JP2017100170A - デブリ回収機構及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デブリがワーク上に付着するのを抑制し、且つレーザ光路上からデブリを効果的に除去する。【解決手段】デブリ回収機構１７０は、ワークＷの表面とワークＷの表面にレーザ光Ｌを照射してワークＷを加工するレーザ加工部１４３との間に配置されるダクト３００と、ダクト３００の側部に配置され、送風機１８０から送風された気体をダクト３００の内部に噴出する噴出部材４００と、を有する。ダクト３００には、側部において噴出部材４００に対向する部分に、集塵機１９０に接続され、集塵機１９０に吸引されるダクト３００の内部の気体及びデブリが通過する吸引口３１０が形成されている。ダクト３００の天部３０１にはレーザ光Ｌが通過する開口部３１１が形成されている。底部３０２にはレーザ光Ｌが通過する開口部３１２が形成されている。側部において噴出部材４００に対して天部３０１に近い側の部分には開口部３１３が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光の照射により生じたデブリを回収するデブリ回収機構、及びデブリ回収機構を備えたレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置において、ガルバノスキャナにより走査され集光レンズで集光した高エネルギーのレーザ光をワークに照射することで、ワークを瞬時に溶融・蒸発させるアブレーション加工が広く用いられている。

アブレーション加工を行うレーザ加工装置では、加工時にデブリとよばれる微小な加工屑が飛散し、デブリがレーザ光を遮蔽したり、デブリがワークに付着したりする等により、加工精度が低下するという問題があった。このため、デブリをエアブロア等でレーザ光路上から除去する機構や、デブリがワークに付着しないようデブリを集塵機等で回収する機構が広く備えられている。

特許文献１には、エアで吹くことによりデブリをレーザ光路上から除去し、且つエアの吹付方向下流に設置した吸引ダクトによりデブリを回収する方法が記載されている。また、特許文献２には、吸引口を有するダクトをワーク上に設置し、吸引口の対向面から強い風速のエアと、その上下から弱い風速のエアとを吹くことにより、デブリを回収する方法が記載されている。

特開平１０−９９９７８号公報 特開２０００−３１７６７０号公報

デブリがレーザ光を遮蔽することによる加工精度の低下を抑えるには、デブリをレーザ密度の高い加工点近傍でレーザ光路上から除去する必要がある。このため、特許文献１のように、加工点近傍に強い風速のエアを吹くことが有効である。しかし、特許文献１の手法では、レーザ加工により発生したデブリが拡散するため、デブリを確実に回収しきれず、デブリがワークに付着する問題があった。

一方、特許文献２の手法では、ワークから飛散するデブリをダクト内に閉じ込めて回収することで、ワークに付着するのを抑制することはできる。しかし、引用文献２のようなダクトをワーク上に設置する場合、ダクト内の気流により、レーザ光路上からデブリを十分に除去できなくなる問題があった。即ち、特許文献２の手法では、ワーク直上の風速を弱めているため、デブリがワーク上の近傍を対流しレーザ光を遮蔽することがあった。そのため、加工精度の低下を抑制する効果が低いものであった。

そこで、本発明は、デブリがワーク上に付着するのを抑制し、且つレーザ光路上からデブリを効果的に除去することを目的とする。

本発明のデブリ回収機構は、ワークの表面と、前記ワークの表面にレーザ光を照射して前記ワークを加工するレーザ加工部との間に配置されるダクトと、前記ダクトの側部に配置され、送風機から送風された気体を前記ダクトの内部に噴出する噴出部材と、を有し、前記ダクトには、前記レーザ加工部に対向する天部に、前記レーザ光が通過する第１開口部と、前記ワークの表面に対向する底部に、前記レーザ光が通過する第２開口部と、前記側部において、前記噴出部材に対し、前記第２開口部における前記レーザ光が通過する領域よりも遠い部分に、集塵機に接続され、前記集塵機に吸引される前記ダクトの内部の気体及びデブリが通過する吸引口と、前記側部において前記噴出部材に対して前記天部に近い側の部分に第３開口部と、が形成されている。

本発明によれば、デブリがワーク上に付着するのを抑制し、且つレーザ光路上からデブリを効果的に除去することができるので、加工精度が向上する。

第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。 （ａ）は、デブリの飛散の様子を説明するための図、（ｂ）は、デブリを除去する様子を説明するための図である。 第１実施形態におけるデブリ回収装置を示す模式図である。 第１実施形態におけるデブリ回収機構を示す斜視図である。 第１実施形態におけるデブリ回収機構を示す斜視図である。 第１実施形態における噴出部材を示す斜視図である。 第２実施形態におけるデブリ回収装置を示す模式図である。 第２実施形態におけるデブリ回収機構を示す斜視図である。 第２実施形態におけるデブリ回収機構を示す斜視図である。 （ａ）は、第２実施形態における噴出部材を示す斜視図である。（ｂ）は、第２実施形態における噴出部材を示す中央断面図である。 第２実施形態におけるダクトの底部の位置で、天部から底部に向かう方向に見た、エアの流れを示す説明図である。 比較例のデブリ回収装置を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。図１に示すように、レーザ加工装置１０００は、加工機１００と、搬送機２００と、を備えている。搬送機２００は、加工機１００にワークＷを搬送する。加工機１００は、搬送されたワークＷをレーザ加工（アブレーション加工）する。第１実施形態では、ワークＷは、平板状の部材（ウェハ）である。

加工機１００は、複数のワークＷ（第１実施形態では２つのワークＷ）を同時に加工するものである。ここで、加工機１００におけるワークＷが搬送される面（後述するワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒの面）に対して水平な方向であって互いに交差（直交）する２方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向とし、垂直な方向をＺ軸方向とする。

加工機１００は、架台１０１、除振台１０２及び定盤１０３を有する。架台１０１は、床上に設置されている。架台１０１上には、除振台１０２が載置され、除振台１０２には、定盤１０３が載置されている。除振台１０２は、架台１０１を介し床から定盤１０３に伝わる振動を減衰させる。定盤１０３は、高い剛性を有し、定盤１０３上に搭載されるユニットに安定した面を提供する。なお、除振台１０２は、ゴムや空気バネなど、振動を減衰し伝達する性質を有したものであれば良く、特に限定するものではない。

加工機１００は、定盤１０３の上に搭載された、フレーム１０４及びＸＹステージ１１０を有する。ＸＹステージ１１０は、複数のワークＷを同時にＸＹ軸方向に移動させる移動機構である。ＸＹステージ１１０は、Ｙ軸ステージガイド１１１と、Ｙ軸ステージスライダ１１２と、Ｘ軸ステージガイド１１３と、Ｘ軸ステージスライダ１１４とを有する。

Ｘ軸ステージスライダ１１４は、Ｘ軸ステージガイド１１３に搭載され、Ｘ軸方向に移動が可能である。Ｘ軸ステージガイド１１３は、Ｙ軸ステージスライダ１１２に搭載されている。Ｙ軸ステージスライダ１１２は、Ｙ軸ステージガイド１１１に搭載され、Ｙ軸方向に移動が可能である。

定盤１０３には、Ｙ軸ステージスライダ１１２をＹ軸方向に移動させる不図示の駆動機構（例えば回転モータ、軸継手及びボールねじ）が搭載されている。更に定盤１０３には、Ｙ軸ステージスライダ１１２のＹ軸方向の位置を計測する不図示のスケールが組み込まれている。

Ｙ軸ステージスライダ１１２には、Ｘ軸ステージスライダ１１４をＸ軸方向に移動させる不図示の駆動機構（例えば回転モータ、軸継手及びボールねじ）が搭載されている。更にＹ軸ステージスライダ１１２には、Ｘ軸ステージスライダ１１４のＸ軸方向の位置を計測する不図示のスケールが組み込まれている。

Ｘ軸ステージスライダ１１４には、複数のワークチャック（保持部）、第１実施形態では、２つのワークチャック、即ちワークチャック１１５Ｌとワークチャック１１５Ｒとが搭載されている。ワークチャック１１５Ｌ及びワークチャック１１５Ｒには、それぞれ不図示の吸着穴が多数設けられており、不図示の内部溝で連通され、不図示の真空発生装置によって発生した負圧空気によって、ワークを真空吸着により保持することが可能である。

各ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒの裏面には、不図示の冷却ジャケットが取り付けられている。冷却ジャケットは、不図示の内部溝を有し、不図示の冷却装置から圧送された冷却液を内部溝に通すことで、ワークチャック１１５Ｌ及びワークチャック１１５Ｒを冷却することが可能である。

また、各ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒの裏面には、不図示のワークリフタが取り付けられている。ワークリフタは、駆動機構、例えばエアシリンダーを有している。ワークリフタにおける可動側の先端には、不図示のワークリフトピンが搭載されている。ワークチャック１１５Ｌ、ワークチャック１１５Ｒ及び不図示の冷却ジャケットには、それぞれ不図示の貫通穴が設けられている。そのため、ワークリフタによってワークリフトピンをワークチャック１１５Ｌ及びワークチャック１１５Ｒのワークチャック面に対して昇降させることが可能である。また、ワークリフトピンには、吸着穴が設けられており、不図示の真空発生装置によって発生した負圧空気によってワークを真空吸着により固定することが可能である。

また、加工機１００は、ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒに保持されたワークＷを撮像する、精密測定用のカメラ１３８Ｌ，１３８Ｒを有する。また、加工機１００は、フレーム１０４の上部に固定された、２つのワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒにそれぞれ対応する２つのＺステージ１３０Ｌ，１３０Ｒを有する。

Ｚステージ１３０Ｌ（１３０Ｒ）は、Ｚ軸ステージガイド１３２Ｌ（１３２Ｒ）と、Ｚ軸ステージスライダ１３４Ｌ（１３４Ｒ）とを有する。Ｚ軸ステージスライダ１３４Ｌ（１３４Ｒ）は、Ｚ軸ステージガイド１３２Ｌ（１３２Ｒ）に搭載されており、Ｚ軸方向に移動が可能である。

Ｚステージ１３０Ｌ（１３０Ｒ）には、Ｚ軸ステージスライダ１３４Ｌ（１３４Ｒ）をＺ軸方向に移動させるための不図示の駆動機構（例えば回転モータ、軸継手及びボールねじ）が搭載されている。さらにＺステージ１３０Ｌ（１３０Ｒ）には、Ｚ軸ステージスライダ１３４Ｌ（１３４Ｒ）のＺ軸方向の位置を計測する不図示のスケールが組み込まれている。

また、加工機１００は、複数（第１実施形態では２つ）のレーザ光学系１５０Ｌ，１５０Ｒを有する。

レーザ光学系１５０Ｌは、レーザ光を出射するレーザ発振部であるレーザ発振器１４４Ｌと、ガルバノスキャナ１４０Ｌと、レーザ光を集光する集光レンズであるｆθレンズ１４２Ｌと、を有する。レーザ発振器１４４Ｌは、不図示の装置カバーに固定されている。レーザ発振器１４４Ｌにより出射されたレーザ光は、光ファイバー、コリメータ及び折り返しミラー等の光学系を介してガルバノスキャナ１４０Ｌに導かれる。ガルバノスキャナ１４０Ｌは、Ｚステージ１３０ＬのＺ軸ステージスライダ１３４Ｌに取り付けられている。ガルバノスキャナ１４０Ｌは、２枚のエンコーダー付きミラーを有し、レーザ光をＸＹ軸方向に走査する。ｆθレンズ１４２Ｌは、ガルバノスキャナ１４０Ｌに取り付けられている。ｆθレンズ１４２Ｌを通過し集光されたレーザ光は、ワークチャック１１５Ｌ上に設置されたワークの加工面（表面）に焦点が位置するよう、Ｚステージ１３０Ｌによって焦点距離が調整される。その際にワーク加工面までの距離を、フレーム１０４に固定された変位計１５５Ｌによって測定することで、ワーク毎の厚みバラツキに対応した焦点距離の調整が可能となる。これらガルバノスキャナ１４０Ｌ及びｆθレンズ１４２Ｌにより、ワークの表面にレーザ光を照射して、ワークを加工するレーザ加工部１４３Ｌが構成されている。

レーザ加工部１４３Ｌ（ガルバノスキャナ１４０Ｌ）の加工可能範囲、つまりレーザ光を走査可能な範囲は矩形状である。レーザ加工部１４３Ｌ（ガルバノスキャナ１４０Ｌ）により実際に加工を行う範囲（加工範囲）、つまりレーザ光を走査する範囲は、加工可能範囲以下であり、第１実施形態では矩形状である。レーザ加工部１４３Ｌは、この加工範囲内にレーザ光を照射して加工を行う。

レーザ光学系１５０Ｒについても、レーザ光学系１５０Ｌと同様の構成であり、レーザ発振器１４４Ｒと、ガルバノスキャナ１４０Ｒ及びｆθレンズ１４２Ｒで構成されたレーザ加工部１４３Ｒとを有する。ｆθレンズ１４２Ｒを通過し集光されたレーザ光は、ワークチャック１１５Ｒ上に設置されたワークの加工面（表面）に焦点が位置するよう、Ｚステージ１３０Ｒによって焦点距離が調整される。その際にワーク加工面までの距離を、フレーム１０４に固定した変位計１５５Ｒによって測定することで、ワーク毎の厚みバラツキに対応した焦点距離の調整が可能となる。

以上の構成によりＸＹステージ１１０は、ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒをガルバノスキャナ１４０Ｌ，１４０Ｒに対して移動させることで、ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒとレーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒとを相対的に移動させることができる。つまりＸＹステージ１１０は、各レーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒの加工範囲を、各ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒ（つまり、各ワーク）に対して同時に同じ方向に同じ量、相対的に移動させることができる。

なお、レーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒに対してワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒを移動させる構成としたが、ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒとレーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒとが相対的に移動すればよい。したがって、移動機構により、ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒに対してレーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒを移動させる構成としてもよいし、両者を移動させる構成としてもよい。また、２つのレーザ発振器１４４Ｌ，１４４Ｒにて発振したレーザ光をレーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒに導く場合について説明したが、１つのレーザ発振器で発振したレーザ光を、各レーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒに導くように構成してもよい。

以上、第１実施形態では、各ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒ上に搬送された各ワークＷに対し、各レーザ発振器から出射されたレーザ光をｆθレンズで集光し、エネルギーをワーク上の加工点に集中させて、ワークを瞬時に溶融・蒸発させて加工を行う。またＸＹステージ１１０による各ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒ上のワークＷの粗位置決めと各レーザ加工部１４３Ｌ，１４３Ｒによる各レーザ光の細位置決めを繰り返すことで、大径ワークに対し高精度な加工を可能にしている。つまり、ガルバノスキャナ１４０Ｌ，１４０Ｒによる狭範囲の高速加工と、ＸＹステージ１１０によるステップ移動の組み合わせにより、広範囲の加工可能を可能にしている。なお、第１実施形態では、２つのワークを同時に加工する場合について述べているが、１つのワーク単体を加工することも可能である。

ここで、レーザ光によりアブレーション加工を行う際に発生するデブリについて説明する。図２（ａ）は、デブリの飛散の様子を説明するための図、図２（ｂ）は、デブリを除去する様子を説明するための図である。

アブレーション加工を行うレーザ加工装置では、図２（ａ）に示すように、加工時にデブリＤとよばれる微小な加工屑が飛散し、これがレーザ光Ｌを遮蔽したり、ワークＷに付着したりすると加工精度が低下するという問題が存在する。このため、図２（ｂ）に示すように、デブリＤをエアＡでレーザ光路上から除去する必要がある。また、デブリＤがレーザ光Ｌを遮蔽することによる加工精度の低下を効果的に抑制するためには、図２（ｂ）に示すように、レーザ密度の高い加工点Ｐの近傍に強いエアＡを供給し、デブリＤをレーザ光路上から除去することが有効である。

第１実施形態では、図１に示すように、加工機１００は、複数（第１実施形態では２つ）のデブリ回収装置１６０Ｌ，１６０Ｒを有する。

ここで、比較例のデブリ回収装置について説明する。図１２は、比較例のデブリ回収装置を示す模式図である。デブリ回収装置１６０Ｘは、デブリ回収機構１７０Ｘと、送風機１８０Ｘと、集塵機１９０Ｘと、を有する。デブリ回収機構１７０Ｘは、ダクト３００Ｘと、噴出部材４００Ｘとを有する。

噴出部材４００Ｘは、ダクト３００Ｘに取り付けられ、送風機１８０Ｘに接続管１８１Ｘを介して接続されている。これにより、噴出部材４００Ｘは、送風機１８０Ｘから送風されたエアをダクト３００Ｘの内部に噴出する。

ダクト３００Ｘの天部３０１Ｘ及び底部３０２Ｘには、レーザ光Ｌが通過する開口部３１１Ｘ，３１２Ｘが形成されている。また、ダクト３００Ｘにおいて噴出部材４００Ｘに対向する部分には、集塵機１９０Ｘにフレキシブルホース１９１Ｘを介して接続される吸引口３１０Ｘが形成されている。集塵機１９０Ｘを動作させることにより、吸引口３１０Ｘからは、ダクト３００Ｘ内のエア及びデブリが吸引される。

ここで、集塵機１９０Ｘによるエアの吸引により、ダクト３００Ｘの開口部３１１Ｘ，３１２ＸからはエアＡ１Ｘ，Ａ２Ｘがダクト３００Ｘ内に流入する。このとき、開口部３１２Ｘから流入するエアＡ２Ｘにより、噴出部材４００ＸからのエアＢ１Ｘの流れが妨げられる。これにより、デブリをレーザ光路上から十分に除去できなくなる。ダクト３００Ｘ内の上部に飛散したデブリは、天部３０１Ｘの開口部３１１Ｘから流入したエアＡ１Ｘの流れに乗り、ダクト３００Ｘ内をレーザ光を遮蔽しながら対流して吸引口３１０Ｘを介して集塵機１９０Ｘに回収される。このように、デブリがレーザ光を遮蔽することによって、加工精度が大きく低下する。

第１実施形態のデブリ回収装置１６０Ｌ，１６０Ｒについて説明する。図３は、第１実施形態におけるデブリ回収装置を示す模式図である。以下、デブリ回収装置１６０Ｌとデブリ回収装置１６０Ｒとは同一の構成であるため、デブリ回収装置１６０として説明する。また、レーザ加工部１４３Ｌとレーザ加工部１４３Ｒも同一の構成であるため、レーザ加工部１４３（ガルバノスキャナ１４０及びｆθレンズ１４２）として説明する。図３において、ワークＷは、ワークチャック１１５Ｌ，１１５Ｒに固定されている状態を示している。

デブリ回収装置１６０は、デブリ回収機構１７０と、送風機１８０と、集塵機１９０と、を有する。デブリ回収機構１７０は、ダクト３００と、噴出部材４００とを有する。デブリ回収機構１７０（即ち、ダクト３００）は、フレーム１０４（図１）に固定されている。ダクト３００は、箱形状に形成されている。

なお、第１実施形態では、２つのデブリ回収機構それぞれに対して個別に送風機１８０を設けているが、２つのデブリ回収機構で１つの送風機を共有してもよい。同様に、２つのデブリ回収機構それぞれに対して個別に集塵機１９０を設けているが、２つのデブリ回収機構で１つの集塵機を共有してもよい。

送風機１８０は、高圧の気体（エア）を送風するものである。集塵機１９０は、塵等を吸引する吸引装置であり、気体（エア）と共に塵を吸引する。なお、送風機１８０は、空気以外の気体を送風するように構成されていてもよい。

図４及び図５は、第１実施形態におけるデブリ回収機構を示す斜視図である。ダクト３００は、天部３０１、天部３０１に間隔をあけて対向する底部３０２、及び天部３０１と底部３０２とを接続する側部３０３を有する。天部３０１、底部３０２及び側部３０３で囲まれて、ダクト３００の内部空間が形成される。ダクト３００の内部空間は、天部３０１から底部３０２に向かって先細る台形状に形成されている。

ダクト３００は、図３に示すように、天部３０１がレーザ加工部１４３のｆθレンズ１４２に対向し、且つ底部３０２がワークチャックに搬送されたワークＷの表面に対向するよう、ｆθレンズ１４２とワークＷ（ワークチャック）との間に配置される。

噴出部材４００は、ダクト３００の側部３０３の一部分（一側面）に取り付けられ、送風機１８０に接続管１８１を介して接続されている。これにより、噴出部材４００は、送風機１８０から送風されたエアをダクト３００の内部に噴出する。

天部３０１には、ｆθレンズ１４２を通過したレーザ光が通過する開口部（第１開口部）３１１が形成されている。底部３０２には、ｆθレンズ１４２を通過したレーザ光が通過する開口部（第２開口部）３１２が形成されている。図４及び図５中、領域Ｒは、底部３０２（開口部３１２）においてレーザ光が通過する領域である。開口部３１２は、レーザ光が通過する領域Ｒよりも僅かに（例えば１辺の長さが１ｍｍ程度）大きく形成されている。

ダクト３００の側部３０３において、噴出部材４００に対して領域Ｒよりも遠い部分、第１実施形態では噴出部材４００に対向する部分（他側面）には、吸引口３１０が形成されている。吸引口３１０には、フレキシブルホース１９１を接続するフランジ３２０が取り付けられている。したがって、吸引口３１０は、フランジ３２０及びフレキシブルホース１９１を介して集塵機１９０に接続されている。集塵機１９０を動作させることにより、吸引口３１０からは、ダクト３００内のエア及びデブリが吸引される。即ち、吸引口３１０においては、集塵機１９０に吸引されるダクト３００の内部の気体及びデブリが通過する。

側部３０３（一側面）において、噴出部材４００に対して天部３０１に近い側の部分には、開口部（第３開口部）３１３が形成されている。具体的に説明すると、側部３０３の開口の一部を塞ぐように噴出部材４００を側部３０３に配置（固定）することにより、開口の残りの部分で開口部３１３が形成される。

ここで、Ｚ軸方向は、天部３０１から底部３０２に向かう方向（つまり、天部３０１又は底部３０２に対して垂直な方向）でもあり、ワークＷにレーザ光を照射する方向でもある。ＸＹ軸方向は、天部３０１又は底部３０２に水平な方向でもあり、レーザ光の照射方向と直交する方向でもある。このＸＹ軸方向のうち、Ｙ軸方向は、開口部３１３から吸引口３１０に向かう方向であり、Ｘ軸方向は、このＹ軸方向に直交する方向である。

噴出部材４００は、底部３０２に沿ってエアＢ１を噴出するように、側部３０３においてＺ軸方向の中央よりも底部３０２に近い側、第１実施形態では底部３０２に接して配置されている。

図３に示すように、ダクト３００の内部には、集塵機１９０により開口部３１１，３１２，３１３からエアＡ１，Ａ２，Ａ３が流入する。第１実施形態では、集塵機１９０の動作によりダクト３００内に流入するエアのうち大半が、開口部３１３から流入するエアＡ３である。

また、開口部３１２から流入するエアＡ２の流量は、噴出部材４００から噴出されるエアＢ１がエアカーテンとなり、極めて小さい。なお、開口部３１１から流入するエアＡ１の流量は、開口部３１２から流入するエアＡ２の流量よりも多い。

エアＢ１は、開口部３１２から流入するエアＡ２に妨げられることなく、方向及び流速を保ちながら、加工点Ｐの近傍を流れる。これにより、デブリはレーザ密度の高い加工点Ｐの近傍でレーザ光路上から除去される。また、ダクト３００の内部に流入するエアは、開口部３１３から流入するエアＡ３が流量の大半占める。したがって、開口部３１１から流入するエアＡ１は、エアＡ３に巻き込まれ、吸引口３１０へ向かうＹ軸方向に整流化された流れとなる。

以上、第１実施形態によれば、噴出部材４００により、加工点Ｐの近傍に強いエアＢ１を吹くことができる。さらに、開口部３１３から流入するエアＡ３により、ダクト３００の内部には、開口部３１３から吸引口３１０に向かう整流化されたエアの流れを作り出すことができる。

よって、レーザ密度の高い加工点Ｐの近傍でレーザ光路上からデブリを除去し、レーザ光Ｌを遮蔽することなく集塵機１９０によりデブリを回収することができる。更に、デブリをワークに付着させることなく確実に回収することが可能となる。したがって、デブリによる加工精度の低下を大幅に抑制することができる。

ここで、ダクト３００は、ワークＷと非接触状態でワークＷとの隙間がなるべく小さくなるよう配置されている。これにより、ダクト３００の振動がワークＷに伝搬するのを防止しながらも、噴出部材４００から噴出させたエアＢ１を、ワークＷの加工点Ｐの近傍に流すことができる。

ダクト３００のＺ軸方向の高さは、なるべく高くするのがよい。これにより、デブリが開口部３１１からダクト３００の外に飛散するのを抑制することができる。

また、開口部３１１及び開口部３１２は、レーザ光Ｌの通過を遮らない面積を確保したうえで、なるべく小さく形成されている。集塵機１９０の吸引動作により開口部３１１，３１２からダクト３００内に流入するエアＡ１，Ａ２の流量を少なくしている。

一方、開口部３１３は、開口部３１１よりも開口面積が大きく形成されている。集塵機１９０の吸引動作により開口部３１３からダクト３００内に流入するエアＡ３の流量を多くしている。したがって、集塵機１９０によりダクト３００内に流入するエアの大半を開口部３１３から取り込むことが可能となる。

開口部３１３は、図４及び図５に示すように、ダクト３００の内部空間に倣い、底部３０２に近い側の辺が天部３０１に近い側の辺より短い台形状に形成されている。これにより、開口部３１３の開口形状をレーザ集光形状に合わせたことになり、底部３０２側のダクト３００内のエアの流速を速めることができる。ダクト３００内のエアの流速を速めたことにより、デブリの回収能力が向上する。

図６は、第１実施形態における噴出部材を示す斜視図である。図６に示すように、噴出部材４００には、エアを噴き出すノズル口４０１が複数（第１実施形態では１６個）形成されている。これら複数のノズル口４０１は、Ｚ軸方向に多段配置（第１実施形態では４段配置）され、Ｘ軸方向に多列配置（第１実施形態では４列配置）されている。

第１実施形態では、１つの大きなノズル口とせず、複数のノズル口４０１とすることにより、各ノズル口４０１から噴出されるエアの風速を高めている。また、多段配置された複数のノズル口４０１のうち、最下段のノズル口４０１から噴出されるエアは、ダクト３００の底部３０２に沿って流れることとなり、開口部３１２にＹ軸方向の強風のエアを吹き付けることができる。また、ノズル口４０１をＸ軸方向の多列配置としたことで、レーザ加工部１４３によるレーザ走査範囲全域にエアを流すことができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図７は、第２実施形態におけるデブリ回収装置を示す模式図である。図８及び図９は、第２実施形態におけるデブリ回収機構を示す斜視図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態では、ダクトの底部において第２開口部を大きく開けて、噴出部材により噴出させた気体をワークの表面に吹き付ける構造としたものである。以下、具体的に説明する。

デブリ回収装置１６０Ａは、デブリ回収機構１７０Ａと、送風機１８０Ａと、集塵機１９０Ａと、を有する。デブリ回収機構１７０Ａは、ダクト３００Ａと、噴出部材４００Ａとを有する。デブリ回収機構１７０Ａ（即ち、ダクト３００Ａ）は、フレーム１０４（図１参照）に固定されている。ダクト３００Ａは箱形状に形成されている。

なお、第２実施形態では、２つのデブリ回収機構それぞれに対して個別に送風機１８０Ａを設けているが、２つのデブリ回収機構で１つの送風機を共有してもよい。同様に、２つのデブリ回収機構それぞれに対して個別に集塵機１９０Ａを設けているが、２つのデブリ回収機構で１つの集塵機を共有してもよい。

送風機１８０Ａは、高圧の気体（エア）を送風するものである。集塵機１９０Ａは、塵等を吸引する吸引装置であり、気体（エア）と共に塵を吸引する。なお、送風機１８０Ａは、空気以外の気体を送風するように構成されていてもよい。

ダクト３００Ａは、天部３０１Ａ、天部３０１Ａに間隔をあけて対向する底部３０２Ａ、及び天部３０１Ａと底部３０２Ａとを接続する側部３０３Ａを有する。天部３０１Ａ、底部３０２Ａ及び側部３０３Ａで囲まれて、ダクト３００Ａの内部空間が形成される。

ダクト３００Ａは、天部３０１Ａがレーザ加工部１４３のｆθレンズ１４２に対向し、且つ底部３０２Ａがワークチャックに搬送されたワークＷの表面（加工面）に対向するよう、ｆθレンズ１４２ＡとワークＷ（ワークチャック）との間に配置される。

噴出部材４００Ａは、ダクト３００Ａの側部３０３Ａの一部分（一側面）に取り付けられ、送風機１８０Ａに接続管１８１Ａを介して接続されている。これにより、噴出部材４００Ａは、送風機１８０Ａから送風された気体（エア）をダクト３００Ａの内部に噴出する。

天部３０１Ａには、ｆθレンズ１４２を通過したレーザ光が通過する開口部（第１開口部）３１１Ａが形成されている。底部３０２Ａには、ｆθレンズ１４２を通過したレーザ光が通過する開口部（第２開口部）３１２Ａが形成されている。図９中、領域Ｒは、底部３０２Ａ（開口部３１２Ａ）においてレーザ光が通過する領域である。

ダクト３００Ａの側部３０３Ａにおいて、噴出部材４００Ａに対して領域Ｒよりも遠い部分、第２実施形態では噴出部材４００Ａに対向する部分（他側面）には、吸引口３１０Ａが形成されている。吸引口３１０Ａには、フレキシブルホース１９１Ａを接続するフランジ３２０Ａが取り付けられている。したがって、吸引口３１０Ａは、フランジ３２０Ａ及びフレキシブルホース１９１Ａを介して集塵機１９０Ａに接続されている。集塵機１９０Ａを動作させることにより、吸引口３１０Ａからは、ダクト３００Ａ内のエア及びデブリが吸引される。即ち、吸引口３１０Ａにおいては、集塵機１９０Ａに吸引されるダクト３００Ａの内部の気体及びデブリが通過する。

側部３０３Ａ（一側面）において、噴出部材４００Ａに対して天部３０１Ａに近い側の部分には、開口部（第３開口部）３１３Ａが形成されている。

噴出部材４００Ａは、底部３０２Ａに沿ってエアを噴出するように、側部３０３ＡにおいてＺ軸方向の中央よりも底部３０２Ａに近い側、第２実施形態では底部３０２Ａに接して配置されている。

第２実施形態では、デブリ回収機構１７０Ａは、補助噴出部材４１０Ａと、調整部材であるパンチングメタル４２０Ａとを更に有している。

補助噴出部材４１０Ａは、接続管１８１Ａで送風機１８０Ａに接続されている。補助噴出部材４１０Ａは、側部３０３Ａ（一側面）において開口部３１３Ａに対して天部３０１Ａに近い側の部分に配置され、送風機１８０Ａから送風された気体をダクト３００Ａの内部に噴出する。補助噴出部材４１０Ａは、天部３０１Ａに沿ってエアを噴出するように、側部３０３ＡにおいてＺ軸方向の中央よりも天部３０１Ａに近い側、第２実施形態では天部３０１Ａに接して配置されている。

なお、補助噴出部材４１０Ａは、送風機１８０Ａに接続される場合について説明したが、送風機１８０Ａとは別の送風機（不図示）に接続されて、噴出部材４００Ａとは独立してエアを噴出するようにしてもよい。

パンチングメタル４２０Ａは、開口部３１３Ａに配置され、通気量を調整する部材である。つまり、パンチングメタル４２０Ａにより、開口部３１３Ａにおける開口率が制限される。なお、調整部材はパンチングメタル４２０Ａに限定するものではなく、フィルタやグレーチング、メッシュなどでも良く、開口率を制限（調整）できるものであれば特に制限するものではない。

開口部３１２Ａは、底部３０２Ａにおいて、レーザ光が通過する領域Ｒから噴出部材４００Ａに向かって開口するように形成されている。具体的には、開口部３１２Ａは、Ｙ軸方向において、領域Ｒと噴出部材４００Ａとの間の中央地点よりも噴出部材４００側に延びるように開口して形成されている。

第２実施形態では、開口部３１２Ａは、噴出部材４００Ａまで開口して形成されている。したがって、開口部３１２Ａは、少なくとも図９中の一点鎖線で示す領域Ｒ１を包含して形成されている。

更に、開口部３１２Ａは、底部３０２Ａにおいて、領域Ｒから吸引口３１０Ａに向かって開口するように形成されている。具体的には、開口部３１２Ａは、Ｙ軸方向において、領域Ｒと吸引口３１０Ａとの間の中央地点よりも吸引口３１０Ａ側に延びるように開口して形成されている。第２実施形態では、開口部３１２Ａは、吸引口３１０Ａまで開口して形成されている。即ち、開口部３１２Ａは、底部３０２Ａの全体が開口するように形成されている。

図１０（ａ）は、第２実施形態における噴出部材を示す斜視図である。図１０（ｂ）は、第２実施形態における噴出部材を示す中央断面図である。図１０（ａ）に示すように、噴出部材４００Ａには、複数のノズル口４０１Ａ，４０２Ａが形成されている。第２実施形態では第１ノズル口であるノズル口４０１Ａは、１６個形成され、第２ノズル口であるノズル口４０２Ａは、４個形成されている。

ノズル口４０１Ａは、Ｚ軸方向に多段配置されている。ノズル口４０２Ａは、Ｚ軸方向に１段だけ配置されており、Ｚ軸方向において、ノズル口４０１Ａの最下段と同じ位置に形成されている。即ち、ノズル口４０２Ａは、複数のノズル口のうち少なくとも底部３０２Ａに最も近い段に位置するように形成されている。なお、ノズル口４０２Ａについても、ノズル口４０１Ａと同様、多段配置してもよい。

また、ノズル口４０１Ａは、Ｘ軸方向に多列配置（例えば４列配置）されている。ノズル口４０２Ａについては、複数のノズル口４０１ＡのＸ軸方向の両側に配置されており、各々の位置でＸ軸方向に多列配置（例えば２列配置）されている。

図１０（ｂ）に示すように、噴出部材４００Ａの内部は中空構造となっている。そして、ノズル口４０１Ａと対応する面に設けられた給気穴４１５Ａから高圧のエアが供給されることで各ノズル口４０１Ａ，４０２Ａからエアを噴出する。

複数のノズル口４０１Ａ，４０２Ａのうち、少なくとも底部３０２Ａに最も近い段に位置するノズル口４０１Ａは、底部３０２Ａに向かってガスを噴き出すよう傾斜して形成されている。なお、図示は省略するが、ノズル口４０２Ａについても、底部３０２Ａに向かってガスを噴き出すよう傾斜して形成されている。第２実施形態では最下段以外の段についてもノズル口４０１Ａが傾斜して形成されている。そして、下段のノズル口ほど勾配が大きくなっている。

第２実施形態においても、ダクト３００Ａは、ワークＷと非接触状態でワークＷとの隙間がなるべく小さくなるよう配置されている。これにより、ダクト３００Ａの振動がワークＷに伝搬するのが防止される。

ここで、図８に示すように、ワークＷの周囲には、ワークＷの表面（加工面）と同じ高さとなる板部材（同面板）１１８ＡがＸＹステージ１１０上に設置される。この同面板１１８Ａは、レーザ加工時にワークＷをＸＹステージ１１０で移動させても、開口部３１２Ａの全てがワークＷおよび同面板１１８Ａ上に位置する面積を有するように形成されている。これにより、ダクト３００Ａの内部に吸い込まれる気流が安定する。

図１１は、第２実施形態におけるダクト３００Ａの底部３０２Ａの位置で、天部３０１Ａから底部３０２Ａに向かう方向に見た、エアＡ１２，Ｂ１１，Ｂ１２の流れを示す説明図である。

ノズル口４０１Ａ（図１０（ａ））からは、図１１に示すように、エアＢ１１が噴出され、ノズル口４０２Ａ（図１０（ａ））からは、エアＢ１２が噴出される。Ｚ軸方向に見て、ノズル口４０１Ａは、加工範囲（走査範囲）に対応する領域Ｒに向かってガスを噴き出すように配置されている。また、ノズル口４０２Ａは、Ｚ軸方向に見て、領域ＲのＸ軸方向の側方の領域に向かってガスを噴き出すように配置されている。したがって、領域Ｒにはノズル口４０１Ａから噴き出された高速のエアＢ１１が流れる。

図１１中の破線は、エアＢ１１の風速分布を表したものであり、この分布のようにエアＢ１１は中央の風速が速くなる。なお、噴出部材４００Ａのノズル口４０１Ａは、領域（走査範囲上）Ｒに所望の風速を流せるようＸ軸方向のノズル口数、ノズル口間隔、噴出部材４００Ａに供給するエア圧力等を決定する。

噴出部材４００Ａの両端に位置するノズル口４０２Ａから噴き出されるエアＢ１２は、開口部３１２Ａからダクト３００Ａの内部に流入するエアＡ１２がエアＢ１１の流れを妨げるのを防ぐ役割を果たしている。なお、エアＢ１２はエアＡ１２の流れに押されダクト３００Ａの内向きに流れ、ダクト３００Ａの外に漏れることがないよう、ノズル位置や噴出部材４００Ａに供給するエア圧力等を決定する。これにより、デブリはダクト３００Ａの外に漏れず、ワークＷに付着することなく回収することが可能となる。

続いて、ダクト３００ＡのＸ軸方向中心を通るＹＺ平面上のエア流れについて説明する。図１０（ａ）に示すノズル口４０１Ａから噴き出された高速のエアＢ１１は、図７に示すように、ワークＷの表面に沿ってＹ軸方向に流れて、加工点Ｐの近傍を流れる。エアＢ１１は、加工点Ｐのエア吹付方向下流で開口部３１２Ａの奥側からダクト内に流入するエアＡ１５に持ち上げられ、ダクト３００Ａ内に流れる。

これによりデブリはダクト３００Ａの外に漏れず、ワークＷに付着することなく回収することが可能となる。なお、エアＡ１５は、集塵機１９０Ａがダクト３００Ａ内のエアを排気する際、ダクト３００Ａ内に流入するエアである。

加工点Ｐの近傍に所望の風速を流せるように、噴出部材４００ＡにおけるＺ軸方向のノズル口数、ノズル口間隔、噴出部材４００Ａに供給するエア圧力、図１０（ｂ）に示すノズル口４０１Ａの下向き傾斜角度等が決定されている。

開口部３１２ＡのＹ軸方向の奥側にてエアＢ１１の流れがエアＡ１５の流れよりも強くダクト３００Ａの外に漏れる場合は、開口部３１２Ａの奥行きを広げ、エアＡ１５と衝突する位置をエア吹出方向下流にシフトさせることで流れを改善することができる。

また、パンチングメタル４２０Ａにより開口部３１３Ａの開口率を下げ、ダクト３００Ａの前面からダクト３００Ａの内部に流入するエアＡ１３の流量を下げることで、エアＡ１５の流量を上げ、流れを改善することもできる。

同様に、補助噴出部材４１０Ａから噴き出されるエアＢ２１を開口部３１１Ａのエアカーテンとして機能させ、天部３０１Ａからダクト３００Ａの内部に流入するエアＡ１１の流量を下げることでエアＡ１５の流量を上げ、流れを改善することもできる。

なお、この際、エアＡ２１がダクト３００Ａの外部に漏れないよう、風速等が設定されている。加工点Ｐの近傍に所望の風速のエアを流すことができ、エアＢ１１が開口部３１２の奥からダクト３００Ａの外に漏れない流れを作り出せれば、パンチングメタル４２０Ａ及び補助噴出部材４１０Ａはなくても構わない。

以上、第２実施形態のデブリ回収機構１７０Ａによれば、ワークＷ上に高速のエアを流すことができるため、レーザ密度の高い加工点Ｐの近傍でデブリをレーザ光路上から除去することができる。また、デブリをダクト３００Ａの内部に閉じ込めて、デブリがワークＷに付着するのを抑制しながら、デブリを回収することができる。ゆえに、デブリによる加工精度の低下を大幅に抑えることが可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

上述の実施形態では、レーザ加工装置が送風機及び集塵機を備えている場合について説明したが、これに限定するものではなく、レーザ加工装置に送風機及び集塵機を接続するように構成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、レーザ加工部１４３がスキャン光学系を採用した場合（即ち、ガルバノスキャナを有する場合）について説明したが、スキャン光学系を採用しない場合であってもよい。

１４３…レーザ加工部、１７０…デブリ回収機構、１８０…送風機、１９０…集塵機、３００…ダクト、３０１…天部、３０２…底部、３０３…側部、３１０…吸引口、３１１…開口部（第１開口部）、３１２…開口部（第２開口部）、３１３…開口部（第３開口部）、４００…噴出部材、１０００…レーザ加工装置

Claims (13)

1. ワークの表面と、前記ワークの表面にレーザ光を照射して前記ワークを加工するレーザ加工部との間に配置されるダクトと、
   前記ダクトの側部に配置され、送風機から送風された気体を前記ダクトの内部に噴出する噴出部材と、を有し、
   前記ダクトには、
   前記レーザ加工部に対向する天部に、前記レーザ光が通過する第１開口部と、
   前記ワークの表面に対向する底部に、前記レーザ光が通過する第２開口部と、
   前記側部において、前記噴出部材に対し、前記第２開口部における前記レーザ光が通過する領域よりも遠い部分に、集塵機に接続され、前記集塵機に吸引される前記ダクトの内部の気体及びデブリが通過する吸引口と、
   前記側部において前記噴出部材に対して前記天部に近い側の部分に第３開口部と、が形成されているデブリ回収機構。
2. 前記噴出部材は、前記側部において前記天部から前記底部に向かう方向の中央よりも前記底部に近い側に配置されている請求項１に記載のデブリ回収機構。
3. 前記底部と前記ワークの表面とが非接触となるように前記ダクトが配置されている請求項１又は２に記載のデブリ回収機構。
4. 前記第２開口部は、前記底部において、前記レーザ光が通過する領域から前記噴出部材に向かって開口するように形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデブリ回収機構。
5. 前記第２開口部は、前記底部において、更に、前記レーザ光が通過する領域から前記吸引口に向かって開口するように形成されている請求項４に記載のデブリ回収機構。
6. 前記第３開口部に配置され、通気量を調整する調整部材を更に備えた請求項４又は５に記載のデブリ回収機構。
7. 前記噴出部材には、前記天部から前記底部に向かう方向に多段配置された複数のノズル口が形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデブリ回収機構。
8. 前記複数のノズル口は、前記天部から前記底部に向かう方向に見て、前記レーザ光が通過する領域に向かってガスを噴き出す第１ノズル口と、前記レーザ光が通過する領域の側方の領域に向かってガスを噴き出す第２ノズル口とを含む請求項７に記載のデブリ回収機構。
9. 前記第２ノズル口は、前記複数のノズル口のうち前記底部に最も近い段に位置する請求項８に記載のデブリ回収機構。
10. 前記複数のノズル口のうち前記底部に最も近い段に位置するノズル口は、前記底部に向かってガスを噴き出すよう傾斜して形成されている請求項７乃至９のいずれか１項に記載のデブリ回収機構。
11. 前記側部において前記第３開口部に対して前記天部に近い側の部分に配置され、送風機から送風された気体を前記ダクトの内部に噴出する補助噴出部材を更に備えた請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のデブリ回収機構。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のデブリ回収機構と、
    レーザ光を前記ワークの表面に照射して、前記ワークを加工するレーザ加工部と、を備えたレーザ加工装置。
13. 前記ワークの周囲に配置され、前記ワークの表面と同じ高さの板部材を更に備えた請求項１２に記載のレーザ加工装置。

Images