(57)【要約】【課題】レーザーのビーム形状を成形する技術を提供する。【解決手段】レーザー発振器から射出されたレーザーを被加工部材に照射して、被加工部材を加工するレーザー加工装置は、レーザー発振器から射出されたレーザーの光路上に配置され、レーザーのビーム形状を成形するマスク機構を備える。マスク機構は、レーザーの光路上に配置され、レーザーを部分的に遮光する遮光面と、遮光面によって遮光されなかったレーザーを透過する透過部とを有する。さらに、遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有する。【選択図】図２
2016159328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器から射出されたレーザーを被加工部材に照射して、前記被加工部材を加工するレーザー加工装置であって、
前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーのビーム形状を成形するマスク機構を備え、
前記マスク機構は、
前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、
前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、
前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有する
レーザー加工装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー加工装置であって、
前記マスク機構は、
前記レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成され、
前記筒状部材の内壁の少なくとも一部は、前記遮光面であり、
前記貫通口は、前記透過部である
レーザー加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー加工装置であって、
前記筒状部材の前記貫通口は、前記レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であり、
前記貫通口の前記円形の径は、前記レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる
レーザー加工装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のレーザー加工装置であって、
前記筒状部材は、前記レーザーの光軸方向に貫通する貫通口を有する部分筒状部材が前記レーザーの光軸方向に複数配置されて構成される
レーザー加工装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のレーザー加工装置であって、
前記遮光面の一部である第１の部分遮光面が遮光する前記レーザーの光強度を第１の光強度、前記遮光面の一部である第２の部分遮光面が遮光する前記レーザーの光強度を第２の光強度と定義した場合において、
前記第１の光強度は、前記第２の光強度よりも強く、
前記第１の部分遮光面の前記垂直面に対する傾きは、前記第２の部分遮光面の前記垂直面に対する傾きよりも大きい
レーザー加工装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のレーザー加工装置であって、さらに、
中空の管路部材であって、当該管路部材の内部空間に前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路が形成される管路部材と、
前記管路部材と接続される継手管路部材と
を備え、
前記マスク機構は、前記継手管路部材の内部空間に配置される
レーザー加工装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のレーザー加工装置であって、
前記マスク機構は、銅を含む金属部材によって構成されている
レーザー加工装置。
【請求項８】
レーザー発振器から射出されたレーザーの光路上に配置され、前記レーザーのビーム形状を成形するマスク機構であって、
前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、
前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、
前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有する
マスク機構。
【請求項９】
レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状を成形するビーム成形ユニットであって、
継手管路部材であって、内部空間に前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路が形成される管路部材と接続可能な継手管路部材と、
前記継手管路部材の内部空間に配置されるマスク機構と
を備え、
前記マスク機構は、
前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、
前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、
前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有する
ビーム形成ユニット。
【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、マスク機構およびビーム成形ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーを被加工部材に照射し、被加工部材を加工するレーザー加工装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９４４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザー加工装置の加工精度は、被加工部材に照射するレーザーのビーム形状に大きく依存する。しかし、レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状が歪んでいる場合や、レーザーが光路上に配置されたミラーで反射する過程で何らかの要因によってビーム形状が変形してしまう場合があり、ビーム形状を所望の形状として出力できないといった問題があった。
【０００５】
また、光路上のミラーの向きを調整することでビーム形状を調整（成形）する場合、ミラーの向きを変えることにより被加工部材へのレーザーの射出方向が変わることから、レーザーの射出方向の精度と、ビーム形状の精度とを両立させる調整は、非常に困難であった。
【０００６】
さらに、複数のレンズを組み合わせてレーザーのビーム形状の調整を行う場合、構造が複雑化するとともに、レンズの組み合わせ方やレンズ間距離の調整が困難であった。
【０００７】
その他、スリットによってビーム形状を成形する場合、出力の大きいレーザーがスリットに照射されると、スリットが過熱状態となり、変形や劣化するといった問題があった。
【０００８】
なお、このような課題は、レーザー加工装置においてレーザーのビーム形状を成形する場合に限らず、レーザーが用いられる種々の分野、特に、レーザーのビーム形状の成形を必要とする種々の分野においても同様に発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【００１０】
（１）本発明の一形態によれば、レーザー発振器から射出されたレーザーを被加工部材に照射して、前記被加工部材を加工するレーザー加工装置が提供される。このレーザー加工装置は、前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーのビーム形状を成形するマスク機構を備える。前記マスク機構は、前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有する。
【００１１】
この形態によれば、マスク機構が有する遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するので、遮光面が垂直面に対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面がレーザーの光軸に対して垂直である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化を抑制し、マスク機構の耐久性を向上させることができる。
なお、遮光面が曲面である場合には、遮光面と垂直面との傾きは、遮光面の接平面と垂直面との傾きとして定義することができる。また、遮光面とレーザーの光軸方向に対する垂直面との傾きは、例えば、遮光面の法線と垂直面との法線とがなす角度によって定義付けることが可能である。
【００１２】
（２）上記形態のレーザー加工装置において、前記マスク機構は、前記レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成され、前記筒状部材の内壁の少なくとも一部は前記遮光面であり、前記貫通口は前記透過部であるとしてもよい。
【００１３】
この形態によれば、マスク機構は筒状部材として構成されるので、簡易な構造とすることができるとともに、構造的に高い強度を確保することができる。
【００１４】
（３）上記形態のレーザー加工装置において、前記筒状部材の前記貫通口は、前記レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であり、前記貫通口の前記円形の径は、前記レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなるとしてもよい。
【００１５】
この形態によれば、マスク機構は、貫通口の円形の径がレーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる筒状部材によって構成されるので、簡易な構造とすることができる。
【００１６】
（４）上記形態のレーザー加工装置において、前記筒状部材は、前記レーザーの光軸方向に貫通する貫通口を有する部分筒状部材が前記レーザーの光軸方向に複数配置されて構成されるとしてもよい。
【００１７】
この形態によれば、筒状部材は、部分筒状部材がレーザーの光軸方向に複数配置されて構成されるので、マスク機構のメンテナンスが簡易となる。さらに、部分筒状部材の配置個数を変えることによって、レーザーの遮光量の調整、レーザーのビーム形状の調整をすることができる。
【００１８】
（５）上記形態のレーザー加工装置において、前記遮光面の一部である第１の部分遮光面が遮光する前記レーザーの光強度を第１の光強度、前記遮光面の一部である第２の部分遮光面が遮光する前記レーザーの光強度を第２の光強度と定義した場合において、前記第１の光強度は、前記第２の光強度よりも強く、前記第１の部分遮光面の前記垂直面に対する傾きは、前記第２の部分遮光面の前記垂直面に対する傾きよりも大きいとしてもよい。
【００１９】
この形態によれは、遮光するレーザーの光強度が強い部分遮光面ほど、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する傾きが大きい。すなわち、この形態におけるマスク機構は、光強度が強いレーザーを遮光する部分遮光面ほど、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する傾きを大きくすることによって、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量の軽減率を高め、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化をさらに抑制し、マスク機構の耐久性をさらに向上させることができる。
【００２０】
（６）上記形態のレーザー加工装置において、さらに、中空の管路部材であって、当該管路部材の内部空間に前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路が形成される管路部材と、前記管路部材と接続される継手管路部材とを備え、前記マスク機構は、前記継手管路部材の内部空間に配置されるとしてもよい。
【００２１】
この形態によれば、マスク機構は、継手管路部材の内部空間に配置されるので、既存のレーザー加工装置の管路部材に取り付けることができる。また、継手管路部材を取り外すことによって、簡易にマスク機構のメンテナンスを行うことができる。
【００２２】
（７）上記形態のレーザー加工装置において、前記マスク機構は、銅を含む金属部材によって構成されるとしてもよい。
【００２３】
この形態によれば、マスク機構は、銅を含む金属部材によって構成されているので、熱伝導性が高い。従って、レーザーを遮光中であっても熱拡散性が高いので、マスク機構の過熱や劣化をさらに抑制し、マスク機構の耐久性をさらに向上させることができる。
【００２４】
（８）本発明の他の形態によれば、レーザー発振器から射出されたレーザーの光路上に配置され、前記レーザーのビーム形状を成形するマスク機構が提供される。このマスク機構は、前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するとしてもよい。
【００２５】
この形態によれば、遮光面の少なくとも一部はレーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するので、遮光面が垂直面に対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面がレーザーの光軸に対して垂直である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化を抑制し、マスク機構の耐久性を向上させることができる。
【００２６】
（９）本発明の他の形態によれば、レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状を成形するビーム成形ユニットが提供される。このビーム成形ユニットは、継手管路部材であって内部空間に前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路が形成される管路部材と接続可能な継手管路部材と、前記継手管路部材の内部空間に配置されるマスク機構とを備える。前記マスク機構は、前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するとしてもよい。
【００２７】
この形態によれば、マスク機構が有する遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するので、遮光面が垂直面に対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面がレーザーの光軸に対して垂直である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化を抑制し、マスク機構の耐久性を向上させることができる。さらに、このビーム形成ユニットは、管路部材と接続可能な継手管路部材を備えるので、既存のレーザー加工装置の管路部材に取り付けることができる。また、継手管路部材を取り外すことによって、簡易にマスク機構のメンテナンスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】レーザー加工装置の概要を示す説明図である。
【図２】ビーム成形ユニットの内部構造を示す断面図である。
【図３】マスク機構の構成を示す説明図である。
【図４】第２実施形態におけるマスク機構の構成を示す説明図である。
【図５】変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明にかかる実施の形態について、図面を参照しながら以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）レーザー加工装置の構成：
（Ａ２）ビーム形成ユニットの構造：
（Ａ３）マスク機構の構成：
Ｂ．第２実施形態：
Ｃ．変形例：
【００３０】
Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）レーザー加工装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのレーザー加工装置１０の概要を示す説明図である。レーザー加工装置１０は、木材や金属などの被加工部材ＷＫにレーザーを照射して、被加工部材ＷＫに対して切断、切削、穴あけ等の種々の加工を実施する装置である。
【００３１】
レーザー加工装置１０は、レーザーを射出するレーザー発振器２０と、射出されたレーザーの光路に沿って配置された導光路３０と、導光路３０上に設置されたミラー４２、ミラー４４、ミラー４６と、加工ヘッド５０とを備える。レーザー発振器２０は、ＣＯ２レーザーを射出する装置である。なお、本実施形態においては、ＣＯ２レーザーを射出するレーザー発振器２０を採用したが、ＹＡＧレーザー、Ｙｂファイバーレーザー、ダイレクトＬＤレーザーなど、他のレーザーを射出するレーザー発振器を採用してもよい。
【００３２】
導光路３０は、中空の管路部材であって、内部空間にレーザー発振器２０から射出されたレーザーの光路が形成される。なお、図１においては、レーザー発振器２０から射出されたレーザーの光軸を光軸ＬＳとして破線で示すとともに、レーザーの進行方向を光軸ＬＳ上の矢印によって示している。導光路３０の内部空間に形成されたレーザーの光路は、ミラー４２、ミラー４４、ミラー４６によって光軸方向が変更され、レーザー発振器２０から射出されたレーザーは加工ヘッド５０へと導光される。本実施形態においては、ミラー４２、ミラー４４、ミラー４６は、全反射鏡である。
【００３３】
加工ヘッド５０は、内部に集光レンズ（図示省略）を備え、導光路３０によって加工ヘッド５０に導光されたレーザーを当該集光レンズによって集光し、集光したレーザーを加工テーブル６０に設置された被加工部材ＷＫに照射する。加工テーブル６０は、固定台６２と、可動部６４とを備える。レーザー加工装置１０は、可動部６４を縦・横（Ｘ軸方向・Ｙ軸方向）の２次元方向に移動させ、被加工部材ＷＫにおけるレーザーの照射位置を変更することで、被加工部材ＷＫを２次元方向に加工する２次元レーザー加工装置である。なお、本実施形態においては、レーザー加工装置１０として、２次元レーザー加工装置を採用したが、被加工部材を３次元方向（Ｘ軸方向・Ｙ軸方向・Ｚ軸方向）に加工する３次元レーザー加工装置を採用してもよい。
【００３４】
なお、図示は省略したが、レーザー加工装置１０の加工ヘッド５０には、被加工部材ＷＫにレーザーを照射した際に発生するバリや溶解物を吹き飛ばすために、アシストガスを噴射する噴射口が設けられている。
【００３５】
レーザー加工装置１０は、導光路３０上にシャッター装置２２を備える。シャッター装置２２は、レーザー発振器２０から射出されたレーザーを完全に遮断可能なシャッター機構を備え、シャッター機構のＯＮ/ＯＦＦ制御を実行することによって、シャッター装置２２よりレーザーの進行方向の下流側に対して、レーザーの射出/遮断の制御を行う。
【００３６】
また、レーザー加工装置１０は、導光路３０上に、レーザーのビーム形状を成形するビーム成形ユニット７０を備える。導光路３０内部を通過するレーザーのビーム形状をビーム成形ユニット７０によって成形することによって、加工ヘッド５０を介して被加工部材ＷＫに照射されるレーザーのビーム形状を調整することができる。
【００３７】
（Ａ２）ビーム形成ユニットの構造：
図２は、ビーム成形ユニット７０の内部構造を説明する断面図である。ビーム成形ユニット７０は、継手管路部材７２と、フランジ７３ａと、フランジ７３ｂとを備える。フランジ７３ａは、導光路３０ａの端部の外周に取り付けられている。フランジ７３ｂは、導光路３０ｂの端部の外周に取り付けられている。継手管路部材７２は、一端がフランジ７３ａと接続され、他端がフランジ７３ｂと接続されている。継手管路部材７２とフランジ７３ａ、および、継手管路部材７２とフランジ７３ｂとは、ボルトＢＴによって締結されている。
【００３８】
継手管路部材７２はステンレス製の管路部材である。継手管路部材７２の内部空間には、管路部材７８が設けられている。継手管路部材７２と管路部材７８との間には、冷却水が循環する空間である冷却流路７５が形成されている。また、継手管路部材７２には、冷却流路７５に冷却水を流入するための流入口７６と、冷却流路７５から冷却水を排出するための排出口７７が形成されている。冷却流路７５に冷却水を循環させることによって、ビーム成形ユニット７０を冷却することができる。なお、本実施形態においては、ビーム成形ユニット７０として、冷却流路７５、流入口７６および排出口７７から構成される冷却水循環機構を備える構成を採用したが、冷却水循環機構を備えない構成を採用してもよい。
【００３９】
管路部材７８の内部には、マスク機構８０が設けられている。マスク機構８０は、レーザー発振器から射出されたレーザーの光路上に配置され、レーザーのビーム形状を成形する。マスク機構８０は、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材によって構成されている。本実施形態においては、マスク機構８０（円筒部材）は、銅を含む金属部材によって構成されている。図示するように、マスク機構８０は、３つの部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃが、光軸方向に配置されて構成されている。以下、マスク機構８０の詳細について説明する。
【００４０】
（Ａ３）マスク機構の構成：
図３は、マスク機構８０の構成を説明する説明図である。図３（ａ）には、マスク機構８０を３方向から示した。図３（ａ）の中央にはマスク機構８０の断面図を示し、左側にはマスク機構８０のＡ方向矢視図を示し、右側にはマスク機構８０のＢ方向矢視図を示した。
【００４１】
図示するように、マスク機構８０は、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材によって構成されている。筒状部材の貫通口は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形である。さらに、貫通口の円形の径は、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる。
【００４２】
具体的には、図示するように、レーザーがマスク機構８０に進入する進入口８０ｉｎの径ｄ１は、レーザーがマスク機構８０から進出する進出口８０ｏｕｔの径ｄ２よりも大きい。そして、貫通口の径ｄは、進入口８０ｉｎから進出口８０ｏｕｔにかけて連続的に小さくなる。このような形状のマスク機構８０を採用することによって、進出口８０ｏｕｔから進出するレーザーのビーム形状を真円に近い形状に成形することができる。結果として、レーザー加工装置１０は、加工ヘッド５０から真円に近いビーム形状のレーザーを出力することができる。
【００４３】
図３（ｂ）には、部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃを示した。上述のように、マスク機構８０は、部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃが、光軸方向に配置されて構成されている。部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、各々、レーザーの光軸方向に貫通する貫通口を有する部分筒状部材によって構成されている。部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃを構成する部分筒状部材の内壁は、導光路３０の内部を進行するレーザーを部分的に遮光する遮光面として機能する。以下、レーザーを部分的に遮光する部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃの内壁を、各々、遮光面８４ａ、８４ｂ、８４ｃとも呼ぶ。また、部分筒状部材の貫通口（または貫通口を形成する空間）は、各遮光面によって遮光されなかったレーザーが透過する透過部として機能する。
【００４４】
図３（ｃ）は、遮光面の特徴について説明する説明図である。図３（ｃ）には、一例として、部分マスク機構８２ａを示した。ここで、遮光面の特徴を説明するために、レーザーの光軸方向に対する垂直面を垂直面ＶＰと定義する。図示したＸＹＺ軸方向において、垂直面ＶＰは、ＸＺ平面に平行な２次元平面である。
【００４５】
部分マスク機構８２ａの内壁である遮光面８４ａは、垂直面ＶＰに対して傾きを有する。本実施形態においては、遮光面８４ａは曲面である。従って、遮光面８４ａの接平面ＴＰを定義し、遮光面８４ａと垂直面ＶＰとの傾きを、接平面ＴＰと垂直面ＶＰとの傾きとして定義する。
【００４６】
図３（ｃ）に示すように、遮光面８４ａの接平面ＴＰは、垂直面ＶＰに対して角度θの傾きを有している。逆に、遮光面８４ａ（または接平面ＴＰ）が、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾きを有さない場合とは、図示した角度θ＝０°であり遮光面８４ａ（または接平面ＴＰ）が垂直面ＶＰと平行である場合をいう。また、遮光面８４ａ（または接平面ＴＰ）が、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾きを有する場合とは、角度θ≠０であればよい。換言すれば、角度θ＜０または角度θ＞０であればよい。遮光面８４ａは、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾き（角度θ）を有することによって、遮光面８４ａが単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を、角度θ＝０の場合と比較して小さくすることができる。
【００４７】
なお、本実施形態においては、遮光面（接平面ＴＰ）とレーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰとの傾きは、遮光面と垂直面ＶＰとがなす角度θとして定義したが、例えば、遮光面（接平面ＴＰ）の法線と垂直面ＶＰの法線とがなす角度によって定義してもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態におけるレーザー加工装置１０は、マスク機構８０を備えるので、レーザーのビーム形状を成形することができる。例えば、レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状が何らかの要因によって歪んでいる場合や、光路上に配置された光学器材等に起因してビーム形状が歪んだ場合であっても、マスク機構８０によってビーム形状が成形されるので、所望のビーム形状のレーザーを加工ヘッド５０から出力することができる。
【００４９】
具体例としては、加工ヘッド５０から出力されるビーム形状が真円となるように光学系が設計されたレーザー加工装置１０において、何らかの要因によって加工ヘッド５０から出力されるレーザーのビーム形状が楕円に歪んでいる場合に、図３に示したマスク機構８０を導光路３０に設置することによって、真円に近いビーム形状のレーザーを加工ヘッド５０から出力することができる。
【００５０】
さらに、マスク機構８０が有する遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾き（角度θ≠０）を有する。従って、本実施形態におけるマスク機構８０は、遮光面（接平面ＴＰ）が垂直面ＶＰに対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面（接平面ＴＰ）がレーザーの光軸ＬＳに対して垂直（角度θ＝０）である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構８０の過熱や劣化を抑制し、マスク機構８０の耐久性を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態におけるマスク機構８０は、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成され、貫通口の円形の径が、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる筒状部材によって構成されるので、マスク機構８０を簡易な構造とすることができるとともに、構造的に高い強度を確保することができる。
【００５２】
さらに、図３において説明したように、本実施形態におけるマスク機構８０は、部分筒状部材で構成される部分マスク機構（本実施形態においては、部分マスク機構８２ａ，８２ｂ，８２ｃ）が、レーザーの光軸方向に複数配置されて構成される。従って、マスク機構８０のメンテナンスが簡易となる。また、部分筒状部材（部分マスク機構）の配置個数を変えることによって、レーザーの遮光量の調整や、レーザーのビーム形状の調整を容易に実施することができる。
【００５３】
また、本実施形態におけるマスク機構８０は、継手管路部材７２の内部空間に配置されるので、既存のレーザー加工装置の管路部材（導光路）に取り付けることができる。具体的には、既存のレーザー加工装置の導光路に対応する管路部材に、当該管路部材の径に応じた大きさのフランジ７３ａおよびフランジ７３ｂを取り付ける。そして、マスク機構８０を内部に備える継手管路部材７２の両端を、フランジ７３ａおよびフランジ７３ｂとボルトＢＴ等による締結によって接続することで、マスク機構８０を含むビーム成形ユニット７０を既存のレーザー加工装置に取り付けることができる。また、既存のレーザー加工装置については、導光路に対応する管路部材を加工することでビーム成形ユニット７０を取り付け可能であるので、レーザーのビーム形状の成形制御を簡易な作業によって実現することができる。
【００５４】
さらに、マスク機構８０は、継手管路部材７２の内部空間に配置された構造を採用することによって、簡易にマスク機構８０のメンテナンスを行うことができる。具体的には、成形するビーム形状を変更（例えば、ビーム形状をより小さい円形に変更）するために行う異なるマスク機構への取り換えや、マスク機構８０の劣化具合の確認や、部分マスク機構の配置個数の調整など、マスク機構８０に関する種々のメンテナンスを、レーザー加工装置１０から継手管路部材７２を取り外すことによって簡易に行うことができる。
【００５５】
また、マスク機構８０は、銅を含む金属部材によって構成されているので、熱伝導性が高い。従って、レーザーを遮光中であっても熱拡散性が高いので、マスク機構８０の過熱や劣化をさらに抑制し、マスク機構８０の耐久性をさらに向上させることができる。
【００５６】
Ｂ．第２実施形態：
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態と、上記第１実施形態との異なる点は、マスク機構の構成であり、その他のレーザー加工装置１０の構成については第１実施形態と同じである。従って、本実施形態においては、マスク機構について説明し、レーザー加工装置１０の他の構成については説明を省略する。
【００５７】
図４は、第２実施形態におけるマスク機構９０の構成を説明する説明図である。図４の右側にはマスク機構９０の構成を示す断面図を示し、左側にはマスク機構９０に進入するレーザーの光強度分布を示した。
【００５８】
図４に示したマスク機構９０は、第１実施形態におけるマスク機構８０と同様に、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成されている。また、筒状部材の貫通口は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であり、貫通口の円形の径は、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる。
【００５９】
第２実施形態におけるマスク機構９０の特徴は、マスク機構９０の内壁である遮光面の形状が、遮光するレーザーの光強度が強い部分ほど、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する傾きが大きいことである。以下、具体的に説明する。
【００６０】
マスク機構９０には、図の左側に示した光強度分布を備えるレーザーが進入する。本実施形態においては、レーザーの光強度の最大ピークを示す位置が、マスク機構９０の貫通口の中心位置と一致している。レーザーは、マスク機構９０の内壁である遮光面９４によって部分的に遮光され、遮光面９４によって遮光されなかったレーザーが貫通口である透過部を透過する。
【００６１】
ここで、図示するように、マスク機構９０における遮光面の一部を、第１の部分遮光面Ｐ１および第２の部分遮光面Ｐ２とする。そして、第１の部分遮光面Ｐ１が遮光するレーザーの光強度を第１の光強度Ｉｎ１、第２の部分遮光面Ｐ２が遮光するレーザーの光強度を第２の光強度Ｉｎ２とする。図示した光強度分布から、第１の光強度Ｉｎ１が第２の光強度Ｉｎ２よりも強いことが分かる。
【００６２】
次に、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する、第１の部分遮光面Ｐ１および第２の部分遮光面Ｐ２の傾きについて説明する。第１の部分遮光面Ｐ１とレーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰとの傾きを角度θ１とする。なお、第１の部分遮光面Ｐ１は曲面である。従って、第１の部分遮光面Ｐ１の接平面ＴＰ１を定義し、第１の部分遮光面Ｐ１と垂直面ＶＰとの傾きを、接平面ＴＰ１と垂直面ＶＰとの傾きとして定義する。また、図示したＸＹＺ軸方向において、垂直面ＶＰは、ＸＺ平面に平行な２次元平面である。
【００６３】
同様に、第２の部分遮光面Ｐ２とレーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰとの傾きを角度θ２とする。なお、第２の部分遮光面Ｐ２は曲面である。従って、第２の部分遮光面Ｐ２の接平面ＴＰ２を定義し、第２の部分遮光面Ｐ２と垂直面ＶＰとの傾きを、接平面ＴＰ２と垂直面ＶＰとの傾きとして定義する。
【００６４】
このように、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対する、第１の部分遮光面Ｐ１および第２の部分遮光面Ｐ２の傾きを、各々、角度θ１および角度θ２とした場合、本実施形態におけるマスク機構９０においては、第１の光強度Ｉｎ１＞第２の光強度Ｉｎ２、かつ、角度θ１＞角度θ２の関係が成立する構成となっている。
【００６５】
以上説明したように、第２実施形態におけるマスク機構９０は、遮光面９４の一部である第１の部分遮光面Ｐ１が遮光するレーザーの光強度を第１の光強度Ｉｎ１、遮光面９４の一部である第２の部分遮光面Ｐ２が遮光するレーザーの光強度を第２の光強度Ｉｎ２と定義した場合において、第１の光強度Ｉｎ１は、第２の光強度Ｉｎ２よりも強く、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対する第１の部分遮光面Ｐ１の傾きは、垂直面ＶＰに対する第２の部分遮光面Ｐ２の傾きよりも大きい。すなわち、遮光するレーザーの光強度が強い部分遮光面ほど、垂直面ＶＰに対する傾きが大きい。
【００６６】
本実施形態では、光強度が強いレーザーを遮光する部分遮光面ほど、垂直面ＶＰに対する傾きを大きくしているので、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量の軽減率を高め、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構９０の過熱や劣化を抑制し、マスク機構９０の耐久性を向上させることができる。
【００６７】
Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６８】
Ｃ１．変形例１：
上記実施形態においては、マスク機構を構成する筒状部材の貫通口（透過部）は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であるとしたが、断面形状は他の形状を採用してもよい。例えば、マスク機構を構成する筒状部材の貫通口（透過部）は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状がスリット形状であるとしてもよい。
【００６９】
図５（ａ）は、変形例１におけるマスク機構９０ａを示す説明図である。図示するように、マスク機構９０ａを構成する筒状部材の貫通口（透過部）は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状がスリット形状であり、貫通口のスリット形状の大きさは、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる。このように、マスク機構における貫通口（透過部）のレーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状は、種々の形状を採用することができる。そして、マスク機構を構成する筒状部材の貫通口（透過部）の断面形状として他の形状を採用しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
Ｃ２．変形例２：
図５（ｂ）および図５（ｃ）は、変形例２におけるマスク機構を示す説明図である。上記実施形態においては、マスク機構は、当該マスク機構を構成する筒状部材のレーザーに垂直な方向の断面の厚みが、レーザーの進行方向に進むにつれて厚くなる構成となっているが、他の構成を採用してもよい。例えば、当該マスク機構を構成する筒状部材のレーザーに垂直な方向の断面の厚みが、レーザーの進行方向に沿って常に一定であってもよい。より具体的には、図示するように、レーザーに垂直な方向の断面が肉薄の筒状部材によって構成されているとしてもよい。このような構成のマスク機構であれば、例えば、板状の金属部材をプレス加工することによって成形することが可能であり、簡易に上記実施形態と同様の効果を有するマスク機構を製造することができる。また、マスク機構の軽量化、低コスト化を実現することができる。
【００７１】
Ｃ３．変形例３：
上記実施形態においては、マスク機構は銅を含む金属部材によって構成されるとしたが、例えば、ステンレスや、セラミックなど、他の材料によって構成されるとしてもよい。また、上記実施形態においては、マスク機構８０は、部分筒状部材がレーザーの光軸方向に複数配置された構成されるとしたが、そのような構成に限定されず、マスク機構８０は単一の筒状部材によって構成されるとしてもよい。
【００７２】
Ｃ４．変形例４：
上記施形態においては、ＣＯ２レーザーを被加工部材ＷＫに照射することによって発生した熱によって、被加工部材ＷＫを融解、分解、飛散、切削するタイプのレーザー加工装置を採用したが、他のタイプのレーザー加工装置を採用してもよい。例えば、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザーを被加工部材ＷＫに照射することによって発生するナノプラズマ、ナノショック、格子歪み、衝撃波などによって被加工部材ＷＫを加工するタイプのレーザー加工装置を採用することができる。このようなタイプのレーザー加工装置に、マスク機構８０やマスク機構９０を適用しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
Ｃ５．変形例５：
上記実施形態においては、レーザー加工装置にマスク機構８０を適用したが、マスク機構８０はレーザーを用いる種々の分野に適用することができる。例えば、ディスクに記録された情報をレーザーを用いて読み取る科学技術分野や、物質にレーザーを照射することによって反射光や吸収光を観察する科学実験の分野や、照射されたレーザーのビーム形状によって芸術性を表現する芸術分野などに、マスク機構８０を採用することができる。レーザーを用いる種々の分野において、過熱や劣化を抑制した耐久性の高いマスク機構を用いたレーザーのビーム形状の成形が可能となる。
【００７４】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組合せを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０...レーザー加工装置
２０...レーザー発振器
２２...シャッター装置
３０，３０ａ，３０ｂ...導光路
４０...ミラー
５０...加工ヘッド
６０...加工テーブル
６２...固定台
６４...可動部
７０...ビーム成形ユニット
７２...継手管路部材
７３ａ，７３ｂ...フランジ
７５...冷却流路
７６...流入口
７７...排出口
７８...管路部材
８０...マスク機構
８０ｉｎ...進入口
８０ｏｕｔ...進出口
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ...部分マスク機構
８４ａ...遮光面
９０...マスク機構
９０ａ...マスク機構
９４...遮光面
Ｐ１...第１の部分遮光面
Ｐ２...第２の部分遮光面
ＷＫ...被加工部材
ＶＰ...垂直面
ＴＰ，ＴＰ１，ＴＰ２...接平面
ＬＳ...光軸
ＢＴ...ボルト
Ｉｎ１...第１の光強度
Ｉｎ２...第２の光強度
【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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