JP2010075976A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】反りのあるワークであっても、精度良く加工することができるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】ワーク３０の加工に先立ち、断面の大きさがｆθレンズ１０で定まる加工領域よりも大きい中空部が形成された加圧プレート５５を有する加圧装置５０によりワーク３０を加工テーブル３に付勢する。この状態でレーザ発振器５から出力されたレーザ６をｆθレンズ１０により集光して加工テーブル３上に載置されたワーク３０を加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザをｆθレンズにより集光してテーブル上に載置されたワークを加工するレーザ加工機に関する。

極薄板を切断するレーザ加工機として、ワークを高滑性の上部被加工部物押さえ部材と高滑性の下部固定定盤との間に挟み込んだ状態で、ワークを加工する技術がある（特許文献１参照）。

また、レーザで加工するプリント基板は、板厚が１ｍｍ未満のものが多く、剛性が小さい。そこで、加工テーブルの表面に内部の空間に連通する穴を多数形成しておき、前記空間を負圧源に接続して、吸着によりワークをテーブル表面に固定していた。いずれの場合も、ワークをほぼ平坦にテーブルに支持することができた。

特開平１０−３２８８６７号公報

近年、板厚が薄いプリント基板だけでなく、板厚が厚い（例えば、２ｍｍ以上）多層のプリント基板のレーザ加工の需要が増大している。多層のプリント基板は、絶縁物を介して複数の両面プリント基板を積層して製作されるが、製造過程で反りが発生する場合がある。

上記特許文献1の技術の場合、ワークを上部被加工部物押さえ部材と高滑性の下部固定定盤との間に挟み込んではいるが、両者の間をワークが移動する構造であり、ワークに反りがある場合は、加工することができなかった。

また、ワークの剛性が大きい場合、基板を真空吸着し、基板の４隅をクランプするだけでは、基板の内側（レーザ加工する部分）の反りが取りきれなかった。そして、レーザ加工を施す際に基板の反りがｆθレンズの焦点深度（例えば、ＣＯ_２レーザでは、焦点深度が±３０〜１００μｍ、ＵＶレーザでは焦点深度が±１００〜２００μｍ）以上の場合、精度のよい加工ができなかった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、反りのあるワークであっても、精度良く加工することができるレーザ加工機を提供することにある。

本発明は（例えば、図１、図２及び図４参照）、レーザ発振器（５）から出力されたレーザ（６）をｆθレンズ（１０）により集光してテーブル（３）上に載置されたワーク（３０）を加工するレーザ加工機において、
断面の大きさが前記ｆθレンズ（１０）で定まる加工領域（５７）よりも大きい中空部（５６）が形成された加圧部（５５）を有する加圧装置（５０）を備え、
前記ワーク（３０）の加工に先立ち、前記加圧装置（５０）により前記ワーク（３０）を前記テーブル（３）に付勢する、
ことを特徴とするレーザ加工機（１００）にある。

また、上記レーザ加工機（１００）において、前記ｆθレンズ（１０）の後ろ側焦点と前記加圧装置（５０）の前記ワーク（３０）と当接する先端部（５５ａ）との距離を測定する測定部（６０）を備え、
前記ワーク（３０）の加工に先立ち、前記測定部（６０）により前記後ろ側焦点と前記先端部（５５ａ）との距離を測定し、
測定により得られた前記距離が予め定める値と異なる場合は、前記ｆθレンズ（１０）を主軸方向に移動させることにより前記距離を予め定める値に一致させる、
ことを特徴とするものである。

また、上記レーザ加工機において、前記加圧装置（５０）は、前記加圧部（５５）の加圧力を変化させる調整部（５３）を有し、
前記加圧力を前記ワーク（３０）の剛性に応じて選択する、
ことを特徴とするものである。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

本発明によれば、反りのあるワークであっても、精度良くワークをレーザで加工することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるレーザ加工機１００の正面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視図である。

レーザ加工機１００は、ベッド１と、ＸＹテーブル２と、加工テーブル３と、を備えている。ＸＹテーブル２は、ベッド１上を水平なＸ、Ｙ方向に移動自在である。ＸＹテーブル２上には、表面に内部の不図示の中空部に接続する不図示の複数の孔が形成され、不図示の中空部を真空源に接続することにより真空吸着機能を持たせた加工テーブル３が固定されている。また、加工テーブル３の周囲には、ワーク３０を加工テーブル３に固定する不図示のクランプが配置されている。このワーク３０は、例えばプリント基板であり、製造過程で反りが発生する場合がある。門形のコラム４はベッド１に固定されている。

また、レーザ加工機１００は、レーザ発振器５、ミラー７，８、加工ヘッド１１及びレーザ照射部２０を備えている。レーザ発振器５はコラム４に載置され、レーザ発振器５の光路上にはミラー７，８及びレーザ照射部２０が配置されている。レーザ照射部２０は、不図示の１対のミラーを回転自在に位置決めするスキャナ部９と、ｆθレンズ１０とからなる。ｆθレンズ１０の直径をＤとするとき、加工領域（走査エリア）は直径Ｄの円に内接する正方形、すなわち、１辺の長さがＤ／√２角以下の大きさであり、通常５０ｍｍまたは３０ｍｍ角である。

スキャナ部９は、構成が同じである２個のスキャナ９ｘ、９ｙからなり、スキャナ９ｘにおける不図示のモータの出力軸の軸線とスキャナ９ｙにおけるモータの出力軸の軸線は、直交方向（いわゆるねじれの方向）に配置されている。そして、スキャナ９ｘはワーク３０上の加工領域（走査エリア）においてレーザ６をＸ軸方向に走査し、スキャナ９ｙはレーザ６をＹ軸方向に走査する。レーザ照射部２０は加工ヘッド１１に支持されている。加工ヘッド１１は図示を省略する手段により、コラム４上を図の上下方向（Ｚ方向）に位置決め自在である。ミラー８は加工ヘッド１１上のスキャナ９ｘと対向する位置に配置されている。

更に、レーザ加工機１００は、加圧装置５０及び各部を制御する制御装置７０を備えている。この加圧装置５０は、一対のシリンダ５１、圧縮空気源５２、調整部としての圧力調整器（減圧弁）５３、切換弁５４及び加圧部としての加圧プレート５５を有している。

一対のシリンダ５１は、加工ヘッド１１を挟むようにして、コラム４に固定されている。シリンダ５１は、圧力調整器５３及び切換弁５４を介して圧縮空気源５２に接続されている。加圧プレート５５は、シリンダ５１に保持され、図１中矢印Ｚ方向に移動自在である。加圧プレート５５のワーク３０と対向する先端部５５ａは、図２に示すように、断面形状が角パイプの断面形状と同様であり、中空部５６の軸線はｆθレンズ１０の主軸と同軸である。なお、中空部５６は先端部５５ａだけでなく、加圧プレート５５全体を図１中矢印Ｚ方向に貫通するように形成されている。

加圧プレート５５の中空部５６は、断面の大きさがｆθレンズ１０で定まる加工領域５７よりも大きく形成されている。具体的には、中空部５６の辺の長さはｆθレンズ１０の直径で定まる加工領域（図２中２点鎖線で示す領域）５７の１辺の長さよりも長く、加工領域５７を包含する長さである。この中空部５６が形成された加圧プレート５５により、ワーク３０の加工領域５７の周囲が加工テーブル３に付勢されることとなり、効果的に加工領域５７の反りを解消することができる。

圧力調整器５３は、圧縮空気源５２よりシリンダ５１に供給される空気の圧力を調整し、加圧プレート５５の加圧力を変化させることが可能である。切換弁５４は、ソレノイドを有し、圧力調整器５３とシリンダ５１が連通する弁開状態と、圧力調整器５３側を閉じ、シリンダ５１側を開放する弁閉状態とに切り換え可能であり、制御装置７０によりソレノイドに通電することで弁閉状態に切り換えられ、制御装置７０によりソレノイドへの通電を停止することで弁開状態に切り換えられる。

したがって、切換弁５４を弁開状態とすることにより、圧力調整器５３で圧力が調整された空気がシリンダ５１に供給され、加圧装置５０の加圧プレート５５によりワーク３０を加工テーブル３に付勢することができる。そして、切換弁５４を弁閉状態とすることにより、シリンダ５１への空気の供給が遮断され、シリンダ５１側が開放されるので、加圧プレート５５をワーク３０から離間する方向に移動させることができ、ワーク３０を矢印ＸＹ方向に移動させることができる。

また、レーザ加工機１００は、ｆθレンズ１０の後ろ側焦点と加圧装置５０のワーク３０と当接する先端部５５ａとの距離を測定する測定部６０を備えている。この測定部６０は、ドッグ６１及びスケール６２からなる。

加圧プレート５５側面の加工ヘッド１１に対向する側には、ドッグ６１が配置されている。加工ヘッド１１のドッグ６１と対向する位置にはスケール６２が配置されている。スケール６２はドッグ６１の位置、すなわち、加圧プレート５５の先端部５５ａ（下端）の加工ヘッド１１に対する相対的な位置を読み取る。通常、ｆθレンズ１０の後ろ側焦点面をワーク３０の表面に一致させるので、ここでは、加圧プレート５５の先端部５５ａの矢印Ｚ方向の位置がｆθレンズ１０の後ろ側焦点面（後ろ側焦点においてｆθレンズ１０の主軸に垂直な面）に一致するときに、両者の相対距離Ｌが０（予め定める値）であるように設定されている。

なお、予め定める値が０である場合が最適であるが、０に限定するものではなく、予め定める値をｆθレンズ１０の焦点深度の範囲内で設定することが可能である。

次に、本実施の形態のレーザ加工機１００の動作を説明する。なお、加工ヘッド１１と加圧プレート５５は待機位置にある。加工ヘッド１１が待機位置にあるときｆθレンズ１０の後ろ側焦点面は加工テーブル３から予め定められた距離Ｈだけ上方にある。また、加圧プレート５５が待機位置にあるとき、加圧プレート５５の先端部５５ａは加工テーブル３から予め定められた距離ｈだけ上方にある。

図３は、本発明の実施の形態におけるレーザ加工機１００の動作を示すフローチャートである。

予め、加工テーブル３に載置されたワーク３０は、ユーザにより不図示のクランプにより加工テーブル３上に固定される。なお、このようにワーク３０を固定するのは、ワーク３０が加工テーブル３上で図１中矢印ＸＹ方向に移動することを防止するためであり、１カ所ないし２カ所が固定される。

また、予め圧力調整器５３を、加圧プレート５５がワーク３０を加圧する際に加圧力Ｐとなるように設定しておく。なお、加圧力Ｐが過剰であると、ワーク３０の表面に傷をつけるおそれがあるので、ワーク３０の剛性、具体的にはワーク３０の材質や反りの程度によって、予め必要な加圧力Ｐを選択して設定しておく。これにより、ワーク３０に適した加圧力Ｐでワーク３０を付勢することができる。

不図示の加工開始ボタンがオンされると、制御装置７０は、ＸＹテーブル２を移動させ、最初に加工する加工領域５７の中心をｆθレンズ１０の主軸上に位置決めする（手順Ｓ１０）。次に、制御装置７０は、加圧プレート５５を下降させる（手順Ｓ２０）。具体的に説明すると、制御装置７０は、切換弁５４を弁開状態に制御し、圧力調整器５３で圧力調整された空気をシリンダ５１に供給する。これにより、ワーク３０のレーザ加工に先立ち、加圧装置５０によりワーク３０が加工テーブル３に付勢される。そして、ワーク３０のレーザで加工する加工領域５７が加圧装置５０の加圧プレート５５により加工テーブル３に押圧されてほぼ平坦となる。例えば、図４（ａ）に示すように、ワーク３０が凸状に変形していた場合、あるいは同図（ｂ）に示すように、ワーク３０が凹状に変形していた場合のいずれも、ワーク３０の加圧プレート５５で加圧された部分はほぼ平坦になる。

次に、制御装置７０は、予め定める時間が経過したら、加工ヘッド１１を矢印Ｚ方向に下降させ（手順Ｓ３０）、測定部６０により得られた相対距離Ｌが予め定める値である０となったか否かを判断する（手順Ｓ４０）。測定により得られた相対距離Ｌが０と異なる場合（手順Ｓ４０：Ｎｏ）は、ｆθレンズ１０を支持している加工ヘッド１１を矢印Ｚ方向に下降（主軸方向に移動）させることにより相対距離Ｌを０に一致させる。

相対距離Ｌが０になったら（手順Ｓ４０：Ｙｅｓ）、レーザ加工を開始する（手順Ｓ５０）。

なお、手順Ｓ５０の内容は従来と同じであるので、詳細な説明を省略するが、レーザ６は、加圧プレート５５の中空部５６を通じてワーク３０の加工領域５７に照射される。このとき、ワーク３０の加工領域５７は加圧プレート５５で加工テーブル３に押し付けられているので、ワーク３０を加圧プレート５５で加工テーブル３に押し付けている間はワーク３０の加工領域５７の反りを解消することができる。したがって、精度良くワーク３０をレーザ加工することができる。

そして、相対距離Ｌが０であるので、ｆθレンズ１０の後ろ側焦点面とワーク３０の表面とが一致しており、より精度良くワーク３０をレーザ加工することができる。

次に、制御装置７０は、当該加工領域内の加工が終了したら（手順Ｓ６０）、次の加工領域があるかどうかを確認し（手順Ｓ７０）、次の加工領域がある場合（手順Ｓ７０：Ｙｅｓ）は、加圧プレート５５を待機位置に移動（上昇）させてから（手順Ｓ８０）、手順Ｓ１０の処理に移行する。当該ワーク３０の加工が終了した場合（手順Ｓ７０：Ｎｏ）は、加圧プレート５５を待機位置に移動させて（手順Ｓ９０）、加工を終了する。

なお、ワーク３０の表面に傷がつくことを予防するため、加圧プレート５５先端のワーク３０と当接する面にワーク３０に傷を付けない材質（例えば、硬質の合成樹脂）を配置してもよい。

また、ワーク３０の剛性が小さい場合は、従来の場合と同様に吸着によりワーク３０を加工テーブル３に固定すればよい。

本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の正面図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視図である。 本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の動作を示すフローチャートである。 加圧プレートの動作を示す図である。

符号の説明

３ テーブル（加工テーブル）
５ レーザ発振器
１０ ｆθレンズ
３０ ワーク
５０ 加圧装置
５３ 調整部（圧力調整器）
５５ 加圧部（加圧プレート）
５５ａ 先端部
５６ 中空部
５７ 加工領域
６０ 測定部
１００ レーザ加工機

Claims (3)

1. レーザ発振器から出力されたレーザをｆθレンズにより集光してテーブル上に載置されたワークを加工するレーザ加工機において、
   断面の大きさが前記ｆθレンズで定まる加工領域よりも大きい中空部が形成された加圧部を有する加圧装置を備え、
   前記ワークの加工に先立ち、前記加圧装置により前記ワークを前記テーブルに付勢する、
   ことを特徴とするレーザ加工機。
2. 前記ｆθレンズの後ろ側焦点と前記加圧装置の前記ワークと当接する先端部との距離を測定する測定部を備え、
   前記ワークの加工に先立ち、前記測定部により前記後ろ側焦点と前記先端部との距離を測定し、
   測定により得られた前記距離が予め定める値と異なる場合は、前記ｆθレンズを主軸方向に移動させることにより前記距離を予め定める値に一致させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
3. 前記加圧装置は、前記加圧部の加圧力を変化させる調整部を有し、
   前記加圧力を前記ワークの剛性に応じて選択する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工機。

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