JP2005262251A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物で反射されたレーザ光により生じる光ファイバの破損等を効果的に防止するとともに、レーザ光の照射状態によって加工性能に影響が出やすいシーム溶接等の加工においても安定的な加工を実現することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２は光学系移動機構２３を介して互いに連結されており、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の両者の光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保ったまま所定の距離ｄだけ離間した関係にあるように配置されている。これにより、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過することとなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に照射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置に係り、とりわけ、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバを介して被加工物近傍まで導いた上で被加工物の加工を行うレーザ加工装置に関する。

従来から、この種のレーザ加工装置として、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバを介して被加工物近傍まで導き、光ファイバから出射されたレーザ光を加工光学系により集光させて被加工物上に照射することにより被加工物の加工を行うレーザ加工装置が知られている（特許文献１参照）。

ところで、このようなレーザ加工装置において、加工に用いられる特定の波長のレーザ光に対して高い反射率を呈する被加工物を加工する場合には、被加工物上に照射されたレーザ光の多くが被加工物で反射されることとなるので、被加工物で反射されたレーザ光が加工光学系を介して光ファイバに戻りやすくなり、その結果、光ファイバが破損しやすいという問題がある。

このような問題点を解消するため、従来においては、加工光学系から出射されたレーザ光が被加工物に対して斜め方向から照射されるように加工光学系自体を被加工物に対して傾け、被加工物で反射されたレーザ光が加工光学系を介して光ファイバに戻らないようにする方法が一般的に用いられている。

しかしながら、上述した従来の方法では、被加工物近傍の構造的な制約によって被加工物に対して加工光学系を傾ける角度に一定の限界があり、被加工物で反射されたレーザ光が光ファイバに戻ることを完全に防止することが困難であるという問題がある。

また、上述した従来の方法では、シーム溶接のように被加工物上でのレーザ光の集光位置（加工点）を所定の加工経路に沿って移動させながら被加工物の加工を行うような場合、加工方向（加工点の移動方向）に応じて被加工物に対する加工光学系の傾きの向きや角度等が変化してしまうので、全ての加工方向に対して同一条件の加工を行うことができず、加工方向によって加工性能に影響が出てしまい加工が不安定になるという問題がある。
特許第２８６４３５５号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被加工物で反射されたレーザ光により生じる光ファイバの破損等を効果的に防止するとともに、レーザ光の照射状態によって加工性能に影響が出やすいシーム溶接等の加工においても安定的な加工を実現することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１の解決手段として、レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を集光させて被加工物上に照射する加工光学系とを備え、前記加工光学系は、前記光ファイバから出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ光学系と、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を前記被加工物上に集光させる加工レンズ光学系とを有し、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされて前記加工レンズ光学系に入射するレーザ光の光軸が前記加工レンズ光学系の光軸からずれた位置を通過するように構成され、前記加工レンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた状態で前記被加工物上にレーザ光が照射されることを特徴とするレーザ加工装置を提供する。

なお、上述した本発明の第１の解決手段において、前記加工光学系の前記コリメートレンズ光学系及び前記加工レンズ光学系は、それらの光軸が互いに所定の距離だけ離間した関係にあるように配置されていることが好ましい。ここで、前記加工光学系は、前記コリメートレンズ光学系及び前記加工レンズ光学系のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記コリメートレンズ光学系の光軸と前記加工レンズ光学系の光軸との相対的な位置関係を変化させる光学系移動機構をさらに有することが好ましい。

また、上述した本発明の第１の解決手段において、前記加工光学系は、前記コリメートレンズ光学系と前記加工レンズ光学系との間に配置された光路シフト用光学系であって、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を前記コリメートレンズ光学系の光軸から所定の距離だけシフトさせる光路シフト用光学系をさらに有することが好ましい。ここで、前記光路シフト用光学系は、前記コリメートレンズ光学系の光軸に対して傾けられた屈折面を持つ光学ブロックを有することが好ましい。また、前記光路シフト用光学系は、前記コリメートレンズ光学系の光軸に対する前記光学ブロックの傾き角を変化させる光学ブロック角度変更機構をさらに有することが好ましい。さらに、前記光路シフト用光学系は、前記光学ブロックを前記加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させることにより、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされて前記加工レンズ光学系に入射するレーザ光の位置を前記加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させる光学ブロック回転機構をさらに有することが好ましい。さらに、前記加工光学系の前記コリメートレンズ光学系及び前記加工レンズ光学系は、それらの光軸が同軸上に位置することが好ましい。

さらに、上述した本発明の第１の解決手段においては、前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置とをさらに備えることが好ましい。また、前記加工位置制御装置により制御された前記加工位置移動機構の状態に応じて前記光学系移動機構、前記光学ブロック角度変更機構又は前記光学ブロック回転機構を制御する光学系制御装置をさらに備えることが好ましい。

本発明は、第２の解決手段として、レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を集光させて被加工物上に照射する加工光学系とを備え、前記加工光学系は、前記光ファイバから出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ光学系と、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を前記被加工物上に集光させる加工レンズ光学系であって、前記コリメートレンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた光軸に沿ってレーザ光を集光させる加工レンズ光学系と、前記コリメートレンズ光学系の光軸と前記加工レンズ光学系の光軸との間の関係を保った状態で前記コリメートレンズ光学系の光軸に平行な回転軸を中心にして前記加工レンズ光学系を回転させる光学系回転機構とを有することを特徴とするレーザ加工装置を提供する。

なお、上述した本発明の第２の解決手段において、前記光学系回転機構の前記回転軸は、前記加工レンズ光学系によりレーザ光が集光される前記被加工物上の集光位置を通ることが好ましい。

また、上述した本発明の第２の解決手段においては、前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置とをさらに備えることが好ましい。また、前記加工位置制御装置により制御された前記加工位置移動機構の状態に応じて前記光学系回転機構を制御する回転機構制御装置をさらに備えることが好ましい。

さらに、上述した本発明の第２の解決手段においては、前記加工光学系は、前記被加工物で反射されたレーザ光を前記被加工物上の集光位置へ向けて再度反射させる反射ミラーを有することが好ましい。ここで、前記反射ミラーは、前記被加工物で反射されたレーザ光を前記被加工物上の集光位置に再度集光させるような表面形状を有することが好ましい。

本発明の第１の解決手段によれば、コリメートレンズ光学系によってコリメートされて加工レンズ光学系に入射するレーザ光の光軸が加工レンズ光学系の光軸からずれた位置を通過するように構成されているので、コリメートレンズ光学系によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系の光軸からずれた位置を通過することなり、その結果、加工レンズ光学系により集光されたレーザ光は、加工レンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物上に斜め方向から照射される。このため、加工光学系自体を被加工物に対して傾けなくとも被加工物に対してレーザ光を斜め方向から照射させることが可能となり、被加工物近傍の構造的な制約を受けることなく、被加工物で反射されたレーザ光により生じる光ファイバの破損等を効果的に防止することができる。

また、本発明の第１の解決手段によれば、光学系移動機構により、コリメートレンズ光学系の光軸と加工レンズ光学系の光軸との間の距離を調整したり、光学ブロック角度変更機構により、コリメートレンズ光学系の光軸に対する光路シフト用光学系の傾き角を調整することにより、加工レンズ光学系に入射するレーザ光の光軸の位置（加工レンズ光学系の光軸からの距離）を変化させることができるので、被加工物に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物の反射率等に応じた最適な状態で被加工物の加工を行うことができる。

さらに、本発明の第１の解決手段によれば、光学系移動機構により、コリメートレンズ光学系を加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させたり、光学ブロック回転機構により、光路シフト用光学系を加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させることにより、コリメートレンズ光学系によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系に入射するレーザ光の光軸の位置を加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させることができるので、シーム溶接のように被加工物上で加工点を所定の加工経路に沿って移動させながら被加工物の加工を行うような場合でも、加工方向（加工点の移動方向）に応じて加工光学系へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）を柔軟に変化させることができる。このため、全ての加工方向に対して同一条件の加工を行うことができ、被加工物の加工方向にかかわらず加工性能を安定させることができる。

本発明の第２の解決手段によれば、コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光が、加工レンズ光学系により、コリメートレンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた状態で集光されるようにしているので、被加工物で反射されたレーザ光が加工光学系に戻されることがなく、被加工物で反射されたレーザ光により生じる光ファイバの破損等を効果的に防止することができる。また、光学系回転機構により、コリメートレンズ光学系の光軸に一致する回転軸を中心にしてコリメートレンズ光学系に対して加工レンズ光学系を相対的に回転させるようにしているので、シーム溶接のように被加工物上で加工点を所定の加工経路に沿って移動させながら被加工物の加工を行うような場合でも、加工方向（加工点の移動方向）に応じて被加工物に対する加工光学系の傾きの向きや角度等が最適な状態となるよう変化させることができる。このため、全ての加工方向に対して同一条件の加工を行うことができ、被加工物の加工方向にかかわらず加工性能を安定させることができる。なおこのとき、光学系回転機構の回転軸が被加工物上の加工点に一致するような状態で、加工レンズ光学系をコリメートレンズ光学系に対して相対的に回転させるようにしているので、被加工物上で加工点が移動することがなく、加工性能をより安定させることができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

第１の実施の形態
まず、図１乃至図３により、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置について説明する。なお、本発明の第１の実施の形態においては、レーザ加工装置１０により加工が行われる被加工物３０が、高反射材料からなり且つその表面（加工面）が平滑面である場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置１０は、レーザ光を利用して被加工物３０の加工を行うものであり、レーザ光を出射する固体レーザ発振器１１と、固体レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバ１２と、光ファイバ１２を介して伝送されたレーザ光を集光又は結像させて被加工物３０上に照射する加工光学系２０とを備えている。

また、レーザ加工装置１０は、被加工物３０を載置する載置テーブル（加工位置移動機構）２４を備え、載置テーブル２４により被加工物３０を水平面内で移動させることにより、加工光学系２０と被加工物３０との相対的な位置関係を変化させることができるようになっている。なお、載置テーブル２４には加工位置制御装置２５が接続されており、被加工物３０上でのレーザ光の集光位置（加工点Ｐ）が所望の加工経路に沿って移動するように載置テーブル２４を制御することができるようになっている。

このうち、加工光学系２０は、光ファイバ１２から出射されたレーザ光を平行光にコリメートするコリメートレンズ光学系２１と、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光を被加工物３０上に集光させる加工レンズ光学系２２とを有している。なお、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２は、１枚のレンズとして構成されたコリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａをそれぞれ有している。なおここでは、説明を簡略化するため、コリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａはいずれも単一レンズとし、レンズの収差は全くない理想レンズであるものとする。

ここで、光ファイバ１２は、加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に沿ってレーザ光を出射させるような位置関係でコリメートレンズ光学系２１に固定されている。また、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２は光学系移動機構２３を介して互いに連結されており、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の両者の光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保ったまま所定の距離ｄだけ離間した関係にあるように配置されている。これにより、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸（中心軸）は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過することとなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に照射される。このとき、図１に示すように、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２と被加工物３０の表面とが略垂直の関係にあれば、加工レンズ光学系２２から出射されたレーザ光（符号４１参照）が被加工物３０上に斜め方向から照射されることとなるので、被加工物３０上で反射されたレーザ光（符号４２参照）は元のレーザ光とは異なる光路を通過して加工レンズ光学系２２に戻される。

なお、図２は、図１に示す場合とは異なり、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離ｄが０である場合（比較例）を示している。この場合には、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２のうち光軸Ｌ_２が通る位置を通過することとなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は被加工物３０上に略垂直に照射される。このとき、図２に示すように、加工レンズ光学系２２から出射されたレーザ光（符号４１参照）は被加工物３０上に略垂直に照射されることとなるので、被加工物３０上で反射されたレーザ光（符号４２参照）は元のレーザ光と同一の光路を通過して加工レンズ光学系２２（ひいては光ファイバ１２）に戻される。

ここで、光学系移動機構２３は、コリメートレンズ光学系２１を加工レンズ光学系２２に対して相対的に移動させることにより、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との相対的な位置関係を変化させるものであり、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離ｄを変化させたり、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光の位置を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることができるようになっている（図３参照）。

また、光学系移動機構２３には光学系制御装置２８が接続されており、被加工物３０に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物３０の反射率等に応じて光学系移動機構２３を制御することができるようになっている。

さらに、光学系制御装置２８は、加工位置制御装置２５との間で信号の授受を行うことができるようになっており、これにより、光学系移動機構２３及び載置テーブル２４の両方の状態を、同一の加工状態及び加工条件が保たれるように一意的に統括して制御することができる。より具体的には、光学系制御装置２８において、加工位置制御装置２５により制御された載置テーブル２４の状態（例えば被加工物３０上での加工点Ｐの移動方向）に応じて光学系移動機構２３を制御することにより、被加工物３０の加工方向等に応じて被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）を適宜調整することができる。

次に、このような構成からなる本発明の第１の実施の形態の作用について説明する。

図１に示すレーザ加工装置１０において、固体レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は光ファイバ１２を介して伝送され、加工光学系２０によりレーザ光が集光又は結像されて被加工物３０上に照射される。

ここで、光ファイバ１２は、加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に沿ってレーザ光を出射させるような位置関係でコリメートレンズ光学系２１に固定されており、加工光学系２０において、まず、コリメートレンズ光学系２１により、光ファイバ１２から出射されたレーザ光が平行光にコリメートされ、次いで、加工レンズ光学系２２により、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光が集光される。

このとき、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_１，Ｌ_２は、光学系移動機構２３によりコリメートレンズ光学系２１を加工レンズ光学系２２に対して相対的に移動させることにより、互いに平行の関係を保ったまま所定の距離ｄだけ離間した関係にあるように配置されているので、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過する。ここで、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２を構成するコリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａが収差の全くない理想レンズであるものとすると、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置をレーザ光の光軸が通過する場合でも、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対するレーザ光の照射角度以外は同一の状態で、被加工物３０上の加工レンズ光学系２２の焦点位置にレーザ光が照射される。このため、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置をその光軸が通過するレーザ光は、図１に示すように、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に斜め方向から照射される。

この場合、加工レンズ光学系２２上でのレーザ光の光軸の入射位置と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離（コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離）ｄがコリメート後のレーザ光のビーム半径よりも大きい場合には、被加工物３０で反射されたレーザ光（符号４２参照）がもとのレーザ光（符号４１参照）の光路と完全に異なる光路を通過することとなるので、被加工物３０が高反射材料からなり且つその表面（加工面）が平滑面である場合でも、被加工物３０で反射されたレーザ光が光ファイバ１２へ戻ることをほぼ完全に防止することができる。なおこのとき、被加工物３０で反射されたレーザ光（符号４２参照）の光路上に遮蔽物（符号５１参照）を配置することも可能であり、この場合には、被加工物３０で反射されたレーザ光が光ファイバ１２へ戻ることをより完全に防止することができる。なお、加工レンズ光学系２２上でのレーザ光の光軸の入射位置と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離ｄがビーム半径よりも小さい場合でも、被加工物３０で反射されたレーザ光の一部はもとのレーザ光の光路と異なる光路を通過することとなるので、その分だけ被加工物３０で反射されたレーザ光が光ファイバ１２へ戻ることを防止することが可能である。

なお、以上において、レーザ光が照射される被加工物３０は載置テーブル２４上に載置されており、加工位置制御装置２５により載置テーブル２４が制御されることにより、被加工物３０上でのレーザ光の集光位置（加工点Ｐ）が所望の加工経路に沿って移動する。

また、光学系移動機構２３には光学系制御装置２８が接続されており、被加工物３０に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物３０の反射率等に応じて光学系移動機構２３が制御される。ここで、光学系制御装置２８は加工位置制御装置２５との間で信号の授受を行うように構成されており、光学系移動機構２３及び載置テーブル２４の両方の状態が、同一の加工状態及び加工条件が保たれるように一意的に統括して制御される。より具体的には、光学系制御装置２８において、加工位置制御装置２５により制御された載置テーブル２４の状態（例えば被加工物３０上での加工点Ｐの移動方向）に応じて光学系移動機構２３の状態が制御され、これにより、被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）が調整される。具体的には例えば、図１において、被加工物３０が紙面に向かって下に移動している場合には、被加工物３０の進行方向に関してのレーザ光の照射角度δは９０°よりも小さな角度となるが、紙面に向かって上に移動している場合には９０°よりも大きな角度となり、加工点Ｐの移動方向によってレーザ光の照射角度δが変化してしまうこととなる。このため、被加工物３０が紙面に向かって上に移動している場合には、光学系移動機構２３によりコリメートレンズ光学系２１を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として１８０°だけ回転させるようにする。

このように本発明の第１の実施の形態によれば、加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２が光学系移動機構２３を介して互いに連結され、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の両者の光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保ったまま所定の距離ｄだけ離間した関係にあるように配置されているので、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過することなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に斜め方向から照射される。このため、加工光学系２０自体を被加工物３０に対して傾けなくとも被加工物３０に対してレーザ光を斜め方向から照射させることが可能となり、被加工物３０近傍の構造的な制約を受けることなく、被加工物３０で反射されたレーザ光により生じる光ファイバ１２の破損等を効果的に防止することができる。

また、本発明の第１の実施の形態によれば、光学系移動機構２３により、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離ｄを調整することにより、加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸の位置（加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からの距離）を変化させることができるので、被加工物３０に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物３０の反射率等に応じた最適な状態で被加工物３０の加工を行うことができる。具体的には例えば、レーザ光のレーザ出力が大きい場合には、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離を大きくするようにするとよい。

さらに、本発明の第１の実施の形態によれば、光学系移動機構２３により、コリメートレンズ光学系２１を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることにより、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の位置を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることができるので、シーム溶接のように被加工物３０上で加工点Ｐを所定の加工経路に沿って移動させながら被加工物３０の加工を行うような場合でも、加工方向（加工点Ｐの移動方向）に応じて加工光学系２０へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）を柔軟に変化させることができる。このため、全ての加工方向に対して同一条件の加工を行うことができ、被加工物３０の加工方向にかかわらず加工性能を安定させることができる。

なお、上述した第１の実施の形態においては、光学系移動機構２３によりコリメートレンズ光学系２１側を移動させることにより、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との相対的な位置関係を変化させるようにしているが、これに限らず、加工レンズ光学系２２側を移動させたりコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の両方を移動させたりすることによって、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との相対的な位置関係を変化させるようにしてもよい。

また、上述した第１の実施の形態においては、加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２において、それらの光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保っている場合を例に挙げて説明したが、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２等を総合的に設計すれば、必ずしもコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保っている必要はない。

第２の実施の形態
次に、図４及び図５により、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装置について説明する。なお、本発明の第２の実施の形態は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態において、コリメートレンズ光学系の光軸と加工レンズ光学系の光軸との相対的な位置関係を変化させる光学系移動機構の代わりに、コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光をコリメートレンズ光学系の光軸から所定の距離だけシフトさせる光路シフト用光学系を用いるようにした点を除いて、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。本発明の第２の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装置１０′の加工光学系２０′は、光ファイバ１２から出射されたレーザ光を平行光にコリメートするコリメートレンズ光学系２１と、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光を被加工物３０上に集光させる加工レンズ光学系２２とを有している。なお、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２は、１枚のレンズとして構成されたコリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａをそれぞれ有している。なおここでは、説明を簡略化するため、コリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａはいずれも単一レンズとし、レンズの収差は全くない理想レンズであるものとする。

ここで、光ファイバ１２は、加工光学系２０′のコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に沿ってレーザ光を出射させるような位置関係でコリメートレンズ光学系２１に固定されている。また、加工光学系２０′のコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２は、それらの光軸Ｌ_１，Ｌ_２が同軸上に位置するように配置されている。さらに、加工光学系２０′のコリメートレンズ光学系２１と加工レンズ光学系２２との間には光路シフト用光学系２６が配置されており、コリメートレンズ光学系２１によってコリメートされたレーザ光をコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１から所定の距離ｄだけシフトさせるようになっている。なお、光路シフト用光学系２６は、屈折面をなす表裏両面（入射面及び反射面）が平面状に研磨された光学ブロック２６ａを有しており、当該ブロック２６ａの屈折面がコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対して所望の傾き角θだけ傾けられた状態で配置されている。これにより、加工光学系２０′においては、光ファイバ１２から出射されてコリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光の光軸は、光路シフト用光学系２６を通過することでコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１から所定の距離ｄだけシフトする。これにより、光路シフト用光学系２６によってシフトされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過することとなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に照射される。このとき、図４に示すように、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２と被加工物３０の表面とが略垂直の関係にあれば、加工レンズ光学系２２から出射されたレーザ光（符号４１参照）が被加工物３０上に斜め方向から照射されることとなるので、被加工物３０上で反射されたレーザ光（符号４２参照）は元のレーザ光とは異なる光路を通過して加工レンズ光学系２２に戻される。

なお、図５は、図４に示す場合とは異なり、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対する光学ブロック２６ａの傾き角θが９０°である場合（比較例）を示している。この場合には、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２のうち光軸Ｌ_２が通る位置を通過することとなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は被加工物３０上に略垂直に照射される。このとき、図５に示すように、加工レンズ光学系２２から出射されたレーザ光（符号４１参照）は被加工物３０上に略垂直に照射されることとなるので、被加工物３０上で反射されたレーザ光（符号４２参照）は元のレーザ光と同一の光路を通過して加工レンズ光学系２２（ひいては光ファイバ１２）に戻される。

なお、光路シフト用光学系２６には光学ブロック角度変更機構（図示せず）が設けられており、光学ブロック２６ａがコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対して所望の傾き角θに位置付けられるまでその回転軸Ｒ_１を中心として回転させることができるようになっている。なお、光学ブロック２６ａの回転軸Ｒ_１は、光学ブロック２６ａの重心位置を通るとともに、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１を通り、且つ、当該光軸Ｌ_１に垂直な関係にある。また、光路シフト用光学系２６には、光学ブロック回転機構（図示せず）が設けられており、光学ブロック２６ａを加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることにより、コリメートレンズ光学系２１によってコリメートされたレーザ光の位置を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることができるようになっている。

また、光学ブロック角度変更機構（図示せず）及び光学ブロック回転機構（図示せず）には光学系制御装置２８が接続されており、被加工物３０に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物３０の反射率等に応じて光学ブロック角度変更機構（図示せず）及び光学ブロック回転機構（図示せず）を制御することができるようになっている。

さらに、光学系制御装置２８は、加工位置制御装置２５との間で信号の授受を行うことができるようになっており、これにより、光学ブロック角度変更機構（図示せず）、光学ブロック回転機構（図示せず）及び載置テーブル２４の状態を、同一の加工状態及び加工条件が保たれるように一意的に統括して制御することができる。より具体的には、光学系制御装置２８において、加工位置制御装置２５により制御された載置テーブル２４の状態（例えば被加工物３０上での加工点Ｐの移動方向）に応じて光学ブロック角度変更機構（図示せず）及び光学ブロック回転機構（図示せず）を制御することにより、被加工物３０の加工方向等に応じて被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）を適宜調整することができる。

次に、このような構成からなる本発明の第２の実施の形態の作用について説明する。

図４に示すレーザ加工装置１０′において、固体レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は光ファイバ１２を介して伝送され、加工光学系２０′によりレーザ光が集光又は結像されて被加工物３０上に照射される。

ここで、光ファイバ１２は、加工光学系２０′のコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に沿ってレーザ光を出射させるような位置関係でコリメートレンズ光学系２１に固定されており、加工光学系２０′において、まず、コリメートレンズ光学系２１により、光ファイバ１２から出射されたレーザ光が平行光にコリメートされ、次いで、加工レンズ光学系２２により、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光が集光される。

このとき、コリメートレンズ光学系２１と加工レンズ光学系２２との間に配置された光路シフト用光学系２６内の光学ブロック２６ａは、その屈折面が所望の傾き角θだけ傾けられた状態で配置されているので、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光の光軸は光路シフト用光学系２６を通過することでコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１から所定の距離ｄだけシフトする。これにより、光路シフト用光学系２６によってシフトされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過する。ここで、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２を構成するコリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａが収差の全くない理想レンズであるものとすると、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置をレーザ光の光軸が通過する場合でも、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対するレーザ光の照射角度以外は同一の状態で、被加工物３０上の加工レンズ光学系２２の焦点位置にレーザ光が照射される。このため、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置をその光軸が通過するレーザ光は、図４に示すように、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に斜め方向から照射される。

この場合、加工レンズ光学系２２上でのレーザ光の光軸の入射位置と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離（光路シフト用光学系２６によるレーザ光のシフト量）ｄがコリメート後のレーザ光のビーム半径よりも大きい場合には、被加工物３０で反射されたレーザ光（符号４２参照）がもとのレーザ光（符号４１参照）の光路と完全に異なる光路を通過することとなるので、被加工物３０が高反射材料からなり且つその表面（加工面）が平滑面である場合でも、被加工物３０で反射されたレーザ光（符号４２参照）が光ファイバ１２へ戻ることをほぼ完全に効果的に防止することができる。なお、加工レンズ光学系２２上でのレーザ光の光軸の入射位置と加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２との間の距離ｄがビーム半径よりも小さい場合でも、被加工物３０で反射されたレーザ光の一部はもとのレーザ光の光路と異なる光路を通過することとなるので、その分だけ被加工物３０で反射されたレーザ光が光ファイバ１２へ戻ることを防止することが可能である。

なお、以上において、レーザ光が照射される被加工物３０は載置テーブル２４上に載置されており、加工位置制御装置２５により載置テーブル２４が制御されることにより、被加工物３０上でのレーザ光の集光位置（加工点Ｐ）が所望の加工経路に沿って移動する。

また、光路シフト用光学系２６に設けられた光学ブロック角度変更機構（図示せず）及び光学ブロック回転機構（図示せず）には光学系制御装置２８が接続されており、被加工物３０に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物３０の反射率等に応じて光学ブロック角度変更機構（図示せず）及び光学ブロック回転機構（図示せず）が制御される。ここで、光学系制御装置２８は加工位置制御装置２５との間で信号の授受を行うように構成されており、光学ブロック角度変更機構（図示せず）、光学ブロック回転機構（図示せず）及び載置テーブル２４の状態が、同一の加工状態及び加工条件が保たれるように一意的に統括して制御される。より具体的には、光学系制御装置２８において、加工位置制御装置２５により制御された載置テーブル２４の状態（例えば被加工物３０上での加工点Ｐの移動方向）に応じて光学ブロック角度変更機構（図示せず）及び光学ブロック回転機構（図示せず）の状態が制御され、これにより、被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）が調整される。具体的には例えば、図４において、被加工物３０が紙面に向かって下に移動している場合には、被加工物３０の進行方向に関してのレーザ光の照射角度δは９０°よりも小さな角度となるが、紙面に向かって上に移動している場合には９０°よりも大きな角度となり、加工点Ｐの移動方向によってレーザ光の照射角度δが変化してしまうこととなる。このため、被加工物３０が紙面に向かって上に移動している場合には、光学ブロック回転機構（図示せず）により、光路シフト用光学系２６（光学ブロック２６ａ）を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として１８０°だけ回転させるようにする。

このように本発明の第２の実施の形態によれば、加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１と加工レンズ光学系２２との間に光路シフト用光学系２６が配置され、コリメートレンズ光学系２１によってコリメートされたレーザ光の光軸がコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１から所定の距離ｄだけシフトされているので、光路シフト用光学系２６によってシフトされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸は、加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からずれた位置を通過することとなり、その結果、加工レンズ光学系２２により集光されたレーザ光は、その光軸が加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２に対して所定の角度が付けられた状態で被加工物３０上に斜め方向から照射される。このため、上述した第１の実施の形態と同様に、加工光学系２０自体を被加工物３０に対して傾けなくとも被加工物３０に対してレーザ光を斜め方向から照射させることが可能となり、被加工物３０近傍の構造的な制約を受けることなく、被加工物３０で反射されたレーザ光により生じる光ファイバ１２の破損等を効果的に防止することができる。

また、本発明の第２の実施の形態によれば、光学ブロック角度変更機構（図示せず）により、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対する光路シフト用光学系２６の傾き角θを調整することにより、加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の光軸の位置（加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２からの距離）を変化させることができるので、被加工物３０に対する加工条件や使用レーザ出力、被加工物３０の反射率等に応じた最適な状態で被加工物３０の加工を行うことができる。

さらに、本発明の第２の実施の形態によれば、光学ブロック回転機構（図示せず）により、光路シフト用光学系２６（光学ブロック２６ａ）を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることにより、コリメートレンズ光学系２１によってコリメートされて加工レンズ光学系２２に入射するレーザ光の位置を加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_２を中心として回転させることができるので、シーム溶接のように被加工物３０上で加工点Ｐを所定の加工経路に沿って移動させながら被加工物３０の加工を行うような場合でも、加工方向（加工点Ｐの移動方向）に応じて被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向きや角度等）を柔軟に変化させることができる。このため、全ての加工方向に対して同一条件の加工を行うことができ、被加工物３０の加工方向にかかわらず加工性能を安定させることができる。

なお、上述した第２の実施の形態においては、光路シフト用光学系２６（光学ブロック２６ａ）の回転軸Ｒ_１を、当該回転軸Ｒ_１が光学ブロック２６ａの重心位置を通り、且つ、当該回転軸Ｒ_１がコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１を通るように設けているが、これに限らず、光学ブロック２６ａの重心中心から外れた位置を通るように回転軸Ｒ_１を設けたり、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１から外れた位置を通るように回転軸Ｒ_１を設けるようにしてもよい。

また、上述した第２の実施の形態においては、加工光学系２０のコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２において、それらの光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保っている場合を例に挙げて説明したが、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２等を総合的に設計すれば、必ずしもコリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２の光軸Ｌ_１，Ｌ_２が互いに平行の関係を保っている必要はない。

第３の実施の形態
次に、図６及び図７により、本発明の第３の実施の形態に係るレーザ加工装置について説明する。なお、本発明の第３の実施の形態は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態において、コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を、加工レンズ光学系により、コリメートレンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた光軸に沿って集光させるとともに、光学系回転機構により、コリメートレンズ光学系の光軸に一致する回転軸を中心にして加工レンズ光学系を回転させるようにしたものであり、基本的な構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態、及び図４及び図５に示す第２の実施の形態と略同一である。本発明の第３の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態、及び図４及び図５に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図６に示すように、本発明の第３の実施の形態に係るレーザ加工装置１０″は、レーザ光を利用して被加工物３０の加工を行うものであり、レーザ光を出射する固体レーザ発振器１１と、固体レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバ１２と、光ファイバ１２を介して伝送されたレーザ光を集光又は結像させて被加工物３０上に照射する加工光学系２０″とを備えている。

また、レーザ加工装置１０″は、被加工物３０を載置する載置テーブル（加工位置移動機構）２４を備え、載置テーブル２４により被加工物３０を水平面内で移動させることにより、加工光学系２０″と被加工物３０との相対的な位置関係を変化させることができるようになっている。なお、載置テーブル２４には加工位置制御装置２５が接続されており、被加工物３０上でのレーザ光の集光位置（加工点Ｐ）が所望の加工経路に沿って移動するように載置テーブル２４を制御することができるようになっている。

このうち、加工光学系２０″は、光ファイバ１２から出射されたレーザ光を平行光にコリメートするコリメートレンズ光学系２１と、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光を集光させる加工レンズ光学系２２′とを有している。

ここで、コリメートレンズ光学系２１は、１枚のレンズとして構成されたコリメートレンズ２１ａを有している。なおここでは、説明を簡略化するため、コリメートレンズ２１ａは単一レンズとし、レンズの収差は全くない理想レンズであるものとする。

また、加工レンズ光学系２２′は、１枚のレンズとして構成された加工レンズ２２ａと、加工レンズ２２ａの前段に設けられ、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光の光路を変更する２枚の反射ミラー３７，３８とを有し、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対して所定の角度を付けられた光軸Ｌ_２に沿ってレーザ光が集光されるようになっている。ここで、加工レンズ光学系２２′に設けられた反射ミラー３７，３８は互いに平行となるような位置関係で配置されており、その設置角度は、被加工物３０上に照射されるレーザ光の照射角度δに応じて任意に設定されている。なおここでは、説明を簡略化するため、加工レンズ２２ａは単一レンズとし、レンズの収差は全くない理想レンズであるものとする。

なお、コリメートレンズ光学系２１と加工レンズユニット２２′との間にはモータ等の駆動機構を含む光学系回転機構３５が配置されており、加工レンズ光学系２２′によりレーザ光が集光される被加工物３０上の加工点Ｐを通る回転軸Ｒ_２を中心にして、加工レンズ光学系２２′をコリメートレンズ光学系２１に対して相対的に回転させることができるようになっている。なお、加工レンズ光学系２２′には、光学系回転機構３５の回転軸Ｒ_２と被加工物３０上の加工点Ｐとを一致させるための調整機構（図示せず）が設けられている。

ここで、光ファイバ１２は、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に沿ってレーザ光を出射させるような位置関係でコリメートレンズ光学系２１に固定されている。また、コリメートレンズ光学系２１は、その光軸Ｌ_１が光学系回転機構３５の回転軸Ｒ_２と一致するような位置関係で保持部１３に固定されている。

さらに、光学系回転機構３５には回転機構制御装置３６が接続されており、光学系回転機構３５による加工レンズ光学系２２′の回転状態（回転角度や回転速度等）を制御することができるようになっている。また、回転機構制御装置３６は、加工位置制御装置２５との間で信号の授受を行うことができるようになっており、これにより、光学系回転機構３５及び載置テーブル２４の両方の状態を、同一の加工状態及び加工条件が保たれるように一意的に統括して制御することができる。より具体的には、回転機構制御装置３６において、加工位置制御装置２５により制御された載置テーブル２４の状態（例えば被加工物３０上での加工点Ｐの移動方向）に応じて光学系回転機構３５による加工レンズ光学系２２′の回転状態（回転角度や回転速度等）を制御することにより、被加工物３０の加工方向等に応じて被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向き）を適宜調整することができる。

次に、このような構成からなる本発明の第３の実施の形態の作用について説明する。

図６に示すレーザ加工装置１０″において、固体レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は光ファイバ１２を介して伝送され、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２′によりレーザ光が集光又は結像されて被加工物３０上に照射される。

ここで、光ファイバ１２は、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に沿ってレーザ光を出射させるような位置関係でコリメートレンズ光学系２１に固定されており、コリメートレンズ光学系２１のコリメートレンズ２１ａにより、光ファイバ１２から出射されたレーザ光が平行光にコリメートされる。

次いで、このようにしてコリメートレンズ光学系２１のコリメートレンズ２１ａによって平行光にコリメートされたレーザ光は、加工レンズ光学系２２′の２枚の反射ミラー３７，３８により、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対して所定の角度が付けられた状態で加工レンズ２２ａに導かれ、最終的に、加工レンズ２２ａにより集光される。このとき、加工レンズ光学系２２′（加工レンズ２２ａ）の光軸Ｌ_２はコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対して傾斜しているので、加工レンズ２２ａにより集光されたレーザ光は被加工物３０上に斜め方向（被加工物３０の表面に対して垂直でない角度の方向）から照射される。これにより、被加工物３０で反射されたレーザ光はもとのレーザ光の光路と異なる光路を通過することとなるので、被加工物３０が高反射材料からなり且つその表面（加工面）が平滑面である場合でも、被加工物３０で反射されたレーザ光が光ファイバ１２へ戻ることを効果的に防止することができる。

なお、以上において、レーザ光が照射される被加工物３０は載置テーブル２４上に載置されており、加工位置制御装置２５により載置テーブル２４が制御されることにより、被加工物３０上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動する。

また、光学系回転機構３５には回転機構制御装置３６が接続されており、光学系回転機構３５による加工レンズ光学系２２′の回転状態（回転角度や回転速度等）が制御される。ここで、回転機構制御装置３６は加工位置制御装置２５との間で信号の授受を行うように構成されており、光学系回転機構３５及び載置テーブル２４の両方の状態が、同一の加工状態及び加工条件が保たれるように一意的に統括して制御される。より具体的には、回転機構制御装置３６において、加工位置制御装置２５により制御された載置テーブル２４の状態（例えば被加工物３０上での加工点Ｐの移動方向）に応じて光学系回転機構３５による加工レンズ光学系２２′の回転状態（回転角度や回転速度等）が制御され、これにより、被加工物３０の加工方向等に応じて被加工物３０へのレーザ光の照射状態（照射の向き）が調整される。具体的には例えば、図６において、被加工物３０が紙面に向かって右に移動している場合には、被加工物３０の進行方向に関してのレーザ光の照射角度δは９０°よりも小さな角度となるが、紙面に向かって左に移動している場合には９０°よりも大きな角度となり、加工点Ｐの移動方向によってレーザ光の照射角度δが変化してしまうこととなる。このため、被加工物３０が紙面に向かって左に移動している場合には、光学系回転機構３５により加工レンズ光学系２２′をコリメートレンズ光学系２１に対して１８０°だけ回転するようにする。

このように本発明の第３の実施の形態によれば、コリメートレンズ光学系２１によってコリメートされたレーザ光が、加工レンズ光学系２２′により、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に対して所定の角度が付けられた状態で集光されるようにしているので、被加工物３０で反射されたレーザ光が加工光学系２０″に戻されることがなく、被加工物３０で反射されたレーザ光により生じる光ファイバ１２の破損等を効果的に防止することができる。また、光学系回転機構３５により、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１に一致する回転軸Ｒ_２を中心にして、保持部１３に固定されたコリメートレンズ光学系２１に対して加工レンズ光学系２２′を相対的に回転させるようにしているので、シーム溶接のように被加工物３０上で加工点Ｐを所定の加工経路に沿って移動させながら被加工物３０の加工を行うような場合でも、加工方向（加工点Ｐの移動方向）に応じて被加工物３０に対する加工光学系２０″の傾きの向きが最適な状態となるよう変化させることができる。このため、全ての加工方向に対して同一条件の加工を行うことができ、被加工物３０の加工方向にかかわらず加工性能を安定させることができる。なおこのとき、光学系回転機構３５の回転軸Ｒ_２が被加工物３０上の加工点Ｐに一致するような状態で、加工レンズ光学系２２′をコリメートレンズ光学系２１に対して相対的に回転させるようにしているので、被加工物３０上で加工点Ｐが移動することがなく、加工性能をより安定させることができる。

なお、上述した第３の実施の形態においては、被加工物３０上で反射されたレーザ光が加工光学系２０″に戻されないような構成としているが、これに限らず、図７に示すレーザ加工装置１０″のように、加工光学系２０″において、被加工物３０で反射されたレーザ光が戻ってくる位置に、被加工物３０で反射されたレーザ光を被加工物３０上の加工点Ｐへ向けて再度反射させる反射ミラー３９を設けるようにしてもよい。これにより、被加工物３０で反射されたレーザ光を再度加工点Ｐに戻すことができ、レーザ光を再利用することで被加工物３０の加工効率をより向上させることができる。ここで、反射ミラー３９としては、被加工物３０で反射されたレーザ光を被加工物３０上の加工点Ｐに再度集光させるような表面形状を有する球面ミラーが好ましく用いられるが、平面ミラー等でも構わない。なお、レーザ光を最も効率よく再利用するという観点では、反射ミラー３９から加工点Ｐまでの距離に等しい曲率半径を持つ球面ミラーが有利であるが、この場合には、加工光学系２０″を介して光ファイバ１２に戻されるレーザ光が増加することとなるので、光ファイバ１２が破損する可能性も高くなる。このため、このような点が問題になる場合には、球面ミラーの曲率を理想的なものから若干変えておくか、球面ミラーで反射されて戻されるレーザ光の光路を理想的なものから若干ずらしておくことが好ましい。なお、図７に示すレーザ加工装置１０″においては、被加工物３０で反射されたレーザ光が戻ってくる位置に反射ミラー３９に代えてセンサ４５を配置し、センサー４５からの信号によって被加工物３０の加工状態を監視することも可能である。さらに、センサー４５からの信号を固体レーザ発振器１１に戻し、その信号に基づいてレーザ光の照射条件等を変更する等のフィードバック制御を行ってもよい。

また、上述した第３の実施の形態においては、調整機構（図示せず）により、光学系回転機構３５の回転軸Ｒ_２が被加工物３０上の加工点Ｐに一致するようにした状態で、加工レンズ光学系２２′，２２″をコリメートレンズ光学系２１に対して相対的に回転させる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、調整機構（図示せず）により、光学系回転機構３５の回転軸Ｒ_２が被加工物３０上の加工点Ｐに一致しないように僅かにずらした状態で、加工レンズ光学系２２′，２２″をコリメートレンズ光学系２１に対して相対的に回転させるようにしてもよい。この場合には、加工レンズ光学系２２′，２２″をコリメートレンズ光学系２１に対して相対的に回転させときに被加工物３０上の加工点Ｐが円形の軌跡を描いて移動することとなるので、例えば電池のボール溶接等に好適に適用することができる。

さらに、上述した第３の実施の形態においては、コリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１と光学系回転機構３５の回転軸Ｒ_２とが一致する場合を例に挙げて説明したが、両者は必ずしも一致している必要はなく、互いに平行な関係にあればよい。

さらに、上述した第３の実施の形態においては、コリメートレンズ光学系２１を保持部１３に固定した状態で、光学系回転機構３５により、加工レンズ光学系２２′，２２″をコリメートレンズ光学系２１に対して相対的に回転させているが、光ファイバ１２から出射されるレーザ光の光軸の位置とコリメートレンズ光学系２１の光軸Ｌ_１とが一致した状態に保たれるのであれば、これに限らず、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２′，２２″の全体を光ファイバ１２に対して相対的に回転させるようにしてもよい。

さらに、上述した第３の実施の形態においては、加工レンズ光学系２２′，２２″の反射ミラー３７，３８が互いに平行となるような位置関係で配置されているが、加工レンズ２２ａに導かれるレーザ光の光路を変更することができれば、必ずしも反射ミラー３７，３８が互いに平行である必要はない。

さらに、上述した第３の実施の形態においては、加工レンズ光学系２２′，２２″において、コリメートレンズ光学系２１によって平行光にコリメートされたレーザ光の光路を変更するための光学系として２枚の反射ミラー３７，３８を用いているが、これに限らず、プリズム等の任意の光学部材を用いることが可能である。

さらに、上述した第３の実施の形態においては、加工レンズ光学系２２′，２２″の加工レンズ２２ａに導かれるレーザ光は光ファイバ１２から出射されたレーザ光のみであるが、反射ミラー３７，３８をハーフミラーとして構成すれば、反射ミラー３７，３８の裏面から別のレーザ光を入射させることも可能である。

なお、上述した第１乃至第３の実施の形態においては、載置テーブル２４により被加工物３０側を移動させることにより加工光学系２０，２０′，２０″と被加工物３０との相対的な位置関係を変化させるようにしているが、これに限らず、加工光学系２０，２０′，２０″側を移動させたり、加工光学系２０，２０′，２０″及び被加工物３０の両方を移動させることにより加工光学系２０，２０′，２０″と被加工物３０との相対的な位置関係を変化させるようにしてもよい。

また、上述した第１乃至第３の実施の形態においては、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２，２２′，２２″を構成するコリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａが単一レンズからなる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、コリメートレンズ２１ａ及び加工レンズ２２ａは複数のレンズから構成される複合光学系（組みレンズ）であってもよい。なお、この後者の場合、適正に収差補正や光学設計等がなされていれば、光学系移動機構２３や光学系回転機構３５により移動させる対象は複合光学系内の一部のレンズのみでよく、組みレンズ全体を移動させる必要はない。

さらに、上述した第１乃至第３の実施の形態においては、コリメートレンズ光学系２１により、光ファイバ１２から出射されたレーザ光を平行光にコリメートした後、加工レンズ光学系２２，２２′，２２″によりレーザ光を集光させる場合を例に挙げて説明したが、コリメートレンズ光学系２１及び加工レンズ光学系２２，２２′，２２″等を総合的に設計すれば、必ずしもコリメートレンズ光学系２１によりレーザ光を平行光にする必要はない。ただし、コリメートレンズ光学系２１によりレーザ光を平行光にコリメートした場合には、加工レンズ光学系２２，２２′，２２″内の光学部品の大きさを小さくすることができるので、その意味では好ましい。

さらにまた、上述した第１乃至第３の実施の形態においては、レーザ加工装置１０，１０′，１０″により加工が行われる被加工物３０が、高反射材料からなり且つその表面（加工面）が平滑面である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、被加工物３０が低反射材料からなるような場合にも同様にして適用することができる。すなわち、被加工物３０が低反射材料からなるような場合でも、レーザ光が高出力になると、その一部のレーザ光が光ファイバ１２に戻ることとなるが、上述した第１乃至第３の実施の形態によれば、このようなレーザ光の戻りも効果的に防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す図。 図１に示すレーザ加工装置の加工光学系におけるコリメートレンズ光学系の光軸と加工レンズ光学系の光軸との間の距離が０である場合のレーザ光の照射状態を示す図。 図１に示すレーザ加工装置の加工光学系における入射ビーム及び反射ビームの位置関係を説明するための図。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す図。 図４に示すレーザ加工装置の加工光学系における光路シフト用光学系内の光学ブロックの傾き角が９０°である場合のレーザ光の照射状態を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示す図。 図６に示すレーザ加工装置の変形例を示す図。

符号の説明

１０，１０′，１０″ レーザ加工装置
１１ 固体レーザ発振器
１２ 光ファイバ
１３ 保持部
２０，２０′，２０″ 加工光学系
２１ コリメートレンズ光学系
２１ａ コリメートレンズ
２２，２２′，２２″ 加工レンズ光学系
２２ａ 加工レンズ
２３ 光学系移動機構
２４ 載置テーブル（加工位置移動機構）
２５ 加工位置制御装置
２６ 光路シフト用光学系
２６ａ 光学ブロック
２８ 光学系制御装置
３０ 被加工物
３５ 光学系回転機構
３６ 回転機構制御装置
３７，３８ 反射ミラー
３９ 反射ミラー
４１，４２ レーザ光
４５ センサ
５１ 遮蔽物
Ｌ_１ コリメートレンズ光学系の光軸
Ｌ_２ 加工レンズ光学系の光軸
Ｐ 加工点
Ｒ_１，Ｒ_２ 回転軸
θ 光学ブロックの傾き角
δ レーザ光の照射角度

Claims (18)

1. レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
   レーザ光を出射するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を集光させて被加工物上に照射する加工光学系とを備え、
   前記加工光学系は、前記光ファイバから出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ光学系と、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を前記被加工物上に集光させる加工レンズ光学系とを有し、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされて前記加工レンズ光学系に入射するレーザ光の光軸が前記加工レンズ光学系の光軸からずれた位置を通過するように構成され、前記加工レンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた状態で前記被加工物上にレーザ光が照射されることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記加工光学系の前記コリメートレンズ光学系及び前記加工レンズ光学系は、それらの光軸が互いに所定の距離だけ離間した関係にあるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記加工光学系は、前記コリメートレンズ光学系及び前記加工レンズ光学系のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記コリメートレンズ光学系の光軸と前記加工レンズ光学系の光軸との相対的な位置関係を変化させる光学系移動機構をさらに有することを特徴とする、請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記加工光学系は、前記コリメートレンズ光学系と前記加工レンズ光学系との間に配置された光路シフト用光学系であって、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を前記コリメートレンズ光学系の光軸から所定の距離だけシフトさせる光路シフト用光学系をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記光路シフト用光学系は、前記コリメートレンズ光学系の光軸に対して傾けられた屈折面を持つ光学ブロックを有することを特徴とする、請求項４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記光路シフト用光学系は、前記コリメートレンズ光学系の光軸に対する前記光学ブロックの傾き角を変化させる光学ブロック角度変更機構をさらに有することを特徴とする、請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記光路シフト用光学系は、前記光学ブロックを前記加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させることにより、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされて前記加工レンズ光学系に入射するレーザ光の位置を前記加工レンズ光学系の光軸を中心として回転させる光学ブロック回転機構をさらに有することを特徴とする、請求項５又は６に記載のレーザ加工装置。
8. 前記加工光学系の前記コリメートレンズ光学系及び前記加工レンズ光学系は、それらの光軸が同軸上に位置することを特徴とする、請求項４乃至７のうちのいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
9. 前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、
   前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置とをさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
10. 前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、
    前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置と、
    前記加工位置制御装置により制御された前記加工位置移動機構の状態に応じて前記光学系移動機構を制御する光学系制御装置とをさらに備えたことを特徴とする、請求項３に記載のレーザ加工装置。
11. 前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、
    前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置と、
    前記加工位置制御装置により制御された前記加工位置移動機構の状態に応じて前記光学ブロック角度変更機構を制御する光学系制御装置とをさらに備えたことを特徴とする、請求項６に記載のレーザ加工装置。
12. 前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、
    前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置と、
    前記加工位置制御装置により制御された前記加工位置移動機構の状態に応じて前記光学ブロック回転機構を制御する光学系制御装置とをさらに備えたことを特徴とする、請求項７に記載のレーザ加工装置。
13. レーザ光を利用して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
    レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバと、
    前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を集光させて被加工物上に照射する加工光学系とを備え、
    前記加工光学系は、前記光ファイバから出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ光学系と、前記コリメートレンズ光学系によってコリメートされたレーザ光を前記被加工物上に集光させる加工レンズ光学系であって、前記コリメートレンズ光学系の光軸に対して所定の角度が付けられた光軸に沿ってレーザ光を集光させる加工レンズ光学系と、前記コリメートレンズ光学系の光軸と前記加工レンズ光学系の光軸との間の関係を保った状態で前記コリメートレンズ光学系の光軸に平行な回転軸を中心にして前記加工レンズ光学系を回転させる光学系回転機構とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
14. 前記光学系回転機構の前記回転軸は、前記加工レンズ光学系によりレーザ光が集光される前記被加工物上の集光位置を通ることを特徴とする、請求項１３に記載のレーザ加工装置。
15. 前記加工光学系及び前記被加工物のうちの少なくとも一方を移動させることにより、前記加工光学系と前記被加工物との相対的な位置関係を変化させる加工位置移動機構と、
    前記被加工物上でのレーザ光の集光位置が所望の加工経路に沿って移動するように前記加工位置移動機構を制御する加工位置制御装置とをさらに備えたことを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のレーザ加工装置。
16. 前記加工位置制御装置により制御された前記加工位置移動機構の状態に応じて前記光学系回転機構を制御する回転機構制御装置をさらに備えたことを特徴とする、請求項１５に記載のレーザ加工装置。
17. 前記加工光学系は、前記被加工物で反射されたレーザ光を前記被加工物上の集光位置へ向けて再度反射させる反射ミラーを有することを特徴とする、請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
18. 前記反射ミラーは、前記被加工物で反射されたレーザ光を前記被加工物上の集光位置に再度集光させるような表面形状を有することを特徴とする、請求項１７に記載のレーザ加工装置。

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