レーザー加工装置
【課題】 温度変化によるスキャナの角度誤差を抑制することにより、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】 レーザー加工用のＸＹスキャナが、モータ軸１００を回動させる駆動モータ１０と、レーザー光を反射させる反射ミラー２０、及び、モータ軸１００に取り付けられるマウンタ係合部２１Ｂを有するミラーモジュールと、モータ軸１００を挟んでミラーマウンタ２１と対向するように配置され、モータ軸１００に取り付けられるミラー固定部材２２とを備え、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２は、モータ軸１００との接触面を減らすための非接触領域がモータ軸１００を挟んで両側に存在する状態で、モータ軸１００を挟持する。
【解決手段】 レーザー加工用のＸＹスキャナが、モータ軸１００を回動させる駆動モータ１０と、レーザー光を反射させる反射ミラー２０、及び、モータ軸１００に取り付けられるマウンタ係合部２１Ｂを有するミラーモジュールと、モータ軸１００を挟んでミラーマウンタ２１と対向するように配置され、モータ軸１００に取り付けられるミラー固定部材２２とを備え、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２は、モータ軸１００との接触面を減らすための非接触領域がモータ軸１００を挟んで両側に存在する状態で、モータ軸１００を挟持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置に係り、さらに詳しくは、レーザー光を照射して加工対象物を加工するレーザー加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー加工装置は、加工設定データに基づいて、レーザー光の照射位置を２次元走査させることにより、ワーク上に加工パターンを形成することができる。このような２次元走査を行うために、レーザー加工装置は、ＸＹスキャナを備えている（例えば、特許文献１）。ＸＹスキャナは、互いに直交するモータ軸を有する２個のガルバノモータと、これらのモータ軸にそれぞれ取り付けられた２個のミラーモジュールとによって構成される。このような構成からなるＸＹスキャナは、ガルバノスキャナと呼ばれている。
【０００３】
図１４は、従来のレーザー加工装置におけるＸＹスキャナの一部を示した図であり、モータ軸１００に取り付けられたミラーモジュール１１が示されている。ミラーモジュール１１は、レーザー光を反射するためのミラー２０をミラーマウンタ２１に取り付けた部材であり、ミラー固定部材２２及び係合ネジ２３を用いて、モータ軸１００に取り付けられている。すなわち、モータ軸１００を挟んで状態で、２本の係合ネジ２３を用いて、ミラーモジュール１１及びミラー固定部材２２を締結することにより、ミラーモジュール１１がモータ軸１００に取り付けられている。
【０００４】
図１５は、図１４のミラーモジュール１１をＣ−Ｃ切断線によって切断した場合の断面図である。ミラーマウンタ２１には、モータ軸１００に接触させる曲面部２１２が形成され、ミラー固定部材２２にも、モータ軸１００に接触させる曲面部２２２が形成されている。これらの曲面部２１２，２２２は、いずれも円弧形状の凹曲面であり、その曲率がモータ軸１００の曲率に一致している。このようなミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２でモータ軸１００を狭持することにより、広い接触面積を確保しながら、モータ軸１００をしっかりと締め付けることができ、振動等によるミラーモジュール１１の脱落を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１６２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、高精度のレーザー加工装置を開発するために、ＸＹスキャナの角度誤差を低減するための検討を行った。その結果、一般に、ＸＹスキャナの角度精度は、モータの駆動精度に応じて決まるものと考えられていたが、モータの駆動誤差とは別に、温度変化にともなってＸＹスキャナに僅かな角度誤差が生じていることを発見した。この角度誤差は秒（１／３６００°）オーダー程度のものであり、従来のレーザー加工装置では問題とされていなかったレベルであるが、更に高精度のレーザー加工装置では、このような角度誤差であっても加工精度に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
このような角度誤差は、ミラーマウンタ２１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の膨張又は収縮によるものであると考えられる。温度環境が変化した場合、モータ軸１００が僅かに膨張又は収縮し、あるいは、ミラーマウンタ２１やミラー固定部材２２が僅かに変形する。その結果、モータ軸１００に対し、ミラーマウンタ２１が僅かに回転し、モータ軸１００に対する反射面の角度に誤差が生じると考えられる。また、ミラーマウンタ２１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００等の部材内において温度勾配が生じ、あるいは、これらの部材間に温度差が生じたような場合にも、角度誤差が生じると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。特に、照射位置の２次元走査を高精度に行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。また、温度変化によるスキャナの角度誤差を抑制することにより、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置であって、上記スキャナが、モータ軸を回動させる駆動モータと、レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を有するミラーモジュールと、上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、第１の取付部材及び第２の取付部材は、第１の取付部材及び第２の取付部材の少なくとも一方と上記モータ軸との接触面を減らすための非接触領域が、上記モータ軸を挟んで両側に存在する状態で、上記モータ軸を挟持するように構成される。
【００１０】
このような構成により、第１及び第２の取付部材の少なくとも一方について、モータ軸に対する接触面を狭小化することができ、図１５に示す従来技術と比べて、摩擦力が発生する面積を小さくすることができる。その結果、図１５に示す従来技術のように、モータ軸のほぼ全周囲において摩擦力が発生するのではなく、その全周囲よりも短い限られた範囲において摩擦力が発生するようになる。換言すれば、第１及び第２の取付部材によってモータ軸を挟持したとき、第１及び第２の取付部材からモータ軸に加わる力の方向を、モータ軸のほぼ全周囲から、その全周囲よりも短い限られた範囲に集めることができる。このため、温度環境が変化した場合であっても、モータ軸に対してミラーモジュールが回転し難くなり、角度誤差が生じるのを抑制することができる。特に、第１の取付部材とモータ軸との接触面を狭小化し、かつ、第２の取付部材とモータ軸との接触面を狭小化することによって、摩擦力が発生する面積を更に小さくすることができるので、角度誤差が生じるのを更に抑制することができる。
【００１１】
第２の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置であって、上記スキャナが、モータ軸を回動させる駆動モータと、レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、第１の取付部材及び第２の取付部材は、それぞれが上記モータ軸を保持する保持部と、当該保持部から上記モータ軸と直交する方向に延びる一対の第１の締結部及び第２の締結部とを有し、第１の取付部材側の第１の締結部と第２の取付部材側の第１の締結部とが締結され、第１の取付部材側の第２の締結部と第２の取付部材側の第２の締結部とが締結されている状態にて、第１の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面又は第２の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面の少なくとも一方に、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有し、上記モータ軸から離間して上記モータ軸との接触を避けるための非接触面が形成されている。
【００１２】
このような構成により、第１の取付部材側の保持部のモータ軸側の面または第２の取付部材側の保持部のモータ軸側の面のうち、少なくとも一方の面について、モータ軸に対する接触面を狭小化することができ、図１５に示す従来技術と比べて、摩擦力が発生する面積を小さくすることができる。その結果、図１５に示す従来技術のように、モータ軸のほぼ全周囲において摩擦力が発生するのではなく、その全周囲よりも短い限られた範囲において摩擦力が発生するようになるので、温度環境が変化した場合であっても、モータ軸に対してミラーモジュールが回転し難くなり、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００１３】
第３の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが、螺子によって締結され、第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが、それぞれ螺子によって締結されている。
【００１４】
第４の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材及び第２の取付部材が、第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが当接し、第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが当接した状態で、上記モータ軸を挟持する。
【００１５】
第５の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅と、第２の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅が、それぞれ上記モータ軸の外周長の１／４未満となるように構成される。
【００１６】
第１及び第２の取付部材のモータ軸に対する接触面の周方向の幅をモータ軸の外周長の１／４未満にすることによって、これらの接触面をそれぞれ狭小化するとともに、互いの距離を長くすることができる。このため、第１及び第２の取付部材のモータ軸に対する接触面内において、それぞれ摩擦力が周方向において最大となる点が、モータ軸の中心に関し、より対称に近くなるように配置される。従って、温度環境が変化した場合であっても、モータ軸に対しミラーモジュールが回転し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００１７】
第６の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材及び第２の取付部材が、上記モータ軸とは異なる材料からなるように構成される。
【００１８】
第７の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置であって、上記スキャナが、モータ軸を回動させる駆動モータと、レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、第２の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数が、第１の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数よりも小さくなるように構成される。
【００１９】
この様な構成により、第２の取付部材のモータ軸に対する接触面の摩擦力は、第１の取付部材の接触面の摩擦力に比べて小さくなる。このため、温度環境が変化し、モータ軸等が僅かに膨張又は収縮した場合であっても、モータ軸に対するミラーモジュールの位置ずれの方が、モータ軸に対する第２取付部材の位置ずれよりも小さくなり、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００２０】
第８の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材の上記モータとの接触面が、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有するように構成される。
【００２１】
このような構成により、第１の取付部材の凹曲面の周方向について、モータ軸を点接触させることができる。従って、温度環境が変化した場合であっても、第１の取付部材の接触点のモータ軸上における位置は変化しないから、モータ軸に対しミラーモジュールが回転し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００２２】
第９の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材の上記モータとの接触面と、第２の取付部材の上記モータとの接触面とが、同一の材質からなり、第２の取付部材の上記接触面に表面加工を行うことにより、第２の取付部材の上記接触面の摩擦係数を第１の取付部材の上記接触面より小さくするように構成される。
【００２３】
このような構成により、第１及び第２の取付部材が同一の材質からなる場合であっても、第２の取付部材の上記接触面の摩擦係数を第１の取付部材の上記接触面よりも小さくすることが容易にできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することができる。特に、照射位置の２次元走査を高精度に行うことができるレーザー加工装置を提供することができる。また、温度変化によるスキャナの角度誤差を抑制することにより、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置の要部の一構成例を示した斜視図であり、ＸＹスキャナの外観が示されている。
【図２】図１のミラーモジュール１１の一構成例を示した外観図である。
【図３】図１のミラーモジュール１１の一構成例を示した外観図である。
【図４】図３のＢ１−Ｂ１切断線及びＢ２−Ｂ２切断線によって切断した場合の断面図である。
【図５】図２のミラーモジュール１１の組み立て時の様子を示した分解図である。
【図６】図２のミラーモジュール１１の組み立て時の様子を示した分解図である。
【図７】ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。
【図８】温度環境の変化にともなう角度誤差についての測定結果を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態２によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態３によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態４によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態５によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態６によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１４】従来のレーザー加工装置におけるＸＹスキャナの一部を示した図である。
【図１５】図１４のミラーモジュール１１をＣ−Ｃ切断線によって切断した場合の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置の要部の一構成例を示した斜視図であり、ＸＹスキャナの外観が示されている。このＸＹスキャナは、加工対象物上におけるレーザー光の照射位置を２次元走査するためのスキャナであり、互いに直交するモータ軸を有する２個のガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂと、これらのモータ軸にそれぞれ取り付けられた２個のミラーモジュール１１Ａ，１１Ｂとからなるガルバノスキャナである。ＸＹスキャナに入射したレーザー光Ｌは、ミラーモジュール１１Ａで反射された後、ミラーモジュール１１Ｂで反射され、図示しない集光レンズを介して、加工対象物に照射される。
【００２７】
ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂは、制御信号に基づいてモータ軸の角度を制御するモータ、例えばステッピングモータである。ミラーモジュール１１Ａ，１１Ｂは、ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂのモータ軸を中心として、所定の角度範囲内を往復する回転運動を行う反射板である。ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂのモータ軸を直交させることにより、集光レンズの光軸に直交する走査平面上の直交座標軸をＸ軸及びＹ軸とすれば、ミラーモジュール１１Ａ，１１ＢをＸ軸及びＹ軸にそれぞれ対応づけることができる。
【００２８】
ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂは、モータマウンタ１２及びモータ固定部１３Ａ，１３Ｂを用いて、レーザー加工装置のヘッド筐体に取り付けられている。モータマウンタ１２は、一体成形された金属ブロックであり、ヘッド筐体の内面にモータ取付面１２０を密着させた状態で固定される。モータ固定部１３Ａ，１３Ｂは、モータマウンタ１２のモータ取付面１２１，１２２と対向させて、モータマウンタ１２と係合されている。つまり、ガルバノモータ１０Ａは、モータ取付面１２１及びモータ固定部１３Ａによって狭持され、ガルバノモータ１０Ｂは、モータ取付面１２２及びモータ固定部１３Ｂにより狭持されている。
【００２９】
なお、ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂは同一の構成からなるため、適宜、ガルバノモータ１０と総称する。同様にして、ミラーモジュール１１Ａ，１１Ｂも同一の構成からなるため、適宜、ミラーモジュール１１と総称する。
【００３０】
図２及び図３は、図１のミラーモジュール１１の一構成例を示した外観図である。図２の（ａ）は、反射面を正面から見た正面図、（ｂ）は、側面図であり、図３の（ａ）は、図２のＡ１方向から見た平面図（Ａ１矢視図）、（ｂ）は、図２のＡ２方向から見た平面図（Ａ２矢視図）である。図４の（ａ）は、図３のＢ１−Ｂ１切断線により切断した場合の断面図であり、（ｂ）は、図３のＢ２−Ｂ２切断線により切断した場合の断面図である。
【００３１】
ミラーモジュール１１は、レーザー光Ｌを反射するミラー２０と、ミラー２０を保持するミラーマウンタ２１からなる。このミラーマウンタ２１をミラー固定部材２２と締結することにより、ガルバノモータ１０のモータ軸１００が狭持され、ミラーモジュール１１がモータ軸１００に取り付けられる。
【００３２】
ミラー２０は、モータ軸１００の延伸方向を長手方向とする略矩形の形状からなり、当該長手方向の一端が、ミラーマウンタ２１に固着されている。例えば、ミラー２０の一端が、ミラーマウンタ２１の切り込み２１Ｃ内に挿入され、接着剤によってミラーマウンタ２１に固着される。
【００３３】
ミラーマウンタ２１は、ミラー２０をガルバノモータ１０のモータ軸１００に取り付けるためのミラー取付部材であり、アルミニウムなどの金属材料からなる。このミラーマウンタ２１は、円柱形状のマウンタ本体部２１Ａと、コの字形状のマウンタ係合部２１Ｂとからなり、マウンタ本体部２１Ａの一方の端面にはミラー２０用の切り込み２１Ｃが形成され、他方の端面にはマウンタ係合部２１Ｂが形成されている。
【００３４】
マウンタ係合部２１Ｂは、細長い直方体の両端を同一方向にそれぞれ９０°屈曲させたコの字形状を有している。すなわち、マウンタ係合部２１Ｂは、モータ軸１００を当接させる１つの保持部２１０と、ミラー固定部材２２と締結させる２つの締結部２１１とからなり、保持部２１０の両端に２つの締結部２１１の一端をそれぞれ連結することによって得られる矩形枠の一辺を開放した形状からなる。
【００３５】
モータ軸１００と対向する保持部２１０の内面は、１つの曲面部２１２及び２つの平面部２１３からなる。曲面部２１２は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率と一致している。このため、モータ軸１００を曲面部２１２に当接させれば、曲面部２１２がモータ軸１００と接触する接触面となり、保持部２１０をモータ軸１００の外周面と面接触させることができる。この様にしてモータ軸１００を保持部２１０に面接触させることにより、精度良く位置決めし、かつ、容易に脱落しないように、モータ軸１００に対し、ミラーマウンタ２１を取り付けることができる。
【００３６】
２つの平面部２１３は、曲面部２１２を挟んで形成された平面であり、その曲率はゼロであり、モータ軸１００の曲率よりも小さい。これらの平面部２１３は、モータ軸１００から離間して配置され、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成している。このような平面部２１３を曲面部２１２を挟んで形成することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面をモータ軸１００を挟んで両側に形成している。このため、従来のＸＹスキャナに比べて、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００３７】
ミラー固定部材２２は、モータ軸１００を挟んでマウンタ係合部２１Ｂと係合され、マウンタ係合部２１Ｂとともにモータ軸１００を狭持し、ミラーモジュール１１をモータ軸１００に固定するミラー固定部材であり、アルミニウムなどの金属材料からなる。このミラー固定部材２２は、直方体の長手方向の両端を同一方向にそれぞれ９０°屈曲させたコの字形状を有し、上述したマウンタ係合部２１Ｂと略同一の形状からなる。すなわち、ミラー固定部材２２は、モータ軸１００を当接させる１つの保持部２２０と、マウンタ係合部２１Ｂと締結させる２つの締結部２２１とからなり、保持部２２０の両端に２つの締結部２２１の一端をそれぞれ連結することによって得られる矩形枠の一辺を開放した形状を有している。
【００３８】
また、モータ軸１００と対向する保持部２２０の内面には、１つの曲面部２２２及び２つの平面部２２３からなる。曲面部２２２は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率と一致している。このため、モータ軸１００を曲面部２２２に当接させれば、曲面部２２２がモータ軸１００と接触する接触面となり、ミラー固定部材２２をモータ軸１００の外周面と面接触させることができる。
【００３９】
２つの平面部２２３は、曲面部２２２を挟んで形成された平面であり、その曲率はゼロであり、モータ軸１００の曲率よりも小さい。これらの平面部２２３は、モータ軸１００から離間して配置され、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成している。このような平面部２２３を曲面部２２２を挟んで形成することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面をモータ軸１００を挟んで両側に形成している。このため、従来のＸＹスキャナに比べて、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００４０】
係合螺子２３は、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２を係合するための締結手段である。マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２は、曲面部２１２，２２２を対向させるとともに、締結部２１１，２２１の端面を対向させ、モータ軸１００を取り囲むように配置される。２本の係合螺子２３は、締結部２１１，２２１の対向する両端面を貫通するように螺入され、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２を連結している。つまり、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２は、モータ軸１００を挟んで２カ所で係合されている。また、締結部２１１，２２１は対向する端面間に僅かな隙間が形成されるように形成されている。このため、連結後も締結部２１１，２２１は互いに当接せず、互いに対向する曲面部２１２，２２２をモータ軸１００に確実に当接させ、モータ軸１００を狭持することができる。
【００４１】
図５及び図６は、図２のミラーモジュール１１の組み立て時の様子を示した分解図である。図５は、図２の（ｂ）と同じ方向から見た図（正面図）であり、図６は、図３の（ａ）と同じ方向から見た平面図（Ａ１矢視図）である。
【００４２】
２本の係合螺子２３は、ともにモータ軸１００と直交し、かつ、互いに逆向きとなるように螺入される。すなわち、一方の係合螺子２３は、ミラー固定部材２２の外面から螺入され、ミラー固定部材２２を貫通した後、マウンタ係合部２１Ｂに螺入される。他方の係合螺子２３は、マウンタ係合部２１Ｂの外面から螺入され、マウンタ係合部２１Ｂを貫通した後、ミラー固定部材２２に螺入される。
【００４３】
マウンタ係合部２１Ｂの曲面部２１２にモータ軸１００を当接させた状態で、２本の係合螺子２３を用いて、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２を係合することにより、曲面部２２２によってモータ軸１００が曲面部２１２に押圧される。このため、互いに対向する曲面部２１２，２２２によってモータ軸１００を狭持し、ミラーモジュール１１をモータ軸１００に固定することができる。
【００４４】
図７は、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。モータ軸１００の周方向に関する曲面部２１２，２２２の幅は、従来装置に比べて短く、例えば、曲面部２１２，２２２の中心角θ１，θ２はいずれも約５０°になっている。このため、温度環境が変化した場合であっても、当該変化によってモータ軸１００に対するミラー２０の反射面の角度が変化し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００４５】
高い剛性が求められるモータ軸１００はステンレス製であるのに対し、軽量化が求められるミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２はアルミニウム製であり、両者は熱膨張率が異なっている。このため、室温が変化し、あるいは、ガルバノモータ１０が発熱することによって、温度環境が変化すれば、モータ軸１００及びミラーマウンタ２１間に回転方向に位置ずれが発生し、ミラー２０の角度誤差となる。
【００４６】
ただし、このような位置ずれは、例えば、曲面部２１２及びモータ軸１００間の摩擦力が最大となる点Ｐ１と、曲面部２２２及びモータ軸１００間の摩擦力が最大となる点Ｐ２とを支点として発生する。締結部２１１，２２１の締め方によって、或いは、モータ軸１００等への熱の加わり方によって、点Ｐ１や点Ｐ２の場所は変わると考えられるが、例えば、図７の右側の締結部２１１，２２１の方を左側の締結部２１１，２２１よりきつく締めると、図７のようになり得る。これらの点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線が、モータ軸１００の中心Ｐ０又はその近傍を通る場合には、モータ軸１００が膨張又は収縮しても、ミラー２０がモータ軸１００に対し回転することはなく、角度誤差を生じさせることもない。
【００４７】
ところが、モータ軸１００との接触領域が周方向に大きな幅を有している場合、摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２が、上記接触領域内の周方向のどこに形成されるのかを予測することが難しく、角度誤差を抑制することは容易ではない。
【００４８】
そこで、本実施の形態によるレーザー加工装置では、曲面部２１２，２２２の周方向の幅、つまり、モータ軸１００に対し、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２が接触する接触領域の周方向の幅をともに狭小化している。換言すれば、モータ軸１００を挟んで両側に非接触領域が存在するようにしている。この様な構成を採用することにより、摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線がモータ軸１００の中心又はその近傍を通るように配置することができる。つまり、摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２をモータ軸１００に関し略対称となるように配置することができる。このため、温度環境の変化によって、モータ軸１００に対するミラー２０の角度が変化し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００４９】
特に、曲面部２１２，２２２の周方向の幅が、それぞれモータ軸１００の外周長の１／４未満、つまり、モータ軸１００に関する中心角が９０°未満となるように構成することにより、温度変化による角度誤差の発生を抑制することができる。更に、曲面部２１２，２２２の周方向の幅が、それぞれモータ軸１００の外周長の１／６未満、つまり、モータ軸１００に関する中心角が６０°未満となるように構成すれば、温度変化により角度誤差が生じるのを更に効果的に抑制することができる。
【００５０】
しかも、曲面部２１２，２２２が、モータ軸１００の外径と一致する凹曲面からなり、これらの凹曲面にモータ軸１００を面接触させていることから、振動によりミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００から脱落するのを防止することができる。また、モータ軸１００に対しミラーマウンタ２１を正確に位置決めすることができ、モータ軸１００に対するミラーマウンタ２１の取付作業も容易になる。
【００５１】
このように、図７によれば、マウンタ係合部２１Ｂの保持部２１０のモータ軸１００側の面のうち、モータ軸１００と接触する接触面を、曲面部２１２として狭い領域に限定している。また、ミラー固定部材２２の保持部２２０のモータ軸１００側の面のうち、モータ軸１００と接触する接触面を、曲面部２２２として狭い領域に限定している。加えて、局面部２１２と曲面部２２２とは、モータ軸１００を挟んで略対称となるような位置に形成されている。このような構成を採用することで、マウンタ係合部２１Ｂの保持部２１０からモータ軸１００に加わる力の向き（図７の下向き）と、ミラー固定部材２２の保持部２２０からモータ軸１００に加わる力の向き（図７の上向き）とが、ほぼ平行になり、且つ、ほぼ１８０°反対向きとなる。すなわち、モータ軸に対して摩擦力が働く領域（曲面部２１２及び曲面部２２２）とモータ軸１００の中心Ｐ０とが、ほぼ一直線になる。そのため、仮に、温度環境の変化によって、マウンタ係合部２１Ｂ，ミラー固定部材２２，及びモータ軸１００のうちいずれか一部又は全部が、膨張又は収縮した場合であっても、モータ軸１００とマウンタ係合部２１Ｂとの相対的な回転角度にずれが生じ難くなり、ひいては角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００５２】
図８は、温度環境の変化にともなう角度誤差についての測定結果を示した図である。図中の（ａ）には、本実施の形態によるＸＹスキャナについての測定結果が示され、図中の（ｂ）には、図１４及び図１５の従来のＸＹスキャナについての測定結果が比較例として示されている。
【００５３】
角度誤差の測定は、ＸＹスキャナを３０℃の恒温槽に入れ、十分な時間が経過した後に恒温槽の温度設定を３０℃から４０℃に変更し、その後の一定時間ごとに角度誤差を測定することにより行った。この間、モータは停止したままの状態に維持されている。図８は、このようにして測定された測定結果を示した図であり、横軸は、温度変化後の経過時間（分）であり、縦軸は、角度誤差（秒＝１／３６００度）である。また、図８の曲線は、一定時間ごとに測定された角度誤差をプロットし、これらの各プロット点の近傍を通るように引くことにより得られる近似曲線である。このため、若干の誤差が内在している。
【００５４】
図中の（ａ）に示した通り、本実施の形態によるＸＹスキャナの場合、３０℃から４０℃への温度変化によって約１秒（１／３６００°）の角度誤差しか生じなかった。これに対し、図中の（ｂ）に示した通り、従来のＸＹスキャナの場合、同じ温度変化によって約１４秒（１４／３６００°）の角度誤差が生じている。従って、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２の接触領域の幅を狭小化させた本実施の形態によるＸＹスキャナは、モータ軸１００のほぼ全周にわたって、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２を接触させている従来のＸＹスキャナに比べ、角度誤差が約１／１０に抑制されていることがわかる。
【００５５】
実施の形態２．
実施の形態１では、モータ軸１００を当接させる曲面部２１２，２２２の曲率がモータ軸１００の曲率と一致し、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２が、モータ軸１００に面接触で取り付けられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、モータ軸１００を当接させる曲面部２１４，２２４の曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さく、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００に線接触で取り付けられる場合の例について説明する。
【００５６】
図９は、本発明の実施の形態２によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。図７の構成と比較すれば、曲面部２１４，２２４の曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さい点で異なり、その他の構成は同一である。
【００５７】
マウンタ係合部２１Ｂの曲面部２１４は、その曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さい。このため、モータ軸１００を曲面部２１４に当接させれば、両者の接触領域は、モータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線となる。つまり、曲面部２１４内には、線状の接触領域を挟んで２つの非接触面が形成され、マウンタ係合部２１Ｂをモータ軸１００の外周面と線接触させることができる。この場合、平面部２１３だけでなく、曲面部２１４内においても、モータ軸１００を挟んで両側に空間を形成することができ、モータ軸１００との接触面積をさらに低減することができる。
【００５８】
同様にして、ミラー固定部材２２の曲面部２２４は、その曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さい。このため、モータ軸１００を曲面部２２４に当接させれば、両者の接触領域は、モータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線となる。つまり、曲面部２２４内には、線状の接触領域を挟んで２つの非接触面が形成され、保持部２２０をモータ軸１００の外周面と線接触させることができる。この場合、平面部２２３だけでなく、曲面部２２４内においても、モータ軸１００を挟んで両側に空間を形成することができ、モータ軸１００との接触面積をさらに低減することができる。
【００５９】
本実施の形態によれば、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２がモータ軸１００に当接する曲面部２１４，２２４の曲率をモータ軸１００の曲率よりも小さくすることにより、モータ軸１００に対し、周方向においてそれぞれ点接触させ、当該接触領域の周方向の幅を狭小化している。この様な構成を採用することにより、モータ軸１００の周方向に関し、曲面部２１２，２２２内において摩擦力がそれぞれ最大となる点Ｐ１，Ｐ２をモータ軸１００について対称となるように配置することができる。このため、温度環境の変化によって、モータ軸１００に対するミラー２０の角度が変化し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、望ましい実施の形態として、曲面部２１２，２２２の曲率が、いずれもモータ軸１００の曲率よりも小さい場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、曲面部２１２，２２２の一方の曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さく、他方の曲率がモータ軸１００の曲率と一致するように構成することもできる。この場合も、上記一方がモータ軸１００に対し、線接触となることから、温度変化による角度誤差を効果的に抑制することができる。
【００６１】
また、モータ軸１００が通常回転しているとき（ガルバノモータ１０の動作時）には、ミラーモジュール１１とモータ軸１００とが相対的に回転ずれを生じないように、ミラーモジュール１１とミラー固定部２２とで、ある程度の保持力（モータ軸１００を保持する力）をもたせておく必要がある。したがって、本実施の形態では、線接触する部分の摩擦力が大きくなるような加工を施す等の作業が必要になる。この意味においては、実施の形態１のように、周方向にある程度の幅（長さ）を持ち、かつ、モータ軸１００の曲率と等しい曲面部２１２，２２２を形成しておく方が好ましい。そうすると、ガルバノモータ１０の動作時の回転ずれと、温度環境変化時の回転ずれとの両方を防ぐとともに、製造工程の簡素化を図ることができる。
【００６２】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、締結部２１１，２２１の対向する端面間に僅かな隙間が形成されている場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、締結部２１１，２２１の端面を互いに当接させる場合について説明する。
【００６３】
図１０は、本発明の実施の形態３によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。図９の構成と比較すれば、締結された２組の締結部２１１，２２１の端面が互いに当接している点で異なり、その他の構成は同一である。
【００６４】
上述した通り、曲面部２１４，２２４をモータ軸１００に確実に当接させ、モータ軸１００を狭持するためには、曲面２１４，２２４がモータ軸１００に当接している状態において、締結部２１１，２２１の対向する端面間に僅かな隙間が形成されていることが望ましい。しかしながら、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部２２の形状が、十分に高い精度で形成できる場合には、締結部２１１，２２１の端面間に隙間を形成することは必須ではない。すなわち、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部２２は、曲面部２１４，２２４がモータ軸１００に当接している状態で、締結部２１１，２２１の対向する端面が互いに当接する形状であってもよい。
【００６５】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー取付部材２２０の形状が、いずれもコの字形状からなる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー取付部材２２がコの字形状以外の形状からなる場合について説明する。
【００６６】
図１１は、本発明の実施の形態４によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。図７の構成と比較すれば、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部２２の平面部２１３，２２３が、曲面部２１５，２２５からなり、コの字形状でない点で異なる。
【００６７】
モータ軸１００と対向する保持部２１０の内面は、互いに曲率の異なる１つの曲面部２１２及び２つの曲面部２１５からなる。曲面部２１２は、図７の場合と同様である。２つの曲面部２１５は、曲面部２１２を挟んで形成された凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率よりも小さく、これらの曲面部２１５をモータ軸１００から離間して配置することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成し、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００６８】
同様にして、モータ軸１００と対向する保持部２２０の内面は、互いに曲率の異なる１つの曲面部２２２及び２つの曲面部２２５からなる。曲面部２２２は、図７の場合と同様である。２つの曲面部２２５は、曲面部２２２を挟んで形成された凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率よりも小さく、これらの曲面部２２５をモータ軸１００から離間して配置することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成し、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００６９】
つまり、図１１に示されたマウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２の保持部２１０，２２０は、図７に示した保持部２１０，２２０の内面のうち、平面部２１３，２２３を曲線部２１５，２２５に置き換えたものに相当する。この様な構成を採用した場合であっても、図７の場合と全く同様にして、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００７０】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、曲面部２１２，２２２にモータ軸１００の外周面を接触させることにより、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００に取り付けられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、平面部２１３，２２３にモータ軸１００の外周面を接触させることにより、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２が線接触によって取り付けられる場合について説明する。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態２によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。このレーザー加工装置では、線接触となるように、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２をモータ軸１００に当接させている。
【００７２】
モータ軸１００と対向する保持部２１０，２２０の内面は、互いに平行な平面部２１３，２２３からなり、これらの平面部２１３，２２３でモータ軸１００を狭持している。このため、保持部２１０，２２０と、モータ軸１００との接触領域は、いずれもモータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線になる。
【００７３】
つまり、実施の形態１における接触領域の幅が最小化され、モータ軸１００の周方向における各当接点が、実施の形態１における摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２となり、これらの点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線がモータ軸１００の中心を通る。従って、この様な構成を採用すれば、温度環境の変化に起因する角度誤差の発生をより精度よく抑制することができる。
【００７４】
実施の形態６．
実施の形態１〜５では、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２と、モータ軸１００との接触領域について、モータ軸１００の周方向の幅を狭小化させることにより、温度変化による角度誤差の発生を抑制する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２の接触領域における表面状態を互いに異ならせることにより、温度変化による角度誤差の発生を抑制する場合について説明する。
【００７５】
図１３は、本発明の実施の形態３によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。
【００７６】
このレーザー加工装置では、モータ軸１００に対し、マウンタ係合部２１Ｂを線接触させ、ミラー固定部材２２を面接触させている。また、ミラー固定部材２２の曲面部２２２の表面を加工し、マウンタ係合部２１Ｂの曲面部２１４の摩擦係数に比べて、曲面部２２２の摩擦係数を小さくしている。
【００７７】
マウンタ係合部２１Ｂの内面に形成された曲面部２１４は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面（Ｒ形状）であり、当該円弧形状の曲率は、モータ軸１００の曲率よりも小さい。このため、モータ軸１００を曲面部２１４に当接させれば、両者の接触領域は、モータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線形状となる。
【００７８】
一方、ミラー固定部材２２の内面に形成された曲面部２２２は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面であり、当該円弧形状の曲率はモータ軸１００の曲率と一致している。このため、モータ軸１００を曲面部２２２に当接させれば、曲面部２２２を接触面として、ミラー固定部材２２をモータ軸１００の外周面に面接触させることができる。
【００７９】
また、曲面部２２２は、摩擦係数を低減するための表面加工を施すことにより、曲面部２１４よりも摩擦係数が小さくなっている。例えば、アルミニウム製の凹曲面上に樹脂膜を形成することにより、曲面部２１４に比べて、曲面部２２２の摩擦係数を低減させている。曲面部２２２の摩擦係数が小さい場合、モータ軸１００に対する曲面部２２２の摩擦力は、曲面部２１４の摩擦力に比べて小さくなる。その結果、温度変化によるモータ軸１００の位置ずれは、曲面部２１４上の当接点Ｐ１のみを支点として発生する。つまり、当接点Ｐ１では位置ずれが発生しにくい。しかも、モータ軸１００の当接点Ｐ１は、曲面部２１４の周方向の略中央となっている。従って、曲面部２２２内における摩擦力の最大点Ｐ２の位置にかかわらず、温度変化時に角度誤差を生じさせにくくなる。
【００８０】
また、曲面部２１４，２２２がともに凹曲面であるため、振動によりミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００から脱落するのを防止することができる。また、曲面部２２２をモータ軸１００の外周面に面接触させているため、モータ軸１００に対し、ミラーマウンタ２１を正確に位置決めすることができ、モータ軸１００に対するミラーマウンタ２１の取付作業も容易になる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、望ましい実施例として、モータ軸１００を曲面部２１４に線接触させる場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合のみには限定されない。すなわち、図７の場合と同様にして、保持部２１０をモータ軸１００に面接触させる場合であっても、実施の形態１と同様にして、接触領域の周方向の幅が狭小化されていればよい。これにより、ガルバノモータ１０の動作時にある程度の保持力を持たせるとともに、温度環境が変化した場合であっても、回転方向の位置ずれを防ぐことができる。例えば、接触領域の幅が、モータ軸の外周長の１／４未満、より望ましくは、１／６未満とすることもできる。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ ガルバノモータ
１１，１１Ａ，１１Ｂ ミラーモジュール
２０ ミラー
２１ ミラーマウンタ
２１Ａ マウンタ本体部
２１Ｂ マウンタ係合部
２２ ミラー固定部材
２３ 係合螺子
１００ モータ軸
２１０，２２０ 保持部
２１１，２２１ 締結部
２１２，２２２ 曲面部（接触面）
２１３，２２３ 平面部（非接触面）
２１４，２２４ 曲面部（線接触の領域及び非接触領域）
２１５，２２５ 曲面部（非接触面）
Ｐ０ モータ軸の中心
Ｐ１，Ｐ２ 摩擦力の最大点
θ１，θ２ 中心角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置に係り、さらに詳しくは、レーザー光を照射して加工対象物を加工するレーザー加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー加工装置は、加工設定データに基づいて、レーザー光の照射位置を２次元走査させることにより、ワーク上に加工パターンを形成することができる。このような２次元走査を行うために、レーザー加工装置は、ＸＹスキャナを備えている（例えば、特許文献１）。ＸＹスキャナは、互いに直交するモータ軸を有する２個のガルバノモータと、これらのモータ軸にそれぞれ取り付けられた２個のミラーモジュールとによって構成される。このような構成からなるＸＹスキャナは、ガルバノスキャナと呼ばれている。
【０００３】
図１４は、従来のレーザー加工装置におけるＸＹスキャナの一部を示した図であり、モータ軸１００に取り付けられたミラーモジュール１１が示されている。ミラーモジュール１１は、レーザー光を反射するためのミラー２０をミラーマウンタ２１に取り付けた部材であり、ミラー固定部材２２及び係合ネジ２３を用いて、モータ軸１００に取り付けられている。すなわち、モータ軸１００を挟んで状態で、２本の係合ネジ２３を用いて、ミラーモジュール１１及びミラー固定部材２２を締結することにより、ミラーモジュール１１がモータ軸１００に取り付けられている。
【０００４】
図１５は、図１４のミラーモジュール１１をＣ−Ｃ切断線によって切断した場合の断面図である。ミラーマウンタ２１には、モータ軸１００に接触させる曲面部２１２が形成され、ミラー固定部材２２にも、モータ軸１００に接触させる曲面部２２２が形成されている。これらの曲面部２１２，２２２は、いずれも円弧形状の凹曲面であり、その曲率がモータ軸１００の曲率に一致している。このようなミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２でモータ軸１００を狭持することにより、広い接触面積を確保しながら、モータ軸１００をしっかりと締め付けることができ、振動等によるミラーモジュール１１の脱落を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１６２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、高精度のレーザー加工装置を開発するために、ＸＹスキャナの角度誤差を低減するための検討を行った。その結果、一般に、ＸＹスキャナの角度精度は、モータの駆動精度に応じて決まるものと考えられていたが、モータの駆動誤差とは別に、温度変化にともなってＸＹスキャナに僅かな角度誤差が生じていることを発見した。この角度誤差は秒（１／３６００°）オーダー程度のものであり、従来のレーザー加工装置では問題とされていなかったレベルであるが、更に高精度のレーザー加工装置では、このような角度誤差であっても加工精度に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
このような角度誤差は、ミラーマウンタ２１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の膨張又は収縮によるものであると考えられる。温度環境が変化した場合、モータ軸１００が僅かに膨張又は収縮し、あるいは、ミラーマウンタ２１やミラー固定部材２２が僅かに変形する。その結果、モータ軸１００に対し、ミラーマウンタ２１が僅かに回転し、モータ軸１００に対する反射面の角度に誤差が生じると考えられる。また、ミラーマウンタ２１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００等の部材内において温度勾配が生じ、あるいは、これらの部材間に温度差が生じたような場合にも、角度誤差が生じると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。特に、照射位置の２次元走査を高精度に行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。また、温度変化によるスキャナの角度誤差を抑制することにより、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置であって、上記スキャナが、モータ軸を回動させる駆動モータと、レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を有するミラーモジュールと、上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、第１の取付部材及び第２の取付部材は、第１の取付部材及び第２の取付部材の少なくとも一方と上記モータ軸との接触面を減らすための非接触領域が、上記モータ軸を挟んで両側に存在する状態で、上記モータ軸を挟持するように構成される。
【００１０】
このような構成により、第１及び第２の取付部材の少なくとも一方について、モータ軸に対する接触面を狭小化することができ、図１５に示す従来技術と比べて、摩擦力が発生する面積を小さくすることができる。その結果、図１５に示す従来技術のように、モータ軸のほぼ全周囲において摩擦力が発生するのではなく、その全周囲よりも短い限られた範囲において摩擦力が発生するようになる。換言すれば、第１及び第２の取付部材によってモータ軸を挟持したとき、第１及び第２の取付部材からモータ軸に加わる力の方向を、モータ軸のほぼ全周囲から、その全周囲よりも短い限られた範囲に集めることができる。このため、温度環境が変化した場合であっても、モータ軸に対してミラーモジュールが回転し難くなり、角度誤差が生じるのを抑制することができる。特に、第１の取付部材とモータ軸との接触面を狭小化し、かつ、第２の取付部材とモータ軸との接触面を狭小化することによって、摩擦力が発生する面積を更に小さくすることができるので、角度誤差が生じるのを更に抑制することができる。
【００１１】
第２の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置であって、上記スキャナが、モータ軸を回動させる駆動モータと、レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、第１の取付部材及び第２の取付部材は、それぞれが上記モータ軸を保持する保持部と、当該保持部から上記モータ軸と直交する方向に延びる一対の第１の締結部及び第２の締結部とを有し、第１の取付部材側の第１の締結部と第２の取付部材側の第１の締結部とが締結され、第１の取付部材側の第２の締結部と第２の取付部材側の第２の締結部とが締結されている状態にて、第１の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面又は第２の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面の少なくとも一方に、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有し、上記モータ軸から離間して上記モータ軸との接触を避けるための非接触面が形成されている。
【００１２】
このような構成により、第１の取付部材側の保持部のモータ軸側の面または第２の取付部材側の保持部のモータ軸側の面のうち、少なくとも一方の面について、モータ軸に対する接触面を狭小化することができ、図１５に示す従来技術と比べて、摩擦力が発生する面積を小さくすることができる。その結果、図１５に示す従来技術のように、モータ軸のほぼ全周囲において摩擦力が発生するのではなく、その全周囲よりも短い限られた範囲において摩擦力が発生するようになるので、温度環境が変化した場合であっても、モータ軸に対してミラーモジュールが回転し難くなり、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００１３】
第３の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが、螺子によって締結され、第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが、それぞれ螺子によって締結されている。
【００１４】
第４の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材及び第２の取付部材が、第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが当接し、第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが当接した状態で、上記モータ軸を挟持する。
【００１５】
第５の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅と、第２の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅が、それぞれ上記モータ軸の外周長の１／４未満となるように構成される。
【００１６】
第１及び第２の取付部材のモータ軸に対する接触面の周方向の幅をモータ軸の外周長の１／４未満にすることによって、これらの接触面をそれぞれ狭小化するとともに、互いの距離を長くすることができる。このため、第１及び第２の取付部材のモータ軸に対する接触面内において、それぞれ摩擦力が周方向において最大となる点が、モータ軸の中心に関し、より対称に近くなるように配置される。従って、温度環境が変化した場合であっても、モータ軸に対しミラーモジュールが回転し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００１７】
第６の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材及び第２の取付部材が、上記モータ軸とは異なる材料からなるように構成される。
【００１８】
第７の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置であって、上記スキャナが、モータ軸を回動させる駆動モータと、レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、第２の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数が、第１の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数よりも小さくなるように構成される。
【００１９】
この様な構成により、第２の取付部材のモータ軸に対する接触面の摩擦力は、第１の取付部材の接触面の摩擦力に比べて小さくなる。このため、温度環境が変化し、モータ軸等が僅かに膨張又は収縮した場合であっても、モータ軸に対するミラーモジュールの位置ずれの方が、モータ軸に対する第２取付部材の位置ずれよりも小さくなり、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００２０】
第８の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材の上記モータとの接触面が、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有するように構成される。
【００２１】
このような構成により、第１の取付部材の凹曲面の周方向について、モータ軸を点接触させることができる。従って、温度環境が変化した場合であっても、第１の取付部材の接触点のモータ軸上における位置は変化しないから、モータ軸に対しミラーモジュールが回転し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００２２】
第９の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、第１の取付部材の上記モータとの接触面と、第２の取付部材の上記モータとの接触面とが、同一の材質からなり、第２の取付部材の上記接触面に表面加工を行うことにより、第２の取付部材の上記接触面の摩擦係数を第１の取付部材の上記接触面より小さくするように構成される。
【００２３】
このような構成により、第１及び第２の取付部材が同一の材質からなる場合であっても、第２の取付部材の上記接触面の摩擦係数を第１の取付部材の上記接触面よりも小さくすることが容易にできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することができる。特に、照射位置の２次元走査を高精度に行うことができるレーザー加工装置を提供することができる。また、温度変化によるスキャナの角度誤差を抑制することにより、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置の要部の一構成例を示した斜視図であり、ＸＹスキャナの外観が示されている。
【図２】図１のミラーモジュール１１の一構成例を示した外観図である。
【図３】図１のミラーモジュール１１の一構成例を示した外観図である。
【図４】図３のＢ１−Ｂ１切断線及びＢ２−Ｂ２切断線によって切断した場合の断面図である。
【図５】図２のミラーモジュール１１の組み立て時の様子を示した分解図である。
【図６】図２のミラーモジュール１１の組み立て時の様子を示した分解図である。
【図７】ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。
【図８】温度環境の変化にともなう角度誤差についての測定結果を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態２によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態３によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態４によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態５によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態６によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図である。
【図１４】従来のレーザー加工装置におけるＸＹスキャナの一部を示した図である。
【図１５】図１４のミラーモジュール１１をＣ−Ｃ切断線によって切断した場合の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置の要部の一構成例を示した斜視図であり、ＸＹスキャナの外観が示されている。このＸＹスキャナは、加工対象物上におけるレーザー光の照射位置を２次元走査するためのスキャナであり、互いに直交するモータ軸を有する２個のガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂと、これらのモータ軸にそれぞれ取り付けられた２個のミラーモジュール１１Ａ，１１Ｂとからなるガルバノスキャナである。ＸＹスキャナに入射したレーザー光Ｌは、ミラーモジュール１１Ａで反射された後、ミラーモジュール１１Ｂで反射され、図示しない集光レンズを介して、加工対象物に照射される。
【００２７】
ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂは、制御信号に基づいてモータ軸の角度を制御するモータ、例えばステッピングモータである。ミラーモジュール１１Ａ，１１Ｂは、ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂのモータ軸を中心として、所定の角度範囲内を往復する回転運動を行う反射板である。ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂのモータ軸を直交させることにより、集光レンズの光軸に直交する走査平面上の直交座標軸をＸ軸及びＹ軸とすれば、ミラーモジュール１１Ａ，１１ＢをＸ軸及びＹ軸にそれぞれ対応づけることができる。
【００２８】
ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂは、モータマウンタ１２及びモータ固定部１３Ａ，１３Ｂを用いて、レーザー加工装置のヘッド筐体に取り付けられている。モータマウンタ１２は、一体成形された金属ブロックであり、ヘッド筐体の内面にモータ取付面１２０を密着させた状態で固定される。モータ固定部１３Ａ，１３Ｂは、モータマウンタ１２のモータ取付面１２１，１２２と対向させて、モータマウンタ１２と係合されている。つまり、ガルバノモータ１０Ａは、モータ取付面１２１及びモータ固定部１３Ａによって狭持され、ガルバノモータ１０Ｂは、モータ取付面１２２及びモータ固定部１３Ｂにより狭持されている。
【００２９】
なお、ガルバノモータ１０Ａ，１０Ｂは同一の構成からなるため、適宜、ガルバノモータ１０と総称する。同様にして、ミラーモジュール１１Ａ，１１Ｂも同一の構成からなるため、適宜、ミラーモジュール１１と総称する。
【００３０】
図２及び図３は、図１のミラーモジュール１１の一構成例を示した外観図である。図２の（ａ）は、反射面を正面から見た正面図、（ｂ）は、側面図であり、図３の（ａ）は、図２のＡ１方向から見た平面図（Ａ１矢視図）、（ｂ）は、図２のＡ２方向から見た平面図（Ａ２矢視図）である。図４の（ａ）は、図３のＢ１−Ｂ１切断線により切断した場合の断面図であり、（ｂ）は、図３のＢ２−Ｂ２切断線により切断した場合の断面図である。
【００３１】
ミラーモジュール１１は、レーザー光Ｌを反射するミラー２０と、ミラー２０を保持するミラーマウンタ２１からなる。このミラーマウンタ２１をミラー固定部材２２と締結することにより、ガルバノモータ１０のモータ軸１００が狭持され、ミラーモジュール１１がモータ軸１００に取り付けられる。
【００３２】
ミラー２０は、モータ軸１００の延伸方向を長手方向とする略矩形の形状からなり、当該長手方向の一端が、ミラーマウンタ２１に固着されている。例えば、ミラー２０の一端が、ミラーマウンタ２１の切り込み２１Ｃ内に挿入され、接着剤によってミラーマウンタ２１に固着される。
【００３３】
ミラーマウンタ２１は、ミラー２０をガルバノモータ１０のモータ軸１００に取り付けるためのミラー取付部材であり、アルミニウムなどの金属材料からなる。このミラーマウンタ２１は、円柱形状のマウンタ本体部２１Ａと、コの字形状のマウンタ係合部２１Ｂとからなり、マウンタ本体部２１Ａの一方の端面にはミラー２０用の切り込み２１Ｃが形成され、他方の端面にはマウンタ係合部２１Ｂが形成されている。
【００３４】
マウンタ係合部２１Ｂは、細長い直方体の両端を同一方向にそれぞれ９０°屈曲させたコの字形状を有している。すなわち、マウンタ係合部２１Ｂは、モータ軸１００を当接させる１つの保持部２１０と、ミラー固定部材２２と締結させる２つの締結部２１１とからなり、保持部２１０の両端に２つの締結部２１１の一端をそれぞれ連結することによって得られる矩形枠の一辺を開放した形状からなる。
【００３５】
モータ軸１００と対向する保持部２１０の内面は、１つの曲面部２１２及び２つの平面部２１３からなる。曲面部２１２は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率と一致している。このため、モータ軸１００を曲面部２１２に当接させれば、曲面部２１２がモータ軸１００と接触する接触面となり、保持部２１０をモータ軸１００の外周面と面接触させることができる。この様にしてモータ軸１００を保持部２１０に面接触させることにより、精度良く位置決めし、かつ、容易に脱落しないように、モータ軸１００に対し、ミラーマウンタ２１を取り付けることができる。
【００３６】
２つの平面部２１３は、曲面部２１２を挟んで形成された平面であり、その曲率はゼロであり、モータ軸１００の曲率よりも小さい。これらの平面部２１３は、モータ軸１００から離間して配置され、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成している。このような平面部２１３を曲面部２１２を挟んで形成することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面をモータ軸１００を挟んで両側に形成している。このため、従来のＸＹスキャナに比べて、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００３７】
ミラー固定部材２２は、モータ軸１００を挟んでマウンタ係合部２１Ｂと係合され、マウンタ係合部２１Ｂとともにモータ軸１００を狭持し、ミラーモジュール１１をモータ軸１００に固定するミラー固定部材であり、アルミニウムなどの金属材料からなる。このミラー固定部材２２は、直方体の長手方向の両端を同一方向にそれぞれ９０°屈曲させたコの字形状を有し、上述したマウンタ係合部２１Ｂと略同一の形状からなる。すなわち、ミラー固定部材２２は、モータ軸１００を当接させる１つの保持部２２０と、マウンタ係合部２１Ｂと締結させる２つの締結部２２１とからなり、保持部２２０の両端に２つの締結部２２１の一端をそれぞれ連結することによって得られる矩形枠の一辺を開放した形状を有している。
【００３８】
また、モータ軸１００と対向する保持部２２０の内面には、１つの曲面部２２２及び２つの平面部２２３からなる。曲面部２２２は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率と一致している。このため、モータ軸１００を曲面部２２２に当接させれば、曲面部２２２がモータ軸１００と接触する接触面となり、ミラー固定部材２２をモータ軸１００の外周面と面接触させることができる。
【００３９】
２つの平面部２２３は、曲面部２２２を挟んで形成された平面であり、その曲率はゼロであり、モータ軸１００の曲率よりも小さい。これらの平面部２２３は、モータ軸１００から離間して配置され、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成している。このような平面部２２３を曲面部２２２を挟んで形成することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面をモータ軸１００を挟んで両側に形成している。このため、従来のＸＹスキャナに比べて、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００４０】
係合螺子２３は、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２を係合するための締結手段である。マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２は、曲面部２１２，２２２を対向させるとともに、締結部２１１，２２１の端面を対向させ、モータ軸１００を取り囲むように配置される。２本の係合螺子２３は、締結部２１１，２２１の対向する両端面を貫通するように螺入され、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２を連結している。つまり、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２は、モータ軸１００を挟んで２カ所で係合されている。また、締結部２１１，２２１は対向する端面間に僅かな隙間が形成されるように形成されている。このため、連結後も締結部２１１，２２１は互いに当接せず、互いに対向する曲面部２１２，２２２をモータ軸１００に確実に当接させ、モータ軸１００を狭持することができる。
【００４１】
図５及び図６は、図２のミラーモジュール１１の組み立て時の様子を示した分解図である。図５は、図２の（ｂ）と同じ方向から見た図（正面図）であり、図６は、図３の（ａ）と同じ方向から見た平面図（Ａ１矢視図）である。
【００４２】
２本の係合螺子２３は、ともにモータ軸１００と直交し、かつ、互いに逆向きとなるように螺入される。すなわち、一方の係合螺子２３は、ミラー固定部材２２の外面から螺入され、ミラー固定部材２２を貫通した後、マウンタ係合部２１Ｂに螺入される。他方の係合螺子２３は、マウンタ係合部２１Ｂの外面から螺入され、マウンタ係合部２１Ｂを貫通した後、ミラー固定部材２２に螺入される。
【００４３】
マウンタ係合部２１Ｂの曲面部２１２にモータ軸１００を当接させた状態で、２本の係合螺子２３を用いて、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２を係合することにより、曲面部２２２によってモータ軸１００が曲面部２１２に押圧される。このため、互いに対向する曲面部２１２，２２２によってモータ軸１００を狭持し、ミラーモジュール１１をモータ軸１００に固定することができる。
【００４４】
図７は、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。モータ軸１００の周方向に関する曲面部２１２，２２２の幅は、従来装置に比べて短く、例えば、曲面部２１２，２２２の中心角θ１，θ２はいずれも約５０°になっている。このため、温度環境が変化した場合であっても、当該変化によってモータ軸１００に対するミラー２０の反射面の角度が変化し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００４５】
高い剛性が求められるモータ軸１００はステンレス製であるのに対し、軽量化が求められるミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２はアルミニウム製であり、両者は熱膨張率が異なっている。このため、室温が変化し、あるいは、ガルバノモータ１０が発熱することによって、温度環境が変化すれば、モータ軸１００及びミラーマウンタ２１間に回転方向に位置ずれが発生し、ミラー２０の角度誤差となる。
【００４６】
ただし、このような位置ずれは、例えば、曲面部２１２及びモータ軸１００間の摩擦力が最大となる点Ｐ１と、曲面部２２２及びモータ軸１００間の摩擦力が最大となる点Ｐ２とを支点として発生する。締結部２１１，２２１の締め方によって、或いは、モータ軸１００等への熱の加わり方によって、点Ｐ１や点Ｐ２の場所は変わると考えられるが、例えば、図７の右側の締結部２１１，２２１の方を左側の締結部２１１，２２１よりきつく締めると、図７のようになり得る。これらの点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線が、モータ軸１００の中心Ｐ０又はその近傍を通る場合には、モータ軸１００が膨張又は収縮しても、ミラー２０がモータ軸１００に対し回転することはなく、角度誤差を生じさせることもない。
【００４７】
ところが、モータ軸１００との接触領域が周方向に大きな幅を有している場合、摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２が、上記接触領域内の周方向のどこに形成されるのかを予測することが難しく、角度誤差を抑制することは容易ではない。
【００４８】
そこで、本実施の形態によるレーザー加工装置では、曲面部２１２，２２２の周方向の幅、つまり、モータ軸１００に対し、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２が接触する接触領域の周方向の幅をともに狭小化している。換言すれば、モータ軸１００を挟んで両側に非接触領域が存在するようにしている。この様な構成を採用することにより、摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線がモータ軸１００の中心又はその近傍を通るように配置することができる。つまり、摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２をモータ軸１００に関し略対称となるように配置することができる。このため、温度環境の変化によって、モータ軸１００に対するミラー２０の角度が変化し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００４９】
特に、曲面部２１２，２２２の周方向の幅が、それぞれモータ軸１００の外周長の１／４未満、つまり、モータ軸１００に関する中心角が９０°未満となるように構成することにより、温度変化による角度誤差の発生を抑制することができる。更に、曲面部２１２，２２２の周方向の幅が、それぞれモータ軸１００の外周長の１／６未満、つまり、モータ軸１００に関する中心角が６０°未満となるように構成すれば、温度変化により角度誤差が生じるのを更に効果的に抑制することができる。
【００５０】
しかも、曲面部２１２，２２２が、モータ軸１００の外径と一致する凹曲面からなり、これらの凹曲面にモータ軸１００を面接触させていることから、振動によりミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００から脱落するのを防止することができる。また、モータ軸１００に対しミラーマウンタ２１を正確に位置決めすることができ、モータ軸１００に対するミラーマウンタ２１の取付作業も容易になる。
【００５１】
このように、図７によれば、マウンタ係合部２１Ｂの保持部２１０のモータ軸１００側の面のうち、モータ軸１００と接触する接触面を、曲面部２１２として狭い領域に限定している。また、ミラー固定部材２２の保持部２２０のモータ軸１００側の面のうち、モータ軸１００と接触する接触面を、曲面部２２２として狭い領域に限定している。加えて、局面部２１２と曲面部２２２とは、モータ軸１００を挟んで略対称となるような位置に形成されている。このような構成を採用することで、マウンタ係合部２１Ｂの保持部２１０からモータ軸１００に加わる力の向き（図７の下向き）と、ミラー固定部材２２の保持部２２０からモータ軸１００に加わる力の向き（図７の上向き）とが、ほぼ平行になり、且つ、ほぼ１８０°反対向きとなる。すなわち、モータ軸に対して摩擦力が働く領域（曲面部２１２及び曲面部２２２）とモータ軸１００の中心Ｐ０とが、ほぼ一直線になる。そのため、仮に、温度環境の変化によって、マウンタ係合部２１Ｂ，ミラー固定部材２２，及びモータ軸１００のうちいずれか一部又は全部が、膨張又は収縮した場合であっても、モータ軸１００とマウンタ係合部２１Ｂとの相対的な回転角度にずれが生じ難くなり、ひいては角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００５２】
図８は、温度環境の変化にともなう角度誤差についての測定結果を示した図である。図中の（ａ）には、本実施の形態によるＸＹスキャナについての測定結果が示され、図中の（ｂ）には、図１４及び図１５の従来のＸＹスキャナについての測定結果が比較例として示されている。
【００５３】
角度誤差の測定は、ＸＹスキャナを３０℃の恒温槽に入れ、十分な時間が経過した後に恒温槽の温度設定を３０℃から４０℃に変更し、その後の一定時間ごとに角度誤差を測定することにより行った。この間、モータは停止したままの状態に維持されている。図８は、このようにして測定された測定結果を示した図であり、横軸は、温度変化後の経過時間（分）であり、縦軸は、角度誤差（秒＝１／３６００度）である。また、図８の曲線は、一定時間ごとに測定された角度誤差をプロットし、これらの各プロット点の近傍を通るように引くことにより得られる近似曲線である。このため、若干の誤差が内在している。
【００５４】
図中の（ａ）に示した通り、本実施の形態によるＸＹスキャナの場合、３０℃から４０℃への温度変化によって約１秒（１／３６００°）の角度誤差しか生じなかった。これに対し、図中の（ｂ）に示した通り、従来のＸＹスキャナの場合、同じ温度変化によって約１４秒（１４／３６００°）の角度誤差が生じている。従って、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２の接触領域の幅を狭小化させた本実施の形態によるＸＹスキャナは、モータ軸１００のほぼ全周にわたって、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２を接触させている従来のＸＹスキャナに比べ、角度誤差が約１／１０に抑制されていることがわかる。
【００５５】
実施の形態２．
実施の形態１では、モータ軸１００を当接させる曲面部２１２，２２２の曲率がモータ軸１００の曲率と一致し、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２が、モータ軸１００に面接触で取り付けられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、モータ軸１００を当接させる曲面部２１４，２２４の曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さく、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００に線接触で取り付けられる場合の例について説明する。
【００５６】
図９は、本発明の実施の形態２によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。図７の構成と比較すれば、曲面部２１４，２２４の曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さい点で異なり、その他の構成は同一である。
【００５７】
マウンタ係合部２１Ｂの曲面部２１４は、その曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さい。このため、モータ軸１００を曲面部２１４に当接させれば、両者の接触領域は、モータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線となる。つまり、曲面部２１４内には、線状の接触領域を挟んで２つの非接触面が形成され、マウンタ係合部２１Ｂをモータ軸１００の外周面と線接触させることができる。この場合、平面部２１３だけでなく、曲面部２１４内においても、モータ軸１００を挟んで両側に空間を形成することができ、モータ軸１００との接触面積をさらに低減することができる。
【００５８】
同様にして、ミラー固定部材２２の曲面部２２４は、その曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さい。このため、モータ軸１００を曲面部２２４に当接させれば、両者の接触領域は、モータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線となる。つまり、曲面部２２４内には、線状の接触領域を挟んで２つの非接触面が形成され、保持部２２０をモータ軸１００の外周面と線接触させることができる。この場合、平面部２２３だけでなく、曲面部２２４内においても、モータ軸１００を挟んで両側に空間を形成することができ、モータ軸１００との接触面積をさらに低減することができる。
【００５９】
本実施の形態によれば、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２がモータ軸１００に当接する曲面部２１４，２２４の曲率をモータ軸１００の曲率よりも小さくすることにより、モータ軸１００に対し、周方向においてそれぞれ点接触させ、当該接触領域の周方向の幅を狭小化している。この様な構成を採用することにより、モータ軸１００の周方向に関し、曲面部２１２，２２２内において摩擦力がそれぞれ最大となる点Ｐ１，Ｐ２をモータ軸１００について対称となるように配置することができる。このため、温度環境の変化によって、モータ軸１００に対するミラー２０の角度が変化し、角度誤差が生じるのを抑制することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、望ましい実施の形態として、曲面部２１２，２２２の曲率が、いずれもモータ軸１００の曲率よりも小さい場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、曲面部２１２，２２２の一方の曲率がモータ軸１００の曲率よりも小さく、他方の曲率がモータ軸１００の曲率と一致するように構成することもできる。この場合も、上記一方がモータ軸１００に対し、線接触となることから、温度変化による角度誤差を効果的に抑制することができる。
【００６１】
また、モータ軸１００が通常回転しているとき（ガルバノモータ１０の動作時）には、ミラーモジュール１１とモータ軸１００とが相対的に回転ずれを生じないように、ミラーモジュール１１とミラー固定部２２とで、ある程度の保持力（モータ軸１００を保持する力）をもたせておく必要がある。したがって、本実施の形態では、線接触する部分の摩擦力が大きくなるような加工を施す等の作業が必要になる。この意味においては、実施の形態１のように、周方向にある程度の幅（長さ）を持ち、かつ、モータ軸１００の曲率と等しい曲面部２１２，２２２を形成しておく方が好ましい。そうすると、ガルバノモータ１０の動作時の回転ずれと、温度環境変化時の回転ずれとの両方を防ぐとともに、製造工程の簡素化を図ることができる。
【００６２】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、締結部２１１，２２１の対向する端面間に僅かな隙間が形成されている場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、締結部２１１，２２１の端面を互いに当接させる場合について説明する。
【００６３】
図１０は、本発明の実施の形態３によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。図９の構成と比較すれば、締結された２組の締結部２１１，２２１の端面が互いに当接している点で異なり、その他の構成は同一である。
【００６４】
上述した通り、曲面部２１４，２２４をモータ軸１００に確実に当接させ、モータ軸１００を狭持するためには、曲面２１４，２２４がモータ軸１００に当接している状態において、締結部２１１，２２１の対向する端面間に僅かな隙間が形成されていることが望ましい。しかしながら、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部２２の形状が、十分に高い精度で形成できる場合には、締結部２１１，２２１の端面間に隙間を形成することは必須ではない。すなわち、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部２２は、曲面部２１４，２２４がモータ軸１００に当接している状態で、締結部２１１，２２１の対向する端面が互いに当接する形状であってもよい。
【００６５】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー取付部材２２０の形状が、いずれもコの字形状からなる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー取付部材２２がコの字形状以外の形状からなる場合について説明する。
【００６６】
図１１は、本発明の実施の形態４によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。図７の構成と比較すれば、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部２２の平面部２１３，２２３が、曲面部２１５，２２５からなり、コの字形状でない点で異なる。
【００６７】
モータ軸１００と対向する保持部２１０の内面は、互いに曲率の異なる１つの曲面部２１２及び２つの曲面部２１５からなる。曲面部２１２は、図７の場合と同様である。２つの曲面部２１５は、曲面部２１２を挟んで形成された凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率よりも小さく、これらの曲面部２１５をモータ軸１００から離間して配置することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成し、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００６８】
同様にして、モータ軸１００と対向する保持部２２０の内面は、互いに曲率の異なる１つの曲面部２２２及び２つの曲面部２２５からなる。曲面部２２２は、図７の場合と同様である。２つの曲面部２２５は、曲面部２２２を挟んで形成された凹曲面であり、その曲率はモータ軸１００の曲率よりも小さく、これらの曲面部２２５をモータ軸１００から離間して配置することにより、モータ軸１００との接触を避けるための非接触面を形成し、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００６９】
つまり、図１１に示されたマウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２の保持部２１０，２２０は、図７に示した保持部２１０，２２０の内面のうち、平面部２１３，２２３を曲線部２１５，２２５に置き換えたものに相当する。この様な構成を採用した場合であっても、図７の場合と全く同様にして、モータ軸１００との接触面積を低減することができる。
【００７０】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、曲面部２１２，２２２にモータ軸１００の外周面を接触させることにより、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００に取り付けられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、平面部２１３，２２３にモータ軸１００の外周面を接触させることにより、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２が線接触によって取り付けられる場合について説明する。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態２によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。このレーザー加工装置では、線接触となるように、マウンタ係合部２１Ｂ及びミラー固定部材２２をモータ軸１００に当接させている。
【００７２】
モータ軸１００と対向する保持部２１０，２２０の内面は、互いに平行な平面部２１３，２２３からなり、これらの平面部２１３，２２３でモータ軸１００を狭持している。このため、保持部２１０，２２０と、モータ軸１００との接触領域は、いずれもモータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線になる。
【００７３】
つまり、実施の形態１における接触領域の幅が最小化され、モータ軸１００の周方向における各当接点が、実施の形態１における摩擦力の最大点Ｐ１，Ｐ２となり、これらの点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線がモータ軸１００の中心を通る。従って、この様な構成を採用すれば、温度環境の変化に起因する角度誤差の発生をより精度よく抑制することができる。
【００７４】
実施の形態６．
実施の形態１〜５では、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２と、モータ軸１００との接触領域について、モータ軸１００の周方向の幅を狭小化させることにより、温度変化による角度誤差の発生を抑制する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、ミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２の接触領域における表面状態を互いに異ならせることにより、温度変化による角度誤差の発生を抑制する場合について説明する。
【００７５】
図１３は、本発明の実施の形態３によるレーザー加工装置の要部について一例を示した図であり、図７と同様にして、ミラーモジュール１１、ミラー固定部材２２及びモータ軸１００の関係を示した説明図である。
【００７６】
このレーザー加工装置では、モータ軸１００に対し、マウンタ係合部２１Ｂを線接触させ、ミラー固定部材２２を面接触させている。また、ミラー固定部材２２の曲面部２２２の表面を加工し、マウンタ係合部２１Ｂの曲面部２１４の摩擦係数に比べて、曲面部２２２の摩擦係数を小さくしている。
【００７７】
マウンタ係合部２１Ｂの内面に形成された曲面部２１４は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面（Ｒ形状）であり、当該円弧形状の曲率は、モータ軸１００の曲率よりも小さい。このため、モータ軸１００を曲面部２１４に当接させれば、両者の接触領域は、モータ軸１００の周方向では点となり、モータ軸１００の軸方向に延びる直線形状となる。
【００７８】
一方、ミラー固定部材２２の内面に形成された曲面部２２２は、モータ軸１００に垂直な断面が円弧形状となる凹曲面であり、当該円弧形状の曲率はモータ軸１００の曲率と一致している。このため、モータ軸１００を曲面部２２２に当接させれば、曲面部２２２を接触面として、ミラー固定部材２２をモータ軸１００の外周面に面接触させることができる。
【００７９】
また、曲面部２２２は、摩擦係数を低減するための表面加工を施すことにより、曲面部２１４よりも摩擦係数が小さくなっている。例えば、アルミニウム製の凹曲面上に樹脂膜を形成することにより、曲面部２１４に比べて、曲面部２２２の摩擦係数を低減させている。曲面部２２２の摩擦係数が小さい場合、モータ軸１００に対する曲面部２２２の摩擦力は、曲面部２１４の摩擦力に比べて小さくなる。その結果、温度変化によるモータ軸１００の位置ずれは、曲面部２１４上の当接点Ｐ１のみを支点として発生する。つまり、当接点Ｐ１では位置ずれが発生しにくい。しかも、モータ軸１００の当接点Ｐ１は、曲面部２１４の周方向の略中央となっている。従って、曲面部２２２内における摩擦力の最大点Ｐ２の位置にかかわらず、温度変化時に角度誤差を生じさせにくくなる。
【００８０】
また、曲面部２１４，２２２がともに凹曲面であるため、振動によりミラーマウンタ２１及びミラー固定部材２２がモータ軸１００から脱落するのを防止することができる。また、曲面部２２２をモータ軸１００の外周面に面接触させているため、モータ軸１００に対し、ミラーマウンタ２１を正確に位置決めすることができ、モータ軸１００に対するミラーマウンタ２１の取付作業も容易になる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、望ましい実施例として、モータ軸１００を曲面部２１４に線接触させる場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合のみには限定されない。すなわち、図７の場合と同様にして、保持部２１０をモータ軸１００に面接触させる場合であっても、実施の形態１と同様にして、接触領域の周方向の幅が狭小化されていればよい。これにより、ガルバノモータ１０の動作時にある程度の保持力を持たせるとともに、温度環境が変化した場合であっても、回転方向の位置ずれを防ぐことができる。例えば、接触領域の幅が、モータ軸の外周長の１／４未満、より望ましくは、１／６未満とすることもできる。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ ガルバノモータ
１１，１１Ａ，１１Ｂ ミラーモジュール
２０ ミラー
２１ ミラーマウンタ
２１Ａ マウンタ本体部
２１Ｂ マウンタ係合部
２２ ミラー固定部材
２３ 係合螺子
１００ モータ軸
２１０，２２０ 保持部
２１１，２２１ 締結部
２１２，２２２ 曲面部（接触面）
２１３，２２３ 平面部（非接触面）
２１４，２２４ 曲面部（線接触の領域及び非接触領域）
２１５，２２５ 曲面部（非接触面）
Ｐ０ モータ軸の中心
Ｐ１，Ｐ２ 摩擦力の最大点
θ１，θ２ 中心角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置において、
上記スキャナは、
モータ軸を回動させる駆動モータと、
レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を有するミラーモジュールと、
上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、
第１の取付部材及び第２の取付部材は、第１の取付部材及び第２の取付部材の少なくとも一方と上記モータ軸との接触面を減らすための非接触領域が、上記モータ軸を挟んで両側に存在する状態で、上記モータ軸を挟持することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置において、
上記スキャナは、
モータ軸を回動させる駆動モータと、
レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、
上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、
第１の取付部材及び第２の取付部材は、それぞれが上記モータ軸を保持する保持部と、当該保持部から上記モータ軸と直交する方向に延びる一対の第１の締結部及び第２の締結部とを有し、
第１の取付部材側の第１の締結部と第２の取付部材側の第１の締結部とが締結され、第１の取付部材側の第２の締結部と第２の取付部材側の第２の締結部とが締結されている状態にて、第１の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面又は第２の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面の少なくとも一方に、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有し、上記モータ軸から離間して上記モータ軸との接触を避けるための非接触面が形成されていることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項３】
第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが、螺子によって締結され、
第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが、それぞれ螺子によって締結されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
第１の取付部材及び第２の取付部材は、第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが当接し、第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが当接した状態で、上記モータ軸を挟持することを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
第１の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅と、第２の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅は、それぞれ上記モータ軸の外周長の１／４未満であることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
第１の取付部材及び第２の取付部材は、上記モータ軸とは異なる材料からなることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置において、
上記スキャナは、
モータ軸を回動させる駆動モータと、
レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、
上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、
第２の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数が、第１の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数よりも小さいことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項８】
第１の取付部材の上記モータとの接触面が、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
【請求項９】
第１の取付部材の上記モータとの接触面と、第２の取付部材の上記モータとの接触面とが、同一の材質からなり、
第２の取付部材の上記接触面に表面加工を行うことにより、第２の取付部材の上記接触面の摩擦係数を第１の取付部材の上記接触面より小さくすることを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザー加工装置。
【請求項１】
レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置において、
上記スキャナは、
モータ軸を回動させる駆動モータと、
レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を有するミラーモジュールと、
上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、
第１の取付部材及び第２の取付部材は、第１の取付部材及び第２の取付部材の少なくとも一方と上記モータ軸との接触面を減らすための非接触領域が、上記モータ軸を挟んで両側に存在する状態で、上記モータ軸を挟持することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置において、
上記スキャナは、
モータ軸を回動させる駆動モータと、
レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、
上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、
第１の取付部材及び第２の取付部材は、それぞれが上記モータ軸を保持する保持部と、当該保持部から上記モータ軸と直交する方向に延びる一対の第１の締結部及び第２の締結部とを有し、
第１の取付部材側の第１の締結部と第２の取付部材側の第１の締結部とが締結され、第１の取付部材側の第２の締結部と第２の取付部材側の第２の締結部とが締結されている状態にて、第１の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面又は第２の取付部材の保持部の上記モータ軸側の面の少なくとも一方に、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有し、上記モータ軸から離間して上記モータ軸との接触を避けるための非接触面が形成されていることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項３】
第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが、螺子によって締結され、
第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが、それぞれ螺子によって締結されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
第１の取付部材及び第２の取付部材は、第１の取付部材側の第１の締結部と、第２の取付部材側の第１の締結部とが当接し、第１の取付部材側の第２の締結部と、第２の取付部材側の第２の締結部とが当接した状態で、上記モータ軸を挟持することを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
第１の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅と、第２の取付部材及び上記モータ軸の接触面の周方向の幅は、それぞれ上記モータ軸の外周長の１／４未満であることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
第１の取付部材及び第２の取付部材は、上記モータ軸とは異なる材料からなることを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
レーザー光を加工対象物上で走査させるスキャナを備えたレーザー加工装置において、
上記スキャナは、
モータ軸を回動させる駆動モータと、
レーザー光を反射させる反射ミラー、及び、当該反射ミラーを支持するとともに上記モータ軸に取り付けられる第１の取付部材を備えるミラーモジュールと、
上記モータ軸を挟んで第１の取付部材と対向するように配置され、上記モータ軸に取り付けられる第２の取付部材とを備え、
第２の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数が、第１の取付部材の上記モータとの接触面の摩擦係数よりも小さいことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項８】
第１の取付部材の上記モータとの接触面が、上記モータ軸の曲率よりも小さな曲率を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
【請求項９】
第１の取付部材の上記モータとの接触面と、第２の取付部材の上記モータとの接触面とが、同一の材質からなり、
第２の取付部材の上記接触面に表面加工を行うことにより、第２の取付部材の上記接触面の摩擦係数を第１の取付部材の上記接触面より小さくすることを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４８３２４（Ｐ２０１２−１４８３２４Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５９２（Ｐ２０１１−９５９２）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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