WO2016017019A1

WO2016017019A1 - ガルバノスキャナ及びレーザ加工装置

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Publication number: WO2016017019A1
Application number: PCT/JP2014/070278
Authority: WO
Inventors: 俊之鉾館; 研吾内山; 尚弘高橋
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-04
Also published as: JPWO2016017019A1; CN106662741B; CN106662741A; JP5705390B1; TW201604584A; KR20170016990A; TWI559033B

Abstract

　ガルバノスキャナ（１）は、回転軸（３）を備えた回転体（２６）と、回転軸（３）の前側の一端に連結され、入射した光を偏向させるスキャンミラー（２）と、回転軸（３）が回転の中心軸となるように回転体（２６）を回転可能に収容する内部スペースを備えるフレームケース（４）と、内部スペース（４ａ）の前側の端部に配置され、回転軸（３）を回転可能に支持する軸受である前側軸受（８）と、制振合金で形成された筒状の部材であり、前側軸受（８）の外周側面（１９）との間に隙間を有する状態で前側軸受（８）の外周側に内筒面（２５１）が位置するようにフレームケース（４）に設置され、回転体（２６）の回転に伴う前側軸受（８）の振動を吸収する振動吸収部材（２５）を有する。

Description

ガルバノスキャナ及びレーザ加工装置

　本発明は、ガルバノスキャナ及びレーザ加工装置に関する。

　ガルバノスキャナを備えるレーザ加工装置は、プリント配線基板及び精密電子部品などの穴開け加工に利用されている。製品となる電子回路及び電子部品の精細化が進められるにしたがい、レーザ加工装置は、加工位置の高精度な制御が要求されている。

　ガルバノスキャナは、同じピッチでの加工位置の移動を繰り返した場合において、加工位置の移動周波数が回転体の固有振動数と一致したとき、ミラーの面に対して垂直な方向への振動が発生することがある。ミラーの面に対して垂直な方向の振動は、面倒れ共振と呼ばれている。面倒れ共振が発生することで、ミラーからのレーザ光の進行方向が変化するため、加工対象物におけるレーザ光の位置に誤差が生じることになる。

　特許文献１には、軸と軸箱との間に円筒ころ軸受が組み込まれた軸支持装置に関し、軸受の外輪と軸箱との間にて振動を吸収させる部材を設けることが開示されている。

特開２００８－１３８７７９号公報

　ガルバノスキャナの回転体は、駆動による温度上昇を受けて、熱膨張を生じることがある。軸方向における回転体の寸法変化を吸収可能とするために、ガルバノスキャナに設けられる軸受は、回転体が収納されるフレームケースに対してわずかな隙間を介して配置されている。ガルバノスキャナは、回転体の熱膨張による寸法変化を吸収できるとともに、加工位置の精度を悪化させる振動を低減可能であることが求められる。

　近年、ガルバノスキャナは、高速駆動が要請されているために、回転体の駆動力が大きくなる傾向にある。ガルバノスキャナは、駆動力が増大することで、不要な振動についても振幅が大きくなり易くなる。ガルバノスキャナは、駆動力の増大に対し不要な振動を低減できるような、軸受の周辺の隙間の公差管理が困難となっている。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、面倒れ共振を低減可能とし、高い位置精度を実現することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転軸を備えた回転体と、回転軸の前側の一端に連結され、入射した光を偏向させるミラーと、回転軸が回転の中心軸となるように回転体を回転可能に収容する内部スペースを備えるフレームケースと、内部スペースの前側の端部に配置され、回転軸を回転可能に支持する軸受である前側軸受と、制振合金で形成された筒状の部材であり、前側軸受の外周側面との間に隙間を有する状態で前側軸受の外周側に内筒面が位置するようにフレームケースに設置され、回転体の回転に伴う前側軸受の振動を吸収する振動吸収部材を有することを特徴とする。

　本発明は、面倒れ共振を低減し、高い位置精度を実現可能であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図振動吸収部材を備えないガルバノスキャナの構成を示す断面図第１の面倒れ共振の発生についての説明図第１の面倒れ共振の周波数と振幅との関係の例を示す説明図第２の面倒れ共振の発生についての説明図第２の面倒れ共振の周波数と振幅との関係の例を示す説明図第１の面倒れ共振及び第２の面倒れ共振が発生する場合における共振の周波数と振幅との関係についての説明図本発明の実施の形態２に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図本発明の実施の形態３に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図本発明の実施の形態４に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図ボールプランジャの構成を示す断面図本発明の実施の形態５に係るレーザ加工装置の構成図

　以下に、本発明に係るガルバノスキャナ及びレーザ加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図である。ガルバノスキャナ１は、レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上で走査させる。ガルバノスキャナ１は、回転体２６及び固定体２７で構成される。

　回転体２６は、スキャンミラー２、回転軸３及び磁石５を備える。回転体２６は、回転軸３が回転の中心軸となって回転可能とされている。スキャンミラー２は、入射した光を偏向させるミラーである。スキャンミラー２は、回転軸３の前側の一端に連結されている。ミラーマウント１２は、回転軸３にスキャンミラー２を連結する。マウント押さえ具１３は、留め具１４が挿入された状態で、回転軸３にミラーマウント１２を固定する。磁石５は、回転軸３に固定されており、後述する前側軸受８及び後側軸受９の間に位置する。

　固定体２７は、フレームケース４、コイル６及び鉄芯７を備える。コイル６は、磁石５の周囲に設けられている。鉄芯７は、コイル６の周囲に設けられている。リード線１８に接続された不図示の電源からコイル６へ電流が流れることで、コイル６は、電磁力を発生させる。磁石５の磁界の周囲にて電磁力を作用させることで、磁石５を回転させる回転トルクが発生する。回転体２６は、磁石５に作用する回転トルクによって回転する。

　フレームケース４は、磁石５、コイル６及び鉄芯７を内部に収納する。フレームケース４は、回転体２６の磁石５を回転させる内部スペース４ａを備える。前側軸受８及び後側軸受９は、回転軸３を回転可能に支持する軸受である。前側軸受８は、フレームケース４の内部スペース４ａのうち前側の端部に設けられている。後側軸受９は、フレームケース４の内部スペース４ａのうち後側の端部に設けられている。

　振動吸収部材２５は、筒状の部材であり、前側軸受８を外側から覆うようにフレームケース４に設置されている。振動吸収部材２５は、制振合金で形成されている。振動吸収部材２５の内筒の径は、前側軸受８の外径よりも大きく、振動吸収部材２５の内周面２５１と前側軸受８の外周側面１９との間には隙間が形成されている。

　制振合金とは、２種類以上の金属を溶かして混合することによって、金属単体よりも高い振動吸収性を付与した合金の総称である。制振合金は、外部からの振動エネルギーを内部で熱エネルギーに変化させて材料表面から放熱することによって振動を吸収するが、エネルギー変換の機構に基づいて複合型、強磁性型、転移型又は双晶型のいずれかに分類される。一例を挙げると、マンガン基の制振合金であるＭｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金は、双晶型であり、７３Ｍｎ－２０Ｃｕ－５Ｎｉ－２Ｆｅという組成比において、軟鋼程度の弾性率とゴム並みの損失係数とを併せ持つ。

　回転体２６の回転時に、回転軸３にぶれが生じて前側軸受８が振動し、振動吸収部材２５に衝突すると、運動エネルギーが熱エネルギーに変換される。Ｍｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金を用いた振動吸収部材２５は、前側軸受８の衝突によって変形を生じることなく、運動エネルギーを熱エネルギーに変換できる。

　振動吸収部材２５は、前側軸受８と対向する部分に限定的に設置されているため、フレームケース４には、アルミニウムなどの熱伝導性の良い材料を用いてコイル６の冷却を促進することができる。よって、面倒れ共振を低減するにあたって、フレームケース４の放熱性能は犠牲にならない。

　後側軸受９は、フレームケース４に固定されている。一方、前側軸受８は、振動吸収部材２５に固定されていない。予圧バネ１６は、座金１７を介して前側軸受８へ予圧を付与する。押さえ板１５は、フレームケース４のうち前側の外端面と予圧バネ１６とに当接させて設けられている。

　ガルバノスキャナ１の駆動を継続するうち、回転体２６は、温度上昇による熱膨張を生じることがある。フレームケース４の内部では、外側に位置する固定体２７に対して、内側に位置する回転体２６の方が、熱がこもりやすいため、熱膨張は、固定体２７に比べて回転体２６のほうが大きくなる。

　ガルバノスキャナ１は、後側軸受９をフレームケース４に固定する一方、前側軸受８を振動吸収部材２５に固定しないことで、軸方向における回転体２６の熱膨張に対し、前側軸受８を軸方向において変位可能とする。これにより、ガルバノスキャナ１は、軸方向における回転体２６の寸法変化を吸収可能とする。

　一般に、ガルバノスキャナ１は、回転軸３の回転角度を検出するための角度検出器２８が取り付けられた状態で使用される。角度検出器２８は、回転軸３の後側の端部に固定された円盤２９と、フレームケース４の後端に固定された検出器３１とで構成されている。角度検出器２８には、光学式又は磁気式を適用可能である。すなわち、角度検出器２８を光学式とする場合には、円盤２９に複数のスリットを設けるとともに、検出器３１には発光素子及び受光素子を設け、発光素子から出射したのちに円盤２９のスリットを通過した光を受光素子で検出することによって回転軸３の回転角度を検出する。また、角度検出器２８を磁気式とする場合には、円盤２９の外周面をＳ極とＮ極とに交互に着磁させるとともに、検出器３１に磁界検出素子を設け、磁界の変化を磁界検出素子で検出することによって回転軸３の回転角度を検出する。

　ここで、振動吸収部材２５を備えない場合を実施の形態１との比較例に挙げて、面倒れ共振について説明する。図２は、振動吸収部材を備えないガルバノスキャナの構成を示す断面図である。振動吸収部材２５を備えていないことを除いては実施の形態１に係るガルバノスキャナ１と同様であるため、同じ構成要素については同じ符号を付して重複する説明は省略する。振動吸収部材２５を設けない構成のガルバノスキャナ１’においては、軸方向における回転体２６の寸法変化に対し、軸方向において前側軸受８を自在に変位可能とするために、前側軸受８の外周側面１９とフレームケース４の内周面４１との間に隙間が設けられことになる。ガルバノスキャナ１’は、前側軸受８とフレームケース４との隙間が数μｍ以下となるように設計される一方、数μｍ以下の微細な寸法についての公差管理は困難とされている。

　ガルバノスキャナ１’は、前側軸受８の位置を節とする面倒れ共振を発生させることが知られている。以下の説明では、前側軸受８の位置を節とする面倒れ共振を、第１の面倒れ共振と称する。

　さらに、ガルバノスキャナ１’は、駆動速度が速くなるに従い、スキャンミラー２とミラーマウント１２との境界の位置を節とする面倒れ共振が観測されるようにもなっている。以下の説明では、スキャンミラー２とミラーマウント１２との境界の位置を節とする面倒れ共振を、第２の面倒れ共振と称する。前側軸受８とフレームケース４との間の隙間が大きい場合に第２の面倒れ共振が誘発される。

　図３は、第１の面倒れ共振の発生についての説明図である。図４は、第１の面倒れ共振の周波数と振幅との関係の例を示す説明図である。図３では、ガルバノスキャナ１’の一部の構成を適宜簡略化して示すとともに、説明に不要な構成については図示を省略している。

　前側軸受８の外周側面１９とフレームケース４の内周面４１との間の隙間が数μｍ以下であるとき、ガルバノスキャナ１’は、第１の面倒れ共振を発生させることがある。ここでは第１の面倒れ共振は周波数がｆ１であるとする。また、第１の面倒れ共振の振幅がｈであるときのスキャンミラー２の振れ角は、前側軸受８の位置を頂点とする角度θであるとする。

　ガルバノスキャナ１’は、同じ周期での回転体２６の往復回動の繰り返しにおいて、回動の周波数と回転体の固有振動数とが一致したときに、面倒れ共振が発生する。面倒れ共振が生じることで、スキャンミラー２の反射面は、反射面に対して垂直な方向に周期的に変位する。反射面に対して垂直な方向にスキャンミラー２の反射面が変位することで、ガルバノスキャナ１’は、レーザ光の走査方向に対して垂直な方向において、レーザ光の位置に誤差を生じさせることとなる。

　第１の面倒れ共振を発生させるガルバノスキャナ１’に対しては、振幅ｈができるだけ小さくなるように回転体２６の重量バランスを調整することで、第１の面倒れ共振によるレーザ光の位置の誤差を低減させる。一例を挙げると、回転体２６の重量バランスは、スキャンミラー２の裏面にシールを貼ることで調整される。スキャンミラー２の裏面は、レーザ光を反射する反射面とは逆側の面である。

　図５は、第２の面倒れ共振の発生についての説明図である。図６は、第２の面倒れ共振の周波数と振幅との関係の一例を示す説明図である。図５では、ガルバノスキャナ１’の一部の構成を適宜簡略化して示すとともに、説明に不要な構成については図示を省略している。

　前側軸受８の外周側面１９とフレームケース４の内周面４１との間の隙間が大きい場合、ガルバノスキャナ１’は、第２の面倒れ共振を発生させることがある。ここでは第２の面倒れ共振は周波数がｆ２であるとする。なお、周波数ｆ２は周波数ｆ１よりも大きいとする。また、第２の面倒れ共振の振幅がｈであるとき、スキャンミラー２の振れ角は、スキャンミラー２とミラーマウント１２との境界の位置を頂点とする角度θ’であるとする。

　前側軸受８とフレームケース４との間の隙間が大きい場合、具体的には隙間が数μｍ以上ある場合、軸方向に対し垂直な方向における回転体２６の移動が生じることで、前側軸受８が回転体２６の振動を抑える効果が弱められるものと考えられる。

　スキャンミラー２のうちミラーマウント１２に固定された側とは反対の端部と、共振の支点との間の距離は、第１の面倒れ共振に比べて第２の面倒れ共振の場合に長くなる。第１の面倒れ共振の振幅と第２の面倒れ共振の振幅とが同じｈであるならば、振れ角θ’は振れ角θよりも大きくなる。すなわち、θ’＞θという関係になる。

　レーザ加工装置に備えられたレンズの焦点距離をＦとした場合に、第１の面倒れ共振によって及ぼされる加工位置のずれは、Δｘ＝２Ｆθと表される。また、第２の面倒れ共振によって及ぼされる加工位置のずれは、Δｘ’＝２Ｆθ’と表される。θ’＞θであるため、Δｘ’＞Δｘの関係が成り立つ。したがって、第１の面倒れ共振と第２の面倒れ共振とを同じ振幅ｈにできたとしても、第２の面倒れ共振の場合のほうが、第１の面倒れ共振の場合に比べて加工位置のずれが大きくなる。

　ガルバノスキャナ１’は、第２の面倒れ共振が発生する状況下において、第２の面倒れ共振と第１の面倒れ共振とを不規則に生じさせることがある。ガルバノスキャナ１’は、第１の面倒れ共振と第２の面倒れ共振とが混在して発生することもある。図７は、第１の面倒れ共振及び第２の面倒れ共振が発生する場合における共振の周波数と振幅との関係についての説明図である。

　異なる周波数の共振が混在している場合、ガルバノスキャナ１’は、双方の面倒れ共振について振幅を低減させるような、回転体２６の重量バランスには到達し得ないことになる。一例を挙げると周波数ｆ１の第１の面倒れ共振と周波数ｆ２の第２の面倒れ共振のうち、第２の面倒れ共振に対して振幅を抑える調整を行った場合に、第１の面倒れ共振の振幅が増大する場合がある。また、第１の面倒れ共振に対して振幅を抑える調整を行った場合に、第２の面倒れ共振の振幅が増大する場合がある。

　ガルバノスキャナ１’は、加工位置の精度を改善させる上で不利となる第２の面倒れ共振をできるだけ抑制可能であることが望まれる。回転体２６の重量バランスの調整によって共振の振幅ｈを低減するには限界があるため、ガルバノスキャナ１’は、第２の面倒れ共振を発生要因から改善できることが望まれる。さらに、ガルバノスキャナ１’は、第２の面倒れ共振が発生する状況での第１の面倒れ共振の発生の抑制及び第１の面倒れ共振と第２の面倒れ共振との混在を抑制するために、第２の面倒れ共振を発生要因から改善できることが望まれる。

　通常の製造精度で組み立てられるガルバノスキャナ１’において、１０μｍの寸法についての公差管理を厳格に実施することは極めて困難である。前側軸受８とフレームケース４との間の隙間が数μｍ以下となるように設計されていても、当該隙間が実際には設計値以上となる場合がある。したがって、当該隙間が所望の寸法条件を満足するガルバノスキャナ１’を安定して製造することは困難である。上記の寸法条件を満足しないガルバノスキャナ１’の製造品を不良品と扱う場合、ガルバノスキャナ１’の歩留まりを大幅に低下させることになる。

　実施の形態１に係るガルバノスキャナ１は、前側軸受８を外側から覆うようにフレームケース４に振動吸収部材２５が設置されているため、回転軸３のぶれによって前側軸受８が振動して振動吸収部材２５に衝突すると、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、面倒れ共振が抑制される。換言すると、実施の形態１に係るガルバノスキャナ１は、回転体２６の回転に伴う前側軸受８の振動を振動吸収部材２５で吸収する。したがって、ガルバノスキャナ１は、前側軸受８と振動吸収部材２５との間の隙間が大きい場合でも、前側軸受８の周囲の隙間が要因となって生じる回転体２６の振動を効果的に抑制することができる。

　振動吸収部材２５が設けられることで、ガルバノスキャナ１は、前側軸受８の周囲の隙間が要因となって生じ得る第２の面倒れ共振を、発生要因から改善可能とする。ガルバノスキャナ１は、第２の面倒れ共振及び第１の面倒れ共振を不規則に発生させる状態、並びに第１の面倒れ共振と第２の面倒れ共振とが混在する状態をいずれも抑制できる。

　ガルバノスキャナ１は、振動吸収部材２５の設置により第２の面倒れ共振を低減させることで、回転体２６の重量バランスの調整を、専ら第１の面倒れ共振による振幅の低減のために実施可能とする。

　以上により、ガルバノスキャナ１は、面倒れ共振を低減可能とし、高い位置精度を実現できるという効果を奏する。前側軸受８とフレームケース４との間の隙間の厳格な公差管理によらなくても面倒れ共振を低減できることで、ガルバノスキャナ１は、歩留まりの向上が可能となる。

実施の形態２．
　図８は、本発明の実施の形態２に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。実施の形態２に係るガルバノスキャナ２０は、フレームケース４に振動吸収部材２５が設置されていない。軸方向における回転体２６の寸法変化に対し、軸方向において前側軸受８を自在に変位可能とするために、前側軸受８の外周側面１９とフレームケース４の内周面４１との間に隙間が設けられている。また、実施の形態２においては、スキャンミラー２と回転軸３とを連結する連結部材であるミラーマウント１２’は、制振合金で形成されている。ミラーマウント１２’に適用可能な制振合金の一例には、Ｍｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金を挙げることができる。

　実施の形態２に係るガルバノスキャナ２０は、ミラーマウント１２’が制振合金で形成されているため、第２の面倒れ共振によって生じるスキャンミラー２の変形がミラーマウント１２’によって熱エネルギーに変換されて、面倒れ共振が抑制される。換言すると、スキャンミラー２の変形がミラーマウント１２’によって熱エネルギーに変換されることにより、スキャンミラー２の振動が抑制される。一例を挙げると、ミラーマウント１２’は、前側軸受８の振動に起因するスキャンミラー２と回転軸３との結合部を節とするスキャンミラー２の振動を抑制する。したがって、ガルバノスキャナ２０は、前側軸受８の周囲の隙間が要因となって生じる回転体２６の振動を効果的に抑制することができる。軟鋼程度の弾性率を持つＭｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金を用いてミラーマウント１２’を形成することにより、ミラーマウント１２’は、スキャンミラー２の変形に伴って変形を生じることなく、スキャンミラー２の変形を熱エネルギーに変換できる。

実施の形態３．
　図９は、本発明の実施の形態３に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。実施の形態３に係るガルバノスキャナ３０は、フレームケース４に振動吸収部材２５が設置されていない。軸方向における回転体２６の寸法変化に対し、軸方向において前側軸受８を自在に変位可能とするために、前側軸受８の外周側面１９とフレームケース４の内周面４１との間に隙間が設けられている。また、実施の形態３においては、スキャンミラー２と回転軸３とを連結する連結部材であるマウント押さえ具１３’は、制振合金で形成されている。マウント押さえ具１３’に適用可能な制振合金の一例には、Ｍｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金を挙げることができる。

　実施の形態３に係るガルバノスキャナ３０は、マウント押さえ具１３’が制振合金で形成されているため、第２の面倒れ共振によって生じるスキャンミラー２の変形がマウント押さえ具１３’によって熱エネルギーに変換されて、面倒れ共振が抑制される。換言すると、スキャンミラー２の変形が押さえ具１３’によって熱エネルギーに変換されることにより、スキャンミラー２の振動が抑制される。一例を挙げると、マウント押さえ具１３’は、前側軸受８の振動に起因するスキャンミラー２と回転軸３との結合部を節とするスキャンミラー２の振動を抑制する。したがって、ガルバノスキャナ３０は、前側軸受８の周囲の隙間が要因となって生じる回転体２６の振動を効果的に抑制することができる。軟鋼程度の弾性率を持つＭｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金を用いてマウント押さえ具１３’を形成することにより、マウント押さえ具１３’は、スキャンミラー２の変形に伴って変形を生じることなく、スキャンミラー２の変形を熱エネルギーに変換できる。

実施の形態４．
　図１０は、本発明の実施の形態４に係るガルバノスキャナの構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。実施の形態４においては、ガルバノスキャナ４０は、フレームケース４及び振動吸収部材２５に貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されており、貫通孔１１ａ，１１ｂにはボールプランジャ１０が設置されている。

　貫通孔１１ａは、フレームケース４に形成されている。貫通孔１１ｂは、振動吸収部材２５に形成されている。貫通孔１１ａは、フレームケース４の外周面と、フレームケース４の内周面との間を貫通する。貫通孔１１ｂは、振動吸収部材２５の外周面と、振動吸収部材２５の内周面２５１との間を貫通する。貫通孔１１ａ及び貫通孔１１ｂは、貫通孔１１ａ，１１ｂは、回転軸３に平行な方向である軸方向に対して垂直に形成されて、同軸に配置されている。貫通孔１１ｂの内部スペース４ａ側の端部は、前側軸受８の外周側面１９の位置にある。貫通孔１１ａ，１１ｂの内表面には、ねじ溝が形成されている。

　振動抑制構造であるボールプランジャ１０は、貫通孔１１ａ，１１ｂに配置されている。ボールプランジャ１０は、回転軸３の駆動による前側軸受８の振動を抑制する。ボールプランジャ１０は、フレームケース４の外表面から貫通孔１１ａ，１１ｂ内へねじ込まれることで、貫通孔１１ａ，１１ｂに挿入されている。

　図１１は、ボールプランジャの構成を示す断面図である。ボールプランジャ１０は、球形部材２１、本体部２２及びコイルばね２３を備える。本体部２２は、下端が塞がれるとともに上端が開放された円筒形状を備える。本体部２２の側面には、ねじ溝が形成されている。

　当接部材である球形部材２１は、本体部２２の上端よりも上に一部を突出させた状態となるように、本体部２２に配置されている。球形部材２１は、本体部２２の上端にて回転可能とされている。球形部材２１は、前側軸受８の外周側面１９に当接する。

　弾性部材であるコイルばね２３は、本体部２２の内部に配置されている。コイルばね２３は、前側軸受８の方向へ球形部材２１を押し上げる力を、球形部材２１に対して付与する。コイルばね２３の上端は球形部材２１に当接する。コイルばね２３の下端は本体部２２内部の底面に当接する。

　ガルバノスキャナ４０の製造時において、ボールプランジャ１０は、球形部材２１が前側軸受８に当接する位置にまで貫通孔１１ａ，１１ｂ内にて締め込まれる。ボールプランジャ１０の締め込みには、工具が使用される。工具の一例を挙げると、ドライバである。

　球形部材２１が前側軸受８に到達してから、さらにボールプランジャ１０をわずかにねじ込むことで、球形部材２１が予め設定した力で前側軸受８をわずかに押圧する状態とする。前側軸受８をわずかに押圧する状態となるまでボールプランジャ１０がねじ込まれたか否かは、ボールプランジャ１０をねじ込む際のトルクを測定した結果から判断できる。なお、球形部材２１が前側軸受８に到達してからドライバを予め設定した量回すことで、ボールプランジャ１０の位置を決定しても良い。ボールプランジャ１０は、位置決めされた後、接着剤を使用して固定される。

　実施の形態４に係るガルバノスキャナ４０は、ボールプランジャ１０の球形部材２１を前側軸受８の外周側面１９に当接させることで、軸方向に対して垂直に働く力で前側軸受８を押さえ付ける。ガルバノスキャナ４０は、前側軸受８の周囲の隙間が要因となって生じる回転体２６の振動を効果的に抑制することができる。なお、ガルバノスキャナ４０は、共振の発生状態を観測しながら、ボールプランジャ１０の位置を調整するようにしても良い。

　ボールプランジャ１０が設けられることで、ガルバノスキャナ４０は、前側軸受８の周囲の隙間が要因となって生じ得る第２の面倒れ共振を、発生要因から改善可能とする。ガルバノスキャナ４０は、第２の面倒れ共振及び第１の面倒れ共振を不規則に発生させる状態、並びに第１の面倒れ共振と第２の面倒れ共振とが混在する状態をいずれも抑制できる。

　ガルバノスキャナ４０は、ボールプランジャ１０の設置により第２の面倒れ共振を低減させることで、回転体２６の重量バランスの調整を、専ら第１の面倒れ共振による振幅の低減のために実施可能とする。ボールプランジャ１０の位置調整と回転体の重量バランスの調整とを経ることで、ガルバノスキャナ４０は、高速駆動における面倒れ共振を効果的に低減できる。

　球形部材２１は、軸方向における前側軸受８の変位に連動して回転する。球形部材２１は、前側軸受８の外周側面１９に当接した状態を維持しながら、軸方向における前側軸受８の変位に対応して可動とされている。

　ガルバノスキャナ４０は、前側軸受８に当接した状態で自在に回転する球形部材２１を、振動抑制構造であるボールプランジャ１０に含めることで、熱膨張による回転体２６の寸法変化を吸収可能としながら、回転体２６の振動を抑制することができる。

　第１の面倒れ振動の振幅が大きく、ボールプランジャ１０で第１の面倒れ振動を完全に吸収できない場合には、前側軸受８が振動吸収部材２５に衝突することにより、実施の形態１と同様に、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、面倒れ共振が低減される。

　ボールプランジャ１０と振動吸収部材２５とを併用することにより、振動吸収部材２５を単独で用いる場合と比較して、面倒れ共振の低減効果をさらに高めることができる。なお、実施の形態２のガルバノスキャナ２０又は実施の形態３のガルバノスキャナ３０についても、ボールプランジャを併用することが可能である。実施の形態２のガルバノスキャナ２０又は実施の形態３のガルバノスキャナ３０でボールプランジャを併用する場合には、フレームケース４に回転軸３と直交する貫通孔を形成し、貫通孔に配置したボールプランジャを前側軸受８の外周面と当接させる構成とすれば良い。ミラーマウント１２’又はマウント押さえ具１３’とボールプランジャとを併用することにより、ミラーマウント１２’又はマウント押さえ具１３’を単独で用いる場合と比較して、面倒れ共振の低減効果をさらに高めることができる。

　なお、上記の説明においては、球形部材２１を前側軸受８に対して押し当てるボールプランジャ１０を例としたが、前側軸受８に押し当てる部材は球形である必要はない。すなわち、軸方向に対して垂直に働く力で前側軸受８を押さえ付けることができるのであれば、ボールプランジャ１０以外のものを用いても良い。

実施の形態５．
　図１２は、本発明の実施の形態５に係るレーザ加工装置の構成図である。レーザ加工装置５０はパルスレーザ光の照射によって加工対象物に微細穴を穴開け加工する装置である。レーザ加工装置５０は、加工対象物に設定された複数の加工位置を順次走査し、各加工位置に対してのレーザ照射を複数サイクルで行う加工処理を実施する。

　レーザ加工装置５０は、レーザ発振器５１、ベンドミラー５２、Ｙ軸ガルバノスキャナ５３、Ｘ軸ガルバノスキャナ５４、スキャンミラー５５，５６、ｆθレンズ５７、ガルバノドライバ６０及び制御装置６１を有する。

　加工対象物であるワーク５８は、具体例を挙げるとプリント基板である。ワーク５８は、不図示のＸＹテーブルに載置されている。ＸＹテーブルは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む二次元方向へワーク５８を移動させる。

　レーザ光源であるレーザ発振器５１は、レーザ光６２を射出する。レーザ光６２は、パルス状に出力されるレーザビームである。プリント基板の加工のレーザビームには、９μｍ以上１０μｍ以下の波長の赤外光、０．５μｍの波長の紫外光のいずれかが用いられる。ベンドミラー５２は、レーザ発振器５１からのレーザ光６２を反射して、スキャンミラー５５へ進行させる。

　スキャンミラー５５は、レーザ発振器５１からのレーザ光６２を反射する。スキャンミラー５５は、入射したレーザ光６２を偏向させるミラーである。Ｙ軸ガルバノスキャナ５３は、スキャンミラー５５を駆動する。スキャンミラー５６は、スキャンミラー５５からのレーザ光６２を反射する。スキャンミラー５６は、入射したレーザ光６２を偏向させるミラーである。Ｘ軸ガルバノスキャナ５４は、スキャンミラー５６を駆動する。

　スキャンミラー５５は、Ｙ軸ガルバノスキャナ５３の回転軸に連結されている。Ｙ軸ガルバノスキャナ５３は、回転軸が中心軸となって回転体を往復回転させる。Ｙ軸ガルバノスキャナ５３は、ワーク５８におけるレーザ光６２の照射位置をＹ軸方向において走査させる。

　スキャンミラー５６は、Ｘ軸ガルバノスキャナ５４の回転軸に連結されている。Ｘ軸ガルバノスキャナ５４は、回転軸が中心軸となって回転体を往復回転させる。Ｘ軸ガルバノスキャナ５４は、ワーク５８におけるレーザ光６２の照射位置をＸ軸方向において走査させる。

　ｆθレンズ５７は、スキャンミラー５６からのレーザ光６２を、ワーク５８の加工表面に対して垂直なレーザ光６３とする。ｆθレンズ５７は、ワーク５８内の加工位置５９にレーザ光６３を集光させる。ガルバノドライバ６０は、Ｙ軸ガルバノスキャナ５３及びＸ軸ガルバノスキャナ５４を駆動する。

　制御部である制御装置６１は、レーザ加工装置５０の全体の動作を制御する。制御装置６１は、レーザ発振器５１のレーザ光６２の発振、ガルバノドライバ６０によるＹ軸ガルバノスキャナ５３及びＸ軸ガルバノスキャナ５４の駆動を制御する。また、制御装置６１は、ＸＹテーブルを駆動する不図示のモータを制御する。

　Ｙ軸ガルバノスキャナ５３及びＸ軸ガルバノスキャナ５４は、実施の形態１に係るガルバノスキャナ１と同様の構成を備える。従って、Ｙ軸ガルバノスキャナ５３及びＸ軸ガルバノスキャナ５４は、面倒れ共振を低減でき、高い位置精度を実現できる。レーザ加工装置５０は、正確な加工位置５９へレーザ光６３を進行可能とし、高精度な加工ができるという効果を奏する。

　Ｙ軸ガルバノスキャナ５３及びＸ軸ガルバノスキャナ５４は、実施の形態２に係るガルバノスキャナ２０、実施の形態３に係るガルバノスキャナ３０及び実施の形態４に係るガルバノスキャナ４０のいずれかと同様の構成を備えるものであっても良い。レーザ加工装置５０は、Ｙ軸ガルバノスキャナ５３及びＸ軸ガルバノスキャナ５４の少なくともいずれかが、実施の形態１から実施の形態４のガルバノスキャナ１，２０，３０，４０のいずれかと同様の構成を備えるものであれば良いものとする。いずれの場合も、レーザ加工装置５０は、正確な加工位置５９へレーザ光６３を進行可能とし、高精度な加工を実現できる。

　１，１’，２０，３０，４０　ガルバノスキャナ、２，５５，５６　スキャンミラー、３　回転軸、４　フレームケース、５　磁石、６　コイル、７　鉄芯、８　前側軸受、９　後側軸受、１０　ボールプランジャ、１１ａ，１１ｂ　貫通孔、１２，１２’　ミラーマウント、１３，１３’　マウント押さえ具、１４　留め具、１５　押さえ板、１６　予圧ばね、１７　座金、１８　リード線、１９　外周側面、２１　球形部材、２２　本体部、２３　コイルばね、２５　振動吸収部材、２６　回転体、２７　固定体、２８　角度検出器、２９　円盤、３１　検出器、４１，２５１　内周面、５０　レーザ加工装置、５１　レーザ発振器、５２　ベンドミラー、５３　Ｙ軸ガルバノスキャナ、５４　Ｘ軸ガルバノスキャナ、５７　ｆθレンズ、５８　ワーク、５９　加工位置、６０　ガルバノドライバ、６１　制御装置、６２，６３　レーザ光。

Claims

　回転軸を備えた回転体と、
　前記回転軸の前側の一端に連結され、入射した光を偏向させるミラーと、
　前記回転軸が回転の中心軸となるように前記回転体を回転可能に収容する内部スペースを備えるフレームケースと、
　前記内部スペースの前側の端部に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受である前側軸受と、
　制振合金で形成された筒状の部材であり、前記前側軸受の外周側面との間に隙間を有する状態で前記前側軸受の外周側に内筒面が位置するように前記フレームケースに設置され、前記回転体の回転に伴う前記前側軸受の振動を吸収する振動吸収部材と、
　を有することを特徴とするガルバノスキャナ。
　前記振動吸収部材には、前記回転体の前記回転軸と直交する貫通孔が形成されており、
　前記貫通孔には、前記前側軸受の外周面と当接するプランジャが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ。
　回転軸を備えた回転体と、
　前記回転軸の前側の一端に連結され、入射した光を偏向させるミラーと、
　制振合金で形成され、前記ミラーと前記回転軸とを連結するとともに、前記ミラーの振動を抑制する連結部材と、
　を有することを特徴とするガルバノスキャナ。
　前記回転軸が回転の中心軸となるように前記回転体を回転可能に収容する内部スペースを備えるフレームケースと、
　前記内部スペースの前側の端部に設けられ、前記回転軸を回転可能に支持する軸受である前側軸受とを有し、
　前記連結部材は、前記前側軸受の振動に起因する前記ミラーと前記回転軸との結合部を節とする前記ミラーの振動を抑制することを特徴とする請求項３に記載のガルバノスキャナ。
　前記フレームケースには、前記回転軸と直交する貫通孔が形成されており、
　前記貫通孔には、前記前側軸受の外周面と当接するプランジャが配置されていることを特徴とする請求項４に記載のガルバノスキャナ。
　前記制振合金は、Ｍｎ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｆｅ合金であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガルバノスキャナ。
　レーザ光源と、
　前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上で走査させるガルバノスキャナと、を備え、
　前記ガルバノスキャナは、
　回転軸を備えた回転体と、
　前記回転軸の前側の一端に連結され、入射した光を偏向させるミラーと、
　前記回転軸が回転の中心軸となるように前記回転体を回転可能に収容する内部スペースを備えるフレームケースと、
　前記内部スペースの前側の端部に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受である前側軸受と、
　制振合金で形成された筒状の部材であり、前記前側軸受の外周側面との間に隙間を有する状態で前記前側軸受の外周側に内筒面が位置するように前記フレームケースに設置され、前記回転体の回転に伴う前記前側軸受の振動を吸収する振動吸収部材とを有することを特徴とすることを特徴とするレーザ加工装置。
　レーザ光源と、
　前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物にて走査させるガルバノスキャナと、を備え、
　前記ガルバノスキャナは、
　回転軸を備えた回転体と、
　前記回転軸の前側の一端に連結され、入射した光を偏向させるミラーと、
　制振合金で形成され、前記ミラーと前記回転軸とを連結するとともに、前記ミラーの振動を抑制する連結部材と、
　を有することを特徴とするレーザ加工装置。