阅读说明：本技术 电扫描器及激光加工机 (Galvano scanner and laser beam machine ) 是由 中筋淑江 船冈幸治 贵岛拓己 村上和也 八原昌亨 内山研吾 高桥尚弘 于 2019-01-17 设计创作，主要内容包括：电扫描器(100)的特征在于,具有：轴(22),其以中心轴线为中心进行旋转；圆筒部,其形成供轴(22)插入的插入孔；固定部,其从圆筒部的外周沿圆筒部的径向延伸；光栅板(50),其在表面形成光学图案,固定于固定部；以及凸起部,其形成在相对于中心轴线(60)而成为固定部的相反侧的位置,沿外周的径向延伸。(The galvano scanner (100) is characterized by comprising: a shaft (22) that rotates about a central axis; a cylindrical portion having an insertion hole into which the shaft (22) is inserted; a fixing portion extending from an outer periphery of the cylindrical portion in a radial direction of the cylindrical portion; a grating plate (50) having an optical pattern formed on the surface thereof and fixed to the fixed portion; and a projection portion formed at a position opposite to the fixing portion with respect to the central axis (60) and extending in the radial direction of the outer periphery.)

电扫描器及激光加工机

技术领域

本发明涉及使电控反射镜旋转为任意角度而使激光进行扫描的电扫描器及激光加工机。

背景技术

电扫描器是具有电控反射镜，通过使该电控反射镜旋转而使激光进行扫描，从而使激光的光路连续地变化的装置。电控反射镜使用由编码器检测出的旋转角度而旋转为所需的角度。电扫描器在激光加工机、复印机、显示器等中经常使用。

专利文献1公开了一种编码器，该编码器具有：锥部，其设置于轴的前端部；纹痕部，其在锥部的根部设置有沿轴向延伸的条纹痕迹；以及止动器，其通过压入而固定于纹痕部，在轴的径向具有凸部。专利文献1所记载的止动器是为了使轴的旋转位置对位于任意的位置而设置的。

专利文献1：日本实开平4－53515号公报

发明内容

但是，专利文献1所记载的编码器是止动器的凸部在轴的径向仅凸出了1个的形状，因此在轴旋转时产生由偏芯引起的轴的弯曲振动。因此，存在下述的问题，如果使电控反射镜高速地旋转，则由于轴的弯曲振动而使电控反射镜的定位的精度降低。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到抑制电控反射镜的定位精度的降低的电扫描器。

为了解决上述的课题并达到目的，本发明所涉及的电扫描器，其特征在于，具有：轴，其以中心轴线为中心进行旋转；圆筒部，其形成供轴***的***孔；固定部，其从圆筒部的外周沿圆筒部的径向延伸；光栅板，其在表面形成光学图案，固定于固定部；以及凸起部，其形成在相对于中心轴线而成为固定部的相反侧的位置，沿外周的径向延伸。

发明的效果

根据本发明，实现抑制电控反射镜的定位精度的降低这样的效果。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的电扫描器的结构的概略的图。

图2是实施方式1所涉及的电扫描器的编码器部的斜视图。

图3是将图1的A部放大的局部放大剖视图。

图4是实施方式1所涉及的电扫描器的俯视图。

图5是实施方式2所涉及的电扫描器的编码器部的斜视图。

图6是实施方式3所涉及的电扫描器的编码器部的斜视图。

图7是实施方式4所涉及的电扫描器的轴的要部的斜视图。

图8是表示实施方式5所涉及的激光加工机的结构的图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的电扫描器及激光加工机详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的电扫描器的结构的概略的图。电扫描器100具有反射镜部1、电动机部2、编码器部3和控制部4。

反射镜部1具有电控反射镜11和反射镜保持架12。电控反射镜11固定于反射镜保持架12。反射镜部1与电动机部2的第1端部连结。详细地说，反射镜保持架12固定于电动机部2的轴22。电控反射镜11使射入的激光等光束进行反射。电控反射镜11与轴22联动地旋转而使光束偏转为任意的角度。通常来说，如果电控反射镜11的旋转角度为±20度左右就足够了。编码器部3设置于电动机部2的第2端部。第2端部是电动机部2的端部且与第1端部相反侧的端部。

电动机部2具有电动机框体21、轴22、一对轴承23、线圈24和一对磁铁25。电动机框体21对轴22、一对轴承23、线圈24和磁铁25进行收容。轴22为圆筒形状，轴22以中心轴线60为中心进行旋转，由此使反射镜保持架12及电控反射镜11旋转。一对轴承23为环状，能够以中心轴线60为中心旋转地支撑轴22。线圈24作为转子而卷绕于轴22的周围。一对磁铁25为长方体，作为定子以线圈24为中心而相对，分别固定于电动机框体21。此外，一对磁铁25也可以为单体且为环状。在线圈24和磁铁25之间设置间隙。通过使电流流过线圈24，从而通过电磁力对线圈24作用旋转扭矩，轴22进行旋转。即，电动机部2产生使电控反射镜11旋转至所需的角度的扭矩。电动机部2是感应电动机或者永磁铁电动机。在本实施方式中，电动机部2作为永磁铁电动机而进行说明。另外，在本实施方式中，电动机部2构成为，线圈24作为转子而卷绕于轴22的周围，磁铁25作为定子而固定于电动机框体21，但也可以构成为线圈24作为定子而固定于电动机框体21，圆筒形状的磁铁25作为转子而嵌入至轴22的外周部。或者，电动机部2也可以构成为线圈24作为定子而固定于电动机框体21，磁铁25埋入至轴22。

控制部4具有角度指令发生器41、伺服放大器42、投光电路43和受光电路44。角度指令发生器41生成角度指令数据。角度指令数据是表示电控反射镜11的目标角度的指令数据。伺服放大器42从角度指令发生器41接收角度指令数据。另外，伺服放大器42将角度指令数据和从编码器部3输入的电控反射镜11的角度的数据进行比较，进行使电控反射镜11旋转为目的的角度的反馈控制。投光电路43是使后面记述的投光部51进行投光的驱动电路。受光电路44是对由后面记述的受光部52受光的信号进行放大的电路。

图2是实施方式1所涉及的电扫描器100的编码器部3的斜视图。图3是将图1的A部放大的局部放大剖视图。编码器部3具有光栅板50、衬套30、止动器板35、止动器抵接部36、螺钉37、投光部51和受光部52。在光栅板50形成有光学图案。光栅板50是由玻璃或者铝的任一者形成的。光学图案是将铝等金属薄膜在光栅板50的表面蒸镀而形成的。光学图案也可以是取代铝等而将电介体的多层膜在光栅板50的表面蒸镀而形成的。

衬套30对光栅板50进行固定。衬套30是由铝或者不锈钢的任一者形成的。止动器板35固定于电动机框体21。螺钉37对电动机框体21和止动器板35进行固定。关于衬套30及止动器板35的详情在后面记述。投光部51射出光。投光部51为LED(Light EmittingDiode)、LD(Laser Diode)等。受光部52将由投光部51射出的光导入。受光部52为PD(Photodiode)等。投光部51及受光部52为了将图示的功能部简化而仅在图1及图3示出。投光部51及受光部52设置为与光栅板50的表面相对。投光部51及受光部52在中心轴线60的方向上与光栅板50分离一定距离而设置。即，编码器部3是通过受光部52对从投光部51而由光栅板50反射出的光进行受光的所谓反射型的编码器。编码器部3通过受光部52对从投光部51而由光栅板50反射出的光进行受光，由此对反射镜部1旋转的位置进行检测。

对衬套30详细地进行说明。衬套30具有衬套圆筒部31、衬套固定部32和衬套凸起部33。衬套圆筒部31为圆筒部。衬套固定部32为固定部。衬套凸起部33为凸起部。在衬套圆筒部31的中心形成有***孔34。向衬套圆筒部31的***孔34***轴22，对衬套圆筒部31和轴22进行固定。衬套固定部32沿相对于中心轴线60而垂直的径向延伸，固定于衬套圆筒部31的外周。衬套固定部32和光栅板50彼此固定。衬套凸起部33相对于中心轴线60而设置于与衬套固定部32相反侧的径向。衬套圆筒部31、衬套固定部32及衬套凸起部33与轴22的旋转一体化而不会错开，与轴22一起旋转。

对止动器板35详细地进行说明。止动器板35是具有厚度的板，从扇形切成中心轴线60的同心圆状、且一部分被切除。止动器抵接部36是通过将止动器板35的一部分切除而形成的面。止动器抵接部36设置于与轴22的旋转所需的正方向及负方向各自的最大角度相对应的位置。如果轴22进行所需的最大角度旋转，则衬套凸起部33的侧面与止动器板35的止动器抵接部36抵接，阻止最大角度以上的旋转。衬套凸起部33的高度及宽度调整为下述长度，即，使得止动器抵接部36的重量成为足以实现阻止轴22的旋转的功能的大小。轴22所需的最大角度为约±20度。另外，止动器板35在决定轴22的最大角度的绝对值时也被使用。即，止动器板35在使旋转了最大角度量的衬套凸起部33抵接于止动器抵接部36的状态下，通过螺钉37进行螺钉紧固。止动器板35的螺孔为了能够进行角度的位置调整而设为长孔。

电扫描器100为了应对通过激光的扫描实施的加工效率的提高的要求等而寻求高速响应。因此，电控反射镜11、轴承23、衬套30和光栅板50一体化地动作的轴22，直至由于扭转振动和弯曲振动而发生机械共振的区域为止进行高速动作。电扫描器100的共振频率的峰值由伺服放大器42的信号处理电路所涉及的陷波滤波器去除。但是，陷波滤波器存在发生相位延迟的问题，机械共振频率越低，则由陷波滤波器引起的相位延迟变得越大。相位的延迟成为妨碍伺服放大器42的增益的提高的要因。因此，为了使伺服放大器42的伺服增益提高，需要提高轴22的共振频率，使陷波滤波器的相位延迟减少。另外，伺服增益的提高带来电控反射镜11的定位的高速化。

图4是实施方式1所涉及的电扫描器100的俯视图。将衬套30、光栅板50和轴22一体地组装而成的结构称为衬套单元。衬套单元的重心在图4中由黑圆点表示。中心轴线60和衬套单元的重心之间的距离在图4中由偏芯距离hw1表示。衬套凸起部33的重量成为与将中心轴线60的相反侧的衬套固定部32和光栅板50合起来的重量相匹配的状态。因此，中心轴线60和衬套单元的重心之间的距离即偏芯距离hw1，与没有衬套凸起部33的状态的偏芯距离相比变短。偏芯距离变短，这对于以轴承23为起点而与中心轴线60垂直的方向的弯曲振动的共振频率的提高是有效的。

如以上所述，实施方式1所涉及的电扫描器100在衬套30中，相对于轴22的中心轴线60在衬套固定部32的相反侧设置有衬套凸起部33。因此，与在衬套30中没有设置衬套凸起部33的情况相比，衬套单元的偏芯距离变短，扭转振动及弯曲振动的共振频率提高。共振频率提高从而能够使由伺服放大器42的陷波滤波器产生的相位延迟减少。因此，伺服放大器42的伺服增益提高，因此能够实现电控反射镜11的高速定位。例如，在衬套单元由通过铝形成的衬套30和通过玻璃形成的光栅板50构成的情况下，偏芯距离hw1为0.55mm左右。实施方式1所涉及的电扫描器100与在衬套30中没有设置衬套凸起部33的情况的偏芯距离相比偏芯距离变短，由此与中心轴线60垂直的方向的以轴承23为起点的弯曲振动的共振频率提高。

另外，衬套30具有：衬套固定部32，其具有对光栅板50进行固定的功能；以及衬套凸起部33，其具有作为止动器的功能，由此能够通过1个部件满足2个功能。因此，电扫描器100与将衬套固定部32和衬套凸起部33设为彼此独立的不同部件的情况相比，部件数减少。另外，无需将具有作为止动器的功能的具有厚度的部件或者加工物在轴22的轴向上设置。因此，轴22的长度变短，扭转振动的共振频率提高。

实施方式2.

图5是实施方式2所涉及的电扫描器的编码器部的斜视图。此外，对具有与实施方式1相同功能的结构要素标注与实施方式1相同的标号而省略重复的说明。

在编码器部3a的衬套301中，取代实施方式1的衬套凸起部33而具有衬套凸起部331。衬套凸起部331的高度成为H，与衬套凸起部33相比高度变高。高度H在图5中由双箭头表示。衬套凸起部331的高度成为H，由此衬套凸起部331的重量变重。因此，能够进行调整以使得衬套301整体的偏芯变小。此外，衬套凸起部331的高度也可以与衬套301整体的偏芯相应地，为了减轻衬套凸起部331的重量而低于衬套凸起部33。

如以上所述，通过对衬套凸起部的高度进行变更、对衬套301的重量进行变更，从而能够进行调整以使得衬套301整体的偏芯变小。另外，在本实施方式中也得到与实施方式1相同的效果。在本实施方式中，衬套凸起部331与实施方式1的衬套凸起部33相比重量变重。因此，轴22的旋转部分的惯性矩变大。另外，如果衬套301的重量增加，则轴承23和轴22之间的扭转振动的共振频率降低。但是，除了该不利的作用之外，本实施方式不增加部件个数而减小偏芯，使弯曲振动的共振频率提高。因此，只要基于根据本实施方式而减小的偏芯和惯性矩的前提，由设计者对电扫描器整体的共振频率进行设定即可。

实施方式3.

图6是实施方式3所涉及的电扫描器的编码器部的斜视图。此外，对具有与实施方式1相同功能的结构要素标注与实施方式1相同的标号而省略重复的说明。

在编码器部3b的衬套302中，取代衬套凸起部33和止动器板35而具有衬套凸起部332和止动器板351。另外，止动器板351具有止动器抵接部361。衬套凸起部332的宽度为W，与实施方式1的衬套凸起部33相比宽度变宽。宽度W在图6中由双箭头表示。衬套凸起部332的重量变重，由此能够进行调整以使得衬套302的偏芯变小。此外，衬套凸起部332的宽度也可以与衬套302整体的偏芯相应地，为了减轻衬套凸起部332的重量而与衬套凸起部33相比变窄。此外，止动器抵接部361需要与衬套凸起部332的宽度W的变化相应地将2个止动器抵接部361的间隔设得较宽或者设得较窄，以使得能够进行轴22的最大角度量旋转。

如以上所述，通过对衬套凸起部332的宽度进行变更、对衬套302的重量进行变更，从而能够进行调整以使得衬套302整体的偏芯变小。另外，在本实施方式中也得到与实施方式1相同的效果。另外，在本实施方式中也是与衬套凸起部332相比重量变重，因此与实施方式2同样地，需要基于根据本实施方式而减小的偏芯和惯性矩的前提而由设计者对电扫描器整体的共振频率进行设定。

实施方式4.

图7是实施方式4所涉及的电扫描器的轴的要部的斜视图。轴221具有凸起部333、固定部321和光栅板50。在本实施方式中，使用轴221成型相当于实施方式1的衬套30的部分。在这里，成型是包含切削等加工的概念。固定部321相当于实施方式1的衬套固定部32。凸起部333相当于实施方式1的衬套凸起部33。在本实施方式中，不需要衬套30，也不需要相当于衬套圆筒部31的部分。

如以上所述，在实施方式4中，由于不需要衬套，因此电扫描器的部件个数与实施方式1至3相比变少，在此基础上得到与实施方式1至3相同的效果。此外，在本实施方式中，在将轴和衬套作为一体而成型的情况下，轴221的粗细优选与固定部321的宽度尺寸相等。在轴221的粗细与固定部321的宽度相比细的情况下，难以确保用于将轴和衬套一体地成型的材料。因此，在轴221的宽度相对于固定部321的粗细较细的情况下，需要对实施方式1至3的衬套30、301、302所涉及的其他部件的结构进行选择。即，轴221的粗细优选比实施方式1至3的轴粗。

在轴221粗的情况下，如前所述，轴221的惯性矩变大。因此，共振频率降低。但是，由于还存在通过将轴221设得粗而带来的效果，因此与前述同样地，只要一边考虑偏芯和惯性矩，一边对电扫描器整体的共振频率进行设定即可。通过将轴221设得粗而带来的效果是指下述效果，即，例如在轴221细的情况下，由于电控反射镜11的把持宽度不足，因此需要反射镜保持架12，但在轴221粗的情况下，能够确保电控反射镜11的把持宽度，因此能够排除反射镜保持架12。另外，举出下述效果，即，与由轴22和反射镜保持架12构成的情况相比能够缩短中心轴线60方向的长度。

此外，在实施方式1至3中，衬套凸起部的位置只要以轴的中心轴线60为原点而处于与衬套固定部32相反方向，则并不限定于180°的对称位置，衬套凸起部和衬套固定部32可以设置于以轴的中心轴线60为原点而180°的对称的方向。换言之，衬套凸起部可以相对于中心轴线60而形成于与衬套固定部32相反侧的位置。

在实施方式1至4中，使用编码器部的衬套固定部32和固定于该衬套固定部32的光栅板50构成了反射型的编码器。但是实施方式1至4并不限定于反射型的编码器，也可以是相对于光栅板50而投光部和受光部隔着光栅板50进行配置的透过型的编码器。在该情况下，投光部和受光部隔着光栅板50进行配置，因此从投光部射出的光透过光学图案而输入至受光部。另外，为了使得从投光部射出的光透过光学图案，光栅板50成为从衬套固定部32的外周部向外侧大幅地凸出的形状。因此，与反射型的编码器时相比光栅板50大幅地变重。因此，对应于光栅板50的重量变重的量而使衬套凸起部的重量变重，由此需要以对衬套单元的偏芯和惯性矩进行调整的方式决定尺寸、形状。

实施方式5.

图8是表示实施方式5所涉及的激光加工机的结构的图。激光加工机71在印刷基板等被加工物110进行开孔等加工。激光加工机71以提高被加工物110的生产率为目的，将1个激光79分光为2个激光80、81，使激光80、81独立地扫描，由此对2个部位同时地进行被加工物110的加工。激光79也被称为第1激光。激光80也被称为第2激光。激光81也被称为第3激光。

激光加工机71具有激光振荡器72、延迟器(retarder)73、反射镜74－1～74－4、第1偏振光分光器75、第2偏振光分光器76、透镜77、电扫描器100－1～100－4以及工作台78。电扫描器100－1、100－2合起来也被称为第1电扫描器组120。电扫描器100－3、100－4合起来也被称为第2电扫描器组130。延迟器73和第1偏振光分光器75合起来也被称为第1分光器部。第2偏振光分光器76也被称为第2分光器部。第1偏振光分光器75及第2偏振光分光器76是利用偏振将1个光束分支为2个光束，或者将2个光束合束的元件。此外，在本实施方式中，将延迟器73和第1偏振光分光器75合起来作为第1分光器部，将第2偏振光分光器76作为第2分光器部，但第1分光器部及第2分光器部也可以是具有同等的功能的其他结构。

激光振荡器72输出直线偏振的激光79。激光振荡器72是二氧化碳(CO₂)激光振荡器。在本实施方式中，激光振荡器72设为二氧化碳(CO₂)激光振荡器而进行说明，但激光振荡器72并不限定于二氧化碳(CO₂)激光振荡器。延迟器73将直线偏振的激光79改变为圆偏振的激光79。反射镜74－1～74－4对激光79或者激光80进行反射。第1偏振光分光器75将激光79分光为2个激光80、81。第2偏振光分光器76将激光80、81引导至电扫描器100－3。透镜77为fθ透镜，使激光80、81聚光至被加工物110。第1电扫描器组120在2轴方向对激光81进行操作，将激光81引导至第2偏振光分光器76。第2电扫描器组130在2轴方向对激光80、81进行操作，将激光80、81引导至被加工物110。工作台78对被加工物110进行固定，在X轴方向或者Y轴方向进行移动。

对激光加工机71的一系列的动作进行说明。从激光振荡器72输出的激光79通过延迟器73而从直线偏振的激光79变换为圆偏振的激光79，在经由反射镜74－1、74－2后，通过第1偏振光分光器75分光为2个激光80、81。激光80经由反射镜74－3、74－4而导入至第2偏振光分光器76。激光81经由第1电扫描器组120而导入至第2偏振光分光器76。激光81通过第1电扫描器组120在2轴方向进行扫描。激光80、81导入至第2偏振光分光器76而合束，通过第2电扫描器组130的摆动角的控制而在2轴方向进行扫描。另外，激光80、81通过透镜77被聚光而对工作台78上的被加工物110进行加工。

对激光80、81进行说明。透过了第1偏振光分光器75的激光80在第2偏振光分光器76进行反射。在第1偏振光分光器75反射出的激光81透过第2偏振光分光器76。激光80始终在相同的位置处导入至第2偏振光分光器76。另一方面，激光81通过第1电扫描器组120的摆动角的控制，对向第2偏振光分光器76射入的位置、角度进行调整。由实线表示的激光81是通过第1电扫描器组120的摆动角的控制而射入至第2偏振光分光器76后的激光与激光80成为相同的位置的激光。由虚线表示的激光81a是通过第1电扫描器组120的摆动角的控制而射入至第2偏振光分光器76后的激光与激光80成为不同的位置的激光。

在图8中图示出激光81、81a，但通过第1电扫描器组120的摆动角的控制而对射入的位置、角度进行调整的激光并不限定于激光81、81a。激光加工机71通过对第1电扫描器组120的摆动角进行调整，从而能够使与透过第2偏振光分光器76时的激光80之间的距离比激光81a长的激光进行扫描。另外，激光加工机71通过对第1电扫描器组120的摆动角进行调整，从而能够使与透过第2偏振光分光器76时的激光80之间的距离比激光81a短的激光进行扫描。由第2偏振光分光器76反射出的激光80和透过了第2偏振光分光器76的激光81，通过第2电扫描器组130而对向透镜77射入的位置及角度进行调整。在图8中图示出激光80、81a，但通过第2电扫描器组130的摆动角的控制而对射入的位置、角度进行调整的激光并不限定于激光80、81a。激光加工机71通过对第2电扫描器组130的摆动角进行调整，从而能够对透过透镜77的位置与图8的激光80、81a不同的位置进行扫描。

如上所述，激光加工机71使用第1电扫描器组120及第2电扫描器组130使激光80、81单独地扫描，由此能够对被加工物110在2个部位同时进行加工。此外，圆偏振的激光79均匀地具有所有方向的偏振成分，因此通过第1偏振光分光器75进行分光以使得激光80和激光81具有相同能量。另外，通过将从第1偏振光分光器75至第2偏振光分光器76为止的激光80、81各自的光路长度设为相同，从而能够将激光80、81的光束光斑直径设为相同。激光加工机71通过对工作台78进行控制，从而能够实现宽范围的被加工物110的加工。

如以上说明所述，在本实施方式中，激光加工机71具有电扫描器100－1～100－4。因此，激光加工机71能够通过电扫描器100所具有的电控反射镜11的高速定位而实现激光80、81的高速扫描。因此，激光加工机71能够以短时间在被加工物110进行大量的开孔加工，能够实现被加工物110的生产率的提高。另外，电扫描器100如实施方式1所记载那样使衬套单元的偏芯距离变短，从而抑制电控反射镜11的定位精度的降低。因此，具有电扫描器100－1～100－4的激光加工机71也能够抑制电控反射镜11的定位精度的降低。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。例如，作为最简易的激光加工机的结构而举出下述结构，即，从激光振荡器72输出的激光通过电扫描器组的摆动角的控制而在2轴方向进行扫描，通过透镜77被聚光而对工作台78上的被加工物110进行加工。

标号的说明

1反射镜部，2电动机部，3、3a、3b编码器部，4控制部，11电控反射镜，12反射镜保持架，21电动机框体，22、221轴，23轴承，24线圈，25磁铁，30、301、302衬套，31衬套圆筒部，32衬套固定部，33、331、332衬套凸起部，34***孔，35、351止动器板，36、361止动器抵接部，37螺钉，41角度指令发生器，42伺服放大器，43投光电路，44受光电路，50光栅板，51投光部，52受光部，60中心轴线，71激光加工机，72激光振荡器，73延迟器，74－1～74－4反射镜，75第1偏振光分光器，76第2偏振光分光器，77透镜，78工作台，79～81、81a激光，100、100－1～100－4电扫描器，110被加工物，120第1电扫描器组，130第2电扫描器组，321固定部，333凸起部。