JPS601913Y2 - 走査装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 この考案は、たとえば被加工物にレーザビームを走査し
て加工するレーザ加工装置等の走査駆動に用いられる走
査装置の改良に関する。

〔考案の技術的背景とその問題点〕

レーザビームを薄板状の被加工物に集光走査して加工す
るに採用されるレーザ走査装置においては、一般に走査
駆動に走査テーブルが採用され、レーザ発振器から出力
されたレーザビームを走査テーブルの駆動で被加工物に
走査している。

この走査装置としては、従来から第１図で示すものが使
用されている。

すなわち案内体としての基準架台ａに、反射ミラーｂお
よび集光レンズＣを配備したＸＹテーブルｄを移動自在
に配置し、さらにＸＹテーブルｄに並んで駆動体として
の駆動モータｅを設置し、この駆動モータｅの出力軸に
連結された送りねじｆの先端側をＸＹテーブルｄに回転
自在に連結したものが用いられている。

また動作としては、駆動モータｅの正・逆転によってＸ
Ｙテーブルｄをたとえば左右方向に駆動することにより
、レーザ発振器ｇから出力されたレーザビームｈの集光
点を反射ミラーｂの移動で変化させて被加工物ｉに集光
することができるようになっている。

すなわち、ＸＹテーブルｄの停止位置の変化で、任意に
レーザビームｈの集光位置を設定できるようになってい
る。

しかしながら、このような駆動モータｅでＸＹテーブル
ｄを移動させて走査駆動する技術によると、ＸＹテーブ
ルｄを高速駆動する際、ＸＹテープルｄの走査移動に伴
う反力で走査中に振動を伴なう問題がある。

この結果、振動が基準架台ａを通じて駆動モータｅ、レ
ーザ発振器ｇなどの機器、さらにはその他全体にまで伝
わる不具合を伴い、高精度で走査を行う上で障害となる
。

そこで、従来ではＸＹテーブルｄの送り速度を低速にし
たり、あるいは送りにスローアップ、スローダウンなど
の変化をつけた改良がなされているが、反面、走査速度
の低下を伴ない作業能率の低下が余儀なくされるといっ
た問題がある。

〔考案の目的〕

この考案は上記事情に着目してなされたものでその目的
とするところは、走査テーブルの駆動に伴って発生する
振動を防止することができる走査装置を提供することに
ある。

〔考案の概要〕

この考案は走査テーブルを直線駆動する駆動体を走査テ
ーブルと共に移動自在にするとともに、駆動体の駆動を
受けて走査テーブルと駆動体とをそれら走査テーブル、
駆動体の間を支点に互いに反発する方向へ移動させる反
発機構を設けることにより、走査テーブルの走査移動に
伴う反力を駆動体の反発した力によって平衡させて走査
テーブル側から発生する振動を吸収するようにしたもの
である。

〔考案の実施例〕

以下、この考案を図面に示す第１の実施例にもとづいて
説明する。

第２図中１はレーザビーム走査装置の案内体である基準
架台（以下、架台と称す）で、二の架台１の上面には左
側部に位置してレーザビーム出射部を右方に向けたレー
ザ発振器２が設置されている。

なお、３はレーザ発振器２を支持する設置台である。

また架台１の上面には、レーザ発振器２に隣接して右方
の位置に走査テーブル４が配置されている。

この走査テーブル４は、たとえば板状部材４ａを２段に
組み付け、さらに底部に走行用のボール部材５，５を設
けて構成されていて、・架台１の上面を案内面として上
記レーザ発振器２のレーザビームの出射方向に沿って直
線的にスライド移動することができるようになっている
。

すなわち、走査テーブル４は一方向に沿って移動自在な
ものである。

なお、架台１の上面には走査テーブル４を移動方向に沿
って案内する直線ガイド（図示しない）が設けられる。

また走査テーブル４には、たとえば板状部材４ａｔ４ａ
の間に位置してめねじ６ａが刻設されためねじ部材６が
配設される。

そして、さらに走査テーブル４には、左側部に位置して
反射ミラー７および集光レンズ８が配設され、上記レー
ザ発振器２から出力されたレーザビーム２ａを架台１の
上面に形成された被加工物載置台９に導く光路を構成し
ている。

すなわち、走査テーブル４の移動量変化で被加工物載置
台９に載置される被加工物１０をレーザビーム走査する
ことができるようになっている。

一方、走査テーブル４に隣接して右方には、駆動体１１
が並設されている。

この駆動体１１には駆動モータ１２が採用される。

そして、この駆動モータ１２は、底部に走行用のボール
部材１３゜１３を配したテーブル１４上に搭載されてい
る。

したがって、駆動体１１は架台１上に走査テーブル４の
移動方向に沿ってスライド移動自在に設置され、架台１
の上面を案内面として走査テーブル４の移動方向沿いに
移動できるようになっている。

また駆動モータ１２の出力軸には、走査テーブル４側へ
延びる送りねじ１５が配備される。

そして、この送りねじ１５の先端側は上記走査テーブル
４のめねじ６ａに回転自在に連結され、駆動モータ１２
の正・逆回転で送りねじ１５およびめねじ６ａを通じて
走査テーブル４を直線駆動することができるようになっ
ている。

そして、このように構成された駆動体１１と走査テーブ
ル４との間には、反発機構１６が配置される。

この反発機構１６は、送りねじ１５を配した駆動モータ
１２を利用して構成され、詳しくは送りねじ１５の基部
側に歯車１６ａを嵌挿する。

また駆動モータ１２側のたとえばテーブル１４に、走査
テーブル４の方向へ延びるねじ杆１７の一端をめねじ部
材１８ａを介して回転自在に連結し、このねじ杆１７の
他端側に上記歯車１６ａと咬合する歯車１８を設けて構
成される。

なお、１９はねじ杆１７の他端を架台１上に固定する軸
受部材である。

しかして、偶数個の歯車１６ａと歯車１８とによる回転
方向が異なるねじ杆１７、送りねじ１５の回転駆動によ
り、走査テーブル４と駆動体１１とは走査テーブル４、
駆動体１１間を気侭として互いに反発する方向へ動作（
移動）することができるようになっており、これに併せ
て走査テーブル４の走査動作が行なわれるようになって
いる。

他方、２．０はたとえば走査テーブル４の真下に位置し
て架台１上に設置されたマグネットスケールなどの位置
検出器で、この位置検出器２０の検出によって走査テー
ブル４の移動量を検出することができるようになってい
る。

またこの位置検出器２０には信号処理部２１が接続され
ている。

そして、さらにこの信号処理部２１には、駆動部２２を
介して上記駆動モータ１２が接続され、信号処理部２１
での情報処理にもとづき所定の位置に所定の速度で走査
テーブル４を駆動制御できるようになっている。

すなわち、走査テーブル制御系２３を構成している。

つぎにこのように構成された走査装置の作用について説
明する。

まず駆動モータ１２を正回転方向へ回転駆動させる。

この駆動モータ１２の回転に伴い、送りねじ１５は歯車
１６ａと共に正回転し、さらに同時にねじ杆１７は歯車
１８を通じて送りねじ１５の回転とは逆に逆回転する。

そして、これら送りねじ１５およびねじ杆１７の回転に
よって、走査テーブル４側と駆動モータ１２側とは、走
査テーブル４および駆動モータ１２の間の歯車１８を支
点として、走査テーブル４は直線的に前進駆動され、さ
らに駆動モータ１２は後退駆動される。

しかして、走査テーブル４はその移動に伴う反力が駆動
モータ１２の反発する方向の動きで吸収されて平衡しな
がら走査動作することになる。

すなわち、走査テーブル４と駆動体１１との間には、走
査テーブル４の送り速度をＶ□、その走査テーブル４に
ついて動く部分の質量をｍ□とし、さらに駆動モータ１
２の送り速度をｖ２、駆動モータ１２と共に動く部分の
質量をｍ２としたとき、ｍ１■１＝ｍ２■２のバランス
関係が戊り立つ。

そして、さらに走査テーブル４側の質量が軽く、駆動モ
ータ１２側の質量が重いといった質量の差異を歯車１６
ａ、１８のギヤ比および送りねじ１５、ねじ杆１７の送
りピッチで所要に合せれば、走査テーブル４の加減速時
は駆動モータ１２も同等の力で反対方向へ加減速するこ
とになり、互いに反発する力で走査テーブル４の振動に
伴う反力は打ち消し合う（吸収）ことになる。

なお、駆動モータ１２が逆回転したときについても全く
同様である。

かくして、反発力の形成によって走査テーブル４の高速
域の駆動における振動の発生を防止することができる。

この結果、高速でもあらかじめ信号処理部２１に設定さ
れた被加工物１０上の位置に反射ミラー７および集光レ
ンズ８を通して変動のないレーザビーム２ａを正確に集
光することができ、高速高精度のきわめて高性能の走査
を遠戚することができる。

なお、走査テーブル４のストロークを大きく、かつ速度
も高速まで要求する場合は、走査テーブル４を軽量にす
るとともに、駆動モータ１２に１重すヨなどを加えて重
くすればよい。

すなわち、駆動モータ１２側を移動に有利なストローク
の小さなものにすることができる。

またこの発明は上述した第１の実施例に限定さ′れるも
のではなく、たとえば第３図で示す第２の実施例のよう
にしてもよい。

すなわち、第２の実施例は、駆動体１１にアクチェータ
３０ａを備えたりニアモータ３０を採用し、また反発機
構１６を以下に説明するようにしたものである。

つまり、走査テーブル４とリニアモータ３０との間を、
走査テーブル４、リニアモータ３０の移動方向とは直方
の方向である上下方向から中央に回動支点３１ａを備え
たレバー３１の両端でヒンジ部３２，３２を介して連結
して、走査テーブル４およびリニアモータ３０の間に反
発機構１６を構成したものである。

なお、レバー３１の回動支点３１ａは支持部材３３を介
して架台１上に固定され、各レバー３０の両端は走査テ
ーブル４およびリニアモータ３０側に対しヒンジ部３２
．３２を通じて進退および回動自在に支持されている。

このように構成しても、走査テーブル４とリニアモータ
３０とは、リニアモータ３０の駆動を受けて回動するレ
バー３１の回動によって互いに走査テーブル４、リニア
モータ３０の間を支点として反発する方向へ移動するこ
とができるようになり、上述した第１の実施例と同様の
効果を奏する。

なお、この走査テーブル４とリニアモータ３０の移動に
あたって、レバー３１の回ｉ支点３１ａから走査テーブ
ル４側のヒンジ部３２までの距離を１１、走査テーブル
４の動く部分の質量をｍｌとし、レバー３１の回動支点
３１ａからりニアモータ３０側のヒンジ部３２までの距
離を１２、リニアモータ３０における質量をｍ２とした
とき、その関係がｍ１１１＝ｍ２ｔ）２で表られされ、
この関係にもとづき振動の吸収が行なわれるものである
。

また走査テーブル４の移動に伴う調整は、レバー３１の
回動支点３１ａの位置の変更あるいはりニアモータ３０
側に重量調整用の重り３３ａを設置することによって行
なわれる。

但し、アクチェータ３０ａの重量は走査テーブル４側の
質量と考えられる。

なお、第３図において上述した第１の実施例と同−構成
部品は同一番号を附してその説明を省略した。

また反発機構１６は上述した第１および第２の実施列で
示す構造に限られることはなく、この他にカム機構を用
いてもよく、要は走査テーブルを駆動体を互いに反発す
る方向へ移動できるようにしたものであればよい。

また上述した第１および第２の実施例とも一方向へ直線
的に移動する走査テーブルにこの考案を適用してレーザ
ビームを走査させたが、ＸＹテーブルなどの２方向へ移
動する走査テーブルにも適用できることはいうまでもな
い。

またこの考案をレーザビームの走査装置に適用したが、
これに限らず他の送りを必要とする走査装置にも広範囲
に適用できることはいうまでもない。

〔考案の効果〕

以上説明したようにこの考案によれば、反発機構で走査
テーブルの移動に伴う反力を駆動体の反発力によって平
衡させた構造としたから、走査テーブルの高速動に伴っ
て発生する振動を防止することができる。

したがって、高速高精度の走査動を遠戚することができ
、能率の向上を図ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の走査装置を示す側面図、第２図はこの考
案の第１の実施例の走査装置を示す側面図、第３図はこ
の考案の第２の実施例の走査装置を示す側面図である。 ４・・・・・・走査テーブル、１１・・・・・・駆動体
、１２・・・・・・駆動モータ、１５・・・・・・送り
ねじ、１６・・・・・・反発機構、１６ａ、１８・・・
・・・歯車、１７・・・・・・ねじ杆、３０・・・・・
・リニアモータ、３１・・・・・・レバー。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）すくなくとも一方向に沿って移動する移動自在な
   走査テーブルと、この走査テーブルにその移動方向に沿
   って移動自在に並設され走査テーブルを直線駆動させる
   駆動体と、この駆動体および走査テーブルを移動方向に
   沿って案内する案内体と、上記駆動体と走査テーブルと
   の間に配置され上記駆動体の駆動を受けて走査テーブル
   と駆動体とを走査テーブルおよび駆動体間を支点として
   互いに反発する方向へ移動させる反発機構とを具備した
   ことを特徴とする走査装置。
2. （２）上記反発機構は、駆動体に駆動モータを採用し、
   この駆動モータに送りねじを介して走査テーブルを回転
   自在に連結するとともに駆動モータ側にねじ杆の一端を
   回転自在に連結し、このねじ杆の他端と送りねじとを駆
   動モータ、走査テーブルの間で歯車を介して連結してな
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第（１）項
   に記載の走査装置。
3. （３）上記反発機構は、走査テーブルと駆動体との間を
   移動方向とは直角の方向から中央に回動支点を有したレ
   バーの両端て回動自在に連結してなることを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第（１）項に記載の走査装置。