(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を複数に分岐して、複数のスキャン光学系に導き、前記複数のスキャン光学系を共通したスキャン制御により各スキャン光学系に対応する被加工部に対して同一のレーザ照射を行い、各加工軸上のレーザ光を異なったスキャン時点で遮光して各被加工部ごとにそれぞれに異なった位置にマークを加工することを特徴とする複数軸レーザ加工方法。
【請求項２】
１つのレーザ発光源からのレーザ光を複数に分岐させる分岐手段と、各分岐されたレーザ光をそれぞれスキャン制御し、ｆθレンズを介して各被加工物上の所定位置に照射しレーザ加工を行う複数のスキャン光学系と、レーザ発光源の出射を制御する出射制御手段と、複数のスキャン光学系を共通したスキャン制御により制御するスキャン制御手段と、前記ｆθレンズと被加工物との間に各分岐されたレーザ光を異なった時点で遮光、遮光解除する遮光制御手段とを備えたことを特徴とする複数軸レーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の加工軸にてレーザ加工を並行して行う複数軸レーザ加工方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工により穴加工を行うと、ドリルによる穴加工に比して、微細な穴の加工ができるとともに、加工の高速化が図れる。図５は従来の穴加工を行うレーザ加工装置を示している。
【０００３】
このものは図５に示すように、レーザ光源ａから出射される加工用のレーザ光ｂを、Ｘガルバノミラーｃにより平面より見た互いに直交するＸＹ２方向のうちのＸ方向にスキャン制御し、かつＹガルバノミラーｄによりＹ方向にスキャン制御しながら、ｆ・θレンズｅを介して被加工物ｆ上の所定位置に結像させ、その結像位置に穴ｇを明ける。被加工物ｆは必要に応じてＸＹ２方向に位置決めするＸＹテーブルｈによって所定位置に位置決めされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなレーザ加工は、各種の電子部品を実装して電子回路基板を製造するのに用いる回路基板に、電子部品のリードを挿入してするための各種の穴、異層配線パターン間の接続用スルーホールなどを設けるような穴加工に好適で、高能率かつ高精度に達成することができ、製品コストの低減も図れる。
【０００５】
一方、近時では、電子機器製品の製造数が増大の一途をたどっている中、上記従来のような装置を併設して複数軸加工することが行われている。しかし、設備費や設置スペースの増大をもたらし、製品コストのさらなる低減の妨げになっている。
【０００６】
本発明の目的は、複数軸加工が簡単かつ安価な設備ででき、設備の設置スペースも小さく製品コストを低減できる複数軸レーザ加工方法およびその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項１の発明の複数軸レーザ加工方法は、先ず、レーザ光を複数に分岐して、複数のスキャン光学系に導き、前記複数のスキャン光学系を共通したスキャン制御により各スキャン光学系に対応する被加工部上に照射し、複数の被加工部を並行して加工することを第１の特徴とするものである。
【０００８】
これにより、レーザ光の出射制御と、このレーザ光を被加工部上の所定位置に結像させるためのスキャン光学系のスキャン制御とによって、被加工部上に所定のレーザ加工を複数加工軸にて並行して施し、従来通り高能率に高精度に達成できるが、特に、複数の被加工部に対応した複数加工軸でのスキャン光学系にレーザ光を分岐して導き、前記並行した加工を遂行するので、スキャン光学系は被加工部に対応した数だけ要るものの、レーザ光源は１つでよいし、出射制御も１つのレーザ光源に対してだけでよく、複数のスキャン光学系も複数の被加工部を集約配置できる範囲に集約でき、レーザ光の分岐数に逆比例して、必要な装置および制御が簡略化するとともに、設備の設置スペースが低減し、製品コストを低減することができる。しかも、各被加工部の複数加工軸による個別のレーザ加工は１つのレーザ光の出射制御によるもので、被加工部間にレーザ光の出射制御ずれによる加工誤差が生じない利点がある。
【００１０】
請求項１の発明の方法は、さらに、各加工軸上のレーザ光を、１つずつ異なったスキャン時点で遮光して各被加工部ごとにそれぞれに異なった位置にマークを加工することを第２の特徴とする。これにより、レーザ光を分岐して複数加工軸上の複数の被加工部に共通したレーザ加工を行いながら、各複数加工軸ごとの被加工部にはそれぞれに異なった位置条件にて差別化した加工軸判別マークを付し、その差別化によってどの加工軸で加工された被加工部かを判別することができ、分岐されて後の光学系の汚れの違いやスキャン光学系のスキャン制御ずれなどに対応した個別な加工管理が容易になる。
【００１１】
請求項２の発明の複数軸レーザ加工装置は、１つのレーザ発光源からのレーザ光を複数に分岐させる分岐手段と、各分岐されたレーザ光をそれぞれスキャン制御し、ｆθレンズを介して各被加工物上の所定位置に照射しレーザ加工を行う複数のスキャン光学系と、レーザ発光源の出射を制御する出射制御手段と、複数のスキャン光学系を共通したスキャン制御により制御するスキャン制御手段とを備えたことを第１の特徴とするものである。
【００１２】
これにより、請求項１の発明の第１の特徴の方法を自動的に達成することができる。
【００１３】
請求項２の発明の装置は、また、各分岐されたレーザ光を異なった時点に遮光、遮光解除する遮光制御手段を備えたことを第２の特徴とするものである。これにより請求項１の発明の第２の特徴の方法を自動的に達成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な一実施の形態につき、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施の形態は、図１に示すように、出射された加工用のレーザ光１を必要に応じた２以上の複数に分岐する。本実施の形態では説明の簡単のために一対のレーザ光１ａ、１ｂの２つに分岐した場合を示している。レーザ光１の分岐はビームスプリッタ２によって分岐しているが、その分岐数や分岐させる方向などの違いによって種々のものを選択して用いればよい。分岐したレーザ光１ａ、１ｂのそれぞれを個別のスキャン光学系２ａ、２ｂに導く。分岐したレーザ光１ａ、１ｂを各スキャン光学系２ａ、２ｂに導くには、図示しない反射ミラーにて光路を適宜折り曲げて行えばよく、必要に応じてプリズムやその他のビームガイド部材を利用することもできる。各スキャン光学系２ａ、２ｂに導いたレーザ光１ａ、１ｂは、これを経る複数の加工軸３ａ、３ｂ上にある個別の被加工部４ａ、４ｂに照射し、個別の被加工部４ａ、４ｂを並行してレーザ加工する。
【００１６】
各スキャン光学系２ａ、２ｂは、レーザ光１ａ、１ｂを、平面より見て互いに直交するＸＹ２方向のＸ方向にスキャン制御するＸガルバノミラー２ａ１、２ｂ１と、Ｙ方向にスキャン制御するＹガルバノミラー２ａ２、２ｂ２とを組み合わせて備えたもので、これらスキャン光学系２ａ、２ｂを経たレーザ光１ａ、１ｂはｆ・θレンズ５ａ、５ｂを介して各被加工部４ａ、４ｂの前記スキャン制御されたＸＹ２方向の所定位置に結像させ、その結像位置にレーザ光１ａ、１ｂの結像スポット径に見合う大きさの穴３１を明ける穴加工を行う。もっとも、このような加工に限らず、独立した、あるいは連続した各種の凹凸パターを形成することもできる。もっとも、各スキャン光学系２ａ、２ｂの具体的な構成は本実施の形態のものに限られることはなく、被加工部４ａ、４ｂの必要箇所に必要なレーザ加工を施せれば、どのような構成のものをどのように用いてもよい。
【００１７】
以上の結果、加工用のレーザ光１の出射制御と、このレーザ光１を被加工部４ａ、４ｂ上の所定位置に結像させるためのスキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン制御とによって、被加工部４ａ、４ｂ上に所定のレーザ加工を複数加工軸３ａ、３ｂにて並行して施し、従来通りに高能率に高精度に達成できる。特に、複数の各被加工部４ａ、４ｂに対応した複数加工軸３ａ、３ｂの各スキャン光学系２ａ、２ｂには出射される加工用のレーザ光１ａを分岐して導き、前記穴加工を遂行する。従って、スキャン光学系２ａ、２ｂは被加工部４ａ、４ｂに対応した数だけ要るものの、レーザ光源となるレーザ発振器１０などは１つでよいし、出射制御も１つのレーザ発振器１０などに対してだけでよく、各スキャン光学系２ａ、２ｂも被加工部４ａ、４ｂを集約配置できる範囲へ図１に示すように集約でき、レーザ光１の分岐数に逆比例して、必要な装置および制御が簡略化するとともに、設備の設置スペースが低減し、製品コストを低減することができる。しかも、各被加工部４ａ、４ｂの複数加工軸３ａ、３ｂにおける個別のレーザ加工は１つのレーザ光１の出射制御によるもので、被加工部４ａ、４ｂ間にレーザ光の出射制御ずれによる加工誤差が生じない利点がある。
【００１８】
本実施の形態では各スキャン光学系２ａ、２ｂを経た各加工軸３ａ、３ｂは平行であり、それらに直角な向きの同一平面上に配列された各被加工部４ａ、４ｂの所定位置にレーザ加工を施すようにしてあり、各被加工部４ａ、４ｂを複数ずつ持った複数の被加工物４を支持して加工に供するのに、１つの位置決め手段１５によって支持して加工に供する。これにより被加工物４の支持構造が簡単になる。また、本実施の形態の位置決め手段１５は被加工物４を前記平面上で直交するＸＹ２方向に位置決めできるＸＹテーブルとしてある。このようなＸＹテーブル１５によって被加工物４を広域に位置決めできるようにすることで、スキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン範囲を越えた広域に被加工物４を位置決めすることができる。
【００１９】
これに対応して本実施の形態では、スキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン範囲Ｓは、図１、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように１つの被加工部４ａ、４ｂの範囲に対応するようにしてあり、各１つの被加工部４ａ、４ｂのどの位置にレーザ加工を行うにも、スキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン制御だけで行うことができ、ＸＹテーブル１５による被加工物４の位置決め制御はレーザ加工を施す被加工部４ａ、４ｂの切り換えにだけ利用すればよく、制御が単純化する。もっとも、このような制御に限定されることはないし、被加工部４ａ、４ｂへの加工位置の制御をスキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン制御と、ＸＹテーブル１５による位置決め制御とを複合して行うこともでき、そのようにすると、現時点の加工位置と次の加工位置とが大きく離れていても、レーザ光１ａ、１ｂのスキャン位置と被加工部４ａ、４ｂの位置決め位置とが近づき合う方向に複合制御することにより高速度で対応することができ、制御量が大きくなりがちな被加工部４ａ、４ｂの切り換えに有効である。また、並行してレーザ加工を行う各被加工物４、４をＸＹテーブルなどの１つの位置決め手段１５により共通した位置決めを行うので、被加工物４、４間、ないしはそれらに設定される各被加工部４ａ、４ｂ間に、それらの位置制御ずれによる加工誤差が生じない利点がある。
【００２０】
また、各加工軸３ａ、３ｂ上のレーザ光１ａ、１ｂを、図２の（ａ）（ｂ）、または図３の（ａ）（ｂ）に示すように１つずつ異なった時点、例えば異なったスキャン時点ないし位置Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２とで遮光解除して各被加工部４ａ、４ｂに対しそれぞれに異なった対応位置に照射することにより、各被加工部４ａ、４ｂごとにそれぞれに異なった位置条件を持つ加工軸判別マーク６ａ、６ｂを付しておける。このようにすると、１つのレーザ光１を複数加工軸３ａ、３ｂに分岐して複数の被加工部に共通したレーザ加工を行いながら、各複数加工軸ごとの被加工部にはそれぞれに異なった位置条件Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２にて個別化した加工軸判別マーク６ａ、６ｂを付し、その位置条件Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２の違いによって、どの加工軸で加工された被加工部かを判別することができ、レーザ光１をレーザ光１ａ、１ｂに分岐した後の光学系の汚れの違いや、各スキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン動作制御ずれなどによる個別な加工管理が容易になる。
【００２１】
このような加工軸判別マーク６ａ、６ｂを付すのに、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、スキャン光学系２ａ、２ｂのスキャン範囲Ｓを、レーザ加工を行う実加工範囲Ｗよりも大きく設定し、スキャン範囲Ｓ内の実加工範囲Ｗのまわりにできる非加工範囲Ｎの部分を用いると、レーザ加工のためのスキャン制御および被加工物４の位置制御とは異なった制御によって混乱なく達成することができるし、付された加工軸判別マーク６ａ、６ｂもレーザ加工された穴３１などと区別しやすく有効である。もっとも、加工軸判別マーク６ａ、６ｂは本来レーザ加工を行う穴３１などの態様と異なる凹部などの態様に加工して区別しやすくすることはできる。
【００２２】
本実施の形態の図１、図２の（ａ）（ｂ）に示す第１の実施例としては、非加工範囲Ｎの加工軸判別マーク６ａ、６ｂを付す位置に対応して、各被加工部４ａ、４ｂとの異なった対応位置Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２に穴７ａ、７ｂを持ったマスク７を配置し、各被加工部４ａ、４ｂの同じ位置制御のもとに、同じスキャン動作により穴７ａの位置Ｘ１，Ｙ１にレーザ光１ａ、１ｂを図２の（ａ）に示すように対応させたとき、加工軸３ａ上のレーザ光１ａは穴７ａを通じて被加工部４ａの非加工範囲Ｎに到達してその位置に加工軸判別マーク６ａを付すが、加工軸３ｂ上のレーザ光１ｂはマスク７に遮光されて被加工部４ｂの非加工範囲Ｎに到達せず、被加工部４ａをレーザ加工している加工軸３ａに対応した加工軸判別マーク６ａしか付されない。一方、穴７ｂの位置Ｘ２，Ｙ２にレーザ光１ａ、１ｂを図２の（ｂ）に示すように対応させたとき、加工軸３ｂ上のレーザ光１ｂは穴７ｂを通じて被加工部４ｂの非加工範囲Ｎに到達してその位置に加工軸判別マーク６ｂを付すが、加工軸３ａ上のレーザ光１ａはマスク７に遮光されて被加工部４ａの非加工範囲Ｎに到達せず、被加工部４ｂをレーザ加工している加工軸３ｂに対応した加工軸判別マーク６ｂしか付されない。これにより、各被加工部４ａ、４ｂを並行してレーザ加工している加工軸３ａ、３ｂに対応した加工軸判別マーク６ａ、６ｂが、非加工範囲Ｎに照射するレーザ光１ａ、１ｂを異なった時点に遮光解除してそれぞれの各被加工部４ａ、４ｂに対する異なった位置条件Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２を持って形成される。
【００２３】
また、第２の実施例としては、図１、図３の（ａ）（ｂ）に示すように、分岐した各レーザ光１ａ、１ｂの光路の途中に、遮光、遮光解除を自在に行う遮光部材８ａ、８ｂを設け、非加工範囲Ｎにおける加工軸判別マーク６ａ、６ｂを付す位置Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２に対応した位置に照射する際、それらレーザ光１ａ、１ｂを遮光部材８ａ、８ｂにより異なった時点、つまり前記のような異なったスキャン時点で遮光解除することにより、被加工部４ａ、４ｂとの異なった対応位置Ｘ１，Ｙ１とＸ２，Ｙ２に、各被加工部４ａ、４ｂを並行してレーザ加工している加工軸３ａ、３ｂに対応した加工軸判別マーク６ａ、６ｂが、図３の（ａ）に示すスキャン時点と、図３の（ｂ）に示すスキャン時点とに形成されるようにすることができる。
【００２４】
本実施の形態の装置は、上記のような動作制御を行うのに、図４に示すようなマイクロコンピュータ２１を用いている。マイクロコンピュータ２１は適当なスタート信号を受けることにより、内蔵されあるいは外部接続されたプログラムファイル２２に格納された制御プログラムに従って、各種位置情報やその他の入力を伴い、内部機能としての出射制御手段２３、各加工軸３ａ、３ｂごとのＸガルバノミラー２ａ１、２ｂ１、Ｙガルバノミラー２ａ２、２ｂ２に対応したスキャンモータＭＸａ、ＭＸｂ、ＭＹａ、ＭＹｂを動作制御するスキャン制御手段２４、遮光部材８ａ、８ｂのアクチュエータであるソレノイドＳＬａ、ＳＬｂをオン、オフ制御する遮光制御手段２５、およびＸＹテーブル１５を駆動して被加工物４、４の共通した位置決め制御を行う位置決め制御手段２６などが適時に働き、その都度必要な制御信号、例えばレーザ発振器１０を駆動、駆動停止するレーザ出射、出射停止信号、ＭＸａ、ＭＸｂ、ＭＹａ、ＭＹｂ正逆駆動、駆動停止信号、ＳＬａ、ＳＬｂオン、オフ信号、ＸＹ方向正逆位置決め駆動、駆動停止信号およびその他の信号を必要の都度出力し、前記各種の動作制御を自動的に実行する。何らかの理由で停止信号があると、前記自動制御が停止する。
【００２５】
なお、遮光部材８ａ、８ｂは、ばね９ａ、９ｂとの協働により、ソレノイドＳＬａ、ＳＬｂのオン、オフにより遮光、遮光解除するが、その他どのようなアクチュエータを用いてもよいのは勿論であり、場合によっては液晶シャッタを用いることもでき、遮光、遮光解除の応答性能によっては、それら遮光、遮光解除の制御を個別に行うようにすると、加工軸判別マーク６ａ、６ｂを付す場合だけでなく、レーザ１の出射制御によらないでレーザ加工それ自体も各加工軸３ａ、３ｂで異なった加工を行うことができる。また、本実施の形態では異なった被加工物４の上のそれぞれの被加工部４ａ、４ｂについて複数加工軸による並行したレーザ加工を行っているが、同一の被加工物４上に設定される複数の被加工部について複数加工軸による並行したレーザ加工を行うようにもできる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明の複数軸レーザ加工方法の第１の特徴によれば、スキャン光学系は被加工部に対応した数だけ要るものの、レーザ光源は１つでよいし、出射制御も１つのレーザ光源に対してだけでよく、複数のスキャン光学系も複数の被加工部を集約配置できる範囲に集約でき、レーザ光の分岐数に逆比例して、必要な装置および制御が簡略化するとともに、設備の設置スペースが低減し、製品コストを低減することができる。しかも、各被加工部の複数加工軸による個別のレーザ加工は１つのレーザ光の出射制御によるもので、被加工部間にレーザ光の出射制御ずれによる加工誤差が生じない利点がある。
【００２８】
また、請求項１の発明の第２の特徴によれば、１つのレーザ光を複数加工軸に分岐して複数の被加工部に共通したレーザ加工を行いながら、各複数加工軸ごとの被加工部にはそれぞれに異なった位置条件にて差別化した加工軸判別マークを付し、その差別化によって、どの加工軸で加工された被加工部かを判別することができ、分岐されて後の光学系の汚れの違いや各加工軸でのスキャン制御ずれなどによる個別な加工管理が容易になる。
【００２９】
請求項２の発明の複数軸レーザ加工装置の第１の特徴によれば、請求項１の発明の第１の特徴の方法を自動的に達成することができ、第２の特徴によれば請求項１の発明の第２の特徴の方法を自動的に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における第１、第２の実施例を含む複数軸レーザ加工装置を示す斜視図である。
【図２】図１の第１の実施例による加工軸判別マークを付す状態の説明図で、その（ａ）は第１の加工軸に対応した図、その（ｂ）は第２の加工軸に対応した図、その（ｃ）は加工軸判別マークを付す被加工部の平面図である。
【図３】図１の第２の実施例による加工軸判別マークを付す状態の説明図で、その（ａ）は第１の加工軸に対応した図、その（ｂ）は第２の加工軸に対応した図である。
【図４】図１の装置の制御回路のブロック構成図である。
【図５】従来のレーザ加工装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ  レーザ光
２ａ、２ｂ  スキャン光学系
３ａ、３ｂ  加工軸
４  被加工物
４ａ、４ｂ  被加工部
５ａ、５ｂ  ｆ・θレンズ
６ａ、６ｂ  加工軸判別マーク
７ａ、７ｂ  マスク
８ａ、８ｂ  遮光部材
１０  レーザ発振器
１５  ＸＹテーブル
２１  マイクロコンピュータ
２２  プログラムファイル
２３  出射制御手段
２４  スキャン制御手段
２５  遮光制御手段
２６  位置決め制御手段
【図１】
0003642930.tif 000002
【図２】
0003642930.tif 000003
【図３】
0003642930.tif 000004
【図４】
0003642930.tif 000005
【図５】
0003642930.tif 000006