(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を反射するミラーを固定したミラーマウントをモータの出力軸に固定して、前記ミラーを揺動動作させるガルバノスキャナにおいて、
外周部にテーパ部を備える楔形リングと、前記楔形リングを付勢する付勢手段と、を設けると共に、前記ミラーマウントのモータ側に、テーパ角度が前記楔形リングのテーパ部と同一の穴を設けておき、
前記付勢手段、前記楔形リング、前記ミラーマウントをこの順で前記出力軸に挿入し、前記付勢手段により前記楔形リングを前記ミラーマウントの方向に付勢して前記楔形リングを径方向に変形させて締めつけることにより前記ミラーマウントを前記出力軸に固定する
ことを特徴とするガルバノスキャナ。
【請求項２】
前記付勢手段が外周に雄ねじが形成された雄ネジリングであり、前記雄ねじを前記雄ねじに螺合する雌ねじが形成された前記ミラーマウントに螺合させることにより前記楔形リングを前記ミラーマウントに付勢する
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】
前記付勢手段が方形板状のフランジであり、前記ミラーマウントを貫通し前記フランジに螺合するボルトにより前記楔形リングを前記ミラーマウントに付勢する
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】
前記楔形リングに軸線方向のすり割りを設ける  
ことを特徴とする請求項１に記載のガルバノスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光を用いて穴明けや切断およびマーキングをするレーザ加工装置においてレーザ光を走査させるガルバノスキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガルバノスキャナを用いたレーザ加工装置についてプリント基板の穴明け加工機を例に取って説明する。
電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント基板は複数の配線パターンを積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール（穴）を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。ビアホールの製作には、微細化に伴い従来の機械的なドリル加工装置に加えて、高出力のＣＯ２レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザを用いたレーザ加工装置が用いられている。レーザ加工装置では、揺動動作をする直交配置された２つのガルバノスキャナとｆθレンズを組み合せたビームスキャン光学系を用いて、レーザスポットをプリント基板上に位置決めすることにより高速加工を実現している。
【０００３】
ガルバノスキャナにはコイルと永久磁石を用いた電磁アクチュエータ式の揺動モータと、レーザ光を反射するミラーと、揺動モータの回転軸とミラーとを連結するミラーマウントと、から成る構成が知られている（特許文献１）。ミラーの材質としては、例えばＣＯ２レーザの場合、シリコンやベリリウムなどの比重が小さく、剛性が高い材料が使われる。シリコンやベリリウムは加工が困難であるため、ミラーは接着剤を用いてミラーマウントに固定し、ミラーを固定したミラーマウントを揺動モータの回転軸に連結している。ミラーは塵埃付着等によるレーザ光の反射率低下や付着した塵埃がレーザ光を熱吸収することで破損するのを未然に防ぐために定期的に交換が必要であり、ミラーの交換はミラーマウントの脱着によって行われる。
【０００４】
近年、プリント基板の高密度化による穴の小径化と穴数の増加が進んでいる。穴の小径化には焦点が短いｆθレンズを用い、かつ入射させるビーム径を大きくする必要があるため、ミラーの大型化が避けられない。しかし、ミラーを大型化すると、揺動モータに加わる慣性モーメントが増加するので、コイルに大きな駆動電流を供給する必要が生じる。コイルに大きな駆動電流を供給すると、コイルの発熱量が大きくなる。コイルで発生した熱は回転軸に伝導し、回転軸に連結されているミラーおよびミラーマウントの温度は上昇する。例えば、ミラーマウントの形状が非対称である場合、ミラーマウントが温度上昇することにより、ミラーが面倒れすると共にミラーに対して不均等な力が加わり、ミラーが変形して反射面の平坦度が悪化する。
【０００５】
以上、述べたようにミラーマウントにはガルバノスキャナの動特性を安定化するための揺動モータ軸への高い締結力と、ミラー交換を行うための脱着容易性と、熱変形等によるミラーの傾斜や平坦度の悪化が発生しない構造が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２２５４２号公報（第７頁，図１および図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の図１に記載のガルバノスキャナの場合、ミラーマウントにおける揺動モータ回転軸の締結部とミラーが固定されている接着部との間に、締結時の締め付け力がミラーヘ加わらないようにするための溝を設けている。このため、ミラーマウントの剛性が低くなり、動作が不安定になった。
また、特許文献１の図２に記載のガルバノスキャナの場合、マウントアダプタを出力軸の端部に圧入する必要があるので、マウントアダプタがゆがんで装着される結果、ミラーの取り付けがずれてしまう。あるいは、マウントアダプタを出力軸に圧入するのに手間・時間がかかるといった問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ミラーマウントの剛性が高く、ミラーを短時間で交換することができるガルバノスキャナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、レーザ光を反射するミラーを固定したミラーマウントをモータの出力軸に固定して、ミラーを揺動動作させるガルバノスキャナにおいて、外周部に円錐台側面状のテーパ部を備える楔形リングと、楔形リングを付勢する付勢手段と、を設けると共に、前記ミラーマウントのモータ側に、テーパ角度が前記楔形リングのテーパ部と同一の穴を設けておき、前記付勢手段、前記楔形リング、前記ミラーマウントの順で前記出力軸に係合させた状態で、前記付勢手段により前記楔形リングを前記出力軸の軸線方向に付勢して前記楔形リングを径方向に変形させて締め付けることにより前記ミラーマウントを前記出力軸に固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
ミラーマウントの剛性が高いので、ガルバノスキャナの動特性が安定になる。また、ミラーの交換が容易で、ミラー交換時の作業能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るガルバノスキャナの構成図である。（実施例１）
【図２】本発明に係るミラーマウント部の斜視図である。
【図３】本発明に係るガルバノスキャナの構成図である。（実施例２）
【図４】本発明に係る楔形リングの変形例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係るガルバノスキャナの構成図であり、（ａ）はガルバノスキャナの全体斜視図、（ｂ）はミラーマウント部の分解斜視図、（ｃ）はミラーマウント部の断面図である。
図１（ａ）に示すように、ガルバノスキャナ１は、揺動モータ２とミラー３とから構成され、ミラー３は、ミラーマウント５を介して揺動モータ２の回転軸４に連結されている。揺動モータ２のケース２ａの内部には図示を省略するアクチュエータとアクチュエータの回転軸４の回転角度を検出する例えば光電式ロータリーエンコーダ等の角度センサが配置されている。回転軸４は、揺動モータ２内に配置された一対の軸受により回転自在である。アクチュエータはコイルと永久磁石とから構成されており、コイルに駆動電流を通電することで回転軸４の軸回りに回転方向の駆動トルクが作用し回転軸４が回転する。
【００１３】
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、回転軸４の先端外周部には回転軸４の軸線Ｏと平行な面４ａが形成されており、断面はＤ字形である。以下、回転軸４の面４ａが形成されている部分をＤカット部４Ａという。Ｄカット部４Ａの軸線方向の長さは、フランジ８（付勢手段）の板厚と楔形リング７の軸線方向の長さを加えた長さよりもαだけ長い。なお、長さαは、軸方向に付勢された楔形リング７の先端が後述するテーパ穴５ｂの底面に当接しない長さであり、好適には、１ｍｍである。
方形板状のフランジ８の中心部には、Ｄカット部４Ａに嵌合する断面Ｄ字形の貫通穴８ｃが形成されている。フランジ８の長手方向の両端には、軸線Ｏに関して対称のねじ穴８ａ、８ｂが形成されている。
材質がアルミニウムまたはステンレスである楔形リング７のテーパ角度はθ（好適には２０度）である。楔形リング７の傾斜部先端の肉厚は０．５ｍｍであり、傾斜部後端の肉厚は１．５ｍｍである。
ミラーマウント５は円柱の周囲の一部を互いに対になる箇所に切り欠いた面が平行になるように２箇所切り欠かれ、切り欠かれていない部分の中央はコの字形の溝形状に切り欠かれている。この溝５ａにはミラー３が嵌め込まれ、エポキシ系接着剤によりミラーマウント５に固定されている。ミラーマウント５の張り出し部には、ねじ穴８ａ、８ｂと対応する位置に貫通穴５ｃ、５ｄが形成されている。ミラーマウント５の他方の端部の中央には楔形リング７の外周に係合するテーパ角度θのテーパ穴５ｂが開口している。
【００１４】
次に、ミラー３を回転軸４に固定する手順を説明する。
（１）回転軸４にフランジ８を保持させる。
（２）フランジ８を保持した回転軸４に楔形リング７を挿入する。このとき、テーパ部の先端側（細い側）が回転軸４の軸端側になるように挿入する。
（３）回転軸４に係合させた楔形リング７をテーパ穴５ｂに挿入し、ミラーマウント５を回転軸４に保持させる。このとき、テーパ穴５ｂの底面を回転軸４の軸端に当接させる。
（４）テーパ穴５ｂの底面を回転軸４の軸端に当接させた状態で、ボルト９ａ、９ｂを予め定めた締め付けトルクにより交互に締め付ける。ボルト９ａ、９ｂを予め定めた締め付けトルクで締め付けると、フランジ８がミラーマウント５に向かって移動し、楔形リング７をテーパ穴５ｂに押しつける。楔形リング７がテーパ穴５ｂに押しつけられるに従って、楔形リング７の内径が小さくなって回転軸４を締め付けることにより、回転軸４およびミラーマウント５との間で摩擦力が増大してミラーマウント５が回転軸４に対して強固に締結される。この結果、ミラー３を大きな加速度で回転させてもミラーマウント５が回転軸４に対して円周方向にずれることはない。また、ミラーマウント５には回転軸４に固定するための溝がないので、剛性が高い。
【００１５】
コイルの発熱は回転軸４を介してミラーマウント５およびミラー３に伝導される。しかし、ミラーマウント５は回転軸に対して対称（２回対称）な構造となっている。よって、ミラーマウント５が温度変化により軸線Ｏ方向に伸縮しても、ミラー３は面倒れしない。したがって、ミラー３で反射されたレーザ光が軸方向にドリフトすることはない。
【００１６】
この実施形態では、回転軸４にＤカット部４Ａを設けたので、フランジ８は回転軸４に対して回転することがない。したがって、ミラー３を交換しても、ミラー３の回転軸４に対する角度を交換前後で同じにすることができる。
【００１７】
次に、Ｄカット部４Ａの変形例について説明する。
図２は、Ｄカット部４Ａの変形例を説明する図である。なお、変形例におけるＤカット部もＤカット部４Ａという。
図１の実施形態におけるＤカット部４Ａにおける回転軸４の質量は軸線Ｏに関して対称ではない。そこで、同図（ａ）に示すように、軸線Ｏに関して面４ａと対称な面４ｂを形成すると共に、フランジ８の貫通孔８ｄをＤカット部４Ａに合わせた形状にすると、Ｄカット部４Ａの質量を軸線Ｏに関して対称（２回対称）にすることができる。このようにすると、楔形リング７による締付け面積が若干小さくなるが、回転時の動バランスが安定すると共に、回転軸４のイナーシャを小さくすることができる。
また、同図（ｂ）に示すように、面４ａに代えて回転軸４にキー溝４ｃを形成すると共に、フランジ８の貫通孔８ｅをキー溝４ｃにキー１２を嵌合させたときと同じ形状にしてもよい。この場合楔形リング７による締付け面積のロスが少ない。
これら図２に示した実施例では楔形リング７の形状を変更する必要が無いため、部材形状の変更を必要最小限にすることができる。
【実施例２】
【００１８】
図３は本発明の実施例２に係わるガルバノスキャナの構成図であり、（ａ）はガルバノスキャナの全体斜視図、（ｂ）はミラーマウント部の分解斜視図、（ｃ）はミラーマウント部の断面図である。なお、実施例１（図１）と同じものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。
同図（ａ）に示すように、ガルバノスキャナ１は、揺動モータ２とミラー３とから構成され、ミラー３は、ミラーマウント１０を介して揺動モータ２の回転軸４に連結されている。
【００１９】
同図（ｂ）、（ｃ）に示すように、雄ネジリング１１はリング状で、内径は回転軸４の外径よりも大径であり、外周には雄ねじ１１ａが形成されている。
ミラーマウント１０は円柱の周囲の一部を互いに対になる箇所に切り欠いた面が平行になるように２箇所切り欠かれ、切り欠かれていない部分の中央はコの字形の溝形状に切り欠かれている。この溝１０ａにはミラー３が嵌め込まれ、エポキシ系接着剤によりミラーマウント１０に固定されている。ミラーマウント１０の他方の端部の中央には雄ねじ１１ａに螺合する雌ねじ１０ｃが形成され、さらにその奥には楔形リング７の外側に係合するテーパ角度θのテーパ穴１０ｂが設けられている。
【００２０】
次に、ミラー３を回転軸４に固定する手順を説明する。
（ａ）回転軸４に雄ネジリング１１を挿入する。
（ｂ）雄ネジリング１１を保持した回転軸４に楔形リング７を挿入する。このとき、テーパ部の先端側が回転軸４の軸端側になるように挿入する。
（ｃ）回転軸４に係合させた楔形リング７をテーパ穴１０ｂに挿入させ、ミラーマウント１０を回転軸４に保持させる。このとき、テーパ穴５ｂの底面を回転軸４の軸端に当接させる。
（ｄ）ミラー３の回転軸４に対する角度を定める。
（ｅ）ミラーマウント１０を（ｄ）の状態に保ちながら、雄ネジリング１１の雄ねじ１１ａを雌ねじ１０ｃに螺合させ、予め定めた締め付けトルクで締め付ける。このとき、ミラーマウント１０が軸線Ｏ方向に移動しないように、かつ、ミラー３の回転軸４に対する角度が変化しないように注意する。雄ネジリング１１を予め定めた締め付けトルクで締め付けることにより雄ネジリング１１がミラーマウント１０に向かって移動し、楔形リング７をテーパ穴１０ｂに押しつける。楔形リング７がテーパ穴１０ｂに押しつけられるに従って楔形リング７の内径が小さくなり、回転軸４およびミラーマウント１０との間で摩擦力が増大してミラーマウント１０が回転軸４に対して強固に締結される。この結果、ミラー３を大きな加速度で回転させてもミラーマウント１０が回転軸４に対して円周方向にずれることはない。また、ミラーマウント１０には回転軸４に固定するための溝がないので、剛性が高い。
【００２１】
また、ミラーマウント１０に作用する応力はテーパ穴１０ｂのテーパ部全周にわたって均等であるので、ミラー３は変形しない。したがって、反射面３ａの平坦度はミラーマウント１０へ固定する前と同じに保たれる。
また、コイルの発熱が回転軸４を介してミラーマウント１０およびミラー３にも伝導されるが、ミラーマウント１０は回転軸に対して対称な構造となっているので、温度変化により軸線Ｏ方向に伸縮しても、ミラー３は面倒れしない。したがって、ミラー３で反射されたレーザ光が軸方向にドリフトすることはない。また、この実施例ではミラーマウントは脱着可能であり、ボルトを設けることなく、ガルバノスキャナの構成を簡略化することができる。
【００２２】
さらに、本実施例では雄ネジリング１１を僅かに締め付けるだけで楔形リング７の弾性変形により摩擦力を利用して締結される。また、マウントのミラー側を２回対称の形状としたので動的なアンバランスが生じにくく、ミラーの回転がスムーズになる。さらに、雄ネジリングを適度に締めあるいは緩めるだけでミラーマウントを回転軸から着脱できるのでガルバノミラーの交換が容易にできるためメンテナンス性にも優れている。このときガルバノミラーは変形することは無い。このように、本実施例ではミラー３の交換が容易にできるので、ミラー３を交換する際に作業能率を向上させることができる。
この実施例の構造を採用すると、雄ネジリング１１とミラーマウント１０を締結するためのボルトが不要であり、外径を小さくできるので、実施例１の構造に比べてミラーマウント部のイナーシャを小さくすることができる。
【００２３】
次に、楔形リング７の変形例について説明する。
図４は、楔形リング７の変形例を示す斜視図である。
同図（ａ）は、楔形リング７に軸線Ｏと平行で、軸線方向の一方の端部から他方の端部に達する１個のすり割り７ａを設けたものである。図示のようにすり割り７ａを設けると、楔形リング７と回転軸４およびミラーマウント５の嵌め合い精度を緩くすることができるので、製作コストが安価になる。
また、同図（ｂ）は、楔形リング７の円筒部とテーパ部の一部に軸線Ｏと平行で、軸線方向の他方の端部（テーパの後端側）から一方の端部（テーパの先端側）に達しない複数個（図示の場合４個）のすり割り７ｂ〜７ｅを円周方向に等間隔に配置したものである。このようにすると、（ａ）の場合に比べて動バランスの安定化が図れる。
また、同図（ｃ）は、楔形リング７のテーパ部の一部に軸線Ｏと平行で軸線方向の一方の端部（テーパの先端側）から他方の端部（テーパの後端側）に達しない複数個（図示の場合４個）のすり割り７ｆ〜７ｉを円周方向に等間隔に配置したものである。このようにすると、（ａ）の場合に比べて動バランスの安定化が図れる。
また、同図（ｄ）は、（ｂ）、（ｃ）の折衷型で、楔形リング７の円筒部とテーパ部の一部に軸線Ｏと平行なすり割り７ｂ、７ｄを、テーパ部の一部に軸線Ｏと平行なすり割り７ｇ、７ｉを円周方向に等間隔に配置したものである。このようにすると、（ａ）の場合に比べて動バランスの安定化が図れる。
また、図４の実施例によれば、すり割りを持たせることにより、若干硬い材質でも変形させることができるので、楔形リング７の材質の選択の幅が広がる。
【符号の説明】
【００２４】
４  出力軸
５  ミラーマウント
５ｂ  穴
７  楔形リング
８  フランジ（付勢手段）
Ｏ  出力軸４の軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005349439.tif 000004
【図４】
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