JP2013086142A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スキャンエリアにかかる載置プレートを下降退避して、スルーホール及びブラインドホールの同時加工できるものであって、下降退避する載置プレートの数を少なくする。
【解決手段】上面がワークＷの載置面１７ａとなる複数の載置プレート１７を、少なくとも載置面１７ａにおいて隣接する載置プレート１７との間に所定空隙Ｓを存するように等ピッチで平行に配置し、レーザ照射の際にスキャンエリアにかかる載置プレート１７を下降退避する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザを走査、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係り、より詳細にはワークを載置する載置台に関する。

従来、ガルバノスキャナ及びｆθレンズからなる加工ヘッドを備え、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スキャンエリアを高速で走査、位置決めしつつｆθレンズで集光して照射することで、プリント基板等のワークをレーザ加工し、該スキャンエリアのレーザ加工が終了すると、ＸＹテーブルによりワークを移動して、次のスキャンエリアをレーザ加工するレーザ加工装置が知られている。

このようなレーザによるプリント基板への穴加工は、大きく分類して、止まり穴を明けるブラインドホール加工と、貫通孔を明けるスルーホール加工の二種類がある。ブラインドホール加工は、プリント基板の内層にある銅箔までの樹脂層をレーザによって除去する工法であり、一方スルーホール加工は、プリント基板の内層の銅箔に表面処理を施すことで銅箔のレーザ吸収率を上げ、樹脂層及び銅箔をレーザにより除去し、貫通孔を形成する工法である。スルーホール加工の場合、貫通したレーザがプリント基板を載置する載置台で反射し、載置台、基板の裏面、又は貫通孔壁面へダメージを与えることがある。従って、従来、一つのレーザ加工装置で、ブラインドホール加工とスルーホール加工を共に行うことは出来なかった。

上記問題を解決するべく、貫通孔が形成される位置にある基板の載置部を下降退避させて、載置台、基板の裏面、又は貫通孔壁面へダメージを与えないようにし、ブラインドホール加工とスルーホール加工を共に行うことを可能にしたレーザ加工装置が案出されている（特許文献１参照）。該レーザ加工装置は、ＸＹ方向に駆動して基板を位置決めするＸＹテーブル上に、基板を保持する複数の載置部を昇降自在に備えており、これら載置部は細長のブロック状からなり、ＸＹテーブル上に全体で大きな矩形状となるように敷き詰められている。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、複数の載置部のうち該所定範囲に少なくともその一部がかかる載置部は、下降退避するように駆動制御される。基板を貫通したレーザは、載置部の下降退避移動の分だけ焦点位置から外れた位置に到達することでエネルギー密度を減少させ、下降退避した載置部でのレーザの反射光による基板の裏面又は貫通孔壁面へのダメージを防止する。

ＷＯ２００９／００１４９７号公報

特許文献１記載のものは、複数の載置部の間に空隙がほとんど無く、スキャンエリアが少しでも他の載置部に亘って存在する場合、２個以上の載置部を下降退避させる必要がある。そこで、レーザ加工の際、スキャンエリアと重なって下降退避する載置プレートの数が少なくなるように、全体の載置部の数を減らして載置部１個当たりの幅を広くすると、それら載置部を昇降させる昇降装置を減らし、構成を簡略化することはできるが、スキャン領域と載置部の重なり方によっては、やはり複数の載置部が同時に下降し、しかも、１つの載置部の幅が広いため下降退避する領域が広くなりすぎて、基板を保持するバランスが悪くなり、下降退避した領域において、基板が撓み変形する可能性がある。逆に、載置部の数を増やして載置部１個当たりの幅を狭くすると、下降退避する領域が広くなりすぎることはなく、載置した基板が撓み変形することは無いが、それら載置部を昇降させる昇降装置が増え、構造及び制御が複雑となってコストアップになるという問題がある。

そこで、本発明は、撓み変形及びコストアップすること無く、基板を貫通したレーザが基板の裏面等にダメージを与えるのを防ぎ、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、所定のスキャンエリア（Ａ）でワーク（Ｗ）を加工する加工ヘッド（９）と、
前記ワーク（Ｗ）を載置し、前記スキャンエリア間を移動、位置決めする移動テーブル（３）と、を有するレーザ加工装置（１）において、
前記移動テーブル（３）上に設置され、上面が前記ワーク（Ｗ）の載置面（１７ａ）となる複数の載置プレート（１７）と、
前記複数の載置プレート（１７）をそれぞれ昇降する昇降装置（２７）と、
前記スキャンエリア間の前記移動テーブル（３）の移動、位置決めに同期して、前記複数の載置プレート（１７）のうち前記スキャンエリア（Ａ）にかかる載置プレート（１７_１）のみを下降退避すべく前記昇降装置（２７）を制御する制御部（Ｃ）と、を備え、
前記載置プレート（１７）の少なくとも前記載置面（１７ａ）が、隣接する載置プレート（１７）との間に所定空隙（Ｓ）を存するように、前記複数の載置プレート（１７）を平行に配置してなる。

例えば図２，図４を参照して、前記複数の載置プレート（１７）は、隣接する前記載置面（１７ａ）の間の空隙（Ｓ）が前記スキャンエリア（Ａ）の一辺以上の大きさの間隔で配置され、前記スキャンエリア内に存在する前記載置プレート（１７）が０本または１本である。

例えば図３を参照して、前記載置プレート（１７）は、断面矩形状の本体部（１７ｂ）と、該本体部（１７ｂ）の上方に位置し、断面が前記載置面（１７ａ）である上面に向かって先細形状となる先細部（１７ｃ）と、を備え、上下方向に所定幅を有し、かつ前記断面方向に所定肉厚を有する板状部材からなり、
前記載置プレート（１７）の前記断面に直交する長手方向の両端部が前記昇降装置（２７）により支持されてなる。

例えば図２，図４を参照して、前記複数の載置プレート（１７）は、前記本体部（１７ｂ）の間においても所定空隙（Ｍ）を存し平行に配置され、
前記移動テーブル（３）と一体の枠体（１６）に、複数のスプリング（２６）により上方に向けて付勢されて前記複数の載置プレート（１７）が支持され、
前記枠体（１６）の対向する一対の側端部（１６ａ）に複数のガイド孔（１６ｂ）を設け、
前記複数の載置プレート（１７）は、それぞれ前記本体部（１７ｂ）の長手方向の両端部に突出部（１９）を有し、
前記各突出部（１９）を前記各ガイド孔（１６ｂ）にそれぞれ嵌挿して、前記複数の載置プレート（１７）が、前記枠体（１６）に上下方向移動自在に支持され、かつ前記スプリング（２６）により付勢されて前記突出部（１９）が前記ガイド孔（１６ｂ）により位置決めされた状態で、前記載置プレートの載置面（１７ａ）と、前記枠体（１６）の側端部（１６ａ）の上面（１６ｄ）とが同一平面になるように設定されてなる。

例えば図３を参照して、前記載置プレート（１７）は、前記載置面（１７ａ）に開口し、前記ワーク（Ｗ）を吸着する吸着穴（２０）と、
前記吸着穴（２０）に連通し、前記載置プレート（１７）内部を前記長手方向に延びて前記載置プレート（１７）の端面で真空源（２１）と接続する空洞部（２２）と、を備え、
前記制御部（Ｃ）が、前記スキャンエリア（Ａ）にかかる前記載置プレート（１７_１）を下降退避すべく前記昇降装置（２７）への出力に対応して、該下降退避させる前記載置プレート（１７_１）による前記ワーク（Ｗ）の吸引を遮断するように制御してなる。

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、ワークを載置する複数の載置プレートのうち、スキャンエリアにかかる載置プレートは、下降退避するので、加工ヘッドからのレーザが載置プレートで反射することがなく、スルーホールとブラインドホールの両方を同時に加工できるものでありながら、移動テーブル上に、少なくともその載置面が隣接する載置プレートとの間に所定空隙を存するように、複数の載置プレートを設けたので、スキャンエリアに載置面がかかる載置プレートの数を減少することができ、簡単な構成でもって、載置プレートの昇降制御を少なくすることができ、コストダウンを図ることができる。

請求項２に係る本発明によると、複数の載置プレートは、隣接する載置面の間の空隙がスキャンエリアの一辺以上の大きさの間隔で配置されるので、任意のスキャンエリア内に存在する載置プレートは０本または１本となり、スキャンエリアにかかる載置プレートを少なくすることができる。

請求項３に係る本発明によると、載置プレートが、断面矩形状の本体部と、該本体部の上方に位置し載置面に向かって先細形状となる先細部と、を有する板状部材からなるので、レーザの反射面となる載置面の面積を小さくすることができるものでありながら、載置プレートの剛性を向上することができ、ワークの撓みや変形を防止することができる。

請求項４に係る本発明によると、載置プレートが枠体に設けられた各ガイド孔に位置決めされ、載置プレートの載置面と、枠体の側端部の上面とが同一平面になるように設定されるので、載置プレートの載置面及び枠体の側端部の上面の平面度は高く維持され、ワークの加工精度の低下を防ぐことができる。

請求項５に係る本発明によると、制御部が、スキャンエリアにかかる載置プレートを下降退避するための昇降装置への出力に対応して、載置プレートによるワークの吸引を遮断するので、載置プレートにワークを確実に保持して、スキャンエリアにかかる載置プレートを下降退避することができる。

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載置台を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側方断面図、（ｃ）は正面断面図。 本発明の実施の形態に係る載置プレートを示す斜視図。 一部を変更した載置プレートを示す断面拡大図。

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１は、図１に示すように、ベッド２上にＸ方向及びＹ方向に移動自在に支持されたＸＹテーブル（移動テーブル）３を備えている。該ＸＹテーブル３は、Ｘ方向に移動自在のＸテーブル４と、該Ｘテーブル４上に配置され、Ｙ方向に移動自在のＹテーブル４とを有し、上記Ｘテーブル３及びＹテーブル５は、ＮＣ装置等の制御部Ｃからの指令によって、不図示のガイド、ボールねじ、及びサーボモータが駆動することで、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５上には、プリント基板等のワーク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２には、更に、上記ＸＹテーブル３及びワークＷを囲むようにして門形のコラム６が固定されており、該コラム６上に板状の光路プレート７が固定され、かつ上記コラム６には、不図示のガイド、ボールねじ、及びサーボモータによりＺ軸方向に位置決め可能な加工ヘッド９が取付けられている。該光路プレート７上には、レーザを発振するレーザ発振器１０と、レンズ、ミラー等の各種ビーム形成部品群１１と、が搭載されている。上記レーザ発振器１０から発振されたレーザ１２は、上記ビーム形成部品群１１を通過して、レーザ光路上に配置されたミラー１３ａ、１３ｂを介して、上記加工ヘッド９に案内される。該加工ヘッド９は、一対のガルバノスキャナ１４と、レーザを集光するｆθレンズ１５を備えており、上記ガルバノスキャナ１４は、先端に回転自在に支持されたガルバノミラー１４ａを有し、上記加工ヘッド９に案内されたレーザ１２を所定のスキャンエリア（例えば図２の斜線部であるスキャンエリアＡ）で走査しつつ位置決めして、上記ワークＷに穴明け、溝、又は外形加工が可能となっている。

上記Ｙテーブル５は、図２に示すように、該Ｙテーブル５の上部に一体に固定される枠体１６を備え、該枠体１６は、その周囲が上方に突出して側端部を形成しており、その対向する一対の側端部１６ａに同形状のガイド孔１６ｂを等ピッチで複数備える。対向する１対の上記ガイド孔１６ｂには、上記ワークＷを載置する載置プレート１７の両端にある突出部１９がそれぞれ嵌挿され、載置プレート１７の１枚当たり一対のガイド孔１６ｂが設けられる。

上記載置プレート１７は、図３に示すように、上面が上記ワークＷを載置する載置面１７ａとなっており、断面矩形状の本体部１７ｂと、該本体部１７ｂの上方に位置し、断面が上記載置面１７ａである上面に向かって先細形状となる先細部１７ｃと、を備え、上下方向に所定幅を有し、かつ上記断面方向に所定肉厚を有する板状部材からなる。前記先細部１７ｃは、図３に示す実施の形態にあっては、一側面ｅのみを面取りして形成されているが、図４に示すように、両側面ｆ、ｇを面取りして形成しても良いことは勿論である。上記突出部１９は、上記載置プレート１７の本体部１７ｂから突出されて形成されており、上記複数の載置プレート１７は、上記載置面１７ａにおいて、隣接する載置プレート１７と所定空隙Ｓを存し、かつ上記本体部１７ｂにおいて、隣接する載置プレート１７と所定空隙Ｍを存し平行に配置されている。上記所定空隙Ｓは、上記ガルバノスキャナ１４のスキャンエリアの一辺以上の大きさの間隔に設定される。

上記各載置プレート１７は、上記載置面１７ａに開口し、上記ワークＷを吸着する吸着穴２０と、該吸着穴２０に連通し、上記載置プレート１７の内部を長手方向に延びて上記載置プレート１７の端面で真空源２１と接続する空洞部２２と、を備えている。上記真空源２１は、上記各空洞部２２及び吸着穴２０の吸引を入切する複数のバルブからなるバルブユニット２３を有し、該バルブユニット２３は、上記制御部Ｃによって制御されると共に、各バルブがそれぞれホース２５を介して各空洞部２２に連通している。

図２に示すように、上記各載置プレート１７と上記枠体１６内部の底面１６ｃとの間には、スプリング２６が複数配置され、上記各載置プレート１７は、これらスプリング２６によって上方に向けて付勢されて上記ガイド孔１６ｂの上面に当接して位置決めされる。そして、上記スプリング２６によって上記載置プレート１７がガイド孔１６ｂに位置決めされた状態で、上記載置プレート１７の載置面１７ａと、上記枠体１６の側端部１６ａの上面１６ｄが同一平面になるように設定されて、上記載置面１７ａ及び枠体１６の側端部１６ａの上面１６ｄに上記ワークＷが高い平面度で載置される。

上記各載置プレート１７の両端の突出部１９には、上記各載置プレート１７を昇降駆動させる昇降装置であるソレノイド２７がプランジャー２７ａによって接続されて、上記各載置プレート１７は、上記各ガイド孔１６ｂによって案内されつつ昇降可能となっている。上記ソレノイド２７は、上記制御部Ｃに接続されて、該制御部Ｃからの信号により、上記ソレノイド２７が励磁することにより、上記プランジャー２７ａが吸引され上記載置プレート１７が下降し、逆電流に切り替え又は非励磁による上記スプリング２６の付勢により、上記プランジャー２７ａは上昇し、載置プレート１７は上昇して、枠体１６の周囲縁部からなる側端部１６ａの上面１６ｄに同一平面になるように位置決めされる。

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１は、まず制御部Ｃによる指令によって、ＸＹテーブル３を移動、位置決めさせる。載置プレート１７は、真空源２１によって空洞部２２の内部が負圧になり、該空洞部２２と連通している吸着穴２０によって、載置面１７ａに載置されたワークＷを吸引保持しているが、上記ＸＹテーブル３の位置決め位置において、上記制御部Ｃは、ガルバノスキャナ１４のスキャンエリア（例えば図２の斜線部であるスキャンエリアＡ）にかかる載置プレートのみ（例えば図２の載置プレート１７_１）の吸引保持を遮断し、それと同期して該載置プレート１７_１を下降退避させる。

この状態で、レーザ発振器１０から発振されたレーザ１２は、ビーム形成部品群１１を通過して要求される形状に整形されると共に必要なエネルギー分布を与えられ、ミラー１３ａ，１３ｂによって加工ヘッド９内に案内される。該加工ヘッド９内に入射してきたレーザ１２は、一対のガルバノスキャナ１４によって光路を走査、位置決めされ、ｆθレンズ１５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をスルーホール又はブラインド加工する。

これにより、ワークＷに貫通孔を形成するスルーホール加工でも、該貫通孔を通過したレーザ１２は、スキャンエリアＡにかかる載置プレート１７_１が下降退避して、載置面１７ａが下降した分だけ焦点位置から外れた位置に到達しエネルギー密度を減少させるので、下降退避した載置面１７ａ及びその周りでのレーザの反射光によるワークＷの裏面又は貫通孔壁面へのダメージを防止し、加工品質を向上できる。更に、載置面１７ａは、先細部１７ｃの一側面ｅ若しくは両側面ｆ，ｇの面取りによって面積が小さくなるため、レーザが反射する面積を小さくし、かつ上記面取り部分でレーザが分散して、よりワークＷの裏面又は貫通孔壁面へのダメージを防止し、加工品質を向上できる。

また、枠体１６の対向する一対の側端部１６ａに等ピッチでガイド孔１６ｂを設けて、上記ガイド孔１６ｂに嵌挿される突出部１９を有する本体部１７ｂにおいて、隣接する載置プレートとの間に所定空隙Ｍを存して平行に配置されるので、該所定空隙Ｍにワークを貫通したレーザが照射されても、レーザの反射光によってワークを傷つけず、ワークの加工品質を向上することができる。

また、スキャンエリアＡにかかる載置プレート１７_１が、ワークＷの吸着保持を遮断されるのと同期して下降退避するので、下降退避する載置プレート１７_１の吸着保持に引っ張られてワークＷが撓むことがなく、ワークＷの変形を防止することができる。

また、隣接する載置プレート１７の、載置面１７ａの間の空隙Ｓがスキャンエリアの一辺以上の大きさの間隔で配置されるので、任意のスキャンエリア内に存在する載置プレートは０本または１本となって、載置プレート１７の昇降制御を少なくすることができ、コストダウンを図ることができる。

このスキャンエリアＡのレーザ加工が終了すると、ＸＹテーブル３が、元のスキャンエリアＡと隣接する新たなスキャンエリア位置に移動し、その際、これまでガルバノスキャナ１４のスキャンエリアＡにかかり下降退避していたが、ＸＹテーブル３の移動によってスキャンエリアから外れた載置プレート１７は、上昇してワークＷの吸着保持を再開する。このようなＸＹテーブル３の移動とワークＷの加工を順次繰り返し、ワークＷ全体の加工を行っていく。

［実施例１］
本発明における実施例を説明する。レーザ加工装置１の複数の載置プレート１７は、それらの載置面１７ａが、それぞれ３０［ｍｍ］の空隙Ｓを有するように、平行に配置されている。また、ワークＷであるプリント基板の大きさが一辺５００［ｍｍ］、載置プレートのピッチＰ（図４参照）が３５［ｍｍ］、ガルバノスキャナ１４によるスキャンエリアは一辺が３０［ｍｍ］に設定されている。

載置面１７ａにおける、隣接する載置プレート１７との空隙Ｓが３０［ｍｍ］に設定され、スキャンエリアが一辺３０［ｍｍ］であるので、スキャンエリアにかかる載置プレート１７の載置面１７ａは必ず１本または０本となる。ここで、ワークＷの厚さが０．１［ｍｍ］のとき、空隙Ｓが９７［ｍｍ］でもワークＷが撓まず、加工精度も良好であるというデータが得られている。よって、載置プレート１７を１枚下降退避させても本実施例の空隙ＳはワークＷの厚さが０．１［ｍｍ］以下での安全率を見込んで６５［ｍｍ］に設定してあるのでワークＷは撓むことなく良好な加工精度を得ることができる。

ワークＷ全域の加工穴位置へのレーザショットを行うには、一辺が３０［ｍｍ］のスキャンエリアを順次あてがうようにＸＹテーブル３を位置決めしていくことが必要であるが、ＸＹテーブル３の位置決め位置は予めプログラム変換により解っているので、これからレーザショットするスキャンエリア内に載置プレート１７があるかの判別は容易である。

従って、一つのスキャンエリア内のレーザショットが完了し、次のスキャンエリアへＸＹテーブル３が移動する移動時間内に、次のスキャンエリアにかかる載置プレート１７を１本又は０本下降させ、それと同期して下降する載置プレート１７の吸引を遮断する、若しくは、逆にレーザショットの完了したスキャンエリアにかかっていた載置プレート１７を上昇させ、吸引を再開するように繰り返して加工を進める。このようにすれば、常にワークＷを貫通するレーザの先は空間又は下降退避した載置プレート１７があるので、載置面１７ａでの反射光によるワークＷへのダメージを防止し、加工品質を向上できる。

１ レーザ加工装置
３ 移動テーブル（ＸＹテーブル）
９ 加工ヘッド
１６ 枠体
１６ａ 側端部
１６ｂ ガイド孔
１６ｃ 底面
１７ 載置プレート
１７ａ 載置面
１７ｂ 本体部
１７ｃ 先細部
１９ 突出部
２０ 吸着穴
２１ 真空源
２２ 空洞部
２６ スプリング
２７ 昇降装置
Ｃ 制御部
Ｍ，Ｓ 空隙
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 所定のスキャンエリアでワークを加工する加工ヘッドと、
   前記ワークを載置し、前記スキャンエリア間を移動、位置決めする移動テーブルと、を有するレーザ加工装置において、
   前記移動テーブル上に設置され、上面が前記ワークの載置面となる複数の載置プレートと、
   前記複数の載置プレートをそれぞれ昇降する昇降装置と、
   前記スキャンエリア間の前記移動テーブルの移動、位置決めに同期して、前記複数の載置プレートのうち前記スキャンエリアにかかる載置プレートのみを下降退避すべく前記昇降装置を制御する制御部と、を備え、
   前記載置プレートの少なくとも前記載置面が、隣接する載置プレートとの間に所定空隙を存するように、前記複数の載置プレートを平行に配置してなる、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記複数の載置プレートは、隣接する前記載置面の間の空隙が前記スキャンエリアの一辺以上の大きさの間隔で配置され、前記スキャンエリア内に存在する前記載置プレートが０本または１本である、
   請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記載置プレートは、断面矩形状の本体部と、該本体部の上方に位置し、断面が前記載置面である上面に向かって先細形状となる先細部と、を備え、上下方向に所定幅を有し、かつ前記断面方向に所定肉厚を有する板状部材からなり、
   前記載置プレートの前記断面に直交する長手方向の両端部が前記昇降装置により支持されてなる、
   請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
4. 前記複数の載置プレートは、前記本体部の間においても所定空隙を存し平行に配置され、
   前記移動テーブルと一体の枠体に、複数のスプリングにより上方に向けて付勢されて前記複数の載置プレートが支持され、
   前記枠体の対向する一対の側端部に複数のガイド孔を設け、
   前記複数の載置プレートは、それぞれ前記本体部の長手方向の両端部に突出部を有し、
   前記各突出部を前記各ガイド孔にそれぞれ嵌挿して、前記複数の載置プレートが、前記枠体に上下方向移動自在に支持され、かつ前記スプリングにより付勢されて前記突出部が前記ガイド孔により位置決めされた状態で、前記載置プレートの載置面と、前記枠体の側端部の上面とが同一平面になるように設定されてなる、
   請求項３記載のレーザ加工装置。
5. 前記載置プレートは、前記載置面に開口し、前記ワークを吸着する吸着穴と、
   前記吸着穴に連通し、前記載置プレート内部を前記長手方向に延びて前記載置プレートの端面で真空源と接続する空洞部と、を備え、
   前記制御部が、前記スキャンエリアにかかる前記載置プレートを下降退避すべく前記昇降装置への出力に対応して、該下降退避させる前記載置プレートによる前記ワークの吸引を遮断するように制御してなる、
   請求項１ないし４のいずれか記載のレーザ加工装置。

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