(57)【要約】【課題】 本発明はレーザ光などの走査機構、レーザ光を用いた加工方法などに関し、より径の小さいレーザ光を用いて、より高速な走査を実現するとともに、精密加工を可能とすることを目的とする。【解決手段】光源から出射される光線を集光するレンズを、そのレンズ軸方向に対して垂直方向の面内で移動可能とする。レンズの集光によって、集光される光線の軌跡が変化する。一方、走査対象／被加工材の両面に対応して、光路を９０度曲げる曲げミラーを配置し、レンズにより集光・軌跡が変えられた光線を反射して、走査対象／被加工材の表面に照射させる。【選択図】図５
2008203434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査対象に光線を走査する走査機構において、
光源から出射される光線を集光する集光手段と、
前記集光手段を、前記集光手段の光学的軸に対して垂直方向に駆動する駆動手段と、
前記走査対象の第一の側に設けられ、前記集光手段によって集光された光線を反射し、前記走査対象に入射させる第一の反射手段と、
前記走査対象の前記第一の側とは反対側の第二の側に設けられ、前記集光手段によって集光された光線を反射し、前記走査対象に入射させる第二の反射手段と、を備えることを特徴とする、走査機構。
【請求項２】
前記走査機構において、前記第一の反射手段および前記第二の反射手段は、前記集光手段から出射された光線を前記走査対象に対して垂直方向に入射させるよう、前記光線を反射するように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の走査機構。
【請求項３】
前記走査機構において、前記第一の反射手段および前記第二の反射手段は、互いに前記走査対象に対して４５度傾けた位置に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の走査機構。
【請求項４】
走査対象に光線を走査する走査機構において、
光源から出射される光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、
前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段から出射された前記第一の成分を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、
前記第二の集光手段から出射された前記第二の成分を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と、
前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な方向に駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする、走査機構。
【請求項５】
前記走査機構において、
前記第一の集光手段と、前記第二の集光手段とは、それぞれの光学的特性が同一であることを特徴とする、請求項４に記載の走査機構。
【請求項６】
前記走査機構において、
選択的に、前記第一の成分あるいは前記第二の成分の一方を通過させ、他方を遮る遮光手段を備えたことを特徴とする、請求項４に記載の走査機構。
【請求項７】
前記走査機構は、単一の駆動手段に前記第一の集光手段および前記第二の集光手段が取り付けられており、前記駆動手段によって前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とが同時に駆動されることを特徴とする、請求項４に記載の走査機構。
【請求項８】
前記走査機構はさらに、
前記分割手段を透過した光線の成分を反射する第三の反射手段を備えることを特徴とする、請求項４に記載の走査機構。
【請求項９】
前記走査機構において、前記分割手段、前記第一乃至第三の反射手段のそれぞれは、入射する光線を９０度まげて反射するように配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の走査機構。
【請求項１０】
走査対象に光線を走査する走査機構において、
入射する第一の光線を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、
入射する前記の光線を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と、
前記第一の光線を集光する第一の集光手段と、
前記第二の光線を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な平面内で駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする、走査機構。
【請求項１１】
前記走査機構はさらに、
前記走査対象の第一の面の画像を撮像する第一の撮像手段と、
前記走査対象の第二の面の画像を撮像する第二の撮像手段と、を備えたことを特徴とする、請求項１０に記載の走査機構。
【請求項１２】
走査対象の表面と裏面とを走査する両面走査機構において、
単一の光源から出射された光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を、前記走査対象の一方の面に照射されるよう反射する第一の反射手段と、
前記第二の成分を、前記走査対象の他方の面に照射されるよう反射する第二の反射手段と、
前記分割手段と前記第一の反射手段との間に配置され、前記第一の成分を前記第一の反射手段に導く第一の光学系と、
前記分割手段と前記第二の反射手段との間に配置され、前記第二の成分を前記第二の反射手段に導く第二の光学系と、を備え、
前記第一の成分の前記走査対象までの進行距離と、前記第二の成分の前記捜査対象までの進行距離とが等しくなるよう、前記第一の光学系と前記第二の光学系とが配置されていることを特徴とする、両面走査機構。
【請求項１３】
レーザ光を被加工材の表面および／または裏面に照射して、前記被加工材の加工を行う加工装置において、
前記被加工材が載置される載置部と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光手段と、
前記集光手段を、前記集光手段の光学的軸に対して垂直な面内で移動させる駆動手段と、
前記集光手段が第一の領域にある際に、前記集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の表面に向けて反射する第一の反射手段と、
前記集光手段が第二の領域にある際に、前記集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の裏面に向けて反射する第二の反射手段と、
前記レーザ光源、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項１４】
レーザ光を被加工材の表面および／または裏面に照射して、前記被加工材の加工を行う加工装置において、
前記被加工材が載置される載置部と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を、第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、
前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段および前記第二の集光手段とを、前記集光手段の光学的軸に対して垂直な面内で移動させる駆動手段と、
前記第一の集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の表面に向けて反射する第一の反射手段と、
前記第二の集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の裏面に向けて反射する第二の反射手段と、
前記レーザ光源、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項１５】
被加工材に対してレーザ光を照射して、前記被加工材の加工を行う被加工材の製造方法であって、
少なくとも集光レンズを介してレーザ光を前記被加工材に照射する工程と、
所望の走査軌跡に応じて前記集光レンズを移動させて、前記レーザ光の前記被加工材における照射位置を移動させる工程と、
を備えることを特徴とする、被加工材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光などの光線を走査する走査機構に関する。また、本発明は各種の被加工材の加工方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の被加工材の加工を行うために、レーザ加工が利用されている。レーザ加工では、レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工材料の表面に出射する。この際に、出射されたレーザ光をレンズやミラーといった光学素子を用いて導き、被加工材料の任意の位置を走査することが求められるようになっている。
【０００３】
現在、レーザ加工の分野では、下記のような対応が取られている。
【０００４】
第一には、大出力のレーザ発信器を用いて、高強度且つ高速に行われる溶接加工への適用が上げられる。このような用途は、例えば自動車産業などにおいて要望されている。
【０００５】
第二には、小出力のレーザ発振器を用いた、微細加工への適用が上げられる。これは電子産業などの業態において要望されている。このような微細加工にレーザ加工を適用する場合、レーザ光の径を１００μm以下の微細スポットに集光して加工対象に照射し、加工を行う必要性が高くなってきている。
【０００６】
例えば微細加工の一例として、磁気ディスク装置に用いられるサスペンションや、サスペンションの先端に磁気ヘッドスライダが搭載されたＨＧＡ（Ｈｅａｄ  Ｇｉｍｂａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）などが上げられる。これらの部材では、そのロール角度やピッチ角度の修正加工、あるいはバネ圧の修正加工が行われているが、このような修正加工へレーザフォーミング技術を応用する場合、部材の微細化や修正すべき角度・バネ圧精度の微小さから、部材に照射されるレーザ光の径を１０〜３０μｍ程度の微小なものとすることが求められている。
【０００７】
また、上記のような修正加工では、部材の角度やバネ圧をプラス方向とマイナス方向との両方向への修正が必要となる。そのため、被加工材となるサスペンションはＨＧＡの表裏両面から、レーザ光を集光・走査する必要がある。
【０００８】
一方、レーザ加工が行われる際には、部材のレーザが照射された部位に蓄積された熱エネルギーが部材の周囲に拡散することで、部材の温度が低下していく。しかし、近年の被加工部材の微小化に伴い、熱エネルギの拡散による温度低下の速度が遅くなることから、結果として被加工部材のレーザが照射された部位が過熱状態となる傾向が強くなってきている。そのため、効率的なフォーミング条件を維持しながらの加工が困難となってきており、レーザ走査による入熱量の低減と安定化が必要となってきている。
【０００９】
図１は、被加工材の表裏両面からレーザ光を走査することを可能とした、従来の光走査装置の一例を示す図面である。
【００１０】
図１に示された光走査装置では、被加工材の表面用、裏面用それぞれのレーザ発振器、レーザ発振器から出射されたレーザ光を走査する複数のガルバノスキャナ、ガルバノスキャナによる走査されたレーザ光を集光してレーザ光の照射位置を決める複数のｆθレンズ（テレセントリックレンズ）を備えている。図１に示された光走査装置では、レーザ光の位置決めを高速に行うことが可能となっている。
【００１１】
図２は、従来の光走査装置の他の例を示した図面である。
【００１２】
図２に示された装置では、単一のレーザ発振器から出射されたレーザ光が、分岐ユニットによって分岐された後、光ファイバによって被加工物の表面にレーザ光を照射する表面用出射ユニットと、被加工物の裏面にレーザ光を照射する裏面用出射ユニットとに導かれる。
【００１３】
表面用および裏面用出射ユニットは、被加工物表面にレーザ光を集光させるための光学系を備えている。また、各出射ユニットは、支持部材を介してアクチュエータに接続されており、図示矢印方向（平面上）で駆動される。各出射ユニットが駆動されることによって、レーザ光は被加工物表面を走査する。
【００１４】
図３は、従来の光走査装置のさらに他の例を示した図面であり、図２の光走査装置を変形したものである。図２に図示された光走査装置では被加工物が固定されていたが、図３に示された光走査装置では各出射ユニットが固定され、被加工物がアクチュエータに接続されている。
【００１５】
アクチュエータを駆動することで、被加工物が図示矢印面内を移動する。これによって、各出射ユニットから出射されたレーザ光が、被加工物表面を走査する。
【特許文献１】特許公開平成５−１６４９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図１に示された光走査装置は、上記の通り高速での位置決めが可能であるものの、走査機構として用いられるガルバノスキャナが高価であり、光走査装置全体の価格も高くなってしまうという問題がある。
【００１７】
一方、図２あるいは図３に示された光走査装置では、レーザ光を導くための機構を比較的簡便にすることができ、低コストである。しかし、光ファイバを用いていることから、光ファイバのコア径以下にレーザ光のスポット径を小さくすることが困難であり、微細な加工には不適であるという問題が生じる。
【００１８】
さらに、特に図３に示された光走査装置では、被加工物自体を移動させているため、被加工物が大型・重量物であった場合、走査位置の位置決めのために大型のアクチュエータなどの駆動源を必要としてしまう。また、高速な位置決め、あるいは精密な位置決めが相対的に難しいという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記問題を解決できる走査機構を実現することを目的とする。また、本発明は、上記問題を解決した被加工材の加工方法および加工装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明は、光源から出射される光線を集光する集光手段と、前記集光手段を、前記集光手段の光学的軸に対して垂直方向に駆動する駆動手段と、前記走査対象の第一の側に設けられ、前記集光手段によって集光された光線を反射し、前記走査対象に入射させる第一の反射手段と、前記走査対象の前記第一の側とは反対側の第二の側に設けられ、前記集光手段によって集光された光線を反射し、前記走査対象に入射させる第二の反射手段と、を備える走査機構とすることを特徴とする。
特に、前記第一の反射手段および前記第二の反射手段は、前記集光手段から出射された光線を前記走査対象に対して垂直方向に入射させるよう、前記光線を反射するように配置される。また、前記第一の反射手段および前記第二の反射手段は、互いに前記走査対象に対して４５度傾けた位置に配置される。
【００２１】
一方、本発明は、光源から出射される光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、前記第一の集光手段から出射された前記第一の成分を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、前記第二の集光手段から出射された前記第二の成分を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な方向に駆動する駆動手段とを備えた走査機構であることを特徴とする。
【００２２】
特に、本発明は、前記第一の集光手段と、前記第二の集光手段とは、それぞれの光学的特性が同一である。また、本発明は、選択的に前記第一の成分あるいは前記第二の成分の一方を通過させ、他方を遮る遮光手段を備えたことを特徴とする。さらにまた、本発明は単一の駆動手段に前記第一の集光手段および前記第二の集光手段が取り付けられており、前記駆動手段によって前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とが同時に駆動されることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記分割手段を透過した光線の成分を反射する第三の反射手段を備え、さらに前記分割手段、前記第一乃至第三の反射手段のそれぞれは、入射する光線を９０度まげて反射するように配置される。
【００２４】
さらにまた、本発明は、入射する第一の光線を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、入射する前記の光線を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と、前記第一の光線を集光する第一の集光手段と、前記第二の光線を集光する第二の集光手段と、前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な平面内で駆動する駆動手段と、を備えた走査機構であることを特徴とする。さらに、走査機構は、前記走査対象の第一の面の画像を撮像する第一の撮像手段と、前記走査対象の第二の面の画像を撮像する第二の撮像手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
一方、本発明は、走査対象の表面と裏面とを走査する両面走査機構において、単一の光源から出射された光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、前記第一の成分を、前記走査対象の一方の面に照射されるよう反射する第一の反射手段と、前記第二の成分を、前記走査対象の他方の面に照射されるよう反射する第二の反射手段と、前記分割手段と前記第一の反射手段との間に配置され、前記第一の成分を前記第一の反射手段に導く第一の光学系と、前記分割手段と前記第二の反射手段との間に配置され、前記第二の成分を前記第二の反射手段に導く第二の光学系と、を備え、前記第一の成分の前記走査対象までの進行距離と、前記第二の成分の前記捜査対象までの進行距離とが等しくなるよう、前記第一の光学系と前記第二の光学系とが配置されている両面走査機構であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、レーザ光を被加工材の表面および／または裏面に照射して、前記被加工材の加工を行う加工装置において、前記被加工材が載置される載置部と、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段を、前記集光手段の光学的軸に対して垂直な面内で移動させる駆動手段と、前記集光手段が第一の領域にある際に、前記集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の表面に向けて反射する第一の反射手段と、前記集光手段が第二の領域にある際に、前記集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の裏面に向けて反射する第二の反射手段と、前記レーザ光源、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える加工装置であることを特徴とする。
【００２７】
一方、本発明は、レーザ光を被加工材の表面および／または裏面に照射して、前記被加工材の加工を行う加工装置において、前記被加工材が載置される載置部と、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を、第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、前記第一の集光手段および前記第二の集光手段とを、前記集光手段の光学的軸に対して垂直な面内で移動させる駆動手段と、前記第一の集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の表面に向けて反射する第一の反射手段と、前記第二の集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の裏面に向けて反射する第二の反射手段と、前記レーザ光源、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える加工装置であることを特徴とする。
【００２８】
さらにまた、本発明は、被加工材に対してレーザ光を照射して、前記被加工材の加工を行う被加工材の製造方法であって、少なくとも集光レンズを介してレーザ光を前記被加工材に照射する工程と、所望の走査軌跡に応じて前記集光レンズを移動させて、前記レーザ光の前記被加工材における照射位置を移動させる工程と、を備えた被加工材の製造方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上記の構成により、本発明は、より径の小さいレーザ光などの光線を用いて、より微細な加工などに適した走査機構を実現することができる。
【００３０】
また、走査において駆動すべき機構が小さくなることから、より高速な走査を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を用いて本発明を実施する形態について、特にレーザ光走査装置に関連させて説明する。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態によるレーザ走査装置の概略構成を示す図面である。
【００３３】
本実施形態によるレーザ走査装置は、図示しないレーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズと、集光レンズを支持する集光レンズホルダーとを備えている。集光レンズホルダーの外周囲にはネジが形成されており、集光レンズ固定プレートに対して螺合されている。これによって、集光レンズホルダーを回転させることによって、集光レンズホルダーが図示Ｙ軸方向に可動（図示横両矢印方向）となっており、レーザ光の焦点位置が被加工材の表面に位置するように調整できる。
【００３４】
集光レンズ固定プレートは、レンズ駆動機構によって図示Ｘ−Ｚ平面内を移動可能となっている（図示縦両矢印方向）。
【００３５】
被加工材の周囲には、被加工材の表面に対してレーザ光を照射するための表面用曲げミラーと、被加工材の裏面に対してレーザ光を照射するための裏面用曲げミラーとが備えられる。各曲げミラーは、それぞれ図示Ｙ軸方向から入射するレーザ光を９０度折り曲げて、図示Ｚ軸方向（被加工材に対して垂直方向）から被加工材に対してレーザを照射する。図４に図示される一点鎖線は、被加工材のレーザ照射位置を基準に引いた、レーザ光の軌跡に対応する仮想線である。
【００３６】
本実施形態によるレーザ走査装置は、集光レンズを図４図示Ｘ−Ｚ平面方向に移動させることによって、被加工材へのレーザ光の照射位置を変えることができる。
【００３７】
図５は、被加工材の表面へのレーザ光照射動作を説明する図面である。図において、二点鎖線は集光レンズに入射するレーザ光（平行光）の光軸を示している。図５の例では、レーザ光の光軸は被加工材の延長方向と一致している。図５では、図４に図示された状態と比較して、集光レンズの位置が相対的に＋Ｚ軸方向にシフトしている。これによって、集光レンズに入射するレーザ光が集光レンズによって＋Ｚ軸方向に曲げられ、表面用曲げミラーに入射する。表面用曲げミラーに入射したレーザ光はその光軸がＺ軸方向と一致する方向に反射して、被加工材の表面に照射される。図５の例では、表面用曲げミラーによって反射されたレーザ光は、被加工材表面に対して垂直方向に照射されている。
【００３８】
図６は、被加工材の裏面へのレーザ光照射動作を説明する図面である。図６では、図４と比較して、相対的に集光レンズが−Ｚ軸方向にシフトしている。これによって、集光レンズに入射するレーザ光が−Z軸方向に曲げられ、裏面用曲げミラーに入射する。裏面用曲げミラーで反射されたレーザ光は、図５の場合と同様にその光軸がＺ軸方向と一致するように、被加工材の裏面に照射される。
【００３９】
このように、本実施形態によるレーザ光走査装置では、単一の集光レンズをレーザ光の軸に対して垂直方向の面内で移動させることによって、被加工物へのレーザ光照射位置を変えることができる。特に、図４乃至図６に示されたレーザ光走査装置では、単一の光源を用いて、被加工材の表面と裏面との両面に対して選択的にレーザ光を照射させることが可能となる。
【００４０】
図７は、本実施形態によるレーザ走査装置におけるレーザ光走査の動作を説明する図面である。また、図８は図７の要部拡大図である。図７および図８では、図示Ｙ軸方向に沿ったレーザ光走査について説明する。
【００４１】
図示の太点線は、集光レンズに入射するレーザ光の光軸を示している。はじめの状態では、集光レンズは図８図示点線で示された位置にあるものとする。この状態では、図７あるいは図８図示の一点鎖線によって示される軸に沿って、レーザ光が被加工材の面に入射する。この際のレーザ光の軌跡は、細点線で示されている。
【００４２】
続いて、集光レンズを図示−Ｚ方向に移動させていく。これに応じて、レーザ光が−Ｙ方向に次第に移動する。このように、集光レンズの−Ｚ方向の移動によって、−Y方向へのレーザ光の走査が実現される。図８図示実線の位置に集光レンズが移動した状態では、レーザ光は図７あるいは図８で実線により示された軌跡に沿って、被加工物の面に照射される。
【００４３】
図９は、本実施形態によるレーザ走査装置におけるレーザ光走査の他の形態を示す図面である。また、図１０は図９の要部拡大図である。
【００４４】
図９および図１０に示された例は、図７および図８に示された例とは逆に、集光レンズを図示＋Ｚ方向に移動させた場合の動作に相当する。はじめの状態では、図示一点鎖線に示された軸に沿って、レーザ光が被加工材に入射する。この際のレーザ光の軌跡は細点線にて示される。なお、集光レンズは図１０図示点線の位置にあるものとする。
【００４５】
この後、図１０に詳細に示されるように、集光レンズを＋Ｚ方向（図１０にて実線で示される位置）に向けて移動させる。これによって、レーザ光が図示＋Ｙ方向に次第に移動する。集光レンズが図示実線の位置に移動した状態では、図示二点鎖線によって示される軸に沿って、レーザ光が被加工材に照射される。この際のレーザ光の軌跡は実線にて示されている。
【００４６】
図７乃至図１０にて示したとおり、集光レンズをＺ軸方向に移動させることによって、曲げミラーによって曲げられたレーザ光を、図示Ｙ軸方向に移動させることが可能となる。この際に、レーザ光の焦点は、集光レンズの位置に関わらず被加工材表面に位置する。したがって、レーザ光の走査に応じた集光レンズの焦点位置調整は特に必要ない。なお、すでに述べたとおり、集光レンズはＸ−Ｚ平面に沿って可動となっている。したがって、集光レンズをＸ−Ｚ平面内で適宜移動させることによって、レーザ光を被加工材表面の所望の方向に走査させることができる。例えば集光レンズをＸ軸方向に沿って移動させることにより、曲げミラーによって反射されたレーザ光を、被加工材上でＸ軸方向に走査させることもできる。
【００４７】
被加工材上の走査軌跡は直線状には限られず、集光レンズの動かし方に応じて任意の曲線状軌跡とすることも可能である。また、集光レンズの移動に応じてレーザ光を連続出射させた場合には、被加工材の連続的な走査も可能であるが、レーザ光を断続的に点灯させれば、特定の線上に沿った軌跡でレーザスポットを被加工材に照射することもできる。このような連続走査とスポットによるレーザ照射とは、必要とされる被加工材の加工内容に応じて適宜選択すればよい。
【００４８】
さらに、集光レンズ位置に応じて被加工材のどの位置にレーザ光の焦点が位置するのかは予め把握できることから、集光レンズを所望の位置に移動させ、その後にレーザ光を点灯させることで、レーザ光の照射位置決めも可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態によるレーザ光走査装置では、ファイバ類を用いてレーザ光を光学系に導く必要がなく、集光レンズによってレーザ光源から出射されたレーザ光を直接的に集光させている。そのため、従来の装置と比較して、より微細な径にレーザ光を集光させることが可能となり、より微細な部材の加工も可能となってくる。
【００５０】
また、本実施形態によるレーザ光走査装置は、光走査のための実質的な駆動部分が集光レンズ周辺に限られる。このため、被加工材を移動させる走査装置、あるいはレーザ照射ヘッドを移動させる形態の走査装置と比較して、相対的に軽量な部材を移動させるだけで済む。その結果、従来の走査装置と比較して、より高速なレーザ光の走査が可能となっている。
【００５１】
さらに、本実施形態によるレーザ光走査装置では、９０度曲げミラーを用いて、集光レンズから出射されたレーザ光の進行方向を９０度折り曲げている。このため、光学系の全体的な高さを低く抑えることが可能となり、走査機構全体の小型化が実現される。
【００５２】
図１１は、レーザ光走査装置の実施形態に若干の変更を加えた構成例を示している。図１１に示されたレーザ光走査装置では、被加工材の表面に対してレーザ光を照射するための表面集光レンズと、被加工材の裏面に対してレーザ光を照射するための裏面集光レンズとの複数の集光レンズを備えている。図１１のレーザ光走査装置では、表面集光レンズと裏面集光レンズとは、それぞれ焦点距離が同じである。
【００５３】
図１１に示された集光レンズは、共通の集光レンズ固定プレートに固定されている。そして、集光レンズ固定プレートはレンズ駆動機構により、図示Ｘ−Ｚ平面内で移動可能となっている。ここで、図１１に示されたレーザ光走査装置は、複数の集光レンズを同時に駆動する構成となっている。
【００５４】
なお、集光レンズホルダーは図４に示されたレーザ光走査装置と同様、ネジにより集光レンズによって集光されるレーザ光の焦点位置を調整可能となっている。
【００５５】
レーザ光源から出射されたレーザ光はまず、ビームスプリッタに入射する。ビームスプリッタは、図１１の例では５０％透過・５０％反射のハーフミラーであり、レーザ光を表面集光レンズに入射する成分と、裏面集光レンズに入射する成分とに分離する。
【００５６】
ビームスプリッタにより反射されたレーザ光の成分は、表面集光レンズに向けられる。一方、ビームスプリッタを透過したレーザ光の成分は、１００％反射のダイクロックミラーによって反射された後、裏面集光レンズに向けられる。なお、ダイクロイックミラーは少なくとも走査されるレーザ光に対応する波長域の光を反射するものとする。
【００５７】
集光レンズと図示しないレーザ光源との間には、表裏切り替え用のシャッタープレートが設けられている。シャッタープレートにはレーザ透過窓が形成されており、シャッター駆動機構によってシャッタープレートが図示Ｚ軸方向に可動する。シャッタープレートの動作によって、レーザ光は表面集光レンズあるいは裏面集光レンズの一方にのみ選択的に入射し、結果として被加工材の表面あるいは裏面が選択的に走査される。
【００５８】
レーザ透過窓が表面集光レンズに対応した位置にある場合（図１１に図示された状態）には、レーザ透過窓を透過したレーザ光が表面集光レンズによって集光された後に表面曲げミラーにより反射され、図示実線で示された軌跡に沿って被加工材の表面に照射される。一方、レーザ透過窓が裏面集光レンズに対応した位置にある場合には、レーザ透過窓を透過したレーザ光が裏面集光レンズによって集光された後に裏面曲げミラーにより反射され、図示一点鎖線で示された軌跡に沿って被加工材の裏面に照射される。
【００５９】
なお、図１１に示されたレーザ光走査装置は、表面集光レンズ・裏面集光レンズそれぞれについて独立してレンズ軸方向に移動させることができる。これによって、表面集光レンズと裏面集光レンズとの焦点位置を、独立して調整することが可能である。レーザ光走査装置を用いて加工される被加工材は厚みが一定しているわけではなく、さまざまな厚みを持った被加工材が用いられる可能性がある。被加工材の厚みが変化した場合には、被加工材表面で焦点を結ばないなど、レーザ光の集光状態が変化してしまう可能性が高い。図１１に示されたレーザ光走査装置は、表面・裏面独立して焦点位置を調整可能としていることから、被加工材に応じて最適な焦点位置調整が可能であり、最適な加工条件の設定ができる。
【００６０】
なお、シャッタープレートを用いない対応を取れば、ビームスプリッタにより分割されたレーザ光を用いて、必要に応じて被加工材の表面・裏面を同時に走査することも可能となる。また、表面集光レンズと裏面集光レンズとを、それぞれ独立してＸ−Ｚ平面内で移動させる機構を用いれば、必要に応じて被加工材の表面と裏面とで異なった軌跡あるいは位置で、被加工材を走査することも可能である。さらに、必要であれば表面用の光源と裏面用の光源とを、独立して設けるようにしてもよい。
【００６１】
図１２は、図１１に示されたレーザ光走査装置の変形例である。基本的な構成は、図１１に示されたレーザ光走査装置と同様であるが、図１２に示されたレーザ光走査装置では被加工材の表面・裏面を観察するためのモニタカメラが付加されている。モニタカメラを用いることで、被加工材の加工状況や、レーザ光の集光位置を確認することができ、レーザ光走査・加工の制御に撮像結果を用いることが可能となる。なお、モニタカメラの前面には、カメラ焦点調整用のレンズが設けられている。また、表面観察用モニタカメラの前面には、ＩＲフィルタが設けられている。
【００６２】
図１３は、図１２に示されたレーザ光走査装置の変形例である。
【００６３】
図１３において、集光レンズのレンズ軸はＺ軸方向に設定されており、表面集光レンズと裏面集光レンズとは、互いに被加工材を挟む位置に配置されている。また、それぞれの集光レンズホルダーは、その一端がレンズ駆動機構に接続されたコの字状の集光レンズ固定プレートに取り付けられている。
【００６４】
集光レンズ固定プレートは、Ｘ−Ｙ平面内で駆動される。図１２のレーザ光走査装置では、集光レンズがＸ−Ｚ平面内で可動となっていたが、図１３のレーザ光走査装置では、このような集光レンズ固定プレートの移動によって、集光レンズがＸ−Ｙ平面内で可動となっている。
【００６５】
レーザ光源から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタにより分割され、一方の成分は表面曲げミラーでＺ軸方向に折り曲げられた後、表面集光レンズに入射する。レーザ光の他方の成分は、ビームスプリッタを透過した後、ダイクロイックミラー→裏面曲げミラーによりそれぞれ９０度ずつ曲げられた後、裏面集光レンズに入射する。
【００６６】
なお、図１３の例では、シャッタープレートはＺ軸方向に沿って駆動されているが、これ以外の軸に沿って駆動されるようにしてもよい。
【００６７】
図１２に示された構成と、図１３に示された構成とのどちらを採用するかは、光走査装置が用いられる環境に応じて決定することができる。図１２に示された構成は、集光レンズが図示Ｘ−Ｚ平面内以外の方向には駆動されないことから、図１３に示された構成と比較して、図示Ｘ−Ｙ方向の寸法を相対的に小さく抑えることも可能である。逆に、図１３に示された構成では、相対的にＸ−Ｚ方向の寸法を小さく抑えることも可能である。
【００６８】
図１４は、図１３に示されたレーザ光走査装置の変形例である。図１４の例では、一枚のハーフミラーと、５枚の全反射ミラーとが用いられており、被加工材の表面に照射されるレーザ光の進行距離と、被加工材の裏面に照射されるレーザ光の進行距離とを等しくするように各光学系が配置されている。レーザ光走査装置で用いられるレーザ光に広がり角がある場合、表面と裏面とでレーザ光の進行距離が等しくないと、レーザ光の集光条件を表裏同じくすることが難しい。しかし、図１４に示された例では、表裏のレーザ光の集光条件を等しくできるため、被加工材の加工状態の安定化を図ることが可能となっている。
【００６９】
図１５は、図１２に示されたレーザ光走査装置を応用した、レーザ加工装置の外観を示す図面である。図１５に示したレーザ加工装置では、被加工材としてサスペンションを折り曲げ加工することが想定されており、被加工材を載置する載置台が設けられている。また、載置台には、被加工材の位置決めを行うための位置決め機構が設けられている。
【００７０】
ビームスプリッタとダイクロックミラーとは、同一筐体内に、両者の位置関係が調整されるように配置されている。レーザ光は、図示されないレーザ光源から、筐体の上部からビームスプリッタに向けて入射する。また、筐体のレーザ光出射側には、ビームスプリッタあるいはダイクロックミラーよって反射されたレーザ光の一方を選択的に出射するためのシャッターが設けられている。
【００７１】
集光レンズは、板状のレンズホルダーに取り付けられており、レンズホルダーはレンズ駆動ステージに取り付けられている。レンズ駆動ステージによって、集光レンズ（レンズホルダー）が平面内を移動して、これに応じて被加工材の表面が走査され、被加工材の加工が行われる。
【００７２】
筐体の図示右側に設けられたカメラは、ビームスプリッタ／ダイクロックミラーを透過した光を用いて、レーザ光が走査される被加工材表面の様子を撮像する。撮像結果は、図示されていない制御部に転送される。
【００７３】
図示されない制御部は、レーザ光源の点灯・消灯、レンズ駆動ステージ・シャッターの駆動制御を行う。また、カメラから転送される撮像結果に基づいて、走査動作の微調整を行う機能を制御部に持たせても良い。
【００７４】
図１６は、本発明の一実施形態によるレーザ加工工程を示すフローチャートである。図１６に示された工程は、被加工材（サスペンション等）の製造工程の部分をなすものである。
【００７５】
まず、レーザ加工装置に被加工材が載置される（ステップ１）。被加工材の載置は、人手で行われても良く、あるいは被加工材を自動搬送することで実現されても良い。続いて、被加工材の加工条件を読み出す（ステップ２）。この際には、被加工材固有の情報をキーとして、当該被加工材をどのように加工するべきなのか、を示す情報を抽出する。この加工条件は、被加工材の種別に応じて設定されても良いが、個別部品の調整などを行うのであれば個別部品毎に設定することもできる。
【００７６】
次に、読み出された加工条件に基づいて、レーザ光によって走査されるのが被加工材の表面か裏面かを判別する（ステップ３）。加工対象が表面である場合には、表面に向けたレーザ光が透過されるように、シャッターを移動させる（ステップ４）。逆に、加工対象が裏面である場合には、裏面に向けたレーザ光が透過されるように、シャッターが移動される（ステップ５）。
【００７７】
シャッターが設定された後、所定位置（例えば走査を開始すべき位置）に対応させて、集光レンズを駆動、位置決めを行う（ステップ６）。集光レンズが位置決めされた後、レーザ光源を点灯し（ステップ７）、所望の走査軌跡などの加工条件に応じて集光レンズを駆動する（ステップ８）。ここで、集光レンズの駆動は、その向きのみではなく、移動速度などの諸条件を変えて制御される。
【００７８】
被加工材の加工が終了するまで、必要に応じてステップ８の動作が繰り返され、加工終了と判断された場合にはレーザ光源が消灯され（ステップ１０）、加工動作が終了する。
【００７９】
なお、被加工材の表面と裏面との双方について加工が必要であれば、一方の面の加工が終了した後に他方の面の加工を行うようにすればよい。
（付記１）
走査対象に光線を走査する走査機構において、
光源から出射される光線を集光する集光手段と、
前記集光手段を、前記集光手段の光学的軸に対して垂直方向に駆動する駆動手段と、
前記走査対象の第一の側に設けられ、前記集光手段によって集光された光線を反射し、前記走査対象に入射させる第一の反射手段と、
前記走査対象の前記第一の側とは反対側の第二の側に設けられ、前記集光手段によって集光された光線を反射し、前記走査対象に入射させる第二の反射手段と、を備えることを特徴とする、走査機構。
（付記２）
前記走査機構において、前記第一の反射手段および前記第二の反射手段は、前記集光手段から出射された光線を前記走査対象に対して垂直方向に入射させるよう、前記光線を反射するように配置されたことを特徴とする、付記１に記載の走査機構。
（付記３）
前記走査機構において、前記第一の反射手段および前記第二の反射手段は、互いに前記走査対象に対して４５度傾けた位置に配置されたことを特徴とする、付記１に記載の走査機構。
（付記４）
前記走査機構はさらに、レーザ光を出射するレーザ光源を有することを特徴とする、付記１に記載の走査機構。
（付記５）
前記走査機構はさらに、前記集光手段の位置をその光学的軸に沿った方向に調節する調節機構を備えていることを特徴とする、付記１に記載の走査機構。
（付記６）
前記走査機構において、前記駆動手段は前記集光手段を、前記光学的軸に対して鉛直な平面内で駆動させることを特徴とする、付記１に記載の走査機構。
（付記７）
走査対象に光線を走査する走査機構において、
光源から出射される光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、
前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段から出射された前記第一の成分を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、
前記第二の集光手段から出射された前記第二の成分を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と、
前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な方向に駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする、走査機構。
（付記８）
前記走査機構において、
前記第一の集光手段と、前記第二の集光手段とは、それぞれの光学的特性が同一であることを特徴とする、付記７に記載の走査機構。
（付記９）
前記走査機構において、
選択的に、前記第一の成分あるいは前記第二の成分の一方を通過させ、他方を遮る遮光手段を備えたことを特徴とする、付記７に記載の走査機構。
（付記１０）
前記走査機構は、単一の駆動手段に前記第一の集光手段および前記第二の集光手段が取り付けられており、前記駆動手段によって前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とが同時に駆動されることを特徴とする、付記７に記載の走査機構。
（付記１１）
前記走査機構において、
前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とは、その光学的軸方向の位置をそれぞれ調整する位置調整機構を備えることを特徴とする、付記７に記載の走査機構。
（付記１２）
前記走査機構において、前記位置調整機構は、前記第一の集光手段の位置と前記第二の集光手段の位置とを独立して調整可能であることを特徴とする、付記１１に記載の走査機構。
（付記１３）
前記走査機構はさらに、
前記分割手段を透過した光線の成分を反射する第三の反射手段を備えることを特徴とする、付記７に記載の走査機構。
（付記１４）
前記走査機構において、前記分割手段、前記第一乃至第三の反射手段のそれぞれは、入射する光線を９０度まげて反射するように配置されていることを特徴とする、付記１３に記載の走査機構。
（付記１５）
走査対象に光線を走査する走査機構において、
光源から出射される光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、
前記第二の成分を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と、
前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、
前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な平面内で駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする、走査機構。
（付記１６）
走査対象に光線を走査する走査機構において、
入射する第一の光線を反射して、前記走査対象の第一の面に照射させる第一の反射手段と、
入射する前記の光線を反射して、前記走査対象の第二の面に照射させる第二の反射手段と、
前記第一の光線を集光する第一の集光手段と、
前記第二の光線を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段と前記第二の集光手段とを、各集光手段の光学的軸に対して垂直な平面内で駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする、走査機構。
（付記１７）
前記走査機構において、
前記集光手段は、前記反射手段と前記走査対象との間に配置されることを特徴とする、付記１６に記載の走査機構。
（付記１８）
前記走査機構において、
前記集光手段は、前記反射手段に対して上流側に配置されることを特徴とする、付記１６に記載の走査機構。
（付記１９）
前記走査機構はさらに、
前記走査対象の第一の面の画像を撮像する第一の撮像手段と、
前記走査対象の第二の面の画像を撮像する第二の撮像手段と、を備えたことを特徴とする、付記１６に記載の走査機構。
（付記２０）
前記走査機構において、
前記撮像手段の光学的軸は、前記反射手段に入射する光線の光学的軸の延長上に配置されることを特徴とする、付記１９に記載の走査機構。
（付記２１）
前記走査機構において、
前記撮像手段の前面には、光学的フィルタが配置されていることを特徴とする、付記１９に記載の走査機構。
（付記２２）
走査対象の表面と裏面とを走査する両面走査機構において、
単一の光源から出射された光線を第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を、前記走査対象の一方の面に照射されるよう反射する第一の反射手段と、
前記第二の成分を、前記走査対象の他方の面に照射されるよう反射する第二の反射手段と、
前記分割手段と前記第一の反射手段との間に配置され、前記第一の成分を前記第一の反射手段に導く第一の光学系と、
前記分割手段と前記第二の反射手段との間に配置され、前記第二の成分を前記第二の反射手段に導く第二の光学系と、を備え、
前記第一の成分の前記走査対象までの進行距離と、前記第二の成分の前記走査対象までの進行距離とが等しくなるよう、前記第一の光学系と前記第二の光学系とが配置されていることを特徴とする、両面走査機構。
（付記２３）
レーザ光を被加工材の表面および／または裏面に照射して、前記被加工材の加工を行う加工装置において、
前記被加工材が載置される載置部と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光手段と、
前記集光手段を、前記集光手段の光学的軸に対して垂直な面内で移動させる駆動手段と、
前記集光手段が第一の領域にある際に、前記集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の表面に向けて反射する第一の反射手段と、
前記集光手段が第二の領域にある際に、前記集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の裏面に向けて反射する第二の反射手段と、
前記レーザ光源、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。
（付記２４）
レーザ光を被加工材の表面および／または裏面に照射して、前記被加工材の加工を行う加工装置において、
前記被加工材が載置される載置部と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を、第一の成分と第二の成分とに分割する分割手段と、
前記第一の成分を集光する第一の集光手段と、
前記第二の成分を集光する第二の集光手段と、
前記第一の集光手段および前記第二の集光手段とを、前記集光手段の光学的軸に対して垂直な面内で移動させる駆動手段と、
前記第一の集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の表面に向けて反射する第一の反射手段と、
前記第二の集光手段により集光されたレーザ光を、前記被加工材の裏面に向けて反射する第二の反射手段と、
前記レーザ光源、前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。
（付記２５）
前記加工装置において、
前記集光手段は、その光学的軸が前記被加工材の面に対して平行面内で駆動されることを特徴とする、付記２４に記載の加工装置。
（付記２６）
前記加工装置において、
前記集光手段は、その光学的軸が前記被加工材の面に対して垂直な面内で駆動されることを特徴とする、付記２４に記載の加工装置。
（付記２７）
被加工材に対してレーザ光を照射して、前記被加工材の加工を行う被加工材の製造方法であって、
少なくとも集光レンズを介してレーザ光を前記被加工材に照射する工程と、
所望の走査軌跡に応じて前記集光レンズを移動させて、前記レーザ光の前記被加工材における照射位置を移動させる工程と、
を備えることを特徴とする、被加工材の製造方法。
（付記２８）
装置に
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】従来の光走査装置の例を示す図面である。
【図２】従来の光ファイバを用いた光走査装置の例を示す図面である。
【図３】従来の被加工物を駆動して走査を行う光走査装置の例を示す図面である。
【図４】本発明の一実施形態による光走査装置の構成を示す図面である。
【図５】一実施例による光走査装置の動作を説明する図面である。
【図６】一実施例による光走査装置の動作を説明する図面である。
【図７】一実施例による光走査装置における光走査動作を説明する図面である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【図９】一実施例による光走査装置における光走査動作を説明する図面である。
【図１０】図９の要部拡大図である。
【図１１】複数の集光レンズを備えた光走査装置の一実施例を示す図面である。
【図１２】複数の集光レンズを備えた光走査装置の他実施例を示す図面である。
【図１３】複数の集光レンズを備えた光走査装置のさらに他の実施例を示す図面である。
【図１４】光線の進行距離が表裏で等しい光走査装置の一実施例を示す図面である。
【図１５】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の外観を示す図面である。
【図１６】発明の一実施形態によるレーザ加工の手順を示す図面である。
【図１】
2008203434.tif 000003
【図２】
2008203434.tif 000004
【図３】
2008203434.tif 000005
【図４】
2008203434.tif 000006
【図５】
2008203434.tif 000007
【図６】
2008203434.tif 000008
【図７】
2008203434.tif 000009
【図８】
2008203434.tif 000010
【図９】
2008203434.tif 000011
【図１０】
2008203434.tif 000012
【図１１】
2008203434.tif 000013
【図１２】
2008203434.tif 000014
【図１３】
2008203434.tif 000015
【図１４】
2008203434.tif 000016
【図１５】
2008203434.tif 000017
【図１６】
2008203434.tif 000018