特許 7617340 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(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】レーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20250109BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20250109BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20250109BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

B23K26/00 A

B23K26/082

G02B26/08 E

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024146552

(22)【出願日】2024-08-28

(62)【分割の表示】P 2023131365の分割

【原出願日】2023-08-10

【審査請求日】2024-08-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(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】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】小林 寛和

(72)【発明者】

【氏名】井上 紘一

(72)【発明者】

【氏名】安在 建治

(72)【発明者】

【氏名】梁瀬 淳

(72)【発明者】

【氏名】三浦 栄朗

【審査官】河村 麻梨子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０４０２０７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２１５４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５２６４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４７１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２３１８４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７４０４６４７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００２９２８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特許第７２４１９９４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／０８、２６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発散光のレーザビームをコリメート光に変換するコリメーションレンズと、
前記コリメーションレンズより射出されたレーザビームが入射し、加工対象の被加工材に照射するレーザビームを振動させるガルバノスキャナユニットと、
前記ガルバノスキャナユニットより射出するレーザビームを集束させて、前記被加工材に照射する集束レンズを有する加工ヘッドと、
を備え、
前記ガルバノスキャナユニットは、
前記コリメーションレンズより射出したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを反射させる第１のガルバノミラーと、
前記第１のガルバノミラーを回転させるよう駆動する第１のガルバノモータと、
前記第１のガルバノミラーで反射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを反射させる第２のガルバノミラーと、
前記第２のガルバノミラーを回転させるよう駆動する第２のガルバノモータと、
を有し、
前記第１及び第２のガルバノミラーは、それぞれ、
所定の波長帯域のレーザビームを反射するレーザビームの入射平面と、
前記第１及び第２のガルバノモータの軸の先端部と連結される端部側に位置し、前記入射平面と連結する第１の端面と、
前記軸の方向に沿った前記第１の端面とは反対側に位置し、前記入射平面と連結する第２の端面と、
前記第１の端面から前記第２の端面までの長さの中央よりも前記第２の端面側に位置する、前記軸と直交する方向の幅として最も幅の広い最幅広部と、
前記第１の端面の幅方向の両端と前記最幅広部の前記幅方向の両端とをそれぞれ連結し、前記第１の端面から前記最幅広部に向かうに従って前記幅方向の互いの間隔が広がっていく第１及び第２の側端面と、
前記第２の端面の前記幅方向の両端と前記最幅広部の前記幅方向の両端とをそれぞれ連結し、前記第２の端面から前記最幅広部に向かうに従って前記幅方向の互いの間隔が広がっていく第３及び第４の側端面と、
前記幅方向の中央部に位置する最も板厚の厚い最板厚部と、
前記最板厚部の前記幅方向の両側方に位置する、前記最板厚部から前記幅方向の両端に向かうに従って板厚が薄くなっていく第１及び第２の側方部と、
を有し、
前記第１及び第２のガルバノミラーは、前記入射平面に入射したレーザビームのうち、前記入射平面で反射せず、前記入射平面を透過して内部へと侵入したレーザビームを透過させる硝材で形成され、
前記第１及び第２のガルバノモータが前記第１及び第２のガルバノミラーをそれぞれ駆動していない状態で、前記第１のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射し、前記第２のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射したレーザビームが板金に照射されたときの、前記板金の表面での前記レーザビームの輝度を１００％としたとき、前記第１及び第２のガルバノモータが前記第１及び第２のガルバノミラーをそれぞれ駆動して前記第１及び第２のガルバノミラーが変形した状態で、前記第１のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射し、前記第２のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射したレーザビームが前記板金に照射されたとき、前記最板厚部の板厚を、前記板金の表面での前記レーザビームの輝度として少なくとも９８％の輝度が得られるような板厚に設定している
レーザ加工機。

【請求項2】

前記第１及び第２のガルバノミラーの前記入射平面には、前記所定の波長帯域のレーザビームを反射する反射コーティングが施されており、
前記第１及び第２のガルバノミラーの前記最板厚部及び前記第１及び第２の側方部における前記入射平面とは反対側の面には、前記所定の波長帯域のレーザビームの反射を防止する反射防止コーティングが施されている
請求項１に記載のレーザ加工機。

【請求項3】

前記最板厚部は、前記第１の端面から前記第２の端面までの全範囲に形成されている請求項１または２に記載のレーザ加工機。

【請求項4】

前記硝材はサファイアガラスである請求項１または２に記載のレーザ加工機。

【請求項5】

前記硝材は合成石英である請求項１または２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、レーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～３には、加工ヘッドから射出されるレーザビームをガルバノスキャナユニットのガルバノミラーによって振動させて、被加工材を加工するレーザ加工機が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５３８８９４８号公報

【文献】特許第６２７２５８７号公報

【文献】特許第６７４８１５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザビームを高周波数で振動させるためには、ガルバノミラーを、その剛性を高めることができるケイ素（Ｓｉ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料として形成するのが一般的である。ガルバノミラーの表面には反射コーティングが施されており、入射するレーザビームを反射する。近年、レーザ発振器が射出するレーザビームは高出力化している。反射コーティングによるレーザビームの反射率が例えば９９．９％であったとしても、ケイ素または炭化ケイ素の光吸収率はほぼ１００％であるので、反射コーティングで反射されずに透過する高出力のレーザビームによってガルバノミラーが発熱する。ガルバノミラーを大型化すれば、ガルバノミラーの発熱を抑えることができる。

【0005】

一方で、ガルバノミラーの振動周波数を１ｋＨｚ以上の高周波数とすることが要求されることがある。ガルバノミラーを大型化するとイナーシャが大きくなるから、要求される高周波数でガルバノミラーを振動させることが困難となる。そこで、発熱を抑えることができ、高周波数で振動させることができるガルバノミラー、及び、そのようなガルバノミラーを有するガルバノスキャナユニットを備えるレーザ加工機の登場が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１またはそれ以上の実施形態の一態様は、発散光のレーザビームをコリメート光に変換するコリメーションレンズと、前記コリメーションレンズより射出されたレーザビームが入射し、加工対象の被加工材に照射するレーザビームを振動させるガルバノスキャナユニットと、前記ガルバノスキャナユニットより射出するレーザビームを集束させて、前記被加工材に照射する集束レンズを有する加工ヘッドとを備え、前記ガルバノスキャナユニットは、前記コリメーションレンズより射出したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを反射させる第１のガルバノミラーと、前記第１のガルバノミラーを回転させるよう駆動する第１のガルバノモータと、前記第１のガルバノミラーで反射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを反射させる第２のガルバノミラーと、前記第２のガルバノミラーを回転させるよう駆動する第２のガルバノモータとを有するレーザ加工機を提供する。
上記のレーザ加工機において、前記第１及び第２のガルバノミラーは、それぞれ、所定の波長帯域のレーザビームを反射するレーザビームの入射平面と、前記第１及び第２のガルバノモータの軸の先端部と連結される端部側に位置し、前記入射平面と連結する第１の端面と、前記軸の方向に沿った前記第１の端面とは反対側に位置し、前記入射平面と連結する第２の端面と、前記第１の端面から前記第２の端面までの長さの中央よりも前記第２の端面側に位置する、前記軸と直交する方向の幅として最も幅の広い最幅広部と、前記第１の端面の幅方向の両端と前記最幅広部の前記幅方向の両端とをそれぞれ連結し、前記第１の端面から前記最幅広部に向かうに従って前記幅方向の互いの間隔が広がっていく第１及び第２の側端面と、前記第２の端面の前記幅方向の両端と前記最幅広部の前記幅方向の両端とをそれぞれ連結し、前記第２の端面から前記最幅広部に向かうに従って前記幅方向の互いの間隔が広がっていく第３及び第４の側端面と、前記幅方向の中央部に位置する最も板厚の厚い最板厚部と、前記最板厚部の前記幅方向の両側方に位置する、前記最板厚部から前記幅方向の両端に向かうに従って板厚が薄くなっていく第１及び第２の側方部とを有する。

【0007】

上記のレーザ加工機において、前記第１及び第２のガルバノミラーは、前記入射平面に入射したレーザビームのうち、前記入射平面で反射せず、前記入射平面を透過して内部へと侵入したレーザビームを透過させる硝材で形成されている。
前記第１及び第２のガルバノモータが前記第１及び第２のガルバノミラーをそれぞれ駆動していない状態で、前記第１のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射し、前記第２のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射したレーザビームが板金に照射されたときの、前記板金の表面での前記レーザビームの輝度を１００％としたとき、前記第１及び第２のガルバノモータが前記第１及び第２のガルバノミラーをそれぞれ駆動して前記第１及び第２のガルバノミラーが変形した状態で、前記第１のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射し、前記第２のガルバノミラーの前記入射平面に入射して反射したレーザビームが前記板金に照射されたとき、前記最板厚部の板厚を、前記板金の表面での前記レーザビームの輝度として少なくとも９８％の輝度が得られるような板厚に設定している。

【発明の効果】

【0008】

１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機によれば、ガルバノミラーの発熱を抑えることができ、ガルバノミラーを高周波数で振動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機を示す図である。

【図2】図２は、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機が備えるガルバノスキャナユニットを示す斜視図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係るガルバノミラーを背面から見た斜視図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るガルバノミラーの正面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係るガルバノミラーの背面図である。

【図6A】図６Ａは、直方体のサファイアガラス板から第１実施形態に係るガルバノミラーを形成するための４つの角部の面取りを示す平面図である。

【図6B】図６Ｂは、直方体のサファイアガラス板から第１実施形態に係るガルバノミラーを形成するための部分的な厚みの面取りを示す側面図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係るガルバノミラーのガルバノモータの軸への取り付け構造を示す斜視図である。

【図8】図８は、第２実施形態に係るガルバノミラーを背面から見た斜視図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係るガルバノミラーの正面図である。

【図10】図１０は、第２実施形態に係るガルバノミラーの背面図である。

【図11】図１１は、直方体の合成石英板から第２実施形態に係るガルバノミラーを形成するための部分的な厚みの面取りを示す側面図である。

【図12】図１２は、第２実施形態に係るガルバノミラーの変形例を背面から見た斜視図である。

【図13】図１３は、第２実施形態に係るガルバノミラーの変形例の正面図である。

【図14】図１４は、第２実施形態に係るガルバノミラーの変形例の背面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、１またはそれ以上の実施形態に係るガルバノミラー及びレーザ加工機について、添付図面を参照して説明する。まず、１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機の全体的な構成例を説明する。図１において、レーザ加工機１００は、レーザ発振器１０、プロセスファイバ１２、レーザ加工ユニット２０、ＮＣ装置５０、アシストガス供給装置８０を備える。

【0011】

レーザ発振器１０はレーザビームを生成して射出し、プロセスファイバ１２はレーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送する。典型的には、レーザ発振器１０は、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍのレーザビームを射出するファイバレーザ発振器である。レーザ発振器１０はファイバレーザ発振器に限定されない。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。

【0012】

レーザ加工ユニット２０は、加工対象の被加工材である板金Ｗを載せる加工テーブル２１、門型のＸ軸キャリッジ２２、Ｙ軸キャリッジ２３、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０、加工ヘッド３５を有する。Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸方向とＹ軸方向との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。

【0013】

加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。

【0014】

加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口３６ａを有し、開口３６ａよりレーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口３６ａより射出されたレーザビームは板金Ｗに照射される。アシストガス供給装置８０は、アシストガスとして窒素または酸素等を加工ヘッド３５に供給する。板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。

【0015】

図２に示すように、コリメータユニット３０は、コリメーションレンズ３０１、ガルバノスキャナユニット３０２、ベンドミラー３０３を備える。コリメーションレンズ３０１は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームを平行光（コリメート光）に変換する。ガルバノスキャナユニット３０２は、ガルバノミラー３２ａ（第１のガルバノミラー）及びガルバノミラー３２ｂ（第２のガルバノミラー）をそれぞれ所定の角度の範囲で回転させるよう駆動するガルバノモータ３３ａ（第１のガルバノモータ）及びガルバノモータ３３ｂ（第２のガルバノモータ）を有する。

【0016】

ガルバノミラー３２ａには、コリメーションレンズ３０１より射出されたコリメート光のレーザビームが入射して、入射するレーザビームを反射させる。ガルバノミラー３２ｂにはガルバノミラー３２ａで反射したレーザビームが入射して、入射するレーザビームを反射させる。ガルバノミラー３２ｂで反射したレーザビームはベンドミラー３０３に入射する。ベンドミラー３０３は、ガルバノスキャナユニット３０２より射出されたレーザビームを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。

【0017】

図２において、ガルバノモータ３３ａ及び３３ｂは、図示を省略している支持部材に固定され、ガルバノミラー３２ａ及び３２ｂのコリメータユニット３０の空間内の位置が設定されている。ガルバノミラー３２ａ及び３２ｂをガルバノミラー３２と総称し、ガルバノモータ３３ａ及び３３ｂをガルバノモータ３３と総称することがある。

【0018】

加工ヘッド３５は、ベンドミラー３０３で反射したレーザビームを集束させて、板金Ｗに照射する集束レンズ３０４を備える。

【0019】

レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームが開口３６ａの中心に位置するように芯出しされている。基準の状態では、レーザビームは、開口３６ａの中心より射出する。ガルバノスキャナユニット３０２は、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームを、開口３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能する。ＮＣ装置５０は、ガルバノミラー３２ａを回転させるようガルバノモータ３３ａを制御し、ガルバノミラー３２ｂを回転させるようガルバノモータ３３ｂを制御する。

【0020】

ガルバノスキャナユニット３０２は、ＮＣ装置５０による制御に従って、板金Ｗに照射されるレーザビームを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、またはＸ軸方向とＹ軸方向との任意の合成方向に変位させることができる。これにより、ガルバノスキャナユニット３０２は、レーザビームを、加工ヘッド３５（レーザビーム）の進行方向と平行方向に振動させたり、直交方向に振動させたり、ビームスポットが円を描くように振動させたりすることができる。

【0021】

次に、１またはそれ以上の実施形態に係るガルバノミラー３２の構成を詳細に説明する。第１実施形態に係るガルバノミラー３２は、硝材をサファイアガラスとしてガルバノミラー３２が形成されている。第１実施形態に係るガルバノミラー３２をガルバノミラー３２Ｓと称することとする。第２実施形態に係るガルバノミラー３２は、硝材を合成石英としてガルバノミラー３２が形成されている。第２実施形態に係るガルバノミラー３２をガルバノミラー３２Ｑ（または３２Ｑ’）と称することとする。図２におけるガルバノミラー３２ａ及び３２ｂとして、ガルバノミラー３２Ｓ、３２Ｑ、３２Ｑ’のうちのいずれかが用いられる。ガルバノミラー３２Ｓ、３２Ｑ、３２Ｑ’を順に詳細に説明する。

【0022】

＜第１実施形態＞
図３～図５は、それぞれ、ガルバノミラー３２Ｓを背面から見た斜視図、正面図、背面図である。サファイアガラスは、高純度の酸化アルミニウムを人工的に大きく結晶化することによって形成される。ガルバノミラー３２Ｓは、後述するように直方体のサファイアガラス板の複数の面を面取りすることによって、図３～図５に示すような形状とされている。

【0023】

図３～図５において、入射平面Ｓ１１にはレーザビームが入射する。入射平面Ｓ１１には所定の波長帯域のレーザビームを反射する、誘電体多層膜よりなる反射コーティングが施されている。入射平面Ｓ１１は、波長１０４０ｎｍ～１１５０ｎｍのレーザビームの反射率が９９．５％以上である。よって、入射平面Ｓ１１は入射したレーザビームを９９．５％以上反射させる。

【0024】

後述するように、図３におけるガルバノミラー３２Ｓの下端部は、ガルバノモータ３３の軸３３１（図７参照）の先端部と連結される端部である。下端部側に位置する第１の端面３２１は、入射平面Ｓ１１と連結している。軸３３１の方向に沿った第１の端面３２１とは反対側に位置する第２の端面３２２も、入射平面Ｓ１１と連結している。第１の端面３２１と第２の端面３２２とを結ぶ方向を長さ方向とする。

【0025】

図４に示すように、第１の端面３２１から第２の端面３２２までの長さはＬ３２である。最幅広部３２ＷＰは、長さ方向と直交する幅方向に最も幅が広い部分である。最幅広部３２ＷＰの幅はＷ３２である。長さＬ３２と幅Ｗ３２とは、Ｌ３２＞Ｗ３２の関係を有する。一例として、長さＬ３２は３３ｍｍ程度であり、幅Ｗ３２は２２ｍｍ程度である。最幅広部３２ＷＰは、ガルバノミラー３２Ｓの長さＬ３２の中央よりも第２の端面３２２側に位置している。最幅広部３２ＷＰの長さ方向の全範囲が、長さＬ３２の中央よりも第２の端面３２２側に位置している。

【0026】

図３～図５において、第１の側端面３２３及び第２の側端面３２４は、それぞれ、第１の端面３２１の幅方向の両端と最幅広部３２ＷＰの幅方向の両端とを連結する。第１の側端面３２３及び第２の側端面３２４は、第１の端面３２１から最幅広部３２ＷＰに向かうに従って幅方向の互いの間隔が広がっていく。第３の側端面３２５及び第４の側端面３２６は、それぞれ、第２の端面３２２の幅方向の両端と最幅広部３２ＷＰの幅方向の両端とを連結する。第３の側端面３２５及び第４の側端面３２６は、第２の端面３２２から最幅広部３２ＷＰに向かうに従って幅方向の互いの間隔が広がっていく。

【0027】

ガルバノミラー３２Ｓの幅方向の中央部には、最も板厚の厚い最板厚部３２７が設けられている。一例として、最板厚部３２７の板厚は３ｍｍである。ガルバノミラー３２Ｓにおいては、最板厚部３２７は第１の端面３２１から第２の端面３２２までの全範囲に形成されている。最板厚部３２７の表面は平面Ｓ１２となっている。第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９は、最板厚部３２７の幅方向の両側方に設けられている。第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９は、最板厚部３２７から幅方向の両端に向かうに従って板厚が薄くなっていく。第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９それぞれの表面は平面Ｓ１３及びＳ１４となっている。

【0028】

以上のような形状を有するガルバノミラー３２Ｓは、図６Ａに示すように、直方体のサファイアガラス板３２０Ｓのハッチングを付している４つの角部Ｃ１～Ｃ４を面取りし、図６Ｂに示すように、サファイアガラス板３２０Ｓのハッチングを付している領域Ｔ１及びＴ２を厚み方向に面取りすることによって形成することができる。

【0029】

入射平面Ｓ１１に入射したレーザビームのうち、反射コーティングで反射しなかったわずかなレーザビームは、反射コーティングを透過してガルバノミラー３２Ｓの内部へと侵入する。ガルバノミラー３２Ｓを形成する硝材であるサファイアガラスの光吸収率は１％未満であるので、ガルバノミラー３２Ｓは内部へと侵入したレーザビームを９９％以上透過させる。よって、ガルバノミラー３２Ｓは、反射コーティングで反射されずに透過するレーザビームによってほとんど発熱しない。従って、コリメーションレンズ３０１より射出されるコリメート光のビーム径を細くしても発熱が抑えられるから、ガルバノミラー３２Ｓを大型化する必要はなく、最小限の大きさとすることができる。

【0030】

平面Ｓ１２～Ｓ１４に、誘電体多層膜よりなる反射防止コーティングが施されているとよい。反射防止コーティングが施されている平面Ｓ１２～Ｓ１４は、波長１０４０ｎｍ～１１５０ｎｍのレーザビームの透過率が９８％以上である。

【0031】

図７に示すように、ガルバノモータ３３の軸３３１の先端部には、ガルバノミラー３２Ｓの第１の端面３２１側の端部を固定するための固定部３３２が設けられている。ガルバノミラー３２Ｓは、第１の端面３２１側の端部が固定部３３２の一対の突出壁の間に挿入され、かつ接着剤によって接着されることによって、固定部３３２に固定される。このようにして、ガルバノミラー３２Ｓはガルバノモータ３３の軸３３１と連結されて、軸３３１の回転によりガルバノミラー３２Ｓが一体的に回転する。

【0032】

第１実施形態に係るガルバノミラー３２Ｓによれば、４つの角部Ｃ１～Ｃ４の面取り及び領域Ｔ１及びＴ２の厚み方向の面取りによって、直方体のサファイアガラス板３２０Ｓにおけるイナーシャと比較してイナーシャを大幅に小さくすることができる。第１実施形態に係るガルバノミラー３２Ｓによれば、発熱を抑えることができるからガルバノミラー３２Ｓを小型化することができ、小型化に伴ってイナーシャを小さくすることができる。よって、レーザ加工機１００は、ガルバノミラー３２として第１実施形態に係るガルバノミラー３２Ｓを用いれば、ガルバノミラー３２を高周波数で振動させることができる。なお、高周波数とは例えば１ｋＨｚ以上である。

【0033】

ところで、ガルバノミラー３２Ｓをガルバノモータ３３によって所定の角度の範囲で回転させるとき、ガルバノミラー３２Ｓの振動によってガルバノミラー３２Ｓが変形すると、ガルバノミラー３２Ｓから射出されるレーザビームのビームプロファイルが悪化する。レーザビームのビームプロファイルが悪化すると、板金Ｗの表面でのレーザビームの輝度が低くなる。ガルバノモータ３３がガルバノミラー３２Ｓを駆動していない状態でガルバノミラー３２Ｓから射出されたレーザビームが板金Ｗに照射されたときの、板金Ｗの表面でのレーザビームの輝度を１００％とする。最板厚部３２７の板厚を、ガルバノモータ３３がガルバノミラー３２Ｓを駆動してガルバノミラー３２Ｓが変形した状態でガルバノミラー３２Ｓから射出されたレーザビームが板金Ｗに照射されたとき、少なくとも９８％の輝度が得られるような板厚とすることが好ましい。

【0034】

ガルバノミラー３２Ｓは４つの角部Ｃ１～Ｃ４及び厚み方向の領域Ｔ１及びＴ２を面取りした形状であるので、直方体のサファイアガラス板３２０Ｓと比較すれば変形しやすい。最板厚部３２７の板厚を上記のように９８％以上のレーザビームの輝度が得られるような板厚とすれば、ガルバノミラー３２Ｓの変形は実質的には問題とならない。

【0035】

＜第２実施形態＞
図８～図１０は、それぞれ、ガルバノミラー３２Ｑを背面から見た斜視図、正面図、背面図である。ガルバノミラー３２Ｑは、後述するように直方体の合成石英板の複数の面を面取りすることによって、図８～図１０に示すような形状とされている。第２実施形態において、第１実施形態と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略することがある。

【0036】

図８～図１０において、入射平面Ｓ２１にはレーザビームが入射する。入射平面Ｓ２１には所定の波長帯域のレーザビームを反射する、誘電体多層膜よりなる反射コーティングが施されている。入射平面Ｓ２１は、波長１０４０ｎｍ～１１５０ｎｍのレーザビームの反射率が９９．５％以上である。よって、入射平面Ｓ２１は入射したレーザビームを９９．５％以上反射させる。第１の端面３２１及び第２の端面３２２は、入射平面Ｓ２１と連結している。

【0037】

図９に示すように、第１の端面３２１から第２の端面３２２までの長さはＬ３２であり、最幅広部３２ＷＰの幅はＷ３２である。ガルバノミラー３２Ｓと同様に、長さＬ３２と幅Ｗ３２とは、Ｌ３２＞Ｗ３２の関係を有する。一例として、長さＬ３２は３３ｍｍ程度であり、幅Ｗ３２は２２ｍｍ程度である。最幅広部３２ＷＰは、ガルバノミラー３２Ｑの長さＬ３２の中央よりも第２の端面３２２側に位置している。

【0038】

図８～図１０において、第１の側端面３２３及び第２の側端面３２４は、それぞれ、第１の端面３２１の幅方向の両端と最幅広部３２ＷＰの幅方向の両端とを連結する。第１の側端面３２３及び第２の側端面３２４は、第１の端面３２１から最幅広部３２ＷＰに向かうに従って幅方向の互いの間隔が広がっていく。第３の側端面３２５及び第４の側端面３２６は、それぞれ、第２の端面３２２の幅方向の両端と最幅広部３２ＷＰの幅方向の両端とを連結する。第３の側端面３２５及び第４の側端面３２６は、第２の端面３２２から最幅広部３２ＷＰに向かうに従って幅方向の互いの間隔が広がっていく。

【0039】

ガルバノミラー３２Ｑの幅方向の中央部には、最も板厚の厚い最板厚部３２７が設けられている。一例として、最板厚部３２７の板厚は４．４ｍｍ程度である。ガルバノミラー３２Ｑにおいては、最板厚部３２７は第１の端面３２１から第２の端面３２２までの全範囲ではなく、第１の端面３２１から第２の端面３２２までの範囲のうち、第１の端面３２１から最幅広部３２ＷＰまでの範囲に形成されている。最板厚部３２７の第２の端面３２２側の端部は、最幅広部３２ＷＰの長さ方向の所定の位置に位置している。最板厚部３２７の表面は平面Ｓ２２となっている。

【0040】

第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９は、最板厚部３２７の幅方向の両側方に設けられている。第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９は、最板厚部３２７から幅方向の両端に向かうに従って板厚が薄くなっていく。第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９それぞれの表面は平面Ｓ２３及びＳ２４となっている。

【0041】

ガルバノミラー３２Ｑにおいては、第２の端面３２２側に傾斜先端部３３０が形成されている。傾斜先端部３３０は、最板厚部３２７の第２の端面３２２側の端部から第２の端面３２２に向かうに従って板厚が薄くなっていく。傾斜先端部３３０の表面は平面Ｓ２５となっている。

【0042】

以上のような形状を有するガルバノミラー３２Ｑは、図１１に示す直方体の合成石英板３２０Ｑを、図６Ａ及び図６Ｂに示すサファイアガラス板３２０Ｓと同様に面取りし、さらに、ハッチングを付している領域Ｔ３を厚み方向に面取りすることによって形成することができる。即ち、ガルバノミラー３２Ｑは、直方体の合成石英板３２０Ｑの４つの角部Ｃ１～Ｃ４及び厚み方向の領域Ｔ１～Ｔ３を面取りすることによって形成することができる。

【0043】

入射平面Ｓ２１に入射したレーザビームのうち、反射コーティングで反射しなかったわずかなレーザビームは、反射コーティングを透過してガルバノミラー３２Ｑの内部へと侵入する。ガルバノミラー３２Ｑを形成する硝材である合成石英の光吸収率はほぼ０％であるので、ガルバノミラー３２Ｑは内部へと侵入したレーザビームをほぼ１００％透過させる。よって、ガルバノミラー３２Ｑは、反射コーティングで反射されずに透過するレーザビームによってほとんど発熱しない。従って、ガルバノミラー３２Ｑを大型化する必要はなく、最小限の大きさでよい。

【0044】

平面Ｓ２２～Ｓ２５に、誘電体多層膜よりなる反射防止コーティングが施されているとよい。反射防止コーティングが施されている平面Ｓ２２～Ｓ２５は、波長１０４０ｎｍ～１１５０ｎｍのレーザビームの透過率が９８％以上である。

【0045】

ガルバノミラー３２Ｑのガルバノモータ３３の軸３３１への取り付け構造は、図７に示すガルバノミラー３２Ｓのガルバノモータ３３の軸３３１への取り付け構造と同じである。ガルバノミラー３２Ｑは、第１の端面３２１側の端部が固定部３３２の一対の突出壁の間に挿入され、かつ接着剤によって接着されることによって、固定部３３２に固定される。ガルバノミラー３２Ｑは、ガルバノモータ３３の軸３３１と連結されて、軸３３１の回転によりガルバノミラー３２Ｑが一体的に回転する。

【0046】

第２実施形態に係るガルバノミラー３２Ｑによれば、４つの角部Ｃ１～Ｃ４の面取り及び領域Ｔ１～Ｔ３の厚み方向の面取りによって、直方体の合成石英板３２０Ｑにおけるイナーシャと比較してイナーシャを大幅に小さくすることができる。第２実施形態に係るガルバノミラー３２Ｑによれば、発熱を抑えることができるからガルバノミラー３２Ｑを小型化することができ、小型化に伴ってイナーシャを小さくすることができる。よって、レーザ加工機１００は、ガルバノミラー３２として第２実施形態に係るガルバノミラー３２Ｑを用いれば、ガルバノミラー３２を高周波数で振動させることができる。なお、高周波数とは例えば１ｋＨｚ以上である。

【0047】

第２実施形態に係るガルバノミラー３２Ｑにおいても、ガルバノモータ３３がガルバノミラー３２Ｑを駆動していない状態でガルバノミラー３２Ｑから射出されたレーザビームが板金Ｗに照射されたときの、板金Ｗの表面でのレーザビームの輝度を１００％とする。最板厚部３２７の板厚を、ガルバノモータ３３がガルバノミラー３２Ｑを駆動してガルバノミラー３２Ｑが変形した状態でガルバノミラー３２Ｑから射出されたレーザビームが板金Ｗに照射されたとき、少なくとも９８％の輝度が得られるような板厚とすることが好ましい。

【0048】

ところで、硝材を合成石英としたガルバノミラー３２Ｑにおいて、領域Ｔ３を厚み方向に面取りした傾斜先端部３３０を設けているのは、次の理由による。ガルバノミラー３２を振動させると、硝材をサファイアガラスとしたガルバノミラー３２Ｓよりも硝材を合成石英としたガルバノミラー３２Ｑの方が変形しやすい。そこで、ガルバノミラー３２Ｓよりもガルバノミラー３２Ｑの方が、最板厚部３２７の板厚を厚くする必要がある場合がある。ガルバノミラー３２Ｑの最板厚部３２７の板厚をガルバノミラー３２Ｓの最板厚部３２７の板厚よりも厚くした場合には、イナーシャをより小さくするために傾斜先端部３３０を設けることが好ましい。

【0049】

＜第２実施形態の変形例＞
図１２～図１４は、第２実施形態に係るガルバノミラー３２Ｑの変形例であるガルバノミラー３２Ｑ’を示している。図１２～図１４は、それぞれ、ガルバノミラー３２Ｑ’を背面から見た斜視図、正面図、背面図である。ガルバノミラー３２Ｑ’において、ガルバノミラー３２Ｑと実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略することがある。

【0050】

図１２及び図１４に示すように、ガルバノミラー３２Ｑ’においては、幅方向の中央部に位置する最板厚部を台形状の最板厚部３２７’としている。最板厚部３２７’の表面は台形状の平面Ｓ２２’となっている。ガルバノミラー３２Ｑにおける長方形状の最板厚部３２７及び平面Ｓ２２を台形状の最板厚部３２７’及び平面Ｓ２２’に変更することに伴って、第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９はそれぞれ第１の側方部３２８’及び第２の側方部３２９’とされ、傾斜先端部３３０は傾斜先端部３３０’とされている。第１の側方部３２８’及び第２の側方部３２９’それぞれの表面は平面Ｓ２３’及びＳ２４’となっており、傾斜先端部３３０’の表面は平面Ｓ２５’となっている。

【0051】

以上のような形状を有するガルバノミラー３２Ｑ’は、ガルバノミラー３２Ｑと同様に直方体の合成石英板３２０Ｑの４つの角部を面取りし、第１の側方部３２８’、第２の側方部３２９’、及び傾斜先端部３３０’を形成するよう部分的な厚みを面取りすることによって形成することができる。ガルバノミラー３２Ｑ’のガルバノモータ３３の軸３３１への取り付け構造は、ガルバノミラー３２Ｑのガルバノモータ３３の軸３３１への取り付け構造と同じである。

【0052】

ガルバノミラー３２Ｑ’によれば、長さＬ３２、幅Ｗ３２、及び最板厚部３２７’の板厚がガルバノミラー３２Ｑにおける長さＬ３２、幅Ｗ３２、及び最板厚部３２７の板厚と同じであるとき、ガルバノミラー３２Ｑにおけるイナーシャよりもイナーシャを小さくすることができる。

【0053】

本発明は以上説明した１またはそれ以上の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。硝材をサファイアガラスとしたガルバノミラー３２Ｓにおいては領域Ｔ３を厚み方向に面取りした傾斜先端部３３０を設けていないが、イナーシャをさらに小さくするために傾斜先端部３３０を設けてもよい。また、硝材を合成石英としたガルバノミラー３２Ｑまたは３２Ｑ’において、傾斜先端部３３０または３３０’を設けない構成としてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１０ レーザ発振器
１２ プロセスファイバ
２０ レーザ加工ユニット
２１ 加工テーブル
２２ Ｘ軸キャリッジ
２３ Ｙ軸キャリッジ
３０ コリメータユニット
３５ 加工ヘッド
３２ａ，３２ｂ，３２Ｑ，３２Ｑ’，３２Ｓ ガルバノミラー
３２ＷＰ 最幅広部
３３ａ，３３ｂ ガルバノモータ
３６ ノズル
３６ａ 開口
５０ ＮＣ装置
８０ アシストガス供給装置
１００ レーザ加工機
３０１ コリメーションレンズ
３０２ ガルバノスキャナユニット
３０３ ベンドミラー
３０４ 集束レンズ
３２１ 第１の端面
３２２ 第２の端面
３２３ 第１の側端面
３２４ 第２の側端面
３２５ 第３の側端面
３２６ 第４の側端面
３２７，３２７’ 最板厚部
３２８，３２８’ 第１の側方部
３２９，３２９’ 第２の側方部
３３０，３３０’ 傾斜先端部
Ｓ１１，Ｓ２１ 入射平面
Ｓ１２～Ｓ１４，Ｓ２２～Ｓ２５，Ｓ２２’～Ｓ２５’ 平面
Ｗ 板金（被加工材）

【要約】

【課題】発熱を抑えることができ、高周波数で振動させることができるガルバノミラーを提供する。
【解決手段】入射平面Ｓ１１にはレーザビームを反射する反射コーティングが施されている。最幅広部３２ＷＰは、第１の端面３２１から第２の端面３２２までの長さの中央よりも第２の端面３２２側に位置する。第１の側端面３２３及び第２の側端面３２４は、第１の端面３２１から最幅広部３２ＷＰに向かうに従って幅方向の互いの間隔が広がっていく。第３の側端面３２５及び第４の側端面３２６は、第２の端面３２２から最幅広部３２ＷＰに向かうに従って幅方向の互いの間隔が広がっていく。最板厚部３２７は幅方向の中央部に位置する。第１の側方部３２８及び第２の側方部３２９は、最板厚部３２７から幅方向の両端に向かうに従って板厚が薄くなっていく。ガルバノミラー３２Ｓは、内部へと侵入したレーザビームを透過させる硝材で形成されている。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】