JP3655675B2 - 印刷用版面のレーザ加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザビームの照射によって金属材料などの被加工部材の表面に微細な凹部や孔を形成するレーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームを鋼板や銅板などの金属材料の表面に照射すると、この金属材料はレーザビームのエネルギーを吸収して高温に加熱される。
【０００３】
そして、この場合における金属材料の表面の温度上昇度は、レーザビームのエネルギー密度が高い程大きく、また、そのレーザビームの照射時間の経過に従って表面温度が上昇していく。従って、レーザビームの照射を続けて表面温度が設定レベル、つまり金属材料の融点に達すると、この金属材料は表面から内部に徐々に溶融していく。
【０００４】
しかし、ここで、さらにレーザビームの照射を続けると、金属材料の表面温度は自身の沸点に達し、表面の物質が気化，蒸発し、この部位に凹部や穴が形成される。このようなレーザ加工における熱プロセスでは金属材料の表面温度がレーザのエネルギーと照射時間に依存する。
【０００５】
ところで、このような表面物質の気化，蒸発による従来のレーザ加工では、例えばパルス（レーザパルス）幅が１０ピコ秒以上のＮｄ：ＹＡＧレーザからのレーザビームあるいはパルス幅が１ナノ秒以上のマキシマレーザからのレーザビームを集光レンズで集光し、この集光を行ったレーザビームを金属材料の表面上に照射して集光スポットを形成している。
【０００６】
この場合に用いられるＮｄ：ＹＡＧレーザからのレーザビームはＣＯ2 レーザなどからのレーザビームに比較して波長が短いため、金属材料に対する吸収力が強く、このため金属材料の効率的な切断，孔あけなどの加工を実現できる。
【０００７】
従って、その金属材料の表面ではレーザビームの集光スポットの部位が集中的に加熱されて溶融し、その後続いて、沸騰および蒸発することによって直径数１０マイクロメートル程度の上記凹所や孔が容易に形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の金属材料表面の気化，蒸発によるレーザ加工では、レーザビームのパルス幅が、比較的小さいパワー密度であっても十分な長さに設定されているため、そのレーザビームのエネルギーの大部分が金属の溶融（液化）に費され、この加工によって形成された凹部の周縁には溶融した金属材料の一部が付着して、その周縁部で盛り上がり、溶融金属の固化後にはその凹部がクレータ状になり、必要とするシャープなエッジを有する凹部や孔を形成できないなどの課題があった。
【０００９】
図３はかかる従来のレーザ加工方法において、レーザビームのパルスエネルギーが１３０マイクロジュール／パルス、パルス幅が１０ナノ秒の２倍波ＹＡＧレーザのレーザビーム（波長５３２ナノメートル）を焦点距離１００ミリメートルの集光レンズで銅板の表面に５発集光，照射して形成した凹部の写真像を示す。
【００１０】
この図によればレーザ加工で形成した凹部の周縁部で、溶融した金属が大きく盛り上がってクレータ状になっており、その周縁部にシャープなエッジが得られていないことが分かる。
【００１１】
この発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、オフセット印刷やグラビア印刷で使用する版胴や凹版などの版面に微細な凹部を簡単に形成できるレーザ加工方法を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の印刷用版面のレーザ加工方法は、レーザ装置からパルス幅が０．５ピコ秒以上１ピコ秒以下のピークパワーの高いレーザビームを出力し、この出力されたレーザビームを集光レンズにより集光して印刷用の版面上に照射し、この照射によって該印刷用の版面上における上記レーザビームの照射部位を蒸発させ、この蒸発によって上記印刷用の版面上に凹部を形成するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。
図１はこの発明のレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置の光学系を示す概念図であり、図において、１は例えばパルス幅が１ピコ秒以下で、パルスエネルギーが５００マイクロジュール程度のレーザパルス（レーザビーム）を出力するレーザ装置である。
【００１４】
このレーザ装置１は例えばチタン：サファイアレーザなどの広帯域レーザを有し、レーザビームのパワー密度を例えば１０15ワット／平方センチメートル程度にするための高ピークパワーが得られるものが用いられる。
【００１５】
なお、このパワー密度１０15ワット／平方センチメートルは、パルス幅が０．５ピコ秒、パルスエネルギーが５００μＪ／パルスのレーザビームを、焦点距離が１００ミリメートル程度の集光レンズにより集光して、被加工部材の表面に直径１０マイクロメートルのスポットを形成することによって実現できる。
【００１６】
また、２はレーザ装置１から出力されたレーザパルスとしてのレーザビーム、３はこのレーザビームを被加工部材である金属材料の設置部位へ伝送するレーザビーム伝送用のミラー、４はこのミラー３を介して伝送されたレーザビームを集光する集光レンズである。
【００１７】
さらに、５は集光レンズ４で集光されたレーザビームが照射される被加工部材としての金属材料であり、例えば鉄板，鋼板，銅板などの金属板が用いられる。６はその金属材料５の表面におけるレーザビームの集光点である。
【００１８】
次に動作について説明する。まず、レーザ装置１ではチタン：サファイヤレーザなどの広帯域レーザからパルス幅が０．１ピコ秒以上で１ピコ秒以下（サブピコ秒）のレーザビーム２を出力する。
【００１９】
このレーザビーム２は反射光学系としてのミラー３にて反射されて、方向が金属材料５がある側に変えられて伝送され、集光レンズ４に入射する。この集光レンズ４はそのレーザビームを集光し、金属材料５表面の所定の集光点にレーザビーム２の集光スポットを形成する。
【００２０】
このレーザビーム２の集光スポットにより加工される凹部の深さは、そのレーザビーム２の照射累積数に比例して決定される。
【００２１】
このため、上記集光点では大きなパルスエネルギーを受けて金属材料５が僅か溶融して残るものの、その殆どが蒸発し、周縁部に盛り上がりが生じない所定サイズおよび深さの凹部が形成される。
【００２２】
また、レーザビームの波長が近赤外域でもパルス幅が１ピコ秒以下で、パルスエネルギーが５００マイクロジュール／パルス程度であれば、シャープなエッジで、かつ周縁部の盛り上がりが少ない凹部や孔を形成できる。
【００２３】
図２はパルスエネルギーが５００マイクロジュール／パルスで、パルス幅が１ピコ秒のレーザビームをチタン：サファイヤレーザ（波長７４５ミリメートル）を持ったレーザ装置１から出力させ、これを焦点距離１００ミリメートルの集光レンズ４により集光して、金属材料としての銅板の表面に５発照射して加工した凹部の状態を写真にて示す。
【００２４】
この図２によれば、上記凹部の周縁部の盛り上がりが従来の図３に示したものと比べて小さく、凹部のエッジが比較的シャープとなっていることが確認できる。すなわち、上記条件下のパルスエネルギーおよびパルス幅によれば、銅板の溶融が効果的に押えられ、集光スポット部位における蒸発が効率的に進行することによって、上記凹部の周縁部での盛り上がりが回避できたことが分かる。
【００２５】
また、必要に応じ、波長がさらに短い可視域あるいは紫外域の波長を有するレーザビームを用いれば、より少ないパルスエネルギーで任意の深さの凹部を形成でき、加えてその凹部の周縁部の盛り上がりをさらに小さく抑えることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態によるレーザ加工方法によれば、金属材料としての銅板，鋼板，鉄板などの金属板のみならず、プラスチック材料や金属材料の表面にコーティングされたポリマー薄膜などの被加工部材に対しても、シャープなエッジを有するマーキング，トリミング，スクライビングなどのための凹部を上記同様にして形成できる。
【００２７】
このため、プラスチック部材の表面の微細加工も可能となり、さらに、微細な孔あけ加工によりグラビア印刷やオフセット印刷のための版を形成することもできる。従って、グラビア印刷では被加工部材としての印刷用の版面に対し深さの異なる微細な凹部を形成することで、写真，絵画における諧調の再現性を向上でき、オフセット印刷でも明確な文字印刷等が行えることとなる。
【００２８】
また、レーザビームのパルス累積数を大きく設定することで、アスペクト比の高い深い小孔を形成することも任意となるため、マイクロマシンの軸受け用孔の加工にも利用できる。そして、この場合にも、その小孔等の周縁がシャープとすることができることで、加工部周辺の研磨が不要になり、作業能率の向上が図れるという利点が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、レーザ装置からパルス幅が１ピコ秒以下のピークパワーの高いレーザビームを出力し、この出力されたレーザビームを集光レンズにより集光して印刷用の版面上に照射し、この照射によって該印刷用の版面上における上記レーザビームの照射部位を蒸発させ、この蒸発によって上記印刷用の版面上に凹部を形成するようにしたので、オフセット印刷やグラビア印刷で使用する版胴や凹版などの版面に微細な凹部を簡単に形成できるものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態によるレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概念図である。
【図２】 この発明のレーザ加工方法により金属部材上に形成された凹部を示す写真である。
【図３】 従来のレーザ加工方法により金属部材上に形成された凹部を示す写真である。
【符号の説明】
１ レーザ装置
４ 集光レンズ
５ 金属材料（被加工部材）
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザビームの照射によって金属材料などの被加工部材の表面に微細な凹部や孔を形成するレーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームを鋼板や銅板などの金属材料の表面に照射すると、この金属材料はレーザビームのエネルギーを吸収して高温に加熱される。
【０００３】
そして、この場合における金属材料の表面の温度上昇度は、レーザビームのエネルギー密度が高い程大きく、また、そのレーザビームの照射時間の経過に従って表面温度が上昇していく。従って、レーザビームの照射を続けて表面温度が設定レベル、つまり金属材料の融点に達すると、この金属材料は表面から内部に徐々に溶融していく。
【０００４】
しかし、ここで、さらにレーザビームの照射を続けると、金属材料の表面温度は自身の沸点に達し、表面の物質が気化，蒸発し、この部位に凹部や穴が形成される。このようなレーザ加工における熱プロセスでは金属材料の表面温度がレーザのエネルギーと照射時間に依存する。
【０００５】
ところで、このような表面物質の気化，蒸発による従来のレーザ加工では、例えばパルス（レーザパルス）幅が１０ピコ秒以上のＮｄ：ＹＡＧレーザからのレーザビームあるいはパルス幅が１ナノ秒以上のマキシマレーザからのレーザビームを集光レンズで集光し、この集光を行ったレーザビームを金属材料の表面上に照射して集光スポットを形成している。
【０００６】
この場合に用いられるＮｄ：ＹＡＧレーザからのレーザビームはＣＯ2 レーザなどからのレーザビームに比較して波長が短いため、金属材料に対する吸収力が強く、このため金属材料の効率的な切断，孔あけなどの加工を実現できる。
【０００７】
従って、その金属材料の表面ではレーザビームの集光スポットの部位が集中的に加熱されて溶融し、その後続いて、沸騰および蒸発することによって直径数１０マイクロメートル程度の上記凹所や孔が容易に形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の金属材料表面の気化，蒸発によるレーザ加工では、レーザビームのパルス幅が、比較的小さいパワー密度であっても十分な長さに設定されているため、そのレーザビームのエネルギーの大部分が金属の溶融（液化）に費され、この加工によって形成された凹部の周縁には溶融した金属材料の一部が付着して、その周縁部で盛り上がり、溶融金属の固化後にはその凹部がクレータ状になり、必要とするシャープなエッジを有する凹部や孔を形成できないなどの課題があった。
【０００９】
図３はかかる従来のレーザ加工方法において、レーザビームのパルスエネルギーが１３０マイクロジュール／パルス、パルス幅が１０ナノ秒の２倍波ＹＡＧレーザのレーザビーム（波長５３２ナノメートル）を焦点距離１００ミリメートルの集光レンズで銅板の表面に５発集光，照射して形成した凹部の写真像を示す。
【００１０】
この図によればレーザ加工で形成した凹部の周縁部で、溶融した金属が大きく盛り上がってクレータ状になっており、その周縁部にシャープなエッジが得られていないことが分かる。
【００１１】
この発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、オフセット印刷やグラビア印刷で使用する版胴や凹版などの版面に微細な凹部を簡単に形成できるレーザ加工方法を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の印刷用版面のレーザ加工方法は、レーザ装置からパルス幅が０．５ピコ秒以上１ピコ秒以下のピークパワーの高いレーザビームを出力し、この出力されたレーザビームを集光レンズにより集光して印刷用の版面上に照射し、この照射によって該印刷用の版面上における上記レーザビームの照射部位を蒸発させ、この蒸発によって上記印刷用の版面上に凹部を形成するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。
図１はこの発明のレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置の光学系を示す概念図であり、図において、１は例えばパルス幅が１ピコ秒以下で、パルスエネルギーが５００マイクロジュール程度のレーザパルス（レーザビーム）を出力するレーザ装置である。
【００１４】
このレーザ装置１は例えばチタン：サファイアレーザなどの広帯域レーザを有し、レーザビームのパワー密度を例えば１０15ワット／平方センチメートル程度にするための高ピークパワーが得られるものが用いられる。
【００１５】
なお、このパワー密度１０15ワット／平方センチメートルは、パルス幅が０．５ピコ秒、パルスエネルギーが５００μＪ／パルスのレーザビームを、焦点距離が１００ミリメートル程度の集光レンズにより集光して、被加工部材の表面に直径１０マイクロメートルのスポットを形成することによって実現できる。
【００１６】
また、２はレーザ装置１から出力されたレーザパルスとしてのレーザビーム、３はこのレーザビームを被加工部材である金属材料の設置部位へ伝送するレーザビーム伝送用のミラー、４はこのミラー３を介して伝送されたレーザビームを集光する集光レンズである。
【００１７】
さらに、５は集光レンズ４で集光されたレーザビームが照射される被加工部材としての金属材料であり、例えば鉄板，鋼板，銅板などの金属板が用いられる。６はその金属材料５の表面におけるレーザビームの集光点である。
【００１８】
次に動作について説明する。まず、レーザ装置１ではチタン：サファイヤレーザなどの広帯域レーザからパルス幅が０．１ピコ秒以上で１ピコ秒以下（サブピコ秒）のレーザビーム２を出力する。
【００１９】
このレーザビーム２は反射光学系としてのミラー３にて反射されて、方向が金属材料５がある側に変えられて伝送され、集光レンズ４に入射する。この集光レンズ４はそのレーザビームを集光し、金属材料５表面の所定の集光点にレーザビーム２の集光スポットを形成する。
【００２０】
このレーザビーム２の集光スポットにより加工される凹部の深さは、そのレーザビーム２の照射累積数に比例して決定される。
【００２１】
このため、上記集光点では大きなパルスエネルギーを受けて金属材料５が僅か溶融して残るものの、その殆どが蒸発し、周縁部に盛り上がりが生じない所定サイズおよび深さの凹部が形成される。
【００２２】
また、レーザビームの波長が近赤外域でもパルス幅が１ピコ秒以下で、パルスエネルギーが５００マイクロジュール／パルス程度であれば、シャープなエッジで、かつ周縁部の盛り上がりが少ない凹部や孔を形成できる。
【００２３】
図２はパルスエネルギーが５００マイクロジュール／パルスで、パルス幅が１ピコ秒のレーザビームをチタン：サファイヤレーザ（波長７４５ミリメートル）を持ったレーザ装置１から出力させ、これを焦点距離１００ミリメートルの集光レンズ４により集光して、金属材料としての銅板の表面に５発照射して加工した凹部の状態を写真にて示す。
【００２４】
この図２によれば、上記凹部の周縁部の盛り上がりが従来の図３に示したものと比べて小さく、凹部のエッジが比較的シャープとなっていることが確認できる。すなわち、上記条件下のパルスエネルギーおよびパルス幅によれば、銅板の溶融が効果的に押えられ、集光スポット部位における蒸発が効率的に進行することによって、上記凹部の周縁部での盛り上がりが回避できたことが分かる。
【００２５】
また、必要に応じ、波長がさらに短い可視域あるいは紫外域の波長を有するレーザビームを用いれば、より少ないパルスエネルギーで任意の深さの凹部を形成でき、加えてその凹部の周縁部の盛り上がりをさらに小さく抑えることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態によるレーザ加工方法によれば、金属材料としての銅板，鋼板，鉄板などの金属板のみならず、プラスチック材料や金属材料の表面にコーティングされたポリマー薄膜などの被加工部材に対しても、シャープなエッジを有するマーキング，トリミング，スクライビングなどのための凹部を上記同様にして形成できる。
【００２７】
このため、プラスチック部材の表面の微細加工も可能となり、さらに、微細な孔あけ加工によりグラビア印刷やオフセット印刷のための版を形成することもできる。従って、グラビア印刷では被加工部材としての印刷用の版面に対し深さの異なる微細な凹部を形成することで、写真，絵画における諧調の再現性を向上でき、オフセット印刷でも明確な文字印刷等が行えることとなる。
【００２８】
また、レーザビームのパルス累積数を大きく設定することで、アスペクト比の高い深い小孔を形成することも任意となるため、マイクロマシンの軸受け用孔の加工にも利用できる。そして、この場合にも、その小孔等の周縁がシャープとすることができることで、加工部周辺の研磨が不要になり、作業能率の向上が図れるという利点が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、レーザ装置からパルス幅が１ピコ秒以下のピークパワーの高いレーザビームを出力し、この出力されたレーザビームを集光レンズにより集光して印刷用の版面上に照射し、この照射によって該印刷用の版面上における上記レーザビームの照射部位を蒸発させ、この蒸発によって上記印刷用の版面上に凹部を形成するようにしたので、オフセット印刷やグラビア印刷で使用する版胴や凹版などの版面に微細な凹部を簡単に形成できるものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態によるレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概念図である。
【図２】 この発明のレーザ加工方法により金属部材上に形成された凹部を示す写真である。
【図３】 従来のレーザ加工方法により金属部材上に形成された凹部を示す写真である。
【符号の説明】
１ レーザ装置
４ 集光レンズ
５ 金属材料（被加工部材）
Claims (1)
- レーザ装置からパルス幅が０．５ピコ秒以上１ピコ秒以下のピークパワーの高いレーザビームを出力し、この出力されたレーザビームを集光レンズにより集光して印刷用の版面上に照射し、この照射によって該印刷用の版面上における上記レーザビームの照射部位を蒸発させ、この蒸発によって上記印刷用の版面上に凹部を形成する印刷用版面のレーザ加工方法。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26804495A JP3655675B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 印刷用版面のレーザ加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0985475A JPH0985475A (ja) | 1997-03-31 |
| JP3655675B2 true JP3655675B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=17453107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26804495A Expired - Lifetime JP3655675B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 印刷用版面のレーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3655675B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
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| JP2002294086A (ja) * | 2001-04-02 | 2002-10-09 | Nitto Denko Corp | レーザー加工用プラスチック材料及び該材料が加工されたプラスチック構造体 |
| GB0127410D0 (en) | 2001-11-15 | 2002-01-09 | Renishaw Plc | Laser substrate treatment |
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