JP2020121327A - 設置装置及びレーザーマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な支持機構を用いてマーキング面の位置合わせを行うことが可能な設置装置を提供する。【解決手段】設置装置は、レーザー光を用いて対象物にマーキングを行うレーザーマーキング装置に用いられる設置装置であって、マーキングパターンに基づいて前記レーザー光を略水平に照射する照射部と、前記対象物のマーキング面を、前記レーザー光の進行方向と略垂直に案内するガイド部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、レーザー光を用いてマーキングを行うレーザーマーキング装置などに関する。

レーザービームを走査させることによりワークにマーキングなどの加工を行うレーザーマーキング装置がある。このようなレーザーマーキング装置は、たとえば特許文献１などに開示されている。

特開２００６−７２８３号公報

特許文献１に記載のレーザーマーキング装置では、ワークである基板は、シリンダ及びロッドを含んで構成される押圧部材によって支持される。レーザーマーカーに対する基板の位置合わせが行われる際、押圧部材のシリンダにエアが供給されてロッドが上方へ移動する。基板は、レーザーマーカーの焦点に対応する位置に設けられたストッパ部材と当接する位置までロッドによって上方へ押し上げられ、ロッドとストッパ部材との間に挟み込まれて支持される。しかしながら、基板を移動させる方向と重力の方向とが略平行になる場合、基板の重量を支えながら、当該基板を重力の方向と略平行に移動させる必要があるため、基板の支持機構が複雑化することがある。

本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
レーザー光を用いて対象物（１８）にマーキングを行うレーザーマーキング装置（１）に用いられる設置装置（２）であって、
マーキングパターンに基づいて前記レーザー光を略水平に照射する照射部（４１）と、
前記対象物のマーキング面（１８ａ）を、前記レーザー光の進行方向（ｙ）と略垂直に案内するガイド部（４３）と、を備える、
設置装置である。

上記構成の設置装置によれば、レーザー光を略水平に照射する構成とすることで、対象物を略水平に移動させながら、ガイド部によってマーキング面をレーザー光の進行方向と略垂直に配置させることができる。つまり、対象物の移動方向を重力の方向と略直交にすることができるので、たとえば、対象物を載置面上で支持する簡易な支持機構によって、対象物の重量が載置面に支えられた状態で当該対象物を当該載置面上で移動させることができる。これにより、対象物を上下方向に移動させる複雑な支持機構の代わりに、簡易な支持機構を用いてマーキング面の位置合わせを行うことができる。また、支持機構を簡素化することができるので、支持機構のコストを低減することができる。

上記設置装置において、好ましくは、
前記ガイド部は、
略水平であって前記進行方向に略垂直な方向（ｘ）に沿って位置する複数の位置決め部材（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）を含む。

上記構成の設置装置によれば、複数の位置決め部材にマーキング面を当接させる簡易な工程で、当該マーキング面をレーザー光の進行方向と略垂直に配置させることができる。

上記設置装置において、好ましくは、
前記マーキング面と前記複数の位置決め部材とが接した状態において、前記レーザー光は、前記マーキング面に集光する。

上記構成の設置装置によれば、複数の位置決め部材にマーキング面を当接させる簡易な工程で、当該マーキング面をレーザー光の焦点位置に合わせることができるので、対象物に対する良好なレーザーマーキングを効率よく行うことができる。

上記設置装置において、好ましくは、
複数の前記位置決め部材は、それぞれ鉛直に略平行な回転軸の回りを回転するベアリング（３２）を有する。

上記構成の設置装置によれば、たとえば、対象物を位置決め部材に当接させたまま略水平に搬送する場合に、ベアリングの回転によって対象物を傷付けることなく円滑に搬送させることができる。

上記設置装置において、好ましくは、
前記マーキング面が前記進行方向と略垂直になるように前記対象物が載置される載置部（１７）をさらに備える。

上記構成の設置装置によれば、載置部によって対象物を重力に抗して支持することができるので、対象物の水平方向の移動を容易にする支持機構を実現することができる。また、レーザー光が略水平に照射されるので、レーザー光が鉛直に照射される場合と比べて、レーザー光の焦点の位置へのマーキング面の移動を簡易に行うことができる。

上記設置装置において、好ましくは、
前記載置部は、略水平であって前記進行方向に略垂直な方向に沿って移動する。

上記構成の設置装置によれば、略水平であってレーザー光の進行方向と略垂直な方向に沿って対象物を移動させることができるので、レーザー光の集光位置がマーキング面からずれないように対象物を移動させることができる。

上記設置装置において、好ましくは、
前記載置部は、略鉛直に沿って前記対象物を押さえるクランプ部（２１）を含む。

上記構成の設置装置によれば、載置部によって重量が支えられた対象物を、略鉛直に沿って載置部に押さえる簡易な構成で、対象物の水平移動を防ぐことができる。つまり、簡易な構成で対象物を載置部に固定することができる。

上記いずれかの設置装置は、レーザーマーキング装置（１）に好適に適用される。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、レーザー光を略水平に照射する構成とすることで、対象物を略水平に移動させながら、ガイド部によってマーキング面をレーザー光の進行方向と略垂直に配置させることができる。つまり、対象物の移動方向を重力の方向と略直交にすることができるので、たとえば、対象物を載置面上で支持する簡易な支持機構によって、対象物の重量が載置面に支えられた状態で当該対象物を当該載置面上で移動させることができる。これにより、対象物を上下方向に移動させる複雑な支持機構の代わりに、簡易な支持機構を用いてマーキング面の位置合わせを行うことができる。また、支持機構を簡素化することができるので、支持機構のコストを低減することができる。

図１は、本実施形態のレーザーマーキング装置の斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩの部分拡大図である。

本発明の設置装置は、マーキングパターンに基づいてレーザー光が略水平に照射される構成において、レーザー光の進行方向と略垂直に対象物のマーキング面が案内される構成としている点を特徴のひとつとする。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．本実施形態の特徴
３．補足事項

＜１．実施形態＞
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のレーザーマーキング装置の斜視図である。図２は、図１におけるＩＩの部分拡大図である。各図面にはｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示している。重力の方向へ向いている軸を「ｚ軸」と定義する。ｚ軸に垂直な軸であって、レーザー光がワーク１８へ照射される方向へ向いている軸を「ｙ軸」と定義する。また、ｙ軸およびｚ軸の両方に垂直な軸を「ｘ軸」と定義する。ここでは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、右手系の３次元の直交座標を形成する。以下、ｚ軸の矢印方向をｚ軸＋側、矢印とは逆方向をｚ軸−側と呼ぶことがあり、その他の軸についても同様である。なお、ｚ軸＋側及びｚ軸−側を、それぞれ「下側」及び「上側」と呼ぶこともある。

＜レーザーマーキング装置１＞
図１及び図２に示されるように、レーザーマーキング装置１は、レーザー光源１１及び設置装置２を含んで構成される。本実施形態では、レーザーマーキング装置１は、レーザー光を用いてワーク１８に対してレーザーアブレーションを施し、ワーク１８をマーキングする。ワーク１８は、たとえば、樹脂、紙、金属またはガラスなどの素材で形成され、直方体を有する。ワーク１８のｙ軸−側に向いている面は、レーザー光によってマーキングされるマーキング面１８ａである。ワーク１８は、たとえば、製品ごとにｙ軸方向の厚さ、ｘ軸方向の長さまたはｚ軸方向の高さが異なる。ワーク１８は、本発明でいう「対象物」の一具体例である。

＜レーザー光源１１＞
レーザー光源１１は、たとえばパッシブ型Ｑスイッチレーザーであり、レーザー光を断続的に生成する。本実施形態では、レーザー光源１１は、設置装置２に併設されており、生成したレーザー光をｘ軸＋側へ照射する。なお、レーザー光源１１は、他の種類のレーザーであってもよい。

＜設置装置２＞
設置装置２は、レーザーマーキング装置１に用いられ、リニアガイド１６、ワークテーブル１７、ワーククランプ２１ａ及び２１ｂ、照射部４１、駆動部４２ならびにガイド部４３を含んで構成される。以下、ワーククランプ２１ａ及び２１ｂの各々を、ワーククランプ２１と称することがある。

＜照射部４１＞
照射部４１は、マーキングパターンに基づいてレーザー光を略水平に照射する。本実施形態では、照射部４１は、ガルバノメータ１２及びｆ−θレンズ１３を含んで構成され、レーザー光源１１から受けるレーザー光を走査面４４で走査させる。ここで、走査面４４は、鉛直に平行な面であってｙ軸に垂直な面、言い換えるとｚｘ面に平行な面であり、照射部４１に対するｙ軸＋側に位置する。照射部４１は、レーザー光を走査面４４に集光させながら、当該レーザー光が集光する領域であるドットの位置を走査面４４内で移動させる。

本実施形態では、ガルバノメータ１２及びｆ−θレンズ１３は、レーザーマーキング装置１を制御する制御部（図示しない）から受ける制御信号に従って動作する。ガルバノメータ１２は、レーザー光源１１から受けるレーザー光をｙ軸−側へ反射する。この際、ガルバノメータ１２は、レーザー光の反射方向を調整することによってレーザー光と走査面４４とが交わる位置を移動させる。ｆ−θレンズ１３は、ガルバノメータ１２によって反射されたレーザー光を走査面４４に集光させる。

＜リニアガイド１６及びワークテーブル１７＞
ワークテーブル１７は、ｚ軸−側に向いた略水平の載置面１７ａを有する。載置面１７ａには、マーキング面１８ａがレーザー光の進行方向と略垂直になるようにワーク１８が載置される。ワーク１８のワークテーブル１７への載置の詳細については、後述する。ワークテーブル１７は、本発明でいう「載置部」の一具体例である。

ワークテーブル１７は、略水平であってレーザー光の進行方向に垂直な方向すなわちｘ軸方向に沿って移動する。本実施形態では、リニアガイド１６は、ｘ軸と平行に延びるレールであり、本体に固定される。ワークテーブル１７は、リニアガイド１６上を摺動するように構成されており、後述する駆動部４２によってｘ軸と平行な方向に滑らかに移動する。

＜駆動部４２＞
駆動部４２は、モータ１４、駆動ベルト１５及び回転伝達部材４５などを含んで構成され、ワークテーブル１７をｘ軸と平行に移動させる。本実施形態では、回転伝達部材４５は、ｙ軸と平行な回転軸の回りに一体で回転する、シャフト、駆動プーリー及び被駆動プーリーを含んで構成される。駆動プーリー及び被駆動プーリーは、シャフトのｙ軸＋側の端部及びｙ軸−側の端部にそれぞれ固定される。駆動プーリーは、モータ１４の駆動軸とベルトを介して連結される。モータ１４は、たとえば、制御部（図示しない）の制御に従って動作し、ベルトを介してシャフト、駆動プーリー及び被駆動プーリーを回転駆動する。駆動ベルト１５は、回転伝達部材４５の駆動プーリーに架けられており、駆動プーリーの回転に応じてｘ軸に平行に走行する。ワークテーブル１７は、駆動ベルト１５の一部と連結されており、モータ１４の回転に応じてｘ軸と平行に移動する。

＜ガイド部４３＞
ガイド部４３は、ワーク１８のマーキング面１８ａを、レーザー光の進行方向と略垂直に案内する。本実施形態では、ガイド部４３は、カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄを含んで構成される。以下、カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄの各々を、カムフォロア３１と称することがある。カムフォロア３１は、ｚ軸と略平行な中心軸を有する円柱状の部材であり、本体に固定される。カムフォロア３１は、当該中心軸の回りを回転するベアリング３２をｚ軸−側に有する（図２参照）。カムフォロア３１は、本発明でいう「位置決め部材」の一具体例である。

カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄは、略水平であってレーザー光の進行方向と略垂直な方向に沿って位置する。本実施形態では、カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄは、ｘ軸−側からｘ軸＋側へ向かって、ｘ軸と平行にこの順に並んでいる。カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄの各々は、ベアリング３２のｙ軸＋側の端部においてマーキング面１８ａと当接する。以下、ベアリング３２のｙ軸＋側の端部を、当接部分と称することがある。カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄは、これら４つの当接部分が走査面４４に含まれるように本体に固定される。

ワーク１８のマーキング面１８ａとカムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄとが接した状態において、レーザー光は、マーキング面１８ａに集光する。詳細には、ワーク１８は、マーキング面１８ａが、少なくとも２つのカムフォロア３１のベアリング３２と当接する状態（以下、当接状態と称することがある。）で載置面１７ａに載置される。つまり、当接状態では、マーキング面１８ａと走査面４４とが重なるので、レーザー光は、マーキング面１８ａに集光する。また、ワーク１８がワークテーブル１７とともにｘ軸と平行に移動する場合、ベアリング３２がワーク１８の移動に応じて回転するので、マーキング面１８ａに傷が生ずることを防ぐことができる。

＜ワーククランプ２１＞
ワーククランプ２１は、ワークテーブル１７において、略鉛直に沿ってワーク１８を押さえる。本実施形態では、ワーククランプ２１ａ及び２１ｂは、ｘ軸−側からｘ軸＋側へ向かって、ｘ軸と平行にこの順に並んでいる。図２に示されるように、ワーククランプ２１は、支持棒２２、支持板２３、固定部材２４及び割締めねじ２５を含んで構成される。支持棒２２は、ワークテーブル１７の載置面１７ａからｚ軸−側へ突出する円柱状の部材である。支持板２３は、支持棒２２を挿通可能であり、ｚ軸に平行な貫通孔（図示しない）をｙ軸＋側に有する。ワーククランプ２１は、本発明でいう「クランプ部」の一具体例である。

固定部材２４は、ｚ軸に平行な中心軸を有する円筒状の部材であり、支持棒２２を挿通可能な貫通孔２４ｂを有する。貫通孔２４ｂに対するｙ軸＋側では、貫通孔２４ｂの内壁から固定部材２４の外周面にかけて径方向に沿って第１の隙間２４ａが形成される。また、貫通孔２４ｂに対するｙ軸−側では、貫通孔２４ｂの内壁から径方向外側に向かって掘られた溝状の第２の隙間２４ｃが形成される。固定部材２４では、第１の隙間２４ａ、貫通孔２４ｂ及び第２の隙間２４ｃによって、割締め形状が形成される。また、固定部材２４では、第１の隙間２４ａに対するｘ軸−側において、ｘ軸に平行なねじ穴（図示しない）が形成されるとともに、第１の隙間２４ａに対するｘ軸＋側において、当該ねじ穴の中心軸と共通の中心軸を有する貫通孔（図示しない）が形成される。割締めねじ２５は、当該貫通孔を挿通して当該ねじ穴にねじ込まれることが可能である。

＜ワーク１８の固定＞
ここで、ワーク１８のワークテーブル１７への固定について説明する。たとえば、作業者は、マーキング面１８ａが鉛直と平行になるようにワーク１８をワークテーブル１７の載置面１７ａに載置する。ワーク１８には、ｚ軸＋側すなわち下側に向かう重力が働くが、ワークテーブル１７は、重力に抗してワーク１８を支持するので、作業者が手を離してもワーク１８を載置面１７ａ上で静止させることが可能である。また、ワーク１８を載置面１７ａ上で水平方向に移動させても、移動後の位置でワーク１８を静止させることが可能であるので、作業者は、ワーク１８の移動を容易に行うことができる。作業者は、少なくとも２つのカムフォロア３１のベアリング３２とマーキング面１８ａとが当接する当接状態になるようにワーク１８を移動させる。

作業者は、ワーククランプ２１ａ及び２１ｂに対して固定作業を行う。ワーククランプ２１ａに対する固定作業とワーククランプ２１ｂに対する固定作業とは同じであるため、ここでは、ワーククランプ２１ａに対する固定作業について代表的に説明し、ワーククランプ２１ｂに対する固定作業についての説明を省略する。

図２に示されるように、作業者は、支持板２３の貫通孔に支持棒２２を挿通させて支持板２３をｘｙ面内で回転自在な状態にし、支持板２３のｚ軸＋側の面とワーク１８のｚ軸−側の面とを当接させる。支持板２３には、下側に向かう重力が働くため、ワーク１８は、支持板２３によって載置面１７ａに押さえ付けられる。そして、作業者は、固定部材２４の貫通孔２４ｂに支持棒２２を挿通させて、固定部材２４と支持板２３とを当接させる。作業者は、固定部材２４を下側に向けて押さえながら、割締めねじ２５を締め込む。これにより、割締めねじ２５における第１の隙間２４ａ及び第２の隙間２４ｃが小さくなるとともに貫通孔２４ｂの径が小さくなり、固定部材２４が支持棒２２に固定される。この際、支持板２３は、固定部材２４によって上側から押さえ付けられるとともに、ワーク１８を上側から押さえ付ける状態で固定される。つまり、ワーク１８は、ワーククランプ２１ａによって持続的に固定される。

＜２．本実施形態の特徴＞
上記構成の設置装置によれば、レーザー光を略水平に照射する構成とすることで、ワーク１８を略水平に移動させながら、ガイド部４３によってマーキング面１８ａをレーザー光の進行方向と略垂直に配置させることができる。つまり、ワーク１８の移動方向を重力の方向と略直交にすることができるので、ワーク１８を載置面１７ａ上で支持する簡易なワークテーブル１７によって、ワーク１８の重量が載置面１７ａに支えられた状態でワーク１８を載置面１７ａ上で移動させることができる。これにより、ワーク１８を上下方向に移動させる複雑な支持機構の代わりに、簡易な支持機構を用いてマーキング面１８ａの位置合わせを行うことができる。また、簡素な構成のワークテーブル１７を用いることができるので、ワークテーブル１７のコストを低減することができる。

上記構成の設置装置では、カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄが、略水平であってレーザー光の進行方向に略垂直な方向に沿って位置するため、複数のカムフォロア３１にマーキング面１８ａを当接させる簡易な工程で、マーキング面１８ａをレーザー光の進行方向と略垂直に配置させることができる。

上記構成の設置装置では、マーキング面１８ａと複数のカムフォロア３１とが接した状態において、レーザー光が、マーキング面１８ａに集光するため、複数のカムフォロア３１にマーキング面１８ａを当接させる簡易な工程で、マーキング面１８ａをレーザー光の焦点位置に合わせることができる。これにより、ワーク１８に対する良好なレーザーマーキングを効率よく行うことができる。

上記構成の設置装置では、カムフォロア３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄが、それぞれ鉛直に略平行な回転軸の回りを回転するベアリング３２を有するため、ワーク１８をベアリング３２に当接させたまま略水平に搬送する場合に、ベアリング３２の回転によってワーク１８を傷付けることなく円滑に搬送させることができる。

上記構成の設置装置では、マーキング面１８ａがレーザー光の進行方向と略垂直になるようにワーク１８がワークテーブル１７に載置されるため、ワークテーブル１７によってワーク１８を重力に抗して支持することができるので、ワーク１８の水平方向の移動を容易にする支持機構を実現することができる。また、レーザー光が略水平に照射されるので、レーザー光が鉛直に照射される場合と比べて、レーザー光の焦点の位置へのマーキング面１８ａの移動を簡易に行うことができる。

上記構成の設置装置では、ワークテーブル１７が、略水平であってレーザー光の進行方向と略垂直な方向に沿って移動するため、略水平であってレーザー光の進行方向と略垂直な方向に沿ってワーク１８を移動させることができる。これにより、レーザー光の集光位置がマーキング面１８ａからずれないようにワーク１８を移動させることができる。

上記構成の設置装置では、ワークテーブル１７において、ワーククランプ２１が、略鉛直に沿ってワーク１８を押さえるため、ワークテーブル１７によって重量が支えられたワーク１８を、略鉛直に沿ってワークテーブル１７に押さえる簡易な構成で、ワーク１８の水平移動を防ぐことができる。つまり、簡易な構成でワーク１８をワークテーブル１７に固定することができる。

＜３．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

本実施形態の設置装置では、カムフォロア３１が「位置決め部材」の一具体例である構成について説明したが、マーキング面１８ａと複数の位置決め部材とを当接させることで、ワーク１８の位置合わせをすることが可能であれば、角柱状、半球状または面状などの他の形状の部材が「位置決め部材」の一具体例となる構成であってもよい。

また、本実施形態の設置装置では、４つのカムフォロア３１が設けられる構成について説明したが、カムフォロア３１が、２つ、３つまたは５つ以上設けられる構成であってもよい。

本発明の設置装置は、レーザー光を用いたマーキングにおける対象物の設置に好適に適用される。

１…レーザーマーキング装置
２…設置装置
１１…レーザー光源
１２…ガルバノメータ
１３…ｆ−θレンズ
１４…モータ
１５…駆動ベルト
１６…リニアガイド
１７…ワークテーブル
１７ａ…載置面
１８…ワーク
１８ａ…マーキング面
２１ａ、２１ｂ…ワーククランプ
２２…支持棒
２３…支持板
２４…固定部材
２４ａ…第１の隙間
２４ｂ…貫通孔
２４ｃ…第２の隙間
２５…割締めねじ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ…カムフォロア
３２…ベアリング
４１…照射部
４２…駆動部
４３…ガイド部
４４…走査面
４５…回転伝達部材

Claims (8)

1. レーザー光を用いて対象物にマーキングを行うレーザーマーキング装置に用いられる設置装置であって、
   マーキングパターンに基づいて前記レーザー光を略水平に照射する照射部と、
   前記対象物のマーキング面を、前記レーザー光の進行方向と略垂直に案内するガイド部と、を備える、
   設置装置。
2. 前記ガイド部は、
   略水平であって前記進行方向に略垂直な方向に沿って位置する複数の位置決め部材を含む、
   請求項１に記載の設置装置。
3. 前記マーキング面と前記複数の位置決め部材とが接した状態において、前記レーザー光は、前記マーキング面に集光する、
   請求項２に記載の設置装置。
4. 複数の前記位置決め部材は、それぞれ鉛直に略平行な回転軸の回りを回転するベアリングを有する、
   請求項２または請求項３に記載の設置装置。
5. 前記マーキング面が前記進行方向と略垂直になるように前記対象物が載置される載置部をさらに備える、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の設置装置。
6. 前記載置部は、略水平であって前記進行方向と略垂直な方向に沿って移動する、
   請求項５に記載の設置装置。
7. 前記載置部は、略鉛直に沿って前記対象物を押さえるクランプ部を含む、
   請求項５または請求項６に記載の設置装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の設置装置と、
   前記レーザー光を生成するレーザー光源と、を備える、
   レーザーマーキング装置。

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