特開 2024-167724 レーザ加工ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167724

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】レーザ加工ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20241127BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

B23K26/064 A

B23K26/082

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083983

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤本 史記

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD07

4E168AD11

4E168BA00

4E168CB03

4E168CB08

4E168EA17

4E168EA24

4E168FC04

4E168KB05

(57)【要約】

【課題】小型化、軽量化が図れるとともに、レーザ光をスピン走査する場合の走査周波数を高められるレーザ加工ヘッドを提供する。
【解決手段】レーザ加工ヘッド５０は、第１及び第２平行板１３、２２と第１及び第２ホルダ１４、２３とが収容された筐体１０と第１及び第２サーボモータ１５、２４とを備えている。第１及び第２ホルダ１４、２３は、第１及び第２平行板１３、２２をそれぞれ保持する。第１サーボモータ１５は、第１回転軸１６を中心に第１ホルダ１４を揺動させ、レーザ光ＬＢの光軸を第１光軸からシフトさせる。第２サーボモータ２４は、第２回転軸２５を中心に第２ホルダ２３を揺動させ、第１平行板１３を透過したレーザ光ＬＢの光軸をシフトさせる。第１及び第２回転軸１６、２５の延伸方向と第１光軸とは互いに直交している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光が入射される光入射口と前記レーザ光が出射される光出射口とを有し、複数の部品が内部に収容された筐体を少なくとも備えたレーザ加工ヘッドであって、
前記複数の部品は、コリメーションレンズとフォーカスレンズと第１平行板と第１ホルダと第２平行板と第２ホルダと、を少なくとも含み、
前記コリメーションレンズは、第１光軸を有する前記レーザ光を平行化し、
前記フォーカスレンズは、前記コリメーションレンズで平行化された前記レーザ光を集光し、
前記第１ホルダは、前記第１平行板を保持し、
前記第２ホルダは、前記第２平行板を保持し、
前記レーザ加工ヘッドは、第１アクチュエータと第２アクチュエータとをさらに備え、
前記第１アクチュエータは、前記第１ホルダが回転一体に接続された第１回転軸を有し、かつ前記第１回転軸を中心に前記第１ホルダを第１揺動角で揺動させ、
前記第１平行板は、前記第１揺動角に応じて、前記フォーカスレンズで集光された前記レーザ光の光軸を前記第１光軸からシフトさせ、
前記第２アクチュエータは、前記第２ホルダが回転一体に接続された第２回転軸を有し、かつ前記第２回転軸を中心に前記第２ホルダを第２揺動角で揺動させ、
前記第２平行板は、前記第２揺動角に応じて、前記第１平行板を透過した前記レーザ光の光軸をシフトさせ、
前記第１回転軸の延伸方向及び前記第２回転軸の延伸方向は、それぞれ前記第１光軸と直交しており、かつ前記第１回転軸の延伸方向は前記第２回転軸の延伸方向と直交していることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１揺動角及び前記第２揺動角の少なくとも一方は、所定の角度範囲で周期的に変化することを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項3】

請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１揺動角及び前記第２揺動角は、それぞれ、－θ（°）から＋θ（°）まで周期的に変化する一方（－４５≦θ≦＋４５）、前記第２揺動角の時間変化の位相は、前記第１揺動角の時間変化の位相と９０（°）ずれていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項4】

請求項３に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記光入射口に入射され、かつ前記光出射口から出射された前記レーザ光は、レーザ加工対象であるワークの表面において、円を描くように照射され、
前記円に沿って前記レーザ光が１周する期間は、前記第１揺動角及び前記第２揺動角の時間変化の周期に一致することを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１アクチュエータには第１カバーが、及び前記第２アクチュエータには第２カバーが、それぞれ取り付けられており、
前記第１カバー及び前記第２カバーには、それぞれ、外部から供給されるエアーの導入口が設けられており、
前記筐体には、前記エアーの別の導入口が設けられていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項6】

前記レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ光をワークに向けて出射する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの動作を制御する制御装置と、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項7】

前記レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ光をワークに向けて出射する請求項５に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの動作を制御する制御装置と、
エアー供給源と、
前記エアー供給源から供給される前記エアーの経路を切り替える経路切り替え機構と、を少なくとも備え、
前記経路切り替え機構を動作させることで、
前記レーザ加工ヘッドから前記レーザ光が出射されている期間は、前記別の導入口に前記エアーが供給され、
前記レーザ発振器に設けられた電源がオン状態である一方、前記レーザ発振器ではレーザ発振の準備中であり、前記レーザ加工ヘッドから前記レーザ光が出射されていない期間は、前記第１カバー及び前記第２カバーのそれぞれの前記導入口に前記エアーが供給されることを特徴とするレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、焦点距離が長いレーザ光を用いて、加工点から離れた位置からレーザ光を加工点に照射してレーザ溶接を行うリモートレーザ加工と呼ばれる加工法が注目されている。

【0003】

特に、小型かつ軽量であるレーザ加工ヘッドへの関心が高まっており、例えば、特許文献１には、簡便な構成でレーザ光をシフトさせて、加工対象であるワークに対するレーザ光の照射位置を制御し、スポット溶接やシーム溶接等のレーザ加工を行うことができるレーザ加工ヘッドが開示されている。

【0004】

特許文献１に開示された構成では、レーザ光の入射光軸に対して傾斜した入射面と出射面とをそれぞれ有し、レーザ光を透過する２枚の平行板が、レーザ加工ヘッドの内部に設けられている。それぞれサーボモータとタイミングベルトとを有する２組の回転機構により、２枚の平行板がレーザ光の入射光軸と平行な軸回りに回転することで、２枚の平行板を透過したレーザ光軸が変化する。このことを利用して、所望の軌跡、例えば、円形やらせん状の軌跡でワークの表面にレーザ光を照射することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６５２８０８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示される従来の構成は、前述したように、簡便な構成でワークに対するレーザ光の照射軌跡を制御できるため、レーザ加工を行う上で非常に有用である。

【0007】

一方、近年、レーザ加工の高速化が要求されている。例えば、レーザ加工ヘッドを直線に沿って移動させながらレーザ光を円形に走査してワークをレーザ加工する場合、レーザ光を円形に回転させる回転周波数を高める必要がある。

【0008】

一方、特許文献１に開示される従来の構成では、この回転周波数を所定値以上に高めることが難しかった。

【0009】

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化、軽量化が図れるとともに、レーザ光をスピン走査する場合の走査周波数を高められるレーザ加工ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ加工ヘッドは、レーザ光が入射される光入射口と前記レーザ光が出射される光出射口とを有し、複数の部品が内部に収容された筐体を少なくとも備えたレーザ加工ヘッドであって、前記複数の部品は、コリメーションレンズとフォーカスレンズと第１平行板と第１ホルダと第２平行板と第２ホルダと、を少なくとも含み、前記コリメーションレンズは、第１光軸を有する前記レーザ光を平行化し、前記フォーカスレンズは、前記コリメーションレンズで平行化された前記レーザ光を集光し、前記第１ホルダは、前記第１平行板を保持し、前記第２ホルダは、前記第２平行板を保持し、前記レーザ加工ヘッドは、第１アクチュエータと第２アクチュエータとをさらに備え、前記第１アクチュエータは、前記第１ホルダが回転一体に接続された第１回転軸を有し、かつ前記第１回転軸を中心に前記第１ホルダを第１揺動角で揺動させ、前記第１平行板は、前記第１揺動角に応じて、前記フォーカスレンズで集光された前記レーザ光の光軸を前記第１光軸からシフトさせ、前記第２アクチュエータは、前記第２ホルダが回転一体に接続された第２回転軸を有し、かつ前記第２回転軸を中心に前記第２ホルダを第２揺動角で揺動させ、前記第２平行板は、前記第２揺動角に応じて、前記第１平行板を透過した前記レーザ光の光軸をシフトさせ、前記第１回転軸の延伸方向及び前記第２回転軸の延伸方向は、それぞれ前記第１光軸と直交しており、かつ前記第１回転軸の延伸方向は前記第２回転軸の延伸方向と直交していることを特徴とする。

【0011】

本開示に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ光をワークに向けて出射する前記レーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドの動作を制御する制御装置と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、レーザ加工ヘッドの小型化、軽量化が図れる。また、レーザ光をスピン走査する場合の走査周波数を高められる。このことにより、高速でのレーザ加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。

【図2】第１揺動角及び第２揺動角が０°の場合のレーザ加工ヘッドの概略構成を示す斜視図である。

【図3】第１揺動角及び第２揺動角が０°の場合のレーザ加工ヘッドの断面模式図である。

【図4】第１揺動角及び第２揺動角が２０°の場合のレーザ加工ヘッドの概略構成を示す斜視図である。

【図5】第１揺動角及び第２揺動角が２０°の場合のレーザ加工ヘッドの断面模式図である。

【図6】第１ホルダ及び第１平行板が取り付けられた第１サーボモータの斜視図である。

【図7】第１平行板によるレーザ光の光軸シフトの様子を説明する模式図である。

【図8A】第２平行板によるレーザ光のビームシフト量の時間変化を示す図である。

【図8B】第１平行板によるレーザ光のビームシフト量の時間変化を示す図である。

【図9】ワークの表面でのレーザ光の照射軌跡を示す図である。

【図10】比較に係るレーザ加工ヘッドの断面模式図である。

【図11A】実施形態２に係るレーザ加工装置の要部であって、レーザ加工中のエアーの流れを示すブロック図である。

【図11B】実施形態２に係るレーザ加工装置の要部であって、レーザ加工のインターバルにおけるエアーの流れを示すブロック図である。

【図12】実施形態２に係るレーザ加工ヘッドを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0015】

（実施形態１）
［レーザ加工装置の構成］
図１は、実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示し、レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド５０と、マニピュレータ６０と、制御装置７０と、レーザ発振器８０と、光ファイバ９０とを備えている。

【0016】

レーザ加工ヘッド５０は、光ファイバ９０で伝送されたレーザ光ＬＢをワークＷに向けて照射する。レーザ加工ヘッド５０の構成については後で詳しく述べる。

【0017】

マニピュレータ６０は、多関節軸ロボットであり、先端にレーザ加工ヘッド５０が取り付けられ、レーザ加工ヘッド５０を移動させる。なお、各関節軸（図示せず）には、サーボモータ（図示せず）が取り付けられており、制御装置７０からの指令信号により、サーボモータの駆動制御が行われる。

【0018】

制御装置７０は、１または複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＣＵ（Micro Controller Unit）（いずれも図示せず）を有している。また、制御装置７０は、記憶部としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の半導体メモリまたはＨＤＤ（Hard Disk Drive）あるいはその両方（いずれも図示せず）を有している。

【0019】

制御装置７０は、レーザ加工ヘッド５０の動作と、マニピュレータ６０の動作と、レーザ発振器８０のレーザ発振を制御する。具体的には、制御装置７０は、後で述べる第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４の動作をそれぞれ制御する。また制御装置７０は、前述したマニピュレータ６０の各サーボモータの動作を制御する。また、制御装置７０は、レーザ発振器８０に設けられた電源（図示せず）を動作させ、レーザ光ＬＢのパワーやオンオフのタイミング等を制御する。

【0020】

なお、制御装置７０は、少なくともレーザ加工ヘッド５０の動作を制御すればよい。例えば、マニピュレータ６０の動作を制御する制御装置と、レーザ発振器８０のレーザ発振を制御する制御装置とを、制御装置７０と別個に設けてもよい。

【0021】

レーザ発振器８０は、レーザ発振によりレーザ光ＬＢを発生させ、光ファイバ９０に出力する。光ファイバ９０は、レーザ発振器８０から出力されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ヘッド５０まで伝送する。

【0022】

図１に示すレーザ加工装置１００は、ワークＷの切断や溶接、穴あけ加工等を行うのに使用される。レーザ加工装置１００では、制御装置７０により、レーザ発振器８０、レーザ加工ヘッド５０及びマニピュレータ６０をそれぞれ動作させて、ワークＷに所望の軌跡でレーザ光ＬＢを照射する。

【0023】

［レーザ加工ヘッドの構成］
図２は、第１揺動角及び第２揺動角が０°の場合のレーザ加工ヘッドの概略構成を示す斜視図である。図３は、第１揺動角及び第２揺動角が０°の場合のレーザ加工ヘッドの断面模式図である。図４は、第１揺動角及び第２揺動角が２０°の場合のレーザ加工ヘッドの概略構成を示す斜視図である。図５は、第１揺動角及び第２揺動角が２０°の場合のレーザ加工ヘッドの断面模式図である。なお、図２及び図４において、第２筐体２は、外形のみを二点鎖線で図示し、レーザ加工ヘッド５０の内部構造を可視化できるようにしている。

【0024】

図６は、第１ホルダ及び第１平行板が取り付けられた第１サーボモータの斜視図である。なお、第２ホルダ２３及び第２平行板２２が取り付けられた第２サーボモータ２４の構造も、図６に示す構造と同様である。

【0025】

図２～５に示すように、レーザ加工ヘッド５０は、筐体１０を有し、筐体１０の内部に、それぞれ光学部品であるコリメーションレンズ１１とフォーカスレンズ１２と第１保護ガラス４１と第２保護ガラス４２とが収容されている。また、筐体１０の内部には第１平行板１３と第１ホルダ１４と第２平行板２２と第２ホルダ２３とが収容されている。

【0026】

なお、以降の説明において、筐体１０の長手方向、さらに言うと、光入射口１０ａから筐体１０の内部に入射されるレーザ光ＬＢの光軸方向をＺ方向と呼ぶことがある。また、第１回転軸１６の延伸方向をＸ方向と呼び、第２回転軸２５の延伸方向をＹ方向と呼ぶことがある。

【0027】

なお、Ｚ方向において、光入射口１０ａが設けられた側を上側または上方と呼び、光出射口１０ｂが設けられた側を下側または下方と呼ぶことがある。

【0028】

Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交している。なお、本願明細書において、「直交」している、または「平行」である、あるいは「同じ」であるとは、レーザ加工ヘッド５０を構成する各部品の製造公差や部品間の組立公差を含んで、比較対象同士が直交している、または平行である、あるいは同じであると言う意味である。比較対象同士が厳密な意味で直交している、または平行である、あるいは同じであるということまでを意味するものではない。

【0029】

筐体１０は、それぞれ筒状の部材である第１筐体１と第２筐体２と第３筐体３とが、Ｚ方向に沿って下からこの順で配置されてなる。

【0030】

第１筐体１の上端にコネクタ４が接続される。また、コネクタ４に光ファイバ９０が接続され、筐体１０の内部にレーザ光ＬＢが導光される。なお、第１筐体１の上端の開口が、光入射口１０ａである。

【0031】

また、第１筐体１の内部には、コリメーションレンズ１１とフォーカスレンズ１２とが、Ｚ方向に沿って上からこの順で配置されている。コリメーションレンズ１１は、筐体１０の内部に入射されたレーザ光ＬＢを平行化する。フォーカスレンズ１２は、コリメーションレンズ１１によって平行化されたレーザ光ＬＢをワークＷにおける加工点で焦点を結ぶように集光する。なお、光入射口１０ａから入射してフォーカスレンズ１２を透過した直後まで、レーザ光ＬＢの光軸（第１光軸）はＺ方向に沿っている。

【0032】

第２筐体２の内部には、第１平行板１３と第１ホルダ１４と第２平行板２２と第２ホルダ２３とが収容されている。

【0033】

図３及び図６に示すように、第１ホルダ１４は、第１サーボモータ１５の第１回転軸１６に回転一体に接続されている。また、第１平行板１３は第１ホルダ１４に保持されている。つまり、第１サーボモータ１５が動作し、第１回転軸１６が時計回りまたは反時計回りに所定の回転速度で回転すると、この回転にあわせて第１平行板１３と第１ホルダ１４とが同じ方向に同じ回転速度で回転する。

【0034】

また、図３及び図６に示すように、第２ホルダ２３は、第２サーボモータ２４の第２回転軸２５に回転一体に接続されている。また、第２平行板２２は第２ホルダ２３に保持されている。つまり、第２サーボモータ２４が動作し、第２回転軸２５が時計回りまたは反時計回りに所定の回転速度で回転すると、この回転にあわせて第２平行板２２と第２ホルダ２３とが同じ方向に同じ回転速度で回転する。

【0035】

また、第１平行板１３が所定の角度で回転すると、当該角度に応じて、レーザ光ＬＢの光軸が第１光軸からシフトする。また、第２平行板２２が所定の角度で回転すると、当該角度に応じて、第２平行板２２から出射されるレーザ光ＬＢの光軸が第１平行板１３を透過した直後のレーザ光ＬＢの光軸からシフトする。これらの詳細については後で述べる。

【0036】

また、第１平行板１３及び第２平行板２２は、それぞれレーザ光ＬＢを透過する板材である。本実施形態において、第１平行板１３及び第２平行板２２は、いずれも合成石英からなる。また、第１平行板１３及び第２平行板２２のそれぞれにおいて、レーザ光ＬＢが入射される表面は、レーザ光ＬＢが出射される裏面と平行である。

【0037】

第３筐体３の内部には、第１保護ガラス４１と第２保護ガラス４２とが、Ｚ方向に沿って上からこの順で配置されている。なお、第３筐体３の下端の開口が、光出射口１０ｂである。第１保護ガラス４１と第２保護ガラス４２とを設けることで、レーザ加工中に筐体１０の内部にスパッタやヒュームが入り込むのを防止できる。スパッタやヒュームが第１平行板１３や第２平行板２２、また、コリメーションレンズ１１やフォーカスレンズ１２に付着すると、レーザ光ＬＢがけられて、光出射口１０ｂから出射されるレーザ光ＬＢのパワーが設定値より低下するおそれがある。また、レーザ光ＬＢのビーム品質を低下させるおそれがある。

【0038】

第１保護ガラス４１と第２保護ガラス４２とを設けることで、このような不具合が発生するのを防止できる。なお、同じ目的で、１ないし複数の保護ガラスをさらに筐体１０の内部に設定するようにしてもよい。

【0039】

第１サーボモータ１５は、前述したように第１回転軸１６を有している。第１回転軸１６は第２筐体２を貫通して第２筐体２の内部に導入され、先端に第１ホルダ１４が接続されている。

【0040】

第２サーボモータ２４は、前述したように第２回転軸２５を有している。第２回転軸２５は第２筐体２を貫通して第２筐体２の内部に導入され、先端に第２ホルダ２３が接続されている。

【0041】

第２サーボモータ２４は、第１サーボモータ１５よりも下方に配置されている。また、前述したように、Ｚ方向に沿って見て、第１回転軸１６の延伸方向であるＸ方向は、第２回転軸２５の延伸方向であるＹ方向と直交している。

【0042】

［ワークの表面におけるレーザ光の走査について］
本実施形態におけるレーザ加工ヘッド５０では、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４がそれぞれ初期位置にあるとき、図３に示すように、光入射口１０ａから筐体１０の内部に入射したレーザ光ＬＢは、同じ光軸のまま光出射口１０ｂから出射される。

【0043】

この場合の初期位置は、第１回転軸１６及び第２回転軸２５の回転角度がそれぞれ０°であり、第１平行板１３及び第２平行板２２のそれぞれの表面に対して、レーザ光ＬＢが垂直に入射される。

【0044】

一方、図４，５に示すように、第１回転軸１６及び第２回転軸２５がそれぞれ所定の角度、この場合は２０°回転させると、筐体１０の内部に入射したレーザ光ＬＢの光軸は、２段階にシフトされて光出射口１０ｂから出射される。以下、このことについてさらに説明する。

【0045】

図７は、第１平行板によるレーザ光の光軸シフトの様子を説明する模式図である。なお、第１平行板１３の周囲は大気であり、その屈折率ｎ１は、１．００である。

【0046】

図７に示すように、第１平行板１３の表面に対して角度θ１でレーザ光ＬＢが入射した場合、第１平行板１３の内部で屈折され、第１平行板１３の表面に対して角度θ２（θ２＜θ１）で進行し、第１平行板１３の裏面に到達する。レーザ光ＬＢが、第２平行板２２の裏面から大気中に出射される際、再度屈折される。第１平行板１３の表面と裏面とは互いに平行であるから、レーザ光ＬＢの進行方向は、第１平行板１３の表面に入射する前と同じ方向に戻る。ただし、第１平行板１３の表面に入射した時点でのレーザ光ＬＢの光軸は、第１平行板１３の表面から出射された時点でシフト量Ｄだけ平行に移動する。第１平行板１３を構成する合成石英の屈折率をｎ２（＝１．４４９６３）とし、第１平行板１３の板厚をｔ（＝１３ｍｍ）とするとき、シフト量Ｄは、式（１）で表される。なお、以降の説明において、シフト量Ｄをビームシフト量Ｄと呼ぶ。

【0047】

Ｄ＝ｔｃｏｓθ１（ｔａｎθ１－ｔａｎθ２） ・・・（１）
また、角度θ２は、式（２）で表される。

【0048】

θ２＝ｓｉｎ^－１（（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎθ１） ・・・（２）
また、第１平行板１３は、延伸方向がＸ方向である第１回転軸１６を中心として回転する。このため、第１回転軸１６を初期位置から角度θ１回転させると、第１平行板１３を透過したレーザ光ＬＢの光軸はＹ方向に沿って第１光軸からシフトする。つまり、この場合のビームシフト量Ｄは、Ｙ方向に関する値である。

【0049】

また、本実施形態において、第２平行板２２の材質、屈折率ｎ２及び板厚ｔは、第１平行板１３の材質、屈折率ｎ２及び板厚ｔと同じである。

【0050】

したがって、式（１）、（２）に示す関係は、第２平行板２２に入射して第２平行板２２を透過するレーザ光ＬＢにも当てはまる。ただし、第２平行板２２は、延伸方向がＹ方向である第２回転軸２５を中心として回転するため、第２回転軸２５を初期位置から角度θ１回転させると、レーザ光ＬＢの光軸はＸ方向に沿ってシフトする。つまり、この場合のビームシフト量Ｄは、Ｘ方向に関する値である。

【0051】

以上の説明から明らかなように、第１サーボモータ１５の第１回転軸１６の回転角度を－θ１から＋θ１まで周期的に変化させると、第１平行板１３に入射したレーザ光ＬＢの光軸は、初期位置、つまり、θ１＝０°の場合の光軸位置からＹ方向に沿って、－Ｄから＋Ｄまで周期的に変化する。同様に、第２サーボモータ２４の第２回転軸２５の回転角度を－θ１から＋θ１まで周期的に変化させると、第２平行板２２に入射したレーザ光ＬＢの光軸は、初期位置、つまり、θ１＝０°の場合の光軸位置からＸ方向に沿って、－Ｄから＋Ｄまで周期的に変化する。

【0052】

このことを利用して、第１回転軸１６の回転角度と第２回転軸２５の回転角度をそれぞれ制御することで、ワークＷの表面に所望の軌跡でレーザ光ＬＢを照査させることができる。

【0053】

なお、以降の説明において、第１回転軸１６または第２回転軸２５、あるいはその両方を－θａから＋θｂまで周期的に回転させることで、第１ホルダ１４及び第１平行板１３または第２ホルダ２３及び第２平行板２２あるいはその両方を同じ角度範囲で周期的に回転させることを「揺動」と言う。ここで、０（°）＜|θａ|、|θｂ|≦９０（°）である。また、角度θａ、θｂを揺動角θａ、θｂと呼ぶことがある。なお、揺動角θａの絶対値は、揺動角θｂの絶対値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。揺動角θａの絶対値が、揺動角θｂの絶対値と異なっている場合、レーザ光ＬＢのビームシフト量Ｄは、初期位置に関して非対称となる。

【0054】

次に、ワークＷの表面でレーザ光ＬＢを円形に走査する、いわゆるスピン走査について説明する。

【0055】

図８Ａは、第２平行板によるレーザ光のビームシフト量の時間変化を示す図である。図８Ｂは、第１平行板によるレーザ光のビームシフト量の時間変化を示す図である。図９は、ワークの表面でのレーザ光の照射軌跡を示す図である。

【0056】

レーザ光ＬＢをスピン走査する場合、第１回転軸１６を－θから＋θまで周期的に回転させることで、第１平行板１３を第１揺動角θで揺動させる。これと同時に、第２回転軸２５を－θから＋θまで周期的に回転させることで、第２平行板２２を第２揺動角θで揺動させる。ここで、－４５（°）≦θ≦＋４５（°）であり、第１揺動角θは、第２揺動角θと同じ角度範囲で変化する。

【0057】

図８Ａ、８Ｂに示す例では、ビームシフト量Ｄが時間に関して正弦波状に変化するように、第１平行板１３及び第２平行板２２をそれぞれ揺動させている。この正弦関数の周期は、１秒であり、振幅の最大値は４．１ｍｍである。ただし、周期や振幅の最大値は特にこれに限定されない。

【0058】

一方、図８Ａ及び図８Ｂから明らかなように、第２揺動角θの時間変化の位相は、第１揺動角θの時間変化の位相と９０（°）ずれている。

【0059】

このように第１平行板１３及び第２平行板２２をそれぞれ揺動させることで、レーザ加工ヘッド５０の光出射口１０ｂから出射されたレーザ光ＬＢは、図９に示すように円形の軌跡を描く。この場合、レーザ光ＬＢは時計回り方向に走査される。円の半径は４．１ｍｍであり、１回転の周期は、第１揺動角θ及び第２揺動角θの時間変化の周期と一致しており、１秒である。つまり、レーザ光ＬＢの回転周波数は１Ｈｚである。

【0060】

なお、第１回転軸１６のみを回転させて、第１平行板１３を第１揺動角θで揺動させた場合、ワークＷの表面において、レーザ光ＬＢは、Ｙ方向に沿って、周期的に直線的に往復するように走査される。また、第２回転軸２５のみを回転させて、第２平行板２２を第２揺動角θで揺動させた場合、ワークＷの表面において、レーザ光ＬＢは、Ｘ方向に周期的に直線的に往復するように走査される。

【0061】

また、図８Ａ，８Ｂに示す例において、例えば、第２揺動角の角度範囲を第１揺動角の角度範囲よりも小さくなるように設定すると、ワークＷの表面において、レーザ光ＬＢは、長軸がＹ方向に沿う一方、短軸がＸ方向に沿う楕円形を描くように走査される。また、第１揺動角の角度範囲を第２揺動角の角度範囲よりも小さくなるように設定すると、ワークＷの表面において、レーザ光ＬＢは、長軸がＸ方向に沿う一方、短軸がＹ方向に沿う楕円形を描くように走査される。

【0062】

本実施形態において、第１サーボモータ１５と第２サーボモータ２４とは、それぞれ独立して駆動可能に構成されている。したがって、第１揺動角θ及び第２揺動角θのそれぞれの角度範囲や時間変化の周期を適宜設定することにより、ワークＷの表面において、所望の軌跡でレーザ光ＬＢを走査させることができる。

【0063】

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工ヘッド５０は、レーザ光ＬＢが入射される光入射口１０ａとレーザ光ＬＢが出射される光出射口１０ｂとを有し、複数の部品が内部に収容された筐体１０を少なくとも備えている。

【0064】

複数の部品には、コリメーションレンズ１１とフォーカスレンズ１２と第１平行板１３と第１ホルダ１４と第２平行板２２と第２ホルダ２３と、が少なくとも含まれる。

【0065】

コリメーションレンズ１１は、光入射口１０ａから入射されるレーザ光ＬＢを平行化する。コリメーションレンズ１１に入射される時点で、レーザ光ＬＢの光軸は、Ｚ方向に沿った第１光軸である。

【0066】

フォーカスレンズ１２は、コリメーションレンズ１１で平行化されたレーザ光ＬＢを集光する。さらに言うと、フォーカスレンズ１２は、レーザ加工対象であるワークＷの表面で所定の大きさのスポットとなるように、コリメーションレンズ１１で平行化されたレーザ光ＬＢをワークＷの表面に集光する。

【0067】

第１ホルダ１４は、第１平行板１３を保持し、第２ホルダ２３は、第２平行板２２を保持する。

【0068】

レーザ加工ヘッド５０は、第１サーボモータ１５と第２サーボモータ２４とをさらに備えている。

【0069】

第１サーボモータ１５は、第１ホルダ１４が回転一体に接続された第１回転軸１６を有し、かつ第１回転軸１６を中心に第１ホルダ１４を第１揺動角で揺動させる。

【0070】

第１平行板１３は、第１揺動角に応じて、フォーカスレンズ１２で集光されたレーザ光ＬＢの光軸を第１光軸からシフトさせる。具体的には、第１平行板１３は、第１揺動角に応じて、レーザ光ＬＢの光軸を第１光軸からＹ方向にシフトさせる。

【0071】

第２サーボモータ２４は、第２ホルダ２３が回転一体に接続された第２回転軸２５を有し、かつ第２回転軸２５を中心に第２ホルダ２３を第２揺動角で揺動させる。

【0072】

第２平行板２２は、第２揺動角に応じて、第１平行板１３を透過したレーザ光ＬＢの光軸をシフトさせる。具体的には、第２平行板２２は、第２揺動角に応じて、第１平行板１３を透過したレーザ光ＬＢの光軸をＸ方向にシフトさせる。

【0073】

第１回転軸１６の延伸方向であるＸ方向及び第２回転軸２５の延伸方向であるＹ方向は、それぞれ第１光軸と平行なＺ方向と直交している。また、Ｘ方向はＹ方向と直交している。

【0074】

本実施形態によれば、例えば、従来のガルバノミラーを用いたレーザ光走査機構をレーザ加工ヘッド５０に搭載する場合に比べて、レーザ加工ヘッド５０の小型化及び軽量化が図れる。

【0075】

さらに、本実施形態によれば、特許文献１に開示される従来の構成に比べて、レーザ加工ヘッド５０に搭載される部品点数を低減でき、レーザ加工ヘッド５０の小型化及び軽量化が図れる。

【0076】

図１０は、比較に係るレーザ加工ヘッドの断面模式図であり、特許文献１に開示される従来のレーザ加工ヘッド５０に対応している。

【0077】

図１０に示すレーザ加工ヘッド５０は、以下に示す点で、図２～５に示す本実施形態のレーザ加工ヘッド５０と異なる。

【0078】

まず、図１０に示すレーザ加工ヘッド５０では、第１平行板１３を保持する円筒状の第１ホルダ１８と第２平行板２２を保持する円筒状の第２ホルダ２７とがＺ方向に沿って、かつＺ方向に間隔をあけて第２筐体２の内部に収容されている。また、第１ホルダ１８は、ベアリング３１を介して第２筐体２に保持されている。第２ホルダ２７は、ベアリング３２を介して第２筐体２に保持されている。

【0079】

第１平行板１３は第１ホルダ１８に対し、第２平行板２２は第２ホルダ２７に対して、それぞれ位置が固定されている。また、第１平行板１３及び第２平行板２２は、レーザ光ＬＢの光軸に対して４５°傾いて配置されている。

【0080】

第１ホルダ１８及び第２ホルダ２７は、それぞれ第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４で直接回転されるのではなく、別の部材を介して、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４により回転される。

【0081】

第１サーボモータ１５の第１回転軸１６は、第２筐体２の外周面に設けられた第１タイミングベルトプーリー２０に連結されており、第１回転軸１６の回転とともに第１タイミングベルトプーリー２０も回転する。第１タイミングベルトプーリー２０と第１ホルダ１８とに第１タイミングベルト１９が掛け回されており、第１タイミングベルトプーリー２０が回転すると第１タイミングベルト１９を介して第１ホルダ１８がＺ方向に平行な軸回りに回転する。第１サーボモータ１５と第１タイミングベルトプーリー２０と第１タイミングベルト１９とをあわせて第１回転機構２１と呼ぶことがある。

【0082】

第２サーボモータ２４の第２回転軸２５は、第２筐体２の外周面に設けられた第２タイミングベルトプーリー２９に連結されており、第２回転軸２５の回転とともに第２タイミングベルトプーリー２９も回転する。第２タイミングベルトプーリー２９と第２ホルダ２７とに第２タイミングベルト２８が掛け回されており、第２タイミングベルトプーリー２９が回転すると第２タイミングベルト２８を介して第２ホルダ２７がＺ方向に平行な軸回りに回転する。第２サーボモータ２４と第２タイミングベルトプーリー２９と第２タイミングベルト２８とをあわせて第２回転機構３０と呼ぶことがある。また、第１ホルダ１８の回転軸は、Ｚ方向から見て第２ホルダ２７の回転軸に一致している。

【0083】

ワークＷの表面でレーザ光ＬＢをスピン走査する場合は、第１サーボモータ１５または第２サーボモータ２４を動作させて、第１ホルダ１８または第２ホルダ２７を回転させる。図７に示した原理により、式（１）において、θ１＝４５°とした場合のビームシフト量Ｄを半径とする円を描くようにレーザ光ＬＢが走査される。第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４の両方を動作させる場合は、前述したビームシフト量Ｄの２倍の長さを半径とする円を描くようにレーザ光ＬＢが走査される。なお、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４は、それぞれ独立して動作させることができる。この点は、図２～５に示す本実施形態のレーザ加工ヘッド５０も同様である。

【0084】

図１０に示すレーザ加工ヘッド５０は、第１回転機構２１及び第２回転機構３０をそれぞれ独立して、あるいは連動して動作させることにより、ワークＷの表面において、所望の軌跡でレーザ光ＬＢを走査させることができ、レーザ加工を行う上で有用である。

【0085】

一方で、第１平行板１３及び第２平行板２２をＺ方向に沿った軸回りに回転させるため、第１ホルダ１８及び第２ホルダ２７のサイズが大きくなる。また、レーザ加工ヘッド５０に第１タイミングベルトプーリー２０や第１タイミングベルト１９、また、第２タイミングベルトプーリー２９や第２タイミングベルト２８を別途取り付ける必要がある。このため、レーザ加工ヘッド５０が大型化し、また重量が大きくなってしまう。

【0086】

また、図１０に示すように、第２筐体２の内部にベアリング３１，３２が収容されている。前述したように、ベアリング３１，３２に塗布されるグリスの粘性の影響により起動トルクが高くなり、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の発熱量が大きくなる。その結果、意図せずに第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が停止してしまうおそれがある。

【0087】

また、第１タイミングベルト１９や第２タイミングベルト２８が収容されており、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４を動作させると、前述したように、摩擦によって、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が摩耗して摩耗粉が発生する。摩耗粉の発生量が大きくなりすぎると、摩耗粉の光学部品への付着量も多くなり、レーザ加工ヘッド５０から出射されるレーザ光ＬＢの品質に悪影響を及ぼすおそれがある。

【0088】

一方、本実施形態によれば、第１平行板１３を保持する第１ホルダ１４を第１サーボモータ１５で直接に揺動させている。また、第２平行板２２を保持する第２ホルダ２３を第２サーボモータ２４で直接に揺動させている。このようにすることで、前述したベアリング３１，３２が不要となる。また、第１タイミングベルトプーリー２０や第１タイミングベルト１９、また、第２タイミングベルトプーリー２９や第２タイミングベルト２８が不要となる。また、図１０に示す構成に比べて、第１ホルダ１４や第２ホルダ２３のサイズを小さくできる。これらのことにより、レーザ加工ヘッド５０の小型化、軽量化が図れる。

【0089】

また、ベアリング３１，３２が不要となるため、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４における起動トルクの増大、ひいては過度の発熱が抑制される。このことにより、意図せずに第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が停止するのを防止できる。また、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の寿命低下を抑制できる。

【0090】

さらに本実施形態によれば、第１タイミングベルト１９や第２タイミングベルト２８が不要となるため、前述した摩耗粉が発生しない。このことにより、前述したレーザ光ＬＢの品質低下を抑制できる。

【0091】

第１揺動角及び第２揺動角の少なくとも一方は、所定の角度範囲で周期的に変化することが好ましい。このようにすることで、ワークＷの表面において、所望の軌跡で繰り返しレーザ光ＬＢを走査させることができる。

【0092】

例えば、第１揺動角及び第２揺動角が、それぞれ、－θ（°）から＋θ（°）まで周期的に変化する（－４５≦θ≦＋４５）ように、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４の動作をそれぞれ制御する。一方、第２揺動角の時間変化の位相が、第１揺動角の時間変化の位相と９０（°）ずれるように、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４の動作をそれぞれ制御する。このようにすることで、ワークＷの表面において、繰り返しレーザ光ＬＢをスピン走査させることができる。つまり、光入射口１０ａに入射され、かつ光出射口１０ｂから出射されたレーザ光ＬＢは、レーザ加工対象であるワークＷの表面において、円を描くように照射される。

【0093】

また、特許文献１に開示される従来の構成では、以下に示す３つの理由により、この回転周波数を所定値以上に高めることが難しかった。

【0094】

第１に、レーザ光をスピン走査して円形を１周描くためには、平行板を１回転させる必要がある。しかし、この走査周波数は、サーボモータの最高回転速度により制約を受け、所定値以上に高めることが難しかった。

【0095】

第２に、従来の構成では、平行板を保持するホルダの両端にベアリングが取り付けられている。このベアリングは、平行板を含む複数の光学部品とともに、レーザ加工ヘッドの筐体の内部に収容されている。ベアリングに用いられるグリスが揮発して光学部品に付着すると、レーザ光に悪影響を及ぼすため、揮発しにくい粘性の高いグリスが用いられる。

【0096】

しかし、グリスの粘性の影響によりホルダに連結されたサーボモータの起動トルクが高くなり、サーボモータを回転させた場合の発熱量が大きくなる。通常、サーボモータは所定の温度よりも高くなると動作停止するように保護機能が付与されている。よって、サーボモータの回転周波数を上げ過ぎると、グリスの粘性の影響によってサーボモータが過度に発熱し、意図せずにサーボモータが停止してしまうおそれがある。

【0097】

最後に、タイミングベルトで発生する摩耗粉の影響が挙げられる。従来の構成では、サーボモータの回転駆動力を平行板の回転力に変換する伝達部材の一部として、前述のタイミングベルトを用いており、タイミングベルトの一部は、レーザ加工ヘッドの筐体の内部に収容されている。サーボモータの回転周波数が高くなると、タイミングベルトで発生する摩擦力も大きくなる。この摩擦力の影響により、タイミングベルトが摩耗して摩耗粉が発生する。摩耗粉の発生量が大きくなりすぎると、摩耗粉の光学部品への付着量も多くなり、レーザ光に悪影響を及ぼす。

【0098】

一方、本実施形態によれば、図１０に示す構成に比べて、レーザ光ＬＢをスピン走査した場合の走査周波数を高められる。ここで、スピン走査時の走査周波数は、ワークＷの表面において、円に沿ってレーザ光ＬＢが１周する期間Ｔの逆数である。また、本実施形態において、期間Ｔは、第１揺動角及び第２揺動角の時間変化の周期に一致している。

【0099】

図１０に示すレーザ加工ヘッド５０を用いて、レーザ光ＬＢをスピン走査する場合、第１平行板１３または第２平行板２２あるいはその両方を１回転させる必要がある。しかし、これらの回転周期は、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の最高回転速度により制約を受け、所定値以上に短くすることはできない。言い換えると、図１０に示すレーザ加工ヘッド５０を用いて、レーザ光ＬＢをスピン走査する場合、走査周波数を所定値以上に高めることができない。例えば、図１０に示す例で言えば、走査周波数を４０Ｈｚよりも高くすることができない。

【0100】

一方、本実施形態によれば、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４のそれぞれにおいて、第１揺動角及び第２揺動角が、それぞれ、－θ（°）から＋θ（°）まで周期的に変化する（－４５≦θ≦＋４５）ように、第１ホルダ１４や第２ホルダ２３を揺動させればよい。この揺動周波数、つまり、第１揺動角及び第２揺動角の時間変化の周期の逆数は、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４の最高回転速度で制約される値よりもさらに高めることができる。本実施形態のレーザ加工ヘッド５０を用いてレーザ光ＬＢをスピン走査する場合、走査周波数を、図１０に示す例に比べて、例えば、２倍以上に高めることが可能である。このことにより、より高速でワークＷをレーザ加工することができる。

【0101】

なお、本実施形態において、スピン走査時の円の半径は、第１揺動角及び第２揺動角の変化幅に依存する。変化幅を大きくすると、円の半径を大きくすることができるが、走査周波数は低下する。ただし、その場合も、－４５≦θ≦＋４５の関係が維持されていれば、図１０に示す例よりも走査周波数を高めることができる。

【0102】

本実施形態に係るレーザ加工装置１００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ発振器８０と、レーザ光ＬＢをワークＷに向けて出射するレーザ加工ヘッド５０と、レーザ加工ヘッド５０の動作を制御する制御装置７０と、を少なくとも備えている。

【0103】

本実施形態によれば、レーザ加工ヘッド５０の小型化、軽量化が図れるため、レーザ加工装置１００を小型化できる。また、図１に示すように、レーザ加工ヘッド５０をマニピュレータ６０で移動させてワークＷをレーザ加工する場合に、マニピュレータ６０の負荷が低減され、高速でのレーザ加工が可能となる。

【0104】

また、本実施形態によれば、第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４が意図せずに停止するのを防止できるため、加工不良の発生を抑制できる。また、レーザ加工ヘッド５０から出射されるレーザ光ＬＢの品質低下を抑制できるため、加工品質の低下を抑制できる。

【0105】

また、本実施形態によれば、レーザ光ＬＢの走査周波数、特にスピン走査時の操作周波数を高められるため、従来に比べて高速でレーザ加工を行うことができる。

【0106】

（実施形態２）
図１１Ａは、実施形態２に係るレーザ加工装置の要部であって、レーザ加工中のエアーの流れを示すブロック図である。図１１Ｂは、実施形態２に係るレーザ加工装置の要部であって、レーザ加工のインターバルにおけるエアーの流れを示すブロック図である。図１２は、実施形態２に係るレーザ加工ヘッドを示す斜視図である。

【0107】

なお、説明の便宜上、図１１Ａ及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、レーザ加工ヘッド５０を含む各部品は簡略化して図示している。また、マニピュレータ６０，制御装置７０、レーザ発振器８０及び光ファイバ９０については、図示を省略している。

【0108】

また、図２及び図４と同様に、図１２において、第２筐体２は、外形のみを二点鎖線で図示し、レーザ加工ヘッド５０の内部構造を可視化できるようにしている。

【0109】

図１２に示すように、第１サーボモータ１５は、第２筐体２の外周面に取り付けられた第１カバー１７の内部に収容されている。また、第２サーボモータ２４は、第２筐体２の外周面に取り付けられた第２カバー２６の内部に収容されている。なお、図１２において、第１カバー１７及び第２カバー２６は、第１エアー導入口１７ａ及び第２エアー導入口２６ａを除いて、外形のみを二点鎖線で図示し、第１カバー１７及び第２カバー２６の内部を可視化できるようにしている。

【0110】

図１２に示す本実施形態のレーザ加工ヘッド５０は、以下に示す点で、図２～５に示す実施形態１のレーザ加工ヘッド５０と異なる。

【0111】

まず、第１サーボモータ１５には第１カバー１７が、第２サーボモータ２４には第２カバー２６が、それぞれ取り付けられている、また、第１カバー１７には第１エアー導入口１７ａが、第２カバー２６には第２エアー導入口２６ａが、それぞれ設けられている。また、筐体１０の第３筐体３には、エアー導入口３ａが設けられている。なお、図２～５では図示していないが、実施形態１に示すレーザ加工ヘッド５０の第３筐体３にも、エアー導入口３ａが設けられている。

【0112】

また、図１１Ａ、１１Ｂに示すように、第１エアー導入口１７ａには第１エアー配管１３１が、第２エアー導入口２６ａには第２エアー配管１３２が、エアー導入口３ａには筐体側エアー配管１３３がそれぞれ接続されている。また、第１エアー配管１３１、第２エアー配管１３２及び筐体側エアー配管１３３は、それぞれエアー電磁弁１２０に接続されている。エアー電磁弁１２０はエアー配管１３０を介してエアー供給源１１０に接続されている。

【0113】

なお、エアー供給源１１０は、レーザ加工装置１００の外部に配置されていてもよい。また、エアー供給源１１０から供給されるエアーは、湿度と温度とが設定された範囲となるように調整されている。

【0114】

図１１Ａに示すように、レーザ加工中、言い換えると、レーザ加工ヘッド５０からワークＷに向けてレーザ光ＬＢが出射されている期間は、エアー電磁弁１２０を動作させることで、エアーが筐体側エアー配管１３３に供給される。

【0115】

つまり、レーザ加工中は、筐体側エアー配管１３３からエアー導入口３ａに所定の流量のエアーが供給される。エアー導入口３ａから筐体１０の内部に導入されたエアーは、図示しない排出口または光出射口１０ｂあるいはその両方から筐体１０の外部に排出される。

【0116】

筐体１０の内部に導入されたエアーは、第１保護ガラス４１及び第２保護ガラス４２に吹き付けられるように流路が設定されている。

【0117】

スパッタやヒュームが第１保護ガラス４１や第２保護ガラス４２に所定量以上に付着すると、前述したレーザ光ＬＢのけられが発生し。レーザ光ＬＢのパワー低下やビーム品質低下が起こるおそれがある。

【0118】

本実施形態に示すように、レーザ加工中に第１保護ガラス４１及び第２保護ガラス４２に所定の流量のエアーを吹き付けることで、第１保護ガラス４１や第２保護ガラス４２にスパッタやヒュームが付着するのを抑制でき、レーザ光ＬＢのパワー低下やビーム品質低下を抑制できる。なお、実施形態１においても、本実施形態で示すのと同様に、レーザ加工中に第１保護ガラス４１及び第２保護ガラス４２に所定の流量のエアーを吹き付けることで、第１保護ガラス４１や第２保護ガラス４２にスパッタやヒュームが付着するのを抑制している。

【0119】

一方、図１１Ｂに示すように、レーザ加工のインターバル、言い換えると、レーザ加工ヘッド５０からレーザ光ＬＢが出射されていない期間は、エアー電磁弁１２０によりエアーの供給経路が切り替えられ、第１エアー配管１３１と第２エアー配管１３２とに設定される。なお、この場合、レーザ加工ヘッド５０からレーザ光ＬＢが出射されていない期間では、レーザ発振器８０に設けられた電源がオン状態である一方、レーザ発振器８０ではレーザ発振の準備中である。

【0120】

つまり、レーザ加工のインターバルでは、第１エアー配管１３１から第１エアー導入口１７ａに所定の流量のエアーが、第２エアー配管１３２から第２エアー導入口２６ａに所定の流量のエアーが、それぞれ供給される。また、第１エアー導入口１７ａから供給されたエアーは、第１サーボモータ１５に向けて導入され、第２エアー導入口２６ａから供給されたエアーは、第２サーボモータ２４に向けて導入される。第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４に向けて導入されたエアーは、図示しない排出口から第１カバー１７の外部に排出される。

【0121】

前述したように、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が動作中に過度に発熱すると、意図せずに第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が停止したり、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の寿命が低下したりする場合がある。

【0122】

実施形態１に示すレーザ加工ヘッド５０やレーザ加工装置１００では、ベアリング３１，３２を不要とすることで、これらに塗布されるグリスの粘性の影響で第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の起動トルクが増加するのを防止している。

【0123】

一方、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が小型で定格トルクが小さい場合、第１回転軸１６や第２回転軸２５に接続される負荷の重量によっては、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が過負荷となり、過度の発熱が起こることがある。なお、この負荷とは、第１平行板１３を保持する第１ホルダ１４や第２平行板２２を保持する第２ホルダ２３である。

【0124】

本実施形態によれば、レーザ加工のインターバルでは、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４にエアーを導入することにより、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４を冷却することができる。このことにより、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４における過度の発熱が抑制される。その結果、意図しない第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の停止を防止でき、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の寿命低下を抑制できる。

【0125】

なお、通常、レーザ加工の加工速度は、数ｍ／ｍｉｎと高速であり、１回の連続加工時間、つまり、連続してワークＷにレーザ光ＬＢを照射する期間は、１分程度である。この後は、次の加工箇所へのレーザ加工ヘッド５０の移動等を行うため、所定のインターバルが取られる。同じワークＷのレーザ加工中であれば、このインターバルは、数秒～十数秒程度である。エアーの流量を適切に設定すれば、この期間でも第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４を適度に冷却することができる。

【0126】

また、本実施形態によれば、従来、利用されてきた筐体１０へのエアー供給機構を改良し、第１カバー１７と第２カバー２６，さらに第１エアー配管１３１と第２エアー配管１３２を追加することで、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４を冷却する機構を簡便に構成できる。

【0127】

なお、本実施形態では、エアー供給源１１０からのエアーの供給経路を切り替えるにあたって、エアー電磁弁１２０を用いたが、特にこれに限定されない。別の経路切り替え機構を用いてもよい。

【0128】

また、レーザ加工装置１００の運転を停止する場合は、エアー供給源１１０からのエアー供給が停止されるか、エアー電磁弁１２０から以降へのエアー供給が停止される。

【0129】

また、本実施形態によれば、実施形態１に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。つまり、特許文献１に開示されるような従来の構成に比べて、レーザ加工ヘッド５０の小型化及び軽量化が図れる。過度の発熱を防止して、意図せずに第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４が停止するのを防止できる。また、第１サーボモータ１５や第２サーボモータ２４の寿命低下を抑制できる。さらに、レーザ光ＬＢの品質低下を抑制できる。また、レーザ光ＬＢの走査周波数、特にスピン走査時の操作周波数を高められるため、従来の構成に比べて高速でレーザ加工を行うことができる。

【0130】

（その他の実施形態）
第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４を、マニピュレータ６０の関節軸を駆動するサーボモータ（図示せず）と同じタイプに揃えるようにしてもよい。このようにすることで、レーザ加工装置１００を構成する部品の種類が増加するのを防止できる。また、同じタイプのサーボモータを駆動制御できるため、制御装置７０のシステム構成を簡略化することができる。

【0131】

また、実施形態１，２において、第１ホルダ１４及び第２ホルダ２３に直接接続され、これらを揺動させる機構を第１サーボモータ１５及び第２サーボモータ２４としている。しかし、当該機構は、特にこれに限定されず、例えば、ステッピングモータを用いて第１ホルダ１４及び第２ホルダ２３をそれぞれ揺動してもよい。当該機構は、発生した駆動力により、第１ホルダ１４及び第２ホルダ２３をそれぞれ第１揺動角及び第２揺動角で揺動させるアクチュエータであればよい。つまり、本願明細書において、第１サーボモータ１５は第１アクチュエータ１５と、第２サーボモータ２４は第２アクチュエータ２４と、それぞれ読み替えることができる。

【0132】

また、実施形態１，２において、筐体１０の内部に２枚の平行板が設けられる構成を示したが、平行板の枚数は特にこれに限定されず、３枚以上であってもよい。平行板を追加することで、ビームシフト量Ｄを大きくすることができ、より大きな半径の円を描いてレーザ光ＬＢをスピン走査させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0133】

本開示のレーザ加工ヘッドは、小型化、軽量化が図れるとともに、レーザ光をスピン走査する場合の走査周波数を高められ

【符号の説明】

【0134】

１ 第１筐体
２ 第２筐体
３ 第３筐体
３ａ エアー導入口（別の導入口）
４ コネクタ
１０ 筐体
１０ａ 光入射口
１０ｂ 光出射口
１１ コリメーションレンズ
１２ フォーカスレンズ
１３ 第１平行板
１４ 第１ホルダ
１５ 第１サーボモータ（第１アクチュエータ）
１６ 第１回転軸
１７ 第１カバー
１７ａ 第１エアー導入口（導入口）
１８ 第１ホルダ
１９ 第１タイミングベルト
２０ 第１タイミングベルトプーリー
２１ 第１回転機構
２２ 第２平行板
２３ 第２ホルダ
２４ 第２サーボモータ（第２アクチュエータ）
２５ 第２回転軸
２６ 第２カバー
２６ａ 第２エアー導入口（導入口）
２７ 第２ホルダ
２８ 第２タイミングベルト
２９ 第２タイミングベルトプーリー
３０ 第２回転機構
３１ ベアリング
３２ ベアリング
４１ 第１保護ガラス
４２ 第２保護ガラス
５０ レーザ加工ヘッド
６０ マニピュレータ
７０ 制御装置
８０ レーザ発振器
９０ 光ファイバ
１００ レーザ加工装置
１１０ エアー供給源
１２０ エアー電磁弁（経路切り替え機構）
１３０ エアー配管
１３１ 第１エアー配管
１３２ 第２エアー配管
１３３ 筐体側エアー配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】