JP2003241124A - 揺動反射鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動機構を動作させても、反射鏡の回転角の
精度が低下しにくい揺動反射鏡装置を提供する。 【解決手段】 筐体内に、回転軸が回転可能に支持さ
れ、少なくとも一端が筐体の外側まで突出している。反
射鏡が、筐体の外側に突出した部分において回転軸に取
り付けられている。この反射鏡は、回転軸の回転によっ
て揺動する。駆動機構が筐体内に配置され、電流を流す
ことによって回転軸を回転させる。回転軸の、回転方向
に関する基準位置からの回転角度を、センサが検出す
る。冷却手段が、筐体内を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、揺動反射鏡装置に
関し、特に回転軸に反射鏡を取り付けて、回転軸を回転
させることによって反射鏡を遥動させる揺動反射鏡装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子回路用プリント基板や、焼成前のセ
ラミックからなるグリーンシート等に穴をあけるレーザ
加工機に、レーザビームを走査するガルバノスキャナが
使用されている。ガルバノスキャナ（揺動反射鏡装置）
は、レーザビームを反射する反射鏡、この反射鏡を遥動
させる駆動機構、及び反射鏡の回転方向に関する基準位
置からの回転角を検出するセンサとを含んで構成され
る。

【０００３】駆動機構は、永久磁石とコイルとを含んで
構成される。駆動機構を動作させるとコイルが発熱し、
センサの温度が上昇する。センサの温度が上昇すると、
反射鏡の回転角の検出精度が低下する。また、レーザビ
ームの入射によって反射鏡が熱変形する場合もある。反
射鏡の回転角の検出精度が低下したり、反射鏡が熱変形
したりすると、レーザビームの入射位置が変動してしま
う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、駆動
機構を動作させても、反射鏡の回転角の精度が低下しに
くい揺動反射鏡装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、筐体と、前記筐体内に回転可能に支持され、少なく
とも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、前記筐
体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付け
られ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、前記
筐体内に配置され、電流を流すことによって前記回転軸
を回転させる駆動機構と、前記回転軸の、回転方向に関
する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、前記
筐体内を冷却する冷却手段とを有する揺動反射鏡装置が
提供される。

【０００６】筐体内を冷却することにより、センサの温
度上昇を抑制することができる。これにより、温度上昇
に起因するセンサの精度の低下を防止することができ
る。本発明の他の観点によると、反射面と背面とを有す
る反射鏡と、前記反射鏡を遥動可能に支持する回転軸
と、前記反射鏡の背面に取り付けられた冷却用フィンと
を有する揺動反射鏡装置が提供される。

【０００７】本発明のさらに他の観点によると、反射面
を有する反射鏡と、前記反射鏡を揺動可能に支持する回
転軸と、前記反射鏡に冷却用気体を吹き付ける強制空冷
手段とを有する揺動反射鏡装置が提供される。

【０００８】冷却用フィンあるいは強制空冷手段によ
り、反射鏡の温度上昇を抑制することができる。これに
より、反射鏡の熱変形を防止することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）に、本発明の第１の実
施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。円筒状の筐
体１の一端にセンサ部２０が画定され、他の部分が駆動
部１０とされている。筐体１の内部に、その中心軸に沿
って回転軸２が挿入されている。回転軸２は、センサ部
２０及び駆動部１０を貫通し、回転軸受け３及び４によ
り、回転可能に支持されている。回転軸受け３は、駆動
部１０とセンサ部２０とを区分する隔壁に取り付けられ
ている。他方の回転軸受け４は、駆動部１０の他方の端
部に取り付けられている。

【００１０】回転軸２の、センサ部２０側の端部が、筐
体１の外部まで突出しており、その先端に反射鏡３０が
取り付けられている。反射鏡３０の反射面は、回転軸２
の回転中心線と平行である。回転軸２が回転すると、反
射鏡３０が揺動する。

【００１１】駆動部１０内の回転軸２にコイル１２が巻
かれている。筐体１の内周面上に、コイル１２と間隙を
隔てて永久磁石１１が取り付けられている。コイル１２
に電流を流すことにより、回転軸２を回転させることが
できる。

【００１２】センサ部２０は、回転軸２の回転方向に関
する基準位置からの回転角度を検出する。以下、センサ
２０の構造について説明する。センサ２０は、可動板２
１、電極２２及び２３を含んで構成される。

【００１３】図１（Ｂ）に、可動板２１、電極２２及び
２３を、回転軸２に平行な視線で見たときの正面図を示
す。センサ部２０内の回転軸２に、可動板２１が取り付
けられている。可動板２１は、回転軸２を中心とした中
心角９０°の扇形の一対の板が、回転軸２に関して回転
対称となる位置に配置されて構成される。可動板２１の
一方の面に対向するように電極２２が配置され、他方の
面に対向するように他の電極２３が配置されている。電
極２２及び２３の各々は、回転軸２を中心とした中心角
９０°の扇形の一対の板が、回転軸２に関して回転対称
となる位置に配置されて構成されており、筐体１に固定
されている。

【００１４】回転軸２に平行な視線で見たとき、電極２
２が他の電極２３にほぼ重なる。回転軸２が回転する
と、電極２２と可動板２１との重なり部分の面積が変化
する。この面積が変化すると、電極２２と２３との間の
静電容量が変化する。静電容量の変化から、回転軸２の
基準位置からの回転角に関する情報を得ることができ
る。

【００１５】筐体１の外周面のうち駆動部１０を画定す
る部分に、冷却管路４０が取り付けられている。冷却管
路４０に冷却水を流すことにより、筐体１及びその内部
を冷却することができる。なお、冷却管路４０をセンサ
部２０を画定する部分まで延ばしてもよい。

【００１６】コイル１２に電流を流すと、コイル１２が
発熱し、センサ部２０の温度が上昇する。センサ部２０
の温度が上昇すると、電極２２と可動板２１との間隔、
及び電極２３と可動板２１との間隔が変動してしまう。
これらの間隔が変化すると、電極２２と２３との間の静
電容量が変化するため、回転軸２の回転角の検出精度が
低下してしまう。

【００１７】冷却管路４０に冷却水を流して、筐体１及
びその内部を冷却することにより、センサ部２０の温度
上昇を抑制することができる。これにより、回転軸２の
回転角の検出精度の低下を防止することができる。

【００１８】図１（Ｃ）に、第２の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。第２の実施例においては、図
１（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の
冷却管路４０の代わりに冷却フィン４１が、筐体１の外
周面上に取り付けられている。その他の構成は、第１の
実施例の揺動反射鏡の構成と同様である。冷却フィン４
１により、コイル１２からの発熱を効率的に外部に放散
させることができる。

【００１９】図２（Ａ）に、第３の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。図１（Ａ）に示した第１の実
施例による揺動反射鏡装置の冷却管路４０の代わりに、
筐体１にガス導入口４５及びガス排出口４６が取り付け
られている。その他の構成は、第１の実施例の揺動反射
鏡の構成と同様である。

【００２０】ガス導入口４５は、駆動部１０の一方の端
部近傍に取り付けられ、ガス排出口４６は、駆動部１０
の他方の端部近傍に取り付けられている。ガス導入口４
５から冷却用のガス、例えば空気が筐体１内に導入され
る。筐体１内に導入されたガスは、コイル１２を冷却
し、ガス排出口４６から外部に排出される。ガスは、筐
体１内の駆動部１０を流れるが、センサ部２０を流れな
い。このため、ガスの流量を増大させて冷却能力を高め
た場合でも、センサ部２０内のセンサ部品が振動して検
出精度が低下することを防止できる。

【００２１】図２（Ｂ）に、第４の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。第４の実施例においては、筐
体１のセンサ部２０に、ガス導入口４７及びガス排出口
４８が取り付けられている。ガス導入口４７から冷却用
ガスがセンサ部２０内に導入され、センサ部２０内を冷
却して、ガス排出口４８から外部に排出される。

【００２２】図２（Ｃ）に、第５の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。第５の実施例においては、筐
体１のセンサ部２０に、ガス導入口４９が取り付けら
れ、駆動部１０の、センサ部２０とは反対側の端部近傍
にガス排出口５０が取り付けられている。センサ部２０
と駆動部１０との間の隔壁に、ガス流通孔５１が設けら
れている。

【００２３】ガス導入口４７からセンサ部２０内に冷却
用ガスが導入される。センサ部２０に導入された冷却用
ガスは、ガス流通孔５１を通過し、コイル１２を冷却し
て、ガス排出口５０から外部に排出される。

【００２４】上記第３〜第５の実施例では、駆動部１０
内及びセンサ部２０内の少なくとも一方が、冷却ガスに
よって強制冷却される。このため、コイル１２からの発
熱による影響を軽減することでき、センサの検出精度の
低下を防止することができる。

【００２５】図３（Ａ）に、第６の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。駆動部１０、センサ部２０、
及び反射鏡３０は、図１（Ａ）に示した第１の実施例に
よる揺動反射鏡装置の構造と同様である。第６の実施例
では、反射鏡３０に冷却用ガスを吹き付けるガス噴出口
５５が配置されている。ガス噴出口５５から反射鏡３０
に冷却用ガスを吹き付けることにより、反射鏡３０の温
度上昇を抑制し、熱変形を防止することができる。

【００２６】図３（Ｂ）に、第７の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。センサ部２０にガス導入口５
６が設けられている。筐体１の端面に設けられた、回転
軸２が貫通する孔の内周面と、回転軸２の外周面との間
に、間隙５７が設けられている。その他の構成は、図１
（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の構
造と同様である。ガス導入口５６からセンサ部２０内に
導入された冷却用ガスが、センサ部２０内を冷却し、間
隙５７を通って外部に噴き出す。間隙５７から噴出した
冷却用ガスが、反射鏡３０を冷却する。すなわち、間隙
５７がガス噴出口として作用する。

【００２７】図３（Ｃ）に、第８の実施例による揺動反
射鏡装置の断面図を示す。反射鏡３０の反射面とは反対
側の面に、冷却用フィン５８が取り付けられている。そ
の他の構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例による
揺動反射鏡装置の構造と同様である。冷却用フィン５８
により、反射鏡３０の温度上昇を抑制し、熱変形を防止
することができる。

【００２８】図４に、上記実施例による揺動反射鏡装置
を用いたレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源６
０が、加工用レーザビームを出射する。レーザ光源６０
から出射したレーザビームが、揺動反射鏡装置６１の反
射鏡６１Ａで反射され、揺動反射鏡装置６２の反射鏡６
２Ａに入射する。反射鏡６２Ａで反射されたレーザビー
ムが、ｆθレンズ６３で収束され、ＸＹテーブル６４に
保持された加工対象物６５に入射する。

【００２９】反射鏡６１Ａ及び６２Ａを揺動させること
により、レーザビームを２次元方向に走査することがで
きる。反射鏡６１Ａ及び６２Ａの回転角を制御すること
により、レーザビームを、加工対象物６５の所望の位置
に入射させることができる。なお、必要に応じて、レー
ザビームの経路に、フィールドレンズやマスクが配置さ
れる。

【００３０】上記第１〜第５の実施例による揺動反射鏡
装置を用いることにより、センサ部の温度上昇による回
転角の検出精度の低下を防止することができる。また、
第６〜第８の実施例による揺動反射鏡装置を用いること
により、反射鏡の熱変形によるレーザビームの反射方向
のずれを防止することができる。

【００３１】なお、第１〜第５の実施例による冷却機構
の少なくとも１つと、第６〜第８の実施例による冷却機
構の少なくとも１つとを組み合わせることにより、セン
サ部の検出精度の低下及び反射鏡の熱変形を防止するこ
とができる。これにより、レーザビームの入射位置を、
高精度に制御することが可能になる。また、センサとし
て安価な静電容量センサを用いることができるため、温
度変動による影響を受けにくい高価な他のセンサを用い
る必要が無い。

【００３２】以下、上記実施例による揺動反射鏡装置の
冷却の効果について説明する。図４に示したレーザ加工
装置で、一辺の長さが５０ｍｍの正方形の４つの頂点に
レーザビームを入射させる場合を考える。冷却機構の装
備されていない揺動反射鏡装置を用いた場合には、１時
間の連続運転後に、レーザビームの入射によって形成さ
れる正方形の一辺の長さが約２５〜３５μｍ程度短くな
った。これに対し、上記第１の実施例による揺動反射鏡
装置を用いた場合には、１時間の連続運転後の正方形の
一辺の長さのの短縮量は、高々５μｍ程度であった。な
お、冷却水の流量は、１０リットル／分とした。このよ
うに、揺動反射鏡装置を冷却することによって、十分な
効果が得られる。

【００３３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
揺動反射鏡装置を冷却することにより、反射鏡の取り付
けられた回転軸の回転角の精度の低下を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例及び第２の実施例によ
る揺動反射鏡装置の断面図、及びセンサ部の正面図であ
る。

【図２】 本発明の第３〜第５の実施例による揺動反射
鏡装置の断面図である。

【図３】 本発明の第６〜第８の実施例による揺動反射
鏡装置の断面図である。

【図４】 本発明の実施例による揺動反射鏡装置を用い
たレーザ加工装置の概略図である。

【符号の説明】

１ 筐体 ２ 回転軸 ３、４ 回転軸受け １０ 駆動部 １１ 永久磁石 １２ コイル ２０ センサ部 ２１ 可動板 ２２、２３ 電極 ３０ 反射鏡 ４０ 冷却管路 ４１、５８ 冷却用フィン ４５、４７、４９、５６ ガス導入口 ４６、４８、５０ ガス排出口 ５１ ガス流通孔 ５５ ガス噴出口 ５７ 間隙 ６０ レーザ光源 ６１、６２ 揺動反射鏡装置 ６３ ｆθレンズ ６４ ＸＹステージ ６５ 加工対象物

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体と、 前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該
   筐体の外側まで突出した回転軸と、 前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取
   り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡
   と、 前記筐体内に配置され、電流を流すことによって前記回
   転軸を回転させる駆動機構と、 前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角
   度を検出するセンサと、 前記筐体内を冷却する冷却手段とを有する揺動反射鏡装
   置。
2. 【請求項２】 前記冷却手段が、前記筐体を水冷する水
   冷手段を含む請求項１に記載の揺動反射鏡装置。
3. 【請求項３】 前記冷却手段が、前記筐体内に冷却用気
   体を通す第１の強制空冷手段を含む請求項１または２に
   記載の揺動反射鏡装置。
4. 【請求項４】 前記第１の強制空冷手段が、前記筐体内
   を通った冷却用気体を前記反射鏡に向けて噴き出す第１
   の噴出口を有する請求項３に記載の揺動反射鏡装置。
5. 【請求項５】 前記センサが前記筐体内に配置されてお
   り、前記第１の強制空冷手段が、前記筐体内のうち、前
   記駆動機構の配置された空間に冷却用気体を流し、前記
   センサの配置された空間には冷却用気体を流さない請求
   項３または４に記載の揺動反射鏡装置。
6. 【請求項６】 前記冷却手段が、前記筐体の外側の表面
   に取り付けられた冷却フィンを含む請求項１〜５のいず
   れかに記載の揺動反射鏡装置。
7. 【請求項７】 前記角度センサが、前記筐体内の回転軸
   に固定された可動部材と、前記筐体に固定された固定部
   材との相対位置に基いて、前記回転軸の回転角度を検出
   し、 前記冷却手段が、前記可動部材と固定部材との配置され
   た空間に冷却用気体を通す第２の強制空冷手段を有する
   請求項１〜６のいずれかに記載の揺動反射鏡装置。
8. 【請求項８】 前記第２の強制空冷手段が、前記筐体内
   を通った冷却用気体を前記反射鏡に向けて噴き出す第２
   の噴出口を有する請求項７に記載の揺動反射鏡装置。
9. 【請求項９】 反射面と背面とを有する反射鏡と、 前記反射鏡を遥動可能に支持する回転軸と、 前記反射鏡の背面に取り付けられた冷却用フィンとを有
   する揺動反射鏡装置。
10. 【請求項１０】 反射面を有する反射鏡と、 前記反射鏡を揺動可能に支持する回転軸と、 前記反射鏡に冷却用気体を吹き付ける強制空冷手段とを
    有する揺動反射鏡装置。