JP4717916B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザを位置決めする一対の位置決め光学系を備え、ワークの表面側と裏面側を一度に加工するようにしたレーザ加工装置に関する。

例えば、配線パターンが表面側と裏面側に形成されたいわゆる両面プリント基板を加工するため、レーザ発振器とレーザ発振器から出力されたレーザをワーク上の所望の位置に位置決めする一対の位置決め光学系を備え、ワークである両面プリント基板を挟むようにして２つの位置決め光学系を対向させて配置させておき、ワークの表面側と裏面側を一度に加工するようにしたレーザ加工装置が知られている（特許文献１参照）。

この技術によれば、ワーク裏面の加工を行う際にワークを裏返しにする必要がなく、また、ワークの位置決めも一度行えばよいので、段取り時間を短縮でき、加工能率を向上させることができるものである。

特表２００２−５２０１６３号公報

しかしながら、両面プリント基板等のワークをレーザで加工する場合、止まり穴だけでなく、貫通孔を加工する場合がある。上記従来技術の場合、ワークの表面側を加工する位置決め光学系と裏面側を加工する位置決め光学系とが同軸上に対向して配置されているため、貫通孔を加工すると、ワークを貫通した一方のレーザが他方の位置決め光学系を介して他方のレーザ発振器に戻り、他方のレーザ発振器を損傷させる場合があった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、ワークを貫通したレーザがレーザ発振器を損傷させることがなく、ランニングコストを低減することができるレーザ加工装置を提供することにある。

本発明は（例えば、図１及び図２参照）、レーザ発振器（１）から出力されたレーザを板状のワーク（３０）上の所定の位置に位置決めする位置決め光学系（２０ａ，２０ｂ）を有する一対の加工ヘッド（９ａ，９ｂ）を備え、前記一対の加工ヘッド（９ａ，９ｂ）を対向させて配置し、前記一対の加工ヘッドの位置決め光学系のうち一方の位置決め光学系（２０ａ）により前記ワーク（３０）の表面側を、前記一対の加工ヘッドの位置決め光学系のうち他方の加工ヘッド（２０ｂ）により前記ワーク（３０）の裏面側を、それぞれ加工するようにしたレーザ加工装置において、
前記各位置決め光学系（２０ａ，２０ｂ）は、前記ワーク（３０）の面に沿う第１の軸方向（Ｘ軸方向）及び前記第１の軸方向と直交し、前記ワーク（３０）の面に沿う第２の軸方向（Ｙ軸方向）にレーザを走査するスキャナ部（７ａ，７ｂ）と、前記スキャナ部（７ａ，７ｂ）を通過したレーザを集光して前記ワーク（３０）に照射するｆθレンズ（８ａ，８ｂ）と、を有し、
前記一方の位置決め光学系（２０ａ）の前記ｆθレンズ（８ａ）から照射されるレーザの第１の加工領域（１２ａ）と前記他方の位置決め光学系（２０ｂ）の前記ｆθレンズ（８ｂ）から照射されるレーザの第２の加工領域（１２ｂ）とが前記ｆθレンズ（８ａ，８ｂ）の主軸方向に重ならないように、前記各ｆθレンズ同士（８ａ，８ｂ）が前記主軸方向と直交する方向にずらして配置され、
前記ワーク（３０）の表面と裏面に対向させる一対の遮蔽板（１３ａ，１３ｂ）を備え、
前記一対の遮蔽板のうち一方の遮蔽板（１３ａ）には、前記第１の加工領域（１２ａ）よりも大きい第１の貫通孔（１４ａ）が形成され、
前記一対の遮蔽板のうち他方の遮蔽板（１３ｂ）には、前記第２の加工領域（１２ｂ）よりも大きい第２の貫通孔（１４ｂ）が形成され、
前記一方の遮蔽板（１３ａ）は、前記第１の貫通孔（１４ａ）が前記第１の加工領域（１２ａ）を包含するように前記一対の加工ヘッドのうち一方の加工ヘッド（２０ａ）に固定され、かつ前記他方の位置決め光学系（２０ｂ）より照射されて前記ワーク（３０）を貫通したレーザを遮蔽するように前記第２の加工領域（１２ｂ）を覆う長さに設定され、
前記他方の遮蔽板（１３ｂ）は、前記第２の貫通孔（１４ｂ）が前記第２の加工領域（１２ｂ）を包含するように前記一対の加工ヘッドのうち他方の加工ヘッド（２０ｂ）に固定され、かつ前記一方の位置決め光学系（２０ａ）より照射されて前記ワーク（３０）を貫通したレーザを遮蔽するように前記第１の加工領域（１２ａ）を覆う長さに設定されている、
ことを特徴とするレーザ加工装置（１００）にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

本発明によれば、レーザ発振器が破損することがなく、ランニングコストを低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるレーザ加工装置１００の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部側面図である。また、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視図である。

図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１と、光路を切り換える音響光学素子３と、コラム４０と、を備えている。

レーザ発振器１は、門形のコラム４０に載置されている。レーザ発振器１の光軸上には、レーザ２の光路を第１の光路４ａまたは第２の光路４ｂに切り換える音響光学素子３が配置されている。

そして、レーザ加工装置１００は、プリント基板等の板状のワーク３０の表面をレーザ２で加工するために、ミラー５ａ，６ａ及び位置決め光学系２０ａを備えている。更に、レーザ加工装置１００は、ワーク３０の裏面をレーザ２で加工するために、ミラー５ｂ，６ｂ及び位置決め光学系２０ｂを備えている。これら一対の位置決め光学系２０ａ，２０ｂの内、一方の位置決め光学系２０ａは、ワーク３０の表面側に配置され、他方の位置決め光学系２０ｂは、ワーク３０の裏面側に配置される。各位置決め光学系２０ａ，２０ｂは、レーザ発振器１から出力されたレーザ２をワーク３０上の所定の位置に位置決めするものである。

一方の位置決め光学系２０ａは、不図示の一対のミラーを回転自在に位置決めし、ワーク３０の表面に沿うＸ軸方向（第１の軸方向）及びＸ軸方向と直交し、ワーク３０の表面に沿うＹ軸方向（第２の軸方向）にレーザ２を走査するスキャナ部７ａと、スキャナ部７ａを通過したレーザ２を集光してワーク３０に照射するｆθレンズ８ａと、を有している。

他方の位置決め光学系２０ｂは、不図示の一対のミラーを回転自在に位置決めし、ワーク３０の裏面に沿うＸ軸方向（第１の軸方向）及びＸ軸方向と直交し、ワーク３０の裏面に沿うＹ軸方向（第２の軸方向）にレーザ２を走査するスキャナ部７ｂと、スキャナ部７ｂを通過したレーザ２を集光してワーク３０に照射するｆθレンズ８ｂと、を有している。

そして、第１の光路４ａ上には、ミラー５ａ，６ａ、スキャナ部７ａ及びｆθレンズ８ａが順次配置され、また、第２の光路４ｂ上には、ミラー５ｂ，６ｂ、スキャナ部７ｂ及びｆθレンズ８ｂが順次配置されている。

これら一対の位置決め光学系２０ａ，２０ｂにより、ワーク３０の表裏面を加工することができる。

ここで、ｆθレンズ８ａとｆθレンズ８ｂの直径は同一である。また、ｆθレンズ８ａ，８ｂの直径をＤとするとき、レーザ２の位置決め領域である加工領域（走査エリア）は、直径Ｄの円に内接する正方形、すなわち、１辺の長さがＤ／√２角以下の大きさであり、通常５０ｍｍまたは３０ｍｍ角である。本実施の形態では、図１に示すように、ｆθレンズ８ａとｆθレンズ８ｂの主軸のＸ座標（第１の軸方向）は同一、Ｙ座標（第２の軸方向）はＬ（ただし、Ｌ＞Ｄ／√２）だけずれている。

スキャナ部７ａ（７ｂ）は、構成が同じである２個のスキャナ７ａｘ，７ａｙ（７ｂｘ、７ｂｙ）からなり、スキャナ７ａｘ（７ｂｘ）におけるモータの出力軸の軸線とスキャナ７ａｙ（７ｂｙ）におけるモータの出力軸の軸線は、直交方向（いわゆるねじれの方向）に配置されている。そして、スキャナ７ａｘ（７ｂｘ）はプリント基板等のワーク３０上の加工領域（走査エリア）においてレーザ２をＸ軸方向に走査し、スキャナ７ａｙ（７ｂｙ）はレーザ２をＹ軸方向に走査する。

位置決め光学系２０ａ，２０ｂはそれぞれ加工ヘッド９ａ、９ｂに支持されている。

加工ヘッド９ａのワーク３０と対向する側には、断面が角パイプ状のサポート１０ａが配置されている。図２に示すように、サポート１０ａの中空部１１ａの１辺の長さは、ｆθレンズ８ａの直径で定まる図２中２点鎖線で示す加工領域（第１の加工領域）１２ａの１辺の長さよりも長い。サポート１０ａは中空部１１ａの軸線がｆθレンズ８ａの主軸と同軸、かつ、加工領域１２ａを包含するようにして加工ヘッド９ａに固定されている。

同様に、加工ヘッド９ｂのワーク３０と対向する側には、断面が角パイプ状のサポート１０ｂが配置されている。サポート１０ｂの中空部１１ｂ（図２）の１辺の長さは、ｆθレンズ８ｂの直径で定まる図２中２点鎖線で示す加工領域（第２の加工領域）１２ｂの１辺の長さよりも長い。サポート１０ｂは中空部１１ｂの軸線がｆθレンズ８ｂの主軸と同軸、かつ、加工領域１２ｂを包含するようにして加工ヘッド９ｂに固定されている。

ところで、本実施の形態では、各位置決め光学系２０ａ，２０ｂのｆθレンズ８ａ，８ｂから照射されるレーザ２の位置決め領域としての加工領域１２ａ，１２ｂがｆθレンズ８ａ，８ｂの主軸方向に重ならないように、各ｆθレンズ８ａ，８ｂ同士を主軸方向と直交する方向（Ｙ軸方向）にずらして配置している。

具体的に説明すると、位置決め光学系２０ａ，２０ｂ及びサポート１０ａ，１０ｂを支持している加工ヘッド９ａ，９ｂ同士を互いに主軸方向と直交する方向（Ｙ軸方向）にずらして配置している。

そして、本実施の形態のレーザ加工装置１００は、ワーク３０の表面と裏面に対向させる一対の平板状の遮蔽板１３ａ，１３ｂを備えている。

一方の位置決め光学系２０ａ側のサポート１０ａのワーク３０と対向する側には、一方の遮蔽板１３ａが配置されている。遮蔽板１３ａには貫通孔（第１の貫通孔）１４ａが形成されている。貫通孔１４ａの１辺の長さは一方の加工領域１２ａの１辺の長さよりも長い。つまり、遮蔽板１３ａには、加工領域１２ａよりも大きい貫通孔１４ａが形成されている。遮蔽板１３ａは、貫通孔１４ａの軸線がｆθレンズ８ａの主軸と同軸、かつ、加工領域１２ａを包含するようにしてサポート１０ａに固定されている。遮蔽板１３ａのＹ軸方向の長さは、少なくともｆθレンズ８ｂの直径で定まる図２に２点鎖線で示す加工領域１２ｂを覆う長さである。つまり、一方の遮蔽板１３ａは、他方の加工領域１２ｂと対向している。

同様に、他方の位置決め光学系２０ｂ側のサポート１０ｂのワーク３０と対向する側には、他方の遮蔽板１３ｂが配置されている。遮蔽板１３ｂには貫通孔（第２の貫通孔）１４ｂが形成されている。貫通孔１４ｂの１辺の長さは他方の加工領域１２ｂの１辺の長さよりも長い。つまり、遮蔽板１３ｂには、加工領域１２ｂよりも大きい貫通孔１４ｂが形成されている。遮蔽板１３ｂは、貫通孔１４ｂの軸線がｆθレンズ８ｂの主軸と同軸、かつ、加工領域１２ｂを包含するようにしてサポート１０ｂに固定されている。遮蔽板１３ｂのＹ軸方向の長さは、少なくともｆθレンズ８ａの直径で定まる加工領域１２ａを覆う長さである。つまり、他方の遮蔽板１３ｂは、一方の加工領域１２ａと対向している。

ワーク３０は図示を省略するワーク支持装置に支持され、図示を省略する駆動装置により、Ｘ，Ｙ軸方向に移動自在である。

次に、本実施の形態のレーザ加工装置１００の動作を説明する。

レーザ発振器１から出力されたレーザ２は、音響光学素子３により光路を交互に変更されてミラー５ａ，６ａまたはミラー５ｂ，６ｂを介してスキャナ部７ａまたはスキャナ部７ｂに入射し、それぞれ光路をＸ，Ｙ軸方向に位置決めされ、ｆθレンズ８ａまたはｆθレンズ８ｂを透過してワーク３０に入射し、ワーク３０を加工する。なお、このレーザ加工装置は、ワーク３０の一方の面だけを加工することもできる。

一方の位置決め光学系２０ａのｆθレンズ８ａを透過し、さらにワーク３０を透過（貫通）したレーザ２は、他方の遮蔽板１３ｂに入射して吸収される（熱に変換される）。同様に、他方の位置決め光学系２０ｂのｆθレンズ８ｂを透過し、さらにワーク３０を透過（貫通）したレーザ２は、一方の遮蔽板１３ａに入射して吸収される（熱に変換される）。

つまり、一方の位置決め光学系２０ａのｆθレンズ８ａを透過し、さらにワーク３０を貫通したレーザ２は、他方の遮蔽板１３ｂで遮蔽され、他方の位置決め光学系２０ｂのｆθレンズ８ｂを透過し、さらにワーク３０を貫通したレーザ２は、一方の遮蔽板１３ａで遮蔽される。

このように、それぞれの加工領域１２ａ，１２ｂが主軸方向に重ならないように、２個のｆθレンズ８ａ，８ｂの主軸を当該主軸と直交する方向にずらせて配置しているので、一方のｆθレンズ８ａから照射されたレーザ２がワーク３０を貫通した際に他方のｆθレンズ８ｂを介してレーザ発振器１に戻ることはなく、他方のｆθレンズ８ｂから照射されたレーザ２がワーク３０を貫通した際に一方のｆθレンズ８ａを介してレーザ発振器１に戻ることはない。したがって、レーザ発振器１を損傷させることがなく、また、ワーク３０を裏返しにすることなくワーク３０の両面を加工できるので、ランニングコストを低減することができる。

さらに、各遮蔽板１３ａ，１３ｂでワーク３０を貫通したレーザ２が遮蔽されるので、レーザ発振器１以外の機器も損傷させることはない。

なお、加工領域１２ａ、１２ｂ内の加工が終了したら、ワーク３０を移動させ、次の被加工領域を加工領域１２ａ、１２ｂに一致させる。

以上、上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記実施の形態では、１つのレーザ発振器１を用いて各位置決め光学系２０ａ，２０ｂにレーザを振り分ける場合について説明したが、レーザ加工装置が各位置決め光学系に対応するように一対のレーザ発振器を備える場合であってもよい。

また、上記実施の形態では、ｆθレンズ８ａ，８ｂの主軸をＹ軸方向にずらす場合について説明したが、Ｘ軸方向にずらすようにしてもよい。

本発明の実施の形態におけるレーザ加工装置の構成図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視図である。

符号の説明

１ レーザ発振器
７ａ，７ｂ スキャナ部
８ａ，８ｂ ｆθレンズ
１２ａ，１２ｂ 位置決め領域（加工領域）
１３ａ，１３ｂ 遮蔽板
２０ａ，２０ｂ 位置決め光学系
３０ ワーク
１００ レーザ加工装置

Claims (1)

1. レーザ発振器から出力されたレーザを板状のワーク上の所定の位置に位置決めする位置決め光学系を有する一対の加工ヘッドを備え、前記一対の加工ヘッドを対向させて配置し、前記一対の加工ヘッドの位置決め光学系のうち一方の位置決め光学系により前記ワークの表面側を、前記一対の加工ヘッドの位置決め光学系のうち他方の位置決め光学系により前記ワークの裏面側を、それぞれ加工するようにしたレーザ加工装置において、
   前記各位置決め光学系は、前記ワークの面に沿う第１の軸方向及び前記第１の軸方向と直交し、前記ワークの面に沿う第２の軸方向にレーザを走査するスキャナ部と、前記スキャナ部を通過したレーザを集光して前記ワークに照射するｆθレンズと、を有し、
   前記一方の位置決め光学系の前記ｆθレンズから照射されるレーザの第１の加工領域と前記他方の位置決め光学系の前記ｆθレンズから照射されるレーザの第２の加工領域とが前記ｆθレンズの主軸方向に重ならないように、前記各ｆθレンズ同士が前記主軸方向と直交する方向にずらして配置され、
   前記ワークの表面と裏面に対向させる一対の遮蔽板を備え、
   前記一対の遮蔽板のうち一方の遮蔽板には、前記第１の加工領域よりも大きい第１の貫通孔が形成され、
   前記一対の遮蔽板のうち他方の遮蔽板には、前記第２の加工領域よりも大きい第２の貫通孔が形成され、
   前記一方の遮蔽板は、前記第１の貫通孔が前記第１の加工領域を包含するように前記一対の加工ヘッドのうち一方の加工ヘッドに固定され、かつ前記他方の位置決め光学系より照射されて前記ワークを貫通したレーザを遮蔽するように前記第２の加工領域を覆う長さに設定され、
   前記他方の遮蔽板は、前記第２の貫通孔が前記第２の加工領域を包含するように前記一対の加工ヘッドのうち他方の加工ヘッドに固定され、かつ前記一方の位置決め光学系より照射されて前記ワークを貫通したレーザを遮蔽するように前記第１の加工領域を覆う長さに設定されている、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。

Images