(57)【要約】【課題】  複数のレーザビームを重畳できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法において、均一な加工品質が得られるようにする。【解決手段】  穴付反射面４ｂ、５ｂと穴４ａ、５ａとが設けられた第１、第２穴付ミラー４、５を有していると共に、第１、第２穴付ミラー４、５における穴付反射面４ｂ、５ｂのぞれぞれに向けて断面リング状のビーム１３、１４を形成する第１、第２リング状ビーム形成部６、７とを有し、第１、第２穴付ミラー４、５が被加工物９を設置する位置から順に並べられて構成され、第１、第２穴付ミラー４、５のうち被加工物９から遠い位置に配置される第２穴付ミラー５の穴付反射面５ｂで反射された光が、それよりも近い位置に配置される第１穴付ミラー４の穴４ａ内を通過されて焦点に向けて集光させられるようにする。【選択図】        図１
2005186099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴付反射面（４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃ）と穴（４ａ、５ａ）とが設けられた穴付ミラー（４、５）を複数有していると共に、
前記複数の穴付ミラー（４、５）における前記穴付反射面（４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃ）のぞれぞれに向けて断面リング状のビーム（１３、１４、２０、２１、３２、３３）を形成する複数のリング状ビーム形成部（６、７）とを有し、
前記複数の穴付ミラー（４、５）が被加工物（９）を設置する位置から順に並べられて構成され、
前記複数の穴付ミラー（４、５）のうち前記被加工物（９）から遠い位置に配置されるもの（５）の前記穴付反射面（５ｂ、５ｃ）で反射された光が、それよりも近い位置に配置されるもの（４）の前記穴（４ａ）内を通過されて焦点に向けて集光させられるようになっていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記近い位置に配置されるものを第１穴付ミラー（４）、その穴付反射面および穴を第１穴付反射面（４ｂ、４ｃ）および第１の穴（４ａ）とすると共に、
前記遠い位置に配置されるものを第２穴付ミラー（５）、その穴付反射面および穴を第２穴付反射面（５ｂ、５ｃ）および第２の穴（５ａ）とし、
前記複数のリング状ビーム形成部（６、７）のうち、前記第１穴付ミラー（４）に向ける前記ビームを形成するものを第１リング状ビーム形成部（６）、これにより形成される前記ビームを第１ビーム（１３、２０、３２）とすると共に、
前記複数のリング状ビーム形成部（６、７）のうち、前記第２穴付ミラー（５）に向ける前記ビームを形成するものを第２リング状ビーム形成部（７）、これにより形成される前記ビームを第２ビーム（１４、２１、３３）とし、
前記第２穴付ミラー（５）によって前記第２ビーム（１４、２１、３３）が反射されると、その反射光が前記第１穴付ミラー（４）に形成された前記第１の穴（４ａ）を通じ、前記焦点に向けて集光させられるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
第１穴付反射面（４ｂ、４ｃ）と第１の穴（４ａ）とが設けられた第１穴付ミラー（４）と、
第２穴付反射面（５ｂ、５ｃ）と第２の穴（５ａ）とが設けられた第２穴付ミラー（５）と、
前記第１穴付ミラー（４）における前記第１穴付反射面（４ｂ、４ｃ）に向けて断面リング状の第１ビーム（１３、２０、３２）を形成する第１リング状ビーム形成部（６）と、
前記第２穴付ミラー（５）における前記第２穴付反射面（５ｂ、５ｃ）に向けて断面リング状の第２ビーム（１４、２１、３３）を形成する第２リング状ビーム形成部（６）とを有し、
前記第１穴付ミラー（４）によって前記第１ビーム（１３、２０、３２）が反射されると、その反射光が焦点に向けて集光させられるようになっていると共に、
前記第２穴付ミラー（５）によって前記第２ビーム（１４、２１、３３）が反射されると、その反射光が前記第１穴付ミラー（４）に形成された前記第１の穴（４ａ）を通じ、前記焦点に向けて集光させられるようになっていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザビーム（１０）を出射する第１レーザビーム出射部（１）を備え、
前記第１リング状ビーム形成部（６）は、円錐外面ミラー（６ａ）と、円錐内面ミラー（６ｂ）とを有して構成され、前記第１レーザビーム出射部（１）から出射されたレーザビーム（１０）から前記第１ビーム（１３）を形成するようになっており、
前記第１穴付ミラー（４）は、集光ミラー（４ｂ）を有して構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザビーム（１０）を出射する第１レーザビーム出射部（１）を備え、
前記第１リング状ビーム形成部（６）は、円錐外面ミラー（６ａ）と、環状集光ミラー（６ｃ）とを有して構成され、前記第１レーザビーム出射部（１）から出射されたレーザビーム（１０）から前記第１ビーム（２０）を形成するようになっており、
前記第１穴付ミラー（４）は、平面ミラー（４ｃ）を有して構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザビーム（１０）を出射する第１レーザビーム出射部（１）を備え、
前記第１リング状ビーム形成部（６）は、コーン型集光ミラー（６ｄ）と、円錐内面ミラー（６ｂ）とを有して構成され、前記第１レーザビーム出射部（１）から出射されたレーザビーム（１０）から前記第１ビーム（３２）を形成するようになっており、
前記第１穴付ミラー（４）は、平面ミラー（４ｃ）を有して構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記第１レーザビーム出射部（１）が出射した前記レーザビーム（１０）は、前記第１穴付ミラー（４）における前記穴（４ａ）を通過してから前記第１リング状ビーム形成部（６）に入射されるようになっていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
レーザビーム（１１）を出射する第２レーザビーム出射部（２）を備え、
前記第２リング状ビーム形成部（７）は、円錐外面ミラー（７ａ）と、円錐内面ミラー（７ｂ）とを有して構成され、前記第２レーザビーム出射部（２）から出射されたレーザビーム（１１）から前記第２ビーム（１４）を形成するようになっており、
前記第２穴付ミラー（５）は、集光ミラー（５ｂ）を有して構成されていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザビーム（１１）を出射する第２レーザビーム出射部（２）を備え、
前記第２リング状ビーム形成部（７）は、円錐外面ミラー（７ａ）と、環状集光ミラー（７ｃ）とを有して構成され、前記第２レーザビーム出射部（２）から出射されたレーザビーム（１１）から前記第２ビーム（２１）を形成するようになっており、
前記第２穴付ミラー（５）は、平面ミラー（５ｃ）を有して構成されていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
レーザビーム（１１）を出射する第２レーザビーム出射部（２）を備え、
前記第２リング状ビーム形成部（７）は、コーン型集光ミラー（７ｄ）と、円錐内面ミラー（７ｂ）とを有して構成され、前記第２レーザビーム出射部（２）から出射されたレーザビーム（１１）から前記第２ビーム（３３）を形成するようになっており、
前記第２穴付ミラー（５）は、平面ミラー（５ｃ）を有して構成されていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記第２レーザビーム出射部（２）が出射した前記レーザビーム（１１）は、前記第２穴付ミラー（５）における前記穴（５ａ）を通過してから前記第２リング状ビーム形成部（７）に入射されるようになっていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記被加工物（９）を設置する位置から見て、前記第２穴付ミラー（５）よりも遠い位置にレーザビームを出射する第３レーザビーム出射部（３）と、
前記第２穴付ミラー（５）と前記第３レーザビーム出射部（３）との間に備えられた集光レンズ（８）とを備えていることを特徴とする請求項２ないし１１のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記被加工物（９）を設置する位置から見て、前記第２穴付ミラー（５）よりも遠い位置から前記被加工物（９）を設置する位置まで伸びる溶接棒（５０）が備えられていることを特徴とする請求項２ないし１１のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
レーザビーム（１０、１１）を出射する第１、第２レーザビーム出射部（１、２）を備え、
前記第１、第２リング状ビーム形成部（６、７）は、円錐外面ミラー（６ａ、７ａ）と、円錐内面ミラー（６ｂ、７ｂ）とを有して構成され、前記第１、第２レーザビーム出射部（１、２）から出射されたレーザビームから前記第１、第２ビームを形成するようになっており、
前記第１、第２穴付ミラー（４、５）は、平面ミラー（４ｃ、５ｃ）を有して構成されており、
さらに、前記第１穴付ミラー（４）と前記被加工物（９）を設置する位置との間に集光レンズ（４０）が備えられ、前記第１、第２穴付ミラー（４、５）で反射されたビームが前記集光レンズによって集光されるようになっていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置を用いて被加工物（９）をレーザ加工することで製品を製造するレーザ加工方法であって、
前記各穴付ミラー（４、５）での反射光の焦点位置を調整するステップと、
前記焦点位置に前記被加工物（９）を配置するステップと、
前記反射光を前記被加工物（９）の加工部分に照射するステップと、を有することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザビームを重畳できるレーザ加工装置およびこのレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うレーザ加工方法にする。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ装置では、レーザ発振器から出射した光をミラーや光ファイバー等を用いて、複数本のレーザビームを任意の方向から出射させ、出射させたレーザビームを被加工物のある一点に向けて照射することで、レーザ加工を行っている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１０５７６号公報（図５参照）
【特許文献２】特開２００１−００１１７０号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、照射点の移動方向と全レーザビームの被加工物への入射角の関係が常に一定でないため、移動方向により被加工物のレーザ吸収特性が変化してしまう。このため、均一な加工品質を得るためには、特定の一方向にしかレーザビームを走査することができないという問題がある。
【０００４】
また、光強度分布が光軸を回転軸とした回転対称体となっていないため、でフォーカスすると著しく強度分布が変化する。このため、従来の焦点深度という観念が成り立たず、厳しく加工点位置を管理しなければならないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、複数のレーザビームを重畳できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法において、均一な加工品質が得られるようにすることを第１の目的とする。また、複数のレーザビームを重畳できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法において、焦点深度の観念に基づいてレーザ加工が行えるようにすることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、穴付反射面（４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃ）と穴（４ａ、５ａ）とが設けられた穴付ミラー（４、５）を複数有していると共に、複数の穴付ミラー（４、５）における穴付反射面（４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃ）のぞれぞれに向けて断面リング状のビーム（１３、１４、２０、２１、３２、３３）を形成する複数のリング状ビーム形成部（６、７）とを有し、複数の穴付ミラー（４、５）が被加工物（９）を設置する位置から順に並べられて構成され、複数の穴付ミラー（４、５）のうち被加工物（９）から遠い位置に配置されるもの（５）の穴付反射面（５ｂ、５ｃ）で反射された光が、それよりも近い位置に配置されるもの（４）の穴（４ａ）内を通過されて焦点に向けて集光させられるようになっていることを特徴としている。
【０００７】
このような構成によれば、複数本のレーザビームを重ね合わせることができると共に、各レーザビームの焦点をほぼ一致させられる。このため、各レーザビームが同じ加工点に向かうようにすることができる。したがって、各レーザビームの被加工物（９）への入射角の関係が一定となり、移動方向によって被加工物（９）のレーザ吸収特性が変化しないようにすることができ、均一な加工品質とすることが可能となる。
【０００８】
具体的には、請求項２又は３に示すように、近い位置に配置されるものを第１穴付ミラー（４）、その穴付反射面および穴を第１穴付反射面（４ｂ、４ｃ）および第１の穴（４ａ）とすると共に、遠い位置に配置されるものを第２穴付ミラー（５）、その穴付反射面および穴を第２穴付反射面（５ｂ、５ｃ）および第２の穴（５ａ）とし、複数のリング状ビーム形成部（６、７）のうち、第１穴付ミラー（４）に向けるビームを形成するものを第１リング状ビーム形成部（６）、これにより形成されるビームを第１ビーム（１３、２０、３２）とすると共に、複数のリング状ビーム形成部（６、７）のうち、第２穴付ミラー（５）に向けるビームを形成するものを第２リング状ビーム形成部（７）、これにより形成されるビームを第２ビーム（１４、２１、３３）とし、第２穴付ミラー（５）によって第２ビーム（１４、２１、３３）が反射されると、その反射光が第１穴付ミラー（４）に形成された第１の穴（４ａ）を通じ、焦点に向けて集光させられるようにされる。
【０００９】
例えば、請求項４に示すように、第１リング状ビーム形成部（６）は、円錐外面ミラー（６ａ）と、円錐内面ミラー（６ｂ）とを有して構成され、第１レーザビーム出射部（１）から出射されたレーザビーム（１０）から第１ビーム（１３）を形成し、第１穴付ミラー（４）は、集光ミラー（４ｂ）を有した構成とされることができる。
【００１０】
また、請求項５に示すように、第１リング状ビーム形成部（６）は、円錐外面ミラー（６ａ）と、環状集光ミラー（６ｃ）とを有して構成され、第１レーザビーム出射部（１）から出射されたレーザビーム（１０）から第１ビーム（２０）を形成し、第１穴付ミラー（４）は、平面ミラー（４ｃ）を有して構成されることができる。
【００１１】
さらに、請求項６に示されるように、第１リング状ビーム形成部（６）は、コーン型集光ミラー（６ｄ）と、円錐内面ミラー（６ｂ）とを有して構成され、第１レーザビーム出射部（１）から出射されたレーザビーム（１０）から第１ビーム（３２）を形成し、第１穴付ミラー（４）は、平面ミラー（４ｃ）を有して構成されることができる。
【００１２】
これらの場合、請求項７に示されるように、第１レーザビーム出射部（１）が出射したレーザビーム（１０）が、第１穴付ミラー（４）における穴（４ａ）を通過してから第１リング状ビーム形成部（６）に入射されるようにしても良い。
【００１３】
一方、請求項８に示すように、例えば、第２リング状ビーム形成部（７）は、円錐外面ミラー（７ａ）と、円錐内面ミラー（７ｂ）とを有して構成され、第２レーザビーム出射部（２）から出射されたレーザビーム（１１）から第２ビーム（１４）を形成し、第２穴付ミラー（５）は、集光ミラー（５ｂ）を有して構成される構成とすることができる。
【００１４】
また、請求項９に示すように、第２リング状ビーム形成部（７）は、円錐外面ミラー（７ａ）と、環状集光ミラー（７ｃ）とを有して構成され、第２レーザビーム出射部（２）から出射されたレーザビーム（１１）から第２ビーム（２１）を形成し、第２穴付ミラー（５）は、平面ミラー（５ｃ）を有して構成されることもできる。
【００１５】
さらに、請求項１０に示すように、第２リング状ビーム形成部（７）は、コーン型集光ミラー（７ｄ）と、円錐内面ミラー（７ｂ）とを有して構成され、第２レーザビーム出射部（２）から出射されたレーザビーム（１１）から第２ビーム（３３）を形成し、第２穴付ミラー（５）は、平面ミラー（５ｃ）を有して構成されることもできる。
【００１６】
これらの場合、請求項１１に示されるように、第２レーザビーム出射部（２）が出射したレーザビーム（１１）が、第２穴付ミラー（５）における穴（５ａ）を通過してから第２リング状ビーム形成部（７）に入射されるようにしても良い。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、被加工物（９）を設置する位置から見て、第２穴付ミラー（５）よりも遠い位置にレーザビームを出射する第３レーザビーム出射部（３）と、第２穴付ミラー（５）と第３レーザビーム出射部（３）との間に備えられた集光レンズ（８）とを備えていることを特徴としている。このように、第３レーザビーム出射部（３）を備え、そこからのレーザビーム（１２）が集光レンズ（８）によって集光されるようにしても良い。
【００１８】
請求項１３に記載の発明では、被加工物（９）を設置する位置から見て、第２穴付ミラー（５）よりも遠い位置から被加工物（９）を設置する位置まで伸びる溶接棒（５０）が備えられていることを特徴としている。このように、溶接棒（５０）と組み合わされるレーザ加工装置とすることも可能である。
【００１９】
請求項１４に記載の発明では、レーザビーム（１０、１１）を出射する第１、第２レーザビーム出射部（１、２）を備え、第１、第２リング状ビーム形成部（６、７）は、円錐外面ミラー（６ａ、７ａ）と、円錐内面ミラー（６ｂ、７ｂ）とを有して構成され、第１、第２レーザビーム出射部（１、２）から出射されたレーザビームから第１、第２ビームを形成するようになっており、第１穴付ミラー（４、５）は、平面ミラー（４ｃ、５ｃ）を有して構成されており、さらに、第１穴付ミラー（４）と被加工物（９）を設置する位置との間に集光レンズ（４０）が備えられ、第１、第２穴付ミラー（４、５）で反射されたビームが集光レンズによって集光されるようになっていることを特徴としている。このような構成としても、請求項１に示したように、各レーザビームを重ね合わせることが可能である。
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置を用いて被加工物（９）をレーザ加工することで製品を製造するレーザ加工方法であって、各穴付ミラー（４、５）での反射光の焦点位置を調整するステップと、焦点位置に被加工物（９）を配置するステップと、反射光を被加工物（９）の加工部分に照射するステップと、を有することを特徴としている。
【００２１】
このように、上記請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置を用いて、被加工物（９）のレーザ加工を行うことで、製品を製造することが可能である。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態が適用されたレーザ加工装置について説明する。図１に、本実施形態におけるレーザ加工装置の概略図を示し、この図に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態におけるレーザ加工装置は、３本のレーザビームを重ね合わせるものである。図１に示されるように、レーザ加工装置には、複数のレーザビーム出射部１、２、３と、第１、第２穴付ミラー部４、５、第１、第２リング状ビーム形成部６、７および集光レンズ８が備えられている。これらの構成により、レーザ加工装置は、被加工物９の加工を行うことで、製品の製造を行うようになっている。
【００２６】
複数のレーザビーム出射部１〜３は、第１〜第３レーザビーム出射部１〜３という３個から構成され、例えば複数のレーザ発振器もしくは単体のレーザ発振器から分割された光や光ファイバー等からなり、ほぼ直線状のレーザビーム１０〜１２を出射する。
【００２７】
第１、第２穴付ミラー４、５は、その中央部に穴４ａ、５ａが形成されている。各穴付ミラー４、５に形成された穴４ａ、５ａは、同一のサイズであっても良いが、本実施形態では、被加工物９からの距離に応じて異なるサイズとされ、距離が近いほど大きなサイズとされている。これら第１、第２穴付ミラー４、５は、それぞれに設けられた穴４ａ、５ａにより、第１、第２レーザビーム出射部１、２から出射されたレーザビーム１０、１１を通過させられるように構成されている。
【００２８】
また、第１、第２穴付ミラー４、５は、例えば放物面を構成する集光ミラー４ｂ、５ｂを有し、後述するように第１、第２リング状ビーム形成部６、７によって形成されたリング状ビーム１３、１４を反射集光するようになっている。この反射集光により、レーザビームの進行方向に直行する断面が徐々に小さくされ、その光強度分布が焦点に至るまで徐々に強められるようになっている。
【００２９】
第１、第２リング状ビーム形成部６、７は、円錐外面ミラー６ａ、７ａと円錐内面ミラー６ｂ、７ｂとを組み合わせた構成となっている。円錐外面ミラー６ａ、７ａは、円錐の外面状に反射面を有し、その円錐軸と平行に円錐頂点に入射されたレーザービーム１０、１１を、円錐軸と垂直な平面と平行に全方位にわたるように反射してディスク状ビーム１５、１６とする。円錐内面ミラー６ｂ、７ｂは、円錐の内面状に反射面を有し、この反射面が円錐外面ミラー６ａ、７ａに対向するように配置された構成となっている。この円錐内面ミラー６ｂ、７ｂは、ディスク状ビーム１５、１６を反射してリング状ビーム１３、１４とする。
【００３０】
なお、円錐外面ミラー６ａ、７ａと円錐内面ミラー６ｂ、７ｂとは、図示しない位置調整機構によって、円錐軸方向に相対移動できるように構成されている。
【００３１】
集光レンズ８は、例えば凸面レンズによって構成され、第３レーザビーム出射部３から出射されたレーザビーム１２を集光して集光ビーム１７とし、被加工物９に照射する。
【００３２】
次に、図１に示すレーザ加工装置を用いて、被加工物の加工部分を加工、例えば溶接加工する方法について説明する。
【００３３】
第１レーザビーム出射部１から出射されたレーザビーム１０を第１穴付ミラー４の穴４ａ内を通過させたのち、第１リング状ビーム形成部６における円錐外面ミラー６ａに入射する。このとき、出射された光の中央位置が円錐外面ミラー６ａの頂点とほぼ一致するようにする。これにより、入射されたレーザビーム１０は、円錐外面ミラー６ａによって円錐軸と垂直な平面と平行に全方位にわたり反射され、ディスク状ビーム１５となる。
【００３４】
そして、ディスク状ビーム１５は、円錐外面ミラー６ａに対向する円錐内面ミラー６ｂに入射される。そして、円錐内面ミラー６ｂによって反射され、リング状（円筒状）ビーム１３となって第１穴付ミラー４に照射される。
【００３５】
このリング状ビーム１３は、第１穴付ミラー４に備えられた集光ミラー４ｂによって反射集光され、集光ビーム１８とされる。そして、この集光ビーム１８がほぼ焦点となる位置で被加工物９の加工部分に照射される。
【００３６】
一方、第２レーザビーム出射部２から出射されたレーザビーム１１に関しても上記と同様であり、第２穴付ミラー５の穴５ａ内を通過させたのち、第２リング状ビーム形成部７における円錐外面ミラー７ａに入射する。これにより、入射されたレーザビーム１１は、円錐外面ミラー７ａによって円錐軸と垂直な平面と平行に全方位にわたり反射され、ディスク状ビーム１６となる。
【００３７】
そして、ディスク状ビーム１６は、円錐外面ミラー７ａに対向する円錐内面ミラー７ｂに入射される。そして、円錐内面ミラー７ｂによって反射され、リング状（円筒状）ビーム１４となって第２穴付ミラー５に照射される。
【００３８】
このリング状ビーム１４は、第２穴付ミラー５に備えられた集光ミラー５ｂによって反射集光され、集光ビーム１９とされる。そして、この集光ビーム１９が第１穴付ミラー４の穴４ａ内を通過したのち、ほぼ焦点となる位置で被加工物９の加工部分に照射される。
【００３９】
また、第３レーザビーム出射部３から出射されたレーザビーム１２に関しては、集光レンズ８によって集光されて集光ビーム１７となり、集光されながら第１、第２穴付ミラー４、５における各穴４ａ、５ａ内を通過したのち、ほぼその焦点位置で被加工物９の加工部分に照射される。
【００４０】
このようにすれば、第１〜第３レーザビーム出射部１〜３から出射された各レーザビーム１０〜１２がすべて第１、第２穴付ミラー４、５およびリング状ビーム形成部６、７によって構成される集光手段により集光されたとき、それぞれの焦点と被加工物９の加工部分とをほぼ一致させることができる。
【００４１】
そして、以上のように各レーザビーム１０〜１２が被加工物９の加工部分に照射された状態で、被加工物９を所望の方向に移動させる。これにより、被加工物９の加工部分の溶接加工を行うことができる。
【００４２】
なお、上記した溶接加工を行うに先立ち、第１、第２リング状ビーム形成部６、７それぞれの円錐内面ミラー６ｂ、７ｂと円錐外面ミラー６ａ、７ａの相対位置を位置調整機構にて調整することにより、被加工物９の加工条件に最適な照射光が得られるようにする。すなわち、ディスク状ビーム１５、１６に対する円錐内面ミラー６ｂ、７ｂの反射位置を調整してくことで、被加工物９の加工条件に最適なものとすることができる。
【００４３】
例えば、図１の場合、第１リング状ビーム形成部６においては、円錐内面ミラー６ｂに対して円錐外面ミラー６ｂが比較的深い位置まで挿入されるようにすることで、円錐内面ミラー６ｂの浅い位置でディスク状ビーム１５が反射するようにし、リング状ビーム１３の径が広くなるようにしておく。また、第２リング状ビーム形成部７においては、円錐内面ミラー７ｂに対して円錐外面ミラー７ａが比較的浅い位置まで挿入されるようにすることで、円錐内面ミラー７ｂの深い位置でディスク状ビーム１６が反射するようにし、リング状ビーム１６の径が第１リング状ビーム形成部６の場合よりも狭くなるようにしておく。このようにすれば、各リング状ビーム形成部６、７それぞれで、最適な照射光を得ることが可能となる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に示したレーザ加工装置によれば、複数本のレーザビーム１０〜１２を重ね合わせることができると共に、各レーザビーム１０〜１２の焦点をほぼ一致させられる。このため、各レーザビーム１０〜１２が同じ加工点に向かうようにすることができる。したがって、各レーザビーム１０〜１２の被加工物９への入射角の関係が一定となり、移動方向によって被加工物９のレーザ吸収特性が変化しないようにすることができ、均一な加工品質とすることが可能となる。
【００４５】
また、光強度分布が光軸を回転軸とした回転対称体となることから、被加工物９の加工部分と各レーザビーム１７〜１９の焦点がずれたりするデフォーカスが生じても、著しく光強度分布が変わらないようにすることができる。このため、焦点深度の観点に基づいた加工を行うことが可能となり、厳しい加工点位置の管理も必要にならないという効果も得られる。
【００４６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示している。以下、図２に基づき本実施形態のレーザ加工装置について説明するが、図１に示した第１実施形態のレーザ加工装置とほぼ同様の構成であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
本実施形態では、第１実施形態に対して、第１、第２リング状ビーム形成部６、７の円錐内面ミラー６ｂ、７ｂが環状集光ミラー６ｃ、７ｃに代えられている点、および、第１、第２穴付ミラー４、５の集光ミラー４ｂ、５ｂが平面ミラー４ｃ、５ｃに代えられている点が異なる。
【００４８】
第１、第２リング状ビーム形成部６、７は、円錐外面ミラー６ａ、７ａと環状集光ミラー６ｃ、７ｃで構成されている。環状集光ミラー６ｃ、７ｃは、曲面（例えば放物線）を円環状に構成した環状放物面からなる放物面ミラーを有し、その放物面ミラーを集光ミラーとして、断面リング状の円錐外面ミラー６ａ、７ａで反射されたディスク状ビーム１５、１６を反射集光し、集光ビーム２０、２１とするようになっている。この反射集光によって、集光ビーム２０、２１の進行方向に直行する断面が徐々に小さくなり、その断面における光強度分布が、焦点に至るまで徐々に強められるようになっている。
【００４９】
また、第１、第２穴付ミラー４、５の平面ミラー４ｃ、５ｃは、第１、第２リング状ビーム形成部６、７によって集光されつつある集光ビーム２０、２１の進行方向を変更する。これにより、第１、第２穴付ミラー４、５にて例えば９０°角度を変えられた集光ビーム２２、２３が、被加工物９の加工部分に照射されるようになっている。
【００５０】
以上説明したように、第１、第２リング状ビーム形成部６、７にレーザビーム１０、１１を集光する機能を持たせ、第１、第２穴付ミラー４、５では集光ビーム２０、２１の角度調整のみが行われるようにすることも可能である。
【００５１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図３は、本実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示している。以下、図３に基づき本実施形態のレーザ加工装置について説明するが、図１に示した第１実施形態のレーザ加工装置とほぼ同様の構成であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００５２】
本実施形態では、第１実施形態に対して、第１、第２リング状ビーム形成部６、７の円錐外面ミラー６ａ、７ａがコーン型集光ミラー６ｄ、７ｄに代えられている点、および、第１、第２穴付ミラー４、５の集光ミラー４ｂ、５ｂが平面ミラー４ｃ、５ｃに代えられている点が異なる。
【００５３】
第１、第２リング状ビーム形成部６、７は、コーン型集光ミラー６ｄ、７ｄと円錐内面ミラー６ｂ、７ｂで構成されている。コーン型集光ミラー６ｄ、７ｄは、曲面（例えば放物線）を円環状に構成した放物面からなる放物面ミラーを有し、その放物面ミラーを集光ミラーとして、第１、第２レーザビーム照射部１、２からのレーザビーム１０、１１を反射して集光ビーム３０、３１とするようになっている。この反射された集光ビーム３０、３１が円錐内面ミラー６ｂ、７ｂによって反射されることで、進行方向の角度が変えられる。これにより、断面リング状の集光ビーム３２、３３が形成され、レーザビームの進行方向に直行する断面が徐々に小さくなり、その断面における光強度分布が、焦点に至るまで徐々に強められるようになっている。
【００５４】
また、第１、第２穴付ミラー４、５の平面ミラー４ｃ、５ｃは、第１、第２リング状ビーム形成部６、７によって集光されつつある集光ビーム３２、３３の進行方向を変更する。これにより、第１、第２穴付ミラー４、５にて例えば９０°角度を変えられた集光ビーム３４、３５が、被加工物９の加工部分に照射されるようになっている。
【００５５】
以上説明したように、第１、第２リング状ビーム形成部６、７にレーザビーム１０、１１を集光する機能を持たせ、第１、第２穴付ミラー４、５では集光ビーム３２、３３の角度調整のみが行われるようにすることも可能である。
【００５６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図４は、本実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示している。以下、図４に基づき本実施形態のレーザ加工装置について説明するが、図１に示した第１実施形態のレーザ加工装置とほぼ同様の構成であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００５７】
本実施形態では、第１実施形態に対して、第１、第２穴付ミラー４、５の集光ミラー４ｂ、５ｂが平面ミラー４ｃ、５ｃに代えられている点、および、第３レーザビーム照射部３からのレーザビーム１２を集光するための集光レンズ８に代えて第１〜第３レーザビーム照射部１〜３すべてのレーザビーム１０〜１２を集光するための集光レンズ４０を備えた点が異なる。
【００５８】
第１、第２穴付ミラー４、５の平面ミラー４ｃ、５ｃは、第１、第２リング状ビーム形成部６、７によって形成されたリング状ビーム１３、１４の進行方向を変更する。これにより、第１、第２穴付ミラー４、５にて例えば９０°角度を変えられたリング状ビーム４１、４２とされる。
【００５９】
また、集光レンズ４０は、第１穴付ミラー４の平面ミラー４ｃと被加工物９との間に配置され、例えば凸レンズによって構成されている。この集光レンズ４０により、第１、第２穴付ミラー４、５によって進行方向が変更されたリング状ビーム４１、４２および第３レーザビーム照射部３からのレーザビーム１２が集光され、集光された集光ビーム４３、４４、４５がほぼ焦点の位置で被加工物９の加工部分に照射されるようになっている。
【００６０】
以上説明したように、第１、第２リング状ビーム形成部６、７および第１、第２穴付ミラー４、５にはレーザビーム１０、１１を集光する機能を持たせず、これらによって形成されるリング状ビーム４１、４２が１つの集光レンズ４０によって集光されるようにすることも可能である。
【００６１】
（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、第１、第２穴付ミラー４、５という２つの穴付ミラーを備えた構成としているが、これらは単なる例示であり、２つ以上の構成とすることも可能である。すなわち、複数の穴付ミラーそれぞれで集光させたレーザビームが各穴付ミラーの穴を通過するような構成とすれば、光学部品などの製作可能寸法の許す限り、いくらでも環状ビームを重畳させることができる。
【００６２】
（２）上記第１〜第４実施形態では、第１、第２レーザビーム照射部１、２から出射されたレーザビーム１０、１１が第１、第２穴付ミラー４、５の穴内を通過するような構成としているが、必ずしもそのような構成とする必要はない。
【００６３】
例えば、第１実施形態を図５のように構成することが可能となる。すなわち、第１実施形態では、第１、第２レーザビーム照射部１、２が共に、第１、第２穴付ミラー４、５の集光ミラー４ｂ、５ｂの裏面側に配置され、円錐外面ミラー６ａ、７ａの反射面と円錐内面ミラー６ｂ、７ｂの反射面とが共に第１、第２レーザビーム照射部１、２側を向くような構成となっている。しかしながら、図５に示されるように、第１、第２レーザビーム照射部１、２を第１、第２穴付ミラー４、５の集光ミラー４ｂ、５ｂの正面側に配置し、円錐外面ミラー６ａ、７ａの反射面を第１、第２レーザビーム照射部１、２側に向け、さらに、円錐内面ミラー６ｂ、７ｂの反射面が第１、第２レーザビーム照射部１、２の反対側を向くような構成とすることも可能である。なお、ここでは、第１〜第４実施形態すべてについて、図５に示されるような他の変形例について説明しないが、これら各実施形態すべてについて、図５と同様の構成とすることが可能である。
【００６４】
もちろん、各集光手段すべてを図５に示されるような構成とする必要はなく、上記第１〜第４実施形態で示した集光手段と図５に示されるような構成を併用することも可能である。
【００６５】
（３）第１〜第３実施形態では、各穴付ミラー４、５の最後尾に集光レンズ８を設けるようにしたが、集光レンズ８以外の集光手段、例えば集光ミラーによってレーザビームを集光するようにしても良いし、最後尾に集光手段を設けなくても良い。
【００６６】
（４）第１〜第３実施形態では、穴付ミラー４、５と溶接棒との組み合わせも可能である。図６に、穴付ミラー４、５と溶接棒５０との組み合わせ例を示す。
【００６７】
この図に示されるように、各穴付ミラー４、５の最後尾から各穴付ミラー４、５の穴４ａ、５ａ内を通過するように溶接棒５０を差し込み、各穴付ミラー４、５を介して集光される集光ビーム１８、１９と溶接棒５０によるアーク放電との組み合わせにより、被加工物の溶接を行うことも可能である。
【００６８】
なお、従来においても溶接棒を用いた溶接装置が存在する。この装置は、図７（ａ）に示されるもので、レーザ６０の伝搬方向に対して斜め横に傾けられた溶接棒６１を用い、斜め横からアーク６２を供給している。本来ならば、レーザ６０によって形成されるキーホール６３内に、そのアーク６２の全エネルギーを供給し、キーホール６３内の電子密度を高め、安定したキーホール６３を維持させるのが理想的であるが、斜め横に溶接棒６１が配置されているために、被加工物６４が遮蔽となり、アークエネルギーの大部分が被加工物６４を溶融するためだけに消費されてしまう。
【００６９】
これに対し、上記のような構成のレーザ加工装置によれば、図７（ｂ）に示されるように、キーホール９ａの直上に溶接棒５０を配置できるために、アーク５１のエネルギーのほとんどを直接キーホール９ａ内に供給でき、安定したレーザ加工が見込める。
【００７０】
（５）上記各実施形態では、各レーザビーム１０、１１の集光手段（第１、第２集光手段）が、第１実施形態では円錐外面ミラー６ａ、７ａおよび円錐内面ミラー６ｂ、７ｂを有する第１、第２リング状ビーム形成部６、７と集光ミラー４ｂ、５ｂを有する第１、第２穴付ミラー４、５、第２実施形態では円錐外面ミラー６ａ、７ａおよび環状集光ミラー６ｃ、７ｃを有する第１、第２リング状ビーム形成部６、７と平面ミラー４ｃ、５ｃを有する第１、第２穴付ミラー４、５、第３実施形態ではコーン型集光ミラー６ｄ、７ｄおよび円錐内面ミラー６ｂ、７ｂを有する第１、第２リング状ビーム形成部６、７と平面ミラー４ｃ、５ｃを有する第１、第２穴付ミラー４、５で構成されている。すなわち、各実施形態ごとに同じ集光手段が採用され、第１リング状ビーム形成部６および第１穴付ミラー４と第２リング状ビーム形成部７および第２穴付ミラー５が同じ構成のものとされている。しかしながら、これらも例示であり、第１リング状ビーム形成部６および第１穴付ミラー４と第２リング状ビーム形成部７および第２穴付ミラー５が異なる構成のものであっても構わない。
【００７１】
（６）上記第１〜第３実施形態では、第１穴付ミラー４と第１リング状レーザ形成部６もしくは第２穴付ミラー５と第２リング状レーザ形成部７に備えられた３つの組からなるミラーのうちいずれか１つに集光機能を持たせるようにしているが、いずれか２つもしくは３つに集光機能を持たせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるレーザビーム装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態におけるレーザビーム装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態におけるレーザビーム装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態におけるレーザビーム装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態におけるレーザビーム装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態における溶接棒を用いたレーザビーム装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の溶接棒を用いたレーザビーム装置と図６に示したレーザビーム装置の溶接時の様子を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１〜３…第１〜第３レーザビーム出射部、４、５…第１、第２穴付ミラー部、４ａ、５ａ…穴、４ｂ、５ｂ…集光ミラー、４ｃ、５ｃ…平面ミラー、６、７…第１、第２リング状ビーム形成部、６ａ、７ａ…円錐外面ミラー、６ｂ、７ｂ…円錐内面ミラー、６ｃ、７ｃ…環状集光ミラー、６ｄ、７ｄ…コーン型集光ミラー、８、４０…集光レンズ、５０…溶接棒。
【図１】
2005186099.tif 000003
【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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