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JPH07185859A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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Publication number
JPH07185859A
JPH07185859A JP5329048A JP32904893A JPH07185859A JP H07185859 A JPH07185859 A JP H07185859A JP 5329048 A JP5329048 A JP 5329048A JP 32904893 A JP32904893 A JP 32904893A JP H07185859 A JPH07185859 A JP H07185859A
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JP
Japan
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processing
machining
laser
head
processing head
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Application number
JP5329048A
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English (en)
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JP2785666B2 (ja
Inventor
Hajime Oda
元 小田
Yoshiyuki Sugiyama
吉幸 杉山
Yuuji Hashidate
雄二 橋立
Keiichiro Yamanaka
圭一郎 山中
Takuhiro Ono
拓弘 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH07185859A publication Critical patent/JPH07185859A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数ファイバーを用いたレーザ加工装置に関
するもので、多品種の量産加工を可能にすることを目的
とする。 【構成】 レーザ発振器101、ビーム整形手段10
2、複数の光ファイバー105及び加工ヘッド108、
加工物取り付け用X−Y2軸ステージ機構114から成
るレーザ加工装置であって、加工ヘッド108にビーム
遮断機構108を設け、且つ加工ヘッドを移動可能にし
た構成とする。複数の加工ヘッドで同時加工が可能なだ
けでなく、サイズの異なる加工及び特殊な加工において
も柔軟に対応でき、しかも加工のロス時間を最小限に抑
える効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザビームにて穴加
工、パターン加工、切断等を行わせるレーザ加工装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、レーザの加工への応用は炭酸ガス
レーザ、YAGレーザを中心に盛んに行われてきてお
り、特にそれらを用いて金属板を対象とした加工分野で
は加工方法として確立されている。更に最近では紫外領
域の発振波長を有するエキシマレーザの加工応用が検討
されてきている。このエキシマレーザは炭酸ガスレー
ザ、YAGレーザ等と比較して発振波長が短いため微細
加工に適している。このエキシマレーザを用いた加工装
置の加工メカニズムは、従来の熱加工ではなく、高いフ
ォトンエネルギーを利用した非熱加工(いわゆるアブレ
ーション加工)であるため、加工形状が極めて美しく、
またパルス発振による加工のためパルス数によって加工
量の制御が容易に行える特徴を有している。
【0003】また量産化を睨んで一台のレーザが多数の
加工ヘッドを有する加工装置も開発されてきている。そ
の例として特開昭60−184488号公報で示されて
いる例を用いて説明する。図5にその構成を示した。レ
ーザ発振器21から発振されたビーム22は反射鏡2
3、集光レンズ24を経て光ファイバー25の入力端2
6に集光される。それぞれの入力端26a〜dは円筒保
護体27により保護されるとともに保持具28により1
軸上に配列され固定されている。更に保持具28はX−
Yテーブル29に取り付けられており、集光されたビー
ム22との相対移動が可能となっている。光ファイバー
25の出力端30は円筒形状の保持具31によって固定
されている。この保持具31には出力端30から出射さ
れるビームを集光する集光レンズ32が設けられてい
る。さらに保持具31は移動可変装置33に取り付けら
れている。一方、レーザ発振器21の直後にはビーム遮
断器35(シャッター36)が設けられており、レーザ
発振器21、X−Yテーブル29、移動可変装置33と
ともに制御部37に接続され制御されている。この構成
においてX−Yテーブル29にて保持具28をビーム2
2と相対的に移動させることにより、順次光ファイバー
25の入力端26にビームを導入させることができ、加
工物の複数箇所の加工ができ生産性の向上が図れる。し
かも入力端と入力端の間の移動中はシャッター36によ
りビーム22を遮断し周辺部の損傷を防ぐことができ
る。
【0004】また特開昭61−193794号公報には
レーザ光を複数のファイバーで分割し、同時に複数の加
工が行える従来例が示されている。図6にその構成を示
してある。レーザ601から発振された光は集光レンズ
602を経てミキシングロッド603に導入される。ミ
キシングロッド603の他端は多数本の光ファイバー6
04の束となり更に小束の光ファイバー605に分割さ
れ各ヘッド606に連結、固定され、その先端には焦点
レンズ608がそれぞれ設置されている。位置決めテー
ブル611は上下動可能な構造とし、レーザ光の焦点上
に加工材料609の位置決めができるようにしてある。
また加工ヘッド606は制御テーブル607の任意の位
置に予め保持し、NC制御装置610により、輪郭制御
する構成になっている。このような装置によって、ヘッ
ドの数だけ連続的に同時加工することを可能としてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5の従来例で示した
構成においては加工物の複数箇所の加工は行えるがビー
ムを順次送って加工するため大量生産には不向きであ
る。また図6の従来例で示した構成においてはビームを
複数ファイバーで分割してその数に対応するヘッドを用
いヘッドの数だけ連続的に同時加工することを可能とし
たものであるが、種々のサイズの加工物に対してはヘッ
ドが固定されているため対応が極めて困難である。
【0006】具体的な例としてプリント基板の穴明けを
行う場合、かなり大量の穴明けを必要とする。しかも一
般的にプリント基板は決まった大きさのマスター基板が
ありそこから複数個の同一パターンを取り出す。パター
ンの大きさによって1枚のマスター基板から取れる数が
異なってくる。またマスター基板には同一パターンの繰
り返しだけではなくて、マスクの位置合わせ、取扱い用
等の基準穴或いは基準パターンが必要でこれもレーザで
加工することが要求される場合がある。このようにプリ
ント基板の穴明けを行う場合には単に複数個のヘッドで
同時加工を行い生産性を向上させるだけではなく、いろ
いろな基板パターンサイズに対応し、しかも場合によっ
ては同一パターンとは異なる特殊な加工も要求され従来
の技術では対応が困難であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、レーザ発振器、ビーム整形手段、複数の
光ファイバー及び加工ヘッド、加工物取り付け用X−Y
2軸ステージ機構から成るレーザ加工装置であって、加
工ヘッドにビーム遮断機構を設け、且つ加工ヘッドを移
動可能にした構成とする。
【0008】
【作用】本発明は、上記構成により複数の同時加工が行
えるだけでなく、加工サイズの異なる加工及び特殊な加
工においても柔軟に対応できる。
【0009】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明について図面を参照して説明
する。
【0010】図1は本発明の一実施例のレーザ加工装置
を示した概略図である。レーザ発振器101はエキシマ
レーザを用いパルスビーム102を発生させる。パルス
ビーム102はカラエドスコープから成るビーム整形部
103に導入され強度分布が均一な矩形ビームに整形さ
れる。整形された矩形ビームは複数本の光ファイバーか
ら成るバンドルファイバー104に導入される。バンド
ルファイバー104の入端部はビームのロスを最小限に
するようにファイバー105がほぼ矩形ビーム形状に細
密構造に配列されている。それぞれのファイバー105
の先端部はそれぞれ加工ヘッド108に接続されてい
る。加工ヘッド108はファイバー105の先端部直後
にソレノイドを用いたビーム遮断機構106があり、必
要に応じてビーム遮断制御が行える。ビーム遮断機構1
06の先には縮小投影レンズ107がありファイバー1
05の先端部の形状を縮小投影しその形状に加工する。
加工ヘッド108は加工ヘッド取り付けバー109に取
り付けられている。
【0011】本実施例の説明を更に容易にするため、図
2に本発明の第1の実施例のレーザ加工装置の加工ヘッ
ド部を上部より見た様子を示す。4個の加工ヘッド10
8−1A,108−1B,108−1C,108−1D
が加工ヘッド取り付けバー109−1に固定されてい
る。同様に加工ヘッド取り付けバー109−2、109
−3、109−4にそれぞれ4個の加工ヘッド108−
2、108−3、108−4が固定されている。加工ヘ
ッド取り付けバー109は二本のスライドガイド111
−1、111−2によって1軸ではあるが移動が可能と
なっている。移動の手段はそれぞれ独立したパルスモー
タ112−1〜112−4及びボールネジ110−1〜
110−4によって行われる。加工ヘッド108の下方
にはプリント基板材料の加工物113が配置され、それ
がX−Yステージ114に固定されている。
【0012】つぎに動作について説明する。プリント基
板材料の加工物113はマスター基板で大きさが決まっ
ている。図2の場合16個の同一のプリント基板が加工
できる。まず加工ヘッド108を16個のパターンのピ
ッチに配列するするように加工ヘッド取り付けバー10
9をそれぞれのパルスモータ112により移動させ固定
させる。ただしこの場合は1軸方向のみのピッチが可変
できるためヘッド108固定方向はパターンの設計段階
でこの固定ピッチに合わせることになる。ピッチが決定
されるとプリント基板のパターンの穴位置データにより
X−Yステージ114を移動させ、それに連動させてレ
ーザ発振を行い穴加工を行う。この場合16個の加工ヘ
ッド108のビーム遮断機構106を解除した状態に
し、ビームを通過させることにより同一パターン116
が16個形成する。またプリント基板材料の加工物11
3にはその後の工程で必要な位置合わせ用の基準穴(も
しくは基準パターン)115が必要でその加工のために
は1個のヘッドを除き全ての加工ヘッドのビーム遮断機
構を動作させビームを遮断することによりをマスター基
板の他の部分に損傷を与える事なく基準穴115の加工
を行うことができる。
【0013】(実施例2)次に本発明の第2の実施例に
ついて図3を参照して説明する。図3は本発明の第2の
実施例のレーザ加工装置の加工ヘッド部の平面図で、1
個のパターンサイズが変化した場合の対応について説明
する。これはマスター基板の加工物113から8個のプ
リント基板のパターン117を取る例である。加工ヘッ
ド取り付けバー109−1及び109−3をプリント基
板のパターンピッチに配列し、残りの加工ヘッド取り付
けバー109−2、109−4に固定されている加工ヘ
ッド108−2、108−4のビームをビーム遮断機構
106−2、106−4により遮断する。加工は先の説
明と同様にプリント基板のパターンの穴位置データによ
りX−Yステージ114を移動させ、それに連動させて
レーザ発振を行い穴加工を行う。これによりマスター基
板から8個のプリント基板を取ることができる。
【0014】(実施例3)本発明の第3の実施例につい
て図4に示す。実施例3と同様に図4は12個取りの例
を示した図である。加工ヘッド取り付けバー109−1
を加工領域からはずしビーム遮断し、残りを指定された
ピッチに固定して加工する。
【0015】以上のように本実施例によれば、レーザ発
振器、ビーム整形手段、複数の光ファイバー及び加工ヘ
ッド、加工物取り付け用X−Y2軸ステージ機構から成
るレーザ加工装置であって、加工ヘッドにビーム遮断機
構を設け、且つ加工ヘッドを1軸移動可能にした構成と
することにより、複数の同時加工が行えるだけでなく、
加工サイズの異なる加工及び特殊な加工においても柔軟
に対応できる特徴があり、実際の多品種の量産加工を考
えた場合その効果は極めて大きい。
【0016】なお、本実施例では1軸方向は加工ヘッド
を固定してあるが、この方向も移動可能にすると構造は
複雑になるが更に自由度は向上する。また本実施例では
加工時には加工ヘッドは固定で、穴位置データによって
プリント基板材料の加工物を固定してあるX−Yステー
ジを移動させ加工を行っているが、加工ヘッドも移動さ
せ、更に加工ヘッドのビーム遮断機構も連動させ制御す
ることにより実際の穴明けに要する時間以外の時間のロ
スを最小限に抑制し加工時間の短縮を図ることが可能と
なるだけでなく生産性も更に向上する特徴を有する。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ発
振器、ビーム整形手段、複数の光ファイバー及び加工ヘ
ッド、加工物取り付け用X−Y2軸ステージ機構から成
るレーザ加工装置であって、加工ヘッドにビーム遮断機
構を設け、且つ加工ヘッドを移動可能にした構成とする
ことにより、複数の同時加工が行えるだけでなく、加工
サイズの異なる加工及び特殊な加工においても柔軟に対
応でき、しかも加工のロス時間を最小限に抑えることが
できる特徴があり、実際の多品種の量産加工を考えた場
合その効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のレーザ加工装置を示した概
略図
【図2】本発明の第1の実施例のレーザ加工装置加工ヘ
ッド部の平面図
【図3】本発明の第2の実施例のレーザ加工装置加工ヘ
ッド部の平面図
【図4】本発明の第3の実施例のレーザ加工装置加工ヘ
ッド部の平面図
【図5】従来のレーザ加工装置を示した概略図
【図6】他の従来のレーザ加工装置を示した概略図
【符号の説明】
21 レーザ発振器 22 レーザ光 23 反射鏡 24 集光レンズ 25 光ファイバー 26 入射端 27 入力端 28 保持具 29 X−Yテーブル 30 出力端 31 出力端保持具 32 集光レンズ光 33 移動可変装置 35 レーザ光遮断器 36 シャッター板 37 制御部 40 加工物 101 レーザ発振器 102 レーザビーム 103 ビーム整形部 104 バンドルファイバー 105 ファイバー 106 ビーム遮断機構 107 縮小投影レンズ 108 加工ヘッド 109 加工ヘッド取り付けバー 110 ボールネジ 111 スライドガイド 112 パルスモーター 113 加工物 114 X−Yステージ 115 基準穴(基準パターン) 116 加工パターン領域 117 加工パターン領域 118 加工パターン領域 601 レーザ 602 集光レンズ 603 ミキシングロッド 604 光ファイバー 605 小束の光ファイバー 606 ヘッド 607 制御テーブル 608 焦点レンズ 609 加工材料 610 NC制御装置 611 位置決めテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 圭一郎 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 小野 拓弘 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器と、前記レーザ発振器より
    発振されたレーザビームを整形する手段と、整形された
    ビームを導入する複数本の光ファイバーと、前記光ファ
    イバーに連結され少なくともレンズ系及びビーム遮断手
    段を構成の一部とする複数個の加工ヘッドと、前記加工
    ヘッドを移動する手段と、少なくとも2軸移動が可能な
    加工物取り付け用のテーブルとからなることを特徴とす
    るレーザ加工装置。
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