JP2001105167A

JP2001105167A - レーザスキャン方法

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Publication number: JP2001105167A
Application number: JP28822899A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Senda; 淳千田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-17
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP3368425B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな加工領域に対し、短時間での加工を可
能にするレーザスキャン方法を提供する。【解決手段】ガルバノスキャナの駆動特性に基づい
て、レーザ照射位置の最大移動距離Ｌmaxを定める。そ
して、各領域の少なくとも縦、又は横の幅Ｗが最大移動
距離Ｌmax以下となるように、加工領域を分割する。そ
して、分割された各領域に対して、葛折り状にレーザ光
を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザスキャン方
法に関し、特にガルバノスキャナを備えたレーザ加工装
置におけるレーザスキャン方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガルバノスキャナを備えたレーザ加工装
置は、例えば、図２に示すように構成されている。詳述
すると、図２のレーザ加工装置は、レーザ発振器２１
と、ミラー２２と、ガルバノスキャナ２３と、ｆ−θレ
ンズ２４とを備えている。

【０００３】このレーザ加工装置において、レーザ発振
器２１は、紫外レーザ光等の目的に応じた波長のレーザ
光を発生する。レーザ発振器２１から出射したレーザ光
は、ミラー２２で反射され、ガルバノスキャナ２３に所
定の入射角で入射する。ガルバノスキャナ２３は、レー
ザ光の進行方向をＸ軸方向に沿って変更するＸ軸ミラー
（図示せず）と、レーザ光の進行方向をＹ軸方向に沿っ
て変更するＹ軸ミラー（図示せず）とを備え、レーザ光
の進行方向を変えて出射させる。なお、Ｘ軸及びＹ軸
は、共に加工対象物２５の表面に平行であるとする。ｆ
-θレンズ２４は、ガルバノスキャナ２３から出射した
レーザ光を集光して加工対象物２５に照射する。このと
き、ｆ-θレンズ２４は、レーザ光が加工対象物２５に
対して垂直（即ち、Ｘ−Ｙ平面に垂直）に入射するよう
にレーザ光を集光する。レーザ光が照射された加工対象
物２５では、アブレーションあるいは溶融等が生じ、穴
あけ、溶接などの加工を行うことができる。

【０００４】以上のように、この種のレーザ加工装置で
は、ガルバノスキャナ２３を用いて、加工対象物２５上
の任意の点にレーザ光を照射することができる。しか
も、ガルバノスキャナ２３は、その動作速度が速く、レ
ーザ光の出射方向を極めて高速に変更することができ
る。従って、汎用プリント基板（PCB: Printed Circuit
board）の穴あけなど、多数の穴を形成する場合によく
利用されている。

【０００５】汎用プリント基板の穴あけを行う場合、行
列状（あるいは格子点状）に配列された多数の加工点に
対して効率良くレーザパルスを照射するために、レーザ
光照射位置を連続的に変えなければならない。従来、こ
のような穴あけ加工を行う場合には、次のようにレーザ
光の照射位置を変更している。

【０００６】まず、行列配置された加工点がＸ軸及びＹ
軸に沿って位置するように、即ち、加工点が形成する各
列がＸ軸（又はＹ軸）に平行、加工点が形成する各行が
Ｙ軸（又はＸ軸）に平行となるように、プリント基板を
レーザ加工装置に保持させる。そして、図３（ａ）又は
（ｂ）に示すように、加工点を辿るようにレーザ光の照
射位置を変更する。

【０００７】詳述すると、図３（ａ）の例では、一行目
の加工点（○で示す）を図の上から下へ辿るようにレー
ザ光の照射位置を変更し、次に２行目の加工点を図の下
から上へ辿るようにレーザ光の照射位置を変更する。以
後、奇数番目の行は、上から下へ、偶数番目の行は、下
から上へと加工点を辿るようにレーザ光の照射位置を変
更する。また、図３（ｂ）の例では、一列目の加工点を
図の右から左へ辿るようにレーザ光の照射位置を変更
し、次に２列目の加工点を図の左から右へ辿るようにレ
ーザ光の照射位置を変更する。以後、奇数番目の列は、
右から左へ、偶数番目の列は、左から右へと加工点を辿
るようにレーザ光の照射位置を変更する。このように、
従来のレーザスキャン方法では、レーザ光を葛折り状に
走査する。（ここでは、ガルバノスキャナ２３のミラー
を回転駆動して、レーザ光の照射位置を変えることを
「走査又はスキャンする」といい、必ずしも、レーザ光
の照射が行われているいるわけではない点に注意を要す
る。）なお、各列（又は行）を走査する場合は、ガルバノスキ
ャナ２３のＸ軸ミラー（又はＹ軸ミラー）のみを駆動
し、各列から次に列へ移動する場合は、ガルバノスキャ
ナ２３のＹ軸ミラー（又はＸ軸ミラー）のみを駆動すれ
ばよい。また、実際のレーザ光の照射は、各加工点に対
してパルス状のレーザ光を照射することにより行なわれ
る。

【０００８】以上のように、従来のレーザスキャン方法
では、行列配置された複数の加工点を一列ずつ順番に辿
るように、レーザ光を走査している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ガルバノスキャンは、
図４に示すような、ミラー回転角度と（加工点間におけ
る動作時間）＋（整定時間）との関係を持っている。つ
まり、ガルバノスキャンは、各ミラーの回転角度が小さ
ければ高速動作が可能であるが、その回転角度が大きく
なるにつれて（加工点間における動作時間）＋（整定時
間）が指数関数的に長くなるという駆動特性を有してい
る。

【００１０】従って、従来のように行列配置された加工
点を一列ずつ辿っていくようなレーザスキャン方法で
は、プリント基板が大きくなるに従い（加工点の配列の
縦又は横の幅が広くなるほど）、その面積の増加に比例
する以上の時間が必要になるという問題点がある。

【００１１】本発明は、大きな加工領域に対しても、短
時間での加工を可能にするレーザスキャン方法を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、加工対
象領域を複数の領域に分割し、分割された領域毎にガル
バノスキャナを用いてレーザ光を照射するレーザスキャ
ン方法において、前記分割された領域の大きさを前記ガ
ルバノスキャナの駆動特性に基づいて決定するようにし
たレーザスキャン方法が得られる。

【００１３】ここで、複数の加工点が前記加工領域に行
列配置されている場合、前記レーザ光の照射は、前記分
割された領域毎に葛折り状に行なわれる。

【００１４】また、本発明によれば、ガルバノスキャナ
を備えたレーザ加工装置を用い、加工対象物表面に行列
配置された複数の加工点にレーザ光を照射していくレー
ザスキャン方法において、前記ガルバノスキャナの駆動
特性に基づいて、前記加工対象物表面における前記レー
ザ光の直線移動距離の最大値を定め、前記複数の加工点
が構成する行及び列の長さが、共に前記最大値より大き
い場合に、前記加工対象物表面を複数の領域に分割する
ことにより、各領域において前記加工点が構成する行又
は列の長さを前記最大値より小さくし、各領域毎に、前
記加工点への前記レーザ光の照射を行うようにしたこと
を特徴とするレーザスキャン方法が得られる。

【００１５】より具体的には、前記加工点へのレーザ光
の照射は、葛折り状に行なわれる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、本発明のレーザスキ
ャン方法は、ガルバノスキャナを有するレーザ加工装置
を用いて実施される。

【００１７】まず、加工対象物であるプリント基板の加
工点の数、配置、及び間隔を考慮したうえで、レーザ加
工装置のガルバノスキャナの駆動特性に基づき、加工対
象物表面におけるレーザ光の直線移動距離の最大値（あ
るいは、ガルバノスキャナのＸ軸ミラー又はＹ軸ミラー
の最大回動角度）Ｌmaxを定める。この最大値Ｌmaxは、
ミラーの回転角と、その回転角だけミラーを回動させ静
止させるまでに要する時間の比が最大となるように
（｛（動作時間＋整定時間）／回転角｝が最小となるよ
うに）決定すれば良い。なお、この直線移動距離の最大
値Ｌmaxは、ガルバノスキャナの走査可能領域の幅より
もかなり小さくなるはずである。そして、各領域の幅
（縦又は横の長さ）Ｗが、その最大値Ｌmax以下となる
ように、プリント基板の加工領域を複数の領域に分割す
る。この分割は、走査可能領域がガルバノスキャナの走
査可能領域よりも狭い場合でも行う。加工領域分割の例
を、図１（ａ），（ｂ），及び（ｃ）に示す。

【００１８】次に、プリント基板をレーザ加工装置に導
入し、加工点の配列がＸ軸及びＹ軸と平行になるように
保持させる。このようにプリント基板を保持させること
で、ガルバノスキャナのＸ軸ミラー又はＹ軸ミラーを単
独で回動させて、加工点の各列又は各行を走査すること
が可能になる。

【００１９】この後、各領域に対して、従来と同様、レ
ーザ光を葛折り状に走査する。つまり、各加工点を葛折
り状に辿るよう、レーザ光照射位置を変更しつつ、各加
工点にレーザ光パルスを照射して加工を行う。その様子
を、図１（ａ），（ｂ），及び（ｃ）の各例についてそ
れぞれ矢印で示す。なお、本実施例における、レーザ光
の移動距離の最大値Ｌmaxは、加工領域を分割するため
に便宜上定めたものであって、実際のレーザ走査では、
それを超える直線走査が可能である。それゆえ、図１に
も示すように、各分割領域から次の分割領域へと連続し
て走査を行うことができる。

【００２０】本実施の形態の場合、ガルバノスキャナの
一方のミラー（例えば、Ｘ軸ミラー）を往復回動運動さ
せるとともに、他方のミラーを間欠動作させることによ
り、レーザ光を葛折り状に走査することができる。さ
て、汎用プリント基板の穴あけ加工を行う場合、従来の
レーザスキャン方法では、この往復回動運動の周波数
は、最大で５００Ｈｚ程度であった。これに対し、本発
明のレーザスキャン方法では、８００Ｈｚ以上の駆動が
可能である。その結果、広い加工領域に対してレーザ光
走査を行う場合でも、面積の増加に比例する程度の時間
増加で、レーザ光走査を行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、加工領域を分割して領
域毎にレーザ光走査を行うようにしたことで、加工時間
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は、それぞれ、加
工領域の分割例を示す図である。

【図２】本発明が適用されるガルバノスキャナを備えた
レーザ加工装置の構成の一例を示す図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、従来のレーザスキャン方
法によるレーザ光の照射位置の移動軌跡を示す図であ
る。

【図４】ガルバノスキャナのミラーの回転角と駆動時間
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

２１レーザ発振器２２ミラー２３ガルバノスキャナ２４ｆ-θレンズ２５加工対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工領域を複数の領域に分割し、分割さ
れた領域毎にガルバノスキャナを用いてレーザ光を照射
するレーザスキャン方法において、前記分割された領域の大きさを、前記ガルバノスキャナ
の駆動特性に基づいて決定するようにしたことを特徴と
するレーザスキャン方法。
【請求項２】複数の加工点が、前記加工領域に行列配
置されており、前記レーザ光の照射が、前記分割された
領域毎に葛折り状に行なわれることを特徴とする請求項
１のレーザスキャン方法。
【請求項３】ガルバノスキャナを備えたレーザ加工装
置を用い、加工対象物表面に行列配置された複数の加工
点にレーザ光を照射していくレーザスキャン方法におい
て、前記ガルバノスキャナの駆動特性に基づいて、前記加工
対象物表面における前記レーザ光の直線移動距離の最大
値を定め、前記複数の加工点が構成する行及び列の長さが、共に前
記最大値より大きい場合に、前記加工対象物表面を複数
の領域に分割することにより、各領域において前記加工
点が構成する行又は列の長さを前記最大値より小さく
し、各領域毎に、前記加工点への前記レーザ光の照射を行う
ようにしたことを特徴とするレーザスキャン方法。
【請求項４】前記加工点へのレーザ光の照射を、葛折
り状に行なうことを特徴とする請求項３のレーザスキャ
ン方法。