JPH03157B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザビームによつてセラミツク配線
基板等の加工を行なうレーザ加工装置で、Ｘ軸ミ
ラーおよびＹ軸ミラー等の光路変更素子によりレ
ーザビームのスポツトを平面上の所望の位置に移
動させることによつて、被加工物を移動させるこ
となく二次加工を行なうレーザ加工装置に関する
ものである。

（従来の技術） かかるレーザ加工装置は、大別すると２通りの
方式に分けられる。まず第１の方式は、レーザス
ポツトの位置を固定し、この固定されたスポツト
位置に対して、XYテーブル等の移動ステージに
積載される被加工物を加工パターンに従つて移動
させて加工する方式であり、これに対し第２の方
式は、被加工物の位置を固定し、この固定された
被加工物位置に対してレーザスポツトをミラー等
の光路変更素子によつて移動させて加工する方式
である。第１の方式は被加工物の広い面積部分の
加工が可能であり、第２の方式は被加工物の加工
可能な面積は狭いが、第１の方式に比して移動機
構部が被加工物の重量の影響を受けない事から、
より高速の加工が行え、また、装置全体のスペー
スも小さくすることができるという利点がある。
このためセラミツク配線基板等の配線に対する加
工を行なうようなレーザ加工装置には一般に第２
の方式が採用されている。この第２の方式はビー
ムスキヤナ方式と称されており、さらにガルバノ
式スキヤナ、およびXYスキヤナの２通りの方式
がある。

このうちのガルバノ式スキヤナの原理を第３図
に基づいて説明すると、この装置は、ガルバノメ
ータ１とこれに連結されて回転する反射ミラー２
と、ガルバノメータ３とこれに連結され、反射ミ
ラー２と直交する回転軸を中心にして回転する反
射ミラー４と、光軸に対する入射角が変化しても
或る一定の距離にある平面上にビームを集束する
集光レンズ、いわゆるfθレンズ５とから構成され
る。すなわち、反射ミラー２でレーザ発振器から
出力されたレーザビームを受け、この回転角をガ
ルバノメータ１で制御してレーザビームをＸ方向
に走査し、反射ミラー４に伝送する。

反射ミラー４はガルバノメータ３により反射ミ
ラー２と直交する方向に回転制御し、レーザビー
ムをＹ方向に走査してfθレンズ５に伝送する。fθ
レンズ５は反射ミラー１，２によりXY方向に走
査されたレーザビームを、被加工物６の表面上に
集光して加工を行なう。この機構は可動部の慣性
が小さく、高速加工に適する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、加工中におけるガルバノメータ
１，３の回転角度が小さい（３〜4.5゜）ため、再
現性を良くする位置補正装置、例えばエンコーダ
等を取り付けることが困難であり、所望の位置決
め精度を得られないという欠点がある。

本発明は、上記の従来の欠点を解消して、高速
に且つ精度良くレーザ加工を行なうことができる
レーザ加工装置を提供せんとするにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のレーザ加工装置は、レーザビーム発生
装置と、レーザのビーム通路を変更する光路変更
素子と、該素子を駆動する駆動装置と、レーザビ
ームのスポツトを形成する光学系と、被加工物を
載置する載置台とを具え、前記駆動装置により駆
動される光路変更素子によつてレーザビームのス
ポツトを２次元方向に走査させて被加工物を加工
するレーザ加工装置において、前記駆動装置を並
進駆動を行なう並進移動機構とし、さらに前記駆
動装置をリンク機構を介して反射ミラーに固定さ
れる腕部材に結合して、駆動装置による並進移動
を腕部材の角度変位に変換し、反射ミラーの角度
変位を生じさせるようにし、さらに、前記駆動装
置には位置決めのため移動量を検知してフイード
バツクするエンコーダを設けることを特徴とする
ものである。

（作 用） 本発明によれば、光路変更素子を駆動する駆動
装置を並進移動機構とし、この並進進移動機構の
並進移動をリンク機構により反射ミラーに固定さ
れる腕部材の角度変位、したがつて反射ミラーの
角度変位に変換して、反射ミラーを駆動する構成
となつているため、反射ミラーの小さな角度変位
に比して並進移動を大きくすることができ、その
ため、位置調節も細かくすることができる。さら
に、並進移動機構にエンコーダを配設することに
より、位置制御の誤差が補償され、レーザビーム
スポツトの再現性を良好なものとする。

さらに腕部材の長さと反射ミラーから被加工物
までの長さを適宜変化させることにより、並進移
動機構による精度を、これらの比で変化させるこ
とができ、この比を適切な値にすることにより、
加工精度を上げることができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図に本発明のレーザ加工装置の一例を示
す。この図において、説明を明瞭なものとするた
め、一次元方向のレーザビームの走査、即ちＸ軸
またはＹ軸方向に反射ミラーを駆動してレーザビ
ームのスポツトを一次元方向で走査する場合につ
いて説明する。しかし、これから２次元方向のス
ポツトの走査は容易に理解することができると志
向するものである。

１１はレーザビーム発生装置を、１３はレーザ
ビームを反射する反射ミラーを、１５は反射ミラ
ー１３を駆動するステツプモータを、１７はレー
ザビームのスポツトにより走査される被加工物、
例えばセラミツク配線基板を夫々示している。

ステツプモータ１５には、そのシヤフト１９に
カツプリング２１を介してボールねじ２３が結合
されており、このボールねじ２３はステツプモー
タ１５の回転運動を並進運動に変換している。

ボールねじ２３にはロツド２５が設けられてお
り、このロツド２５はリンク機構をを介して腕２
７に連結されている。このリンク機構は、ロツド
２５の先端に設けられたボールピン２９を腕２７
の一端部に設けられた長溝３０に嵌め合わせて構
成される。

このリンク機構は、ロツド２５の並進移動に応
じてボールピン２９がその長溝３０内で摺動し
て、ロツド２５の並進移動を担保する。腕２７の
他端は反射ミラー１３に固定され、この反射ミラ
ー１３はその中心が図面平面に対し垂直な方向の
軸３１について回動自在となるように配設されて
いる。したがつて、前記ボールピン２９がロツド
２５の並進移動にともなつて長溝３０内を摺動す
ると、腕２７が軸３１の回りに揺動される。それ
故に腕２７の他端に固定された反射ミラー１３が
軸３１につき揺動運動することになる。

ところでステツプモータ１５にはロータリ・エ
ンコーダ３３が設けられており、このロータリ・
エンコーダ３３は入力軸の回転角度に比例したパ
ルスを出力し、この出力をステツプモータ１５に
フイードバツクしてステツプモータ１５の回転角
度を既知の制御回路により補正することができ
る。このエンコーダ３３はより精度のよい位置決
めにとつては不可欠である。

以上のように構成されるレーザ加工装置の作動
を以下に説明する。

ステツプモータ１５で所定回転角度に回転され
ると、カツプリング２１を介してこの回転がボー
ルねじ２３に伝達され、ボールねじ２３にてモー
タの回転角度に応じて、ロツド２５を微小な単位
で並進移動させる。ロツド２５の並進移動はボー
ルピン２９および長溝３０より構成されるリンク
機構によりロツド２５の並進移動を確保しつつ、
軸３１と相俟つて腕２７の角度変位となり、この
角度変位は、反射ミラー１３を回転させ、レーザ
ビーム発生装置１１からのレーザビーム７３のス
ポツトをＸ軸またはＹ軸方向に走査させることが
できる。

ところでステツプモータ１５はロータリ・エン
コーダ３３によりセミ・クローズドループ制御さ
れていて、モータの回転角度についての誤差が補
償されているが、ロツド２５および腕２７の熱膨
張、ボールねじの誤差、リンク機構の誤差が依然
として残存するが、光軸から並進移動軸線までの
距離L₁と、光軸から被加工物までの距離L₂との
比で精度を変化させることができる。

例えばステツプモータ１５およびボールねじ２
３により1μの精度で並進移動させることができ
る場合に、L₁：L₂＝10：１とすれば被加工物上
で、0.1μの精度で走査することができる。

以上、本発明のレーザ加工装置の一例について
説明したが、このレーザ加工装置の変形例とし
て、駆動装置をリニアモータにした場合について
説明する。

第２図は変形例の概略図を示している。この変
形例で第１図の装置と異なる点はリニアモータ５
５と、その位置決め装置であるリニアエンコーダ
６１，６３，６５がステツプモータおよびロータ
リエンコーダに取つて変わつている。また、リン
ク機構はボールピンおよび長溝からリニアボール
ベアリング６７に変更されている。

まずこの変形例の構造について簡単に説明する
と、リニアモータ５５から延在し、リニアモータ
５５の駆動により並進移動するシヤフト５９は、
その中間部分に一定の間隔でスリツトが開けられ
ているスリツト板６１が設けられており、このス
リツト板６１の一方の表面側に発光ダイオード
（LED）６３が配設され、反対の表面側にフオト
トランジスタ（PT）またはフオトダイオード
（PD）６５が配設されて、スリツト板６１を通過
した発光ダイオード６３からの光をフオトトラン
ジスタ６５で読み出して移動量をカウントしその
信号をフイードバツク制御している。

シヤフト５９の端部は、腕６９を摺動するリニ
アボールベアリング６７に回動自在に取り付けら
れており、また、腕６９は反射ミラー５３に固定
され、反射ミラー５３は軸７１につき回動自在で
ある。したがつて、第１実施例と同様の作動によ
り、シヤフト５９の並進運動が腕６９の揺動運動
に変換され、反射ミラー５３の揺動運動に変換さ
れる。なお、５１はレーザビーム発生装置であ
り、５７はレーザビームのスポツトにより走査さ
れる被加工物である。

このように構成された変形例の作動を簡単に説
明すると、リニアモータ５５によりシヤフト５９
が所定量並進移動され、この並進移動は、リニア
ボールベアリング６７により、腕６９の反射ミラ
ー５３の軸７１を中心とする回転移動に変換され
て、反射ミラー５３の回転移動となり、レーザビ
ーム発生装置５１のビームをこの反射ミラー５３
により反射して、被加工物５７の一次元方向の走
査を行なうことができる。この変形例で第１図の
実施例と異なるのは、リニアモータとしたことに
よりモータの回転運動を省略できた点にあり、こ
れは精度を高くすることに貢献する。

また前記並進移動は、光電式リニアエンコーダ
６１，６３，６５によりその移動量が検出され
て、リニアモータ５５にフイードバツクされて、
効率良くシヤフト５９を移動させる。例えば、リ
ニアモータ５５をトラペクロイド系の曲線にて加
減速制御を行なえば、残留振動やオーバシユート
のない高速位置決めを行なうことができる。ま
た、精度の変更は第１図についての説明と同様で
ある。

以上、本発明のレーザ加工装置を、被加工物表
面で一次元方向に走査させる例について説明した
が、このレーザ加工装置を２次元方向に走査する
ためには、前記装置と直交する方向に別の装置を
適宜配置して、これらの反射ミラーをそれぞれＸ
軸方向およびＹ軸方向に回転させることにより２
次元走査は容易に達成される。

（発明の効果） 本発明のレーザ加工装置によれば、並進移動さ
せる駆動装置を並進−揺動運動変換機構を介し
て、反射ミラーを駆動するとともに駆動装置にエ
ンコーダを装着することにより、セミクローズド
ループ制御することにより精度を向上し、しかも
ガルバノメータ方式に匹敵する高速加工が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工装置を示す概略
図、第２図は第１図の実施例の変形例を示す概略
図、第３図は従来のガルバノ式スキヤナの原理を
示す説明図である。 １１，５１…レーザビーム発生装置、１３，５
３…反射ミラー、１５…ステツプモタ、１７，５
７…被加工物、１９，５９…シヤフト、２１…カ
ツプリング、２３…ボールねじ、２５…ロツド、
２７，６９…腕、２９…ボールピン、３０…長
溝、３１，７１…軸、３３…ロータリーエンコー
ダ、７３…レーザビーム、５５…リニアモータ、
６１…スリツト板、６３…発光ダイオード、６５
…フオトトランジスタ、６７…リニアボールベア
リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザビーム発生装置と、レーザのビーム通
   路を変更する光路変更素子と、該素子を駆動する
   駆動装置と、レーザビームのスポツトを形成する
   光学系と、被加工物を載置する載置台とを具え、
   前記駆動装置により駆動される光路変更素子によ
   つてレーザビームのスポツトを２次元方向に走査
   させて被加工物を加工するレーザ加工装置におい
   て、 前記駆動装置を並進駆動を行なう並進移動機構
   とし、さらに前記駆動装置をリンク機構を介して
   反射ミラーに固定される腕部材に結合して、駆動
   装置による並進移動を腕部材の角度変位に変換
   し、反射ミラーの角度変位を生じさせるように
   し、さらに、前記駆動装置には位置決めのため移
   動量を検知してフイードバツクするエンコーダを
   設けることを特徴とするレーザ加工装置。