(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、
前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、
前記回転軸の、前記筐体内の部分に巻かれたコイル、及び該コイルと第１の間隙を隔てて配置されるように前記筐体に取り付けられた永久磁石を含み、該コイルに電流を流すことによって前記回転軸を回転させる駆動機構と、
前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、
前記筐体内にガスを導入し、導入されたガスが前記駆動機構内を流れた後、該筐体の外に排出する冷却手段と
を有する揺動反射鏡装置。
【請求項２】
前記筐体に前記回転軸が貫通する孔が設けられており、該孔と該回転軸との間に第２の間隙が設けられており、前記冷却手段によって前記筐体内に導入されたガスが、前記第２の間隙を通って外部に噴き出し、前記反射鏡を冷却する請求項１に記載の揺動反射鏡装置。
【請求項３】
前記センサが前記筐体内に配置されており、前記冷却手段は、前記センサの配置された空間にはガスを流さない請求項１に記載の揺動反射鏡装置。
【請求項４】
筐体と、
前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、
前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、
前記筐体内に配置され、電流を流すことによって前記回転軸を回転させる駆動機構と、
前記筐体内の回転軸に固定された可動部材と、前記筐体に固定された固定部材との相対位置に基いて、前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、
前記可動部材と固定部材との配置された空間に冷却用気体を通す冷却手段と
を有し、
前記筐体に前記回転軸が貫通する孔が設けられており、該孔と該回転軸との間に間隙が設けられており、前記冷却手段によって前記空間に導入されたガスが、前記間隙を通って外部に噴き出し、前記反射鏡を冷却する揺動反射鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揺動反射鏡装置に関し、特に回転軸に反射鏡を取り付けて、回転軸を回転させることによって反射鏡を遥動させる揺動反射鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路用プリント基板や、焼成前のセラミックからなるグリーンシート等に穴をあけるレーザ加工機に、レーザビームを走査するガルバノスキャナが使用されている。ガルバノスキャナ（揺動反射鏡装置）は、レーザビームを反射する反射鏡、この反射鏡を遥動させる駆動機構、及び反射鏡の回転方向に関する基準位置からの回転角を検出するセンサとを含んで構成される。
【０００３】
駆動機構は、永久磁石とコイルとを含んで構成される。駆動機構を動作させるとコイルが発熱し、センサの温度が上昇する。センサの温度が上昇すると、反射鏡の回転角の検出精度が低下する。また、レーザビームの入射によって反射鏡が熱変形する場合もある。反射鏡の回転角の検出精度が低下したり、反射鏡が熱変形したりすると、レーザビームの入射位置が変動してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、駆動機構を動作させても、反射鏡の回転角の精度が低下しにくい揺動反射鏡装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、筐体と、前記筐体内に回転可能に支持され、少なくとも一端が該筐体の外側まで突出した回転軸と、前記筐体の外側に突出した部分において前記回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転によって揺動する反射鏡と、前記回転軸の、前記筐体内の部分に巻かれたコイル、及び該コイルと第１の間隙を隔てて配置されるように前記筐体に取り付けられた永久磁石を含み、該コイルに電流を流すことによって前記回転軸を回転させる駆動機構と、前記回転軸の、回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出するセンサと、前記筐体内にガスを導入し、導入されたガスが前記駆動機構内を流れた後、該筐体の外に排出する冷却手段とを有する揺動反射鏡装置が提供される。
【０００６】
筐体内を冷却することにより、センサの温度上昇を抑制することができる。これにより、温度上昇に起因するセンサの精度の低下を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、本発明の第１の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。円筒状の筐体１の一端にセンサ部２０が画定され、他の部分が駆動部１０とされている。筐体１の内部に、その中心軸に沿って回転軸２が挿入されている。回転軸２は、センサ部２０及び駆動部１０を貫通し、回転軸受け３及び４により、回転可能に支持されている。回転軸受け３は、駆動部１０とセンサ部２０とを区分する隔壁に取り付けられている。他方の回転軸受け４は、駆動部１０の他方の端部に取り付けられている。
【００１０】
回転軸２の、センサ部２０側の端部が、筐体１の外部まで突出しており、その先端に反射鏡３０が取り付けられている。反射鏡３０の反射面は、回転軸２の回転中心線と平行である。回転軸２が回転すると、反射鏡３０が揺動する。
【００１１】
駆動部１０内の回転軸２にコイル１２が巻かれている。筐体１の内周面上に、コイル１２と間隙を隔てて永久磁石１１が取り付けられている。コイル１２に電流を流すことにより、回転軸２を回転させることができる。
【００１２】
センサ部２０は、回転軸２の回転方向に関する基準位置からの回転角度を検出する。以下、センサ２０の構造について説明する。センサ２０は、可動板２１、電極２２及び２３を含んで構成される。
【００１３】
図１（Ｂ）に、可動板２１、電極２２及び２３を、回転軸２に平行な視線で見たときの正面図を示す。センサ部２０内の回転軸２に、可動板２１が取り付けられている。可動板２１は、回転軸２を中心とした中心角９０°の扇形の一対の板が、回転軸２に関して回転対称となる位置に配置されて構成される。可動板２１の一方の面に対向するように電極２２が配置され、他方の面に対向するように他の電極２３が配置されている。電極２２及び２３の各々は、回転軸２を中心とした中心角９０°の扇形の一対の板が、回転軸２に関して回転対称となる位置に配置されて構成されており、筐体１に固定されている。
【００１４】
回転軸２に平行な視線で見たとき、電極２２が他の電極２３にほぼ重なる。回転軸２が回転すると、電極２２と可動板２１との重なり部分の面積が変化する。この面積が変化すると、電極２２と２３との間の静電容量が変化する。静電容量の変化から、回転軸２の基準位置からの回転角に関する情報を得ることができる。
【００１５】
筐体１の外周面のうち駆動部１０を画定する部分に、冷却管路４０が取り付けられている。冷却管路４０に冷却水を流すことにより、筐体１及びその内部を冷却することができる。なお、冷却管路４０をセンサ部２０を画定する部分まで延ばしてもよい。
【００１６】
コイル１２に電流を流すと、コイル１２が発熱し、センサ部２０の温度が上昇する。センサ部２０の温度が上昇すると、電極２２と可動板２１との間隔、及び電極２３と可動板２１との間隔が変動してしまう。これらの間隔が変化すると、電極２２と２３との間の静電容量が変化するため、回転軸２の回転角の検出精度が低下してしまう。
【００１７】
冷却管路４０に冷却水を流して、筐体１及びその内部を冷却することにより、センサ部２０の温度上昇を抑制することができる。これにより、回転軸２の回転角の検出精度の低下を防止することができる。
【００１８】
図１（Ｃ）に、第２の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。第２の実施例においては、図１（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の冷却管路４０の代わりに冷却フィン４１が、筐体１の外周面上に取り付けられている。その他の構成は、第１の実施例の揺動反射鏡の構成と同様である。冷却フィン４１により、コイル１２からの発熱を効率的に外部に放散させることができる。
【００１９】
図２（Ａ）に、第３の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。図１（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の冷却管路４０の代わりに、筐体１にガス導入口４５及びガス排出口４６が取り付けられている。その他の構成は、第１の実施例の揺動反射鏡の構成と同様である。
【００２０】
ガス導入口４５は、駆動部１０の一方の端部近傍に取り付けられ、ガス排出口４６は、駆動部１０の他方の端部近傍に取り付けられている。ガス導入口４５から冷却用のガス、例えば空気が筐体１内に導入される。筐体１内に導入されたガスは、コイル１２を冷却し、ガス排出口４６から外部に排出される。ガスは、筐体１内の駆動部１０を流れるが、センサ部２０を流れない。このため、ガスの流量を増大させて冷却能力を高めた場合でも、センサ部２０内のセンサ部品が振動して検出精度が低下することを防止できる。
【００２１】
図２（Ｂ）に、第４の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。第４の実施例においては、筐体１のセンサ部２０に、ガス導入口４７及びガス排出口４８が取り付けられている。ガス導入口４７から冷却用ガスがセンサ部２０内に導入され、センサ部２０内を冷却して、ガス排出口４８から外部に排出される。
【００２２】
図２（Ｃ）に、第５の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。第５の実施例においては、筐体１のセンサ部２０に、ガス導入口４９が取り付けられ、駆動部１０の、センサ部２０とは反対側の端部近傍にガス排出口５０が取り付けられている。センサ部２０と駆動部１０との間の隔壁に、ガス流通孔５１が設けられている。
【００２３】
ガス導入口４７からセンサ部２０内に冷却用ガスが導入される。センサ部２０に導入された冷却用ガスは、ガス流通孔５１を通過し、コイル１２を冷却して、ガス排出口５０から外部に排出される。
【００２４】
上記第３〜第５の実施例では、駆動部１０内及びセンサ部２０内の少なくとも一方が、冷却ガスによって強制冷却される。このため、コイル１２からの発熱による影響を軽減することでき、センサの検出精度の低下を防止することができる。
【００２５】
図３（Ａ）に、第６の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。駆動部１０、センサ部２０、及び反射鏡３０は、図１（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の構造と同様である。第６の実施例では、反射鏡３０に冷却用ガスを吹き付けるガス噴出口５５が配置されている。ガス噴出口５５から反射鏡３０に冷却用ガスを吹き付けることにより、反射鏡３０の温度上昇を抑制し、熱変形を防止することができる。
【００２６】
図３（Ｂ）に、第７の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。センサ部２０にガス導入口５６が設けられている。筐体１の端面に設けられた、回転軸２が貫通する孔の内周面と、回転軸２の外周面との間に、間隙５７が設けられている。その他の構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の構造と同様である。ガス導入口５６からセンサ部２０内に導入された冷却用ガスが、センサ部２０内を冷却し、間隙５７を通って外部に噴き出す。間隙５７から噴出した冷却用ガスが、反射鏡３０を冷却する。すなわち、間隙５７がガス噴出口として作用する。
【００２７】
図３（Ｃ）に、第８の実施例による揺動反射鏡装置の断面図を示す。反射鏡３０の反射面とは反対側の面に、冷却用フィン５８が取り付けられている。その他の構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例による揺動反射鏡装置の構造と同様である。冷却用フィン５８により、反射鏡３０の温度上昇を抑制し、熱変形を防止することができる。
【００２８】
図４に、上記実施例による揺動反射鏡装置を用いたレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源６０が、加工用レーザビームを出射する。レーザ光源６０から出射したレーザビームが、揺動反射鏡装置６１の反射鏡６１Ａで反射され、揺動反射鏡装置６２の反射鏡６２Ａに入射する。反射鏡６２Ａで反射されたレーザビームが、ｆθレンズ６３で収束され、ＸＹテーブル６４に保持された加工対象物６５に入射する。
【００２９】
反射鏡６１Ａ及び６２Ａを揺動させることにより、レーザビームを２次元方向に走査することができる。反射鏡６１Ａ及び６２Ａの回転角を制御することにより、レーザビームを、加工対象物６５の所望の位置に入射させることができる。なお、必要に応じて、レーザビームの経路に、フィールドレンズやマスクが配置される。
【００３０】
上記第１〜第５の実施例による揺動反射鏡装置を用いることにより、センサ部の温度上昇による回転角の検出精度の低下を防止することができる。また、第６〜第８の実施例による揺動反射鏡装置を用いることにより、反射鏡の熱変形によるレーザビームの反射方向のずれを防止することができる。
【００３１】
なお、第１〜第５の実施例による冷却機構の少なくとも１つと、第６〜第８の実施例による冷却機構の少なくとも１つとを組み合わせることにより、センサ部の検出精度の低下及び反射鏡の熱変形を防止することができる。これにより、レーザビームの入射位置を、高精度に制御することが可能になる。また、センサとして安価な静電容量センサを用いることができるため、温度変動による影響を受けにくい高価な他のセンサを用いる必要が無い。
【００３２】
以下、上記実施例による揺動反射鏡装置の冷却の効果について説明する。図４に示したレーザ加工装置で、一辺の長さが５０ｍｍの正方形の４つの頂点にレーザビームを入射させる場合を考える。冷却機構の装備されていない揺動反射鏡装置を用いた場合には、１時間の連続運転後に、レーザビームの入射によって形成される正方形の一辺の長さが約２５〜３５μｍ程度短くなった。これに対し、上記第１の実施例による揺動反射鏡装置を用いた場合には、１時間の連続運転後の正方形の一辺の長さのの短縮量は、高々５μｍ程度であった。なお、冷却水の流量は、１０リットル／分とした。このように、揺動反射鏡装置を冷却することによって、十分な効果が得られる。
【００３３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれら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。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、揺動反射鏡装置を冷却することにより、反射鏡の取り付けられた回転軸の回転角の精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例及び第２の実施例による揺動反射鏡装置の断面図、及びセンサ部の正面図である。
【図２】本発明の第３〜第５の実施例による揺動反射鏡装置の断面図である。
【図３】本発明の第６〜第８の実施例による揺動反射鏡装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例による揺動反射鏡装置を用いたレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１  筐体２  回転軸３、４  回転軸受け１０  駆動部１１  永久磁石１２  コイル２０  センサ部２１  可動板２２、２３  電極３０  反射鏡４０  冷却管路４１、５８  冷却用フィン４５、４７、４９、５６  ガス導入口４６、４８、５０  ガス排出口５１  ガス流通孔５５  ガス噴出口５７  間隙６０  レーザ光源６１、６２  揺動反射鏡装置６３  ｆθレンズ６４  ＸＹステージ６５  加工対象物
【図１】
0003607898.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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