JP4687657B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ発振器を搭載したレーザ加工装置に関するものである。

近年、携帯電話を代表とする携帯端末は、小型軽量化、多機能化が一段と進行している。これに伴い、レーザ加工機の代表的な被加工物である携帯端末用プリント基板は、多層基板を用いて集積度を向上させたものが使用されてきたが、近年の携帯端末の小型化・多機能化に対応するため、実装される半導体部品とともに、プリント基板の集積度向上の要求から、プリント基板加工装置においても、従来に比べてより微細な加工が要求されている。

また、プリント基板に微細穴加工を行うレーザ加工装置には、高い生産効率が要求されており、搬送系、加工系の速度向上が継続して図られてきた。

一般的に、プリント基板レーザ加工装置では、セットされた基板または搬送されてくる基板を取り込み、加工位置へ移動し、加工終了後に取り出す搬送系の部分と、位置決めされた基板に微細穴加工を実施する加工系の部分に大別される、
中でも、レーザ加工装置の生産性を決定付ける加工系の速度向上においては、加工ヘッド数の増加（基板１枚あたり複数の加工ヘッド、すなわち複数に分岐したレーザにより同時加工を行う）、移動テーブル（ＸＹテーブル）の速度・応答性向上、レーザビーム走査部の速度向上がなされてきた（例えば特許文献１参照）。

通常のレーザ加工装置では、レーザビームの走査部にガルバノスキャナが使用されている。ガルバノスキャナは、ガルバノモータにガルバノミラー（図示せず）を取り付けたガルバノ装置を互いに直行する状態で組み合わせたものである。ガルバノスキャナにおいては、近年の性能改善が著しく、アナログ制御からデジタル制御へ、また位置決め速度も数年前の数百Ｈｚから、近年では数キロＨｚへと大きく改善されてきた。

ガルバノスキャナ１２の従来の構成図を図７に示す。

７１は保持部で、この保持部７１は、ｘガルバノモータ７２ｘ及びｙガルバノモータ７２ｙの２つのモータを直交するように保持する機能を有する。ｘガルバノモータ７２ｘは、Ｘ方向の走査を行う。ｙガルバノモータ７２ｙは、Ｙ方向の走査を行う。７３ホルダは保持部を装置に固定する機能を有する。

このように構成されたガルバノスキャナにおいて、ガルバノスキャナ１２の高速化により、走査ミラーの動作が高速となるため、その高速反復動作の際に生じる反力への対応と、高速位置決めを繰り返すことにより生じる振動および複数のガルバノモータの振動が原因となって生じる共振により、加工精度が悪化することが課題となっている。この課題に対して、従来では、個々のガルバノスキャナの振動特性に合わせて、ガルバノモータの制御にノッチフィルタを設ける、ガルバノスキャナの動作速度を遅くする等、ソフトウェアによる共振対策が実施されてきた。
特開平０７−３２１８３号公報

しかし、従来のレーザ加工装置では、加工ヘッドの増加、ガルバノスキャナの高速化、ＸＹテーブルの高速化に伴い、ガルバノモータの制御にノッチフィルタを設ける、ガルバノスキャナの動作速度を遅くする等の従来の方法では振動を抑制できなくなり、ガルバノスキャナの振動により位置決め精度が悪化するという課題を有していた。

本発明は、ガルバノスキャナの振動を抑制して高精度かつ高生産性を有するレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光と被照射物の間に配置し、かつ前記レーザ光の照射位置を変更するミラーと前記ミラーを駆動するモータを有したガルバノ装置と、前記ガルバノ装置を保持する保持部と、前記保持部を取り付ける第１のフレームを備え、前記保持部を鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料、好ましくは鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金を用いて、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状としている。

また、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光と被照射物の間に配置し、かつ前記レーザ光の照射位置を変更するミラーと前記ミラーを駆動するモータを有したガルバノ装置と、前記ガルバノ装置を保持する保持部と、前記保持部を取り付ける第１のフレームを備え、前記保持部と第１のフレームとの間に、鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料、好ましくは鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金にて形成され、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした保持部とフレームの間で振動伝播を吸収する、第１のスペーサを配置している。

また、前記保持部を第１のフレームと挟持する第２のフレームを設け、前記保持部と第２のフレームの間に、鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料、好ましくは鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金にて形成され、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした保持部とフレームの間で振動伝播を吸収する第２のスペーサを配置している。

また、前記ガルバノモータと保持部の間に、鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料、好ましくは鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金にて形成され、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした保持部とフレームの間で振動伝播を吸収する、第３のスペーサを配置している。

本発明は上記構成により、直交する２つのガルバノモータの相互の振動の影響を抑制することができ、かつ、複数ヘッドのレーザ加工機においては、１組のガルバノスキャナの振動が他のヘッドに影響することを防止することができ、相互の振動の影響、あるいは共振を原因とする精度不良を防止し、高精度な加工を実現することができる。

以上のように、本発明によれば、直交する２つのガルバノモータの高速運動時の相互の振動の影響を抑制することができ、かつ、複数ヘッドのレーザ加工機においては、１組のガルバノスキャナの振動が他のヘッドに影響することを防止することができ、相互の振動の影響、あるいは共振を原因とする精度悪化を防止することができ、高精度な加工を実現することができる。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図６は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の全体構成を説明するための概略構成図である。本発明の形態にかかるレーザ加工装置は、図６に示すように、加工装置制御部６０と、レーザ発振機６１と、ガルバノモータ１２ｘ、１２ｙとそれぞれの軸端に取り付けたガルバノミラー１２ａ、１２ｂを有するガルバノスキャナ１２と、光学レンズ及び反射ミラー等により構成される光学系６９とｆθレンズ６３と、ＸＹテーブル６７と、加工ヘッド６４と、被加工物載置部６５とを備えて構成されている。そして、被加工物載置部６５上に加工対象物である被加工物６６が載置され、加工が行われる。

このように構成された本実施の形態にかかるレーザ加工装置において、その動作を説明する。

レーザ発振機から出射されたレーザビーム６１ａが、光学系６９を通って、加工ヘッド６４に導入される。図６において、Ｚ軸方向は、ＸＹ軸がなす平面に垂直な方向であり、Ｘは紙面に平行な方向、Ｙは紙面に垂直な方向であり、ＸＹＺ軸はそれぞれ直角の方向にある。

レーザビーム６１ａは、光学系６９を通過し、要求される形状に整形されるとともに、必要とされるエネルギー分布を与えられる。レーザビーム６１ａは、ガルバノスキャナ１２によりＸＹ方向に出射方向を制御され、ｆθレンズ６３を経て被加工物上の加工点に集光される。
ガルバノスキャナ１２のスキャンエリア内の加工が終了すると、ＸＹテーブル６７が移動し、載置部６５に保持された被加工物６６の未加工エリアがガルバノスキャナ１２の加工範囲へ入るように動作し、加工を再開する。これらの加工・移動を繰り返し、ガルバノスキャナ１２の加工エリアよりも大きな被加工物６６を加工する。
（実施の形態１）
次に、図１を用いて本発明の具体的な形態について説明する。

図１は、ガルバノスキャナ１２の主要部を示すもので、図において、１１はｘガルバノモータ１２ｘとｙガルバノモータ１２ｙを保持する保持部で、加工ヘッド６４に取り付けた第1のフレーム１３に取り付けられている。

そして、２つのガルバノモータを直交する形で高精度に保持している保持部１１に制震特性に優れた材料を使用することにより、課題を解決している。

すなわち、保持部１１は、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性において、通常の鉄鋼あるいはステンレス等の一般的な構造部材に比べて、優れた振動減衰特性を持つ材料を用いて構成されている。

これにより、ｘガルバノモータ１２ｘの振動がｙガルバノモータ１２ｙに伝達するまでに減衰し、モータの振動が他のモータに伝達されることがなく、また、相互の振動による共振作用によりガルバノスキャナ自体の振動による精度悪化を防止することができ、高精度な加工を実現することができる。

なお、本発明の実施にあたっては、鉄を主原料としてアルミニウム以外の軽金属を配合した振動減衰特性を有した合金を使用することによっても同様の効果を発揮するものである。
（実施の形態２）
次に図２を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。

図２は、ガルバノスキャナ１２の主要部を示すもので、図において、２１はｘガルバノモータ１２ｘとｙガルバノモータ１２ｙを保持する保持部で、２つのガルバノモータを直交する形で高精度に保持している。

そして、加工ヘッド６４に取り付けた第1のフレーム２３と保持部２１の間に鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性に優れた材料を用いた第1のスペーサ２４を挟持した構成にしている。

このことにより、ガルバノスキャナ１２の振動が、装置本体を介して他のガルバノスキャナ（図示せず）に影響することを防止することができる。

また、同様に、装置本体から他のガルバノスキャナあるいは装置の可動部分（例えばＸＹテーブル等）あるいは装置外部からの振動がガルバノスキャナに伝播することを防止することができ、単独あるいは複数のガルバノスキャナによる同時加工を実施するレーザ加工装置において、有害振動の伝播および複数スキャナ間での共振を防止することができ、高速、高精度な加工を実現することができる。
（実施の形態３）
次に図３を用いて本発明の第３の実施の形態について説明する。

図３は、ガルバノスキャナ１２の主要部を示すもので、図において、保持部３１を第１のフレーム３３と挟持する第２のフレーム３５を設け、保持部３１と第1のフレーム３３の間に、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性に優れた材料を用いた第１のスペーサ３４を配置し、保持部３１と第２のフレーム３５の間に、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性に優れた材料を用いた第２のスペーサ３６を配置し、直交する２個のガルバノモータ１２ｘ、１２ｙを搭載可能な形状とした保持部３１と各フレーム３３，３５の間で振動伝播を吸収する。なお、各フレーム３３，３５は（図示しないがフレーム３５は図面垂直方向で）加工ヘッド６４に取り付けられている。

これにより、保持部３１の自由端をなくし、かつ、ガルバノスキャナの高速運動時の振動が他のガルバノスキャナ（図示せず）に影響することを防止できる。

したがって、保持部の自由端に近い側に取り付けられたガルバノモータの振動振れ幅を減少させ、複数ヘッドのレーザ加工機においては、１組のガルバノスキャナの振動が他のヘッドに影響することを防止することができ、相互の振動の影響、あるいは共振を原因とする精度不良を防止し、高精度な加工を実現することができる。
（実施の形態４）
次に図４を用いて本発明の第４の実施の形態について説明する。

図４は、ガルバノスキャナ１２の主要部を示すもので、図において、４１はｘガルバノモータ１２ｘとｙガルバノモータ１２ｙを保持する保持部で、加工ヘッド６４に取り付けた第1のフレーム４３に取り付けられている。

そして、２つのガルバノモータを直交する形で高精度に保持している保持部４１と各ガルバノモータ１２ｘ、１２ｙの間に、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性において、通常の鉄鋼あるいはステンレス等の一般的な構造部材に比べて、優れた振動減衰特性を持つ材料、または同様の機能を有する材料よりなる第３のスペーサ４７ｘ、４７ｙを夫々挟み込むことにより、振動の発生源であるガルバノモータ１２の振動が保持部に伝播することを防止することができる。

この方法によれば、ひとつのガルバノスキャナにおいて、ｘガルバノモータ１２ｘの振動がｙガルバノモータ１２ｙに伝播すること、あるいはその逆の経路での振動伝播を防止することができ、かつ、スキャナ１２全体の振動が装置取り付け部に及ぼす影響をなくすことができ、高精度な加工を実現することができる。
（実施の形態５）
次に図５を用いて本発明の第５の実施の形態について説明する。

図５は、ガルバノスキャナ１２の主要部を示すもので、図において、保持部５１を第１のフレーム５３と挟持する第２のフレーム５５を設け、保持部５１と第1のフレーム５３の間に、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性に優れた材料を用いた第１のスペーサ５４を配置し、保持部５１と第２のフレーム５５の間に、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性に優れた材料を用いた第２のスペーサ５６を配置し、直交する２個のガルバノモータ１２ｘ、１２ｙを搭載可能な形状とした保持部５１と各フレーム５３，５５の間で振動伝播を吸収する。なお、各フレーム５３，５５は（図示しないがフレーム５５は図面垂直方向で）加工ヘッド６４に取り付けられている。

これにより、保持部５１の自由端をなくし、かつ、ガルバノスキャナの高速運動時の振動が他のガルバノスキャナ（図示せず）に影響することを防止できる。したがって、保持部の自由端に近い側に取り付けられたガルバノモータの振動振れ幅を減少させ、複数ヘッドのレーザ加工機においては、１組のガルバノスキャナの振動が他のヘッドに影響することを防止することができ、相互の振動の影響、あるいは共振を原因とする精度不良を防止し、高精度な加工を実現することができる。

また、２つのガルバノモータを直交する形で高精度に保持している保持部５１と各ガルバノモータ１２ｘ、１２ｙの間に、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金であり、振動減衰特性において、通常の鉄鋼あるいはステンレス等の一般的な構造部材に比べて、優れた振動減衰特性を持つ材料、または同様の機能を有する材料よりなる第３のスペーサ５７ｘ、５７ｙを夫々挟み込むことにより、振動の発生源であるガルバノモータ１２の振動が保持部に伝播することを防止することができる。

この方法によれば、ひとつのガルバノスキャナにおいて、ｘガルバノモータ１２ｘの振動がｙガルバノモータ１２ｙに伝播すること、あるいはその逆の経路での振動伝播を防止することができ、かつ、スキャナ１２全体の振動が装置取り付け部に及ぼす影響をなくすことができ、高精度な加工を実現することができる。

以上の実施の形態で説明したように、保持部に制震特性を持つ鉄とアルミニウムの合金を使用するもの、フレームに制震特性を持つ前記制震部材を用いるもの、保持部を狭持するフレームと保持部との間に前記制震材料を配置するもの、制震特性をもつ部材を、ガルバノモータあるいはその保持部、あるいはフレームの相互の載置部に取りつけることにより、効果を発揮するものであり、上述した実施の形態を、単独あるいは組み合わせて実施することにより、レーザ加工機の個々の機械的特性あるいは制御上の特徴により生じる装置の振動特性に合わせて、振動を原因とする精度悪化を防止しすることができる。

本発明のレーザ加工装置は、ガルバノスキャナの高速化に対応して、スキャナから発生する振動およびスキャナに伝播する振動を遮断することができ、高速、高精度を要求されるプリント基板穴あけレーザ加工装置などに有用である。

本発明の実施の形態１における具体的構造を示す図 本発明の実施の形態２における具体的構造を示す図 本発明の実施の形態３における具体的構造を示す図 本発明の実施の形態４における具体的構造を示す図 本発明の実施の形態５における具体的構造を示す図 本発明の実施の形態の全体構成を示す図 従来の方法を示す図

符号の説明

１１、２１、３１、４１、５１ 保持部
１２ｘ ｘガルバノモータ
１２ｙ ｙガルバノモータ
１２ａ、１２ｂ ガルバノミラー
１３、２３、３３、４３、５３ 第１のフレーム
２４、３４、５４ 第１のスペーサ
３５、５５ 第２のフレーム
３６、５６ 第２のスペーサ
４７ｘ、４７ｙ、５７ｘ、５７ｙ 第３のスペーサ

Claims (5)

1. レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光と被照射物の間に配置し、かつ前記レーザ光の照射位置を変更するミラーと前記ミラーを駆動するモータを有したガルバノ装置と、前記ガルバノ装置を保持する保持部と、前記保持部を取り付ける第１のフレームを備え、前記保持部を鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料を用いて、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした、レーザ加工装置であって、
   鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ前記材料として、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金を使用するレーザ加工装置。
2. レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光と被照射物の間に配置し、かつ前記レーザ光の照射位置を変更するミラーと前記ミラーを駆動するモータを有したガルバノ装置と、前記ガルバノ装置を保持する保持部と、前記保持部を取り付ける第１のフレームを備え、前記保持部と第１のフレームとの間に、鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料にて形成され、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした保持部とフレームの間で振動伝播を吸収する、第１のスペーサを配置したレーザ加工装置であって、
   鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ前記材料として、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金を使用するレーザ加工装置。
3. 前記保持部を第１のフレームと挟持する第２のフレームを設け、前記保持部と第２のフレームの間に、鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料にて形成され、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした保持部とフレームの間で振動伝播を吸収する第２のスペーサを配置した請求項２記載のレーザ加工装置。
4. 前記ガルバノモータと保持部の間に、鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料にて形成され、直交する２個のガルバノモータを搭載可能な形状とした保持部とフレームの間で振動伝播を吸収する、第３のスペーサを配置した請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
5. 鉄鋼あるいはステンレスで形成された構造部材に比べて高い振動減衰特性をもつ材料として、鉄を主原料として２〜１０重量％のアルミニウムを配合した合金を使用する請求項３または４に記載のレーザ加工装置。

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