JP2010131662A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークを貫通したレーザ光による不具合を解消するとともに、簡単な構造でありながらワーク平面度を高精度に確保して加工精度を向上させる。
【解決手段】 加工時にレーザ光Ｌが照射される照射範囲の外側を囲むように開口した開口部１１を有するテーブル１０と、開口部１１内にレーザ光Ｌの照射方向と交差する方向へ所定間隔ごとに複数配置される支持具２０と、開口部１１を覆うように支持具２０の上に載置され、レーザ光Ｌを通過させる貫通孔３１が所定パターンで設けられたプレート３０と、プレート３０の下面３２に沿って支持具２０をレーザ光Ｌ照射方向と交差する方向へ移動させる移動手段４０とを備え、移動手段４０は、支持具２０とプレート３０の貫通孔３１がレーザ光Ｌの照射方向へ重ならないように支持具２０を移動可能であり、支持具２０とプレート３０の貫通孔３１がレーザ光Ｌの照射方向へ重ならない位置で、レーザ光Ｌの照射によるワークＷの加工を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミックグリーンシートやその他の可撓性シート等のワークに対してレーザ光を照射して穿孔等の加工を施すレーザ加工装置に関するものである。

従来、セラミックグリーンシートやその他の可撓性シート等の薄膜部材をワークとしたレーザ加工では、ハニカムや格子等の形状に形成されたテーブル上にワークを支持してレーザ加工を行うと、レーザ光がワークを容易に貫通するので、貫通したレーザ光がハニカムや格子等のテーブルにも照射され、該テーブルの表面を損傷する不具合が生じるとともに、テーブルの表面でレーザ光が反射してワーク裏面の損傷に繋がる。
さらに、ハニカムや格子等の開口部でワークが撓むことから平面度を確保することが難しく、高精度な加工ができない。
したがって、このようなレーザ加工においては、装置のメンテナンスが頻繁に必要になり、ワークの加工品質が低下するという問題がある。

これに対して、下記特許文献１には、レーザビームを用いて可撓性材料に穴加工または切断加工を行なう装置であって、穴加工領域または切断加工領域を包含する空間部を有するテーブルと、テーブルの空間部上に載置され、各穴の位置または各切断位置に対応しかつレーザビームを通過させる複数の貫通穴が設けられた非可撓性の支持板とを備え、支持板上に可撓性材料を載置した状態で穴加工または切断加工を行なうものが提案されている。
特開平１１−５８０６１号公報

また、下記特許文献２には、頂部に回転部材を備えた支持棒と、その支持棒を組み付けたハウジングとからなる板材の支持具を、レーザ加工ヘッドの移動経路に対応して、板材の幅方向と板材の送り方向の一方もしくは双方に水平移動可能に取り付けた保持装置を備えたものが提案されている。
特開平１１−１９２５７６号公報

しかしながら、前述した特許文献１では、特にテーブルの空間部が広がると、支持板が垂れて下方へ撓み易くなり、これに伴って可撓性材料も撓み変形するため、レーザ光の焦点位置にズレが生じて加工精度が低下するという問題があった。

また、前述した特許文献２では、可撓性材料からなる板材を撓み変形することなく水平に支持するには多数の支持具を板材の幅方向及び送り方向へ夫々水平移動可能に取り付ける必要があるため、その分だけ構造が複雑化してコスト高になるという問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。
すなわち、ワークを貫通したレーザ光による不具合を解消するとともに、簡単な構造でありながらワーク平面度を高精度に確保して加工精度を向上させること等が、本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明によるレーザ加工装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

レーザ加工装置において、加工時にレーザ光が照射される照射範囲の外側を囲むように開口した開口部を有するテーブルと、前記開口部内に前記レーザ光の照射方向と交差する方向へ所定間隔ごとに複数配置される支持具と、前記開口部を覆うように前記支持具の上に載置され、前記レーザ光を通過させる貫通孔が所定パターンで設けられたプレートと、前記プレートの下面に沿って前記支持具を前記レーザ光の照射方向と交差する方向へ移動させる移動手段とを備え、前記移動手段は、前記支持具と前記プレートの貫通孔が前記レーザ光の照射方向へ重ならないように前記支持具を移動可能であり、前記支持具と前記プレートの貫通孔が前記レーザ光の照射方向へ重ならない位置で、前記レーザ光の照射による前記ワークの加工を行うことを特徴とする。

前述した特徴を有する本発明は、ワークを貫通したレーザ光による不具合を解消するとともに、簡単な構造でありながらワーク平面度を高精度に確保して加工精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の加工テーブルを示す説明図（図１が縦断正面図、図２が部分的な分解斜視図）である。
本発明の実施形態に係るレーザ加工装置は、加工テーブル１０、支持具２０、パターンプレート３０、移動手段４０を主要な構成要素として備えている。
さらに必要に応じて、パターンプレート３０上の所定位置にワークＷを載置するための位置決め手段５０を備えることが好ましい。

加工テーブル１０は、その中央にレーザ光照射部（図示せず）から照射されるレーザ光Ｌの照射範囲の外側を囲むように開口した開口部１１を有するもので、後述するパターンプレート３０の平面的な載置スペースを形成するものである。
これら加工テーブル１０及び開口部１１は、レーザ光照射部に対して相対的に配置されており、常にレーザ光照射部から照射されるレーザ光Ｌの光軸が開口部１１内を通過するように構成されている。

図示の例（図１参照）では、加工テーブル１０の底面に整合ピン１２を設け、レーザ加工装置の本体６０側に形成される凹部６１と係合させることで加工テーブル１０がセットされ、この本体６０に形成される吸塵受け６２と、加工テーブル１０の開口部１１とを連通して、レーザ光ＬによるワークＷのレーザ加工時に生じるガスや屑等が吸引除去されるようにしている。

支持具２０は、開口部１１内にレーザ光Ｌの照射方向と交差する横方向（水平方向）へ所定間隔ごとに複数配置されて、後述するパターンプレート３０を下から支持する板状体又は棒状体である。
支持具２０が板状体である場合には、各板状体の間にスペーサー２１を該板状体と交差する方向へ配置して、これら板状体とスペーサー２１を一体的に組み付け、板状体と交差する方向へ移動可能に支持している。
支持具２０の数は多くしてそれらの間隔が狭くなるように配置することが好ましく、さらに該支持具２０の少なくとも上部をレーザ光照射部へ向け徐々に肉厚寸法が薄くなるように形成するか、又は全体の肉厚寸法を薄くして、レーザ光照射部から照射されるレーザ光Ｌと干渉し難くすることが好ましい。
そして、図示の例（図１及び図２参照）では、平面矩形の開口部１１に対し、その一辺１１Ａの方向へ延びて該一辺１１Ａの全長寸法と略同じ長さを有する薄板状の支持具２０と、開口部１１の他辺１１Ｂの方向へ延びて該他辺１１Ｂの全長寸法よりも短いスペーサー２１とを夫々複数ずつ設け、これらスペーサー２１に形成される係合部２２に各支持具２０を係止させることで、支持具２０が等間隔ごとに平行に配置され、他辺１１Ｂへ延びる支持台１１Ｃ上に摺動可能に載置している。
なお、スペーサー２１の係合部２２を支持具２０の数だけ形成しているが、支持具２０の数よりも多く形成して、その任意位置の係合部２２に各支持具２０を着脱自在に係止させることで選択的に配置することも可能である。

また、その他の例として、スペーサー２１が開口部１１の４辺１１Ａ，１１Ｂに沿って隙間を空けて配置され、これらに亘って薄板状の支持具２０を井桁状に組み、平行に並んだ一方の支持具２０を、それらと直交して並んだ他方の支持具２０に対し移動可能に支持するか、或いは井桁状に組まれた支持具２０全体を移動可能に支持することも可能である。
さらに、その他の例として、スペーサー２１としてブロック状に分割されたスペーサーブロックを使用し、これらスペーサーブロックの間に薄板状の支持具２０を挟持するとともに、これらスペーサーブロック及び支持具２０を一体的に移動させるように支持することも可能である。

パターンプレート３０は、セラミックグリーンシートやその他の可撓性シート等の薄板であり、加工テーブル１０の開口部１１よりも大きくて、ワークＷと略同じ大きさ又はそれより大きく形成される。
パターンプレート３０は、加工テーブル１０の開口部１１を覆うように各支持具２０の上に載置されて、その上面がワークＷの平面的な載置スペースを形成するとともに、レーザ光照射部から照射されたレーザ光Ｌを通過させる貫通孔３１が設けられる。
この貫通孔３１は、ワークＷにレーザ加工される孔Ｗ１と対応した位置に同じパターンで形成される。
すなわち、パターンプレート３０には、その上に載置したワークＷにレーザ加工される孔Ｗ１の加工パターンとレーザ光Ｌの光軸方向へ重なり合うように貫通孔３１が開穿される。
そのため、ワークＷにレーザ加工される孔Ｗ１の加工パターンが換わる度に、それに対応して貫通孔３１が開穿されたパターンプレート３０を別個に用意する必要がある。
図示の例（図１参照）では、パターンプレート３０貫通孔３１及びワークＷの孔Ｗ１が円形で、支持具２０の軸方向（開口部１１の一辺１１Ａの方向）及びそれと直交する方向（開口部１１の他辺１１Ｂの方向）へ夫々等間隔ごとに開穿している。

移動手段４０は、パターンプレート３０の下面３３に沿って各支持具２０を前記レーザ光Ｌの照射方向と交差する方向へ移動させるものである。
移動手段４０は、手動操作により各支持具２０をパターンプレート３０の貫通孔３１とレーザ光Ｌの照射方向へ重ならないように移動させて微調整するか、又はパターンプレート３０の貫通孔３１の位置をセンサーなどの検出手段（図示せず）で検出し、それに基づいて各支持具２０をパターンプレート３０の貫通孔３１とレーザ光Ｌの照射方向へ重ならないように自動的に調整移動させて微調整する。
図示の例（図１参照）では、移動手段４０としてスペーサー２１の一端に当接する調整ネジ部４１と、スペーサー２１の他端に当接する押圧部４２と、この押圧部４２をスペーサー２の他端へ向けて押圧するスプリングなどの弾性体４３を備え、ネジ部４１を進退移動させることで、スペーサー２１とともに各支持具２０を平行状態のまま往復動させている。

そして、移動手段４０により各支持具２０をパターンプレート３０の貫通孔３１とレーザ光Ｌの照射方向へ重ならないように移動させた状態で、レーザ光照射部が作動を開始するように制御し、パターンプレート３０に予め形成される加工パターンと同じようにワークＷへ向けレーザ光Ｌを照射して加工が行われる。
なお、センサーなどの検出手段でパターンプレート３０の貫通孔３１と各支持具２０とを位置検出し、この位置検出データに基づき移動手段４０を自動制御して、各支持具２０と貫通孔３１がレーザ光Ｌの照射方向へ重ならないように移動させた後に、レーザ光照射部の作動を開始させるようにすることも可能である。
また、ワークＷにレーザ加工される孔Ｗ１の加工パターンが換わった時には、それと対応する位置に貫通孔３１が開穿されたパターンプレート３０に交換し、移動手段４０により該パターンプレート３０の貫通孔３１とレーザ光Ｌの照射方向へ重ならないように各支持具２０を移動させ、その後に、レーザ光照射部の作動が開始されてワークＷのレーザ加工を行う。

このような実施形態によると、レーザ光ＬによるワークＷのレーザー加工時には、各支持具２０がパターンプレート３０の貫通孔３１とレーザ光Ｌの照射方向へ重ならない位置に退避されるため、ワークＷを貫通したレーザ光が各支持具２０の表面を損傷させる不具合や各支持具２０で反射してワークＷを損傷させる不具合は起こらない。
そして、パターンプレート３０とワークＷは、開口部１１をよりも狭く区切った各支持具２０で下から支持されているため、ワークＷが垂れて撓み変形しなくなり、簡単な構造でありながらワークＷの平面度を高精度に確保して加工精度を向上させることができる。

さらに、パターンプレート３０は、ワークＷにレーザ加工される孔Ｗ１の加工パターンごとに作成して用意する必要があるものの、貫通孔３１の加工方法としてはエッチング工法や機械加工等を利用してパターンプレート３０が製作できるため、低コスト化が可能である。
また、ワークＷの加工パターンが換わっても、それ専用のパターンプレート３０を交換すれば良いので、加工パターンの変更作業が容易である。

位置決め手段５０は、加工テーブル１０の開口部１１に対してパターンプレート３０を位置決めするとともに、該パターンプレート３０上の所定位置にワークＷを載置するためガイドである。
図示の例（図１参照）では、位置決め手段５０として開口部１１の開口縁に額縁状の凹部５１を凹設し、この凹部５１にパターンプレート３０の外側面３２とワークＷの外側面Ｗ２を夫々突き当てることで、加工テーブル１０の開口部１１に対しパターンプレート３０とワークＷを着脱自在に位置決めしている。
また、その他の例として、凹部５１にパターンプレート３０やワークＷの整合穴に対する整合ピンを設けることで、パターンプレート３０やワークＷを位置決め整合したり、上下方向のみにパターンプレート３０やワークＷと着脱自在に嵌合する凹凸部を設けることも可能である。

さらに、凹部５１にパターンプレート３０やワークＷを吸着するためのエアー吸引通路を設けることも可能である。
このような例によると、前述の特徴に加えて、レーザ光Ｌの照射によるワークＷのレーザ加工時に、パターンプレート３０やワークＷの浮きを減少させ、それによりレーザ光の焦点位置がズレなくなって加工精度を向上することができる。
さらに、吸引源からエアー吸引通路への吸引作動を停止すれば、開口部１１からパターンプレート３０やワークＷを容易に着脱できて、ワークＷの加工パターンの変更に伴って、それ専用のパターンプレート３０とワークＷを容易に交換できて、加工パターンの変更作業が更に容易になるという利点がある。

なお、前述した実施形態では、支持具２０が板状体である場合を説明したが、これに代えて、この薄板体の全長方向へ棒状の支持具を所定間隔毎に複数配置しても良い。
その具体例としては、複数のスペーサーに亘って杆材を横架し、この杆材の上面に棒状の支持具を所定間隔毎に立設し、これら棒状の支持具の上端部をパターンプレート３０の下面３３に当接させる。
さらに、ワークＷにレーザ加工される孔Ｗ１の加工パターンが換わった時には、この加工パターンと対応するパターンプレート３０に代え、その加工パターンを回避するように各支持具２０を移動調整するが、ワークＷの加工パターンによっては、このような移動調整だけではいくつかの支持具２０が回避できないことも考えられる。
その対処方法としては、予め各支持具２０の配置間隔が異なるスペーサー２１を複数用意しておき、必要に応じて交換するか、又はスペーサー２１に対して該当位置の支持具２０を位置変更したり、若しくは該当箇所の支持具２０のみをスペーサー２１から取り外すなどが考えられる。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の加工テーブルを示す説明図（縦断正面図）である。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の加工テーブルを示す説明図（部分的な分解斜視図）である。

符号の説明

Ｌ レーザ光 Ｗ ワーク
Ｗ３ 外周部 １０ テーブル
１１ 開口部 ２０ 支持具
３０ プレート ３２ 下面
４０ 移動手段

Claims (1)

1. 加工時にレーザ光（Ｌ）が照射される照射範囲の外側を囲むように開口した開口部（１１）を有するテーブル（１０）と、
   前記開口部（１１）内に前記レーザ光（Ｌ）の照射方向と交差する方向へ所定間隔ごとに複数配置される支持具（２０）と、
   前記開口部（１１）を覆うように前記支持具（２０）の上に載置され、前記レーザ光（Ｌ）を通過させる貫通孔（３１）が所定パターンで設けられたプレート（３０）と、
   前記プレート（３０）の下面（３２）に沿って前記支持具（２０）を前記レーザ光（Ｌ）の照射方向と交差する方向へ移動させる移動手段（４０）とを備え、
   前記移動手段（４０）は、前記支持具（２０）と前記プレート（３０）の貫通孔（３１）が前記レーザ光（Ｌ）の照射方向へ重ならないように前記支持具（２０）を移動可能であり、
   前記支持具（２０）と前記プレート（３０）の貫通孔（３１）が前記レーザ光（Ｌ）の照射方向へ重ならない位置で、前記レーザ光（Ｌ）の照射による前記ワーク（Ｗ）の加工を行うことを特徴とするレーザ加工装置。

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