JP2002001561A - 楕円孔加工方法および楕円孔加工装置 - Google Patents
楕円孔加工方法および楕円孔加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低出力のレーザ発振器においても、高速、高
精細に、任意の大きさの楕円孔を、多くの種類の被加工
物に対して形成することができる楕円孔加工方法および
楕円孔加工装置を提供する。 【解決手段】 入射光を屈折させてプリズム３内に入射
させる入射面３ａとその入射光を全反射させる反射面３
ｂと反射光を屈折させてプリズム３外に出射させる出射
面３ｃとを有するプリズム３を、所定の回転軸４を中心
として回転させ、この回転させているプリズム３にレー
ザ光Ａを回転軸４からずらした位置に入射させ、プリズ
ム３からの出射光を集光して被加工物７に楕円の形状に
走査させ、貫通する楕円孔８を形成する。
精細に、任意の大きさの楕円孔を、多くの種類の被加工
物に対して形成することができる楕円孔加工方法および
楕円孔加工装置を提供する。 【解決手段】 入射光を屈折させてプリズム３内に入射
させる入射面３ａとその入射光を全反射させる反射面３
ｂと反射光を屈折させてプリズム３外に出射させる出射
面３ｃとを有するプリズム３を、所定の回転軸４を中心
として回転させ、この回転させているプリズム３にレー
ザ光Ａを回転軸４からずらした位置に入射させ、プリズ
ム３からの出射光を集光して被加工物７に楕円の形状に
走査させ、貫通する楕円孔８を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いた楕
円孔の加工方法と加工装置に関するもので、これらの加
工方法や加工装置は、特に、プリンタヘッドのノズル孔
や、プリント基板材料や、金属、セラミック、シリコン
材料の加工などに適する。
円孔の加工方法と加工装置に関するもので、これらの加
工方法や加工装置は、特に、プリンタヘッドのノズル孔
や、プリント基板材料や、金属、セラミック、シリコン
材料の加工などに適する。
【０００２】
【従来の技術】被加工物に対して、一定の大きさの楕円
孔をレーザにより形成する手法として、従来は、図１０
に示すように、楕円のパターンをした薄い金属板など
の、いわゆるマスク５１を使用し、マスク５１を通過し
たレーザＡを集光レンズ５２により縮小集光して被加工
物５３の表面に結像させ、楕円孔５４を形成する焼き付
け的なマスク結像方式や、図１１に示すように、それぞ
れガルバノメータ６１、６２により駆動されるガルバノ
ミラー６３、６４により被加工物６５上の集光点を楕円
形状に走査させて楕円孔６６を形成するガルバノスキャ
ニングによるトレパニング加工を用いてきた。
孔をレーザにより形成する手法として、従来は、図１０
に示すように、楕円のパターンをした薄い金属板など
の、いわゆるマスク５１を使用し、マスク５１を通過し
たレーザＡを集光レンズ５２により縮小集光して被加工
物５３の表面に結像させ、楕円孔５４を形成する焼き付
け的なマスク結像方式や、図１１に示すように、それぞ
れガルバノメータ６１、６２により駆動されるガルバノ
ミラー６３、６４により被加工物６５上の集光点を楕円
形状に走査させて楕円孔６６を形成するガルバノスキャ
ニングによるトレパニング加工を用いてきた。
【０００３】なお、図１０における５５は加工用レーザ
発振器、５６はコリメータレンズ、５７は反射ミラー、
図１１における６７は加工用レーザ発振器、６８はｆ−
θレンズである。
発振器、５６はコリメータレンズ、５７は反射ミラー、
図１１における６７は加工用レーザ発振器、６８はｆ−
θレンズである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスク
５１による結像方式は、レーザＡの７０〜９０％がマス
ク５１の部分により遮られてしまうので、エネルギーの
利用効率が非常に悪いという欠点がある。従ってこの方
式では、高いパワー密度が得にくく、例えば加熱、溶
融、蒸発のために大きなパワー密度を必要とする金属、
セラミックスやシリコン基板材料の加工は難しいという
問題があった。また、波長変換されたＹＡＧレーザのよ
うに、６Ｗ以下と発振出力の小さいレーザＡによる加工
では、例え被加工物５３が樹脂基板のように、加工が容
易な材料でも、高速に楕円孔５４を形成するのは困難で
ある。また、短パルス、短波長レーザを用いるとマスク
５１の損傷が激しくなり、ある一定時間以上の使用で
は、マスク５１の交換が必要である。
５１による結像方式は、レーザＡの７０〜９０％がマス
ク５１の部分により遮られてしまうので、エネルギーの
利用効率が非常に悪いという欠点がある。従ってこの方
式では、高いパワー密度が得にくく、例えば加熱、溶
融、蒸発のために大きなパワー密度を必要とする金属、
セラミックスやシリコン基板材料の加工は難しいという
問題があった。また、波長変換されたＹＡＧレーザのよ
うに、６Ｗ以下と発振出力の小さいレーザＡによる加工
では、例え被加工物５３が樹脂基板のように、加工が容
易な材料でも、高速に楕円孔５４を形成するのは困難で
ある。また、短パルス、短波長レーザを用いるとマスク
５１の損傷が激しくなり、ある一定時間以上の使用で
は、マスク５１の交換が必要である。
【０００５】一方、ガルバノスキャニングによるトレパ
ニング加工方法は、ｆ−θレンズ６８により高密度に集
光したレーザＡを任意の形状の周に沿って走査して楕円
孔６６をあけるため、被加工物６５の材料や楕円孔６６
の加工形状を比較的自由に設定できる利点がある。しか
し、ガルバノミラー６３、６４の、温度影響による一定
の原点を持たないというゼロ点ドリフトや、位置決め精
度が悪くなるゲインドリフトといった経時変化の問題
や、高速加工に対応できないという問題がある。
ニング加工方法は、ｆ−θレンズ６８により高密度に集
光したレーザＡを任意の形状の周に沿って走査して楕円
孔６６をあけるため、被加工物６５の材料や楕円孔６６
の加工形状を比較的自由に設定できる利点がある。しか
し、ガルバノミラー６３、６４の、温度影響による一定
の原点を持たないというゼロ点ドリフトや、位置決め精
度が悪くなるゲインドリフトといった経時変化の問題
や、高速加工に対応できないという問題がある。
【０００６】本発明は上記課題や問題を解決するもの
で、低出力のレーザ発振器によっても、高速、高精細
に、任意の大きさの楕円孔を、多くの種類の被加工物に
対して形成することができる楕円孔加工方法および楕円
孔加工装置を提供することを目的とする。
で、低出力のレーザ発振器によっても、高速、高精細
に、任意の大きさの楕円孔を、多くの種類の被加工物に
対して形成することができる楕円孔加工方法および楕円
孔加工装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、入射光を屈折させてプリズム内に入射さ
せる入射面とその入射光を全反射させる反射面と反射光
を屈折させてプリズム外に出射させる出射面とを有する
プリズムを、所定の回転軸を中心として回転させ、この
回転させているプリズムにレーザを前記回転軸からずら
した位置に入射させ、プリズムからの出射光を集光して
被加工物に楕円の形状に走査させることで楕円孔を形成
することを特徴とする。
めに本発明は、入射光を屈折させてプリズム内に入射さ
せる入射面とその入射光を全反射させる反射面と反射光
を屈折させてプリズム外に出射させる出射面とを有する
プリズムを、所定の回転軸を中心として回転させ、この
回転させているプリズムにレーザを前記回転軸からずら
した位置に入射させ、プリズムからの出射光を集光して
被加工物に楕円の形状に走査させることで楕円孔を形成
することを特徴とする。
【０００８】この構成により、低出力のレーザ発振器に
おいても、高速、高精細に、任意の大きさの楕円孔を、
多くの種類の被加工物に対して形成することができる。
おいても、高速、高精細に、任意の大きさの楕円孔を、
多くの種類の被加工物に対して形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の楕円孔加
工方法は、入射光を屈折させてプリズム内に入射させる
入射面とその入射光を全反射させる反射面と反射光を屈
折させてプリズム外に出射させる出射面とを有するプリ
ズムを、所定の回転軸を中心として回転させ、この回転
させているプリズムにレーザを前記回転軸からずらした
位置に入射させ、プリズムからの出射光を集光して被加
工物に楕円の形状に走査させることで楕円孔を形成する
ことを特徴とする。
工方法は、入射光を屈折させてプリズム内に入射させる
入射面とその入射光を全反射させる反射面と反射光を屈
折させてプリズム外に出射させる出射面とを有するプリ
ズムを、所定の回転軸を中心として回転させ、この回転
させているプリズムにレーザを前記回転軸からずらした
位置に入射させ、プリズムからの出射光を集光して被加
工物に楕円の形状に走査させることで楕円孔を形成する
ことを特徴とする。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の楕
円孔加工方法において、プリズムにおける回転軸に対す
る入射位置を変更することにより、様々な大きさの楕円
孔を形成することを特徴とする。
円孔加工方法において、プリズムにおける回転軸に対す
る入射位置を変更することにより、様々な大きさの楕円
孔を形成することを特徴とする。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１または２
に記載の楕円孔加工方法において、プリズムに認識用の
可視光レーザを入射させ、認識手段により被加工物への
可視光レーザの照射位置を認識させ、認識手段による認
識情報に基づいて被加工物への加工用レーザの照射位置
を調節することを特徴とする。
に記載の楕円孔加工方法において、プリズムに認識用の
可視光レーザを入射させ、認識手段により被加工物への
可視光レーザの照射位置を認識させ、認識手段による認
識情報に基づいて被加工物への加工用レーザの照射位置
を調節することを特徴とする。
【００１２】本発明の請求項４記載の楕円孔加工装置
は、加工用のレーザを発振する加工用レーザ発振器と、
入射光を屈折させて内部に入射させる入射面とその入射
光を全反射させる反射面と反射光を屈折させて外部に出
射させる出射面とを有するプリズムと、プリズムを所定
の回転軸を中心として回転させる回転手段と、回転させ
ている前記プリズムにレーザを前記回転軸からずらした
位置に入射させる加工用レーザ入射手段と、プリズムか
らの出射光線を集光して被加工物に楕円の形状に走査さ
せることで楕円孔を形成する集光手段とを備えたことを
特徴とする。
は、加工用のレーザを発振する加工用レーザ発振器と、
入射光を屈折させて内部に入射させる入射面とその入射
光を全反射させる反射面と反射光を屈折させて外部に出
射させる出射面とを有するプリズムと、プリズムを所定
の回転軸を中心として回転させる回転手段と、回転させ
ている前記プリズムにレーザを前記回転軸からずらした
位置に入射させる加工用レーザ入射手段と、プリズムか
らの出射光線を集光して被加工物に楕円の形状に走査さ
せることで楕円孔を形成する集光手段とを備えたことを
特徴とする。
【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の楕
円孔加工装置において、プリズムは、入射面と反射面と
のなす角度αと、反射面と出射面とのなす角度βとが同
じであり、このプリズムは、回転軸に対して、ある一定
の角度θ（０°＜θ＜９０°）で配置された状態で回転
されることを特徴とする。
円孔加工装置において、プリズムは、入射面と反射面と
のなす角度αと、反射面と出射面とのなす角度βとが同
じであり、このプリズムは、回転軸に対して、ある一定
の角度θ（０°＜θ＜９０°）で配置された状態で回転
されることを特徴とする。
【００１４】請求項６記載の発明は、請求項４記載の楕
円孔加工装置において、プリズムは、入射面と反射面と
のなす角度αと、反射面と出射面とのなす角度βとに所
定の角度差Θ（０°＜Θ＜９０°）を有し、このプリズ
ムは、反射面が回転軸に対して平行になるように配置さ
れた状態で回転されることを特徴とする。
円孔加工装置において、プリズムは、入射面と反射面と
のなす角度αと、反射面と出射面とのなす角度βとに所
定の角度差Θ（０°＜Θ＜９０°）を有し、このプリズ
ムは、反射面が回転軸に対して平行になるように配置さ
れた状態で回転されることを特徴とする。
【００１５】請求項７記載の発明は、請求項４〜６の何
れかに記載の楕円孔加工装置において、プリズムに認識
用の可視光レーザを入射させる認識用レーザ入射手段
と、被加工物への可視光レーザの照射位置を認識する認
識手段と、認識手段による認識情報に基づいて被加工物
への加工用レーザの照射位置を調節する入射位置制御手
段とを備えたことを特徴とする。
れかに記載の楕円孔加工装置において、プリズムに認識
用の可視光レーザを入射させる認識用レーザ入射手段
と、被加工物への可視光レーザの照射位置を認識する認
識手段と、認識手段による認識情報に基づいて被加工物
への加工用レーザの照射位置を調節する入射位置制御手
段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】請求項１記載の楕円孔加工方法ならびに請
求項４記載の楕円孔加工装置によれば、プリズムを所定
の回転軸を中心として回転させながら、プリズムにレー
ザを回転軸からずらした位置に入射させるだけで、プリ
ズムから出射するレーザが楕円の軌跡を描き、このレー
ザを集光して被加工物に照射させることで楕円の形状の
楕円孔を形成することができる。
求項４記載の楕円孔加工装置によれば、プリズムを所定
の回転軸を中心として回転させながら、プリズムにレー
ザを回転軸からずらした位置に入射させるだけで、プリ
ズムから出射するレーザが楕円の軌跡を描き、このレー
ザを集光して被加工物に照射させることで楕円の形状の
楕円孔を形成することができる。
【００１７】請求項２記載の方法によれば、プリズムに
おける回転軸に対する入射位置を変更することにより、
入射位置に応じた短径と長径の楕円孔を形成することが
できる。
おける回転軸に対する入射位置を変更することにより、
入射位置に応じた短径と長径の楕円孔を形成することが
できる。
【００１８】請求項３記載の方法ならびに請求項７記載
の構成によれば、認識手段による認識情報に基づいて被
加工物への加工用レーザの照射位置を調節しながら、高
精度で楕円孔を形成することができる。
の構成によれば、認識手段による認識情報に基づいて被
加工物への加工用レーザの照射位置を調節しながら、高
精度で楕円孔を形成することができる。
【００１９】請求項５記載の構成によれば、入射面と反
射面とのなす角度αと、反射面と出射面とのなす角度β
とが同じである簡単な構成のプリズムを用いて楕円孔を
形成することができる。
射面とのなす角度αと、反射面と出射面とのなす角度β
とが同じである簡単な構成のプリズムを用いて楕円孔を
形成することができる。
【００２０】請求項６記載の構成によれば、反射面が回
転軸に対して平行になるようにプリズムを配置するだけ
の比較的容易な配置構成で楕円孔を形成することができ
る。以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明す
る。
転軸に対して平行になるようにプリズムを配置するだけ
の比較的容易な配置構成で楕円孔を形成することができ
る。以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明す
る。
【００２１】図１は本発明の実施の形態にかかる楕円孔
加工装置を概略的に示す図、図２はこの楕円孔加工装置
に用いられるプリズムを示す斜視図である。図１、図２
に示すように、楕円孔加工装置は、加工用のレーザＡを
発振する加工用レーザ発振器１と、加工用レーザ発振器
１からのレーザＡが平行光になるように広げるコリメー
タレンズ２と、入射光を屈折させて内部に入射させる入
射面３ａとその入射光を全反射させる反射面３ｂと、反
射光を屈折させて外部に出射させる出射面３ｃとを有す
る台形状のプリズム３と、このプリズム３を所定の回転
軸４を中心として回転させる回転手段としてのプリズム
回転機構５と、回転させているプリズム３にレーザＡを
回転軸４からずらした位置に入射させる加工用レーザ入
射手段としてのミラー６と、プリズム３からの出射光線
を集光して被加工物７に楕円の形状に走査させて貫通す
る楕円孔８（図４、図７参照）を形成する集光手段とし
ての集光レンズ９と、認識用の可視光レーザＢを発振す
る認識用レーザ発振器１１と、ミラー６の上方に配置さ
れ、認識用レーザ発振器１１からの可視光レーザＢをミ
ラー６を通してプリズム３側へ反射するとともにプリズ
ム３側から入射した可視光レーザＢをそのまま透過させ
る認識用レーザ入射手段としてのハーフミラー１２と、
ハーフミラー１２を通った可視光レーザＢを受光して被
加工物７への可視光レーザＢの照射位置を認識する認識
手段としての認識カメラ１３と、認識カメラ１３による
出力データを処理して認識結果を導き出す認識処理演算
装置１４と、この認識処理演算装置１４により処理され
た情報に基づいて、被加工物７を載せているＸ−Ｙテー
ブル１５を移動させるなどして被加工物７への加工用レ
ーザＡの照射位置などを調節する入射位置制御手段とし
てのレーザ入射位置制御装置１６とを備えている。
加工装置を概略的に示す図、図２はこの楕円孔加工装置
に用いられるプリズムを示す斜視図である。図１、図２
に示すように、楕円孔加工装置は、加工用のレーザＡを
発振する加工用レーザ発振器１と、加工用レーザ発振器
１からのレーザＡが平行光になるように広げるコリメー
タレンズ２と、入射光を屈折させて内部に入射させる入
射面３ａとその入射光を全反射させる反射面３ｂと、反
射光を屈折させて外部に出射させる出射面３ｃとを有す
る台形状のプリズム３と、このプリズム３を所定の回転
軸４を中心として回転させる回転手段としてのプリズム
回転機構５と、回転させているプリズム３にレーザＡを
回転軸４からずらした位置に入射させる加工用レーザ入
射手段としてのミラー６と、プリズム３からの出射光線
を集光して被加工物７に楕円の形状に走査させて貫通す
る楕円孔８（図４、図７参照）を形成する集光手段とし
ての集光レンズ９と、認識用の可視光レーザＢを発振す
る認識用レーザ発振器１１と、ミラー６の上方に配置さ
れ、認識用レーザ発振器１１からの可視光レーザＢをミ
ラー６を通してプリズム３側へ反射するとともにプリズ
ム３側から入射した可視光レーザＢをそのまま透過させ
る認識用レーザ入射手段としてのハーフミラー１２と、
ハーフミラー１２を通った可視光レーザＢを受光して被
加工物７への可視光レーザＢの照射位置を認識する認識
手段としての認識カメラ１３と、認識カメラ１３による
出力データを処理して認識結果を導き出す認識処理演算
装置１４と、この認識処理演算装置１４により処理され
た情報に基づいて、被加工物７を載せているＸ−Ｙテー
ブル１５を移動させるなどして被加工物７への加工用レ
ーザＡの照射位置などを調節する入射位置制御手段とし
てのレーザ入射位置制御装置１６とを備えている。
【００２２】ここで、プリズム３は、その入射面３ａと
反射面３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３ｃ
とのなす角度βとが同じもの（すなわち、α＝β）を用
いたり、あるいは、その入射面３ａと反射面３ｂとのな
す角度αが、反射面３ｂと出射面３ｃとのなす角度βよ
りも大きくて（すなわち、α＞β）、所定の角度差Θ
（０°＜Θ＜９０°）を有するものを用いたりする。
反射面３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３ｃ
とのなす角度βとが同じもの（すなわち、α＝β）を用
いたり、あるいは、その入射面３ａと反射面３ｂとのな
す角度αが、反射面３ｂと出射面３ｃとのなす角度βよ
りも大きくて（すなわち、α＞β）、所定の角度差Θ
（０°＜Θ＜９０°）を有するものを用いたりする。
【００２３】上記構成において、加工用レーザ発振器１
から出射された加工用のレーザＡは、平行光になるよう
にコリメータレンズ２により広げられる。次にこのレー
ザＡを、ある一定の速度で回転しているプリズム３に入
射させる。このプリズム３はレーザＡの光軸に平行な回
転軸４を中心にして、一定の速度で回転している。本発
明においては、上述のように２種類のプリズム３のうち
の何れかを用いて、貫通する楕円孔８の加工を行う。
から出射された加工用のレーザＡは、平行光になるよう
にコリメータレンズ２により広げられる。次にこのレー
ザＡを、ある一定の速度で回転しているプリズム３に入
射させる。このプリズム３はレーザＡの光軸に平行な回
転軸４を中心にして、一定の速度で回転している。本発
明においては、上述のように２種類のプリズム３のうち
の何れかを用いて、貫通する楕円孔８の加工を行う。
【００２４】上述のように、プリズム３のレーザ入射面
３ａと反射面３ｂとのなす角度をα、反射面３ｂと出射
面３ｃとのなす角度をβとする（図２参照）。また、レ
ーザ入射面３ａにおいて、レーザ入射位置Ｐと、プリズ
ム回転軸４との距離を、回転軸４に対して垂直方向距離
をａ、水平方向距離をｂとする（図３参照）。
３ａと反射面３ｂとのなす角度をα、反射面３ｂと出射
面３ｃとのなす角度をβとする（図２参照）。また、レ
ーザ入射面３ａにおいて、レーザ入射位置Ｐと、プリズ
ム回転軸４との距離を、回転軸４に対して垂直方向距離
をａ、水平方向距離をｂとする（図３参照）。
【００２５】（１）プリズム３の角度αと角度βとが等
しい（α＝β）ものを採用するとき この場合は、図４〜図６に示すように、プリズム３をそ
の反射面３ｂが回転軸４に対して、角度θ（０°＜θ＜
９０°）だけ傾くように設置する。集光レンズ９として
ｆ−θレンズを用いる場合、この角度θと、プリズム３
とｆ−θレンズとの距離は、ｆ−θレンズの設計から決
まり、一定の値となる。また、図５、図６に示すよう
に、プリズム３において回転軸４から垂直方向にａ、水
平方向にｂの位置に入射したレーザＡは、出射面３ｃで
は、それぞれ回転軸４に対して、位置ａ’、位置ｂ’か
ら出射する。また、このレーザＡは回転軸４に対して角
度θで出射される。このプリズム３を一定の速度で回転
することで、出射面３ｃからは、短径ａ’、長径ｂ’
（ａ’＜ｂ’）の楕円軌跡を描いたレーザＡが出射する
ことになる。ただし、ａ’、ｂ’の値は、プリズムの屈
折率と入射面３ａと反射面３ｂとの距離により変わる。
この出射光を集光レンズ９により、被加工物７上に集光
し、楕円の形状に走査して、貫通する楕円孔８を形成す
る。
しい（α＝β）ものを採用するとき この場合は、図４〜図６に示すように、プリズム３をそ
の反射面３ｂが回転軸４に対して、角度θ（０°＜θ＜
９０°）だけ傾くように設置する。集光レンズ９として
ｆ−θレンズを用いる場合、この角度θと、プリズム３
とｆ−θレンズとの距離は、ｆ−θレンズの設計から決
まり、一定の値となる。また、図５、図６に示すよう
に、プリズム３において回転軸４から垂直方向にａ、水
平方向にｂの位置に入射したレーザＡは、出射面３ｃで
は、それぞれ回転軸４に対して、位置ａ’、位置ｂ’か
ら出射する。また、このレーザＡは回転軸４に対して角
度θで出射される。このプリズム３を一定の速度で回転
することで、出射面３ｃからは、短径ａ’、長径ｂ’
（ａ’＜ｂ’）の楕円軌跡を描いたレーザＡが出射する
ことになる。ただし、ａ’、ｂ’の値は、プリズムの屈
折率と入射面３ａと反射面３ｂとの距離により変わる。
この出射光を集光レンズ９により、被加工物７上に集光
し、楕円の形状に走査して、貫通する楕円孔８を形成す
る。
【００２６】すなわち、プリズム３を回転軸４を中心と
して回転させながら、形成したい楕円孔８の短径ａ’、
長径ｂ’に合わせて、プリズム３にレーザＡを回転軸４
からずらした位置に入射させると、プリズム３から出射
するレーザＡが楕円の軌跡を描き、このレーザＡを集光
して被加工物７に照射させることで、貫通する楕円孔８
を形成することができる。
して回転させながら、形成したい楕円孔８の短径ａ’、
長径ｂ’に合わせて、プリズム３にレーザＡを回転軸４
からずらした位置に入射させると、プリズム３から出射
するレーザＡが楕円の軌跡を描き、このレーザＡを集光
して被加工物７に照射させることで、貫通する楕円孔８
を形成することができる。
【００２７】また、この場合には、入射面３ａと反射面
３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３ｃとのな
す角度βとが同じである簡単な構成のプリズム３を用い
て楕円孔８を形成することができる利点がある。
３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３ｃとのな
す角度βとが同じである簡単な構成のプリズム３を用い
て楕円孔８を形成することができる利点がある。
【００２８】（２）プリズム３の角度αと角度βとが異
なり（α≠β）、角度αが角度βよりも大きい（α＞
β）ものを採用するとき この場合は、図７〜図９に示すように、プリズム３をそ
の反射面３ｂが回転軸４に対して平行になるように設置
する。ここで、上述したように、プリズム３からの出射
光が回転軸４となす角度Θと、プリズム３の入射面３ａ
と反射面３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３
ｃとのなす角度βとには、Θ＝α−βの関係がある（た
だし、α＞βである）。図８、図９に示すように、プリ
ズム３において回転軸４から垂直方向にａ、水平方向に
ｂの位置に入射したレーザＡは、出射面３ｃでは、それ
ぞれ回転軸４に対して、位置ａ’、位置ｂ’から出射す
る。また、このレーザＡは回転軸４に対して角度Θで出
射される。このプリズム３を一定の速度で回転すること
で、出射面３ｃからは、短径ａ’、長径ｂ’（ａ’＜
ｂ’）の楕円軌跡を描いたレーザＡが出射することにな
る。ただし、ａ’、ｂ’の値は、プリズム３の屈折率と
入射面３ａと反射面３ｂとの距離により変わる。この出
射光を集光レンズ９により、被加工物７上に集光し、楕
円の形状に走査して、貫通する楕円孔８を形成する。
なり（α≠β）、角度αが角度βよりも大きい（α＞
β）ものを採用するとき この場合は、図７〜図９に示すように、プリズム３をそ
の反射面３ｂが回転軸４に対して平行になるように設置
する。ここで、上述したように、プリズム３からの出射
光が回転軸４となす角度Θと、プリズム３の入射面３ａ
と反射面３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３
ｃとのなす角度βとには、Θ＝α−βの関係がある（た
だし、α＞βである）。図８、図９に示すように、プリ
ズム３において回転軸４から垂直方向にａ、水平方向に
ｂの位置に入射したレーザＡは、出射面３ｃでは、それ
ぞれ回転軸４に対して、位置ａ’、位置ｂ’から出射す
る。また、このレーザＡは回転軸４に対して角度Θで出
射される。このプリズム３を一定の速度で回転すること
で、出射面３ｃからは、短径ａ’、長径ｂ’（ａ’＜
ｂ’）の楕円軌跡を描いたレーザＡが出射することにな
る。ただし、ａ’、ｂ’の値は、プリズム３の屈折率と
入射面３ａと反射面３ｂとの距離により変わる。この出
射光を集光レンズ９により、被加工物７上に集光し、楕
円の形状に走査して、貫通する楕円孔８を形成する。
【００２９】すなわち、この場合においても、プリズム
３を回転軸４を中心として回転させながら、形成したい
楕円孔８の短径ａ’、長径ｂ’に合わせて、プリズム３
にレーザＡを回転軸４からずらした位置に入射させる
と、プリズム３から出射するレーザＡが楕円の軌跡を描
き、このレーザＡを集光して被加工物７に照射させるこ
とで、貫通する楕円孔８を形成することができる。
３を回転軸４を中心として回転させながら、形成したい
楕円孔８の短径ａ’、長径ｂ’に合わせて、プリズム３
にレーザＡを回転軸４からずらした位置に入射させる
と、プリズム３から出射するレーザＡが楕円の軌跡を描
き、このレーザＡを集光して被加工物７に照射させるこ
とで、貫通する楕円孔８を形成することができる。
【００３０】また、この場合には、入射面３ａと反射面
３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３ｃとのな
す角度βとが異なるプリズム３を用いるものの、反射面
３ｂが回転軸４に対して平行になるようにプリズム３を
配置するだけの比較的容易な配置構成で楕円孔８を形成
することができる利点がある。
３ｂとのなす角度αと、反射面３ｂと出射面３ｃとのな
す角度βとが異なるプリズム３を用いるものの、反射面
３ｂが回転軸４に対して平行になるようにプリズム３を
配置するだけの比較的容易な配置構成で楕円孔８を形成
することができる利点がある。
【００３１】このような楕円孔加工方法によれば、全て
の加工用レーザＡが被加工物７に照射されるので、高い
パワー密度を得られて、低出力のレーザ発振器１によっ
ても楕円孔８を形成でき、多くの種類の被加工物７に対
して良好な加工を行うことができる。また、従来のよう
にガルバノミラーなどを用いていないため、温度影響に
よるゼロ点ドリフトや、位置決め精度が悪くなるゲイン
ドリフトといった経時変化の問題を生じ難い。
の加工用レーザＡが被加工物７に照射されるので、高い
パワー密度を得られて、低出力のレーザ発振器１によっ
ても楕円孔８を形成でき、多くの種類の被加工物７に対
して良好な加工を行うことができる。また、従来のよう
にガルバノミラーなどを用いていないため、温度影響に
よるゼロ点ドリフトや、位置決め精度が悪くなるゲイン
ドリフトといった経時変化の問題を生じ難い。
【００３２】さらに、本発明においては、被加工物７上
の加工孔の形状を認識して、その結果を基にレーザＡの
入射位置を補正し、安定した楕円孔８の形状を得たり、
被加工物７上の楕円孔８を形成する位置決めを安定して
行ったりすることができるように図られている。
の加工孔の形状を認識して、その結果を基にレーザＡの
入射位置を補正し、安定した楕円孔８の形状を得たり、
被加工物７上の楕円孔８を形成する位置決めを安定して
行ったりすることができるように図られている。
【００３３】図１に示すように、このような目的を達成
するために、認識用レーザ発振器１１から可視光レーザ
Ｂを出射させると（この際は、加工用レーザ発振器１は
駆動しない）、この可視光レーザＢはハーフミラー１２
により反射された後、ミラー６を通してプリズム３にお
ける加工用のレーザＡの入射位置と同じ位置に入射し、
プリズム３ならびに集光レンズ９を通った後に、被加工
物７に照射される。被加工物７に照射された可視光レー
ザＢは被加工物７に反射した後、集光レンズ９、プリズ
ム３、ミラー６およびハーフミラー１２を通して認識カ
メラ１３に入射する。したがって、加工点の楕円孔８の
形状は、認識カメラ１３によって認識され、その認識し
た結果が認識処理演算装置１４により処理され、その結
果に基づいてレーザ入射位置制御装置１６にて、プリズ
ム３に入射するレーザＡの位置を補正したり、被加工物
７上の楕円孔８を形成する位置決めをＸ−Ｙテーブル１
５を移動させるなどする。このような調整を行った上
で、実際に加工用のレーザＡを出射させて加工すること
により、常に安定した形状の楕円孔８を正確に位置決め
して得ることができ、この場合には、各機構の経時変化
による誤差を入射位置制御装置１６にて自動的に補正す
ることも可能となる。
するために、認識用レーザ発振器１１から可視光レーザ
Ｂを出射させると（この際は、加工用レーザ発振器１は
駆動しない）、この可視光レーザＢはハーフミラー１２
により反射された後、ミラー６を通してプリズム３にお
ける加工用のレーザＡの入射位置と同じ位置に入射し、
プリズム３ならびに集光レンズ９を通った後に、被加工
物７に照射される。被加工物７に照射された可視光レー
ザＢは被加工物７に反射した後、集光レンズ９、プリズ
ム３、ミラー６およびハーフミラー１２を通して認識カ
メラ１３に入射する。したがって、加工点の楕円孔８の
形状は、認識カメラ１３によって認識され、その認識し
た結果が認識処理演算装置１４により処理され、その結
果に基づいてレーザ入射位置制御装置１６にて、プリズ
ム３に入射するレーザＡの位置を補正したり、被加工物
７上の楕円孔８を形成する位置決めをＸ−Ｙテーブル１
５を移動させるなどする。このような調整を行った上
で、実際に加工用のレーザＡを出射させて加工すること
により、常に安定した形状の楕円孔８を正確に位置決め
して得ることができ、この場合には、各機構の経時変化
による誤差を入射位置制御装置１６にて自動的に補正す
ることも可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、入射光を
屈折させてプリズム内に入射させる入射面とその入射光
を全反射させる反射面と反射光を屈折させてプリズム外
に出射させる出射面とを有するプリズムを、所定の回転
軸を中心として回転させ、この回転させているプリズム
にレーザを前記回転軸からずらした位置に入射させ、プ
リズムからの出射光線を集光して被加工物に楕円の形状
に走査させ、貫通する楕円孔を形成することにより、低
出力のレーザ発振器においても、高速、高精細に、任意
の大きさの楕円孔を、多くの種類の被加工物に対して、
安定した形状で形成することが可能となる。
屈折させてプリズム内に入射させる入射面とその入射光
を全反射させる反射面と反射光を屈折させてプリズム外
に出射させる出射面とを有するプリズムを、所定の回転
軸を中心として回転させ、この回転させているプリズム
にレーザを前記回転軸からずらした位置に入射させ、プ
リズムからの出射光線を集光して被加工物に楕円の形状
に走査させ、貫通する楕円孔を形成することにより、低
出力のレーザ発振器においても、高速、高精細に、任意
の大きさの楕円孔を、多くの種類の被加工物に対して、
安定した形状で形成することが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態にかかる楕円孔加工装置を
概略的に示す図
概略的に示す図
【図２】同楕円孔加工装置に用いられるプリズムを示す
斜視図
斜視図
【図３】本発明の実施の形態にかかる楕円孔加工方法に
おいてプリズムに対するレーザの入射位置を説明するた
めの図
おいてプリズムに対するレーザの入射位置を説明するた
めの図
【図４】同楕円孔加工方法に用いられるプリズム（角度
αと角度βとが等しいもの）の機能を説明する概略的な
斜視図
αと角度βとが等しいもの）の機能を説明する概略的な
斜視図
【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同プリズムの機能を
説明する拡大図
説明する拡大図
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同プリズムの機能を
説明する拡大図
説明する拡大図
【図７】同楕円孔加工方法に用いられるプリズム（角度
αと角度βとが異なるもの）の機能を説明する概略的な
斜視図
αと角度βとが異なるもの）の機能を説明する概略的な
斜視図
【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同プリズムの機能を
説明する拡大図
説明する拡大図
【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同プリズムの機能を
説明する拡大図
説明する拡大図
【図１０】従来の楕円孔加工方法としてのマスク結像加
工方式を説明する斜視図
工方式を説明する斜視図
【図１１】従来の楕円孔加工方法としてのガルバノスキ
ャン方式を説明する斜視図
ャン方式を説明する斜視図
１ 加工用レーザ発振器 ２ コリメータレンズ ３ プリズム ３ａ 入射面 ３ｂ 反射面 ３ｃ 出射面 ４ 回転軸 ５ プリズム回転機構（回転手段） ６ ミラー（加工用レーザ入射手段） ７ 被加工物 ８ 楕円孔 ９ 集光レンズ １１ 認識用レーザ発振器 １２ ハーフミラー（認識用レーザ入射手段） １３ 認識カメラ（認識手段） １４ 認識処理演算装置 １５ Ｘ−Ｙテーブル １６ レーザ入射位置制御装置 Ａ 加工用のレーザ Ｂ 可視光レーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｍ Ｇ０２Ｂ 7/18 Ａ (72)発明者 中橋 昭久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 CA04 CA17 2H043 BA00 4E068 AF01 AF02 CA06 CA09 CB05 CC02 CD09 CE03
Claims (7)
- 【請求項１】 入射光を屈折させてプリズム内に入射さ
せる入射面とその入射光を全反射させる反射面と反射光
を屈折させてプリズム外に出射させる出射面とを有する
プリズムを、所定の回転軸を中心として回転させ、この
回転させているプリズムにレーザを前記回転軸からずら
した位置に入射させ、プリズムからの出射光を集光して
被加工物に楕円の形状に走査させることで楕円孔を形成
することを特徴とする楕円孔加工方法。 - 【請求項２】 プリズムにおける回転軸に対する入射位
置を変更することにより、様々な大きさの楕円孔を形成
することを特徴とする請求項１記載の楕円孔加工方法。 - 【請求項３】 プリズムに認識用の可視光レーザを入射
させ、認識手段により被加工物への可視光レーザの照射
位置を認識させ、認識手段による認識情報に基づいて被
加工物への加工用レーザの照射位置を調節することを特
徴とする請求項１または２に記載の楕円孔加工方法。 - 【請求項４】 加工用のレーザを発振する加工用レーザ
発振器と、入射光を屈折させて内部に入射させる入射面
とその入射光を全反射させる反射面と反射光を屈折させ
て外部に出射させる出射面とを有するプリズムと、プリ
ズムを所定の回転軸を中心として回転させる回転手段
と、回転させている前記プリズムにレーザを前記回転軸
からずらした位置に入射させる加工用レーザ入射手段
と、プリズムからの出射光線を集光して被加工物に楕円
の形状に走査させることで楕円孔を形成する集光手段と
を備えたことを特徴とする楕円孔加工装置。 - 【請求項５】 プリズムは、入射面と反射面とのなす角
度αと、反射面と出射面とのなす角度βとが同じであ
り、このプリズムは、回転軸に対して、ある一定の角度
θ（０°＜θ＜９０°）で配置された状態で回転される
ことを特徴とする請求項４記載の楕円孔加工装置。 - 【請求項６】 プリズムは、入射面と反射面とのなす角
度αと、反射面と出射面とのなす角度βとに所定の角度
差Θ（０°＜Θ＜９０°）を有し、このプリズムは、反
射面が回転軸に対して平行になるように配置された状態
で回転されることを特徴とする請求項４記載の楕円孔加
工装置。 - 【請求項７】 プリズムに認識用の可視光レーザを入射
させる認識用レーザ入射手段と、被加工物への可視光レ
ーザの照射位置を認識する認識手段と、認識手段による
認識情報に基づいて被加工物への加工用レーザの照射位
置を調節する入射位置制御手段とを備えたことを特徴と
する請求項４〜６の何れかに記載の楕円孔加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000188528A JP2002001561A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 楕円孔加工方法および楕円孔加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000188528A JP2002001561A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 楕円孔加工方法および楕円孔加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002001561A true JP2002001561A (ja) | 2002-01-08 |
Family
ID=18688302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000188528A Pending JP2002001561A (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 楕円孔加工方法および楕円孔加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002001561A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101804506A (zh) * | 2010-03-31 | 2010-08-18 | 苏州市博海激光科技有限公司 | 聚焦光点摆动式激光辊类表面毛化加工方法及装置 |
| CN101804507A (zh) * | 2010-04-02 | 2010-08-18 | 苏州市博海激光科技有限公司 | 卷烟接装纸多激光器并联式激光打孔方法及设备 |
| CN101879663A (zh) * | 2010-06-21 | 2010-11-10 | 苏州市博海激光科技有限公司 | 聚焦光点摆动式卷烟接装纸激光打孔方法及装置 |
| CN101961817A (zh) * | 2009-07-24 | 2011-02-02 | 株式会社迪思科 | 光学系统和激光加工装置 |
| JP2011167704A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Hrd Kk | ビームローテータ |
| JP4873191B2 (ja) * | 2005-06-28 | 2012-02-08 | フラウンホファー ゲゼルシャフト ツール フェルドルンク デル アンゲヴァントテン フォルシュンク エー ファウ | レーザービームを用いた材料の穿孔および除去装置 |
| US8389894B2 (en) * | 2005-06-01 | 2013-03-05 | Phoeton Corp. | Laser processing apparatus and laser processing method |
| CN103495803A (zh) * | 2013-10-16 | 2014-01-08 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 一种实现椭圆形焊点的激光焊接方法 |
| WO2018047823A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工装置 |
| CN109396666A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-01 | 广东正业科技股份有限公司 | 一种激光钻孔装置及其方法 |
-
2000
- 2000-06-23 JP JP2000188528A patent/JP2002001561A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8389894B2 (en) * | 2005-06-01 | 2013-03-05 | Phoeton Corp. | Laser processing apparatus and laser processing method |
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| JP2011167704A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Hrd Kk | ビームローテータ |
| CN101804506A (zh) * | 2010-03-31 | 2010-08-18 | 苏州市博海激光科技有限公司 | 聚焦光点摆动式激光辊类表面毛化加工方法及装置 |
| CN101804507A (zh) * | 2010-04-02 | 2010-08-18 | 苏州市博海激光科技有限公司 | 卷烟接装纸多激光器并联式激光打孔方法及设备 |
| CN101879663A (zh) * | 2010-06-21 | 2010-11-10 | 苏州市博海激光科技有限公司 | 聚焦光点摆动式卷烟接装纸激光打孔方法及装置 |
| CN103495803A (zh) * | 2013-10-16 | 2014-01-08 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 一种实现椭圆形焊点的激光焊接方法 |
| WO2018047823A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工装置 |
| JPWO2018047823A1 (ja) * | 2016-09-09 | 2018-09-06 | 三菱電機株式会社 | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 |
| CN109689278A (zh) * | 2016-09-09 | 2019-04-26 | 三菱电机株式会社 | 激光加工装置 |
| US11446760B2 (en) | 2016-09-09 | 2022-09-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser machining apparatus and laser machining method |
| CN109396666A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-01 | 广东正业科技股份有限公司 | 一种激光钻孔装置及其方法 |
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