JP5012147B2 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に対し、レーザ光線の照射によって穴を形成するためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

可撓性を有する（すなわち、自立性のない）略四角形シート状の被加工物として、例えば印刷配線板の構成部材であるプリプレグがある。印刷配線板は年々薄型化されており、そのプリプレグは、可撓性を有するシート状の部材となってきている。そのような印刷配線板の新たな製造方法も開発されており、例えば、予めプリプレグに穴を形成しておき、その穴に導電性ペースト等を埋め込んだ後、加熱プレスする方法が携帯電話機等の部品として用いられる印刷配線板に広く採用されている。

上述したようなプリプレグ等、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に対する穴の形成は、自立性を有する板状の被加工物に対する穴の形成に用いられてきた従来の数値制御（ＮＣ）穴開け機によって行われるのが一般的である。

例えば、特許文献１には、図４に示されるように、貫通穴１ａが形成された冶具板１上に、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物Ｓを水平に載置し、冶具板１の貫通穴１ａに対応する位置にレーザ光線Ｌを照射することで被加工物Ｓに穴Ｈを形成するレーザ加工方法が記載されている。

また、特許文献２には、図５に示されるように、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物Ｓの両端をチャックして外側に張力をかけることにより被加工物Ｓを水平に保持し、所定の位置にレーザ光線Ｌを照射することで被加工物Ｓに穴Ｈを形成するレーザ加工方法が記載されている。
特開２００２−２４８５９３号公報 特開平１０−２９６４７３号公報

しかしながら、特許文献１記載のレーザ加工方法にあっては、被加工物の種類毎に専用の冶具板を準備しなければならないため、低コスト化が妨げられるおそれがある。更に、被加工物に形成する穴間のピッチが小さい場合には、冶具板の貫通穴が接近し過ぎるという問題もある。

また、特許文献２記載のレーザ加工方法にあっては、張力の大きさによって、被加工物が伸びたり、或いは被加工物が湾曲するように垂れ下がったりし、その状態で穴が形成されるため、穴の形成位置の精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に穴を形成するに際し、低コスト化及び穴の形成位置の高精度化を図ることができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に対し、レーザ光線の照射によって穴を形成するためのレーザ加工方法であって、被加工物の第１の角部を固定した状態で、第１の角部と隣り合う第２の角部に対し、第１の角部と第２の角部とを通る直線方向に張力をかけると共に、残りの第３の角部及び第４の角部に対し、任意の方向に張力をかけることで、被加工物を張り、被加工物を張った状態で、被加工物の所定の位置にレーザ光線を照射することで、穴を形成し、被加工物が張られた後であってレーザ光線が照射される前に、被加工物の周縁部を略四角形環状の仮固定枠により保持することを特徴とする。

このレーザ加工方法によれば、被加工物の種類毎に専用の冶具板等を準備しなくても、被加工物の伸びや湾曲等の変形を抑制して、被加工物を略平面に維持することができる。そのため、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に穴を形成するに際し、低コスト化及び穴の形成位置の高精度化を図ることができる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、被加工物が張られた後であってレーザ光線が照射される前に、第２の角部、第３の角部及び第４の角部にかける張力を略一定とすることが好ましい。これによれば、被加工物の伸び等の変形をより一層確実に抑制することができる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、被加工物の周縁部の保持は、真空吸着によって行われることが好ましい。これによれば、より一層確実且つ容易に被加工物を略平面に維持することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に対し、レーザ光線の照射によって穴を形成するためのレーザ加工装置であって、被加工物の第１の角部を固定した状態で、第１の角部と隣り合う第２の角部に対し、第１の角部と第２の角部とを通る直線方向に張力をかけると共に、残りの第３の角部及び第４の角部に対し、任意の方向に張力をかけることで、被加工物を張り、被加工物を張った状態で、被加工物の所定の位置にレーザ光線を照射することで、穴を形成し、被加工物が張られた後であってレーザ光線が照射される前に、被加工物の周縁部を略四角形環状の仮固定枠により保持することを特徴とする。

本発明に係るレーザ加工装置においては、被加工物が張られた後であってレーザ光線が照射される前に、第２の角部、第３の角部及び第４の角部にかける張力を略一定とすることが好ましい。

本発明に係るレーザ加工装置においては、前記被加工物の前記周縁部の保持は、真空吸着によって行われることが好ましい。

本発明によれば、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に穴を形成するに際し、低コスト化及び穴の形成位置の高精度化を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜３に示されるように、レーザ加工装置１０は、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物Ｓに対し、レーザ光線Ｌの照射によって穴Ｈを形成するためのものである。レーザ加工装置１０は、被加工物Ｓを張る展張装置１１と、被加工物Ｓの周縁部を保持する仮固定枠１２と、レーザ光線Ｌを出射するレーザヘッド１３と、を備えている。

展張装置１１は、図１に示されるように、被加工物Ｓの角部Ａ１の点Ｐ１を固定した状態で、角部Ａ１と隣り合う（隣接する）角部Ａ２の点Ｐ２に対し、点Ｐ１と点Ｐ２とを通る直線（図１における一点鎖線）方向に張力（テンション）をかけると共に、残りの角部Ａ３の点Ｐ３及び角部Ａ４の点Ｐ４に対し、任意の方向に張力（テンション）をかけることで、被加工物Ｓを張る（展張する）。つまり、点Ｐ１は固定点（固定端）であり、点Ｐ３，Ｐ４は自由点（自由端）である。これにより、被加工物Ｓは、弛みのない良好な平面状態で保持されることになる。なお、点Ｐ２〜Ｐ４にかける張力の向きは、被加工物Ｓを張る向き（すなわち、被加工物Ｓを広げる向き）である。

このように、展張装置１１は、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物Ｓを弛みのない良好な平面状態で保持する機構を有しているため、被加工物Ｓに反りや歪みがある場合であっても良好な平面状態での被加工物Ｓの中空保持を実現することができる。このような良好な平面状態での被加工物Ｓの中空保持は、次の理由により極めて重要である。すなわち、レーザ光線Ｌの照射によって被加工物Ｓに穴Ｈを形成する際に問題となるのは、穴Ｈの形成位置の精度の低下や穴径のばらつきであり、これらの問題は、中空保持された被加工物Ｓの平面状態に影響され易いという理由である。

このとき、被加工物Ｓに張力がかかり過ぎると、レーザ光線Ｌの照射の前後で被加工物Ｓの伸縮が大きくなり、穴Ｈの形成位置の精度の低下や穴径のばらつきを招くおそれがある。そのため、展張装置１１で略平面を作製した後、張力をかける装置の動きを固定して、張力のかかり過ぎを防止することが好ましい。つまり、被加工物Ｓの伸び等の変形をより一層確実に抑制するために、被加工物Ｓが張られた後であってレーザ光線Ｌが照射される前に、点Ｐ２〜Ｐ４にかける張力を略一定とすることが好ましい。

仮固定枠１２は、図２に示されるように、略四角形環状に形成されており、被加工物Ｓの周縁部を真空吸着によって保持する。つまり、より一層確実且つ容易に被加工物Ｓを略平面に維持するために、被加工物Ｓが張られた後であってレーザ光線Ｌが照射される前に、被加工物Ｓの周縁部を真空吸着によって保持することが好ましい。なお、被加工物Ｓの周縁部の保持は、真空吸着ではなくチャッキングによって行われてもよい。

レーザヘッド１３は、図３に示されるように、仮固定枠１２によって良好な平面状態で被加工物Ｓを中空保持した状態で（すなわち、被加工物Ｓを張った状態で）、被加工物Ｓの所定の位置に向けてレーザ光線Ｌを出射し、被加工物Ｓの所定の位置にレーザ光線Ｌを照射することで、穴Ｈを形成する。レーザ光線Ｌとしては、波長が９．３μｍ〜９．４μｍの遠赤外線である炭酸ガスレーザ、紫外線であるＵＶ−ＹＡＧレーザ、エキシマレー等が用いられる。なお、レーザ光線Ｌの照射は、被加工物Ｓ及びレーザヘッド１３の少なくとも一方を移動させながら行われるが、一般的には、被加工物Ｓを移動させ、レーザヘッド１３を固定する方法が採用される。

次に、レーザ加工装置１０において実施されるレーザ加工方法について説明する。

まず、図１に示されるように、展張装置１１を用いて、被加工物Ｓの角部Ａ１の点Ｐ１を固定した状態で、角部Ａ１と隣り合う角部Ａ２の点Ｐ２に対し、点Ｐ１と点Ｐ２とを通る直線方向に張力をかけると共に、残りの角部Ａ３の点Ｐ３及び角部Ａ４の点Ｐ４に対し、任意の方向に張力をかけることで、被加工物Ｓを張る。これにより、被加工物Ｓは、弛みのない良好な平面状態で保持されることになる。

展張装置１１で略平面を作製した後、張力をかける装置の動きを固定して、張力のかかり過ぎを防止し、図２に示されるように、仮固定枠１２を用いて、被加工物Ｓの周縁部を真空吸着によって保持する。

仮固定枠１２によって良好な平面状態で被加工物Ｓを中空保持した状態で、図３に示されるように、レーザヘッド１３を用いて、被加工物Ｓの所定の位置に向けてレーザ光線Ｌを出射し、被加工物Ｓの所定の位置にレーザ光線Ｌを照射することで、穴Ｈを形成する。

以上説明したように、レーザ加工装置１０、及びそれにおいて実施されるレーザ加工方法によれば、被加工物Ｓの種類毎に専用の冶具板等を準備しなくても、被加工物Ｓの伸びや湾曲等の変形を抑制して、被加工物Ｓを略平面に維持することができる。そのため、可撓性を有する略四角形シート状の被加工物Ｓに穴Ｈを形成するに際し、低コスト化及び穴Ｈの形成位置の高精度化を図ることができる。

［参考例１］
厚さが５０μｍ、寸法が３４０ｍｍ×５１０ｍｍのガラス布エポキシプリプレグ（日立化成工業（株）製、商品名ＧＥＡ−６７９ＦＧ）を準備し、図１に示されるように、ガラス布エポキシプリプレグを張った（各点Ｐ２〜Ｐ４における張力は、図１における矢印の向きに約１０Ｎであった）。そして、３４０ｍｍ方向のピッチが２９０ｍｍ、５１０ｍｍ方向のピッチが４００ｍｍになる設計値に基づいて、レーザ光線の照射によってφ１５０μｍの穴を４個形成した。

［実施例２］
図１に示されるように、参考例１と同様のガラス布エポキシプリプレグを張った後（各点Ｐ２〜Ｐ４における張力は、図１における矢印の向きに約１０Ｎであった）、図２に示されるように、仮固定枠を用いてガラス布エポキシプリプレグの周縁部を保持した。そして、３４０ｍｍ方向のピッチが２９０ｍｍ、５１０ｍｍ方向のピッチが４００ｍｍになる設計値に基づいて、レーザ光線の照射によってφ１５０μｍの穴を４個形成した。

［比較例１］
図３に示されるように、参考例１と同様のガラス布エポキシプリプレグの両端（対向する二辺）をチャックして、重力による垂れ下がりを防止するために外側に２ｋｇ重（１９．６Ｎ）の張力をかけることによりガラス布エポキシプリプレグを水平に保持した。そして、３４０ｍｍ方向のピッチが２９０ｍｍ、５１０ｍｍ方向のピッチが４００ｍｍになる設計値に基づいて、レーザ光線の照射によってφ１５０μｍの穴を４個形成した。

参考例１，実施例２及び比較例１における穴の形成位置の精度を二次元寸法測定機で測定し、４００ｍｍピッチでの設計値と実測値との差を形成位置の精度として算出した。その結果を表１に示す。

表１に示されるように、参考例１，実施例２における穴の形成位置の精度は７５μｍ，５０μｍであるのに対し、比較例１における穴の形成位置の精度は５００μｍであった。これにより、比較例１における穴の形成位置の精度に比べ、参考例１，実施例２における穴の形成位置の精度が高いことが明らかとなった。

本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態における展張装置を示す概略図である。 本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態における仮固定枠を示す概略図である。 本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態におけるレーザヘッドを示す概略図である。 従来のレーザ加工方法を示す概略図である。 従来のレーザ加工方法を示す概略図である。

符号の説明

１０…レーザ加工装置、Ｓ…被加工物、Ａ１…角部（第１の角部）、Ａ２…角部（第２の角部）、Ａ３…角部（第３の角部）、Ａ４…角部（第４の角部）、Ｌ…レーザ光線、Ｈ…穴。

Claims (6)

1. 可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に対し、レーザ光線の照射によって穴を形成するためのレーザ加工方法であって、
   前記被加工物の第１の角部を固定した状態で、前記第１の角部と隣り合う第２の角部に対し、前記第１の角部と前記第２の角部とを通る直線方向に張力をかけると共に、残りの第３の角部及び第４の角部に対し、任意の方向に張力をかけることで、前記被加工物を張り、前記被加工物を張った状態で、前記被加工物の所定の位置に前記レーザ光線を照射することで、前記穴を形成し、
   前記被加工物が張られた後であって前記レーザ光線が照射される前に、前記被加工物の周縁部を略四角形環状の仮固定枠により保持することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記被加工物が張られた後であって前記レーザ光線が照射される前に、前記第２の角部、前記第３の角部及び前記第４の角部にかける張力を略一定とすることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記被加工物の前記周縁部の保持は、真空吸着によって行われることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
4. 可撓性を有する略四角形シート状の被加工物に対し、レーザ光線の照射によって穴を形成するためのレーザ加工装置であって、
   前記被加工物の第１の角部を固定した状態で、前記第１の角部と隣り合う第２の角部に対し、前記第１の角部と前記第２の角部とを通る直線方向に張力をかけると共に、残りの第３の角部及び第４の角部に対し、任意の方向に張力をかけることで、前記被加工物を張り、前記被加工物を張った状態で、前記被加工物の所定の位置に前記レーザ光線を照射することで、前記穴を形成し、
   前記被加工物が張られた後であって前記レーザ光線が照射される前に、前記被加工物の周縁部を略四角形環状の仮固定枠により保持することを特徴とするレーザ加工装置。
5. 前記被加工物が張られた後であって前記レーザ光線が照射される前に、前記第２の角部、前記第３の角部及び前記第４の角部にかける張力を略一定とすることを特徴とする請求項５記載のレーザ加工装置。
6. 前記被加工物の前記周縁部の保持は、真空吸着によって行われることを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工装置。

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