 않고도 가공 영역(36)을 초과하는 큰 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행할 수 있음으로써, 높은 가공 분해능σ을 유지할 수 있으므로, 큰 워크(35)에 대한 고정밀 가공을 실현할 수 있다. 또한, 주주사 방향(X축 방향)으로 이동하는 이동 수단으로서의 캐리지(25)에 탑재되는 탑재물은 본 실시 형태 1에서는 실질적으로는 레이저 주사부(2), 즉, 갈바노 스캐너(21)와 fθ렌즈(22)뿐이다. 이 탑재물의 중량은 워크(35)에 비해 매우 경량이기 때문에, 캐리지(25)의 주주사 방향으로의 고속 이동을 실현할 수 있어 고생산성을 얻을 수 있다.

또한 캐리지(25)에 탑재되는 탑재물은 적어도 집광 수단으로서의 fθ렌즈(22)가 탑재되어 있으면 좋다. 따라서, 최경량의 구성은 fθ렌즈(22)만을 캐리지(25)에 탑재한 구성이다. 한편, 워크(35)에 대하여 경량인 부품이면, fθ렌즈(22)와 함께 다른 부품도 함께 캐리지(25)에 탑재하여도 된다. 예컨대, 본 실시 형태 1과 같이 갈바노 스캐너(21) 등인 광 주사 수단을 캐리지에 탑재하여도 되고, 레이저 출력부(1)의 일부 또는 전부를 캐리지에 탑재하여도 된다.

또, 본 실시 형태 1에서 주주사 방향으로 이동하는 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)의 광로, 즉, 레이저 출력부(1)로부터 출력된 레이저 광(L)의 광로는 X축 방향에 평행이다. 그 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 캐리지(25)가 주주사 방향(X축 방향)의 어느 위치로 이동하여도, 레이저 출력부(1)로부터 출력된 레이저 광(L)은 캐리지(25)의 동일 개소로부터 입사한다. 따라서, 캐리지(25)가 주주사 방향(X축 방향)으로 이동하여도, 캐리지(25)에 입사된 후의 레이저 광(L)의 광로는 동일하고, 주주사 방향의 서로 다른 가공 영역(36－1, 36－2)에서 가공 처리를 실행하는 경우에도 동일한 가공 처리를 실현할 수 있다.

다만, 본 실시 형태 1에서는 캐리지(25)가 이동하면, 캐리지(25)에 입사할 때까지의 레이저 광(L)의 광로 길이가 변화하게 된다. 그 때문에, 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)이 비평행 수렴이면, 캐리지(25)의 주주사 방향 위치에 따라 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 변화하고, 워크(35) 상의 레이저 광(L)의 스폿 경이 변화하는 등, 가공 정밀도에 영향이 미친다.

본 실시 형태 1에서는 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 광(L)은 대략 평행 광속이며, 2개의 반사 미러(14, 15)를 통하여 빔 확장기(12)로부터 사출되고, 반사 미러(16)에 의하여 반사되므로 레이저 출력부(1)로부터 출력되는 레이저 광(L)도 대략 평행 광속이다. 따라서, 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)이 대략 평행 수렴이면, 캐리지(25)가 이동하여 주주사 방향 위치가 바뀌어도, 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 실질적으로 변화하지 않아, 워크(35)상의 레이저 광(L)의 스폿 경이 변화하는 등 영향이 미치지 않는다. 따라서, 주주사 방향이 다른 가공 영역(36－1, 36－2)에서 가공 처리를 실행하는 경우에도, 초점 조정 등 작업을 실행하지 않고도 동일한 가공 정밀도로 가공 처리를 실행할 수 있어 보다 높은 생산성을 실현할 수 있다.

다만, 레이저 주사부(2) 외에 레이저 출력부(1)의 전부도 캐리지(25)상에 탑재하는 구성으로 하면, 즉, 레이저 발진기(11) 등인 광원 자체를 캐리지(25) 상에 탑재하는 구성으로 하면, 캐리지(25)를 이동하여도 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 변화하는 일은 없지만, 캐리지(25) 상의 탑재물의 중량이 커짐으로써, 캐리지(25)의 고속 이동이 어려워지는 점을 고려할 필요가 있다.

한편, 캐리지(25)상의 탑재물의 중량을 보다 경량화하기 위하여, 도 7에 나타낸 바와 같이, 갈바노 스캐너(21) 등인 광 주사 수단을 캐리지(25)에 비탑재로 하는 구성도 생각할 수 있다. 도 7에 나타내는 구성에서는 레이저 출력부(1')로부터 출력된 레이저 광(L)을 고정 배치되어 있는 레이저 주사부(2')의 갈바노 스캐너(21)에 의하여 X축 방향에 대응하는 방향 및 Y축 방향에 대응하는 방향으로 주사한다. 이와 같이 주사되는 레이저 광(L)은 콜리메이터 렌즈(61) 등인 평행 광속화 수단에 의하여 X축 방향에 평행인 평행 광속이 되도록 평행 광속화되어 레이저 주사부(2')로부터 출력된다. 레이저 주사부(2')로부터 출력된 대략 평행 광속인 주사 후의 레이저 광(L)은 캐리지(25)에 대하여 X축 방향으로 입사하고, 캐리지(25) 상의 반사 미러(16')로 반사되어 집광 수단으로서의 fθ렌즈(22)에 안내되어 워크(35)에 집광된다.

도 7에 나타내는 구성이어도, 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)이 대략 평행 수렴이기 때문에, 캐리지(25)가 이동하여 주주사 방향 위치가 바뀌어도, 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 실질적으로 변화하지 않고, 워크(35) 상의 레이저 광(L)의 스폿 경이 변화하는 등 영향이 나타나지 않는다. 따라서, 주주사 방향이 서로 다른 가공 영역(36－1, 36－2)에서 가공 처리를 실행하는 경우에도, 초점 조정 등 작업을 실행하지 않고 동일한 가공 정밀도로 가공 처리를 실행할 수 있어 보다 고생산성을 실현할 수 있다.

도 8은 본 실시 형태의 레이저 패터닝 장치에 의한 패터닝 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.

우선, 제어 PC(40)의 제어 명령에 따라 부주사 제어부(30)가 스텝 모터(31)를 제어하여 워크(35)를 부주사 방향을 따라 워크 이송 방향 B로 이동시킨다(S1). 그리고, 워크(35)의 표면에 형성되어 있는 정렬 마크(37)가 모니터 카메라(33, 34)의 촬상 영역으로 이동하면, 모니터 카메라(33, 34)의 화상 데이터로부터 정렬 마크(37)가 검출된다(S2). 제어 PC(40)는 정렬 마크(37)의 검출 결과로부터 목표 이송 위치까지의 워크 이동량을 연산하고, 그 연산 결과에 근거하여 부주사 제어부(30)에 스텝 모터(31)를 제어시키도록 한다. 이에 따라, 부주사 방향으로 이동하는 워크(35)는 목표 이송 위치에서 정지한다.

그 후, 제어 PC(40)는 펌프(58)를 가동시켜 가공 테이블(53)의 뒷면에 형성된 공동부(57)의 공기를 빨아내고, 가공 테이블(53)의 표면에 워크(35)를 흡착시켜 워크(35)의 위치가 쉽게 움직이지 않도록 홀드 한다(S3). 그리고, 제어 PC(40)는 워크(35)상의 피가공 부분을 특정하기 위한 피가공 부분 번호(N)를 0으로 세트 한 후(S4), 주주사 제어부(24)에 의하여 스텝 모터(26)를 제어하여 대기 포지션에 대기하고 있는 캐리지(25)를 주주사 방향을 따라 캐리지 송출 방향A(레이저 출력부(1)로부터 멀어지는 방향)으로 이동시켜 정해진 홈 포지션에서 정지시키는 캐리지 위치의 초기화 처리를 실행한다(S5).

이 초기화 처리에 있어서, 제어 PC(40)는 홈 포지션에서 정지한 캐리지(25)의 주주사 방향 위치를 리니어 엔코더(28)로부터 출력되는 주소 신호에 근거하여 취득한다. 구체적으로는, 리니어 엔코더(28)로부터의 주소 신호에 근거하여 제어 PC(40)가 관리하고 있는 홈 포지션과 실제로 정지한 캐리지(25)의 위치 차이를 검출하고, 이를 오프셋 값으로 하여 그 후의 캐리지(25)의 주주사 방향 위치 제어에 이용한다.

다음에, 제어 PC(40)는 워크(35)의 피가공 부분 번호(N)를 1로 세트 한다(S6). 그 후, 제어 PC(40)는 주주사 제어부(24)에 의하여 스텝 모터(26)를 제어하고, 홈 포지션에 위치하고 있는 캐리지(25)를 캐리지 송출 방향 A로 이동시키며, 최초로 가공 처리가 실행되는 워크(35) 상의 제1피가공 부분(N=1)을 가공 처리하기 위한 제1 가공 위치에서 정지시킨다(S7).

여기서, 본 실시 형태 1에서는 위치 정밀도 5μm 이하의 높은 가공 분해능을 실현하기 위하여, 갈바노 스캐너(21)에 의하여 주사되는 워크 상의 레이저 광 주사 범위, 즉 가공 영역(36)의 사이즈를 150［mm］×150［mm］으로 설정해 둔다. 그 때문에, 피가공 영역이 예컨대 450［mm］(주주사 방향)×600［mm］(부주사 방향)인 워크(35)에 대한 가공 처리를 실행하는 경우, 해당 피가공 영역을 주주사 방향을 따라 3 피스로 분할하고, 부주사 방향을 따라 4 피스로 분할한다. 그리고, 이들 12 피스(피가공 부분 N=1~12)를 차례로 가공 처리함으로써, 피가공 영역 전체의 가공 처리를 실행한다.

즉, 캐리지(25)를 홈 포지션으로부터 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례로 이동시키고, 각 가공 위치에서 워크(35) 상의 대응하는 피가공 부분의 가공 처리를 실행하며, 제3 가공 위치에서의 가공 처리가 종료하면, 홈 포지션으로 복귀하는 동작을 반복한다(S6~S9). 한편, 부주사 방향에서는 캐리지(25)가 제3 가공 위치로 이동하여 가공 처리를 종료한 후(S9의 예), 다음에 제1 가공 위치에서의 가공 처리를 개시하기까지, 제어 PC(40)는 부주사 제어부(30)에 의하여 스텝 모터(31)를 제어하여, 워크(35)를 워크 이송 방향 B로 150［mm］만큼 이동시키고(S11), 워크(35)를 홀드 한다(S12). 그리고, 재차 캐리지(25)를 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행한다(S5~S9). 이와 같은 동작을 4회 반복하면(S10의 예), 450［mm］×600［mm］의 피가공 영역 전체의 가공 처리가 완료된다. 피가공 영역 전체의 가공 처리가 종료되면, 워크(35)는 커터(54)에 의하여 재단되어(S13) 트레이(55)로 배출된다.

본 실시 형태 1과 같이, 롤 상으로 권취 가능한 워크(35)를 가공하는 경우에는, 캐리지(25)를 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행한 후, 워크(35)를 워크 이송 방향 B로 150［mm］만큼 이동시키는 동작을 롤 엔드까지 반복하여 실시하면 된다(S14).

도 9는 워크 상의 피가공 영역을 12개의 피스로 분할하여 차례로 가공 처리를 실행하는 경우의 가공 순서를 나타내는 설명도이다. 도 9에 있어서, 각 피가공 부분(36－1~36－24)에 도시되어 있는 숫자가 가공 순서를 나타낸다.

워크 상의 피가공 부분이 각각 독립된 것이면, 캐리지(25)의 각 가공 위치는 각각의 가공 영역(36)이 이간하는 위치이어도 된다. 그러나, 피가공 부분이 독립된 것이 아니고, 복수개의 피가공 부분에 의하여 1개의 가공 대상이 이루어지는 경우에는 캐리지(25)의 각 가공 위치를 각각의 가공 영역(36)이 인접 또는 부분적으로 중복되는 위치로 할 필요가 있다. 특히, 본 실시 형태 1과 같이 피가공 부분 간에서 배선 패턴을 연속시키는 패터닝 가공을 실행하는 경우에는, 피가공 부분 간에서 연속되는 배선 패턴이 어긋나 불연속이 되는 것을 회피할 필요가 있다.

본 실시 형태 1에서 캐리지(25)는 왕복 이동에 따라 이동 방향(주주사 방향)과 직교하는 축 회전의 자세 오차, 이른바 피칭 오차에 의하여 주주사 방향의 가공 위치가 캐리지(25)의 정지마다 어긋나는 경우가 있다. 또, 워크(35)의 부주사 방향 위치도 오차가 생길 우려가 있다. 이와 같은 오차가 발생된 대로 가공 처리를 실행하면, 피가공 부분간에서 연속되는 배선 패턴이 어긋나 불연속이 될 우려가 있다.

그 때문에, 본 실시 형태 1에서는 12개의 피스(피가공 부분) 간에 수십［μm］정도의 오버랩 영역을 마련하여 서로 이웃되는 피가공 부분이 서로 부분적으로 중복되도록, 각 피스(피가공 부분)를 설정한다. 이와 같은 오버랩 영역을 마련함으로써, 다소의 오차가 생겨도 배선 패턴이 불연속적으로 되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태 1에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 캐리지(25) 상에 모니터 카메라(23)를 배치하여 피스(피가공 부분) 간의 오버랩 영역에서의 가공 후의 패턴을 관찰할 수 있도록 되어 있다. 본 실시 형태 1에서는 모니터 카메라(23)에 의하여 오버랩 영역에서의 가공 후의 패턴을 촬상하고, 그 촬상 화상 데이터와 목표 가공 데이터를 비교하여 목표 가공 위치에 대한 가공 후 패턴의 차이를 검출한다. 이 검출 결과를 이용하여 그 가공 후의 패턴에 연속되는 패턴을 포함한 피가공 부분을 가공할 때의 X－Y좌표 오프셋 값을 미조정한다. 이와 같은 미조정에 의하여 캐리지(25)의 정지 목표 위치 차이 뿐만 아니라 캐리지(25)의 자세 오차에 따른 가공 위치 차이도 보정되어 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

도 10은 피스(피가공 부분) 간에서 연속되는 배선 패턴의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 10에는 피가공 부분 번호(N=1, N=2, N=4)의 각 피스에 걸치는 배선 패턴이 예시되어 있다. 도 10중의 사선으로 나타낸 영역은 오버랩 영역이며, 도 10중의 파선은 목표 가공 데이터에 따른 이상적인 가공 위치를 나타내고, 도 10중의 실선은 피가공 부분 번호(N=1)의 피스(피가공 부분)를 가공 처리한 후의 실제 배선 패턴이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 피스 N=1에 대하여 주주사 방향(X축 방향)으로 서로 이웃되는 피스 N=2 및 이에 대하여 주주사 방향(X축 방향)으로 서로 이웃되는 피스 N=3에 대해서는 Y축 좌표의 오프셋을 설정하여 워크(35)의 부주사 방향 위치를 보정한다. 한편, 피스 N=1에 대하여 부주사 방향(Y축 방향)으로 서로 이웃되는 피스 N=4및 이에 나열되는 피스 N=7, 10에 대해서는 X축 좌표의 오프셋을 설정하여 캐리지(25)의 주주사 방향 위치를 보정한다. 이와 같은 오프셋 값은 미리 제어 PC(40)의 메모리에 기록해 두고 각 피스의 가공 처리 시에 판독하여 가공 데이터의 좌표 원점을 오프셋시킨다.

또한 주주사 방향으로 배열되는 피스, 바꾸어 말하면, 동일 캐리지 송출에 의하여 가공되는 피스는 리니어 가이드(29)의 진직도에 의하여 직진성이 담보되기 때문에, Y축 좌표의 오프셋은 일률로 된다. 한편, 부주사 방향으로 배열되는 피스에 대하여는, 상술한 바와 같이 캐리지(25)의 자세에 의하여 차이가 발생하기 때문에, 부주사 방향으로 인접하는 피스 가공 후의 패턴을 모니터 카메라(23)에 의하여 촬상하고, 그 촬상 화상에 근거하여 새롭게 얻어진 오프셋 값을 이용하여 메모리에 기록된 X축 좌표의 오프셋을 최신값으로 갱신하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태 1의 설명에서는 워크(35) 상의 각 피가공 부분을 레이저 광(L)의 주사에 의하여 패터닝 가공할 때, 워크(35) 및 캐리지(25)는 정지한 상태로 가공 처리를 실행하는 예이다. 다만, 부주사 방향으로 이동 중의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 것도 가능하고, 또, 캐리지(25)를 주주사 방향으로 이동하면서 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 것도 가능하다. 또, 본 실시 형태 1의 설명에서는 광 주사 수단이 2차원 주사하는 수단이었지만, 1차원 주사하는 수단이어도 된다.

또, 본 실시 형태 1에서는 주주사 방향(X축 방향)에 관하여 워크(35)와 가공 영역(워크(35)에 대한 레이저 광(L)의 주사 범위)을 상대 이동시키는 상대 이동 수단으로서 캐리지(25)를 주주사 방향으로 이동시켜 가공 영역을 이동시키는 수단을 이용하고 있지만, 워크(35)를 주주사 방향으로 이동시키는 수단을 이용하여도 된다.

〔실시 형태 2〕

다음에, 본 발명에 따른 광 가공 장치를 레이저 패터닝 장치에 적용한 다른 실시 형태(이하, 실시 형태 2라 함)에 대하여 설명한다.

이하의 설명에서는 상술한 실시 형태 1과 공통되는 부분에 대한 설명은 생략한다.

본 실시 형태 2의 레이저 패터닝 장치에서의 가공 대상물은 기재 상에 ITO 박막 및 은 페이스트가 형성된 워크이며, 이 워크 상의 ITO 박막 및 은 페이스트에 레이저 광(가공 광)을 조사하여 부분적으로 ITO 박막 및 은 페이스트를 제거함으로써, ITO 박막 및 은 페이스트를 패터닝 가공하는 것이다. 레이저 발진기(11)에는 예컨대, 기재에 대한 열 영향으로 인한 손상이 적은 100［ps］이하의 펄스 발진에 의한 펄스 섬유 레이저(피코초 섬유 레이저)를 이용하지만, 다른 광원을 이용하여도 된다. 본 실시 형태 2의 콜리메이터 렌즈(61)는 커플링 렌즈로 구성된다.

도 11은 본 실시 형태　２의 레이저 패터닝 장치에 따른 패터닝 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.

여기서, 본 실시 형태 2에서는 워크(35) 상에 형성된 ITO 박막과 은 페이스트라는 상이한 2개의 재료를 레이저 광(L)에 의하여 각각 패터닝 가공한다. ITO 박막과 은 페이스트는 그 재료의 차이로 적합한 가공 조건(레이저 광(L)의 광량, 레이저 광(L)의 파장, 레이저 광(L)의 조사 시간 등)이 상이하게 된다. 이에, 본 실시 형태 2에서는 주주사 방향의 3 피스에 관하여, 우선 ITO 막의 패터닝 가공을 ITO 막용의 가공 조건으로 실행한 후, 그 가공 조건을 은 페이스트용의 가공 조건으로 전환하고, 재차 동일한 3 피스에 관하여 은 페이스트의 패터닝 가공을 실시한다. 이 때, ITO 막용의 가공 조건과 은 페이스트용의 가공 조건은 상이한 가공 조건으로 설정된다. 그리고, 주주사 방향의 3 피스(N=1~3)에 관하여 ITO 막 및 은 페이스트의 쌍방에 대한 패터닝 가공이 종료하면, 워크(35)가 워크 이송 방향 B로 이송되고, 재차 주주사 방향의 3 피스(N=4~6)에 대한 가공이 개시된다.

즉, 캐리지(25)를 홈 포지션으로부터 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례차례 이동시키고(S16, S17), 각 가공 위치에서 워크(35)상의 대응하는 ITO 막의 피가공 부분의 가공 처리를 실시하며(S18), 제3 가공 위치에서의 가공 처리가 종료하면(S19의 예), 홈 포지션으로 돌아온다. 그리고, 이번에는 페이스트에 대한 가공을 실시하기 위하여(S20의 아니오), 워크(35)상의 피가공 부분을 특정하기 위한 피가공 부분 번호 N을 N－3으로 세트 한다(S21). 그 후, 재차 캐리지(25)를 홈 포지션으로부터 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례차례 이동시키고(S16, S17), 각 가공 위치에서 워크(35) 상의 대응하는 은 페이스트의 피가공 부분의 가공 처리를 실시하여(S18), 제3 가공 위치에서의 가공 처리가 종료하면(S19의 예), 홈 포지션으로 돌아온다.

한편, 부주사 방향에 관해서는, 캐리지(25)가 제3 가공 위치로 이동하여 은 페이스트의 가공 처리까지 종료한 후(S20의 예), 다음에 제1 가공 위치에서의 가공 처리를 개시하기까지, 제어 PC(40)는 부주사 제어부(30)에 의하여 스텝 모터(31)를 제어하고, 워크(35)를 워크 이송 방향 B로 150［mm］만큼 이동시키고(S23), 워크(35)를 홀드 한다(S24). 그리고, 재차 캐리지(25)를 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례차례 이동시켜 ITO 막 및 은 페이스트의 가공 처리를 차례로 진행한다(S15~S21).

이와 같이 하여 주주사 방향 및 부주사 방향으로의 이동을 실행하면서, 12개의 피스(피가공 부분 N=1~12)에 대한 가공 처리를 종료하면(S22의 예), 450［mm］×600［mm］의 피가공 영역 전체의 가공 처리가 완료된다. 피가공 영역 전체의 가공 처리가 종료하면, 워크(35)는 커터(54)에 의해 재단되어(S25), 트레이(55)로 배출된다. 본 실시 형태 2와 같이 롤 상으로 권취된 워크(35)를 가공하는 경우에는, 캐리지(25)를 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례차례 이동시켜 ITO 막 및 은 페이스트의 가공 처리를 실시한 후, 워크(35)를 워크 이송 방향 B로 150［mm］만큼 이동시키는 동작을 롤 엔드까지 반복하여 실시하면 된다(S26).

본 실시 형태 2에 의하면, ITO 막과 은 페이스트라는 서로 적합한 가공 조건이 상이한 재료로 이루어지는 각종 가공 개소에 대하여 동일한 광원(레이저 발진기(11))을 이용하여 각자에 적합한 가공 조건으로 가공을 실시할 수 있다. 따라서, 가공 개소 마다 상이한 가공 장치를 이용하여 가공할 필요가 있던 종래 구성과 비교하여 워크를 별도의 장치에 전재하는 등 번거로움이 필요없게 되어 가공 시간을 단축할 수 있다.

본 실시 형태 2에 있어서, ITO 막용의 가공 조건과 은 페이스트용의 가공 조건이 상이한 것은 동일 피스에 대한 가공 횟수(동일 개소에 대한 레이저 광(L)의 조사 횟수)이다. 이것은 ITO 막의 패터닝 가공보다 은 페이스트의 패터닝 가공이 보다 많은 가공 에너지가 필요하기 때문에, 은 페이스트 시의 가공 횟수를 ITO 막 가공 시보다 늘린 것이다. 구체적으로는 본 실시 형태 2에서는 ITO 막 가공 시의 가공 횟수가 1회 인데 반하여, 은 페이스트 가공 시의 가공 횟수는 2회로 설정한다.

또한 본 실시 형태 2에서는 순간적으로 1 M［W］이상의 높은 피크 파워를 발생시키는 피코초 섬유 레이저를 이용함으로써, 어블레이션 가공을 실현하고 있다. 그 때문에, 광 흡수성이 낮은 재료에 대해서도 가공 광(레이저 광(L))의 파장에 의존하지 않는 광 가공이 가능하기 때문에, ITO 막과 은 페이스트라는 광 흡수성이 상이한 재료에 대한 가공에서 레이저 광(L)의 파장(가공 조건)을 변경하지 않고 각자에 적합한 가공 조건을 실현할 수 있다. 또, 피코초 섬유 레이저와 같이, 펄스 폭이 비교적 짧은 레이저 광(L)(반복 주파수가 비교적 높은 레이저 광(L))을 이용함으로써, 워크 상에서의 열 확산이 절감되어 가공 개소에 인접하는 비가공 개소에 대한 열 영향(예컨대, 막 박리 등)을 억제할 수도 있다.

다만, 펄스폭이 비교적 긴 가공 광(펄스 레이저 광인 경우에는 반복 주파수가 비교적 낮은 것)에 의하여 가공을 실시하여도 되고, 이 경우에는 필요에 따라 ITO 막용 가공 시와 은 페이스트 가공 시에 조사하는 가공 광의 파장(가공 조건)을 상이하게 설정하여도 된다. 구체적으로는, 예컨대 파장마다의 광원을 탑재하여 두고, 광로 변환 수단을 이용하는 등 워크에 조사되는 가공 광을 출사하는 광원을 전환시킴으로써, ITO 막용 가공 시와 은 페이스트 가공 시에, 조사하는 가공 광의 파장을 상이하게 한다.

또, ITO 막용 가공 시와 은 페이스트 가공 시에, 레이저 광(L)의 단위 시간 당의 에너지(가공 조건)를 다르게 하도록 하여도 된다. 구체적으로는, 본 실시 형태 2와 같이 펄스 발진에 의하여 레이저 광을 출사하는 펄스 레이저를 광원으로서 이용하는 경우에는, 1 펄스 당의 에너지(가공 조건)를 다르게 하도록 하여도 된다. 1 펄스 당의 에너지(가공 조건)를 변경하는 방법으로서는, 종자 LD(74)에 대한 구동 전류를 변경하거나 펄스 엔진부(70)에서의 증폭율을 변경하거나 하는 등, 광원 출력을 변경하는 방법을 들 수 있다. 또, 광원으로부터 출사시키는 가공 광의 파장(주파수)을 변경하는 방법으로도 1 펄스 당의 에너지(가공 조건)를 다르게 할 수 있다.

1 펄스 당의 에너지를 높게 할 수록, 또, 레이저 광(L)의 반복 주파수를 높게 할 수록(펄스 주기를 짧게 할 수록), 가공 개소(워크 상의 레이저 광(L)의 조사 위치)에 인접하는 비가공 개소나 기재에 대한 레이저(L)로 인한 손상이 커진다. 1 펄스 당의 에너지도 레이저 광(L)의 반복 주파수도 각각 가공 임계 값 이상으로 하되, 비가공 개소나 기재에 대한 레이저(L)로 의한 손상을 허용 범위내로 할 수 있는 상한 값 이하로 설정할 필요가 있다. 이 가공 임계 값이나 상한 값은 ITO 막과 은 페이스트에서 상이하므로, 1 펄스 당의 에너지나 레이저 광(L)의 반복 주파수의 설정 가능 범위가 ITO 막과 은 페이스트에서 중복되지 않는 경우나, 그 중복 범위가 매우 좁은 경우에는, ITO 막과 은 페이스트에서 1 펄스 당의 에너지나 레이저 광(L)의 반복 주파수(가공 조건)를 상이하게 할 필요가 있다.

본 실시 형태 2에서는 레이저 발진기(11)의 종자 LD(74)로부터 출력되는 종자 광의 펄스폭을 10［ps］이상 900［ps］이하의 범위내에서 가변으로 하고, 펄스 엔진부(70)에서의 프리 앰프부의 여기 LD(76)의 출력을 적정화하는 제어를 실시한다. 이에 따라, ITO 막 가공 시와 은 페이스트 가공 시에, 1 펄스 당의 에너지나 레이저 광(L)의 반복 주파수를 상이하게 하여 각자의 가공 시에 적절한 레이저 광(L)으로 가공을 실시할 수 있도록 한다.

이상과 같이, 본 실시 형태 2에서는 ITO 막 가공 시와 은 페이스트 가공 시의 상이한 가공 조건은 동일 피스에 대한 가공 횟수(동일 개소에 대한 레이저 광(L)의 조사 횟수), 워크에 조사되는 레이저 광(L)의 1 펄스 당의 에너지, 및 레이저 광(L)의 반복 주파수이지만, 적합한 가공 조건이 다른 워크(35) 상의 각종 가공 개소에 대하여 가공을 실시할 때에 상이하게 하는 가공 조건은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 가공 횟수, 1 펄스 당의 에너지, 반복 주파수 중 어느 하나의 가공 조건을 다르게 하거나 이들 중의 2개의 가공 조건을 다르게 하거나 하여도 된다. 또는, 이 대신에 또는 이와 함께, 여기서 거론된 가공 조건 외의 가공 조건을 다르게 하도록 하여도 된다.

특히, 동일 피스에 대한 가공 횟수(동일 개소에 대한 레이저 광(L)의 조사 횟수)만을 다르게 하는 구성에 의하면, 레이저 광(L)에 관한 가공 조건을 변경하는 구성이 불필요하게 되어 간소한 구성으로 각각의 가공 개소에 적절한 가공 조건으로 가공을 실시할 수 있다.

또, 1 펄스 당의 에너지, 반복 주파수 등, 레이저 광(L)에 관한 가공 조건을 변경하는 경우, 본 실시 형태 2와 같이, 제어 PC(40)의 기억부에 ITO 막 및 은 페이스트의 각각의 가공 조건(즉, 레이저 광(L)의 제어 조건)을 사전에 기억해 두고, 가공 시에는 제어 PC(40)가 기억부로부터 읽어낸 각각의 가공 조건에 따라 레이저 드라이버부(10)를 제어하고, ITO 막 가공 시와 은 페이스트 가공 시에 사용하는 레이저 광(L)이 상이한 것이 되도록 제어한다. 이 때, 기억부에 기억되는 각 가공 조건은 제어 PC(40)가 네트워크를 통하여 취득하는 갱신 정보에 따라서 갱신할 수 있도록 하여도 된다. 이 경우, 적합한 가공 조건이 상이한 가공 개소를 구비하는 각종 워크에 대하여 각각의 가공 개소에 대응하는 적합한 가공 조건을 유연하게 설정할 수 있다.

또, 본 실시 형태 2에서는 주주사 방향의 3개의 피스에 대하여 ITO 막의 가공 처리를 실시한 후, 동일한 3개의 피스에 대하여 은 페이스트의 가공 처리를 실시하며, 그 후, 워크(35)를 부주사 방향으로 이동시켜 주주사 방향 3개의 피스에 대하여 ITO 막 및 은 페이스트의 가공 처리를 반복하는 구성을 취하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 주주사 방향의 3개의 피스 중 어느 하나의 피스(제1 가공 위치)에 대하여 ITO 막의 가공 처리 후에 은 페이스트의 가공 처리를 실시하며, 그 후, 주주사 방향의 다음의 피스(제2 가공 위치)에서 ITO 막의 가공 처리 및 은 페이스트의 가공 처리를 차례로 진행하고,마찬가지로 주주사 방향의 다음의 피스(제3 가공 위치)에서 ITO 막의 가공 처리 및 은 페이스트의 가공 처리를 차례로 진행하는 구성이어도 된다. 이 구성에서는 각 가공 위치에서의 캐리지(25)의 정지 위치 정밀도가 가공 정밀도에 영향을 미치지만, 캐리지(25)의 정지 횟수를 줄일 수 있으므로, 전체적으로 가공 정밀도를 높일 수 있다.

또, 예컨대, 피가공 영역 전체(12개의 피스)에 대하여 ITO 막의 가공 처리를 실시한 후에, 그 피가공 영역 전체(12개의 피스)에 대하여 은 페이스트의 가공 처리를 실시하는 구성이어도 된다. 다만, 이 구성에서는 워크(35)의 이송 횟수가 증가되어 워크(35)의 부주사 방향에서의 위치 정밀도가 안정되지 않거나, 워크(35)를 손상시키기 쉽다는 단점이 발생할 수 있다.

또, 본 실시 형태 2에서는 ITO 막 및 은 페이스트가 가공 대상인 예였지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 예컨대 동 페이스트 등인 다른 재료가 가공 대상에 포함되는 경우에도 마찬가지로 적용 가능하다.

또한 본 실시 형태 2에서는 워크 이송부(3)로 워크를 부주사 방향으로 이동시키는 구성을 구비하고 있지만, 이 구성은 반드시 필요한 것은 아니고, 워크를 이동시키지 않는 구성이어도 된다.

또, 레이저 광(L)에 의한 워크(35) 상의 가공 개소를 변경하는 가공 개소 변경 수단은 레이저 주사부(2)에 의한 주사에 의하여 워크(35) 상의 가공 개소를 변경하는 수단, 캐리지(25)의 이동에 의하여 워크(35) 상의 가공 개소를 변경하는 수단, 워크 이송부(3)에 의한 워크(35)의 이동에 의하여 워크(35) 상의 가공 개소를 변경하는 수단, 또는, 이러한 수단을 조합한 수단 등, 레이저 광(L)에 의한 워크(35) 상의 가공 개소를 변경하는 수단이면 된다.

또, 본 실시 형태 2에서는 ITO 박막과 은 페이스트라는 재료가 다른 가공 개소에 대해서는 각각 상이한 가공 조건으로 레이저 광(L)에 의한 가공을 실시하는 경우를 예로 하였지만, 이와 같이 재료가 상이하여 적합한 가공 조건이 상이한 경우에 한정되지 않고, 동일한 재료이어도 두께가 다른 등으로 인하여 적합한 가공 조건이 상이한 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

본 실시 형태 1, 2에서는 광 주사 수단을 이용하여 레이저 광(가공 광)을 주사하여 레이저 패터닝 처리를 실행하는 예를 설명하였지만, 광 주사 수단을 이용하지 않고 도 12에 나타낸 바와 같이, 캐리지를 주주사 방향 및 부주사 방향으로 이동시키는 이동 기구를 이용하여 이동 기구에 의해 레이저 광 조사 위치를 변경하면서 워크(35) 상의 피가공 부분을 레이저 패터닝 처리하는 구성이어도 된다.

구체적으로는, 도 12에 나타내는 구성에서 레이저 주사부(2)는 주주사 방향(X축 방향)으로 이동 가능한 주주사 직동 스테이지(27') 상에 탑재된 캐리지(25)에 지지된다. 주주사 직동 스테이지(27')는 부주사 방향(Y축 방향)으로 이동 가능한 부주사 직동 스테이지(21') 상에 탑재되어 있다. 레이저 출력부(1)로부터 출력되는 레이저 광(L)은 레이저 출력부(1)에 고정한 반사 미러(16)로부터 주주사 직동 스테이지(27')상의 반사 미러(17)로 반사되어 캐리지(25)상의 레이저 주사부(2)에 고정한 반사 미러(18)에 의해 집광 렌즈(22')에 입사된다. 또한 도중 부호 19는 레이저 광(L)의 결상 위치에서의 강도 분포나 스폿 형상을 변환하는 회절 광학 소자이며, 톱 해트(Top-Hat) 분포나 구형(矩形) 형상 등을 임의로 설정할 수 있고, 예컨대, 박막 태양 전지 필름의 유기막 등의 가공에 사용한다.

이와 같은 구성에 의해 주주사 직동 스테이지(27') 및 부주사 직동 스테이지(21')를 제어함으로써, 레이저 주사부(2)의 집광 렌즈(22')로부터 사출되는 레이저 광(L)을 2차원 평면내에서 이동(주사)시킬 수 있다. 갈바노 스캐너 등인 광 주사 수단을 이용하는 구성에서는 캐리지(25)를 제1 정지 위치, 제2 정지 위치, 제3 정지 위치로 차례차례 이동, 정지시키고, 각각의 위치에서 레이저 패터닝 처리를 실시할 필요가 있다. 이와 같이 레이저 가공 처리를 단속적으로 실시할 필요가 있었기 때문에, 처리 시간이 비교적 길어진다. 이에 대하여, 도 12에 나타내는 구성이면, 레이저 광 주사 범위가 갈바노 스캐너 등인 광 주사 수단을 이용하여 주사하는 경우보다 넓기 때문에, 제1 정지 위치, 제2 정지 위치, 제3 정지 위치의 각 위치에서 실시한 레이저 패터닝 처리를 한 번의 레이저 가공 처리로 연속적으로 실시할 수 있다. 즉, 예컨대 450［mm］(주주사 방향)×600［mm］(부주사 방향)의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 경우, 해당 가공 대상의 전체를 주주사 방향으로 분할할 필요없이 가공 처리할 수 있다.

또, 도 12에 나타내는 구성이면, 부주사 방향에 있어서도 레이저 광 주사 범위를 갈바노 스캐너 등인 광 주사 수단을 이용하여 주사하는 경우보다 확대시킬 수 있으므로, 예컨대 450［mm］(주주사 방향)×600［mm］(부주사 방향)의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 경우, 해당 가공 대상의 전체를 부주사 방향으로 분할하는 분할수를 감소시킬 수 있다. 이와 같은 구조를 이용하여 워크를 부주사 방향으로 분할한 가공을 실행함으로써, 장척(長尺)의 가공을 실시할 수 있어 생산성도 향상시킬 수 있다. 또한 여기서 말하는 워크를 부주사 방향으로 분할한 가공이란, 이동 기구에 의해 주주사 방향 및 부주사 방향에 걸치는 가공을 실행한 후에, 워크를 이송하여 재차 이동 기구에 의해 주주사 방향 및 부주사 방향에 걸치는 가공을 실행하는 가공이되, 실시 형태 1에서 기재한 피스로 분할하여 실행하는 가공과 같이, 이송 전후에서 워크의 피가공부의 적어도 일부가 연결되도록 가공하는 것을 말한다. 즉, 워크 이송부(3)는 해당 가공 대상의 전체를 부주사 방향으로 분할한 영역마다 차례로 캐리지(25)의 이동 범위와 중첩되도록 워크를 이송한다.

이상으로 설명한 것은 일례이며, 다음의 양태마다 특유의 효과를 상주한다.

(양태 A)

레이저 광(L) 등인 가공 광을 출사하는 레이저 발진기(11) 등인 광원과 상기 광원으로부터 출사되는 가공 광을 주사하는 갈바노 스캐너(21) 등인 광 주사 수단과 상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 가공 광을 워크(35) 등인 가공 대상물에 집광시키는 fθ렌즈(22) 등인 집광 수단을 구비하는 레이저 패터닝 장치 등인 광 가공 장치에 있어서, 적어도 상기 집광 수단을 탑재하고, 상기 가공 대상물의 피가공면에 대하여 평행인 방향으로 이동하는 캐리지(25) 등인 이동 수단과 상기 이동 수단의 이동을 제어하는 주주사 제어부(24) 및 제어 PC(40) 등인 이동 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 양태에 의하면, 광 주사 수단에 의하여 주사된 가공 광을 가공 대상물에 집광시키는 집광 수단이 이동 수단에 의하여 가공 대상물의 피가공면에 대하여 평행인 방향으로 이동할 수 있다. 그 때문에, 광 주사 수단에 의하여 주사된 가공 광이 가공 대상물 상의 피가공면을 주사하는 범위, 즉 가공 영역(36)을 가공 대상물을 움직이지 않고 가공 대상물에 대하여 상대 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 가공 대상물 상의 다른 피가공 부분에 대하여 본 광 가공 장치의 가공 영역을 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행함으로써, 가공 영역을 초과하는 비교적 큰 가공 대상물에 대한 가공 처리가 쉬워진다.

또한, 본 양태에 있어서 가공 영역과 가공 대상물을 상대 이동시키는 상대 이동 수단은 적어도 집광 수단을 탑재하여 이동하는 이동 수단이다. 이 이동 수단이면, 그 탑재물이 가공 대상물보다 경량이기 때문에, 가공 대상물을 움직이는 이동 수단을 이용하는 경우보다 관성력이 작아 고속 이동이 가능하므로 고생산성을 실현할 수 있다.

또한, 본 양태는 가공 대상물을 특정의 방향(본 실시 형태에서는 부주사 방향)으로 이동시키는 이동 기구를 병용하는 구성을 배제하는 것은 아니다. 이 구성을 채용하여도, 해당 특정의 방향과 다른 방향에 관해서는 가공 대상물을 이동시키는 이동 기구를 이용하지 않고 가공 영역을 가공 대상물에 대하여 상대 이동시킬 수 있다. 따라서, 해당 특정의 방향과는 다른 방향에 관해서는 가공 영역을 가공 대상물에 대하여 고속으로 상대 이동시킬 수 있으므로, 그 방향에 관해서는 가공 영역을 초과하는 비교적 큰 가공 대상물에 대한 고생산성의 가공 처리가 가능하게 된다.

(양태 B)

상기 양태 A에 있어서, 상기 광 주사 수단도 상기 이동 수단에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.

광 주사 수단이 이동 수단에 비탑재인 경우에는, 가공 대상물의 피가공면에 평행 이동하는 이동 수단에 대하여, 광 주사 수단에 의하여 주사된 후의 가공 광을 입사시키게 된다. 이와 같은 구성에 있어서, 이동 수단이 어느 위치로 이동하여도 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 초점을 유지하여 가공 정밀도를 안정시키기 위하여는, 주사된 후의 가공 광을 평행 광속화할 필요가 있다. 주사된 후의 가공 광을 평행 광속화하는 것은 광 주사 수단에 입사하는 주사전의 가공 광을 평행 광속화하는 것보다 구성이 복잡해진다. 본 양태와 같이, 광 주사 수단이 이동 수단에 탑재되어 있으면, 주사된 후의 가공 광을 평행 광속화할 필요가 없기 때문에, 간단하고 용이한 구성을 실현할 수 있다.

(양태 C)

상기 양태 B에 있어서, 가공 광을 평행 광속화하는 콜리메이트 광학계(83) 등인 평행 광속화 수단을 구비하고, 상기 평행 광속화 수단은 상기 이동 수단에 비탑재이며, 상기 이동 수단은 상기 이동 수단에 입사하는 평행 광속화 후의 가공 광의 광축에 평행인 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 이동 수단의 이동 방향이 해당 이동 수단에 입사하는 평행 광속화 후의 가공 광의 광축과 평행이기 때문에, 이동 수단이 어느 위치로 이동하여도 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 초점이 실질적으로 변화하지 않아, 가공 대상물 상의 가공 광의 스폿 경이 변화하는 등 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 이동 수단을 어느 위치로 이동시켜 가공 처리하는 경우에도, 초점 조정 등 작업을 실행하지 않고도 동일한 가공 정밀도로 가공 처리를 실행할 수 있어 보다 고생산성을 실현할 수 있다.

(양태 D)

상기 양태 A에 있어서, 상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 가공 광을 평행 광속화하는 콜리메이터 렌즈(61) 등인 평행 광속화 수단을 구비하고, 상기 광 주사 수단 및 상기 평행 광속화 수단은 상기 이동 수단에 비탑재이며, 상기 이동 수단은 상기 평행 광속화 수단에 의하여 평행 광속화된 가공 광의 광축에 평행인 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

본 양태에서는 광 주사 수단이 이동 수단에 비탑재이기 때문에, 광 주사 수단이 이동 수단에 탑재되어 있는 구성보다 이동 수단의 탑재물의 중량이 경량으로 되어, 관성력이 보다 작고, 고속의 이동을 실현할 수 있으므로, 고생산성을 실현할 수 있다. 또, 이동 수단의 이동 방향이 해당 이동 수단에 입사하는 평행 광속화 후의 가공 광의 광축과 평행이기 때문에, 이동 수단이 어느 위치로 이동하여도, 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 초점이 실질적으로 변화하지 않고, 가공 대상물 상의 가공 광의 스폿 경이 변화하는 등 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 이동 수단을 어느 위치로 이동시켜 가공 처리하는 경우에도, 초점 조정 등 작업을 실행하지 않고도 동일한 가공 정밀도로 가공 처리를 실행할 수 있어 보다 고생산성을 실현할 수 있다.

(양태 E)

상기 양태 A~D의 각 양태에 있어서, 상기 집광 수단에 의한 가공 광의 집광 거리를 조정하는 빔 확장기(12) 등인 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 이동 수단의 이동에 의하여 상기 집광 수단에 의한 가공 광의 집광 거리에 차이가 생기는 경우에도, 조정 수단에 의하여 집광 거리를 조정할 수 있으므로, 이동 수단이 어느 위치로 이동하여도 안정된 가공 정밀도를 용이하게 실현할 수 있다.

(양태 F)

상기 양태 A~E의 각 양태에 있어서, 상기 이동 수단은 상기 가공 대상물의 피가공 면에서의 가공 광의 주사 방향에 대하여 평행으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 광 주사 수단의 주사 범위가 좁아도 그 주사 범위를 초과하는 비교적 큰 가공 대상물을 가공 처리할 수 있다.

(양태 G)

상기 양태 A~F의 각 양태에 있어서, 상기 이동 수단의 이동이 정지한 상태로 상기 가공 대상물의 피가공 면을 가공 광이 주사하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 보다 고정밀 가공 처리를 실현할 수 있다.

(양태 H)

상기 양태 G에 있어서, 상기 이동 제어 수단은 상기 이동 수단을 다수의 정지 위치에서 각각 정지시킨 상태로 상기 가공 대상물의 피가공 면을 가공 광이 주사할 때의 각 광 주사 영역이 상기 이동 수단의 이동 방향으로 서로 이웃되도록, 또는, 상기 이동 수단의 이동 방향으로 일부 중복되도록, 상기 이동 수단의 정지 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 이동 수단의 이동 방향에 있어 가공 대상물 상의 각 피가공 부분간의 연속적인 가공이 가능하게 된다. 이에 따라, 이동 수단의 이동 방향에 있어 가공 대상물의 각 피가공 부분이 독립적인 것이 아니라, 다수의 피가공 부분에 의하여 1개의 가공 대상이 이루어지는 가공 대상물의 가공 처리를 실행할 수 있게 된다.

(양태 I)

상기 양태 G 또는 H에 있어서, 상기 이동 수단은 정해진 이동 경로를 왕복 이동하는 수단으로서, 상기 이동 제어 수단은 상기 이동 수단을 왕로 방향 또는 귀로 방향의 어느 한 방향으로 이동시켜, 상기 다수의 정지 위치의 각 위치에 이동 수단을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 이동 수단의 이동 시에 생기는 위치 오차를 한 쪽으로 치우치게 하여 위치 오차를 일정하게 할 수 있으므로 해당 위치 오차 보정 등 대응이 용이하게 된다.

(양태 J)

상기 양태 A~I의 각 양태에 있어서, 상기 이동 수단의 이동 방향에 대하여 직교하는 방향으로 상기 가공 대상물을 이송시키는 워크 이송부(3) 등인 이송 수단과 상기 가공 대상물의 피가공 면을 가공 광이 주사할 때의 각 광 주사 영역이 상기 이송 수단에 의한 가공 대상물 이송 방향으로 서로 이웃되도록, 또는, 이 이송 수단에 의한 가공 대상물 이송 방향으로 일부 중복되도록, 이 이송 수단의 정지 위치를 제어하는 부주사 제어부(30) 및 제어 PC(40) 등인 이송 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 가공 대상물 이송 방향에 있어 가공 대상물 상의 각 피가공 부분 간의 연속적인 가공이 가능하게 된다. 이에 따라, 가공 대상물 이송 방향에 있어 가공 대상물의 각 피가공 부분이 독립적인 것이 아니라 다수의 피가공 부분에 의하여 1개의 가공 대상이 이루어지는 가공 대상물의 가공 처리를 실행할 수 있게 된다.

(양태 K)

상기 양태 A~J의 각 양태에 있어서, 상기 광 주사 수단은 상기 광원으로부터 출사되는 가공 광을 2차원 방향으로 주사하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 보다 생산성이 높은 가공 처리를 실현할 수 있다.

(양태 L)

레이저 광(L) 등인 가공 광을 출사하는 레이저 발진기(11) 등인 광원과 상기 광원으로부터 출사되는 가공 광을 주사하는 갈바노 스캐너(21) 등인 광 주사 수단과 상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 가공 광을 워크(35) 등인 가공 대상물에 집광시키는 fθ렌즈(22) 등인 집광 수단을 구비하는 레이저 패터닝 장치 등인 광 가공 장치에 있어서, 적어도 상기 집광 수단을 탑재하고, 상기 가공 대상물의 피가공면에 대하여 평행인 방향으로 이동하는 캐리지(25) 등인 이동 수단과 상기 이동 수단의 이동을 제어하는 주주사 제어부(24) 및 제어 PC(40) 등인 이동 제어 수단을 구비하고, 상기 가공 대상물의 피가공 면에서 가공 광의 주사 방향은 적어도 상기 이동 수단의 이동 방향을 포함한 직교하는 2 방향인 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 보다 생산성이 높은 가공 처리를 실현할 수 있다.

(양태 M)

상기 양태 L에 있어서, 상기 2 방향 중, 적어도 한 쪽 주사 방향으로 가공 광을 주사하는 광 주사 수단도 상기 이동 수단에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.

광 주사 수단이 이동 수단에 비탑재인 경우에는, 가공 대상물의 피가공면에 대하여 평행 이동하는 이동 수단으로 광 주사 수단에 의하여 주사된 후의 가공 광을 입사시키게 된다. 이와 같은 구성에 있어서, 이동 수단이 어느 위치로 이동하여도 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 초점을 유지하여 가공 정밀도를 안정시키기 위해서는, 주사된 후의 가공 광을 평행 광속화시킬 필요가 있다. 주사된 후의 가공 광을 평행 광속화하는 것은 광 주사 수단에 입사하는 주사 전의 가공 광을 평행 광속화하는 것보다 구성이 복잡하게 된다. 본 양태와 같이, 광 주사 수단이 이동 수단에 탑재되어 있으면, 주사된 후의 가공 광을 평행 광속화할 필요가 없기 때문에, 간단하고 용이한 구성을 실현할 수 있다.

(양태 N)

가공 광을 출사하는 광원과 상기 광원으로부터 출사되는 가공 광을 주사하는 광 주사 수단과 상기 가공 대상물 상의 상기 광 주사 수단에 의한 가공 광의 주사 방향에 대하여 교차하는 방향으로 상기 가공 대상물을 이송하는 이송 수단을 구비하는 광 가공 장치에 있어서, 상기 가공 대상물에 대한 가공 광의 주사 범위와 상기 가공 대상물을 다른 쪽에 대하여 상기 주사 방향으로 상대 이동시키는 상대 이동 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 양태에 있어서도 가공 대상물에 대한 가공 광의 주사 범위, 즉 가공 영역(36)과 가공 대상물을 가공 대상물에 대한 가공 광의 주사 방향으로 상대 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 가공 대상물 상의 다른 피가공 부분에 대하여 본 광 가공 장치의 가공 영역을 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행함으로써, 가공 영역을 초과하는 비교적 큰 가공 대상물에 대한 가공 처리가 용이해진다.

(양태 O)

레이저 광(L) 등인 가공 광을 출사하는 레이저 발진기(11) 등인 광원과, 상기 가공 광에 의한 워크(35) 등인 가공 대상물 상의 가공 개소를 변경하는 갈바노 스캐너(21), 캐리지(25), 이송부(3) 등인 가공 개소 변경 수단을 구비하는 광 가공 장치에 있어서, 가공 대상물의 가공 개소에 따라 동일 개소에 대한 레이저 광(L)의 조사 횟수, 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 단위 시간 당의 에너지, 레이저 광(L)의 반복 주파수 등인 가공 조건을 변경하는 제어 PC(40), 레이저 드라이버부(10), 주주사 제어부(24) 등인 가공 조건 변경 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 양태에 의하면, 가공 대상물의 가공 개소마다 상이한 가공 조건으로 가공을 실시할 수 있다. 따라서, 적합한 가공 조건이 서로 다른 가공 개소가 가공 대상 물 상에 존재하는 경우에도, 가공 대상물을 별도의 장치에 전재하는 등 수고 없이 그 가공 대상물 상의 각 가공 개소를 각자에 적합한 가공 조건으로 가공할 수 있다. 따라서, 적합한 가공 조건이 서로 다른 가공 개소마다 상이한 광 가공 장치를 이용하여 가공할 필요가 있던 종래 구성과 비교하여 수고가 적고, 가공 시간을 단축할 수 있다.

(양태 P)

상기 양태 O에 있어서, 상기 광원을 제어하는 제어 PC(40), 레이저 드라이버부(10) 등인 광원 제어 수단을 구비하고, 상기 가공 조건은 상기 광원 제어 수단에 의한 광원 제어 조건(워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 단위 시간 당의 에너지, 레이저 광(L)의 반복 주파수 등)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 적합한 가공 광의 특성 조건이 서로 다른 가공 대상물 상의 각종 가공 개소를 각자 매우 적합하게 가공할 수 있다.

(양태 Q)

상기 양태 P에 있어서, 상기 광원 제어 조건은 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 단위 시간 당의 에너지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 적합한 가공 광의 단위 시간 당의 에너지가 서로 다른 가공 대상물 상의 각종 가공 개소를 각자 매우 적합하게 가공할 수 있다.

(양태 R)

상기 양태 P 또는 Q에 있어서, 상기 광원은 정해진 반복 주파수로 가공 광을 단속적으로 출사하는 펄스 섬유 레이저 등이며, 상기 광원 제어 조건은 상기 정해진 반복 주파수를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 적합한 가공 광의 반복 주파수가 서로 다른 가공 대상물 상의 각종 가공 개소를 각각 매우 적합하게 가공할 수 있다.

(양태 S)

상기 양태 O~R의 각 양태에 있어서, 상기 가공 조건은 가공 광의 조사 횟수를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 동일 개소에 대한 레이저 광(L)의 적합한 조사 횟수가 서로 다른 가공 대상물 상의 각종 가공 개소를 각각 매우 적합하게 가공할 수 있다. 또, 가공 광의 특성을 변경하지 않고 가공 조건을 변환시킬 수 있으므로, 간단하고 용이한 구성을 실현할 수 있다.

(양태 T)

상기 양태 O~S의 각 양태에 있어서, 상기 가공 개소 변경 수단은 상기 광원으로부터 출사되는 가공 광을 주사하는 갈바노 스캐너(21) 등인 광 주사 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 고속 고정밀의 가공을 실현할 수 있다.

(양태 U)

상기 양태 T에 있어서, 주주사 방향 등인 정해진 방향으로 복수회의 이동과 정지를 반복하는 캐리지(25) 등인 이동 수단을 구비하고, 상기 광 주사 수단은 상기 이동 수단에 탑재되며 상기 이동 수단의 정지 중에 상기 가공 광을 주사하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 비교적 큰 가공 대상물에 대해서도, 광 주사 수단으로 주사한 가공 광에 의하여 가공 처리를 실시할 수 있다.

(양태 V)

상기 양태 O~U의 각 양태에 있어서, 상기 가공 개소 변경 수단은 상기 가공 대상물을 향하여 가공 광을 조사하는 광 조사 위치와 가공 대상물을 상대 이동시키는 캐리지(25), 이송부(3), XY 테이블 등인 상대 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 보다 가공 시간이 짧은 가공을 용이하게 실현할 수 있다.

1 레이저 출력부 2 레이저 주사부
3 워크 이송부 4 제어부
10 레이저 드라이버부 11 레이저 발진기
12 빔 확장기 14, 15, 16 반사 미러
20 갈바노 스캐너 제어부 21 갈바노 스캐너
21a 갈바노 미러 21b 스텝 모터
22 fθ렌즈 23 모니터 카메라
24 주주사 제어부 25 캐리지
26 스텝 모터 28 리니어 엔코더
29 리니어 가이드 30 부주사 제어부
31 스텝 모터 32 이송 롤러쌍
33, 34 모니터 카메라 35 워크
36 가공 영역 37 정렬 마크
51 스풀 축 52 입구 가이드판
53 가공 테이블 54 커터
55 트레이 57 공동부
58 펌프 61 콜리메이터 렌즈
67 권취 축 91 다각형 스캐너
91a 다각형 미러 91b 모터

Claims (20)

1. 광원과,
   상기 광원으로부터 출사된 광을 주사하는 광 주사 수단과,
   상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 광을 가공 대상물에 집광시키는 집광 수단을 구비하는 광 가공 장치에 있어서,
   상기 집광 수단은 상기 가공 대상물에 대하여 이동하는 이동 수단에 탑재되고, 상기 광원은 상기 이동 수단에 탑재되지 않는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광 주사 수단은 상기 이동 수단에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이동 수단에 대하여 상기 가공 대상물을 상대 이동시키도록 이송하는 이송 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이동 수단은 제1 방향으로 이동하고, 상기 이송 수단은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 가공 대상물을 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이동 수단은 제1 축을 따른 방향으로만 이동하고, 상기 이송 수단은 상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 따른 방향으로만 상기 가공 대상물을 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 광원으로부터 출사되는 광을 평행 광속화하는 평행 광속화 수단을 구비하고,
   상기 이동 수단으로 입사하는 광은 상기 이동 수단으로 입사하기 전에 평행 광속화되어 상기 이동 수단이 이동하는 방향을 따른 방향으로부터 상기 이동 수단으로 입사하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이동 수단은 적어도 2이상의 정지 위치에서 정지하고,
   상기 광 주사 수단은 상기 이동 수단이 정지하고 있는 상태에서 상기 광원으로부터 출사된 광을 주사하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 이동 수단은 왕복 이동하고, 왕복 이동 중의 일방향의 이동 시에만 상기 정지 위치에서 정지하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 이동 수단은 인접하는 각 정지 위치 중, 상기 가공 대상물 상의 광의 주사 범위가 서로 겹치는 정지 위치에서 정지하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 광 주사 수단은 상기 광원으로부터 출사된 광을 2 차원 주사하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 집광 수단의 집광 거리를 조정하는 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 광 주사 수단이 주사하는 개소에 따라 상기 광원의 광의 단위 시간 당 에너지, 상기 광원의 광의 반복 주파수, 상기 광원의 광의 조사 횟수 중 적어도 하나를 변경하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
13. 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 주사하는 광 주사 수단과, 상기 광 주사 수단에 의하여 주사된 광을 가공 대상물에 집광시키는 집광 수단을 구비하는 광 가공 장치를 이용하여 상기 가공 대상물을 가공하는 광 가공물의 생산 방법에 있어서,
    상기 광원을 이동 수단에 탑재하지 않는 상태에서 상기 집광 수단을 상기 이동 수단에 탑재하여 상기 가공 대상물에 대하여 이동시켜 상기 가공 대상물을 가공하는 것을 특징으로 하는 광 가공물의 생산 방법.
14. 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 광을 가공 대상물에 집광시키는 집광 수단과,
    상기 집광 수단을 탑재하고, 상기 가공 대상물에 대하여 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이동하는 이동 수단과,
    상기 이동 수단에 대하여 상기 가공 대상물을 상기 제2 방향으로 상대 이동시키도록 이송하는 이송 수단을 구비하고,
    상기 이동 수단의 이동 범위는 상기 가공 대상물 상의 피가공부를 상기 제2 방향으로 분할한 영역인 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 광원은 상기 이동 수단에 탑재되지 않는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
16. 제14항에 있어서,
    상기 이송 수단은 상기 제2 방향으로 분할한 영역이 상기 이동 수단의 이동 범위과 겹쳐지도록 순차로 상기 가공 대상물을 이송하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
17. 제14항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사된 광을 평행 광속화하는 평행 광속화 수단을 구비하고, 상기 이동 수단에 입사하는 광은 상기 이동 수단에 입사하기 전에 평행 광속화되어 상기 이동 수단이 이동하는 방향을 따른 방향으로 상기 이동 수단에 입사하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
18. 제14항에 있어서,
    상기 집광 수단의 집광 거리를 조정하는 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
19. 제14항에 있어서,
    상기 집광 수단이 집광하는 개소에 따라 상기 광원의 광의 단위 시간 당 에너지, 상기 광원의 광의 반복 주파수, 상기 광원의 광의 조사 횟수 중 적어도 하나를 변경하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
20. 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 가공 대상물에 집광시키는 집광 수단과, 상기 집광 수단을 탑재하고 상기 가공 대상물에 대하여 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이동하는 이동 수단과, 상기 이동 수단에 대하여 상기 가공 대상물을 상기 제2 방향으로 상대 이동시키도록 이송하는 이송 수단을 구비하는 광 가공 장치를 이용하여 상기 가공 대상물을 가공하는 광 가공물의 생산 방법에 있어서,
    상기 이동 수단의 이동 범위는 상기 가공 대상물 상의 피가공부를 상기 제2 방향으로 분할한 영역인 것을 특징으로 하는 광 가공물의 생산 방법.

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