JP7241994B1 - Galvanometer scanner and laser processing machine - Google Patents
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Abstract
本開示に係るガルバノスキャナ(32)は、モータ(35)と、電食抑制部(37)と、を備える。モータ(35)は、回転軸を中心に回転する永久磁石(341)および回転軸に沿った永久磁石(341)の両側に接続されるシャフト(342,343)を有するロータ(340)、並びにロータ(340)から定められた距離をおいて配置されるステータ(330)を有する。電食抑制部(37)は、回転軸の方向におけるモータ(35)の2つの端部の内のガルバノミラー(31)が設けられていない方の端部に設けられ、ステータ(330)とロータ(340)とを電気的に接続する。A galvanometer scanner (32) according to the present disclosure includes a motor (35) and an electrolytic corrosion suppressor (37). The motor (35) includes a rotor (340) having a permanent magnet (341) rotating about an axis of rotation and shafts (342, 343) connected to either side of the permanent magnet (341) along the axis of rotation, and a rotor It has a stator (330) positioned at a defined distance from (340). The electrolytic corrosion suppressing part (37) is provided at one of the two ends of the motor (35) in the direction of the rotation axis where the galvanomirror (31) is not provided. (340) are electrically connected.
Description
本開示は、レーザ光源からのレーザビームを加工対象上の所望の位置に照射させるガルバノミラーを回転駆動させるガルバノスキャナおよびレーザ加工機に関する。 The present disclosure relates to a galvanometer scanner and a laser processing machine that rotationally drive a galvanometer mirror that irradiates a desired position on an object to be processed with a laser beam from a laser light source.
レーザ加工機では、ガルバノスキャナによって被加工物へのレーザビームの照射位置、すなわち加工位置が制御される。ガルバノスキャナは、シャフトの一方の端部に取り付けられたガルバノミラーを回転させるサーボモータである。ガルバノスキャナは、シャフトを支持する軸受を有する。軸受は、一例では、シャフトを保持する円筒状の内輪と、内輪の外側に内輪と同心状に配置される円筒状の外輪と、内輪と外輪との間に配置される転動体と、を有する転がり軸受である。軸受では、内輪および外輪と転動体との間に油膜が存在する。 In a laser processing machine, a laser beam irradiation position on a workpiece, that is, a processing position is controlled by a galvanometer scanner. A galvo scanner is a servomotor that rotates a galvo mirror mounted on one end of a shaft. A galvo scanner has a bearing that supports a shaft. In one example, the bearing has a cylindrical inner ring that holds the shaft, a cylindrical outer ring arranged outside the inner ring concentrically with the inner ring, and rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring. It is a rolling bearing. In bearings, an oil film exists between the inner and outer rings and the rolling elements.
ガルバノスキャナの駆動時における磁石の渦電流等の影響で、軸受の内輪と外輪との間で電位差である軸電圧が発生することがある。レーザ加工機の運転中に、軸受の油膜により内輪と外輪とが絶縁されている状態から、ある瞬間に油膜が切れ、内輪と外輪とが導通される状態になると、内輪と外輪との間で放電が発生し軸受が損傷してしまう場合がある。このような軸受の損傷は電食と称される。電食が発生すると、軸受の内部が傷つけられることになるので、軸受のスムーズな回転が妨げられ、レーザビームの照射位置の制御に悪影響を及ぼすことがある。 Axial voltage, which is a potential difference, may be generated between the inner ring and the outer ring of the bearing due to the influence of eddy current of the magnet when the galvanometer scanner is driven. During the operation of the laser processing machine, if the inner and outer rings are insulated by the oil film of the bearing at a certain moment, the oil film breaks and the inner and outer rings are electrically connected. Discharge may occur and damage the bearing. Such bearing damage is called galvanic corrosion. If electrolytic corrosion occurs, the inside of the bearing is damaged, which hinders smooth rotation of the bearing and may adversely affect the control of the irradiation position of the laser beam.
特許文献1には、車両駆動用のモータジェネレータのロータシャフトの軸受の電食を防止する構造が開示されている。特許文献1に記載の技術では、モータジェネレータのハウジングのうち、ロータシャフトの軸方向の一方の端部に油室が設けられる。モータジェネレータが高回転状態であるときに、ハウジング内の油室に油圧を付与することで、ロータシャフトに軸方向の力であるスラスト力を付与し、軸受の転動体と内輪および外輪とを積極的に接触させる。これによって、軸受の転動体と内輪および外輪との間で油膜が切れ、導通が強化され、上記した電食を抑制している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-201001 discloses a structure for preventing electrolytic corrosion of a bearing of a rotor shaft of a motor generator for driving a vehicle. In the technique described in Patent Document 1, an oil chamber is provided at one end in the axial direction of the rotor shaft in the housing of the motor generator. By applying hydraulic pressure to the oil chamber in the housing when the motor generator is in a high rotation state, thrust force, which is an axial force, is applied to the rotor shaft, and the rolling elements of the bearing and the inner and outer rings are actively engaged. contact. As a result, the oil film is broken between the rolling elements of the bearing and the inner and outer rings, thereby enhancing electrical continuity and suppressing the above-described electrolytic corrosion.
特許文献1に記載の技術では、自動車などの車両駆動用のモータジェネレータでの電食の抑制を対象としている。このため、油圧によってロータシャフトにスラスト力を付与し、軸受の転動体と内輪および外輪とを接触させても特に問題は生じない。しかし、特許文献1に記載の技術を、レーザ加工機のガルバノスキャナのように動作中に高い位置決め精度が要求される製品に適用することができない。具体的には、特許文献1に記載の技術では、油圧を付与するかしないかによって、軸受の予圧が変わり、軸受のラジアル方向の剛性が変化し、製品の精度、具体的にはレーザビームの照射位置の精度に大きな影響を与える可能性がある。つまり、レーザビームの精密な位置制御が要求されるレーザ加工機におけるガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナに、位置精度の制御に大きな影響を与えてしまう特許文献1に記載の技術を適用することは困難であるという問題があった。 The technique described in Patent Literature 1 is aimed at suppressing electrolytic corrosion in a motor generator for driving a vehicle such as an automobile. Therefore, even if a thrust force is applied to the rotor shaft by hydraulic pressure to bring the rolling elements of the bearing into contact with the inner ring and the outer ring, there is no particular problem. However, the technology described in Patent Literature 1 cannot be applied to products that require high positioning accuracy during operation, such as galvanometer scanners for laser processing machines. Specifically, in the technique described in Patent Document 1, depending on whether or not hydraulic pressure is applied, the preload of the bearing changes, the rigidity of the bearing in the radial direction changes, and the accuracy of the product, specifically, the laser beam. This can have a large impact on the accuracy of the irradiation position. In other words, it is difficult to apply the technique described in Patent Document 1 to a galvanometer scanner that drives a galvanometer mirror in a laser processing machine that requires precise position control of a laser beam, because it greatly affects the control of position accuracy. There was a problem that
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、内輪と外輪との間の軸方向の変位を従来に比して抑えながら、電食を抑制することができるガルバノスキャナを得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a galvanometer scanner capable of suppressing electrolytic corrosion while suppressing displacement in the axial direction between the inner ring and the outer ring as compared with the conventional art. and
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るガルバノスキャナは、モータと、電食抑制部と、を備える。モータは、回転軸を中心に回転する永久磁石および回転軸に沿った永久磁石の両側に接続されるシャフトを有するロータ、並びにロータから定められた距離をおいて配置されるステータを有する。電食抑制部は、回転軸の方向におけるモータの2つの端部の内のガルバノミラーが設けられていない方の端部に設けられ、ステータとロータとを電気的に接続する。電食抑制部は、ロータと当接し、外周面にねじが切られた接地構造部と、内周面にねじが切られた貫通孔が回転軸の延長線上に設けられた第1部材と、第1部材をステータの端部で支持する第1脚部と、を有し、接地構造部を支持する第1支持構造部と、を有する。接地構造部は、回転軸の方向に移動可能に貫通孔に螺合される。接地構造部および第1支持構造部は、導電性材料によって構成される。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a galvanometer scanner according to the present disclosure includes a motor and an electrolytic corrosion suppressing section. The motor has a rotor with a permanent magnet rotating about an axis of rotation and a shaft connected to either side of the permanent magnet along the axis of rotation, and a stator positioned at a defined distance from the rotor. The electrolytic corrosion suppressing part is provided at one of the two ends of the motor in the direction of the rotation axis where the galvanomirror is not provided, and electrically connects the stator and the rotor. The electrolytic corrosion suppressing portion is in contact with the rotor and includes a grounding structure portion having a threaded outer peripheral surface, a first member having a through hole having a threaded inner peripheral surface provided on an extension of the rotating shaft, a first leg for supporting the first member at an end of the stator; and a first support structure for supporting the ground contact structure. The grounding structure is screwed into the through hole so as to be movable in the direction of the rotation axis. The ground structure and the first support structure are constructed from an electrically conductive material.
本開示に係るガルバノスキャナは、内輪と外輪との間の軸方向の変位を従来に比して抑えながら、電食を抑制することができるという効果を奏する。 The galvanometer scanner according to the present disclosure has the effect of being able to suppress electrolytic corrosion while suppressing displacement in the axial direction between the inner ring and the outer ring compared to the conventional art.
以下に、本開示の実施の形態に係るガルバノスキャナおよびレーザ加工機を図面に基づいて詳細に説明する。 A galvanometer scanner and a laser processing machine according to embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーザ加工機の構成の一例を示す図である。レーザ加工機1は、パルス状のレーザビームLの照射によって加工対象である被加工ワークWの穴あけ加工を行う。被加工ワークWの一例は、電子機器等に搭載されるプリント基板、IC(Integrated Circuit)パッケージ基板である。被加工ワークWは、穴あけ加工の対象となり得る物であればよく、上記したプリント基板、ICパッケージ基板以外の物であってもよい。Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a laser processing machine according to Embodiment 1. FIG. The laser processing machine 1 irradiates a pulsed laser beam L to perforate a workpiece W to be processed. An example of the workpiece W to be processed is a printed circuit board or an IC (Integrated Circuit) package substrate mounted on an electronic device or the like. The workpiece W to be processed may be any object that can be subjected to drilling processing, and may be any object other than the above-described printed circuit board and IC package substrate.
図1において、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに垂直な3軸である。X軸とY軸とは、水平方向の軸である。Z軸は、鉛直方向の軸である。レーザ加工機1は、X軸方向とY軸方向とにおいて分散された複数の穴を高速に形成する穴あけ加工を行う。 In FIG. 1, the X-axis, Y-axis and Z-axis are three axes perpendicular to each other. The X and Y axes are horizontal axes. The Z-axis is the vertical axis. The laser processing machine 1 performs a drilling process of forming a plurality of holes dispersed in the X-axis direction and the Y-axis direction at high speed.
レーザ加工機1は、レーザビームLを出射するレーザ発振器10と、レーザビームLの形を成形し、出力を調整するレーザ光学素子20と、レーザビームLを所望の位置に照射させる加工ヘッド30と、被加工ワークWを保持するワーク搬送テーブル40と、を備える。
The laser processing machine 1 includes a
レーザ発振器10は、パルス状のレーザビームLを出力する。パルス状のレーザビームLは、一例では赤外光である。レーザ発振器10の一例は、二酸化炭素(CO2)レーザである。パルス状のレーザビームLのピーク波長は、9.3μmから10.6μmの範囲に含まれる。以下では、パルス状のレーザビームLは、レーザビームLと称される。A
レーザ光学素子20は、レーザ発振器10から出力されるレーザビームLの形を成形し、加工ヘッド30に出力する。レーザ光学素子20は、レーザ発振器10から出力されたレーザビームLの絞りを調整し、レーザビームLをコリメートするコリメートレンズ21と、被加工ワークWへ転写される形状となるように、レーザビームLを切り出すマスクホール22と、を有する。コリメートレンズ21は、1から複数配置される。マスクホール22のホールの形状は、通常、円形である。
The laser
加工ヘッド30は、レーザビームLを偏向させるガルバノミラー31Y,31Xと、ガルバノミラー31Y,31Xを回転駆動するガルバノスキャナ32Y,32Xと、レーザビームLを集光させるレンズであるfθレンズ33と、を有する。
The
ガルバノミラー31Yは、加工ヘッド30へ入射したレーザビームLを反射する。ガルバノスキャナ32Yは、ガルバノミラー31Yを位置決めするために使用されるサーボモータである。ガルバノスキャナ32Yは、位置指令に従った制御によりガルバノミラー31Yを回転させる。つまり、ガルバノスキャナ32Yは、fθレンズ33に入射するレーザビームLの位置および角度を調整する。具体的には、ガルバノスキャナ32Yは、特定の振り角の範囲内においてガルバノミラー31Yを回転させることによって、レーザビームLの照射位置をY軸方向へ移動させる。
The
ガルバノミラー31Xは、ガルバノミラー31Yから入射したレーザビームLを反射する。ガルバノスキャナ32Xは、ガルバノミラー31Xを位置決めするために使用されるサーボモータである。ガルバノスキャナ32Xは、位置指令に従った制御によりガルバノミラー31Xを回転させる。つまり、ガルバノスキャナ32Xは、fθレンズ33に入射するレーザビームLの位置および角度を調整する。具体的には、ガルバノスキャナ32Xは、特定の振り角の範囲内においてガルバノミラー31Xを回転させることによって、レーザビームLの照射位置をX軸方向へ移動させる。
The
fθレンズ33は、ガルバノミラー31Xで反射したレーザビームLを集光させ、被加工ワークWに対してレーザビームLを垂直に照射するレンズである。 The f.theta.
ワーク搬送テーブル40は、位置指令に従った制御によって、X軸方向またはY軸方向に移動される。すなわち、ワーク搬送テーブル40は、X軸方向への駆動機構と、Y軸方向への駆動機構と、を有する。X軸方向への駆動機構およびY軸方向への駆動機構が、位置指令に従って駆動されることで、ワーク搬送テーブル40がXY面内で位置を変えることができる。ガルバノスキャナ32Y,32Xの駆動によるガルバノミラー31Y,31Xの可動範囲、すなわちガルバノミラー31Y,31XによるレーザビームLのX軸方向およびY軸方向の照射位置の変更は、極狭い範囲に限られる。このため、ガルバノスキャナ32Y,32Xの駆動によるガルバノミラー31Y,31Xの照射位置の変更のみでは、被加工ワークWの全体に穴あけ加工を行うことは困難である。そこで、ガルバノスキャナ32Y,32Xの駆動によるガルバノミラー31Y,31Xの可動範囲での加工が終了した後に、ワーク搬送テーブル40を使って被加工ワークWの位置を変え、ガルバノスキャナ32Y,32Xの駆動によるガルバノミラー31Y,31Xの可動範囲で再度加工を行うようにする。これによって、被加工ワークWの全体に穴あけ加工を行うことができる。
The work carrier table 40 is moved in the X-axis direction or the Y-axis direction by control according to the position command. That is, the work transfer table 40 has a drive mechanism for the X-axis direction and a drive mechanism for the Y-axis direction. The drive mechanism for the X-axis direction and the drive mechanism for the Y-axis direction are driven according to the position command, so that the position of the work transfer table 40 can be changed within the XY plane. The movable range of the galvanometer mirrors 31Y and 31X by driving the
レーザ加工機1は、レーザ加工機1の全体を制御する制御装置50をさらに備える。制御装置50は、レーザ発振器10、ガルバノスキャナ32Y,32X、ワーク搬送テーブル40等の動作を制御する。一例では、制御装置50は、ワーク搬送テーブル40に対する位置指令と、レーザ発振器10に対するレーザ出力指令と、ガルバノスキャナ32Y,32Xに対する位置指令と、を生成する。ワーク搬送テーブル40に対する位置指令は、ワーク搬送テーブル40のX軸方向への駆動機構およびY軸方向への駆動機構へと出力される。レーザ出力指令は、レーザ発振器10に出力される。ガルバノスキャナ32Y,32Xに対する位置指令は、ガルバノスキャナ32Y,32Xに出力される。なお、以下では、ガルバノスキャナ32Y,32Xは、個々に区別しない場合には、ガルバノスキャナ32と称される。また、ガルバノミラー31Y,31Xは、個々に区別しない場合には、ガルバノミラー31と称される。
The laser processing machine 1 further includes a
つぎに、ガルバノスキャナ32の構成について説明する。図2は、実施の形態1に係るガルバノスキャナの構成の一例を模式的に示す図である。図2では、ガルバノスキャナ32に固定されるガルバノミラー31も図示されている。ガルバノスキャナ32は、モータ35と、モータ35の軸受351,352における電食の発生を抑制する電食抑制部37と、を有する。なお、後述するロータ340の回転軸の方向におけるモータ35の2つの端部の内、ガルバノミラー31が設けられる方の端部は第1端部と称され、電食抑制部37が設けられる方の端部は第2端部と称される。
Next, the configuration of the
ガルバノミラー31は、回転軸の方向におけるモータ35の2つの端部の内の一方の第1端部側で、モータ35の後述するロータ340のシャフト342に固定され、回転軸を中心に回転する。ガルバノミラー31は、ミラー311と、ミラーホルダ312と、を備える。ミラー311は、ミラーホルダ312に固定される。ミラーホルダ312は、モータ35のシャフト342に固定され、ミラー311を保持する。ミラー311は、入射されるレーザビームLを反射させる。ガルバノミラー31は、シャフト342に連動して回転することでレーザビームLを任意の角度に偏向させる。一般的にガルバノミラー31の回転角度は、±20度程度あれば十分である。
The
モータ35は、ステータ330と、ロータ340と、一対の軸受351,352と、を有する。ステータ330は、導電性材料によって構成される。ステータ330は、筐体部331と、鉄心332と、コイル333と、導線334と、を有する。筐体部331は、鉄心332、コイル333、ロータ340および一対の軸受351,352を収容する。筐体部331は、ロータ340を内部に収容することができる中空の構造を有する。筐体部331は、導電性材料によって構成される。鉄心332は、モータ35のトルクを生じさせるための筒状の部材である。鉄心332は、鉄等の強磁性材料であることが望ましい。コイル333は、鉄心332の内周面に沿って配置され、筒状である。筒状の鉄心332の内側に筒状のコイル333が配置される。導線334は、図示しない電流アンプとコイル333とを電気的に接続する配線であり、電流アンプからの電流をコイル333に流す。導線334に電流を流すことによって、ロータ340が回転し、モータ35を駆動させることが可能となる。
The
ロータ340は、導電性材料によって構成される。ロータ340は、永久磁石341と、シャフト342,343と、を有する。永久磁石341は、筒状のコイル333の内側に、コイル333から定められた距離を置いて配置される。一例では、永久磁石341は円柱状を有し、周方向に異なる磁極が交互に配置されている。永久磁石341は、筒状のコイル333の中心軸を中心に回転可能である。筒状のコイル333の中心軸は、回転軸に対応する。永久磁石341の回転軸に沿った両側にはシャフト342,343が接続される。永久磁石341とシャフト342,343とは一体的に形成されていてもよいし、溶接等の方法で接続されていてもよい。一方のシャフト342の端部には、ガルバノミラー31が固定される。他方のシャフト343は、ステータ330の筐体部331の端部よりも突出している。シャフト342,343は、永久磁石341の回転とともに回転し、これによってガルバノミラー31も回転軸を中心に回転する。
一対の軸受351,352は、筐体部331の内部で、それぞれシャフト342,343を回転可能に保持する。一例では、軸受351,352は、筐体部331に固定される外輪と、シャフト342,343を保持する内輪と、内輪と外輪との間に保持される転動体と、を有する転がり軸受である。内輪および外輪と転動体との間には油膜が張られている。ロータ340の永久磁石341の回転によって、永久磁石341に固定されるシャフト342,343を保持する内輪は、筐体部331に固定されている外輪に対して回転軸を中心にして回転することになる。このとき、転動体も回転する。
A pair of
電食抑制部37は、回転軸の方向におけるモータ35の2つの端部の内のガルバノミラー31が設けられていない方の第2端部側に設けられ、ステータ330とロータ340とを電気的に接続する。具体的には、電食抑制部37は、ガルバノミラー31とは反対側のステータ330の端部に設けられる。電食抑制部37は、ステータ330とロータ340とを電気的に接続する部材、すなわちステータ330とロータ340とを同電位とする部材である。電食抑制部37は、ステータ330と電気的に接続される支持構造部370と、ステータ330および支持構造部370とロータ340とを電気的に接続させる接地構造部380と、を有する。
The electrolytic
支持構造部370は、ステータ330の第2端部で接地構造部380を支持する。具体的には、支持構造部370は、ステータ330のガルバノミラー31が設置される第1端部とは反対側の第2端部に設けられる。支持構造部370は、板状部材371と、脚部372と、を有する。板状部材371は、回転軸に垂直となるように配置される板状の部材であり第1部材に対応する。仮想的な直線である回転軸と交わる板状部材371の位置には、接地構造部380を支持する貫通孔371aが設けられる。貫通孔371aの内周面にはねじが切られており、雌ねじとなっている。脚部372は、板状部材371をステータ330の端部で支持する部材である。脚部372は、筒状の部材であってもよいし、回転軸の方向に延在した棒状の部材であってもよい。後者の場合には、2本以上の棒状の部材によって、板状部材371がステータ330の端部に支持されればよい。一例では、脚部372は、ステータ330の筐体部331とねじ、溶接等の固定方法によって固定される。また、脚部372は、板状部材371とねじ、溶接等の固定方法によって固定される。板状部材371および脚部372は、一例では、ステンレス等の導電性材料によって構成される。
接地構造部380は、一方の端部でロータ340と当接し、他方の端部で支持構造部370に支持される、導電性材料によって構成される部材である。図2の例では、接地構造部380は、一方の端部が支持構造部370の板状部材371に設けられる貫通孔371aに配置される。具体的には、接地構造部380は、一方の端部が板状部材371の貫通孔371aに固定され、他方の端部がロータ340のシャフト343と当接するように、配置される。接地構造部380の外周面にはねじが切られており、雄ねじとなっている。接地構造部380を貫通孔371aに螺合させることで、支持構造部370に接地構造部380を固定することができる。接地構造部380は、シャフト343が回転しても、シャフト343との電気的な接続が維持される構成を有することが望ましい。接地構造部380は、一例では、針状部材であってもよいし、ボールプランジャであってもよい。接地構造部380は一例ではステンレスによって構成される。
図3は、実施の形態1に係るガルバノスキャナで使用される接地構造部の構成の一例を示す断面図である。図3では、接地構造部380がボールプランジャである場合を示している。接地構造部380は、導電性材料で構成される球状部材381と、球状部材381と接触して配置され、導電性材料で構成される弾性部材382と、球状部材381および弾性部材382を収容し、導電性材料で構成される筐体383と、を有する。筐体383の内部で、弾性部材382の一方の端部は、筐体383の内部に固定され、他方の端部が球状部材381と接触する。球状部材381は、弾性部材382に固定されておらず、接触しているだけである。また、球状部材381は、ロータ340のシャフト343に当接する。これによって、球状部材381は、ロータ340の回転角度に連動して回転する。つまり、球状部材381に当接するロータ340のシャフト343が回転すると、球状部材381も回転する。この結果、ロータ340のスムーズな回転が実現される。球状部材381は、第2部材に対応する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the grounding structure used in the galvanometer scanner according to the first embodiment. FIG. 3 shows a case where the
また、球状部材381は、ロータ340と常時当接するように可動する。これによって、球状部材381がロータ340を回転軸の方向に押し込む押し付け力を調整することができる。一例では、ロータ340を回転軸の方向に押し込むことによって生じるガルバノミラー31で反射されるレーザビームLの位置精度が悪化しない条件で、球状部材381をロータ340に押し付けることができる。また、球状部材381とロータ340との間の接触信頼性を確保した状態で、ガルバノスキャナ32を使用することができる。
Also, the
さらに、球状部材381が回転している間も、球状部材381は弾性部材382と接触しているため、ロータ340と当接するように回転軸の方向に移動可能である。つまり、弾性部材382は、球状部材381と接触し、ロータ340に向かって球状部材381を押し付ける。これによって、弾性部材382によって、球状部材381をロータ340に対して常に接触させておくことが可能となる。そして、球状部材381と弾性部材382との間で電気的接触を保つとともに、ロータ340とステータ330との間で、接地構造部380および支持構造部370を介して電気的接触を保つことが可能となる。
Furthermore, since the
以上のように、弾性部材382は、球状部材381とロータ340との間で接触が保たれる程度の力で球状部材381を押し付ける。この弾性部材382の変位によって生じる力である押し付け力は、モータ35のロータ340を回転軸の方向に押し込み、ステータ330に対してロータ340が回転軸の方向に変位してしまうほどの大きさとならないように調整される。弾性部材382は、一例ではばねである。
As described above, the
このようなガルバノスキャナ32での動作について説明する。制御装置50からの指示に従って、コイル333に電流が流されると、ロータ340が回転する。ロータ340の回転によって、シャフト342に固定されるガルバノミラー31も回転する。モータ35のガルバノミラー31が設置される第1端部とは反対側の第2端部では、接地構造部380が他方のシャフト343と接触した状態にある。つまり、ロータ340とステータ330とは、接地構造部380および支持構造部370を介して電気的に接続された状態にあり、ロータ340とステータ330とは同電位となる。このため、ガルバノスキャナ32の駆動時における磁石の渦電流等の影響で、軸受351,352の内輪と外輪との間で電位差である軸電圧が発生することが抑制される。また、軸受351,352の油膜によって内輪と外輪とが絶縁されている状態から、油膜が切れ、内輪と外輪とが接触するような状態になったとしても、内輪と外輪とは、電食抑制部37を介して同電位となっているため、内輪と外輪との間での放電の発生が抑制される。この結果、軸受351,352の内部の損傷が抑制される。軸受351,352の内部の損傷が抑制されるため、軸受351,352のスムーズな回転を継続させることができ、レーザビームLの照射位置の制御に悪影響を及ぼしてしまうことがない。
The operation of such a
なお、電食抑制部37によってロータ340とステータ330との間の電気的な接触が保たれていれば、図2に示される構造に限定されるものではない。図2では、電食抑制部37の板状部材371の回転軸に垂直な方向の面積は、ステータ330の回転軸に垂直な方向の面積と略同じである。しかし、接地構造部380がシャフト343と接続を保てるとともに、板状部材371が接地構造部380を支持することができる構造であれば、板状部材371の回転軸に垂直な方向の面積の大きさおよび形状は特に限定されるものではない。
Note that the structure is not limited to that shown in FIG. 2 as long as electrical contact between
また、接地構造部380の弾性部材382による押し付け力を安定させるためには、回転軸の方向における接地構造部380の筐体383の位置をしっかり決める必要がある。一例では、図2のように接地構造部380を板状部材371に固定した場合であっても、長い期間製品を使用していると、雄ねじとなっている接地構造部380が回転軸の方向に動いてしまう場合がある。このように、回転軸の方向における筐体383の位置が変化すると、弾性部材382の固定位置も変化してしまい、押し付け力の大きさも変化してしまう。すなわち、弾性部材382による押し付け力が安定しなくなる。そこで、球状部材381をロータ340に常時、定められた押し付け力で当接させておくことができるように、弾性部材382の位置を固定してもよい。
Further, in order to stabilize the pressing force of the
図4は、実施の形態1に係るガルバノスキャナの構成の他の例を模式的に示す図である。上記した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図4では、接地構造部380aの長さが板状部材371の厚さよりも長くなっている。図2では、接地構造部380のモータ35とは反対側の端部は板状部材371の貫通孔371aの内部にある場合を示したが、図4では、接地構造部380aは、板状部材371の貫通孔371aを貫通している。また、図4の電食抑制部37は、接地構造部380aの回転軸の方向への移動を抑制し、弾性部材382の固定位置を決める位置決め部材であるナット385をさらに有する。図示を省略しているが、上記したように接地構造部380aの外周面にはねじが切られているので、板状部材371から突出した部分にナット385が螺合される。これによって、接地構造部380aの回転軸の方向への移動が抑制され、弾性部材382の固定位置が安定する。この結果、球状部材381をロータ340に常時、定められた押し付け力で当接させておくことが可能となる。
4 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the galvanometer scanner according to Embodiment 1. FIG. The same symbols are attached to the same components as those described above, and the description thereof is omitted. In FIG. 4, the length of the
図5は、実施の形態1に係るガルバノスキャナの構成の他の例を模式的に示す図である。上記した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図5の電食抑制部37は、図2に示される構造に加えて、接地構造部固定部390をさらに有する。接地構造部固定部390は、支持構造部370のモータ35とは反対側に設けられ、接地構造部380の回転軸の方向の位置が移動しないように固定する部材である。接地構造部固定部390は、位置決め部材に対応する。接地構造部固定部390は、支持構造部391と、位置固定部395と、を有する。
FIG. 5 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the galvanometer scanner according to Embodiment 1. FIG. The same symbols are attached to the same components as those described above, and the description thereof is omitted. The electrolytic
支持構造部391は、板状部材392と、脚部393と、を有する。板状部材392は、回転軸に垂直となるように配置される板状の部材である。仮想的な直線である回転軸と交わる板状部材392の位置には、位置固定部395を支持する貫通孔392aが設けられる。貫通孔392aは、ねじ孔であり、貫通孔392aの内周面にはねじが切られており、雌ねじとなっている。脚部393は、板状部材392を支持構造部370の板状部材371で支持する部材である。脚部393は、筒状の部材であってもよいし、回転軸の方向に延在した棒状の部材であってもよい。後者の場合には、2本以上の棒状の部材によって、板状部材392が支持構造部370の板状部材371に支持されればよい。一例では、脚部393は、支持構造部370の板状部材371とねじ、溶接等の固定方法によって固定される。また、脚部393は、板状部材392とねじ、溶接等の固定方法によって固定される。
The
位置固定部395は、一方の端部で接地構造部380の端部と当接し、他方の端部で支持構造部391に支持される部材である。一例では、位置固定部395は、回転軸の方向に延在した部材である。図5の例では、位置固定部395は、一方の端部が板状部材392の貫通孔392aに固定され、他方の端部が接地構造部380と当接するように配置される。位置固定部395の外周面にはねじが切られており、雄ねじとなっている。位置固定部395を貫通孔392aに螺合させることで、支持構造部391に位置固定部395を固定することができる。これによって、接地構造部380は、モータ35とは反対側から位置固定部395によって押し込まれる。つまり、接地構造部380の回転軸の方向の位置、より具体的には弾性部材382の固定位置が固定されることになる。この結果、球状部材381をロータ340に常時、定められた押し付け力で当接させておくことが可能となる。
The
以上のように、実施の形態1のガルバノスキャナ32は、回転軸を中心に回転する永久磁石341および回転軸に沿った永久磁石341の両側に接続されるシャフト342,343を有するロータ340、ロータ340から定められた距離をおいて配置されるステータ330、並びにシャフト342,343を支持する軸受351,352を有するモータ35と、回転軸の方向におけるモータ35の2つの端部の内のガルバノミラー31が設けられていない方の端部に設けられ、ステータ330とロータ340とを電気的に接続する電食抑制部37と、を備える。これによって、ガルバノスキャナ32の動作時において、電食抑制部37がステータ330とロータ340との間を電気的に接続するので、軸受351,352における内輪と外輪とが同電位となる。また、電食抑制部37は、ロータ340のシャフト343との接触が保たれる程度の押し付け力でロータ340と接触する。このため、軸受351,352の内輪と外輪との間の回転軸の方向の変位を従来に比して抑えながら、軸受351,352の内輪と外輪との間での電食の発生を抑制することができるという効果を有する。
As described above, the
なお、従来の技術では、軸受351,352の転動体の周囲を包む油膜が切れ、内輪、転動体および外輪が導通するまで、油圧によってロータシャフトにスラスト力を付与し、導通の必要がなくなるとスラスト力を除去している。つまり、スラスト力を付与するオンかスラスト力を付与しないオフかの2通りで制御が行われる。このような従来の技術を厳しい位置決め精度が要求されるガルバノスキャナ32に適用すると、オンの場合にロータ340が回転軸の方向に変位し、これによってガルバノミラー31も回転軸の方向に変位してしまう。このような変位が生じると、ガルバノミラー31で反射するレーザビームLの位置精度が悪化する。オンからオフに切り替わる場合もロータ340が回転軸の方向に変位し、同様に位置精度が悪化する。一方、実施の形態1のガルバノスキャナ32では、電食抑制部37の接地構造部380は、ロータ340とステータ330との間の電気的な導通が取れればよいので、それほど強い力で押し込む必要がなく、接地構造部380とロータ340との接触が常に保たれる程度に抑えられていればよい。このため、従来の技術のスラスト力に比して、実施の形態1の回転軸の方向の押し付け力は弱く、ガルバノミラー31で反射するレーザビームLの位置精度に悪影響を与えることがない。また、実施の形態1では、積極的に軸受351,352の内輪、転動体および外輪を導通させることはなく、転動体が油膜につつまれた状態で使用されるので、上記したように、軸受351,352の内輪と外輪との間での電食の発生を抑制することができる。
In the conventional technology, thrust force is applied to the rotor shaft by hydraulic pressure until the oil film surrounding the rolling elements of the
さらに、図4および図5に示されるように、電食抑制部37は、接地構造部380にある弾性部材382の球状部材381と接触する位置以外の位置で、弾性部材382を固定する位置決め部材をさらに備えるようにした。これによって、弾性部材382の位置が固定され、押し付け力を安定させることができる。
Furthermore, as shown in FIGS. 4 and 5, the electrolytic
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.
1 レーザ加工機、10 レーザ発振器、20 レーザ光学素子、21 コリメートレンズ、22 マスクホール、30 加工ヘッド、31,31X,31Y ガルバノミラー、32,32X,32Y ガルバノスキャナ、33 fθレンズ、35 モータ、37 電食抑制部、40 ワーク搬送テーブル、50 制御装置、311 ミラー、312 ミラーホルダ、330 ステータ、331 筐体部、332 鉄心、333 コイル、334 導線、340 ロータ、341 永久磁石、342,343 シャフト、351,352 軸受、370,391 支持構造部、371,392 板状部材、371a,392a 貫通孔、372,393 脚部、380,380a 接地構造部、381 球状部材、382 弾性部材、383 筐体、385 ナット、390 接地構造部固定部、395 位置固定部、L レーザビーム、W 被加工ワーク。
1 laser processing machine, 10 laser oscillator, 20 laser optical element, 21 collimator lens, 22 mask hole, 30 processing head, 31, 31X, 31Y galvano mirror, 32, 32X, 32Y galvano scanner, 33 fθ lens, 35 motor, 37 Electrolytic
Claims (9)
前記回転軸の方向における前記モータの2つの端部の内のガルバノミラーが設けられていない方の端部に設けられ、前記ステータと前記ロータとを電気的に接続する電食抑制部と、
を備え、
前記電食抑制部は、
前記ロータと当接し、外周面にねじが切られた接地構造部と、
内周面にねじが切られた貫通孔が前記回転軸の延長線上に設けられた第1部材と、前記第1部材を前記ステータの端部で支持する第1脚部と、を有し、前記接地構造部を支持する第1支持構造部と、
を有し、
前記接地構造部は、前記回転軸の方向に移動可能に前記貫通孔に螺合され、
前記接地構造部および前記第1支持構造部は、導電性材料によって構成されることを特徴とするガルバノスキャナ。 a motor having a rotor having a permanent magnet rotating about an axis of rotation and a shaft connected to each side of the permanent magnet along the axis of rotation, and a stator positioned at a defined distance from the rotor;
an electrolytic corrosion suppressing portion provided at one of the two ends of the motor in the direction of the rotation axis where the galvanomirror is not provided and electrically connecting the stator and the rotor;
with
The electrolytic corrosion suppressing section is
a grounding structure that abuts on the rotor and has a threaded outer peripheral surface;
a first member having a threaded through hole on the inner peripheral surface provided on an extension line of the rotating shaft; and a first leg supporting the first member at an end of the stator, a first support structure supporting the ground structure;
has
the ground structure portion is screwed into the through hole so as to be movable in the direction of the rotation axis;
A galvanometric scanner , wherein the ground structure and the first support structure are constructed of an electrically conductive material .
前記筐体の外周面に前記ねじが切られ、 The thread is cut on the outer peripheral surface of the housing,
前記第2部材と当接する端部ではない前記弾性部材の端部と前記筐体との前記筐体の内部における当接位置は、前記接地構造部の前記貫通孔への螺合によって変化しないことを特徴とする請求項4に記載のガルバノスキャナ。 A contact position inside the housing between the end portion of the elastic member that is not the end portion that contacts the second member and the housing is not changed by screwing the grounding structure portion into the through hole. 5. The galvanometer scanner of claim 4, characterized by:
前記位置決め部材は、前記第1部材の前記モータとは反対側の位置で前記接地構造部に螺合するナットであることを特徴とする請求項6に記載のガルバノスキャナ。 7. The galvanometer scanner according to claim 6, wherein the positioning member is a nut that is screwed into the ground structure portion at a position on the side of the first member opposite to the motor.
前記接地構造部の端部と当接し、外周面にねじが切られた位置固定部と、 a position fixing portion abutting the end portion of the ground structure portion and having a threaded outer peripheral surface;
内周面にねじが切られた貫通孔が前記回転軸の延長線上に設けられた板状部材と、前記板状部材を前記第1支持構造部で支持する第2脚部と、を有し、前記位置固定部を支持する第2支持構造部と、 A plate-like member having a threaded through hole on the inner peripheral surface provided on an extension line of the rotating shaft, and a second leg supporting the plate-like member with the first support structure. , a second support structure for supporting the position fixing part;
を有し、 has
前記位置固定部は、前記板状部材の前記貫通孔に螺合されることを特徴とする請求項6に記載のガルバノスキャナ。 7. The galvanometer scanner according to claim 6, wherein the position fixing portion is screwed into the through hole of the plate member.
前記レーザビームを集光させ、加工対象に対して前記レーザビームを照射するレンズと、
前記レーザビームの前記レンズに入射する位置および角度を調整する請求項1から8のいずれか1つに記載のガルバノスキャナと、
前記ガルバノスキャナの前記回転軸の方向における前記モータの2つの端部の内の前記電食抑制部が設けられていない方の端部で、前記シャフトに固定され、前記回転軸を中心に回転するガルバノミラーと、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。 a laser oscillator that emits a laser beam;
a lens for condensing the laser beam and irradiating the laser beam onto a processing object;
The galvanometer scanner according to any one of claims 1 to 8, which adjusts the position and angle of incidence of the laser beam on the lens;
Of the two ends of the motor in the direction of the rotation axis of the galvanometer scanner, the end not provided with the electrolytic corrosion suppressor is fixed to the shaft and rotates about the rotation axis. galvanomirror and
A laser processing machine comprising:
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