特開 2025-31176 コイル部品、レーザ装置、及びレーザ加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025031176

(43)【公開日】2025-03-07

(54)【発明の名称】コイル部品、レーザ装置、及びレーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   H01F 21/04 20060101AFI20250228BHJP

   B23K 26/382 20140101ALI20250228BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20250228BHJP

   H01S 3/097 20060101ALN20250228BHJP

【ＦＩ】

H01F21/04

B23K26/382

B23K26/00 H

B23K26/00 N

H01S3/097 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023137222

(22)【出願日】2023-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】山口 友之

(72)【発明者】

【氏名】遠入 尚亮

【テーマコード（参考）】

4E168

5E070

5F071

【Ｆターム（参考）】

4E168AD11

4E168CB04

4E168CB07

4E168DA23

4E168EA15

4E168JB01

4E168KB01

5E070AA01

5E070AB04

5E070CA13

5E070CA20

5F071AA05

5F071GG01

5F071GG03

5F071GG08

(57)【要約】

【課題】インダクタンスの微調整が可能なコイル部品を提供する。
【解決手段】コイル支持体に、コイルが巻き付けられている。コイル支持体は、コイルに接触してコイルを内側から支持し、コイルの内径を調整可能な構造を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイル支持体と、
前記コイル支持体に巻き付けられたコイルと
を備え、
前記コイル支持体は、前記コイルに接触して前記コイルを内側から支持し、前記コイルの内径を調整可能な構造を有するコイル部品。

【請求項2】

前記コイル支持体は、
前記コイルの軸方向に間隔を隔てて配置された一対の端部部材と、
前記軸方向に長く、前記一対の端部部材を接続する複数の支柱と
を含み。
前記複数の支柱の少なくとも１本は、前記軸方向に平行な方向から見たとき、前記複数の支柱の最小包含円の直径が変化する方向に移動可能で、特定の位置で前記一対の端部部材に対して固定可能である請求項１に記載のコイル部品。

【請求項3】

前記複数の支柱は３本配置されており、前記軸方向に平行な方向から見たとき、前記複数の支柱が正三角形の頂点に位置する位置関係で前記複数の支柱が前記一対の端部部材に対して固定可能である請求項２に記載のコイル部品。

【請求項4】

前記複数の支柱のうち１本は、前記一対の端部部材に対して移動不能に固定されており、他の２本の支柱のそれぞれは、前記軸方向に平行な方向から見たとき、固定された支柱から延びる直線に平行な方向に移動可能であり、特定の位置で前記一対の端部部材に対して固定可能である請求項３に記載のコイル部品。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコイル部品と、
一対の放電電極を有するレーザ発振器と、
前記一対の放電電極に高周波電力を供給する高周波電源と
を備え、
前記コイル部品は、前記高周波電源と前記一対の放電電極との間に接続されているレーザ装置。

【請求項6】

請求項５に記載のレーザ装置と、
加工対象物を支持するステージと、
前記レーザ装置から出力されたレーザビームを、前記ステージに支持された加工対象物に入射させるとともに、加工対象物の表面内でレーザビームの入射位置を移動させるビーム走査器と
を備えたレーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル部品、レーザ装置、及びレーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ発振器の放電電極と高周波電源との間を銅板で接続したレーザ装置が公知である（特許文献１）。所望のインダクタンスに応じて銅板の枚数が調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－１６３４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザ発振器の個体差により、放電電極と高周波電源との間に挿入するインダクタのインダクタンスを微調整する必要が生じる。本発明の目的は、インダクタンスの微調整が可能なコイル部品を提供することである。本発明の他の目的は、このコイル部品を用いたレーザ装置及びレーザ加工機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一観点によると、
コイル支持体と、
前記コイル支持体に巻き付けられたコイルと
を備え、
前記コイル支持体は、前記コイルに接触して前記コイルを内側から支持し、前記コイルの内径を調整可能な構造を有するコイル部品が提供される。

【0006】

本発明の他の観点によると、
上述のコイル部品と、
一対の放電電極を有するレーザ発振器と、
前記一対の放電電極に高周波電力を供給する高周波電源と
を備え、
前記コイル部品は、前記高周波電源と前記一対の放電電極との間に接続されているレーザ装置が提供される。

【0007】

本発明のさらに他の観点によると、
上述のレーザ装置と、
加工対象物を支持するステージと、
前記レーザ装置から出力されたレーザビームを、前記ステージに支持された加工対象物に入射させるとともに、加工対象物の表面内でレーザビームの入射位置を移動させるビーム走査器と
を備えたレーザ加工機が提供される。

【発明の効果】

【0008】

コイルの内径を調整可能であるため、コイルのインダクタンスを微調整することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施例によるコイル部品の概略斜視図である。

【図2】図２は、コイルの軸方向から見たときの端部部材、３本の支柱、及びコイルの位置関係を示す図である。

【図3】図３は、第１実施例によるレーザ加工機のブロック図である。

【図4】図４は、レーザ電源の設定電圧及びコイル部品のインダクタンスを調整する手順を示すフローチャートである。

【図5】図５は、コイル部品の巻き数、レーザ電源の電圧の設定値、及び高周波電流の測定値の関係を示すグラフである。

【図6】図６は、第１実施例の変形例によるコイル部品を、コイルの軸方向から見たときの端部部材、４本の支柱、及びコイルの位置関係を示す図である。

【図7】図７Ａは、第２実施例によるコイル部品を、コイルの軸方向から見たときの端部部材、３本の支柱、及びコイルの位置関係を示す図であり、図７Ｂは、複数の調整部材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１～図５を参照して、第１実施例によるコイル部品、レーザ装置、及びレーザ加工機について説明する。

【0011】

図１は、第１実施例によるコイル部品１０の概略斜視図である。第１実施例によるコイル部品１０は、コイル支持体２０と、コイル支持体２０に巻き付けられたコイル３０とを含む。コイル３０は、例えばコイル支持体２０に螺旋状（ヘリカル状）に巻き付けられている。コイル支持体２０は、コイル３０に接触してコイル３０を内側から支持する。なお、コイル３０を、コイル支持体２０に渦巻状（スパイラル状）に巻き付けてもよい。この場合、渦巻状の巻き付けに適した形状の巻線を用いるとよい。

【0012】

コイル支持体２０は、一対の端部部材２１と３本の支柱２２とを含む。一対の端部部材２１は、コイル３０の軸方向ＤＡに間隔を隔てて配置されている。軸方向ＤＡをｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。３本の支柱２２の各々は、軸方向ＤＡに長く、一対の端部部材２１同士を接続する。また、一対の端部部材２１は、３本の支柱２２のｘｙ面内における相対位置を固定する。端部部材２１及び支柱２２は、例えばベークライト等の熱硬化性樹脂で形成される。なお、その他に、非磁性金属で形成してもよい。

【0013】

コイル３０は、３本の支柱２２に巻き付けられている。コイル３０の巻線には、例えば絶縁被膜付き導線が用いられる。コイル３０の巻線の高い剛性のため、３本の支柱２２に巻き付けたとき、巻線は、支柱２２との接触箇所で屈曲されることなく、軸方向ＤＡから見てコイル３０がほぼ円周形状になる。３本の支柱２２は、コイル３０に内側から接することにより、コイル３０の内径を特定の値に固定する。

【0014】

図２は、軸方向ＤＡから見たときの端部部材２１、３本の支柱２２、及びコイル３０の位置関係（ｘｙ面内における位置関係）を示す図である。図２において、コイル３０が配置された領域をグレーで表している。３本の支柱２２が、それぞれ正三角形の３つの頂点の位置に配置されている。より具体的には、３本の支柱２２のそれぞれは、ｘｙ断面が円形の円柱形状であり、ｘｙ断面の中心が正三角形の頂点の位置に配置されている。

【0015】

コイル３０が、３本の支柱２２に接触することにより、コイル３０の内径の大きさが固定される。３本の支柱２２のうち１本は、一対の端部部材２１に対して移動不能に固定されている。他の２本の支柱２２のそれぞれは、ｚ軸に平行な方向から見たとき、固定された支柱２２から延びる２本の直線Ｌのそれぞれに対して平行な方向に移動可能であり、特定の位置で一対の端部部材２１に対して固定可能である。

【0016】

例えば、一対の端部部材２１の各々に、２本の直線Ｌのそれぞれに平行な方向に長い２つの長孔２３が設けられている。支柱２２の端部が長孔２３内に挿入され、長孔２３の長手方向に移動可能である。また、長孔２３内の任意の位置で、端部部材２１に対して固定させることが可能である。２本の支柱２２を直線Ｌに沿って移動させると、ｘｙ面内における３本の支柱２２の最小包含円ＥＣの直径が変化する。コイル３０の内周に沿う円筒のｘｙ断面が、最小包含円ＥＣに相当する。最小包含円ＥＣの直径が、コイル３０の内径に相当する。支柱２２を移動させてコイル３０の内径を変化させると、コイル３０のインダクタンスが変化する。

【0017】

２本の直線Ｌのなす角度は６０°である。このため、２本の支柱２２をそれぞれ直線Ｌに沿って移動させても、３本の支柱２２がｘｙ面内で正三角形の頂点に位置する状態を維持することができる。

【0018】

図３は、第１実施例によるレーザ加工機のブロック図である。第１実施例によるレーザ加工機は、レーザ電源４０、レーザ発振器５０、加工部６０、及び制御部７０を含む。レーザ電源４０からレーザ発振器５０に、コイル部品１０を介して高周波電流がパルス的に供給される。コイル部品１０として、図１及び図２に示したコイル部品１０が用いられる。なお、２つのコイル部品１０は、レーザ電源４０とレーザ発振器５０とを接続する２本の配線のそれぞれに挿入されている。レーザ発振器５０として、ガスレーザ発振器、例えば炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。レーザ発振器５０は、一対の放電電極５１を含む。レーザ発振器５０に高周波電流が供給されると、一対の放電電極５１の間で放電が生じ、パルスレーザビームが出力される。

【0019】

レーザ発振器５０から出力されたパルスレーザビームが、加工部６０に入射する。加工部６０に入射したパルスレーザビームは、ミラー６１で反射され、ビーム走査器６２、集光レンズ６３を経由して加工対象物６８に入射する。加工対象物６８は、可動ステージ６４に保持されている。可動ステージ６４は、制御部７０からの制御により、加工対象物６８を被加工面に平行な二方向及び被加工面に垂直な方向に移動させる。

【0020】

ビーム走査器６２は、制御部７０からの制御により、パルスレーザビームを走査して加工対象物６８の被加工面上でパルスレーザビームの入射位置を移動させる。ビーム走査器６２として、例えばガルバノスキャナを用いることができる。集光レンズ６３は、パルスレーザビームを加工対象物６８の被加工面に集光する。集光レンズ６３として、例えばｆθレンズを用いることができる。なお、必要に応じて、ビームエキスパンダ、アパーチャ、アッテネータ等をビーム経路に配置してもよい。

【0021】

加工対象物６８は、例えばプリント基板であり、ビーム走査器６２によってパルスレーザビームのビームスポットを移動させることにより、走査可能範囲内の穴あけ加工が行われる。可動ステージ６４を動作させて、加工対象物６８の表面の加工すべき領域を、ビーム走査器６２の走査可能範囲内に順次配置することにより、加工対象物６８の表面の全域の加工が行われる。

【0022】

次に、レーザ電源４０の構成について説明する。レーザ電源４０は、整流器４１、充電電源４２、バンクコンデンサ４４、及び高周波電源４３を含む。整流器４１、充電電源４２、及び高周波電源４３は、それぞれ制御部７０からの制御を受けて動作する。

【0023】

外部の交流電源７５から整流器４１に三相交流電流が供給される。整流器４１で整流された直流電流が充電電源４２に供給される。充電電源４２は、入力された直流電圧を昇圧して、バンクコンデンサ４４を充電する。バンクコンデンサ４４から高周波電源４３に直流電力が供給される。高周波電源４３は、バンクコンデンサ４４から供給された直流電力を高周波電力に変換し、高周波電力をレーザ発振器５０にパルス的に供給する。

【0024】

レーザ発振器５０やレーザ電源４０に個体差があるため、所望のレーザ出力を得るために、レーザ電源４０の設定電圧やコイル部品１０のインダクタンスの調整を行う必要がある。次に、図４を参照して、レーザ電源４０の設定電圧及びコイル部品１０のインダクタンスを調整する手順について説明する。

【0025】

図４は、レーザ電源４０の設定電圧及びコイル部品１０のインダクタンスを調整する手順を示すフローチャートである。まず、コイル部品１０のコイル３０の巻き数及び内径を初期値に設定する（ステップＳ１）。この条件でレーザ発振器５０を動作させ、レーザ発振器５０からのレーザ出力が目標値になるように、レーザ電源４０の設定電圧を調整する（ステップＳ２）。例えば、レーザ電源４０の設定電圧として、バンクコンデンサ４４の端子間電圧を採用するとよい。充電電源４２の動作条件を変更することにより、バンクコンデンサ４４の端子間電圧を変化させることができる。

【0026】

目標値のレーザ出力が得られているときに、放電電極５１に供給されている高周波電流を測定する（ステップＳ３）。ステップＳ２で調整した後の電圧の設定値、及びステップＳ３で測定された高周波電流の測定値が、許容範囲に収まっているか否かを判定する（ステップＳ４）。電圧の設定値及び高周波電流の測定値が許容範囲に収まっている場合は、調整手順を終了する。

【0027】

電圧の設定値及び高周波電流の測定値が許容範囲に収まっていない場合は、コイル部品１０の巻き数及びコイル３０の内径を変更する（ステップＳ５）。その後、ステップＳ２からステップＳ４までの手順を繰り返す。

【0028】

次に、図５を参照して第１実施例の優れた効果について説明する。
図５は、コイル部品１０の巻き数、レーザ電源４０の電圧の設定値、及び高周波電流の測定値の関係を示すグラフである。横軸は巻き数を表し、左縦軸は電圧の設定値を相対値で表し、右縦軸は高周波電流の測定値を相対値で表す。電圧の設定値及び高周波電流の測定値は、レーザ発振器５０のレーザ出力が目標値になるように調整した後の値である。

【0029】

この評価実験においては、レーザ電源４０として２種類の電源（電源Ａと電源Ｂ）を用いた。グラフ中のグレー及び白色の丸記号は、それぞれ電源Ａを用いたときの電圧の設定値及び高周波電流の測定値を示し、グレー及び白色の三角記号は、それぞれ電源Ｂを用いたときの電圧の設定値及び高周波電流の測定値を示す。

【0030】

巻き数を４巻から１巻ずつ増やすにしたがって電圧の設定値が増加する。高周波電流の測定値は、電圧の設定値の変化に応じて変化する。高周波電源４３、コイル部品１０、及び放電電極５１の設計条件として、電圧及び高周波電流の許容範囲が決められている。電圧の許容範囲をＡＲＶと標記し、高周波電流の許容範囲をＡＲＩと標記する。電源Ａを用いた場合、コイル部品１０の巻き数を６巻及び７巻にすると、それぞれ電圧の設定値（相対値）がＶ_６及びＶ_７になる。電圧Ｖ_６は電圧の許容範囲ＡＲＶの下限値未満であり、電圧Ｖ_７は許容範囲ＡＲＶの上限値を超えている。このため、コイル３０の内径を変化させず、巻き数を整数にするという条件の下では、電圧の設定値が許容範囲ＡＲＶに収まらない。なお、高周波電流の測定値は許容範囲に収まっている。電源Ｂを用いた場合にも、電圧の設定値が許容範囲ＡＲに収まらない。

【0031】

この場合、第１実施例では、コイル部品１０の支柱２２（図２）の位置を変えて、コイル３０を巻きなおすことにより、コイル３０の内径が変化し、インダクタンスを微調整することができる。コイル部品１０のインダクタンスを微調整することにより、電圧の設定値を許容範囲ＡＲに収めることが可能になる。

【0032】

コイル３０のインダクタンスは、内径の２乗及び巻き数の２乗に比例する。図５に示した例では、電源Ａを使用したときに、巻き数が６巻のとき電圧の設定値が許容範囲ＡＲの下限値未満である。電圧の設定値を許容範囲ＡＲに収めるために、コイル部品１０のインダクタンスを大きくする必要があるが、巻き数を７巻にすると、インダクタンスが大きくなりすぎて、電圧の設定値が許容範囲ＡＲの上限値を超えてしまう。

【0033】

このとき、巻き数を６巻のままにして、コイル３０の内径をやや大きくすることにより、インダクタンスを好適な大きさにすることができる。これにより、電圧の設定値を許容範囲ＡＲに収めることが可能になる。このように、第１実施例においては、コイル３０の内径を調整することが可能であるため、インダクタンスの調整の自由度を高めることができる。

【0034】

次に、図６を参照して第１実施例の変形例によるコイル部品について説明する。
図６は、第１実施例の変形例によるコイル部品１０を、コイル３０の軸方向ＤＡ（ｚ方向）から見たときの端部部材２１、４本の支柱２２、及びコイル３０の位置関係（ｘｙ面内における位置関係）を示す図である。第１実施例（図１、図２）では、コイル部品１０が３本の支柱２２を含んでいるが、図６に示した変形例では、コイル部品１０が４本の支柱２２を含んでいる。４本の支柱２２のうち１本が、一対の端部部材２１に対して移動不能に固定されており、他の３本の支柱２２が、一対の端部部材２１に対して長孔２３に沿って移動可能である。

【0035】

３つの長孔２３は、ｘｙ面内で、位置が固定された１つの支柱２２から延びる直線に沿って配置されている。４本の支柱２２は、そのすべてが最小包含円ＥＣに接する位置関係を取り得る。例えば、４本の支柱２２は、ｘｙ面内で正方形の４つの頂点の位置に配置される。本変形例のように、支柱２２を４本にしてもよい。その他の変形例として、支柱２２を５本以上にしてもよい。

【0036】

３本以上の複数の支柱２２が配置されている場合、複数の支柱２２の少なくとも１本が、最小包含円ＥＣの直径が変化する方向に移動可能であってもよい。移動可能な支柱２２の移動方向は、移動可能範囲内の特定の位置で支柱２２の位置を一対の端部部材２１に対して固定することにより、最小包含円ＥＣの大きさを調整することができる方向である。

【0037】

次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して第２実施例によるコイル部品について説明する。以下、第１実施例（図１～図５）によるコイル部品と共通の構成については説明を省略する。

【0038】

図７Ａは、第２実施例によるコイル部品１０を、コイル３０の軸方向ＤＡ（ｚ方向）から見たときの端部部材２１、３本の支柱２２、及びコイル３０の位置関係（ｘｙ面内における位置関係）を示す図である。第２実施例では、支柱２２を一対の端部部材２１に対して移動させる代わりに、支柱２２のそれぞれの側面に調整部材２５を取り付けることにより、コイル３０の内径を調整する。調整部材２５は、平板を、支柱２２の側面に沿うように湾曲させた形状を有する。

【0039】

図７Ｂは、複数の調整部材２５の斜視図である。厚さの異なる複数の調整部材２５が準備されている。コイル３０のインダクタンスを調整する際に、最も適切な厚さの調整部材２５を用いてコイル３０の内径を調整することができる。

【0040】

次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例においては、厚さの異なる複数の調整部材２５が準備されているため、第１実施例の場合と同様に、コイル３０の内径を変化させることができる。これにより、コイル３０のインダクタンスの調整の自由度が高まるという優れた効果が得られる。

【0041】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0042】

１０ コイル部品
２０ コイル支持体
２１ 端部部材
２２ 支柱
２３ 長孔
２５ 調整部材
３０ コイル
４０ レーザ電源
４１ 整流器
４２ 充電電源
４３ 高周波電源
４４ バンクコンデンサ
５０ レーザ発振器
５１ 放電電極
６０ 加工部
６１ ミラー
６２ ビーム走査器
６３ 集光レンズ
６４ 可動ステージ
６８ 加工対象物
７０ 制御部
７５ 交流電源
ＤＡ コイルの軸方向
ＥＣ 最小包含円
Ｌ 固定された支柱から延びる直線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】