專利名稱：激光加工用掩模和激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工用掩模和激光加工方法。更詳細(xì)而言，本發(fā)明主 要涉及形成于激光加工用掩模上的激光照射用開口的改良。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池具有高容量和高能量密度，易于小型化和輕量化，因
此廣泛用作例如手機(jī)、便攜式信息終端(PDA)、筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)、攝 像機(jī)、便攜式游戲機(jī)等便攜用小型電子設(shè)備的電源。在代表性鋰離子二次 電池中，分別使用含有鋰鈷化合物作為正極活性物質(zhì)的正極、含有碳材料 作為負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極以及聚烯烴制多孔質(zhì)膜的隔膜。鋰離子二次電池 的電池容量和功率高，充放電循環(huán)特性良好，且耐用壽命也較長。但隨著 攜帶用小型電子設(shè)備的多功能化，需要延長可連續(xù)使用的時(shí)間，在這樣的 現(xiàn)狀下，必須進(jìn)一步提高鋰離子二次電池的容量。
為了進(jìn)一步提高鋰離子二次電池的容量，例如正在開發(fā)高容量的負(fù)極 活性物質(zhì)。作為高容量的負(fù)極活性物質(zhì)，合金類負(fù)極活性物質(zhì)備受關(guān)注。 合金類負(fù)極活性物質(zhì)通過與鋰形成合金來嵌入鋰，且可逆地嵌入和脫嵌鋰。 作為合金類負(fù)極活性物質(zhì)，已知有例如硅、錫、它們的氧化物、它們的氮 化物、含有它們的化合物或合金等。合金類負(fù)極活性物質(zhì)具有高放電容量。 例如據(jù)日本特開2002-83594號公報(bào)記載，硅的理論放電容量約為 4199mAh/g，是一直以來作為負(fù)極活性物質(zhì)使用的石墨的理論放電容量的 約11倍。
合金類負(fù)極活性物質(zhì)對于實(shí)現(xiàn)鋰離子二次電池的高容量化而言是有效 的。但若要實(shí)際應(yīng)用含有合金類負(fù)極活性物質(zhì)的鋰離子二次電池，則還存 在幾個(gè)亟需解決的技術(shù)問題。例如，合金類負(fù)極活性物質(zhì)每次嵌入和脫嵌 鋰離子時(shí)，反復(fù)膨脹和收縮，隨之產(chǎn)生較大的應(yīng)力。在該應(yīng)力的作用下， 有時(shí)出現(xiàn)負(fù)極活性物質(zhì)層破裂、負(fù)極活性物質(zhì)層從負(fù)極集流體剝離、負(fù)極
集流體乃至負(fù)極整體變形等，從而使鋰離子二次電池的充放電循環(huán)特性下 降。
鑒于上述問題，在日本特開2007-103197號公報(bào)中提出了在具有含有 合金類負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層的鋰離子二次電池中，在負(fù)極集流 體的表面設(shè)置凸部(突起部)。根據(jù)該專利公開公報(bào)可知，通過在負(fù)極集流 體表面設(shè)置凸部，提高負(fù)極集流體與負(fù)極活性物質(zhì)層的接合強(qiáng)度，防止伴 隨著合金類負(fù)極活性物質(zhì)的膨脹和收縮而發(fā)生的負(fù)極活性物質(zhì)層的剝離。 但在該專利公開公報(bào)的技術(shù)中，用電解析出法即電鍍法來形成凸部，因此 負(fù)極集流體與凸部的接合強(qiáng)度不夠高。因此，伴隨著合金類負(fù)極活性物質(zhì) 的膨脹和收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力使凸部易從負(fù)極集流體剝離，不能充分防止負(fù) 極活性物質(zhì)層的剝離。
另一方面，在日本特開2007-27252號公報(bào)中提出了在由金屬等形成的 基板表面形成凹凸的方法。在該專利公開公報(bào)中，利用表面形成有凹凸的 輥。用2根這樣的輥，以各自軸線平行的方式壓接，使基板通過該壓接部 分，對基板施加壓力使構(gòu)成基板的材料發(fā)生塑性變形，從而在基板表面形 成凹凸。另外，在該專利公開公報(bào)中，在樹脂薄膜的表面通過激光加工形 成凹凸，將形成有凹凸的表面作為內(nèi)側(cè)將樹脂薄膜巻成圓筒狀，通過電鑄 法使金屬在形成有凹凸的表面析出來制作輥。
但在上述輥制作方法中，因樹脂薄膜易變形，大多數(shù)情況下無法將樹 脂薄膜表面形成的凹凸精確地轉(zhuǎn)印到輥表面。當(dāng)凹凸具有數(shù)級別的尺 寸時(shí)，該傾向更明顯。因此，當(dāng)采用由該制作方法得到的輥時(shí)，很難在基 板表面形成由高度和直徑為數(shù)左右的微小凸部規(guī)整排列形成的凹凸圖 案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人等為了防止在含有合金類負(fù)極活性物質(zhì)作為負(fù)極活性物質(zhì)的 鋰離子二次電池中負(fù)極活性物質(zhì)層的破裂、負(fù)極活性物質(zhì)層的剝離、負(fù)極 的變形等，進(jìn)行了反復(fù)研究。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在負(fù)極集流體表面通 過塑性變形以規(guī)則的圖案形成高度和直徑為數(shù)pm級別的微小凸部，并在 該凸部的表面形成負(fù)極活性物質(zhì)層時(shí)，可基本解決現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問題。此外，本發(fā)明人等還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在輥表面形成與凸部的尺寸、形狀和配
置對應(yīng)的凹部圖案，將2根上述輥壓接形成壓接部，并使負(fù)極集流體通過 該壓接部時(shí)，通過塑性變形，能在負(fù)極集流體表面精確地形成微小的凸部。
本發(fā)明人等基于上述發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步對在輥表面形成凹部圖案的方法進(jìn) 行反復(fù)研究。為了在輥表面精確地再現(xiàn)與凸部的尺寸、形狀和配置對應(yīng)的 凹部圖案，利用激光加工在工業(yè)上有利。但是，若采用一般的激光加工方 法，則很難形成具有數(shù)pm級別直徑和高度的微小凸部。在激光加工方法 中，在主要由不銹鋼等鐵類金屬材料形成的輥和激光光源之間配置掩模。 在掩模上形成與凸部的水平截面具有相同尺寸和形狀的多個(gè)開口。通過介 由該掩模照射激光，可在輥表面形成與凸部圖案對應(yīng)的凹部圖案。
但是，當(dāng)凸部的尺寸微小時(shí)，由于在激光照射下輥表面易變成熔融狀 態(tài)且輥表面不是平坦面，因此輥表面形成的各個(gè)凹部的形狀與設(shè)計(jì)的凸部 的形狀不同，很難精確地再現(xiàn)凸部的形狀。而且，凹部的直徑、深度等尺 寸有大于凸部的直徑、高度等的實(shí)際尺寸的傾向。
即使調(diào)節(jié)激光照射時(shí)間、激光照射間隔、激光光強(qiáng)度等，在工業(yè)上也 很難形成與凸部的尺寸和形狀基本一致的多個(gè)凹部。另外，即使采用具有 形狀與凸部的水平截面相似且尺寸略小于凸部的開口的掩模，在工業(yè)上依 然難以形成與凸部的形狀和尺寸基本一致的多個(gè)凹部。
本發(fā)明的目的在于提供對在由金屬材料等形成的被加工物表面形成具 有數(shù)pm級別的微小尺寸的凹凸圖案有效的激光加工用掩模和使用該激光 加工用掩模的激光加工方法。
本發(fā)明人等為了解決上述技術(shù)問題進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果成功得到形 成具有特定形狀的開口且能精確地再現(xiàn)具有數(shù)級別的微小尺寸的凹凸 圖案的激光加工用掩模，從而完成了本發(fā)明。
艮P，本發(fā)明涉及一種激光加工用掩模，其具有多個(gè)貫通厚度方向的開 口，其中，開口具有多個(gè)突起從開口的中心向周緣部放射狀地延伸的形狀。
開口優(yōu)選具有偶數(shù)個(gè)突起分別介由開口的中心與其它突起相向配置的 形狀。
開口進(jìn)一步優(yōu)選具有十字形的形狀，其中4個(gè)突起分別介由開口的中 心與其它突起相向配置，連接一對相向的2個(gè)突起的頂點(diǎn)的直線的長度L,
和連接另一對相向的2個(gè)突起的頂點(diǎn)的直線的長度L2是不同的。 L,為60pm 1.2mm， L2為30 600nm，且L，大于L2。
開口的邊優(yōu)選與連接相鄰?fù)黄鸬捻旤c(diǎn)所形成的假想線相比，向開口的 中心凹陷。
連接相鄰?fù)黄鸬捻旤c(diǎn)所形成的假想面的形狀優(yōu)選近似多邊形。 多邊形優(yōu)選為四邊形、六邊形或八邊形。 突起的頂端部優(yōu)選為半圓形。 優(yōu)選用于超硬合金、高速鋼或鍛鋼的激光加工。
進(jìn)一步優(yōu)選用于至少外周面上具有含有超硬合金、高速鋼或鍛鋼的被 激光加工層的輥的激光加工。
另外，本發(fā)明還涉及對被加工物表面介由本發(fā)明的激光加工用掩模的 任一掩模來照射激光的激光加工方法。
若用本發(fā)明的激光加工用掩模進(jìn)行激光加工，則能在輥等被加工物的 表面精確并容易地形成數(shù)級別的微細(xì)的凹凸圖案。特別是能近乎精確 地再現(xiàn)凹凸圖案的形狀、尺寸(直徑、凹部的深度以及凸部的高度)、配置 等。即，若使用本發(fā)明的激光加工用掩模，則可得到表面形成有具有與數(shù) 級別的凸部基本對應(yīng)的形狀和尺寸的凹部的輥。若用該輥進(jìn)行集流體的塑 性變形加工，則可在工業(yè)上有利地在集流體表面形成具有尺寸為數(shù)pm級 別的、基本與設(shè)計(jì)的形狀相同的凸部。


圖1是示意地表示本發(fā)明實(shí)施方式之一的激光加工用掩模的結(jié)構(gòu)的俯 視圖。
圖2是表示形成于圖1所示的激光加工用掩模的開口的形狀的俯視圖。 圖3是示意地表示本發(fā)明另一方式的激光加工用掩模的開口的形狀的 俯視圖。
圖4是示意地表示本發(fā)明另一方式的激光加工用掩模的開口的形狀的 俯視圖。
圖5是示意地表示本發(fā)明另一方式的激光加工用掩模的開口的形狀的
圖6是示意地表示本發(fā)明另一方式的激光加工用掩模的開口的形狀的
圖7是示意地表示本發(fā)明另一方式的激光加工用掩模的開口的形狀的 俯視圖。
圖8是示意地表示激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖9是說明圖8所示的激光加工裝置的掩模的工作的立體圖。
圖IO是表示光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是示意地表示本發(fā)明實(shí)施方式之一的激光加工用掩模1的結(jié)構(gòu)的 俯視圖。圖2是表示激光加工用掩模1上形成的開口 10的形狀的俯視圖。 圖2所示為從垂直方向上方觀察載置在與水平面平行的平面上的激光加工 用掩模1時(shí)所見的開口 10的形狀。激光加工用掩模1的特征在于具有多個(gè) 開口 10。激光加工用掩模1適合用于通過激光加工在被加工物表面形成尺 寸為數(shù)pm 數(shù)十^im且形狀為長方形、菱形等的凹部。
激光加工用掩模1是片狀部件，例如由銅、不銹鋼等金屬材料構(gòu)成。 若通過激光加工用掩模1和聚光透鏡，對配置在利用聚光透鏡形成的掩模1 的成像面上的未圖示的被加工物照射激光，則在被加工物表面形成掩模1 的開口部形狀放大或縮小的凹部圖案。若用形成有凹部圖案的被加工物， 對金屬片狀物的集流體在加壓下進(jìn)行塑性變形加工，則在集流體表面形成 與凹部圖案對應(yīng)的凸部圖案。在該凸部的表面形成例如柱狀的活性物質(zhì)層。 以下將用激光加工用掩模1進(jìn)行激光加工的被加工物簡稱為"被加工物"。
開口 IO是沿厚度方向貫通激光加工用掩模1的開口，其具有偶數(shù)個(gè)突 起ll、 12、 13、 14從開口 10的中心10a向周緣部放射狀延伸的十字形的 形狀。在開口10中，突起ll、 12介由中心10a相向地配置，突起13、 14 也介由中心10a相向地配置，從而使開口 IO成為十字形形狀。
這里，開口 lO的中心lOa是指連接突起ll的頂點(diǎn)llx和突起12的頂 點(diǎn)12x的點(diǎn)劃線與連接突起13的頂點(diǎn)13x和突起14的頂點(diǎn)14x的點(diǎn)劃線 的交點(diǎn)。突起11的頂點(diǎn)llx是指突起11中距離中心10a的長度最大的點(diǎn)。
另外，在本實(shí)施方式中，形成偶數(shù)個(gè)突起ll、 12、 13、 14，但不限于
此，也可形成具有3個(gè)、5個(gè)等突起且形狀近似三角形、海星形、星形等的 開口。
連接頂點(diǎn)13x、 14x的一點(diǎn)虛線的長度L,和連接頂點(diǎn)llx、 12x的一點(diǎn) 虛線的長度L2優(yōu)選滿足L,〉L2的關(guān)系。通過使L,和L2不同，進(jìn)一步提高 在被加工物表面預(yù)形成的凹部形狀為長方形、菱形等時(shí)的形狀再現(xiàn)性和尺 寸再現(xiàn)性、特別是形狀再現(xiàn)性。這里，凹部的形狀是指當(dāng)被加工物是片狀 部件、板狀部件等時(shí)，將被加工物載置于與水平面平行的平面，并從垂直 方向上方觀察該被加工物時(shí)所見的形狀。
另外，當(dāng)被加工物是輥狀部件時(shí)，首先，包含凹部形狀的中心且與輥 狀部件的軸線垂直的方向的凹部截面的形狀是凹部的形狀。另外，凹部和 開口 IO具有大致相同的形狀。因此，凹部形狀的中心與開口 IO的中心基
本一致。
另外，優(yōu)選使L,的長度與在被加工物表面形成的凹部的形狀中通過凹 部形狀的中心的線中最長線的長度一致，并且使L2的長度與正交于上述最 長線的線中的最長線的長度一致。由此，進(jìn)一步提高形狀再現(xiàn)性和尺寸再
"b i丄。
另外，在本實(shí)施方式中，將連接頂點(diǎn)13x、 14x的一點(diǎn)虛線的長度作為 M，將連接頂點(diǎn)llx、 12x的一點(diǎn)虛線的長度作為L2，但也可以反之將連接 頂點(diǎn)13x、 14x的一點(diǎn)虛線的長度作為L2，將連接頂點(diǎn)llx、 12x的一點(diǎn)虛 線的長度作為L,。此時(shí)，L,和L2的關(guān)系也滿足L,〉L2。
L,和L2的長度沒有特殊限制，L,優(yōu)選為6(Him 1.2mm，更優(yōu)選為 100nm 卯0iam。 L2優(yōu)選為30 600pm ，更優(yōu)選為50 450jxm。通過將L, 和L2設(shè)定在上述范圍內(nèi)，能進(jìn)一步提高激光加工用掩模1的尺寸再現(xiàn)性。 而且，增加被加工物表面的凹部形成圖案的設(shè)計(jì)自由度。此外，不僅能提 高與凹部對應(yīng)的凸部表面與柱狀活性物質(zhì)層的接合強(qiáng)度，還能使上述接合 強(qiáng)度等長期維持在高水平。
另外，通過將L,和L2設(shè)定在上述優(yōu)選的范圍內(nèi)，在被加工物表面的激 光照射區(qū)域中，將與k對應(yīng)的部分的長度調(diào)節(jié)到6 40Mm并將與L2對應(yīng) 的部分的長度調(diào)節(jié)到3 20um，由此能形成具有與凸部形狀更精確對應(yīng)的 形狀的凹部。
此外，通過將L,和L2設(shè)定在上述更優(yōu)選的范圍內(nèi)，在被加工物表面的 激光照射區(qū)域中，將與L,對應(yīng)的部分的長度調(diào)節(jié)到優(yōu)選10 30網(wǎng)并將與 L2對應(yīng)的部分的長度調(diào)節(jié)到5 15pm，由此能形成具有與凸部形狀進(jìn)一步 精確對應(yīng)的形狀的凹部。這樣的調(diào)節(jié)例如可通過適當(dāng)選擇激光加工用掩模1 與被加工物之間的距離、聚光透鏡等來容易地實(shí)施。
開口 10的4條邊與連接突起11、 12、 13、 14中相鄰?fù)黄鸬捻旤c(diǎn)llx、 12x、 13x、 14x所形成的假想線相比，向開口 IO的中心10a凹陷。相鄰?fù)?起是指突起ll、 13、突起ll、 14、突起12、 13以及突起12、 14。假想線 在圖2中以虛線表示。例如，包含突起ll、 13的頂點(diǎn)llx、 13x的邊與連 接頂點(diǎn)llx、 13x的假想線相比，向開口 10的中心10a凹陷。其它邊也同 樣。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)該凹陷程度，即可防止凹部的尺寸大于設(shè)計(jì)值。而且， 能進(jìn)一步提高當(dāng)凹部的形狀為長方形、菱形等時(shí)的形狀再現(xiàn)性。此外，優(yōu) 選按如下方式確定凹陷的頂點(diǎn)將連接相鄰?fù)黄鸬倪叺陌枷莸捻旤c(diǎn)lla、 13a、 12a、 14a按此順序連接時(shí)，形成長方形。
另外，突起11、 12、 13、 14中相鄰?fù)黄鸬捻旤c(diǎn)llx、 12x、 13x、 14x 相互連接形成的假想面的形狀優(yōu)選為近似多邊形。多邊形有各種形狀，但 優(yōu)選四邊形、六邊形、八邊形等，更優(yōu)選四邊形、六邊形等。其中，四邊 形包含長方形、菱形等。在本實(shí)施方式中，假想面的形狀為菱形。通過使 假想面的形狀與設(shè)計(jì)的凸部的形狀一致，能非常準(zhǔn)確地再現(xiàn)設(shè)計(jì)的凸部形 狀。即，形狀再現(xiàn)性進(jìn)一步提高。
在本實(shí)施方式中，突起ll、 12、 13、 14的頂端部為越來越細(xì)的銳角形， 但不限于此，也可由具有曲率半徑的線即曲線來形成。更具體而言，突起 11、 12、 13、 14的頂端部例如可以是近似半圓形、近似半橢圓形等。當(dāng)頂 端部具有上述形狀時(shí)，頂端部附近的形狀再現(xiàn)性進(jìn)一步提高。
另外，在本實(shí)施方式中，開口 IO在激光加工用掩模1上以交錯(cuò)狀排列， 但不限于此，例如可以是縱橫平行且等間距的排列、斜向平行且等間距的 排列等。
另外，在本發(fā)明的激光加工用掩模1中，開口 10的長方向的間距P, 沒有特殊限制，可根據(jù)開口 IO的尺寸、開口 10的形狀等在較大范圍內(nèi)適 當(dāng)選擇，但優(yōu)選為8 30pm，更優(yōu)選為15 30pm。掩模1的長方向與被加
工物的長方向一致，當(dāng)被加工物是輥時(shí)，與輥的長方向一致。開口 10的短
方向的間距P2也沒有特殊限制，可根據(jù)開口10的尺寸、開口10的形狀等
在較大范圍內(nèi)適當(dāng)選擇，但優(yōu)選為0 10pm，更優(yōu)選為2 8pm。掩模1的 短方向與被加工物的短方向一致，當(dāng)被加工物是輥時(shí)，與輥的圓周方向一 致。
當(dāng)用具有上述間距P,和間距P2的激光加工用掩模1在被加工物上形成 凹部時(shí)，凹部的長方向的間距為8 30pm，優(yōu)選為15 30jLim，凹部的短方 向的間距為5 20拜，優(yōu)選為10 20pm。其中，這里的間距是指橫向(長 方向)或縱向(短方向)的凹部列的中心線和與上述列相鄰且與上述列有 相位偏移的列的中心線之間的距離。另外，凹部的列的中心線是指在長方 向和短方向的任一方向上將與開口 IO的中心10a對應(yīng)的凹部的中心點(diǎn)連接 而成的直線。
激光加工用掩模1用于含有金屬材料的被加工物的激光加工。作為金 屬材料，沒有特殊限制，例如可列舉出不銹鋼等鐵類材料，但優(yōu)選超硬合 金、金屬陶瓷、髙速鋼、模具鋼、鍛鋼等高熔點(diǎn)金屬材料。其中，更優(yōu)選 超硬合金、高速鋼、鍛鋼等，特別優(yōu)選鍛鋼。這些高熔點(diǎn)金屬材料可進(jìn)行 激光加工，且熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高于不銹鋼等鐵類材料，熔融狀態(tài)下滯留的時(shí)間 短，因此形狀和尺寸的再現(xiàn)性非常好。而且，這些高熔點(diǎn)材料不僅熔點(diǎn)高， 而且具有高的機(jī)械強(qiáng)度。因此，即使反復(fù)實(shí)施集流體的塑性變形加工，也 很難損壞凹部的形狀，長期耐用性好。被加工物可以含有1種或2種以上 的金屬材料。
被加工物的形狀沒有特殊限制，但優(yōu)選板狀、輥狀等，特別優(yōu)選輥狀。 作為輥狀被加工物，可列舉出例如金屬輥、表面被覆輥等。金屬輥是由選 自上述金屬材料中的1種或2種以上成形成輥狀而得到的輥。表面被覆輥 具有芯輥和設(shè)在芯輥表面的表面被覆層。芯輥可使用例如不銹鋼、鐵等普 通的輥用金屬材料。表面被覆層含有選自上述金屬材料中的1種或2種以 上。表面被覆層的層厚沒有特殊限制，但當(dāng)金屬材料例如為高熔點(diǎn)金屬材 料時(shí)，優(yōu)選為5 50mm左右。當(dāng)芯輥和表面被覆層均為不銹鋼時(shí)，優(yōu)選使 表面被覆層中含有的不銹鋼的硬度高于芯輥中含有的不銹鋼。
關(guān)于表面被覆輥，當(dāng)表面被覆層中含有的金屬材料是不銹鋼等時(shí)，可
用普通方法來制作。當(dāng)表面被覆層中含有的金屬材料是高熔點(diǎn)金屬材料時(shí)， 可通過例如將高熔點(diǎn)材料成形成圓筒狀，將得到的高熔點(diǎn)材料制圓筒熱壓 配合或冷壓配合到芯輥來制作。熱壓配合是指按照使高熔點(diǎn)材料制圓筒的 內(nèi)徑略小于芯輥的外徑的方式來制作高熔點(diǎn)材料制圓筒，將該高熔點(diǎn)材料 制圓筒加熱使其膨脹，嵌入芯輥。另外，冷壓配合是指按照使高熔點(diǎn)材料 制圓筒的內(nèi)徑略小于芯輥外徑的方式來制作高熔點(diǎn)材料制圓筒，將通過冷 卻而收縮的芯輥嵌入高熔點(diǎn)材料制圓筒。
若對該表面被覆輥用激光加工用掩模1進(jìn)行激光加工來形成凹部，則 可得到凸部形成用輥。若用該凸部形成用輥在集流體上形成凸部，則與精 密制作的金屬模一樣，能長期維持極高的尺寸精度。
作為超硬合金，可使用公知的超硬合金，例如，可列舉出將元素周期
表4A、 5A、 6A族的金屬的碳化物粒子用Fe、 Co、 Ni等金屬粘合劑燒結(jié) 得到的超硬合金等。作為超硬合金的具體例子，可列舉出例如WC-Co類、 Wc-Cr3C2-Co類、WC-TaC-Co類、WC-TiC-Co類、WC-NbC-Co類、 WC-TaC陽NbC-Co類、WC-TiC-TaC-NbC-Co類、WC-TiC-TaC-Co類、 WC-ZrC-Co類、WC-TiC-ZrC-Co類、WC-TaC-VC國Co類、WC-TiC-Cr3C2-Co 類、WC-TiC-TaC類、WC-Ni類、WC-Co-Ni類、WC-Cr3C2-Mo2C-Ni類、 WC-Ti (C， N) -TaC類、WC-Ti (C， N)類等碳化鉤基超硬合金、Cr3C2-Ni 類等。
作為金屬陶瓷，可使用公知的金屬陶瓷，可列舉出例如TiC-Ni類、 TiC-Mo-Ni類、TiC-Co類、TiC-Mo2C-Ni類、TiC-Mo2C-ZrC-Ni類、 TiC-Mo2C-Co類、M。2C-Ni類、Ti (C,N) -Mo2C-Ni類、TiC-TiN-Mo2C-Ni 類、TiC-TiN-Mo2C-Co類、TiC-TiN-Mo2C-TaC-Ni類、TiC-TiN-Mo2C-WC-TaC-Ni類、TiC畫WC-Ni類、Ti (C，N)畫WC-Ni類、TiC-Mo類、Ti (C,N) -Mo類、硼化物類(MoB-Ni類、B4C/ (W，Mo) B2類等)等。其中，優(yōu)選 Ti (C,N) -Mo2C-Ni類、TiC-TiN-Mo2C-Ni類、TiC-TiN-Mo2C-Co類、 TiC-TiN-Mo2C-TaC-Ni類、TiC-TiN-Mo2C-WC-TaC-Ni類、Ti (C，N) -WC國Ni 類、Ti (C，N) -Mo類等碳氮化鈦基金屬陶瓷。
高速鋼是在鐵中添加鉬、鎢、釩等金屬再實(shí)施熱處理提高硬度而得到 的材料。作為高速鋼，可使用公知的高速鋼，可列舉出例如以鐵為主要成
分且含有碳、鎢、釩、鉬和鉻的高速鋼，以鐵為主要成分且含有碳、鴿、 釩、鉬、鈷和鉻的高速鋼，以鐵為主要成分且含有碳、釩、鉬和鉻的高速 鋼，以鐵為主要成分且含有硅、錳、鉻、鉬和釩的高速鋼，以鐵為主要成 分且含有碳、硅、錳、鉻、鉬和釩的高速鋼，以鐵為主要成分且含有碳、 硅、錳、鉻、鉬、鎢、鈷和釩的高速鋼等。
作為模具鋼，可使用公知的模具鋼，可列舉出例如含有鐵、碳、鎢、 釩、鉬和鉻的模具鋼，含有鐵、碳、釩、鉬和鉻的模具鋼，含有鐵、碳、 硅、錳、硫、鉻、鉬和/或鎢、釩、鎳、銅以及鋁的模具鋼等。
鍛鋼是通過對將熔鋼注入鑄模制得的鋼坯或由該鋼坯制造的鋼片進(jìn)行 加熱，并用壓力機(jī)和錘子進(jìn)行鍛造或壓延和鍛造來鍛煉成形，對其進(jìn)行熱 處理而制得的材料。作為鍛鋼，可使用公知的鍛鋼，可列舉出例如以鐵為 主要成分且含有碳、鉻和鎳的鍛鋼，以鐵為主要成分且含有硅、鉻和鎳的 鍛鋼，以鐵為主要成分且含有鎳、鉻和鉬的鍛鋼，以鐵為主要成分且含有 碳、硅、錳、鎳、鉻、鉬和釩的鍛鋼，以鐵為主要成分且含有碳、硅、錳、 鎳、鉻和鉬的鍛鋼等。
激光加工用掩模1例如可通過在由銅、不銹鋼等形成的基板上利用切
削加工、放電加工、光刻法和蝕刻法形成多個(gè)具有規(guī)定形狀的開口 10來制
作。另外，根據(jù)需要，為了減少激光對掩模1的損傷，掩模1中至少表面 可含有對激光的反射率大的材料，或可在掩模1表面形成由上述材料形成 的被覆層。作為上述材料，可列舉出例如金、銀、鋁等。這些材料對波長
為532nm的激光特別有效。
圖3是示意地表示另一方式的激光加工用掩模的開口 15的形狀的俯視 圖。未圖示的另一方式的激光加工用掩模除了具有多個(gè)開口 15來代替開口 10以外，具有與激光加工用掩模1相同的結(jié)構(gòu)。開口 15的特征在于突起 16、 17、 18、 19的頂端部不是銳角形而是半圓形或圓弧形。
另外，在開口15，優(yōu)選使連接選自各突起16、 17、 18、 19中的相鄰2 個(gè)突起的邊的凹陷的頂點(diǎn)16a、 17a、 18a、 19a與以兩點(diǎn)虛線表示的圓A相 切的方式來設(shè)置這些頂點(diǎn)。圓A是以連接突起16的頂點(diǎn)16x和突起17的 頂點(diǎn)17x的一點(diǎn)虛線與連接突起18的頂點(diǎn)18x和突起19的頂點(diǎn)19x的一 點(diǎn)虛線的交點(diǎn)15a為中心的開口 15的內(nèi)切圓。開口 15具有這樣的特征。
開口 15除了具有上述2個(gè)特征外，具有與開口 IO相同的結(jié)構(gòu)。 在開口 15，例如4個(gè)突起16、 17、 18、 19從開口 15的中心15a向開 口 15的周緣部放射狀地形成。另外，在開口 15，突起16、 17和突起18、 19介由開口 15的中心15a分別相向地形成。另夕卜，連接各突起的頂點(diǎn)16x、 17x、 18x、 19x所形成的假想面的形狀近似菱形。除此以外的結(jié)構(gòu)也與開口 IO相同。
形成有多個(gè)開口 15的激光加工用掩模由于突起16、 17、 18、 19的頂 端部為半圓形，因此適合用于形成例如具有近似菱形的形狀的凹部。
圖4是示意地表示另一方式的激光加工用掩模的開口 20的形狀的俯視 圖。未圖示的另一方式的激光加工用掩模除了具有多個(gè)開口 20來代替開口 IO以外，具有與激光加工用掩模l相同的結(jié)構(gòu)。開口20除了突起21、 22、 23、 24的頂端部不是銳角形而是半圓形、4條邊不是直線而是由曲線構(gòu)成 的、以及2個(gè)相鄰?fù)黄鹬g的邊的凹陷為曲線狀以外，具有與開口10相同 的結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用具有圖4所示的形狀的開口 20的激光加工用掩模時(shí)，尺寸 再現(xiàn)性特別高。
在開口20，例如4個(gè)突起21、 22、 23、 24從開口 20的中心20a向開 口 20的周緣部放射狀地形成。另外，在開口20，突起2K 22和突起23、 24介由開口 20的中心20a分別相向地形成。另夕卜，連接各突起的頂點(diǎn)21x、 22x、 23x、 24x所形成的假想面的形狀近似菱形。除此以外的結(jié)構(gòu)也與開口 IO相同。
形成有多個(gè)開口 15的激光加工用掩模由于突起21、 22、 23、 24的頂 端部為半圓形，因此適合用于形成例如具有與各頂點(diǎn)間的照射尺寸基本相 同的具有圓頂點(diǎn)的長方形、菱形、長圓、橢圓等形狀、特別是具有圓角的 菱形、橢圓等形狀的凹部。
圖5是示意地表示另一方式的激光加工用掩模的開口 25的形狀的俯視 圖。未圖示的另一方式的激光加工用掩模除了具有多個(gè)開口 25來代替開口 10以外，具有與激光加工用掩模1相同的結(jié)構(gòu)。開口 25的突起26、 27、 28、 29的頂端部為方形，且突起26、 27、 28、 29從開口 25的中心25a向 周緣部以相同寬度形成，除此以外，開口25具有與開口 IO相同的結(jié)構(gòu)。
在開口25，例如4個(gè)突起26、 27、 28、 29從開口 25的中心25a向開
口 25的周緣部放射狀地形成。另外，在開口25，突起26、 27和突起28、 29介由開口 25的中心25a分別相向地形成。另外，連接各突起的頂點(diǎn)26x、 27x、 28x、 29x所形成的假想面的形狀近似菱形。除此以外的結(jié)構(gòu)也與開口 IO相同。
形成有多個(gè)開口 25的激光加工用掩模的突起26、 27、 28、 29的頂端 沒有越來越細(xì)，而是頂端部的形狀為方形，且突起26、 27、 28、 29的寬度 在任一部分都基本相同，因此適合用于形成例如具有與各頂點(diǎn)間的照射尺 寸基本相同的具有圓頂點(diǎn)的長方形、菱形、六邊形、八邊形等形狀的凹部。
圖6是示意地表示另一方式的激光加工用掩模的開口 30的形狀的俯視 圖。未圖示的另一方式的激光加工用掩模除了具有多個(gè)開口 30來代替開口 IO以夕卜，具有與激光加工用掩模l相同的結(jié)構(gòu)。開口30除了突起31、 32、 33、 34的頂端部為半圓形外，具有與開口25相同的結(jié)構(gòu)。
在開口30，例如4個(gè)突起31、 32、 33、 34從開口 30的中心30a向開 口 30的周緣部放射狀地形成。另外，在開口30，突起31、 32和突起33、 34介由開口 30的中心30a分別相向地形成。另夕卜，連接各突起的頂點(diǎn)31x、 32x、 33x、 34x所形成的假想面的形狀近似菱形。除此以外的結(jié)構(gòu)也與開口 25即開口 IO相同。
形成有多個(gè)開口 30的激光加工用掩模的突起31、 32、 33、 34的頂端 沒有越來越細(xì)，而是頂端部的形狀為半圓形，且突起33、 34的寬度在任一 部分都基本相同，因此適合用于形成例如具有與各頂點(diǎn)間的照射尺寸基本 相同的具有圓頂點(diǎn)的長方形、菱形等形狀的凹部。
圖7是示意地表示另一方式的激光加工用掩模的開口 35的形狀的俯視 圖。未圖示的另一方式的激光加工用掩模除了具有多個(gè)開口 35來代替開口 IO以夕卜，具有與激光加工用掩模l相同的結(jié)構(gòu)。開口30除了突起36、 37、 38、 39的頂端部為三角形外，具有與開口25相同的結(jié)構(gòu)。
在開口35中，例如4個(gè)突起36、 37、 38、 39從開口 35的中心35a向 開口 35的周緣部放射狀地形成。另夕卜，在開口 35，突起36、 37和突起38、 39介由開口 35的中心35a分別相向地形成。另夕卜，連接各突起的頂點(diǎn)36x、 37x、 38x、 39x所形成的假想面的形狀近似菱形。除此以外的結(jié)構(gòu)與開口 25即開口 IO相同。
在開口 35，在2個(gè)突起間形成直線狀的凹陷部分36a、 37a、 38a、 39a。 凹陷部分36a、 37a、 38a、 39a優(yōu)選按照使連接各延長線的4個(gè)交點(diǎn)而成的 形狀為正方形的方式形成。由此，進(jìn)一步提高尺寸精度和形狀再現(xiàn)性。
形成有多個(gè)開口35的激光加工用掩模的突起36、 37、 38、 39沒有越 來越細(xì)，而是頂端部為三角形，且突起36、 37、 38、 39的寬度在任一部分 都基本相同，因此適合用于形成例如具有與各頂點(diǎn)間的照射尺寸基本相同 的長方形、菱形等形狀的凹部。
本發(fā)明的激光加工方法除了用本發(fā)明的激光加工用掩模作為掩模外， 可與現(xiàn)有的激光加工方法同樣地實(shí)施。本發(fā)明的激光加工方法例如可用圖8 所示的激光加工裝置41來實(shí)施。圖8是示意地表示激光加工裝置41的結(jié) 構(gòu)的立體圖。圖9是說明圖8所示激光加工裝置41的掩模l的工作的立體 圖。圖IO是表示光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)55的工作的一個(gè)例子的圖。
激光加工裝置41包含輥旋轉(zhuǎn)裝置44、激光振蕩器45、加工頭46、導(dǎo) 光路47、石平臺48以及控制機(jī)構(gòu)49，在被輥旋轉(zhuǎn)裝置44旋轉(zhuǎn)自如地支撐 的輥42的表面(外周面)形成多個(gè)凹部43。
輥42例如可采用金屬輥、表面被覆輥等。
輥旋轉(zhuǎn)裝置44是在輥的圓周方向旋轉(zhuǎn)自如地支撐輥42并在其圓周方 向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輥42的部件。輥旋轉(zhuǎn)裝置44包含尾座44a、電動(dòng)機(jī)44b和編碼 器44c。尾座44a沿圓周方向旋轉(zhuǎn)自如地支撐輥42。電動(dòng)機(jī)44b旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 輥42。編碼器44c檢測輥42的旋轉(zhuǎn)次數(shù)、1次旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度、角速度等， 并將檢測結(jié)果變?yōu)殡娦盘栞敵龅娇刂茩C(jī)構(gòu)49。
控制機(jī)構(gòu)49存儲來自編碼器44c的檢測結(jié)果，并根據(jù)上述檢測結(jié)果， 判斷是否需要進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，及算出進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)和/或旋轉(zhuǎn)角度。然 后，控制機(jī)構(gòu)49將上述演算結(jié)果變成電信號，例如輸出到電動(dòng)機(jī)44b，控 制電動(dòng)機(jī)44b引起的輥42的旋轉(zhuǎn)。
激光振蕩器45是輸出激光51的部件。激光振蕩器45可采用公知的激 光振蕩器，例如可列舉出使用在YAG晶體(釔、鋁、石榴石)或YV04晶 體中混入釹離子而得到的激光介質(zhì)的固體激光振蕩器(Nd: YAG激光器、 Nd: YV04激光器)等。
另外，由激光振蕩器45輸出的激光51的波長優(yōu)選為100nm以上且低
于600nm，更優(yōu)選為266nm以上且低于600nm。當(dāng)波長低于100nm時(shí)，激 光51的功率不足，形成凹部43可能需要很長時(shí)間。而且，有可能無法形 成具有所需形狀和尺寸的凹部43。另一方面，當(dāng)波長在600nm以上時(shí)，有 可能衍射變大、精度下降。
為了輸出具有上述范圍的波長的激光51，例如優(yōu)選使用用非線性光學(xué) 晶體來產(chǎn)生高次諧波的類型的Nd: YAG激光器作為激光振蕩器45。利用 該Nd: YAG激光器，能輸出波長為532nm的綠色激光、波長為355nm的 激光等。
加工頭46是將激光51聚光后照射到輥42的外周面的部件。加工頭46 具有未圖示的聚光透鏡，將通過導(dǎo)光路47傳送的激光51聚光后照射到輥 42的外周面。
加工頭46的焦距優(yōu)選為20 200mm，更優(yōu)選為40mm左右。當(dāng)焦距 低于20mm時(shí)，由輥42產(chǎn)生的粉塵會(huì)附著于加工頭46的聚光透鏡，有可 能無法成像。另一方面，若焦距超過200mm，則NA (開口數(shù))下降，因 此依然有可能無法成像。另夕卜，加工頭46的成像倍數(shù)優(yōu)選為5 40倍，更 優(yōu)選為16倍左右。
導(dǎo)光路47是將從激光振蕩器45輸出的激光51導(dǎo)至加工頭46的部件， 其包含反射鏡52、閘門裝置53、衰減器54、光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)55和掩模 部56。
反射鏡52是多個(gè)配置并將激光51導(dǎo)至加工頭46的部件。
閘門裝置53包含未圖示的遮光部件和未圖示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是使激光51 通向?qū)Ч饴?7的下游側(cè)或阻止其通過的部件。遮光部件被未圖示的支撐機(jī) 構(gòu)可往復(fù)移動(dòng)地支撐。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使遮光部件在不妨礙激光51通過的位置和 阻礙激光51通過的位置之間往復(fù)移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)例如可采用氣缸。閘門裝 置53的工作由控制機(jī)構(gòu)49根據(jù)編碼器44c的輸出信號來控制。
衰減器54通過調(diào)節(jié)激光51的偏轉(zhuǎn)方向并僅使特定偏轉(zhuǎn)方向的成分透 過或反射來控制激光的輸出。
光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)55例如至少由1個(gè)以上的透鏡構(gòu)成，調(diào)節(jié)輸出被衰 減器54調(diào)節(jié)的激光51的光束直徑。更具體而言，光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)55為 了提高與掩模部56的激光通過孔10對應(yīng)的區(qū)域的能量，調(diào)節(jié)激光51的能
量分布和光束的擴(kuò)展角，以提高能量轉(zhuǎn)換效率、保護(hù)掩模部56以及減少在 加工頭上的聚光透鏡產(chǎn)生的像差。
光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)55的工作的一個(gè)例子如圖IO所示。在圖10中，激 光51通過設(shè)于導(dǎo)光路47的點(diǎn)Pl (距離激光振蕩器45約735mm的位置) 的未圖示的圓柱體透鏡，使垂直方向的光束直徑開始擴(kuò)大。然后，通過設(shè) 于點(diǎn)P2 (距離激光振蕩器45約885mm的位置)的未圖示的圓柱體透鏡， 使垂直方向的光束直徑停止擴(kuò)大。
然后，通過設(shè)于點(diǎn)P3 (距離激光振蕩器45約985mm的位置)的圓柱 體透鏡，使水平方向的光束直徑開始縮小。通過設(shè)于點(diǎn)P4 (距離激光振蕩 器45約1185mm的位置)的圓柱體透鏡，使垂直方向的光束直徑停止縮小。
此外，通過設(shè)于點(diǎn)P5 (距離激光振蕩器45約1985mm的位置)的圓 透鏡，使激光聚光到加工頭的透鏡附近，通過設(shè)于點(diǎn)P6 (距離激光振蕩器 45約2105mm的位置)的掩模部56，使激光的輪廓得以調(diào)整。然后，激光 51經(jīng)配置在點(diǎn)P7的加工頭46的聚光透鏡來聚光，掩模部56的像被縮小 照射到輥42的外周面。
光束直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)55不限于透鏡，也可用例如衍射元件(DOE)、狹 縫、濾光器等來構(gòu)成。
掩模部56是將激光的輪廓調(diào)整到所需形狀的部件。在本實(shí)施方式中， 將上述激光加工用掩模1作為掩模部56使用。因此，在掩模部56形成多 個(gè)開口 10。該開口 IO成為激光通過孔。激光51中通過開口 10的激光51a 的輪廓被調(diào)整為開口 IO的形狀，通過加工頭46的聚光透鏡，開口 10的像 被成像到輥42的外周面。
掩模部56的開口 10的形狀優(yōu)選根據(jù)加工頭46的聚光透鏡的NA、激 光51的波長等來適當(dāng)調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)激光51的波長為200nm左右時(shí)，開 口 10以沒有曲率半徑低于10nm的角部的形狀為宜。另外，若加工頭46 的聚光透鏡的NA為0.3、激光51的波長為500nm，則衍射限為2.(Him。 這里，若連一次衍射光也使用，則光束最小直徑約為3p，若倍數(shù)為16倍， 則曲率半徑必須在24pm以上。即，此時(shí)開口 IO的形狀以沒有曲率半徑低 于24)im的角部的形狀為宜。
其中，激光振蕩器45、加工頭46和導(dǎo)光路47由支撐臺60 —體地支撐。
該支撐臺60由驅(qū)動(dòng)器61按照可沿安裝于輥旋轉(zhuǎn)裝置44的輥42的長方向 和與長方向垂直的方向往復(fù)移動(dòng)的方式支撐。
石平臺48支撐用于支撐輥旋轉(zhuǎn)裝置44以及激光振蕩器45、加工頭46 和導(dǎo)光路47的支撐臺60以及驅(qū)動(dòng)器61。
控制機(jī)構(gòu)49例如根據(jù)編碼器44c的檢測結(jié)果，開閉閘門裝置53以使 輥42在每次旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度時(shí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)照射激光51。這樣，在利用輥旋 轉(zhuǎn)裝置44旋轉(zhuǎn)的輥42的外周面，從一端側(cè)(例如尾座44a的端面?zhèn)?一 列列地依次按規(guī)定的角度間距形成凹部43。然后，當(dāng)輥42旋轉(zhuǎn)一次時(shí)，通 過在同一部位照射激光51，優(yōu)選反復(fù)多次(例如5次)地來形成凹部43。
激光51的照射時(shí)間沒有特殊限制，但優(yōu)選每次為10ps 200ns。當(dāng)照 射時(shí)間低于10ps時(shí)，不會(huì)發(fā)生由激光51的照射引起的熱傳導(dǎo)，只能除去1 層原子成分，有可能無法充分形成凹部43。另一方面，若超過200ns，則 由于輥42的旋轉(zhuǎn)，激光51有可能在輥42的表面掃過。
激光加工裝置41可以包括未圖示的噴吹裝置。噴吹裝置設(shè)在由輥旋轉(zhuǎn) 裝置44支撐的輥42的附近，向輥42表面、優(yōu)選向輥42表面的凹部43形 成部位噴吹氣體或液體。噴吹裝置的噴吹時(shí)間沒有特殊限制，可列舉出例 如照射激光51之前、從激光51照射輥42外周面到下一次激光51照射到 同一部位之間、激光51照射結(jié)束后等。通過該噴吹，可除去輥42外周面 的凹部43形成部位的粉塵等。另外，由于能提高輥42的冷卻效果，因此 由激光51的照射熱引起的輥42表面的膨脹減少，所形成的凹部43的尺寸
精度和形狀精度進(jìn)一步提高。
采用激光加工裝置41，通過使用本發(fā)明的激光加工用掩模，能在被加 工物的輥42表面以極高的尺寸精度和形狀精度形成具有數(shù)jam 十幾pm 左右的微細(xì)尺寸的凹部43。
若使用本發(fā)明的激光加工用掩模，則例如可在被加工物表面容易地形 成尺寸精度和形狀精度極高的具有數(shù)Hm 十幾^im左右的微細(xì)尺寸的凹凸
圖案。當(dāng)被加工物是輥狀物時(shí)，例如可適合用于在金屬板表面形成微小尺 寸的凸部。若將該形成有微小凸部的金屬板例如用作電池的集流體，則可 得到具有高容量、長期耐用性良好、且安全性優(yōu)異的電池。
以下，列舉實(shí)施例和比較例，具體說明本發(fā)明。
(實(shí)施例l)
對厚度為0.3mm、尺寸為22mmx22mm的不銹鋼板(SUS304)實(shí)施放 電加工，制造具有圖3所示開口 15的形狀且開口 15如圖1所示那樣以交 錯(cuò)狀排列的本發(fā)明的激光加工用掩模。
放電加工具體而言是使用V型刻模放電加工裝置(V-mm type electric discharge machining apparatus)如下操作進(jìn)行實(shí)施的，其中在該裝置的頭安 裝頂端直徑為8pm的鉤電極，且該頭由伺服電動(dòng)機(jī)可精密移動(dòng)地支撐。首 先，將厚度為0.3mm、尺寸為22mmX22mm的不銹鋼板(SUS304)載置 在該放電加工裝置的試樣臺上。其后，在不銹鋼板和鎢電極之間連接RC 電路電源。然后，使RC電路的電阻為lkQ、容量為10pF，在對鎢電極施 加70V電壓的同時(shí)，如圖3所示沿開口 15的形狀移動(dòng)電極頭，從而形成開 □ 15。
開口 15的尺寸為Li為0.32mm、 L2為0.16mm，各突起16 19的頂 端部的曲率半徑為10nm，內(nèi)切圓A的直徑為50pm。另外，間距P,為 0.32mm，間距P2為64pm。該掩模用于形成開口形狀是菱形且菱形的長對 角線為20|mi、短對角線為lOjnm的凹部。
在激光加工裝置41中安裝使Nb: YAG激光產(chǎn)生第2高次諧波、且輸 出波長為532nm的綠色光的單元來作為激光振蕩器45。將從加工頭46輸 出的激光的強(qiáng)度設(shè)定在每次照射為23uJ。另外，調(diào)節(jié)聚光透鏡和焦距，將 加工頭46的成像倍數(shù)設(shè)定為16倍。gp，加工頭的成像尺寸為激光加工用 掩模的幵口 15的1/16倍，與L,對應(yīng)的尺寸為20pm，與L2對應(yīng)的尺寸為 10(im。此外，在掩模部56上安裝激光加工用掩模，以使開口15的長和短 方向上每2個(gè)相鄰的共計(jì)4處為激光通過孔。
在上述激光加工裝置41的輥旋轉(zhuǎn)裝置44與尾座44a之間，安裝鍛鋼 輥(大同MACHINERY株式會(huì)社制、直徑為50mm、輥寬為100mm)，在 該鍛鋼輥表面，以照射時(shí)間為50納秒、照射間隔為1毫秒照射5次激光。 激光照射后，使激光照射區(qū)域沿鍛鋼輥的長方向移動(dòng)40pm或沿圓周方向 移動(dòng)56pm，同樣照射激光5次。
另外，圓周方向的移動(dòng)通過使鍛鋼輥旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行。向長方向和圓周方
向的移動(dòng)各進(jìn)行5次，對共計(jì)25個(gè)部位反復(fù)照射激光5次，以交錯(cuò)狀形成 100個(gè)凹部。另外，凹部的長方向(鍛鋼輥的長方向)的間距約為20nm， 短方向(鍛鋼輥的圓周方向)的間距約為14pm。另外，由于交錯(cuò)配置，因 此間距是凹部的橫(長方向)或縱(短方向)的列的中心線與相鄰的相位 偏移列的中心線之間的距離。凹部列的中心線是指將與激光加工用掩模的 開口的中心點(diǎn)對應(yīng)的凹部的中心點(diǎn)連接得到的線。
對上述得到的凹部100個(gè)用激光顯微鏡(商品名VK-9500、KEYENCE 公司制)來觀察開口形狀，測定直徑和深度，求出平均值。其結(jié)果是，凹 部的開口形狀為近似菱形，長對角線為19.5pm，短對角線為9.8nm。這與 設(shè)計(jì)值基本一致。另外，長對角線和短對角線的長度與將掩模開口 15中的 L,和L2的值除以成像倍數(shù)后得到的值基本一致。此外，凹部的開口部面積 是設(shè)計(jì)值的120%。如上所述，通過用本發(fā)明的掩模進(jìn)行激光加工，能以高 的形狀再現(xiàn)性和尺寸精度形成凹部。
(實(shí)施例2)
除了將開口 15變?yōu)閳D1或圖2所示的開口 10外，與實(shí)施例1同樣地 制作本發(fā)明的激光加工用掩模。另外，開口 10中，！^為0.32mm， L2為 0.16mm ，連接突起間的邊的凹陷的頂點(diǎn)得到的長方形的尺寸為 0.16mmx0.08mm。該掩模用于形成開口形狀為菱形且菱形的長對角線為 20|im、短對角線為10pm的凹部。
除了使用該掩模外，與實(shí)施例1同樣地在鍛鋼輥表面以交錯(cuò)狀形成100 個(gè)凹部。另外，凹部的長方向(鍛鋼輥的長方向)的間距約為20pm，短方 向(鍛鋼輥的圓周方向)的間距約為14pm。
對得到的凹部，與實(shí)施例1同樣地用激光顯微鏡進(jìn)行觀察，可知凹部 的開口形狀近似菱形，長對角線為18.5pm，短對角線為10.2pm。這與設(shè)計(jì) 值基本一致。另外，長對角線和短對角線的長度與將掩模開口 10中的L, 和L2的值除以成像倍數(shù)后得到的值基本一致。此外，凹部的開口部面積是 設(shè)計(jì)值的129%。如上所述，通過用本發(fā)明的掩模進(jìn)行激光加工，能以高的 形狀再現(xiàn)性和尺寸精度形成凹部。
(實(shí)施例3)
除了將開口 15變?yōu)閳D4所示的開口 20外，與實(shí)施例1同樣地制作本 發(fā)明的激光加工用掩模。另外，開口20中，Li為0.32mm， L2為0.16mm， 突起21、 22的曲率半徑為2(Him，突起23、 24的曲率半徑為30,，且2 個(gè)突起間的凹陷的曲率半徑為30pm。該掩模用于形成開口形狀為菱形且菱 形的長對角線為20pm、短對角線為l(Him的凹部。
除了使用該掩模外，與實(shí)施例1同樣地在鍛鋼輥表面以交錯(cuò)狀形成100 個(gè)凹部。另外，凹部的長方向(鍛鋼輥的長方向)的間距約為20pm，短方 向(鍛鋼輥的圓周方向)的間距約為14pm。
對得到的凹部，與實(shí)施例1同樣地用掃描型電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可 知凹部的開口形狀近似菱形，長對角線為20.1nm，短對角線為10.3pm。這 與設(shè)計(jì)值基本一致。另外，長對角線和短對角線的長度與將掩模開口20中 的L,和L2的值除以成像倍數(shù)后得到的值基本一致。此外，凹部的開口部面 積是設(shè)計(jì)值的133%。如上所述，通過用本發(fā)明的掩模進(jìn)行激光加工，能以 髙的形狀再現(xiàn)性和尺寸精度形成凹部。
(實(shí)施例4)
除了將開口 15變?yōu)閳D5所示的開口 25外，與實(shí)施例1同樣地制作本 發(fā)明的激光加工用掩模。另外，開口25中，L,為0.32mm， L2為0.16mm， 突起26、 27、 28、 29的寬度為50pm。該掩模用于形成開口形狀為菱形且 菱形的長對角線為20pm、短對角線為10pm的凹部。
除了使用該掩模外，與實(shí)施例1同樣地在鍛鋼輥表面以交錯(cuò)狀形成100 個(gè)凹部。另外，凹部的長方向(鍛鋼輥的長方向)的間距約為20(im，短方 向(鍛鋼輥的圓周方向)的間距約為14pm。
對得到的凹部，與實(shí)施例1同樣地用掃描型電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可 知凹部的開口形狀近似菱形，長對角線為21.1pm，短對角線為10.9pm。這
與設(shè)計(jì)值基本一致。另外，長對角線和短對角線的長度與將掩模開口 10中 的Li和L2的值除以成像倍數(shù)后得到的值基本一致。此外，凹部的開口部面 積是設(shè)計(jì)值的140%。如上所述，通過用本發(fā)明的掩模進(jìn)行激光加工，能以 高的形狀再現(xiàn)性和尺寸精度形成凹部。
(實(shí)施例5)
除了將開口 15變?yōu)閳D6所示的開口 30外，與實(shí)施例1同樣地制作本 發(fā)明的激光加工用掩模。另外，開口30中，L,為0.32mm， L2為0.16mm， 突起31、 32、 33、 34的頂端部的曲率半徑為24pm，突起31、 32、 33、 34 的寬度為48pm。該掩模用于形成開口形狀為菱形且菱形的長對角線為 20nm、短對角線為10nm的凹部。
除了使用該掩模外，與實(shí)施例1同樣地以交錯(cuò)狀形成IOO個(gè)凹部。另 外，凹部的長方向(鍛鋼輥的長方向)的間距約為20pm，短方向(鍛鋼輥 的圓周方向)的間距約為14pm。
對得到的凹部，與實(shí)施例1同樣地用掃描型電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可 知凹部的開口形狀近似菱形，長對角線為20.5)am，短對角線為10.1pm。這 與設(shè)計(jì)值基本一致。另外，長對角線和短對角線的長度與將掩模開口30中 的L,和L2的值除以成像倍數(shù)后得到的值基本一致。此外，凹部的開口部面 積是設(shè)計(jì)值的135%。如上所述，通過用本發(fā)明的掩模進(jìn)行激光加工，能以 高的形狀再現(xiàn)性和尺寸精度形成凹部。
(實(shí)施例6)
除了將開口 15變?yōu)閳D7所示的開口 35外，與實(shí)施例1同樣地制作本 發(fā)明的激光加工用掩模。另外，開口35中，L!為0.32mm， L2為0.16mm， 突起36、 37、 38、 39的頂端部的角度為90°,突起36、 37、 38、 39的寬度 為50pm，將直線狀凹陷36a、 37a、 38a、 39a分別延長得到的4個(gè)交點(diǎn)連 接形成的形狀為邊長為90nm的正方形。該掩模用于形成開口形狀為菱形 且菱形的長對角線為20jxm、短對角線為lOpm的凹部。
除了使用該掩模外，與實(shí)施例1同樣地在鍛鋼輥表面以交錯(cuò)狀形成100 個(gè)凹部。另外，凹部的長方向(鍛鋼輥的長方向)的間距約為20pm，短方 向(鍛鋼輥的圓周方向)的間距約為14pm。
對得到的凹部，與實(shí)施例1同樣地用掃描型電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可 知凹部的幵口形狀近似菱形，長對角線為20.4nm，短對角線為10.2^irn。這 與設(shè)計(jì)值基本一致。另外，長對角線和短對角線的長度與將掩模開口35中
的L,和L2的值除以成像倍數(shù)后得到的值基本一致。此外，凹部的開口部面 積是設(shè)計(jì)值的138%。如上所述，通過用本發(fā)明的掩模進(jìn)行激光加工，能以 高的形狀再現(xiàn)性和尺寸精度形成凹部。
(比較例)
除了將開口制成L,為0.32mm、 L2為0.16mm的菱形外，與實(shí)施例1 同樣地制作掩模。除了使用該掩模外，與實(shí)施例1同樣地在鍛鋼輥表面形 成凹部。用掃描型電子顯微鏡觀察得到的凹部，可知形狀為長圓形，與L, 相當(dāng)?shù)牟糠值拈L度約為22.5pm，與L2相當(dāng)?shù)牟糠值拈L度約為llpm。另夕卜， 凹部的開口部面積是開口部面積的設(shè)計(jì)值的205%。
權(quán)利要求
1、一種激光加工用掩模，其具有多個(gè)貫通厚度方向的開口，其中，開口具有多個(gè)突起從開口的中心向周緣部放射狀地延伸的形狀。
2、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其中，開口具有偶數(shù)個(gè)突起 分別介由開口的中心與其它突起相向地配置的形狀。
3、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其中，開口具有十字形的形 狀，其中4個(gè)突起分別介由開口的中心與其它突起相向地配置，連接一對 相向的2個(gè)突起的頂點(diǎn)的直線的長度L,和連接另一對相向的2個(gè)突起的頂點(diǎn)的直線的長度L2是不同的。
4、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其中，L,為60pm 1.2mm， L2為30 600pm，且L,大于L2。
5、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其中，與連接相鄰?fù)黄鸬捻?點(diǎn)所形成的假想線相比，開口的邊向開口的中心凹陷。
6、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其中，連接相鄰?fù)黄鸬捻旤c(diǎn) 所形成的假想面的形狀近似多邊形。
7、 如權(quán)利要求6所述的激光加工用掩模，其中，多邊形為四邊形、六 邊形或八邊形。
8、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其中，突起的頂端部為半圓形。
9、 如權(quán)利要求1所述的激光加工用掩模，其用于超硬合金、高速鋼或 鍛鋼的激光加工。
10、 如權(quán)利要求9所述的激光加工用掩模，其用于至少外周面上具有 含有超硬合金、高速鋼或鍛鋼的被激光加工層的輥的激光加工。
11、 一種激光加工方法，其對被加工物表面介由權(quán)利要求1所述的激 光加工用掩模來照射激光。
全文摘要
將形成于激光加工用掩模的作為激光通過用孔的開口制成多個(gè)突起從開口的中心向周緣部放射狀延伸的形狀。若采用該激光加工用掩模，則可在由金屬材料等形成的被加工物的表面通過激光加工來形成尺寸為數(shù)μm～十幾μm的尺寸精度和形狀精度非常高的凹部圖案。
文檔編號B23K26/36GK101391345SQ20081017594
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者古結(jié)康隆, 田口良文 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社