(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、
コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、
第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設ける第２反射ミラーと、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備え、
第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２】
レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、
コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、
第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設ける第２反射ミラーと、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備え、
コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項５】
レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、
コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する第１反射ミラーと、
レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラーと、
第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、
レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーは、コリメート光学系で平行にされたレーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項７】
請求項５又は６に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部を入射させるように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項８】
請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項９】
請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガスはダイバージェントノズルであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１０】
請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９に記載するレーザ加工ヘッドと、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段と、
レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１１】
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、
コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割するフラットミラーである第１反射ミラーと、
第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設けるフラットミラーである第２反射ミラーと、
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１反射ミラーは、前記第２分割レーザ光側の端部がナイフエッジの形状に形成されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１４】
請求項１１又は１２に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１５】
請求項１１，１２，１３又は１４に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、  コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群を集光レンズ群に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１６】
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、
コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する細長い長方形状のフラットミラーである反射ミラーと、
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、この空間部が形成されたレーザ光本体を被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、
レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１７】
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、
コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する細長い長方形状のフラットミラーである第１反射ミラーと、
レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラーと、
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、
レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１８】
請求項１７に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーは、コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群を集光レンズ群に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群の他方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部を入射させるように構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２０】
請求項１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８又は１９に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２１】
請求項１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８又は１９に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガスはダイバージェントノズルであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２２】
請求項１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０又は２１に記載するレーザ加工ヘッドと、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段と、
レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置に関し、レーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う場合などに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属同士を接合する溶接技術の一種としてレーザ溶接とアーク溶接とがある。レーザ溶接はＣＯ2 レーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器を用いて行われる。ＣＯ2 レーザ光はミラー伝送しなければならないため、その調整に手間がかかるのに対し、ＹＡＧレーザ光は光ファイバによる伝送が可能である。このようなことなどから、ＹＡＧレーザ発振器を用いたレーザ溶接に対する期待が高まっている。一方、アーク溶接としては、ＭＩＧ溶接などのガスシールド消耗電極式アーク溶接（ＧＭＡ溶接）や、ＴＩＧ溶接などのガスシールド非消耗電極式アーク溶接などがある。
【０００３】
そして、レーザ光は光学機器により集光して高いエネルギー密度が得られることから、レーザ溶接では狭い溶融範囲において深溶け込みの溶接を行うことができる。一方、ＧＭＡ溶接（ＭＩＧ溶接等）やＴＩＧ溶接などのアーク溶接ではアークが比較的広範囲に広がるため、ビード幅の広い溶接となり、開先裕度の高い溶接が可能である。
【０００４】
このため、近年では溶接範囲が広く且つ深溶け込みの溶接を行うことなどを目的として、レーザ溶接とアーク溶接とを同時に行う方法が研究されている。
【０００５】
レーザ溶接とアーク溶接とを同時に行うレーザ加工ヘッドとしては、例えば特開平１０−２１６９７２号公報に開示されているような構成のものがある。図１１に示すように本レーザ加工ヘッドでは、母材１の被溶接部１ａに対してガス噴射ノズル６からシールドガスを噴射しながら、レーザ溶接ヘッド２からレーザ光３を照射し、ＧＭＡ溶接ヘッド４の電極５からアーク放電を行うことにより、レーザ溶接とアーク溶接とを行うようになっている。
【０００６】
しかし、このレーザ加工ヘッドではレーザ溶接ヘッド２とＧＭＡ溶接ヘッド４とが独立しているため、レーザ加工ヘッド全体が大型になり、しかも、溶接位置や溶接姿勢の変化に対してレーザ溶接ヘッド２とＧＭＡ溶接ヘッド４の相対位置関係を常に一定に保持するのが面倒である。このため、特にロボットによる３次元加工には適さない。
【０００７】
そこで本発明者等は、かかる問題点等を解決することができるレーザ加工ヘッドを特開平１１−１５６５７３号公報において提案している。図１２に示すように本レーザ加工ヘッドでは、光ファイバ１１で伝送されてきたレーザ光１２を凸型ルーフミラー１３と凹型ルーフミラー１４とで反射して第１分割レーザ光１２ａと第２分割レーザ光１２ｂとに２分割することにより、両者間に空間部１７を形成し、これらの分割レーザ光１２ａ，１２ｂを集光レンズ群１５によって被溶接部に集光するようなっている。
【０００８】
そして凹型ルーフミラー１４及び集光レンズ群１５の中心部には貫通孔１４ａ，１５ａがそれぞれ開けられており、これらの貫通孔１４ａ，１５ａにＴＩＧ電極やＧＭＡ電極などのアーク電極を保持する電極保持管１６を挿通することにより、この電極保持管１６に保持されたアーク電極が分割レーザ光１２ａ，１２ｂ間の空間部１７に位置して同レーザ光と同軸状になっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の同軸レーザ加工ヘッドでは、凹型ルーフミラー１４や集光レンズ群１５に貫通孔１４ａ，１５ｂを設けるため、これらの加工に手間がかかり高価なものとなってしまう。また、貫通孔１４ａ，１５ｂ部分が損傷し易い。更には、凸型ルーフミラー１３と凹型ルーフミラー１４とによってレーザ光１２を２分割しているが、これらの凹凸ルーフミラー１３，１４は非常に高価なものである。
【００１０】
従って本発明は上記の問題点に鑑み、小型で、しかも、光学機器を損傷する虞がなく且つ安価な同軸レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、
コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、
第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設ける第２反射ミラーと、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備え、
第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
また、第２発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、
コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、
第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設ける第２反射ミラーと、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備え、
コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
また、第３発明のレーザ加工ヘッドは、第２発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
また、第４発明のレーザ加工ヘッドは、第１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
また、第５発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、
コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する第１反射ミラーと、
レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラーと、
第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、
レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
また、第６発明のレーザ加工ヘッドは、第５発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーは、コリメート光学系で平行にされたレーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成したことを特徴とする。
また、第７発明のレーザ加工ヘッドは、第５又は第６発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部を入射させるように構成したことを特徴とする。
また、第８発明のレーザ加工ヘッドは、第１，第２，第３，第４，第５，第６又は第７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とする。
また、第９発明のレーザ加工ヘッドは、第１，第２，第３，第４，第５，第６又は第７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガスはダイバージェントノズルであることを特徴とする。
また、第１０発明のレーザ加工装置は、第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７，第８又は第９発明のレーザ加工ヘッドと、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段と、
レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする。
また、第１１発明のレーザ加工ヘッドは、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、
コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割するフラットミラーである第１反射ミラーと、
第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設けるフラットミラーである第２反射ミラーと、
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、
第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
また、第１２発明のレーザ加工ヘッドは、第１１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１反射ミラーは、前記第２分割レーザ光側の端部がナイフエッジの形状に形成されていることを特徴とする。
また、第１３発明のレーザ加工ヘッドは、第１１又は第１２発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
また、第１４発明のレーザ加工ヘッドは、第１１又は第１２発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
また、第１５発明のレーザ加工ヘッドは、第１１，第１２，第１３又は第１４発明のレーザ加工ヘッドにおいて、  コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群を集光レンズ群に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
また、第１６発明のレーザ加工ヘッドは、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、
コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する細長い長方形状のフラットミラーである反射ミラーと、
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、この空間部が形成されたレーザ光本体を被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、
レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
また、第１７発明のレーザ加工ヘッドは、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、
コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する細長い長方形状のフラットミラーである第１反射ミラーと、
レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラーと、
直列に配置された複数枚のレンズから構成され、第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、
レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
また、第１８発明のレーザ加工ヘッドは、第１７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーは、コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成したことを特徴とする。
また、第１９発明のレーザ加工ヘッドは、第１７又は第１８発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群を集光レンズ群に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群の他方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部を入射させるように構成したことを特徴とする。
また、第２０発明のレーザ加工ヘッドは、第１１，第１２，第１３，第１４，第１５，第１６，第１７，第１８又は第１９に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とする。
また、第２１発明のレーザ加工ヘッドは、第１１，第１２，第１３，第１４，第１５，第１６，第１７，第１８又は第１９発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガスはダイバージェントノズルであることを特徴とする。
また、第２２発明のレーザ加工装置は、第１１，第１２，第１３，第１４，第１５，第１６，第１７，第１８，第１９，第２０又は第２１発明のレーザ加工ヘッドと、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段と、
レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置のシステム構成を示す斜視図、図２（ａ）は前記レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッドの要部構成を示す側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【００２４】
また、図３は前記レーザ加工装置に備える各種の加工手段を示す斜視図、図４は前記レーザ加工ヘッドにおいて分割するレーザ光の集光先端部の間隔を開けた状態を示す説明図、図５は前記レーザ加工ヘッドにおいて分割するレーザ光の分割比を変え且つその集光先端部の間隔を開けた状態を示す説明図である。
【００２５】
＜構成＞
図１に示すように、本実施の形態１のレーザ加工装置はＹＡＧレーザ発振器２１、レーザ光伝送手段である光ファイバ２５、レーザ加工ヘッド２２、レーザ加工ヘッド移動手段である多軸ＮＣロボット２３などを備えている。
【００２６】
ＹＡＧレーザ発振器２１から発振されたレーザ光２４は、光ファイバ２５によってレーザ加工ヘッド２２の入力部まで伝送される。レーザ加工ヘッド２２は多軸ＮＣロボット２３に装着されており、この多軸ＮＣロボット２３によって任意の位置に位置決め移動される。
【００２７】
そして、レーザ加工ヘッド２２は外筒３０内に１つのコリメート光学系としてのコリメートレンズ群２６と、第１反射ミラー２７と、第２反射ミラー２８と、１つの集光光学系としての集光レンズ群２９と、ＧＭＡ溶接手段（ＭＩＧ溶接手段等）の先端加工部であるＧＭＡ電極（ＭＩＧ電極等）３３とを備えている。
【００２８】
また、第２反射ミラー２８を回動可能とする場合にはミラー回動手段として電動機などからなるミラー回動装置３２を備え、更に、第１反射ミラー２７を移動可能とする場合にはミラー移動手段として電動機などからなるミラー移動装置３１を備える。
【００２９】
図１及び図２に基づきレーザ加工ヘッド２２について詳述すると、コリメートレンズ群２６は直列に配置された複数枚のレンズから構成されており、光ファイバ２５によって伝送されてきたレーザ光２４を平行光にする。そして、このコリメートレンズ群２６の図中下方に第１反射ミラー２７と第２反射ミラー２８とが配設され、これらの反射ミラー２７，２８の図中下方に集光レンズ群２９が配設されている。
【００３０】
第１反射ミラー２７はフラットミラーであり、コリメートレンズ群２６によって平行にされたレーザ光２４ａに対して、このレーザ光２４ａの光軸と直交する方向にレーザ光２４ａの横断面の中央部まで挿入されるとともに、反射面２７ａが上向き（コリメートレンズ群側）で且つ外側（図中左側）に傾けられている。従って、この第１反射ミラー２７では、レーザ光２４ａの一部（図中左半分）を外側（図中左側）に反射することにより、レーザ光２４ａを第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとに２等分割する。
【００３１】
第２反射ミラー２８は第１反射ミラー２７と同様のフラットミラーであり、第１反射ミラー２７の側方に配置されるとともに、反射面２８ａが下向き（集光レンズ群側）で且つ第１反射ミラー２７側（図中右側）に傾けられている。従って、この第２反射ミラー２８では、第１反射ミラー２７によって反射された第１分割レーザ光２４ｂを更に図中下方へと第１分割ミラー２４ｃと平行に反射して、第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間に空間部（間隔）２４ｄを設ける。
【００３２】
集光レンズ群２９は直列に配置された複数枚のレンズから構成されており、第１及び第２反射ミラー２７，２８によって反射された第１分割レーザ光２４ｂと、第１反射ミラー２７によって反射されずにそのまま図中下方へと伝送された第２分割レーザ光２４ｃとを、母材３４の被溶接部３４ａに集光する。このとき第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃは一点に集光される。即ち、レーザ光２４ａは平行光であるため、コリメートレンズ群２６と集光レンズ群２９との間で第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃの光路長に差があっても、これらの分割レーザ光２４ｂ，２４ｃを集光レンズ群２９によって一点に集光することができる。
【００３３】
また、集光レンズ群２９はコリメートレンズ群２６よりも多少径が大きくなっている。そして、コリメートレンズ群２６の光軸と集光レンズ群２９の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群２６を集光レンズ群２９に対して一方側（図中右側）に寄せ、この集光レンズ群２９の他方側（図中左側）に第１及び第２反射ミラー２７，２８で反射された第１分割レーザ光２４ｂを入射させるように構成している。
【００３４】
このことにより、コリメートレンズ群２６から集光レンズ群２９へと真直ぐに伝送される第２分割レーザ光２４ｃと、この第２分割レーザ光２４ｃに対して光軸と直交する方向（図中左方向）に離間する第１分割レーザ光２４ｂとが１つの集光レンズ群２９に入射されるようになっている。このようして１つの集光レンズ群２９により両方の分割レーザ光２４ｂ，２４ｃを集光する構成であるため、レーザ加工ヘッド全体が非常に小型となっている。なお、集光レンズ群２９の直径は例えば７０ｍｍ程度である。
【００３５】
そして、集光レンズ群２９の出力側（図中下側）には、ＧＭＡ電極３３が外筒３０に支持されて第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設されている。かかる構成によってＧＭＡ・ＹＡＧ同軸溶接が可能となっている。ＧＭＡ溶接手段では、案内管３８を介して、先端のＧＭＡヘッド３５へのＧＭＡ溶接機３６からの給電及び不活性ガスの送給と、ワイヤ送り装置３７からのＧＭＡ電極（フィラワイヤ）３３の送給とを行うことにより、ＧＭＡ溶接を行うようになっている。
【００３６】
なお、このＧＭＡ溶接手段に代えて、図３に示すような他の加工手段の先端加工部を、第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに配設するようにしてもよい。
【００３７】
図３（ａ）に示すＴＩＧ溶接手段では、ＴＩＧヘッド４１によってＴＩＧ（タングステン）電極４２を保持し、これに案内管４４を介してＴＩＧ溶接機４３から給電及び不活性ガスの送給を行うことにより、ＴＩＧ溶接を行うようになっている。この場合にはＴＩＧ電極４２を第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設し、この状態でレーザ溶接とＴＩＧ溶接とを同時に行う。
【００３８】
図３（ｂ）に示すフィラワイヤ供給手段では、先端のフィラワイヤヘッド５１へ案内管５４を介してワイヤ送り装置５３からフィラワイヤ５２を送給するようになっている。この場合にはＴＩＧ電極４２を第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設し、この状態でフィラワイヤ５２を被溶接部に供給しながらレーザ光を照射してレーザ溶接を行う。
【００３９】
図３（ｃ）に示すアシストガス供給手段では、アシストガス供給装置６２から案内管６３を介して送給されるアシストガスを、先端のアシストガスノズル６１から噴射するようになっている。この場合にはアシストガスノズル６１を第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設し、この状態で被切断部又は被穴あけ部にアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射してレーザ切断又は穴あけを行う。そして、この場合にはアシストガスノズル６１を、図３（ｄ）に示すように流路が一旦狭められた後に広がるような形状のノズルとすることが望ましい。このようなノズルはダイバージェントノズルとしてガス切断などにおいては一般に知られている。
【００４０】
従来は、図１３に示すように集光レンズ群１０５によって集光されたレーザ光１０４の周囲を囲むようにアシストガスノズル１０３が設けられ、このアシストガスノズル１０３の先端開口部１０３ａからアシストガスを母材１０６の被切断部１０６ａに噴射する構成となっていた。このため、アシストガスの流速を増加させたり、アシストガスを被切断部１０６ａに効率よく送り込むために先端開口部１０３ａを細くしようとしても、レーザ光との干渉を避ける必要があるため、限界があった。また、アシストガスの圧力を上げようとしても、この圧力が集光レンズ群１０５の図示しない保護ガラスにも作用することから、保護ガラスの損傷を避ける必要があるため、やはり限界があった。
【００４１】
これに対して上記のように第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状にアシストガスノズル６１を配設するようにした場合には、アシストガスノズル６１を所望の細さにすることができ、このことによってアシストガスの流速を増加させたり、アシストガスを被切断部に効率よく送り込むことができる。また、アシストガスを所望の圧力にして流速や流量の向上を図ることもできる。しかも、アシストガスノズル６１としてダイバージェントノズルを採用することができることから、アシストガスを非常に高速で噴射することができるため切断速度が大幅に向上する。例えば１００ｍｍの板厚の金属板を切断するのに、図１３に示すような従来の同軸アシストガスノズルでは例えば８ｋｗのレーザ光で０．０５ｍ／ｍｉｎ程度の切断速度であったが、本実施の形態の同軸アシストガスノズルでは例えば４ｋｗのレーザ光で０．１ｍ／ｍｉｎの高速切断が可能となる。
【００４２】
図３（ｅ）に示す粉末供給手段では、粉末供給装置７２から案内管７３を介して送給される金属（鉄、ステンレス、アルミニウム等）の粉末を、先端の粉末ノズル７１から吐出するようになっている。この場合には粉末ノズル７１を第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設し、この状態で粉末ノズル７１から金属粉末を吐出しながら、この金属粉末にレーザ光を照射して任意の３次元形状を成形する。
【００４３】
また、図１及び図２に示すように、ミラー回動装置３２では、第２反射ミラー２８を中心軸２８ｂ回りに矢印Ａ方向又は逆の矢印Ｂ方向に回動する。従って、図４に示すようにミラー回動装置３２により第２反射ミラー２８を矢印Ｂ方向に回動すると、第２反射ミラー２８による第１分割レーザ光２４ｂの反射角度が変化して、第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４ｂ−１と第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−１との間隔ｄが開く。この間隔ｄは第２反射ミラー２８の回動角度を調整することによって適宜設定することができる。
【００４４】
また、図１及び図２に示すように、ミラー移動装置３１では、第１反射ミラー２７をレーザ光２４ａの光軸と直交する方向（矢印Ｃ方向又は逆の矢印Ｄ方向）に移動する。従って、図５に示すようにミラー移動装置３１によって第１反射ミラー２７を矢印Ｃ方向に移動させると、第１反射ミラー２７によって反射する第１分割レーザ光２４ｂの割合が減少し、第２分割レーザ光２４ｃの割合が増加する。この分割比は第１反射ミラー２７の移動位置を調整することによって適宜設定することができる。また、これと同時にミラー回動装置３２によって第２反射ミラー２８を矢印Ｂ方向に回動させれば、第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４ｂ−１と第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−１との間隔ｄが開く。
【００４５】
なお、第１反射ミラー２７の移動や第２反射ミラー２８の回動は、必ずしもミラー移動装置３１やミラー移動装置３２によって行う場合に限定するものではなく、手動で行うようにしてもよい。
【００４６】
＜作用・効果＞
以上のように本実施の形態１によれば、レーザ光２４を平行にする１つのコリメートレンズ群２６と、コリメートレンズ群２６によって平行にされたレーザ光２４ａの一部分を反射することにより同レーザ光２４ａを第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとに２分割する第１反射ミラー２７と、第１反射ミラー２７で反射された第１分割レーザ光２４ｂを更に反射して第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間に空間部２４ｄを設ける第２反射ミラー２８と、第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとを被切断部３４ａに集光する１つの集光レンズ群２９と、第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの間の空間部２４ｄに同レーザ光と同軸状に配設したＧＭＡ電極３３とを備えてレーザ加工ヘッド２２を構成したため、次のような作用・効果が得られる。
【００４７】
即ち、従来のようにレーザ溶接ヘッドとＧＭＡ溶接ヘッドとが独立している場合や、穴あきレンズを用いて同軸化したり凹凸ルーフミラーを用いてレーザ光を２分割したりする場合に比べて、本レーザ加工ヘッド２２は非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損傷する虞もない。なお、本発明者等は三角錐ミラーでレーザ光を２分割し、これらの分割レーザ光をそれぞれ個別の集光レンズ群で集光するように構成したレーザ加工ヘッドも開発しているが、この場合にはレーザ加工ヘッド全体の幅が例えば３００ｍｍ程度にもなり、これと比べても、１つの集光レンズ群２９で両方の分割レーザ光２４ｂ，２４ｃを集光するように構成した本レーザ加工ヘッド２２は非常に小型である。
【００４８】
そして、このようにレーザ加工ヘッド２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３にも容易に装着することができ、且つ、ＧＭＡ電極３３とＹＡＧレーザ光２４（分割レーザ光２４ｂ，２４ｃ）とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行うことができる。
【００４９】
また、ＧＭＡ電極３３とＹＡＧレーザ光２４（分割レーザ光２４ｂ，２４ｃ）との同軸溶接により、非常に高速で溶接することができるようになる。例えば、従来のＧＭＡ溶接では０．４ｍｍ／ｓ程度の溶接速度であったのに対し、ＧＭＡ・ＹＡＧ同軸溶接では２ｍｍ／ｓの高速溶接が可能となる。高速溶接が可能な主な理由としては、分割レーザ光２４ｂ，２４ｃの照射により金属（母材３４）が蒸発して、その一部がイオン化（Ｆｅイオン、Ｃｒイオン、Ｎｉイオン等）し、これにアーク放電が誘導されることから、アークが安定するためである。
【００５０】
分割レーザ光２４ｂ，２４ｃを照射せずにＧＭＡ溶接だけで高速化を図ろうとしても、ＧＭＡ電極３３を高速で移動させたときにアークがふらついて非常に不安定となるため、連続したビードが形成されず、不可能である。これに対してレーザ光２４ｂ，２４ｃを照射したときには、ＧＭＡ電極３３が高速で移動してもアークが安定するため連続した綺麗なビードが形成される。また、ＧＭＡ電極３３の先端部が、アーク放電による熱やジュール熱によって加熱されるだけでなく、レーザ光２４ｂ，２４ｃの照射によっても加熱されることも高速化の一因であると考えられる。
【００５１】
また、シールドガスとして純Ａｒガスを用いた溶接はアーク安定性の点で困難であったが、このような純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接が可能となる。つまり、一般にアークを安定させるためには不活性ガスにＯ2 やＣＯ2 を僅かに混合したものをにシールドガスとして用いるが、ＳＵＳ材や高Ｃｒ材などを溶接するときには耐蝕性の問題から純Ａｒガスをシールドガスとして用いるとともに、アークを安定させるためにＧＭＡ電極としてフィラワイヤにアーク安定化元素を入れたコアドワイヤを用いていた。これに対し、本レーザ加工ヘッド２２では、上記のようにレーザ光２４ｂ，２４ｃの照射によってアークを安定させることができるため、特殊なワイヤを用いることなく、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接が可能となる。
【００５２】
なお、レーザ加工ヘッド２２にＴＩＧ電極４２をレーザ光と同軸状に配置した場合にも、上記と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、レーザ加工ヘッド２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への装着も容易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動することができる。また、安価であり、光学機器を損傷する虞もなく、更には、高速溶接が可能となり、純Ａｒガス雰囲気での溶接も可能となる。
【００５３】
レーザ加工ヘッド２２にフィラワイヤ５２を同軸状に配置した場合にも、レーザ加工ヘッド２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への装着も容易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動することができ、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もない。
【００５４】
レーザ加工ヘッド２２にアシストガスノズル６１を同軸状に配置した場合にも、レーザ加工ヘッド２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への装着も容易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動することができ、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もない。しかも、アシストガスノズル６１を所望の細さにしてアシストガスの流速を増加させたり、アシストガスを被切断部又は被穴空け部に効率よく送り込むことができ、また、アシストガスを所望の圧力にして流速や流量の向上を図ることができる。しかも、アシストガスノズル６１としてダイバージェントノズルを採用することができることから、アシストガスを非常に高速で噴射することができるため切断速度又穴空け速度が大幅に向上する。
【００５５】
レーザ加工ヘッド２２に粉末ノズル７１を同軸状に配置した場合にも、レーザ加工ヘッド２２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット２３への装着も容易であり、多軸ＮＣロボット２３によってレーザ加工ヘッド２２を容易に任意の位置に位置決め移動することができ、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もない。
【００５６】
また、本実施の形態１によれば、第２反射ミラー２８をミラー回動装置３２又は手動によって回動可能とすることにより第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃの間隔を調整可能に構成した場合には、図４に示すように第２反射ミラー２８の回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４ｂ−１と第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−１との間隔ｄを適宜広げることにより、広いギャップ幅（例えば１ｍｍのギャップ幅）の母材３４を溶接することも可能となる。
【００５７】
また、第１反射ミラー２７をミラー移動装置３１又は手動によって移動可能とすることにより第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとの分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラー２８をミラー移動装置３２又は手動によって回動可能とすることにより第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｂの間隔を調整可能に構成した場合には、図５に示すように第１反射ミラー２７の移動位置を適宜設定して第１分割レーザ光２４ｂの割合を適宜小さくし第２分割レーザ光２４ｃの割合を適宜大きくするとともに、第２反射ミラー２８の回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光２４ｂの集光先端部２４ｂ−１と第２分割レーザ光２４ｃの集光先端部２４ｃ−１との間隔ｄを適宜広げることにより、矢印Ｆのように母材３４に対して先に第２分割レーザ光２４ｂを照射して深溶け込みをし、続いて第１分割レーザ光２４ｃを照射して綺麗なビードを形成することができる。
【００５８】
このときにはポロシティ（空孔）のない良好な溶接が可能となる。即ち、単独のレーザ光を照射する場合には被溶接部にポロシティが生じ易いが、先に第２分割レーザ光２４ｂを照射し、続いて第１分割レーザ光２４ｃを照射する場合には、第２分割レーザ光２４ｂの照射時に一旦閉じたポロシティを第１分割レーザ光２４ｂの照射によって開けることによりポロシティを消滅させることができる。
【００５９】
また、コリメートレンズ群２６の光軸と集光レンズ群２９の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群２６を集光レンズ群２９に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群２９の他方側に第１及び第２反射ミラー２７，２８で反射された第１分割レーザ光２４ｂを入射させるように構成したことにより、コリメートレンズ群２６の光軸と集光レンズ群２９の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光レンズ群２９でも第１分割レーザ光２４ｂと第２分割レーザ光２４ｃとを集光することができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
【００６０】
そして、上記のようなレーザ加工ヘッド２２を備えたレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
【００６１】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置のシステム構成を示す斜視図である。図７は前記レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッドの要部構成を示す側面図であり、図７（ａ）は図９のＧ方向矢視図、図７（ｂ）は図９のＨ方向矢視図である。また、図８は反射ミラーによって反射されるレーザ光の一部のみを表した側面図であり、図８（ａ）は図７（ａ）に対応する図、図８（ｂ）は図７（ｂ）に対応する図である。図９（ａ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ線矢視断面拡大図、図９（ｂ）は図７（ａ）のＪ−Ｊ線矢視断面拡大図、図９（ｃ）は図７（ａ）のＫ−Ｋ線矢視断面拡大図である。
【００６２】
また、図１０は反射ミラーの他の配置例を示す説明図であり、図１０（ａ）は側面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＬ方向矢視図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＭ−Ｍ線矢視断面図、図１０（ｄ）は図１０（ａ）のＮ−Ｎ線矢視断面図である。
【００６３】
＜構成＞
図６に示すように、本実施の形態２のレーザ加工装置はＹＡＧレーザ発振器８１、レーザ光伝送手段である光ファイバ８５、レーザ加工ヘッド８２、レーザ加工ヘッド移動手段である多軸ＮＣロボット８３などを備えている。
【００６４】
ＹＡＧレーザ発振器８１から発振されたレーザ光８４は、光ファイバ８５によってレーザ加工ヘッド８２の入力部まで伝送される。レーザ加工ヘッド８２は多軸ＮＣロボット８３に装着されており、この多軸ＮＣロボット８３によって任意の位置に位置決め移動される。
【００６５】
そして、レーザ加工ヘッド８２は外筒９０内に１つのコリメート光学系としてのコリメートレンズ群８６と、第１反射ミラー８７と、第２反射ミラー８８と、１つの集光光学系としての集光レンズ群８９と、ＧＭＡ溶接手段（ＭＩＧ溶接手段等）の先端加工部であるＧＭＡ電極（ＭＩＧ電極等）９３とを備えている。
【００６６】
図６〜図１０に基づきレーザ加工ヘッド８２について詳述すると、コリメートレンズ群８６は直列に配置された複数枚のレンズから構成されており、光ファイバ８５によって伝送されてきたレーザ光８４を平行光にする。そして、このコリメートレンズ群８６の図中下方に第１反射ミラー８７と第２反射ミラー８８とが配設され、これらの反射ミラー８７，８８の図中下方に集光レンズ群８９が配設されている。
【００６７】
第１反射ミラー８７は所定の幅（所望の幅の空間部をレーザ光本体に形成可能な幅）を有する細長い長方形状のフラットミラーである。この第１反射ミラー８７は、コリメートレンズ群８６により平行にされたレーザ光８４ａに対して、レーザ光８４ａの横断面の径方向に沿って水平（レーザ光８４ａの光軸と直交する方向）に前記横断面の中央部まで挿入されるとともに（図７（ａ），図８（ａ），図９（ａ）参照）、反射面８７ａが上向き（コリメートレンズ群側）で且つ第１反射ミラー８７の挿入方向と直交する方向に傾けられている（図７（ｂ），図８（ｂ）参照、図示例では図中右方向に傾けられている）。従って、この第１反射ミラー８７では、レーザ光８４ａの一部８４ｂを反射してレーザ光本体８４ｃの外へ取り出す。その結果、レーザ光本体８４ｃには細長い空間部８４ｄが形成される（図７（ｂ），図８（ｂ））。
【００６８】
第２反射ミラー８８は第１反射ミラー８７と同様の細長いフラットミラーであり、レーザ光本体８４ｃの外側に配置されるとともに、反射面８８ａが下向き（集光レンズ群側）で且つ第１反射ミラー８７側に傾けられている。従って、この第２反射ミラー８８では、第１反射ミラー８７で反射されたレーザ光の一部８４ｂを、レーザ光本体８４ｃと平行で且つレーザ光本体８４ｃの外周面に接する又は近接するように反射する（図７（ｂ），図９（ｂ）参照）。図示例ではレーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの外周面に接する場合を示しており、このことによって集光レンズ群８９の径をできるだけ小さくしている。
【００６９】
また、第１及び第２反射ミラー８７，８８の配置は、上記にような配置に限らず、図１０のようにしてもよい。即ち、図１０に示すように、第１反射ミラー８７は、反射面８７ａを上向き（コリメートレンズ群側）にした状態で、レーザ光８４ａに対して、レーザ光８４ａの横断面の径方向に沿い且つレーザ光８４ａの光軸に対して斜めに（集光レンズ群側に向かって斜めに）挿入するとともに（図１０（ａ）参照）、第１反射ミラー８７の挿入方向と直交する方向に傾ける（図１０（ｂ）参照）。このことにより、第１反射ミラー８７では、レーザ光の一部８４ｂを、レーザ光本体８４ｃの外側に斜めに反射する（図１０（ｃ）参照）。
【００７０】
第２反射ミラー８８は、レーザ光本体８４ｃの外側において、反射面８８ａを下向き（集光レンズ群側）にした状態で、第１反射ミラー８７と同様にレーザ光８４ａの光軸に対して斜めにするとともに、第１反射ミラー８７側に傾けることにより（図１０（ｂ）参照）、第１反射ミラー８７で反射されたレーザ光の一部８４ｂを、レーザ光本体８４ｃと平行で且つレーザ光本体８４ｃの外周面に接する又は近接するように反射する（図１０（ｂ）参照）。
【００７１】
そして、この場合には図１０（ｄ）に示すようにレーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真横に位置するため、図９（ｂ）のようにレーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真横からずれた位置にある場合に比べて、より集光レンズ群８９の径を小さくすることができるようになる。
【００７２】
集光レンズ群８９は直列に配置された複数枚のレンズから構成されており、第１反射ミラー８７によって空間部８４ｄが形成されたレーザ光本体８４ｃと、第１及び第２反射ミラー８７，８８によって反射されたレーザ光の一部８４ｂとを母材９４の被溶接部９４ａに集光する。このときレーザ光本体８４ｃとレーザ光の一部８４ｂは一点に集光される。即ち、レーザ光８４ａは平行光であるため、コリメートレンズ群８６と集光レンズ群８９との間でレーザ光本体８４ｃとレーザ光の一部８４ｂの光路長に差があっても、これらのレーザ光８４ｂ，８４ｃを集光レンズ群８９によって一点に集光することができる。
【００７３】
また、集光レンズ群８９はコリメートレンズ群８６よりも多少径が大きくなっている。そして、コリメートレンズ群８６の光軸と集光レンズ群８９の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群８６を集光レンズ群８９に対して一方側（図７（ｂ）中左側）に寄せ、この集光レンズ群８９の他方側（図７（ｂ）中右側）に第１及び第２反射ミラー８７，８８で反射されたレーザ光の一部８４ｂを入射させるように構成している。
【００７４】
このことによって、コリメートレンズ群８６から集光レンズ群８９へと真直ぐに伝送されるレーザ光本体８４ｃと、このレーザ光本体８４ｃの外に取り出されたレーザ光の一部８４ｂとが、１つの集光レンズ群８９に入射されるようになっている。このようにして１つの集光レンズ群８９によりレーザ光本体８４ｃとレーザ光の一部８４ｂとを集光する構成であるため、レーザ加工ヘッド全体が非常に小型となっている。なお、集光レンズ群８９の直径は例えば７０ｍｍ程度である。
【００７５】
そして、集光レンズ群８９の出力側（図中下側）には、ＧＭＡ電極９３が、外筒９０に支持されてレーザ光本体８４ｃの空間部８４ｄに同レーザ光本体と同軸状に配設されている。かかる構成によってＧＭＡ・ＹＡＧ同軸溶接が可能となっている。なお、ＧＭＡ溶接手段では、先端のＧＭＡヘッド９５に対し案内管９８を介してＧＭＡ溶接機９６から給電及び不活性ガスを送給し、ワイヤ送り装置９７からＧＭＡ電極（フィラワイヤ）９３を送給することにより、ＧＭＡ溶接を行うようになっている。
【００７６】
なお、ここでの具体的な説明は省略するが、上記実施の形態１の場合と同様に、ＧＭＡ溶接手段に代えて、図３に示す他の加工手段の先端加工部を、レーザ光本体８４ｃの空間部８４ｄに同レーザ光本体と同軸状に配設するようにしてもよい。
【００７７】
＜作用・効果＞
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７８】
即ち、レーザ光８４を平行にする１つのコリメートレンズ群８６と、コリメートレンズ群８６によって平行にされたレーザ光８４ａの一部８４ｂを反射することによってレーザ光本体８４ｃの外に取り出すことによりレーザ光本体８４ｃに空間部８４ｄを形成する第１反射ミラー８７と、レーザ光本体８４ｃの外側に位置し第１反射ミラー８７で反射されたレーザ光の一部８４ｂをレーザ光本体８４ｃと平行で且つレーザ光本体８４ｃの外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラー８８と、第１反射ミラー８７よって空間部８４ｄが形成されたレーザ光本体８４ｃと第１及び第２反射ミラー８７，８８によって反射されたレーザ光の一部８４ｂとを被溶接部９４ａに集光する１つの集光レンズ群８９と、レーザ光本体８４ｃの空間部８４ｄに同レーザ光本体と同軸状に配設したＧＭＡ電極９３とを備えてレーザ加工ヘッド８２を構成したため、従来に比べて本レーザ加工ヘッド８２は非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損傷する虞もない。
【００７９】
そして、上記のようにレーザ加工ヘッド８２は非常に小型であるため多軸ＮＣロボット８３にも容易に装着することができ、且つ、ＧＭＡ電極８３とＹＡＧレーザ光８４（レーザ光本体８４ｃ）とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロボット８３によってレーザ加工ヘッド８２を任意の位置に容易に位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行うことができる。また、ＧＭＡ電極８３とＹＡＧレーザ光８４（レーザ光本体８４ｃ及びレーザ光の一部８４ｂ）との同軸溶接により、非常に高速で溶接することができるようになるとともに、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能となる。
【００８０】
また、具体的な説明は省略するが、ＧＭＡ溶接手段に代えて図３に示す他の加工手段を用いた場合にも、上記実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。
【００８１】
しかも、本実施の形態１では、第１反射ミラー８７によってレーザ光本体８４ｃの外に取り出したレーザ光の一部８４ｂを、第２反射ミラー８８で更に反射してレーザ光本体８４ｃとともに集光レンズ群８９によって被溶接部９４ａに集光するようにしたため、レーザ光８４のエネルギーを無駄にせず有効に利用してレーザ光８４の損失を極力押さえることができる。
【００８２】
更に、図１０のように第１反射ミラー８７はコリメートレンズ群８６で平行にされたレーザ光８４ａに対し、同レーザ光８４ａの横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光８４ａの光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラー８７の挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部８４ｂをレーザ光本体８４ｃの外へ斜めに反射するようにした場合には、レーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真横に位置するため、図９（ｂ）のようにレーザ光の一部８４ｂがレーザ光本体８４ｃの真横からずれた位置にある場合に比べて、より集光レンズ群８９の径を小さくすることができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
【００８３】
また、コリメートレンズ群８６の光軸と集光レンズ群８９の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群８６を集光レンズ群８９に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群８９の他方側に第１及び第２反射ミラー８７，８８により反射されたレーザ光の一部８４ｂを入射させるように構成したことにより、コリメートレンズ群８６の光軸と集光レンズ群８９の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光レンズ群８９でもレーザ光本体８４ｃとレーザ光の一部８４ｂとを集光することができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
【００８４】
そして、上記のようなレーザ加工ヘッド８２を備えたレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
【００８５】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、第１発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設ける第２反射ミラーと、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備え、第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
従って、この第１発明のレーザ加工ヘッドによれば、第１反射ミラーの移動位置を適宜設定して第１分割レーザ光の割合を適宜小さくし第２分割レーザ光の割合を適宜大きくするとともに、第２反射ミラーの回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を適宜広げることにより、母材に対して先に第２分割レーザ光を照射して深溶け込みをし、続いて第１分割レーザ光を照射して綺麗なビードを形成することができる。このときにはポロシティ（空孔）のない良好な溶接が可能となる。
また、第２発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割する第１反射ミラーと、第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設ける第２反射ミラーと、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備え、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
また、第３発明のレーザ加工ヘッドは、第１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
従って、この第２又は第３のレーザ加工ヘッドによれば、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光光学系でも第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを集光することができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
また、第４発明のレーザ加工ヘッドは、第２発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
従って、この第４発明のレーザ加工ヘッドによれば、第２反射ミラーの回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を適宜広げることにより、広いギャップ幅の母材を溶接することも可能となる。
また、第５発明のレーザ加工ヘッドは、レーザ光を平行にする１つのコリメート光学系と、コリメート光学系で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する第１反射ミラーと、レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラーと、第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光光学系と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
従って、この第５発明のレーザ加工ヘッドも、従来に比べて非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損傷する虞もない。そして、レーザ加工ヘッドは非常に小型であるため多軸ＮＣロボットにも容易に装着することができ、且つ、加工手段の先端加工部とレーザ光本体とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを任意の位置に容易に位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行うことができる。また、加工手段の先端加工部がＧＭＡ電極である場合には、同軸溶接により、非常に高速で溶接することができるようになるとともに、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能となる。
しかも、第１反射ミラーによってレーザ光本体の外に取り出したレーザ光の一部を、第２反射ミラーで更に反射してレーザ光本体とともに集光光学系によって被加工部に集光するようにしたため、レーザ光のエネルギーを無駄にせず有効に利用してレーザ光の損失を極力押さえることができる。
また、第６発明のレーザ加工ヘッドは、第５発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第１反射ミラーは、コリメート光学系で平行にされたレーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成したことを特徴とする。
従って、この第６発明のレーザ加工ヘッドによれば、レーザ光本体の外に取り出されたレーザ光の一部がレーザ光本体の真横に位置するため、レーザ光の一部がレーザ光本体の真横からずれた位置にある場合に比べて、より集光光学系の径を小さくすることができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
また、第７発明のレーザ加工ヘッドは、第５又は第６発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメート光学系を集光光学系に対して一方側に寄せ、この集光光学系の他方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部を入射させるように構成したことを特徴とする。
従って、この第７発明のレーザ加工ヘッドによれば、コリメート光学系の光軸と集光光学系の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光光学系でもレーザ光本体とレーザ光の一部とを集光することができるため、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
また、第８発明のレーザ加工ヘッドは、第１，第２，第３，第４，第５，第６又は第７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とする。
従って、この第８発明のレーザ加工ヘッドでも、非常に小型であるため多軸ＮＣロボットへの装着も容易であり、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを容易に任意の位置に位置決め移動することができ、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もない。
また、第９発明のレーザ加工ヘッドは、第１，第２，第３，第４，第５，第６又は第７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガスはダイバージェントノズルであることを特徴とする。
従って、この第９発明のレーザ加工ヘッドによれば、アシストガスを非常に高速で噴射することができるため切断速度又穴空け速度が大幅に向上する。
また、第１０発明のレーザ加工装置は、第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７，第８又は第９発明のレーザ加工ヘッドと、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段と、レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする。
従って、この第１０発明のレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
また、第１１発明のレーザ加工ヘッドは、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部分を反射することにより、同レーザ光を第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とに２分割するフラットミラーである第１反射ミラーと、第１反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を更に反射して、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間に空間部を設けるフラットミラーである第２反射ミラーと、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との間の空間部に同レーザ光と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
従って、この第１発明のレーザ加工ヘッドによれば、従来比べて非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損傷する虞もない。そして、このレーザ加工ヘッドは非常に小型であるため例えば多軸ＮＣロボットにも容易に装着することができ、且つ、加工手段の先端加工部とレーザ光（第１及び第２分割レーザ光）とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを容易に任意の位置に位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行うことができる。
また、加工手段の先端加工部がＧＭＡ電極である場合には、このＧＭＡ電極とレーザ光との同軸溶接により、非常に高速で溶接することができるようになる。更には、レーザ光の照射によってアークを安定させることができるため、特殊なワイヤを用いることなく、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能となる。
また、第１２発明のレーザ加工ヘッドは、第１１発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１反射ミラーは、前記第２分割レーザ光側の端部がナイフエッジの形状に形成されていることを特徴とする。
また、第１３発明のレーザ加工ヘッドは、第１１又は第１２発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第２反射ミラーを回動可能とすることにより、第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
従って、この第１３発明のレーザ加工ヘッドによれば、第２反射ミラーの回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を適宜広げることにより、広いギャップ幅の母材を溶接することも可能となる。
また、第１４発明のレーザ加工ヘッドは、第１１又は第１２発明のレーザ加工ヘッドにおいて、第１反射ミラーを移動可能とすることにより第１分割レーザ光と第２分割レーザ光との分割比を調整可能に構成し、且つ、第２反射ミラーを回動可能とすることにより第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を調整可能に構成したことを特徴とする。
従って、この第１４発明のレーザ加工ヘッドによれば、第１反射ミラーの移動位置を適宜設定して第１分割レーザ光の割合を適宜小さくし第２分割レーザ光の割合を適宜大きくするとともに、第２反射ミラーの回動角度を適宜設定して第１分割レーザ光の集光先端部と第２分割レーザ光の集光先端部との間隔を適宜広げることにより、母材に対して先に第２分割レーザ光を照射して深溶け込みをし、続いて第１分割レーザ光を照射して綺麗なビードを形成することができる。このときにはポロシティ（空孔）のない良好な溶接が可能となる。
また、第１５発明のレーザ加工ヘッドは、第１１，第１２，第１３又は第１４発明のレーザ加工ヘッドにおいて、  コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群を集光レンズ群に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群の他方側に第１及び第２反射ミラーで反射された第１分割レーザ光を入射させるように構成したことを特徴とする。
従って、この第１５発明のレーザ加工ヘッドによれば、コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光レンズ群でも第１分割レーザ光と第２分割レーザ光とを集光することができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
また、第１６発明のレーザ加工ヘッドは、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する細長い長方形状のフラットミラーである反射ミラーと、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、この空間部が形成されたレーザ光本体を被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
従って、この第１６発明のレーザ加工ヘッドによれば、従来に比べて非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損傷する虞もない。そして、レーザ加工ヘッドは非常に小型であるため多軸ＮＣロボットにも容易に装着することができ、且つ、加工手段の先端加工部とレーザ光本体とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを任意の位置に容易に位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行うことができる。また、加工手段の先端加工部がＧＭＡ電極である場合には、同軸溶接により、非常に高速で溶接することができるようになるとともに、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能となる。
また、第１７発明のレーザ加工ヘッドは、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、レーザ光を平行にする１つのコリメートレンズ群と、コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光の一部を反射してレーザ光本体の外に取り出すことにより、レーザ光本体に空間部を形成する細長い長方形状のフラットミラーである第１反射ミラーと、レーザ光本体の外側に位置し、第１反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を、レーザ光本体と平行で且つレーザ光本体の外周面に接する又は近接するように反射する第２反射ミラーと、直列に配置された複数枚のレンズから構成され、第１反射ミラーにより空間部が形成されたレーザ光本体と、第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部とを被加工部に集光する１つの集光レンズ群と、レーザ光本体の空間部に同レーザ光本体と同軸状に配設した加工手段の先端加工部とを備えたことを特徴とする。
従って、この第１７発明のレーザ加工ヘッドも、従来に比べて非常に小型で安価なものとなり、光学機器を損傷する虞もない。そして、レーザ加工ヘッドは非常に小型であるため多軸ＮＣロボットにも容易に装着することができ、且つ、加工手段の先端加工部とレーザ光本体とが同軸状になっていることから、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを任意の位置に容易に位置決め移動することができ、３次元加工も容易に行うことができる。また、加工手段の先端加工部がＧＭＡ電極である場合には、同軸溶接により、非常に高速で溶接することができるようになるとともに、純Ａｒガス雰囲気でのＳＵＳ材や高Ｃｒ材などの溶接も可能となる。
しかも、第１反射ミラーによってレーザ光本体の外に取り出したレーザ光の一部を、第２反射ミラーで更に反射してレーザ光本体とともに集光レンズ群によって被加工部に集光するようにしたため、レーザ光のエネルギーを無駄にせず有効に利用してレーザ光の損失を極力押さえることができる。
また、第１８発明のレーザ加工ヘッドは、第１７発明のレーザ加工ヘッドにおいて、
第１反射ミラーは、コリメートレンズ群で平行にされたレーザ光に対し、同レーザ光の横断面の径方向に沿い且つ同レーザ光の光軸に対して斜めに挿入するとともに、第１反射ミラーの挿入方向と直交する方向に傾けることにより、レーザ光の一部をレーザ光本体の外に斜めに反射するように構成したことを特徴とする。
従って、この第１８発明のレーザ加工ヘッドによれば、レーザ光本体の外に取り出されたレーザ光の一部がレーザ光本体の真横に位置するため、レーザ光の一部がレーザ光本体の真横からずれた位置にある場合に比べて、より集光レンズ群の径を小さくすることができ、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
また、第１９発明のレーザ加工ヘッドは、第１７又は第１８発明のレーザ加工ヘッドにおいて、コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを同光軸と直交する方向にずらすことによりコリメートレンズ群を集光レンズ群に対して一方側に寄せ、この集光レンズ群の他方側に第１及び第２反射ミラーにより反射されたレーザ光の一部を入射させるように構成したことを特徴とする。
従って、この第１９発明のレーザ加工ヘッドによれば、コリメートレンズ群の光軸と集光レンズ群の光軸とを一致させる場合に比べて、より小さな径の集光レンズ群でもレーザ光本体とレーザ光の一部とを集光することができるため、レーザ加工ヘッド全体をより小型にすることができる。
また、第２０発明のレーザ加工ヘッドは、第１１，第１２，第１３，第１４，第１５，第１６，第１７，第１８又は第１９に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部は、ＧＭＡ電極、ＴＩＧ電極、フィラワイヤ、アシストガスノズル又は粉末ノズルであることを特徴とする。
従って、この第２０発明のレーザ加工ヘッドでも、非常に小型であるため多軸ＮＣロボットへの装着も容易であり、多軸ＮＣロボットによってレーザ加工ヘッドを容易に任意の位置に位置決め移動することができ、また、安価であり、光学機器を損傷する虞もない。
また、第２１発明のレーザ加工ヘッドは、第１１，第１２，第１３，第１４，第１５，第１６，第１７，第１８又は第１９発明のレーザ加工ヘッドにおいて、加工手段の先端加工部はアシストガスノズルであり、且つ、このアシストガスはダイバージェントノズルであることを特徴とする。
従って、この第２１発明のレーザ加工ヘッドによれば、アシストガスを非常に高速で噴射することができるため切断速度又穴空け速度が大幅に向上する。
また、第２２発明のレーザ加工装置は、第１１，第１２，第１３，第１４，第１５，第１６，第１７，第１８，第１９，第２０又は第２１発明のレーザ加工ヘッドと、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッドへと伝送するレーザ光伝送手段と、レーザ加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動するレーザ加工ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする。
従って、この第２２発明のレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
【０１０８】
従って、この第１１発明のレーザ加工装置は、安価で、しかも、溶接や切断などの加工能力に優れたレーザ加工装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置のシステム構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は前記レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッドの要部構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【図３】前記レーザ加工装置に備える各種の加工手段を示す斜視図である。
【図４】前記レーザ加工ヘッドにおいて分割するレーザ光の集光先端部の間隔を開けた状態を示す説明図である。
【図５】前記レーザ加工ヘッドにおいて分割するレーザ光の分割比を変え且つその集光先端部の間隔を開けた状態を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置のシステム構成を示す斜視図である。
【図７】前記レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッドの要部構成を示す側面図であり、（ａ）は図９のＧ方向矢視図、（ｂ）は図９のＨ方向矢視図である。
【図８】反射ミラーによって反射されるレーザ光の一部のみを表した側面図であり、（ａ）は図７（ａ）に対応する図、（ｂ）は図７（ｂ）に対応する図である。
【図９】（ａ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ線矢視断面拡大図、（ｂ）は図７（ａ）のＪ−Ｊ線矢視断面拡大図、（ｃ）は図７（ａ）のＫ−Ｋ線矢視断面拡大図である。
【図１０】反射ミラーの他の配置例を示す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＬ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）のＭ−Ｍ線矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＮ−Ｎ線矢視断面図である。
【図１１】従来のレーザ加工ヘッドの構成図である。
【図１２】従来のレーザ加工ヘッドの構成図である。
【図１３】従来の同軸アシストガスノズルの構成図である。
【符号の説明】
２１  ＹＡＧレーザ発振器
２２  レーザ加工ヘッド
２３  多軸ＮＣロボット
２４  レーザ光
２４ａ  平行なレーザ光
２４ｂ  第１分割レーザ光
２４ｂ−１  集光先端部
２４ｃ  第２分割レーザ光
２４ｃ−１  集光先端部
２４ｄ  空間部
２５  光ファイバ
２６  コリメートレンズ群
２７  第１反射ミラー
２７ａ  反射面
２８  第２反射ミラー
２８ａ  反射面
２８ｂ  回動軸
２９  集光レンズ群
３０  外筒
３１  ミラー移動装置
３２  ミラー回動装置
３３  ＧＭＡ電極
３５  ＧＭＡヘッド
３６  ＧＭＡ溶接機
３７  ワイヤ送り装置
３８  案内管
４１  ＴＩＧヘッド
４２  ＴＩＧ電極
４３  ＴＩＧ溶接機
４４  案内管
５１  フィラワイヤヘッド
５２  フィラワイヤ
５３  ワイヤ送り装置
５４  案内管
６１  アシストガスノズル
６２  アシストガス供給装置
６３  案内管
７１  粉末ノズル
７２  粉末供給装置
７３  案内管
８１  ＹＡＧレーザ発振器
８２  レーザ加工ヘッド
８３  多軸ＮＣロボット
８４  レーザ光
８４ａ  平行なレーザ光
８４ｂ  レーザ光の一部（反射された部分）
８４ｃ  レーザ光本体
８４ｄ  空間部
８５  光ファイバ
８６  コリメートレンズ群
８７  第１反射ミラー
８７ａ  反射面
８８  第２反射ミラー
８８ａ  反射面
８９  集光レンズ群
９０  外筒
９３  ＧＭＡ電極
９５  ＧＭＡヘッド
９６  ＧＭＡ溶接機
９７  ワイヤ送り装置
９８  案内管
【図１】
0003686317.tif 000002
【図２】
0003686317.tif 000003
【図３】
0003686317.tif 000004
【図４】
0003686317.tif 000005
【図５】
0003686317.tif 000006
【図６】
0003686317.tif 000007
【図７】
0003686317.tif 000008
【図８】
0003686317.tif 000009
【図９】
0003686317.tif 000010
【図１０】
0003686317.tif 000011
【図１１】
0003686317.tif 000012
【図１２】
0003686317.tif 000013
【図１３】
0003686317.tif 000014