JP4224735B2

JP4224735B2 - レーザ加工機のフォーカスヘッド

Info

Publication number: JP4224735B2
Application number: JP19391998A
Authority: JP
Inventors: 啓二牧; 健次塚本
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: JP2000024790A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ加工機のフォーカスヘッドに関し、より詳しくはメタルマスク等の薄板状被加工物を加工するのに適したレーザ加工機のフォーカスヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ加工機のフォーカスヘッドとして、レーザ光線を集光する集光レンズを収容したハウジングと、このハウジングに取付けられてレーザ光線の光軸に沿って伸びるノズルとを備えている。
この種のフォーカスヘッドでは、被加工物にレーザ光線を照射する際に、その加工位置に向けて同時にアシストガスを吹付けるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メタルマスクに代表される薄い被加工物を加工する場合には、アシストガスによって被加工物が下方に撓んでしまうため、フォーカスポイントがずれて加工精度にバラツキが生じるといった欠点がある。
上述した問題点を解決するために、従来では被加工物の端部を引っ張って張力を付与したり、或は剣山やハニカム状の支持部材によって被加工物を下方から支持して撓みを防止することを行なっていた。
しかしながら前者の方法では、アシストガスの強い風圧に対して撓みを完全に防止することは困難で、やはりフォーカスポイントがずれることから効果的に加工精度のバラツキを防止することはできなかった。
また後者の方法では、剣山または支持部材のハニカムの間隔を狭くして被加工物の支持箇所を増やすことにより撓みを防止することはできるが、そのように支持箇所を増やすと、切断経路がその支持箇所上を通過したときにレーザ光線によって溶けた溶融部分が下方に抜けずに切断不良となってしまうため、やはり被加工物を完全に撓みなく支持することは困難で、加工精度のバラツキを防止することはできなかった。
ところでレーザ加工機による加工時には、切断部の裏面にドロス（溶融物が固まったもの）が付着している。このため従来では、加工終了後に被加工物の裏面を研磨してドロスを除去するようにしていたので、その分加工コストが高くなっていた。
本発明はそのような事情に鑑み、従来に比較して加工精度を向上させることができるとともに、加工コストを低減することができるレーザ加工機を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１の発明では、レーザ光線を集光する集光レンズを収容したハウジングと、このハウジングに設けられてレーザ光線の光軸に沿って伸び、アシストガスを被加工物に吹き付けるノズルとを備えたレーザ加工機のフォーカスヘッドにおいて、
一方の部材が磁石を有し、他方の部材がそれに吸着される磁石又は磁性体を有する第１部材と第２部材とを設け、上記第１部材をフォーカスヘッドに取付けるとともに、被加工物を第１部材と第２部材との間に挟持して該第２部材を被加工物の反対側から第１部材に吸着させて取付け、さらに上記第１部材に、該第１部材と上記ノズルと被加工物とによって形成される空間からアシストガスを外部に排出する排出口を設けたことを特徴とするものである。
また請求項２の発明では、上記第２部材は、第１部材に追従して移動する際に被加工物の裏面に付着したドロスをそぎ落とすリング状のスクレーパを備えることを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】
上述した請求項１の発明に構成によれば、フォーカスヘッドに取付けた第１部材とこれに吸着させた第２部材とにより、フォーカスヘッドの移動に追従して常に被加工物の加工位置を挟持することができるので、被加工物の加工位置が下方に撓むのを防止することができる。
そして被加工物の反対側に位置する第２部材は、レーザ光線のフォーカスポイントの真下を避けて吸着させておくことにより、切断不良を防止することができる。
その結果、従来のレーザ加工機に比較して被加工物の加工精度を効果的に向上させることができる。
また請求項２の発明によれば、第２部材が備えるスクレーパによりフォーカスヘッドの移動時にドロスをそぎ落とすことができるので、従来に比較して研磨工程を行なわない分だけ加工コストを低減することができる。
【０００６】
【実施例】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、１はレーザ加工機のフォーカスヘッドであり、このフォーカスヘッド１は図示しない従来周知の可動フレームに鉛直下方に向けて取付けられており、これによりフォーカスヘッド１は可動フレームによってＸ方向に移動することができるようになっている。
上記レーザ加工機によって加工される薄板状被加工物としてのメタルマスク２は、予め所定の枠状の治具３に撓みなく装着してあり、この状態でフォーカスヘッド１の下方に位置する図示しない加工テーブル上にセットされている。この加工テーブルは上記Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能に構成されており、加工テーブルとフォーカスヘッド１をＸ・Ｙ方向に移動させることにより、メタルマスク２に所定パターンの経路を形成することができるようになっている。メタルマスク２は一般にＳＵＳ等からなり、その厚さは通常0.3 mm以下である。
また、フォーカスヘッド１は図示しない昇降機構によって上記可動フレームに対して昇降自在に設けられており、それによって加工テーブル上のメタルマスク２にレーザ光線を照射する際のフォーカスポイントを調整することができるようになっている。
上記フォーカスヘッド１は、上記可動フレームに昇降可能に設けたハウジング４と、このハウジング４の下端外周に嵌装したノズル５とから構成してあり、上記ハウジング４の下端内方部に上記集光レンズ６を固定して設けている。
上記ハウジング４の外周部の所要位置には、図示しないがアシストガスの供給通路を形成してあり、メタルマスク２にレーザ光線を照射してレーザ加工を施す際に、この供給通路を介してハウジング４内にアシストガスを供給するようにしている。そしてハウジング４内に供給されたアシストガスは、ノズル５の内部空間を介してノズル口５Ａからメタルマスク２の加工位置に吹付けられるようになっている。
上記ノズル５は、ハウジング４の外周に気密を保持して摺動自在に嵌装されており、図示しないがノズル５とハウジング４との間に形成された圧力室内にノズル５の所要位置に形成した供給通路を介して圧縮空気を供給して、ノズル５の下端とメタルマスク２との間隔を一定に維持している。このような構成は既に特開平６−７１４７３号公報に記載されて周知なので、ここでの詳細な説明は省略する。
なおフォーカスヘッド１の右側に配置されているのは、メタルマスク２との距離を測定するタッチセンサ７であり、そのセンサ部８の先端を後に詳述する第１部材１１の下端と同じ高さに設定して、加工時に第１部材１１をメタルマスク２を下方に撓めることなくその表面に接触させることができるようにしている。他方、ノズル口５Ａはセンサ部８の先端よりも僅かに上方に設定しており、これによりノズル口５Ａは加工時にメタルマスク２の表面から僅かに上方に離隔するようになっている。
【０００７】
しかして、次にメタルマスク２を上下から挟持する相互に吸着する磁石からなる第１部材１１と第２部材１２、さらに第２部材１２に設けられてメタルマスク２の裏面に圧接されるスクレーパ１３について説明する。
上記第１部材１１は、複数のねじ１４によってノズルナット１５に固定した円筒状のブラケット１６の下端に取付けてあり、この円筒状のブラケット１６に沿ってリング状に形成されている。
他方、第２部材１２は、第１部材１１と同様にリング状に形成されて、メタルマスク２の反対側となる下方より自身の吸引力により第１部材１１に吸着させてあり、この第１部材１１と第２部材１２とによりメタルマスク２の加工位置、すなわちレーザ光線が照射されるとともに、アシストガスが吹付けられる位置の周囲を第１部材１１の下面に押付けて挟持している。
また、第２部材１２の上面に設けられたスクレーパ１３は、第２部材１２の一側面に固着されて、第１部材１１と第２部材１２の吸引力によりメタルマスク２の裏面に圧接させてあり、これによりスクレーパ１３と第１部材１１とで実質的にメタルマスク２を挟持している。また、環状のスクレーパ１３の上端部１３Ａは半径方向内方にむけて尖らせてあり、この尖った上端部１３Ａによりメタルマスク２の裏面に付着するドロス（図２の点線で示したもの）をそぎ落とすことができるようになっている。
さらに、第１部材１１の下端面には、低摩擦素材よりなる樹脂テープ１７が貼着してあり、この樹脂テープ１７の弾性により基盤と接触するメタルマスク２の表面が加工時に損傷するのを防止している。
そして図１に示すように、上記ブラケット１６の所定位置に、ノズル口５Ａからブラケット１６、ノズル４およびメタルマスク２によって形成された空間内に放出されるアシストガスを外部に排出する排出口１８を複数穿設している。
なお、第２部材１２（スクレーパ１３）を第１部材１１に着脱するのは、オペレータが行なうようにしてもよいし、また着脱用の機構を設けて自動で行なうようにしてもよい。
【０００８】
上述した構成によれば、第１部材１１と第２部材１２によりメタルマスク２の加工位置を常に上下から挟持しているので、アシストガスによって加工位置が下方に撓むのをほぼ完全に防止することができる。
またメタルマスク２の反対側に配置された第２部材１２は、フォーカスポイントの周囲を囲繞しているので、それにより切断経路中に切断不良が生じることはない。
そして、加工時にはフォーカスヘッド１および第１部材１１に追従して第２部材１２に設けたスクレーパ１３がメタルマスク２の裏面に圧接された状態で移動するので、このスクレーパ１３により加工時にメタルマスク２の裏側に付着するドロスを順次そぎ落としながら加工することができる。
これに対し、従来のレーザ加工機では、メタルマスクの端部を引っ張って張力を付与したり、或はメタルマスクを下方から剣山やハニカム状の支持部材によって支持してメタルマスクが下方に撓むのを防止していた。
また従来では、加工時にメタルマスクの裏面にドロスが付着することから、加工終了後にメタルマスクの裏面を研磨してドロスを除去するようにしていた。
しかしながら、従来ではメタルマスクの端部を引っ張ったり、或は剣山や支持部材を用いても撓みを効果的に防止することができなかったたため依然として加工精度にバラツキが生じていたが、本実施例では第１部材１１と第２部材１２により常にメタルマスク２の加工位置を上下から挟持して撓みを防止しているので、従来に比較して加工精度を効果的に向上させることができる。
また従来では、加工終了後にメタルマスクを研磨してドロスを除去するようにしていたので、その分加工コストが高くなっていたが、本実施例によればスクレーパ１３により加工時に同時にドロスを除去するようにしているので、従来に比較して研磨工程を行なわない分だけ加工コストを低減することができる。
【０００９】
なお上記実施例では、第１部材１１と第２部材１２とをそれぞれ磁石から構成していたが、これに限定されるものではなく、いずれか一方が磁性体から形成されていてもよく、さらにブラケット１６を磁性体から形成した場合には第１部材を省略して第２部材をこれに直接吸着させてもよい。
また上記実施例では、第２部材１２とスクレーパ１３とを別体としていたがこれに限定されるものではなく、第２部材自体にスクレーパ機能を持たせてもよい。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、第１部材と第２部材により上下から常にメタルマスクの加工位置を挟持しているので、従来に比較して被加工物の加工精度を効果的に向上させることができるという効果が得られる。
また請求項２の発明によれば、第２部材の備えるスクレーパにより加工時に同時にドロスを除去することができるので、従来に比較して研磨工程を行なわない分だけ加工コストを低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】第１部材１１および樹脂テープ１７、スクレーパ１３の拡大図。
【符号の説明】
１…フォーカスヘッド２…メタルマスク４…ハウジング
５…ノズル１１…第１部材１２…第２部材
１３…スクレーパ

Claims

レーザ光線を集光する集光レンズを収容したハウジングと、このハウジングに設けられてレーザ光線の光軸に沿って伸び、アシストガスを被加工物に吹き付けるノズルとを備えたレーザ加工機のフォーカスヘッドにおいて、
一方の部材が磁石を有し、他方の部材がそれに吸着される磁石又は磁性体を有する第１部材と第２部材とを設け、上記第１部材をフォーカスヘッドに取付けるとともに、被加工物を第１部材と第２部材との間に挟持して該第２部材を被加工物の反対側から第１部材に吸着させて取付け、さらに上記第１部材に、該第１部材と上記ノズルと被加工物とによって形成される空間からアシストガスを外部に排出する排出口を設けたことを特徴とするレーザ加工機のフォーカスヘッド。
上記第１部材と第２部材とは、それぞれリング状に形成されており、上記第２部材は、第１部材に追従して移動する際に被加工物の裏面に付着したドロスをそぎ落とすリング状のスクレーパを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機のフォーカスヘッド。