JP5370622B1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、シート状等の被加工物の平面度の悪化を防止すべく、ワークテーブルと、外周載置部(114)と、第1種可動載置部(112)と、第2種可動載置部(113)と、ワーク押さえ部(121)と、加工ヘッド部(109)と、可動式集塵ユニット(123)とを有し、第1種可動載置部(112)と第2種可動載置部(113)は、ワークテーブルの上であって外周載置部(114)の内側に設けられ、上下に移動可能であり、ワーク押さえ部(121)は、外周載置部(114)に設けられており、加工ヘッド部(109)は、第1種可動載置部(112)または第2種可動載置部(113)の上方に設けられ、可動集塵ユニット(123)は、外周載置部(114)の内側に設けられ、水平方向に移動可能であり、第1のレーザ加工工程と、第1の第2種可動載置部下降工程と、第1の集塵ユニット移動工程と、第1の第1種可動載置部上昇工程と、第2のレーザ加工工程とを有する。

Description

本発明は、レーザを照射して加工を行うレーザ加工装置に関し、特にスルーホール加工(貫通穴加工)を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
近年、部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材の穴あけ加工も小径化し、従来の加工方法では困難になってきた。それらを解決するために、レーザを用いた穴あけ加工が増えてきている。このレーザによる被加工物への穴加工は、被加工物に貫通穴を空けるスルーホール加工と、被加工物に非貫通穴を空けるブラインドホール加工の大きく2種類に分類される。
図26は、従来のレーザ加工装置の第1例の構成を示す断面図である。
図26に示すように、被加工物811は分割された載置部812の上部に載せられている。分割された載置部812は、個別に上下方向に動作可能であり、エアシリンダ等の昇降駆動部により上下動作する。
ブラインドホール加工時は、載置部812はすべての吸着部が上昇した状態となる。そして、載置部812の全面に被加工物811を吸着固定し、被加工物811にレーザ加工を行う。スルーホール加工時は、図26に示すように、スルーホール加工の下部に相当する載置部812のみを下降させた状態で被加工物811にレーザ加工を行う。
以上のように、被加工物の平面度を維持しながら、スルーホール加工時のレーザによる載置部812の損傷を防止している(例えば、特許文献1を参照)。
図27は従来のレーザ加工装置の第2例の構成を示す斜視図である。
図27に示すように、チャック902は軟質部材で形成された薄板形状の被加工物901を対抗する2辺で挟み持つ。引張装置903は、チャック902によって挟持された被加工物901に引張力を与える。チャック902と引張装置903で被加工物901は保持される。移動装置904は被加工物901を移動させる。集塵装置905は、被加工物901のレーザ光が照射される面に対する裏面側に、複数の加工領域の全域にわたる大きさで設けられる。集塵装置905は、内部にガス流れを停止する停止装置906を有する。2つの保持装置907は、引張装置903による引張力が働く辺と直交する、被加工物901の対向する辺をそれぞれ保持する。調整装置908は、保持装置907の一方を引張力と直角方向に移動させる。
以上のように、被加工物901に引張力を与えつつ、保持する引張装置903と保持装置907により、被加工物901は引っ張られて平面を維持する。被加工物901は、平面を維持し、保持された状態で加工領域に移動される。被加工物901のスルーホール加工部位の裏面は載置部と触れることなく、被加工物901は平面を維持しつつレーザ加工が行われる(例えば、特許文献2を参照)。
国際公開第2008/084642号 特開2009−006356号公報
しかしながら、上述の従来技術では以下のような課題がある。
近年、より精密な加工と高集積化に伴い、板状の被加工物の厚さがより薄くなり、施される穴加工の径もより小さくなってきた。被加工物は、例えば、100μm程度の厚さの樹脂フィルムや数十μmの厚さの金属箔となっている。
上述の第1例の従来のレーザ加工装置では、スルーホール加工時は、被加工物の加工の下部に相当する吸着部を下降させた状態で、被加工物にレーザ加工が行なわれる。そして、加工部分に空気を流通させることで粉塵を排出する。
そのため、被加工物が上述のように厚さの薄いシート状あるいは箔状である場合は、自重によって被加工物の加工部分が垂れてくぼみとなる。また、被加工物の加工部分を流れる空気の圧力変動により、バタつきが発生する。その結果、加工部分の平面度が悪化する。平面度の悪化は、レーザの焦点のズレや加工位置のズレとなり、精密な加工の妨げとなる。
係る問題は、被加工物のシートの大きさが、512mm×342mmから512mm×462mm、最近では560mm×610mmへと大判化してきたことにより顕著となっている。
さらに、空気流によって運ばれる粉塵は、載置部の可動領域を移動する。そのため、粉塵は、駆動部や摺動のためのガイド部に付着し、機械的な損傷を与えることもある。
また、上述の第2例の従来のレーザ加工装置では、被加工物の対向する2辺を引っ張ることで平面を保持しようとするものである。上述のように、被加工物が厚さの薄いシート状あるいは箔状である場合は、引っ張ることによる被加工物の材質の伸びが発生し、加工位置がズレたり、シワが発生したりする。係る問題は被加工物の大判化ではさらに顕著となる。第2例のレーザ加工装置では、第1例の従来技術以上に精密な加工が困難であり、さらに大判の被加工物では、精密加工は不可能といえる。
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、ワークテーブルと、外周載置部と、第1種可動載置部と、第2種可動載置部と、ワーク押さえ部と、加工ヘッド部と、可動式集塵ユニットとを有する。ワークテーブルは、水平方向に駆動する。外周載置部は、ワークテーブルの上に設けられ、吸着穴を有する。第1種可動載置部と第2種可動載置部は、ワークテーブルの上であって外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能である。ワーク押さえ部は、外周載置部に設けられている。加工ヘッド部は、第1種可動載置部または第2種可動載置部の上方に設けられ、レーザ加工を行う。可動集塵ユニットは、外周載置部の内側に設けられ、水平方向に移動可能である。
さらに本発明のレーザ加工方法は、第1の載置工程と、第1の固定工程と、第1のレーザ加工工程と、第1の第2種可動載置部下降工程と、第1の集塵ユニット移動工程と、第1の第1種可動載置部上昇工程と、第2のレーザ加工工程とを有する。第1の載置工程は、外周載置部と、第2種可動載置部と、可動式集塵ユニットとのうえに第1の被加工物を載置する工程である。外周載置部は、吸着孔を有し、第2種可動載置部は、外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する。可動式集塵ユニットは、外周載置部の内側に設けられ、水平方向に移動可能である。第1の固定工程は、外周載置部に設けられたワーク押さえ部により第1の被加工物を押さえる工程である。第1のレーザ加工工程は、可動式集塵ユニットの上方に位置する、第1の被加工物の第1の領域にレーザ加工を行う工程である。第1の第2種可動載置部下降工程は、第2種可動載置部を下に移動させる工程である。第1の集塵ユニット移動工程は、可動式集塵ユニットを第1の水平方向に移動させる工程である。第1の第1種可動載置部上昇工程は、外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する第1種可動載置部を上に移動させる工程である。第2のレーザ加工工程は、可動式集塵ユニットの上方に位置する、第1の被加工物の第2の領域にレーザ加工を行う工程である。
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法は、上記構成とすることで、被加工物のレーザ加工エリアの下部に保持する部材の無いスルーホール加工をする場合であっても、十分に高い平面精度を確保し、不要な振動も生じさせない。そのため、厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、精度の高いレーザ加工が行うことができる。
図1は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す斜視図である。 図2は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置をX方向から見た部分断面図である。 図3Aは、本発明の実施の形態に係る可動式集塵ユニットの斜視図である。 図3Bは、本発明の実施の形態に係る可動式集塵ユニットの断面図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る可動式集塵ユニット駆動部の斜視図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る被加工物の加工エリアの設定の一例を示す配置図である。 図6は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の被加工物供給時の状態を示す部分断面図である。 図7は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の被加工物保持状態を示す部分断面図である。 図8は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工準備状態での可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図9は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工時の可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図10は、本発明の実施の形態に係る異なる加工エリアのレーザ加工時の可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図11は、本発明の実施の形態に係る最終列の加工エリアのレーザ加工時の可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図12は、本発明の実施の形態に係るすべての加工エリアのレーザ加工完了後の可動載置部の位置関係を示す部分断面図である。 図13は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の被加工物排出時の状態を示す部分断面図である。 図14は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定されたレーザ加工の被加工物を供給する時の状態を示す、X軸方向から見た部分断面図である。 図15は、本発明の実施の形態に係る被加工物の加工エリアの加工順序を逆方向に設定された例を示す配置図である。 図16は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定されたレーザ加工の被加工物を保持する時の状態を示す部分断面図である。 図17は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定されたレーザ加工の準備状態での可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図18は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定されたレーザ加工時の可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図19は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定された異なる加工エリアのレーザ加工時の可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図20は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定された最終列の加工エリアのレーザ加工時の可動式集塵ユニットの位置関係を示す部分断面図である。 図21は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定されたすべての加工エリアのレーザ加工完了後の可動載置部の位置関係を示す部分断面図である。 図22は、本発明の実施の形態に係る加工順序を逆方向に設定されたレーザ加工装置の被加工物排出時の状態を示す部分断面図である。 図23Aは、本発明の実施の形態に係る可動式集塵ユニットの異なる構成を示す断面図である。 図23Bは、本発明の実施の形態に係る可動式集塵ユニットの異なる構成を示す断面図である。 図24は、本発明の実施の形態に係る可動式集塵ユニットの異なる構成の効果を示す図である。 図25Aは、本発明の実施の形態の一例に係る可動式集塵ユニットにおいて、ジグシートがない場合の被加工物の状態を示す図である。 図25Bは、本発明の実施の形態の一例に係る可動式集塵ユニットにおいて、ジグシートがある場合の被加工物の状態を示す図である。 図26は、従来技術に係るレーザ加工装置の載置部の構成を示す断面図である。 図27は、従来技術に係るレーザ加工装置の被加工物の保持状態を示す斜視図である。
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法について、図を用いて説明する。図中に示されるXYZ軸はそれぞれが互いに直交する。XY軸は前後左右に相当する水平方向であり、Z軸は上下に相当する鉛直方向である。各図の座標軸はそれぞれの視野の方向に対応するように描いている。また、同一の構成要素には全図を通し同一の符号を付している。
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態の一例に係るレーザ加工装置100の概略構成を示す斜視図である。図1においては、装置の構造を視認しやすくするため、被加工物や後述するジグシートは除いている。さらに詳細な構造を説明するため、図2はレーザ加工装置100をX方向から見た断面図である。
図1及び図2において、レーザビーム103はレーザ発振器102より射出され、ミラーやレンズを有した光学系104に導かれる。光学系104では、レーザビーム103の密度(レーザ径)の調整、形状の整形、雑光の抑制等が行われ、レーザビーム103は所定の方向に向けられる。
光学系104を通過したレーザビーム103は、ガルバノスキャナ105に導かれる。レーザビーム103は、X軸方向にスキャンするためのXミラー106と、Xミラー106で反射されたレーザビーム103をY軸方向にスキャンするためのYミラー107により走査・位置決めされる。そして、Yミラー107で反射したレーザビーム103は、fθレンズ108で集光され、所定位置の加工点に照射される。
図2に示すように、ガルバノスキャナ105とfθレンズ108は、加工ヘッド109に設置されている。ガルバノスキャナ105は、Xミラー106とYミラー107を有し、レーザビーム103を反射し照射位置を制御する。fθレンズ108は、レーザビーム103の方向を被加工物111の面に対し垂直方向にすると共に集光する。加工ヘッド109はZスライダ(図示せず)に取り付けられており、加工ヘッド109はZ方向、すなわち図2の上下方向に可動となっている。
シート状の被加工物111を載置・保持する載置部は、外周載置部114と複数個設けられた可動載置部115、可動式集塵ユニット123、複数のワーク押さえ部121によって構成される。
可動載置部115は、動作の異なる第1種可動載置部112と第2種可動載置部113に分けられる。本実施の形態では、第2種可動載置部113は載置部中央付近に設置されて動作する大きな面を有する部材である。第1種可動載置部112は、第2種可動載置部113の対向する2辺にそれぞれが位置し、互いに独立して動作可能な2つの小さな部材である。
2つの第1種可動載置部112と第2種可動載置部113とは、それぞれが1対の可動載置部昇降シリンダ118によって支持されている。可動載置部昇降シリンダ118は、本実施の形態では空気圧により制御されるエアシリンダを用いており、2つの第1種可動載置部112と第2種可動載置部113とを独立して昇降させることができる。
第1種可動載置部112と第2種可動載置部113のそれぞれには複数の可動載置部吸着孔116が設けられている。また、外周載置部114にも外周吸着孔117が設けられている。可動載置部吸着孔116と外周吸着孔117を真空引きすることにより、被加工物111は吸着保持される。
ワーク押さえ部121は、少なくとも可動載置部115の長手方向に平行な2辺に一対設置されている。本実施の形態では、さらに可動載置部115の短手方向の平行な2辺にも一対設置し、可動載置部115の4辺全てに設置している。ワーク押さえ部121は、外周載置部114に設置された部材に設けられた支点によって回転可能なように取り付けられ、押さえ部駆動シリンダ119によって開閉される。
ワーク押さえ部121は、Z方向の寸法的制約より長尺の板状の金属体で形成され、ワーク押さえ部121の被加工物と対向する面にはクランプ部材120が設けられている。クランプ部材120はウレタンゴムやシリコンゴムのような有機物弾性体で形成されている。これにより、被加工物と接触した際に傷つけずに押圧力を発生し、かつ、被加工物の滑りによるズレを防止することができる。
可動式集塵ユニット123は被加工物に対して加工ヘッド部と反対側、すなわち下部側に、水平方向に移動可能に設置されいる。可動式集塵ユニット123は、被加工物111のレーザ加工時の粉塵を収集および排出する。
図3Aは、可動式集塵ユニット123の基本的な形状の斜視図であり、図3Bは、可動式集塵ユニット123の断面図である。図3Aおよび3Bに示すように、可動式集塵ユニット123は被加工物の支持部302と空気流通部303を有する概コの字の断面形状である。空気流通部303の一方からエアブローを吹き込み他方から吸引する(プッシュプル)ことで空気を流通させ、粉塵を収集および排出する。
図4は可動式集塵ユニット123の駆動部構成の一例を示す部分斜視図である。図4に示すように、載置部付近に駆動モータ200を設置し、駆動モータ200によって駆動伝達部201であるボールネジを回転させることによって、可動式集塵ユニット123をスライド移動させることができる。
あるいは、他の構成の一例として可動式集塵ユニット123にガイドとベルト(図示せず)を設けて、駆動モータ200の回転をベルトに伝えて可動式集塵ユニット123をスライド移動させても良い。
ジグシート122は、被加工物111と載置部に挾持される位置に予め設置され、難燃性多孔質の材質で形成されたシート状の部材である。難燃性多孔質の材質は、例えば、リン化合物系の難燃剤で難燃処理をしたパルプ繊維を基材とし、バインダーが添加され、シート状に形成された不織布である。
難燃性については、一般の難燃性材質と同様に燃え広がることのない自己消火性があればよい。また、添加する難燃剤もリン化合物系に限定はされず、臭素化合物や塩素化合物、もしくは、ハロゲン基を有するリン酸エステル、または、無機材料として金属水酸化物などを用いることができる。
基材は、パルプ繊維に限定されることはなく、上記の難燃性を付加することができ、吸引に対して気体が通過可能な多孔質性を有していればよい。基材は、パルプ繊維や合成樹脂繊維などの有機材料の不織布のように断熱効果を有する材料であることが好ましい。
図2に示すように、水平方向に移動可能な様に設けられた加工テーブル130は、Yテーブル131とXテーブル133の大きく2つのブロックより構成されている。
Yテーブル131には、第1種可動載置部112、第2種可動載置部113、外周載置部114、可動式集塵ユニット123、ワーク押さえ部121、および、これらに付随する一式の構成が載置され、Y方向に可動するように構成されている。Yテーブル駆動部132によりモータを駆動することでボールねじを回転させ、載置されているもの一式ごとYテーブル131をスライドさせることでY方向の移動が行われる。
Xテーブル133は、Yテーブル131とそれに付随する構成一式がさらに載置され、X方向に可動するように構成されている。Xテーブル駆動部134によりモータを駆動することでボールねじを回転させ、載置されているもの一式ごとXテーブル133をスライドさせることでX方向の移動が行われる。
なお、レーザ加工装置100は、プログラマブルに装置の制御を行う加工制御部101を有する。加工制御部101は、レーザ発振器102、ガルバノスキャナ105、Xテーブル駆動部134、Yテーブル駆動部132、押さえ部駆動シリンダ119、可動載置部昇降シリンダ118、その他吸着孔の吸排気も含め、レーザ加工装置の動作を制御する。
図5は、本実施の形態における加工エリアの設定の一例を示す配置図である。レーザビーム103の照射位置を精度よく位置決めするガルバノスキャナ105のスキャン範囲は被加工物111の面積より小さい。そのため、被加工物111は複数の加工エリア125に分割されてレーザ加工が行なわれている。図5において、被加工物111に1〜48の番号を付しているエリアが加工エリアである。
従って、個々の加工エリア125はガルバノスキャナ105のスキャン範囲内に設定されており、加工エリア125内のレーザ加工の位置決めはガルバノスキャナを制御することで行われる。なお、図示するエリアはあくまでも一例であり、この図に限定されるものではない。
以上のように構成されたレーザ加工装置100の動作について説明する。
図6は被加工物111を搭載するときの載置部と可動式集塵ユニット123の状態を示す、X軸方向から見た部分断面図である。
被加工物111を装置に搭載するにあたり、加工テーブル130を移動させることで載置部を被加工物111の搭載位置まで移動させる。ここで可動載置部吸着孔116と外周吸着孔117の真空引きを止めて吸着していない状態にしておく。また、可動式集塵ユニット123も集塵のための空気流を止めておく。ジグシート122は予め所定位置に設置されている。
可動式集塵ユニット123は加工エリアの一方の端に位置させ、可動式集塵ユニット123の位置にある第1種可動載置部112a以外の第1種可動載置部112b、第2種可動載置部113は上昇させておく。また、ワーク押さえ部121は押さえ部駆動シリンダ119によって開いた状態にされている。
図7に示すように、被加工物111を載置部上のジグシート122上に搭載(第1の載置工程)した後、可動載置部吸着孔116と外周吸着孔117を真空引きして被加工物111の下面をジグシート122とともに吸着保持を開始する。そして、押さえ部駆動シリンダ119により、ワーク押さえ部121を開いた状態から閉じた状態に駆動する(第1の固定工程)。
図7に示すように、吸着孔が形成された外周載置部114と,吸着孔が形成された第1種可動載置部112bと第2種可動載置部113、および可動式集塵ユニット123の上に被加工物111はジグシート122と共に保持される。被加工物111の周辺部はジグシート122ごとワーク押さえ部121により押さえられる。ワーク押さえ部121の被加工物111に接する部分にはクランプ部材120が設けられ、被加工物111に対して押圧力を発生するとともに被加工物111の滑りによるズレを防止している。これによって、外周載置部114とワーク押さえ部121によって被加工物111の平面は保持される。
被加工物111の保持が完了したのち以下の動作を行う。
第1種可動載置部112bと第2種可動載置部113の可動載置部吸着孔116による吸引を停止し、当該領域の吸着固定を開放する。吸着固定を解放後に、上昇していた第1種可動載置部112bと第2種可動載置部113を所定の位置まで下降させる(第1の第2種可動載置部下降工程)。その状態を図8に示す。
上記動作を行った後、あるいは、上記動作と並行して、被加工物111を保持した載置部を第1の加工エリア(第1の領域)に移動させるために加工テーブルの移動を開始する。原点位置にある加工ヘッド109は、被加工物111の加工に最適な焦点位置への移動を行いレーザ加工の準備状態に入る。
この時、可動式集塵ユニット123は第1の加工エリアを含む列の下面に位置している。可動式集塵ユニット123のコの字の空間の一方から空気が供給され、もう一方から空気が排出される。このようにプッシュプルの空気流を作ることで、被加工物111の平面度に影響しない圧力に制御でき、かつ、安定した層流が得られるので被加工物を振動させることもない。
上述の動作が完了し、加工ヘッド109のある位置に被加工物111の第1の加工エリア125が到着したのち、レーザビーム103により第1の加工エリア125の穴加工を開始する(第1のレーザ加工工程)。
図9は、第1の加工エリア125をレーザ穴加工している状態を、X軸方向から見た部分断面図である。加工エリアに対応する位置に可動式集塵ユニット123があり、第1種可動載置部112a、112b、第2種可動載置部113はすべて下降した状態でレーザビーム103が照射されて穴加工がなされる。被加工物111の周辺は、外周載置部114に設けられた外周吸着孔117によって吸着・保持されるとともに、クランプ部材120を設けたワーク押さえ部121で押さえられている。これにより、被加工物のたわみと位置ずれが防止されている。
穴加工はジグシート122に達するが、難燃性の材質で形成されているので、多少の焦げは生じても、発火や破損は生じない。
また、可動式集塵ユニット123内では、空気流通部303で空気流が作られ、空気は外部に排出される。そのため、被加工物111の下面、またはジグシート122の下面で生じた粉塵は効率良く空気流によって排出される。
所定のレーザビームの照射が完了し、第1の加工エリア125内の全ての穴加工が完了したら、図5に示す次の第2の加工エリア125に移動するために、加工テーブルを本実施の形態ではX方向に移動させる。第2の加工エリア125におけるレーザ穴加工の状態についても、図9に示すとおりである。このようにして、可動式集塵ユニット123が位置している一列の加工エリアのすべて(図5における第1〜第8の加工エリア)をレーザ加工し終わるまで同様の動作を繰り返す。
一列のエリアすべてのレーザ加工をし終わったら、以下の動作を開始する。
まず、被加工物を搭載した載置部を次の列の加工エリアに移動させるため、加工テーブルのY方向への移動を開始する。同時に可動式集塵ユニット123も移動する(第1の集塵ユニット移動工程)。第1種可動載置部112a、112b、第2種可動載置部113は下降したままである。移動後の状態を図10に示す。
被加工物111を基準にして、次の列の加工エリア(図5における第9の加工エリア)に対応する位置、すなわち左方向(第1の水平方向)に可動式集塵ユニット123が移動するが、加工ヘッドを基準とすれば図示のように概同じ位置にある。
以上のように、当該列の加工エリア(第2の領域)における加工準備が整った後、ガルバノスキャナ105を制御し、穴加工位置にレーザビーム103の照射を開始する。
図10は、加工エリアをレーザ穴加工している状態を、X軸方向から見た部分断面図である。加工エリアに対応する位置に可動式集塵ユニット123がある状態でレーザビーム103が照射されて穴加工がなされる。可動式集塵ユニット123では、コの字の空間の一方から空気が供給され、もう一方から空気が排出されるプッシュプルの空気流が作られている。
可動式集塵ユニット123が位置する列の加工エリアすべて(図5における第9〜第16の加工エリア)をレーザ加工し終わると同様に次の加工エリアに移動する。そして、上述の動作を繰り返し、加工エリアを所定の順に加工をしていく。
順次加工エリアを加工した後、被加工物111の最後の加工エリアの列(図5における第41〜第48の加工エリア)の加工位置に移動した状態を図11に示す。
ここでも同様に、加工エリアに対応する位置に可動式集塵ユニット123があり、コの字の空間の一方から空気が供給され、もう一方から空気が排出されるプッシュプルの空気流が作られている状態で、レーザビーム103が照射されて穴加工がなされる。
所定のレーザビームの照射が完了し、当該列の最初の加工エリア(第41の加工エリア)内の全ての穴加工が完了したら、次の加工エリアに移動するために、加工テーブルを本実施の形態ではX方向に移動させる。そして同様に所定のレーザ加工を行う。このようにして、可動式集塵ユニット123が位置している一列の加工エリアをすべて(図5における第41〜第48の加工エリア)をレーザ加工し終わるまで同様の動作を繰り返す。このようにして、最後の列の加工エリアの加工を行い、被加工物111全面の加工を完了する。
被加工物111の全面の加工が完了したら、以下の動作を開始する。
まず、被加工物取り出し位置への移動を開始するため、加工テーブルの移動を開始する。加工ヘッド109の原点への移動を開始する。
図12に示すように、可動式集塵ユニット123は加工開始時とは反対側の端に位置している。可動式集塵ユニット123の位置している部分の第1種可動載置部112bを除く第1種可動載置部112a、第2種可動載置部113が上昇する(第1の第1種可動載置部上昇工程)。上昇が完了したら第1種可動載置部112a、第2種可動載置部113に設けた可動載置部吸着孔116を真空引きして、被加工物111とジグシート122を再び吸着保持する。これらの動作は並行して行われる。
上述の全ての動作が完了し、加工テーブルが被加工物取り出し位置に移動したら、図13に示すように、押さえ部駆動シリンダ119を動作させて、ワーク押さえ部121を開いた状態にする。そして、すべての可動載置部吸着孔116とすべての外周吸着孔117の真空引きを止める。そして、被加工物111の吸着保持がされていないことを確認し、被加工物取出装置(図示せず)が載置部から被加工物111を取出し、被加工物のレーザ穴加工を完了する。第1種可動載置部112aと第2種可動載置部113と可動式集塵ユニット123の上方にはジグシート122が残っており、次の被加工物の加工に用いられる。
以上のように、本発明のレーザ加工装置では、レーザ加工を行う加工エリアの下部には常に安定した空気流を形成した可動式集塵ユニット123が下部可動載置部として位置している。可動式集塵ユニット123は、加工によって発生する粉塵を収集および排出している。これにより、効率のよい集塵を実現し、さらに粉塵が装置の可動部に付着することも防止している。
また、外周載置部114による被加工物111の吸着とワーク押さえ部121の固定によってたわみの少ない被加工物の保持を行う。そして、可動式集塵ユニット123の被加工物の支持部302が常に一列の加工エリアを下部より支持している。そのため、大判で厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工が行える。
次に、図13で示した被加工物111を排出した状態から、再度、被加工物111を搭載して上述の一連のレーザ加工を行う場合の動作を説明する。この場合に、被加工物111の加工エリアの加工の順番を逆方向に設定すると良い。
図14は、本発明のレーザ加工装置によるレーザ加工の加工順序を逆方向に設定した場合の被加工物を供給する時の状態を示す、X軸方向から見た部分断面図である。
被加工物111を装置に搭載するにあたり、加工テーブル130は被加工物111の搭載位置まで移動させる。可動載置部吸着孔116と外周吸着孔117の真空引きを止めて吸着していない状態にしておく。また、可動式集塵ユニット123も集塵のための空気流を止めておく。ジグシート122は予め所定位置に設置されている。
可動式集塵ユニット123は加工エリアの一方の端に位置しており、可動式集塵ユニット123の位置している第1種可動載置部112b以外の第1種可動載置部112a、第2種可動載置部113は上昇している。また、ワーク押さえ部121は押さえ部駆動シリンダ119によって開いた状態になっている。
図14で示される被加工物111の供給時の構成の状態は、可動式集塵ユニット123の位置が反対側にある点が前述の図6で示した状態とは異なっている。それに伴い、第1種可動載置部112aと第1種可動載置部112bとのそれぞれの上下位置も反対になっている点が前述の図6で示した状態とは異なっている。
係る装置動作を設定することの特長は、可動式集塵ユニット123と第1種可動載置部112a、112bの位置関係を含め、図13に示した被加工物111の排出時の加工テーブル関連の構成の位置関係と、図14に示した被加工物111の供給時の構成の位置関係が同じになることである。それにより、被加工物を排出後に加工テーブルをX軸方向に移動させるだけで素早く被加工物111の供給準備ができる。
図15は、加工エリアの加工順序を逆方向に設定された被加工物の配置図である。図5の加工エリアに対し、加工の順番がY軸に対して鏡面対称になっている。
図16に示すように、被加工物111(第2の被加工物)を載置部上のジグシート122上に搭載(第2の載置工程)した後、可動載置部吸着孔116と外周吸着孔117を真空引きして被加工物111の下面をジグシート122とともに吸着保持を開始する。そして、押さえ部駆動シリンダ119により、ワーク押さえ部121を開いた状態から閉じた状態に駆動する(第2の固定工程)。
図16に示すように、吸着孔が形成された外周載置部114と,吸着孔が形成された複数の第1種可動載置部112aと第2種可動載置部113、および可動式集塵ユニット123の上に被加工物111はジグシート122と共に保持される。被加工物111の周辺部はジグシート122ごとワーク押さえ部121により押さえられる。ワーク押さえ部121の被加工物111に接する部分にはクランプ部材120が設けられ、被加工物111に対して押圧力を発生するとともに被加工物111の滑りによるズレを防止している。これによって、外周載置部114とワーク押さえ部121によって被加工物111の平面は保持される。
以上の動作は図7で説明した動作と特に変わるところはない。
被加工物111の保持が完了したのち以下の動作を行う。
第1種可動載置部112aと第2種可動載置部113の可動載置部吸着孔116による吸引を停止し、当該領域の吸着固定を開放する。吸着固定を解放後に、上昇していた第1種可動載置部112aと第2種可動載置部113を所定の位置まで下降させる(第2の第2種可動載置部加工工程)。その状態を図17に示す。
上記動作を行った後、あるいは、上記動作と並行して、被加工物111を保持した載置部を第1の加工エリアに移動させるために加工テーブルの移動を開始する。原点位置にある加工ヘッド109は、被加工物111の加工に最適な焦点位置への移動を行いレーザ加工の準備状態に入る。
以上の動作は、図8で説明した動作と基本的には同じだが、第1の加工エリアがY軸に対して鏡面対称であるため、Y軸方向の移動量は異なる。
この時、可動式集塵ユニット123は第1の加工エリアを含む列の下面に位置している。可動式集塵ユニット123のコの字の空間の一方から空気が供給され、もう一方から空気が排出される。このようにプッシュプルの空気流を作ることで、被加工物111の平面度に影響しない圧力に制御でき、かつ、安定した層流が得られるので被加工物を振動させることもない。
上述の動作が完了し、加工ヘッド109のある位置に被加工物111の第1の加工エリア125が到着したのち、レーザビーム103により第1の加工エリア125の穴加工を開始する。
図18は、第1の加工エリア125(第3の領域)をレーザ穴加工(第3のレーザ加工工程)している状態を、X軸方向から見た部分断面図である。加工エリアに対応する位置に可動式集塵ユニット123があり、第1種可動載置部112a、112b、第2種可動載置部113はすべて下降した状態でレーザビーム103が照射されて穴加工がなされる。被加工物111の周辺は、外周載置部114に設けられた外周吸着孔117によって吸着・保持されるとともに、クランプ部材120を設けたワーク押さえ部121で押さえられている。これにより、被加工物のたわみと位置ずれが防止されている。
上述と同じように、可動式集塵ユニット123内では、空気流通部303で空気流が作られ、空気は外部に排出される。そのため、被加工物111の下面、またはジグシート122の下面で生じた粉塵は効率良く空気流によって排出されていく。
所定のレーザビームの照射が完了し、第1の加工エリア125内の全ての穴加工が完了したら、第2の加工エリア125に移動するために、加工テーブルを本実施の形態ではX方向に移動させる。第2の加工エリア125におけるレーザ穴加工の状態についても、図18に示すとおりである。このようにして、可動式集塵ユニット123が位置している一列の加工エリアをすべて(図15における第1〜第8の加工エリア)をレーザ加工し終わるまで同様の動作を繰り返す。
一列のエリアすべてのレーザ加工をし終わったら、以下の動作を開始する。
まず、被加工物を搭載した載置部を次の列の加工エリアに移動させるため、加工テーブルのY方向への移動を開始する。同時に可動式集塵ユニット123も移動する(第2の集塵ユニット移動工程)。第1種可動載置部112a、112b、第2種可動載置部113は下降したままである。移動後の状態を図19に示す。
被加工物111を基準にして、次の列の加工エリア(図15における第9の加工エリア)に対応する位置、すなわち右方向(第2の水平方向)に可動式集塵ユニット123が移動するが、加工ヘッドを基準とすれば図示のように概同じ位置にある。
以上のように、当該列の加工エリア(第4の領域)における加工準備が整った後、ガルバノスキャナ105を制御し、穴加工位置にレーザビーム103の照射を開始する(第4のレーザ加工工程)。
図19は、加工エリアをレーザ穴加工している状態を、X軸方向から見た部分断面図である。加工エリアに対応する位置に可動式集塵ユニット123がある状態でレーザビーム103が照射されて穴加工がなされる。可動式集塵ユニット123では、コの字の空間の一方から空気が供給され、もう一方から空気が排出されるプッシュプルの空気流が作られている。
可動式集塵ユニット123が位置する列の加工エリアすべて(図15における第9〜第16の加工エリア)をレーザ加工し終わると同様に次の加工エリアに移動する。そして、上述の動作を繰り返し、加工エリアを所定の順に加工をしていく。
順次加工エリアを加工した後、被加工物111の最後の加工エリアの列(図15における第41〜第48の加工エリア)の加工位置に移動した状態を図20に示す。
ここでも同様に、加工エリアに対応する位置に可動式集塵ユニット123があり、コの字の空間の一方から空気が供給され、もう一方から空気が排出されるプッシュプルの空気流が作られている状態で、レーザビーム103が照射されて穴加工がなされる。
所定のレーザビームの照射が完了し、当該列の最初の加工エリア(第41の加工エリア)内の全ての穴加工が完了したら、次の加工エリアに移動するために、加工テーブルを本実施の形態ではX方向に移動させる。そして同様に所定のレーザ加工を行う。このようにして、可動式集塵ユニット123が位置している一列の加工エリアをすべて(図15における第41〜第48の加工エリア)をレーザ加工し終わるまで同様の動作を繰り返す。このようにして、最後の列の加工エリアの加工を行い、被加工物111全面の加工を完了する。
被加工物111の全面の加工が完了したら、以下の動作を開始する。
まず、被加工物取り出し位置への移動を開始るため、加工テーブルの移動を開始する。加工ヘッド109の原点への移動を開始する。
図21に示すように、可動式集塵ユニット123は加工開始時(図18)とは反対側の端に位置している。可動式集塵ユニット123の位置している部分の第1種可動載置部112aを除く第1種可動載置部112b、第2種可動載置部113が上昇する(第2の第1種可動載置部上昇工程)。上昇が完了したら第1種可動載置部112b、第2種可動載置部113に設けた可動載置部吸着孔116を真空引きして、被加工物111とジグシート122を再び吸着保持する。これらの動作は並行して行われる。
このとき、最後の列の加工エリアがX軸方向に異なる位置にあるため、X軸方向の移動量は、図5の加工エリアの加工順序の場合とは異なっている。
上述の全ての動作が完了し、加工テーブルが被加工物取り出し位置に移動したら、図22に示すように、押さえ部駆動シリンダ119を動作させて、ワーク押さえ部121を開いた状態にする。そして、すべての可動載置部吸着孔116とすべての外周吸着孔117の真空引きを止める。そして、被加工物111の吸着保持がされていないことを確認し、被加工物取出装置(図示せず)が載置部から被加工物111を取出し、被加工物のレーザ穴加工を完了する。
図22に示した被加工物111の排出時の構成の位置関係は、可動式集塵ユニット123と第1種可動載置部112a、112bの位置関係を含め、図6に示した被加工物111の供給時の加工テーブル関連の構成の位置関係と同じになる。従って、被加工物を排出後に加工テーブルをX軸方向に移動させ被加工物111の供給位置に移動するだけで素早く被加工物111の供給準備ができることになる。以降、図5の加工順番と、図15の加工順番を交互に繰り返せば、多数の枚数の被加工物の加工をおこなっても、タクトのロスを極小に抑えて効率のよい加工ができることになる。
以上のように、加工エリアの加工順番を往復して加工をおこなっても上述と全く同様に、レーザ加工を行う加工エリアの下部には常に安定した空気流を形成した可動式集塵ユニット123が下部可動載置部として位置している。可動式集塵ユニット123は、加工によって発生する粉塵を収集および排出している。これにより、効率のよい集塵を実現し、さらに粉塵が装置の可動部に付着することも防止している。
また、外周載置部114による被加工物111の吸着とワーク押さえ部121の固定によってたわみの少ない被加工物の保持を行う。そして、可動式集塵ユニット123の被加工物の支持部302が常に一列の加工エリアを下部より支持している。そのため、大判で厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、たわみも非常に少ない精度の高いレーザ加工が行える。
次に、本発明の好ましい形態の一例として、可動式集塵ユニット123の異なる構成の例を図23Aおよび図23Bを用いて説明する。
図23Aに示すように、この異なる構成では支持部をコの字の部材とは別部材の支持部バー301として構成している。これにより、被加工物111やジグシート122に接する箇所の精度を非常に高くできる。コの字のプレス品をそのまま用いた場合に対し、支持部がなす平面度は別部材として形成する場合の方が、容易に高精度を得ることができる。例えば、本実施の形態では支持部バー301の長さが500mmを超えても、平面度を50μm以下に押さえることができる。
さらに、図23Bは支持部バー301を上下可動に構成した例である。このように構成した支持部バー301の動作を図24に示す。可動式集塵ユニット123が外周載置部114に干渉しない中央付近にある場合は、一対の支持部バー301は、両方が上部に突出した状態でジグシート122と密着している。よって、被加工物111の加工エリアの平面度を維持すると共に、空気流に漏れがなく安定した集塵と排出が可能となる。外周付近の加工エリアを加工する場合には、支持部バー301の一方のみをコの字の本体側に収納して、外周載置部114との干渉を防止することができる。その状態を図中の左右に点線によって示している。これにより、被加工物111の外周の加工できないエリアを極力少なくすることに寄与できる。なお、支持部バー301の上下動作は、外周載置部114との関係で行うので、適当なガイドとカム板(図示せず)を設ければ実現できる。
なお、本実施の形態では、ジグシート122を予め設置してレーザ加工を行う場合を説明した。しかし、ジグシート122を用いなくても、外周載置部114による被加工物111の吸着とワーク押さえ部121の固定と可動式集塵ユニット123による被加工物の下部の支持で精度よく平面を維持できる。また、被加工物111の下部側の粉塵も効率よく排出できる。
しかし、ジグシート122と共に被加工物111の保持を行うことで平面の全体剛性が上がっている。さらに可動式集塵ユニット123の支持部が常に一列の加工エリアを下部より支持している。そのため、大判で厚さの非常に薄いシート状の被加工物であっても、さらにたわみの非常に少ない精度の高いレーザ加工が行える。図25Aは、ジグシート122がない場合の被加工物111の状態である。図25Bは、ジグシート122がある場合の被加工物111の状態である。図25Aおよび図25Bは、被加工物111の状態を定性的に強調している。
また、次列の加工エリアに可動式集塵ユニット123が移動する場合、ジグシート122を設置しておくと被加工物111の裏面を保護する。そのため、可動式集塵ユニット123による被加工物111のこすれ傷が発生する僅かな確率もなくすことができる。
また、本実施の形態では、第2種可動載置部113は載置部中央付近に設置され動作する比較して大きな面を有する部材とし、2つの第1種可動載置部112は、第2種可動載置部113の対向する2辺に位置し独立して動作可能な小さな部材として構成した例を示した。上述のように、第1種可動載置部112は、被加工物を搭載する時、可動載置部が上昇する場合に可動式集塵ユニットの位置に対応する部分の可動載置部である。本実施形態ではX軸から見て左右2ヶ所に可動式集塵ユニットが位置するので対向する2辺に設置した例を示したものである。
当然、レーザ加工の制御手順によっては異なる箇所に可動式集塵ユニットを位置させることもでき、それに対応する位置で可動載置部を分割すれば、それは第1種可動載置部である。
また、第2種可動載置部は可動式集塵ユニットの位置とは干渉しない位置の可動載置部を称するものである。本実施形態のように、第2種可動載置部を1つの大きな面を有するものとしても良いし、分割して複数の可動載置部としても良く、大きさや個数に限定されるものではない。
また、本実施の形態においては加工エリアの数など図示の都合で具体的な数値を示している。しかし、これらの具体数値は被加工物の大きさや装置の大きさ等の設計要件で決定すればよく、この例に限定されるものではない。
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザによる穴加工において載置部の損傷を防止しつつ被加工物の平面度を保持して高い加工精度を実現できる。さらに、レーザ加工時に発生する粉塵も効率よく収集および排出できて粉塵が装置の可動部に付着することも防止できる。そのため、スルーホール加工を行うレーザ加工装置等において有用である。
100 レーザ加工装置
101 加工制御部
102 レーザ発振器
103 レーザビーム
104 光学系
105 ガルバノスキャナ
106 Xミラー
107 Yミラー
108 fθレンズ
109 加工ヘッド
111,811,901 被加工物
112,112a,112b 第1種可動載置部
113 第2種可動載置部
114 外周載置部
115 可動載置部
116 可動載置部吸着孔
117 外周吸着孔
118 可動載置部昇降シリンダ
119 押さえ部駆動シリンダ
120 クランプ部材
121 ワーク押さえ部
122 ジグシート
123 可動式集塵ユニット
125 加工エリア
130 加工テーブル
131 Yテーブル
132 Yテーブル駆動部
133 Xテーブル
134 Xテーブル駆動部
200 駆動モータ
201 駆動伝達部
301 支持部バー
302 支持部
303 空気流通部

Claims (11)

  1. 水平方向に駆動するワークテーブルと、
    前記ワークテーブルの上に設けられ、吸着穴を有する外周載置部と、
    前記ワークテーブルの上であって前記外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する第1種可動載置部と、
    前記ワークテーブルの上であって前記外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する第2種可動載置部と、
    前記外周載置部に設けられたワーク押さえ部と、
    前記第1種可動載置部または前記第2種可動載置部の上方に設けられ、レーザ加工を行う加工ヘッド部と、
    前記外周載置部の内側に設けられ、水平方向に移動可能な可動式集塵ユニットと、を備えたレーザ加工装置。
  2. 前記可動式集塵ユニットの断面形状は上方が開口した概コの字である請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3. 前記可動式集塵ユニットは、前記コの字の部分とは異なる部材の支持部バーをさらに備えている請求項2に記載のレーザ加工装置。
  4. 前記支持部バーは上下可動である請求項3に記載のレーザ加工装置。
  5. 前記第1種可動載置部は、前記可動式集塵ユニットの位置に対応するように位置する請求項1から4のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  6. 前記第1種可動載置部は複数であり、
    前記第1種可動載置部のうちの少なくとも2つは、前記第2種可動載置部を挟むように位置する請求項5に記載のレーザ加工装置。
  7. 前記ワーク押さえ部は、前記外周載置部の4辺全てに設けられている請求項1から6のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  8. 前記第1種可動載置部と前記第2種可動載置部との上に、難燃性多孔質の材質で形成したシートをさらに備える請求項1から7のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  9. 前記シートは、難燃剤を添加した有機質の繊維の不織布を基材とする請求項8に記載のレーザ加工装置。
  10. 吸着孔を有する外周載置部と、前記外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する第2種可動載置部と、前記外周載置部の内側に設けられ、水平方向に移動可能な可動式集塵ユニットとの上に第1の被加工物を載置する第1の載置工程と、
    前記外周載置部に設けられたワーク押さえ部により前記第1の被加工物を押さえる第1の固定工程と、
    前記可動式集塵ユニットの上方に位置する、前記第1の被加工物の第1の領域にレーザ加工を行う第1のレーザ加工工程と、
    前記第2種可動載置部を下に移動させる第1の第2種可動載置部下降工程と、
    前記可動式集塵ユニットを第1の水平方向に移動させる第1の集塵ユニット移動工程と、
    前記外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する第1種可動載置部を上に移動させる第1の第1種可動載置部上昇工程と、
    前記可動式集塵ユニットの上方に位置する、前記第1の被加工物の第2の領域にレーザ加工を行う第2のレーザ加工工程と、を備えたレーザ加工方法。
  11. 前記第1の被加工物をレーザ加工した後に、
    前記外周載置部と、前記第2種可動載置部と、前記可動式集塵ユニットとの上に第2の被加工物を載置する第2の載置工程と、
    前記外周載置部に設けられたワーク押さえ部により前記第2の被加工物を押さえる第2の固定工程と、
    前記可動式集塵ユニットの上方に位置する、前記第2の被加工物の第3の領域にレーザ加工を行う第3のレーザ加工工程と、
    前記第2種可動載置部を下に移動させる第2の第2種可動載置部下降工程と、
    前記可動式集塵ユニットを第2の水平方向に移動させる第2の集塵ユニット移動工程と、
    前記外周載置部の内側に設けられ、上下に移動可能であり、吸着孔を有する第1種可動載置部を上に移動させる第2の第1種可動載置部上昇工程と、
    前記可動式集塵ユニットの上方に位置する、前記第2の被加工物の第4の領域にレーザ加工を行う第4のレーザ加工工程と、を備え、
    前記第1の水平方向と、前記第2の水平方向とは、反対である請求項10に記載のレーザ加工方法。
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