JP2003220486A - 高密度エネルギー加工装置及び高密度エネルギー加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度エネルギービームの照射により、回転
軸から被加工面までの距離が一定でない形状の被加工物
の加工を確実に行う。 【解決手段】 本レーザ加工装置は、歯車形状の被加工
物１を回転させつつ、その被加工物１の回転軸方向側面
に向けて高密度エネルギービームとしてのレーザ光Ｌ１
を照射して加工するものであり、レーザ光Ｌ１の照射路
には、レーザ光Ｌ１が通過するレンズの曲率を変化させ
る可変焦点レンズ装置２０と、集光レンズ２２とを備え
ている。そして、被加工物１の加工中は、被加工物１の
回転に伴い、レーザ光Ｌ１の照射位置での被加工物１の
回転軸から被加工面までの距離が変化するが、予め計測
した被加工物１の形状を表す計測データに基づき可変焦
点レンズ装置２０のレンズの曲率を制御して、被加工面
でレーザ光Ｌ１が集光するように焦点の位置を変化させ
ることで、確実に加工を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度エネルギー
ビームを照射して被加工物を加工する技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高密度エネルギービームとし
てのレーザ光（レーザビーム）を照射して被加工物を加
工するレーザ加工装置が知られている。例えば、特開昭
６１−１５２３６７号公報には、円盤状の砥石を軸を中
心に回転させつつ、その回転軸方向側面に形成される砥
粒層の表面にレーザ光を集光させる構成により、砥石を
ドレッシング（目立て）する装置が開示されている。

【０００３】このようにレーザ光を照射して砥石をドレ
ッシングする方法は、他のドレッシング方法に比べ、加
工コストや加工精度といった面で優れている。例えば、
ドレッシング対象の砥石とは別のドレッシング用砥石を
押し当てて行う機械的な方法では、ドレッシング用砥石
を、ドレッシング対象の砥石に対応する形状となるよう
に高精度に成形する必要があるため、加工コストが高く
なってしまい、加えて、ドレッシング用砥石をドレッシ
ング対象の砥石に直接接触させるため、接触面の具合
や、押し付け力による歪み等により、ドレッシングを均
一に行うことが困難である。また、放電加工により行う
電気的な方法では、砥石形状に対応する形状の電極を高
精度に成形する必要があるため、機械的なドレッシング
の場合と同様に加工コストが高くなってしまう。これに
対し、レーザ光を照射して行うドレッシング方法では、
砥石形状に対応する部品をわざわざ作る必要がなく、し
かも、高精度の加工が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示されている装置では、回転軸から被加工面まで
の距離が一定である形状の砥石（即ち、被加工面が円柱
の側面である砥石）についてはドレッシング可能である
が、回転軸から被加工面までの距離が一定でない形状の
砥石についてはドレッシングすることができない。例え
ば、歯車形状の砥石をドレッシングしようとした場合、
歯先部分と歯底部分とでは回転軸から被加工面までの距
離が異なることから、レーザ光の集光点の大きさが変化
してしまい、均一なドレッシングができなくなる。

【０００５】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、高密度エネルギービームの照射により、回転
軸から被加工面までの距離が一定でない形状の被加工物
の加工を確実に行うことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するためになされた請求項１に記載の高密度エネ
ルギー加工装置では、照射手段が、被加工物に向けて高
密度エネルギービームを照射し、回転手段が、被加工物
を回転させ、照射位置移動手段が、被加工物における高
密度エネルギービームの照射位置をその被加工物の回転
軸方向に沿って移動させる。そして更に、本装置では、
高密度エネルギービームの照射方向に沿ってその高密度
エネルギービームの焦点の位置を変える焦点位置変更手
段が設けられており、制御手段が、被加工物の形状を表
す形状データに基づいて、その焦点位置変更手段を制御
する。尚、高密度エネルギービームとしては、例えば、
レーザ光や、光ビーム（レーザ光のように特定の波長の
光のみではなく、幅広い範囲の波長の光を集光したビー
ム）等を用いることができる。

【０００７】つまり、請求項１の高密度エネルギー加工
装置では、形状データ（例えば、被加工物における被加
工面の形状を、回転軸方向の位置と、回転軸を中心とす
る基準位置からの回転角度と、回転軸からの距離とから
なる座標により特定される点の集合で表したデータ）に
より表される被加工物の形状に応じて、被加工物に照射
される高密度エネルギービームの焦点の位置（即ち、回
転軸から焦点までの距離）を変えるようになっている。

【０００８】このような請求項１の高密度エネルギー加
工装置によれば、回転軸から被加工面までの距離が一定
でない形状の被加工物を加工する場合にも、被加工面に
おける高密度エネルギービームの集光点の大きさを加工
に適した大きさにすることができるため、確実に加工す
ることができる。例えば、高密度エネルギービームの照
射位置が移動しても、集光点を常に一定の大きさに保つ
ことが可能となる。

【０００９】ところで、高密度エネルギービームの焦点
の位置を変える焦点位置変更手段は、請求項２に記載の
ように、高密度エネルギービームが通過するレンズの曲
率を変化させることで、焦点の位置を変えるように構成
されていることが好ましい。このようにすれば、レンズ
を少し変形させるだけで焦点の位置を大きく変えること
ができるため、焦点を高速で移動させることができると
共に、その応答性や精度についても高くすることができ
る。即ち、例えば、高密度エネルギービームの照射方向
に沿って集光レンズを移動させることで焦点の位置を変
える構成も考えられるが、この場合には、焦点の移動量
だけ集光レンズを移動させなければならないため、焦点
を高速で移動させることが困難であり、更に、集光レン
ズの移動量を大きくするために機械的な構造を用いると
応答性や精度も低下してしまう。これに対して、本請求
項２の発明では、そのようなことがない。

【００１０】次に、請求項３に記載の高密度エネルギー
加工装置では、上記請求項１，２の装置において、被加
工物の形状を計測する計測手段を備えている。この構成
によれば、被加工物の現状の形状を把握することができ
るため、例えば、被加工物に対して加工を施す必要があ
るか否かを判断することができる。

【００１１】また、計測手段により計測される被加工物
の現状の形状は、その被加工物の加工を行う際にも利用
することができる。そこで、請求項４に記載の高密度エ
ネルギー加工装置では、上記請求項３の装置において、
制御手段が、形状データとして、計測手段により計測さ
れる被加工物の形状を表すデータを用いるようになって
いる。この構成によれば、被加工物の現状の形状に合わ
せて確実に加工を施すことができる。

【００１２】そして特に、請求項５に記載の高密度エネ
ルギー加工装置では、上記請求項４の装置において、制
御手段が、計測手段により計測される被加工物の形状を
目標の形状にするように焦点位置変更手段を制御するよ
うになっている。この請求項５の高密度エネルギー加工
装置によれば、被加工物が目標の形状となるように確実
に加工することができる。また、現状の形状と目標の形
状との差に基づき必要とされる加工量を判断して加工度
合いを増減することで、効率よく加工を行うことができ
る。

【００１３】ところで、計測手段は、請求項６に記載の
ように、被加工物の形状をその被加工物と非接触で計測
することが好ましい。即ち、被加工物と非接触で計測す
る構成では、被加工物と接触して計測する構成に比べ、
高速な計測が可能となるからである。加えて、被加工物
と接触して計測する構成では、計測用センサにより被加
工物に傷などを付けてしまったり、計測用センサの被加
工物に接触する部分が摩耗して正確な計測ができなくな
ってしまう可能性があるからである。

【００１４】また、計測手段は、請求項７に記載のよう
に、照射手段による高密度エネルギービームの照射中
に、被加工物の形状を計測可能な構成であることが好ま
しい。この構成によれば、被加工物の形状の計測を被加
工物の加工と同時に行うことができるため、作業時間を
短縮することができる。

【００１５】一方、高密度エネルギービームの照射位置
は、例えば、請求項８又は請求項９のように移動させる
ことができる。即ち、請求項８に記載の高密度エネルギ
ー加工装置では、回転手段により被加工物が連続的に回
転されている状態で、照射位置移動手段が、被加工物に
おける高密度エネルギービームの照射位置をその被加工
物の回転軸方向に沿って移動させるようになっている。

【００１６】また、請求項９に記載の高密度エネルギー
加工装置では、回転手段が、被加工物の所定角度の回転
と停止とを交互に繰り返して行い、照射位置移動手段
が、回転手段による被加工物の停止中に、被加工物にお
ける高密度エネルギービームの照射位置をその被加工物
の回転軸方向に沿って移動させるようになっている。

【００１７】そして、上記請求項８の高密度エネルギー
加工装置によれば、被加工物を連続的に回転させた状態
で加工を行うため、加工時間を短くすることができる。
特に、請求項８の高密度エネルギー加工装置が、上記請
求項２の装置のようにレンズの曲率を変化させることで
焦点の位置を変えるように構成されている場合には、焦
点を高速で移動させることができる分、被加工物を高速
で回転させて加工を行うことができるため、加工をより
短時間で行うことができる。

【００１８】また、上記請求項９の高密度エネルギー加
工装置によれば、被加工面と回転軸との距離Ｌが回転角
により異なり、且つ距離Ｌが回転軸に沿って一定となっ
ている形状（例えば、歯車形状）の被加工物を加工する
場合に、焦点位置の移動を少なくすることができるた
め、加工精度を高くすることができる。

【００１９】次に、請求項１０に記載の高密度エネルギ
ー加工方法では、被加工物に向けて高密度エネルギービ
ームを照射し、被加工物を回転させる動作と、被加工物
における高密度エネルギービームの照射位置をその被加
工物の回転軸方向に沿って移動させる動作とを行うこと
で、被加工物を加工するようになっている。そして特
に、本方法では、被加工物の形状を表す形状データに基
づき、高密度エネルギービームの照射方向に沿ってその
高密度エネルギービームの焦点の位置を変えることを特
徴としている。

【００２０】このような請求項１０の高密度エネルギー
加工方法によれば、上記請求項１の装置について述べた
効果と同様の効果を得ることができる。そして更に、請
求項１１に記載のように、高密度エネルギービームの焦
点の位置を、高密度エネルギービームが通過するレンズ
の曲率を変化させることにより変えるようにすれば、上
記請求項２の装置について述べた効果と同様の効果を得
ることができる。

【００２１】また、請求項１２に記載のように、被加工
物の形状を計測し、その計測結果のデータを形状データ
として用いるようにすれば、上記請求項３，４の装置に
ついて述べた効果と同様の効果を得ることができる。ま
た更に、請求項１３に記載のように、計測した被加工物
の形状を目標の形状にするように、高密度エネルギービ
ームの焦点の位置を変えるようにすれば、上記請求項５
の装置について述べた効果と同様の効果を得ることがで
きる。

【００２２】また、請求項１４に記載のように、被加工
物の形状の計測を、高密度エネルギービームの照射中に
行うようにすれば、上記請求項７の装置について述べた
効果と同様の効果を得ることができる。一方、請求項１
５に記載のように、被加工物を連続的に回転させている
状態で、被加工物における高密度エネルギービームの照
射位置をその被加工物の回転軸方向に沿って移動させる
ようにすれば、上記請求項８の装置について述べた効果
と同様の効果を得ることができる。

【００２３】一方また、請求項１６に記載のように、被
加工物の所定角度の回転と停止とを交互に繰り返して行
うと共に、被加工物の停止中に被加工物における高密度
エネルギービームの照射位置をその被加工物の回転軸方
向に沿って移動させるようにすれば、上記請求項９の装
置について述べた効果と同様の効果を得ることができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された実施形
態の高密度エネルギー加工装置について、図面を用いて
説明する。まず図１は、本実施形態の高密度エネルギー
加工装置としてのレーザ加工装置１０の概略構成図であ
る。

【００２５】このレーザ加工装置１０は、被加工物（こ
の例では、インボリュート歯車形状の砥石）１を、矢印
ａに示す如く回転させると共に、矢印ｂに示す如く回転
軸方向に沿って移動させる回転移動装置１２と、この回
転移動装置１２と一体に設けられ、被加工物１の回転角
及び回転軸方向の位置を検出する位置検出器１４と、被
加工物１を加工するためのレーザ光Ｌ１を出力するレー
ザ発振器１６と、レーザ発振器１６により出力されたレ
ーザ光Ｌ１を反射して方向変換し、被加工物１における
回転軸方向の側面に照射する反射ミラー１８と、反射ミ
ラー１８により反射されたレーザ光Ｌ１の照射路に設け
られる可変焦点レンズ装置２０及び集光レンズ２２と、
被加工物１におけるレーザ光Ｌ１の照射位置にガスを吹
き付けて溶融物を除去するガスブロー装置２４と、被加
工物１の形状を計測するためのプロファイル計測装置２
６と、被加工物１を加工するため上記回転移動装置１
２，レーザ発振器１６，可変焦点レンズ装置２０，及び
プロファイル計測装置２６を制御する制御装置２７とを
備えている。尚、図１では、可変焦点レンズ装置２０
を、構造を分かりやすくするために半分に切断された状
態で表している。

【００２６】プロファイル計測装置２６は、被加工物１
の形状を計測するためのレーザ光Ｌ２を出力すると共
に、被加工物１で反射されたレーザ光Ｌ２を入力して被
加工面までの距離を計測するレーザ計測器２８と、レー
ザ計測器２８により出力されたレーザ光Ｌ２を反射して
方向変換し、被加工物１における回転軸方向の側面に照
射すると共に、被加工物１で反射されたレーザ光Ｌ２を
反射して方向変換し、レーザ計測器２８に入力させる反
射ミラー２９とを備えている。

【００２７】次に、可変焦点レンズ装置２０の構造につ
いて説明する。図２は、可変焦点レンズ装置２０を、レ
ーザ光Ｌ１の照射路を包含する平面で切断した断面図で
ある。この可変焦点レンズ装置２０は、環状の第１リン
グ部材３０と、第１リング部材３０の軸方向両側に貼り
付けられるガラス製の第１透明弾性板３２及び第２透明
弾性板３４と、各透明弾性板３２，３４及び第１リング
部材３０により形成される密閉空間に封入される作動流
体３６と、第２透明弾性板３４の外面に貼り付けられる
環状の第２リング部材３８と、第１透明弾性板３２の外
面に貼り付けられるステンレス製の環状の第３リング部
材４０と、等間隔に積層される環状の４枚の圧電バイモ
ルフ４２，４２，…と、各圧電バイモルフ４２の内周部
にそれぞれ接合されると共に、軸方向の一端が第１透明
弾性板３２に接合される筒状の内周連結部材４４と、各
圧電バイモルフ４２の外周部にそれぞれ接合されると共
に、一端が第３リング部材４０に接合される棒状の６本
の外周連結部材４６，４６，…とを備えている。尚、各
リング部材３０，３８，４０と、各圧電バイモルフ４２
と、内周連結部材４４とは、それぞれ同軸に設けられて
いる。また、外周連結部材４６は、第３リング部材４０
の全周に等間隔（６０度毎）に設けられている。

【００２８】作動流体３６としては、各透明弾性板３
２，３４とほぼ同じ屈折率のシリコンオイルが用いられ
ており、その作動流体３６と各透明弾性板３２，３４と
によってレーザ光Ｌ１が通過するレンズが形成されてい
る。圧電バイモルフ４２は、バネ弾性を有するステンレ
ス鋼製の環状薄板である弾性板の両面に、圧電材料（具
体的には、ＰＺＴ）からなる環状の圧電板が接合された
ものである。そして、各圧電板における弾性板との接合
面とは反対側の表面には、銀の微細粉末を主成分とする
導電ペーストが印刷されて膜状の表面電極が形成されて
いる。尚、圧電バイモルフ４２の各圧電板の分極方向
は、軸方向となる同一方向へ向けられている。

【００２９】内周連結部材４４及び外周連結部材４６
は、共にステンレス鋼製である。そして、内周連結部材
４４は、各圧電バイモルフ４２の表面電極と電気的に導
通しており、且つ、各圧電バイモルフ４２の弾性板と電
気的に絶縁されている。一方、外周連結部材４６は、各
圧電バイモルフ４２の弾性板と電気的に導通しており、
且つ、各圧電バイモルフ４２の表面電極と電気的に絶縁
されている。

【００３０】このような構造により、各圧電バイモルフ
４２は、内周連結部材４４と外周連結部材４６とを介し
て電圧が印加されることにより同一の方向に変形する。
例えば、正の電圧が印加されると、図２に示すように、
各圧電バイモルフ４２の変形により内周連結部材４４が
第１透明弾性板３２側に押し出され、第１透明弾性板３
２の外面が凹状になると共に、第２透明弾性板３４の外
面が凸状になる。一方、負の電圧が印加されると、図３
に示すように、各圧電バイモルフ４２の変形により内周
連結部材４４が第１透明弾性板３２側とは反対側に引っ
張られ、第１透明弾性板３２の外面が凸状になると共
に、第２透明弾性板３４の外面が凹状になる。

【００３１】つまり、内周連結部材４４と外周連結部材
４６とを介して印加する電圧を変化させることで、各透
明弾性板３２，３４と作動流体３６とにより形成される
レンズを変形させ、そのレンズの曲率を変化させること
ができるようになっている。尚、レンズの形状は図２及
び図３に示した状態に限らず、印加する電圧値に応じて
連続的に変形するようになっており、その結果、レンズ
の曲率を連続的に変化させることが可能となる。

【００３２】次に、制御装置２７が行う加工制御処理に
ついて、図４のフローチャートを用いて説明する。この
加工制御処理が開始されると、まずＳ１００にて、被加
工物１の目標の形状を表す目標データを使用者に選択さ
せる。即ち、本実施形態では、複数種類の部品について
の目標データが制御装置２７に予め記憶されており、そ
の中から、被加工物１についての目標データを図示しな
い入力装置からの入力操作により選択させるようになっ
ている。尚、制御装置２７に記憶されている目標データ
は、例えば、目標の形状の物体を予めプロファイル計測
装置２６により計測して得られたデータや３次元ＣＡＤ
で作成したデータ等を記憶させたものである。また、目
標データは、被加工面の形状を、回転軸方向の位置と、
回転軸を中心とする基準位置からの回転角度と、回転軸
からの距離とからなる座標で特定される点の集合により
表したものである。

【００３３】次に、Ｓ１１０にて、プロファイル計測装
置２６により被加工物１の現状の形状を計測する。具体
的には、レーザ計測器２８にレーザ光Ｌ２を出力させる
と共に、回転移動装置１２を用いて、被加工物１を連続
的に回転させつつ、レーザ光Ｌ２の照射位置が被加工面
の回転軸方向一端から他端まで移動するように被加工物
１を回転軸方向に沿って移動させる。これにより、被加
工面全域にレーザ光Ｌ２が照射される。その際、位置検
出器１４により検出される被加工物１の回転角及び回転
軸方向の位置と、プロファイル計測装置２６により計測
される被加工面までの距離に基づき算出される回転軸か
ら被加工面までの距離とにより、被加工面におけるレー
ザ光Ｌ２の照射位置（即ち、計測点）の座標を特定す
る。こうして計測点の座標の特定を被加工面全域で行
い、被加工面の形状を表す計測データを得る。

【００３４】次に、Ｓ１２０にて、Ｓ１００で選択され
た目標データが表す形状とＳ１１０で得られた計測デー
タが表す形状との位置関係を照合する。即ち、両形状を
重ね合わせた際に、両形状の差が最も小さい位置関係と
なるように、目標データと計測データとを対応させる。

【００３５】次に、Ｓ１３０にて、計測データの表す形
状と目標データの表す形状とが一致しているか否かを判
定する。尚、本判定では、計測データの表す形状が、目
標データの表す形状を基準とする一定の範囲内に収まっ
ていれば、両形状が一致していると判定する。

【００３６】そして、Ｓ１３０で、両形状が一致してい
ると判定した場合には、本加工制御処理を終了する。一
方、Ｓ１３０で、両形状が一致していないと判定した場
合には、Ｓ１４０へ移行し、被加工物１の加工を開始す
る。

【００３７】具体的には、レーザ発振器１６にレーザ光
Ｌ１を出力させると共に、回転移動装置１２を用いて、
被加工物１を連続的に回転させつつ、レーザ光Ｌ１の照
射位置が被加工面の回転軸方向一端から他端まで移動す
るように被加工物１を回転軸方向に沿って移動させる。
これにより、被加工面全域にレーザ光Ｌ１が照射され
る。

【００３８】そして更に、このＳ１４０での被加工物１
の加工中には、以下の様にレーザ光Ｌ１の焦点の位置を
制御する。まず、被加工物１の加工中は、被加工物１の
回転に伴いレーザ光Ｌ１の照射位置における回転軸から
被加工面までの距離が変化するため、それに合わせてレ
ーザ光Ｌ１の焦点の位置を変化させる。即ち、位置検出
器１４により検出される被加工物１の回転角及び回転軸
方向の位置と、計測データとに基づき、レーザ光Ｌ１の
照射位置に対応する被加工物１の回転軸から被加工面ま
での実際の距離を判断し、被加工面でレーザ光Ｌ１が集
光するように可変焦点レンズ装置２０のレンズの曲率を
変化させるようになっている。例えば、図５（Ａ）に示
すように、歯車形状の被加工物１の歯先部分にレーザ光
Ｌ１が照射されている状態では、回転軸から被加工面ま
での距離が長くなる分、集光レンズ２２から焦点までの
距離を短くし、また、図５（Ｂ）に示すように、歯底部
分にレーザ光Ｌ１が照射されている状態では、回転軸か
ら被加工面までの距離が短くなる分、集光レンズ２２か
ら焦点までの距離を長くする。

【００３９】その際、被加工面でのレーザ光Ｌ１の集光
点を最小にして（ジャストフォーカスで）加工を行う
と、砥石に溝が形成されてしまうため、集光点をやや大
きめに（デフォーカスに）設定する。そして、必要な加
工量が大きい箇所ほど、集光点の大きさをジャストフォ
ーカスに近づける。ここで、必要な加工量は、レーザ光
Ｌ１の照射位置における目標データの表す形状と計測デ
ータの表す形状との差に基づき判断する。また、既に加
工を行っている場合（即ち、Ｓ１４０から後述するＳ１
５０を経てＳ１３０へ移行し、再びＳ１４０へ移行して
きた場合）には、前回の加工により除去された除去量も
考慮して、最適な集光点の大きさを判断する。尚、必要
な加工量が大きい箇所では、集光点を小さくするだけで
なく、レーザ光Ｌ１の出力値自体を高くしたり、被加工
物１の回転速度を遅くしてレーザ光Ｌ１の照射時間を長
くするようにしても良い。

【００４０】こうしてＳ１４０での加工処理が一通り行
われると、Ｓ１５０へ移行し、Ｓ１１０の処理と同様に
プロファイル計測装置２６を用いて被加工物１の現状の
形状を計測し、Ｓ１３０へ移行する。このように、Ｓ１
３０にて計測データの表す形状と目標データの表す形状
とが一致していると判定されるまでは、Ｓ１４０及びＳ
１５０の処理を繰り返し、Ｓ１３０にて両形状が一致し
ていると判定されると、本加工制御処理を終了するよう
になっている。

【００４１】次に、本レーザ加工装置１０の動作につい
て説明する。本レーザ加工装置１０の使用者が被加工物
１を回転移動装置１２にセットし、その被加工物１につ
いての目標データを選択すると（Ｓ１００）、被加工物
１の現状の形状の計測が行われる（Ｓ１１０）。そし
て、その計測データの表す形状と目標データの表す形状
との位置関係が照合された後（Ｓ１２０）、両形状が一
致しているか否かが判定される（Ｓ１３０）。この判定
処理により、両形状が一致していないと判定されると
（Ｓ１３０：ＮＯ）、被加工物１の加工が開始される
（Ｓ１４０）。被加工物１の加工は、被加工物１を連続
的に回転させながら行われるため、レーザ光Ｌ１の照射
位置での回転軸から被加工面までの距離も変化するが、
それに合わせてレーザ光Ｌ１の焦点の位置が制御され
る。こうして被加工面が加工されると、被加工物１の現
状の形状の計測が行われ（Ｓ１５０）、目標データの表
す形状と一致しているか否かが判定される（Ｓ１３
０）。そして、両形状が一致していないと判定されると
（Ｓ１３０：ＮＯ）、再び加工が行われる（Ｓ１４
０）。こうして、計測と加工とが繰り返され、両形状が
一致していると判定されると（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、加
工が完了する。

【００４２】このような本実施形態のレーザ加工装置１
０によれば、歯車形状のように回転軸から被加工面まで
の距離が一定でない形状の被加工物１を加工する場合に
も、その形状に合わせてレーザ光Ｌ１の焦点の位置を変
えることができるため、確実に加工することができる。

【００４３】また、可変焦点レンズ装置２０が、内周連
結部材４４を小さなストロークだけ変位させることで、
レーザ光Ｌ１の焦点を大きく変位させることができる構
成であるため、レーザ光Ｌ１の焦点を高速で往復させる
ことが可能となり、加工中における被加工物１の回転速
度を高速にして、加工時間を短くすることができる。ま
た、レンズの曲率を変化させるために機械的な構造を用
いていない分、応答性や精度についても高くすることが
できる。

【００４４】更に、被加工物１の現状の形状を計測する
ことで、被加工物１について加工が必要であるか否かを
判断することができ、また、現状の形状に合わせてレー
ザ光Ｌ１の焦点の位置を確実に制御することができる。
また更に、計測データの表す形状と目標データの表す形
状との差や、前回の加工により除去された除去量に基づ
き、被加工面におけるレーザ光Ｌ１の集光点の大きさを
制御しているため、効率よく加工を行うことができる。
しかも、被加工物１の形状をレーザ光Ｌ２により計測す
る構成により、被加工物１と接触して計測する構成に比
べ、高速且つ正確な計測を行うことができる。

【００４５】加えて、被加工物１を目標データの表す形
状に加工することができることから、砥石のドレッシン
グ以外にも、切断、穴開け、溶接等の様々な加工を行う
ことができる。例えば、回転軸から被加工面までの距離
が一定でない形状の被加工物１に対して、加工焦点位置
を変化させながら穴を連続で加工したり、連続した溝を
形成したりすることができる。また、円筒形状の材料
を、所望の立体形状に加工することもできる。また更
に、こうした除去加工に限らず、部品の表面を処理する
表面改質処理を行うこともできる。

【００４６】尚、上記実施形態のレーザ加工装置１０で
は、レーザ発振器１６と、反射ミラー１８とが、照射手
段に相当し、回転移動装置１２が、回転手段及び照射位
置移動手段に相当している。また、可変焦点レンズ装置
２０が、焦点位置変更手段に相当し、制御装置２７が、
制御手段に相当し、プロファイル計測装置２６が、計測
手段に相当している。

【００４７】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまで
もない。例えば、上記実施形態のレーザ加工装置１０で
は、被加工物１の加工（図４におけるＳ１４０の処理）
が終了した後で被加工物１の形状の計測（Ｓ１５０の処
理）を行っているが、これに限ったものではなく、被加
工物１の加工中に被加工物１の形状の計測を行うように
してもよい。このようにすれば、作業時間を短縮するこ
とができるという面で有利である。

【００４８】また、上記実施形態のレーザ加工装置１０
では、被加工物１の加工中に、被加工物１を連続的に回
転させつつ回転軸方向に沿って移動させることで、被加
工面全域にレーザ光Ｌ１が照射されるようにしている
が、これ以外の方法で被加工面におけるレーザ光Ｌ１の
照射位置を移動させるようにしてもよい。例えば、被加
工物１をレーザ光Ｌ１による加工幅の分ずつずらすよう
に一定角度だけ回転させる動作と、被加工物１を回転さ
せていない状態で回転軸方向に沿って移動させることに
より、レーザ光Ｌ１の照射位置を回転軸方向に沿って移
動させる動作とを交互に行うことで、被加工面全域にレ
ーザ光Ｌ１が照射されるようにしてもよい。この場合に
は、歯車形状のように、被加工面と回転軸との距離が、
回転角により異なり且つ回転軸に沿って一定となってい
る形状の被加工物１を加工する場合に、焦点位置の移動
を少なくすることができるため、加工精度を高くするこ
とができる。

【００４９】また更に、上記実施形態のレーザ加工装置
１０が備える制御装置２７は、専用のものであってもよ
く、また、汎用のコンピュータを利用したものであって
もよい。また、上記実施形態のレーザ加工装置１０で
は、回転移動装置１２により被加工物１を回転軸方向に
沿って移動させることで、被加工物１におけるレーザ光
Ｌ１の照射位置を回転軸方向に沿って移動させている
が、これに限ったものではない。例えば、被加工物１は
回転軸方向に移動させずに、レーザ光Ｌ１の照射路を回
転軸方向に沿って移動させるようにしてもよい。但し、
この場合には、計測用のレーザ光Ｌ２の照射路も回転軸
方向に沿って移動させるようにする必要がある。

【００５０】一方、上記実施形態のレーザ加工装置１０
では、被加工物１にレーザ光Ｌ１を照射することで加工
を行っているが、被加工物１に照射する高密度エネルギ
ービームはこれ以外のもの（例えば、光ビーム）であっ
てもよい。一方また、上記実施形態ではレーザ加工装置
１０について述べたが、その加工装置１０が実施してい
るレーザ加工方法も本発明の範囲である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態のレーザ加工装置の概略構成図であ
る。

【図２】 正の電圧が印加された状態での可変焦点レン
ズ装置の断面図である。

【図３】 負の電圧が印加された状態での可変焦点レン
ズ装置の断面図である。

【図４】 加工制御処理のフローチャートである。

【図５】 レーザ光の焦点の位置の変化を説明する説明
図である。

【符号の説明】

１…被加工物、１０…レーザ加工装置、１２…回転移動
装置、１４…位置検出器、１６…レーザ発振器、１８…
反射ミラー、２０…可変焦点レンズ装置、２２…集光レ
ンズ、２４…ガスブロー装置、２６…プロファイル計測
装置、２７…制御装置、２８…レーザ計測器、２９…反
射ミラー、３０…第１リング部材、３２…第１透明弾性
板、３４…第２透明弾性板、３６…作動流体、３８…第
２リング部材、４０…第３リング部材、４２…圧電バイ
モルフ、４４…内周連結部材、４６…外周連結部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪俣 純朋 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 神谷 哲章 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4E068 CA11 CB01 CC00 CC06 CD14 CE02 CE04 DA01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物に向けて高密度エネルギービー
   ムを照射する照射手段と、 前記被加工物を回転させる回転手段と、 前記被加工物における前記高密度エネルギービームの照
   射位置をその被加工物の回転軸方向に沿って移動させる
   照射位置移動手段と、 を備えた高密度エネルギー加工装置において、 前記高密度エネルギービームの照射方向に沿ってその高
   密度エネルギービームの焦点の位置を変える焦点位置変
   更手段と、 前記被加工物の形状を表す形状データに基づき前記焦点
   位置変更手段を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする高密度エネルギー加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高密度エネルギー加工
   装置において、 前記焦点位置変更手段は、前記高密度エネルギービーム
   が通過するレンズの曲率を変化させることで、焦点の位
   置を変えること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の高密度エ
   ネルギー加工装置において、 前記被加工物の形状を計測する計測手段を備えたこと、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の高密度エネルギー加工
   装置において、 前記制御手段は、前記形状データとして、前記計測手段
   により計測される前記被加工物の形状を表すデータを用
   いること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の高密度エネルギー加工
   装置において、 前記制御手段は、前記計測手段により計測される前記被
   加工物の形状を目標の形状にするように前記焦点位置変
   更手段を制御すること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
6. 【請求項６】 請求項３ないし請求項５の何れか１項に
   記載の高密度エネルギー加工装置において、 前記計測手段は、前記被加工物の形状を該被加工物と非
   接触で計測すること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
7. 【請求項７】 請求項３ないし請求項６の何れか１項に
   記載の高密度エネルギー加工装置において、 前記計測手段は、前記照射手段による前記高密度エネル
   ギービームの照射中に、前記被加工物の形状を計測可能
   に構成されていること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７の何れか１項に
   記載の高密度エネルギー加工装置において、 前記照射位置移動手段は、前記回転手段により前記被加
   工物が連続的に回転されている状態で、前記被加工物に
   おける前記高密度エネルギービームの照射位置をその被
   加工物の回転軸方向に沿って移動させること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項７の何れか１項に
   記載の高密度エネルギー加工装置において、 前記回転手段は、前記被加工物の所定角度の回転と停止
   とを交互に繰り返して行い、 前記照射位置移動手段は、前記回転手段による前記被加
   工物の停止中に、前記被加工物における前記高密度エネ
   ルギービームの照射位置をその被加工物の回転軸方向に
   沿って移動させること、 を特徴とする高密度エネルギー加工装置。
10. 【請求項１０】 被加工物に向けて高密度エネルギービ
    ームを照射し、前記被加工物を回転させる動作と、該被
    加工物における前記高密度エネルギービームの照射位置
    をその被加工物の回転軸方向に沿って移動させる動作と
    を行うことで、前記被加工物を加工する高密度エネルギ
    ー加工方法において、 前記被加工物の形状を表す形状データに基づき、前記高
    密度エネルギービームの照射方向に沿ってその高密度エ
    ネルギービームの焦点の位置を変えること、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の高密度エネルギー
    加工方法において、 前記高密度エネルギービームの焦点の位置を、前記高密
    度エネルギービームが通過するレンズの曲率を変化させ
    ることにより変えること、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。
12. 【請求項１２】 請求項１０又は請求項１１に記載の高
    密度エネルギー加工方法において、 前記被加工物の形状を計測し、その計測結果のデータを
    前記形状データとして用いること、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の高密度エネルギー
    加工方法において、 前記計測した被加工物の形状を目標の形状にするよう
    に、前記高密度エネルギービームの焦点の位置を変える
    こと、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。
14. 【請求項１４】 請求項１２又は請求項１３に記載の高
    密度エネルギー加工方法において、 前記被加工物の形状の計測を、前記高密度エネルギービ
    ームの照射中に行うこと、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。
15. 【請求項１５】 請求項１０ないし請求項１４の何れか
    １項に記載の高密度エネルギー加工方法において、 前記被加工物を連続的に回転させている状態で、前記被
    加工物における前記高密度エネルギービームの照射位置
    をその被加工物の回転軸方向に沿って移動させること、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。
16. 【請求項１６】 請求項１０ないし請求項１４の何れか
    １項に記載の高密度エネルギー加工方法において、 前記被加工物の所定角度の回転と停止とを交互に繰り返
    して行うと共に、前記被加工物の停止中に該被加工物に
    おける前記高密度エネルギービームの照射位置をその被
    加工物の回転軸方向に沿って移動させること、 を特徴とする高密度エネルギー加工方法。