JP4388460B2 - シート状ワークの保持方法および保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばフレキシブルプリント基板を加工するレーザ式加工装置に適用し好適であり、ロール状に巻かれたシート状ワークを展開し、その一部を平坦なテーブル上に保持させるようにしたシート状ワークの保持方法および保持装置に関する。

シート状ワークを加工する加工装置として、例えば、ロール状に巻回された未加工の被加工素材を巻き出す巻き出し装置と、該巻き出し装置からの前記被加工素材に対して穴明け加工を施す加工部（レーザヘッド）を有する加工装置と、該加工装置による加工済の前記被加工素材をロール状に巻き取る巻き取り装置と、を順次備えたレーザ加工装置が知られている（特許文献１）。該レーザ加工装置は、加工装置の本体に対し相対移動可能に配置されて、前記被加工素材の長手方向に存する複数の加工ブロックを前記加工部による加工位置に順次位置決めするように移動する加工テーブルと、前記加工テーブルと一体的に配置されて、該加工テーブルが前記加工部による加工の開始位置から終了位置に移動する際に前記被加工素材を前記加工テーブルに対して拘束し、かつ該加工テーブルが前記加工終了位置から前記加工開始位置に復帰する際には前記被加工素材を前記加工テーブルから解放するように動作するクランプ手段と、前記加工テーブルが前記加工終了位置に到達した際、前記クランプ手段が前記被加工素材を解放する動作に先立って、該被加工素材の前記加工装置に対する相対位置を固定し、かつ前記加工テーブルが前記加工開始位置に復帰した際、前記クランプ手段が前記被加工素材を拘束した後に、該被加工素材の前記加工装置に対する相対位置の固定状態を解除するように動作する相対位置固定手段と、を備えている（特許文献１）。

この技術によれば、シート状ワークであるプリント基板の位置がレーザヘッドに対してずれることを防止できると共に加工能率を向上させることができる。

なお、シート状のプリント基板を加工テーブル上に位置決めする時には、供給ロールと巻き取りロールとの間に僅かな張力を付加し、プリント基板を張った状態で加工テーブルに位置決めし、プリント基板を吸引あるいはクランパ等の固定具によりテーブルに固定することが多い。

また、被加工物の対向する両端部をそれぞれ保持する少なくとも１対のクランプと、この１対のクランプの間に相対的に遠ざかる方向の付勢を加えて前記被加工物に張力を加える張力付加装置とを備えるレーザ加工装置が知られている（特許文献２）。

この技術によれば、カールし易い被加工物であっても、被加工物を平坦に保つことができるので、加工精度を向上させることができた。

特開２００４−１９５５１０号公報 特開平１０−２９６４７３号公報

ところで、表面に銅箔が設けられたプリント基板をレーザで穴明けをする場合、穴明けに先立ってエッチング処理が行われ、該エッチング処理によりプリント基板の板厚は不均一になる。このため、エッチング処理されてからロール状に巻かれたプリント基板には走行方向と略平行なしわが発生している。

しかし、プリント基板に走行方向の張力を付しても、走行方向と略平行なしわを解消することはできない。このため、エッチング処理されたプリント基板はしわが残った状態でテーブルに保持される。

レーザ加工の場合、しわの部分では焦点距離が合わないために穴が加工されず、加工不良が発生するが、上記特許文献１、２のいずれも、シート状ワークの走行方向と略平行なしわに対する配慮がなされていない。

本発明の目的は、シート状ワークをしわのない状態でテーブルに保持することができるシート状ワークの保持方法および保持装置を提供することにある。

上記した課題を解決するため、本発明は、シート状ワークの保持方法として、ロール状に巻かれたシート状ワークを展開し、その一部を平坦なテーブル上に保持させるようにしたシート状ワークの保持方法において、前記シート状ワーク（ｗ）を前記テーブル（６）上に載置する工程と［図３（ａ）参照］、前記テーブル（６）に対向する面が前記シート状ワーク（Ｗ）に向って凸の曲面に形成された弾性部材からなる押さえ部材（６１）により、前記テーブル（６）上に載置したシート状ワーク（Ｗ）を前記テーブルの反対側（上方）から加圧し、該押さえ部材を弾性変形させて前記シート状ワークとの接触面積を増大させることにより該シート状ワークのしわを除去する工程と［図３（ｂ）参照］、前記加圧を継続した状態で前記テーブルに前記シート状ワークを（例えば吸引により）保持させる工程と［図３（ｃ）参照］、前記保持させた状態で、前記押さえ部材（６１）による加圧を解除する工程と［図３（ｄ）参照］、を備える、ことを特徴とする。

また、シート状ワークの保持装置としての本発明は、シート状ワーク（Ｗ）が載置される平坦な載置面を有するテーブル（６）と、前記テーブルに対向して配置され、該テーブルに対して接離自在に構成されると共に、前記テーブル（６）と対向する面が前記シート状ワーク（Ｗ）に向って凸の曲面に形成された弾性部材からなる押さえ部材（６１）と、前記シート状ワーク（Ｗ）を、前記テーブル（６）の載置面に保持し得る保持手段と、を備え、前記押さえ部材（６１）の凸の曲面により、前記テーブル（６）に載置されたシート状ワーク（Ｗ）を加圧し、弾性部材からなる前記押さえ部材（６１）の凸の曲面を弾性変形させて前記シート状ワーク（Ｗ）との接触面積を増大させることにより、前記シート状ワーク（Ｗ）のしわを除去し、前記押さえ部材（６１）により加圧されている際に前記保持手段を作動させ、しわが伸びた状態で前記シート状ワーク（Ｗ）を前記テーブル（６）の載置面に保持する、ことを特徴とする。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより請求項の記載に何等影響を及ぼすものではない。

本発明によると、シート状ワークをしわのない状態でテーブルに固定できるため、加工品質を向上させることができる。

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は本発明を適用したレーザ加工機の正面一部断面図、図２は図１におけるＡ部拡大図、図３は動作説明図である。

本発明に係るレーザ加工機５０において、門形のコラム３０はベッド１上に固定されて設置されている。コラム３０には、レーザ発振器３１と、複数のミラー３２（図では２個）と、一対のガルバノスキャナミラー３３と、ｆθレンズ３４が配置されている。

直線案内装置２がベッド１の上面に配置されており、Ｘテーブル３は、直線案内装置２により、ベッド１上をＸ方向に移動自在である。直線案内装置４がＸテーブル３の上面に配置されており、Ｙテーブル（移動テーブル）５は、直線案内装置４により、Ｘテーブル３上をＹ方向に移動自在である。以上の構成であるから、Ｙテーブル５は、ベッド１に対してＸＹ方向に移動自在である。

図２に示すように、Ｙテーブル５の上面には、加工テーブル６とリールホルダ１０とが配置されている。加工テーブル６の下面にはＸ方向において、フレキシブルプリント基板等のシート状ワーク（以下、単に「ワーク」という）ｗの幅以上の横幅を有する溝６ｍが形成されている。加工テーブル６の上面には、図示を省略する内部の中空部に接続する複数の孔が形成されており、その図示を省略する内部の中空部は図示を省略する真空源に接続されており、これらにより保持手段が構成される。また、リールホルダ１０には、供給リール１１、巻き取りリール１２、ガイドローラ１３，１４，１５、クランパ１６，１７、反転ローラ１８、及びワーク搬送装置（移動手段）２０が配置されている。

未加工のワークｗがロール状に巻かれた供給ロール４０は供給リール１１に保持される。供給リール１１はリールホルダ１０に保持され、図示を省略するモータにより回転自在である。供給リール１１の軸の下端１１ｂは隣接するガイドローラ１３の上端１３ｔよりも下方に位置決めされている。従って供給リールは不図示のモータの駆動によりワークｗを供給することができる（供給側ロール保持装置）。

巻き取りロール４１は加工が終了したワークｗがロール状に巻かれたものである。巻き取りロール４１は巻き取りリール１２に保持される。巻き取りリール１２はリールホルダ１０に保持され、図示を省略するモータにより回転自在である。巻き取りリール１２は巻き取りロール４１の下端４１ｂが隣接するガイドローラ１４の下端１４ｂよりも上方となる位置に配置されている。従って巻き取りリール１２は不図示のモータの駆動によりワークｗを巻き取ることができる（巻き取り側ロール保持装置）。

回転自在のガイドローラ１３は、上端１３ｔが加工テーブル６の表（上）面よりも上方になるようにしてリールホルダ１０に支持されている。回転自在のガイドローラ１４、１５は、下端１４ｂ、１５ｂが溝６ｍの底面よりも下方になるようにしてリールホルダ１０に支持されている。

クランパ１６、１７は、受け台１６ｕ、１７ｕと、受け台１６ｕ、１７ｕに対向して配置された押さえ１６ｐ、１７ｐとから構成され、受け台１７ｕを除き、それぞれ図示を省略する手段によりＺ方向（図の上下方向）に移動自在である。受け台１６ｕは下降端にあるときが待機位置であり、このとき上面は加工テーブル６の表面よりも低い位置に、また上昇端にあるときの上面は、上記ガイドローラ１３の上端１３ｔと同一の高さの位置、すなわち加工テーブル６の表面より上方になるように、それぞれ位置決めされる。また、押さえ１６ｐの下降端は、該押さえ１６ｐの下面が待機位置にある受け台１６ｕの上面に押圧し得るように、待機位置にある受け台１６ｕの上面よりも僅かに下方となる位置である。更に、押さえ１７ｐの下降端も、該押さえ１７ｐの下面が受け台１７ｕの上面に押圧し得るように、受け台１７ｕの上面よりも僅かに下方となる位置である。回転自在の反転ローラ１８は、その上端１８ｔがガイドローラ１３の上端１３ｔと同一の高さになるようにしてリールホルダ１０に支持されている。

ワーク搬送装置２０は、図示を省略するモータやガイドレール機構等の手段により、リールホルダ１０に対してＸ方向に移動・位置決め自在である。ワーク搬送装置２０には、クランパ２１が支持されている。クランパ２１は、上下方向に移動自在の押さえ２１ｐと受け台２１ｕとから構成されている。受け台２１ｕの待機位置は、図２に実線で示すように、上面が加工テーブル６の上面よりも低い位置であり、その上昇端はガイドローラ１３の上端１３ｔと反転ローラ１８の上端１８ｔと同一の高さ位置である。また、押さえ２１ｐの待機位置は、同図に実線で示すように、下面がガイドローラ１３の上端１３ｔや反転ローラ１８の上端１８ｔの高さよりも上方となる位置であり、下降端は、押さえ２１ｐの下面が、上昇端にある受け台２１ｕの上面に押圧し得るように、上昇端にある受け台２１ｕの上面よりも僅かに下方となる位置である。なお、ワーク搬送装置２０のＸ方向における待機位置は、同図に実線で示す移動の左端であり、移動の右端は同図に点線で示す位置である。

図１に示すように、コラム３０にはＹテーブル５に対向するようにして加圧プレート６０が配置されている。加圧プレート６０の下部には弾性体で形成された押さえ部材６１が固定されている。押さえ部材６１の表面（Ｙテーブル５に対向する面）は、加工テーブル６に向かって凸の曲面からなり、詳しくは加圧プレート６０のＸＹ方向の中心を頂点とする曲球面（凸レンズ状）に形成されている。加圧プレート６０はコラム３０に保持された昇降装置６２により上下Ｚ方向に移動して位置決め自在である。

次に、本レーザ加工機５０の動作を図に沿って説明する。なお、供給ロール４０に保持されている未加工のワークｗには、走行方向（Ｘ方向）のしわが発生している。

まず、段取り作業について説明する。予めクランパ１６、１７および２１を総て開いた状態で（受け台１６ｕ、２１ｕを待機位置に、押さえ１６ｐ、１７ｐ、２１ｐ上昇端にそれぞれ位置決めする）、供給ロール４０を供給リール１１に支持させ、ワークｗを反転ローラ１８に巻きつけてから加工テーブル６の溝６ｍを通し、端部を巻き取りリール１２（巻き取りロール４１）に固定する。

次に、供給リール１１、及び巻き取りリール１２に図中時計回り方向のトルクを僅かに付加させた状態で押さえ１６ｐを下降させ、クランパ１６によりワークｗを保持させる。さらに、押さえ１７ｐを下降させ、クランパ１７によりワークｗを保持させる。すると、図３（ａ）に示すように、ワークｗは走行方向に僅かに張力を付加された状態で加工テーブル６の上面に固定される。

このとき、クランパ１６、１７がワークｗを保持することによりワークｗのクランパ１６、１７に挟まれた部分のしわは除去されるが、加工テーブル６中央付近のしわは除去されないまま残っている。

次に、同図（ｂ）に示すように、Ｙテーブル５を移動させ、加工テーブル６の中心を押さえ部材６１の中心に位置決めした後、加圧プレート６０を押さえ部材６１の表面がほぼ平坦になるまで下降させる。なお、このとき、ワークｗの加工領域は総て押さえ部材６１に接触して加圧されている。押さえ部材６１がワークｗに接した後は、図４に示すように、押さえ部材６１の下降に伴い、押さえ部材６１とワークｗとの接触面が同図に矢印で示すように同心円状に拡大し、ワークｗに形成されているしわはのばされる。

次に、同図（ｃ）に示すように、加圧プレート６０を下降させたままの状態で、図示を省略する真空源を動作させ、ワークｗを加工テーブル６の表面に吸着させる。この結果、ワークｗはしわがない状態で加工テーブル６の表面に固定される。

以上でワークｗの固定が完了したので、以下、加工を行う。すなわち、加工テーブル６を移動させ、加工しようとする領域をｆθレンズ３４に対して位置決めし、レーザ発振器３１を動作させ、レーザ発振器３１から出力されたレーザ光をミラー３２を介してガルバノスキャナミラー３３に導く。そして、ガルバノスキャナミラー３３によりレーザ光を位置決めし、ｆθレンズ３４によりレーザ光の光軸を垂直にしてワークｗに入射させ、ワークｗを加工する。ｆθレンズ３４で決まる領域の加工が終了したら、Ｘテーブル３あるいはＹテーブル５を移動させて、次の加工領域の加工を行う。

次に、加工終了後のワーク移動工程について説明する。加工が終了したら、図示を省略する真空源を停止させ、加工テーブル６のワークｗ吸着動作を停止した後、押さえ１６ｐを上昇させる。そして、同図（ｄ）に示すように、クランパ２１を動作させ、すなわち受け台２１ｕを上昇させた後、押さえ２１ｐを下降させ、押さえ２１ｐと受け台２１ｕによりワークｗを保持させる。

次に、同図（ｅ）に示すように、押さえ１７ｐを上昇させる。この結果、ワークｗはローラ１３の上端１３ｔ及びローラ１８の上端１８ｔの高さ位置に位置決めされる。

この状態で、同図（ｆ）に示すように、ワーク搬送装置２０を所望の距離（所望量）だけ図の右方に移動させる。なおこの際、供給リール１１によりワークｗを供給しつつ、巻き取りリール１２により加工が終了したワークｗを巻き取る。

次に、受け台１６ｕを上昇端に移動させた後、同図（ｇ）に示すように、押さえ１６ｐを下降させ、クランパ１６によりワークｗを保持させる。

次に、クランパ２１を解放し（この場合、押さえ２１ｐは上昇端に、受け台２１ｕは上面がワークｗに接触せず、かつ加工テーブル６の上面に接触しない位置に、それぞれ移動させる。）、図３（ｈ）に示すように、ワーク搬送装置２０（クランパ２１）を待機位置に戻す。

次に、図３（ｉ）に示すように、受け台２１ｕを待機位置に位置決めした後、同図（ｊ）に示すように、押さえ１７ｐを下降させ、クランパ１７によりワークｗを保持させる。そして、図３（ｋ）に示すように、クランパ１６を解放する。その後、受け台１６ｕを待機位置に位置決めしてから、押さえ１６ｐを下降させ、クランパ１６によりワークｗを保持させる（図３（ａ）参照）。以下、上記工程を繰り返す。

上記の工程の間、及び加工時においては、供給リール１１及び巻き取りリール１２を回転させるモータを、ワークｗに悪影響を与えない範囲のトルクで駆動し、ワークｗに張力を付加して、ワークｗに弛みが発生しないように制御する。なお、ローラ１３、ローラ１４、或いは反転ローラ１８等をバネ等で所定方向に付勢することで、ワークｗに張力を付加し、それによってワークｗに弛みが発生しないようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係るシート状ワークの保持方法を採用したレーザ加工機５０によると、ワークｗにしわがない状態で加工ができるため、品質に優れる加工を行うことができる。

また、この実施形態では、供給リールと巻き取りリールを加工テーブル５上の一方側に配置したので、シート状ワークに自由ループを形成させる場所を必要とせず、レーザ加工機５０全体の設置面積を小さくすることができる。また、構成要素が少ないので、制御が容易である。

また、供給リールと巻き取りリールを加工テーブル５上の一方側に配置したので、加工テーブル５の両側に配置する場合に比べて、レーザ加工機５０全体の設置面積を小さくすることができる。

また、しわの方向が走行方向以外であっても、しわを延ばすことができる。なお、ここでは、押さえ部材６１の表面を、加圧プレートのＸＹ方向の中心を頂点とする球状の曲面（凸レンズ状）に形成したが、円筒面とし、円筒面の軸心を走行方向（Ｘ方向）と平行に配置してもよい。このようにすると、図５（ａ）に示すように、押さえ部材６１とワークｗの接触面が幅方向に徐々に拡大するので、ワークｗに発生しているしわを除去することができる。

また、図５（ｂ）に示すように、円筒面の軸心を走行方向に直交して配置してもよいし、あるいは斜めに配置しても、上記の場合と同様にワークｗのしわを除去することができる。

なお、押さえ部材６１の表面形状としては楕円面の一部等、ワークｗとの接触部が徐々に中心部から周辺部に向かって増加させることができる形状であればよい。

また、押さえ部材６１は中実の弾性材で形成してもよいし、内部に空間を設け、この空間に流体を充填したものでもよい。また、押さえ部材として多孔質の弾性体（例えば、スポンジ）のものであってもよい。

スポンジを押さえ部材とすると、ワークｗに貫通穴が形成されている場合であっても、図３における工程（ｃ）においてワーク吸着後の押さえ部材６１を容易にワークｗから離間させることができる。

さらに、押さえ部材６１表面に接着層を設け、ワークｗ表面のゴミを取る機能を設けるようにしてもよい。

また。本発明は、プリント基板に限らず、他のシート状ワークを加工する場合に適用することができる。

本発明を適用したレーザ加工機の正面一部断面図である。 図１におけるＡ部拡大図である。 本発明を適用したレーザ加工機の動作説明図であり、（ａ）〜（ｋ）はそれぞれ異なる状態を示す。 押さえ部材によりワークに作用する力の方向を示す図である。 押さえ部材によりワークに作用する力の方向を示す図で、（ａ）（ｂ）はそれぞれ異なる実施の形態を示す。

符号の説明

６ テーブル
６１ 押さえ部材
ｗ シート状ワーク

Claims (4)

1. ロール状に巻かれたシート状ワークを展開し、その一部を平坦なテーブル上に保持させるようにしたシート状ワークの保持方法において、
   前記シート状ワークを前記テーブル上に載置する工程と、
   前記テーブルに対向する面が前記シート状ワークに向って凸の曲面に形成された弾性部材からなる押さえ部材により、前記テーブル上に載置したシート状ワークを前記テーブルの反対側から加圧し、該押さえ部材を弾性変形させて前記シート状ワークとの接触面積を増大させることにより該シート状ワークのしわを除去する工程と、
   前記加圧を継続した状態で前記テーブルに前記シート状ワークを保持させる工程と、
   前記保持させた状態で、前記押さえ部材による加圧を解除する工程と、
   を備えることを特徴とするシート状ワークの保持方法。
2. シート状ワークが載置される平坦な載置面を有するテーブルと、
   前記テーブルに対向して配置され、該テーブルに対して接離自在に構成されると共に、前記テーブルと対向する面が前記シート状ワークに向って凸の曲面に形成された弾性部材からなる押さえ部材と、
   前記シート状ワークを、前記テーブルの載置面に保持し得る保持手段と、を備え、
   前記押さえ部材の凸の曲面により、前記テーブルに載置されたシート状ワークを加圧し、弾性部材からなる前記押さえ部材の凸の曲面を弾性変形させて前記シート状ワークとの接触面積を増大させることにより、前記シート状ワークのしわを除去し、
   前記押さえ部材により加圧されている際に前記保持手段を作動させ、しわが伸びた状態で前記シート状ワークを前記テーブルの載置面に保持する、
   ことを特徴とするシート状ワークの保持装置。
3. 前記保持手段は、一端が負圧源に接続され他端が前記テーブルの表面に開口する複数の穴を有し、前記シート状ワークを吸着により保持する手段である、
   請求項２に記載のシート状ワークの保持装置。
4. 前記曲面は、前記押さえ部材の前記シート状ワークを押さえる面の中心を頂点とする曲面である、
   請求項２又は３に記載のシート状ワークの保持装置。

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