(57)【要約】【課題】レーザー光の高速でのＯＮ／ＯＦＦ制御を可能にする、レーザー用シャッター、並びにレーザー用シャッターを備えたレーザー加工装置を提供する。【解決手段】円柱形の外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、円柱形の側面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、複数個のうちの２個のアパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、円柱形の中心線からオフセットされるように、複数個のアパチャーが形成され、円柱形の側面において、アパチャー以外の表面が反射材であり、反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成るレーザー用シャッター、並びにこのレーザー用シャッターを備えたレーザー加工装置を構成する。【選択図】図１
2015076537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形または球形の外形を有し、前記外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、
前記円柱形の側面に、もしくは、前記球形の球面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、
複数個のうちの２個の前記アパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、前記円柱形の前記中心線、もしくは、前記球形の中心からオフセットされるように、複数個の前記アパチャーが形成され、
前記側面または前記球面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、
前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る
レーザー用シャッター。
【請求項２】
半球形、円錐形、多角錐形のいずれかの外形を有し、前記外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、
前記半球形の球面に、もしくは、前記円錐形または前記多角錐形の側面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、
前記球面または前記側面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、
前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る
レーザー用シャッター。
【請求項３】
前記円柱形の内部が空間とされた円筒形であり、前記円筒形の内壁が前記レーザー光を吸収する吸収材から成る、請求項１に記載のレーザー用シャッター。
【請求項４】
前記外形の内部に充填された材料に、２個の前記アパチャーの間を貫通する貫通路が設けられている、請求項１または請求項２に記載のレーザー用シャッター。
【請求項５】
レーザー発振器を光源として含む光源部と、
前記光源部からのレーザー光に対して、通過と遮断を切り替えるレーザー用シャッターを１つ以上有するシャッター部と、
前記シャッター部を通過したレーザー光を被加工材に照射して、前記被加工材の加工を行う、加工部を備え、
前記シャッター部のそれぞれの前記レーザー用シャッターが、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のレーザー用シャッターの構成である
レーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の光路の途中に設置するレーザー用シャッター、及びこのレーザー用シャッターを備えたレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー発振器を発振原理から分類すると、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザーなど各種の発振器がある。そして、発振器の発振原理によって定められた波長のレーザー光が得られる。例えば、ＹＡＧレーザーは、付加的な波長変換器により、２倍波または３倍波または４倍波が得られる。
【０００３】
連続波レーザー、すなわちＣＷ（Continuous Wave）レーザーは、一定の出力を連続照射することが可能であり、一般的には、熱加工に用いられる。ＣＷ高出力レーザーを用いることにより、アブレーション閾値を超えるアブレーション加工が可能となる。
パルス波レーザーは、高いピークのパルスエネルギーでありながら平均エネルギーが低いので、ＣＷレーザーよりも熱の影響が少ない加工が可能である。パルス波レーザーは、ある範囲の繰返し周波数の変更が可能である。パルスの幅は、固定または定められた範囲で変更が可能なものがある。
ＣＷレーザーは、連続してレーザーを照射することが可能だが、準連続発振レーザー、すなわちＱＣＷ（Quasi Continuous Wave）レーザーは、ｋＨｚ台でスイッチングまたは変調が可能である。
それぞれのレーザー装置は、使い方と被加工物によって、異なる作用や加工結果をもたらす。
【０００４】
レーザーを工業用に応用する場合、ＸＹ方向に移動するＸ−Ｙ加工テーブル上に被加工物を置き、被加工物にレーザー光を照射して加工する方法がある。
具体的には、例えば、ガルバノメーターを内蔵したスキャナーによって、レーザー光を所定の位置から走査して加工する方法がある。
また、スキャナーとＸ−Ｙ加工テーブルを組み合わせて、繰り返しパターンを行う方法もある。
加工の例としては、切断、溶接、穴あけ、表面処理、改質、スクライブ、電子回路切断、半導体アニーリングなど種々の加工実態がある。
【０００５】
レーザー光のＯＮ／ＯＦＦの制御方法としては、まず光源側で制御を行う方法、例えば、トリガー信号またはゲート信号によりＱスイッチに拠る方法、レーザーの発振を制御する方法、励起源を制御する方法がある。
また、レーザー光を、機械的なシャッターまたは光学的なシャッターで遮断して、レーザー光の照射をＯＮ／ＯＦＦ制御する方法もある。
機械的なシャッターの具体的な構成は、例えば、金属板または金属ブロックなどにレーザー光を受けてエネルギーを吸収し遮断するものや、高速回転するチョッパー・ディスクがある（例えば、特許文献１〜特許文献２を参照。）。
光学的なシャッターの具体的な構成は、例えば、ミラーで反射させて、レーザーでエネルギーを供給または遮断する方法や、光透過特性が変化する特性を有する材料を使用する方法、音響光学素子の組み合わせによるものが考えられている（例えば、特許文献３〜特許文献４を参照）。高速切り替えの一例として、ポリゴンミラーがある。
【０００６】
レーザーの繰返し周波数及び加工テーブルの移動速度や、スキャナーによるレーザー光の移動速度は、重要なパラメータである。
また、パルス波レーザーの場合、パルスの重なり具合によって、レーザーによる熱影響及び加工状況に変化をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２５１００５号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８４２７号公報
【特許文献３】特開平７−１８１５２４号公報
【特許文献４】特開２００２−１６００８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光源側でのレーザー光のＯＮ／ＯＦＦ制御は、ゲート信号またはトリガー信号がＯＮになってから、電気回路を通して発振器の励起回路に電力が到達し、レーザーを照射する迄には、レーザーの発生原理によるが、マイクロ秒からミリ秒台の遅れが生じる。これは、レーザー発振器の種類や構造により異なる。さらにレーザーが安定する迄の時間を加味する場合がある。
【０００９】
各種機械的シャッターによってレーザー光をＯＮ／ＯＦＦ制御する方法では、黒色金属ブロックまたは金属板またはグラファイトなどのレーザー吸収体の角度を変化させて、レーザー光路を妨げ、熱に変換させている。機械的な遮断板を用いたシャッターは、応答速度は速くともミリ秒台で遅いため、一般的には安全装置に採用されることが多い。
【００１０】
チョッパー・ディスクと呼ばれている、スリットを備えた回転盤を使用した場合、ある程度高速のスイッチングを行うことは可能である。しかし、チョッパー・ディスクの回転盤は薄いため、回転の速度がさらに上がると、空気抵抗により回転が不安定になり、また、高出力レーザーを使用した場合に、レーザー光の吸収による温度上昇で膨張する。
【００１１】
また、高速スイッチングの手段として音響光学素子、Ｑスイッチなど結晶を用いた光学素子がある。しかし、これらの素子を用いて、フェムト秒やピコ秒などの超短パルス波レーザー、高繰り返しパルスのレーザーのＯＮ／ＯＦＦを行うと、応答性、耐久性及びコストに問題がある。
【００１２】
フェムト秒やピコ秒のような超短パルスで高繰り返し周波数であるパルス波レーザーは、ガラスやサファイアなどの被加工材料に対して、高いエネルギー吸収率を持つことから、これらの被加工材料を加工するのに好適である。
しかしながら、例えば、パルス幅が１ピコ秒から１００ピコ秒、繰り返し周波数が数ＫＨｚ台からＭＨｚ台のパルス波レーザーで、レーザーのＯＮ／ＯＦＦの制御に制御回路及びインターフェースを経由する場合、ミリ秒台の時間を要する場合がある。
このようにレーザーのＯＮ／ＯＦＦ制御に時間を要するため、レーザービームと被加工材料の同期が可能な高速シャッターを得ることは困難である。
【００１３】
高繰り返しパルスのレーザーは、止めようとしても、その間に多数のパルスが出てしまう。スクライブなどの直線的な加工には問題ないが、局所的な加工や破線や点線などのパターンの加工には、パルスの高速なＯＮ／ＯＦＦの制御が必要であり、短時間のレーザー照射の制御は困難である。
【００１４】
そして、高出力でシングルアンプ方式のＣＷレーザー及び高ピーク・エネルギー・パルス波レーザーにおいて、熱影響の少ない加工が可能なバースト波を得るための高速スイッチングには、複雑な制御が必要となる。
そのため、従来のレーザー加工装置では、高速スイッチングの実現が困難であった。
【００１５】
上述した問題の解決のために、本発明においては、レーザー光の高速でのＯＮ／ＯＦＦ制御を可能にする、レーザー用シャッターを提供するものである。また、このシャッターを備えたレーザー加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の本発明のレーザー用シャッターは、円柱形または球形の外形を有し、前記外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、前記円柱形の側面に、もしくは、前記球形の球面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、複数個のうちの２個の前記アパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、前記円柱形の前記中心線、もしくは、前記球形の中心からオフセットされるように、複数個の前記アパチャーが形成され、前記側面または前記球面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る。
【００１７】
第２の本発明のレーザー用シャッターは、半球形、円錐形、多角錐形のいずれかの外形を有し、前記外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、前記半球形の球面に、もしくは、前記円錐形または前記多角錐形の側面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、前記球面または前記側面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る。
【００１８】
本発明のレーザー加工装置は、レーザー発振器を光源として含む光源部と、前記光源部からのレーザー光に対して、通過と遮断を切り替えるレーザー用シャッターを１つ以上有するシャッター部と、前記シャッター部を通過したレーザー光を被加工材に照射して、前記被加工材の加工を行う、加工部を備え、前記シャッター部のそれぞれの前記レーザー用シャッターが、本発明のレーザー用シャッターの構成である。
【００１９】
上述の第１の本発明のレーザー用シャッターの構成によれば、軸の周りに回転駆動が可能であり、円柱形の側面や球形の球面において、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられている。これにより、レーザー光がアパチャーに当たったときには、アパチャーからレーザー光をシャッターの内部に通過させて、他のアパチャーから出射させることが可能になる。
さらに、アパチャー以外の表面が反射材であり、反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されている。これにより、レーザー光がアパチャー以外の部分に当たったときには、反射材で反射させてレーザー吸収体で吸収させることができる。
そして、シャッターを回転させることにより、レーザー光を、アパチャーの内部を通過する状態と、反射材で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になり、レーザー光をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。このとき、シャッターの回転駆動を高速で行えば、レーザー光を高速でＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能になる。
また、シャッターの外形が円柱形または球形といった、中心線を中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、中心線を通る軸の周りに回転駆動させるため、回転の際の空気抵抗を受けにくい。これにより、シャッターの回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
また、レーザー光を遮断する際には、シャッターの表面の反射材でレーザー光を反射させて、レーザー吸収体に吸収させることができる。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、シャッターが吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、光源に高出力のレーザーを使用することが可能になる。
また、複数個のうちの２個のアパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、円柱形の中心線や球形の中心からオフセットされるように、アパチャーが形成されている。これにより、シャッターに入力されるレーザー光が、このアパチャー間の光路を通過するように光源部（レーザー発振器など）を配置すれば、アパチャー以外の反射材の部分にレーザー光が当たるときに、垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻る光量がほとんどない。これにより、光源部の損傷を防止することが可能となる。
【００２０】
上述の第２の本発明のレーザー用シャッターの構成によれば、軸の周りに回転駆動が可能であり、半球形の球面や円錐形または多角錐形の側面において、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられている。これにより、レーザー光がアパチャーに当たったときには、アパチャーからレーザー光をシャッターの内部に通過させて、他のアパチャーから出射させることが可能になる。
さらに、アパチャー以外の表面が反射材であり、反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されている。これにより、レーザー光がアパチャー以外の部分に当たったときには、反射材で反射させてレーザー吸収体で吸収させることができる。
そして、シャッターを回転させることにより、レーザー光を、アパチャーの内部を通過する状態と、反射材で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になり、レーザー光をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。このとき、シャッターの回転駆動を高速で行えば、レーザー光を高速でＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能になる。
また、シャッターの外形が半球形または円錐形といった、中心線を中心とする回転体、もしくは多角錐形であり、強固な立体構造を有し、中心線を通る軸の周りに回転駆動させるため、回転の際の空気抵抗を受けにくい。これにより、シャッターの回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
また、レーザー光を遮断する際には、シャッターの表面の反射材でレーザー光を反射させて、レーザー吸収体に吸収させることができる。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、シャッターが吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、光源として高出力のレーザーを使用することが可能になる。
また、シャッターにおいて、半球形の球面や円錐形または多角錐形の側面に、アパチャーが形成されている。これにより、シャッターに入力されるレーザー光が、このアパチャー間の光路を通過するように光源部を配置すれば、アパチャー以外の反射材の部分にレーザー光が当たるときに、垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻る光量がほとんどない。これにより、光源部の損傷を防止することが可能となる。
【００２１】
上述の本発明のレーザー加工装置の構成によれば、光源部と、レーザー用シャッターを１つ以上有するシャッター部と、加工部を備え、シャッター部のそれぞれのレーザー用シャッターが、本発明のレーザー用シャッターの構成である。これにより、光源部からのレーザー光をシャッター部のシャッターでＯＮ／ＯＦＦ制御することができ、シャッターの回転を高速で行えば、レーザー光を高速でＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能になる。そして、シャッターの回転速度を高くしても安定して回転させることができるので、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦ制御を高速で安定して行うことができる。
また、光源部の光源として高出力のレーザーを使用することが可能になる。
さらに、反射光による光源部の損傷を防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
上述の本発明によれば、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦ制御を高速で安定して行うことができる。
また、レーザーの光路中にミラーや音響光学素子などの光学的スイッチを使用しないので、レーザー発振器のピーク出力値や光学的品質を変えることがなく、平均出力を下げて、熱の影響の少ないレーザー加工装置を実現することが可能である。
【００２３】
本発明のレーザー用シャッター及びレーザー加工装置は、ＣＷレーザーまたはパルス波レーザー、シングルモードまたはマルチモード、のいずれの構成のレーザー発振器にも適用可能であり、ほとんどの既存のレーザー発振器に容易に適用することが可能である。
これにより、レーザー加工装置においては、加工条件を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）である。
【図２】図１の第１のシャッターユニットによってレーザー光が遮断された状態を示す図である。
【図３】図１の第２のシャッターユニットによってレーザー光が遮断された状態を示す図である。
【図４】図１のレーザー発振器にＣＷレーザーを使用した場合のタイミングチャートである。
【図５】図１のレーザー発振器にパルス波レーザーを使用した場合のタイミングチャートである。
【図６】Ａ、Ｂ  本発明の第２の実施の形態のレーザー加工装置のシャッターの断面図である。
【図７】第２の実施の形態において、レーザー発振器にＣＷレーザーを使用した場合のタイミングチャートである。
【図８】第２の実施の形態において、レーザー発振器にパルス波レーザーを使用した場合のタイミングチャートである。
【図９】Ａ、Ｂ  第２の実施の形態に対する変形例のシャッターの断面図である。
【図１０】Ａ、Ｂ  第２の実施の形態に対する変形例のシャッターの断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）である。
【図１２】Ａ、Ｂ  本発明の第３の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図である。
【図１３】Ａ、Ｂ  本発明の第４の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）である。
【図１４】Ａ、Ｂ  本発明の第５の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第２の実施の形態の変形例
４．第３の実施の形態
５．第４の実施の形態
６．第５の実施の形態
【００２６】
＜１．第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）を、図１に示す。
図１に示すレーザー加工装置１は、レーザー光を発生させる光源部と、光源部からのレーザー光をＯＮ／ＯＦＦ制御するシャッター部と、被加工材にレーザー光を照射して被加工材の加工を行う加工部を備えている。
【００２７】
光源部は、光源であるレーザー発振器２と、レーザー発振器２から発振されたコリメート・レーザー光３のビームの光径を広げて成形する、ビームエクスパンダー４から成る。
シャッター部は、上下に配置された第１のシャッターユニット１１及び第２のシャッターユニット３１と、これらのシャッターユニット１１，３１を制御する制御装置５７とから成る。これらの構成によって、光源部からのレーザー光の通過と遮断を切り替えて、ＯＮ／ＯＦＦ制御する。
加工部は、被加工材５２が載置され、Ｘ方向とＹ方向に移動可能な、Ｘ−Ｙテーブル５３と、レーザー光を被加工材５２に照射する光学系ユニット５０から成る。
【００２８】
光源部のレーザー発振器２としては、各種のレーザー発振器を使用することができる。
レーザー発振器２には、ＣＷレーザー、パルス波レーザーのいずれも使用することが可能であり、シングルモード、マルチモードを問わず、ほとんどの既存のレーザー発振器を使用することが可能である。また、レーザー発振器を構成するレーザーも、固体レーザー、半導体レーザー、レーザー励起レーザーなど、各種のレーザーを採用することが可能である。加工する対象の被加工材５２の材料や、加工に使用するレーザー光の波長に応じて、適切なレーザー発振器を使用する。
ビームエクスパンダー４は、レーザー発振器２から出射したコリメート・レーザー光３に対して、光径を広げて、第１のシャッターユニット１１に入力される入力レーザー１２とする。
【００２９】
第１のシャッターユニット１１は、レーザー光を通すアパチャー１５が設けられ、中心にある軸２１の周りに回転可能な構成とされた、円筒形シャッター１４と、円筒形シャッター１４を回転させるスピンドル・モーター２４を、備えている。また、円筒形シャッター１４の斜め上方に設けられた、レーザー吸収ブロック２２を備えている。
【００３０】
円筒形シャッター１４は、外形が円柱形であって内部が空洞である、円筒形となっており、表面が反射材１９で形成されている。また、円筒形シャッター１４は、外形の中心線を通る軸２１が設けられ、スピンドル・モーター２４によって、矢印２０で示すように軸２１を中心として回転駆動される。
反射材１９は、詳細を後述するように、円筒形シャッター１４自体を金属などの材料で形成して反射材１９としても良く、円筒形シャッター１４の材料の表面に反射膜を形成して反射材１９としても良い。
【００３１】
軸２１とスピンドル・モーター２４との接続部には、エアーベアリング２３が設けられており、エアーベアリング２３の軸受けで軸２１を保持している。
また、円筒形シャッター１４と、スピンドル・モーター２４とは、軸２１に設けられたカプラー２５で接続されている。
スピンドル・モーター２４の図中右側の側面には、インターフェース２６が設けられている。そして、このインターフェース２６と制御装置５７との間に、水冷配管、エアーベアリング用空気配管、電機系配線がそれぞれ接続されている。
スピンドル・モーター２４は、その回転数の制御や、第２のシャッターユニット３１との同期の制御が、制御装置５７によって行われる。
なお、レーザー・エネルギーが強い場合には、円筒形シャッター１４や軸２１などを冷却することが望ましい。
【００３２】
円筒形シャッター１４には、その側面に、２箇所のアパチャー１５が形成されており、これらのアパチャー１５の間をレーザー光が通過することができる。
円筒形シャッター１４のアパチャー１５の大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、２箇所のアパチャー１５は、通過するレーザー光の光路が、円筒形シャッター１４の中心線からオフセットされるように形成されている。即ち、２箇所のアパチャー１５を結ぶ線は、円筒の直径ではなく、弦となっている。
そして、円筒形シャッター１４が回転して、２箇所のアパチャー１５が上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と円筒形シャッター１４が相対配置されている。これにより、円筒形シャッター１４に入力レーザー１２が当たる位置は、アパチャー１５の位置に対応して、円筒形シャッター１４の中心線の真上からオフセットされている。
【００３３】
円筒形シャッター１４の回転により、入力レーザー１２が当たる円筒形シャッター１４の位置が、アパチャー１５、あるいは、アパチャー１５以外の部分、というように変化する。
入力レーザー１２がアパチャー１５に当たったときは、アパチャー１５を通過して、下側のアパチャー１５から出射されて、出力レーザー１３となる。
入力レーザー１２がアパチャー１５以外の部分に当たったときには、入力レーザー１２が円筒形シャッター１４の表面の反射材１９で反射される。このとき、入力レーザー１２が円筒形シャッター１４の中心線の真上からオフセットされた位置に照射されるので、反射材１９で反射された入力レーザー１２は、入射側に戻ることなく、レーザー吸収ブロック２２に向かい、レーザー吸収ブロック２２で吸収される。
【００３４】
円筒形シャッター１４は、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円筒形シャッター１４に反射率の高い材料を使用して、そのまま反射材１９としても良く、円筒形シャッター１４に反射率の高くない材料を使用して、表面に反射率の高い材料によって反射膜を形成して反射材１９としても良い。
円筒形シャッター１４の軸２１は、円筒形シャッター１４の外側に接続された構成も、円筒形シャッター１４の内部を貫通して形成された構成も、いずれも可能である。円筒形シャッター１４は、高速回転に対応するために軽量化することが望ましく、また、回転の精度を向上させるためにバランスの工夫をすることが望ましい。
【００３５】
さらに、円筒形シャッター１４の内面でのレーザー光の乱反射を防ぐために、レーザー光を吸収する吸収材が、円筒形シャッター１４の内面に形成されていることが望ましい。例えば、円筒形シャッター１４の回転により、入力レーザー１２が上側のアパチャー１５の縁をまたいだ範囲に当たっている場合には、円筒形シャッター１４内へ入ったレーザー光のほとんどが下側のアパチャー１５を通過できず、円筒形シャッター１４の内壁に当たることになる。このとき、円筒形シャッター１４の内面が反射材であると、円筒形シャッター１４の内面を乱反射して、２箇所のアパチャー１５から、不要なレーザー光が望ましくない方向へ出射される。
円筒形シャッター１４に反射率の高い材料を使用した場合には、円筒形シャッター１４の内面に吸収材をコーティングする。
円筒形シャッター１４に吸収材を使用した場合には、内面はそのままとする。
また、円筒形シャッター１４の材料に、反射率や吸収率は高くないが、軽くて丈夫な材料を使用して、表面に反射膜を形成して、内面に吸収材をコーティングしても良い。
【００３６】
レーザー吸収ブロック２２には、レーザー・エネルギーの強度に応じて、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック２２が、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。このような構成とした場合、レーザーが常時反射する場所において、レーザーパワーの測定が可能となる。
【００３７】
第２のシャッターユニット３１は、レーザー光を通す３種類のアパチャー３５，３６，３７が設けられ、中心にある軸４１の周りに回転可能な構成とされた、円筒形シャッター３４と、円筒形シャッター３４を回転させるスピンドル・モーター４４と、円筒形シャッター３４及びスピンドル・モーター４４を移動させるラック・ピニオンギアー４８を、備えている。また、円筒形シャッター３４の斜め上方に設けられた、レーザー吸収ブロック４２を備えている。
【００３８】
第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４に対しては、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４から出射された出力レーザー１３が、入力レーザー３２として入力される。
【００３９】
円筒形シャッター３４は、外形が円柱形であって内部が空洞である、円筒形となっており、表面が反射材３９で形成されている。また、円筒形シャッター３４は、外形の中心線を通る軸４１が設けられ、スピンドル・モーター４４によって、矢印４０で示すように軸４１を中心として回転駆動される。
【００４０】
軸４１とスピンドル・モーター４４との接続部には、エアーベアリング４３が設けられており、エアーベアリング４３の軸受けで軸４１を保持している。
また、円筒形シャッター３４と、スピンドル・モーター４４とは、軸４１に設けられたカプラー４５で接続されている。
スピンドル・モーター４４の図中右側の側面には、インターフェース４６が設けられている。そして、このインターフェース４６と制御装置５７との間に、水冷配管、エアーベアリング用空気配管、電機系配線がそれぞれ接続されている。
スピンドル・モーター４４は、その回転数の制御や、第１のシャッターユニット１１との同期の制御が、制御装置５７によって行われる。
なお、レーザー・エネルギーが強い場合には、円筒形シャッター３４や軸４１などを冷却することが望ましい。
【００４１】
円筒形シャッター３４には、その側面に、開口の寸法形状が異なる３種類のアパチャー３５，３６，３７がそれぞれ２箇所ずつ形成されており、それぞれのアパチャー３５，３６，３７の間をレーザー光が通過することができる。それぞれのアパチャー３５，３６，３７は、通過するレーザー光の光路が、円筒形シャッター３４の中心線からオフセットされるように形成されている。即ち、２箇所のアパチャー３５，３６，３７を結ぶ線は、円筒の直径ではなく、弦となっている。
そして、円筒形シャッター３４が回転して、２箇所のアパチャー３５，３６，３７が上下になったときにレーザー光が通るように、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４と第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４が相対配置されている。これにより、円筒形シャッター３４に入力レーザー３２が当たる位置は、アパチャー３５，３６，３７の位置に対応して、円筒形シャッター３４の中心線の真上からオフセットされている。
【００４２】
円筒形シャッター３４の回転により、入力レーザー３２が当たる円筒形シャッター３４の位置が、アパチャー３５，３６，３７、あるいは、アパチャー３５，３６，３７以外の部分、というように変化する。
入力レーザー３２がアパチャー３５，３６，３７に当たったときは、アパチャー３５，３６，３７を通過して、下側のアパチャー３５，３６，３７から出射されて、出力レーザー３３となる。
入力レーザー３２がアパチャー３５，３６，３７以外の部分に当たったときには、入力レーザー３２が円筒形シャッター３４の表面の反射材３９で反射される。このとき、入力レーザー３２が円筒形シャッター３４の中心線の真上からオフセットされた位置に照射されるので、反射材３９で反射された入力レーザー３２は、入射側に戻ることなく、レーザー吸収ブロック４２に向かい、レーザー吸収ブロック４２で吸収される。
【００４３】
円筒形シャッター３４は、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円筒形シャッター３４に反射率の高い材料を使用して、そのまま反射材３９としても良く、円筒形シャッター３４に反射率の高くない材料を使用して、表面に反射率の高い材料によって反射膜を形成して反射材３９としても良い。
円筒形シャッター３４の軸４１は、円筒形シャッター３４の外側に接続された構成も、円筒形シャッター３４の内部を貫通して形成された構成も、いずれも可能である。円筒形シャッター３４は、高速回転に対応するために軽量化することが望ましく、また、回転の精度を向上させるためにバランスの工夫をすることが望ましい。
【００４４】
さらに、円筒形シャッター３４の内面でのレーザー光の乱反射を防ぐために、レーザー光を吸収する吸収材が、円筒形シャッター３４の内面に形成されていることが望ましい。吸収材の構成は、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４において説明した各態様と同様にすることができる。
【００４５】
レーザー吸収ブロック４２には、レーザー・エネルギーの強度に応じて、第１のシャッターユニット１１のレーザー吸収ブロック２２と同様に、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック４２が、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。このような構成とした場合、レーザーが常時反射する場所において、レーザーパワーの測定が可能となる。
【００４６】
さらに、第２のシャッターユニット３１は、ラック・ピニオンギアー４８によって、円筒形シャッター３４及びスピンドル・モーター４４を、矢印４９で示すように、図中左右方向に移動させることができる。これにより、入力レーザー３２が通過するアパチャーを、３種類のアパチャー３５，３６，３７の間で切り替えることが可能である。
左側のアパチャー３５は、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４のアパチャー１５と同様に、通過するレーザー光の光束より少し大きい程度に形成されている。
中央のアパチャー３６は、通過するレーザー光の光束よりも十分に大きい、矩形状に形成されている。
右側のアパチャー３７は、左側に向かうほど開口幅が狭くなる、扇形に形成されている。この構成により、ラック・ピニオンギアー４８の動作で、このアパチャー３７に入力レーザー３２が当たる位置を変えることにより、入力レーザー３２に対するアパチャー３７の開口幅を変えて、バースト波レーザーの発生タイミングを変えることが可能である。そして、ラック・ピニオンギアー４８を連続的に動作させることにより、バースト波レーザーの発生タイミングを連続的に変えることも可能になる。なお、この扇形のアパチャー３７の代わりに菱形のアパチャーを形成しても、同様の作用効果が得られる。
図１では、入力レーザー３２が通る位置には、円筒形シャッター３４の中央のアパチャー３６があり、入力レーザー３２がアパチャー３６を通過し、下側のアパチャー３６から出射して、出力レーザー３３となっている。
【００４７】
第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４から出射した出力レーザー３３は、加工部の光学系ユニット５０に入力される。光学系ユニット５０は、対物レンズまたはスキャナーなどを含む。
光学系ユニット５０に入力された出力レーザー３３は、光学系ユニット５０によって集束されることにより、集光レーザー５１となり、この集光レーザー５１が結像して被加工材５２に照射され、被加工材５２が加工される。
そして、被加工材５２が載置されたＸ−Ｙテーブル５３を、Ｘ軸方向（矢印５４）またはＹ軸方向（矢印５５）に動かすことにより、被加工材５２の加工される位置を変えることができる。
【００４８】
第１のシャッターユニット１１及び第２のシャッターユニット３１において、円筒形シャッター１４，３４が回転駆動されて、アパチャー１５，３５，３６，３７の位置が変わることにより、レーザー光がＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、被加工材５２に照射される集光レーザー５１を、バースト波レーザーとすることができる。
【００４９】
円筒形シャッター１４，３４の動作、光学系ユニット５０の動作、並びに、Ｘ−Ｙテーブル５３のＸ軸方向５４やＹ軸方向５５の動作との組み合わせにより、被加工材５２上にレーザービームを走査することによって、連続線または点線または破線を組み合わせた、レーザー加工結果５６を得ることが可能である。
【００５０】
図１は、光源部からのレーザー光が、第１のシャッターユニット１１及び第２のシャッターユニット３１を通過して、被加工材５２に照射されている状態を示していた。
これに対して、第１のシャッターユニット１１でレーザー光が遮断されている状態を図２に示し、第２のシャッターユニット３１でレーザー光が遮断されている状態を図３に示す。なお、図２及び図３では、レーザー発振器２及び制御装置５７などの図示を省略している。
図２では、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４において、アパチャー１５以外の部分に、入力レーザー１２が当たっている。そして、入力レーザー１２が、円筒形シャッター１４の表面の反射材１９で反射されて斜め上方に向かう反射光１８となり、レーザー吸収ブロック２２で吸収される。
図３では、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４において、アパチャー３５，３６，３７以外の部分に入力レーザー３２が当たっている。そして、入力レーザー３２が、円筒形シャッター３４の表面の反射材３９で反射されて斜め上方に向かう反射光３８となり、レーザー吸収ブロック４２で吸収される。なお、この図３では、図１と同様に、入力レーザー３２が通る位置には、円筒形シャッター３４の中央のアパチャー３６がある。
【００５１】
次に、図１のレーザー発振器２としてＣＷレーザーを使用した場合における、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する。
図１のレーザー発振器２としてＣＷレーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図４に示す。なお、図４においては、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４を、２つのアパチャー３６間に形成された貫通路以外が充填され、表面が反射材３９とされた構成としている。円筒形シャッター３４は、表面が反射材３９であり、内部が完全に空洞とされた円筒形状の構成としても良い。
【００５２】
ＣＷレーザーにおいて、ゲート信号ＯＦＦ６０からゲート信号ＯＮ６１にすると、ＣＷレーザーの出力は、ＣＷレーザーＯＦＦ６２からＣＷレーザーＯＮ６３となる。
第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４は、その回転（矢印２０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６４）。これにより、ＣＷレーザーＯＮ６３の状態において、円筒形シャッター１４のアパチャー１５の径の大きさ及び円筒形シャッター１４の回転速度によって決まる、ＣＷバースト波６５が得られる。
続いて、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４からのレーザー出力１３を、レーザー入力３２として、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４に照射する。
第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４は、その回転（矢印４０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６６）。これにより、円筒形シャッター３４のアパチャー３６の開口度と回転（矢印４０）の速度によってＯＮ／ＯＦＦする、レーザー出力３３となり、ＣＷレーザーによるバースト波６７が得られる。
図４において、ＣＷバースト波６５では、５つの等間隔のパルスが得られており、バースト波６７では、円筒形シャッター３４によって一部のパルスが遮断されたことにより、３つのパルスが得られている。
【００５３】
図４のタイミングチャートでは、一段目の円筒形シャッター１４が高速回転であり、二段目の円筒形シャッター３４が低速回転である。
そして、例えば、最高出力２ｋＷのＣＷファイバーレーザーをレーザー発振器２に用いて、ピーク・エネルギー２ｋＷのバースト波６７が得られる。
【００５４】
次に、図１のレーザー発振器２としてパルス波レーザーを使用した場合における、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する。
図１のレーザー発振器２としてパルス波レーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図５に示す。
【００５５】
パルス波レーザーにおいて、ゲート信号ＯＦＦ６０ａからゲート信号ＯＮ６１ａにすると、パルス波レーザーの出力は、パルス波レーザーＯＦＦ６２ａからパルス波レーザーＯＮ６３ａとなる。
図４の場合と同様に、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４は、その回転（矢印２０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６４）。これにより、パルス波レーザーＯＮ６３ａの状態において、円筒形シャッター１４のアパチャー１５の径の大きさ及び円筒形シャッター１４の回転速度によって決まる、パルス波レーザーのバースト波６５ａが得られる。
続いて、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４からのレーザー出力１３を、レーザー入力３２として、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４に照射する。
図４の場合と同様に、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４は、その回転（矢印４０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６６）。これにより、円筒形シャッター３４のアパチャー３６の開口度と回転（矢印４０）の速度によってＯＮ／ＯＦＦする、レーザー出力３３となり、パルス波レーザーによるバースト波６７ａが得られる。
図５において、パルス波レーザーのバースト波６５ａでは、５組の等間隔のパルス群が得られており、バースト波６７ａでは、円筒形シャッター３４によって一部のパルス群が遮断されたことにより、３つのパルス群が得られている。
【００５６】
図５のタイミングチャートでは、一段目の円筒形シャッター１４が高速回転であり、二段目の円筒形シャッター３４が低速回転である。
例えば、１パルスのピーク・エネルギー６μＪで繰り返し周波数４ＭＨｚのパルス波ファイバーレーザーをレーザー発振器２に用いて、繰り返し周波数が低い、バースト波６５ａ及びバースト波６７ａが得られる。
【００５７】
なお、図５では、レーザー発振器２のパルス波の拡大波形７１と、一段目の円筒形シャッター１４によって得られたパルス波レーザー６５ａの拡大波形７２と、二段目の円筒形シャッター３４によって得られたバースト波６７ａの拡大波形７３を示している。
拡大波形７１に示すように、レーザー発振器２のパルス波は、パルスの高さが揃っている。これに対して、拡大波形７２に示すパルス波レーザーのバースト波６５ａと、拡大波形７３に示すバースト波６７ａは、円筒形シャッター１４のアパチャー１５の内外にレーザー光が掛かったときのパルスの高さが低くなっている。
【００５８】
第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４の回転数は、必要に応じて、毎分１回転以下の超低速から毎分２０万回転の超高速から選択する。これにより、シャッター機能及び広範囲なバーストモードが簡単に得られ、種々の加工に対応することが可能となる。
例えば、毎分２０万回転のスピンドル・モーターでは毎秒３，３３３回転となり、図１に示すように第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４のアパチャー１５が１組２個である場合には、３．３ｋＨｚの繰り返し周波数が得られる。
【００５９】
上述の本実施の形態のレーザー加工装置１の構成によれば、表面が反射材１９，３９とされ、レーザー光が通過するアパチャー１５，３５，３６，３７が側面に形成され、中心線を通る軸２１，４１の周りに回転する、円筒形シャッター１４，３４を、光源部と加工部の間に備えている。従って、円筒形シャッター１４，３４を回転させることにより、レーザー光がアパチャー１５，３５，３６，３７を通過する状態と、レーザー光が反射材１９，３９で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、２つの円筒形シャッター１４，３４の少なくとも一方を高速で回転させれば、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り替えることが可能になる。
【００６０】
また、円筒形シャッター１４，３４は、軸２１，４１を中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸２１，４１を中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、円筒形シャッター１４，３４の回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
【００６１】
また、レーザー光を遮断する際には、円筒形シャッター１４，３４の表面の反射材１９，３９でレーザー光を反射させて、その反射光１８，３８をレーザー吸収ブロック２２，４２で吸収させている。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、円筒形シャッター１４，３４が吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器２に使用することが可能になる。
【００６２】
また、レーザー光の光路を、円筒形シャッター１４，３４の中心線からオフセットさせていることにより、入力レーザー１２，３２が反射材１９，３９に当たるときに垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻る光量がほとんどない。これにより、レーザー発振器２の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器２にファイバーレーザーを用いた場合には、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
【００６３】
そして、ＣＷのゲート信号ＯＮ６１あるいはパルス波のレーザーゲート信号ＯＮ６１ａと、アパチャー１５，３５，３６，３７の形状と、制御装置５７及びラック・ピニオンギアー４８の制御の組み合わせにより、広範囲なＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。これにより、任意のパルス幅やパルス間隔を有するバースト波を得ることができ、例えば、点線や破線などの微細なパターンで被加工材５２を加工することが可能になる。
特に、図５に示したような、高い周波数のパルス列を低い周波数の周期で繰り返すバースト波６５ａ，６７ａを被加工材５２に照射する、バーストモードを採用することにより、熱の影響の非常に少ない加工が可能となる。
【００６４】
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置１で得られるバースト波により、被加工材５２である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成することが可能になる。そして、この溝内に接着剤が入り込むことにより、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態のレーザー加工装置において、エアーベアリング２３，４３の代わりに、ベアリングを設けて、ベアリングによって円筒形シャッター１４，３４の軸２１，４１を保持する構成とすることも可能である。
ただし、シャッターを超高速で回転させる場合には、ベアリングよりもエアーベアリングを、シャッターやスピンドル・モーターの軸に用いることが望ましい。
【００６６】
本実施の形態では、第１のシャッターユニット１１及び第２のシャッターユニット３１に、円筒形シャッター１４及び３４を使用していたが、それぞれのシャッターユニットに、内部が空洞ではない円柱形シャッターを使用しても良い。また、円柱形の内部のうち、一部を空洞とした構成のシャッターを使用しても良い。
円柱形シャッターを使用する場合、円柱形シャッターの表面の２箇所のアパチャーを結ぶ貫通路を、円柱形シャッターの内部に形成する。そして、貫通路の内壁でレーザー光が乱反射しないように、吸収材によって円柱形シャッターを形成するか、貫通路の内壁に吸収材をコーティングすることが望ましい。
なお、シャッターを高速で回転させて使用する場合には、軽金属をシャッターに採用したり、シャッターへの加工によって軽量化を施したりすることが望ましい。
【００６７】
本実施の形態では、図４及び図５において説明したように、第１のシャッターユニット１１の円筒形シャッター１４を高速で回転させ、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４を低速で回転させていた。
これらのシャッターの配置を逆にして、光源部側の第１のシャッターユニットのシャッターを低速で回転させ、加工部側の第２のシャッターユニットのシャッターを高速で回転させる構成としても良い。
また、シャッターユニットを３つ以上配置しても構わない。
【００６８】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本発明のレーザー加工装置の第２の実施の形態の概略構成図を、図６Ａ及び図６Ｂに示す。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態における、第１のシャッターユニット１１のシャッター１４Ｘの断面図（中心線に垂直な面における断面図）を示している。
なお、レーザー加工装置のその他の構成（光源部、第２のシャッターユニット、加工部）は、図示を省略しているが、図１に示した第１の実施の形態のレーザー加工装置１と同様の構成とする。
【００６９】
本実施の形態のシャッター１４Ｘは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、円筒形と円柱形との中間の形状であり、外形の円柱形の表面から途中のある程度の厚さまでは材料が充填されており、その内側は空洞となっている。
シャッター１４Ｘの表面は、第１の実施の形態の円筒形シャッター１４と同様に、反射材１９となっている。
【００７０】
シャッター１４Ｘの側面の円周上に、アパチャー１５Ｘが、ほぼ等間隔に４箇所開設されている。
アパチャー１５Ｘの大きさは、図１の第１の実施の形態のアパチャー１５と同様に、レーザー光の光束より少し大きい程度となっている。また、各アパチャー１５Ｘを結ぶように、充填された材料を貫通する貫通路２７が、４本形成されている。
なお、貫通路２７の内壁は、レーザー光を吸収する吸収材とすることが望ましい。そのため、円柱内に充填する材料を吸収材とするか、貫通路２７の内壁に吸収材をコーティングする。
【００７１】
本実施の形態の構成の場合、貫通路２７が上下方向になったときに、即ち、アパチャー１５Ｘの位置が中心線から約４５°斜め上にあるときに、レーザー光が貫通路２７を通過するように、光源部と第１のシャッターユニット１１を配置する。従って、シャッター１４Ｘの表面の反射材１９で入力レーザー１２が反射されたときには、図６Ｂに示すように、反射光１８がほぼ真横に進むので、レーザー吸収ブロック２２をシャッター１４Ｘへの入力レーザー１２の照射位置の横に配置している。
【００７２】
本実施の形態のシャッター１４Ｘにおいて、アパチャー１５Ｘが４箇所等間隔に形成され、貫通路２７が４本あることにより、シャッター１４Ｘの１回転で４回レーザー光が通過する。
第１の実施の形態では、円筒形シャッター１４の１回転で１回レーザー光が通過していたので、本実施の形態では、同じシャッターの回転数で、第１の実施の形態の４倍のパルスもしくはパルス群が得られることになる。
【００７３】
本実施の形態において、レーザー発振器としてＣＷレーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図７に示す。
第１のシャッターユニット１１のシャッター１４Ｘは、その回転（矢印２０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６８）。これにより、ＣＷレーザーＯＮ６３の状態において、シャッター１４Ｘのアパチャー１５Ｘの径の大きさ及びシャッター１４Ｘの回転速度によって決まる、ＣＷバースト波６９が得られる。
シャッター１４Ｘの１／４回転毎に、貫通路２７をレーザー光が通過して、ＣＷバースト波６９においてパルスが得られている。図７では５つのパルスを示しているが、境界部にあるパルスを２つ示しているため、シャッター１４Ｘが１回転する間に、ＣＷバースト波６９として、パルスが４つ得られる。
【００７４】
続いて、第１のシャッターユニット１１のシャッター１４Ｘからのレーザー出力１３をレーザー入力３２として、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４に照射する。
第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４は、その回転（矢印４０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６６）。これにより、円筒形シャッター３４のアパチャー３６の開口度と回転（矢印４０）の速度によってＯＮ／ＯＦＦする、レーザー出力３３となり、ＣＷレーザーによるバースト波７０が得られる。
図７において、シャッター１４Ｘの１回転の期間（１サイクル）７４に、ＣＷバースト波６９では、４つの等間隔のパルスが得られており、バースト波７０では、円筒形シャッター３４によって４つ目のパルスが遮断されたことにより、３つのパルスが得られている。
【００７５】
図７のタイミングチャートでは、一段目のシャッター１４Ｘが高速回転であり、二段目の円筒形シャッター３４が低速回転である。
そして、例えば、最高出力２ｋＷのＣＷファイバーレーザーをレーザー発振器２に用いて、ピーク・エネルギー２ｋＷのバースト波６９が得られる。
【００７６】
また、本実施の形態において、レーザー発振器としてパルス波レーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図８に示す。
図７の場合と同様に、第１のシャッターユニット１１のシャッター１４Ｘは、その回転（矢印２０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６８）。これにより、パルス波レーザーＯＮ６３ａの状態において、シャッター１４Ｘのアパチャー１５Ｘの径の大きさ及びシャッター１４Ｘの回転速度によって決まる、パルス波レーザーのバースト波６９ａが得られる。図８では５つのパルス群を示しているが、境界部にあるパルス群を２つ示しているため、シャッター１４Ｘが１回転する間に、パルス波レーザーのバースト波６９ａとして、パルス群が４つ得られる。
【００７７】
続いて、第１のシャッターユニット１１のシャッター１４Ｘからのレーザー出力１３をレーザー入力３２として、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４に照射する。
図７の場合と同様に、第２のシャッターユニット３１の円筒形シャッター３４は、その回転（矢印４０）に従って、図の左から右の状態に遷移する（矢印６６）。これにより、円筒形シャッター３４のアパチャー３６の開口度と回転（矢印４０）の速度によってＯＮ／ＯＦＦする、レーザー出力３３となり、パルス波レーザーによるバースト波７０ａが得られる。
図８において、シャッター１４Ｘの１回転の期間（１サイクル）７４に、バースト波６９ａでは、４つの等間隔のパルス群が得られており、バースト波７０でａは、円筒形シャッター３４によって４つ目のパルス群が遮断されたことにより、３つのパルス群が得られている。
【００７８】
図８のタイミングチャートでは、一段目のシャッター１４Ｘが高速回転であり、二段目の円筒形シャッター３４が低速回転である。
例えば、１パルスのピーク・エネルギー６μＪで繰り返し周波数４ＭＨｚのパルス波ファイバーレーザーを用いて、繰り返し周波数が低い、バースト波６９ａ及びバースト波７０ａが得られる。
【００７９】
本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、第１のシャッターユニットのシャッター１４Ｘが、表面が反射材１９とされ、レーザー光が通過するアパチャー１５Ｘが側面に形成され、中心線を通る軸２１の周りに回転する、円柱状の構成である。従って、シャッター１４Ｘを回転させることにより、レーザー光がアパチャー１５Ｘを通過する状態と、レーザー光が反射材１９で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。シャッター１４Ｘを高速で回転させれば、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り替えることが可能になる。
【００８０】
また、シャッター１４Ｘが軸２１を中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸２１を中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、シャッター１４Ｘの回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
【００８１】
さらに、レーザー光を遮断する際には、円筒形シャッター１４Ｘの表面の反射材１９でレーザー光を反射させて、その反射光１８をレーザー吸収ブロック２２で吸収させている。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、シャッター１４Ｘが吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器に使用することが可能になる。
【００８２】
また、レーザー光の光路である貫通路２７を、シャッター１４Ｘの中心線からオフセットして形成しているため、入力レーザー１２が反射して光源部側に戻る光量がほとんどなく、レーザー発振器の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器２にファイバーレーザーを用いた場合には、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
【００８３】
そして、ＣＷのゲート信号ＯＮ６１あるいはパルス波のレーザーゲート信号ＯＮ６１ａと、アパチャー１５Ｘ，３６の形状と、制御装置及びラック・ピニオンギアーの制御の組み合わせにより、広範囲なＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。これにより、任意のパルス幅やパルス間隔を有するバースト波を得ることができ、例えば、点線や破線などの微細なパターンで被加工材を加工することが可能になる。
特に、図８に示したような、高い周波数のパルス列を低い周波数の周期で繰り返すバースト波６９ａ，７０ａを被加工材に照射する、バーストモードを採用することにより、熱の影響の非常に少ない加工が可能となる。
【００８４】
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置で得られるバースト波により、被加工材である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成することが可能になる。そして、この溝内に接着剤が入り込むことにより、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
【００８５】
＜３．第２の実施の形態の変形例＞
（変形例１）
ここで、第２の実施の形態に対する変形例として、第１のシャッターユニットのシャッターの断面図を、図９Ａ及び図９Ｂに示す。
【００８６】
図９Ａ及び図９Ｂに示す変形例は、第１のシャッターユニットに、肉薄の円筒形シャッター１４Ｙを使用した場合である。
この円筒形シャッター１４Ｙは、等間隔に４つのアパチャー１５Ｙが形成され、表面が反射材１９とされている。そして、円筒形シャッター１４Ｙの内部は、空洞となっている。
その他の構成は、図６Ａ及び図６Ｂに示した、第２の実施の形態と同様である。
【００８７】
本例では、円筒形シャッター１４Ｙに、等間隔に４つのアパチャー１５Ｙが形成されているので、円筒形シャッター１４Ｙの１回転の間に、４つのパルスもしくは４つのパルス群が得られる。
【００８８】
この変形例の円筒形シャッター１４Ｙを採用した場合も、第２の実施の形態のシャッター１４Ｘを採用した場合と同様の、作用効果が得られる。
【００８９】
この円筒形シャッター１４Ｙを作製するには、例えば、薄板を円筒状に形成した後にアパチャー１５Ｙを形成し、円筒の両端部に円板を溶接して、さらに円板の中心に軸２１Ｙを取り付ければ良い。
【００９０】
（変形例２）
また、第２の実施の形態に対する他の変形例として、第１のシャッターユニットのシャッターの断面図を、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。
【００９１】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示す変形例は、第１のシャッターユニットに、口径が他の例よりも大きい円筒形シャッター１４Ｚを使用した場合である。
この円筒形シャッター１４Ｚは、等間隔に４つのアパチャー１５Ｚが形成され、表面が反射材１９Ｚとされている。そして、円筒形シャッター１４Ｚの内部は、中心部が軸２１Ｚの周囲のある程度の厚さまで円柱状に充填され、円柱状の部分と表面の円筒の部分との間が空洞となっている。そして、矢印２０Ｚで示すように軸２１Ｚの周りに回転する。
アパチャー１５Ｚは、図６のアパチャー１５Ｘや図９のアパチャー１５Ｙよりも大きく形成され、入力レーザー１２の光束よりも十分に大きく形成されている。
また、本例のレーザー吸収ブロック２２Ｚは、他の例のレーザー吸収ブロック２２よりも少し大きく形成されている。
その他の構成は、図６Ａ及び図６Ｂに示した、第２の実施の形態と同様である。
【００９２】
本例では、円筒形シャッター１４Ｚに、等間隔に４つのアパチャー１５Ｚが形成されているので、円筒形シャッター１４Ｚの１回転の間に４つのパルスもしくは４つのパルス群が得られる。
【００９３】
この変形例の円筒形シャッター１４Ｚを採用した場合も、第２の実施の形態のシャッター１４Ｘを採用した場合と同様の、作用効果が得られる。
【００９４】
＜４．第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）を、図１１に示す。
本実施の形態では、図１１に示すレーザー加工装置８１において、第１のシャッターユニット１１ａ及び第２のシャッターユニット３１ａを、第１の実施の形態のレーザー加工装置１とは異なる構成としている。
なお、光源部及び加工部は、図１に示した第１の実施の形態のレーザー加工装置１と同様の構成である。
【００９５】
本実施の形態のレーザー加工装置８１の第１のシャッターユニット１１ａは、半球形シャッター１４ａを用いている。また、第１のシャッターユニット１１ａは、半球形シャッター１４ａの左斜め上方に設けられた、レーザー吸収ブロック２２ａを備えている。
半球形シャッター１４ａは、外形が半球形であり、その球面（半球の端部の平面を含まない部分）に、レーザー光を通すアパチャー１５ａが設けられ、中心にある軸２１ａの周りに回転可能な構成とされている。
そして、半球形シャッター１４ａは、半球形シャッター１４ａを回転させるスピンドル・モーター２４に接続されている。
なお、第１のシャッターユニット１１ａのうち、スピンドル・モーター２４、エアーベアリング２３、カプラー２５、インターフェース２６は、それぞれ第１の実施の形態のレーザー加工装置１と同様の構成である。
【００９６】
半球形シャッター１４ａは、表面が反射材１９ａで形成されている。そして、半球形シャッター１４ａは、スピンドル・モーター２４によって、矢印２０で示すように軸２１ａを中心として回転駆動される。
半球形シャッター１４ａの球面に、アパチャー１５ａが数箇所形成されており、これらのアパチャー１５ａの間をレーザー光が通過することができる。
アパチャー１５ａの大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、アパチャー１５ａは、通過するレーザー光の光路が、半球形シャッター１４ａの中心線を通るように形成されている。
そして、半球形シャッター１４ａが回転して、数箇所のうちの２箇所のアパチャー１５ａが上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と半球形シャッター１４ａが相対配置されている。半球形シャッター１４ａに入力レーザー１２ａが当たる位置は、半球形シャッター１４ａの中心線の真上にある。
【００９７】
回転軸となる軸２１ａは、半球形シャッター１４ａに一部貫通または表面に溶接、接着またはカシメなどで取り付けられた構成であり、レーザー光は半球形シャッター１４ａの内部を障害物無しに貫通する構成となる。
【００９８】
半球形シャッター１４ａの回転により、入力レーザー１２ａが当たる半球形シャッター１４ａの位置が、アパチャー１５ａ、あるいは、アパチャー１５ａ以外の部分、というように変化する。
入力レーザー１２ａがアパチャー１５ａに当たったときは、アパチャー１５ａを通過して、下側のアパチャー１５ａから出射されて、出力レーザー１３ａとなる。
入力レーザー１２ａがアパチャー１５ａ以外の部分に当たったときには、入力レーザー１２ａが半球形シャッター１４ａの表面の反射材１９ａで反射される。このとき、入力レーザー１２ａが半球形シャッター１４ａの曲面の最上部ではない部分に照射されるので、反射材１９ａで反射された入力レーザー１２ａは、入射側（真上）に戻ることなく、左上方のレーザー吸収ブロック２２ａに向かい、レーザー吸収ブロック２２ａで吸収される。
【００９９】
半球形シャッター１４ａは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、半球形シャッター１４ａに反射率の高い材料を使用して、そのまま反射材１９ａとしても良く、半球形シャッター１４ａに反射率の高くない材料を使用して、表面に反射率の高い材料によって反射膜を形成して反射材１９ａとしても良い。
半球形シャッター１４ａの内部は空洞になっている。半球形シャッター１４ａは、高速回転に対応するために軽量化することが望ましく、また、回転の精度を向上させるためにバランスの工夫をすることが望ましい。
【０１００】
さらに、半球形シャッター１４ａの内面でのレーザー光の乱反射を防ぐために、レーザー光を吸収する吸収材が、半球形シャッター１４ａの内面に形成されていることが望ましい。
半球形シャッター１４ａに反射率の高い材料を使用した場合には、半球形シャッター１４ａの内面に吸収材をコーティングする。
半球形シャッター１４ａに吸収材を使用した場合には、内面はそのままとする。
また、半球形シャッター１４ａの材料に、反射率や吸収率は高くないが、軽くて丈夫な材料を使用して、表面に反射膜を形成して、内面に吸収材をコーティングしても良い。
【０１０１】
レーザー吸収ブロック２２ａには、レーザー・エネルギーの強度に応じて、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック２２ａが、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。
【０１０２】
本実施の形態のレーザー加工装置６１の第２のシャッターユニット３１ａは、レーザー光を通す３種類のアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａが設けられ、中心にある軸４１ａの周りに回転可能な構成とされた円筒形シャッター３４ａと、円筒形シャッター３４ａを回転させるスピンドル・モーター４４と、円筒形シャッター３４ａ及びスピンドル・モーター４４を図中左右方向に移動させるラック・ピニオンギアー４８を、備えている。また、円筒形シャッター３４ａの斜め上方に設けられたレーザー吸収ブロック４２ａを備えている。
【０１０３】
円筒形シャッター３４ａは、外形が円柱形であって内部が空洞である、円筒形となっており、表面が反射材３９ａで形成されている。また、円筒形シャッター３４ａは、外形の中心線を通る軸４１ａが設けられ、スピンドル・モーター４４によって、矢印４０で示すように軸４１ａを中心として回転駆動される。
なお、第２のシャッターユニット３１ａのうち、スピンドル・モーター４４、エアーベアリング４３、カプラー４５、インターフェース４６、ラック・ピニオンギアー４８は、それぞれ第１の実施の形態のレーザー加工装置１と同様の構成である。
【０１０４】
円筒形シャッター３４ａには、開口の寸法形状が異なる３種類のアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａがそれぞれ形成されており、それぞれのアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａの間をレーザー光が通過することができる。
このうち、円筒形シャッター３４ａの中央のアパチャー３６ａは、第１の実施の形態の円筒形シャッター３４の左のアパチャー３５と同じ構成である。円筒形シャッター３４ａの右のアパチャー３７ａは、第１の実施の形態の円筒形シャッター３４の右のアパチャー３７と同じ構成である。
円筒形シャッター３４ａの左のアパチャー３５ａは、数箇所に等間隔で形成されている。
それぞれのアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａは、通過するレーザー光の光路が、円筒形シャッター３４ａの中心線からオフセットしているように形成されている。円筒形シャッター３４に入力レーザー３２ａが当たる位置は、アパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａの位置に対応して、円筒形シャッター３４ａの中心線の真上からオフセットされている。
【０１０５】
第２のシャッターユニット３１ａの円筒形シャッター３４ａに対しては、第１のシャッターユニット１１ａの半球形シャッター１４ａから出射された出力レーザー１３ａが、入力レーザー３２ａとして入力される。
円筒形シャッター３４ａの回転により、入力レーザー３２ａが当たる円筒形シャッター３４ａの位置が、アパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａ、あるいは、アパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａ以外の部分、というように変化する。
入力レーザー３２ａがアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａに当たったときは、アパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａを通過して、下側のアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａから出射されて、出力レーザー３３ａとなる。
入力レーザー３２ａがアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａ以外の部分に当たったときには、入力レーザー３２ａが円筒形シャッター３４ａの表面の反射材３９ａで反射される。このとき、入力レーザー３２ａが円筒形シャッター３４ａの中心線の真上からオフセットされた位置に照射されるので、反射材３９ａで反射された入力レーザー３２ａは、入射側に戻ることなく、レーザー吸収ブロック４２ａに向かい、レーザー吸収ブロック４２ａで吸収される。
【０１０６】
円筒形シャッター３４ａは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円筒形シャッター３４ａの材質や反射材３９ａや吸収材の構成は、第１の実施の形態の円筒形シャッター３４と同様とすることができる。
【０１０７】
レーザー・エネルギーが強い場合、レーザー吸収ブロック４２ａには、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック４２ａが、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。このような構成とした場合、レーザーが常時反射する場所において、レーザーパワーの測定が可能となる。
【０１０８】
さらに、第２のシャッターユニット３１ａは、ラック・ピニオンギアー４８によって、円筒形シャッター３４ａ及びスピンドル・モーター４４を、矢印４９で示すように、図中左右方向に移動させることができる。これにより、入力レーザー３２ａが通過するアパチャーを、３種類のアパチャー３５ａ，３６ａ，３７ａの間で切り替えることが可能である。
左側のアパチャー３５ａ及び中央のアパチャー３６ａは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度に形成されている。
右側のアパチャー３７ａは、左側に向かうほど開口幅が狭くなる、扇形に形成されている。この構成により、ラック・ピニオンギアー４８の動作で、このアパチャー３７ａに入力レーザー３２ａが当たる位置を変えることにより、入力レーザー３２ａに対するアパチャー３７ａの開口幅を変えて、バースト波レーザーの発生タイミングを変えることが可能である。そして、ラック・ピニオンギアー４８を連続的に動作させることにより、バースト波レーザーの発生タイミングを連続的に変えることも可能になる。
図１１では、入力レーザー３２ａが通る位置には、円筒形シャッター３４ａの中央のアパチャー３６ａがあり、入力レーザー３２ａがアパチャー３６ａを通過し、下側のアパチャー３６ａから出射して、出力レーザー３３ａとなっている。
【０１０９】
第２のシャッターユニット３１ａの円筒形シャッター３４ａから出射した出力レーザー３３は、光学系ユニット５０によって集束されることにより、集光レーザー５１となって、被加工材５２に結像して照射され、被加工材５２が加工される。
そして、被加工材５２が載置されたＸ−Ｙテーブル５３を、Ｘ軸方向（矢印５４）またはＹ軸方向（矢印５５）に動かすことにより、被加工材５２の加工される位置を変えることができる。
【０１１０】
第１のシャッターユニット１１ａ及び第２のシャッターユニット３１ａにおいて、半球形シャッター１４ａと円筒形シャッター３４ａが回転駆動されて、アパチャー１５ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａの位置が変わることにより、レーザー光がＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、被加工材５２に照射される集光レーザー５１を、バースト波レーザーとすることができる。
【０１１１】
半球形シャッター１４ａ及び円筒形シャッター３４ａの動作、光学系ユニット５０の動作、並びに、Ｘ−Ｙテーブル５３のＸ軸方向５４やＹ軸方向５５の動作との組み合わせにより、被加工材５２上にレーザービームを走査することによって、連続線または点線または破線を組み合わせた、レーザー加工結果５６を得ることが可能である。
【０１１２】
また、本実施の形態において、第１のシャッターユニット１１ａの半球形シャッター１４ａの断面図を図１２Ａに示し、第１のシャッターユニット１１ａでレーザー光が遮断されている状態を図１２Ｂに示す。なお、図１２Ｂでは、第２のシャッターユニット３１ａの図示を省略している。
図１２Ａに示すように、半球形シャッター１４ａの上のアパチャー１５ａに当たった入力レーザー１２ａは、半球形シャッター１４ａの断面の円の中心部を通過して、下のアパチャー１５ａから出射して、出力レーザー１３ａとなる。
図１２Ｂに示すように、半球形シャッター１４ａの表面の反射材１９ａに当たった入力レーザー１２ａは、反射材１９ａで反射されて左斜め上方に向かう反射光１８ａとなり、レーザー吸収ブロック２２ａで吸収される。
【０１１３】
本実施の形態において、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦ制御は、図４〜図５、図７〜図８に示した先の各実施の形態と同様の手法により、行うことができる。
【０１１４】
図１２Ａでは、半球形シャッター１４ａに、アパチャー１５ａが等間隔に１０個形成されている。
これにより、半球形シャッター１４ａが１回転する間に、出力レーザー１３ａとして、１０個のパルス波、もしくは１０個のパルス群が得られる。
【０１１５】
図１２Ａに示すように、第１のシャッターユニット１１ａの半球形シャッター１４ａのアパチャー１５ａの数が１０個で、半球形シャッター１４ａの回転数が毎分２０万回転とした場合には、３．３ｋＨｚ×１０＝３３ｋＨｚの高い繰り返し周波数を得る。
さらに超高速の回転を得る手段としては、例えば、英国ＡＢＬ社製の高周波・空気軸受を備えたスピンドル・モーターやウエストウインドのエアスピンドルがあり、負荷が無い状態で毎分３０万回転が可能とされている。
また、例えば、入手が容易な毎分５万回転の高速スピンドル・モーターでは、毎秒８３３回転であり、０．８３３ｋＨｚとなる。例えば、図１２Ａに示すように半球形シャッター１４ａを適用してアパチャー１５ａが１０個の場合は、８．３ｋＨｚの繰り返し周波数を得る。
【０１１６】
上述の本実施の形態のレーザー加工装置８１の構成によれば、表面が反射材１９ａ，３９ａとされ、レーザー光が通過するアパチャー１５ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａが形成され、中心線を通る軸の周りに回転する、半球形シャッター１４ａと円筒形シャッター３４ａを、光源部と加工部の間に備えている。従って、半球形シャッター１４ａと円筒形シャッター３４ａを回転させることにより、レーザー光がアパチャー１５ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａを通過する状態と、レーザー光が反射材１９ａ，３９ａで反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、２つのシャッター１４ａ，３４ａの少なくとも一方を高速で回転させれば、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り替えることが可能になる。
【０１１７】
また、半球形シャッター１４ａ及び円筒形シャッター３４ａは、軸２１ａ，４１ａを中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸２１ａ，４１ａを中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、高速で回転させても安定して回転させることができる。
さらに、レーザー光を遮断する際には、それぞれのシャッター１４ａ，３４ａの表面の反射材１９ａ，３９ａでレーザー光を反射させて、その反射光をレーザー吸収ブロック２２ａ，４２ａで吸収させている。これにより、それぞれのシャッター１４ａ，３４ａが吸収するレーザー光の量を、チョッパー・ディスクと比較して大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器２に使用することが可能になる。
【０１１８】
また、入力レーザー１２ａを、半球形シャッター１４ａの端部の平面ではない球面に照射しているため、入力レーザー１２ａが反射して光源部側に戻ることがほとんどなく、レーザー発振器２の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器２にファイバーレーザーを用いた場合、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
【０１１９】
そして、ゲート信号のＯＮ状態と、アパチャー１５ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａの形状と、制御装置５７及びラック・ピニオンギアー４８の制御の組み合わせにより、広範囲なＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。これにより、任意のパルス幅やパルス間隔を有するバースト波を得ることができ、例えば、点線や破線などの微細なパターンで被加工材５２を加工することが可能になる。
【０１２０】
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置８１で得られるバースト波により、被加工材５２である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成することが可能になる。そして、この溝内に接着剤が入り込むことにより、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
【０１２１】
上述の第３の実施の形態では、半球形シャッター１４ａを使用していたが、半球形シャッター１４ａの代わりに、球形シャッターを使用することも可能である。ただし、球形シャッターを使用する場合には、入力レーザーが球形シャッターの表面に垂直に当たると反射光が光源側に戻るため、入力レーザーが球形シャッターの表面に垂直に当たらないように配置することが望ましい。そのためには、アパチャーを通過するレーザー光の光路を、球形シャッターの球の中心を通らないようにオフセットさせれば良い。
【０１２２】
＜５．第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）を、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。
本実施の形態では、シャッター部のシャッターとして、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す円錐形シャッター１４ｂを用いている。図１３Ａは、レーザー光が円錐形シャッター１４ｂを通過する場合を示している。図１３Ｂは、レーザー光が円錐形シャッター１４ｂで遮断される場合を示している。
なお、光源部及び加工部は、図１に示した第１の実施の形態のレーザー加工装置１と同様の構成である。
【０１２３】
本実施の形態の円錐形シャッター１４ｂは、円錐形の外形で側面にレーザー光を通すアパチャー１５ｂが設けられ、中心線を通る軸２１ｂの周りに回転可能な構成とされている。
円錐形シャッター１４ｂは、表面が反射材１９ｂで形成されている。そして、円錐形シャッター１４ｂは、図示しないスピンドル・モーターによって、矢印２０ｂで示すように軸２１ｂを中心として回転駆動される。
円錐形シャッター１４ｂには、その曲面の部分に、アパチャー１５ｂが図示しないものも含めて４箇所形成されており、これらのアパチャー１５ｂの間をレーザー光が通過することができる。
アパチャー１５ｂの大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、アパチャー１５ｂは、通過するレーザー光の光路が、円錐形シャッター１４ｂの中心線を通るように形成されている。
そして、円錐形シャッター１４ｂが回転して、４箇所のうちの２箇所のアパチャー１５ｂが上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と円錐形シャッター１４ｂが相対配置されている。円錐形シャッター１４ｂに入力レーザー１２ｂが当たる位置は、円錐形シャッター１４ｂの中心線の真上にある。
【０１２４】
回転軸となる軸２１ｂは、円錐形シャッター１４ｂに一部貫通または表面に溶接、接着またはカシメなどで取り付けられた構成であり、レーザー光は円錐形シャッター１４ｂの内部を障害物無しに貫通する構成となる。
【０１２５】
円錐形シャッター１４ｂの回転により、入力レーザー１２ｂが当たる円錐形シャッター１４ｂの位置が、アパチャー１５ｂ、あるいは、アパチャー１５ｂ以外の部分、というように変化する。
入力レーザー１２ｂがアパチャー１５ｂに当たったときは、アパチャー１５ｂを通過して、下側のアパチャー１５ｂから出射されて、出力レーザー１３ｂとなる。
入力レーザー１２ｂがアパチャー１５ｂ以外の部分に当たったときには、入力レーザー１２ｂが円錐形シャッター１４ｂの表面の反射材１９ｂで反射される。このとき、入力レーザー１２ｂが円錐形シャッター１４ｂの曲面に照射されるので、反射材１９ｂで反射された入力レーザー１２ｂは、入射側（真上）に戻ることなく、図１３Ｂに示すように、左上方のレーザー吸収ブロック２２ｂに向かう反射光１８ｂとなり、レーザー吸収ブロック２２ｂで吸収される。
【０１２６】
円錐形シャッター１４ｂは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円錐形シャッター１４ｂの材質や反射材や吸収材の構成、レーザー吸収ブロック２２ｂを冷却する構成は、それぞれ前述した各実施の形態と同様の構成とすることができる。
【０１２７】
円錐形シャッター１４ｂが回転駆動されて、アパチャー１５ｂの位置が変わることにより、レーザー光がＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、被加工材５２に照射される集光レーザー５１を、バースト波レーザーとすることができる。
【０１２８】
本実施の形態の円錐形シャッター１４ｂは、図１３Ａに示すように、単独でシャッター部のシャッターを構成しても良いが、図１や図１１に示した各実施の形態の第２のシャッターユニット３１，３１ａの円筒形シャッター３４，３４ａを組み合わせても良い。
【０１２９】
上述の本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、表面が反射材１９ｂとされ、レーザー光が通過するアパチャー１５ｂが形成され、中心線を通る軸２１ｂの周りに回転する、円錐形シャッター１４ｂを、光源部と加工部の間に備えている。従って、円錐形シャッター１４ｂを回転させることにより、レーザー光がアパチャー１５ｂを通過する状態と、レーザー光が反射材１９ｂで反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、円錐形シャッター１４ｂを高速で回転させれば、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り替えることが可能になる。
【０１３０】
また、円錐形シャッター１４ｂは、軸２１ｂを中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸２１ｂを中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、高速で回転させても安定して回転させることができる。
さらに、レーザー光を遮断する際には、円錐形シャッター１４ｂの表面の反射材１９ｂでレーザー光を反射させて、その反射光１８ｂをレーザー吸収ブロック２２ｂで吸収させている。これにより、円錐形シャッター１４ｂが吸収するレーザー光の量を、チョッパー・ディスクと比較して大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器に使用することが可能になる。
【０１３１】
また、入力レーザー１２ｂを、円錐形シャッター１４ｂの側面に照射していることにより、入力レーザー１２ｂが反射材１９ｂに当たるときに垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻ることがほとんどなく、レーザー発振器の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器にファイバーレーザーを用いた場合、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
【０１３２】
そして、ゲート信号のＯＮ状態と、アパチャー１５ｂの形状と、制御装置及びラック・ピニオンギアーの制御の組み合わせにより、広範囲なＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。
【０１３３】
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置で得られるバースト波により、被加工材である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成して、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
【０１３４】
＜６．第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図（斜視図）を、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。
本実施の形態では、シャッター部のシャッターとして、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す多角錐形シャッター１４ｃを用いている。図１４Ａは、レーザー光が多角錐形シャッター１４ｃを通過する場合を示している。図１４Ｂは、レーザー光が多角錐形シャッター１４ｃで遮断される場合を示している。
なお、光源部及び加工部は、図１に示した第１の実施の形態のレーザー加工装置１と同様の構成である。
【０１３５】
本実施の形態の多角錐形シャッター１４ｃは、多角錐形の外形で側面にレーザー光を通すアパチャー１５ｃが設けられ、中心線を通る軸２１ｃの周りに回転可能な構成とされている。
多角錐形シャッター１４ｃは、表面が反射材１９ｃで形成されている。そして、多角錐形シャッター１４ｃは、図示しないスピンドル・モーターによって、矢印２０ｃで示すように軸２１ｃを中心として回転駆動される。
図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、多角錐形シャッター１４ｃは六角錐形状であり、多角錐形シャッター１４ｃには、アパチャー１５ｃが側面の境界の稜を中心とした部分に合計２箇所形成されており、これらのアパチャー１５ｃの間をレーザー光が通過することができる。
アパチャー１５ｃの大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、アパチャー１５ｃは、通過するレーザー光の光路が、多角錐形シャッター１４ｃの中心線を通るように形成されている。
そして、多角錐形シャッター１４ｃが回転して、２箇所のアパチャー１５ｃが上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と多角錐形シャッター１４ｃが相対配置されている。多角錐形シャッター１４ｃに入力レーザー１２ｃが当たる位置は、多角錐形シャッター１４ｃの中心線の真上にある。
【０１３６】
なお、図１４Ａ及び図１４Ｂでは、多角錐形シャッター１４ｃを六角錐形状としているが、多角錐形シャッターは六角錐形状に限定されず、三角錐以上の任意の多角錐の形状を採用することが可能である。より好ましくは、反射光の広がり具合や多角錐形状の作製の容易性などを考慮して、四角錐形状、六角錐形状、八角錐形状のいずれかとする。
【０１３７】
回転軸となる軸２１ｃは、多角錐形シャッター１４ｃに一部貫通または表面に溶接、接着またはカシメなどで取り付けられた構成であり、レーザー光は多角錐形シャッター１４ｃの内部を障害物無しに貫通する構成となる。
【０１３８】
多角錐形シャッター１４ｃの回転により、入力レーザー１２ｃが当たる多角錐形シャッター１４ｃの位置が、アパチャー１５ｃ、あるいは、アパチャー１５ｃ以外の部分、というように変化する。
入力レーザー１２ｃがアパチャー１５ｃに当たったときは、アパチャー１５ｃを通過して、下側のアパチャー１５ｃから出射されて、出力レーザー１３ｃとなる。
入力レーザー１２ｃがアパチャー１５ｃ以外の部分に当たったときには、入力レーザー１２ｃが多角錐形シャッター１４ｃの表面の反射材１９ｃで反射される。このとき、入力レーザー１２ｃが多角錐形シャッター１４ｃの側面もしくは側面の境界の稜付近に照射されるので、反射材１９ｃで反射された入力レーザー１２ｃは、入射側（真上）に戻ることなく、図１４Ｂに示すように、左上方のレーザー吸収ブロック２２ｃに向かう反射光１８ｃとなり、レーザー吸収ブロック２２ｃで吸収される。
【０１３９】
多角錐形シャッター１４ｃは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、多角錐形シャッター１４ｃの材質や反射材や吸収材の構成、レーザー吸収ブロック２２ｃを冷却する構成は、それぞれ前述した各実施の形態と同様の構成とすることができる。
【０１４０】
多角錐形シャッター１４ｃが回転駆動されて、アパチャー１５ｃの位置が変わることにより、レーザー光がＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、被加工材５２に照射される集光レーザー５１を、バースト波レーザーとすることができる。
【０１４１】
本実施の形態の多角錐形シャッター１４ｃは、図１４Ａに示すように、単独でシャッター部のシャッターを構成しても良いが、図１や図１１に示した各実施の形態の第２のシャッターユニット３１，３１ａの円筒形シャッター３４，３４ａを組み合わせても良い。
【０１４２】
上述の本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、表面が反射材１９ｃとされ、レーザー光が通過するアパチャー１５ｃが形成され、中心線を通る軸２１ｃの周りに回転する、多角錐形シャッター１４ｃを、光源部と加工部の間に備えている。従って、多角錐形シャッター１４ｃを回転させることにより、レーザー光がアパチャー１５ｃを通過する状態と、レーザー光が反射材１９ｃで反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、多角錐形シャッター１４ｃを高速で回転させれば、レーザー光のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り替えることが可能になる。
【０１４３】
また、多角錐形シャッター１４ｃは、強固な立体構造を有し、回転体である円錐形に近い六角錐形状であり、軸２１ｃを中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、高速で回転させても安定して回転させることができる。
さらに、レーザー光を遮断する際には、多角錐形シャッター１４ｃの表面の反射材１９ｃでレーザー光を反射させて、その反射光１８ｃをレーザー吸収ブロック２２ｃで吸収させている。これにより、多角錐形シャッター１４ｃが吸収するレーザー光の量を、チョッパー・ディスクと比較して大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器に使用することが可能になる。
【０１４４】
また、入力レーザー１２ｃを、多錐形シャッター１４ｃの側面及びその境界の稜に照射していることにより、入力レーザー１２ｃが反射材１９ｃに当たるときに垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻ることがほとんどなく、レーザー発振器の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器にファイバーレーザーを用いた場合、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
【０１４５】
そして、ゲート信号のＯＮ状態と、アパチャー１５ｃの形状と、制御装置及びラック・ピニオンギアーの制御の組み合わせにより、広範囲なＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。
【０１４６】
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置で得られるバースト波により、被加工材である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成して、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
【０１４７】
上述の各実施の形態では、反射材で反射した反射光をレーザー吸収ブロックで吸収する構成としていた。そして、レーザー吸収ブロックを、反射光の広がる範囲より少し大きい構成としていた。
本発明では、反射光を吸収するレーザー吸収体は、ブロック状に限定されるものではなく、板状など、その他の構成も可能である。また、レーザー吸収体を設ける範囲は、シャッターの軸の周りの回転駆動や入力レーザー及び出力レーザーの光路を妨げない限り、任意の範囲とすることが可能である。例えば、シャッターの周りを囲んで、入力レーザー及び出力レーザーの光路の部分に開口を設けた構成も可能である。
【０１４８】
上述の各実施の形態では、いずれも、シャッターの回転の軸（シャッターの中心線）の方向と、シャッターを通過するレーザー光の光路の方向とが垂直になっていた。
本発明では、これらの方向が垂直である構成に限定されず、例えば、これら２つの方向のなす角度が９０°よりある程度まで小さい構成とすることも可能である。なす角度の許容範囲はシャッターの構成によるが、例えば９０°〜４５°のような範囲となる。この構成とする場合には、レーザー光の光路に合わせて、シャッターのアパチャーやレーザー吸収ブロックを適切な位置に形成すれば良い。
なお、従来のチョッパー・ディスクの場合は、ディスクの回転軸の方向と通過するレーザー光の光路の方向が平行もしくは平行に近いため、本発明とは構成が異なる。
上述の各実施の形態のように、シャッターの回転の軸の方向とレーザー光の光路の方向を垂直とすると、レーザー加工装置の設計や各部の配置が容易になる利点を有する。
【０１４９】
第１〜第３の各実施の形態では、２つのシャッターユニットを設けていたが、各実施の形態の２つのシャッターユニットのうちのいずれか一方のみでシャッター部を構成することも可能である。
【０１５０】
本発明において、シャッターから出力される、レーザー光のパルスのデューティー比は、シャッターのアパチャーの間隔で決定される。
この点は、上述した各実施の形態の構成にも当てはまるが、図１や図１１の構成などのように、シャッターが複数ある場合には、主にパルス幅を規定するシャッターのアパチャーの間隔によってデューティー比が決定される。
【０１５１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
また、各実施の形態の構成は、本発明の範囲内で、適宜、変形や組み合わせをすることができる。例えば、第２の実施の形態のシャッター１４Ｘで採用していた貫通路を、他の形状（半球形、球形、円錐形、多角錐形）のシャッターにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１５２】
１，８１  レーザー加工装置、２  レーザー発振器、３  コリメート・レーザー光、４  ビームエクスパンダー、１１，１１ａ  第１のシャッターユニット、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，３２，３２ａ  入力レーザー、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，３３，３３ａ  出力レーザー、１４，１４Ｙ，１４Ｚ，３４，３４ａ  円筒形シャッター、１４Ｘ  シャッター、１４ａ  半球形シャッター、１４ｂ  円錐形シャッター、１４ｃ  多角錐形シャッター、１５，１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，３５，３５ａ，３６，３６ａ，３７，３７ａ  アパチャー、１８，１８Ｚ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，３８，３８ａ  反射光、１９，１９Ｚ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，３９，３９ａ  反射材、２０，２０Ｚ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，４０  回転、２１，２１Ｙ，２１Ｚ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，４１，４１ａ  軸、２２，２２Ｚ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，４２，４２ａ  レーザー吸収ブロック、２３，４３  エアーベアリング、２４，４４  スピンドル・モーター、２５，４５  カプラー、２６，４６  インターフェース、２７  貫通路、３１，３１ａ  第２のシャッターユニット、４８  ラック・ピニオンギアー、５０  光学系ユニット、５１  集光レーザー、５２  被加工材、５３  Ｘ−Ｙテーブル、５４  Ｘ軸方向、５５  Ｙ軸方向、５６  レーザー加工結果、５７  制御装置、６０，６０ａ  ゲート信号ＯＦＦ、６１，６１ａ  ゲート信号ＯＮ、６２  ＣＷレーザーＯＦＦ、６２ａ  パルス波レーザーＯＦＦ、６３  ＣＷレーザーＯＮ、６３ａ  パルス波レーザーＯＮ、６５，６９  ＣＷバースト波、６５ａ，６７，６７ａ，６９ａ，７０，７０ａ  バースト波、７１，７２，７３  拡大波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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