JP2002263874A

JP2002263874A - レーザ加工機

Info

Publication number: JP2002263874A
Application number: JP2001062320A
Authority: JP
Inventors: Isato Mikami; 勇人三上; Kunio Arai; 邦男荒井
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ワークを貫通したレーザ光によるテーブルや
ワークの損傷が小さく、また、機械的剛性の小さいワー
クであっても品質に優れる加工を行うことができ、さら
に作業能率およびワーク支持台の管理性を向上させるこ
とができるレーザ加工機を提供すること。【解決手段】ワーク１６を、凹部８を備える升形の支
持部材９の表面９ａと、先端を球面１０ａに形成したピ
ン１０により支持する。ワーク１６を貫通したレーザ光
は球面１０ａにより散乱されるので、加工したスルーホ
ールの壁面やワーク１６の裏面が損傷することはほとん
どない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークとレーザ光
とをＸＹ方向に相対的に移動させてワークを加工するレ
ーザ加工機に係り、特に貫通穴を加工するのに好適なレ
ーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レーザ光によりプリント基板
（以下、「ワーク」という。）に貫通穴（スルーホー
ル）を加工する場合、通常、集光レンズの焦点位置がワ
ーク表面あるいはワーク表面の僅かに上方になるように
位置決めする。そして、集光レンズとワーク表面との距
離を±０．０５ｍｍの範囲で管理することにより、直径
０．０５〜０．３ｍｍのスルーホールの品質を均一なも
のとすることができる。

【０００３】スルーホールを加工する場合、ワークを直
接テーブルの表面に載置すると、ワークを貫通したレー
ザ光によりテーブルの表面が損傷する。また、テーブル
の表面で反射したレーザ光によりスルーホールの内面
（壁面）が損傷する。さらに、テーブルの表面で反射し
たレーザ光がレーザ発振器に到達して、レーザ発振器を
損傷させる場合がある。そこで、スルーホールを加工す
る場合には、ワーク支持台を介してワークをテーブルに
固定する。

【０００４】図５、図６はこのような従来のワーク支持
台の斜視図である。

【０００５】図５に示すワーク支持台１では、表面に加
工するスルーホールの位置に合わせて、加工位置毎に加
工する穴の径よりも大径の円形の座繰り穴２が形成され
ている。また、図６に示すワーク支持台１では、複数の
スルーホールが存在する領域よりも大きい方形の座繰り
穴３（通常、１辺が５〜３０ｍｍの正方形）が形成され
ている。座繰り穴２、３の底面は、通常、粗面に形成さ
れる。このようにすると、テーブル表面の損傷を防止で
きる。また、ワークを貫通したレーザ光は座繰り穴２、
３の底面で散乱するので、ワークの裏面やスルーホール
の壁面の損傷、あるいはレーザ発振器の損傷を防止する
ことができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、プリン
ト基板の高密度化が進み、スルーホールの直径が細径化
されると共に、加工するスルーホール間の距離（加工ピ
ッチ）が小さくなり、かつ１枚のワークに加工するスル
ーホール穴の数が増加している。

【０００７】例えば、加工する穴の配置（以下、「加工
パターン」という。）が直径０．１ｍｍの穴を加工ピッ
チ０．３ｍｍで格子状に加工するものである場合、加工
パターンに合わせて座繰り穴２を設けることは困難であ
る。

【０００８】一方、座繰り穴の形状を方形にする場合、
座繰り穴３の加工は容易である。しかし、ワークが機械
的剛性の小さいセラミック基板（グリーンシート）、ポ
リイミド樹脂基板あるいはアラミド樹脂基板である場
合、自重によりプリント基板が座繰り穴３の中央付近で
撓み、ワーク表面とレンズとの距離が上記した管理範囲
を越える場合がある。このような場合、ワーク表面にお
けるレーザ光の径が大径になると共にエネルギー密度が
低くなるから、加工したスルーホールの直径が設計寸法
よりも大径になったり、入り口部にバリが発生して、加
工穴の品質が低下した。

【０００９】また、加工パターンに合わせてワーク支持
台を用意する場合、加工パターンが変わる度にワーク支
持台を交換しなければならず、作業能率が低下した。ま
た、ワーク支持台の数が多くなるため、ワーク支持台の
管理が面倒であった。

【００１０】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、ワークを貫通したレーザ光によるテーブル
やワークの損傷が小さく、また、機械的剛性の小さいワ
ークであっても品質に優れる加工を行うことができ、さ
らに作業能率およびワーク支持台の管理性を向上させる
ことができるレーザ加工機を提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の第１の手段は、ワークとレーザ光とをＸ
Ｙ方向に相対的に移動させて前記ワークを加工するレー
ザ加工機において、複数のピンと、前記ピンの支持部材
と、を設け、前記ピンを先端位置が略同一面になるよう
に高さ方向に位置決めすると共に、ＸＹ方向に位置決め
し、複数の前記ピンにより、前記ワークを前記ピンの高
さ方向に位置決めする。

【００１２】また、本発明の第２の手段は、ワークとレ
ーザ光とをＸＹ方向に相対的に移動させて前記ワークを
加工するレーザ加工機において、ピンと、表面側に凹部
を備える升形の支持部材と、を設け、前記ピンを前記支
持部材の前記凹部に配置すると共に、前記ピンの先端位
置を前記支持部材の表面に合わせて位置決めし、前記ワ
ークを前記ピンと前記支持部材により前記ピンの高さ方
向に位置決めする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明に係るレーザ加工機の側面
図、図２はワーク支持装置近傍の分解図、図３はピンの
拡大図である。

【００１５】図１において、ベッド５にはＸＹテーブル
６がＸＹ方向移動自在に支持されている。ＸＹテーブル
６上にはワーク支持装置７が固定されている。ワーク支
持装置７は、図２に示すように、表面側に凹部８を備え
る升形の支持部材９と、ピン１０とから構成されてい
る。ピン１０の一方の端部は支持部材９の底面に格子状
に設けられた穴１１に着脱自在に嵌合し、水平方向に位
置決めされている。図３に示すように、ピン１０の他方
の端部はテーパ面１０ｂが形成され、先端はテーパ面１
０ｂに接する球面１０ａに形成されている。ピン１０
は、球面１０ａの頂点１０ｔが支持部材９の表面９ａに
一致するように位置決めされている。

【００１６】支持部材９の中央部には貫通穴１２が形成
されている。貫通穴１２の一方の端部には圧縮空気を供
給するノズル１３が配置されている。支持部材９の表面
側には、冷却水が流れる貫通穴１４が形成されている。
支持部材９の表面にはワーク（プリント基板）１６が載
置されている。

【００１７】ワーク１６を挾み、支持部材９の上側には
額縁状の押え板２０が配置されている。押え板２０には
冷却水が流れる貫通穴２１が形成されている。また、押
え板２０の一方の側には圧縮空気を供給するノズル２２
が配置されている。

【００１８】ベッド５に固定されたコラム３０の上面に
はレーザ発振器３１とミラー３２が固定されている。コ
ラム３０の側面にはガルバノスキャナ３３、３４とＦθ
レンズ３５が図示を省略するヘッドに支持されている。

【００１９】コラム３０の側面には、貫通穴１２および
ノズル２２と対向するようにしてダクト３６が固定され
ている。ダクト３６は図示を省略する集塵機に接続され
ている。

【００２０】次に、この実施の形態の動作を説明する。

【００２１】ワーク１６を支持部材９に載置し、位置決
めをした後、押え板２０によりワーク１６を押える。こ
のとき、ワーク１６の凹部８に対向する部分は、頂点１
０ｔに接して水平に支持される。次に、図示を省略する
ヘッドを上下させ、Ｆθレンズ３５の焦点をワーク１６
の表面に位置決めする。次に、貫通穴１４と貫通穴２１
に冷却水を供給すると共にノズル１３、２２から圧縮空
気を供給して、加工を開始する。

【００２２】レーザ発振器３１から発射されたレーザ光
は、ミラー３２、ガルバノスキャナー３３、３４を介し
てＦθレンズ３５に入射し、Ｆθレンズ３５により集光
されてワーク１６にスルーホールを加工する。

【００２３】ワーク１６の凹部８に対向する部分はピン
１０により支持されているため、撓みは無視できるほど
小さい。この結果、穴径、穴形状および断面形状の品質
に優れるスルーホールを加工することができる。

【００２４】なお、本発明の場合、加工したスルーホー
ルの下面にピン１０が存在する場合がある。そこで、ス
ルーホールの軸線とピン１０の軸線が一致した場合のレ
ーザ光の反射ついて、図４を用いて説明する。

【００２５】ここでは、ワークの板厚をＴ、球面１０ａ
およびスルーホールの半径をＲ、レーザ光はピン１０に
対して垂直に入射するとする。

【００２６】レーザ光が球面１０ａで反射してスルーホ
ールの上端に到達する場合の入射角をα、スルーホール
の下端に到達する場合の入射角をβとすると、入射角
α、βは球面１０ａの中心Ｏにおける中心角に等しいこ
とを利用して、式１、２により求められる。

【００２７】Ｒｓｉｎα＋（Ｔ＋Ｒ−Ｒｃｏｓα）×ｔａｎ２α＝Ｒ・・・式１Ｒｃｏｓβ＋（Ｒ−Ｒｓｉｎβ）×ｔａｎ２β＝Ｒ・・・式２したがって、例えば、Ｒが０．０４ｍｍ、Ｔが０．１２
ｍｍである場合、中心角αは８度、中心角βは３４度に
なり、中心角（β−α）に対応する球面１０ａの円弧の
長さは０．００６ｍｍ（板厚Ｔの５％以下）である。し
たがって、スルーホールの内壁に反射するエネルギ量は
無視できるほど小さい。

【００２８】また、レーザ光が球面１０ａで反射してワ
ークの下面に到達する場合の入射角は４５度−β度（こ
こでは１１度）であり、ワークの下面に反射するエネル
ギ量も無視できるほど小さい。

【００２９】この結果、スルーホールの壁面およびワー
クの底面はほとんど損傷せず、品質に優れる加工をする
ことができる。

【００３０】また、ピン１０に反射されて直接レーザ発
振器３１に戻るレーザ光はほとんどないから、レーザ発
振器３１が損傷することもない。

【００３１】この実施の形態では、支持部材９と押え板
２０を冷却水で冷却するので、加工時、加工による熱が
ワークに蓄積されず、穴径、穴形状および断面形状の品
質に優れるスルーホールを加工することができる。な
お、支持部材９と押え板２０の材質としては熱伝導率が
高い材質、例えば銅、を用いると効果的である。

【００３２】また、ノズル１３、２２とダクト３６とを
設け、圧縮空気を供給すると共にダクトで加工部付近の
空気を吸引するようにしたので、加工により発生する燃
焼ガス等が加工部以外に飛び散ることを防止することが
できる。

【００３３】また、ピン１０にテーパ面を設けたので、
ピン１０の剛性を大きくできると共に、球面１０ａの半
径を小さくすることができる。

【００３４】また、ピン１０を支持部材９に対して着脱
自在に支持させたので、ワークの剛性に合わせてピン１
０の数を増減することができる。

【００３５】さらに、先端形状を球面としたので、スル
ーホールを貫通したレーザ光を確実に散乱させることが
できる。

【００３６】なお、ワークをピン１０と支持部材９で支
持するようにしたが、ワークの剛性が大きい場合には、
支持部材９を平板にして、ピン１０だけで支えるように
してもよい。

【００３７】また、凹部８の底面を粗面にするとさらに
効果的である。

【００３８】また、球面１０ａの中心角は９０度以上に
すると効果的である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワークをピンで支持するようにしたから、総ての加工パ
ターンに対応することができる。また、ピンの先端を球
面に形成することにより、スルーホールを貫通したレー
ザ光を、加工部あるいはレーザ発振器に影響を及ぼさな
い方向に散乱させるので、精度に優れる加工を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ加工機の側面図である。

【図２】本発明に係るワーク支持装置近傍の分解図であ
る。

【図３】本発明に係るピンの拡大図である。

【図４】本発明の効果を説明するである。

【図５】従来のワーク支持装置の斜視図である。

【図６】従来のワーク支持装置の斜視図である。

【符号の説明】

８凹部９支持部材９ａ１０ピン１０ａ球面１６ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークとレーザ光とをＸＹ方向に相対的
に移動させて前記ワークを加工するレーザ加工機におい
て、複数のピンと、前記ピンの支持部材と、を設け、前
記ピンを先端位置が略同一面になるように高さ方向に位
置決めすると共に、ＸＹ方向に位置決めし、複数の前記
ピンにより、前記ワークを前記ピンの高さ方向に位置決
めすることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】ワークとレーザ光とをＸＹ方向に相対的
に移動させて前記ワークを加工するレーザ加工機におい
て、ピンと、表面側に凹部を備える升形の支持部材と、
を設け、前記ピンを前記支持部材の前記凹部に配置する
と共に、前記ピンの先端位置を前記支持部材の表面に合
わせて位置決めし、前記ワークを前記ピンと前記支持部
材により前記ピンの高さ方向に位置決めすることを特徴
とするレーザ加工機。
【請求項３】前記ピンの先端部を球面に形成すること
を特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】前記球面の中心角を９０度以上にするこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載
のレーザ加工機。