JP2013071136A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークで反射されたレーザの反射光が再びワークに照射されて照射痕を残すことを防止して、品質の高いプリント基板を加工可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】ガルバノスキャナ２及びｆθレンズ５を有する加工ヘッド２５_１に、レーザの吸収率の高い遮蔽板２６_１を設けて、該遮蔽板２６_１がワークＷで反射したレーザの反射光９を吸収する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザをガルバノスキャナ及びｆθレンズを有する加工ヘッドを通して、所定の範囲で走査、位置決めしつつ集光してワークを加工するレーザ加工装置に関する。

一般に、レーザ発振器から発振されたレーザを、ガルバノスキャナによって所定範囲で走査、位置決めしつつｆθレンズで集光して、プリント基板等のワークに穴又は外形を加工するレーザ加工装置が知られている。

近年、プリント基板加工用レーザ加工装置は、搭載するレーザ発振器の高出力化が進んでおり、加工点のエネルギも増加している。また、加工する対象基板も多様化しており、基板の表面状態も様々である。そのため、プリント基板の材質のレーザの吸収性が低く、加工エネルギの一部を反射してしまう場合、加工面で反射したレーザはｆθレンズを通り、ガルバノスキャナやその周りの構造物に照射される。

従来、ガルバノスキャナやその周りの構造物表面は、アルミ又はメッキ面になっており、加工点からの反射光が照射された場合レーザを反射するため、反射したレーザが再びｆθレンズを通り加工点に照射され、本来加工する位置とは異なる位置にレーザの照射痕が発生する場合がある。

すなわち、該レーザ加工装置は、例えば図４のように、ベースプレート１の一側（上面）にガルバノスキャナ２を一部収容するガルバノボックス３が固定され、他側（下面）にｆθレンズ５が固定されており、該ｆθレンズ５に対向するようにワークＷが載置されている。ガルバノボックス３に進入してきたレーザ７は、ガルバノスキャナ２で走査、位置決めされてｆθレンズ５へと進み、集光されてワークＷに穴を加工するが、該加工点でのレーザの吸収性が低いためにレーザの一部が反射して、該反射光９が更にガルバノボックス３の内壁等で反射する。反射光９は再びｆθレンズ５に入射してワークＷに照射されて照射痕を残す場合がある。

レーザ発振器から出力されるレーザのうち、不要なレーザがワーク（被加工物）に照射されることを防止するために、レーザを吸収する遮蔽板をレーザの光路上に設けてレーザを遮断するレーザマーキング装置が案出されている（特許文献１）。該特許文献１記載のレーザマーキング装置は、レーザロッドの熱膨張によるレーザの広がりに関するデータを採集する際に、レーザを吸収する回動自在の遮蔽板を設けて、該遮蔽板の回動によってレーザの光路を遮蔽又は開放するものであって、レーザマーキング装置は、データ採集に不要な所定回数目までのショットは遮蔽板によってレーザ光路を遮断して、データ採集に必要な所定回数目のショットの際に遮蔽板を回動させてレーザの光路を開放し、レーザスポット径の広がりのデータを採集する。

特開平１０−９９９７９号公報

特許文献１記載のものは、レーザ発振器とワークの間のレーザ光路上に遮蔽板を配置するものであり、レーザスポット径のデータ採集を行う装置には適用可能であるが、加工ヘッドでワークを加工するレーザ加工装置に対しては、遮蔽板がワークの加工を行うためのレーザも遮断することになり、適用することができない。たとえ、まずレーザの光路を開放して加工に必要なワークへの入射光は通過させて、すぐに高速で遮蔽板を回動してワークでの反射光のみを遮蔽できるとしても、特に図４のようにガルバノミラー、ｆθレンズによってレーザを高速で走査、位置決めするレーザ加工装置にあっては、加工効率が著しく低下してしまい、実質上適用困難である。

また、ガルバノボックス自体を反射しにくい材質にして、レーザの再反射を防ぐことも考えられるが、ガルバノボックスがレーザを吸収して熱を持ってしまうため、熱膨張によりガルバノボックスが変形し、それによってガルバノスキャナの位置がずれ加工精度に影響を与えてしまう虞がある。また、ガルバノボックスの材質の変更により、ガルバノボックスの振動特性が変わるため、振動により加工精度が低下する可能性がある。

そこで、本発明は、レーザ加工装置の加工効率、加工精度を落とすことなく、ワークで反射されたレーザの反射光が再びワークに照射されることを防止して、もって上述した課題を解決したレーザ加工装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、レーザ発振器（１６）から出力されたレーザ（７）をガルバノスキャナ（２）及びｆθレンズ（５）を有する加工ヘッド（２５_１），（２５_２）を通して、ワーク（Ｗ）上の所定の位置に位置決めしてレーザ加工するレーザ加工装置（１０）において、
前記加工ヘッド（２５_１），（２５_２）に、前記ワーク（Ｗ）で反射されたレーザの反射光（９）を吸収する遮蔽板（２６_１），（２６_２）を配置してなる。

例えば図２を参照して、前記加工ヘッド（２５_１）は、ベースプレート（１）と、
該ベースプレート（１）の一側に固定され、前記ガルバノスキャナ（２）を収容するガルバノボックス（３）と、
前記ベースプレート（１）の他側に固定されるｆθレンズ（５）と、を備え、
前記遮蔽板（２６_１）が、前記ガルバノボックス（３）内に配置される。

例えば図３を参照して、前記加工ヘッド（２５_２）は、ベースプレート（１）と、
該ベースプレート（１）の一側に固定され、前記ガルバノスキャナ（２）を一部収容するガルバノボックス（３）と、
前記ベースプレート（１）の他側に固定されるｆθレンズ（５）と、を備え、
前記遮蔽板（２６_２）が、前記ガルバノスキャナ（２）から前記ｆθレンズ（５）へ照射されるレーザの通過領域（ａ）と重ならないように、前記ベースプレート（１）に配置される。

例えば図２又は図３を参照して、前記遮蔽板（２６_１），（２６_２）と該遮蔽板が固定される固定部（３），（１）との間に、断熱材を配置してなる。

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、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、加工ヘッドに、ワークで反射されたレーザの反射光を吸収する遮蔽板を設けたので、該遮蔽板によって反射光が吸収されて反射光が再びワークに照射されて照射痕を残すことを防止し、加工効率を落とさないで、加工品質を向上させることができる。

請求項２に係る本発明によると、ガルバノボックス内に遮蔽板を配置したので、ワークで反射した反射光がガルバノボックス内で遮蔽板に吸収されて反射光が再びワークに照射されて照射痕を残すことを防止し、加工効率を落とさないで、加工品質を向上させることができる。

請求項３に係る本発明によると、ガルバノスキャナからｆθレンズへ照射されるレーザの通過領域と重ならないように、前記ベースプレートに遮蔽板が配置されるので、ワークで反射し、ガルバノボックス内で乱反射するレーザの反射光が遮蔽板によって吸収され、反射光が再びワークに照射されて照射痕を残すことを防止して、加工効率を落とさないで、加工品質を向上することができる。また、ベースプレートに遮蔽板を配置したためにガルバノボックスにはほとんど熱が伝わらず、ガルバノボックスの熱変形でガルバノスキャナが位置ずれする虞がなく、加工精度の低下を防ぐことができる。

請求項４に係る本発明によると、遮蔽板が固定される側の一側に、断熱材を配置したので、遮蔽板を固定した固定部位（例えばガルバノボックスやベースプレート）に反射光の吸収熱が伝わり難く、それら固定部位の変形を防ぎ、加工精度の低下を防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す全体図。 本発明の実施の形態に係る加工ヘッドを示す側面図。 他の実施の形態に係る加工ヘッドを示す側面図。 従来の加工ヘッドを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。レーザ加工装置１０は、図１に示すように、ベッド１１上にＸ方向に移動自在に支持されたＸテーブル１２が配置され、上記Ｘテーブル１２上にＹ方向に移動自在に支持されたＹテーブル１３が配置されている。上記Ｘテーブル１２及びＹテーブル１３は、不図示のサーボモータ等によりそれぞれＸ方向、Ｙ方向に位置決め可能である。上記Ｙテーブル１３上には複数（本実施の形態では２個）のワーク載置台１４が所定距離隔てて固定されている。該ワーク載置台１４にはワークＷが載置されている。図１において、ＸＹＺ軸はそれぞれ直角方向にあり、Ｚ軸方向は、ＸＹ軸がなす平面に垂直な方向である。

ベッド１１には、更に、上記Ｘテーブル１２、Ｙテーブル１３、及びワーク載置台１４を囲うようにして門形のコラム１５が固定されており、該コラム１５にはレーザ発振器１６が載置されている。該レーザ発振器１６の光軸上には、レーザ発振器１６から出力されるレーザ７の光路を第１の光路１７ａ又は第２の光路１７ｂに切り換える音響光学素子１９が配置されている。第１の光路１７ａ上にはミラー２０，２１が、第２の光路１７ｂ上にはミラー２２，２３がそれぞれ配置されて、上記レーザ発振器１６から出力されたレーザ７は、レーザを上記ワークＷに照射する加工ヘッド２５_１，２５_１に案内される。

上記第１の光路１７ａ又は第２の光路１７ｂを通ってレーザが案内される加工ヘッド２５_１，２５_１は、構成が同一であり、一方の加工ヘッド２５_１のみを説明し、他方の説明を省略する。上記加工ヘッド２５_１は、図２に示すように、ベースプレート１と、一側面及び底面が開放されたガルバノボックス３と、レーザを集光するｆθレンズ５を有しており、上記ベースプレート１は、レーザの光路を遮断しないように不図示の孔を備えている。上記ベースプレート１の一側（上面）には、上記ガルバノボックス３がその底面が塞がれるように固定され、他側（下面）であって上記ワークＷに対向する面には上記ｆθレンズ５が固定されている（図４参照）。すなわち、上記ガルバノボックス３は、ベースプレート１によって底面が蓋されて、レーザが入射される一側面のみが開放され、内部に空間Ｓを備えている。

上記ガルバノボックス３には、レーザを走査、位置決めする一対のガルバノスキャナ２が一部収容されており、該ガルバノスキャナ２は、先端にガルバノミラー２ａを有し、該ガルバノミラー２ａは回転軸に固定されて回転自在となっている。上記ガルバノボックス３内の空間Ｓには、少なくとも上記一対のガルバノスキャナ２のガルバノミラー２ａが互いの回転軸が直交するように収容されて、ガルバノボックス３に入射してきたレーザを所定範囲で走査しつつ位置決めして、ワークＷに穴開け、溝、又は外形加工が可能となっている。上記ベースプレート１、ガルバノスキャナ２、及びガルバノボックス３の表面は、アルミ又はメッキ面になっており、レーザの吸収率が低く反射しやすい材質からなっている。

また、ガルバノボックス３内壁の上記ベースプレート１に対向する面（以下、内壁面という）３ａには、レーザを吸収する板状の遮蔽板２６_１が固定されており、該遮蔽板２６_１の、上記ガルバノスキャナ２と干渉する部分には切欠きを有している。上記遮蔽板２６_１と上記ガルバノボックス（固定部）３との間には不図示の断熱材が配置されている。なお、遮蔽板に使用する材質はレーザの吸収率の高いものであり、例えばＣＯ_２レーザの場合、カーボンやモリブデンコーティング等のものが好適である。

本実施の形態は、以上のような構成からなるので、レーザ加工装置１０のレーザ発振器１６から出力されたレーザ７は、音響光学素子１９により光路を交互に変更されてミラー２０，２１またはミラー２２，２３を介して加工ヘッド２５_１のガルバノボックス３内（空間Ｓ）に入射する。ガルバノボックス３内に入射してきたレーザ７は、一対のガルバノスキャナ２によって光路を走査、位置決めされ、ｆθレンズ５を透過してワークＷの加工面に垂直（図１のＺ軸方向）に入射し、該ワークＷを穴開け又は外形加工する。

ワークＷを加工するレーザの一部は、特にワークＷの材質のレーザの吸収性が低く加工エネルギの一部を反射してしまう場合、ワークＷで反射されて、その反射光９は再びガルバノボックス３内に入射されて、遮蔽板２６_１で吸収される。これにより、上記反射光９がガルバノボックス３の内壁面３ａで反射して、再びｆθレンズ５を透過してワークＷに照射痕を残すことが防止され、加工品質を向上することができる。上記遮蔽板２６_１は、ガルバノボックス３の内壁面３ａに配置され、レーザ光路上に配置されるものではないので、加工に必要なレーザ７は遮断せず、また上記ガルバノミラー２ａ、ｆθレンズ５によって高速で走査、位置決めするショット回数が制限され、加工効率が低下するということもない。また、遮蔽板２６_１とガルバノボックス３との間に断熱材を配置したので、遮蔽板２６_１が反射光９から吸収した熱がガルバノボックス３には伝達し難く、ガルバノボックスの熱変形を抑えて加工精度の低下を防止することができる。

なお、遮蔽板の形状は、ガルバノスキャナ及びレーザ（の入射光）と干渉しない形状であればどのような形状でもよく、例えば平面でも球面でもよく、制限されない。

また、遮蔽板の配置は、ガルバノボックスの内壁面であって、ガルバノスキャナ及びレーザ（の入射光）と干渉しない配置であれば、ベースプレートに対向する面だけではなく、例えばガルバノボックス内壁側面に配置しても良い。

次いで、図３に沿って、他の実施の形態について説明するが、本実施の形態は、先の実施の形態と遮蔽板の配置のみが異なるので、先の実施の形態と重複する部分については、図に同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態を適用し得る加工ヘッド２５_２は、図３に示すように、ガルバノボックス３内の空間Ｓにおけるベースプレート１上に、レーザを吸収する遮蔽板２６_２が固定されている。該遮蔽板２６_２は、入射光であるレーザ７のガルバノスキャナ２からｆθレンズ５へ照射される通過領域ａと干渉しないように形成されており、上記通過領域ａ部分については孔又は切欠きが設けられている。該遮蔽板２６_２とベースプレート（固定部）１との間には、不図示の断熱材が配置されている。

本実施の形態は、以上のような構成からなるので、ワークＷで反射されたレーザの反射光９は、再びガルバノボックス３内に入射されて、該ガルバノボックス３内での乱反射の過程で遮蔽板２６_２に吸収される。これにより、上記反射光９がガルバノボックス３の内壁面で反射して、再びｆθレンズ５を透過してワークＷに照射痕を残すことが防止され、加工品質を向上することができる。また、ベースプレートに遮蔽板を配置したため、ガルバノボックスにはほとんど熱が伝わらず、ガルバノボックスの熱変形でガルバノスキャナが位置ずれする虞がなく、加工精度の低下を防ぐことができる。

なお、遮蔽板は、ガルバノボックス内におけるベースプレート上だけではなく、ベースプレート上であってレーザの通過領域と干渉しない領域であれば、例えばベースプレートのｆθレンズが固定されている面（下面）など、どこに配置しても良い。

また、遮蔽板は、上述した実施の形態に限らず、例えばｆθレンズ等、ワークで反射されたレーザの反射光を照射しうる位置であれば、加工ヘッドのどの部分に配置してもよい。

１ ベースプレート
２ ガルバノスキャナ
２ａ ガルバノミラー
３ ガルバノボックス
５ ｆθレンズ
７ レーザ（入射光）
９ 反射光
１６ レーザ発振器
２５_１，２５_２ 加工ヘッド
２６_１，２６_２ 遮蔽板
ａ 通過領域
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. レーザ発振器から出力されたレーザをガルバノスキャナ及びｆθレンズを有する加工ヘッドを通して、ワーク上の所定の位置に位置決めしてレーザ加工するレーザ加工装置において、
   前記加工ヘッドに、前記ワークで反射されたレーザの反射光を吸収する遮蔽板を配置してなる、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記加工ヘッドは、ベースプレートと、
   該ベースプレートの一側に固定され、前記ガルバノスキャナを収容するガルバノボックスと、
   前記ベースプレートの他側に固定されるｆθレンズと、を備え、
   前記遮蔽板が、前記ガルバノボックス内に配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記加工ヘッドは、ベースプレートと、
   該ベースプレートの一側に固定され、前記ガルバノスキャナを一部収容するガルバノボックスと、
   前記ベースプレートの他側に固定されるｆθレンズと、を備え、
   前記遮蔽板が、前記ガルバノスキャナから前記ｆθレンズへ照射されるレーザの通過領域と重ならないように、前記ベースプレートに配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
4. 前記遮蔽板と該遮蔽板が固定される固定部との間に、断熱材を配置してなる、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載のレーザ加工装置。

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