(57)【要約】  本発明のレーザ加工装置（１００）は、被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部（１３５）と、上下に昇降する分割された可動載置部（１２１）を複数有して被加工物を保持する載置部（１２０）と、載置部をＸ方向およびＹ方向に駆動する加工テーブル（１１５）と、被加工物の上方に位置し被加工物の上面を吸着する上面吸着装置（１３０）と、この上面吸着装置を上下に昇降駆動する駆動部（１５０）と、を備えている。
2012035721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、
上下に昇降する分割された可動載置部を複数有して前記被加工物を保持する載置部と、
前記載置部をＸ方向およびＹ方向に駆動する加工テーブルと、
前記被加工物の上方に位置し前記被加工物の上面を吸着する上面吸着装置と、
前記上面吸着装置を上下に昇降駆動する駆動部と、を
備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記上面吸着装置を一対設け、それぞれを独立して上下に昇降駆動するように構成した請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記上面吸着装置の長手方向は、前記可動載置部の長手方向と垂直となるように設置し、前記上面吸着装置の長手方向の大きさを前記可動載置部の幅に対して大きく設定した請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記上面吸着装置が、電圧を印加することにより前記被加工物を吸着する静電チャックで形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記上面吸着装置の前記被加工物の表面に接する面に吸着孔を設け、吸引する空気圧によって前記被加工物を吸着する請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記上面吸着装置が、窒化膜処理をしたステンレスで形成され、少なくとも前記被加工物の表面に接する面が研磨されている請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記被加工物の加工エリアを加工テーブルで移動する場合に、前記上面吸着装置を昇降させる工程を有するレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記被加工物の加工エリアを加工テーブルで移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記被加工物の加工エリアを前記加工テーブルで移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行い、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、前記上面吸着装置を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザを被加工物に照射して加工を行うレーザ加工装置に関し、特にスルーホール加工（貫通穴加工）を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材の穴あけ加工もますます小径化し、従来の加工方法では、この小径化に対応することが困難になってきた。それらを解決し小径化に対応するために、レーザを用いた穴あけ加工が増えてきている。このレーザによる被加工物への穴あけ加工では、大きく分類して、被加工物に貫通穴を空けるスルーホール加工と、被加工物に非貫通穴を空けるブラインドホール加工の２種類がある。【０００３】
図１０は、従来技術に係るレーザ加工装置の第１例の被加工物載置部の構成を示す側面図である。【０００４】
図１０に示すように、被加工物８１１が、分割された載置部８２１の上部に載せられている。分割された載置部８２１は、個別に上下方向に動作可能な構造を持ち、エアシリンダ等の昇降駆動部（図示せず）により上下動作する。【０００５】
ブラインドホール加工時は、載置部８２１は、全ての吸着部が上昇した状態となる。そして、載置部８２１全面を使用して被加工物８１１を吸着固定し加工を行う。スルーホール加工時は、図１０に示すように、被加工物８１１の加工の対象となっている部分８１２の下部に相当する分割された載置部８２１のみ下降させた状態でレーザ加工が行われる。【０００６】
以上のように構成することで、被加工物８１１の平面度を維持しながら、スルーホール加工時のレーザによる載置部８２１の損傷を防止している（例えば、特許文献１を参照）。【０００７】
図１１は、従来技術に係るレーザ加工装置の第２例の構成を示す斜視図である。【０００８】
図１１に示すように、チャック９０２は軟質部材で形成された薄板形状の被加工物９０１を対抗する２辺で挟み持つ。引張装置９０３がチャック９０２によって挟持された被加工物９０１に引張力を与える。これらのチャック９０２と引張装置９０３で被加工物９０１を保持する。移動装置９０４は被加工物９０１を移動させる。集塵装置９０５は、レーザ光が照射される面の裏面側に複数の加工領域の全域にわたる大きさで設けられ、集塵装置９０５の内部にはガス流れを停止させる停止装置９０６を有する。２つの保持装置９０７は、引張装置９０３による引張力が働く辺と直角方向の被加工物９０１の辺をそれぞれ保持する。調整装置９０８は、保持装置９０７の一方を引張力と直角になる方向に移動させる。【０００９】
以上のように構成することで、被加工物９０１に引張力を与えつつ、保持する引張装置９０３と保持装置９０７により被加工物９０１が引っ張られて平面を維持する。そして、被加工物９０１は、引張装置９０３と保持装置９０７に保持された状態で加工領域に移動される。これにより、被加工物９０１のスルーホール加工部位の裏面は載置部と触れることなく、平面を維持しつつレーザ加工を行なうことができる（例えば、特許文献２を参照）。【００１０】
近年、より精密な加工とさらなる高集積化のため、板状の被加工物の厚さもより薄く、加工が施される穴の径も小さくなってきた。例えば、１００μｍ程度の厚さの樹脂フィルムや数十μｍの厚さの金属箔が、その加工対象となっている。【００１１】
上述の第１例目の従来技術に係るレーザ加工装置の構成では、スルーホール加工時は、被加工物の加工の下部に相当する吸着部を下降させた状態でレーザ加工が行われるため、部分的とはいえ被加工物は平面を保持されていない。【００１２】
そのために、載置部にレーザによる損傷は与えないものの、上述のように厚さの薄いシート状あるいは箔状の被加工物の場合は、自重によって該当部分が垂れるようにくぼみが発生する。その結果、加工部分の平面度の悪化を生じる。平面度の悪化は、レーザの焦点のズレや加工位置のズレとなり精密な加工の妨げとなる。すなわち、所望の精密加工ができない。【００１３】
上述の第２例目の従来技術に係るレーザ加工装置の構成では、被加工物の対向する２辺を引っ張ることで平面を保持しようとするものである。上述のように厚さの薄いシート状あるいは箔状の被加工物の場合は、引っ張ることによる材質の伸びが発生する。その結果、被加工物の加工位置がズレたり、シワが発生したりし、第１例と同様に精密な加工が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２００９／００１４９７号
【特許文献２】特開２００９−００６３５６号公報
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、精度の高いレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。
【００１６】
本発明のレーザ加工装置は、被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、上下に昇降する分割された可動載置部を複数有して上記被加工物を保持する載置部と、上記載置部をＸ方向およびＹ方向に駆動する加工テーブルと、上記被加工物の上方に位置し上記被加工物の上面を吸着する上面吸着装置と、上記上面吸着装置を上下に昇降駆動する駆動部と、を備えた構成からなる。
【００１７】
この構成により、被加工物の加工エリア近傍を上面吸着装置の上方に保持することにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。これにより、精度不良にともなう加工不良を低減することができる。
【００１８】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、被加工物の加工エリアを加工テーブルで移動する場合に、上面吸着装置を昇降させる工程を有する方法である。
【００１９】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００２０】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、被加工物の加工エリアを加工テーブルで移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【００２１】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００２２】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、被加工物の加工エリアを加工テーブルで移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行い、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、上面吸着装置を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【００２３】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００２４】
このような構成または方法とすることで、被加工物の加工エリア近傍を上面吸着装置の上方に保持する。これにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工が行うことができ、精度不良にともなう加工不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置をＹ方向から見た側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置をＸ方向から見た側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の昇降状態を示す側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の昇降状態を示す側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の詳細な構成を示す側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の詳細な構成を示す側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の異なる構成の詳細を示す側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の異なる構成の詳細を示す側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の上面吸着の効果を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の上面吸着の効果を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施の形態２に係る被加工物の加工エリアの設定の一例を示す配置図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施の形態２に係る被加工物の加工エリアの設定の一例を示す配置図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図である。
【図１０】図１０は、従来技術に係るレーザ加工装置の載置部の構成を示す側面図である。
【図１１】図１１は、従来技術に係るレーザ加工装置の被加工物の保持状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す斜視図である。図２はレーザ加工装置１００をＹ方向から見た側面図、図３は同様にＸ方向から見た側面図である。
【００２８】
図１に示すように、レーザ発振器１０１は、内部でレーザが発振されレーザ１０２を射出する。射出されたレーザ１０２はミラー１０３で進行方向を変えられる。ミラー１０３で進行方向を変えたレーザ１０２の進行方向には、レーザ１０２のビーム径を調整するためのコリメータレンズ１０４を配置している。さらにコリメータレンズ１０４を通過したレーザ１０２のビーム形状を整形するためのマスク１０５と、このマスク１０５を通過したレーザ１０２の雑光を抑えるためのアイリス１０６を配置する。
【００２９】
アイリス１０６を通過したレーザ１０２は、Ｘ軸方向に振るためのガルバノＸミラー１０９と、ガルバノＸミラー１０９で反射されたレーザ１０２をＹ軸方向に振るためのガルバノＹミラー１１０とにより、被加工物１１１上の照射したい位置に位置決めされる。さらに、ガルバノＹミラー１１０で反射したレーザ１０２が、ｆθレンズ１０７で集光され、被加工物１１１の加工点に照射されるようにレーザ加工装置１００を構成する。
【００３０】
そして、これらガルバノＸミラー１０９、ガルバノＹミラー１１０およびレーザ発振器１０１を制御する制御コントローラ１０８が設けられている。
【００３１】
被加工物１１１は複数個設けられた可動載置部１２１と外周載置部１２３上に置かれている。この可動載置部１２１と外周載置部１２３から載置部１２０は構成されている。可動載置部１２１には複数の載置部吸着孔１２２が設けられ、また、外周載置部１２３にも外周吸着孔１２４が設けられている。被加工物１１１は、載置部吸着孔１２２と外周吸着孔１２４により載置部１２０の下部から真空引きすることにより吸着保持される。
【００３２】
可動載置部１２１は、それぞれ１対の可動載置部昇降シリンダ１２５によって支持されている。可動載置部昇降シリンダ１２５は、本実施の形態では空気圧により制御されるエアシリンダを用いており、複数の可動載置部１２１のうちの個々の可動載置部１２１を独立に上下させることができる。
【００３３】
被加工物１１１を保持する可動載置部１２１と加工テーブル１１５との間の空間は、図２に示すように下部吸塵装置１１２となっており、空気流１１３によってレーザ加工時に被加工物１１１の下部に発生する加工屑を集塵する機能を有している。
【００３４】
また、被加工物１１１の上方のレーザ照射面側には上部吸塵装置１３０が設置されている。上部吸塵装置１３０は、ガルバノＸミラー１０９とガルバノＹミラー１１０とによって制御されるレーザ１０２の照射範囲を囲うように設けられている。上部吸塵装置１３０は、その一部に設けられた穴より内部の空気を吸引することで、レーザ加工の際に被加工物１１１の上部に発生する加工屑を集塵・排出する。
【００３５】
上部吸塵装置１３０には、１対の上面吸着装置１３１、１３２と、それぞれの上面吸着装置１３１、１３２を上下させる上面吸着装置昇降シリンダ１３３が取り付けられている。本実施の形態では、上面吸着装置昇降シリンダ１３３にはエアシリンダを用いて個々の上面吸着装置１３１、１３２を独立に上下させることができるように構成している。
【００３６】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置１００の構成について、図２と図３を用いてさらに詳細に説明する。
【００３７】
まず、図２に示すように、加工テーブル１１５は、Ｙテーブル１１６とＸテーブル１１８の大きく２つのブロックより構成されている。
【００３８】
Ｙテーブル１１６は、可動載置部１２１、外周載置部１２３、下部吸塵装置１１２、および、これらに付随する一式の構成を載置し、Ｙ方向に可動するように構成されている。Ｙ方向の移動には、Ｙ軸移動モータ１１７を駆動することでボールねじを回転させ、そこに載置されているもの一式ごとＹテーブル１１６をスライドさせることで行われる。
【００３９】
Ｘテーブル１１８は、Ｙテーブル１１６とそれに載置されている構成一式をさらに載置し、Ｘ方向に可動するように構成されている。Ｘ方向の移動には、Ｘ軸移動モータ１１９を駆動することでボールねじを回転させ、そこに載置されているもの一式ごとＸテーブル１１８をスライドさせることで行われる。
【００４０】
次に、図３に示すように、レーザ１０２を反射し照射位置を制御するガルバノＸミラー１０９、ガルバノＹミラー１１０、およびレーザ１０２の方向を被加工物１１１の面に対し垂直方向にすると共に集光するｆθレンズ１０７は、加工ヘッド部１３５に設置されている。
【００４１】
加工ヘッド部１３５はＺスライダ１３６に取り付けられており、Ｚスライダ１３６は、Ｚ軸移動モータ１３７を駆動することでＺ方向、すなわち上下方向に可動となっている。Ｚスライダ１３６およびＺ軸移動モータ１３７は本体フレーム１４０に設置されている。
【００４２】
また、上部吸塵装置１３０も本体フレーム１４０に固定されている。そのため上部吸塵装置１３０は装置本体との位置関係は固定されている。上面吸着装置昇降シリンダ１３３は上部吸塵装置１３０に固定され、空気圧を制御することで上面吸着装置１３１、１３２を上下させることができる。
【００４３】
上面吸着装置１３１、１３２は、被加工物１１１のレーザ照射面側、すなわち上面から被加工物１１１を吸着可能なように構成している。例えば、本実施の形態では、被加工物１１１に接する面に吸着孔を設け、真空引きを行うことで被加工物１１１を上面から吸着可能に構成している。また、上面吸着装置１３１、１３２を上下に昇降駆動する駆動部１５０は、上面吸着装置昇降シリンダ、Ｚスライダ１３６およびＺ軸移動モータ１３７を有している。
【００４４】
以上のように構成されたレーザ加工装置１００の動作について説明する。
【００４５】
被加工物１１１をレーザ加工装置１００に搭載するにあたり、まず、載置部吸着孔１２２と外周吸着孔１２４の真空引きを止めて吸着していない状態にし、可動載置部１２１と上面吸着装置１３１、１３２を全て上昇させる。そして、加工テーブル１１５を移動させることで載置部１２０を被加工物の搭載位置まで移動させる。
【００４６】
被加工物１１１を載置部１２０上に搭載した後、載置部吸着孔１２２と外周吸着孔１２４を真空引きして被加工物１１１の下面を吸着保持する。
【００４７】
被加工物１１１の保持が完了したのち以下の動作を開始する。被加工物１１１を保持した載置部１２０を第１の加工エリアに移動させるべく加工テーブルの移動を開始する。原点位置にある加工ヘッド部１３５を焦点位置への移動を開始する。ここで、加工ヘッド部１３５は、Ｚ軸方向に沿ってのみ移動する。第１の加工エリアの下面にある可動載置部１２１のみ、当該可動載置部１２１に設けられた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換え、当該部位の被加工物１１１の下面の吸着保持を止め、当該可動載置部１２１を下降する。これらの動作を並行して行う。
【００４８】
なお、個々の加工エリアはガルバノミラー（ガルバノＸミラー１０９およびガルバノＹミラー１１０）のスキャン範囲内に設定されており、当該エリア内のレーザ加工の位置決めはガルバノミラーを制御することで行われる。
【００４９】
以上の動作が完了し、加工ヘッド部１３５と上部吸塵装置１３０のある位置に被加工物１１１の第１の加工エリアが到着したのち、上面吸着装置１３１、１３２を下降させ、被加工物１１１の表面に密着させる。
【００５０】
図４Ａ、図４Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の昇降状態を示す側面図である。図５Ａ、図５Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の詳細な構成を示す側面図である。図６Ａ、図６Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の異なる構成の詳細を示す側面図である。
【００５１】
図４Ａに示す状態が、上面吸着装置１３１、１３２が上昇した状態、図４Ｂに示す状態が、上面吸着装置１３１、１３２が下降し被加工物１１１の表面に密着させた状態である。
【００５２】
上面吸着装置１３１、１３２が図４Ｂに示すごとく下降した状態になったら、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。その詳細な構成と動作を図５に示す。
【００５３】
図５Ａは、上面吸着装置１３１、１３２が下降した状態をＹ方向より見た側面図、図５Ｂは、上面吸着装置１３１、１３２が下降した状態をＸ方向より見た側面図である。それぞれ１対設けられた上面吸着装置昇降シリンダ１３３は、上部吸塵装置１３０に固定されている。上面吸着装置昇降シリンダ１３３はエアシリンダで構成され、エアチューブ１４１を介して空気圧を制御することで上面吸着装置１３１、１３２を上下させることができる。ここでは上面吸着装置１３１、１３２とも下降させた状態を示す。
【００５４】
上面吸着装置１３１、１３２は、被加工物１１１のレーザ照射側の面、すなわち上面から被加工物１１１を吸着可能なように上面吸着孔１４２が設けられている。上面吸着装置１３１、１３２を下降させた後、エアチューブ１４３を介して真空引きを行うことで被加工物１１１を上面から吸着する。
【００５５】
図５Ａに示すように、上面吸着装置１３１、１３２の外形の長手方向を可動載置部１２１の長手方向に対し垂直の方向に設けておく。本実施の形態においては上面吸着装置１３１、１３２の長手方向はＸ軸方向、可動載置部１２１の長手方向はＹ軸方向としている。
【００５６】
そして、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向の大きさは、ひとつの可動載置部１２１の幅より少しだけ小さく設定しておくと良い。こうすれば、上面吸着装置１３１、１３２が下降した際、被加工物１１１が可動載置部１２１と上面吸着装置１３１、１３２との間に挟まれて変形したり、傷ついたりすることなく、被加工物１１１の上面の上面吸着装置１３１、１３２周辺の面精度を確保することができる。
【００５７】
ここで、少しだけ小さい設定とは、レーザ加工装置１００の駆動精度と被加工物１１１の厚さやそのバラツキから被加工物１１１を傷つけることのない範囲で設定すればよい。例えば、可動載置部１２１の幅が５０ｍｍの設定であれば、４７ｍｍから４９ｍｍまでの範囲、特には４８ｍｍを基準寸法として設定すると良い。
【００５８】
あるいは、図６Ａ、図６Ｂに示すように、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向の大きさを、可動載置部１２１の幅より大きく設定しておくこともできる。こうすれば、被加工物１１１の移動ごとに上面吸着装置１３１、１３２を上昇させる必要はあるが、上面吸着装置１３１、１３２の下降量を精密に制御せずとも、被加工物１１１に接するまで下降させて吸着を開始する。このようにするだけで、被加工物１１１の上面吸着装置１３１、１３２周辺の面精度を確保することができる。
【００５９】
図７Ａ、図７Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の上面吸着の効果を示す図である。図５Ａ、図５Ｂまたは図６Ａ、図６Ｂのように構成した上面吸着装置１３１、１３２の作用を図７Ａに示す。図７Ａは当該上面吸着装置１３１、１３２がない場合の被加工物１１１の状態を示す。たとえば、被加工物１１１が、ガラスエポキシをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムで挟み込んだ厚さ１００μｍ以下のシート状の基板である場合を考える。この場合に可動載置部１２１の幅が５０ｍｍとすると、その変形量が数十μｍのオーダになり、この変形量に対応したＺ軸方向の焦点のずれとＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれは、精密な加工に対し大きな影響を与える。すなわち、これらの焦点のずれまたは位置ずれは、精密な加工の妨げとなり、加工不良を生じる。
【００６０】
しかしながら、本発明のレーザ加工装置１００であれば、図７Ｂに示すごとく、上面吸着装置１３１、１３２が加工エリア近傍で被加工物１１１の上面を吸着する。これにより、当該加工エリアに可動載置部１２１が不在であっても被加工物１１１の変形を防止することができる。
【００６１】
以上のように、第１の加工エリアにおける準備が整った後、ガルバノＸミラー１０９とガルバノＹミラー１１０を制御し、穴加工位置にレーザ１０２の照射を開始する。所定のレーザの照射が完了し、第１の加工エリア内の全ての穴加工が完了したら、上面吸着孔１４２の真空引きを止めて被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２上昇させ、図４Ａに示す状態に戻す。
【００６２】
次に第２の加工エリアに移動するために、加工テーブル１１５を本実施の形態ではＹ方向に移動させる。第２の加工エリアで上面吸着装置１３１、１３２の下降、吸着、レーザ穴加工、吸着の休止、上面吸着装置１３１、１３２の上昇に至る一連の動作の手順は上述のとおりである。以上のようにして、ひとつの可動載置部１２１が下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで繰り返す。
【００６３】
複数の可動載置部１２１のうちの１つの可動載置部１２１が下降している加工エリアすべてのレーザ加工をし終わったら、上面吸着孔１４２の真空引きを止めて被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２を上昇させ、図４Ａに示す状態に戻す。
【００６４】
上面吸着装置１３１、１３２が図４Ａに示す上昇した状態になったら、以下の動作を開始する。まず、載置部１２０を次の加工エリアに移動すべく、加工テーブル１１５をＸ方向に移動開始する。すでに下降していた可動載置部１２１のブローを止めながら、当該可動載置部１２１を上昇させる。上昇が完了したら当該可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２を真空引きして、被加工物１１１を再び吸着保持する。次の加工エリアに対応する位置の可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換える。当該箇所の被加工物１１１の下面の保持がされなくなったら、当該箇所の可動載置部１２１を下降する。これらの動作を並行して行う。
【００６５】
そして、被加工物１１１が加工エリアに到着したのち、上面吸着装置１３１、１３２を下降させ、被加工物１１１の表面に密着させ、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。
【００６６】
以上のように、当該加工エリアにおける準備が整った後、ガルバノＸミラー１０９とガルバノＹミラー１１０を制御し、穴加工位置にレーザ１０２の照射を開始する。
【００６７】
上述の動作を繰り返し、被加工物１１１の所定の加工エリアすべての加工を行う。所定の加工エリアのすべての加工が完了したら、上面吸着孔１４２の真空引きを止めて被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２を上昇させ、図４Ａに示す状態に戻す。
【００６８】
上面吸着装置１３１、１３２が図４Ａに示す上昇した状態になったら、以下の動作を開始する。まず、被加工物１１１を取り出し位置に移動を開始すべく、加工テーブル１１５の移動を開始する。加工ヘッド部１３５の原点への移動を開始する。すでに下降していた可動載置部１２１のブローを止めながら、当該可動載置部１２１を上昇させる。上昇が完了したら当該可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２を真空引きして、被加工物１１１を再び吸着保持する。これらの動作を並行して行う。
【００６９】
上述の全ての動作が完了したら、すべての載置部吸着孔１２２とすべての外周吸着孔１２４の真空引きを止める。そして、被加工物１１１の吸着保持がされなくなるのを確認し、被加工物１１１の取出装置（図示せず）が載置部１２０から被加工物１１１を取出す。
【００７０】
すなわち、本発明のレーザ加工装置１００は、加工ヘッド部１３５と、載置部１２０と、加工テーブル１１５と、上面吸着装置１３１、１３２と、駆動部１５０と、を備えている。ここで、加工ヘッド部１３５は、被加工物１１１をレーザ加工する。載置部１２０は、上下に昇降する分割された可動載置部１２１を複数有して被加工物１１１を保持する。加工テーブル１１５は、載置部１２０をＸ方向およびＹ方向に駆動する。上面吸着装置１３１、１３２は、被加工物１１１の上方に位置し被加工物１１１の上面を吸着する。駆動部１５０は、上面吸着装置１３１、１３２を上下に昇降駆動する。
【００７１】
この構成により、被加工物１１１の加工エリア近傍を上面吸着装置１３１、１３２の上方に保持することにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。これにより、精度不良にともなう加工不良を低減することができる。
【００７２】
また、上面吸着装置１３１、１３２を一対設け、それぞれを独立して上下に昇降駆動するように構成している。
【００７３】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００７４】
また、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向は、可動載置部１２１の長手方向と垂直となるように設置し、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向の大きさを可動載置部１２１の幅に対して大きく設定した構成としている。
【００７５】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００７６】
また、上面吸着装置１３１、１３２が、電圧を印加することにより被加工物１１１を吸着する静電チャックで形成されている構成としてもよい。
【００７７】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００７８】
また、上面吸着装置１３１、１３２の被加工物１１１の表面に接する面に吸着孔を設け、吸引する空気圧によって被加工物１１１を吸着する構成としている。
【００７９】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００８０】
以上のように、本発明のレーザ加工装置１００では、貫通したレーザ１０２が到達し得る位置の可動載置部１２１を他の載置部より下部に位置させてレーザ１０２の集光範囲から外す。これにより、レーザ１０２による損傷を受けないようにし、その他の加工エリアについては吸着保持される。それと共に、可動載置部１２１が下降している加工エリア近傍を上面吸着装置１３１、１３２が上方に保持される。これにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工が行えるものである。
【００８１】
これは、被加工物１１１の加工エリア近傍で上下から挟みこむように吸着保持可能な構成であれば格別の効果を奏することができる。上面吸着装置１３１、１３２と載置部１２０を可動載置部１２１に分割したレーザ加工装置１００と組み合わせることで、より高い効果を奏することができるものである。
【００８２】
なお、本実施の形態において上面吸着装置１３１、１３２の被加工物１１１の吸着を真空引きすることで実現する例を示したが、異なる吸着手段を用いても実現できる。たとえば、静電チャックを用いても良い。これは、電極を埋め込んだ誘電体で上面吸着装置１３１、１３２を形成し、当該電極に電圧を印加することで、誘電体を通して被加工物であるシートを吸着することができる。誘電体としては、絶縁耐圧と誘電率がともに高いものであればよく、例えば、炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミなどセラミック系の材質が優れている。静電チャックは真空引きによる吸着に比べ、吸着・脱離の応答速度が著しく早く、静電チャックを上面吸着装置１３１、１３２に用いることで、全体の加工時間の短縮を図ることができる。
【００８３】
すなわち、上面吸着装置１３１、１３２が、電圧を印加することにより被加工物１１１を吸着する静電チャックで形成されている構成としている。
【００８４】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００８５】
また、上面吸着装置１３１、１３２が、窒化膜処理をしたステンレスで形成され、少なくとも被加工物１１１の表面に接する面が研磨されている構成としてもよい。
【００８６】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００８７】
また、本実施の形態においては可動載置部１２１を６つ設置した図を用いて説明を行ったが、可動載置部１２１の数はレーザ加工装置１００の大きさ等の設計要件で決定すればよく、この例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施の形態２）
次に、本発明のレーザ加工装置１００を用いた加工方法の異なる一例を説明する。図１、図２、及び、図３に示すレーザ加工装置１００の構成は上述の実施の形態１と同じである。同様に、上部吸塵装置１３０には、１対の上面吸着装置１３１、１３２と、それぞれの上面吸着装置１３１、１３２を上下させる上面吸着装置昇降シリンダ１３３が取り付けられている。本実施の形態２では上面吸着装置昇降シリンダ１３３にはエアシリンダを用いて個々の上面吸着装置１３１、１３２を独立に上下させることができるように構成している。
【００８９】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａから図９Ｃは、本発明の実施の形態２に係る被加工物１１１の加工エリアの設定の一例を示す配置図である。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図である。
【００９０】
図８Ａ、図８Ｂは、被加工物１１１の加工エリアの割り振りの一例を示し、加工の順に１、２、・・・、４８の番号をふっている。Ｙ方向に６列に割り振っているが、これは可動載置部１２１の分割本数に対応するものである。なお、この６列や４８という加工エリア数は、本実施の形態２において説明の便宜上設定したもので、実際の加工においてこの数に限定されるものではない。
【００９１】
以上のように構成されたレーザ加工装置１００の動作について説明する。
【００９２】
被加工物１１１を装置に搭載し、被加工物１１１を吸着保持し、加工テーブル１１５を移動する。第１の加工エリアの下面にある可動載置部１２１のみ、当該可動載置部１２１に設けられた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換え、当該部位の被加工物１１１下面の吸着保持を止め、当該可動載置部１２１を下降するまでの動作は上述の実施の形態１と同じである。
【００９３】
異なる点は、以上の動作が完了し、加工ヘッド部１３５と上部吸塵装置１３０の配置された位置に被加工物１１１の第１の加工エリアが到着したのち、上面吸着装置を下降させる場合に、第２の加工エリア側に設置している上面吸着装置１３２のみを下降させ、被加工物１１１の表面に密着させるところにある。図９Ａにその上面吸着装置１３２のみ被加工物１１１の表面に密着させる状態を示している。これは、加工の進行方向１４４側の上面吸着装置１３２のみを被加工物１１１に密着させることに相当する。
【００９４】
上面吸着装置１３２が図９Ａに示すごとく下降した状態になったら、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。吸着に関しては、実施の形態１と同じくエアチューブを介して真空引きによって行ってもよいし、静電チャックを用いで静電力によって吸着しても良い。
【００９５】
実施の形態１と同じく、上面吸着装置１３２が加工エリア近傍で被加工物１１１の上面を吸着することで、当該加工エリアに可動載置部１２１不在であっても被加工物１１１の変形を防止することができる。
【００９６】
以降、第１の加工エリアの穴加工については実施の形態１と同じである。異なる点は、第１の加工エリア内の全ての穴加工が完了しても、上面吸着装置１３２による被加工物１１１の吸着保持を止めず、上面吸着装置１３２を下降させたままにしておくところにある。
【００９７】
次に第２の加工エリアに移動するために、加工テーブル１１５を本実施の形態ではＹ方向に移動させる。第２の加工エリアに位置決めされた後、直ちにレーザ穴加工を行う。第２の加工エリア内の全ての穴加工が完了すると、上面吸着装置１３２を下降させたまま第３の加工エリアに移動する。以上のようにして、ひとつの可動載置部１２１が下降しているエリアをすべてレーザ加工し終わるまで繰り返す。本実施の形態では、第８の加工エリアが該当する。
【００９８】
第８の加工エリアすべてのレーザ加工をし終わったら、上面吸着装置１３２の被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３２上昇させ、図９Ｂに示す状態に戻す。
【００９９】
上面吸着装置１３１、１３２が図９Ｂに示す上昇した状態になったら、以下の動作を開始する。まず、載置部１２０を次の加工エリアに移動すべく、加工テーブル１１５をＸ方向に移動開始する。すでに下降していた可動載置部１２１のブロー止めながら、当該可動載置部１２１を上昇して、上昇が完了したら当該可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２を真空引きして、被加工物１１１を再び吸着保持する。次の加工エリアに対応する位置の可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換える。当該箇所の被加工物１１１下面の保持がされなくなったら、当該箇所の可動載置部１２１を下降する。これらの動作を並行して行う。
【０１００】
そして、被加工物１１１が第９の加工エリアに到着したのち、次は上面吸着装置１３１のみを下降させ、被加工物１１１の表面に密着させ、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。この状態を図９Ｃに示す。第１の加工エリアの場合と下降させる上面吸着装置１３１は異なるが、加工の進行方向１４４側の上面吸着装置１３１のみを被加工物に密着させる点では一致する。
【０１０１】
ひとつの可動載置部１２１が下降している加工エリア、本図においては第９の加工エリアから第１６の加工エリアまでを全てレーザ加工し終わるまで上面吸着装置１３１を下降させた状態でレーザ加工を繰り返す。
【０１０２】
次に、第１７の加工エリアに移動してからは、第１の加工エリアの時と同じ動作を行う。以上の動作を繰り返し、被加工物１１１の所定の加工エリア全ての加工を行う。所定の加工エリアの全ての加工が完了したら、上面吸着装置１３１、１３２による被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２ともに上昇させた状態に戻す。
【０１０３】
以降、加工テーブル１１５の移動、加工ヘッド部１３５の原点復帰、載置部１２０の被加工物１１１の保持の停止、載置部１２０から被加工物１１１を取出しまで、実施の形態１と同じ動作である。
【０１０４】
すなわち、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置１００を用いて被加工物１１１を加工するレーザ加工方法であって、被加工物１１１の加工エリアを加工テーブル１１５で移動する場合に、上面吸着装置１３１、１３２を昇降させる工程を有する方法である。
【０１０５】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１０６】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置１００を用いて被加工物１１１を加工するレーザ加工方法であって、被加工物１１１の加工エリアを加工テーブル１１５で移動する場合を考える。この場合に、複数の可動載置部１２１のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向１４４に配置された上面吸着装置１３１、１３２を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【０１０７】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１０８】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置１００を用いて被加工物１１１を加工するレーザ加工方法であって、被加工物１１１の加工エリアを加工テーブルで移動する場合を考える。この場合に、複数の可動載置部１２１のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向１４４に配置された上面吸着装置１３１、１３２を下降させた状態でレーザ加工を行う。そして、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、上面吸着装置１３１、１３２を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【０１０９】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置１００およびレーザ加工方法によれば、貫通したレーザ１０２による損傷を防止しながら、可動載置部１２１が下降している加工エリア近傍を上面吸着装置１３１または１３２のどちらか一方が上方に保持する。これにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高い加工が行えるものである。
【０１１１】
さらには、上面吸着装置１３１、１３２の昇降という動作の回数が非常に少なくできるので、加工時間の短縮を図ることができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態において上面吸着装置１３１、１３２の一方を下降させ被加工物１１１を吸着したまま加工テーブル１１５を移動することで加工エリアを移動する。この時に、下降させる上面吸着装置１３１、１３２は加工エリアの進行方向１４４の上面吸着装置１３１、１３２である。したがって、上面吸着装置１３１、１３２が被加工物１１１の表面を擦ることになっても、そこはまだ未加工の加工エリアであるので、被加工物１１１の表面にダメージを与えることはない。
【０１１３】
また、かかるレーザ加工方法を実施する場合に、上面吸着装置１３１、１３２の材質と表面処理を、被加工物１１１の表面を擦ることに適切なものにするとよい。その一例をあげると、基材としてステンレスを用い、バフ研磨で表面粗さを小さくした後、窒化膜処理を行う。さらに、被加工物１１１の表面に触れる面をバフ研磨し、鏡面仕上げをする。このようにすることで、被加工物１１１の表面を擦る面が、固くて滑りやすく、かつ、摩耗を生じないようにすることができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態において、進行方向１４４側の上面吸着装置１３１、１３２が下降した状態でひとつの可動載置部１２１が下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで繰り返す例を示した。しかしながら、1つ前の加工エリアのレーザ加工が終了したら、下降している上面吸着装置１３１、１３２の被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、下降している上面吸着装置１３１、１３２を上昇させてから次の加工エリアに移動することで被加工物１１１が上面吸着装置１３１、１３２と外周載置部１２３との間に挟まれて、変形したり、傷がついたりすることを防止できる。この時、外周載置部１２３が被加工物１１１を保持するため、上面吸着装置１３１、１３２が上昇していても面精度を確保することができる。
【０１１５】
なお、実施の形態１で説明したレーザ加工方法か、実施の形態２で説明したレーザ加工方法かのどちらを選択するかは、被加工物の材質や厚みによって変更しても良い。本発明のレーザ加工装置１００では、２つの上面吸着装置１３１、１３２を独立して昇降の制御が可能に構成しているので、レーザ加工方法の選択は可能である。
【０１１６】
また、上面吸着装置を１対ではなく１つのみ設けたとしても、加工エリアの加工順を変更し、常に進行方向の上面吸着装置を下降させるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザによる穴加工において載置部の損傷を防止しつつ被加工物の平面度を保持して高い加工精度を実現できるものであり、スルーホール加工を行うレーザ加工装置等において有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
１００    レーザ加工装置
１０１    レーザ発振器
１０２    レーザ
１０３    ミラー
１０４    コリメータレンズ
１０５    マスク
１０６    アイリス
１０７    ｆθレンズ
１０８    制御コントローラ
１０９    ガルバノＸミラー
１１０    ガルバノＹミラー
１１１    被加工物
１１２    下部吸塵装置
１１３    空気流
１１５    加工テーブル
１１６    Ｙテーブル
１１７    Ｙ軸移動モータ
１１８    Ｘテーブル
１１９    Ｘ軸移動モータ
１２０    載置部
１２１    可動載置部
１２２    載置部吸着孔
１２３    外周載置部
１２４    外周吸着孔
１２５    可動載置部昇降シリンダ
１３０    上部吸塵装置
１３１，１３２    上面吸着装置
１３３    上面吸着装置昇降シリンダ
１３５    加工ヘッド部
１３６    Ｚスライダ
１３７    Ｚ軸移動モータ
１４０    本体フレーム
１４１    エアチューブ
１４２    上面吸着孔
１４３    エアチューブ
１４４    進行方向
１５０    駆動部
【図１】
2012035721.tif 000003
【図２】
2012035721.tif 000004
【図３】
2012035721.tif 000005
【図４Ａ】
2012035721.tif 000006
【図４Ｂ】
2012035721.tif 000007
【図５Ａ】
2012035721.tif 000008
【図５Ｂ】
2012035721.tif 000009
【図６Ａ】
2012035721.tif 000010
【図６Ｂ】
2012035721.tif 000011
【図７Ａ】
2012035721.tif 000012
【図７Ｂ】
2012035721.tif 000013
【図８Ａ】
2012035721.tif 000014
【図８Ｂ】
2012035721.tif 000015
【図９Ａ】
2012035721.tif 000016
【図９Ｂ】
2012035721.tif 000017
【図９Ｃ】
2012035721.tif 000018
【図１０】
2012035721.tif 000019
【図１１】
2012035721.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月1日(2012.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、
上下に昇降する分割された可動載置部を複数有して前記被加工物を保持する載置部と、
前記載置部をＸ方向およびＹ方向に駆動する加工テーブルと、
前記被加工物の上方に位置し前記被加工物の上面を吸着する上面吸着装置と、
前記上面吸着装置を上下に昇降駆動する駆動部と、を備え、
前記上面吸着装置を一対設け、それぞれを独立して上下に昇降駆動するように構成したレーザ加工装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記上面吸着装置の長手方向は、前記可動載置部の長手方向と垂直となるように設置し、前記上面吸着装置の長手方向の大きさを前記可動載置部の幅に対して大きく設定した請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記上面吸着装置が、電圧を印加することにより前記被加工物を吸着する静電チャックで形成されている請求項１または３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記上面吸着装置の前記被加工物の表面に接する面に吸着孔を設け、吸引する空気圧によって前記被加工物を吸着する請求項１または３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記上面吸着装置が、窒化膜処理をしたステンレスで形成され、少なくとも前記被加工物の表面に接する面が研磨されている請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
請求項１、３から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記載置部を前記加工テーブルで駆動して前記被加工物の加工エリアを移動する場合に、前記上面吸着装置を昇降させる工程を有するレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項１、３から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記載置部を前記加工テーブルで駆動して前記被加工物の加工エリアを移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【請求項９】
請求項１、３から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記載置部を前記加工テーブルで駆動して前記被加工物の加工エリアを移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行い、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、前記上面吸着装置を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月12日(2012.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザを被加工物に照射して加工を行うレーザ加工装置に関し、特にスルーホール加工（貫通穴加工）を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材の穴あけ加工もますます小径化し、従来の加工方法では、この小径化に対応することが困難になってきた。それらを解決し小径化に対応するために、レーザを用いた穴あけ加工が増えてきている。このレーザによる被加工物への穴あけ加工では、大きく分類して、被加工物に貫通穴を空けるスルーホール加工と、被加工物に非貫通穴を空けるブラインドホール加工の２種類がある。
【０００３】
図１０は、従来技術に係るレーザ加工装置の第１例の被加工物載置部の構成を示す側面図である。
【０００４】
図１０に示すように、被加工物８１１が、分割された載置部８２１の上部に載せられている。分割された載置部８２１は、個別に上下方向に動作可能な構造を持ち、エアシリンダ等の昇降駆動部（図示せず）により上下動作する。
【０００５】
ブラインドホール加工時は、載置部８２１は、全ての吸着部が上昇した状態となる。そして、載置部８２１全面を使用して被加工物８１１を吸着固定し加工を行う。スルーホール加工時は、図１０に示すように、被加工物８１１の加工の対象となっている部分８１２の下部に相当する分割された載置部８２１のみ下降させた状態でレーザ加工が行われる。
【０００６】
以上のように構成することで、被加工物８１１の平面度を維持しながら、スルーホール加工時のレーザによる載置部８２１の損傷を防止している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００７】
図１１は、従来技術に係るレーザ加工装置の第２例の構成を示す斜視図である。
【０００８】
図１１に示すように、チャック９０２は軟質部材で形成された薄板形状の被加工物９０１を対抗する２辺で挟み持つ。引張装置９０３がチャック９０２によって挟持された被加工物９０１に引張力を与える。これらのチャック９０２と引張装置９０３で被加工物９０１を保持する。移動装置９０４は被加工物９０１を移動させる。集塵装置９０５は、レーザ光が照射される面の裏面側に複数の加工領域の全域にわたる大きさで設けられ、集塵装置９０５の内部にはガス流れを停止させる停止装置９０６を有する。２つの保持装置９０７は、引張装置９０３による引張力が働く辺と直角方向の被加工物９０１の辺をそれぞれ保持する。調整装置９０８は、保持装置９０７の一方を引張力と直角になる方向に移動させる。
【０００９】
以上のように構成することで、被加工物９０１に引張力を与えつつ、保持する引張装置９０３と保持装置９０７により被加工物９０１が引っ張られて平面を維持する。そして、被加工物９０１は、引張装置９０３と保持装置９０７に保持された状態で加工領域に移動される。これにより、被加工物９０１のスルーホール加工部位の裏面は載置部と触れることなく、平面を維持しつつレーザ加工を行なうことができる（例えば、特許文献２を参照）。
【００１０】
近年、より精密な加工とさらなる高集積化のため、板状の被加工物の厚さもより薄く、加工が施される穴の径も小さくなってきた。例えば、１００μｍ程度の厚さの樹脂フィルムや数十μｍの厚さの金属箔が、その加工対象となっている。
【００１１】
上述の第１例目の従来技術に係るレーザ加工装置の構成では、スルーホール加工時は、被加工物の加工の下部に相当する吸着部を下降させた状態でレーザ加工が行われるため、部分的とはいえ被加工物は平面を保持されていない。
【００１２】
そのために、載置部にレーザによる損傷は与えないものの、上述のように厚さの薄いシート状あるいは箔状の被加工物の場合は、自重によって該当部分が垂れるようにくぼみが発生する。その結果、加工部分の平面度の悪化を生じる。平面度の悪化は、レーザの焦点のズレや加工位置のズレとなり精密な加工の妨げとなる。すなわち、所望の精密加工ができない。
【００１３】
上述の第２例目の従来技術に係るレーザ加工装置の構成では、被加工物の対向する２辺を引っ張ることで平面を保持しようとするものである。上述のように厚さの薄いシート状あるいは箔状の被加工物の場合は、引っ張ることによる材質の伸びが発生する。その結果、被加工物の加工位置がズレたり、シワが発生したりし、第１例と同様に精密な加工が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２００９／００１４９７号
【特許文献２】特開２００９−００６３５６号公報
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、精度の高いレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。
【００１６】
本発明のレーザ加工装置は、被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、上下に昇降する分割された可動載置部を複数有して上記被加工物を保持する載置部と、上記載置部をＸ方向およびＹ方向に駆動する加工テーブルと、上記被加工物の上方に位置し上記被加工物の上面を吸着する上面吸着装置と、上記上面吸着装置を上下に昇降駆動する駆動部と、を備え、上記上面吸着装置を一対設け、それぞれを独立して上下に昇降駆動するように構成した構成からなる。
【００１７】
この構成により、被加工物の加工エリア近傍を上面吸着装置の上方に保持することにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。これにより、精度不良にともなう加工不良を低減することができる。
【００１８】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、載置部を加工テーブルで駆動して被加工物の加工エリアを移動する場合に、上面吸着装置を昇降させる工程を有する方法である。
【００１９】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００２０】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、載置部を加工テーブルで駆動して被加工物の加工エリアを移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【００２１】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００２２】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、載置部を加工テーブルで駆動して被加工物の加工エリアを移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行い、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、上面吸着装置を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【００２３】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００２４】
このような構成または方法とすることで、被加工物の加工エリア近傍を上面吸着装置の上方に保持する。これにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工が行うことができ、精度不良にともなう加工不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置の概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置をＹ方向から見た側面図
【図３】本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置をＸ方向から見た側面図
【図４Ａ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の昇降状態を示す側面図
【図４Ｂ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の昇降状態を示す側面図
【図５Ａ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の詳細な構成を示す側面図
【図５Ｂ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の詳細な構成を示す側面図
【図６Ａ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の異なる構成の詳細を示す側面図
【図６Ｂ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の異なる構成の詳細を示す側面図
【図７Ａ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の上面吸着の効果を示す図
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の上面吸着の効果を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態２に係る被加工物の加工エリアの設定の一例を示す配置図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態２に係る被加工物の加工エリアの設定の一例を示す配置図
【図９Ａ】本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図
【図９Ｂ】本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図
【図９Ｃ】本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図
【図１０】従来技術に係るレーザ加工装置の載置部の構成を示す側面図
【図１１】従来技術に係るレーザ加工装置の被加工物の保持状態を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の一例に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示す斜視図である。図２はレーザ加工装置１００をＹ方向から見た側面図、図３は同様にＸ方向から見た側面図である。
【００２８】
図１に示すように、レーザ発振器１０１は、内部でレーザが発振されレーザ１０２を射出する。射出されたレーザ１０２はミラー１０３で進行方向を変えられる。ミラー１０３で進行方向を変えたレーザ１０２の進行方向には、レーザ１０２のビーム径を調整するためのコリメータレンズ１０４を配置している。さらにコリメータレンズ１０４を通過したレーザ１０２のビーム形状を整形するためのマスク１０５と、このマスク１０５を通過したレーザ１０２の雑光を抑えるためのアイリス１０６を配置する。
【００２９】
アイリス１０６を通過したレーザ１０２は、Ｘ軸方向に振るためのガルバノＸミラー１０９と、ガルバノＸミラー１０９で反射されたレーザ１０２をＹ軸方向に振るためのガルバノＹミラー１１０とにより、被加工物１１１上の照射したい位置に位置決めされる。さらに、ガルバノＹミラー１１０で反射したレーザ１０２が、ｆθレンズ１０７で集光され、被加工物１１１の加工点に照射されるようにレーザ加工装置１００を構成する。
【００３０】
そして、これらガルバノＸミラー１０９、ガルバノＹミラー１１０およびレーザ発振器１０１を制御する制御コントローラ１０８が設けられている。
【００３１】
被加工物１１１は複数個設けられた可動載置部１２１と外周載置部１２３上に置かれている。この可動載置部１２１と外周載置部１２３から載置部１２０は構成されている。可動載置部１２１には複数の載置部吸着孔１２２が設けられ、また、外周載置部１２３にも外周吸着孔１２４が設けられている。被加工物１１１は、載置部吸着孔１２２と外周吸着孔１２４により載置部１２０の下部から真空引きすることにより吸着保持される。
【００３２】
可動載置部１２１は、それぞれ１対の可動載置部昇降シリンダ１２５によって支持されている。可動載置部昇降シリンダ１２５は、本実施の形態では空気圧により制御されるエアシリンダを用いており、複数の可動載置部１２１のうちの個々の可動載置部１２１を独立に上下させることができる。
【００３３】
被加工物１１１を保持する可動載置部１２１と加工テーブル１１５との間の空間は、図２に示すように下部吸塵装置１１２となっており、空気流１１３によってレーザ加工時に被加工物１１１の下部に発生する加工屑を集塵する機能を有している。
【００３４】
また、被加工物１１１の上方のレーザ照射面側には上部吸塵装置１３０が設置されている。上部吸塵装置１３０は、ガルバノＸミラー１０９とガルバノＹミラー１１０とによって制御されるレーザ１０２の照射範囲を囲うように設けられている。上部吸塵装置１３０は、その一部に設けられた穴より内部の空気を吸引することで、レーザ加工の際に被加工物１１１の上部に発生する加工屑を集塵・排出する。
【００３５】
上部吸塵装置１３０には、１対の上面吸着装置１３１、１３２と、それぞれの上面吸着装置１３１、１３２を上下させる上面吸着装置昇降シリンダ１３３が取り付けられている。本実施の形態では、上面吸着装置昇降シリンダ１３３にはエアシリンダを用いて個々の上面吸着装置１３１、１３２を独立に上下させることができるように構成している。
【００３６】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置１００の構成について、図２と図３を用いてさらに詳細に説明する。
【００３７】
まず、図２に示すように、加工テーブル１１５は、Ｙテーブル１１６とＸテーブル１１８の大きく２つのブロックより構成されている。
【００３８】
Ｙテーブル１１６は、可動載置部１２１、外周載置部１２３、下部吸塵装置１１２、および、これらに付随する一式の構成を載置し、Ｙ方向に可動するように構成されている。Ｙ方向の移動には、Ｙ軸移動モータ１１７を駆動することでボールねじを回転させ、そこに載置されているもの一式ごとＹテーブル１１６をスライドさせることで行われる。
【００３９】
Ｘテーブル１１８は、Ｙテーブル１１６とそれに載置されている構成一式をさらに載置し、Ｘ方向に可動するように構成されている。Ｘ方向の移動には、Ｘ軸移動モータ１１９を駆動することでボールねじを回転させ、そこに載置されているもの一式ごとＸテーブル１１８をスライドさせることで行われる。
【００４０】
次に、図３に示すように、レーザ１０２を反射し照射位置を制御するガルバノＸミラー１０９、ガルバノＹミラー１１０、およびレーザ１０２の方向を被加工物１１１の面に対し垂直方向にすると共に集光するｆθレンズ１０７は、加工ヘッド部１３５に設置されている。
【００４１】
加工ヘッド部１３５はＺスライダ１３６に取り付けられており、Ｚスライダ１３６は、Ｚ軸移動モータ１３７を駆動することでＺ方向、すなわち上下方向に可動となっている。Ｚスライダ１３６およびＺ軸移動モータ１３７は本体フレーム１４０に設置されている。
【００４２】
また、上部吸塵装置１３０も本体フレーム１４０に固定されている。そのため上部吸塵装置１３０は装置本体との位置関係は固定されている。上面吸着装置昇降シリンダ１３３は上部吸塵装置１３０に固定され、空気圧を制御することで上面吸着装置１３１、１３２を上下させることができる。
【００４３】
上面吸着装置１３１、１３２は、被加工物１１１のレーザ照射面側、すなわち上面から被加工物１１１を吸着可能なように構成している。例えば、本実施の形態では、被加工物１１１に接する面に吸着孔を設け、真空引きを行うことで被加工物１１１を上面から吸着可能に構成している。また、上面吸着装置１３１、１３２を上下に昇降駆動する駆動部１５０は、上面吸着装置昇降シリンダ、Ｚスライダ１３６およびＺ軸移動モータ１３７を有している。
【００４４】
以上のように構成されたレーザ加工装置１００の動作について説明する。
【００４５】
被加工物１１１をレーザ加工装置１００に搭載するにあたり、まず、載置部吸着孔１２２と外周吸着孔１２４の真空引きを止めて吸着していない状態にし、可動載置部１２１と上面吸着装置１３１、１３２を全て上昇させる。そして、加工テーブル１１５を移動させることで載置部１２０を被加工物の搭載位置まで移動させる。
【００４６】
被加工物１１１を載置部１２０上に搭載した後、載置部吸着孔１２２と外周吸着孔１２４を真空引きして被加工物１１１の下面を吸着保持する。
【００４７】
被加工物１１１の保持が完了したのち以下の動作を開始する。被加工物１１１を保持した載置部１２０を第１の加工エリアに移動させるべく加工テーブルの移動を開始する。原点位置にある加工ヘッド部１３５を焦点位置への移動を開始する。ここで、加工ヘッド部１３５は、Ｚ軸方向に沿ってのみ移動する。第１の加工エリアの下面にある可動載置部１２１のみ、当該可動載置部１２１に設けられた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換え、当該部位の被加工物１１１の下面の吸着保持を止め、当該可動載置部１２１を下降する。これらの動作を並行して行う。
【００４８】
なお、個々の加工エリアはガルバノミラー（ガルバノＸミラー１０９およびガルバノＹミラー１１０）のスキャン範囲内に設定されており、当該エリア内のレーザ加工の位置決めはガルバノミラーを制御することで行われる。
【００４９】
以上の動作が完了し、加工ヘッド部１３５と上部吸塵装置１３０のある位置に被加工物１１１の第１の加工エリアが到着したのち、上面吸着装置１３１、１３２を下降させ、被加工物１１１の表面に密着させる。
【００５０】
図４Ａ、図４Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の昇降状態を示す側面図である。図５Ａ、図５Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の詳細な構成を示す側面図である。図６Ａ、図６Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の異なる構成の詳細を示す側面図である。
【００５１】
図４Ａに示す状態が、上面吸着装置１３１、１３２が上昇した状態、図４Ｂに示す状態が、上面吸着装置１３１、１３２が下降し被加工物１１１の表面に密着させた状態である。
【００５２】
上面吸着装置１３１、１３２が図４Ｂに示すごとく下降した状態になったら、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。その詳細な構成と動作を図５に示す。
【００５３】
図５Ａは、上面吸着装置１３１、１３２が下降した状態をＹ方向より見た側面図、図５Ｂは、上面吸着装置１３１、１３２が下降した状態をＸ方向より見た側面図である。それぞれ１対設けられた上面吸着装置昇降シリンダ１３３は、上部吸塵装置１３０に固定されている。上面吸着装置昇降シリンダ１３３はエアシリンダで構成され、エアチューブ１４１を介して空気圧を制御することで上面吸着装置１３１、１３２を上下させることができる。ここでは上面吸着装置１３１、１３２とも下降させた状態を示す。
【００５４】
上面吸着装置１３１、１３２は、被加工物１１１のレーザ照射側の面、すなわち上面から被加工物１１１を吸着可能なように上面吸着孔１４２が設けられている。上面吸着装置１３１、１３２を下降させた後、エアチューブ１４３を介して真空引きを行うことで被加工物１１１を上面から吸着する。
【００５５】
図５Ａに示すように、上面吸着装置１３１、１３２の外形の長手方向を可動載置部１２１の長手方向に対し垂直の方向に設けておく。本実施の形態においては上面吸着装置１３１、１３２の長手方向はＸ軸方向、可動載置部１２１の長手方向はＹ軸方向としている。
【００５６】
そして、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向の大きさは、ひとつの可動載置部１２１の幅より少しだけ小さく設定しておくと良い。こうすれば、上面吸着装置１３１、１３２が下降した際、被加工物１１１が可動載置部１２１と上面吸着装置１３１、１３２との間に挟まれて変形したり、傷ついたりすることなく、被加工物１１１の上面の上面吸着装置１３１、１３２周辺の面精度を確保することができる。
【００５７】
ここで、少しだけ小さい設定とは、レーザ加工装置１００の駆動精度と被加工物１１１の厚さやそのバラツキから被加工物１１１を傷つけることのない範囲で設定すればよい。例えば、可動載置部１２１の幅が５０ｍｍの設定であれば、４７ｍｍから４９ｍｍまでの範囲、特には４８ｍｍを基準寸法として設定すると良い。
【００５８】
あるいは、図６Ａ、図６Ｂに示すように、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向の大きさを、可動載置部１２１の幅より大きく設定しておくこともできる。こうすれば、被加工物１１１の移動ごとに上面吸着装置１３１、１３２を上昇させる必要はあるが、上面吸着装置１３１、１３２の下降量を精密に制御せずとも、被加工物１１１に接するまで下降させて吸着を開始する。このようにするだけで、被加工物１１１の上面吸着装置１３１、１３２周辺の面精度を確保することができる。
【００５９】
図７Ａ、図７Ｂは、本発明の実施の形態１の一例に係る上面吸着装置の上面吸着の効果を示す図である。図５Ａ、図５Ｂまたは図６Ａ、図６Ｂのように構成した上面吸着装置１３１、１３２の作用を図７Ａに示す。図７Ａは当該上面吸着装置１３１、１３２がない場合の被加工物１１１の状態を示す。たとえば、被加工物１１１が、ガラスエポキシをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムで挟み込んだ厚さ１００μｍ以下のシート状の基板である場合を考える。この場合に可動載置部１２１の幅が５０ｍｍとすると、その変形量が数十μｍのオーダになり、この変形量に対応したＺ軸方向の焦点のずれとＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれは、精密な加工に対し大きな影響を与える。すなわち、これらの焦点のずれまたは位置ずれは、精密な加工の妨げとなり、加工不良を生じる。
【００６０】
しかしながら、本発明のレーザ加工装置１００であれば、図７Ｂに示すごとく、上面吸着装置１３１、１３２が加工エリア近傍で被加工物１１１の上面を吸着する。これにより、当該加工エリアに可動載置部１２１が不在であっても被加工物１１１の変形を防止することができる。
【００６１】
以上のように、第１の加工エリアにおける準備が整った後、ガルバノＸミラー１０９とガルバノＹミラー１１０を制御し、穴加工位置にレーザ１０２の照射を開始する。所定のレーザの照射が完了し、第１の加工エリア内の全ての穴加工が完了したら、上面吸着孔１４２の真空引きを止めて被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２上昇させ、図４Ａに示す状態に戻す。
【００６２】
次に第２の加工エリアに移動するために、加工テーブル１１５を本実施の形態ではＹ方向に移動させる。第２の加工エリアで上面吸着装置１３１、１３２の下降、吸着、レーザ穴加工、吸着の休止、上面吸着装置１３１、１３２の上昇に至る一連の動作の手順は上述のとおりである。以上のようにして、ひとつの可動載置部１２１が下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで繰り返す。
【００６３】
複数の可動載置部１２１のうちの１つの可動載置部１２１が下降している加工エリアすべてのレーザ加工をし終わったら、上面吸着孔１４２の真空引きを止めて被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２を上昇させ、図４Ａに示す状態に戻す。
【００６４】
上面吸着装置１３１、１３２が図４Ａに示す上昇した状態になったら、以下の動作を開始する。まず、載置部１２０を次の加工エリアに移動すべく、加工テーブル１１５をＸ方向に移動開始する。すでに下降していた可動載置部１２１のブローを止めながら、当該可動載置部１２１を上昇させる。上昇が完了したら当該可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２を真空引きして、被加工物１１１を再び吸着保持する。次の加工エリアに対応する位置の可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換える。当該箇所の被加工物１１１の下面の保持がされなくなったら、当該箇所の可動載置部１２１を下降する。これらの動作を並行して行う。
【００６５】
そして、被加工物１１１が加工エリアに到着したのち、上面吸着装置１３１、１３２を下降させ、被加工物１１１の表面に密着させ、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。
【００６６】
以上のように、当該加工エリアにおける準備が整った後、ガルバノＸミラー１０９とガルバノＹミラー１１０を制御し、穴加工位置にレーザ１０２の照射を開始する。
【００６７】
上述の動作を繰り返し、被加工物１１１の所定の加工エリアすべての加工を行う。所定の加工エリアのすべての加工が完了したら、上面吸着孔１４２の真空引きを止めて被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２を上昇させ、図４Ａに示す状態に戻す。
【００６８】
上面吸着装置１３１、１３２が図４Ａに示す上昇した状態になったら、以下の動作を開始する。まず、被加工物１１１を取り出し位置に移動を開始すべく、加工テーブル１１５の移動を開始する。加工ヘッド部１３５の原点への移動を開始する。すでに下降していた可動載置部１２１のブローを止めながら、当該可動載置部１２１を上昇させる。上昇が完了したら当該可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２を真空引きして、被加工物１１１を再び吸着保持する。これらの動作を並行して行う。
【００６９】
上述の全ての動作が完了したら、すべての載置部吸着孔１２２とすべての外周吸着孔１２４の真空引きを止める。そして、被加工物１１１の吸着保持がされなくなるのを確認し、被加工物１１１の取出装置（図示せず）が載置部１２０から被加工物１１１を取出す。
【００７０】
すなわち、本発明のレーザ加工装置１００は、加工ヘッド部１３５と、載置部１２０と、加工テーブル１１５と、上面吸着装置１３１、１３２と、駆動部１５０と、を備えている。ここで、加工ヘッド部１３５は、被加工物１１１をレーザ加工する。載置部１２０は、上下に昇降する分割された可動載置部１２１を複数有して被加工物１１１を保持する。加工テーブル１１５は、載置部１２０をＸ方向およびＹ方向に駆動する。上面吸着装置１３１、１３２は、被加工物１１１の上方に位置し被加工物１１１の上面を吸着する。駆動部１５０は、上面吸着装置１３１、１３２を上下に昇降駆動する。
【００７１】
この構成により、被加工物１１１の加工エリア近傍を上面吸着装置１３１、１３２の上方に保持することにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。これにより、精度不良にともなう加工不良を低減することができる。
【００７２】
また、上面吸着装置１３１、１３２を一対設け、それぞれを独立して上下に昇降駆動するように構成している。
【００７３】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００７４】
また、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向は、可動載置部１２１の長手方向と垂直となるように設置し、上面吸着装置１３１、１３２の長手方向の大きさを可動載置部１２１の幅に対して大きく設定した構成としている。
【００７５】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００７６】
また、上面吸着装置１３１、１３２が、電圧を印加することにより被加工物１１１を吸着する静電チャックで形成されている構成としてもよい。
【００７７】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００７８】
また、上面吸着装置１３１、１３２の被加工物１１１の表面に接する面に吸着孔を設け、吸引する空気圧によって被加工物１１１を吸着する構成としている。
【００７９】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００８０】
以上のように、本発明のレーザ加工装置１００では、貫通したレーザ１０２が到達し得る位置の可動載置部１２１を他の載置部より下部に位置させてレーザ１０２の集光範囲から外す。これにより、レーザ１０２による損傷を受けないようにし、その他の加工エリアについては吸着保持される。それと共に、可動載置部１２１が下降している加工エリア近傍を上面吸着装置１３１、１３２が上方に保持される。これにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工が行えるものである。
【００８１】
これは、被加工物１１１の加工エリア近傍で上下から挟みこむように吸着保持可能な構成であれば格別の効果を奏することができる。上面吸着装置１３１、１３２と載置部１２０を可動載置部１２１に分割したレーザ加工装置１００と組み合わせることで、より高い効果を奏することができるものである。
【００８２】
なお、本実施の形態において上面吸着装置１３１、１３２の被加工物１１１の吸着を真空引きすることで実現する例を示したが、異なる吸着手段を用いても実現できる。たとえば、静電チャックを用いても良い。これは、電極を埋め込んだ誘電体で上面吸着装置１３１、１３２を形成し、当該電極に電圧を印加することで、誘電体を通して被加工物であるシートを吸着することができる。誘電体としては、絶縁耐圧と誘電率がともに高いものであればよく、例えば、炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミなどセラミック系の材質が優れている。静電チャックは真空引きによる吸着に比べ、吸着・脱離の応答速度が著しく早く、静電チャックを上面吸着装置１３１、１３２に用いることで、全体の加工時間の短縮を図ることができる。
【００８３】
すなわち、上面吸着装置１３１、１３２が、電圧を印加することにより被加工物１１１を吸着する静電チャックで形成されている構成としている。
【００８４】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００８５】
また、上面吸着装置１３１、１３２が、窒化膜処理をしたステンレスで形成され、少なくとも被加工物１１１の表面に接する面が研磨されている構成としてもよい。
【００８６】
この構成により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【００８７】
また、本実施の形態においては可動載置部１２１を６つ設置した図を用いて説明を行ったが、可動載置部１２１の数はレーザ加工装置１００の大きさ等の設計要件で決定すればよく、この例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施の形態２）
次に、本発明のレーザ加工装置１００を用いた加工方法の異なる一例を説明する。図１、図２、及び、図３に示すレーザ加工装置１００の構成は上述の実施の形態１と同じである。同様に、上部吸塵装置１３０には、１対の上面吸着装置１３１、１３２と、それぞれの上面吸着装置１３１、１３２を上下させる上面吸着装置昇降シリンダ１３３が取り付けられている。本実施の形態２では上面吸着装置昇降シリンダ１３３にはエアシリンダを用いて個々の上面吸着装置１３１、１３２を独立に上下させることができるように構成している。
【００８９】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａから図９Ｃは、本発明の実施の形態２に係る被加工物１１１の加工エリアの設定の一例を示す配置図である。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、本発明の実施の形態２の一例に係る上面吸着装置の異なる昇降状態を示す側面図である。
【００９０】
図８Ａ、図８Ｂは、被加工物１１１の加工エリアの割り振りの一例を示し、加工の順に１、２、・・・、４８の番号をふっている。Ｙ方向に６列に割り振っているが、これは可動載置部１２１の分割本数に対応するものである。なお、この６列や４８という加工エリア数は、本実施の形態２において説明の便宜上設定したもので、実際の加工においてこの数に限定されるものではない。
【００９１】
以上のように構成されたレーザ加工装置１００の動作について説明する。
【００９２】
被加工物１１１を装置に搭載し、被加工物１１１を吸着保持し、加工テーブル１１５を移動する。第１の加工エリアの下面にある可動載置部１２１のみ、当該可動載置部１２１に設けられた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換え、当該部位の被加工物１１１下面の吸着保持を止め、当該可動載置部１２１を下降するまでの動作は上述の実施の形態１と同じである。
【００９３】
異なる点は、以上の動作が完了し、加工ヘッド部１３５と上部吸塵装置１３０の配置された位置に被加工物１１１の第１の加工エリアが到着したのち、上面吸着装置を下降させる場合に、第２の加工エリア側に設置している上面吸着装置１３２のみを下降させ、被加工物１１１の表面に密着させるところにある。図９Ａにその上面吸着装置１３２のみ被加工物１１１の表面に密着させる状態を示している。これは、加工の進行方向１４４側の上面吸着装置１３２のみを被加工物１１１に密着させることに相当する。
【００９４】
上面吸着装置１３２が図９Ａに示すごとく下降した状態になったら、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。吸着に関しては、実施の形態１と同じくエアチューブを介して真空引きによって行ってもよいし、静電チャックを用いで静電力によって吸着しても良い。
【００９５】
実施の形態１と同じく、上面吸着装置１３２が加工エリア近傍で被加工物１１１の上面を吸着することで、当該加工エリアに可動載置部１２１不在であっても被加工物１１１の変形を防止することができる。
【００９６】
以降、第１の加工エリアの穴加工については実施の形態１と同じである。異なる点は、第１の加工エリア内の全ての穴加工が完了しても、上面吸着装置１３２による被加工物１１１の吸着保持を止めず、上面吸着装置１３２を下降させたままにしておくところにある。
【００９７】
次に第２の加工エリアに移動するために、加工テーブル１１５を本実施の形態ではＹ方向に移動させる。第２の加工エリアに位置決めされた後、直ちにレーザ穴加工を行う。第２の加工エリア内の全ての穴加工が完了すると、上面吸着装置１３２を下降させたまま第３の加工エリアに移動する。以上のようにして、ひとつの可動載置部１２１が下降しているエリアをすべてレーザ加工し終わるまで繰り返す。本実施の形態では、第８の加工エリアが該当する。
【００９８】
第８の加工エリアすべてのレーザ加工をし終わったら、上面吸着装置１３２の被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３２上昇させ、図９Ｂに示す状態に戻す。
【００９９】
上面吸着装置１３１、１３２が図９Ｂに示す上昇した状態になったら、以下の動作を開始する。まず、載置部１２０を次の加工エリアに移動すべく、加工テーブル１１５をＸ方向に移動開始する。すでに下降していた可動載置部１２１のブロー止めながら、当該可動載置部１２１を上昇して、上昇が完了したら当該可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２を真空引きして、被加工物１１１を再び吸着保持する。次の加工エリアに対応する位置の可動載置部１２１に設けた載置部吸着孔１２２の真空引きをブローに切り換える。当該箇所の被加工物１１１下面の保持がされなくなったら、当該箇所の可動載置部１２１を下降する。これらの動作を並行して行う。
【０１００】
そして、被加工物１１１が第９の加工エリアに到着したのち、次は上面吸着装置１３１のみを下降させ、被加工物１１１の表面に密着させ、被加工物１１１の上面の吸着を開始する。この状態を図９Ｃに示す。第１の加工エリアの場合と下降させる上面吸着装置１３１は異なるが、加工の進行方向１４４側の上面吸着装置１３１のみを被加工物に密着させる点では一致する。
【０１０１】
ひとつの可動載置部１２１が下降している加工エリア、本図においては第９の加工エリアから第１６の加工エリアまでを全てレーザ加工し終わるまで上面吸着装置１３１を下降させた状態でレーザ加工を繰り返す。
【０１０２】
次に、第１７の加工エリアに移動してからは、第１の加工エリアの時と同じ動作を行う。以上の動作を繰り返し、被加工物１１１の所定の加工エリア全ての加工を行う。所定の加工エリアの全ての加工が完了したら、上面吸着装置１３１、１３２による被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、上面吸着装置１３１、１３２ともに上昇させた状態に戻す。
【０１０３】
以降、加工テーブル１１５の移動、加工ヘッド部１３５の原点復帰、載置部１２０の被加工物１１１の保持の停止、載置部１２０から被加工物１１１を取出しまで、実施の形態１と同じ動作である。
【０１０４】
すなわち、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置１００を用いて被加工物１１１を加工するレーザ加工方法であって、被加工物１１１の加工エリアを加工テーブル１１５で移動する場合に、上面吸着装置１３１、１３２を昇降させる工程を有する方法である。
【０１０５】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１０６】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置１００を用いて被加工物１１１を加工するレーザ加工方法であって、被加工物１１１の加工エリアを加工テーブル１１５で移動する場合を考える。この場合に、複数の可動載置部１２１のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向１４４に配置された上面吸着装置１３１、１３２を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【０１０７】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１０８】
また、本発明のレーザ加工方法は、上記記載のレーザ加工装置１００を用いて被加工物１１１を加工するレーザ加工方法であって、被加工物１１１の加工エリアを加工テーブルで移動する場合を考える。この場合に、複数の可動載置部１２１のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向１４４に配置された上面吸着装置１３１、１３２を下降させた状態でレーザ加工を行う。そして、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、上面吸着装置１３１、１３２を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法である。
【０１０９】
この方法により、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置１００およびレーザ加工方法によれば、貫通したレーザ１０２による損傷を防止しながら、可動載置部１２１が下降している加工エリア近傍を上面吸着装置１３１または１３２のどちらか一方が上方に保持する。これにより、厚さの非常に薄いシート状の被加工物１１１であっても、たわみも非常に少ない精度の高い加工が行えるものである。
【０１１１】
さらには、上面吸着装置１３１、１３２の昇降という動作の回数が非常に少なくできるので、加工時間の短縮を図ることができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態において上面吸着装置１３１、１３２の一方を下降させ被加工物１１１を吸着したまま加工テーブル１１５を移動することで加工エリアを移動する。この時に、下降させる上面吸着装置１３１、１３２は加工エリアの進行方向１４４の上面吸着装置１３１、１３２である。したがって、上面吸着装置１３１、１３２が被加工物１１１の表面を擦ることになっても、そこはまだ未加工の加工エリアであるので、被加工物１１１の表面にダメージを与えることはない。
【０１１３】
また、かかるレーザ加工方法を実施する場合に、上面吸着装置１３１、１３２の材質と表面処理を、被加工物１１１の表面を擦ることに適切なものにするとよい。その一例をあげると、基材としてステンレスを用い、バフ研磨で表面粗さを小さくした後、窒化膜処理を行う。さらに、被加工物１１１の表面に触れる面をバフ研磨し、鏡面仕上げをする。このようにすることで、被加工物１１１の表面を擦る面が、固くて滑りやすく、かつ、摩耗を生じないようにすることができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態において、進行方向１４４側の上面吸着装置１３１、１３２が下降した状態でひとつの可動載置部１２１が下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで繰り返す例を示した。しかしながら、１つ前の加工エリアのレーザ加工が終了したら、下降している上面吸着装置１３１、１３２の被加工物１１１の吸着保持を止める。その後、下降している上面吸着装置１３１、１３２を上昇させてから次の加工エリアに移動することで被加工物１１１が上面吸着装置１３１、１３２と外周載置部１２３との間に挟まれて、変形したり、傷がついたりすることを防止できる。この時、外周載置部１２３が被加工物１１１を保持するため、上面吸着装置１３１、１３２が上昇していても面精度を確保することができる。
【０１１５】
なお、実施の形態１で説明したレーザ加工方法か、実施の形態２で説明したレーザ加工方法かのどちらを選択するかは、被加工物の材質や厚みによって変更しても良い。本発明のレーザ加工装置１００では、２つの上面吸着装置１３１、１３２を独立して昇降の制御が可能に構成しているので、レーザ加工方法の選択は可能である。
【０１１６】
また、上面吸着装置を１対ではなく１つのみ設けたとしても、加工エリアの加工順を変更し、常に進行方向の上面吸着装置を下降させるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザによる穴加工において載置部の損傷を防止しつつ被加工物の平面度を保持して高い加工精度を実現できるものであり、スルーホール加工を行うレーザ加工装置等において有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
１００  レーザ加工装置
１０１  レーザ発振器
１０２  レーザ
１０３  ミラー
１０４  コリメータレンズ
１０５  マスク
１０６  アイリス
１０７  ｆθレンズ
１０８  制御コントローラ
１０９  ガルバノＸミラー
１１０  ガルバノＹミラー
１１１  被加工物
１１２  下部吸塵装置
１１３  空気流
１１５  加工テーブル
１１６  Ｙテーブル
１１７  Ｙ軸移動モータ
１１８  Ｘテーブル
１１９  Ｘ軸移動モータ
１２０  載置部
１２１  可動載置部
１２２  載置部吸着孔
１２３  外周載置部
１２４  外周吸着孔
１２５  可動載置部昇降シリンダ
１３０  上部吸塵装置
１３１，１３２  上面吸着装置
１３３  上面吸着装置昇降シリンダ
１３５  加工ヘッド部
１３６  Ｚスライダ
１３７  Ｚ軸移動モータ
１４０  本体フレーム
１４１  エアチューブ
１４２  上面吸着孔
１４３  エアチューブ
１４４  進行方向
１５０  駆動部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、
上下に昇降する分割された可動載置部を複数有して前記被加工物を保持する載置部と、
前記載置部をＸ方向およびＹ方向に駆動する加工テーブルと、
前記被加工物の上方に位置し前記被加工物の上面を吸着する上面吸着装置と、
前記上面吸着装置を上下に昇降駆動する駆動部と、を
備え、
前記上面吸着装置を一対設け、それぞれを独立して上下に昇降駆動するように構成したレーザ加工装置。
【請求項２】
前記上面吸着装置の長手方向は、前記可動載置部の長手方向と垂直となるように設置し、前記上面吸着装置の長手方向の大きさを前記可動載置部の幅に対して大きく設定した請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記上面吸着装置が、電圧を印加することにより前記被加工物を吸着する静電チャックで形成されている請求項１または２のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記上面吸着装置の前記被加工物の表面に接する面に吸着孔を設け、吸引する空気圧によって前記被加工物を吸着する請求項１または２のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記上面吸着装置が、窒化膜処理をしたステンレスで形成され、少なくとも前記被加工物の表面に接する面が研磨されている請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記載置部を前記加工テーブルで駆動して前記被加工物の加工エリアを移動する場合に、前記上面吸着装置を昇降させる工程を有するレーザ加工方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記載置部を前記加工テーブルで駆動して前記被加工物の加工エリアを移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置を用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
前記載置部を前記加工テーブルで駆動して前記被加工物の加工エリアを移動する場合に、複数の可動載置部のうちの１つが下降している加工エリアの１つ手前の加工エリアまでをすべてレーザ加工し終わるまで、少なくとも加工エリアの進行方向に配置された上面吸着装置を下降させた状態でレーザ加工を行い、最後にレーザ加工を行う加工エリアは、前記上面吸着装置を上昇させた状態でレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012035721.tif 000021
【図２】
2012035721.tif 000022
【図３】
2012035721.tif 000023
【図４Ａ】
2012035721.tif 000024
【図４Ｂ】
2012035721.tif 000025
【図５Ａ】
2012035721.tif 000026
【図５Ｂ】
2012035721.tif 000027
【図６Ａ】
2012035721.tif 000028
【図６Ｂ】
2012035721.tif 000029
【図７Ａ】
2012035721.tif 000030
【図７Ｂ】
2012035721.tif 000031
【図８Ａ】
2012035721.tif 000032
【図８Ｂ】
2012035721.tif 000033
【図９Ａ】
2012035721.tif 000034
【図９Ｂ】
2012035721.tif 000035
【図９Ｃ】
2012035721.tif 000036
【図１０】
2012035721.tif 000037
【図１１】
2012035721.tif 000038
【国際調査報告】
2012035721.tif 000039
2012035721.tif 000040
2012035721.tif 000041
2012035721.tif 000042