(57)【要約】【課題】温度上昇を防止することにより稼働率を向上させることができる電磁アクチュエータおよびレーザ加工機を提供すること。【解決手段】回転子を軸方向の中央部に保持させた揺動軸１を回転子の両側に配置した一対の軸受５ａ、５ｂで支持し、軸受５ａ、５ｂを固定子を保持させた円筒状のハウジングに支持させて回転子を外筒４とブラケット２，３とからなるハウジングで覆うと共に揺動軸１の一方の軸端に角度検出手段を配置して揺動軸１の回転角度を検出するようにした電磁アクチュエータにおいて、外筒４の外部と内部を接続するガス流入口１８とガス排出口１９を設ける。この場合、角度検出手段をＯリング２５と隔壁２２によりハウジングの外部に対して気密的に覆うカバー１３を設け、このカバー１３をハウジングに接続することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子を軸方向の中央部に保持させた軸を前記回転子の両側に配置した一対の軸受で支持し、前記一対の軸受を固定子を保持させた円筒状のハウジングに支持させて前記回転子を前記ハウジングで覆うと共に前記軸の一方の軸端に角度検出手段を配置して前記軸の回転角度を検出するようにした電磁アクチュエータにおいて、
前記ハウジングと前記一対の軸受とで形成される空間の前記軸方向の両側に前記ハウジングの外部と内部を接続する２個の穴を配置することを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記角度検出手段を前記ハウジングの外部に対して気密的に覆うカバーを設け、このカバーを前記ハウジングに接続することを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記角度検出手段に近い前記軸受を保持する前記ハウジング部に、前記軸受の軸方向の両側の空間を接続する軸方向の穴を設けることを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータと、
前記電磁アクチュエータによって支持されるミラーと、
を備え、
前記ミラーによりレーザを所望の方向に偏向させ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、レーザを所望の方向に偏向するためにミラーを揺動させる電磁アクチュエータ及びこのような電磁アクチュエータを備えてレーザにより加工を行うレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを走査するために用いられているガルバノスキャナは揺動型の電磁アクチュエータにミラーを支持させた装置であり、ミラーの向きを操作することにより入射するレーザの反射方向を所望の方向へと偏向させる。ミラーの向きを操作するため、角度検出器により揺動軸の揺動角度を検出してフィードバックし、目標揺動角との偏差に基づいて電磁アクチュエータを駆動することでサーボ機構を構成している。従来の電磁アクチュエータの構造は、例えば、一体貫通揺動軸の中央区間にコイルが固定されており、このコイルの両端に隣接して一対の軸受が配置され、この外側に角度検出器とミラー取り付け部が配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
レーザを走査する機能を持つレーザ装置の一例であるプリント基板穴明け用レーザ加工機は、パルス状のレーザをプリント基板に照射して基板の導体層間を接続するための穴を開ける装置である。従来のプリント基板穴明け用レーザ加工機は、例えば、プリント基板を搭載して水平面内のＸＹ方向にプリント基板を移動させるＸＹテーブルサーボ機構と、上記プリント基板上にＸＹ方向にレーザビームを走査するための一対のガルバノスキャナサーボ機構とを備えている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ディジタルカメラ等エレクトロニクス機器の需要が年々拡大しており、これらの機器の基幹部品であるプリント基板に対する需要も大きく伸びている。この需要の伸びに対応するため、プリント基板穴明け用レーザ加工機には加工スループットの向上が求められている。単位時間に加工できる穴数を増大させるには、レーザの位置決めに要する時間を短縮することが必要であり、レーザの走査を行うガルバノスキャナを高速に動作させることになる。このとき、大きな加減速トルクを得るためにコイルに大電流を流すと、コイルの持つ抵抗分によって発熱する。また、流れる電流が高い周波数成分を持つ場合は、磁石やインナーヨークも、渦電流によって発熱を生じる。これによってガルバノスキャナ内部の温度が高くなると、磁石の減磁を生じて駆動トルクが低下したり、揺動軸アッセンブリのねじり剛性が低下してサーボ機構の応答が劣化したりする問題が生じる。したがって、ガルバノスキャナ（すなわち、電磁アクチュエータ）の冷却が重要な課題となる。
【０００５】
回転型モータの冷却構造としては、例えば、コイルの巻かれたステータの外周部に冷却風路を設け、モータの反負荷側にファンを設けて前記冷却風路にエアを送風するものが知られている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、ガルバノスキャナは装置が小型であることから、ガルバノスキャナを容器の内部に気密的に配置し、容器の外側に温度が一定の空気を流すようにするものが知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００４−０２９１０９号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−１３７０７４号公報（第６頁、図６）
【特許文献３】特開２００４−１４７４４６号公報（第８頁、図１）
【特許文献４】特開２００１−１７９４７９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ガルバノスキャナの外周に温度上昇防止用のガスを流すことでは冷却効率が悪かった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、温度上昇を防止することにより稼働率を向上させることができる電磁アクチュエータおよびレーザ加工機を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明の第1の手段は、回転子を軸方向の中央部に保持させた軸を前記回転子の両側に配置した一対の軸受で支持し、前記一対の軸受を固定子を保持させた円筒状のハウジングに支持させて前記回転子を前記ハウジングで覆うと共に前記軸の一方の軸端に角度検出手段を配置して前記軸の回転角度を検出するようにした電磁アクチュエータにおいて、前記ハウジングの外部と内部を接続する少なくとも２個の穴を、前記ハウジングと前記一対の軸受とで形成される空間の前記軸方向の両側に配置することを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記角度検出手段を前記ハウジングの外部に対して気密的に覆うカバーを設け、このカバーを前記ハウジングに接続することができる。
【００１１】
また、本発明の第２の手段は、ミラーを支持させた電磁アクチュエータを備え、レーザを所望の方向に偏向させるようにしたレーザ加工機において、前記電磁アクチュエータが第１の手段を採用した電磁アクチュエータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電磁アクチュエータの温度上昇を抑制できるので、加工能率を向上させることができる。また、保守点検の間隔を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本実施形態の実施例１に係る電磁アクチュエータの正面断面図である。なお、このガルバノスキャナは、固定子側に永久磁石を配置し、揺動軸側にコイルを配置した、いわゆるムービングコイル型の電磁アクチュエータである。
【００１５】
同図において、揺動軸１は、負荷側のブラケット２および反負荷側のブラケット３を貫通しており、軸受５ａ及び軸受５ｂによって揺動可能に支持されている。ブラケット２、３は外筒４によって結合されており、これらが固定子側ハウジングを形成している。
【００１６】
図中左側の負荷側軸端には、レーザを偏向するために、図示を省略するミラーがマウントを介して取り付けられる。揺動軸１には、左右一対のコイル支持部材９ａ及び９ｂが固定されており、これらコイル支持部材９ａ及び９ｂの間に、コイル８が固定されている。コイル８の外側に配置された磁石１０は外筒４に固定されている。コイル８の内側に配置されたインナーヨーク６は、支持ピン７及びインナーヨーク支持部材１６ａ、１６ｂを介してブラケット２およびブラケット３に固定されている。外筒４には外筒４の外側と内側とを連通するガス流入口１８とガス排出口１９が形成されている。なお、ガス流入口１８はできるだけ軸受５ｂに近い側に、ガス排出口１９はできるだけ軸受５ａに近い側に、それぞれ配置されている。
【００１７】
受発光部１２とグレーティング円板１１は光学式エンコーダを形成している。グレーティング円板１１は揺動軸１の反負荷側に固定されている。エンコーダ支持板１７はブラケット３に固定されている。受発光部１２はグレーティング円板１１の表面に形成されたグレーティングに対向するようにしてエンコーダ支持板１７に固定されている。
【００１８】
カバー１３はブラケット３の外周に嵌合している。受発光部１２に電源を供給すると共に信号を取り出す信号ケーブル１４及びコイル８に電流を供給するパワーケーブル１５はそれぞれ図示を省略する制御装置に接続されている。
【００１９】
次に、この実施形態の動作を説明する。
【００２０】
ガス流入口１８から予め定めた温度の空気を供給すると、ハウジング（外筒４）の内部に入った空気は磁石１０、コイル８、インナーヨーク６の外周を通り、ガス排出部１９から排出される。この状態で、パワーケーブル１５を介してコイル８の素線に電流を供給すると、磁石１０とインナーヨーク６によって半径方向に形成される磁界と素線を流れる電流によるローレンツ力がコイル８に加わり、揺動軸１は揺動する。揺動軸１が揺動すると揺動量に応じたパルスが発生し、揺動角が検出されて制御装置にフィードバックされる。
【００２１】
コイル８に供給する電流によりコイル８に抵抗発熱が発生し、また、発生する渦電流によって磁石やインナーヨークも抵抗発熱が発生するが、発生した熱はガス流入口１８から供給されガス排出口１９から排出される空気に伝導され、ハウジングの外部に速やかに除去される。この結果、電磁アクチュエータはほとんど温度上昇しない。
【００２２】
次に、この実施形態の第１の変形例を説明する。
【００２３】
図２は図１における電磁アクチュエータの第１の変形例を示す正面断面図であり、図１と同じものまたは同一機能のものは同一の符号が付してある。以下、相違点だけを説明する。
【００２４】
同図において、インナーヨーク支持部材１６ａとブラケット２には、通気孔２１ａが設けられている。インナーヨーク支持部材１６ｂとブラケット３には、通気孔２１ｂが設けられている。ブラケット３の外周に設けられた溝には、Ｏリング２５が配置されている。
【００２５】
カバー１３の軸方向の中央部にはカバー１３と一体の隔壁２２が設けられている。隔壁２２には端子台Ａ２３、端子台Ｂ２４が配置されている。端子台Ａ２３、端子台Ｂ２４はモールドによりシールドされており、隔壁２２を通って気体が流れることはない。信号ケーブル１４及びパワーケーブル１５は、それぞれ端子台Ａ２３、端子台Ｂ２４を介して制御装置に接続される。
【００２６】
次に、第１の変形例における上記図１の場合と相違する動作を説明する。
【００２７】
この第１の変形例では、インナーヨーク支持部材１６ｂとブラケット３に、通気孔２１ｂを設けたので、軸受５ｂの左右両面間に圧力勾配が生じることはない。また、隔壁２２とＯリング２５により、カバー１３のグレーティング円板１１を収納する部分が気密構造に構成されている。したがって、ガス流入口１８から大気圧よりも高い圧力の空気を供給してもハウジング内に流入した空気は、図中右側のエンコーダ側に流出することなく、中央のインナーヨーク６、コイル８、磁石１０の外周を通り、ガス流出口１９または通気孔２１ａから流出する。この結果、軸受５ｂの内部にある潤滑用のグリスを空気が吹き飛ばし、潤滑が不良になったり、グレーティング円板１１や受発光部１２にグリスが付着してエンコーダが機能しなくなるといった問題は発生しない。
【００２８】
なお、以下で説明する他の実施例でも同様であるが、揺動軸１に取り付けられるミラーに空気が吹きかかることを避けたい場合には、通気孔２１ａに空気を誘導する排気管を取り付け、排出された空気がミラーに当たらないようにしても良い。また、空気に代えてヘリウムや水素を用いても良い。また、逆にガス流入口１８からバキューム排気を行うことによって、インナーヨーク６、コイル８、磁石１０の隙間に空気を流れさせても良い。
【００２９】
次に、この実施形態の第２の変形例を説明する。
【００３０】
図３は図１における電磁アクチュエータの第２の変形例を示す正面断面図であり、図１と同じものまたは同一機能のものは同一の符号が付してある。以下、相違点だけを説明する。
【００３１】
同図において、外筒４の外側中央部には内部に空間４１ａを備える円筒型のガスジャケット４１が配置されている。ガス流入口１８はガスジャケット４１に配置されている。外筒４には空間４１ａと外筒４の内部を連通する流路４２が形成されている。流路４２は外筒４の円周方向に複数配置されている。
【００３２】
次に、この第２の変形例の空気の流れについて説明する。
【００３３】
ガス流入口１８から流入した空気は、空間４１ａを経て、ガス流路４２に流入し、磁石１０とコイル８の隙間を流れてガス流出口１９及び通気孔２１ａから流出する。
【００３４】
この第２の変形例の場合、空気を中央部から供給するので、例えばコイル８の軸方向の両端の温度差を図1の場合に比べて小さくすることができる。
【実施例２】
【００３５】
図４は本実施形態の実施例２に係る他の電磁アクチュエータの正面断面図である。なお、この電磁アクチュエータは、固定子側にコイルを配置し、揺動軸側に磁石を配置した、いわゆるムービングマグネット型の電磁アクチュエータであり、構成はムービングコイル型の電磁アクチュエータとほとんど同じであるので、相違する構成部品についてだけ説明する。
【００３６】
揺動軸１には、磁石１０が固定されている。磁石１０の径方向の外側には、積層鋼板で構成されたアウターヨーク３０に固定モールドされたコイル８が配置されている。アウターヨーク３０は外筒４に固定されている。従って、磁石１０は、磁石１０とアウターヨーク３０によって半径方向に形成される磁界と、コイル８の素線を流れる電流の作用によるローレンツ力を周方向に受けながら揺動する。なお、図示の場合、アウターヨーク３０を外筒４とブラケット２、３で固定する構造であるため、ガス流入口１８は外筒４とブラケット２に、ガス流出口１９は外筒４とブラケット３に設けられている。
【００３７】
なお、動作は実質的に上記第１の変型例と同じであるので、重複する説明を省略する。
【００３８】
また、図５に示すように、空気の流路を図３と同様にすることもできる。
【実施例３】
【００３９】
図６は、本実施形態の実施例３に係るプリント基板穴明け用レーザ加工機の構成図であり、発明の本質に関わらない部分は図示が省略されている。
【００４０】
同図において、レーザ発振器４１０から出力されたレーザ３０は、ミラー４１３ａ、ミラー４１３ｂで反射され、コリメータ４１２やアパーチャ４１４等で構成される光学的ビーム処理系を経て整形され、さらにミラー４１３ｃ、ミラー４１３ｄ、ミラー４１３ｅ、ミラー４１３ｆで反射されて第一の電磁アクチュエータ１００ａに支持されたミラー１００ａｍに入射する。ミラー１００ａｍは中立位置のときに図中右方向からの入射するレーザ３０を図中前方向に反射し、角度を変えられると、反射したレーザ３０の進路を図中水平面内、すなわちＸＹテーブル上のスポット位置では図中左右方向（Ｙ軸方向）に変化させる。
【００４１】
ミラー１００ａｍで反射されたレーザ３０は、次に第二の電磁アクチュエータ１００ｂのミラー１００ｂｍに入射する。ミラー１００ｂｍは中立位置のときに図中奥方向からの入射するレーザ３０を図中下方向に反射し、角度を変えられると、反射したレーザ３０の進路を図中前後方向の垂直面内、すなわちＸＹテーブル上のスポット位置では図中前後方向（Ｘ軸方向）に変化させる。ミラー１００ｂｍで反射されたレーザ３０は、Ｆθレンズ１４０を透過して、ＸＹテーブル４５３上に載置されたプリント基板４５２に入射する。なお、ＸＹテーブル４５３はＹ軸駆動機構４５４によりＹ軸方向に駆動され、Ｙ軸駆動機構４５４はＸ軸駆動機構４５５によりＸ軸方向に駆動されるので、ＸＹテーブル４５３はＸＹ方向に位置決めされる。Ｘ軸駆動機構４５５はベッド４５６の上に固定されている。ガルバノスキャナ４３０ａ、４３０ｂが、前述の実施例１や実施例２のような空冷構造を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１に係る電磁アクチュエータの正面断面図である。
【図２】図１における電磁アクチュエータの第１の変形例を示す正面断面図である。
【図３】図１における電磁アクチュエータの第２の変形例を示す正面断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る他の電磁アクチュエータの正面断面図である。
【図５】図４における電磁アクチュエータの変形例を示す正面断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係るプリント基板穴明け用レーザ加工機の構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  揺動軸
２  ブラケット
３  ブラケット
４  外筒
５ａ、５ｂ  軸受
１３  カバー
１８  ガス流入口
１９  ガス排出
２２  隔壁
２５  Ｏリング
【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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