JP2005103580A

JP2005103580A - レーザマーキング装置

Info

Publication number: JP2005103580A
Application number: JP2003338460A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Miyazaki; 孝喜宮崎
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP4262562B2

Abstract

【課題】光軸調整の容易化を実現できるレーザマーキング装置を提供する。
【解決手段】連結部材３０は筒状連結部３１と固定部４０とから構成されている。このうち筒状連結部３１は環状基部３２と円筒部３３とからなり、この円筒部３３にビームエキスパンダ５０のハウジング部５１が収容されるようになっている。そして、筒状連結部３１の円筒部３３に前記ビームエキスパンダ５０のハウジング部５１を収容することによって、筒状連結部３１の中心軸Ｃとビームエキスパンダ５０の光軸ＬＣとが一致するように位置決めされるようになっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、レーザマーキング装置に係り、特に光軸調整の容易化を図ったものに関する。

従来から用いられているレーザマーキング装置として、レーザ光源及びレーザ光源からのレーザ光のビーム径（ビーム幅・ビームの広がり角を含む）を拡大するビームエキスパンダを備えるレーザ発振ユニットと、具体的にはガルバノミラー装置やこのガルバノミラー装置からのレーザ光を集光するｆθレンズ等から構成されビームエキスパンダからのレーザ光を所定の印字位置に照射する走査用光学系を備える走査ユニットと、レーザ発振ユニットと走査ユニットとを連結する連結手段とから構成されており、これらが一列状に配置されているものが知られている。

上記構成のレーザマーキング装置は、連結手段がレーザ発振ユニットまたは走査ユニットに対して回動可能に保持されており、これによって、走査ユニットがレーザ発振ユニットに対して回動可能とされている。
このようなレーザマーキング装置は、例えば、ライン上を流れるワークの横側面にマーキング情報を印字する場合に用いられており、レーザマーキング装置をライン側方に配置し、走査ユニットをレーザ発振ユニットに対して回動させてレーザ光をラインと平行に出射させることで、ワークの横側面にマーキング情報を印字することができるのである（特許文献１参照）。
特開平１０−１１８７７８号公報

ところで、上記レーザマーキン装置において、製造上最も重要な事項の１つに、レーザ光源からのレーザ光の光軸、ビームエキスパンダの光軸及び連結手段の回動軸をそれぞれ一致させるということが挙げられる。これを蔑ろにすると、所定の印字位置に正確にレーザ光が照射されなくなり、結果として、印字品質の低下を招くこととなる。従って、上述調整を厳密に行うことは必至事項である。
しかしながら、このような構成では、３つの要素を一致させなければならないので、その分だけ誤差要因が増加し、高い精度で調整を行なうことが困難なばかりか、調整作業にも膨大な時間を要するため、結局、製造コストや精度の面で不具合生じ易いという欠点がある。また、レーザ光源、ビームエキスパンダ及び連結手段が一列上に配置されているために、マーキング装置が長尺化し、設置スペースに制約を受ける虞がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、光軸調整の容易化を可能とするとともに、装置の短尺化を図ることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、レーザ光源を有するレーザ発振ユニットと、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光のビーム径を変更するビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからのレーザ光を受けるとともに、このレーザ光を所定の印字位置に照射するための走査用光学系を有する走査ユニットと、
前記レーザ発振ユニットと前記走査ユニットとを連結するとともに、前記走査ユニットが連結手段の連結方向における中心軸に対して回動するようにした連結手段とを備えるレーザマーキング装置において、
前記連結手段には、前記ビームエキスパンダを収容するための収容部が設けられており、この収容部に前記ビームエキスパンダを収容することで前記連結手段の前記中心軸と前記ビームエキスパンダの光軸とが一致するように位置決めされるところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記連結手段は前記レーザ発振ユニットに対して回動不能に固定されており、前記走査ユニットには前記連結手段の前記中心軸に対して回動可能となるように保持しているところに特徴を有する。

本発明によれば、連結手段に収容部を設け、この収容部にビームエキスパンダを収容することで、連結手段の連結方向における中心軸とビームエキスパンダの光軸とが一致するように位置決めされるから、光軸調整時の誤差要因を低減されて光軸調整の高精度化を図ることが可能とされるとともに、その調整を一層容易化することが可能となる。また、これによって調整に要する手間が大幅に低減されることにより製造コストを低減化することができるという効果も得られる。
さらに、連結手段にビームエキスパンダを収容したことにより、装置の短尺化を図ることができる。

＜実施形態１＞
本発明に係るレーザマーキング装置の一実施形態を図１ないし図８を参照して説明する。
図１に示すように、レーザマーキング装置は、レーザ光源１４を有する発振ユニット１０と、ガルバノミラー装置２４・収束レンズ（例えば、ｆθレンズ２５）等の光学部材（本発明の「走査用光学系」に相当）を有するヘッドユニット２０と、両者１０，２０を連結する連結部材３０と、この連結部材３０内に収容されるビームエキスパンダ５０とから構成されている。

＜発振ユニット＞
発振ユニット１０のハウジング１１は断面略矩形状の筒形状をなしており、前後に壁部を有する縦長のベース部１２と天板の左右側部から垂下した板面を有するカバー部１３との２部品から構成されている。
ハウジング１１内部にはレーザ光を出射するレーザ光源１４が備えれており、例えば、ＣＯ２レーザ光源から構成されて、ベース部１２前側の壁部１２Ａに形成された円形状のレーザ出射口１５からヘッドユニット２０に不可視光であるレーザ光を出射する。また、ベース部１２の底面には板状のベース部材１２Ａが設けられており、この上に積み重ねられた調整用ブロック１６上にレーザ光源１４が載置されている。

＜ヘッドユニット＞
ヘッドユニット２０のハウジング２１は発振ユニット１０と同じく断面略矩形状の筒形状をなしており、後端に壁部２２Ａを有するベース部２２と天板の左右側部及び前端から垂下した板面を有するカバー部２３の２部品から構成されている。
ハウジング２１内部にはガルバノミラー装置２４・ｆθレンズ２５等を備えており、ベース部２２後側の壁面２２Ａに形成された円形状のレーザ入射口２６を通って内部に入射したレーザ光を、ガルバノミラー装置２４を介して向きを変更し、ｆθレンズ２５で収束光にしてワーク（図示せず）の印字領域上に照射する。レーザ光の照射位置はガルバノミラー装置２４に備えられているガルバノミラー２４Ａ，２４Ｂの回動角によって決まり、所望の文字・記号・図形等のマーキング情報に基づいてこのガルバノミラー２４Ａ，２４Ｂを回動動作させることにより、収束光を印字領域上で走査させてマーキング情報を印字する。
尚、ｆθレンズ２５は周縁部分に螺子切りが形成されており、ベース部２２に形成され、内周縁に螺子切りが施された穴部に螺合されている。

＜連結部材＞
連結部材３０は、発振ユニット１０のレーザ出射口１５とヘッドユニット２０のレーザ入射口２６との間を橋渡しする筒状連結部３１と、この筒状連結部３１の周囲に形成されて両者１０，２０を一体的に固定する固定部４０とから構成されている。

筒状連結部３１はレーザ出射口１５よりも発振ユニット１０の内部側に配される環状基部３２と、この環状基部３２の内環部分から垂直方向に延設されてレーザ入射口２６へと進入する円筒部３３（本発明の「収容部」に相当する）とからなる。環状基部３２は内環径がレーザ出射口１５よりも円筒部３３の肉厚分だけ小さくされており、外環径は逆に大径とされている。また、環状基部３２にはその周方向に螺子孔３４が複数形成されており、側面部分を発振ユニット１１の壁面１２Ａに宛がって螺子止めすることで、発振ユニット１１に固定されている。
円筒部３３の外径はレーザ出射口１５及びレーザ入射口２６の径と略同一とされており、これによって、円筒部３３は発振ユニット１０及びヘッドユニット２０に対して密嵌した状態となっている。円筒部３３の内周には、レーザ入射口２６側に形成されている段部３５を境にして小径部と大径部とが形成されており、後述するビームエキスパンダ５０が収容されると、このビームエキスパンダ５０のハウジング５１が段部３５に係止して連結方向における両者のずれ防止を手助けする機能を有している。
また、円筒部３３には、その軸方向に沿って肉薄とされる部分が設けられ、環状基部３２のうち、この肉薄の部分に対応する部位に穴部３２Ａが形成されている。

固定部４０は、発振ユニット１０の壁面１２Ａにおいてレーザ出射口１５の周囲からヘッドユニット２０に向けて突出形成された第１環状突出部４１と、ヘッドユニット２０の壁面２２Ａにおいてレーザ入射口２６の周囲から発振ユニット１０へ向けて突出形成された第２環状突出部４２と、これら環状突出部４１，４２を当接させるとともに、周方向全体に亘って加締める（かしめる）ことで発振ユニット１０とヘッドユニット２０とを相対変位不能に固定する加締リング４３とからなる。

第１環状突出部４１は一角が鋭角とされている断面角型形状をなしており、このうち外環部分は壁面１２Ａに対してオーバーハング状に起立する環状斜面部４１Ａが形成され、他方、内環部分には直立する環状壁面部４１Ｂが形成されている。また、外環部分と内環部分との間には壁面１２Ａに対して平行な環状平面部４１Ｃが形成されている。

第２環状突出部４２は、第１環状突出部と同じく一角が鋭角とされている断面角型形状をなしており、このうち外環部分は壁面２６に対してオーバーハング状に起立する環状斜面部４２Ａが形成され、他方、内環部分には直立する筒壁部４２Ｂが形成されている。また、筒壁部４２Ｂの外周と外環部分との間には壁面２２Ａと平行な環状平面部４２Ｃが形成されている。

第１環状突出部４１の環状平面部４１Ｃと第２環状突出部４２の環状平面部４２Ｃとは内環径及び外環径が一致して互いに接触するようになっているとともに、第１環状平面部４１の環状壁面部４１Ｂの内側に第２環状平面部４２の筒壁部４２Ｂの一部が入り込む形態とされている。

加締リング４３は有端環状をなしており、内環部分にはＶ字状の凹部４３Ａが形成されて、この凹部４３Ａに第１及び第２環状突出部４１，４２の各環状斜面部４１Ａ，４２Ａが入り込むようになっている。また、両端部にはボルト穴が形成されており（図示せず）、ボルト締めすることにより、第１及び第２環状突出部４１，４２の全周に亘って径方向内側に加締めることができるようになっている。

第２環状突出部４２の壁筒部４２Ｂと筒状連結部３１との間には、筒状樹脂４４が介在されている。この筒状樹脂４４はベアリングのように機能するもので、これによって、壁筒部４２Ｃと筒状連結部３１とが周方向に対して円滑に相対移動されるようになっている。

＜ビームエキスパンダ＞
ビームエキスパンダ５０は、円筒状のハウジング部５１内にコリメータレンズ５２と発散レンズユニット５３と、発散レンズユニット５３をコリメータレンズ５２に対して離間方向に付勢するスプリング部５４とを備えて構成されている。
ハウジング５１は筒状連結部３１内に収容されており、これによって連結筒部３１の連結方向における中心軸Ｃとビームエキスパンダ５０の光軸ＬＣとが一致するように位置決めされている。また、円筒部３３の肉薄の部分とハウジング５１との間には空洞Ａが形成されて、この空洞Ａに電線を配索することで発振ユニット１０とヘッドユニット２０とを電気的に接続できるようになっている。
ハウジング部５１の外周面のうちヘッドユニット２０側には段部５１Ａが形成されており、この段部５１Ａが筒状連結部３１の段部３５に係止する。また、内周面にも段部５１Ｂが形成されており、ここに、スプリング部５４の一端を宛がうようになっている。

コリメータレンズ５２はハウジング５１内のうちヘッドユニット２０側に配されており、ハウジング５１の開口面に蓋締めされることでハウジング５１内壁面と蓋とにより挟まれて移動不能状態とされている。
また、ハウジング内５１部のうち発振ユニット１０側には、発散レンズ５３Ａを備える発散レンズユニット５３が配されている。この発散レンズユニット５３は一端面が傾斜状とされている傾斜平面部５３Ｂが形成されており、ハウジング５１内部を連結方向に沿って所定量移動可能とされている。
スプリング部５４はいわゆるコイルバネから構成されており、前述した段部５１Ｂと発散レンズユニット５３との間に配されている。このスプリング部５４は段部５１Ｂに当接していることで、その弾性力が発散レンズユニット５３に付与され、発散レンズユニット５３を発振ユニット１０側へ移動するように働きかけている。
また、ハウジング部５１の発振ユニット１０側には、発散レンズユニット５３の位置調整をする調整部材６０（これについては後述する。）を通すための貫通孔５１Ｃが形成されている。この貫通孔５１Ｃは筒状連結部３１から突き出されて発振ユニット１０内部に配されている。

調整部材６０は、発振ユニット１０の壁面１２Ａにおいて、レーザ出射口１５の左右に起立するように形成されている柱部材１２Ｃに固定されている。
柱部材１２Ｃに取り付けられる取り付け基材６１は例えば環状をなしており、その内環部に取り付け棒６２が通されている。この取り付け棒６２のうちレーザ出射口１５とは反対側に位置する基端部６２Ａから先端側にかけて螺子切りが施されており、柱部材１２Ｃのレーザ出射口１５とは反対側にナット６３が螺合されている。一方、先端部６２Ｃには調整棒６４が取りつけられて貫通孔５１Ｃに通されている。
この調整棒６４のうち表面はテーパ面６４Ａとされており、裏面６４Ｂは平面とされている。このテーパ面６４Ａは前述した発散レンズユニット５３の傾斜平面部５３Ｂに当接するようになっており、これによって、発散レンズユニット５３がハウジング５１外部へ脱落することを規制している。また、調整棒６４にはテーパ面６４Ａと裏面６４Ｂとの間を貫通する横長の穴部６４Ｃが形成されている。

取り付け基材６１の内環部分と取り付け棒６２との間には、スリーブ６５が介されており、取り付け棒６２の移動を容易たらしめている。また、取り付け棒６２のうち柱部材１２Ｃに対してレーザ出射口１５側にはナット６６が螺合されており、前述のナット６３とともに取り付け基材６１に対して固定状態を維持する働きを有する。
尚、発散レンズユニット５３の位置を調整したい場合には、取り付け棒６２を左右方向に動かすことで、テーパ面６４Ａが左右方向に移動するとともに、発散レンズユニット５３がハウジング５１内を連結方向に移動するから、適当な位置で取り付け棒６２をナット締めすることで、所定の位置に発散レンズユニット５３を固定することができる。

本実施形態のレーザマーキング装置の構成は以上であり、その作用について説明する。
まず、筒状連結部３１を発振ユニット１０内部からレーザ出射口１５に通して環状基部３２を螺子止めし、筒状連結部３１の外環部分に筒状樹脂４４を通す。
続いて、ビームエキスパンダ５０を筒状連結筒部３１に収めた後、円筒部３３をヘッドユニット２０のレーザ入射口２６に進入させる。そうすると、第１環状突出部４１と第２環状突出部４２とが当接するから、加締めリング４４を取り付け、螺子締めする。これによって筒状連結部３１の中心軸Ｃとビームエキスパンダ５０の光軸ＬＣとが一致した状態で位置決めされる。

そして、柱部材１２Ｃに取りつけられた取り付け基材６１に取り付け棒６２を通し、調整棒６４をこの取り付け棒６２に取り付けるとともに、貫通孔５１Ｃに通す。このとき、発散レンズユニット５３が所定位置に配されるように取り付け棒６２を左右方向に動かして調整し、ナット締めする。

次に、レーザ光源１４から出射されるレーザ光の光軸ＬＣ１とビームエキスパンダ５０の光軸ＬＣとを一致させるため、ベース部材１２Ｂに調整用ブロック１６を積み重ねる。積み重ねる調整用ブロック１６の個数は理論上想定される個数を予め積み重ねておき、その後、実際に装置を動作させて微調整をするようにしても良く、又は、装置を動作させ、その結果に基づいて個数を調整するようにしても良い。光軸の調整が完了したら、発振ユニット１０及びヘッドユニット２０のカバー部１３，２３をそれぞれ被せる。

ヘッドユニット２０のレーザ出射口の位置を変更するには、加締めリング４４の螺子を緩めヘッドユニット２０を回動操作させれば良い。回動操作させると、ヘッドユニット２０が筒状連結部３１の中心軸Ｃに対して回動するから、所望の位置まで回動させて加締めリング４４を螺子締めすればよい。これにより、ヘッドユニット２０が所定の姿勢に固定されることとなる。
本発明によれば、筒状連結部３１にビームエキスパンダ５０を収容することで、筒状連結部３１の連結方向における中心軸Ｃとビームエキスパンダ５０の光軸ＬＣとが一致するように位置決めされるから、光軸調整時の誤差要因が低減され、もって光軸調整の高精度化を図ることが可能とされるとともに、その調整を一層容易化することが可能となる。また、これによって調整に要する手間が大幅に低減されることにより製造コストが低減化されるという効果も得られる。
また、筒状連結部３１にビームエキスパンダ５０を収容したことにより、装置の短尺化を図ることができる。
さらに、ヘッドユニット２０のみを回動させるように構成しているから、例えば、発振ユニット１０に対して筒状連結部３１とヘッドユニット２０とを回動させる構成に比べて、筒状連結部３１に生じる応力が低減されるから、耐久性の向上を図ることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、筒状連結部３１を発振ユニット１０に対して固定し、ヘッドユニット２０のみを回動操作する構成としたが、例えば、筒状連結部３１をヘッドユニット２０に対して固定し、筒状連結部３１とヘッドユニット２０を発振ユニット１０に対して回動させる構成であっても良いし、筒状連結部３１を両ユニット１０，２０に対して回動可能に取り付け、ヘッドユニット２０のみを回動させたり、ヘッドユニット２０と筒状連結部３１とを発振ユニット１０に対して回動させるように構成しても良い。
（２）また、上記実施形態では、筒状連結部３１が発振ユニット１０及びヘッドユニット２０に対して別体に設けられた構成を示したが、ヘッドユニット２０が発振ユニット１０に対して回動可能とされていればよいから、例えば、発振ユニット１０の壁部１２Ａあるいはヘッドユニット２０の壁部２２Ａのどちらか一方に一体的に形成された構成としても良い。要するに、本発明の「連結手段」は、発振ユニット１０とヘッドユニット２０とを連結する機構のことであり、両ユニット１０，２０に対して一体か別体かは問題とならない。

本実施形態のレーザマーキング装置の全体構成を示す上側面図レーザマーキング装置の全体構成を示す横側面図ヘッドユニット内部の構成を示す側面図ヘッドユニット内部から連結筒部側を見たときの側面図発振ユニット内部から連結筒部側を見たときの側面図連結筒部及びその周辺構造を示すＡ−Ａ断面図連結筒部及びその周辺構造を示すＢ−Ｂ断面図

符号の説明

１０…発振ユニット
２０…ヘッドユニット
３０…連結部材
５０…ビームエキスパンダ
Ｃ…連結部材の中心軸
ＬＣ…ビームエキスパンダの光軸
ＬＣ１…レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸

Claims

レーザ光源を有するレーザ発振ユニットと、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光のビーム径を変更するビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダからのレーザ光を受けるとともに、このレーザ光を所定の印字位置に照射するための走査用光学系を有する走査ユニットと、
前記レーザ発振ユニットと前記走査ユニットとを連結するとともに、前記走査ユニットが連結手段の連結方向における中心軸に対して回動するようにした連結手段とを備えるレーザマーキング装置において、
前記連結手段には、前記ビームエキスパンダを収容するための収容部が設けられており、この収容部に前記ビームエキスパンダを収容することで前記連結手段の前記中心軸と前記ビームエキスパンダの光軸とが一致するように位置決めされることを特徴とするレーザマーキング装置。
前記連結手段は前記レーザ発振ユニットに対して回動不能に固定されており、前記走査ユニットには前記連結手段の前記中心軸に対して回動可能となるように保持していることを特徴とする請求項１記載のレーザマーキング装置。