(57)【要約】【課題】大型化を防ぎながらスポット径を変更することが可能なレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置としてのレーザマーキング装置１０は、レーザ光を出射するレーザ光源１２と、所定の倍率にて前記レーザ光の径を拡大するとともに互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃと、ビームエキスパンダからのレーザ光の方向を変更するガルバノミラー２５，２６と、ガルバノミラー２６からのレーザ光を収束して対象物に照射するｆθレンズ２７とを備えている。ビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃを保持する保持部３１は、ビームエキスパンダを倍率が異なる他のビームエキスパンダと交換可能に構成されている。【選択図】      図１
2006239703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
所定の倍率にて前記レーザ光の径を拡大するビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからのレーザ光の方向を変更するガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーからのレーザ光を収束して対象物に照射する集束レンズと、
を備え、前記対象物をレーザ光にて加工するレーザ加工装置であって、
前記ビームエキスパンダを倍率が異なる他のビームエキスパンダと交換可能に構成されたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダを保持するとともに、前記複数のビームエキスパンダがそれらの配列方向に沿って移動可能に形成された保持部を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
１つのビームエキスパンダを保持する保持部を備え、該保持部はベース部材に対して着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザにより対象物を加工するレーザ加工装置がある。例えば、レーザマーキング装置は、金属、樹脂、セラミック、半導体、紙、ガラスなどの多種多様の素材からなる被マーキング対象物表面に、多種多様な文字・記号・図形などにマーキングする。このようなレーザ加工装置は、２次元にレーザ光を走査するためにガルバノミラーを備えており、レーザ光源からのレーザ光を、ビームエキスパンダを介して２枚のガルバノミラーに照射させ、この２枚のガルバノミラーの角度を制御して対象物（ワーク）表面おいて、一方方向と、それに直交する方向に走査（スキャニング）する構成となっている。
【０００３】
レーザ加工装置で加工される対象物の種類は様々であり、また、対象物に加工する条件（加工深さや加工幅）も様々であった。従来、このような様々な加工に対応すべく、対象物上に照射されるレーザ光のスポット径を可変する構成の物があった例えば、特許文献１には、対物レンズを異なる倍率のものに交換可能なものが開示されている。また、特許文献２には、対物レンズを上下動させて焦点位置を変え、対象物上のスポット径を変えるものが開示されている。また、特許文献３には、レーザ光路上にアパーチャを設け、レーザ光通過領域の大きさを変更するものが開示されている。また、特許文献４には、ビームエキスパンダのレンズ間距離を変更してスポット径を変えるものが開示されている。
【特許文献１】特開平０７−０４００６７号公報
【特許文献２】特開昭５３−０９７７９７号公報
【特許文献３】特開平０３−２５３０４１号公報
【特許文献４】特開平０７−１１６８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１のように対物レンズを交換したり、特許文献２のように移動させたりすると、光走査手段との距離が変わってしまうので、加工エリアが変動してしまい、この加工エリアが所定の加工エリアになるように補正を行わなければならないため、構成が複雑化する。特に、特許文献１のように交換する構成では、加工エリアをカバーするレンズを複数備えて交換可能とするため、レーザ加工装置自体が大型化してしまう。
【０００５】
また、特許文献３のものにおいて、レーザ光源からのレーザ光の一部をカットする構成であるので、レーザ光を効果的に利用できない。また、特許文献４のものにおいては、レンズの離間距離を変更してスポット径を変えるため、光路長においてレーザ加工装置が大型化する上、そのレンズの離間距離を変更するためレンズ駆動系が必要となり、光路長以外も大型化して、全体としてレーザ加工装置が非常に大型化してしまう。また、ビームエキスパンダのレンズ間距離を変更すると、該ビームエキスパンダの出射光が平行光にならないため、レーザ光の焦点がずれる。このため、文字を描画する場合にはレーザ光により描画する線がぼける、等の加工上の不具合が発生する。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、大型化を防ぎながらスポット径を変更することが可能なレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、所定の倍率にて前記レーザ光の径を拡大するビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダからのレーザ光の方向を変更するガルバノミラーと、前記ガルバノミラーからのレーザ光を収束して対象物に照射する集束レンズとを備え、前記対象物をレーザ光にて加工するレーザ加工装置であって、前記ビームエキスパンダを倍率が異なる他のビームエキスパンダと交換可能に構成されている。
【０００８】
従って、請求項１に記載の発明によれば、ビームエキスパンダを倍率が異なる他のビームエキスパンダと交換可能に構成されているため、レーザ光源から出射されたレーザ光はアパーチャ等によりけられることなく対象物に照射されるため、エネルギー損失がなくスポット径を変更することが可能となる。ビームエキスパンダを構成するレンズをレーザ光の光軸に沿って移動させる必要がなく、またレンズ駆動系が必要ではないため、大型化を防ぎながらスポット径を変更することが可能となる。また、レーザ光を集束するレンズは位置が変更されないので、ガルバノミラーとの距離は変更されず、加工エリアが変動しないので、補正などの構成が不要となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダを保持するとともに、前記複数のビームエキスパンダがそれらの配列方向に沿って移動可能に形成された保持部を備えている。
【００１０】
従って、請求項２に記載の発明によれば、互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダを保持するとともに、前記複数のビームエキスパンダがそれらの配列方向に沿って移動可能に形成された保持部が備えられているため、容易にスポット径を変更することができる。また、保持部をビームエキスパンダの配列方向に移動させるだけであるため、短時間でビームエキスパンダを交換することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、１つのビームエキスパンダを保持する保持部を備え、該保持部はベース部材に対して着脱可能に構成されている。
従って、請求項３に記載の発明によれば、１つのビームエキスパンダを保持する保持部を備え、該保持部はベース部材に対して着脱可能に構成されている。このため、可動部がなく、ビームエキスパンダを変更することができるため、レーザ光を安定して対象物に照射することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上記述したように、本発明によれば、大型化を防ぎながらスポット径を変更することが可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第一実施形態）
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
図１（ａ）は本実施形態のレーザマーキング装置１０の正面一部断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
レーザ加工装置としてのレーザマーキング装置１０は、長方形板状に形成されたベース部材１１を備え、該ベース部材１１上には、レーザ光を出射するレーザ発振器からなるレーザ光源１２と、レーザ光を対象物Ｗ（図２参照）へ照射するための光学部１３とが載置固定されている。レーザマーキング装置１０は、レーザ光源１２及び光学部１３を覆うカバー部材１４を備えている。該カバー部材１４は例えば、金属材料、樹脂材料等により箱状、略箱状などの形状に形成され、ベース部材１１に対して着脱可能となっている。
【００１５】
レーザ光源１２は、ベース部材１１の長手方向を出射方向とするように配置され、レーザ光源１２から光学部１３に向かってレーザ光が出射される。
光学部１３は、ヘッドベース部材２１を備え、該ヘッドベース部材２１はベース部材１１上に固定されている。
【００１６】
ヘッドベース部材２１には、保持部２２が固定され、該保持部２２は、第１駆動部２３と第２駆動部２４とを保持している。第１駆動部２３の出力軸には第１ガルバノミラー２５（Ｘ−ガルバノミラー）が固定され、第２駆動部２４の出力軸には第２ガルバノミラー２６（Ｙ−ガルバノミラー）が固定されている。第１駆動部２３は第１ガルバノミラー２５の回動角度を駆動制御し、第２駆動部２４は第２ガルバノミラー２６の回動角度を駆動制御する。保持部２２は、レーザ光源１２からのレーザ光の方向を第１ガルバノミラー２５にて一方の方向に変更し、この第１ガルバノミラー２５で反射されたレーザ光を、第２ガルバノミラー２６にてその第１ガルバノミラー２５による反射方向と直交する方向に変更するように第１駆動部２３及び第２駆動部２４を保持している。そして、レーザ光源１２から出射されたレーザ光は、第１ガルバノミラー２５及び第２ガルバノミラー２６にてヘッドベース部材２１に向かって進むように反射される。
【００１７】
ヘッドベース部材２１には、第１ガルバノミラー２５及び第２ガルバノミラー２６により反射されたレーザ光を略中心とする透孔２１ａが形成され、該透孔２１ａにはレーザ光を集束して、対象物Ｗ上に照射する集束レンズとしてｆθレンズ２７が設けられている。ベース部材１１には、ｆθレンズ２７を該ベース部材１１の下方に露出する開口部１１ａが形成されている。
【００１８】
レーザ光源１２と第１ガルバノミラー２５との間には保持部３１が設けられ、該保持部３１はヘッドベース部材２１上に固定されている。保持部３１には、回転板３２が設けられている。回転板３２は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光と直交する平面に沿って回転可能に支持され、所定角度位置において螺子等の保持機構（図示略）により回動不能に保持されるようになっている。回転板３２には複数（本実施形態では図１（ｂ）に示すように３つ）のビームエキスパンダ３３ａ，３３ｂ，３３ｃが固定されている。これらビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃは、レーザ光源１２から出射されたレーザ光を一定の倍率（入射光径に対する出射光径の比率）の平行光束に広げるために設けられている。また、各ビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃは、互いに倍率が異なるように設定されている。従って、保持部３１は、互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃを交換可能に構成されている。
【００１９】
図２は、レーザマーキング装置１０の電気的構成を示すブロック図である。
設定部４１は、対象物Ｗに対する加工情報（例えばマーキングすべき文字、図形等の情報）を出力し、制御部４２はその加工情報に対応した制御信号を駆動回路４３に出力する。また、制御部４２は、レーザ光源１２の発振を制御する。
【００２０】
駆動回路４３は、駆動部（第１駆動部及び第２駆動部）２３，２４を駆動制御する。駆動部２３，２４としては例えばモータが使用され、駆動回路４３は、入力する制御信号に基づいて駆動部２３，２４を駆動する駆動信号を生成する。
【００２１】
レーザ光源１２から出射されたレーザ光は１つのビームエキスパンダ（例えばビームエキスパンダ３３ａ）により所定の出射径（ビーム径）を持つ平行光に広げられ、ガルバノミラー２５，２６により反射され、ｆθレンズ２７により対象物Ｗ上に集光される。そして、ガルバノミラー２５，２６が駆動部２３，２４により回動角度が制御され、対象物Ｗに照射されるレーザ光が該対象物Ｗの表面に沿って２次元に走査される。
【００２２】
本実施形態のレーザマーキング装置１０では、互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃが保持部３１により交換可能に保持されている。従って、ビームエキスパンダを交換することにより、ガルバノミラー２５，２６に向かって出射される平行光の径（ビーム径）が変更される。このため、対象物Ｗに照射されるレーザ光のスポット径が変更される。
【００２３】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃを取着した回転板３２を回転させることにより使用するビームエキスパンダを交換可能に構成した保持部３１を備える構成とした。従って、ビームエキスパンダを構成するレンズをレーザ光の光軸に沿って移動させる必要がないため、レーザマーキング装置の大型化を防ぎながらスポット径を変更することができる。また、レーザ光源１２から出射されたレーザ光は、アパーチャ等によりけられることなく対象物Ｗに照射されるため、エネルギー損失がない。また、レーザ光を集束するｆθレンズ２７は位置が変更されないので、ガルバノミラーとの距離は変更されず、加工エリアが変動しないので、補正などの構成が不要となる。
【００２４】
（２）保持部３１は、互いに倍率が異なる複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃを保持する回転板３２を備え、該回転板３２を回転させる、つまり複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃの配列方向に沿ってそれらを移動可能にしている。従って、ビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃを保持する回転板３２を回転させるだけで、容易にスポット径を変更することができる。また、保持部３１の回転板３２をビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃの配列方向に移動させるだけであるため、短時間でビームエキスパンダを交換することができる。
【００２５】
（第二実施形態）
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図３に従って説明する。尚、説明の便宜上、図１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００２６】
図３（ａ）は本実施形態のレーザマーキング装置５０の正面一部断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
レーザマーキング装置５０は、ベース部材１１を備え、該ベース部材１１上には、レーザ光源１２と、レーザ光を対象物Ｗへ照射するための光学部１３ａとが載置固定されている。
【００２７】
光学部１３ａは、ヘッドベース部材５１を備え、該ヘッドベース部材５１はベース部材１１上に固定されている。ヘッドベース部材５１には、第１ガルバノミラー２５及び第２ガルバノミラー２６を保持する保持部２２が固定されている。
【００２８】
光学部１３ａは、ヘッドベース部材５１に対して着脱可能に形成された保持部３１ａを備え、該保持部３１ａには１つのビームエキスパンダ３３ａが取着されている。保持部３１ａの下面には位置決め用の凸部５２が形成され、ヘッドベース部材５１には、凸部５２が位置決め用の凹部５３が形成されている。凸部５２を凹部５３に嵌合させることにより、保持部３１ａの姿勢が常に一定となる。そして、保持部３１ａは、螺子などの図示しない固定手段によりヘッドベース部材５１に固定されている。
【００２９】
これとは別に、図３（ｂ）に示すように、ヘッドベース部材５１に対して着脱可能に形成された保持部３１ｂが用意され、該保持部３１ｂには１つのビームエキスパンダ３３ｂが取着されている。保持部３１ｂの下面には、保持部３１ａと同様に、位置決め用の凸部５４が形成されている。保持部３１ｂは保持部３１ａと同じ外形に形成され、凸部５４は凸部５２と同じ位置に形成されている。従って、この凸部５４をヘッドベース部材５１に形成された位置決め用の凹部５３に嵌合させることにより、保持部３１ｂが保持部３１ａと同じ姿勢に固定される。
【００３０】
２つのビームエキスパンダ３３ａ，３３ｂは、互いに倍率が異なるように設定されている。そして、これらビームエキスパンダ３３ａ，３３ｂを保持する保持部３１ａ，３１ｂは、ヘッドベース部材５１に対して着脱可能であり、ビームエキスパンダ３３ａ，３３ｂが同じ位置に配置されるように形成されている。従って、２つの保持部３１ａ，３１ｂを交換可能である、つまり倍率が異なる複数のビームエキスパンダ３３ａ，３３ｂが交換可能である。
【００３１】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）１つのビームエキスパンダ３３ａを保持する保持部３１ａを備え、該保持部３１ａはヘッドベース部材５１に対して着脱可能に構成されている。従って、可動部がなく、ビームエキスパンダを変更することができるため、レーザ光を安定して対象物に照射することができる。
【００３２】
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記第一実施形態では、複数のビームエキスパンダ３３ａ〜３３ｃを取着した回転板３２を回転させることにより使用するビームエキスパンダを交換可能に構成したが、複数のビームエキスパンダを直線状に取着しレーザ光源１２から出射されるレーザ光と直交する方向に沿って移動可能に形成した保持部を備える構成としてもよい。
【００３３】
・上記各実施形態では、ベース部材１１にヘッドベース部材２１，５１を固定する構成としたが、ベース部材とヘッドベース部材を一体化する、つまり１つのベース部材にレーザ光源１２と光学部１３を取着固定する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第一実施形態のレーザマーキング装置の一例を示す（ａ）正面一部断面図、（ｂ）Ａ−Ａ線断面図。
【図２】レーザマーキング装置のブロック図。
【図３】第二実施形態のレーザマーキング装置の一例を示す（ａ）正面一部断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１１…ベース部材、１２…レーザ光源、２５，２６…ガルバノミラー、３１，３１ａ，３１ｂ…保持部、３３ａ〜３３ｃ…ビームエキスパンダ、Ｗ…対象物。
【図１】
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【図２】
2006239703.tif 000004
【図３】
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