ＦＯＣＡＳレーザーカッターでのスリット加工テスト

2004年6月   とうこく



 加工実験

ＦＯＣＡＳのレーザースリットカッターを使ってＭＯＩＲＣＳのアルミマスク（厚み70um）
にスリット加工できるかどうか試した。


  
ＭＯＩＲＣＳの厚み70umマスクを、ＦＯＣＡＳのスリットカット用フレームに固定する（テープ＆ねじ止め）。
２枚の板で挟むような感じ。ＦＯＣＡＳのマスクは四角い。


   
レーザーカットマシンにはフレームをかちっと押し込むだけで固定される。


レーザー加工機の設定パラメータは「電流」と「加工速度」の二つ。ＦＯＣＡＳのカーボンシート
加工時の設定は「19A + 20mm/min」。まずはＦＯＣＡＳと同じ設定からカットを始めた。レーザー
は指定されたスリットのふちに沿ってアルミを焼き切っていくが、わずかに削り残しがあると
切りとられたアルミ片はスリットに残ってしまい、柔らかいハケ等でなでても取れない。そこで
電流値と加工速度を変化させながら、切り取ったアルミ片が完全に落ちるまでカットできる
パラメータを探した。以下がその加工の様子。スリットのサイズは約4.7mm×0.3mm。

電流 加工速度 写真（50倍） コメント 19A 20mm/min FOCASの通常の設定値。切りとったアルミはスリットの中に残る。ピンセットでつつくと取れる。 19A 10mm/min 加工片は落ちない。ピンセットで強くつつくと取れる。 19A 5mm/min 加工片は落ちない。ピンセットで強くつつくと取れる。 19A 10mm/min ×2回 同じ工程を２回繰り返してみる。加工片は落ちないが、柔らかいハケで拭くと取れる。 19A 10mm/min ×3回 同じ工程を３回繰り返してみる。加工片は落ちないが、柔らかいハケで拭くと簡単に取れる。 19A 10mm/min ×4回 ４回切りで初めて加工片が落ちた。切口は比較的きれい。 拡大 裏面 19A 20mm/min ×4回 速度を速めた４回切りは失敗。加工片は落ちない。 24A 20mm/min 電流値を増やす。ほとんどくっついていて、ピンセットでつついても取れない。 24A 10mm/min 加工片は落ちない。切口はギザギザ。 28A 10mm/min マシンの最大電流値。ほとんど切れていない。

ざっと試したところでは、「19A ＋ 10mm/min」の設定で４回切り（同じ工程を４回繰り返す）
すると、失敗なくスリットが切れることがわかった。
※写真で加工片がないものは、ピンセットでつついて取ったもので、スリットが自力で完全に
切れたのは、「19A ＋ 10mm/min」の設定の時のみだった。

電流値が大きすぎると、速度をゆっくりにしてもほとんど切れなかった。
19Aより小さい電流値は今回は試していない。切口を顕微鏡でチェックすると、ふちのギザギザは
およそ10-20um、裏面も（裏面のほうが？）きれいに加工できていた。
また、加工によってマスク面が歪んだ形跡はなかった。加工粉もほとんど見られなかった。



次に、この設定で１２個のスリットを連続で加工して、スリットの形状をチェックした。
0.2mm×1mmのスリットを12個切るのにちょうど１時間かかった。
（加工順は、スリット1→12の１回目、スリット1→12の２回目、、、と４回繰り返す。）
１２個のスリットのうちいくつかをピックアップしたのが以下の写真。
スリット番号は加工した順。

       
（左）スリット５ 長辺が汚い。ギザギザは最大で70um。
（右）スリット８ 縁がでこぼこしているように見える。

       
（左）スリット９ ギザギザはあるが比較的きれいなほう。ギザギザは最大で40um。
（右）スリット１２ ギザギザ〜70um。

この加工では、４回目の加工までに時間があいてしまい（２日にまたがって加工）、
一度原点リセットをしたりして、加工状況があまりよくなかったが、パラメータを
もう少し詳細に調整することで、それなりにきれいなスリットがそれなりの時間で
加工できるのではないかと思う。

レーザーカットと放電加工とのメリットの差を考える。



レーザー加工のメリット・デメリット 放電加工のメリット・デメリット 加工精度と加工時間 まだ未知だが、それなりの精度と加工時間は達成できそう（マスク１枚スリット１０〜２０個で約１時間程度）。 まだ未知だが、それなりの精度と加工時間は達成できそう（マスク１枚スリット１０〜２０個で約１時間程度）。 スリット形状 マスクのエッジがよりシャープ（〜９０°）にできる。 マスクのエッジは電極の太さ（最低でもR=40um）のＲをもつ。 加工工程 加工液が不要。 加工前の位置決めなどの操作が不要。マスクの固定がワンタッチでできる。 石油系加工液に浸けて加工し、そのあと洗浄・乾燥。薄いマスクのハンドリングに相当気を遣う。 加工前にヘッドの微調整などが毎回必要（手動）。 装置へのインストール 加工からデュワーまでフレームに入れたままも可能（＝検出器とスリットの位置決めがしやすい）。 マスク洗浄の際にはマスクをフレームから外す必要がある。 加工機メンテナンス 加工機の維持が楽。消耗品がない。（数）年に一度？冷却水の循環フィルタ交換など。 ヘッドの電極は磨耗し、それによって精度も変化する。場合によっては１マスク加工するごとに交換することもある。 ソフトウエア FITSデータからNCデータまでの一連の加工作業はFOCASによって成熟している。デイクルーが既に習得している。 FOCASと同様のシステムを作る予定だが、まだ未着手。

【作業の感想】 ＥＤＭは操作方法もパラメータもまだ全然習得できていないのもあるが、
               レーザ加工機は、マスクの設置を含めてほとんど操作がないことや
               （加工機のボタンをいくつか押したらソフトをスタートさせるだけ）、
               いちいち手を洗う必要がないこと、一度加工が始まると見張る必要が
               全然ないことなどから、とても扱いやすいという印象があった。
               また、加工条件のパラメータがＥＤＭに比べると格段にシンプルである。