JPH0466289A

JPH0466289A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH0466289A
Application number: JP2178263A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Kajikawa; 敏和梶川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明はレーザ加工装置に関し、特にボードカッタや大
型ＬＣＤ基板加工用のレーザ加工装置に関するものであ
る。

従来技術従来、１ｒｒｒ程度の大型基板面上にレーザ光を集光照
射して所定形状の切断、トリミング、溶接などの処理を
行うためのレーザ加工装置では、大型ＸＹステージと加
工光学系とを組合せる構成が一般的となっている。この
組合せ方には次の２通りがあり、１つは加工光学系を固
定し、レーザスポット光の位置は空間的に固定されてい
るものとし、この集光スポットに対して基板をＸＹステ
ージ上に搭載し、ＸＹ駆動する方式である。他の１つは
、基板を固定台上に搭載し、加工光学系をＸＹステージ
で駆動する方式である。

前者の方式で用いられているＸＹステージの１例の平面
図を第６図に示している。本図のＸＹステージはボール
ネジとガイドと回転モータとを組合せた標準的なＸＹス
テージの例である。

図において、Ｘ、Ｙステージベース７１．７２には夫々
Ｘ、Ｙ軸ガイド７３．７４が設けられており、これ等Ｘ
、Ｙ軸ガイド７３．７４に沿って載物台７５が摺動自在
に構成されている。

駆動モータとして、Ｘ、Ｙモータ７６．７７が用いられ
ており、Ｘ、Ｙ軸上−タ７６．７７に一体に取付けられ
たＸ、Ｙ軸ボールネジ７８．７９により、載物台７５の
Ｘ、Ｙ方向の摺動駆動が夫々可能となっている。

この方式では、ガイドの長さは可動範囲の２倍強必要で
あり、ｌｍＸ１ｍ程度の基板を加工するためには、２ｍ
以上の長さが必要となる。この様なガイドを固定し、そ
の精度を保証するには、Ｘ。

Ｙ軸の各ベース７１．７２を堅固に製造することが要求
される。そのために、ステージ全体の重量は５００　ｋ
ｇ〜１を程度にもなる。

また、ステージ精度のうち直線性及び両軸の直交度はガ
イド自体の精度と組立精度とに依存するために、精度を
上げるには、高価な高精度ガイドを時間をかけて組立調
整する必要がある。

後者の方式では、前者の方式と同様の構成のＸＹステー
ジ上に加工光学系を載せてレーザ光を基板上に集光走査
するものであるが、ステージの搭載物が加工光学系だけ
で軽量、小型であるのて、ガイド類を小型化でき、軽量
化も図れるという利点がある。しかしながらガイドに要
求される精度は前者の方式と同しである。

以上述べたＸＹステージ方式の他にも、リニアステッピ
ングモータによるＸＹステージ等が大型基板用に適用可
能であり、装置全体の小型化を図ることができるが、高
価なものとなるという欠点がある。

発明の目的本発明の目的は、軽量かつ高精度で、信頼性も高い安価
なレーザ加工装置を提供することである。

発明の構成本発明によるレーザ加工装置は、一端が互いに連結され
た第１及び第２の可動アームと、これら可動アームを所
定平面内で夫々長手方向に摺動自在に支持する支持手段
と、前記第１及び第２の可動アームを前記平面に垂直な
第１及び第２の回転軸で夫々回動自在に軸支する軸支手
段と、前記第１及び第２の可動アームの連結端に取付け
られたレーザ集光手段とを含み、前記第１及び第２の可
動アームの長さ及び回動方向を前記平面内で夫々制御す
ることにより前記レーザ集光手段の前記平面内での位置
決めをなすようにしたことを特徴どする。

実施例次に、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明の実施例の平面図であり、第２図はその
側面図である。２本のアーム１．２の先端部は互いにリ
ンク構造で連結されており、その連結部には加工光学部
３が取付けられている。

これ等アーム１．２は同一平面内にあり、この平面内で
その長手方向に摺動自在な様に支持されると共に、当該
平面に垂直な回転軸を中心に回動自在に軸支されている
。

そのために、アーム１の駆動用モータ４が設けられてお
り、このモータ４の回転力により、回転支持軸５を中心
にアーム１は上記平面内に回動可能であり、またプーリ
６により当該平面内で長手方向の摺動移動が可能である
。

アーム２についてもアーム１の例と同様の構造であり、
７がアーム２の回転支持軸、８がアーム２の摺動用プー
リを示している。

アーム１にはその長手方向の移動量を計測するためのリ
ニアスケール９が固定されており、このリニアスケール
９と対向してセンサ１ｏが設けられている。

尚、アーム２についても同様であることは勿論である。

これ等アーム１，２の回動平面（摺動平面でもある）に
は光学系ベース１２が装置ベース１１上に取付けられて
設けられており、この光学系ベース１２上をアーム先端
に取付けられた加工光学部３がスライドするようになっ
ている。

本例では、被加工基板１３は加工光学部３の上方に、当
該平面と平行に固定されているので、加工面は下面とな
り、加工光学部３と対向している。

この加工光学部３には光ファイバ１４により外部よりレ
ーザ光が供給されており、アーム１又は２に沿ってレー
ザ光を供給する構造としても良い。

尚、加工光学部３の集光レンズの焦点距離が短い場合、
被加工基板１３のたわみ等による焦点位置ズレが加工特
性に影響を与えるために、加工光学部３にはオートフォ
ーカスユニットを取付けることは従来と同様である。

加工光学部３はアーム１，２の駆動に応して光学系ベー
ス１２上をスライドするものであるが、その方法として
は、エアースライド方式と接触スライド方式とがある。

前者は抵抗が少なく動きがスムーズであるが、位置決め
時に、残留振動が残り易いので、位置決め時間が大きく
なることがある。後者の場合は、光学系ベース１２を鏡
面とし、オイルを塗布して滑りを良好とする方法が採用
される。

第１図から明らかな如く、アーム１，２の各アーム駆動
プーリ６．８によって各アームの長さを可変制御し、ま
た回転支持軸５，７を中心に回動制御すると、アーム支
持軸５．７と加工光学部３とを接続して得られる三角形
の形状が変化するが、両支持軸５．７が固定されている
ために、加工光学部３の位置は、第１図の紙面に平行な
市内で移動する。

加工光学部３の位置決め誤差要因は、加工光学部３、ア
ーム１．２の各回転軸の編心と、両アーム１．２の長さ
Ｌｌ、、Ｌ２の計測誤差とが主たるものである。従って
、通常のＸＹステージの様に、精度の基準となるガイド
が不要である。

また、本実施例では、アーム先端の加工光学部３は光学
系ベース１２の上に載っているために、アームにかかる
負荷はアーム自重のみであるので、全体に軽量化が可能
となる。

加工光学部３の中心位置（Ｘ、Ｙ）はアーム長さＬＬ、
Ｌ２により次式で表わされる。尚、各回転支持軸の位置
を（Ｘｌ、Ｏ）、（Ｘ２，０）とする。

Ｘ−（Ｌｌ　２−Ｌ２２−Ｘｉ　２＋Ｘ２２）／２　（
Ｘ２−Ｘｌ　）Ｙ霞　　　　１−−■ 次に、Ｌｌ、Ｌ２の長さ方向の位置誤差（△Ｌ■、△Ｌ
２）が加工位置（Ｘ、Ｙ）に及はす位置誤差（△Ｘ、△
Ｙ）は上式を用いて次式となる。

Ｘ＋△Ｘ−（（Ｌｌ＋△Ｌｌ）（Ｌ２＋△Ｌ２　）−ＸＩ　２＋Ｘ２２＋／２　（Ｘ２
−Ｘｌ　）Ｙ＋△Ｙ− （ｌ　＋△Ｌｌ　　）　　２−　　（Ｘ＋△Ｘ−Ｘｌ　
　）　　２第１図の装置を大型基板のレーザ加工装置と
した場合の位置誤差を試算すると次の如くなる。第１図
において、走査範囲（Ａｘ、ＡＹ）を１００Ｏｎ＋ｍｘ
　１０００ｍ■とし、アーム回転支持軸５，７の位置を
（−５００、０）　、　　（５００、０）として、走査
範囲シフト量を５ｙ−ｓｏｏｌｌとする。

ＬＬ、Ｌ２の移動距離の計測はアームに固定されたリニ
アスケールで計測可能であるため、高精度である。たと
えば、ハイデンノ＼イン社製のミニリーダ１９０／４０
型を使えば、最小読取り２１が可能である。この試算で
は、リニアスケールの最小読取りを５ｊｍとし、最小読
取り量だけ位置計測誤差が発生した場合（△Ｌ−△Ｌｌ
−△Ｌ２−５ｊｍ）を想定している。第４図にこれ等条
件例を示し、その試算結果を第５図に示す。

Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各位置は走査範囲の外周上の位置であ
り、これらの位置においてＬＬ、Ｌ２各々の長さが△Ｌ
だけ変化した時の加工光学部位置変化を求めである。第
５図を見てわかるように、最大位置ズレ量（変化量）は
１５μｍ程度であり、移動範囲ｌｍＸ１ｍ程度の通常の
ＸＹステージに比べて同等以上の精度を示すことになり
、実用上全く問題は無い。

またアームの長さは本配置では１．８ｍ程度必要である
が、他の機構を支持する必要が無いため、軽量化が可能
である。したがって駆動モータも小型のもので良く、ま
た回転支持軸への負荷も小さいため、全体を軽量化でき
る。

次に、本発明の他の実施例の側面図を第３図に示す。本
実施例は第１図の実施例とアーム駆動機構は同じである
が、光学ベース１２を被加工基板１３の上方に設置し、
加工光学部３は、下方より光学ベース１２に接しながら
移動する。

加工光学部３を光学ベース１２に接しながら移動可能と
する方法はいくつかある。１つは光学ペース内部に鉄板
を設け、加工光学系側面に電磁石を設けて吸着させる方
法である。他には、エアーによる吸着や、加工光学部下
部より被加工基板１３の面側に、ガス（エアー、Ｎ２な
ど）を噴射して浮上させる方式などがある。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、レーザ光集光手段
を２次元に移動する方式として、被加工基板面に平行な
光学ベースと、同ベースに接しながら上記レーザ光集光
手段を移動させる手段として、被加工基板面を含む平面
に垂直な回転軸を持ち同回転軸を基準として同平面内で
その長さを可変制御できる２組のアームとを用いる構成
としているので、位置精度を保証するために必要な高精
度のガイドレールが不用であり、同ガイドレールを固定
するための堅固なベースが不用となって、コスト低減と
全体重量の低減が図れる。

また、従来位置精度を保証するためには、組立時にガイ
ドレールの直線性、Ｘ７両ガイドの直交度の調整・検査
が不可欠であり、多くの工数と熟練技術が必要であった
が、本発明の場合位置精度に影響する要因は、アーム長
の計測誤差と、アーム支持回転軸の偏心量とが主なもの
であるため、組立時の調整工数は少なく、また熟練も必
要としない。

本発明の場合アーム長は、走査範囲の１．５〜２倍程度
の長さが必要であるが、自重以外負荷かほとんどかから
ないため、軽量構造が可能となる。

また、可動部はアーム支持回転軸とアームの長さ方向駆
動機構だけであり、このうちアーム長さ方向の移動はリ
ニアスケールで常に計測されているため、精度の不安定
要因となりうる機構部はアーム支持回転軸のみである。

従って、走査機構としての信頼性も高く、メンテナンス
も簡単である。

このように、本発明によれば、軽量かつ高精度で信頼性
も高い、レーザ光走査機構を低価格で実現することがで
きることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の平面図、第２図はその側面図、第３図
は本発明の実施例の側面図、第４図は位置誤差算出のた
めの各種条件を示す図、第５図は位置誤差算出例を示す
図、第６図は従来技術を示すレーザ加工装置の平面図で
ある。主要部分の符号の説明１．２・・・・・・アーム３・・・・・・加工光学部５．７・・・・・・回転支持軸６．８・・・・・・プーリ１３・・・・・・被加工基板第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端が互いに連結された第１及び第２の可動アー
ムと、これら可動アームを所定平面内で夫々長手方向に
摺動自在に支持する支持手段と、前記第１及び第２の可
動アームを前記平面に垂直な第１及び第２の回転軸で夫
々回動自在に軸支する軸支手段と、前記第１及び第２の
可動アームの連結端に取付けられたレーザ集光手段とを
含み、前記第１及び第２の可動アームの長さ及び回動方
向を前記平面内で夫々制御することにより前記レーザ集
光手段の前記平面内での位置決めをなすようにしたこと
を特徴とするレーザ加工装置。