(57)【要約】【課題】レーザ光のうち加工には寄与しない裾野光によって支持軸体が加熱されて、ミラーの走査特性が低下することを防止する。【解決手段】本発明におけるレーザ加工装置１は、ガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置であって、図１に示すように、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源１０と、レーザ光Ｌ１を拡大してレーザ光Ｌ２を出射するビームエキスパンダ２０と、ミラー３１を回動させて光走査を行うガルバノミラー装置３０と、収束レンズ４０とを備えている。ビームエキスパンダ２０とミラー３１との間には、レーザ光Ｌ２のうちレーザビームＬ２Ａの外側に位置する裾野光Ｌ２Ｂが支持軸体３３を照射することを防止する遮蔽部材３３が配されている。これにより、支持軸体３３が加熱されて、ミラー３１の走査特性が低下することが防止される。【選択図】図１
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【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、
複数枚のレンズを有し前記レーザ光源からのレーザ光を拡大して出射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出射されたレーザビームを反射させるミラーと、
前記ミラー駆動用のモータと、
前記ミラーを前記モータの回転軸に組み付けるための支持軸体と、
前記ミラーによって反射されたレーザビームを収束させて被加工対象物に向けて照射する収束レンズとを備え、
前記ミラーを前記モータによって駆動することで前記収束レンズから出射されたレーザビームを前記被加工対象物上で走査させて前記被加工対象物に加工を施すレーザ加工装置であって、
前記ミラーが前記ビームエキスパンダの出射側レンズから出射されるビーム径寸法のレーザ光を反射可能に構成され、
前記ビームエキスパンダと前記ミラーとの間には、前記ビームエキスパンダから出射されたレーザビームの外側に位置するレーザ光が前記支持軸体を照射することを防止する遮蔽部材が配されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザビームの径寸法は、前記ビームエキスパンダから出射されたレーザ光のうち光軸に対して直交する面で測定されるガウシアンプロファイルのピーク値の1/e2（13.5％）以上のビーム強度の幅で定義されるビーム径である請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記遮蔽部材は、前記支持軸体の近傍のうち前記ミラーが前記モータによって駆動される時に前記ミラーと干渉しない位置に最も寄せて配されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材は、前記モータに一体的に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記遮蔽部材は、前記ビームエキスパンダから出射されたレーザビームと同一径の円孔を有し、かつ前記円孔が前記レーザビームと同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに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、ガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置の一般的構造として、下記特許文献１に記載のものが知られている。このものは、レーザ光源から出射されたレーザ光を拡大して所定の径寸法のレーザビームを生成するビームエキスパンダを有するレーザ発振器と、このビームエキスパンダから出射されたレーザビームの光軸を含む基準面に対してレーザビームの光軸回りに傾けて配置されたスキャナ回転軸を有する第１ガルバノスキャナと、この第１ガルバノスキャナから出射されたレーザビームを収束レンズに向けて反射させる第２ガルバノスキャナとを備えている。第１ガルバノスキャナは、ビームエキスパンダから出射されたレーザビームを反射させるミラーと、ミラー駆動用のモータと、ミラーをモータの回転軸に組み付けるための支持軸体とから構成されている。
【特許文献１】特開２００２−１０７６５２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般にレーザ加工装置においては、ビームエキスパンダから出射されたレーザ光径のうち1/e2(13.5%)で定義されるビーム径のレーザビームが使用されることが多い。このようにしてビーム径が限定されたレーザビームを使用する理由は、ミラーの径寸法を小さくして軽量化することで、イナーシャを低減させ、動作速度の高速化を図るためである。したがって、ミラーの径寸法は、レーザビームの径寸法とほぼ同じかやや大きめに設計される。しかしながら、レーザビームの外側には依然としてレーザ光が存在しており、このレーザ光の光路上には、上記と同様の理由により、ミラーと支持軸体との接続部分が位置している。このため、支持軸体がレーザビームの外側に位置するレーザ光によって照射されることで、ミラーと支持軸体との接続部分が熱膨張等の影響を受けて走査特性が不安定（ミラー共振点の変動）になるという問題がある。本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ビームエキスパンダから出射されたレーザビームの外側に位置するレーザ光によって支持軸体が加熱されて、ミラーの走査特性が低下することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、複数枚のレンズを有し前記レーザ光源からのレーザ光を拡大して出射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出射されたレーザビームを反射させるミラーと、前記ミラー駆動用のモータと、前記ミラーを前記モータの回転軸に組み付けるための支持軸体と、前記ミラーによって反射されたレーザビームを収束させて被加工対象物に向けて照射する収束レンズとを備え、前記ミラーを前記モータによって駆動することで前記収束レンズから出射されたレーザビームを前記被加工対象物上で走査させて前記被加工対象物に加工を施すレーザ加工装置であって、前記ミラーが前記ビームエキスパンダの出射側レンズから出射されるビーム径寸法のレーザ光を反射可能に構成され、前記ビームエキスパンダと前記ミラーとの間には、前記ビームエキスパンダから出射されたレーザビームの外側に位置するレーザ光が前記支持軸体を照射することを防止する遮蔽部材が配されている構成としたところに特徴を有する。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記レーザビームの径寸法は、前記ビームエキスパンダから出射されたレーザ光のうち光軸に対して直交する面で測定されるガウシアンプロファイルのピーク値の1/e2（13.5％）以上のビーム強度の幅で定義されるビーム径であるところに特徴を有する。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記遮蔽部材は、前記支持軸体の近傍のうち前記ミラーが前記モータによって駆動される時に前記ミラーと干渉しない位置に最も寄せて配されているところに特徴を有する。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記遮蔽部材は、前記モータに一体的に設けられているところに特徴を有する。
【０００８】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記遮蔽部材は、前記ビームエキスパンダから出射されたレーザビームと同一径の円孔を有し、かつ前記円孔が前記レーザビームと同軸上に配置されているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によると、レーザビームの外側に位置するレーザ光が遮蔽部材によって遮蔽されて、支持軸体が照射されることが防止される。この結果、ミラーと支持軸体との接続部分が熱膨張等の影響を受けず、ミラーの走査特性を良好に保持することができる。
【００１０】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によると、ミラーの径寸法を1/e2で定義されるビーム径とほぼ同じかやや大きめにすることができる。したがって、ミラーを軽量化することが可能となり、ミラーのイナーシャ低減と動作速度の高速化を図ることができる。
【００１１】
＜請求項３の発明＞
遮蔽部材を配したとしても、遮蔽部材と支持軸体との間の距離が長くなると、遮蔽部材においてレーザビームの外側に位置するレーザ光が回折によって支持軸体側へ向きを変え、支持軸体が照射され、加熱されてしまう。その点、請求項３の発明によると、回折したレーザ光によって支持軸体が照射される量を低減することができる。
【００１２】
＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によると、例えば共通のシャーシーにモータと遮蔽部材とを別々に取り付ける構成に比べて、取付け誤差の累積がないため、遮蔽部材とモータとの位置関係を一定に保つことができる。この結果、ひいては遮蔽部材とミラーとの間の位置関係を高い精度で一定に保つことができるから、支持軸体にレーザ光が照射されることを確実に防止できる。また、遮蔽部材とモータとがユニット化されるから、両者の位置関係を高い精度で維持しながら、取り扱いが容易になる。
【００１３】
＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によると、ミラーの外周部分に位置する環状領域にレーザビームの外側に位置するレーザ光が照射されることが防止される。この結果、ミラーの外周部分が加熱され、ここからミラーと支持軸体との接続部分へ熱が伝わって熱膨張等の熱的影響を生じさせることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１または図２によって説明する。本実施形態におけるレーザ加工装置１は、ガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置であって、図１に示すように、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源１０と、レーザ光Ｌ１を拡大してレーザ光Ｌ２を出射するビームエキスパンダ２０と、ミラー３１を回動させて光走査を行うガルバノミラー装置３０と、収束レンズ４０とを備えている。また、ガルバノミラー装置３０は、Ｘ軸走査用ガルバノミラー装置とＹ軸走査用ガルバノミラー装置とからなる２軸のガルバノミラー装置とされており（図１および図２においては、図面の簡略化のため、１軸のガルバノミラー装置としてある）、それぞれのミラー３１，３１を回動動作させることにより、被加工対象物Ｗの表面に所望の文字・記号・図形等のマーキングを行うことが可能とされている。尚、図１および図２においては、図面の簡略化のため、ハウジング、制御機構およびその他の部材を省略してある。
【００１５】
レーザ光源１０は例えばＣＯ２レーザ光源であって、レーザ光Ｌ１がビームエキスパンダ３に向けて出射されるようになっている。尚、レーザ光源１０は、ＣＯ２レーザ光源以外にも、光ファイバレーザ光源や半導体レーザ光源等も使用可能である。レーザ光Ｌ１は不可視光であり、加工開始時の位置決め作業等においては、レーザ光Ｌ１の加工位置を示すために可視光からなるガイド光（図示しない）が用いられている。
【００１６】
レーザ光Ｌ１およびＬ２は断面略円形とされており、レーザ光Ｌ２のうち光軸に対して直交する面で測定されるガウシアンプロファイルのピーク値の1/e2（13.5％）以上のビーム強度の幅で定義されるビーム径のレーザ光をレーザビームＬ２Ａとし、レーザ光Ｌ２のうちレーザビームＬ２Ａの径方向外側に位置するレーザ光を裾野光Ｌ２Ｂとする。本実施形態では、ミラー３１を軽量化してイナーシャを低減し、動作速度の高速化を図るため、レーザ光Ｌ２よりも径寸法の小さいレーザビームＬ２Ａを用いてレーザ加工を行うようにされている。
【００１７】
ビームエキスパンダ２０は、レーザ光源１０側に配されている入射側レンズ２１と、ガルバノミラー装置３０側に配されている出射側レンズ２２とを有している。入射側レンズ２１は、入射側の面がレーザ光Ｌ１の光軸に対して直交する水平面とされ、出射側の面が内方に凹んだ形態の凹面とされている。出射側レンズ２２は、入射側と出射側の両面が凸面とされている。レーザ光源２から出射されたレーザ光Ｌ１は、入射側レンズ２１を通過することで拡大され、この拡大されたレーザ光が出射側レンズ２２を通過することで所定の径寸法となった平行光のレーザ光Ｌ２を生成することが可能となっている。したがって、入射側レンズ２１と出射側レンズ２２との間の距離は、レーザ光Ｌ２が所定の径寸法となるように設定されている。レーザ光Ｌ２は、出射側レンズ２２から所定の径寸法を保ちつつガルバノミラー装置３０に向けて出射されるようになっている。
【００１８】
ガルバノミラー装置３０は、図２に示すように、略方形の板状をなし、レーザビームＬ２Ａを反射させるミラー３１と、ミラー３１駆動用のモータ３２と、ミラー３１をモータ３２の回転軸に組み付けるための支持軸体３３と、モータ３２が固定されている台座３４とを備えている。
ミラー３１は、図１に示すように、レーザビームＬ２Ａの光軸Ｐ１を含む基準面に対して傾きθの角度（図１では略４５°）をもってレーザビームＬ２Ａの光路上に設置され、ビームエキスパンダ２０の出射側レンズ２２の最大径寸法よりも小さなビーム径のレーザ光Ｌ２を反射可能に構成されている。ミラー３１は、レーザビームＬ２Ａの全光量を反射可能で、かつミラー３１を少しでも軽量化してミラー３１の幅寸法Ｒ２を小さくする必要がある。したがって、ミラー３１の幅寸法Ｒ２は、ミラー３１のうちレーザビームＬ２Ａを反射している反射面３１Ａの径寸法をＲ３（Ｒ３＝Ｒ１／ｓｉｎθ）としたときに、Ｒ３とほぼ同じかやや大きめとなるように設定されている。
【００１９】
モータ３２は、通電操作により回動可能な回転軸（図示しない）を備えており、この回転軸には、同軸で支持軸体６が組み付けられている。支持軸体６の先端部分には、図２に示すように、支持軸体６の軸心を通る平面に沿って切り欠かれることで、一対の挟持部３３Ａ，３３Ａが対向状態で設けられている。両挟持部３３Ａ，３３Ａは、樹脂製の接着剤を介してミラー３１の下端縁部を板厚方向から挟み付けることでミラー３１を固定している。両挟持部３３Ａ，３３Ａは、ミラー３１の軽量化のため、反射面３１Ａの外縁部に隣接する位置に配されており、ミラー３１の高さ寸法Ｒ４が少しでも小さくなるようにしてある。
【００２０】
収束レンズ４０は、ミラー３１によって反射されたレーザビームＬ２Ａを収束させて被加工対象物Ｗに向けて照射するためのものである。被加工対象物Ｗは、収束レンズ４０から出射されたレーザビームＬ２Ａの焦点位置となるように高さが設定されている。これにより、ミラー３１をモータ３２によって駆動することで収束レンズ４０から出射されたレーザビームＬ２Ａを被加工対象物Ｗ上で走査させてレーザ加工を行うことが可能とされている。
【００２１】
ビームエキスパンダ２０とミラー３１との間には、金属製で、かつレーザビームＬ２Ａと同一径の円孔３５Ａを有する遮蔽部材３５が配されている。円孔３５Ａは遮蔽部材３５を厚さ方向に貫通して設けられ、レーザビームＬ２Ａと同軸上に設置されているため、裾野光Ｌ２Ｂが支持軸体３３の挟持部３３Ａを照射することが防止されるようになっている。また、遮蔽部材３５は、支持軸体３３の近傍のうちミラー３１がモータ３２によって駆動される時にミラー３１と干渉しない位置に最も寄せて配されている。このため、裾野光Ｌ２Ｂが遮蔽部材３５において回折することによって支持軸体３３側へ向きを変え、挟持部３３Ａが照射される量を低減することができる。さらに、遮蔽部材３５は、図２に示すように、ガルバノミラー装置３０の台座３４上に固定されている。これにより、ミラー３１と遮蔽部材３５との位置関係を一定に保つことができる。
【００２２】
本実施形態においては、遮蔽部材３５のうち裾野光Ｌ２Ｂが照射される照射面３５Ｂには吸光性の塗料（つや消し黒等）が塗布されている。このため、裾野光Ｌ２Ｂを照射面３５Ｂで吸収することができ、裾野光Ｌ２Ｂが照射面３５Ｂで反射することが防止される。尚、裾野光Ｌ２Ｂを遮蔽する手段としては、遮蔽部材３５に代えて、反射ミラーを設置し、この反射ミラーによって反射された裾野光Ｌ２Ｂを他の場所で吸収する等してもよい。要するに、裾野光Ｌ２Ｂを遮蔽して支持軸体３３が照射されることを防止することができれば、他の方法であってもよい。
【００２３】
本実施形態は以上のような構造であって、続いてその作用を説明する。
レーザ光源１０からレーザ光Ｌ１をビームエキスパンダ２０の入射側レンズ２１に向けて出射すると、入射側レンズ２１によってレーザ光Ｌ１が拡大されて出射側レンズ２２によって平行光とされて所定の径寸法のレーザ光Ｌ２が生成される。レーザ光Ｌ２のうちレーザビームＬ２Ａは、遮蔽部材３５の円孔３５Ａを通過し、ガルバノミラー装置３０のミラー３１に反射されて収束レンズ４０に向けて出射される。レーザビームＬ２Ａは、収束レンズ４０によって収束され、焦点位置において被加工対象物Ｗ上に照射される。一方、裾野光Ｌ２Ｂは、遮蔽部材３５の照射面３５Ｂ上で吸光性の塗料によって吸収される。これにより、裾野光Ｌ２Ｂによって支持軸体３５の挟持部３３Ａが照射されることが防止される。
【００２４】
以上のように本実施形態においては、次に示す効果を奏することができる。
１．裾野光Ｌ２Ｂが遮蔽部材３５の照射面３５Ｂによって遮蔽されて、支持軸体３３が照射されることが防止される。この結果、ミラー３１と支持軸体３３の挟持部３３Ａとの接続部分が熱膨張等の影響を受けず、ミラー３１の走査特性を良好に保持することができる。
【００２５】
２．ミラー３１の径寸法Ｒ２を1/e2で定義されるビーム径とほぼ同じかやや大きめにすることができる。したがって、ミラー３１を軽量化することが可能となり、ミラー３１のイナーシャ低減と動作速度の高速化を図ることができる。
【００２６】
３．遮蔽部材３５によってレーザ光を遮蔽する場合、微視的に見れば、遮蔽部材３５の円孔３５Ａの内周縁において僅かな光の回折現象が発生することは避けられない。このような回折が起こると、遮蔽部材３５の円孔３５Ａを貫通したレーザ光が遮蔽部材３５から離れるにつれて広がり、結局、支持軸体３３の挟持部３３Ａに照射されてしまうことになる。これに対して、本実施例では、遮蔽部材３５は、支持軸体３３の近傍のうちミラー３１がモータ３２によって駆動される時にミラー３１と干渉しない位置に最も寄せて配されているから、回折した裾野光Ｌ２Ｂによって支持軸体３３が照射される量を最小限に低減することができ、裾野光Ｌ２Ｂの遮蔽を効率よく行うことができる。
【００２７】
４．本実施形態では、例えば共通のシャーシーにモータと遮蔽部材とを別々に取り付ける構成に比べて、取付け誤差の累積がないため、遮蔽部材３５とモータ３２との位置関係を一定に保つことができる。このことは、ひいては遮蔽部材３５とミラー３１との間の位置関係を高い精度で一定に保つことができることを意味するから、支持軸体３３にレーザ光が照射されることを確実に防止できる。また、遮蔽部材３５とモータ３２とがユニット化されるから、両者の位置関係を高い精度で維持しながら、取り扱いが容易になる。
【００２８】
５．裾野光Ｌ２Ｂによってミラー３１のうち反射面３１Ａの外周部分が加熱されることを防止できるから、反射面３１Ａの外周部分ひいてはミラー３１と支持軸体３３との接続部分の温度上昇を抑制できる。
【００２９】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３０】
（１）本実施形態においては、支持軸体３３の挟持部３３Ａとミラー３１とを接着剤を用いて固定したものを例示しているが、本発明によると、ねじやボルト等を用いて機械的に接続することも可能である。
（２）本実施形態においては、レーザビームＬ２Ａの径寸法Ｒ１を1/e2で定義されるビーム径となるように設定しているが、本発明によれば、ミラー３１が出射側レンズ２２の最大径寸法よりも小さなレーザ光Ｌ２を反射可能に構成されていればよく、径寸法Ｒ１は1/e2で定義されるビーム径に限定されない。
【００３１】
（３）本実施形態においては、遮蔽部材３５が支持軸体３３の近傍のうちミラー３１がモータ３２によって駆動される時にミラー３１と干渉しない位置に最も寄せて配されているものの、本発明によると、遮蔽部材３５はビームエキスパンダ２０とミラー３１との間において裾野光Ｌ２Ｂが支持軸体３３を照射することを防止可能な位置であればよい。このような構成をとる場合、裾野光Ｌ２Ｂの回折光を遮蔽する手段を別途設けておくことが望ましい。
【００３２】
（４）本実施形態においては、遮蔽部材３５が、ガルバノミラー装置３０の台座３４上に固定されたものを例示しているが、本発明によると、遮蔽部材３５は、他の部材に固定されたものであってもよい。
（５）本実施形態においては、遮蔽部材３５の照射面３５Ｂが、レーザビームＬ２Ａの径方向外側部分を全周に沿って連続して設けられているものを例示しているが、本発明によれば、遮蔽部材の照射面３５Ｂは必ずしも全周に沿って連続している必要はなく、支持軸体３３とミラー３１との接続部分だけをビームエキスパンダ２０のレーザ光の出射側から隠すようにして、その接続部分にレーザ光が照射されることを防止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態１におけるレーザ加工装置を示す一部切り欠き平面図
【図２】その遮蔽部材により裾野光によって支持軸体が照射されることが防止されている状態を示す斜視図
【符号の説明】
【００３４】
１…レーザ加工装置
１０…レーザ光源
２０…ビームエキスパンダ
２２…出射側レンズ
３１…ミラー
３２…モータ
３３…支持軸体
３５…遮蔽部材
３５Ａ…円孔
４０…収束レンズ
Ｌ１…レーザ光
Ｌ２…レーザ光
Ｌ２Ａ…レーザビーム
Ｌ２Ｂ…裾野光（レーザビームの外側に位置するレーザ光）
Ｒ１…レーザビームの径寸法
【図１】
2007290024.tif 000003
【図２】
2007290024.tif 000004