(57)【要約】  ガルバノスキャナ（１００）は、中心軸を中心に回転するシャフト（２２）と、シャフト（２２）が挿入される挿入穴が形成される円筒部と、円筒部の外周から円筒部の径方向に伸びる固定部と、表面に光学パターンが形成され固定部に固定されるグレーティング板（５０）と、中心軸（６０）に対して固定部の反対側になる位置に形成されて外周の径方向に伸びる突起部と、を備えることを特徴とする。
2019146481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を中心に回転するシャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入穴が形成される円筒部と、
前記円筒部の外周から前記円筒部の径方向に伸びる固定部と、
表面に光学パターンが形成され前記固定部に固定されるグレーティング板と、
前記中心軸に対して前記固定部の反対側になる位置に形成されて前記外周の径方向に伸びる突起部と、
を備えることを特徴とするガルバノスキャナ。
【請求項２】
前記シャフトが回転したとき前記突起部の側面と当接する位置にストッパ板を備えることを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ。
【請求項３】
前記シャフトを有するモータ部と、
前記モータ部の端部である第１の端部に連結されるミラー部と、
前記第１の端部と反対側の端部である第２の端部に設置され、前記ミラー部の回転位置を検出するエンコーダ部と、
を備え、
前記エンコーダ部は、
前記円筒部と、前記固定部と、前記突起部と、前記グレーティング板と、
前記グレーティング板の表面に光を照射する投光部と、
前記グレーティング板から反射された光を検出する受光部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ。
【請求項４】
前記エンコーダ部は、
前記シャフトが回転したとき前記突起部の側面と当接する位置にストッパ板を備えることを特徴とする請求項３に記載のガルバノスキャナ。
【請求項５】
中心軸を中心に回転するシャフトと、
前記シャフトの外周の径方向に伸びる固定部と、
表面に光学パターンが形成され前記固定部に固定されるグレーティング板と、
前記中心軸に対して、前記固定部と反対側の前記外周の径方向に伸びる突起部と、
を備えることを特徴とするガルバノスキャナ。
【請求項６】
前記シャフトを有するモータ部と、
前記モータ部の端部である第１の端部に連結されるミラー部と、
前記第１の端部と反対側の端部である第２の端部に設置され、前記ミラー部の回転位置を検出するエンコーダ部と、
を備え、
前記エンコーダ部は、
前記グレーティング板の表面に光を照射する投光部と、
前記グレーティング板から反射された光を検出する受光部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載のガルバノスキャナ。
【請求項７】
前記エンコーダ部は、
前記シャフトが回転したとき前記突起部の側面と当接する位置にストッパ板を備えることを特徴とする請求項６に記載のガルバノスキャナ。
【請求項８】
レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ光を集光させるレンズと、
前記レーザ光の前記レンズに入射する位置および角度を調整する、請求項１から７のいずれか１つに記載のガルバノスキャナを２つ備えるガルバノスキャナセットと、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項９】
第１のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記第１のレーザ光を第２のレーザ光と第３のレーザ光とに分光する第１のビームスプリッタ部と、
前記第２のレーザ光と、前記第３のレーザ光とを合流させる第２のビームスプリッタ部と、
前記第２のレーザ光と前記第３のレーザ光とを集光させるレンズと、
前記第３のレーザ光の前記第２のビームスプリッタ部に入射する位置および角度を調整する、請求項１から７のいずれか１つに記載のガルバノスキャナを２つ備える第１のガルバノスキャナセットと、
前記第２のレーザ光、および前記第３のレーザ光の前記レンズに入射する位置および角度を調整する、請求項１から７のいずれか１つに記載のガルバノスキャナを２つ備える第２のガルバノスキャナセットと、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガルバノミラーを任意角度に回転させてレーザ光を走査するガルバノスキャナおよびレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガルバノスキャナは、ガルバノミラーを備え、該ガルバノミラーを回転させてレーザ光を走査することでレーザ光の光路を連続的に変化させる装置である。ガルバノミラーは、エンコーダが検出した回転角度を用いて必要な角度に回転される。ガルバノスキャナは、レーザ加工機、コピー機、ディスプレイなどでよく用いられる。【０００３】
特許文献１は、シャフトの先端部に設けたテーパ部と、テーパ部の根元に軸方向に伸びる筋目を設けた筋目部と、筋目部に圧入により固定し、シャフトの径方向に凸部を有するストッパを備えたエンコーダを開示する。特許文献１に記載のストッパは、シャフトの回転位置を任意の位置に合わせるために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−５３５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のエンコーダは、ストッパの凸部がシャフトの径方向に１個だけ突出している形状であるため、シャフトの回転時に偏芯によるシャフトの曲げ振動が生じる。このため、ガルバノミラーを高速で回転させると、シャフトの曲げ振動によってガルバノミラーの位置決めの精度が低下するという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガルバノミラーの位置決めの精度の低下を抑制するガルバノスキャナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガルバノスキャナは、中心軸を中心に回転するシャフトと、シャフトが挿入される挿入穴が形成される円筒部と、円筒部の外周から円筒部の径方向に伸びる固定部と、表面に光学パターンが形成され固定部に固定されるグレーティング板と、中心軸に対して固定部の反対側になる位置に形成されて外周の径方向に伸びる突起部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガルバノミラーの位置決めの精度の低下を抑制するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るガルバノスキャナの構成の概略を示す図
【図２】実施の形態１に係るガルバノスキャナのエンコーダ部の斜視図
【図３】図１のＡ部を拡大した部分拡大断面図
【図４】実施の形態１に係るガルバノスキャナの平面図
【図５】実施の形態２に係るガルバノスキャナのエンコーダ部の斜視図
【図６】実施の形態３に係るガルバノスキャナのエンコーダ部の斜視図
【図７】実施の形態４に係るガルバノスキャナのシャフトの要部の斜視図
【図８】実施の形態５に係るレーザ加工機の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るガルバノスキャナおよびレーザ加工機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るガルバノスキャナの構成の概略を示す図である。ガルバノスキャナ１００は、ミラー部１と、モータ部２と、エンコーダ部３と、制御部４とを備える。
【００１２】
ミラー部１は、ガルバノミラー１１と、ミラーホルダ１２とを備える。ガルバノミラー１１は、ミラーホルダ１２に固定される。ミラー部１は、モータ部２の第１の端部に連結される。詳細には、ミラーホルダ１２は、モータ部２のシャフト２２に固定される。ガルバノミラー１１は、入射されるレーザ光などの光ビームを反射させる。ガルバノミラー１１は、シャフト２２に連動して回転することで光ビームを任意の角度に偏向させる。一般的にガルバノミラー１１の回転角度は、±２０度程度あれば十分である。エンコーダ部３は、モータ部２の第２の端部に設置される。第２の端部は、モータ部２の端部であって、第１の端部と反対側の端部である。
【００１３】
モータ部２は、モータ筐体２１と、シャフト２２と、一対の軸受２３と、コイル２４と、一対のマグネット２５とを備える。モータ筐体２１は、シャフト２２と、一対の軸受２３と、コイル２４と、マグネット２５とを収容する。シャフト２２は、円筒形状であり、シャフト２２が中心軸６０を中心に回転することで、ミラーホルダ１２、およびガルバノミラー１１を回転させる。一対の軸受２３はリング状であり、中心軸６０を中心に回転可能にシャフト２２を支持する。コイル２４は、回転子としてシャフト２２の周囲に巻き付けられる。一対のマグネット２５は、直方体であり、固定子としてコイル２４を中心に向かい合って、モータ筐体２１にそれぞれ固定される。なお、一対のマグネット２５は、単体でリング状でもよい。コイル２４とマグネット２５との間には、隙間が設けられる。コイル２４に電流を流すことで、電磁力によってコイル２４に回転トルクが働き、シャフト２２が回転する。つまり、モータ部２は、ガルバノミラー１１を必要な角度に回転するトルクを発生させる。モータ部２は、誘導モータまたは永久磁石モータである。本実施の形態では、モータ部２は永久磁石モータであるとして説明する。また、本実施の形態では、モータ部２は、コイル２４が回転子としてシャフト２２の周囲に巻き付けられ、マグネット２５が固定子としてモータ筐体２１に固定される構成としているが、コイル２４が固定子としてモータ筐体２１に固定され、円筒形状のマグネット２５が回転子としてシャフト２２の外周部に嵌め込まれる構成としても良い。または、モータ部２は、コイル２４が固定子としてモータ筐体２１に固定され、マグネット２５がシャフト２２に埋め込まれる構成としてもよい。
【００１４】
制御部４は、角度指令発生器４１と、サーボアンプ４２と、投光回路４３と、受光回路４４とを備える。角度指令発生器４１は、角度指令データを生成する。角度指令データは、ガルバノミラー１１の目標角度を示す指令データである。サーボアンプ４２は、角度指令データを角度指令発生器４１から受信する。また、サーボアンプ４２は、角度指令データと、エンコーダ部３から入力されるガルバノミラー１１の角度のデータとを比較し、ガルバノミラー１１を目的の角度に回転させるフィードバック制御を行う。投光回路４３は、後述する投光部５１を投光させる駆動回路である。受光回路４４は、後述する受光部５２が受光した信号を増幅する回路である。
【００１５】
図２は、実施の形態１に係るガルバノスキャナ１００のエンコーダ部３の斜視図である。図３は、図１のＡ部を拡大した部分拡大断面図である。エンコーダ部３は、グレーティング板５０と、ハブ３０と、ストッパ板３５と、ストッパ当接部３６と、ねじ３７と、投光部５１と、受光部５２とを備える。グレーティング板５０には、光学パターンが形成されている。グレーティング板５０は、ガラスまたはアルミニウムのいずれか一方から形成される。光学パターンは、アルミニウムなどの金属薄膜をグレーティング板５０の表面に蒸着して形成される。光学パターンは、アルミニウムなどの代わりに誘電体の多層膜をグレーティング板５０の表面に蒸着して形成されてもよい。
【００１６】
ハブ３０は、グレーティング板５０を固定する。ハブ３０は、アルミニウムまたはステンレスのいずれか一方から形成される。ストッパ板３５は、モータ筐体２１に固定される。ねじ３７は、モータ筐体２１とストッパ板３５とを固定する。ハブ３０およびストッパ板３５の詳細については後述する。投光部５１は、光を射出する。投光部５１は、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）、ＬＤ（Laser  Diode）などである。受光部５２は、投光部５１が射出した光を取り込む。受光部５２は、ＰＤ（Photodiode）などである。投光部５１および受光部５２は、図示する機能部を簡略化するために図１および図３のみに示す。投光部５１および受光部５２は、グレーティング板５０の表面に対向するように設けられる。投光部５１および受光部５２は、中心軸６０の方向にグレーティング板５０と一定距離離れて設けられる。すなわち、エンコーダ部３は、投光部５１からグレーティング板５０によって反射された光を受光部５２で受光するいわゆる反射型のエンコーダである。エンコーダ部３は、投光部５１からグレーティング板５０によって反射された光を受光部５２で受光することで、ミラー部１の回転する位置を検出する。
【００１７】
ハブ３０について詳細に説明する。ハブ３０は、ハブ円筒部３１と、ハブ固定部３２と、ハブ突起部３３とを備える。ハブ円筒部３１は円筒部である。ハブ固定部３２は固定部である。ハブ突起部３３は、突起部である。ハブ円筒部３１の中心には、挿入穴３４が形成されている。ハブ円筒部３１の挿入穴３４には、シャフト２２が挿入され、ハブ円筒部３１とシャフト２２とが固定される。ハブ固定部３２は、中心軸６０に対して垂直な径方向に延び、ハブ円筒部３１の外周に固定される。ハブ固定部３２とグレーティング板５０とは、互いに固定される。ハブ突起部３３は、中心軸６０に対してハブ固定部３２と反対側の径方向に備えられる。ハブ円筒部３１、ハブ固定部３２、およびハブ突起部３３は、シャフト２２の回転と一体化してずれることなく、シャフト２２と共に回転する。
【００１８】
ストッパ板３５について詳細に説明する。ストッパ板３５は、厚みをもつ板であり、扇形から中心軸６０の同心円状に切り抜かれ、かつ一部が切り欠かれている。ストッパ当接部３６は、ストッパ板３５の一部が切り欠かれることで形成された面である。ストッパ当接部３６は、シャフト２２の回転に必要とされる正方向および負方向のそれぞれの最大角度に対応した位置に設けられる。ハブ突起部３３の側面は、シャフト２２が必要とする最大角度回転すると、ストッパ板３５のストッパ当接部３６に当接し、最大角度以上の回転を阻止する。ハブ突起部３３の高さおよび幅は、ストッパ当接部３６の重量がシャフト２２の回転を阻止する機能を充足する大きさとなる長さに調整される。シャフト２２が必要とする最大角度は約±２０度である。また、ストッパ板３５は、シャフト２２の最大角度の絶対値を決定するときにも用いられる。すなわち、ストッパ板３５は、最大角度分回転されたハブ突起部３３をストッパ当接部３６に当接させた状態で、ねじ３７によってねじ止めされる。ストッパ板３５のねじ穴は、角度の位置調整を可能にするために長穴になっている。
【００１９】
ガルバノスキャナ１００は、レーザ光の走査による加工効率の向上の要求などのため高速応答を求められる。このため、ガルバノミラー１１と、軸受２３と、ハブ３０と、グレーティング板５０とが一体化して動作するシャフト２２は、ねじれ振動と曲げ振動とによって機械共振が発生する領域まで高速動作する。ガルバノスキャナ１００の共振周波数のピークは、サーボアンプ４２の信号処理回路によるノッチフィルタによって除去される。しかし、ノッチフィルタは位相遅れが発生する問題があり、機械共振周波数が低い程、ノッチフィルタによる位相遅れは大きくなる。位相の遅れは、サーボアンプ４２のゲインの向上を妨げる要因となる。したがって、サーボアンプ４２のサーボゲインを向上させるためには、シャフト２２の共振周波数を高くして、ノッチフィルタの位相遅れを低減させることが必要である。また、サーボゲインの向上がガルバノミラー１１の位置決めの高速化につながる。
【００２０】
図４は、実施の形態１に係るガルバノスキャナ１００の平面図である。ハブ３０とグレーティング板５０とシャフト２２とが一体に組立てられたものをハブユニットと呼ぶ。ハブユニットの重心は図４に黒丸で示される。中心軸６０とハブユニットの重心との距離は、図４に偏芯距離ｈｗ１で示される。ハブ突起部３３の重量は、中心軸６０の反対側のハブ固定部３２とグレーティング板５０とを合わせた重量とつり合う状態になる。このため、中心軸６０とハブユニットの重心との距離、すなわち偏芯距離ｈｗ１は、ハブ突起部３３が無い状態の偏芯距離よりも短くなる。偏芯距離が短くなることは、軸受２３を起点として中心軸６０に垂直な方向の曲げ振動の共振周波数の向上に有効である。
【００２１】
以上のように、実施の形態１に係るガルバノスキャナ１００は、ハブ３０において、シャフト２２の中心軸６０に対してハブ固定部３２の反対側にハブ突起部３３を設けた。このため、ハブ３０にハブ突起部３３を設けない場合と比べて、ハブユニットの偏芯距離が短くなり、ねじれ振動及び曲げ振動の共振周波数が向上する。共振周波数が向上することにより、サーボアンプ４２のノッチフィルタによる位相遅れを低減させることができる。したがって、サーボアンプ４２のサーボゲインが向上するため、ガルバノミラー１１の高速位置決めが可能となる。例えば、ハブユニットが、アルミニウムで形成されたハブ３０と、ガラスで形成されたグレーティング板５０とで構成される場合、偏芯距離ｈｗ１は、０．５５ｍｍ程度である。実施の形態１に係るガルバノスキャナ１００は、ハブ３０にハブ突起部３３を設けない場合の偏芯距離と比べて偏芯距離が短くなることで、中心軸６０に垂直な方向の、軸受２３を起点とする曲げ振動の共振周波数が向上する。
【００２２】
また、ハブ３０は、グレーティング板５０を固定する機能を持つハブ固定部３２と、ストッパとしての機能を持つハブ突起部３３とを備えることで、２つの機能を１部品で満たすことができる。このため、ガルバノスキャナ１００は、ハブ固定部３２とハブ突起部３３とを別部品として備えることに比べて、部品数が減少する。また、ストッパとしての機能を備える厚さのある部材、または加工物をシャフト２２の軸方向に設ける必要がない。このため、シャフト２２の長さが短くなり、ねじれ振動の共振周波数が向上する。
【００２３】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係るガルバノスキャナのエンコーダ部の斜視図である。なお、実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
エンコーダ部３ａのハブ３０１は、実施の形態１のハブ突起部３３に代えて、ハブ突起部３３１を備える。ハブ突起部３３１の高さはＨとなり、ハブ突起部３３よりも高さが高くなる。高さＨは図５に両端矢印で示される。ハブ突起部３３１の高さがＨとなることにより、ハブ突起部３３１の重量が重くなる。このため、ハブ３０１全体の偏芯が小さくなるように調整することができる。なお、ハブ突起部３３１の高さは、ハブ３０１全体の偏芯に応じ、ハブ突起部３３１の重量を軽くするためにハブ突起部３３よりも低くしてもよい。
【００２５】
以上のように、ハブ突起部の高さを変更し、ハブ３０１の重量を変更することで、ハブ３０１全体の偏芯が小さくなるように調整することができる。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。本実施の形態では、ハブ突起部３３１は、実施の形態１のハブ突起部３３に比べて重量が重くなる。このため、シャフト２２の回転部分の慣性モーメントは大きくなる。また、ハブ３０１の重量が増加すると、軸受２３とシャフト２２との間のねじれ振動の共振周波数は低くなる。しかし、この不利な作用以上に、本実施の形態は、部品点数を増やさずに偏芯を小さくし、曲げ振動の共振周波数を向上させる。このため、本実施の形態によって小さくされた偏芯と、慣性モーメントとの前提のもと、設計者はガルバノスキャナ全体の共振周波数を設定すればよい。
【００２６】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係るガルバノスキャナのエンコーダ部の斜視図である。なお、実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２７】
エンコーダ部３ｂのハブ３０２は、ハブ突起部３３と、ストッパ板３５とに代えて、ハブ突起部３３２と、ストッパ板３５１とを備える。またストッパ板３５１は、ストッパ当接部３６１を有する。ハブ突起部３３２の幅はＷとなり、実施の形態１のハブ突起部３３よりも幅が広くなる。幅Ｗは図６に両端矢印で示される。ハブ突起部３３２の重量が重くなることで、ハブ３０２の偏芯が小さくなるように調整することができる。なお、ハブ突起部３３２の幅は、ハブ３０２全体の偏芯に応じ、ハブ突起部３３２の重量を軽くするためにハブ突起部３３よりも狭くしてもよい。なお、ストッパ当接部３６１は、ハブ突起部３３２の幅Ｗの変化に応じて、シャフト２２の最大角度分回転できるように２つのストッパ当接部３６１の間隔を広げる、または狭める必要がある。
【００２８】
以上のように、ハブ突起部３３２の幅を変更し、ハブ３０２の重量を変更することで、ハブ３０２全体の偏芯が小さくなるように調整することができる。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、本実施の形態でもハブ突起部３３２により重量が重くなるため、実施の形態２と同様に本実施の形態によって小さくされた偏芯と、慣性モーメントとの前提のもと、設計者はガルバノスキャナ全体の共振周波数を設定する必要がある。
【００２９】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係るガルバノスキャナのシャフトの要部の斜視図である。シャフト２２１は、突起部３３３と、固定部３２１と、グレーティング板５０とを備える。本実施の形態では、実施の形態１のハブ３０に相当する部分を、シャフト２２１を用いて成形する。ここで、成形とは、切削等の加工を含む概念である。固定部３２１は、実施の形態１のハブ固定部３２に相当する。突起部３３３は、実施の形態１のハブ突起部３３に相当する。本実施の形態では、ハブ３０は不要でありハブ円筒部３１に相当する部分も不要である。
【００３０】
以上のように、実施の形態４では、ハブが不要となるのでガルバノスキャナの部品点数は実施の形態１から３に比べて少なくなり、加えて実施の形態１から３と同様の効果が得られる。なお、本実施の形態では、シャフトとハブとを一体として成形する場合、シャフト２２１の太さは、固定部３２１の幅寸法と同等であることが望ましい。シャフト２２１の太さが固定部３２１の幅と比べて細い場合、シャフトとハブとを一体として成形するための材料の確保が難しい。このため、シャフト２２１の幅が固定部３２１の太さに対して細い場合、実施の形態１から３のハブ３０，３０１，３０２による別部品の構成を選択する必要がある。すなわち、シャフト２２１の太さは、実施の形態１から３のシャフトよりも太くすることが望ましい。
【００３１】
シャフト２２１が太い場合、前述のように、シャフト２２１の慣性モーメントは大きくなる。このため、共振周波数は低くなる。しかし、シャフト２２１を太くすることによる効果もあるため、前述と同様、偏芯と慣性モーメントを考慮しながら、ガルバノスキャナ全体の共振周波数を設定すればよい。シャフト２２１を太くすることによる効果とは、例えば、シャフト２２１が細い場合、ガルバノミラー１１のつかみ幅が十分とれないためミラーホルダ１２が必要であったが、シャフト２２１が太い場合、ガルバノミラー１１のつかみ幅を確保できるため、ミラーホルダ１２を排除することができるという効果が挙げられる。また、シャフト２２とミラーホルダ１２とで構成する場合よりも中心軸６０方向の長さを短くできる効果が挙げられる。
【００３２】
なお、実施の形態１から３ではハブ突起部の位置は、シャフトの中心軸６０を原点としてハブ固定部３２と反対方向であれば１８０°の対称位置には限定されず、ハブ突起部とハブ固定部３２とは、シャフトの中心軸６０を原点として１８０°の対称の方向に設けられてもよい。換言すれば、ハブ突起部は、中心軸６０に対してハブ固定部３２の反対側になる位置に形成されてもよい。
【００３３】
実施の形態１から４では、エンコーダ部のハブ固定部３２と、該ハブ固定部３２に固定されるグレーティング板５０とを用いて、反射型のエンコーダを構成していた。しかし実施の形態１から４は、反射型のエンコーダに限定されることなく、グレーティング板５０に対して投光部と受光部とがグレーティング板５０を隔てて配置される透過型のエンコーダであってもよい。この場合、投光部と受光部とがグレーティング板５０を隔てて配置されるため、投光部から射出された光は光学パターンを透過して受光部に入力される。また、グレーティング板５０は、投光部から射出された光が光学パターンを透過するために、ハブ固定部３２の外周部から外側へ大きく飛び出る形状になる。このため、グレーティング板５０は、反射型のエンコーダのときよりも大きく重くなる。このため、グレーティング板５０の重量が重くなった分、ハブ突起部の重量を重くすることで、ハブユニットの偏芯と慣性モーメントを調整するように寸法、形状を決定する必要がある。
【００３４】
実施の形態５．
図８は、実施の形態５に係るレーザ加工機の構成を示す図である。レーザ加工機７１は、プリント基板などの被加工物１１０に孔あけなどの加工を行う。レーザ加工機７１は、被加工物１１０の生産性の向上を目的として、１つのレーザ光７９を２つのレーザ光８０，８１に分光し、レーザ光８０，８１を独立に走査することにより、２箇所同時に被加工物１１０の加工を行なう。レーザ光７９は、第１のレーザ光とも呼ばれる。レーザ光８０は、第２のレーザ光とも呼ばれる。レーザ光８１は、第３のレーザ光とも呼ばれる。
【００３５】
レーザ加工機７１は、レーザ発振器７２と、リターダ７３と、ミラー７４−１〜７４−４と、第１の偏光ビームスプリッタ７５と、第２の偏光ビームスプリッタ７６と、レンズ７７と、ガルバノスキャナ１００−１〜１００−４と、ステージ７８とを有する。ガルバノスキャナ１００−１，１００−２は、合わせて第１のガルバノスキャナセット１２０とも呼ばれる。ガルバノスキャナ１００−３，１００−４は、合わせて第２のガルバノスキャナセット１３０とも呼ばれる。リターダ７３と、第１の偏光ビームスプリッタ７５とは、合わせて第１のビームスプリッタ部とも呼ばれる。第２の偏光ビームスプリッタ７６は、第２のビームスプリッタ部とも呼ばれる。第１の偏光ビームスプリッタ７５、および第２の偏光ビームスプリッタ７６は、偏光を利用して１つのビームを２つのビームに分岐する、もしくは２つのビームを合流する素子である。なお、本実施の形態では、リターダ７３と第１の偏光ビームスプリッタ７５とを合わせて第１のビームスプリッタ部とし、第２の偏光ビームスプリッタ７６を第２のビームスプリッタ部としているが、第１のビームスプリッタ部、および第２のビームスプリッタ部は、同等の機能を有する他の構成であってもよい。
【００３６】
レーザ発振器７２は、直線偏光のレーザ光７９を出力する。レーザ発振器７２は、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ発振器である。本実施の形態では、レーザ発振器７２は、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ発振器として説明するが、レーザ発振器７２は炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ発振器に限られない。リターダ７３は、直線偏光のレーザ光７９を円偏光のレーザ光７９に変える。ミラー７４−１〜７４−４は、レーザ光７９またはレーザ光８０を反射する。第１の偏光ビームスプリッタ７５は、レーザ光７９を２つのレーザ光８０，８１に分光する。第２の偏光ビームスプリッタ７６は、レーザ光８０，８１をガルバノスキャナ１００−３に導く。レンズ７７は、ｆθレンズであり、レーザ光８０，８１を被加工物１１０に集光させる。第１のガルバノスキャナセット１２０は、レーザ光８１を２軸方向に操作し、レーザ光８１を第２の偏光ビームスプリッタ７６に導く。第２のガルバノスキャナセット１３０は、レーザ光８０，８１を２軸方向に操作し、レーザ光８０，８１を被加工物１１０に導く。ステージ７８は、被加工物１１０を固定し、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に移動する。
【００３７】
レーザ加工機７１の一連の動作について説明する。レーザ発振器７２から出力されたレーザ光７９は、リターダ７３によって直線偏光のレーザ光７９から円偏光のレーザ光７９に変換され、ミラー７４−１，７４−２を経由した後、第１の偏光ビームスプリッタ７５によって２つのレーザ光８０，８１に分光される。レーザ光８０は、ミラー７４−３，７４−４を経由して第２の偏光ビームスプリッタ７６に導入される。レーザ光８１は、第１のガルバノスキャナセット１２０を経由して第２の偏光ビームスプリッタ７６に導入される。レーザ光８１は、第１のガルバノスキャナセット１２０によって２軸方向に走査される。レーザ光８０，８１は、第２の偏光ビームスプリッタ７６に導入されて合流し、第２のガルバノスキャナセット１３０の振り角の制御により２軸方向に走査される。また、レーザ光８０，８１はレンズ７７によって集光されてステージ７８上の被加工物１１０を加工する。
【００３８】
レーザ光８０，８１について説明する。第１の偏光ビームスプリッタ７５を透過したレーザ光８０は、第２の偏光ビームスプリッタ７６で反射する。第１の偏光ビームスプリッタ７５で反射したレーザ光８１は、第２の偏光ビームスプリッタ７６を透過する。レーザ光８０は、常に同じ位置で第２の偏光ビームスプリッタ７６に導かれる。一方、レーザ光８１は、第１のガルバノスキャナセット１２０の振り角の制御により、第２の偏光ビームスプリッタ７６に入射する位置、角度が調整される。実線で示されるレーザ光８１は、第１のガルバノスキャナセット１２０の振り角の制御によって、第２の偏光ビームスプリッタ７６に入射した後のレーザ光がレーザ光８０と同じ位置となるレーザ光である。破線で示されるレーザ光８１ａは、第１のガルバノスキャナセット１２０の振り角の制御によって、第２の偏光ビームスプリッタ７６に入射した後のレーザ光がレーザ光８０と異なる位置となるレーザ光である。
【００３９】
図８では、レーザ光８１，８１ａが図示されているが、第１のガルバノスキャナセット１２０の振り角の制御によって入射する位置、角度が調整されるレーザ光はレーザ光８１，８１ａに限られない。レーザ加工機７１は、第１のガルバノスキャナセット１２０の振り角を調整することで、第２の偏光ビームスプリッタ７６を透過するときのレーザ光８０との間の距離が、レーザ光８１ａよりも長いレーザ光を走査することができる。また、レーザ加工機７１は、第１のガルバノスキャナセット１２０の振り角を調整することで、第２の偏光ビームスプリッタ７６を透過するときのレーザ光８０との間の距離が、レーザ光８１ａよりも短いレーザ光を走査することができる。第２の偏光ビームスプリッタ７６で反射したレーザ光８０と、第２の偏光ビームスプリッタ７６を透過したレーザ光８１とは、第２のガルバノスキャナセット１３０によって、レンズ７７に入射する位置および角度を調整される。図８では、レーザ光８０，８１ａが図示されているが、第２のガルバノスキャナセット１３０の振り角の制御によって入射する位置、角度が調整されるレーザ光はレーザ光８０，８１ａに限られない。レーザ加工機７１は、第２のガルバノスキャナセット１３０の振り角を調整することで、レンズ７７を透過する位置を図８のレーザ光８０，８１ａと異なる位置に走査することができる。
【００４０】
このように、レーザ加工機７１は、第１のガルバノスキャナセット１２０および第２のガルバノスキャナセット１３０を用いてレーザ光８０，８１を別個に走査することにより、２箇所同時に被加工物１１０の加工を行なうことができる。なお、円偏光のレーザ光７９は、全ての方向の偏光成分を均質に持つため、レーザ光８０とレーザ光８１とは同一のエネルギーを持つように第１の偏光ビームスプリッタ７５によって分光される。また、第１の偏光ビームスプリッタ７５から第２の偏光ビームスプリッタ７６までのレーザ光８０，８１それぞれの光路長を同一にすることでレーザ光８０，８１のビームスポット径を同一にすることができる。レーザ加工機７１は、ステージ７８を制御することにより、広い範囲での被加工物１１０の加工を可能にしている。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態では、レーザ加工機７１は、ガルバノスキャナ１００−１〜１００−４を有する。このため、レーザ加工機７１は、ガルバノスキャナ１００が備えるガルバノミラー１１の高速位置決めにより、レーザ光８０，８１の高速走査が可能となる。したがって、レーザ加工機７１は、短時間で被加工物１１０に多くの孔あけ加工が可能となり、被加工物１１０の生産性の向上を図ることができる。また、ガルバノスキャナ１００は、実施の形態１に記載されるようにハブユニットの偏芯距離が短くなることで、ガルバノミラー１１の位置決めの精度の低下を抑制している。したがって、ガルバノスキャナ１００−１〜１００−４を備えるレーザ加工機７１もガルバノミラー１１の位置決めの精度の低下を抑制することができる。
【００４２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。例えば、最も簡易なレーザ加工機の構成としては、レーザ発振器７２から出力されたレーザ光が、ガルバノスキャナセットの振り角の制御により２軸方向に走査され、レンズ７７によって集光されてステージ７８上の被加工物１１０を加工することができる構成が挙げられる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ミラー部、２  モータ部、３，３ａ，３ｂ  エンコーダ部、４  制御部、１１  ガルバノミラー、１２  ミラーホルダ、２１  モータ筐体、２２，２２１  シャフト、２３  軸受、２４  コイル、２５  マグネット、３０，３０１，３０２  ハブ、３１  ハブ円筒部、３２  ハブ固定部、３３，３３１，３３２  ハブ突起部、３４  挿入穴、３５，３５１  ストッパ板、３６，３６１  ストッパ当接部、３７  ねじ、４１  角度指令発生器、４２  サーボアンプ、４３  投光回路、４４  受光回路、５０  グレーティング板、５１  投光部、５２  受光部、６０  中心軸、７１  レーザ加工機、７２  レーザ発振器、７３  リターダ、７４−１〜７４−４  ミラー、７５  第１の偏光ビームスプリッタ、７６  第２の偏光ビームスプリッタ、７７  レンズ、７８  ステージ、７９〜８１，８１ａ  レーザ光、１００，１００−１〜１００−４  ガルバノスキャナ、１１０  被加工物、１２０  第１のガルバノスキャナセット、１３０  第２のガルバノスキャナセット、３２１  固定部、３３３  突起部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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