JP5311176B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

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 集屑手段
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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