特許 6204964 レーザ加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204964

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】レーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20170914BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20170914BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/064 A

   B23K26/38 A

   B23K26/00 M

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-239209(P2015-239209)

(22)【出願日】2015年12月8日

(65)【公開番号】特開2017-104876(P2017-104876A)

(43)【公開日】2017年6月15日

【審査請求日】2016年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 亮平

(72)【発明者】

【氏名】石黒 宏明

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２０２６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５８３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１８９０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３８５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸方向に移動自在とされ、正の焦点距離を有して、レーザ光の射出端より射出されたレーザ光の発散光を収束光に変換する第１のレンズと、
光軸方向に移動自在とされ、負の焦点距離を有して、前記収束光が入射される第２のレンズと、
正の焦点距離を有し、前記第２のレンズより射出されたレーザ光を集光して板材に照射させる第３のレンズと、
を備え、
前記第２のレンズは、前記第１のレンズの光軸方向の位置に対応して、前記収束光が集光する位置から前記第１のレンズ側に、前記第２のレンズの焦点距離と同じ距離だけずらした位置に配置されて、前記収束光を平行光に変換するように構成され、
前記第１のレンズは、前記射出端から前記第１のレンズまでの距離が前記第１のレンズの焦点距離以上となるように配置されて、前記板材に照射されるビームのビームウエストの直径である集光径をｄとしたとき、ビームウエストの半径ｄ／２と前記板材に照射されるビームの発散角の半値半幅との積で表されるビームパラメータ積は、前記第１及び第２のレンズを移動させても変化せず一定の値となるように構成され、
前記第２のレンズから射出する平行光のビーム径をＤ、前記ビームパラメータ積をＢＰＰ、前記第３のレンズの焦点距離をｆとしたとき、前記板材の板厚が薄いほど集光径ｄが小さくなるようビーム径Ｄを大きくし、前記板材の板厚が厚いほど集光径ｄが大きくなるようビーム径Ｄを小さくするように前記第１及び第２のレンズの互いの位置を設定し、
集光径ｄを式（１）に基づいて決定する

【数1】

ことを特徴とするレーザ加工機。

【請求項2】

前記板材に照射されるビームのレイリー長をＺｒとしたとき、レイリー長Ｚｒを式（２）に基づいて決定する

【数2】

ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。

【請求項3】

前記第１のレンズを移動させるための第１の移動機構と、
前記第２のレンズを移動させるための第２の移動機構と、
前記第１の移動機構を駆動する第１の駆動部と、
前記第２の移動機構を駆動する第２の駆動部と、
前記第１及び第２のレンズを前記板材の加工条件に応じて移動させるよう、前記第１及び第２の駆動部を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機。

【請求項4】

前記制御部は、前記板材の板厚が薄いほど集光径ｄを小さくするようビーム径Ｄを大きくし、前記板材の板厚が厚いほど集光径ｄを大きくするようビーム径Ｄを小さくするよう前記第１及び第２の駆動部を制御し、
前記第１及び第２の駆動部が前記第１及び第２のレンズを移動させても、前記第３のレンズより射出されて前記板材に集光するレーザ光の焦点位置は一定である
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機。

【請求項5】

前記第３のレンズは光軸方向に移動自在とされ、レーザ光の焦点位置を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機。

【請求項6】

前記ビームパラメータ積は、前記第３のレンズを移動させても変化せず一定の値となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工機。

【請求項7】

前記第１のレンズを移動させるための第１の移動機構と、
前記第２のレンズを移動させるための第２の移動機構と、
前記第３のレンズを移動させるための第３の移動機構と、
前記第１の移動機構を駆動する第１の駆動部と、
前記第２の移動機構を駆動する第２の駆動部と、
前記第３の移動機構を駆動する第３の駆動部と、
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、及び、前記第３のレンズを前記板材の加工条件に応じて移動させるよう、前記第１の駆動部、前記第２の駆動部、及び、前記第３の駆動部を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光によって金属の板材を切断加工するレーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ発振器より射出されたレーザ光によって金属の板材を切断加工するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機には、種々のレーザ発振器が用いられる。比較的板厚の薄い板材を高速に切断加工するためには、例えばファイバレーザ発振器がよく用いられる。ファイバレーザ発振器は、板材の高速切断加工に適しているという利点に加え、ＣＯ_２レーザ発振器と比較して小型及び低コストであるという利点を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】独国特許出願公開第10 2011 117 607 A1号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

比較的板厚の薄い板材のうち、板厚が例えば６ｍｍ〜３０ｍｍの板材を厚板、板厚が例えば０．１ｍｍ〜６ｍｍの板材を薄板と称することとする。なお、当業界では板厚が例えば２ｍｍ〜１２ｍｍの板材を中厚板と称す場合もある。同じレーザ加工機で加工条件のみを変更することによって厚板と薄板とを切断加工することは困難である。ここでの加工条件とは、例えば、レーザ光のパワー、レーザ光をパルス発振させるときのパルスのデューティ、焦点位置、アシストガスの種類またはガス圧である。

【0005】

そこで、従来のレーザ加工機においては、厚板と薄板との双方を切断加工するために、レンズ等の光学系要素または加工ノズルのようなレーザ加工機の構成部品を交換しなければならない。構成部品の交換は煩雑であり、コストの上昇を招くことから、構成部品を交換することなく、厚板と薄板との双方を切断加工することができるレーザ加工機が望まれる。

【0006】

本発明は、構成部品を交換することなく、所定の範囲の板厚の板材を切断加工することができるレーザ加工機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】

【0007】

本発明は、光軸方向に移動自在とされ、正の焦点距離を有して、レーザ光の射出端より射出されたレーザ光の発散光を収束光に変換する第１のレンズと、光軸方向に移動自在とされ、負の焦点距離を有して、前記収束光が入射される第２のレンズと、正の焦点距離を有し、前記第２のレンズより射出されたレーザ光を集光して板材に照射させる第３のレンズとを備え、前記第２のレンズは、前記第１のレンズの光軸方向の位置に対応して、前記収束光が集光する位置から前記第１のレンズ側に、前記第２のレンズの焦点距離と同じ距離だけずらした位置に配置されて、前記収束光を平行光に変換するように構成され、前記第１のレンズは、前記射出端から前記第１のレンズまでの距離が前記第１のレンズの焦点距離以上となるように配置されて、前記板材に照射されるビームのビームウエストの直径である集光径をｄとしたとき、ビームウエストの半径ｄ／２と前記板材に照射されるビームの発散角の半値半幅との積で表されるビームパラメータ積は、前記第１及び第２のレンズを移動させても変化せず一定の値となるように構成され、前記第２のレンズから射出する平行光のビーム径をＤ、前記ビームパラメータ積をＢＰＰ、前記第３のレンズの焦点距離をｆとしたとき、前記板材の板厚が薄いほど集光径ｄが小さくなるようビーム径Ｄを大きくし、前記板材の板厚が厚いほど集光径ｄが大きくなるようビーム径Ｄを小さくするように前記第１及び第２のレンズの互いの位置を設定し、集光径ｄを式（１）に基づいて決定する

【数1】

ことを特徴とするレーザ加工機を提供する。

【0008】

上記の構成において、前記板材に照射されるビームのレイリー長をＺｒとしたとき、レイリー長Ｚｒを式（２）に基づいて決定する

【数2】

ことができる。
上記の構成において、前記第１のレンズを移動させるための第１の移動機構と、前記第２のレンズを移動させるための第２の移動機構と、前記第１の移動機構を駆動する第１の駆動部と、前記第２の移動機構を駆動する第２の駆動部と、前記第１及び第２のレンズを前記板材の加工条件に応じて移動させるよう、前記第１及び第２の駆動部を制御する制御部とをさらに備えることが好ましい。

【0009】

上記の構成において、前記制御部は、前記板材の板厚が薄いほど集光径ｄを小さくするようビーム径Ｄを大きくし、前記板材の板厚が厚いほど集光径ｄを大きくするようビーム径Ｄを小さくするよう前記第１及び第２の駆動部を制御し、前記第１及び第２の駆動部が前記第１及び第２のレンズを移動させても、前記第３のレンズより射出されて前記板材に集光するレーザ光の焦点位置は一定である。

【0010】

上記のレーザ加工機において、前記第３のレンズは光軸方向に移動自在とされ、レーザ光の焦点位置を変化させるように構成されていることが好ましい。
上記の構成において、前記ビームパラメータ積は、前記第第３のレンズを移動させても変化せず一定の値となるように構成されている。

【0011】

この場合、前記第１のレンズを移動させるための第１の移動機構と、前記第２のレンズを移動させるための第２の移動機構と、前記第３のレンズを移動させるための第３の移動機構と、前記第１の移動機構を駆動する第１の駆動部と、前記第２の移動機構を駆動する第２の駆動部と、前記第３の移動機構を駆動する第３の駆動部と、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、及び、前記第３のレンズを前記板材の加工条件に応じて移動させるよう、前記第１の駆動部、前記第２の駆動部、及び、前記第３の駆動部を制御する制御部とをさらに備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明のレーザ加工機によれば、構成部品を交換することなく、所定の範囲の板厚の板材を切断加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す斜視図である。

【図2】図１中のレーザ発振器１１をファイバレーザ発振器１１Ｆで構成した場合の概略的な構成を示す図である。

【図3】図１中のレーザ発振器１１をダイレクトダイオードレーザ発振器１１Ｄで構成した場合の概略的な構成を示す図である。

【図4】図１中の凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７を移動自在する概略的な構成例を示す図である。

【図5】凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７の移動のさせ方を説明するための図である。

【図6】レーザ光の集光径及び発散角を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、一実施形態のレーザ加工機について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ加工機１００は、レーザ光を生成して射出するレーザ発振器１１と、レーザ加工ユニット１５と、レーザ光をレーザ加工ユニット１５へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。レーザ加工機１００は、レーザ発振器１１より射出されたレーザ光によって、金属の板材Ｗ１を切断加工する。

【0015】

レーザ発振器１１としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザ光を射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザ光を直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１１は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。

【0016】

プロセスファイバ１２は、レーザ加工ユニット１５に配置されたＸ軸及びＹ軸のケーブルダクト（図示せず）に沿って装着されている。

【0017】

レーザ加工ユニット１５は、板材Ｗ１を載せる加工テーブル２１と、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在である門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在であるＹ軸キャリッジ２３とを有する。また、レーザ加工ユニット１５は、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット２９を有する。

【0018】

コリメータユニット２９は、プロセスファイバ１２の射出端より射出したレーザ光が入射される凸レンズ２８と、凸レンズ２８より射出したレーザ光が入射される凹レンズ３０とを有する。また、コリメータユニット２９は、凹レンズ３０より射出したレーザ光をＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー２５と、ベンドミラー２５で反射したレーザ光を集光させる集光レンズ２７と、加工ヘッド２６とを有する。

【0019】

凸レンズ２８は正の焦点距離を有するレンズ、凹レンズ３０は負の焦点距離を有するレンズ、集光レンズ２７は正の焦点距離を有するレンズである。集光レンズ２７は凸レンズである。凸レンズ２８と凹レンズ３０とは、入射されたレーザ光の個々のビームを平行光化するコリメートレンズの機能を有する。後述するように、凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７とは光軸方向に移動自在に構成されている。

【0020】

凸レンズ２８及び凹レンズ３０、ベンドミラー２５、集光レンズ２７、加工ヘッド２６は、予め光軸が調整された状態でコリメータユニット２９内に配置されている。

【0021】

コリメータユニット２９は、Ｙ軸方向に移動自在のＹ軸キャリッジ２３に固定され、Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸方向に移動自在のＸ軸キャリッジ２２に設けられている。よって、レーザ加工ユニット１５は、加工ヘッド２６から射出されるレーザ光を板材Ｗ１に照射する位置を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。

【0022】

以上の構成によって、レーザ加工機１００は、レーザ発振器１１より射出されたレーザ光をプロセスファイバ１２によってレーザ加工ユニット１５へと伝送させ、集光レンズ２７によって集光されたレーザ光を板材Ｗ１に照射して板材Ｗ１を切断加工することができる。

【0023】

なお、板材Ｗ１を切断加工するとき、板材Ｗ１には溶融物を除去するためのアシストガスが噴射される。図１では、アシストガスを噴射する構成については図示を省略している。

【0024】

図２は、レーザ発振器１１をファイバレーザ発振器１１Ｆで構成した場合の概略的な構成を示している。図２において、複数のレーザダイオード１１０はそれぞれ波長λのレーザ光を射出する。励起コンバイナ１１１は、複数のレーザダイオード１１０より射出されたレーザ光を空間ビーム結合させる。

【0025】

励起コンバイナ１１１より射出されたレーザ光は、２つのファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１１２及び１１４間のＹｂドープファイバ１１３に入射される。Ｙｂドープファイバ１１３とは、コアに希土類のＹｂ（イッテルビウム）元素が添加されたファイバである。

【0026】

Ｙｂドープファイバ１１３に入射されたレーザ光は、ＦＢＧ１１２及び１１４間で往復を繰り返し、ＦＢＧ１１４からは、波長λとは異なる概ね１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍの波長λ’（１μｍ帯）のレーザ光が射出される。ＦＢＧ１１４から射出されたレーザ光は、フィーディングファイバ１１５及びビームカップラ１１６を介してプロセスファイバ１２に入射される。ビームカップラ１１６は、レンズ１１６１及び１１６２を有する。

【0027】

図３は、レーザ発振器１１をＤＤＬ発振器１１Ｄで構成した場合の概略的な構成を示している。図３において、複数のレーザダイオード１１７はそれぞれ互いに異なる波長λ１〜λｎのレーザ光を射出する。波長λ１〜λｎ（１μｍ帯より短い波長帯）は、例えば９１０ｎｍ〜９５０ｎｍである。

【0028】

オプティカルボックス１１８は、複数のレーザダイオード１１７より射出された波長λ１〜λｎのレーザ光を空間ビーム結合させる。オプティカルボックス１１８は、コリメートレンズ1181と、グレーティング1182と、集光レンズ1183とを有する。

【0029】

コリメートレンズ1181は、波長λ１〜λｎのレーザ光を平行光化する。グレーティング1182は、平行光化されたレーザ光の方向を９０度曲げ、集光レンズ1183に入射させる。集光レンズ1183は、入射されたレーザ光を集光してプロセスファイバ１２に入射される。

【0030】

図４を用いて、凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７を移動自在する概略的な構成例を説明する。図４において、凸レンズ２８及び凹レンズ３０は、それぞれ、凸レンズ２８及び凹レンズ３０を光軸方向（図１のＸ軸方向）に移動自在とするための移動機構２８１及び３０１に取り付けられている。集光レンズ２７は、集光レンズ２７を光軸方向（図１のＺ軸方向）に移動自在とするための移動機構２７１に取り付けられている。

【0031】

移動機構２８１，３０１及び２７１は、例えば、ギア、ベルト、ラック・ピニオン、ウォームギア、ボールねじ等のいずれか（またはこれらの任意の組み合わせ）を用いて、凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７とのそれぞれを移動自在にする機構でればよい。

【0032】

凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７は、それぞれ、駆動部２８２，３０２及び２７２が移動機構２８１，３０１及び２７１を駆動することによって、矢印で示すように光軸方向に移動する。駆動部２８２，３０２及び２７２は、例えばモータである。

【0033】

制御部５０は、駆動部２８２，３０２及び２７２を制御する。制御部５０は、マイクロプロセッサで構成することができる。制御部５０は、レーザ加工機１００の全体を制御するＮＣ装置であってもよい。

【0034】

オペレータは、操作部５１を操作して、板材Ｗ１の材料の種別、板材Ｗ１の板厚、レーザ光の集光径、焦点位置等の各種の加工条件を設定することができる。板材Ｗ１の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮である。板材Ｗ１の板厚は、例えば、０．１ｍｍ〜３０ｍｍを所定の範囲として、所定の範囲内のいずれかの板厚である。

【0035】

制御部５０は、操作部５１によって入力された板材Ｗ１の加工条件に応じて凸レンズ２８及び凹レンズ３０の位置を調整するよう、駆動部２８２及び３０２による移動機構２８１及び３０１の駆動を制御する。

【0036】

操作部５１によってレーザ光の集光径が入力された場合には、制御部５０は、入力された集光径に応じて凸レンズ２８及び凹レンズ３０の位置を調整するよう駆動部２８２及び３０２を制御する。

【0037】

レーザ光の集光径が入力されなくても、板材Ｗ１の材料の種別及び板厚が入力されれば、最適な集光径はほぼ決まる。操作部５１によって板材Ｗ１の材料の種別及び板厚が入力された場合には、制御部５０は、入力された材料の種別及び板厚に対応する集光径に応じて、凸レンズ２８及び凹レンズ３０の位置を調整するよう駆動部２８２及び３０２を制御することができる。

【0038】

制御部５０は、加工条件に基づいて必要な集光径を計算によって求めてもよいし、予め保持されたそれぞれの加工条件に対応する集光径を読み出してもよい。

【0039】

操作部５１によって焦点位置が入力された場合には、制御部５０は、入力された焦点位置に応じて集光レンズ２７の位置を調整するよう、駆動部２７２による移動機構２７１の駆動を制御する。

【0040】

図４において、プロセスファイバ１２の射出端１２ｅから、一点鎖線で示すようにレーザ光が発散光として射出する。レーザ発振器１１から射出されたレーザ光が直接コリメータユニット２９に入射される場合には、射出端１２ｅの位置はレーザ発振器１１の射出端の位置である。

【0041】

凸レンズ２８は、射出端１２ｅから凸レンズ２８までの距離が凸レンズ２８の焦点距離以上となるように配置されている。よって、凸レンズ２８は、レーザ光の発散光を収束光に変換する。制御部５０は、凸レンズ２８を、射出端１２ｅから凸レンズ２８までの距離が凸レンズ２８の焦点距離以上となる条件で光軸方向に移動させることができる。

【0042】

凹レンズ３０が後述する最適な位置に配置されていると、凹レンズ３０は収束光を平行光に変換する。ここでの平行光とは、レーザ光の光束が平行光であるということである。凹レンズ３０から射出した平行光はベンドミラー２５で反射して光路が曲げられ、集光レンズ２７に入射する。集光レンズ２７は、焦点位置が板材Ｗ１の表面またはその近傍となるよう平行光を集光して、レーザ光を板材Ｗ１に照射させる。

【0043】

図５（ａ）〜（ｃ）は、図４におけるベンドミラー２５を省略して、光軸が一直線となるように凸レンズ２８と凹レンズ３０と集光レンズ２７とを配置した状態を概念的に示している。図５（ａ）〜（ｃ）において、仮に凹レンズ３０が存在せず、凸レンズ２８からの収束光が集光する位置を点Pf28とする。凹レンズ３０を、点Pf28より凸レンズ２８側に、凹レンズ３０の焦点距離と同じ距離Ｌだけずらした位置に配置すると、凹レンズ３０は収束光を平行光に変換する。

【0044】

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹レンズ３０から射出する平行光のビーム径Ｄは、凸レンズ２８から射出する収束光の収束角に応じて変化する。

【0045】

図６は、板材Ｗ１の表面またはその近傍に集光するレーザ光のビームウエスト周辺を拡大して概念的に示している。図６の左側が板材Ｗ１の上方側、右側が板材Ｗ１の下方側である。

【0046】

集光径ｄは式（１）で表される。レイリー長Ｚｒは式（２）で表される。式（１）及び（２）において、ＢＰＰは、ビームウエストの半径ｄ／２とビームの発散角の半値半幅θとの積で表されるビームパラメータ積（Beam Parameter Products）であり、ｆは集光レンズ２７の焦点距離である。

【0047】

【数1】

【0048】

【数2】

【0049】

ＢＰＰは、凸レンズ２８及び凹レンズ３０、または、集光レンズ２７を移動させても変化しない。よって、式（１）及び（２）より、集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒはビーム径Ｄに応じて決まり、ビーム径Ｄが変化すると集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒは変化する。

【0050】

ビーム径Ｄが大きくなると集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒが小さくなり、パワー密度が高くなって薄板に適したビームプロファイルとなる。ビーム径Ｄが小さくなると集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒが大きくなり、パワー密度が低くなって厚板に適したビームプロファイルとなる。

【0051】

制御部５０は、式（１）に基づいて、目標とする集光径ｄとなるビーム径Ｄを算出し、凸レンズ２８及び凹レンズ３０の位置が算出したビーム径Ｄを実現する位置となるよう、駆動部２８２及び３０２を制御して、凸レンズ２８及び凹レンズ３０を移動させる。

【0052】

詳細には、制御部５０は、凸レンズ２８から射出されるレーザ光の収束角が目標とするビーム径Ｄが得られる収束角となるように凸レンズ２８を移動させる。これに加えて、制御部５０は、凸レンズ２８の光軸方向の位置に対応して、収束光を平行光に変換するよう、凹レンズ３０を点Pf28より凸レンズ２８側に距離Ｌだけずらした位置に移動させる。

【0053】

制御部５０は、目標とするビーム径Ｄ及び集光径ｄとするための凸レンズ２８及び凹レンズ３０の位置を算出して、凸レンズ２８及び凹レンズ３０を移動させる。

【0054】

図５（ａ）及び（ｂ）より分かるように、集光レンズ２７は平行光を集光するため、凹レンズ３０の位置が変化してもレーザ光の焦点位置は変化しない。

【0055】

以上のように、制御部５０は、板材Ｗ１の板厚が薄いほど集光径ｄを小さくするよう、集光レンズ２７に入射されるレーザ光のビーム径Ｄを大きくし、板材Ｗ１の板厚が厚いほど集光径ｄを大きくするよう、集光レンズ２７に入射されるレーザ光のビーム径Ｄを小さくするよう駆動部２８２及び３０２を制御する。駆動部２８２及び３０２が凸レンズ２８及び凹レンズ３０を移動させても、集光レンズ２７より射出されて板材Ｗ１に集光するレーザ光の焦点位置は一定であり変化しない。

【0056】

なお、ビーム径Ｄ内の光強度分布は、プロセスファイバ１２のコアとクラッドに伝達されるレーザ光の反射合成によって形成される。図５（ａ）及び（ｂ）のようにビーム径Ｄが変化しても、ビーム径Ｄ内の光強度分布はほとんど変化せず、変化したとしても極めてわずかである。

【0057】

制御部５０が集光レンズ２７を移動させると、図５（ｃ）に示すように、焦点位置を変化させることができる。板材Ｗ１の表面を焦点位置とするのではなく、板材Ｗ１の表面または裏面からわずかにずらした位置を焦点位置として切断加工する場合がある。

【0058】

操作部５１によって焦点位置が入力された場合には、制御部５０は、入力された焦点位置となるよう、駆動部２７２を制御して、集光レンズ２７を移動させる。集光レンズ２７を移動させて焦点位置を変更しても、集光径ｄは変化しない。

【0059】

以上のように、本実施形態のレーザ加工機１００によれば、集光径ｄと焦点位置とを互いに独立して調整することができる。焦点位置を変更させる必要がない場合には、集光レンズ２７の位置を固定として、凸レンズ２８及び凹レンズ３０のみを移動自在に構成してもよい。

【0060】

制御部５０は、板材Ｗ１の板厚に応じて連続的に集光径ｄを調整してもよいし、例えば、板厚を６ｍｍ〜３０ｍｍの厚板と、０．１ｍｍ〜６ｍｍの板材を薄板とに分けて、集光径ｄを２段階で調整してもよい。さらに、板厚を１２ｍｍ〜３０ｍｍの厚板と、２ｍｍ〜１２ｍｍの中厚板と、０．１ｍｍ〜２ｍｍの板材を薄板と分けて、集光径ｄを３段階で調整してもよい。制御部５０は、板材Ｗ１の板厚を４つ以上のグループに分けて、集光径ｄを４段階以上で調整してもよい。

【0061】

本実施形態のレーザ加工機１００は、集光径ｄを調整することができるため、レンズ等の構成部品を交換することなく、所定の範囲の板厚の板材Ｗ１をそれぞれの板厚に合わせて適切に切断加工することができる。

【0062】

本実施形態のレーザ加工機１００によれば、正の焦点距離を有する第１のレンズ（凸レンズ２８）と、負の焦点距離を有する第２のレンズ（凹レンズ３０）と、正の焦点距離を有する第３のレンズ（集光レンズ２７）との３枚のレンズを用いればよい。よって、特許文献１に記載の構成よりも構成を簡略化でき、構成部品を交換することなく所定の範囲の板厚の板材を切断加工することができるレーザ加工機を低コストで実現することができる。

【0063】

本実施形態のレーザ加工機１００によれば、少なくとも第１及び第２のレンズのみを移動自在に構成することによって、板厚に合わせた適切な切断加工を実現することができる。

【0064】

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

【符号の説明】

【0065】

１１ レーザ発振器
１２ｅ 射出端
１５ レーザ加工ユニット
２７ 集光レンズ（第３のレンズ）
２８ 凸レンズ（第１のレンズ）
３０ 凹レンズ（第２のレンズ）
１００ レーザ加工機
Ｗ１ 板材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】