JP5311176B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、セラミックグリーンシートやその他の可撓性シート等のワークに対してレーザ光を照射して穿孔等の加工を施すレーザ加工装置に関するものである。
セラミックグリーンシートやその他の可撓性シート等の薄膜部材をワークとしたレーザ加工では、ワークを支持テーブル上に保持して加工を行うと、レーザ光がワークを容易に貫通するので、貫通したレーザ光が支持テーブルの表面を損傷する不具合が生じる。また、貫通したレーザ光が支持テーブルの支持面で反射してワークの裏面を損傷することもある。したがって、このようなレーザ加工においては、装置のメンテナンスが頻繁に必要になり、また、ワークの加工品質が低下するという問題がある。
これを解消するためには、支持テーブルを網目状にして、加工領域を編み目の中に設定することが考えられるが、これによると、編み目の上に加工領域を形成することができないので、加工パターンが制限を受けると共に、加工対象の歩留まりが低下する問題が生じる。
これに対して、下記特許文献1には、保持面が額縁状のワーク保持装置にワークの外周縁を保持させ、保持面の内側に、外縁が保持面の内縁よりも小さいワーク受けを配置して、ワーク受けの開放された内側にレーザ光を照射し、更にワーク受けを保持面内で移動可能にしたものが提案されている。
特開2001−232490号公報
前述した従来技術では、ワーク受けをワーク保持装置の保持面の内側で平面的に自由に移動させることで、反射光が生じないレーザ光の照射領域をワークの加工領域全体に形成することができる。
しかしながら、ワーク受けを内側に配置していることで、ワーク保持装置自体の位置変更が制限されてしまい、ワーク保持装置の上方にレーザ光照射部が配備されている状態で、保持面上へのワークの載置を行わなければならないことになり、ワークの搬入或いは加工後のワークの搬出作業を狭いスペース内で行わなければならない不都合が生じる。また、従来技術では、ワークの搬入・搬出時にワークを全面で受けないため平面状態を維持することが困難になると共に、搬入・搬出作業を円滑且つ速やかに行うことができない問題があった。
本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、ワークを貫通したレーザ光による不具合を解消すると共に、加工されたワークの品質維持やワークの搬入・搬出を含めた作業性能の向上等が、本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明によるレーザ加工装置は、以下の独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
セラミックグリーンシートなどの薄膜部材であるワークの一面に向けて加工用のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、加工時に前記レーザ光が照射される照射範囲を少なくとも開口した開口部を有する固定テーブルと、前記ワーク又は該ワークが予め保持されたワークホルダを前記固定テーブル上に移動可能に保持する保持体と、前記保持体を前記固定テーブルの表面上に沿って平面移動させる平面移動機構とを備え、前記固定テーブルの開口部には集屑手段が接続されており、前記固定テーブル上の一部に、前記ワークを搬入又は搬出するための待機部を形成し、前記開口部内に、前記集屑手段の集屑受けになると共に前記ワークの支持面に当接する当接面を有する内枠体を、前記支持面に対して離間可能に配備し、前記当接面に前記ワークを吸着させる吸着穴を形成し、前記固定テーブル上の一部に、前記ワークにパンチ加工を施すパンチ加工部を形成したことを特徴とするレーザ加工装置。
本発明は、前述した特徴を具備することで、ワークを貫通したレーザ光による不具合を解消すると共に、加工されたワークの品質維持やワークの搬入・搬出を含めた作業性能を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1及び図2は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す説明図(図1が平面図、図2が部分断面正面図)である。本発明の実施形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光照射部10、固定テーブル20、保持体30、平行移動機構40を基本構成として備えている。
レーザ光照射部10は、ワークの一面に向けて加工用のレーザ光を照射するものであって、光源やガルバノミラー等の走査光学系等を収容した光学系収容部11とfθレンズ12を備えるものである。ガルバノミラーで走査光学系を使用した場合、レーザ光照射部10は走査光学系の走査幅によって設定される照射範囲内で、加工パターンに応じて強度変調されたレーザ光を任意の位置に照射することができる。このレーザ光照射部10は、固定ミラー等の光学系を介して1点にレーザ光を照射するシングルタイプであっても良い。
固定テーブル20は、加工時にレーザ光照射部10によってレーザ光が照射される照射範囲を少なくとも開口した開口部21を有するもので、ワークWの平面的な移動スペースを形成するものである。また、固定テーブル20はレーザ光照射部10に対して相対的に固定されており、常に、レーザ光照射部10から照射されるレーザ光の光軸10Lが開口部21内を通過するように構成されている。前述したようなシングルタイプのレーザ光照射部10を採用する場合には、開口部21の開口は光照射位置より若干大きい程度の開口になる。
保持体30は、ワークW又は該ワークが予め保持されたワークホルダW1を固定テーブル20上に移動可能に保持するものである。そして、図示の例では、保持体30は、固定テーブル20上の平面に沿って移動可能な移動部31とワークW又はワークホルダW1を保持する保持部32とからなっている。移動部31は、固定テーブル20の上方を移動する部分と下方を移動する部分が接続された構造を有しており、また、保持部32は、ワークWを直接保持するか或いはワークホルダW1を介してワークWを保持する保持手段(クランプ等)32Aを備えている。
平面移動機構40は、保持体30を固定テーブル20の表面上に沿って平面移動させるものであって、保持体30に直接又はワークホルダW1を介して保持されたワークWを、レーザ光の照射方向(Z軸方向)と交差するX−Y平面内で移動させる機構である。図示の例では、X軸移動テーブル40XとY軸移動テーブル40Yと図示省略したアクチュエータからなる。X軸移動テーブル40XとY軸移動テーブル40Yには、それぞれ平行レール41が設けられており、この平行レール41に沿って、X軸移動テーブル40X上をY軸移動テーブル40Yが移動し、Y軸移動テーブル40Y上を保持体30が移動するようになっている。
そして、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置では、固定テーブル20上の一部に、ワークWを搬入又は搬出するための待機部20Aが形成されている。待機部20Aは、固定テーブル20上の1箇所に、ワークWの搬入と搬出の両方を行うように形成してもよいし、固定テーブル20上の2箇所に、搬入を行う箇所と搬出を行う箇所を分けて形成してもよい。
また、待機部20Aには、ワークWを搬入・搬出する際に位置確保ができるように位置決めピン等を設けても良く、また、待機部20Aにおいて固定テーブル20上に吸引穴を設けてワークWを一時的に吸引固定するようにしてもよい。
図示の例(図1参照)では、固定テーブル20上の一端部側に搬入と搬出を行うための待機部20Aが形成されており、固定テーブル20上の残りの部分がレーザ加工部20Bになっている。待機部20Aは、レーザ光照射部10の干渉を受けることなく、ワークWの搬入及び搬出が可能な部分であって、レーザ加工部20Bと重ならないように、レーザ加工部20Bに隣接して設けられている。レーザ加工部20Bは、ワークWの加工領域全体を開口部21上に位置させるために必要な固定テーブル20上のスペースである。ワークWの加工領域全体が開口部21上に位置するようにワークホルダW1を移動させると、図1の□abcd内のスペースでワークホルダW1が移動することになる。
このような実施形態によると、レーザ光の照射範囲がワークWの加工領域内を相対的に移動する開口部21内に設定されているので、ワークWを貫通したレーザ光が反射してワークWを損傷させる不具合やワークWを貫通したレーザ光が固定テーブル20表面を損傷させる不具合は起こらない。そして、ワークWの搬入・搬出は、レーザ光照射部10との干渉が起こらないように、待機部20Aまで保持体30を移動させて実行することができるので、吸着式のローダ或いはアンローダを効果的に利用するなどして、ワークWの品質維持を確保することができると共に、円滑且つ速やかにワークWの搬入・搬出作業を進行させることができる。
図示の例の動作を具体的に説明すると、平面移動機構40を作動させて保持体30を移動させ、保持部32又は保持部32に保持されたワークホルダW1を待機部20Aに移動させて、ワークWの搬入を行い、保持部32に直接又はワークホルダW1を介して加工前のワークWを保持させる。そして、平面移動機構40を作動させて保持体30を移動させ、保持部32に保持されたワークWをレーザ加工部20Bに移動させ、ワークWの加工領域の一部に開口部21を対応させて、その箇所のレーザ加工を行う。開口部21の下方には、加工時に生じるガスや屑を集める集屑受け22Aとこのガスや屑を吸引除去する吸引排出管22Bからなる集屑手段22が接続されている。
この際、ワークWは、開口部21上を除いた他の部分が固定テーブル20上に支持されているので、ワークWがセラミックグリーンシートのような薄膜の部材であっても、レーザ光の照射領域を含めて平面状態を維持することができる。したがって、高い加工精度でレーザ加工を行うことが可能になる。
次に、順次、加工領域の未加工部分が開口部21の上に来るように平面移動機構40を作動させて保持体30を移動させ、レーザ光の照射範囲を変更する。ワークWの全ての加工領域に対してレーザ加工が終了した時点で、再び、平面移動機構40を作動させて保持体30を移動させ、保持部32に直接又はワークホルダW1を介して保持された加工済みのワークWを待機部20Aに移動させて、ワークWの搬出を行う。
この際、待機部20Aとレーザ加工部20Bは固定テーブル20上の同一平面上に形成されているので、待機部20Aをレーザ加工部20Bに対して付加するためには、固定テーブル20を拡大し、平面移動機構40の移動範囲を拡大するだけでよく、待機部20Aの形成には大きな設備付加を必要としない。また、待機部20Aからレーザ加工部20B或いはレーザ加工部20Bから待機部20Aまでの移動を平面的な一工程で行うことができるので、ワークWの搬入からレーザ加工を行って搬出するまでの一連の作業を円滑且つ速やかに行うことが可能になる。
図3は、本発明の実施形態における固定テーブル20に形成される開口部21周りの構造例を示した説明図(断面図)である。前述したように、開口部21の下方には、加工時に生じるガスや屑を集める集屑受け22Aとこのガスや屑を吸引除去する吸引排出管22Bからなる集屑手段22が接続されている。同図(a)の構造例では、開口部21の周囲にワークWを吸着させる吸着穴23を形成している。吸着穴23は集屑受け22Aの枠体まで貫通して、この枠体に形成された吸気穴24に連通している。これによると、開口部21の周囲でワークWを固定テーブル20上に吸着固定させることで、開口部21内で集屑のための吸引がなされた場合にも開口部21上でワークWの平坦性を高めることができると共に、加工時にレーザ光照射範囲である開口部21上に位置するワークWに対して高い精度でレーザ加工を施すことが可能になる。また、開口部21に直接集屑手段22が接続されているので、加工時の発生ガスや屑を固定テーブル20上やその他の箇所に散らすことなく回収することができる。
同図(b)に示した構造例は、開口部21内に、集屑手段22の集屑受け22Aになると共にワークWの支持面に当接する当接面を有する内枠体25を、ワークWの支持面に対して当接又は離間可能に配備している。図示の例では、内枠体25の当接面に吸着穴23が形成され、内枠体25を兼ねる集屑受け22Aの枠体に吸気穴24が形成されている。これによると、集屑手段22を含めて内枠体25を上下に移動可能に構成しており、ワークWの移動時等は吸着を解除し内枠体25を固定テーブル20の表面から下げた状態にしてもよいし、ワークWが固定テーブル20に対して浮いた状態で保持されているような場合には、内枠体25を固定テーブル20の表面から上げて、ワークWの支持面と内枠体25の当接面とが当接した状態にして、レーザ加工を実行する。これによると、ワークWが直接保持体30に保持されるなどして、固定テーブル20の表面から浮いた状態で保持されている場合にも、開口部21上でワークWの平坦性を高めることができると共に、加工時に発生するガスや屑を周囲に散らすことなく確実に回収することができる。
図4は、保持体30における保持部32の構造例を示した説明図である。同図(a)に示した構造例では、移動部31に対して保持部32が上下スライド機構30Lを介して接続されており、保持部32にワークWを保持させる際には保持部32を移動部31に対して上昇させた状態にし、加工時には保持部32を移動部31に対して下げた状態にしてワークWの支持面を固定テーブル20上に密着させる。
また、同図(a)に示す例では、吸着式の保持手段32Aを備えている。すなわち、ワークホルダW1自体に貫通する吸着穴32A1が設けられ、保持部32にも吸着穴32A1に連通する吸着穴32A2が設けられ、さらにこの吸着穴32A2に吸引パイプ32A3が接続されている。これによると、ワークW上にワークホルダW1を載せた状態で吸引穴32A1,32A2及び吸引パイプ32A3を連通させてワークW及びワークホルダW1を保持部32に吸着させることができるので、固定テーブル20の待機部20Aに搬入されたワークWを、平面状態を維持したままの状態で速やかに保持部32に保持させることができる。
同図(b)に示す例は、保持手段32Aの他の構成例であって、機械式(クランプ式)の保持手段32Aを備えている。ここでは、くちばし状のクランプ部材32A4が保持部32に対して回転自在に設けられており、このクランプ部材32A4と保持部32の下顎部とでワークホルダW1の外周部を挟んで、ワークホルダW1を保持部32に保持している。これによると、簡易な構造で保持手段32Aを形成することができると共に機械的で確実にワークホルダW1を保持部32に保持することができる。図示しないが、ワークWが移動に支障がない硬さを有している場合には、このような保持手段32AによってワークWを直接保持することもできる。この場合には、ワークWをその縁が固定テーブル20の縁からはみ出た状態で待機させ、このはみ出た部分をクランプ部材32A4で直接クランプする。
図5及び図6は、本発明の他の実施形態を示す説明図である(図5が外観斜視図、図6が正面図;前述した実施形態と重複するところは同一符号を付して一部説明を省略する)。この実施形態は、固定テーブル20上の一部に、ワークにパンチ加工を施すパンチ加工部20Cを形成している。より具体的には、固定テーブル20の一端側に前述した待機部20Aが形成され、中央部に開口部21を有するレーザ加工部20Bが形成され、他端側にパンチ加工部20Cが形成されている。そして、この固定テーブル20に対して、ワークW又はワークホルダW1を移動可能に保持する保持体30が設けられている。この保持体30を移動させることで、保持体30の保持手段32Aに保持されたワークWは、固定テーブル20上を、待機部20Aとレーザ加工部20Bとの間、待機部20Aとパンチ加工部20Cとの間、或いはレーザ加工部20Bとパンチ加工部20Cの間で、行き来することが可能になっている。
パンチ加工部20Cでは、固定テーブル20が一部切り欠かれた状態でパンチ加工機50が装着されている。パンチ加工機50は、固定テーブル20上を移動するワークWが通過する通過ギャップ50Gの上側にパンチ51が配備され、その下側にパンチ51と対向するようにダイ52が配備されている。また、ダイ52には吸屑パイプ53が接続されている。
このような実施形態によると、前述の特徴に加えて、レーザ加工とパンチ加工の併用を円滑且つ速やかに行うことが可能になる。すなわち、待機部20Aとレーザ加工部20Bとパンチ加工部20Cは固定テーブル20上の同一平面上に形成されているので、パンチ加工部20Cを待機部20A及びレーザ加工部20Bに対して付加するためには、固定テーブル20を拡大し、平面移動機構40の移動範囲を拡大して、パンチ加工機50を配備するだけでよい。また、待機部20Aとレーザ加工部20B,パンチ加工部20C間の移動或いはレーザ加工部20Bとパンチ加工部20C間の移動を平面的な一工程で行うことができる。更には、単一の保持体30にワークWを保持させて移動するので、レーザ加工を終えてパンチ加工に移行する際に、ワークWの付け替えを行う必要がない。したがって、レーザ加工からパンチ加工への移行を休み無く連続工程で行うことができる。これによって、ワークWの搬入からレーザ加工及びパンチ加工を行って搬出するまでの一連の作業を円滑且つ速やかに行うことが可能になる。
ワークWに穴加工を施す場合には、微細穴加工にはレーザ加工が適しており、大きな穴を形成するには金型によるパンチ加工が適している。レーザ加工のみで微細穴加工から大きな穴加工まで行おうとすると、トレパニングと呼ばれる多数穴を近接して形成する加工が必要になるので、加工時間が長くなる。微細穴加工と大きな穴の加工が同じワーク内に混在する場合には、本発明の実施形態を採用してレーザ加工とパンチ加工を併用することで、双方の特徴を生かして効率的な加工を行うことができる。
本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す説明図(平面図)である。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す説明図(部分断面正面図)である。 本発明の実施形態における固定テーブルに形成される開口部周りの構造例を示した説明図(断面図)である。 本発明の実施形態に係る保持体における保持部の構造例を示した説明図である。 本発明の他の実施形態を示す説明図(外観斜視図)である。 本発明の他の実施形態を示す説明図(正面図)である。
符号の説明
10 レーザ光照射部
20 固定テーブル
20A 待機部
20B レーザ加工部
20C パンチ加工部
21 開口部
22 集手段
23 吸着穴
30 保持体
31 移動部
32 保持部
32A 保持手段
40 平面移動機構
50 パンチ加工機
W ワーク
W1 ワークホルダ

Claims (1)

  1. セラミックグリーンシートなどの薄膜部材であるワークの一面に向けて加工用のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
    加工時に前記レーザ光が照射される照射範囲を少なくとも開口した開口部を有する固定テーブルと、
    前記ワーク又は該ワークが予め保持されたワークホルダを前記固定テーブル上に移動可能に保持する保持体と、
    前記保持体を前記固定テーブルの表面上に沿って平面移動させる平面移動機構とを備え、
    前記固定テーブルの開口部には集屑手段が接続されており、
    前記固定テーブル上の一部に、前記ワークを搬入又は搬出するための待機部を形成し、
    前記開口部内に、前記集屑手段の集屑受けになると共に前記ワークの支持面に当接する当接面を有する内枠体を、前記支持面に対して離間可能に配備し、前記当接面に前記ワークを吸着させる吸着穴を形成し
    前記固定テーブル上の一部に、前記ワークにパンチ加工を施すパンチ加工部を形成したことを特徴とするレーザ加工装置。
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