(57)【要約】      （修正有）【課題】任意の大きさの極薄金属板を取付枠に簡便な操作で短時間で緊張保持できる極薄金属板の保持装置を提供する。【解決手段】メタルマスクのように極薄金属板Ｗを高精度に微細切断する場合に、極薄金属板の一方の端部を固定する挟持具２１を備えた可動部材２２をＸＹステージに固設した矩形状の取付枠２０の一端の枠部材２０ｄの内側に水平移動可能に設けている。また、枠部材２０ｄに設けたシリンダ２８に可動部材２２を水平移動可能なリンク２７を介して連結した緊張手段を複数個設けている。そして、極薄金属板Ｗの他方の端部を固定する挟持具２１を備えた固定部材２３を極薄金属板Ｗの大きさに合わせて枠部材２０ａ，２０ｃに固定するようにした。【選択図】図２
2004160495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射し、極薄金属板を保持したＸＹステージを制御装置からの指令で平面移動させて切断加工するレーザ加工機における極薄金属板の保持装置において、極薄金属板の一方の端部を固定する挟持具を備えた可動部材をＸＹステージに固設した矩形状の取付枠の一端の枠部材の内側に水平移動可能に設け、該一端の枠部材に設けたシリンダに該可動部材を水平移動可能なリンクを介して連結した緊張手段を複数個設け、極薄金属板の他方の端部を固定する挟持具を備えた固定部材を該可動部材と対向する他端の枠部材から内側方向に極薄金属板の大きさに合わせて固定可能としたことを特徴とするレーザ切断加工における極薄金属板の保持装置。
【請求項２】
制御装置へ入力された極薄金属板の大きさが適正であるか判断するため、加工ヘッドのノズルの直下で極薄金属板より下方に前記固定部材との距離を検出する距離センサを固設したことを特徴とする請求項１記載のレーザ切断加工における極薄金属板の保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ切断加工における被加工物の保持装置に関し、特に極薄金属板を緊張保持する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、実装基板製作時に使用されるメタルマスクは、板厚が０．１〜０．５ｍｍの極薄金属板に集光したレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して高精度・高品質な微細切断を行って製作している。このような加工においては極薄金属板を焦点位置の変動がないように保持する必要があり、一般に、極薄金属板を取付枠に緊張させて保持している。また、アシストガスの噴射圧によって加工部に局所的な撓み（波打ち現象と称している）が生じないように、加工ヘッドの直下に、極薄金属板を裏面から支持する加工台を固定配置しているものもある。
【０００３】
極薄金属板の保持は、極薄金属板を四方から緊張させて取付枠に固定する（例えば、特許文献１）ものもあるが、一般的には極薄金属板の長手方向の一方の端部を取付枠に固定し、他方の端部を移動可能な保持部材に固定してネジで緊張している。
【０００４】
この場合、製品の大きさが一定であれば問題ないが、製品の大きさが度々変わる場合は歩留まりが悪くても材料の大きさを変えずに加工するか、製品の大きさに合った取付枠に変えて保持している。
しかし、効率が悪いので、同じ取付枠に大きさの異なる材料を保持できるようにしたものがある（例えば特許文献２）。
【０００５】
この保持装置は、極薄金属板の一方の端部を固定する挟持具を備えた一方の可動部材と、極薄金属板の他方の端部を固定する挟持具を備えた他方の可動部材とをＸＹステージに取り付けた矩形の取付枠の内側に水平に摺動可能に設けている。そして、一方の可動部材を取付枠に緊張具で連結するとともに、他方の可動部材を引張部材で取付枠に設けたシーブを介して一方の可動部材に連結し、緊張具で一方の可動部材を引き付けて取付枠の中央部に緊張保持するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４２０５３号公報。
【特許文献２】特開２００２−１９２３７２号公報（［００１３〜００１５］）。
【発明が解決しようとする課題】
極薄金属板を弛みのない状態に緊張させて保持することは簡単ではない。例えば、極薄金属板の一方の端部を固定して対向する長手方向の他方の端部を持って可動部材に固定する場合、極薄金属板の幅方向全域にわたって均一な状態にするには、かなりの熟練を必要としている。また、可動部材を緊張する場合も極薄金属板の全面を平坦に緊張させるのが困難で可動部材への固定のし直しを行うことが多い。
【０００７】
特許文献２に開示された保持装置は、任意の大きさの極薄金属板を取付枠の中央部に簡便に緊張保持することができるが、可動部材同士をシーブを介して引張部材で連結しているので、緊張力が常時引張部材にかかる。このため、引張部材に伸びが生じ極薄金属板に与えた緊張力が保持されず、極薄金属板が撓むなどしてレーザ光の焦点距離が変動するという問題がある。
【０００８】
さらに、長手方向が短くなると可動部材と取付枠との間隔が開くので緊張具のストロークの長いものが必要となり、費用が嵩むばかりでなく、取付枠の外側へ大きなスペースを必要とする。
そこで、本発明は、任意の大きさの極薄金属板を取付枠に短時間で簡便に緊張保持できる極薄金属板の保持装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では次の手段を採った。即ち、
加工ヘッドのノズルからレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射し、極薄金属板を保持したＸＹステージを制御装置からの指令で平面移動させて切断加工するレーザ加工機における極薄金属板の保持装置において、極薄金属板の一方の端部を固定する挟持具を備えた可動部材をＸＹステージに固設した矩形状の取付枠の一端の枠部材の内側に水平移動可能に設け、該一端の枠部材に設けたシリンダに該可動部材を水平移動可能なリンクを介して連結した緊張手段を複数個設け、極薄金属板の他方の端部を固定する挟持具を備えた固定部材を該可動部材と対向する他端の枠部材から内側方向に極薄金属板の大きさに合わせて固定可能としたことを特徴としている。
【００１０】
本発明は、任意の大きさの極薄金属板を同じ取付枠に長手方向に緊張させて保持する保持装置であり、極薄金属板の四方を緊張して保持するものには適用されない。
極薄金属板を完全に水平に張設しようとすると、過剰張り状態となりやすく、極薄金属板を取り外したときの縮みによる製品の精度への影響が生じることがある。これを防止するには、極薄金属板を引き込む緊張力をあまり高くせずに、ノズルの直下に極薄金属板を所定の高さに保持する加工台を固定配置するのが望ましい。
【００１１】
極薄金属板は長手方向の一方の端部を可動部材、他方の端部を固定部材に固定するが、極薄金属板の大きさによって、固定部材の取付枠への取付位置を変えるようにしている。
この具体的な手段は、固定部材を取付枠に設けた案内部材にスライド可能として任意の位置でボルトなどの締付金具で固定するか、取付枠に一定のピッチで雌ネジを形成してボルトで固定すればよい。
【００１２】
可動部材および固定部材へ極薄金属板を固定する挟持具の構成は、特に限定しないが簡便な操作で確実な締結ができるものがよく、レバー操作で締め付けられるものを極薄金属板の幅方向に複数個設けるのが望ましい。
可動部材を引き付ける緊張手段は、極薄金属板の表面全体が平坦になるように、取付枠に設けた複数のシリンダにそれぞれリンクを介して可動部材に連結し、同時に引き付けるようにする。なお、シリンダは空圧、油圧、電動のいずれでもよい。
【００１３】
リンクは極薄金属板を可動部材に固定するときに、極薄金属板の幅方向における弛みが一様でない場合でも、極薄金属板を幅方向全面にわたって均一に緊張させるためのものである。
取付枠に取り付けられた極薄金属板は、取付枠の座標の中心に位置しないので、極薄金属板の中心を制御装置へ知らせる必要がある。これは、固定部材の取付位置あるいは極薄金属板の長手方向の大きさを制御装置へ入力して演算させるのが簡便である。
【００１４】
しかし、極薄金属板の寸法の入力を忘れたり、誤った数値を入力すると、ＸＹステージの移動によって固定部材または可動部材が加工ヘッドのノズルや加工台に衝突することがあるので、これを防止する必要がある。
この手段は例えば、固定部材の取付部にリニアスケールを付設して固定部材の取付位置を検出し、演算して自動的に極薄金属板の中心を求め、寸法の入力を省略するようにしてもよい。しかし、この方法は費用が嵩むので、請求項２に記載のように、ノズルの直下で極薄金属板より下方に固定部材との距離を検出する距離センサを設けて、入力された極薄金属板の寸法が適正か判断するようにするのが簡便である。なお、加工台をノズルの直下に設けている場合は、加工台に距離センサを設ければよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
レーザ加工装置は図１に示すように、極薄金属板ＷをＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ９上に設けた保持装置８に把持し、制御装置１０により、予め設定した切断データに基づいて移動させている。そして、レーザ発振器１から反射ミラー２を介して入射したレーザ光を集光する集光レンズ４を内装するとともに下端にノズル６を備えた加工ヘッド３を固定配置している。なお、５はアシストガスＡＧの噴射圧力から集光レンズ４を保護するための保護ガラス５で、１１はＸ軸駆動装置、１２はＹ軸駆動装置である。
【００１６】
保持装置８は、ＸＹステージ９に固設された取付枠２０と、極薄金属板Ｗの長手方向の両端を固定する可動部材２２および固定部材２３と、可動部材２２を引き込む緊張手段と、ノズル６の直下に配置した加工台３０とで構成されている。
取付枠２０は、４個の枠部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで矩形状に形成され、その上面に極薄金属板Ｗを張設する可動部材２２と固定部材２３が枠部材２０ｂ，２０ｄに平行に設けられている。
【００１７】
可動部材２２は枠部材２０ｄの内側近くに設けられ、両端部はそれぞれ枠部材２０ａ、２０ｃに設けられたガイド部材２９に嵌合して長手方向に摺動可能に設けられている。ガイド部材２９は、図４に示すように、可動部材２２の嵌合する溝部２９ａが可動部材２２の長さより大きくしてあり、取付枠２０の内側方向の前端にはストッパ２９ｂが設けられている。したがって、可動部材２２が傾いた状態でも案内可能である。
【００１８】
固定部材２３は枠部材２０ａと枠部材２０ｃの上面にそれぞれ固設した止め板２４に架け渡され、固定ボルト２５で固定されている。
止め板２４には適当なピッチで雌ネジ２４ａが形成されており、固定部材２３は極薄金属板Ｗの大きさの応じて適宜の位置に固定する。
【００１９】
可動部材２２および固定部材２３の上面には極薄金属板Ｗを固定するための挟持具２１がそれぞれ６個ずつ設けられている。
挟持具２１は押え部材２１ａを締付レバー２１ｂの操作で締め付けるもので、極薄金属板Ｗの長手方向の両端部をそれぞれ可動部材２２と固定部材２３に載置して固定する。
【００２０】
緊張手段は枠部材２０ｄに取り付けられたシリンダ２８にリンク２７を介して可動部材２２の取付金具２２ａに連結されており、左右に２組設けられている。
シリンダ２８は空圧の復動タイプを使用しており、電磁切換弁で作動する。なお、電磁切換弁は押し引きの外に中立位置が設けられたものを使用している。
【００２１】
リンク２７は縦方向の２個のピン２７ａ，２７ｂとリンク板２７ｃからなるもので、極薄金属板Ｗを緊張したときに可動部材２２が水平方向に傾いても緊張できる。なお、２６は枠部材２０ｄに取り付けられたストッパで、ネジで伸縮可能に構成され、極薄金属板Ｗを緊張保持した後に可動部材２２に当接させるものである。このストッパ２６によって極薄金属板Ｗが切断加工されて行く過程で緊張力によって伸びることが防止される。
【００２２】
加工台３０は、加工ヘッド３の直下に固定設置されており、吸引ブロック３２の上面にバネを介して極薄金属板Ｗを支持する支持盤３１が載置されている。支持盤３１の上面の高さは所定の高さ（極薄金属板Ｗの表面が集光点になる高さ）に対して若干高くしており、極薄金属板Ｗの緊張保持によってバネを圧縮して支持盤３１が所定の高さになるようにしている。したがって、支持盤３１の上面は極薄金属板Ｗの裏面と十分接触する。また、支持盤３１の上面は摺動に適するように螺旋状の凹溝が形成されている。
【００２３】
吸引ブロック３２は中央部に排出口３２ａが設けられ、図示してない吸引装置に接続されている。
そして、加工台３０には固定部材２３との距離を検出する超音波式の距離センサ３５が設けられている。
【００２４】
次に、このように構成された極薄金属板Ｗの保持装置８の作用について説明する。
極薄金属板Ｗは予め必要最小の大きさに切断したものを使用する。
まず、取付枠２０に極薄金属板Ｗを取り付ける前に、固定部材２３を取り外し、シリンダ２８を伸長させて可動部材２２をガイド部材２９のストッパ２９ｂに当接させる（図４で点線で示す）。
【００２５】
次に、固定部材２３を、極薄金属板Ｗの長手方向の長さに合わせた位置に固定ボルト２５で固定する。
以上の準備ができたら、ストッパ２６を縮小させて、極薄金属板Ｗの一方の端部を持って固定部材２３に載せ挟持具２１の６本の締付レバー２１ｂを順次操作して締結する。
【００２６】
次に、極薄金属板Ｗの他方の端部を持って、引き上げかげんに引き寄せ、可動部材２２に載せて、６本の締付レバー２１ｂを順次操作して締結する。
この状態で、２個のシリンダ２８を同時に作動させ、可動部材２２を枠部材２０ｄ側へ引き寄せ、極薄金属板Ｗを緊張する。
【００２７】
この場合極薄金属板Ｗの弛みが幅方向で若干差異があってもリンク２７によって可動部材２２が傾いて引き付けられ、極薄金属板Ｗの全面において十分緊張した状態にできる（図４参照）。
極薄金属板Ｗを緊張させたら、ストッパ２６を伸長させて可動部材２２に当接させる。
【００２８】
次に取付枠２０に固定した極薄金属板Ｗの大きさを制御装置１０へ入力し、ＸＹステージ９を作動させ加工ヘッド３のノズル６が設定した中心位置へ移動させる。このとき、制御装置１０は距離センサ３５によって検出された固定部材２３までの距離信号から、入力された値が適正であるかを判断し、その結果を報知するようにしている。なお、間違っている場合は入力のし直しをして正しい値にしなければ切断加工はできないようにしている。
【００２９】
レーザ切断加工が終わったら、シリンダ２８の電磁切換弁を中立位置に戻す。これにより極薄金属板Ｗの緊張力はなくなるので、この状態で可動部材２２および固定部材２３の挟持具２１の締付レバー２１ｂを操作して弛め極薄金属板Ｗを取付枠２０から外す。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の極薄金属板の保持装置は、極薄金属板の一方の端部を固定する挟持具を備えた可動部材をＸＹステージに固設した矩形状の取付枠の一端の枠部材の内側に水平移動可能に設け、該一端の枠部材に設けたシリンダに該可動部材を水平移動可能なリンクを介して連結した緊張手段を複数個設け、極薄金属板の他方の端部を固定する挟持具を備えた固定部材を該可動部材と対向する他端の枠部材から内側方向に極薄金属板の大きさに合わせて固定可能としたので、必要最小限でしかも、任意の極薄金属板を取付枠に簡便に張設することができる。また、極薄金属板を取り付けるときの可動部材の位置は極薄金属板の大きさが変わっても殆ど同じ位置であり、可動部材を引き付けるシリンダのストロークを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属板のレーザ切断加工装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明の極薄金属板の保持装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】同  保持装置の側面図である。
【図４】同  緊張手段の詳細図である。
【符号の説明】
１…レーザ発振器                ２…反射ミラー
３…加工ヘッド            ４…集光レンズ
５…保護ガラス              ６…ノズル
８…保持装置                ９…ＸＹステージ
１０…制御装置            １１…Ｘ軸駆動装置
１２…Ｙ軸駆動装置        ２０…取付枠
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…枠部材
２１…挟持具                            ２１ａ…押え部材
２１ｂ…締付レバー        ２２…可動部材
２３…固定部材            ２４…止め板
２５…取付ボルト                    ２６…ストッパ
２７…リンク                            ２７ａ，２７ｂ…ピン
２７ｃ…リンク板          ２８…シリンダ
２９…ガイド部材                    ２９ａ…溝部
２９ｂ…ストッパ          ３０…加工台
３１…支持盤              ３２…吸引ブロック
３２ａ…排出口                        ３５…距離センサ
Ｗ…極薄金属板                        ＡＧ…アシストガス
【図１】
2004160495.tif 000003
【図２】
2004160495.tif 000004
【図３】
2004160495.tif 000005
【図４】
2004160495.tif 000006