(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光レンズを備えた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て切断加工する極薄金属板のレーザ切断加工装置において、
前記加工ヘッドの下部において前記ノズルの外周部を囲むように設けられた円筒状のホルダと、
被加工物を載置するために前記ホルダの直下に設けられ、中空円状の上面を有するドーナツ状の形状をなすと共に、その中空円状の上面に全周に渡って前記ホルダの下端面と対向する領域が存在するよう形成された支持板と、
前記支持板に載置された被加工物を前記ホルダへ密着させるために、前記支持板の下面側において前記ホルダの下端面と対向する位置に複数設けられ、各々、前記支持板を前記ホルダ側へ付勢する弾性部材と、
を備え、
前記被加工物は、互いに対向する前記ホルダの下端面と前記支持板の上面の間に挟持され、
前記ホルダは、前記被加工物が前記ホルダの下端面と前記支持板の上面の間に挟持されたときに前記レーザ光の集光点が前記被加工物上に位置するよう形成されている
ことを特徴とする極薄金属板のレーザ切断加工装置。
【請求項２】
前記ホルダの下端面および前記支持板の上面には滑り板が設けられ、前記被加工物は、該各滑り板を介して前記ホルダと前記支持板の間に挟持される
ことを特徴とする請求項１記載の極薄金属板のレーザ切断加工装置。
【請求項３】
前記支持板は、アシストガスの吸引装置に接続した受台に高さ調整可能な調整筒を設けてその上に前記弾性部材を介して載置したことを特徴とする請求項１又は２記載の極薄金属板のレーザ切断加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ切断加工に関し、特にレーザによる極薄金属板の微細切断加工を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリント配線板に表面実装部品を取り付ける際には予めプリント配線板にクリームはんだを印刷しており、この印刷に使用されるメタルマスクをレーザ加工によって作られる場合が多くなっている。
【０００３】
このメタルマスクはステンレスの薄板（板厚０．１〜０．５ｍｍ）にレーザ光で所定のパターンに、高精度・高品質に微細切断することが要求されている。このような加工においては、レーザ光をできるだけ小さく集光させ、焦点位置の変動がないようにするとともにアシストガスを加工部に効果的に噴射する必要がある。
【０００４】
しかしながら、レーザ光による切断加工は、被加工物に対して瞬間的かつ局所的に入熱して溶融し、それをレーザ光同軸上から噴射されるアシストガス圧によって除去することによっているので、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、レーザ光の集光点が変動するという問題がある。
【０００５】
従来、これを解決したものとして、例えば特開平１０−３２８８６７号公報がある。
これは、図４に示すように、被加工物台３４に被加工物Ｗを張力を与えて緊張保持し、加工ヘッド３５とノズル６の間にベローズ４０を設け、ノズル６と一体の上部押え部材３０と、被加工物の下部に固定配置された下部固定定盤３１の高潤滑板３２とによって被加工物Ｗを上下から挟み込み、レーザ集光点Ａ付近の狭い領域で被加工物Ｗを拘束するようにしている。
【０００６】
そして、レーザ光の焦点合わせのため、加工ヘッド３５の左右両側に接触式変位計３９を設けて、これを連結板４１で連結し、連結板４１の下部に上部押さえ部材３０を固設している。
なお、図４において、４は集光レンズ、３７はＸ軸駆動軸、３８はＹ軸駆動軸であり、３６は接触式変位計３９の検知情報を記憶し、また、Ｘ軸駆動軸３７およびＹ軸駆動軸３８を作動させるＮＣ制御装置である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のレーザ切断加工装置では、被加工物のレーザ光加工位置付近を上部押え部材３０と下部固定定盤３１とで挟んでいるので、極薄板の被加工物でもアシストガスの圧力による被加工物の撓みを抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、この方法による場合は、加工ヘッド３５に取付けられた上部押え部材３０と下部固定定盤３１と被加工物台３４の３要素の平行度が高くなければならない。
平行度が悪いと被加工物は、下部固定定盤３１に無理矢理押し付けられるので、その部分が局部的に変形し易い。また、被加工物は上部押え部材３０と下部固定定盤３１の間で摺動するので、上部押え部材３０は下部固定定盤３１に対して常に同程度の圧力で押さえる必要があり、このためには接触式変位計３９などによって調整しなければならない。したがって、装置が複雑で大型化するばかりでなく、切断加工における被加工物の装着に時間を要するといった問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、簡素な構成でアシストガスによる集光点の位置変動を抑制するようにした極薄金属板のレーザ切断加工装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【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、
集光レンズを備えた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て切断加工する極薄金属板のレーザ切断加工装置において、加工ヘッドの下部においてノズルの外周部を囲むように設けられた円筒状のホルダと、被加工物を載置するためにホルダの直下に設けられ、中空円状の上面を有するドーナツ状の形状をなすと共に、その中空円状の上面に全周に渡ってホルダの下端面と対向する領域が存在するよう形成された支持板と、その支持板に載置された被加工物をホルダへ密着させるために、支持板の下面側においてホルダの下端面と対向する位置に複数設けられ、各々、支持板をホルダ側へ付勢する弾性部材とを備え、互いに対向するホルダの下端面と支持板の上面の間に被加工物が挟持され、ホルダは、被加工物がホルダの下端面と支持板の上面の間に挟持されたときにレーザ光の集光点が被加工物上に位置するよう形成されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明は、固定した加工ヘッド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、ＸＹステージに保持した薄板の被加工物を平面移動させて切断加工するレーザ切断加工装置に適用される。
ホルダの長さは、ホルダの下端部が被加工物に当接したとき、自動的に被加工物の表面がレーザ光の焦点距離と一致している。
【００１２】
ホルダの直下に設置される支持板は被加工物を載置してその裏面からホルダへ押し付けるためのもので、その上面はホルダの下端面と対向する弾性部材で上方へ付勢されている。弾性部材は、ホルダの下端の当接面に対向するよう、支持板の下面側においてその円周上に複数個設けて、ホルダに被加工物が均一に密着するようにする。
これによって、集光点付近の狭い範囲で被加工物を拘束し、集光点の位置を被加工物上に一定に保持する。
弾性部材は圧縮バネまたは弾性ゴムなど適宜なものを使用すればよい。また、弾性部材の付勢力（バネ定数×圧縮量×個数）は被加工物の材質や厚さによって適宜なものとすればよい。
【００１３】
支持板は弾性部材を介して上下方向には移動可能であるが、平面移動ができないように支持している。なお、回転は自由でよい。
被加工物はホルダと支持板に挟持され、加工時はこの間で摺動する。そのため、請求項２に記載のように、ホルダの下端面および支持板の上面に滑り板を設け、被加工物は各滑り板を介してホルダと支持板の間に挟持されるようにすることで、摺動抵抗を小さくし、被加工物に傷が付かないようにするのが望ましい。
【００１４】
支持板は受台の上面に弾性部材を介して設けるのが簡便であるが、支持板の高さ調整の必要もあり、また、加工時にアシストガスや溶融金属を処理する必要があるので、請求項３に記載のように、支持板は、アシストガスの吸引装置に接続した受台に高さ調整可能な調整筒を設けてその上に弾性部材を介して載置するのが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の実施形態例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、加工ヘッド３にはレーザ発振器１から反射ミラー２を介して入射されるレーザ光Ｌを集光する集光レンズ４が内装され、下端にはノズル６が設けられている。また、集光レンズ４の下部にはアシストガス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が設けられている。
【００１６】
なお、加工ヘッド３はＺ軸方向に移動可能に構成されており、また、ノズル６はアシストガスＡＧを被加工物Ｗの加工部位に集中的に流れ込むような径（１．０ｍｍ以下）としている。また、アシストガスＡＧは通常のレーザ加工の場合より高圧にしている。
【００１７】
一方、被加工物ＷはＸＹステージ２３上に配置され、ＮＣ制御装置２１により、予め設定してある切断データに基づいて制御され、所定の形状にならって移動するように構成されている。
加工ヘッド３の下部にはノズル６を囲む円筒状のホルダ７が取り付けられており、ホルダ７の下端の面は集光レンズ４の集光点Ａと一致している。なお、ホルダ７の下端面には滑り板８が付設されている。
【００１８】
そして、加工ヘッド３の直下にはホルダ７と対向して弾性支持された支持板１２が配設されている。
この詳細は図２に示すように、受台１０に高さが調整可能な調整筒１１が嵌合して設けられ、その上部に弾性部材である圧縮バネ１４を介して支持板１２が載置されている。すなわち、調整筒１１の外周には雄ネジが形成され、受台１０に係止した位置決めリング１５の内周の雌ネジと係合しており、位置決めリング１５を回動させることによって調整筒１１の高さが変えられる。また、調整筒１１の上部には穴が形成され圧縮バネ１４が装着されており、支持板１２が圧縮バネ１４に載置される。
【００１９】
そして、支持板１２は調整筒１１の内周に嵌挿する筒部１２ａを有するとともに調整筒１１の外周に嵌合する鍔１２ｂを備えており、鍔１２ｂの外周には滑り板１３を保持する押えリング１６の内周の雌ネジと係合する雄ネジが形成されている。
【００２０】
受台１０の中央部には吸引装置２２に接続される孔１０ａが形成されており、レーザ加工時は負圧状態にできるようになっている。
次に、このように構成された極薄金属板のレーザ切断加工装置の作用について説明する。
【００２１】
被加工物Ｗを切断加工するに当たっては、予め、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌが、反射ミラー２を介して集光レンズ４によって被加工物Ｗの表面に焦点Ａを結ぶように焦点合わせを行うとともに、ホルダ７の下端が焦点Ａと同一平面になるように調整する。
【００２２】
なお、集光レンズ４、ノズル６、ホルダ７は加工ヘッド３に固定配置されており、集光点Ａの変動はないので最初に１度行うだけで以後の調整は不要である。また、ホルダ７の下端位置の調整は被加工物Ｗの板厚が変わったときや滑り板８の摩耗が進んだ時に行えばよい。
【００２３】
一方、支持板１２の高さも調整筒１１を上下させて、被加工物Ｗの表面が基準の高さ位置（ホルダ７の下端の位置）より１〜３ｍｍ高い位置になるように調整しておく。
このように構成されているので、ＸＹステージ２３に被加工物Ｗを固定して加工ヘッド３を下降させると、ホルダ７の先端部が被加工物Ｗを押し付け、支持板１２を押し込む。これにより、被加工物Ｗは圧縮バネ１４によって下方から付勢された支持板１２とホルダ７によって挟持され、円筒状のホルダ７内に位置する被加工物Ｗは集光レンズ４の集光点Ａと一致する平面に拘束される。
【００２４】
切断加工時にはアシストガスＡＧは、レーザ光Ｌと同軸上に配置されたノズル６から被加工物Ｗに向けて高圧力で噴射され、また、被加工物ＷはＮＣ制御装置２１により、予め設定してある切断データに基づいて制御されて移動する。そして、被加工物Ｗはレーザ光の入熱により局部的かつ瞬間的に溶融し、負圧状態となっている支持板１２の中央から受台１０の孔１０ａを介して吸引装置２２へ吸引される。
【００２５】
被加工物Ｗは常時圧縮バネ１４によって下方から付勢された支持板１２で押し付けられ、ホルダ７の下端に密着した状態で摺動するのでレーザ集光点Ａは常時一定となり変動することはない。
なお、アシストガスＡＧのガス圧によって被加工物Ｗに撓みがでるとしても極めて僅かで一定量であり、相対的にレーザ集光点は変動しないので、製品の切断品質、形状精度および寸法精度は安定したものとなる。
【００２６】
また、被加工物Ｗの切断加工中はその上面はホルダ７の下端の滑り板８と、裏面は支持板１２上の滑り板１３と摺動して移動するので、摺動抵抗が小さくスムーズに動き、また、被加工物Ｗを損傷させることがない。
また、滑り板１３は図３に示すように、中央に孔１７が設けられ、上面には被加工物Ｗとの摺動摩擦を緩和する螺旋状凹溝１８が刻まれており、ＸＹステージ２１の負荷を軽減している。なお、螺旋状凹溝１８に冷却ガスを流せば、被加工物Ｗに対して冷却効果が働き切断端面の熱の影響をより抑制することができるほか、ドロスが付着しにくくなるという効果もある。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ切断加工装置は、ノズルの外周部を囲み下端部までの距離がレーザ光の焦点距離に一致するホルダを加工ヘッドの下部に設け、被加工物を該ホルダへ密着させるためホルダの直下に弾性部材で上方へ付勢する支持板を設けたので、集光レンズと被加工物間の距離（焦点位置）を切断加工中常時一定に保つことができ、その結果切断幅に変動のない安定した切断性能が得られる。また、被加工物のセット時に従来のような接触変位計などによる調整も必要とせず、多種の板厚に対して、段取り時間が必要なく、簡素な構成であるので取り扱い易いという効果がある。さらに、アシストガスの吸引装置に接続した受台に高さ調整可能な調整筒を設け、弾性部材を介して支持板を載置すれば、アシストガスおよび溶融金属が即座に排除されるので、ドロスの付着もほとんどなく、高品質な切断面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。
【図２】同  支持板１２の詳細図で、右半分は断面図である。
【図３】同  滑り板１３の平面図である。
【図４】従来の極薄金属板のレーザ切断加工装置の一実施形態例の全体構成を示す正面図である。
【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
７…ホルダ                ９…滑り板
１０…受台                １０ａ…孔
１１…調整筒              １２…支持板
１２ａ…筒部              １２b…鍔
１３…滑り板              １４…圧縮バネ
１５…位置決めリング      １６…押えリング
１７…孔                  １８…螺旋状凹溝
２１…ＮＣ制御装置        ２２…吸引装置
２３…ＸＹステージ        ３０…上部押え部材
３１…下部固定定盤        ３２…高滑性板
３４…被加工物台          ３５…加工ヘッド
３６…ＮＣ制御装置        ３７…Ｘ軸駆動台
３８…Ｙ軸駆動台          ３９…接触式変位計
４０…ベローズ            ４１…連結板
Ｌ…レーザ光              Ａ…集光点
Ｗ…被加工物              ＡＧ…アシストガス
【図１】
0004039832.tif 000002
【図２】
0004039832.tif 000003
【図３】
0004039832.tif 000004
【図４】
0004039832.tif 000005