(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓を備えたアパーチャにより、レーザ発振器から放射されたレーザビームを前記窓の大きさに制限するようにしたレーザ加工機において、
前記アパーチャの前記レーザビーム入射側の側面が前記窓の外縁から外周方向に前記レーザビーム入射方向下流側に対して角度θ（９０°＞θ≧４５°）傾斜した円錐面に形成され、
前記アパーチャを収納したカバーが、円筒状で、その内面は黒化処理された反射率の小さい材料からなり、前記アパーチャを前記カバー内に取り付けたときの当該カバーの前記レーザビーム入射方向最上流側の端部から前記アパーチャの窓の位置の前記レーザビームの光軸に沿った長さをＬ、前記カバーの内径をＤ、入射する前記レーザビームの直径をＫ、前記窓の最小直径をｄとしたとき、
Ｄ＞Ｋ
であって、前記角度θによって表される
Ｌ＞（Ｄ−ｄ）／２ｔａｎ２θ 
を満足する寸法に形成され、前記窓の中心と前記レーザビームの中心に一致させ、前記アパーチャで反射された前記レーザビームを前記カバーの内面に照射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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窓を備えたアパーチャにより、レーザ発振器から放射されたレーザビームを前記窓の大きさに制限するようにしたレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、レーザによりプリント基板に穴明けをするレーザ穴明け機では、加工精度および作業性を向上させるため、アパーチャによりレーザ発振器から放射されたレーザビームのビーム径を所定の大きさに整える。このようなレーザ加工機のアパーチャを図６、７により説明する。
図６は従来のレーザ穴明け機の光学系の全体構成図であり、図７は図６のＡ部断面図である。図で、１はレーザ発振器で、レーザビーム２を出力する。３ａ〜３ｃはミラーである。４はアパーチャで、レーザビーム２を透過させずかつ熱伝導率が大きい銅等の材質で形成されている。アパーチャ４は所定の位置に窓４ａ（この場合は円形の貫通穴で、直径は１〜８ｍｍ程度である。）を備え、レーザビーム２の入射側の側面４ｂは円錐面に形成されている。アパーチャ４は窓４ａの軸心がレーザビーム２のビーム径の軸心に一致するように配置される。５はレンズ等からなる光学ユニット、６はプリント基板である。
【０００３】
次に、従来のレーザ加工機の動作を説明する。
レーザ発振器１から放射されたレーザビーム２は、ミラー３ａ、３ｂにより直角に曲げられ、アパーチャ４に入射する。そして、窓４ａを通過した通過ビーム２ａは、ミラー３ｃにより直角に曲げられた後、光学ユニット５で集光され、プリント基板６に穴を加工する。また、側面４ｂで反射された反射ビーム２ｂは、レーザ発振器１以外の場所に反射され、反射ビーム２ｂによりレーザ発振器が破損することを防止する。なお、レーザ加工機全体が図示をしないカバーにより周囲から遮蔽されているから、反射ビーム２ｂがレーザ加工機の外部に漏れることはない。
【０００４】
このように、レーザビーム２のビーム径を予め整えると、異なる穴径を加工する場合も、プリント基板６の表面からの光学ユニット５の高さを固定できる。この結果、穴の加工精度が向上するだけでなく、作業性も向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アパーチャ４が銅製である場合、反射ビーム２ｂのほとんどが側面４ｂで反射され、その勢力は衰えない。また、反射ビーム２ｂは指向性が高い。このため、レーザ出力にもよるが、レーザ加工機内の反射ビーム２ｂが入射する個所は徐々に加熱されて、局部的に１５０度Ｃに達する場合がある。例えば、加熱された個所がミラー３ｂの保持部であると、保持部が熱変形することによりミラー３ｂの位置がずれて、レーザビーム２の光軸が傾き、加工部に供給される加工エネルギが低下して、所望の加工を行うことができなくなる。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、アパーチャで反射されるレーザビームを適切に処理することができるレーザ加工機を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、窓を備えたアパーチャにより、レーザ発振器から放射されたレーザビームを前記窓の大きさに制限するようにしたレーザ加工機において、前記アパーチャの前記レーザビーム入射側の側面が前記窓の外縁から外周方向に前記レーザビーム入射方向下流側に対して角度θ（９０°＞θ≧４５°）傾斜した円錐面に形成され、前記アパーチャを収納したカバーが、円筒状で、その内面は黒化処理された反射率の小さい材料からなり、前記アパーチャを前記カバー内に取り付けたときの当該カバーの前記レーザビーム入射方向最上流側の端部から前記アパーチャの窓の位置の前記レーザビームの光軸に沿った長さをＬ、前記カバーの内径をＤ、入射する前記レーザビームの直径をＫ、前記窓の最小直径をｄとしたとき、
Ｄ＞Ｋ
であって、前記角度θによって表される
Ｌ＞（Ｄ−ｄ）／２ｔａｎ２θ 
を満足する寸法に形成され、前記窓の中心と前記レーザビームの中心に一致させ、前記アパーチャで反射された前記レーザビームを前記カバーの内面に照射させることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係るレーザ加工機の光学系の全体構成図、図２は図１のＢ視図、図３は図２のＣ−Ｃ断面図、図４は図３のＤ部拡大図であり、図６、７と同じものまたは同一機能のものは同一符号を付して説明を省略する。図で、１０、１１はアパーチャである。アパーチャ１０は、図４に示すように、レーザビーム２の入射側の側面１０ｂが窓１０ａの外縁から角度θ（図示の場合、θ＝７５度）の円錐面に形成され、外周には雄ねじ１２が形成されている。なお、アパーチャ１０と１１は窓１０ａ、１１ａおよび側面１０ｂ、１１ｂの軸方向の長さが異なるが、他の寸法（外径、雄ねじ１２の長さおよび角度θ等）は同一である。１３は円筒形のカバーで、反射率が小さい材質、例えばカーボンで形成され、一方の内側端部に雄ねじ１２と螺合する雌ねじ１４が形成されている。カバー１３はホルダ１５の一方の側からホルダ１５に密着するようにして挿入され、図示を省略する手段によりホルダ１５に固定されている。１６はホルダ１５を貫通する冷却水通路で、接続端子１７を介して図示を省略する冷却水循環装置に接続されている。１８はサポートで、ホルダ１５と一体であり、ボルト１９によりエアシリンダ２０のピストン２１に固定されている。
【００１０】
次に、各部の寸法について説明する。
カバー１３の被覆長さＬ、すなわちアパーチャ１０をカバー１３に螺合させたときのカバー１３の端部Ｍから窓１０ａの端部Ｎまでの距離と、カバー１３の内径Ｄ、レーザビーム２の直径Ｋ、窓１０ａの最小直径ｄおよび角度θの間には下記式１〜３の関係がある。
（１）Ｄ＞Ｋ                              式１
（２）Ｌ＞（Ｄ−ｄ）／２・ｔａｎ２θ      式２
（３）９０＞θ≧４５                      式３
次に、本実施の形態の動作を説明する。
予めエアシリンダ２０を動作させ、窓１０ａと窓１１ａのいずれか一方の中心（ここでは窓１０ａ）を、レーザビーム２の中心に一致させて位置決めする。レーザ発振器１から放射されたレーザビーム２は、ミラー３ａ、３ｂにより直角に曲げられ、アパーチャ１０に入射する。そして、窓１０ａを通過した通過ビーム２ａは、ミラー３ｃにより直角に曲げられた後、光学ユニット５で集光され、プリント基板６に穴を加工する。
【００１１】
一方、反射ビーム２ｂは、上記式２、３の関係により、図４に示すように、最も中心側である窓１０ａの端部Ｎで反射された反射ビーム２ｂｎもカバー１３の内面に入射し、カバー１３に吸収されて熱に変わる。カバー１３は水冷されたホルダ１５に密着して固定されているから、温度はほとんど上昇しない。また、アパーチャ１０も雌ねじ１４を介して冷却されるから、温度上昇値は小さく、窓１０ａの直径が熱により拡大することはない。
【００１２】
なお、上記ではカバー１３全体をカーボンとしたが、例えば、ホルダ１５を銅製とし、反射ビーム２ｂが照射される部分に筒状のカーボンを圧入あるいは接着するようにしてもよい。また、カバー１３とホルダ１５を一体の銅製として、内面を黒化処理しても良いし、鉄製として内面を四三酸化鉄皮膜処理してもよい。
【００１３】
また、上記実施の形態では、アパーチャの数を２個としたが、窓径の異なる多数のアパーチャを用意して切換え手段に保持させ、窓の中心をレーザビームの軸心に一致させるように構成すると、加工できる穴径の種類をさらに増やすことができる。
【００１４】
また、角度θを９０＞θ≧４５としたが、被覆長さＬを長くできる場合には、θをできるだけ大きくして窓１０ａ部の軸心方向の肉厚を厚くするようにすればアパーチャ１０の寿命を長くすることができる。
【００１５】
図５は本発明の他の実施の形態を示す図で、上記の図４に対応する図である。図で、３０はエアノズルで、カバー１３に固定されており、端部３０ａは図示を省略する圧縮空気源に接続されている。この実施の形態では、カバー１３およびアパーチャ１０を空気により冷却するので、装置構成が簡単になる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アパーチャで反射されたレーザビームを全てカバー円筒形内面に照射させるようにしたので、反射ビームを確実に吸収することが可能となり、この結果、レーザビームの光軸の狂い、レーザ加工機内の構成部品の変形などの発生を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工機の光学系の全体構成図である。
【図２】図１のＢ視図である。
【図３】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図３のＤ部拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図６】従来のレーザ穴明け機の光学系の全体構成図である。
【図７】図６のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
２  レーザビーム
２ｂ  反射ビーム
１０  アパーチャ
１０ｂ  側面
１３  カバー
【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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