JP2002079390A - 極薄金属板のレーザ切断加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡素な構成でアシストガスによる集光点の位置
変動を抑制するようにした極薄金属板のレーザ切断加工
装置を提供する。 【解決手段】メタルマスクなど極薄金属板のレーザ切断
加工では、集光レンズ４を備えた加工ヘッド３のノズル
６からレーザ光Ｌを照射するとともにアシストガスＡＧ
を噴射している。本発明は、加工ヘッド３の下部にノズ
ルの外周部を囲みマグネット８を内装したマグネットホ
ルダ７を設け、該マグネットホルダ７の直下に磁性体の
支持板１２を平面移動しないように設けている。これに
より、マグネット８が支持板１２を吸引し、被加工物Ｗ
をマグネットホルダ７に密着させるので、集光レンズ４
から被加工物表面までの距離を常に一定にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ切断加工に
関し、特にレーザによる極薄金属板の微細切断加工を行
う装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリント配線板に表面実装部品を
取り付ける際には予めプリント配線板にクリームはんだ
を印刷しており、この印刷に使用されるメタルマスクを
レーザ加工によって作られる場合が多くなっている。

【０００３】このメタルマスクはステンレスの薄板（板
厚０．１〜０．５ｍｍ）にレーザ光で所定のパターン
に、高精度・高品質に微細切断することが要求されてい
る。このような加工においては、レーザ光をできるだけ
小さく集光させ、焦点位置の変動がないようにするとと
もにアシストガスを加工部に効果的に噴射する必要があ
る。

【０００４】しかしながら、レーザ光による切断加工
は、被加工物に対して瞬間的かつ局所的に入熱して溶融
し、それをレーザ光同軸上から噴射されるアシストガス
圧によって除去することによっているので、アシストガ
スの噴射圧によって加工部に局所的な撓み（波打ち現象
と称している）が生じ、レーザ光の集光点が変動すると
いう問題がある。

【０００５】従来、これを解決したものとして、例えば
特開平１０−３２８８６７号公報がある。これは、図７
に示すように、被加工物台３４に被加工物Ｗを張力を与
えて緊張保持し、加工ヘッド３５とノズル６の間にベロ
ーズ４０を設け、ノズル６と一体の上部押え部材３０
と、被加工物の下部に固定配置された下部固定定盤３１
の高潤滑板３２とによって被加工物Ｗを上下から挟み込
み、レーザ集光点Ａ付近の狭い領域で被加工物Ｗを拘束
するようにしている。

【０００６】そして、レーザ光の焦点合わせのため、加
工ヘッド３５の左右両側に接触式変位計３９を設け、こ
れを連結板４１で連結している。なお、上部押さえ部材
３０は連結板４１に固設されている。図７において、４
は集光レンズ、３７はＸ軸駆動軸、３８はＹ軸駆動軸で
あり、３６は接触式変位計３９の検知情報を記憶し、ま
た、Ｘ軸駆動軸３７およびＹ軸駆動軸３８を作動させる
ＮＣ制御装置である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のレーザ切断加工
装置では、被加工物のレーザ光加工位置付近を上部押え
部材３０と下部固定定盤３１とで挟んでいるので、極薄
板の被加工物でもアシストガスの圧力による被加工物の
撓みを抑制することができる。

【０００８】しかしながら、この方法による場合は、加
工ヘッド３５に取付けられた上部押え部材３０と下部固
定定盤３１と被加工物台３４の３要素の平行度が高くな
ければならない。平行度が悪いと被加工物は、下部固定
定盤３１に無理矢理押し付けられるので、その部分が局
部的に変形し易い。また、被加工物は上部押え部材３０
と下部固定定盤３１の間で摺動するので、上部押え部材
３０は下部固定定盤３１に対して常に同程度の圧力で押
さえる必要があり、このためには接触式変位計３９など
によって調整しなければならず、このため、装置が複雑
で大型化するばかりでなく、切断加工における被加工物
の装着に時間を要するといった問題がある。

【０００９】そこで、本発明は、簡素な構成でアシスト
ガスによる集光点の位置変動を抑制するようにした極薄
金属板のレーザ切断加工装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では次の手段を採った。即ち、集光レンズを
備えた加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとと
もにアシストガスを噴射して切断加工する極薄金属板の
レーザ切断加工装置において、マグネットを内装しノズ
ルの外周部を囲むマグネットホルダを加工ヘッドの下部
に設け、該マグネットホルダの直下に磁性体の支持板を
平面移動しないように設け、該マグネットで支持板を吸
引することにより支持板上の被加工物をマグネットホル
ダに密着させ、集光レンズから被加工物表面までの距離
を一定にするようにしたことを特徴としている。

【００１１】本発明は、被加工物の裏面下に配置した支
持板をマグネットで吸引することによって、集光点付近
の狭い範囲で被加工物を拘束し、集光点の位置を被加工
物上に一定に保持するようにしたものである。支持板は
上下方向には移動可能であるが、平面移動ができないよ
うに支持されている。なお、回転は自由でよい。

【００１２】被加工物はマグネットホルダと支持板に挟
持され、加工時はこの間で摺動するので、マグネットホ
ルダの下端にはフェルトなどを付設し、支持板の上面は
滑り板を設けて摺動し易く被加工物に傷が付かないよう
にするのが望ましい。被加工物を取り出すときは、マグ
ネットホルダを上昇させるが、このとき支持板がマグネ
ットの吸引からスムーズに離れるようにするのが望まし
い。

【００１３】これは、請求項２に記載のように、支持板
をアシストガスを吸引する吸引装置に接続した受台に高
さ調整できる調整筒を介して載置するとともに、該支持
板が所定高さ以上になることを防止するストッパを調整
筒に設けるのが簡便である。また、請求項３に記載のよ
うに、支持板側にマグネットの磁界と反発する磁界を作
る電磁石を備えて、被加工物の取出時に通電するように
するか、または、請求項４に記載のように、支持板を非
磁性体とし、これにマグネットホルダのマグネットに対
向するようにマグネットを配置し、支持板側のマグネッ
トは回動させることにより磁極を変えるようにすればよ
り確実である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の極薄金属板のレー
ザ切断加工装置の実施形態例を図面に基づいて説明す
る。図１に示すように、加工ヘッド３にはレーザ発振器
１から反射ミラー２を介して入射されるレーザ光Ｌを集
光する集光レンズ４が内装され、下端にはノズル６が設
けられている。また、集光レンズ４の下部にはアシスト
ガスＡＧの噴射圧力から集光レンズ４を保護するための
保護ガラス５が設けられている。

【００１５】なお、加工ヘッド３はＺ軸方向に移動可能
に構成されており、また、ノズル６はアシストガスＡＧ
を被加工物Ｗの加工部位に集中的に流れ込むような径
（１．0ｍｍ以下）としている。また、アシストガスＡ
Ｇは通常のレーザ加工の場合より高圧にしている。

【００１６】加工ヘッド３の下部にはノズル６を囲むア
ルミ製（非磁性体）の円筒状のマグネットホルダ７が取
り付けられており、マグネットホルダ７の先端の面は集
光レンズ４の集光点Ａと一致している。図２はマグネッ
トホルダ７の詳細を示すもので、マグネットホルダ７に
は円筒状のマグネット８がねじで取り付けられており、
ねじ込み量を変えることによりマグネット８の吸着力を
調整することができる。また、マグネットホルダ７の先
端には被加工物Ｗとの摺動によって傷がつかないように
するため、フェルト９が付設されている。

【００１７】一方、加工ヘッド３の直下にはマグネット
ホルダ７と対向して磁性体の支持板１２が配設されてい
る。この詳細は図３に示すように、受台１０に調整筒１
１が嵌合して設けられ、その上部に支持板１２が載置さ
れ、さらに、支持板１２の上には滑り板１３が押えリン
グ１６で固定されている。

【００１８】調整筒１１の外周には雄ネジが形成され、
受台１０に係止した位置決めリング１５の内周の雌ネジ
と係合し、円周の３カ所には支持板１２の所定量以上の
上昇を押さえるストッパ１４が設けられている。すなわ
ち、支持板１２は調整筒１１の内周に嵌挿する筒部１２
ａを有し、これに縦長の長孔１２ｂが設けられており、
これにストッパ１４が貫通している。また、支持板１２
の外径部に鍔１２ｃが付設されており、その外周に押え
リング１６の内周の雌ネジに係合する雄ネジが形成され
ている。

【００１９】受台１０の中央部には吸引装置１６に接続
される孔１０ａが形成されており、レーザ加工時は負圧
状態にできるようになっている。なお、被加工物ＷはＸ
Ｙステージ１７上に配置され、ＮＣ制御装置１５によ
り、予め設定してある切断データに基づいて制御され、
所定の形状にならって移動するように構成されている。

【００２０】次に、このように構成された極薄金属板の
レーザ切断加工装置の作用について説明する。被加工物
Ｗを切断加工するに当たっては、予め、レーザ発振器１
から出射されたレーザ光Ｌが、反射ミラー２を介して集
光レンズ４によって被加工物Ｗの表面に焦点Ａを結ぶよ
うに焦点合わせを行うとともに、マグネット８のマグネ
ットホルダ７へのねじ込み量を被加工物Ｗの厚さに合っ
た吸着力になるように調整する。

【００２１】なお、集光レンズ４、ノズル６、マグネッ
トホルダ７は加工ヘッド３に固定配置されており、集光
点Ａの変動はなく、また、ノズルと被加工物の距離の変
動もないので、最初に１度行うだけで以後の調整は不要
である。一方、支持板１２の高さも調整筒１１を上下さ
せて、被加工物Ｗが僅かに低い位置になるように調整し
ておく。

【００２２】被加工物ＷをＸＹステージに載置するとき
は、加工ヘッド３を上昇させる。なお、このときレーザ
発振器１および反射ミラー２は固定のままである。被加
工物ＷをＸＹステージに載置したら、加工ヘッド３を下
降させる。この上下移動は、レーザ切断加工中に被加工
物Ｗに対してマグネットホルダ７の先端が近接するよう
に、予め設定しておき、ＮＣ制御装置１５により指令さ
せている。

【００２３】加工ヘッド３の下降により、被加工物Ｗは
マグネット８によって支持板１２とともにマグネットホ
ルダ７の先端部に吸着される。そして、被加工物Ｗの表
面は集光レンズ４の集光点Ａと一致する。切断加工時に
はアシストガスＡＧは、レーザ光Ｌと同軸上に配置され
たノズル６から被加工物Ｗに向けて高圧力で噴射され
る。被加工物Ｗはレーザ光の入熱により局部的かつ瞬間
的に溶融し、被加工物ＷはＮＣ制御装置１５により、予
め設定してある切断データに基づいて制御されて移動す
るが、被加工物Ｗは常時マグネットホルダ７の先端に密
着した状態で移動するのでレーザ集光点Ａは常時一定と
なり変動することはない。

【００２４】なお、アシストガスＡＧのガス圧によって
被加工物Ｗに撓みがでるとしても極めて僅かで一定量で
あり、相対的にレーザ集光点は変動しないので、製品の
切断品質、形状精度および寸法精度は安定したものとな
る。また、アシストガスＡＧは、溶融物をともなって、
負圧状態となっている支持板１２の中央から受台１０の
孔１０ａを介して吸引装置２２へ吸引されるので、被加
工物Ｗへの溶融物の付着もない。

【００２５】また、被加工物Ｗの切断加工中はその上面
はマグネットホルダ７の先端のフェルト９と、裏面は支
持板１２上の滑り板１３と摺動するので、摺動抵抗が小
さくスムーズに動き、また、被加工物Ｗを損傷させるこ
とがない。被加工物Ｗを取り出すときは、加工ヘッド３
を上昇させる。これによって、支持板１２も上昇しよう
とするが、ストッパ１４が支持板１２の長孔１２ｂの下
端に当接して阻止され、加工ヘッド３のみが上昇するの
で、簡便に被加工物Ｗを取り出すことができる。

【００２６】この実施形態では支持板１２の長孔１２ｂ
に対するストッパ１４の位置は、支持板１２がマグネッ
ト８で吸引されているときにできるだけ長孔１２ｂの下
端近くで僅かな隙間を有するようにするが、加工精度上
の限界から、加工ヘッド３を上昇させるときに若干被加
工物Ｗがマグネット８に吸引されることは避けられな
い。

【００２７】そこで、次に支持板の配設の別の実施形態
を図４に基づいて説明する。支持板１７はその外端部に
嵌合部を備え、吸引ブロック１８上に上下方向には自由
であるが左右方向は規制するように載置し、吸引ブロッ
ク１８の上面（支持板１７の裏面）に通電することによ
りマグネット８の作る磁界と反発するような磁界を発生
させる電磁石１９を設けている。そして、被加工物Ｗを
取り出すときは、電磁石１９へ通電する。これにより、
マグネット８の作る磁界と反発するような磁界が発生し
支持板１７はマグネット８の吸引から解かれるので、落
下して吸引ブロック１８上に載った状態となる。したが
って、加工ヘッド３を上昇させれば、簡便に被加工物Ｗ
を取り出すことができる。

【００２８】また、支持板１７の上面には、図５に示す
ように、被加工物Ｗとの摺動摩擦を緩和する螺旋状凹溝
１７ｂが刻まれている。なお、螺旋状凹溝１７ｂに冷却
ガスを流せば、被加工物Ｗに対して冷却効果が働き切断
端面の熱の影響をより抑制することができるほか、ドロ
スが付着しにくくなるという効果もある。

【００２９】また、支持板１７の中央には孔１７ａが設
けられ、吸引ブロック１８の中央部にも上記の実施形態
と同様に吸引装置２２に接続された孔１８ａが開けられ
ている。上記２つの実施形態ではマグネット８で磁性体
の支持板１２、１７を吸引することによって被加工物Ｗ
を保持するようにしたが、支持板１２、１７を非磁性体
としてこれにマグネットを配置するようにしても同様の
効果を得ることができる。

【００３０】この場合は、図６に示すように、マグネッ
トホルダ７のマグネット２４を図６（ａ）の状態にして
配置し、これと対向しておかれる支持板側のマグネット
２５は、吸引時（被加工物の挾み込み時）は図６（ｂ）
の状態とし、開放時には図６（ｃ）に示すようにマグネ
ット２５を１８０度回転させるように構成する。

【００３１】なお、この支持板は例えば、対向している
マグネットホルダ７と同様なものを用い上下逆向きにし
て、吸引ブロックに上下移動かつ回転可能に設けてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ切
断加工装置は、マグネットを内装しノズルの外周部を囲
むマグネットホルダを加工ヘッドの下部に設け、該マグ
ネットホルダの直下に磁性体の支持板を平面移動しない
ように設け、該マグネットで支持板を吸引することによ
り支持板上の被加工物をマグネットホルダに密着させ、
集光レンズから被加工物表面までの距離を一定にするよ
うにしたので、集光レンズと被加工物間の距離（焦点位
置）を切断加工中常時一定に保つことができ、その結果
切断幅に変動のない安定した切断性能が得られる。ま
た、被加工物のセット時に従来のような接触変位計など
による調整も必要とせず、多種の板厚に対して、段取り
時間が必要なく、簡素な構成であるので取り扱い易いと
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一
実施形態例の全体構成を示す正面図である。

【図２】同 マグネットホルダ７の詳細図である。

【図３】同 支持板１２の詳細図で、右半分は断面図で
ある。

【図４】同 支持板の別の形態を示す側面断面図であ
る。

【図５】同 支持板１７の平面図である。

【図６】同 支持板を非磁性体としてマグネットを配置
した場合の状態説明図で、（ａ）はマグネットホルダ７
のマグネットの配置を示す図で、（ｂ）は支持板の吸着
時のマグネットの配置を示し、（ｃ）は離脱時のマグネ
ットの配置を示す図である。

【図７】従来の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実
施形態例の全体構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１…レーザ発振器 ２…反射ミラー ３…加工ヘッド ４…集光レンズ ５…保護ガラス ６…ノズル ７…マグネットホルダ ８…マグネット ９…フェルト １０…受台 １０ａ…孔 １１…調整筒 １２…支持板 １２ａ…筒部 １２ｂ…長孔 １２ｃ…鍔 １３…滑り板 １４…ストッパ １５…位置決めリング １６…押えリング １７…支持板 １７ａ…孔 １７ｂ…螺旋状凹溝 １８…吸引ブロック １８ａ…孔 １９…電磁石 ２１…ＮＣ制御装置 ２２…吸引装置 ２３…ＸＹステージ ２４，２５…マグネット ３０…上部押え部材 ３１…下部固定定盤 ３２…高滑性板 ３４…被加工物台 ３５…加工ヘッド ３６…ＮＣ制御装置 ３７…Ｘ軸駆動台 ３８…Ｙ軸駆動台 ３９…接触式変位計 ４０…ベローズ ４１…連結板 Ｌ…レーザ光 Ａ…集光点 Ｗ…被加工物 ＡＧ…アシストガス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集光レンズを備えた加工ヘッドのノズルか
   らレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して
   切断加工する極薄金属板のレーザ切断加工装置におい
   て、マグネットを内装しノズルの外周部を囲むマグネッ
   トホルダを加工ヘッドの下部に設け、該マグネットホル
   ダの直下に磁性体の支持板を平面移動しないように設
   け、該マグネットで支持板を吸引することにより支持板
   上の被加工物をマグネットホルダに密着させ、集光レン
   ズから被加工物表面までの距離を一定にするようにした
   ことを特徴とする極薄金属板のレーザ切断加工装置。
2. 【請求項２】該支持板はアシストガスを吸引する吸引装
   置に接続した受台に高さ調整できる調整筒を介して載置
   するとともに、該支持板が所定高さ以上になることを防
   止するストッパを該調整筒に設けたことを特徴とする請
   求項１記載の極薄金属板のレーザ切断加工装置。
3. 【請求項３】該支持板にマグネットの磁界と反発する磁
   界を作る電磁石を備えたことを特徴とする請求項１記載
   の極薄金属板のレーザ切断加工装置。
4. 【請求項４】該支持板を非磁性体とし、これにマグネッ
   トホルダのマグネットに対向するようにマグネットを配
   置し、支持板側のマグネットは回動させることにより磁
   極を変えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   極薄金属板のレーザ切断加工装置。