JP2012055954A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザによる被加工物の貫通穴あけ加工に対し、レーザ加工装置の加工テーブルを保護すると共に、安定かつ良好な穴あけ加工ができる装置及び方法を提供する。
【解決手段】板状の被加工物をレーザによって加工するレーザ加工装置において、複数の吸引用の貫通孔を設けた加工テーブルと、前記加工テーブル上に置載され，前記吸引用の貫通孔に対応する位置に吸着用の貫通孔を設けた板状の治具と、前記板状の治具の上に難燃性多孔質シートを設け、前記被加工物を前記難燃性多孔質シート上に設置し、吸引保持し、レーザによって加工する。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ加工装置に関し、特にレーザによる基板の貫通穴あけ加工に関するものである。

近年の部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材の穴あけ加工も従来に比べ、小径化となり、従来の加工方法では困難になってきた。それらを解決するために、レーザを用いての穴あけ加工が増えてきている。

レーザを用いて穴あけ加工をする場合、穴が貫通した後、被加工物を保持している加工テーブルまでレーザがとどき加工テーブルを損傷する場合がある。そこで、被加工物を加工テーブルに保持すると共に、加工テーブルを保護する必要がある。

かかる課題を解決する従来技術の一例を図５に示す。本図のように、複数の吸引用の貫通孔９１８を形成した加工テーブル９１１を設ける。被加工物９１３には、少なくともレーザ９０２を照射する面とは反対の面に保護シート９３０を予め貼りつけておく。そして、加工テーブル９１１の所定の位置に被加工物９１３を置載し、貫通孔９１８より吸引することで被加工物９１３を保持する。

上記のような構成で、被加工物９１３に保護シート９３０を貼り付けてレーザ加工を行う。これにより、被加工物９１３を加工点９１４においてレーザ９０２が貫通したとしても、保護シート９３０が加工テーブル９１１の間に介在するので、レーザ９０２による加工テーブル９１１の損傷を防ぐことができる。加工後は保護シート９３０を剥離する（例えば、特許文献１、２、３を参照）。

特開２００５−０７２３２４号公報 特開２００５−０６４３３３号公報 特開２００４−３１１７４９号公報

しかしながら、従来技術の一例で示す構成では、被加工物に保護シートを貼り付けるとき、使用する接着剤やバインダーにムラができたり、被加工物と保護シートの間に気泡ができたりし、被加工物を吸着保持した場合の平面の精度が悪化することによる加工精度の問題が発生していた。かつ、被加工物の吸着時のへこみによっても同様の問題が発生していた。

また、保護シートの材質や厚さによっては被加工物の加工熱エネルギーが奪われることもあり、穴径バラツキや未貫通という加工性の不安定さが生じる問題もあった。何よりも、保護シートを予め貼り付ける、加工後に剥離するという工数が余分にかかることも問題であった。

本発明はレーザによる被加工物の貫通穴あけ加工に対し、レーザ加工装置の加工テーブルを保護すると共に、安定かつ良好な穴あけ加工ができる装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工装置は、板状の被加工物をレーザによって加工するレーザ加工装置であって、複数の吸引用の貫通孔を設けた加工テーブルと、前記加工テーブル上に置載され，前記吸引用の貫通孔に対応する位置に吸着用の貫通孔を設けた板状の治具と、前記板状の治具の上に難燃性多孔質シートを設け、前記被加工物を前記難燃性多孔質シート上に設置し、吸引保持し、レーザによって加工することを特徴とするものである。

また、本発明のレーザ加工方法は、上記構成のレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法であって、前記加工テーブル上に板状の治具を設置し、板状の治具上に前記難燃性多孔質シートを設置し、前記難燃性多孔質シート上に板状の被加工物を設置し、前記板状の被加工物を吸引保持したのちレーザによって加工するレーザ加工方法である。

本発明のレーザ加工装置とレーザ加工方法によれば、レーザによる被加工物の貫通穴あけ加工に対し、レーザ加工装置の加工テーブルを保護すると共に、安定かつ良好な穴あけ加工ができる。

本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す概念図 本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の詳細構成を示す部分断面図 本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す概念図 本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の詳細構成を示す部分断面図 従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示す部分断面図

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態を図を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１のレーザ加工装置１００の構成を示している。

本図において、レーザ発振器１０１は、内部でレーザが発振されレーザ１０２を射出するように構成している。

この射出したレーザ１０２はミラー１０３で方向を変えられる。ミラー１０３で方向を変えたレーザ１０２の進行方向にはレーザ１０２の密度（レーザ径）を調整するためのレンズ１０４を配置し、さらにレンズ１０４を通過したレーザ１０２の形状を整形するためのマスク１０５と、このマスク１０５を通過したレーザ１０２の雑光を抑えるためのアイリス１０６を配置する。

アイリス１０６を通過したレーザ１０２は、Ｘ軸方向に振るためのガルバノミラー（Ｘ軸）１０９と、ガルバノミラー１０９で反射されたレーザ１０２をＹ軸方向に振るためのガルバノミラー（Ｙ軸）１１０により位置決めされる。さらに、ガルバノミラー１１０で反射したレーザ１０２が、ｆθレンズ１０７で集光され、被加工物１１３の加工点１１４に照射されるように装置を構成する。

そして、これらガルバノミラー１０９、１１０とレーザ発振器１０１を制御する制御コントローラ１０８を設けている。

加工テーブル１１１は、Ｘ方向、Ｙ方向の２方向に可動なように構成され、加工テーブル１１１上には下治具１１２が置載され、下治具１１２上には難燃性多孔質シート１２０が置載され、被加工物１１３は、難燃性多孔質シート１２０上に置載される。

この状態を、図２を用いて詳細に説明する。

加工テーブル１１１には吸引用の貫通孔１１８が設けられており、吸引器（図示せず）で加工テーブル１１１上の置載したものを吸着できるように構成している。貫通孔の一例として、貫通孔１１８の直径をφ４〜５ｍｍ、各貫通孔１１８のピッチを１０ｍｍまたは２０ｍｍとしている。

下治具１１２は、鉄系・ステンレス系の構造材料と比較し、熱伝導の良い金属の板で形成する。例えば銅板、銅合金板、アルミ板、アルミ合金板を用いることが好ましい。例えば、金属板の厚さ１ｍｍ〜２ｍｍとすればよい。

また、下治具１１２にも加工テーブル１１１の吸引用の貫通孔１１８と同じピッチで、かつ、吸引用の貫通孔１１８よりも小さい径の吸着用の貫通孔１１９を設ける。上記一例の数値で言えば、貫通孔１１９の直径をφ１ｍｍ、各貫通孔１１９のピッチを１０ｍｍまたは２０ｍｍとすればよい。こうすることで、格別の設置精度を必要とせずとも、下治具１１２上に置載したものを吸着すると共に、下治具１１２自体も加工テーブル１１１に良好に吸引される。

被加工物１１３は、本発明のレーザ加工装置１００により穴加工される板状の物である。例えば、表面と裏面の両面に銅箔を形成したガラスエポキシ基板や、ステンレスやＮｉ−Ｆｅ合金の薄板で形成されるメタルマスクが挙げられる。

難燃性多孔質シート１２０は、被加工物１１３と下治具１１２の間に設置される。難燃性多孔質シート１２０の材質としては、一例をあげると、リン化合物系の難燃剤で難燃処理をしたパルプ繊維を基材とし、バインダーを添加しシート状に形成した不織布を用いることができる。

難燃性については、一般の難燃性材質と同様に燃え広がることのない自己消火性があればよい。また、添加する難燃剤もリン化合物系に限定はされず、臭素化合物や塩素化合物、もしくは、ハロゲン基を有するリン酸エステル、または、無機材料として金属水酸化物などを用いることができる。

基材としても、パルプ繊維に限定されることはなく、上記の難燃性を付加することができ吸引に対して気体が通過可能な多孔質性を有しておればよい。ただし、パルプ繊維や合成樹脂繊維などの有機材料の不織布のように断熱効果を有する材料であることが好ましい。

次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００の動作、作用について述べる。

被加工物１１３は、予め加工テーブル１１１上に置載した下治具１１２と難燃性多孔質シート１２０の上に設置される。そして、加工テーブル１１１の吸引用の貫通孔１１８より吸引を始める。下治具１１２には吸着用の貫通孔１１９が設けられ、また、難燃性多孔質シート１２０も空気を通すことより、被加工物１１３が吸着され固定される。同時に、難燃性多孔質シート１２０と下治具１１２も吸着・固定される。

このように下治具１１２と被加工物１１３の間に難燃性多孔質シート１２０を介在させて被加工物１１３を吸着保持することにより、被加工物１１３から加工テーブル１１１までの密着性が改善し、かつ、吸引用の貫通孔１１８による被加工物１１３のへこみが無くなり、これにより、加工穴形状の歪、加工穴径のバラツキ、未貫通の課題を解決することが可能である。

次に、吸着固定された被加工物１１３は、Ｘ方向Ｙ方向に可動な加工テーブル１１１により、所定の加工位置に移動する。

そして上述したように、レーザ発振器１０１より発振したレーザ１０２が、ガルバノミラー１０９、１１０で位置決めされ、ｆθレンズ１０７で集光された後、被加工物１１３の加工点１１４に穴加工を施すように制御される。

ここで図２のように、レーザ１０２が加工点１１４において被加工物１１３を貫通したとしても、レーザ１０２は多孔質シート１２０を加熱することとなるが、難燃性多孔質シート１２０を点状に焦がすにとどまり、レーザ１０２による加工テーブル１１１の損傷を防止できる。

また、難燃性多孔質シート１２０を点状に貫通穴あけされた場合に対しても、下治具１１２により、加工テーブル１１１が保護され、レーザ１０２による加工テーブル１１１の損傷を防止できる。

また、本実施の形態で使用する難燃性多孔質シート１２０は金属ではなく、かつ、多孔質であることより断熱効果が得られ、被加工物１１３の加工熱エネルギーが奪われることが無いため、加工タクトタイムの短縮化が図れる。

（実施の形態２）
以下、本発明の異なる実施の形態の一例を図を用いて説明する。

まず、図３は、本発明の実施の形態２のレーザ加工装置２００の構成を示している。本図において、実施の形態１で示した図１と同一の構成要素には同一の符号を付すこととし、その説明を省略することとする。

本図において、レーザ発振器１０１からレーザ１０２が射出され、被加工物１１３の加工点１１４に照射されるまで構成は図１と同じである。

本実施の形態では難燃性多孔質シートがロール状であり、シート供給ローラ１２２に巻き付けられており、ロール状の難燃性多孔質シート１２１がシート巻取りローラ１２３で巻き取られる点で異なる。

加工テーブル１１１は、Ｘ方向、Ｙ方向の２方向に可動なように構成され、シート供給ローラ１２２とシート巻取りローラ１２３は、加工テーブル１１１に設置されることで加工テーブル１１１とともに動く。加工テーブル１１１上には下治具１１２が置載され、下治具１１２の上方に位置するように、ロール状の難燃性多孔質シート１２１が設けられる。被加工物１１３は、ロール状の難燃性多孔質シート１２１上に置載される。

この状態を、図４を用いて詳細に説明する。本図において、実施の形態１で示した図２と同一の構成要素には同一の符号を付すこととし、その説明を省略することとする。

加工テーブル１１１の構成、および下治具１１２の構成は実施の形態１の図２と同じである。また、吸引用の貫通孔１１８、吸着用の貫通孔１１９を設ける点も同様である。また、被加工物１１３も実施の形態１と同様である。

ロール状の難燃性多孔質シート１２１は前述の難燃性多孔質シート１２０と材質は同様であるが、その形状がロール状になっており、シート供給ローラ１２２に巻き付けられ、シート巻取りローラ１２３で巻き取られる点で異なる。また、シート供給ローラ１２２とシート巻取りローラ１２３は、図示しない機構により加工テーブル１１１に設置されることで加工テーブル１１１とともに動く。

シート巻取りローラ１２３にはモータ等の駆動源が備えられ、装置の制御部によりロール状の難燃性多孔質シート１２１を所定量巻き取ることが可能に構成されている。所定量巻き取るためには、モータとしてステッピングモータを使用し、そのスッテプパルス数で制御してもよいし、ローラ部やシートにマーカを設け、それをセンサで検知するようにすればよい。シート供給ローラ１２２には一定のバックテンションを発生させる機構を設けることでシートの巻取りにおけるタルミを防止する。

次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置２００の動作、作用について述べる。

被加工物１１３は、予め加工テーブル１１１上に置載した下治具１１２と所定量巻き取られたロール状の難燃性多孔質シート１２１の上に設置される。

かかる状態で、加工テーブル１１１の吸引用の貫通孔１１８より吸引を始める。下治具１１２には吸着用の貫通孔１１９が設けられ、また、ロール難燃性多孔質シート１２１も空気を通すことより、被加工物１１３が吸着され固定される。同時に、難燃性多孔質シート１２１と下治具１１２も吸着・固定される。

このように下治具１１２と被加工物１１３の間にロール状の難燃性多孔質シート１２１を介在させて被加工物１１３を吸着保持することにより、被加工物１１３から加工テーブル１１１までの密着性が改善し、かつ、吸引用の貫通孔１１８による被加工物１１３のへこみが無くなり、これにより、加工穴形状の歪、加工穴径のバラツキ、未貫通の課題を解決することは実施の形態１と同様である。

次に、吸着固定された被加工物１１３は、Ｘ方向Ｙ方向に可動な加工テーブル１１１により、所定の加工位置に移動し、レーザ発振器１０１より発振したレーザ１０２が、ガルバノミラー１０９、１１０で位置決めされ、ｆθレンズ１０７で集光された後、被加工物１１３の加工点１１４に穴加工を施すように制御される点も実施の形態１と同じである。

よって同様に、図４に示すがごとく、レーザ１０２が加工点１１４において被加工物１１３を貫通したとしても、レーザ１０２がロール状の難燃性多孔質シート１２１を加熱することとなるが点状に焦がすにとどまり、レーザ１０２による加工テーブル１１１の損傷を防止できる。

また、難燃性多孔質シート１２０を点状に貫通穴あけされた場合に対しても、下治具１１２により、加工テーブル１１１が保護され、レーザ１０２による加工テーブル１１１の損傷を防止できる。

また、本実施の形態で使用するロール状の難燃性多孔質シート１２１は金属ではなく、かつ、多孔質であることより断熱効果が得られ、被加工物１１３の加工熱エネルギーが奪われることが無いため、加工タクトタイムの短縮化が図れる。

ここで、加工回数が増えることにより、ロール状の難燃性多孔質シート１２１が劣化し、吸着性が劣り被加工物１１３が吸着保持できなくなった場合は、使用済みのロール状の難燃性多孔質シート１２１をシート巻取りローラ１２３にて所定量を巻き取るとよい。シート供給ローラ１２２からロール状の難燃性多孔質シート１２１の未使用部分が供給され、下治具１１２上にセットされることにより、吸着性を回復することができる。

ロール状の難燃性多孔質シート１２１を巻き取る動作は、予め加工回数を定めておいて行うことができる。あるいは、被加工物１１３を設置するときに吸着力を確認し、所定の保持力を得ることができなくなった場合に行っても良い。

本発明のレーザ加工装置とレーザ加工方法によれば、レーザ加工装置の加工テーブルを保護すると共に、安定かつ良好な穴あけ加工ができ、レーザ加工等の分野において産業上有用である。

１００、２００ レーザ加工装置
１０１ レーザ発振器
１０２ レーザ光
１０３ ミラー
１０４ レンズ
１０５ マスク
１０６ アイリス
１０７ ｆθレンズ
１０８ 制御コントローラ
１０９ ガルバノミラー（Ｘ軸）
１１０ ガルバノミラー（Ｙ軸）
１１１ 加工テーブル
１１２ 下治具
１１３ 被加工物
１１４ 加工点
１１８ 吸引用の貫通孔
１１９ 吸着用の貫通孔
１２０ 難燃性多孔質シート
１２１ ロール状の難燃性多孔質シート
１２２ シート供給ローラ
１２３ シート巻取りローラ

Claims (5)

1. 板状の被加工物をレーザによって加工するレーザ加工装置であって、
   複数の吸引用の貫通孔を設けた加工テーブルと、前記加工テーブル上に置載され，前記吸引用の貫通孔に対応する位置に吸着用の貫通孔を設けた板状の治具と、前記板状の治具の上に難燃性多孔質シートを設け、
   前記被加工物を前記難燃性多孔質シート上に設置し、吸引保持し、レーザによって加工することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記板状の治具に設けた吸着用の貫通孔の直径が、前記加工テーブルに設けられた吸引用の貫通孔の直径に対し、少なくとも小さく設定されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記難燃性多孔質シートが難燃剤を添加した有機質の繊維の不織布を基材とするシートである請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記難燃性多孔質シートをロール状とし、前記加工テーブルに前記ロール状の難燃性多孔質シートを供給するシート供給ローラと、前記ロール状の難燃性多孔質シートを巻き取るシート巻取りローラを設けた請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
5. 請求項１乃至４に記載のレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法であって、
   前記加工テーブル上に板状の治具を設置し、板状の治具上に前記難燃性多孔質シートを設置し、前記難燃性多孔質シート上に板状の被加工物を設置し、前記板状の被加工物を吸引保持したのちレーザによって加工するレーザ加工方法。

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