特許 7286254 レーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-26

(45)【発行日】2023-06-05

(54)【発明の名称】レーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/082 20140101AFI20230529BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20230529BHJP

   B23K 26/142 20140101ALI20230529BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20230529BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20230529BHJP

【ＦＩ】

B23K26/082

B23K26/00 M

B23K26/142

B23K26/16

H05K3/00 N

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019199856

(22)【出願日】2019-11-01

(65)【公開番号】P2021070055

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-07-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000233332

【氏名又は名称】ビアメカニクス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】武知 孝洋

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２７１２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１３９０１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第０３／０７６１１７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／０８２

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｈ０５Ｋ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を基板上で二次元方向に走査させるスキャナユニットと、レーザ発振器から出射されるレーザ光を前記スキャナユニットに導くためにレーザ光をそれぞれ順次通過させる複数の光学部品と、レーザ光による加工動作を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、
前記光学部品の少なくとも一つを通過するレーザ光の一部を受光し電気信号に変換する光検出器と、
前記少なくとも一つの光学部品にガスを吹き付けるノズルと、
前記ノズルにガスを供給するガス供給機構と、を備え、
前記制御部は、前記光検出器からの電気信号が閾値以下となった場合に前記加工動作を停止し、前記少なくとも一つの光学部品に前記ノズルからガスを吹き付け、当該吹き付けが終了した後、前記光検出器からの電気信号が閾値を超えた場合に前記加工動作を再開するように制御することを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記光学部品は収容体の内部に収容されており、
外気を前記収容体に設けられたフィルタを通して当該収容体の内部へ流入させるブロアと、
前記収容体の内部に流入された外気を当該収容体の外部へ排気するための前記収容体に設けられた排気口と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項3】

請求項１あるいは２に記載のレーザ加工装置において、
レーザ光が前記少なくとも一つの光学部品に入射される前に通過する光学部品の各々にもガスを吹き付けるノズルを備え、
前記制御部は、前記光検出器からの電気信号が閾値以下となった場合に前記加工動作を停止し、前記少なくとも一つの光学部品及び当該光学部品に入射される前に通過する光学部品の各々に前記ノズルからガスを吹き付けるように制御することを特徴とするレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばプリント基板に対してレーザを照射して穴あけ加工を行うためのレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レーザ加工装置としては、内部に設けられた反射ミラーなどの光学部品に空気中の塵埃が付着する問題がある。そこで、例えば特許文献１に示すように、レーザ光の伝送時において反射ミラーにドライエアーを吹き付けて塵埃が反射ミラーに付着することを防止する技術が開示されている。

【0003】

しかしながら、特許文献１に開示された方式であると、常にドライエアーを吹き付けるようになっているので、特定の種類のレーザ（例えばＵＶレーザ）ではレーザ光が揺らいで穴形状が変化してしまい加工品質が低下する。また、エアー供給機構の故障リスクが高くその寿命が短くなる。また、加工動作の途中でエアー供給機構が故障してしまった場合、加工動作を停止する必要があるが、特許文献１には加工動作を停止させることについての言及がない。さらに、加工動作を停止させた場合、加工動作を再開させることについても言及がない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭62-003894号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで本発明は、加工品質を確保するとともに、光学部品に付着した塵埃を除去するためのエアー供給機構の故障リスクを小さくして長寿命化をはかり、光学部品に塵埃が付着して加工品質が保てなくなったら加工動作をすみやかに中断し、その後自動的に加工動作を再開する、使い勝手の良いレーザ加工装置を得ることを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願において開示される発明のうち、代表的なレーザ加工装置は、レーザ光を基板上で二次元方向に走査させるスキャナユニットと、レーザ発振器から出射されるレーザ光を前記スキャナユニットに導くためにレーザ光をそれぞれ順次通過させる複数の光学部品と、レーザ光による加工動作を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記光学部品の少なくとも一つを通過するレーザ光の一部を受光し電気信号に変換する光検出器と、前記少なくとも一つの光学部品にガスを吹き付けるノズルと、前記ノズルにガスを供給するガス供給機構とを備え、前記制御部は、前記光検出器からの電気信号が閾値以下となった場合に前記加工動作を停止し、前記少なくとも一つの光学部品に前記ノズルからガスを吹き付け、当該吹き付けが終了した後、前記光検出器からの電気信号が閾値を超えた場合に前記加工動作を再開するように制御することを特徴とする。

【0007】

なお、本願において開示される発明の代表的な特徴は以上の通りであるが、ここで説明していない特徴については、後述する発明を実施するための形態において説明しており、また特許請求の範囲にも示した通りである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、加工品質を確保するとともに、エアー供給機構の故障リスクを小さくして長寿命化をはかり、光学部品に塵埃が付着して加工品質が保てなくなったらすみやかに加工動作を中断し、その後自動的に加工動作を再開する、使い勝手の良いレーザ加工装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施例に係るレーザ加工装置のレーザユニットの構造を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施例に係るレーザ加工装置のコンプレッサを説明するための図である。

【図3】本発明の一実施例に係るレーザ加工装置の構造を示す図である。

【図4】本発明の一実施例に係るレーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を実施例に沿って説明する。なお、
以下の説明において、同等な各部には同一の符号を付して説明を省略する。

【0011】

図３は本願発明の一実施例に係るレーザ加工装置の構造を示す図である。１は複数の光学部品が内部に設けられレーザ光Ｌ１をスキャナユニット３へ照射するレーザユニットで、レーザユニット１とスキャナユニット３との間には空気中の塵埃がレーザユニット１の内部およびスキャナユニット３の内部へ進入するのを防止する伸縮ダクト２が設けられている。伸縮ダクト２はスキャナユニット３のＺ方向への移動に伴い伸縮する。スキャナユニット３には図示を省略する一対のガルバノスキャナおよび集光レンズが設けられ、出射したレーザ光Ｌ２が基板４上で二次元方向に走査される。

【0012】

４は加工すべきワークとなる基板、５は基板４を載置するテーブルである。テーブル５は図においてＸ方向及びＹ方向に動かすことによって、レーザユニット１およびスキャナユニット３に対して相対移動できるようになっている。基板４は前記集光レンズの実用的な直径に基づいて決定される加工領域に区分され、１つの加工領域内の加工が終了すると、テーブル５を水平に移動させ、次の加工領域の中心を前記集光レンズの中心軸上に位置決めする。６はレーザユニット１、スキャナユニット３、テーブル５等、各部の動作を制御するための制御部であり、例えばプログラム制御の処理装置を主体にしたものによって実現される。

【0013】

図１は、本発明の一実施例に係るレーザユニット１の構造を説明するための図、図２は、本発明の一実施例に係るレーザユニット１のコンプレッサを説明するための図である。図３と同じものには同じ番号を付けてあり、本発明の実施例を説明するために必要な部分のみを示してある。

【0014】

レーザユニット１の内部においては、レーザ発振器７から出射されたレーザ光は、それぞれ順次通過する複数の光学部品から成る光学系を通過してスキャナユニット３に導かれる。ここでの光学系は、レーザ発振器７から出射されたレーザ光Ｌ３を反射するミラー８、ミラー８で反射されたレーザ光Ｌ３を反射するミラー９、ミラー９で反射されたレーザ光Ｌ３をダンパ１０に吸収される非加工用のレーザ光Ｌ４と加工用のレーザ光Ｌ５に偏向させる音響光学素子１１、音響光学素子１１で偏向されたレーザ光Ｌ５が入射されるビーム径調整レンズ１２、ビーム径調整レンズ１２からの加工用のレーザ光Ｌ５の一部を分岐させるスプリッタ１３及び外部からレーザユニット１への塵埃の進入を防ぐ透過板１４が含まれている。なお、レーザユニット１は当該光学系、レーザ発振器７等を収容した収容体を成している。
また、ビーム径調整レンズ１２でここでは図示を省略して１枚としたが、実際には複数のレンズで構成される。

【0015】

レーザユニット１における透過板１４を通過したレーザ光Ｌ１は伸縮ダクト２を介してスキャナユニット３へ入射される。１５はブロアで外気をレーザユニット１内へ流入させ、装置の電源を入れている間は常時稼動している。１６はフィルタでブロア１５によってレーザユニット１へ流入される外気から塵埃を除去する。
なお、ブロア１５から流入される外気は、光学部品に吹き付けられてもレーザ光が揺らぐことがない程度の風圧である。１７は排気口で、図示を省略する集塵機が接続されていてレーザユニット１内の気体が外部に排気されるが、外部からの気体の進入は防ぐ逆止弁のような構造となっている。したがって、レーザユニット１内は陽圧となり外部から塵埃が進入するのを防ぐようになっている。

【0016】

１８はコンプレッサでレーザユニット１周辺の外気から水気及び油分を除去したドライエアーを送出する。１９は電磁弁でコンプレッサ１８から配管２０へのドライエアーの流量を制御する。２１はノズルで、ミラー８、９、音響光学素子１１、ビーム径調整レンズ１２、スプリッタ１３および透過板１４にドライエアーを吹き付けるためのものである。
ノズル２１はミラー８、９のレーザ光反射面、音響光学素子１１のレーザ光入出射面、ビーム径調整レンズ１２のレーザ光入出射面、スプリッタ１３のレーザ光入出射面および透過板１４のレーザ光入射面の各々に射出口が向けられるように設けられていて、電磁弁１９を開くことにより配管２０からのドライエアーが吹き付けられるようになっている。
なお、ここではコンプレッサ１８、電磁弁１９及び配管２０により、ノズル２１へのエアー供給機構が構成されている。ここでは、ドライエアーが光学系に吹き付けられるようにしたが、ドライエアーに換えて窒素ガスを吹き付けるようにしてもよい。

【0017】

２２は光検出器で、スプリッタ１３で分岐されたレーザ光Ｌ６を受光し、受光したレーザ光Ｌ６を電気信号に変換してその信号を制御部６へ出力するもので、例えばフォトダイオードなどで構成される。
制御部６では光検出器２２から入力された信号を閾値と比較する。ミラー８、９、音響光学素子１１、ビーム径調整レンズ１２あるいはスプリッタ１３のいずれかに塵埃が付着すると、光検出器２２で検出される光強度が弱くなる。制御部６において、閾値以下と判断された場合、レーザ発振器７からのレーザ光Ｌ３の出射、音響光学素子１１の偏向、スキャナユニット３およびテーブル５の駆動を停止して加工を停止し、全てのノズル２１からドライエアーを吹き付ける。
なお、閾値は加工品質を保証できるかできないかの境界となるものであり、加工に先立って予め実験により求めておくものとする。

【0018】

図４は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置の動作を説明するためのフローチャートであり、フローチャートに記載された以下の処理ステップによりレーザ加工が行われる。
ステップ４０１：レーザ発振器７からレーザ光Ｌ３を照射する。
ステップ４０２：レーザ光Ｌ３を音響光学素子１１で加工方向に偏向させてレーザ光Ｌ５としてビーム径調整レンズ１２に入射させる。また、スプリッタ１３からのレーザ光Ｌ６を光検出器２２で受光し、光検出器２２からの信号が閾値以下であるかを判断し、光検出器２２からの信号が閾値以下ならばステップ４０３へ移行する。光検出器２２からの信号が閾値より大きい場合、ステップ４０６へ移行する。
ステップ４０３：アラームを出しレーザ発振器７からのレーザ光Ｌ３の出射、音響光学素子１１の偏向、スキャナユニット３およびテーブル５の駆動を停止し、加工動作を停止する。

【0019】

ステップ４０４：電磁弁１９を開き、ミラー８、９、音響光学素子１１、ビーム径調整レンズ１２、スプリッタ１３および透過板１４にコンプレッサ１８からのドライエアーを吹き付ける。
ステップ４０５：吹き付け終了後、レーザユニット１内で舞い上がった塵埃が排気されるまで数分間（好ましくは３分程度）加工停止を継続する。なお、加工動作を停止してもブロア１５は稼動しているので排気される。加工停止の継続が終了した後、再びステップ４０１に移行する。
ステップ４０６：音響光学素子１１の偏向、ガルバノユニット３およびテーブル５を駆動し、基板４の加工動作を行う。
ステップ４０７：加工する穴が他にないかどうかで加工終了を判断し、加工する穴が他にない場合、加工動作を終了し、加工する穴が他に残っている場合、ステップ４０２へ移行する。

【0020】

以上の実施例によれば、光学部品へのドライエアーの吹き付けはレーザ発振器からのレーザ光の出射が停止してから行われるので、レーザ光の揺らぎを防止して加工品質を確保することが可能となる。また、光学部品に付着した塵埃を除去するのは必要な時点のみになるのでエアー供給機構の負担を軽くすることができ、エアー供給機構の長寿命化をはかることができる。さらに、ミラー８、９、音響光学素子１１、ビーム径調整レンズ１２あるいはスプリッタ１３のいずれかに塵埃が付着して、スキャナユニットに出射されるレーザ光の強度が加工品質を保証できないほど弱くなり、加工品質が保てなくなったらすみやかに加工動作を中断する。従って、加工不良の拡大を防ぐことができ、上記光学部品に付着した塵埃を除去した後で自動的に加工動作を再開するようにしたので、使い勝手の良いレーザ加工装置を得ることができる。

【0021】

以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は当該実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもなく、様々な変形例が含まれる。

【符号の説明】

【0022】

１：レーザユニット ２：伸縮ダクト ３：スキャナユニット ４：基板 ５：テーブル
６：制御部 ７：レーザ発振器 ８、９：ミラー １０：ダンパ １１：音響光学素子
１２：ビーム径調整レンズ １３：スプリッタ １４：透過板 １５：ブロア
１６：フィルタ １７：排気口 １８：コンプレッサ １９：電磁弁 ２０：配管
２１：ノズル ２２：光検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】