JP3858382B2

JP3858382B2 - レーザ加工用シート保持装置

Info

Publication number: JP3858382B2
Application number: JP27978897A
Authority: JP
Inventors: 秀和栗原; 徳康川向
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH1190667A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックグリーンシートにレーザを用いて穴加工や切断加工を行なう場合に、セラミックグリーンシートを安定に保持するためのレーザ加工用シート保持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックグリーンシートのような薄く、柔らかいシート状加工物をレーザを用いてレーザ加工する場合、集光レンズと加工物表面との相対距離が変化すると、加工物表面でのビーム径が変化し、加工穴径が変化してしまう。そこで、多数の吸引穴を有するシート保持プレートの上に加工物を吸着保持してレーザ加工を行なう方法が一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シート保持プレートとしては、レーザ光で加工されない材料で形成する必要がある。そこで、金属製のシート保持プレートを用いると、レーザ光が加工物を貫通した後、プレートで反射されるため、再度加工物に照射されて加工穴径が大きくなったり、加工物の裏面に熱影響を与えたりする不具合がある。
また、レーザ光の反射をなくすために、レーザ光の波長に対して吸収性の高い材料（ＣＯ₂レーザ加工の場合にはアクリル板など）でシート保持プレートを製作することもあるが、レーザ光が吸収されたことによってプレート表面に熱が発生し、加工物裏面に熱影響を与える。また、プレートが融点（液相）を持つ場合には、溶融物が加工物の裏面に付着するという問題がある。
さらに、加工物の裏面をシート保持プレートで直接支持すると、レーザ加工による飛散物が上方に飛び散り、加工物の表面に多く付着したり、穴詰まりを発生させるという問題もある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解消したレーザ加工用シート保持装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、シート保持プレート上にセラミックグリーンシートを載置し、このセラミックグリーンシートにレーザを照射して穴加工または切断加工を行なう装置であって、上記シート保持プレートはその表面に載置された物体を吸着保持する真空吸引手段を持ち、上記シート保持プレートとセラミックグリーンシートとの間には補助シートが介装され、上記補助シートは、レーザ加工時に液相を持たず、セラミックグリーンシートの加工温度より低い酸化燃焼点温度を有し、かつレーザ光に対して９０％以上の吸収率を持ち、さらに通気性を有する紙または布で形成されていることを特徴とするレーザ加工用シート保持装置を提供する。
【０００６】
すなわち、補助シートがレーザ光に対して高い吸収率を有し、かつ酸化燃焼点が加工物の加工温度より低いので、加工穴を通過してきたレーザ光を吸収し、容易に加工される。そのため、加工物の裏面に補助シートの厚み分の空洞が形成され、飛散物や溶融物の逃げ場を確保できる。また、補助シートは加工時に液相を殆ど持たないので、補助シートにレーザ光が吸収されて発生した熱が加工物を加工するまでには至らず、溶融物が付着することもない。つまり、加工物裏面への熱影響を小さくできる。
なお、レーザ光に対する吸収率を９０％以上としたのは、補助シートの上の加工物に溶融物が付着せず、下のシート保持プレートに加工影響をできるだけ及ぼさないようにするためである。上記吸収率とは、ＪＩＳ（日本工業規格）でいう吸収率のことであり、
反射率＋吸収率＋透過率＝１
である。
【０００７】
シート保持プレート上に補助シートを介して加工物を吸着保持するために、シート保持プレートはその表面に載置された物体を吸着保持する真空吸引手段を持ち、補助シートは通気性を有する材料で形成されていることが望ましい。この場合には、真空吸引手段によって加工物の飛散物や溶融物を吸引し、補助シートで吸収するので、飛散物や溶融物の加工物表面への付着や穴詰まりを防止できる効果がある。
【０００８】
補助シートは、加工物より低い熱伝導率を有する材料が望ましく、例えば紙または布を用いるのが望ましい。つまり、補助シートの熱伝導率が低いので、加工時にシート保持プレートの一部が発熱しても、その熱が加工物に伝わりにくい。補助シートとして紙や布を用いた場合、紙や布は柔らかく多孔質であるから、シート保持プレートによく馴染み、シート保持プレートを介して吸引することで、補助シートを介してその上の加工物を水平に吸着保持できる。紙や布は安価であるから、加工物と同量だけ消費しても、コスト上昇を抑制できる利点もある。
【０００９】
シート保持プレートは、加工物の加工温度より高い融点もしくは分解点を有する材料、例えばアルミナセラミックスで形成するのが望ましい。すなわち、加工物および補助シートを通過したレーザ光がシート保持プレートに到達しても、プレートは溶融しないので、溶融物が加工物の裏面に付着することがないからである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかるレーザ加工装置の一例を示す。
１は可動テーブルであり、図示しない駆動装置によって、ＮＣプログラムにしたがってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。テーブル１の上面にはシート保持プレート２が載置され、ボルト３によって固定されている。シート保持プレート２は、中央部に凹部５を有するプレート本体４と、この凹部５の上面を覆う多孔質材料よりなるカバー部材６とで構成され、プレート本体４とカバー部材６との間に空洞７を形成したものである。空洞７は真空吸引装置（図示せず）と配管８を介して接続されており、空洞７の内部が−２００〜−７００ｍｍＨｇ程度の負圧に保たれている。なお、この実施例では、カバー部材６の材質として、後述するＣＯ₂レーザ光に対する吸収率が高く、かつ耐熱性に優れたアルミナセラミックスを用いている。また、カバー部材６の表面を、レーザ光が散乱しやすくするため、粗面に形成しておくのが望ましい。
【００１２】
上記カバー部材６の上面には補助シート１０を介してシート状加工物１１が吸着保持されている。補助シート１０としては、次のような性質を持つものが望ましい。第１に加工時に液相を持たずまたは微小時間しか液相を持たないこと、第２に加工物の加工温度より低い酸化燃焼点温度を有すること、第３にレーザ光に対して９０％以上の吸収率を持つこと、第４に通気性を有すること、第５に加工物より低い熱伝導率を有することなどである。この実施例では、補助シート１０が濾紙で形成されているが、その他にフィルター紙，模造紙，布などを使用してもよい。補助シート１０が通気性を有することで、カバー部材６の吸引孔から作用した負圧が補助シート１０を介して加工物１１に作用し、加工物１１および補助シート１０をカバー部材６上に安定に吸着保持できる。。
加工物１１は、例えばグリーンシート１２とその底面に貼着されたキャリアフィルム１３とで構成されている。加工物１１の厚みは例えば０．５ｍｍ以下であり、補助シート１０の厚みは例えば０．０３〜０．２ｍｍ程度である。
【００１３】
上記テーブル１の上方には、パルスレーザを加工物１１に向かって照射するレーザ発生装置２０が配置されている。レーザ発生装置２０は、周知のようにパルスレーザ光を出力するレーザ発振器２１、レーザ光の光路を変更するミラー２２、レーザ光を集光するレンズ２３、アシストガスをレーザ光に沿って吹き出すレーザヘッド２４などを備えている。この実施例ではエネルギー密度の高いＣＯ₂レーザを用いている。
【００１４】
ここで、上記構成のレーザ加工装置を用いて加工物１１に穴加工を行なう方法を説明する。
まず、シート保持プレート２上に補助シート１０を載せ、かつその上に加工物１１を載せた状態で、空洞７を真空吸引することで、補助シート１０および加工物１１をシート保持プレート２上に吸着保持する。特に、補助シート１０を紙のような柔軟な材料とした場合には、シート保持プレート２に馴染みやすく、加工物１１を水平に保持できる。そして、テーブル１をＸ，Ｙ方向に１ピッチずつ移動させながら、移動の度にレーザ発生装置２０によりパルスレーザ光を加工物１１に照射し、例えばφ０．２ｍｍの丸穴１１ａを多数個加工する。
穴加工後、真空吸引を中止することで、シート保持プレート２から補助シート１０および加工物１１を簡単に取り外すことができる。
【００１５】
図２はレーザ加工部分の詳細を示す。
レーザ光Ｌを加工物１１に照射し、穴１１ａを加工すると、穴１１ａを通過してきたレーザ光Ｌは補助シート１０で吸収され、同じく補助シート１０にも穴１０ａを開ける。そのため、加工物１１の裏面に補助シート１０の厚み分の空洞１０ａが形成され、飛散物や溶融物Ｓの逃げ場が確保される。しかも、補助シート１０が多孔質であるから、シート保持プレート２からの吸引力を利用して加工物１１の飛散物や溶融物Ｓを補助シート１０が吸着する。そのため、飛散物や溶融物Ｓの加工物１１の表面への付着や、穴詰まりを防止できる。
【００１６】
さらに、レーザ光Ｌの一部は加工物１１および補助シート１０を通ってシート保持プレート２にまで到達するが、シート保持プレート２の吸着面にはレーザ光に対する吸収率の高いアルミナ製カバー部材６が使用され、かつ吸着面がレーザ光を散乱させる粗面に形成されていることから、加工物１１への反射光を殆ど発生させず、加工穴１１ａが大きくなる恐れがない。
なお、シート保持プレート２の吸着面をアルミナのような高融点材料で形成することで、レーザ光によって損傷を受けず、シート保持プレート２は多数回の使用に耐えることができる。
【００１７】
本発明で用いるレーザ光はパルスレーザに限るものではない。したがって、レーザ加工の種類は、穴加工の他、切断加工やスクライビングなど、如何なる加工にも用いることが可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、シート保持プレートとセラミックグリーンシートとの間に、加工時に液相を持たずまたは微小時間しか液相を持たない材料で、加工物の加工温度より低い酸化燃焼点温度を有し、かつレーザ光に対して９０％以上の吸収率を持つ通気性を有する紙または布よりなる補助シートを介在させたので、セラミックグリーンシートの穴を通過してきたレーザ光によって補助シートが容易に加工され、セラミックグリーンシートの裏面に補助シートの厚み分の空洞が形成される。そのため、飛散物や溶融物の逃げ場を確保でき、飛散物や溶融物がセラミックグリーンシートに付着するのを少なくできる。
また、補助シートは液相を殆ど持たず、かつ酸化燃焼点がセラミックグリーンシートの加工温度より低いので、補助シートにレーザ光が吸収されて発生した熱がセラミックグリーンシートを加工するまでには至らず、溶融物が付着することもない。したがって、セラミックグリーンシート裏面への熱影響を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザ加工用シート保持装置の一例の構造図である。
【図２】図１に示すレーザ加工部分の拡大図である。
【符号の説明】
１テーブル
２シート保持プレート
６多孔質カバー部材
１０補助シート
１１加工物
１１ａ加工穴
２０レーザ発生装置

Claims

シート保持プレート上にセラミックグリーンシートを載置し、このセラミックグリーンシートにレーザを照射して穴加工または切断加工を行なう装置であって、
上記シート保持プレートはその表面に載置された物体を吸着保持する真空吸引手段を持ち、
上記シート保持プレートとセラミックグリーンシートとの間には補助シートが介装され、
上記補助シートは、レーザ加工時に液相を持たず、セラミックグリーンシートの加工温度より低い酸化燃焼点温度を有し、かつレーザ光に対して９０％以上の吸収率を持ち、さらに通気性を有する紙または布で形成されていることを特徴とするレーザ加工用シート保持装置。
上記セラミックグリーンシートの裏面にはキャリアフィルムが貼着されており、上記レーザによってセラミックグリーンシートと共にキャリアフィルムも加工されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用シート保持装置。
上記シート保持プレートの表面は、レーザ光を散乱させる粗面であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工用シート保持装置。