(57)【要約】【課題】簡易な構成で、角度検出信号の耐ノイズ性を向上させることのできるガルバノ駆装置を提供する。【解決手段】ガルバノ駆動装置２は、ガルバノミラー４１と同ガルバノミラーを回動させる駆動モータ４４とを有するガルバノ駆動ユニット４０と、ガルバノミラーを回動させるために、同ユニット４０に駆動信号を与える駆動制御手段３０とを備える。ガルバノ駆動ユニット４０は、ガルバノミラーが回動する回動角度を検出し、回動角度に応じた角度検出信号Ｓｄを生成する回動角度検出センサ４５を有し、駆動制御手段３０は、角度検出信号Ｓｄと駆動信号との差分に基づいてフィードバックを行うサーボ回路を含む。ガルバノ駆動ユニット４０は、さらに、角度検出信号Ｓｄを増幅する増幅手段４６を有し、増幅手段４６によって増幅された角度検出信号Ｓｄをサーボ回路に送出する。【選択図】図３
2009134150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガルバノミラーと、所定の駆動信号を受けて前記ガルバノミラーを回動させる駆動モータと、前記ガルバノミラーが回動する回動角度を検出し、前記回動角度に応じた角度検出信号を生成する回動角度検出センサとを備えたガルバノ駆動ユニットにおいて、
前記回動角度検出センサの近傍に設けられ、前記角度検出信号を増幅する増幅手段と、
前記駆動モータ、回動角度検出センサ及び前記増幅手段を収容するケーシングと、
前記ケーシングに設えられ、前記増幅手段によって増幅された前記角度検出信号を出力するための出力端子と
を備えることを特徴とするガルバノ駆動ユニット。
【請求項２】
ガルバノミラーと、前記ガルバノミラーを回動させる駆動モータとを有するガルバノ駆動ユニットと、
前記ガルバノ駆動ユニットに駆動信号を与える駆動制御手段とを備え、
前記駆動制御手段からの前記駆動信号に基づいて駆動電流を前記駆動モータに流すことで前記ガルバノミラーを回動させるガルバノ駆動装置において、
前記ガルバノ駆動ユニットは、前記駆動制御手段からの駆動信号を受けて前記ガルバノミラーが回動する回動角度を検出し、前記回動角度に応じた角度検出信号を生成する回動角度検出センサを有し、
前記駆動制御手段は、前記回動角度検出センサと信号線で接続されたサーボ回路であって、前記信号線を介して送られてくる前記回動角度検出センサからの前記角度検出信号と前記駆動信号との差分に基づいてフィードバックを行うサーボ回路を含み、
前記ガルバノ駆動ユニットは、前記回動角度検出センサからの前記角度検出信号を増幅する増幅手段と、前記駆動モータ、回動角度検出センサ及び前記増幅手段を収容するケーシングと、前記ケーシングに設えられ、前記増幅手段によって増幅された前記角度検出信号を出力するための出力端子とを有し、前記出力端子を介して、前記角度検出信号を前記サーボ回路に送出することを特徴とするガルバノ駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガルバノ駆動装置を備え、レーザ光を用いて所定の加工処理を行うレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ発生部と、
前記ガルバノ駆動装置を含み、前記レーザ発生部から前記レーザ光を受け、前記ガルバノ駆動装置を用いて前記レーザ光を所定の加工個所に走査して照射する走査部とを備えたレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガルバノ駆動ユニット、そのガルバノ駆動ユニットを備えたガルバノ駆動装置、及びそのガルバノ駆動装置を搭載したレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザ光を発生するレーザ発振器を有するレーザ発生部と、このレーザ発生部が出射したレーザ光の光路方向を変更するガルバノミラー等を有する走査部とを備えたレーザ加工装置が知られている（特許文献１参照）。この種のレーザ加工装置の走査部（ガルバノ駆動装置）には、ガルバノミラーを駆動制御する駆動制御回路と、ガルバノミラー及びその回動手段である駆動モータを有するガルバノ駆動ユニット（スキャナ）とが分離して設けられている。そして、ガルバノ駆動ユニットには、通常、ガルバノミラーの回動角度を検出して角度検出信号を生成する角度センサが設けられている。その角度検出信号は、駆動制御回路にフィードバックされ、ガルバノミラーの回動角度の所望の制御に利用されている。  
また、近年、その利便性から、上記角度センサとしてフォトダイオードを使用した角度センサが使用されている。
【特許文献１】特開平９−３８７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、フォトダイオードを使用した角度センサからの角度検出信号は微弱な信号であるため、その耐ノイズ性が高いとはいえなかった。そのため、角度検出信号の耐ノイズ性を補ってレーザ加工の信頼性を確保するために、例えば信号線に必ずシールド線を使用する必要があったり、あるいは、駆動制御回路とガルバノ駆動ユニットとをできるだけ近くに配置する等の設計上の自由度が低められたりするおそれがあった。さらには、駆動制御回路において、微弱な角度検出信号を扱うに際しての回路上の配慮等も必要であった。
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑み提案されたものであって、簡易な構成によって角度検出信号の耐ノイズ性を向上させることのできるガルバノ駆動ユニット、ガルバノ駆動装置、及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、第１の発明は、ガルバノミラーと、所定の駆動信号を受けて前記ガルバノミラーを回動させる駆動モータと、前記ガルバノミラーが回動する回動角度を検出し、前記回動角度に応じた角度検出信号を生成する回動角度検出センサとを備えたガルバノ駆動ユニットにおいて、前記回動角度検出センサの近傍に設けられ、前記角度検出信号を増幅する増幅手段と、前記駆動モータ、回動角度検出センサ及び前記増幅手段を収容するケーシングと、前記ケーシングに設えられ、前記増幅手段によって増幅された前記角度検出信号を出力するための出力端子とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、所定のレベルに増幅された角度検出信号をガルバノ駆動ユニットから駆動制御手段側に供給することができる。そのため、駆動制御手段側において高性能部品からなる増幅回路や高度な基板設計技術を用いずに、直接、角度検出信号を取り込むことができる。また角度検出信号のレベルが大きいため、Ｓ／Ｎ比が改善され、耐ノイズ性が向上される。また、駆動回路からガルバノ駆動ユニットまでの距離を伸ばすことが可能となり、設計自由度を増大させることができる。
【０００７】
また、第２の発明は、ガルバノミラーと、前記ガルバノミラーを回動させる駆動モータとを有するガルバノ駆動ユニットと、前記ガルバノ駆動ユニットに駆動信号を与える駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段からの前記駆動信号に基づいて駆動電流を前記駆動モータに流すことで前記ガルバノミラーを回動させるガルバノ駆動装置において、前記ガルバノ駆動ユニットは、前記駆動制御手段からの駆動信号を受けて前記ガルバノミラーが回動する回動角度を検出し、前記回動角度に応じた角度検出信号を生成する回動角度検出センサを有し、前記駆動制御手段は、前記回動角度検出センサと信号線で接続されたサーボ回路であって、前記信号線を介して送られてくる前記回動角度検出センサからの前記角度検出信号と前記駆動信号との差分に基づいてフィードバックを行うサーボ回路を有し、前記ガルバノ駆動ユニットは、前記回動角度検出センサからの前記角度検出信号を増幅する増幅手段と、前記駆動モータ、回動角度検出センサ及び前記増幅手段を収容するケーシングと、前記ケーシングに設えられ、前記増幅手段によって増幅された前記角度検出信号を出力するための出力端子とを有し、前記出力端子を介して、前記角度検出信号を前記サーボ回路に送出することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第１の発明と同様な効果を得ることができるとともに、駆動制御手段において増幅に係る構成が低減されるため、ガルバノ駆動装置のコストダウンや小型化が実現される。
【０００９】
また、第３の発明は、請求項２に記載のガルバノ駆動装置を備え、レーザ光を用いて所定の加工処理を行うレーザ加工装置であって、前記レーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ発生部と、前記ガルバノ駆動装置を含み、前記レーザ発生部から前記レーザ光を受け、前記ガルバノ駆動装置を用いて前記レーザ光を所定の加工個所に走査して照射する走査部とを備える。  
この構成によれば、角度検出信号のＳ／Ｎ比が改善され、耐ノイズ性が向上されため、レーザ加工の信頼性が向上される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成によって、ガルバノ駆動ユニットで生成される角度検出信号の耐ノイズ性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施形態１＞
（レーザ加工装置）
本発明の実施形態１のレーザ加工装置１を、図１及び図２を参照しつつ説明する。レーザ加工装置１は、例えば図１に示すような外形を有し、レーザ発生部１０、走査部２０、連結部材１００、及び、連結部材１００内に収容されるビームエキスパンダ（図示せず）等を備える。
【００１２】
レーザ発生部１０のハウジングは、断面略矩形状の筒形状をなしており、図２に示すように、例えばアルミニウムによって形成（押出成形）された縦長のベース部１２と、後端側及びこの後端側から前端側に向かう側面が天板から垂下して板面を有するように形成された発振部保護カバー１３とによって構成されている。
【００１３】
レーザ光源１４は、レーザ光をビームエキスパンダに向けて出射する。レーザ光は、ビームエキスパンダよって所定のビームスポットを有するように整形され、レーザ出射口（図示せず）から走査部２０に、例えば不可視光として出射される。
【００１４】
走査部２０には、後述する本発明によるガルバノ駆動装置２、ｆθレンズ２５、及び制御基板２６等が備えられている。上記レーザ出射口を通って入射したレーザ光は、ガルバノ駆動装置２を介して所定の向きに変更され、ｆθレンズ２５によって収束光とされる。この収束光は、例えば図１に示されるように、ワークＷの印字領域Ｗ１上に照射され、所定の印字加工が行われる。図中の符号Ｌは、ワークＷを搬送する搬送ラインである。
【００１５】
次に、図２及び図３を参照して、本発明によるガルバノ駆動ユニット４０Ｘ、４０Ｙ及びガルバノ駆動装置２を説明する。
【００１６】
（ガルバノ駆動装置）
まず、ガルバノ駆動装置２は、図２に示されるように、駆動回路３０、一対の本発明によるガルバノ駆動ユニット４０Ｘ、４０Ｙ、ユニットマウンタ５０Ｘ、５０Ｙ等を備える。ガルバノ駆動ユニット４０Ｘはユニットマウンタ５０Ｘに、ガルバノ駆動ユニット４０Ｙはユニットマウンタ５０Ｙに、それぞれ保持孔（図示せず）等を介して保持されている。
【００１７】
なお、ガルバノ駆動ユニット４０Ｘ及びガルバノ駆動ユニット４０Ｙは同一構成を有し、またそれらを駆動する駆動回路３０も同一構成を有するため、図３においては、便宜上、１個のガルバノ駆動ユニット４０及びそれを駆動する駆動回路３０のみが示される。
【００１８】
制御基板２６上には、データ生成部２９、駆動回路３０等が形成されている。制御基板２６から、電力がガルバノ駆動ユニット４０に供給され、カルバノミラー４１の回動が制御される。制御基板２６は、走査部２０内において、ユニットマウンタ５０Ｘ、５０Ｙの近傍に設けられている。
【００１９】
データ生成部２９は、例えば、レーザーマーカー（レーザ加工装置）に所定のマークを印字させるために予め設定されたデータに基づいて、各ガルバノミラー４１の角度データを生成し、その角度データに応じた駆動信号を、電圧信号として駆動回路３０に出力する。
【００２０】
駆動回路（本発明における「駆動制御手段」及び「サーボ回路」に相当する）３０は、複数のアンプ、電源監視回路３３、電源ＯＦＦ時保護回路３４、入力リミット回路３６及び振角リミット回路３７等を含む。駆動回路３０は、データ生成部３６から受けた駆動信号を増幅して、駆動モータ（詳しくは、モータコイル）４４に与える駆動電力を生成する。
【００２１】
また、駆動回路３０は、ポジションセンサ４５の角度検出信号Ｓｄを、信号線（好ましくはシールド線）４８を含む帰還路（配線）３１を介してフィードバックし、ガルバノミラー４１の現在角度とデータ生成部２９から受けた駆動信号との偏差、及び、その偏差の時間微分値に応じて、駆動モータ４４への駆動電力を制御する。さらに、駆動回路３０は、その駆動モータ４４に流れた電流を、帰還路３２を介してフィードバックして、駆動軸４２の回動動作の安定を図っている。その際、ポジションセンサ４５の角度検出信号Ｓｄは、図３に示されるように、ポジションセンサ４５の近傍に設けられた増幅回路４６によって所定の信号レベルまで増幅されて、駆動回路３０に供給される。そのため、駆動回路３０側において増幅回路を介さずに、直接、角度検出信号Ｓｄを取り込むことができる。
【００２２】
このように、ガルバノ駆動装置２においては、データ生成部２９から駆動信号を受けた駆動回路３０は、各アンプにて駆動信号を増幅させて駆動電力を生成し、これを駆動モータ４４に与える。これにより、駆動軸４２が回動して、ガルバノミラー４１が、原点から目標角度に向けて回動する。このとき、ポジションセンサ４５にて検出した現在角度と目標角度との偏差、及び、その偏差の時間微分値がフィードバックされ、ガルバノミラー４１が、迅速に目標角度に到達するように制御される。
【００２３】
その他、駆動回路３０には、ガルバノミラー４１を保護する構成が設けられている。まず、帰還路３２にて閉ループ回路とされた主幹路の途中には、スイッチＳＷ１が設けられ、駆動モータ４４への電力の供給／停止が切り替えられる。具体的には、電源のオフ操作に連動して、電源ＯＦＦ時保護回路３４によりスイッチＳＷ１がオフされ、駆動部４３への電力供給ラインが強制的に遮断される。これにより、駆動回路３０に備えたアンプ等から、不正規の電力供給が行われて、駆動部４３が異常動作するという事態が防止される。また、駆動回路３０に給電を行う電源に異常が発生したときには、電源監視回路３３がこれを検出して、やはり、スイッチＳＷ１がオフし、駆動部４３への電力供給ラインを強制的に遮断するようになっている。
【００２４】
さらに、入力リミット回路３６及び振角リミット回路３７によってスイッチＳＷ２，ＳＷ３を制御して、駆動信号等の異常に対するガルバノミラー４１の保護が図られている。入力リミット回路３６は、データ生成部２９からの駆動信号の異常を検出した場合、スイッチＳＷ３をオン状態に保持する。このとき、駆動回路３０の入力端子がＧＮＤに短絡されて、ガルバノミラー４１は強制的に原点に退避させられる。
【００２５】
また、振角リミット回路３７は、ポジションセンサ４５の検出結果を取り込み、これを予め設定した基準値と比較することで、ガルバノミラー４０の現在角度の異常を検出する。振角リミット回路３７は、ガルバノミラー４１の実際の角度が、駆動回路３０内でのノイズ等の影響を受けて予め設定した基準値を超えたときに、スイッチＳＷ３をオンさせる。そして、スイッチＳＷ３をオンしてから所定の遅延時間後に、スイッチＳＷ２をオンし、アンプ３５の動作を停止させる。これにより、やはりガルバノミラー４１が原点に向けて強制的に回動される。
【００２６】
（ガルバノ駆動ユニット）
次に、図３を参照して、本発明によるガルバノ駆動ユニット４０について詳細に説明する。ガルバノ駆動ユニット４０は、図３に示すように、ガルバノミラー４１、駆動軸４２及びケーシ４７ング等を含む。ケーシング４７内には、駆動部４３、ポジションセンサ（回動角度検出センサ）４５、及び増幅回路４６が備えられている。
【００２７】
駆動部４３は、駆動軸４２をケーシング４７に対して回動可能に備え、駆動軸４２には、ガルバノミラー４１が固定されている。駆動部４３は駆動モータ４４を備え、駆動モータ４４のコイルに流される電流の大きさ及び向きに対応して駆動軸４２を回動させる。駆動軸４２の回動に伴って、ガルバノミラー４１が所定の角度に回動される。
【００２８】
ポジションセンサ４５は駆動軸４２に連結され、ガルバノミラー４１が、例えば、原点からどれだけ離れた角度に位置しているかを検出し、角度検出信号Ｓｄを生成する。ポジションセンサ４５は、ここでは、例えば発光素子とフォトダイオード（例えば、ＰＳＤ（Position Sensitive Diodes）として）とを備えた光学式センサである。角度検出信号Ｓｄは、ポジションセンサ４５の近傍に設けられた増幅回路４６に供給され、増幅回路４６によって所定の信号レベルまで増幅される。増幅された角度検出信号Ｓｄは、信号線４８を介して駆動基板２６上の駆動回路３０に供給される。信号線４８は駆動基板２６の所定の端子等に接続される。
【００２９】
また、ケーシング４７には、増幅回路４６によって増幅された角度検出信号Ｓｄを出力するための出力端子４９ａが設けられ、出力端子４９ａに信号線４８が接続される。さらに、ケーシング４７には、駆動モータ４４への駆動電流（駆動信号）を受け取るための入力端子４９ｂ及び駆動電流をフィードバックするための出力端子４９ｃ等が設けられている。
【００３０】
（効果）
上記したように、本実施形態においては、増幅回路４６によって所定の信号レベルにまで増幅された角度検出信号Ｓｄが、出力端子４９ａ及び信号線４８を介して駆動回路３０に供給される。そのため、駆動回路３０側において増幅回路を介さずに、直接、角度検出信号Ｓｄを取り込むことができる。
【００３１】
また角度検出信号Ｓｄが増幅されそのレベルが大きいため、Ｓ／Ｎ比が改善され、耐ノイズ性が向上される。また、駆動回路３０すなわち駆動回路基板２６から駆動ユニット４０までの距離を伸ばすことが可能となり、走査部２０の設計自由度を増大させることができる。
【００３２】
また、駆動回路３０側において微小信号増幅のための高性能部品の使用や高度な基板設計技術が不要となり、駆動回路３０のコストダウンや小型化が可能となる。
【００３３】
さらには、増幅回路４６を、例えばフォトタイオードと組み合わせたカスタムＩＣとして構成することにより、小型なままで高性能のガルバノ駆動ユニット４０を実現することが可能となる。
【００３４】
すなわち、本実施形態によれば、ガルバノ駆動ユニット４０内において、ポジションセンサ４５の近傍に増幅回路４６を設けるという簡易な構成によって、角度検出信号の耐ノイズ性を向上させることができる。
【００３５】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において構成の一部を適宜変更して実施することができる。
【００３６】
（１）ガルバノ駆動ユニット４０に設けられる増幅回路４６の信号増幅率は、特に限定されず、所望の信号レベル、Ｓ／Ｎ比等、個々の設計条件に応じて適宜決定されるようにすればよい。
【００３７】
（２）また、増幅回路４６の実装形態も、特に限定されず、使用されるポジションセンサ４５に応じて適宜決定されるようにすればよい。例えば、上記したフォトタイオードを使用したポジションセンサを使用する場合、フォトタイオードと組み合わせたカスタムＩＣとして増幅回路４６を構成してもよい。
【００３８】
（３）上記実施形態では、ポジションセンサ４５として、発光素子とフォトタイオードとを備えた光学式センサを使用する例を示したが、ポジションセンサはこれに限定されない。ポジションセンサは、例えば、静電容量式やミラー面センシング方式等であってもよい。
【００３９】
（４）上記実施形態では、ガルバノミラー４０の保護構成として、電源監視回路３３、電源ＯＦＦ時保護回路３４、入力リミット回路３６、振角リミット回路３７、及びスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が、ガルバノ駆動装置２の駆動回路３０に設けられた例を示したが、それらの構成は任意であり、適宜省略されてもよい。
【００４０】
（５）上記実施形態では、ガルバノ駆動装置２をレーザ加工装置１に適用する例を示したが、本発明によるガルバノ駆動装置２は、光を高信頼性のもとにスキャンさせるための様々な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置を上方から見た概略斜視図
【図２】同レーザ加工装置の一例を示す概略横断面図
【図３】同レーザ加工装置に搭載されるガルバノ駆動装置の概略回路図
【符号の説明】
【００４２】
１…レーザ加工装置
２…ガルバノ駆動装置
１０…レーザ発生部
１４…レーザ光源
２０…走査部
３０…駆動回路（駆動制御手段、サーボ回路）
４０Ｘ、４０Ｙ…ガルバノ駆動ユニット
４１Ｘ、４１Ｙ…ガルバノミラー
４４…駆動モータ
４５…ホジションセンサ（回動角度検出センサ）
４６…増幅回路（増幅手段）
４８…信号線
４９ａ…出力端子
【図１】
2009134150.tif 000003
【図２】
2009134150.tif 000004
【図３】
2009134150.tif 000005