JPH10235484A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像転写光学系を用いたレーザ加工装置におけ
る高精度安定加工を実現する。 【解決手段】 マスクを複数個回転板上に配置するとと
もに、回転板に対し半径方向に対して移動可能な位置微
調整機構を設け、制御装置からの指令で、回転板を回転
装置により回転・位置決めして、所望のマスクを選択す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ加工装置
の高精度像転写加工に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来のレーザ加工装置における
像転写光学系を示す構成図である。１はレーザ発振器、
２はレーザ光、３は反射ミラー、４はレンズ、５は回転
板、６はマスク、１０はサーボモータ、１１は被加工
物、１２はＸＹテーブル、１３は制御装置である。レー
ザ発振器１で発振されたレーザ光２は、反射ミラー３に
より回転板５のマスク６を通過して被加工物８へと導か
れる。マスク６は、レーザ光２が通過する形状を持った
マスクパターンを複数所定の位置に有する。マスク６の
マスクパターンを通過したレーザ光２はマスクパターン
の形状と同一になり、被加工物８にはマスクパターンと
同一形状のレーザ加工が行われる。

【０００３】複数のマスクパターンを持ったマスクを回
転・交換して、被加工物に各種のレーザマーキングを施
す従来装置として、特開平３−１１８９８６号公報が、
またマスクを回転あるいは直線移動により交換する従来
装置として、特開平６−９９２９７号公報がある。これ
らのマーキングを目的として像転写光学系を用いる場合
は低出力で加工を行うため、レーザ光の強度分布に関係
なく、必要とするマスクパターン全体にレーザ光が照射
されていればよい。従って、レーザ光に対するマスクパ
ターンの位置決めは高精度を必要とせず、マスクパター
ンの熱影響は少なく損傷も少ない。また、特開平５−２
７７７７６号公報には、レーザ光を反射させるため平坦
なマスクを一定の角度で傾斜し、レーザ光を入射光に対
してある角度をもたせて反射させ、反射光を吸収体で吸
収させる方法が開示されている。しかし、この方法では
レーザ光を通過させる穴の形状を、マスクを角度に合わ
せてマスクパターンの形状に加工する必要があり、マス
クの加工・製作が難しい欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】像転写光学系を用い
て、例えばプリント基板の穴明け加工を行う場合、マー
キングと異なりマスク６を通過するレーザ光２の出力が
加工効率に大きな影響を与えるため、高出力のレーザ光
２が用いられるとともに、レーザ光２とマスクパターン
の中心位置を正確に合致させる必要がある。このためサ
ーボモータ７を回転させマスクパターンを交換する際、
マスク６が有する複数のマスクパターンの位置精度がそ
のまま被加工物の加工精度に影響する。従ってマスク５
のマスクパターン部分には高精度な機械加工が要求さ
れ、さらにマスク５の回転中心の組み付け精度も要求さ
れる。マーキングと比較してレーザ光２の出力が高いた
めマスク６で通過しないレーザ光の処理を確実に行わな
いと、マスク６を損傷したり、反射光により周辺部品等
に熱影響を及ぼすことがある。

【０００５】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、像転写光学系において高出力で
かつ高精度加工のできるレーザ加工装置、また、数多く
のパターン加工が可能なレーザ加工装置を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工装置においては、回転板に複数のマスクを配置すると
ともに、マスクを回転板の半径方向に対して移動可能な
位置微調整機構を設けたものである。

【０００７】また、複数個のマスクが取り付けられた回
転板をレーザ光に対し垂直な面上で移動できる機構を設
けたものである。

【０００８】また、レーザ光の入射側のマスク端部を円
錐状にするとともに、マスク端部の反射光を吸収するリ
ング形状のダンパーをレーザ光の入射側に設けたもので
ある。

【０００９】また、回転板上の１箇所以上にレーザ光が
通過可能な穴、あるいは切り欠きを設けたものである。

【００１０】レーザ光が回転板に照射されずに通過可能
な逃げ部を持つ回転板を、同一レーザ光の光路上に複数
個配置するとともに、上記複数の回転板のうち使用しな
い回転板を、その逃げ部がレーザ光の光路上となるよう
に、制御装置からの指令により位置決め可能としたもの
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１、図２、図３、図４はこの発明の実
施の形態１であるレーザ加工装置を示すもので、図１は
全体の構成図、図２はマスクを保持する回転板部分の構
成図、図３は回転板の位置調整を行う移動機構部分の構
成図、図４は回転板の回転装置部分の構成図である。図
において、１はレーザ発振器、２はレーザ光、３は反射
ミラー、４はレンズである。反射ミラー３やレンズ４は
図示しないレーザ加工機の本体に固定支持される。５は
回転板、６はマスク、７はスライダである。スライダ７
は回転板５の同心円上に８カ所設けられている。マスク
６はネジなどの公知の締結部品を用いて、交換可能なよ
うにスライダ７に固定される。スライダ７と回転板５間
には、回転板５の半径方向（図２中の矢印Ｂで示す）に
移動可能なガイド（図示せず）が設けられている。８は
調整ネジで、スライダ７に設けられた雌ねじにより、ス
ライダ７を回転板５の半径方向に移動させ、マスク６の
位置決めを行うものである。９はバネで、スライダ７を
回転板５に対し一方向に押さえ付け、調整ネジ８のバッ
クラッシュを除去するために設けられる。１０はサーボ
モータで回転板５の回転位置決めを行うものである。サ
ーボモータ１０または回転板５には図示しない角度検出
器が設けられて、回転板５の回転方向に対し高精度の位
置検出が可能である。１１は被加工物である。１２はＸ
Ｙテーブルで、図示しない位置検出器が取り付けられ、
被加工物１１の高精度位置決めが可能である。１３は制
御装置でＸＹテーブル１２の駆動やサーボモータ１０の
駆動などのレーザ加工機の制御を行うものである。１４
は回転板５をレーザ光２に対して垂直方向に移動させる
移動機構である。移動機構１４はＸＹテーブル１２と同
様に制御装置１３により図３中のＢ方向とＣ方向に移動
調整制御されるが、調整ネジ８の回転や回転板５の回転
微調整によりマスク６位置の補正を行う場合には省略で
きる。レーザ光２の被加工物１１に対する加工精度調整
は、反射ミラー３の角度の調整により確保される。１５
はＣＣＤカメラで、被加工物８の加工位置を観察・測定
できるように、レーザ光２とは一定距離オフセットされ
た位置に取り付けられる。測定結果は制御装置１３に送
られて、補正演算などが行われるように構成されてい
る。なお、ＣＣＤカメラ１５は他の光学部品を用い、レ
ーザ光２と同軸上を観察できるように構成してもよい。
また、ＣＣＤカメラ１５は、被加工物８の加工精度を測
定するためのものであるため、被加工物８上の加工位置
精度の確認を他の測定法で行う場合は省略できる。

【００１２】レーザ発振器１から発振されたレーザ光２
は、反射ミラー３によりレンズ４に導かれた後、スライ
ダ７に取り付けられたマスク６に入射される。加工には
制御装置１３の指令により回転板５が回転し、複数個の
マスクのうち、加工目的のマスク６が選択されてレーザ
光２の軸上に配置される。マスク６のほぼ中央には、各
種形状の穴（例えば円形・四角状の穴）が設けられ、そ
の部分のみのレーザ光２が通過するため、被加工物８に
はマスク６の穴の形状が転写され、同形状に加工が行わ
れる。ここで、マスク６とレーザ光２との軸心がずれる
と被加工物８を加工する位置がずれて精度低下を引き起
こす。例えば像転写倍率が０．１の場合、通過する位置
が５０μm変化すると、加工位置は５μm変化する。また
マスク６の位置がレーザ光２に対して大きくずれると、
加工個所に到達するレーザ光２が減少し加工効率の低下
を引き起こす。そこでマスク６を交換した場合には、加
工前に予め位置決め精度が確保されるよう調整が必要と
なる。マスク６の位置調整には、回転板５の回転角度方
向（図２中の矢印Ａ）とスライダ７の半径方向（図２中
の矢印Ｂ）との２方向の調整により行う場合と、移動機
構１４による回転板５の位置調整により行う場合とがあ
る。回転板５に配置された複数のマスク６を用い被加工
物８を加工した後、位置精度をＣＣＤカメラ１５を用い
て観察・測定した後、移動機構１４を用いて使用するマ
スク６の位置補正を行う流れにつき説明する。 （１）捨て加工用の被加工物８をＸＹテーブル１２上に
固定する。 （２） 目的とするマスク６を選択した後、被加工物の
未加工部分に加工を行なう。 （３） ＣＣＤカメラ１６で位置を観察・測定する。 （４） 使用するマスク６の個数の回数分のみ上述の
（２）から（３）を繰り返す。 （５） 位置測定結果から、複数の使用されるマスク6に
対応して、移動機構１４のＺ・Ｘ方向の補正量を算出す
る。 （６） 制御装置１３の工具補正機能を利用してそれぞ
れの補正量を入力するか、あるいは移動機構１４の直接
位置決め指令に補正量を加味する。 上記（３）の測定を自動で行うことにより、位置補正の
操作をプログラム化することが可能となり調整が簡単に
なる。上記では、位置補正に移動機構１４を用いる例を
説明したが、回転板５の回転角度調整と調整ネジ８の調
整により実施することもできる。また補正にあたって
は、ＣＣＤカメラ１５以外の測定器を利用し、被加工物
１１の加工位置精度を測定の上、算出するようにしても
よい。

【００１３】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２であるレーザ加工装置の回転板５部分を表す図であ
る。実施の形態１におけるマスク６の位置調整を、制御
装置１３で行うよう構成したもので、図２に対して一部
構成が異なる。異なる部分につき説明すると、１６はボ
ールネジ、１７はステッピングモータである。ボールネ
ジ１６のナットはスライダ７に固定される。ボールネジ
１６とステッピングモータ１７は継ぎ手により結合され
る。また、１個所のスライダ７には、２個のマスク６が
固定される。ボールネジ１６にはバックラッシュの無い
精度の高いものが使用されるので、マスク６、スライダ
７を精度良く位置決めできる。

【００１４】この実施の形態２におけるマスク６の変更
に当たっては、回転板５の回転や、スライダ７の回転板
５に対する半径方向移動により、スライダ７に取付けら
れた２個のマスク６の切替えにより行われる。各々のマ
スク６のスライダ７に対する取付誤差は、制御装置１３
の補正機能を用い、回転板５の回転角度とスライダ７の
位置を補正することにより減少可能である。

【００１５】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３であるレーザ加工装置の回転板５部分の構成図、図
７はマスク６の詳細断面図である。実施の形態１と異な
る部分について説明すると、１８はビームダンパで、マ
スク６から反射されたレーザ光２ａのエネルギーを吸収
するためドーナツ形状をしている。１９は冷却用配管で
ビームダンパ１８の中空部分に冷却液を供給するもの
と、排出する２本で構成される。また、６ａはマスク６
の端面部分で、略円錐状をしており、反射効率を向上さ
せるためメッキあるいは鏡面加工などが施される。６ｂ
はマスクパターンを有する穴部分である。

【００１６】マスク６の端面６ａを、レーザ光２が通過
する穴を中心に、円錐あるいは球面形状等に加工するこ
とにより、反射光２ａはレーザ光２に対して同軸上で逆
向きに反射されて、ビームダンパ１８に到達する。レー
ザ光２の出力が大きい場合には、ビームダンパ１８に冷
却液を供給して冷却できる。端面６ａの断面がテーパ状
の場合、反射光２ａのエネルギ密度は、レーザ光２とほ
ぼ同じであるが、断面が弧状あるいは近似の多段テーパ
形状とすれば、反射光２ａのエネルギ密度を減少させる
ことができビームダンパ１８の損傷も少なくできる。な
お図７ではスライダ７とマスク６がネジを利用して交換
可能に構成されているが、一体に構成してもよい。

【００１７】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４であるレーザ加工装置の回転板５部分の構成図であ
る。実施の形態１の回転板５と異なる部分について説明
すると、図８（ａ）の２０ａは丸穴で回転板５に設けら
れる。また図８（ｂ）の２０ｂのように、丸穴２０ａに
代えて切り欠き形状としてもよい。この実施の形態４
は、レーザ発振器１から発振されたレーザ光２をマスク
６を通過させず、レンズ４で集光して被加工物１１を直
接加工するいわゆる通常加工の用途に対応するものであ
る。通常加工と像転写加工とを切り替えて加工を行う場
合、マスク６の設置、取外しが必要となるが、マスク６
の取り付けには高い位置決め精度が要求されるため、段
取りに長い時間を要する。そこで、回転板５の１箇所に
レーザ光が通過可能な穴２０ａまたは切り欠き２０ｂを
設け、マスク６を介さない加工の場合、その部分を選択
することで加工可能とする。これによりマスク６の要、
不要の選択が制御装置１３からの指令により行え、段取
り時間の削減が可能となる。

【００１８】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形
態５であるレーザ加工装置の回転板５部分の構成図であ
る。実施の形態１において、実施の形態４と同じ回転板
を２組分、レーザ光２の軸上に配置したものであり、５
ａは追加された回転板で、１０ａはサーボモータで回転
板５ａを回転させるものである。レーザ加工に当たり、
所望のマスク６が回転板５側に装着されている場合、回
転板５ａ側のレーザ光２の軸上には、丸穴２０ａが制御
装置１３により選択され、回転板５側は、レーザ光２の
軸上に所望のマスク６が位置するように制御装置１３に
より選択される。この実施の形態によれば、交換するマ
スク６の数を多くすることができ、長時間の無人運転が
可能となる。また、実施の形態２のようにマスク６を複
数個スライダ７に取り付けたものと組み合わせれば、マ
スク６の交換数の一層の増加が図れる。

【００１９】

【発明の効果】第１の発明のレーザ加工装置によれば、
レーザ光に対し適切な位置にマスクを配置できるよう、
サーボモータ等にて回転する回転板に対し、半径方向に
対して移動可能な位置微調整機構を設けたことにより、
高精度な加工を行うことができる。

【００２０】第２の発明のレーザ加工装置は、レーザ光
の位置に対し、適切な位置にマスクを補正・配置できる
よう、複数個のマスクが取り付けられた回転板をレーザ
光に対し垂直な面上で移動する移動機構を設けたことに
より、高精度な加工が実現できる。

【００２１】第３の発明のレーザ加工装置は、マスクに
よって反射したレーザ光が、マスクに入射したレーザ光
と同軸上に反射するようマスクを略円錐状とするととも
に、反射光をリング形状のダンパーにて吸収させること
により、反射光を処理できるとともに、マスクの加工・
製作が容易になる。

【００２２】第４の発明のレーザ加工装置は、回転板上
にレーザ光が通過可能な逃げ部を設け、制御装置からの
指令にてその部分を選択するようにしたので、一般の像
転写加工以外のマスクを使用しないレーザ加工を可能と
し、マスクを取り外し、取り付けなどの段取り時間が大
幅に削減できる。

【００２３】第５の発明のレーザ加工装置は、所望のマ
スクを複数の回転板から選択することができるので、交
換するマスクの数を増加でき、マスクの手動による交換
頻度が減少し、長時間の無人運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１のレーザ加工装置の
構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の回転板部分の斜視
図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の回転板の移動装置
の正面図である。

【図４】 この発明の実施の形態１の回転板の移動装置
の側面図である。

【図５】 この発明の実施の形態２の回転板部分の構成
図である。

【図６】 この発明の実施の形態３の回転板部分の断面
図である。

【図７】 この発明の実施の形態３のマスク部分の拡大
断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態４の回転板の構成図で
ある。

【図９】 この発明の実施の形態５の回転板部分の構成
図である。

【図１０】 従来のレーザ加工装置の構成図である。

【符号の説明】

２ レーザ光 ５ 回転板 ６ マスク １０ 回転装置 １１ 被加工物 １３ 制御装置 １４ 移動装置 １２ 調整ネジ １８ ビームダンパ ２０ａ 逃げ部 ２０ｂ 逃げ部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発信出力するレーザ発振器
   と、 所望のマスク穴を有するマスクと、 上記マスクを保持する回転板と、 上記回転板を回転させる回転装置と、 上記マスクを上記回転板の非回転方向に対して、位置移
   動可能に設けられた位置調整装置と、 上記回転板を回転させ上記マスクを選択し、上記レーザ
   光の光路に配置する制御装置とを備え、 上記レーザ光を、上記マスクを通して被加工物に照射し
   て、所望の加工を行うレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１の装置において、上記マスクを
   保持する上記回転板を、上記レーザ光に対し垂直方向に
   移動可能とする移動装置を設けたことを特徴とするレー
   ザ加工装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２の装置におい
   て、上記マスクによって反射される上記レーザ光を吸収
   するため、上記マスクの端部に反射面を設けるととも
   に、反射位置にリング形状のダンパーを設けたことこと
   を特徴とするレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 請求項１の装置において、上記レーザ光
   が上記回転板に照射されずに通過可能な逃げ部を上記回
   転板の一部に設けるとともに、上記逃げ部が上記レーザ
   光の光路上となるように、上記制御装置からの指令によ
   り上記回転板を位置決め可能としたことを特徴とするレ
   ーザ加工装置。
5. 【請求項５】 レーザ光を発信出力するレーザ発振器
   と、 所望のマスク穴を有するマスクと、 上記マスクを保持するとともに、上記レーザ光が上記回
   転板に照射されずに通過可能な逃げ部を有する複数の回
   転板と、 上記回転板を回転させる回転装置と、上記複数の回転板
   を回転させ上記マスクのうちの一つを選択し、上記レー
   ザ光の光路に配置する制御装置と、 上記複数の回転板のうち使用しない回転板を、その逃げ
   部がレーザ光の光路上となるよう位置決め可能とした制
   御装置と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。