(57)【要約】【課題】  固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきによる加工精度の低下を抑制することができ、平らな作業台に載置した際にがたつくのを防止することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】  レーザー光Ｌを生成するレーザー発振器４１と、レーザー光Ｌの照射位置を走査させるＸＹスキャナ４７と、ＸＹスキャナ４７の下方に配置され、ＸＹスキャナ４７から入射するレーザー光Ｌの入射角にかかわらず、ワークＷに向けて出射するレーザー光Ｌの出射角を一定にするテレセントリックレンズ４８と、レーザー発振器４１及びＸＹスキャナ４７を収容する筐体フレーム６０と、筐体フレーム６０の下面よりも面積の小さな設置面を有し、テレセントリックレンズ４８及びレーザー発振器４１間の筐体フレーム６０の下面を支持する支持部材６５０により構成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を生成するレーザー発振器と、
加工対象物上における上記レーザー光の照射位置を２次元方向に走査させるＸＹスキャナと、
上記ＸＹスキャナの下方に配置され、上記ＸＹスキャナから入射する上記レーザー光の入射角にかかわらず、上記加工対象物に向けて出射する上記レーザー光の出射角を一定にするテレセントリックレンズと、
上記レーザー発振器及び上記ＸＹスキャナを収容する筐体と、
上記筐体の下面よりも面積の小さな設置面を有し、上記テレセントリックレンズ及び上記レーザー発振器間の上記筐体下面を支持する支持部材とを備えたことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
上記レーザー光の焦点距離を制御するＺスキャナを備え、
上記筐体は、略直線上に整列した状態で、上記レーザー発振器、上記Ｚスキャナ及び上記ＸＹスキャナを収容することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
上記テレセントリックレンズは、レンズ鏡筒の一部が上記筐体下面から突出するように配置され、
上記支持部材は、上記筐体下面から上記テレセントリックレンズの光軸方向に延びる複数の支持脚と、上記支持脚が固着される取付プレートとからなり、上記取付プレートが上記レンズ鏡筒の下端よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
上記支持部材は、３つの上記支持脚及び上記取付プレートからなることを特徴とする請求項３に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
上記取付プレートは、その下面が平面加工されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
上記支持部材は、長さを調整することができる上記支持脚を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
上記支持脚のいずれか１つは、長さが固定されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置に係り、さらに詳しくは、レーザー光を照射して加工対象物の加工を行うレーザー加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーマーカは、レーザー光を照射することにより加工対象物（ワーク）を加工するレーザー加工装置であり、レーザー光の照射位置を走査させることにより、ワーク上に文字、記号、図形などを印字することができる。
【０００３】
この種のレーザー加工装置は、金属などの遮光性部材からなる防塵構造のヘッド筐体を有し、レーザー光を出射させるための光学系を当該ヘッド筐体内に収容することにより、レーザー光の漏出を防止するとともに、粉塵などの影響による性能劣化を防止している。例えば、加工用のレーザー光を生成するレーザー発振器やレーザー光を走査させるスキャナが、ヘッド筐体内に収容されている。
【０００４】
一般に、レーザー加工装置は、指定された加工条件に従って正しく加工を行うため、ヘッド筐体を作業台などに固定した状態で、レーザー光の照射位置の調整が行われる。例えば、ヘッド筐体の下面が平らな作業台に載置される（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されたレーザー加工装置では、ヘッド筐体の下面が平らに加工され、必要な面精度（平面度）を確保することにより、作業台上に載置されたヘッド筐体ががたつくのを防止している。
【０００５】
ここで、加工精度を向上させるために、ヘッド筐体内において、レーザー発振器、Ｚスキャナ及びＸＹスキャナを直線上に配置することが考えられる。この様な直線配置を採用することにより、レーザー光を固定ミラーで屈曲させる回数を減らし、固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきの影響によってレーザー光の特性が劣化するのを防止することができる。
【０００６】
この様なレーザー加工装置では、ヘッド筐体の下面に対し、従来よりも高い面精度が要求される。ところが、直線配置を採用することによってヘッド筐体が長くなり、ヘッド筐体の下面全体を均一に平面加工し、一定レベル以上の面精度を確保するのが難しくなる。つまり、ヘッド筐体を作業台上に載置した場合に、作業台が十分に平らであってもヘッド筐体ががたつき、加工精度を低下させてしまうという問題が生じる。
【０００７】
なお、ヘッド筐体の４隅に突起を設け、突起を作業台に当接させることにより４点でヘッド筐体を支持させることが考えられるが、突起の設計誤差や高さのばらつきによってヘッド筐体のがたつきを解消するのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−７８２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高精度のレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。特に、固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきによる加工精度の低下を抑制することができるとともに、平らな作業台に載置した場合にがたつくのを防止することができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、水平な床であっても設置することができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。さらに、傾斜した作業台上であっても水平に設置することができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光を生成するレーザー発振器と、加工対象物上における上記レーザー光の照射位置を２次元方向に走査させるＸＹスキャナと、上記ＸＹスキャナの下方に配置され、上記ＸＹスキャナから入射する上記レーザー光の入射角にかかわらず、上記加工対象物に向けて出射する上記レーザー光の出射角を一定にするテレセントリックレンズと、上記レーザー発振器及び上記ＸＹスキャナを収容する筐体と、上記筐体の下面よりも面積の小さな設置面を有し、上記テレセントリックレンズ及び上記レーザー発振器間の上記筐体下面を支持する支持部材とを備えて構成される。
【００１２】
このレーザー加工装置は、レーザー光を加工対象物に向けて出射させる出射光学系として、テレセントリックレンズを採用することにより、ＸＹスキャナがレーザー光を２次元走査させても、加工対象物に対し一定の角度でレーザー光を照射することができるので、レーザー加工の精度を向上させることができる。さらに、レーザー発振器及びＸＹスキャナを収容する筐体に対し、テレセントリックレンズとレーザー発振器との間の筐体下面を支持部材で支持することにより、支持部材を作業台に取り付けた場合に、支持部材の設置面が筐体の下面よりも面積が小さくてもバランス良く筐体を支持させることができる。しかも、筐体の下面全体を設置面とする場合に比べ、作業台に当接させる設置面の面精度を容易に確保することができ、平らな作業台に載置した場合にがたつくのを防止することができる。
【００１３】
第２の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記レーザー光の焦点距離を制御するＺスキャナを備え、上記筐体が、略直線上に整列した状態で、上記レーザー発振器、上記Ｚスキャナ及び上記ＸＹスキャナを収容するように構成される。このレーザー加工装置は、レーザー発振器、Ｚスキャナ及びＸＹスキャナを略直線上に配置することにより、レーザー発振器及びＸＹスキャナ間にレーザー光の光路を屈曲させるための固定ミラーを配置することなく構成される。このため、固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきによる加工精度の低下を抑制することができる。さらに、Ｚスキャナの存在によって筐体の長さがより長くなるが、テレセントリックレンズとレーザー発振器との間を支持部材で支持するので、容易にバランスをとることができる。
【００１４】
第３の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記テレセントリックレンズが、レンズ鏡筒の一部が上記筐体下面から突出するように配置され、上記支持部材が、上記筐体下面から上記テレセントリックレンズの光軸方向に延びる複数の支持脚と、上記支持脚が固着される取付プレートとからなり、上記取付プレートが上記レンズ鏡筒の下端よりも下方に配置されているように構成される。
【００１５】
このレーザー加工装置では、支持脚が固着される取付プレートがテレセントリックレンズのレンズ鏡筒の下端よりも下方に配置されるので、水平な床であっても安全に設置することができる。
【００１６】
第４の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記支持部材が、３つの上記支持脚及び上記取付プレートからなるように構成される。この様な構成によれば、取付プレートを作業台に取り付けた際に、筐体をバランス良く支持させることができる。
【００１７】
第５の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記取付プレートの下面が平面加工されているように構成される。この様な構成によれば、取付プレートを平らな作業台に取り付けた際に、取付プレートががたつくのを防止することができる。
【００１８】
第６の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記支持部材が、長さを調整することができる上記支持脚を有するように構成される。この様な構成によれば、支持脚の長さを調整することにより、傾斜した作業台上であっても水平に設置することができる。
【００１９】
第７の本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加えて、上記支持脚のいずれか１つが、長さが固定されているように構成される。この様な構成によれば、長さが固定されている支持脚を基準にして、他の支持脚の長さを調整することにより、筐体の傾きを容易に矯正することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるレーザー加工装置では、固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきによる加工精度の低下を抑制することができる。また、レーザー光を加工対象物に向けて出射させる出射光学系として、テレセントリックレンズを採用することにより、ＸＹスキャナがレーザー光を２次元走査させても、加工対象物に対し一定の角度でレーザー光を照射することができるので、レーザー加工の精度を向上させることができる。さらに、筐体の下面全体を設置面とする場合に比べ、作業台に当接させる設置面の面精度を容易に確保することができ、平らな作業台に載置した場合にがたつくのを防止することができる。
【００２１】
また、本発明によるレーザー加工装置では、支持脚が固着される取付プレートがテレセントリックレンズのレンズ鏡筒の下端よりも下方に配置されるので、水平な床であっても安全に設置することができる。さらに、支持脚の長さを調整することにより、傾斜した作業台上であっても水平に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態によるレーザーマーカ２０を含むレーザーマーキングシステム１の概略構成の一例を示したシステム図である。
【図２】図１のレーザーマーカ２０の詳細構成を示したブロック図である。
【図３】図２のテレセントリックレンズ４８の作用の一例を示した説明図である。
【図４】図２の光学ユニット４１〜４８，５１〜５６の空間的配置を示した図である。
【図５】図１のマーカヘッド２１の内部構造を示した斜視図である。
【図６】図５の筐体フレーム６０の詳細構成を示した斜視図である。
【図７】図５の支持脚６５の詳細構成を示した斜視図である。
【図８】図５のアタッチメントプレート６６の詳細構成を示した斜視図である。
【図９】図７の支持脚６５を図８のアタッチメントプレート６６に取り付けて構成される支持部材６５０を示した斜視図である。
【図１０】図６の筐体フレーム６０の下面を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜レーザーマーキングシステム１＞
図１は、本発明の実施の形態によるレーザー加工装置を含むレーザーマーキングシステム１の概略構成の一例を示したシステム図であり、レーザー加工装置の一例としてレーザーマーカ２０が示されている。このレーザーマーキングシステム１は、レーザー光Ｌを照射してワークＷを加工するレーザーマーカ２０と、その加工条件を編集するための端末装置１０とにより構成される。また、レーザーマーカ２０は、レーザー光Ｌの生成及び走査を行うマーカヘッド２１と、マーカヘッド２１の動作制御を行うマーカコントローラ２２とからなる。
【００２４】
端末装置１０は、レーザーマーカ２０を制御するための装置であり、例えば、レーザーマーカ用のアプリケーションプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータを用いることができる。ユーザは、端末装置１０を用いることにより、レーザーマーカ２０の加工条件を規定する加工設定データを作成し、編集することができる。
【００２５】
マーカコントローラ２２は、端末装置１０から受信した加工設定データに基づいて、マーカヘッド２１の動作制御を行っている。また、レーザー発振用の励起光は、マーカコントローラ２２において生成され、光ファイバー２３を介してマーカヘッド２１へ伝送される。
【００２６】
マーカヘッド２１は、マーカコントローラ２２からの励起光に基づいて、レーザー光Ｌを生成し、ワークＷへ照射する。このとき、マーカコントローラ２２からの制御信号に基づいてレーザー光Ｌの出射軸を走査することにより、ワークＷ上に文字、記号、図形などのシンボルを印字することができる。また、マーカヘッド２１内には、図示しない照明光源及びカメラが内蔵され、当該カメラにより撮影されたワークＷの撮影画像が、マーカコントローラ２２を介して端末装置１０に転送され、ディスプレイ上に表示される。ユーザは、この撮影画像を閲覧することにより、ワークＷ上の加工位置の確認、調整などを行うことができる。
【００２７】
＜レーザーマーカ２０＞
図２は、図１のレーザーマーカ２０の詳細構成を示したブロック図であり、マーカヘッド２１及びマーカコントローラ２２の内部構成の一例が示されている。このレーザーマーカ２０は、テレセントリックレンズ４８を介してレーザー光Ｌを照射することにより、高精度のレーザー加工を行うことができる。
【００２８】
＜マーカコントローラ２２＞
マーカコントローラ２２は、電源３０、励起光生成部３１及び制御部３２からなる。電源３０は、商用電源を利用して、マーカヘッド２１、励起光生成部３１及び制御部３２へ電力を供給する。励起光生成部３１は、レーザー発振のための励起光を生成する。この励起光は、光ファイバー２３を介してマーカヘッド２１に伝送される。制御部３２は、端末装置１０から転送された加工設定データに基づいて励起光生成部３１及びマーカヘッド２１を制御し、レーザー光Ｌの出力制御及び走査制御を行う。
【００２９】
＜マーカヘッド２１＞
マーカヘッド２１は、レーザー発振器４１、ビームサンプラー４２、発振器用シャッタ４３、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６、ＸＹスキャナ４７、テレセントリックレンズ４８、パワーモニタ５１、ガイド光源５２、照明光源５３、ハーフミラー５４、カメラ用シャッタ５５及びカメラ５６により構成される。
【００３０】
レーザー発振器４１は、励起光を吸収してレーザービームからなるレーザー光Ｌを生成するレーザー生成器であり、レーザー媒質、共振器、Ｑスイッチなどによって構成される。ここでは、レーザー発振器４１が、パルス発振する固体レーザー発振器、例えば、ＳＨＧ型レーザー発振器であるものとする。ＳＨＧ型レーザー発振器は、レーザー媒質として、Ｎｄ（ネオジム）がドープされたＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）結晶を用い、第２高調波を利用して波長５３２ｎｍの緑色光を出力する。上記レーザー媒質を励起するための励起光には、波長８０８ｎｍのレーザー光が用いられる。レーザー発振器４１によって生成されたレーザー光Ｌは、ビームサンプラー４２、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏光ビームスプリッタ４６、ＸＹスキャナ４７及びテレセントリックレンズ４８を順に経由してワークＷに照射される。
【００３１】
ビームサンプラー４２は、レーザー発振器４１から出力されるレーザー光Ｌのうち、一定割合をサンプリングビームとして分岐させる光学スプリッタである。例えば、透明基板の表面反射などを利用することにより、入射したレーザー光Ｌの全光量の約３％が分光され、サンプリングビームとしてパワーモニタ５１へ入射される。パワーモニタ５１は、レーザー発振器４１の出力パワーを検出するための光強度検出手段であり、例えば、サーモパイルなどの感熱素子からなり、その検出結果はレーザー発振器４１の出力制御に用いられる。
【００３２】
発振器用シャッタ４３は、レーザー光Ｌの出射経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Ｌの漏出を防止する漏出防止用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ４６よりも上流側に配置される。ここでは、ビームサンプラー４２及びミキシングミラー４４間に発振器用シャッタ４３が設けられ、レーザー光Ｌの出力制御信号に基づいて、レーザー光Ｌの照射時を除き、レーザー光Ｌの出射経路を遮断している。このため、カメラ５６によるワークＷの撮影時には、レーザー光Ｌの出射経路が、発振用シャッタ４３により遮断されている。
【００３３】
ミキシングミラー４４は、ガイド光の出射軸をレーザー光Ｌの出射軸と略一致させる光混合用光学スプリッタであり、レーザー発振器４１からのレーザー光Ｌを透過させ、ガイド光源５２からのガイド光を反射させることにより、ともにＺスキャナ４５へ送り出している。ガイド光源５２は、加工位置をワークＷ上に表示するガイド光を生成する光源装置であり、ＬＤ（レーザーダイオード）などの発光素子からなる。ガイド光の点灯制御と、ガイド光の出射軸の高速スキャンとによって、印字しようとするシンボルパターンを照射スポットの残像として視認させることができる。
【００３４】
Ｚスキャナ４５は、レーザー光Ｌのビーム径を調整するビーム径制御手段であり、ビーム径の拡大率を調整することにより、レーザー光Ｌの焦点距離を制御している。このＺスキャナ４５は、レーザー光Ｌの光軸上に配置された２枚のレンズからなり、これらのレンズの相対距離を変化させることにより、例えば、入射されるレーザー光Ｌのビーム径２ｍｍφを最大８ｍｍφまで拡大させることができる。レーザー光Ｌのビーム径を拡大すれば、焦点距離が長くなり、ワークＷ上のスポット径が拡大する。この様にしてレーザー光Ｌのスポット径を拡大させることにより、スポット内におけるエネルギー密度を低下させるデフォーカス制御を行うことができる。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ４６は、レーザー光Ｌの出射経路上であって、ＸＹスキャナ４７よりも上流側に配置され、Ｚスキャナ４５からのレーザー光Ｌを透過させる一方、カメラ５６の受光軸をレーザー光Ｌの出射軸と略一致させるカメラ用光学スプリッタである。すなわち、ワークＷによる反射光のうち、テレセントリックレンズ４８に入射してレーザー光Ｌの出射経路を遡る戻り光は、偏光ビームスプリッタ４６で反射されることにより、レーザー光Ｌの出射軸から分離され、カメラ５６の方へ向かう。また、偏光ビームスプリッタ４６は、ハーフミラー５４を介して入射される照明光をＸＹスキャナ４７に向けて反射し、照明光の出射軸をレーザー光Ｌの出射軸と一致させている。例えば、レーザー発振器４１により、Ｐ偏光のレーザー光Ｌが生成される場合、Ｐ偏光成分を選択的に透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる偏光ビームスプリッタ４６を用いることにより、レーザー光Ｌを通過させる一方、Ｓ偏光成分を含む戻り光及び照射光をそれぞれ反射させることができる。
【００３６】
ＸＹスキャナ４７は、レーザー光Ｌの出射光軸を２次元走査させる走査装置であり、レーザー光Ｌを反射させる走査用ミラーなどの光学系と、走査用ミラーを回動させる駆動部からなる。走査用ミラーは、ガルバノミラーと呼ばれ、レーザー光Ｌの出射経路上に配置される。このＸＹスキャナ４７は、マーカコントローラ２２からの位置制御信号に基づいて、上記走査用ミラーを回動させる。ＸＹスキャナ４７により、ワークＷ上におけるレーザー光Ｌの照射位置がＸＹ方向に走査される。
【００３７】
テレセントリックレンズ４８は、レーザー光ＬをワークＷに向けて出射させる出射光学系であり、レーザー光Ｌの出射経路においてＸＹスキャナ４７よりも下流側、すなわち、ワークＷ側に配置される。このテレセントリックレンズ４８は、複数の光学レンズやカバーガラスによって構成され、ワークＷ側の画角が略０°となるオブジェクト側テレセントリック光学系からなる。つまり、テレセントリックレンズ４８は、レーザー光Ｌの入射角度に関わらず、レーザー光の主光線がレンズ光軸と略平行となるように、ワークＷに向けてレーザー光Ｌを出射させる。
【００３８】
照明光源５３は、ワークＷを照明するための照明光を生成する光源装置であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子からなる。この照明光源５３は、少なくともレーザー光Ｌと略同一の波長を含む照明光を生成し、ハーフミラー５４へ出射する。
【００３９】
ハーフミラー５４は、カメラ５６の受光経路上に配置され、偏光ビームスプリッタ４６からの戻り光を透過させる一方、照明光の出射軸をカメラ５６の受光軸と略一致させる照明用光学スプリッタである。すなわち、偏光ビームスプリッタ４６からの戻り光を透過させ、カメラ５６に入射する一方、照明光源５３からの照明光を偏光ビームスプリッタに向けて反射する。
【００４０】
カメラ用シャッタ５５は、カメラ５６の受光経路を開閉可能に遮断し、レーザー光Ｌの照射時に戻り光がカメラ５６に入射するのを防止するためのカメラ保護用遮断手段であり、偏光ビームスプリッタ４６よりも上流側に配置される。ここでは、ハーフミラー５４及びカメラ５６間にカメラ用シャッタ５５が設けられ、レーザー光Ｌの出力制御信号に基づいて開閉され、少なくともレーザー光Ｌの照射期間中は、カメラ５６の受光経路を遮断している。このため、レーザー照射のタイミングと、カメラ撮影のタイミングを異ならせれば、レーザー光Ｌの戻り光によってカメラ５６が損傷を受けるのを防止することができる。
【００４１】
カメラ５６は、ワークＷを撮影し、撮影画像を生成するための撮像ユニットであり、マーカコントローラ２２からの撮像制御信号に基づいて撮影を行い、得られた撮影画像をマーカコントローラ２２へ出力する。ここでは、カメラ５６が、レーザー光と略同一の波長を受光し、撮影画像を生成しているものとする。
【００４２】
＜テレセントリックレンズ４８＞
図３は、図２のテレセントリックレンズ４８の作用の一例を示した説明図である。図中の（ａ）には、印字可能エリアの中央にレーザー光Ｌを照射する場合、（ｂ）には、印字可能エリアの左端付近にレーザー光Ｌを照射する場合、（ｃ）には、印字可能エリアの右端付近にレーザー光Ｌを照射する場合がそれぞれ示されている。
【００４３】
このテレセントリックレンズ４８は、レーザー光Ｌの入射角度にかかわらず、その主光線がテレセントリックレンズ４８の光軸と略平行となるようにレーザー光Ｌを出射させる。このため、ＸＹスキャナ４７の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ４８への入射角が大きくなった場合であっても、ワークＷ上に形成されるレーザー光Ｌのスポット径は変化せず、高精度のレーザー加工を行うことができる。
【００４４】
この様なレーザーマーカ２において、レーザー光Ｌの出射軸と略一致させた受光軸を有するカメラ５６を用いてワークＷを撮影すれば、歪みの少ない撮影画像を得ることができる。すなわち、ＸＹスキャナ４７の走査角が深くなり、テレセントリックレンズ４８への入射角が大きくなった場合であっても、撮影画像が歪むことはない。さらに、ＸＹスキャナ４７の走査角にかかわらず、撮影画像内において周辺の画像が歪むこともなくなる。従って、歪みの少ない撮影画像に基づいて、加工位置の確認又は調整を高い精度で行うことができる。
【００４５】
＜光学ユニットの空間的配置＞
図４は、図２の光学ユニット４１〜４８，５１〜５６の空間的配置を示した図である。レーザー発振器４１、ビームサンプラー４２、ミキシングミラー４４、Ｚスキャナ４５、偏向ビームスプリッタ４６及びＸＹスキャナ４７は、水平方向の略直線上に整列配置され、レーザー光Ｌは、レーザー発振器４１からＸＹスキャナ４７まで略直線の経路を通り、ＸＹスキャナ４７によって下方へ曲げられ、テレセントリックレンズ４８に入射する。このような直線配置を採用することにより、従来のレーザー加工装置のように、レーザー発振器４１及びＸＹスキャナ４７間に固定ミラーを配置し、レーザー光の出射経路を屈曲させる必要がない。従って、固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきにより、レーザー加工の精度が低下するのを防止することができる。
【００４６】
レーザー発振器４１は、Ｔ字型の形状からなり、右下の入力端子４１Ｔから励起光が入力され、左上の出力筒４１Ｂの先端に形成された出力窓４１Ｗからレーザー光Ｌが出力される。
【００４７】
ビームサンプラー４２及びミキシングミラー４４は、レーザー光Ｌの出射軸に対し、４５°傾斜させて配置されている。
【００４８】
偏向ビームスプリッタ４６は、レーザー光Ｌの出射軸に対して約５６．６°傾斜させて配置され、レーザー光Ｌの入射角をブリュースター角と略一致させている。このため、レーザー光Ｌを概ね１００％透過させることができる。戻り光は、偏向ビームスプリッタ４６で反射され、水平方向のレーザー光Ｌの出射軸に対し、約６６．８°の角度をもって上に向かう。
【００４９】
照明モジュール５３０は、紙面手前側に照明光源５３が配置され、紙面奥側にハーフミラー５４が配置されたモジュールであり、手前から奥に向けて照射された照明光は、ハーフミラー５４で反射され、左下方向の偏向ビームスプリッタ４６に入射する。また、偏向ビームスプリッタ４６から入射する戻り光は、ハーフミラー５４を透過して、右上方向のカメラモジュール５６０へ入射される。
【００５０】
カメラモジュール５６０は、カメラ５６及びレンズ鏡筒５７により構成されるモジュールであり、カメラ５６は、レンズ鏡筒５７に対して交換可能に取り付けられている。
【００５１】
＜マーカヘッド２１の内部構造＞
図５は、図１のマーカヘッド２１の内部構造を示した斜視図である。マーカヘッド２１は、図２に示した光学ユニット４１〜４８，５１〜５６のうち、テレセントリックレンズ４８及びカメラ５６を除く各光学ユニットが、筐体フレーム６０内に収容されている。また、筐体フレーム６０の内部空間は、仕切り板６１によって２つの収容部６２，６３に分割されている。この図は、右側がマーカヘッド２１の後方であり、左側が前方である。
【００５２】
右側（後方）の収容部６２は、レーザー発振器４１が収容されるとともに、光ファイバー２３のケーブル接続部２３１が外壁に取り付けられ、光ファイバー２３が壁面を貫通している。励起光は、光ファイバー２３を介して、レーザー発振器４１の右下部へ入射され、レーザー発振器４１の左上部の出力窓４１Ｗからレーザー光Ｌが出射される。この出力窓４１Ｗは、仕切り板６１を貫通するレーザー発振器４１の出力筒の先端、つまり、左側（前方）の収容部６３内に配置されている。
【００５３】
左側の収容部６３には、レーザー発振器４１、テレセントリックレンズ４８及びカメラ５６を除く、各光学ユニットが収容されている。この収容部６３は、防塵構造を有し、粉塵の影響によるレーザー加工の精度低下を防止している。
【００５４】
レーザー光Ｌは、レーザー発振器４１から水平方向に出射され、Ｚスキャナ４５を介してＸＹスキャナ４７に入射する。テレセントリックレンズ４８は、ＸＹスキャナ４７の下方に配置され、ＸＹスキャナ４７を介して入射したレーザー光ＬをワークＷに向けて出射させる。また、テレセントリックレンズ４８は、レンズ鏡筒の入力部（入力面）が収容部６３内に引き込まれ、出力部（出力面）が筐体フレーム６０の下面から突出するように配置されている。
【００５５】
右側の収容部６２内には、マーカコントローラ２２と通信するための通信回路や、マーカヘッド２１内の光学ユニットを制御するための制御回路が形成されたメイン基板７１が配置されている。各種制御信号は、信号伝送ケーブル７０を介してメイン基板７１に入力される。メイン基板７１は、レーザー発振器４１の出射光軸に平行な鉛直面と平行に配置されている。
【００５６】
一方、左側の収容部６３内には、中継基板７２が配置されている。中継基板７２は、Ｚスキャナ４５やＸＹスキャナ４７の制御基板と、メイン基板７１とを中継する回路基板である。この中継基板７２は、仕切り板６１に固着されている。
【００５７】
筐体フレーム６０には、マーカヘッド２１を支持するための支持部材６５０が取り付けられている。この支持部材６５０は、３本の長さ調整可能な支持脚６５と、作業台に取り付けるためのアタッチメントプレート６６からなる。各支持脚６５は、テレセントリックレンズ４８の光軸方向に延びる円柱状の支持部材であり、個別に長さを調整することができる。アタッチメントプレート６６は、各支持脚６５に共通の取付プレートであり、下面を設置面として作業台に取り付けられる。
【００５８】
支持脚６５は、その上端が筐体フレーム６０に固着され、下端がアタッチメントプレート６６に固着されている。また、各支持脚６５及びアタッチメントプレート６６は、テレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒とレーザー発振器４１の下端部との間に配置され、アタッチメントプレート６６の下面は、テレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒よりも下方に配置されている。言い換えると、支持部材６５０は、テレセントリックレンズ４８よりも後方かつレーザー発振器４１よりも前方に配置されている。マーカヘッド２１は、平らで水平な作業台の上面にアタッチメントプレート６６の下面を密着させることにより、がたつくことなく水平に支持される。その際、筐体フレーム６０をテレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒及びレーザー発振器４１の下端部間で支持することにより、マーカヘッド２１を倒れることなく自立させることができる。また、支持脚６５の長さを調整すれば、上面が傾斜した作業台上に設置する場合であっても、マーカヘッド２１を水平に設置することができる。
【００５９】
＜筐体フレーム６０＞
図６は、図５の筐体フレーム６０の詳細構成を示した斜視図である。この筐体フレーム６０は、アルミニウムなどの金属からなる一体成形されたヘッド筐体であり、底板６０１と、底板６０１の外縁に沿って立設された側壁６０２と、収容部６２，６３を区分する仕切り板６１からなり、砂型鋳造によって一体的に形成される。レーザー発振器４１、Ｚスキャナ４５及びＸＹスキャナ４７は、略直線上に整列した状態で筐体フレーム６０に固着される。
【００６０】
仕切り板６１は、筐体フレーム６０の内部空間を収容部６２，６３に分割する隔壁であり、レーザー発振器４１、Ｚスキャナ４５及びＸＹスキャナ４７の整列方向に交差するように配置されている。すなわち、仕切り板６１は、レーザー発振器４１の出射光軸に垂直な壁面からなり、底板６０１及び互いに対向する側壁６０２にそれぞれ連結され、筐体フレーム６０の内部空間を分割するとともに、筐体フレーム６０の剛性を向上させている。
【００６１】
右側の収容部６２は、右手の側壁６０２に光ファイバー引込孔６２ａ及び配線引込孔６２ｂが形成されている。光ファイバー引込孔６２ａは、光ファイバー２３を外部から引き込むための貫通孔であり、配線引込孔６２ｂは、信号伝送ケーブル７０の接続部を取り付けられる貫通孔である。
【００６２】
左側の収容部６３は、下方の側壁６０２にレンズ鏡筒取付孔６３ａが形成され、上方の側壁６０２にレンズ鏡筒引出孔６３ｂが形成され、底板６０１に配線引出孔６３ｃが形成されている。レンズ鏡筒取付孔６３ａは、テレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒の上端を収容部６３内に挿入するための円形状の貫通孔である。レンズ鏡筒引出孔６３ｂは、カメラモジュール５６０のレンズ鏡筒５７を収容部６３から筐体フレーム６０外に引き出すための矩形状の貫通孔である。配線引出孔６３ｃは、ＸＹスキャナ４７を制御するための配線ケーブルを引き出すための矩形状の貫通孔である。
【００６３】
仕切り板６１には、レーザー発振器４１の出力筒４１Ｂを挿通させ、出力窓４１Ｗを収容部６３内に配置するための円形状の出力筒挿通孔６１ａと、配線ケーブルを貫通させる長孔からなる配線孔６１ｂが形成されている。レーザー発振器４１は、出力筒４１Ｂを出力筒挿通孔６１ａ内に挿入した状態で底板６０１に固定される。一方、Ｚスキャナ４５は、底板６０１のＺスキャナ配置領域６３１に固定され、ＸＹスキャナ４７は、ＸＹスキャナ配置領域６３２に固定される。これらのスキャナ４５，４７は、その光軸をレーザー発振器４１の出射光軸と略一致させて配置される。
【００６４】
この筐体フレーム６０は、一体成形された金属フレームからなるので、高剛性である。さらに、筐体フレーム６０は、仕切り板６１を底板６０１と互いに対向する側壁６０２とにそれぞれ連結することによって補強されているので、各光学ユニットの配置の誤差を低減することができ、高精度のレーザー加工を行うことができる。
【００６５】
レンズ鏡筒取付孔６３ａ、レンズ鏡筒引出孔６３ｂ、配線引出孔６３ｃ、出力筒挿通孔６１ａ及び配線孔６１ｂは、Ｏリングなどの所定のシール部材を用いて封止される。また、側壁６０２及び仕切り板６１の端面には、Ｏリング用の溝が形成され、Ｏリング６２ｃ及び６３ｄがそれぞれ収容部６２，６３を取り囲むように配置されている。このため、上板を筐体フレーム６０に被せることにより、収容部６２及び６３をそれぞれ密封することができる。
【００６６】
光ファイバー引込孔６２ａは、光ファイバー２３のケーブル接続部２３１によって塞がれるが、密封しようとすると、光ファイバー２３に過大なストレスをかけることになり、伝送ロスによるパワー低下や光学特性の劣化が生じてしまう。このため、収容部６２は、光ファイバー引込孔６２ａを介して、外部から粉塵が流入するのを許容している。
【００６７】
これに対し、収容部６３は、仕切り板６１を隔てて収容部６２と分離され、収容部６２よりも気密性の高い空間として形成される。このため、収容部６２内の粉塵が、収容部６３に侵入し、Ｚスキャナ４５及びＸＹスキャナ４７が故障するのを防止している。また、粉塵がレーザー光Ｌの光路上に侵入し、レーザー光Ｌの特性を劣化させ、加工精度を低下させるのを防止している。
【００６８】
側壁６０２の外壁面には、支持脚６５を取り付けるための３つの脚取付孔６０３が形成されている。各脚取付孔６０３は、支持脚６５を固着するための係合孔であり、３つの支持脚６５の重心が仕切り板６１よりもテレセントリックレンズ４８側となるように配置されている。
【００６９】
＜支持脚６５＞
図７は、図５の支持脚６５の詳細構成を示した斜視図である。支持脚６５は、上下方向を長尺方向とする円柱状の棒体であり、本体部６５１、長さ調整ナット６５２，６５５、フレーム係合部６５３、可動部６５４，６５７及びプレート係合部６５６からなる。
【００７０】
長さ調整ナット６５２、可動部６５４及びフレーム係合部６５３は、本体部６５１の上端に取り付けられている。フレーム係合部６５３は、支持脚６５を筐体フレーム６０に固着させるための筐体取付部であり、筐体フレーム６０の下面に形成された脚取付孔６０３に螺合させることにより、支持脚６５が筐体フレーム６０に対し固定される。
【００７１】
長さ調整ナット６５２を回転させることにより、可動部６５４が本体部６５１に対して上下方向に進退し、支持脚６５の長尺方向の長さを調整することができる。
【００７２】
長さ調整ナット６５５、可動部６５７及びプレート係合部６５６は、本体部６５１の下端に取り付けられている。プレート係合部６５６は、支持脚６５をアタッチメントプレート６６に固着させるためのプレート取付部である。
【００７３】
長さ調整ナット６５５を回転させることにより、可動部６５７が本体部６５１に対して上下方向に進退し、支持脚６５の長尺方向の長さを調整することができる。
【００７４】
＜アタッチメントプレート６６＞
図８は、図５のアタッチメントプレート６６の詳細構成を示した斜視図である。アタッチメントプレート６６は、マーカヘッド２１を水平で平らな作業台上に設置する場合に使用される取付プレートであり、支持脚６５の先端が着脱可能に取り付けられる。
【００７５】
このアタッチメントプレート６６は、その下面が均一に平面加工され、当該下面を筐体フレーム６０の下面よりも面積の小さな設置面とする矩形形状の平行平面板であり、アルミニウムなどの金属からなる。アタッチメントプレート６６には、支持脚６５のプレート係合部６５６を螺合させる３つの脚取付孔６６１や３つの作業台取付孔６６２、２つの肉抜き孔６６３が形成されている。
【００７６】
作業台取付孔６６２は、アタッチメントプレート６６を作業台に固定する場合に使用されるネジ孔である。肉抜き孔６６３は、軽量化のための貫通孔である。脚取付孔６６１及び作業台取付孔６６２は、アタッチメントプレート６６の周縁部に交互に配置されている。すなわち、脚取付孔６６１は、アタッチメントプレート６６の一方の長辺の両端と、他方の長辺の中央にそれぞれ配置され、また、作業台取付孔６６２は、アタッチメントプレート６６の他方の長辺の両端と、一方の長辺の中央にそれぞれ配置されている。
【００７７】
また、この例では、脚取付孔６６１及び作業台取付孔６６２が、アタッチメントプレート６６の長辺を底辺とする二等辺三角形の各頂点にそれぞれ配置されている。この様に脚取付孔６６１を二等辺三角形の頂点に配置することにより、マーカヘッド２１を支持脚６５によって支持する際にバランス良く支持させることができる。また、作業台取付孔６６２を二等辺三角形の頂点に配置することにより、アタッチメントプレート６６を作業台に取り付けてマーカヘッド２１を作業台に固定する際にバランス良く固定させることができる。
【００７８】
このアタッチメントプレート６６は、テレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒の下端面よりも下方に配置され、これにより、マーカヘッド２１を水平な床に設置する場合であっても、テレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒が床に衝突するのを防止している。
【００７９】
＜支持部材６５０＞
図９は、図７の支持脚６５を図８のアタッチメントプレート６６に取り付けて構成される支持部材６５０を示した斜視図である。支持部材６５０は、３つの支持脚６５をアタッチメントプレート６６に固着させて構成される。
【００８０】
各支持脚６５の長さを調整すれば、マーカヘッド２１の作業台に対する高さを調整することができる。支持脚６５とアタッチメントプレート６６とは、着脱可能であり、必要に応じてアタッチメントプレート６６を交換することができる。
【００８１】
アタッチメントプレート６６は、筐体フレーム６０の下面に対向させて配置され、アタッチメントプレート６６の面積を筐体フレーム６０の下面全体の面積よりも小さくすることにより、アタッチメントプレート６６の下面全体を均一に平面加工することができる。
【００８２】
各支持脚６５はアタッチメントプレート６６に対し二等辺三角形の各頂点に配置されるが、その底辺を筐体フレーム６０の底板６０１側とすることにより、マーカヘッド２１を支持する際の安定性を向上させている。
【００８３】
＜筐体フレーム下面の支持領域６７＞
図１０は、図６の筐体フレーム６０の下面を示した平面図である。筐体フレーム６０には、略直線上に整列した状態でレーザー発振器４１、Ｚスキャナ４５及びＸＹスキャナ４７が収容され、上板６４を取り付けることにより、内部空間が密閉される。
【００８４】
筐体フレーム６０の下面には、支持脚６５を取り付けるための３つの脚取付孔６０３が形成されている。各脚取付孔６０３は、筐体フレーム６０の下面における所定の支持領域６７に配置される。支持領域６７は、テレセントリックレンズ４８とレーザー発振器４１との間に形成される脚取付領域である。この支持領域６７は、テレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒を取り付けるためのレンズ鏡筒取付孔６３ａの内縁と、レーザー発振器４１の重心との間に形成されている。
【００８５】
脚取付孔６０３は、３つの支持脚６５の重心が仕切り板６１よりもテレセントリックレンズ４８側となるように配置される。すなわち、３つの脚取付孔６０３のうち、２つの脚取付孔６０３は、仕切り板６１よりもテレセントリックレンズ４８に近い位置に配置され、他の１つの脚取付孔６０３は、仕切り板６１よりもテレセントリックレンズ４８から遠い位置に配置されている。この様に支持脚６５を配置することにより、マーカヘッド２１の長手方向の重心を考慮して、バランスを保持し安定した状態でマーカヘッド２１を設置することができる。
【００８６】
本実施の形態によれば、レーザー発振器４１及びＸＹスキャナ４７間にレーザー光Ｌの光路を屈曲させるための固定ミラーを配置することなく構成されるので、固定ミラーの光学特性の誤差やばらつきによる加工精度の低下を抑制することができる。また、レーザー光ＬをワークＷに向けて出射させる出射光学系として、テレセントリックレンズ４８を採用することにより、ＸＹスキャナがレーザー光を２次元走査させても、加工対象物に対し一定の角度でレーザー光を照射することができるので、レーザー加工の精度を向上させることができる。さらに、レーザー発振器４１、Ｚスキャナ４５及びＸＹスキャナ４７を収容する筐体フレーム６０に対し、テレセントリックレンズ４８とレーザー発振器４１との間の筐体フレーム６０の下面を支持部材６５０で支持することにより、支持部材６５０を作業台に取り付けた場合に、支持部材６５０の設置面が筐体フレーム６０の下面よりも面積が小さくてもバランス良くマーカヘッド２１を支持させることができる。しかも、筐体フレーム６０の下面全体を設置面とする場合に比べ、作業台に当接させる設置面の面精度を容易に確保することができ、平らな作業台に載置した場合にがたつくのを防止することができる。
【００８７】
また、支持脚６５の先端が固着されるアタッチメントプレート６６がテレセントリックレンズ４８のレンズ鏡筒よりも下方に配置されるので、水平な床であっても安全に設置することができる。さらに、支持脚６５の長さを調整することにより、傾斜した作業台上であっても水平に設置することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、３つの支持脚６５のいずれもが長さ調整可能である場合の例について説明したが、本発明はこの様な構成に限定されるものではない。例えば、３本の支持脚６５のうち、１本だけが長尺方向の長さが固定であっても良い。この様な構成を採用すれば、支持脚６５の長さを調整することによってマーカヘッド２１の傾きを調整する際に、ユーザが傾き調整をし易くすることができる。
【００８９】
また、本実施の形態では、レーザーマーカ２０がＳＨＧ型レーザーマーキング装置である場合の例について説明したが、本発明によるレーザー加工装置はこれに限定されるものではない。例えば、ファイバーレーザー型のマーキング装置にも本発明は適用することができる。ファイバーレーザー型マーキング装置は、Ｙｂ（イッテルビウム）をドープしたファイバーを増幅器として用いるレーザーマーカである。
【符号の説明】
【００９０】
２０  レーザーマーカ
２１  マーカヘッド
２２  マーカコントローラ
２３  光ファイバー
２３１  ケーブル接続部
４１  レーザー発振器
４１Ｔ  入力端子
４１Ｂ  出力筒
４１Ｗ  出力窓
４２  ビームサンプラー
４３  発振器用シャッタ
４４  ミキシングミラー
４５  Ｚスキャナ
４６  偏光ビームスプリッタ
４７  ＸＹスキャナ
４８  テレセントリックレンズ
５６  カメラ
５７  カメラ用のレンズ鏡筒
６０  筐体フレーム
６０１  底板
６０２  側壁
６０３  脚取付孔
６１  仕切り板
６１ａ  出力筒挿通孔
６１ｂ  配線孔
６２  右側の収容部
６２ａ  光ファイバー引込孔
６２ｂ  配線引込孔
６２ｃ  発振器収容部シール用のＯリング
６３  左側の収容部
６３ａ  レンズ鏡筒取付孔
６３ｂ  レンズ鏡筒引出孔
６３ｃ  配線引出孔
６３ｄ  スキャナ収容部シール用のＯリング
６３１  Ｚスキャナ配置領域
６３２  ＸＹスキャナ配置領域
６４  上板
６５０  支持部材
６５  支持脚
６５１  本体部
６５２，６５５  長さ調整ナット
６５３  フレーム係合部
６５４，６５７  可動部
６５６  プレート係合部
６６  アタッチメントプレート
６６１  脚取付孔
６６２  作業台取付孔
６６３  肉抜き孔
６７  支持領域
Ｌ  加工用のレーザー光
Ｗ  ワーク
【図１】
2012148314.tif 000003
【図２】
2012148314.tif 000004
【図３】
2012148314.tif 000005
【図４】
2012148314.tif 000006
【図５】
2012148314.tif 000007
【図６】
2012148314.tif 000008
【図７】
2012148314.tif 000009
【図８】
2012148314.tif 000010
【図９】
2012148314.tif 000011
【図１０】
2012148314.tif 000012