特許 7011557 レーザ光走査装置及びレーザ加工装置

(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】

(24)【登録日】2022-01-18

(45)【発行日】2022-01-26

(54)【発明の名称】レーザ光走査装置及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20220119BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20220119BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20220119BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20220119BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 108

B23K26/38 Z

B23K26/082

B23K26/064 N

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018167427

(22)【出願日】2018-09-07

(65)【公開番号】P2020042076

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-07-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】中澤 睦裕

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１４８５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２２５１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４４４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４４－０３０５４５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平１１－３０５１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２０２０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－３２１４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００２０３７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０１－１８５６１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｂ２３Ｋ ２６／３８ － ２６／３８８

Ｂ２３Ｋ ２６／０８２

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線を中心に回転する回転部材と、
前記回転部材に配置されている透光部材と、
前記透光部材にレーザ光が入射されるように当該レーザ光を導く導光部材と、
を備え、
視線方向を前記回転軸線と平行にして前記回転部材を見たときに、前記透光部材の前記回転軸線側の面である内面を接続した形状が多角形であり、
前記透光部材の前記内面と、前記回転軸線に平行な直線と、がなす角を傾斜角としたときに、前記透光部材の複数の傾斜角のうち少なくとも２つは値が異なることを特徴とするレーザ光走査装置。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ光走査装置であって、
前記導光部材は、前記透光部材の前記内面にレーザ光が入射されるように前記レーザ光を導くことを特徴とするレーザ光走査装置。

【請求項3】

請求項１に記載のレーザ光走査装置であって、
前記多角形の辺数が偶数であり、前記回転軸線を挟んで対向する２つの前記内面が平行であり、
前記導光部材は、前記透光部材の前記内面とは反対側の面である外面にレーザ光が入射されるように前記レーザ光を導き、
当該外面を透過したレーザ光は、対向する前記透光部材の前記内面に入射されることを特徴とするレーザ光走査装置。

【請求項4】

請求項１から３までの何れか一項に記載のレーザ光走査装置であって、
前記透光部材は平板状であり、視線方向を前記回転軸線と平行にして前記回転部材を見たときに、複数の前記透光部材が前記多角形となるように並べて配置されていることを特徴とするレーザ光走査装置。

【請求項5】

請求項１から４までの何れか一項に記載のレーザ光走査装置であって、
前記透光部材の隣接する２つの内面をそれぞれ第１内面及び第２内面と称したときに、
前記第１内面を透過したレーザ光の照射領域と、前記第２内面を透過したレーザ光の照射領域と、の間の領域に、前記第１内面及び前記第２内面の両方と隣接していない前記内面を透過したレーザ光が照射されることを特徴とするレーザ光走査装置。

【請求項6】

請求項１から５までの何れか一項に記載のレーザ光走査装置と、
前記レーザ光を発生させるレーザ発生器と、
前記レーザ光を集光する集光部材と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項7】

請求項６に記載のレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を照射する加工ヘッドを備え、
前記加工ヘッドが移動可能に構成されてい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】

本発明は、主として、レーザ光を走査するレーザ光走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、赤外線レーザの発生源と、スプリッタモジュールと、を備えるマルチビームレーザ装置を開示する。スプリッタモジュールは、複数のスプリッタと１つのミラーが並べて配置された構成である。赤外線レーザをスプリッタモジュールに照射することで、レーザ光は互いに平行な複数のレーザ光に分離される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１５９５７８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のマルチビームレーザ装置は、レーザ光を１方向に走査する構成である。このようなレーザ装置では、短い時間間隔で同じ箇所にレーザ光が照射され易い。その結果、アブレーション加工に対して熱の影響が出ることになる。

【0005】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、熱の影響が小さいアブレーション加工を行って、切断等の加工を効率的かつ均一に行うためのレーザ光走査装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0007】

本発明の観点によれば、以下の構成のレーザ光走査装置が提供される。即ち、このレーザ光走査装置は、回転部材と、透光部材と、導光部材と、を備える。前記回転部材は、回転軸線を中心に回転する。前記透光部材は、前記回転部材に配置されている。前記導光部材は、前記透光部材にレーザ光が入射されるように当該レーザ光を導く。視線方向を前記回転軸線と平行にして前記回転部材を見たときに、前記透光部材の前記回転軸線側の面である内面を接続した形状が多角形である。前記透光部材の前記内面と、前記回転軸線に平行な直線と、がなす角を傾斜角としたときに、前記透光部材の傾斜角のうち少なくとも２つは値が異なる。

【0008】

これにより、透光部材の内面を接続した形状が多角形であることで、透光部材一面に対して回転軸線に垂直な方向でレーザ光を走査することができる。更に、透光部材の傾斜角のうち少なくとも２つは値が異なるため、各透光部材一面に対し回転軸線に平行な方向にレーザ光を走査（シフト）することができる。透光部材が回転することで、この２つの動きは、レーザ光を２つの方向に走査することになり、見かけ上ビーム径が大きいレーザ光と同様に取り扱うことができる。

【0009】

また、レーザ光が２つの走査方向に分散して照射されるので、一度レーザ光を照射した箇所の近傍にはしばらくレーザ光が照射されにくくなるため、レーザ光を照射してアブレーション加工を行ったときに余った熱が拡散し易くなる。そのため、熱の影響が小さいアブレーション加工を行うことができる。これにより、切断等の加工を効率的かつ均一に行うことができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、アブレーション加工時の熱の影響を小さくして、切断等の加工を効率的かつ均一に行うことができる構成のレーザ光走査装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体的な構成を示す斜視図。

【図2】レーザ光走査装置の斜視図。

【図3】レーザ光走査装置の側面断面図（図２のＡ－Ａ断面図）。

【図4】レーザ光が第１走査方向に走査される様子を示す説明図。

【図5】レーザ光が第２走査方向に走査される様子を示す説明図。

【図6】レーザ光を照射する順序を示す図。

【図7】見かけ上のビーム径が大きいレーザ光がワークに照射される様子を模式的に示す斜視図。

【図8】第１変形例のレーザ光走査装置の斜視図。

【図9】第２変形例のレーザ光走査装置の側面断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図１を参照して、レーザ加工装置１の構成を説明する。図１は、レーザ加工装置１の斜視図である。レーザ加工装置１は、ワーク１００にレーザ光を照射することで、当該ワーク１００を加工する装置である。

【0013】

本実施形態のワーク１００は板状であり、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）である。なお、ワーク１００は他の材料であってもよい。ワーク１００は板状に限られず、例えばブロック状であってもよい。

【0014】

本実施形態のレーザ加工装置１は、レーザ光を照射することでワーク１００を蒸発させて除去するアブレーション加工を行う。また、レーザ加工装置１はレーザ光によりワーク１００を切断する加工を行う。レーザ加工装置１がワーク１００に対して行う加工は切断に限られず、例えばワーク１００の表面に所定形状の溝又は孔等を形成する加工であってもよい。なお、レーザ光は可視光であってもよいし、可視光以外の波長帯（例えば赤外線又は紫外線）の電磁波であってもよい。

【0015】

図１に示すように、レーザ加工装置１は、移動部１１と、レーザ発生器１２と、支持部材１３と、加工ヘッド１４と、を備える。

【0016】

移動部１１は、１軸の移動を行うテーブルである。移動部１１には、ワーク１００が載置される。

【0017】

レーザ発生器１２は、パルス発振により時間間隔が短いパルスレーザを発生させる。パルスレーザの時間間隔は特に限定されないが、例えばナノ秒オーダー、ピコ秒オーダー、又はフェムト秒オーダー等の短い時間間隔でレーザ光を発生させる。なお、レーザ発生器１２は連続波発振によりＣＷレーザーを発生させる構成であってもよい。

【0018】

支持部材１３は、ワーク１００の上方に位置する可動機構を備える。この可動機構には、加工ヘッド１４が取り付けられている。図略の電動モータにより可動機構を動作させることで、加工ヘッド１４をワーク１００の幅方向に移動させることができる。また、支持部材１３の内部には、レーザ発生器１２が発生させたレーザ光を加工ヘッド１４まで導くための複数の光学部品が配置されている。また、レーザ発生器１２から加工ヘッド１４までは、光ファイバーを用いて導光を行ってもよいし、ミラー又はプリズム等を用いて導光を行ってもよい。

【0019】

加工ヘッド１４は、レーザ発生器１２が発生させて支持部材１３内を通ったレーザ光をワーク１００に照射する。加工ヘッド１４には、集光部材２１と、レーザ光走査装置２３と、が配置されている。集光部材２１はレーザ光を集光する集光レンズ又は放物面鏡である。レーザ光走査装置２３は、ビーム径のレーザ光を２方向に走査する（２次元的に走査する）ことで、集光点での見かけのビーム径を大きくする（詳細は後述）。加工ヘッド１４からレーザ光を照射した状態で、加工ヘッド１４をワーク１００の一端から他端まで移動させることで（必要に応じて往復動させることで）、ワーク１００を切断することができる。

【0020】

次に、図２及び図３を参照して、主にレーザ光走査装置２３の構成について詳細に説明する。図２は、レーザ光走査装置２３の斜視図である。図３は、レーザ光走査装置２３の側面断面図（図２のＡ－Ａ断面図）である。

【0021】

図２及び図３に示すように、レーザ光走査装置２３は、回転部材３１と、複数のガラスホルダ３２と、複数の透光ガラス３３と、フレーム４１と、ミラー４２と、電動モータ４３と、を備える。

【0022】

回転部材３１は、外縁部の厚みが大きい略円板状の部材であり、電動モータ４３から動力が供給されることで、図３等に示す回転軸線９１を中心に回転できるように構成されている。なお、回転軸線９１は、回転部材３１の中心を通る。

【0023】

電動モータ４３は、フレーム４１に取り付けられている。フレーム４１は回転部材３１とは固定されておらず、回転部材３１の回転に従動しない。また、フレーム４１には、上述の集光部材２１に加え、ミラー（導光部材）４２が取り付けられている。図３に示すように、集光部材２１及びミラー４２は、回転部材３１を挟んで電動モータ４３の反対側に配置されている。レーザ発生器１２が発生させたレーザ光は、回転軸線９１と平行となる向きに導光され、集光部材２１を通過してミラー４２で反射される。ミラー４２で反射されたレーザ光は、向きが９０度変化して透光ガラス３３へ向かう。また、回転部材３１は回転しているため、回転部材３１の回転位相に応じて、レーザ光が透過する透光ガラス３３が切り替わる。

【0024】

複数のガラスホルダ３２は、それぞれ同じ形状である。ガラスホルダ３２は、透光ガラス３３を取付可能であるとともに、回転部材３１に固定されている。図３に示すように、ガラスホルダ３２は、第１固定部３２ａと、第２固定部３２ｂと、ガラス取付部３２ｃと、を備える。

【0025】

第１固定部３２ａ及び第２固定部３２ｂは、ボルトにより回転部材３１に固定される部分である。第１固定部３２ａ及び第２固定部３２ｂを固定するボルトの軸方向は、何れも回転軸線９１に平行である。従って、例えば回転部材３１を高速で回転させた場合であっても、その遠心力がボルトが外れる方向に掛からないので、ボルトが緩みにくい。また、ガラス取付部３２ｃには透光ガラス３３が取り付けられる。

【0026】

複数の透光ガラス３３は、それぞれ同じ形状である。本実施形態の透光ガラス３３は、長方形の板状であり、回転軸線９１側の面である内面３３ａと、その反対側の面である外面３３ｂと、は平行である。また、本実施形態では、内面３３ａにレーザ光が入射されて、外面３３ｂからレーザ光が出射する。透光ガラス３３は、レーザ光を透過可能な材料で構成されている。透光ガラス３３の材料の屈折率は、空気の屈折率（回転部材３１が配置される空間の気体の屈折率）とは異なる。透光ガラス３３は、回転軸線９１を中心に放射状に囲むように配置されている。具体的には、視線方向を回転軸線９１と平行にして回転部材３１を見たときに、複数の透光ガラス３３の内面３３ａを接続した形状が多角形になるように、複数の透光ガラス３３が配置されている。なお、内面３３ａと外面３３ｂは平行であるため、複数の透光ガラス３３の外面３３ｂを接続した形状も多角形となる。

【0027】

また、透光ガラス３３は正多角形となるように配置されていてもよいし、正多角形以外の多角形となるように配置されていてもよい。

【0028】

また、透光ガラス３３は、全てが回転軸線９１に平行に配置されておらず、一部又は全部の透光ガラス３３は回転軸線９１に平行な直線に対して傾斜するように配置されている。具体的には、図３に示すように、透光ガラス３３の内面３３ａと、回転軸線９１に平行な直線と、がなす角を傾斜角αとしたときに、一部又は全ての透光ガラス３３で傾斜角αが異なっている。本実施形態では、ガラス取付部３２ｃの傾斜角度が異なる複数種類のガラスホルダ３２を作成することで、傾斜角αを異ならせている。

【0029】

このように、本実施形態の透光ガラス３３は、多角形となるように配置されるとともに、傾斜角αが異なるように配置される。この構成により、レーザ光を第１走査方向（回転軸線９１に垂直な方向）と、第２走査方向（回転軸線９１に平行な方向）の２方向にレーザ光を走査することができる。以下、図４及び図５を参照して説明する。図４は、レーザ光が第１走査方向に走査される様子を示す説明図である。図５は、レーザ光が第２走査方向に走査される様子を示す説明図である。なお、図４及び図５では、レーザ光が走査される様子を分かり易く示すために、入射角θ₁と屈折角θ₂の関係を実際の関係とは異ならせて（実際よりも屈折角θ₂が小さくなるように）描画している。

【0030】

初めに、図４を参照して、レーザ光が第１走査方向に走査されることについて説明する。図４の中央の図に示すように、レーザ光と内面３３ａとが垂直である状況では、図４の視点での入射角が０度となるため、レーザ光は屈折しない。従って、レーザ光は第１走査方向にはオフセットされずに外面３３ｂから出射される。

【0031】

一方で、回転部材３１の回転位相によっては、レーザ光と内面３３ａとが垂直以外である状況となる。この状況では、図４の上側又は下側の図に示すように、透光ガラス３３の内面３３ａから入射されたレーザ光は屈折して透光ガラス３３内を進行する。その後、透光ガラス３３の外面３３ｂから出射する際に再び屈折することで、外面３３ｂから出射するレーザ光は、透光ガラス３３への入射時のレーザ光と平行になる。以上により、レーザ光が第１走査方向にオフセットする。また、透光ガラス３３の内面３３ａで構成される多角形の中心角が十分に小さい場合であって、かつ、回転部材３１の回転速度が等速の場合は、略等ピッチでレーザ光（照射スポット）が第１走査方向に並ぶ。中心角が十分に小さい場合とは、中心角をθ（ｒａｄ）としたときにｓｉｎθ≒θが成立する程度の大きさであり、例えば中心角がπ／４ｒａｄ（４５°）以下の場合である。

【0032】

また、レーザ光と内面３３ａのなす角に応じて入射角が異なるため、それに応じて屈折角も異なる。その結果、レーザ光の第１走査方向のオフセット量が異なる。また、透光ガラス３３の長手方向の中央よりも回転方向の上流側を透過するか（図４の上側の図）、回転方向の下流側を透過するか（図４の下側の図）でオフセットの方向が異なる。以上により、１つの透光ガラス３３がレーザ光を透過する間に、レーザ光を第１走査方向に走査する（レーザ光の照射位置を第１走査方向に分散させる）ことができる。

【0033】

次に、図５を参照して、レーザ光を第２走査方向に走査することについて説明する。図５は、回転軸線９１に垂直な方向であって、かつ、透光ガラス３３を透過するレーザ光の進行方向に垂直な方向で透光ガラス３３等を見た図である。図５の中央の図に示すように、レーザ光を透過させる透光ガラス３３が傾斜していない状況（傾斜角αが０である状況）では、図５の視点での入射角が０度となるため、レーザ光は屈折しない。従って、レーザ光は第２走査方向にはオフセットされずに外面３３ｂから出射される。

【0034】

一方で、複数の透光ガラス３３のうち少なくとも１つの透光ガラス３３は、透光ガラス３３が傾斜して配置されている（傾斜角αが０以外である）。レーザ光が傾斜した透光ガラス３３を透過する場合、内面３３ａがレーザ光に対して垂直ではないため、透光ガラス３３の内面３３ａから入射されたレーザ光は屈折して透光ガラス３３内を進行する。その後、透光ガラス３３の外面３３ｂから出射する際に再び屈折することで、外面３３ｂから出射するレーザ光は、透光ガラス３３への入射時のレーザ光と平行になる。以上により、レーザ光が第２走査方向にオフセットする。

【0035】

また、透光ガラス３３の傾斜角αに応じて入射角が異なるため、それに応じて屈折角も異なる。その結果、レーザ光の第２走査方向のオフセット量が異なる。また、透光ガラス３３が内側（回転軸線９１側）に傾斜しているか（図５の上側の図）、レーザ光走査装置２３が外側に傾斜しているか（図５の下側の図）かでオフセットの方向が異なる。以上により、レーザ光を透過する透光ガラス３３の傾斜角αに応じて、レーザ光を第２走査方向に走査する（レーザ光の照射位置を第２走査方向に分散させる）ことができる。

【0036】

次に、図６及び図７を参照して、本実施形態のレーザ加工装置１でレーザ光がどのように分散して照射されるかについて説明する。図６は、レーザ光を照射する順序を示す図である。図７は、見かけ上のビーム径が大きいレーザ光がワーク１００に照射される様子を模式的に示す斜視図である。なお、以下では説明を単純化するために、加工ヘッド１４を固定した状態で回転部材３１を回転させながらレーザ光を照射する状況で照射されるレーザ光について説明する。

【0037】

また、以下の説明では、図２に示すように、隣り合うように並べられている５つの透光ガラス３３を、レーザ光が透過する順にそれぞれ、第１透光ガラス、第２透光ガラス、・・・、第５透光ガラスとする。また、第１透光ガラスから第５透光ガラスは、傾斜角αがそれぞれ異なる。以下では、第１透光ガラスから第５透光ガラスが透過させるレーザ光がどのように走査されるかについて説明する。

【0038】

レーザ光は、初めに第１透光ガラスを透過する。回転部材３１の回転位相に応じてレーザ光は第１走査方向にオフセットするため、第１走査方向に沿って、図６に示すように１番から１０番のレーザが照射される。図６に示すそれぞれの丸印が１回のレーザ光（１パルス分のレーザ光）であり、その中の数字が照射される順番である。

【0039】

このように、第１走査方向に並べて配置されるレーザ光は、１つの透光ガラス３３を透過したレーザ光である。なお、図６では、状況を単純化して、レーザ光が１つの透光ガラス３３をそれぞれ１０回透過すると仮定している。更に、図６では、隣接する丸印は互いに接するように描画している。

【0040】

また、レーザ光が第２走査方向のどの位置に照射されるかは、透過する透光ガラス３３の傾斜角αに応じて変化する。上述したように第１透光ガラスから第５透光ガラスは傾斜角αが全て異なる。従って、次にレーザ光が第２透光ガラスを透過すると、１番から１０番とは第２走査方向で異なる位置に、第１走査方向に沿って１１番から２０番のレーザ光が照射される。同様に、レーザ光が第３透過ガラス、第４透過ガラス、及び第５透過ガラスを透過することで、第２走査方向で異なる位置に、２１番から３０番のレーザ光、３１番から４０番のレーザ光、４１番から５０番のレーザ光がそれぞれ照射される。

【0041】

以下、第２走査方向の走査について更に詳細に説明する。本実施形態では、第１透光ガラスと第２透光ガラスを透過するそれぞれのレーザ光は、第２走査方向で隣接するのではなく、別のレーザ光が照射される程度の間隔を空けて照射される。第１透光ガラスと第２透光ガラスだけでなく、別の隣接する透光ガラス３３についても同様である。なお、第２走査方向で間隔を空けられた領域には、後から別のレーザ光が照射される。これにより、ワーク１００にレーザ光が照射された後に、隣接する領域にはしばらくレーザ光が照射されない。従って、レーザ光が照射されてアブレーション加工が行われて余った熱が拡散する時間を確保することができる。その結果、アブレーション加工時の熱の影響を小さくすることができる。そのため、例えばアブレーション加工によるワーク１００の切断時において、切断面が溶融しにくくなる。

【0042】

また、本実施形態では、第１走査方向及び第２走査方向の両方の見かけ上のビーム径を大きくすることができるので、走査方向が一方向だけの従来の構成と比較して、加工飽和の影響を緩和できる。

【0043】

なお、仮に回転部材３１の回転速度が低くなるほど、連続して照射されたレーザ光の照射領域が重なり易くなる（例えば１番の照射領域を示す丸印と、２番の照射領域を示す丸印の重なり面積が大きくなる）。その結果、アブレーション加工で余った熱が拡散しにくくなるため、アブレーション加工時の熱の影響が大きくなる。そのため、回転部材３１は、高速（１００ｒｐｓ以上）で回転させることが好ましい。これにより、連続して照射されたレーザ光の照射領域が全く又は少ししか重ならなくなるので、アブレーション加工時の熱の影響を小さくすることができる。

【0044】

以上により、見かけ上の発振周波数が小さく、かつ、見かけ上のビーム径が大きいレーザ光が加工ヘッド１４から照射されているように取り扱うことができる。従って、図７に示すように、見かけ上のビーム径が大きいレーザ光を照射しつつ加工ヘッド１４を移動させて、ワーク１００の切断等の加工を行うことができる。なお、加工ヘッド１４の移動方向は、第１走査方向に平行であることが好ましい。ただし、加工ヘッド１４の移動方向は、第２走査方向に平行であってもよいし、別の方向であってもよい。

【0045】

次に、ワーク１００の加工の進捗状況に伴う焦点の調整について説明する。レーザ光によりワーク１００を蒸発させて除去することで、ワーク１００の表面の位置（即ち加工位置）が変化する。具体的には、加工位置は、板厚方向であって、詳細にはレーザ照射方向の下流側に変化する。

【0046】

そのため、本実施形態では、ワーク１００の加工位置に対するレーザ光の焦点位置の相対位置を変化させて、焦点位置と加工位置とを相対的に近づける。なお、レーザ光の焦点位置の相対位置の変化方法としては、例えば、ワーク１００をレーザ照射方向の上流側に移動させる方法等がある。これにより、レーザ光の集光点と加工位置の距離を一定にすることができるので、ワーク１００を効率的に加工できる。レーザ光の焦点位置は、ワーク１００の加工の進捗状況に応じて変化させる。ワーク１００の加工の進捗状況は、例えばワーク１００へのレーザ光の照射回数に基づいて算出される。

【0047】

以上のように、図１から図７を参照して本実施形態のレーザ加工装置１を説明したが、レーザ加工装置１は以下のように変更することができる。

【0048】

図１に示す移動部１１は１軸の移動を行う構成に限られず、２軸以上の移動が可能であってもよい。また、移動部１１は、ワーク１００を把持して移動させる構成であってもよい。

【0049】

図１に示す加工ヘッド１４は、１軸の移動を行う構成に限られず、２軸以上の移動が可能であってもよい。また、加工ヘッド１４に相当する部品をロボットアームに装着し、ロボットアームを動かすことでワーク１００を加工する構成であってもよい。

【0050】

また、移動部１１を省略し、動かないように固定されたワーク１００に対して、加工ヘッド１４を移動させて加工してもよい。反対に、加工ヘッド１４の位置を固定して、移動部１１によってワーク１００を移動させて加工してもよい。

【0051】

図２に示す透光ガラス３３は、全て同じ形状であるが、連続して面が繋がっているのであれば、異なる形状が含まれていてもよい。例えば、透光ガラス３３について、上述した多角形の辺に相当する部分の長さを異ならせることで、１つの透光ガラス３３を透過する一連のレーザ光の第１走査方向での長さを異ならせることができる。そのため、例えば見かけ上のビーム形状を矩形ではなく円形にすることもできる。また、一部又は全ての透光ガラス３３について、厚さを異ならせてもよい。透光ガラス３３の厚さが大きくなるほど、第１走査方向及び第２走査方向のオフセット量を大きくすることができる。また、透光ガラス３３はレーザ光を透過させる性質を有していれば、ガラス以外の材料で構成されていてもよい。

【0052】

また、本実施形態では、視線方向を回転軸線９１と平行にして回転部材３１を見たときに、ミラー４２（透光ガラス３３へ向かうレーザ光の照射源）が透光ガラス３３で囲まれているが、後述の第２変形例のように、透光ガラス３３で囲まれた位置の外側にミラー４２が配置されていてもよい。

【0053】

図２に示すミラー４２に代えてプリズムを導光部材として用いてレーザ光を反射させてもよい。また、導光部材は、レーザ発生器１２が発生させたレーザ光が透光ガラス３３を透過するように導く機能を有していれば、更に異なる構成であってもよい。

【0054】

図３に示す集光部材２１は、レーザ光の進行方向においてレーザ光走査装置２３の上流側であるが、集光部材２１として例えばｆθレンズを用いることで、レーザ光走査装置２３の下流側に集光部材２１を配置してもよい。また、図３に示す集光部材２１は、ミラー４２と透光ガラス３３の間に配置されていてもよい。また、加工ヘッド１４の位置に関係なく光路長が一定となるように導光する場合は、加工ヘッド１４ではなく支持部材１３に集光部材２１を配置してもよい。

【0055】

図３に示す電動モータ４３は、エアモータであってもよい。

【0056】

次に、図８を参照して、第１変形例について説明する。図８は、第１変形例のレーザ光走査装置２３の斜視図である。上記実施形態は、複数の透光ガラス３３を多角形の辺に相当するように並べて配置する構成である。これに対し、第１変形例は、多角形の辺に相当する部分に厚みを持たせた形状の１つの透光ガラス３３を用いる構成である。第１変形例のレーザ光走査装置２３は、上記実施形態と同様に、レーザ光を第１走査方向と第２走査方向の両方に走査することができる。

【0057】

次に、図９を参照して、第２変形例について説明する。図９は、第２変形例のレーザ光走査装置２３の側面断面図である。図９は、上記実施形態の図３に相当する図である。上記実施形態では、集光部材２１を通過したレーザ光は、透光ガラス３３で囲まれる空間に導光された後に、透光ガラス３３の内面３３ａに入射される。これに対し、第２変形例では、集光部材２１を通過したレーザ光は、透光ガラス３３で囲まれる空間の径方向外側から、透光ガラス３３の外面３３ｂに入射される。この透光ガラス３３を透過したレーザ光は、上記実施形態と同様、透光ガラス３３で囲まれる空間から透光ガラス３３の内面３３ａに入射される。

【0058】

このように、第２変形例では、ワーク１００に照射されるまでの間に透光ガラス３３を２回透過する。２回の透過での第１走査方向と第２走査方向のオフセット方向を同じにするため、回転軸線９１を挟んで対向して配置される２つの透光ガラス３３は平行である。従って、視線方向を回転軸線９１と平行にして回転部材３１を見たときに、透光ガラス３３は辺数が偶数の多角形である。ちなみに、対向して配置される透光ガラス３３が平行なので傾斜角αは同じになる。

【0059】

以上に説明したように、上記実施形態のレーザ光走査装置２３は、回転部材３１と、透光ガラス３３と、ミラー４２と、を備える。回転部材３１は、回転軸線９１を中心に回転する。透光ガラス３３は、回転部材３１に配置されている。ミラー４２は、透光ガラス３３にレーザ光が入射されるように当該レーザ光を導く。視線方向を回転軸線９１と平行にして回転部材３１を見たときに、複数の透光ガラス３３の内面３３ａを接続した形状が多角形である。透光ガラス３３の内面３３ａと、回転軸線９１に平行な直線と、がなす角を傾斜角αとしたときに、複数の透光ガラス３３の傾斜角αのうち少なくとも２つは値が異なる。

【0060】

これにより、透光ガラス３３の内面３３ａを接続した形状が多角形であることで、透光ガラス３３の一面に対して回転軸線９１に垂直な方向でレーザ光を走査することができる。更に、透光部材の傾斜角のうち少なくとも２つは値が異なるため、各透光ガラス３３の一面に対し回転軸線９１に平行な方向にレーザ光を走査（シフト）することができる。透光ガラス３３が回転することで、この２つの動きは、レーザ光を２つの方向に走査することになり、見かけ上のビーム径が大きいレーザ光と同様に取り扱うことができる。

【0061】

更に、レーザ光が２つの走査方向に分散して照射されるので、一度レーザ光を照射した箇所の近傍にはしばらくレーザ光が照射されにくくなるため、レーザ光を照射してアブレーション加工を行ったときに余った熱が拡散し易くなる。そのため、熱の影響が小さいアブレーション加工を行うことができる。これにより、切断等の加工を効率的かつ均一に行うことができる。

【0062】

また、上記実施形態のレーザ光走査装置２３では、ミラー４２は、透光ガラス３３の内面３３ａにレーザ光が入射されるようにレーザ光を導く。

【0063】

これにより、第２変形例と比較してコンパクトなレーザ光走査装置２３が実現できる。

【0064】

また、第２変形例のレーザ光走査装置２３において、多角形となるように配置される透光ガラス３３の辺数（透光ガラス３３の数）が偶数であり、回転軸線９１を挟んで対向する２つの内面３３ａが平行である。ミラー４２は、透光ガラス３３の外面３３ｂにレーザ光が入射されるようにレーザ光を導く。当該外面３３ｂを透過したレーザ光は、対向する透光ガラス３３の内面３３ａに入射される。

【0065】

これにより、レーザ光が透光ガラス３３を２回透過するため、レーザ光の第１走査方向及び第２走査方向のオフセット量を大きくすることができる。

【0066】

また、上記実施形態のレーザ光走査装置２３において、透光ガラス３３は平板状であり、視線方向を回転軸線９１と平行にして回転部材３１を見たときに、複数の透光ガラス３３が多角形となるように並べて配置されている。

【0067】

これにより、一般的な形状の透光ガラス３３を用いて本発明を実現できる。

【0068】

また、上記実施形態のレーザ光走査装置２３において、図６に示すように、第１透光ガラスを透過してワーク１００に照射される一連のレーザ光の照射領域（図６の１番から１０番）と、第２透光ガラスを透過してワーク１００に照射される一連のレーザ光の照射領域（図６の１１番から２０番）と、の間の領域に、第４透光ガラスを透過してワーク１００に照射される一連のレーザ光（図６の３１番から４０番）が照射される。なお、第１透光ガラスの内面３３ａが「第１内面」に相当し、第２透光ガラスの内面３３ａが「第２内面」に相当し、第４透光ガラスの内面３３ａが「第１内面及び第２内面の両方と隣接していない内面」に相当する。

【0069】

これにより、より一層、同じ箇所に連続してレーザ光が照射されにくくなるので、アブレーション加工時の熱の影響を更に小さくすることができる。

【0070】

また、上記実施形態のレーザ加工装置１は、レーザ光走査装置２３と、レーザ発生器１２と、集光部材２１と、を備える。レーザ発生器１２は、レーザ光を発生させる。集光部材２１は、レーザ光を集光する。

【0071】

これにより、アブレーション加工時の熱の影響が小さいレーザ加工装置１を実現できる。

【0072】

また、上記実施形態のレーザ加工装置１は、レーザ光を照射する加工ヘッド１４を備える。加工ヘッド１４が移動可能に構成されている。

【0073】

これにより、加工ヘッド１４を用いてレーザ光を移動させる場合であっても、アブレーション加工時の熱の影響が小さい。

【符号の説明】

【0074】

１ レーザ加工装置
２１ 集光部材
２３ レーザ光走査装置
３１ 回転部材
３２ ガラスホルダ
３３ 透光ガラス（透光部材）
４２ ミラー（導光部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】