JP3607898B2 - Swing reflector device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揺動反射鏡装置に関し、特に回転軸に反射鏡を取り付けて、回転軸を回転させることによって反射鏡を遥動させる揺動反射鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子回路用プリント基板や、焼成前のセラミックからなるグリーンシート等に穴をあけるレーザ加工機に、レーザビームを走査するガルバノスキャナが使用されている。ガルバノスキャナ(揺動反射鏡装置)は、レーザビームを反射する反射鏡、この反射鏡を遥動させる駆動機構、及び反射鏡の回転方向に関する基準位置からの回転角を検出するセンサとを含んで構成される。
【0003】
駆動機構は、永久磁石とコイルとを含んで構成される。駆動機構を動作させるとコイルが発熱し、センサの温度が上昇する。センサの温度が上昇すると、反射鏡の回転角の検出精度が低下する。また、レーザビームの入射によって反射鏡が熱変形する場合もある。反射鏡の回転角の検出精度が低下したり、反射鏡が熱変形したりすると、レーザビームの入射位置が変動してしまう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、駆動機構を動作させても、反射鏡の回転角の精度が低下しにくい揺動反射鏡装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、筐体と、前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、前記回転軸の、前記筐体内の部分に巻かれたコイル、及び該コイルと第1の間隙を隔てて配置されるように前記筐体に取り付けられた永久磁石を含み、該コイルに電流を流すことによって前記回転軸を回転させる駆動機構と、前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、前記筐体内にガスを導入し、導入されたガスが前記駆動機構内を流れた後、該筐体の外に排出する冷却手段とを有する揺動反射鏡装置が提供される。
【0006】
筐体内を冷却することにより、センサの温度上昇を抑制することができる。これにより、温度上昇に起因するセンサの精度の低下を防止することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1(A)に、本発明の第1の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。円筒状の筐体1の一端にセンサ部20が画定され、他の部分が駆動部10とされている。筐体1の内部に、その中心軸に沿って回転軸2が挿入されている。回転軸2は、センサ部20及び駆動部10を貫通し、回転軸受け3及び4により、回転可能に支持されている。回転軸受け3は、駆動部10とセンサ部20とを区分する隔壁に取り付けられている。他方の回転軸受け4は、駆動部10の他方の端部に取り付けられている。
【0010】
回転軸2の、センサ部20側の端部が、筐体1の外部まで突出しており、その先端に反射鏡30が取り付けられている。反射鏡30の反射面は、回転軸2の回転中心線と平行である。回転軸2が回転すると、反射鏡30が揺動する。
【0011】
駆動部10内の回転軸2にコイル12が巻かれている。筐体1の内周面上に、コイル12と間隙を隔てて永久磁石11が取り付けられている。コイル12に電流を流すことにより、回転軸2を回転させることができる。
【0012】
センサ部20は、回転軸2の回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出する。以下、センサ20の構造について説明する。センサ20は、可動板21、電極22及び23を含んで構成される。
【0013】
図1(B)に、可動板21、電極22及び23を、回転軸2に平行な視線で見たときの正面図を示す。センサ部20内の回転軸2に、可動板21が取り付けられている。可動板21は、回転軸2を中心とした中心角90°の扇形の一対の板が、回転軸2に関して回転対称となる位置に配置されて構成される。可動板21の一方の面に対向するように電極22が配置され、他方の面に対向するように他の電極23が配置されている。電極22及び23の各々は、回転軸2を中心とした中心角90°の扇形の一対の板が、回転軸2に関して回転対称となる位置に配置されて構成されており、筐体1に固定されている。
【0014】
回転軸2に平行な視線で見たとき、電極22が他の電極23にほぼ重なる。回転軸2が回転すると、電極22と可動板21との重なり部分の面積が変化する。この面積が変化すると、電極22と23との間の静電容量が変化する。静電容量の変化から、回転軸2の基準位置からの回転角に関する情報を得ることができる。
【0015】
筐体1の外周面のうち駆動部10を画定する部分に、冷却管路40が取り付けられている。冷却管路40に冷却水を流すことにより、筐体1及びその内部を冷却することができる。なお、冷却管路40をセンサ部20を画定する部分まで延ばしてもよい。
【0016】
コイル12に電流を流すと、コイル12が発熱し、センサ部20の温度が上昇する。センサ部20の温度が上昇すると、電極22と可動板21との間隔、及び電極23と可動板21との間隔が変動してしまう。これらの間隔が変化すると、電極22と23との間の静電容量が変化するため、回転軸2の回転角の検出精度が低下してしまう。
【0017】
冷却管路40に冷却水を流して、筐体1及びその内部を冷却することにより、センサ部20の温度上昇を抑制することができる。これにより、回転軸2の回転角の検出精度の低下を防止することができる。
【0018】
図1(C)に、第2の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。第2の実施例においては、図1(A)に示した第1の実施例による揺動反射鏡装置の冷却管路40の代わりに冷却フィン41が、筐体1の外周面上に取り付けられている。その他の構成は、第1の実施例の揺動反射鏡の構成と同様である。冷却フィン41により、コイル12からの発熱を効率的に外部に放散させることができる。
【0019】
図2(A)に、第3の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。図1(A)に示した第1の実施例による揺動反射鏡装置の冷却管路40の代わりに、筐体1にガス導入口45及びガス排出口46が取り付けられている。その他の構成は、第1の実施例の揺動反射鏡の構成と同様である。
【0020】
ガス導入口45は、駆動部10の一方の端部近傍に取り付けられ、ガス排出口46は、駆動部10の他方の端部近傍に取り付けられている。ガス導入口45から冷却用のガス、例えば空気が筐体1内に導入される。筐体1内に導入されたガスは、コイル12を冷却し、ガス排出口46から外部に排出される。ガスは、筐体1内の駆動部10を流れるが、センサ部20を流れない。このため、ガスの流量を増大させて冷却能力を高めた場合でも、センサ部20内のセンサ部品が振動して検出精度が低下することを防止できる。
【0021】
図2(B)に、第4の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。第4の実施例においては、筐体1のセンサ部20に、ガス導入口47及びガス排出口48が取り付けられている。ガス導入口47から冷却用ガスがセンサ部20内に導入され、センサ部20内を冷却して、ガス排出口48から外部に排出される。
【0022】
図2(C)に、第5の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。第5の実施例においては、筐体1のセンサ部20に、ガス導入口49が取り付けられ、駆動部10の、センサ部20とは反対側の端部近傍にガス排出口50が取り付けられている。センサ部20と駆動部10との間の隔壁に、ガス流通孔51が設けられている。
【0023】
ガス導入口47からセンサ部20内に冷却用ガスが導入される。センサ部20に導入された冷却用ガスは、ガス流通孔51を通過し、コイル12を冷却して、ガス排出口50から外部に排出される。
【0024】
上記第3〜第5の実施例では、駆動部10内及びセンサ部20内の少なくとも一方が、冷却ガスによって強制冷却される。このため、コイル12からの発熱による影響を軽減することでき、センサの検出精度の低下を防止することができる。
【0025】
図3(A)に、第6の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。駆動部10、センサ部20、及び反射鏡30は、図1(A)に示した第1の実施例による揺動反射鏡装置の構造と同様である。第6の実施例では、反射鏡30に冷却用ガスを吹き付けるガス噴出口55が配置されている。ガス噴出口55から反射鏡30に冷却用ガスを吹き付けることにより、反射鏡30の温度上昇を抑制し、熱変形を防止することができる。
【0026】
図3(B)に、第7の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。センサ部20にガス導入口56が設けられている。筐体1の端面に設けられた、回転軸2が貫通する孔の内周面と、回転軸2の外周面との間に、間隙57が設けられている。その他の構成は、図1(A)に示した第1の実施例による揺動反射鏡装置の構造と同様である。ガス導入口56からセンサ部20内に導入された冷却用ガスが、センサ部20内を冷却し、間隙57を通って外部に噴き出す。間隙57から噴出した冷却用ガスが、反射鏡30を冷却する。すなわち、間隙57がガス噴出口として作用する。
【0027】
図3(C)に、第8の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。反射鏡30の反射面とは反対側の面に、冷却用フィン58が取り付けられている。その他の構成は、図1(A)に示した第1の実施例による揺動反射鏡装置の構造と同様である。冷却用フィン58により、反射鏡30の温度上昇を抑制し、熱変形を防止することができる。
【0028】
図4に、上記実施例による揺動反射鏡装置を用いたレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源60が、加工用レーザビームを出射する。レーザ光源60から出射したレーザビームが、揺動反射鏡装置61の反射鏡61Aで反射され、揺動反射鏡装置62の反射鏡62Aに入射する。反射鏡62Aで反射されたレーザビームが、fθレンズ63で収束され、XYテーブル64に保持された加工対象物65に入射する。
【0029】
反射鏡61A及び62Aを揺動させることにより、レーザビームを2次元方向に走査することができる。反射鏡61A及び62Aの回転角を制御することにより、レーザビームを、加工対象物65の所望の位置に入射させることができる。なお、必要に応じて、レーザビームの経路に、フィールドレンズやマスクが配置される。
【0030】
上記第1〜第5の実施例による揺動反射鏡装置を用いることにより、センサ部の温度上昇による回転角の検出精度の低下を防止することができる。また、第6〜第8の実施例による揺動反射鏡装置を用いることにより、反射鏡の熱変形によるレーザビームの反射方向のずれを防止することができる。
【0031】
なお、第1〜第5の実施例による冷却機構の少なくとも1つと、第6〜第8の実施例による冷却機構の少なくとも1つとを組み合わせることにより、センサ部の検出精度の低下及び反射鏡の熱変形を防止することができる。これにより、レーザビームの入射位置を、高精度に制御することが可能になる。また、センサとして安価な静電容量センサを用いることができるため、温度変動による影響を受けにくい高価な他のセンサを用いる必要が無い。
【0032】
以下、上記実施例による揺動反射鏡装置の冷却の効果について説明する。図4に示したレーザ加工装置で、一辺の長さが50mmの正方形の4つの頂点にレーザビームを入射させる場合を考える。冷却機構の装備されていない揺動反射鏡装置を用いた場合には、1時間の連続運転後に、レーザビームの入射によって形成される正方形の一辺の長さが約25〜35μm程度短くなった。これに対し、上記第1の実施例による揺動反射鏡装置を用いた場合には、1時間の連続運転後の正方形の一辺の長さのの短縮量は、高々5μm程度であった。なお、冷却水の流量は、10リットル/分とした。このように、揺動反射鏡装置を冷却することによって、十分な効果が得られる。
【0033】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、揺動反射鏡装置を冷却することにより、反射鏡の取り付けられた回転軸の回転角の精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例及び第2の実施例による揺動反射鏡装置の断面図、及びセンサ部の正面図である。
【図2】本発明の第3〜第5の実施例による揺動反射鏡装置の断面図である。
【図3】本発明の第6〜第8の実施例による揺動反射鏡装置の断面図である。
【図4】本発明の実施例による揺動反射鏡装置を用いたレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
1 筐体2 回転軸3、4 回転軸受け10 駆動部11 永久磁石12 コイル20 センサ部21 可動板22、23 電極30 反射鏡40 冷却管路41、58 冷却用フィン45、47、49、56 ガス導入口46、48、50 ガス排出口51 ガス流通孔55 ガス噴出口57 間隙60 レーザ光源61、62 揺動反射鏡装置63 fθレンズ64 XYステージ65 加工対象物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillating reflecting mirror device, and more particularly to an oscillating reflecting mirror device that attaches a reflecting mirror to a rotating shaft and swings the reflecting mirror by rotating the rotating shaft.
[0002]
[Prior art]
A galvano scanner that scans a laser beam is used in a laser processing machine that punches holes in a printed circuit board for electronic circuits or a green sheet made of ceramic before firing. The galvano scanner (oscillating reflecting mirror device) includes a reflecting mirror that reflects a laser beam, a drive mechanism that swings the reflecting mirror, and a sensor that detects a rotation angle from a reference position with respect to the rotation direction of the reflecting mirror. Composed.
[0003]
The drive mechanism includes a permanent magnet and a coil. When the drive mechanism is operated, the coil generates heat and the temperature of the sensor rises. When the temperature of the sensor rises, the detection accuracy of the rotation angle of the reflecting mirror decreases. Further, the reflecting mirror may be thermally deformed by the incidence of the laser beam. When the detection accuracy of the rotation angle of the reflecting mirror is lowered or the reflecting mirror is thermally deformed, the incident position of the laser beam is changed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a oscillating reflector device in which the accuracy of the rotation angle of the reflector is not easily lowered even when a drive mechanism is operated.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a housing, a rotation shaft that is rotatably supported in the housing, and at least one end projects to the outside of the housing, and the rotation shaft at a portion projecting to the outside of the housing The reflecting mirror attached to the rotating shaft and swinging by the rotation of the rotating shaft, the coil wound around the portion of the rotating shaft in the housing, and the coil and the first gap are arranged so as to be spaced apart from each other. comprises a permanent magnet mounted to the housing, a sensor for detecting a driving mechanism for rotating the rotary shaft by supplying a current to said coil, said rotary shaft, a rotation angle from a reference position related to the rotation direction, the There is provided an oscillating reflector apparatus having a cooling means for introducing a gas into a casing and discharging the introduced gas to the outside of the casing after flowing through the drive mechanism .
[0006]
By cooling the inside of the housing, the temperature rise of the sensor can be suppressed. Thereby, the fall of the precision of the sensor resulting from a temperature rise can be prevented.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A shows a cross-sectional view of an oscillating reflector device according to a first embodiment of the present invention. A
[0010]
An end of the rotating
[0011]
A
[0012]
The
[0013]
FIG. 1B shows a front view when the
[0014]
When viewed in a line of sight parallel to the
[0015]
A
[0016]
When a current is passed through the
[0017]
By flowing cooling water through the cooling
[0018]
FIG. 1C shows a sectional view of the oscillating reflector device according to the second embodiment. In the second embodiment, cooling
[0019]
FIG. 2A is a cross-sectional view of the oscillating reflector device according to the third embodiment. A gas inlet 45 and a
[0020]
The gas inlet 45 is attached in the vicinity of one end of the driving
[0021]
FIG. 2B shows a sectional view of the oscillating reflector device according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, a
[0022]
FIG. 2C shows a sectional view of the oscillating reflector device according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, a
[0023]
A cooling gas is introduced into the
[0024]
In the third to fifth embodiments, at least one of the
[0025]
FIG. 3A shows a sectional view of the oscillating reflector device according to the sixth embodiment. The
[0026]
FIG. 3B is a sectional view of the oscillating reflector device according to the seventh embodiment. A
[0027]
FIG. 3C is a sectional view of the oscillating reflector device according to the eighth embodiment. A cooling
[0028]
FIG. 4 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus using the oscillating reflector apparatus according to the above embodiment. A
[0029]
The laser beam can be scanned in a two-dimensional direction by swinging the reflecting
[0030]
By using the oscillating reflector device according to the first to fifth embodiments, it is possible to prevent a decrease in the detection accuracy of the rotation angle due to a temperature rise of the sensor unit. Further, by using the oscillating reflecting mirror device according to the sixth to eighth embodiments, it is possible to prevent the deviation of the reflection direction of the laser beam due to the thermal deformation of the reflecting mirror.
[0031]
In addition, the combination of at least one of the cooling mechanisms according to the first to fifth embodiments and at least one of the cooling mechanisms according to the sixth to eighth embodiments reduces the detection accuracy of the sensor unit and the heat of the reflecting mirror. Deformation can be prevented. Thereby, the incident position of the laser beam can be controlled with high accuracy. Moreover, since an inexpensive electrostatic capacitance sensor can be used as the sensor, it is not necessary to use another expensive sensor that is not easily affected by temperature fluctuations.
[0032]
Hereinafter, the cooling effect of the oscillating reflector apparatus according to the above embodiment will be described. Consider a case in which a laser beam is incident on four apexes of a square having a side length of 50 mm in the laser processing apparatus shown in FIG. In the case of using the oscillating mirror device that is not equipped with a cooling mechanism, the length of one side of the square formed by the incidence of the laser beam was shortened by about 25 to 35 μm after one hour of continuous operation. On the other hand, when the oscillating reflector device according to the first embodiment was used, the amount of shortening of the length of one side of the square after one hour of continuous operation was at most about 5 μm. The flow rate of the cooling water was 10 liters / minute. Thus, sufficient effects can be obtained by cooling the oscillating reflector device.
[0033]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by cooling the oscillating reflector device, it is possible to prevent a reduction in the accuracy of the rotation angle of the rotating shaft to which the reflector is attached.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a oscillating reflector device according to a first embodiment and a second embodiment of the present invention, and a front view of a sensor unit.
FIG. 2 is a sectional view of an oscillating reflector device according to third to fifth embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of an oscillating reflector device according to sixth to eighth embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a laser processing apparatus using an oscillating reflector apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、
前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、
前記回転軸の、前記筐体内の部分に巻かれたコイル、及び該コイルと第1の間隙を隔てて配置されるように前記筐体に取り付けられた永久磁石を含み、該コイルに電流を流すことによって前記回転軸を回転させる駆動機構と、
前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、
前記筐体内にガスを導入し、導入されたガスが前記駆動機構内を流れた後、該筐体の外に排出する冷却手段と
を有する揺動反射鏡装置。A housing,
A rotating shaft that is rotatably supported in the housing and has at least one end protruding to the outside of the housing;
A reflecting mirror attached to the rotating shaft at a portion protruding to the outside of the housing and swinging by rotation of the rotating shaft;
The coil includes a coil wound around a portion of the rotating shaft in the casing, and a permanent magnet attached to the casing so as to be disposed with a first gap from the coil, and a current flows through the coil A drive mechanism for rotating the rotary shaft by
A sensor that detects a rotation angle of the rotation shaft from a reference position in a rotation direction;
An oscillating reflector apparatus comprising: a cooling unit that introduces gas into the housing, and after the introduced gas flows through the drive mechanism, discharges the gas out of the housing .
前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、 A rotating shaft that is rotatably supported in the housing and has at least one end protruding to the outside of the housing;
前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、 A reflecting mirror attached to the rotating shaft at a portion protruding to the outside of the housing and swinging by rotation of the rotating shaft;
前記筐体内に配置され、電流を流すことによって前記回転軸を回転させる駆動機構と、 A drive mechanism that is disposed within the housing and rotates the rotating shaft by passing an electric current;
前記筐体内の回転軸に固定された可動部材と、前記筐体に固定された固定部材との相対位置に基いて、前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、 A sensor for detecting a rotation angle of the rotation shaft from a reference position with respect to a rotation direction based on a relative position between a movable member fixed to the rotation shaft in the housing and a fixed member fixed to the housing; ,
前記可動部材と固定部材との配置された空間に冷却用気体を通す冷却手段と A cooling means for passing a cooling gas through a space in which the movable member and the fixed member are arranged.
を有し、Have
前記筐体に前記回転軸が貫通する孔が設けられており、該孔と該回転軸との間に間隙が設けられており、前記冷却手段によって前記空間に導入されたガスが、前記間隙を通って外部に噴き出し、前記反射鏡を冷却する揺動反射鏡装置。 The casing is provided with a hole through which the rotary shaft passes, and a gap is provided between the hole and the rotary shaft, and the gas introduced into the space by the cooling means passes through the gap. A oscillating reflecting mirror device that cools the reflecting mirror through the outside.
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