JP2009166068A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は紙やフイルム等のシート状媒体に対してレーザ光を使用して加工を行うレーザ加工装置に関し、特に被加工物の高速移動に対応する小型のレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ加工装置として、レーザ光源と、該レーザ光源からの光を連続紙等の媒体上に照射する２つのヘッドを設け、更に上記レーザ光源から２つのヘッドに光を伝送する伝送光学系と、上記媒体を搬送する媒体搬送機構と、上記ヘッドを媒体に対して移動させる移動機構とを設け、光路切替部によってレーザ光源からのレーザ光を一方のヘッドに導き、媒体に対する加工処理を行なうと共に、他方のヘッドは加工開始位置に復帰させ、以後交互に２つのヘッドを操作し、順次媒体に対してレーザ光を照射し、媒体に対するレーザ加工を高速に行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、紙やフイルム、板、ブロック等の媒体に対してレーザ光を使用して加工を行うレーザ加工装置に関する。

レーザ光による媒体に対する加工装置として、例えば特許文献１のレーザ裁断機や特許文献２のミシン目形成装置が提案されている。特許文献１のレーザ裁断機は、ヘッドをＸ方向に移動可能にヘッド支持梁に取り付け、更にヘッド支持梁をＹ方向に移動可能に載置台に取り付け、ヘッドを被裁断物載置上でＸ方向、Ｙ方向に移動可能に設置すると共に、上記ヘッドに対してレーザビーム偏向器を介してレーザ発振器からレーザ光を供給し、紙や布等のシート状媒体を裁断する構成であり、ビームと同軸に射出するアシストガスノズル以外に傾斜してサブノズルを設けた発明である。

また、特許文献２のミシン目形成装置は、レーザ光源から出力されたレーザビームをコリメータレンズ、ミラーを介してガルバノミラーとfθレンズで構成されるスキャン集光光学系に導き、Ｆ１方向に移動する連続用紙にレーザビームを照射してミシン目形成を行う構成であり、第１方向（Ｆ１方向）に沿って移動する連続用紙に対して、上記第１方向とほぼ直交する第２方向に沿ってミシン目を順次形成する発明である。
実開平６−１５８９１号公報 特開２００１−２４２４１０号公報

しかしながら、上記特許文献１のレーザ裁断機の場合、切断動作を行う工程とは別にＸ、Ｙ方向にヘッドを移動し、ヘッドを加工開始位置まで移動する復帰工程が必要となる。このため、被加工物に対して高速加工ができない。

また、特許文献２のミシン目形成装置では、レーザ光をガルバノミラーとfθレンズから成るスキャン集光光学系に導く構成が必要であるため、装置が大型化する。
そこで、本発明は被加工物の移動を停止させることなく、被加工物に対して高速にレーザ加工を行ない、装置も大型化することのないレーザ加工装置を提供するものである。

上記課題は、レーザ光源と、該レーザ光源からの光を連続紙等の媒体上に照射する複数のヘッドを設け、更に上記レーザ光源から複数のヘッドに光を伝送する伝送光学系と、上記媒体を搬送する媒体搬送機構と、上記複数のヘッドを媒体に対して移動させる移動機構とを設け、光路切替部によってレーザ光源からのレーザ光を複数のヘッドに選択的に導き、複数のヘッドから順次媒体に対してレーザ光を照射し、媒体に対するレーザ加工を高速に行う。

本発明によれば、媒体の移動を停止させることなく、連続紙等の媒体に対して高速加工を行ない、装置も小型化できるレーザ加工装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態を図１から図６に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のレーザ加工装置の概略図である。また、図２は連続紙である媒体をレーザ加工装置内で搬送させる構成を示す概略図であり、図１に示すＤ方向からの矢視図である。媒体はレーザを照射する対象物となる被加工物である。

図３は、図１をＡ方向から視た後述する集光ヘッドの矢視図である。また、図４は、図１をＢの方向から視た矢視図であり、集光レンズによって媒体上に集光されるレーザ光の様子を示す図である。

図１において、レーザ加工装置１に媒体２を供給する上位装置７は、例えばインクジェットプリンタや、レーザビームプリンタ、オフセット印刷機等の画像記録装置、或いは巻き出し装置等であり、連続紙である媒体２をレーザ加工装置１に連続的に供給する。

レーザ加工装置１の内部に配設された媒体搬送機構１０は、図２に示すように上位装置７から供給される媒体２を矢印ａ方向に搬送し、集光ヘッド４ａ、４ｂの移動部近傍を一定の搬送速度を保持した状態で搬送し、レーザ加工装置１の下流側に配設された不図示の後処理機に媒体を送出する。

具体的には、図２に示すように、矢印方向に回転する駆動ローラ対１１によって媒体２を矢印ａ方向に搬送し、更にガイド１２ａ−１２ｂ、１２ｃ−１２ｄに沿って媒体２を搬送し、テンションローラ対１３により不図示の後処理機に送る。後処理機は、例えば紙折機、製本機、スタッカ、フィニッシャ、丁合機等であり、媒体２に対して対応する処理を施す。

尚、ガイド１２ａ−１２ｂと１２ｃ−１２ｄの隙間は、後述する集光レンズ１８ａ、１８ｂを介して照射されるレーザ光によって媒体２に対する加工が施されるレーザ加工部であり、媒体２を加工する際に発生する粉塵や煙等を不図示の負圧ポンプを使用してフィルタに導く吸引ノズル１４が設けられている。

図１に示すように、レーザ加工装置１はレーザ光源５、１軸ステージ３ａ、３ｂ、光路切替手段９で構成されている。レーザ光源５は、例えばＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等の平行光であるレーザ出射光５ａを出射する光源であり、加工条件に応じた光出力で連続発光若しくはパルス発光する。

光路切替手段９はコーナーキューブ９ａを１軸移動ステージに固定した構成であり、光路切替手段９の両側に反射ミラー８ａ、８ｂが配設されている。反射ミラー８ａはレーザ出射光５ａからコーナーキューブ９ａを退避させた時（後述する図５（ａ）参照）、レーザ出射光５ａが照射されるミラーであり、１軸ステージ３ａを移動する集光ヘッド４ａの移動方向に平行な方向に向かって光路を曲げるような角度に固定されている。また、ミラー８ｂはレーザ出射５ａの光路にコーナーキューブ９ａが挿入された時（後述する図５（ｂ）参照）、ミラー８ｂにはコーナーキューブ９ａからの反射光が照射され、もう一方の１軸ステージ３ｂを移動する集光ヘッド４ｂの移動方向に平行な方向に向かって光路を曲げるような角度に固定されている。

１軸ステージ３ａ、３ｂは、媒体２の搬送方向に対して傾斜角度θ１を有して配設されており、集光ヘッド４ａは１軸ステージ３ａに沿って矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能に構成され、集光ヘッド４ｂも１軸ステージ３ｂに沿って矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能に構成されている。ここで、矢印６ａ方向は集光ヘッド４ａ、４ｂが媒体２に加工を行う際の加工工程移動方向であり、矢印６ｂ方向は集光ヘッド４ａ、４ｂが加工開始位置に戻る際の復帰工程移動方向である。

尚、１軸ステージ３ａ、３ｂの媒体２の搬送方向に対する傾斜角度θ１は、媒体２の搬送速度と集光ヘッド４ａ、４ｂの移動速度に応じて、媒体２上の加工軌跡１６が所望の方向となるように任意に設定されている。

次に各構成要素間の作用について説明する。
上位装置７から供給された媒体２は、前述の図２に示す媒体搬送機構１０により矢印ａ方向に搬送され、１軸ステージ３ａ、３ｂと交差して搬送された後に、前述の後処理機へと送られる。不図示の装置フレームに固定されたレーザ光源１から出射されたほぼ平行なレーザ出射光５ａは、光路切替手段９に内蔵された互いに直角な３面の反射面を有する光学部材であるコーナーキューブ９ａによって反射し、搬送方向下流側の1軸ステージ３ｂに固定されたミラー８ｂに入射する。

さらに、ミラー８ｂで反射したレーザ光は、1軸ステージ３ｂに沿って往復移動可能な集光ヘッド４ｂに入射する。集光ヘッド４ｂは、前述の図３に示すように、ミラー１７ｂで反射したレーザ光を集光レンズ１８ｂによって微小スポットまで絞って単位面積当たりのパワーを高め、媒体２の表面に一定の焦点方向の位置関係を保持して照射する。このレーザ光の照射によって媒体２上のスポット照射位置の温度は、媒体材料の沸点以上の温度まで急上昇し、媒体材料が瞬時に気化し、例えば穴加工が行われる。

集光ヘッド４ａ、４ｂは、前述のように対応する１軸ステージ３ａ、３ｂに沿って駆動するが、媒体搬送機構１０と共に、不図示の制御部によって、媒体２の搬送方向に対する位置情報に従ってタイミング同期が取られ、媒体２の適切な位置に対して媒体２上の加工軌跡１６がトレースされるように往復方向に対して移動制御される。

次に図５（ａ）、（ｂ）を使用して、具体的なレーザ光の照射処理を説明する。
図５（ａ）の状態は、集光ヘッド４ａが加工開始位置である４ａ−１の位置にあり、集光ヘッド４ｂが加工終了位置である４ｂ−２の位置にあることを示す。この状態で、コーナーキューブ９ａはレーザ出射光５ａから退避させた位置にあり、レーザ出射光５ａはミラー８ａで反射し、集光ヘッド４ａに導かれ、集光ヘッド４ａ内のミラー１７ａを介して集光レンズ１８ａに入射し、媒体２の加工開始位置上に微少スポットを結ぶ。

その後、媒体２の搬送に同期して集光ヘッド４ａが加工開始位置である４ａ−１から加工終了位置である４ａ−２の位置まで媒体２を加工しながら移動すると同時に、集光ヘッド４ｂが加工終了位置である４ｂ−２から加工開始位置である４ｂ−１の位置まで移動する。したがって、この間前述のように、レーザ光が照射された媒体２上のスポット照射位置には順次レーザ加工が行なわれる。

次に、図５（ｂ）に示す様に、コーナーキューブ９ａを移動し、レーザ出射光５ａにコーナーキューブ９ａを挿入し、コーナーキューブ９ａによりレーザ出射光５ａを反射させると、レーザ光源５から出射したレーザ光は、コーナーキューブ９ａ、ミラー８ｂを介して集光ヘッド４ｂに導かれる。そして、集光ヘッド４ｂ内のミラー１７ｂ及び集光レンズ１８ｂを介して媒体２の加工開始位置上に微少スポットを結ぶ。

その後、媒体２の搬送に同期して集光ヘッド４ｂが加工開始位置である４ｂ−１から加工終了位置である４ｂ−２の位置まで、媒体２に加工を施しながら移動すると同時に、集光ヘッド４ａが加工終了位置である４ａ−２から加工開始位置である４ａ−１の位置まで移動する。

以下、２つの集光ヘッド４ａ、４ｂは相互に逆方向に往復運動を繰り返し、一方の集光ヘッドが媒体２に加工を行っている間、他方の集光ヘッドは加工開始位置まで復帰し、次の媒体２への加工処理の準備を行う。

このように光路切替手段９を用いて１つのレーザ光源５から出射された１本のレーザ出射光５ａを２つの集光ヘッド４ａ、４ｂに選択的に導く事が出来る。そのため２つの集光ヘッド４ａ、４ｂにそれぞれレーザ光源５を配置する構成に比べて装置を安価で小型に出来る。また、光路切替は１本のレーザ出射光５ａ中にコーナーキューブ９ａを退避、挿入させるだけで良いので光路切替時のコーナーキューブ９ａの移動距離はわずかで良いため光路切替時間を短時間に出来る。

また、２つの集光ヘッドを交互に切り替えて加工に使用することにより、集光ヘッドが１つの場合に比べて、１軸ステージ当たり集光ヘッドが移動する時間は約２倍だけ長くても良いことになる。つまり、１軸ステージの移動速度が不足するような媒体搬送速度に対しても、２つのヘッドを並列にして逆方向に移動させて加工を交互に繰り返すことにより、より高速な媒体搬送に対応したレーザ加工を行うことができる。

特に、レーザ光源の場合、加工線速度の大きさに対して必要な光パワーが大きくなる特性を持ち、本実施形態の構成をとることで、より加工線速度を遅くすることができ、低出力の光源を採用することも可能になる。

ここで、集光ヘッド４ａ、４ｂは、それぞれ１軸ステージ３ａ、３ｂの移動軸周りに角度θ２だけ回転した状態で矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能なように固定されており、図１のＢから視た時の状態は、前述の図４に示す状態である。ここで、それぞれの集光ヘッド４ａ、４ｂの光軸を、媒体面の法線方向に対して互いに逆方向にθ２だけ傾けておくと、集光ヘッド４ａ、４ｂの焦点距離ｆと開口径Ｄとで定義されるＮＡ（レンズ開口数）は、
ＮＡ＝ｓｉｎθ３＝Ｄ／２ｆ
で表され、この時のθ２とθ３の関係を、
θ３＜θ２
となるように設定することにより、媒体２の集光レンズとの反対側に位置する図示しない媒体載置台表面から反射されるビームのレーザ光源側への戻り反射光を無くすことができる。

同時に、並列に位置する１軸ステージ及び集光ヘッド同士の位置的な干渉も起こり難くい配置が実現できる。また、θ２だけ傾ける方向には制限はなく、任意に設定できる。ちなみに、交互に移動する２つの集光ヘッドがすれ違う瞬間に、加工中の集光ヘッドから出射した光の内、加工面付近で反射した光が非加工の復帰中の集光ヘッドに入射しレーザ光源側へ戻るが、その際には復帰中の集光ヘッドからレーザ光源への光路は光路切替手段９によって遮光されている為レーザ光源側に戻ることはない。

また、２つの集光ヘッドを媒体に対して上方又は下方の空間のどちらか一方にのみ配置した。その為他方の空間に媒体の搬送部材などを自由に配置できる。
また、前述したように、光路の切り替えを行う際にコーナーキューブ９ａを繰り返し移動するが、その際に機械的なガタなどにより、図６(ａ)に示すようにコーナーキューブ９ａがθだけ傾いた状態になる場合がある。コーナーキューブとは、９０度の直角を３つ合成した三角錐のプリズムで成るコーナーキューブプリズムや、表面が金属で形が正方形または直角二等辺三角形の反射板３枚をお互いが直角に向くようにつなぎ合わせたコーナーキューブリフレクタを指し、光を来た方向に正確に反射するという性質を持った光学素子である。通常の反射面が１面だけの反射ミラーでは、角度θだけミラー位置が回転すると、反射光線は入射光線に対して２θだけ傾く。しかし、本実施形態では、光路切替手段９としてコーナーキューブ９ａを採用するため、反射部材の位置が回転方向に変化しても反射光線が傾くことはない。従って、常に一定の角度で集光ヘッドへビームを向けることができ、光路途中の開口部などでけられることがないため、安定したパワーを維持することができる。

但し、コーナーキューブ９ａが、図６(ｂ)に示すように並進方向にｄだけずれた場合は、反射光線は２ｄだけ並進方向にずれるが、角度ずれが発生した場合のように光路長が長くなるにつれて部材に対するビーム位置の並進ずれ量が拡大することはないため、それほど問題とはならない。

尚、前述のレーザ光源５としては、加工する材料の特性に合わせて炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等を適宜選択することができる。また、光路中の透過光学素子材料も光源の波長に合わせて、合成石英やBK7等の、紫外から可視、近赤外域に対応する光学ガラスや赤外域用のGeやZnSe等を適宜選択することができる。さらに、反射素子としては、ガラス基板にアルミや金をコーティングしたミラーを波長域に応じて用いることができる。

また、１軸ステージとしては、ステッピングモータをベルトなどの伝達部材で直線運動に変換する方式のものや、磁石を直線状に配置して可動部コイルの電流制御を行うことによるボイスコイルモータなどの方式があり、必要な加速度や位置精度に応じて選択できる。

また、媒体２の搬送速度を、上流側にある印刷機の印字モードに従って低速や高速に不連続に切り替える場合は、媒体上の加工軌跡を常に搬送方向に垂直に保つための方法として、ミラー８ａ、８ｂと共に１軸ステージの駆動方向の角度θ１を変える方向に回転させるか、又は予め複数の角度に設定した１軸ステージを複数用意しておき、光路切り替え手段で選択するようにすればよい。この場合は、集光ヘッドの駆動速度は一定でよい。

これとは逆に、１軸ステージの角度を固定とする場合には、集光ヘッドの駆動速度を切り替えればよい。これらの場合には、媒体２の搬送速度を検出する図示しない駆動ローラなどに内蔵されるエンコーダから出力されるパルス信号をもとにして、１軸ステージの角度位置や集光ヘッドの駆動速度を制御すれば、媒体２に対する位置ずれのない加工軌跡を得ることができる。

また、媒体２への加工内容としては切断のみならず、光源をパルス駆動することによりミシン目状の加工を行ない、又は光源のパワーを中間的な値に設定することにより折り目用のハーフカット加工やマーキング加工などを行うこともできる。

さらに、集光ヘッド４ａ、４ｂ内のミラーと集光レンズを一体化した素子として、偏心放物面鏡を用いることにより、部品点数削減や小型化の効果が得られ、特に赤外領域の光源を用いる場合には透過素子内での吸収によるパワー損失を減らすことができる。

以上のように、上記第１実施形態によれば、２つの集光ヘッドを使用し、レーザ加工工程と復帰工程を交互に行い、紙やフイルム等のシート状媒体の搬送を停止することなく高速なレーザ加工処理を行うことができる。このことにより、集光ヘッドの移動速度を遅くしてレーザパワーを小さくすることも可能になる。また、前述のように、反射光がレーザ光源側に戻らないため光学面の損傷を防止できる。

また、光路切替手段９の角度ずれがあっても反射角度は一定に保たれるため、途中の光路でビームがけられたり、集光レンズへ傾いて入射することによる収差の増加などが発生せず、切断ビームスポットのパワー密度が低下することがないため、切断面の品質を向上できる。

さらに、２つの集光ヘッドの加工軌跡を同一直線上に位置付けられるため、ヘッドの復帰工程の時間を最小限に抑えられる。また、２つの集光ヘッドを媒体に対して同じ側の空間、つまり媒体２の表面側か裏面側に配置するので２つの集光ヘッドの配置が容易である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、２つの集光ヘッドを媒体２の表裏両側の空間に配置し、媒体２を挟むように対向して配置した例である。

図７は本実施形態のレーザ加工装置２０の概略図であり、図８は連続紙である媒体をレーザ加工装置２０内で搬送させる構成を示す概略図であり、図７に示すＤ方向からの矢視図である。また、図９は図７に示すレーザ加工装置２０をＣ方向から視た矢視図である。尚、本実施形態のレーザ加工装置２０に対して、前述の第１の実施形態と同様、インクジェットプリンタ等の上位装置から連続紙である媒体２が供給される。

レーザ加工装置２０は、レーザ光源２１、光路切替手段２２、１軸ステージ２３ａ、２３ｂで構成され、１軸ステージ２３ａ、２３ｂには集光ヘッド２４ａ、２４ｂが矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能に取り付けられている。尚、レーザ光源２１は、前述と同様ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等の平行光であるレーザ出射光２１ａを出射する光源であり、加工条件に応じた光出力で連続発光若しくはパルス発光する。

光路切替手段２２は媒体２の厚さ方向に離間されて配置された２枚のミラー２５ａ、２５ｂと、その２枚のミラー２５ａ、２５ｂを媒体２の搬送方向に移動可能に支持する１軸ステージから構成されている。ミラー２５ａ、２５ｂはレーザ光源１から出射したレーザ出射光２１ａに対して退避した位置と反射する位置に切り替えられる。

１軸ステージ２３ａに取り付けられた集光ヘッド２４ａは１軸ステージ２３ａに沿って矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能に構成され、集光ヘッド２４ｂも１軸ステージ２３ｂに沿って矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能に構成されている。この矢印６ａ方向は、前述と同様、集光ヘッド２４ａ、２４ｂが媒体２に加工を行う際の加工工程移動方向であり、矢印６ｂ方向は集光ヘッド２４ａ、２４ｂが加工開始位置に戻る際の復帰工程移動方向である。

また、媒体２の搬送は図８に示すように、矢印方向に回転する駆動ローラ対２６によって媒体２を矢印ａ方向に搬送し、更にガイド２７ａ−２７ｂ、２７ｃ（２７ｄ）−２７ｅに沿って媒体２を搬送し、テンションローラ対２８により不図示の後処理機に送る。

また、本例では、媒体２面を挟むように対向してレーザ光を照射する配置であるため、ガイド２７ａ−２７ｂ、２７ｃ−２７ｅ間に隙間を設け、媒体２を集光レンズの焦点方向に対してガイドし、駆動ローラ対２６で媒体２を押し出す方向に駆動し、テンションローラ対２８で媒体２に引っ張り力が発生しないように、媒体紙面内に対して圧縮方向に微小な力を与えるよう搬送制御する。その際、媒体２の弛みの大きさを検出する弛みセンサ２９の出力を図示しない制御部によりテンションローラ対２８にフィードバックし、回転制御を行う。このように構成することにより、媒体２の加工箇所における引っ張りに起因する破断を防止する。

レーザ光源２１から出射したレーザ出射光２１ａは、ミラー３０により光路切替手段２２に向かって反射され、光路切替手段２２の位置によって、集光ヘッド２４ａ又は２４ｂに導かれる。例えば、図９に示すミラー２５ａ、２５ｂ（光路切替手段２２）が図７の実線位置に存在する状態では、レーザ光源２１から出射したレーザ出射光２１ａはミラー３０で反射され、ミラー２５ａで反射し、更にミラー２５ｂで反射した光が集光ヘッド２４ａに入射する。この場合、図９の実線で示す光路となり、集光ヘッド２４ａが加工工程の移動方向６ａに沿って移動し、媒体２に対して加工が施され、その間集光ヘッド２４ｂは復帰工程である移動方向６ｂに沿って移動し、次の加工開始位置に戻る。

一方、ミラー２５ａ、２５ｂ（光路切替手段２２）が図７の２点鎖線の位置に移動した状態では、ミラー３０で反射したレーザ出射光２１ａは集光ヘッド２４ｂに直接入射し、図９に示す２点鎖線の光路となる。この間、集光ヘッド２４ｂが加工工程の移動方向６ａに沿って移動し、媒体２に対して加工を行い、集光ヘッド２４ａは復帰工程の移動方向６ｂに沿って移動し、次の加工開始位置に戻る。

このようにミラー２５ａ、２５ｂ（光路切替手段２２）の位置を交互に切り換えることにより、２つの集光ヘッド２４ａ、２４ｂへの光路をそれぞれ切り替え、高速移動する媒体２に対して媒体２を停止させることなく、レーザ加工を施すことができる。

以上のように、上記第２実施形態によれば、媒体２の両側つまり媒体２に対して上方及び下方の空間に集光ヘッド２４ａ、２４ｂを配置したので、１軸ステージ２３ａ、２３ｂの幅が大きくても、並列することによる干渉の問題がなく、互いに集光光軸を傾斜させて同一の場所に集光させる配置をとらなくても集光レンズの口径を大きくすることが可能となり、集光力を上げて微小なスポットを形成できるためパワー密度が高まり、より高速な紙搬送に対応することが可能となる。

また、１軸ステージ形状の自由度が増すのでレイアウトし易くなる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、集光ヘッドをそれぞれ１軸ステージに配設し、３つの１軸ステージを媒体２の同じ面側に並列に配置したレーザ加工装置を説明するものである。

図１０は本実施形態のレーザ加工装置の概略図であり、図１１は図１０に示すＥ方向から視た集光レンズと媒体付近の矢視図である。尚、本実施形態のレーザ加工装置に対しても、前述の第１、第２の実施形態と同様、インクジェットプリンタ等の上位装置から連続紙である媒体２が供給される。

本例のレーザ加工装置は、レーザ光源３１、光路切替手段３２、１軸ステージ３３ａ、３３ｂ、３３ｃで構成され、１軸ステージ３３ａ、３３ｂ、３３ｃには集光ヘッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃが矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能に取り付けられている。尚、レーザ光源３１は、前述と同様ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等の平行光であるレーザ出射光３１ａを出射する光源であり、加工条件に応じた光出力で連続発光若しくはパルス発光される。

光路切替手段３２は直線状に配置した３枚のミラー３２ａ、３２ｂ、３２ｃで構成され、ミラー３２ａ、３２ｂはレーザ光源３１からの光路中に挿抜可能にそれぞれ１軸ステージに配置されている。一方、ミラー３２ｃの配設位置は固定されている。

ミラー３２ａ、３２ｂ、３２ｃで反射された光は、それぞれ集光ヘッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃに入射する。すなわち、レーザ光源３１からのレーザ出射光３１ａの光路中にミラー３２ａ及び３２ｂを挿抜することによって、レーザ光源３１からの光を集光ヘッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃに選択的に入射させることができる。この際の媒体２上の集光スポットの位置は図１１に示すように並列に配置し、集光ヘッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃ内の集光レンズ３７ａ、３７ｂ、３７ｃを介してレーザ光が光路切替手段３２により順次選択されて照射される。

光路の切り替え動作は、第１、第２実施形態と同様、媒体２の搬送タイミングに同期させて制御しても良い。また、媒体２の種類によって異なるスポット径を３つの集光ヘッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃごとに設定して選択するようにしても良い。

又、1本の加工軌跡を時系列に３つのスポットで分担して繋げていき、それぞれ加工幅などの条件の異なる加工を1本の加工軌跡内に分割して行っても良い。この場合搬送方向に垂直な方向に厚みや材料特性が異なる構造を持つ媒体に対してもそれぞれ最適な加工を行うことが可能となる。

一方、ミラー３２ａ、３２ｂ、３２ｃの反射角度をそれぞれ変えて１軸ステージ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの搬送方向に対する相対的な配置角度を変え、各１軸ステージを選択できるように構成しても良い。

また、３つの集光ヘッド３４ｂ、３４ｃの光軸を傾けることにより、集光ヘッド３４ａにより媒体２上に集光されるスポットが移動した時の軌跡に、集光ヘッド３４ｂ、３４ｃにより媒体２上に集光されるスポットが移動した時の軌跡を一致させるようにし、３つの集光ヘッドを交互に切り替えて加工しても良い。この場合、加工する際に発生する粉塵や煙等を不図示の負圧ポンプを使用してフィルタに導く吸引ノズル１４の個数は１つで済む。さらに、３つの集光ヘッドの内、スポット径や焦点深度が同一の２つの集光ヘッドを逆方向に移動させて加工を交互に繰り返すことにより、第１の実施形態で示したように高速な媒体搬送に対応したレーザ加工を行い、異なるスポット径や焦点深度に設定された残りの１つの集光ヘッドを用いて前述の２つの集光ヘッドで行う加工とは性質の異なる加工を行うことが可能である。

以上のように、第３実施形態によれば、媒体２の厚さや材料に応じて、異なるスポット径や焦点深度の集光ヘッドを選択的に用い、又は１軸ステージの配置角度を選択することができるため、媒体種類や加工方向などの加工適用範囲を広げることができる。

また、３つの集光スポットが移動する軌跡を一致させるようにすれば、３つの集光ヘッドを交互に切り替えて加工に使用することにより、集光ヘッドが１つの場合に比べて、１軸ステージ当たり集光ヘッドが移動する時間は約３倍だけ長くても良いことになる。

尚、上記実施形態では、３つの集光ヘッド構成について説明したが、４つ以上の集光ヘッドを配置する構成としてもよい。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。

第４実施形態は、光路切替手段として、軸中心に回転する回転部材に透過部と反射部を設けた回転板を使用するレーザ加工装置を説明するものである。
図１２は本実施形態のレーザ加工装置の概略図であり、図１３は本例のレーザ加工装置に使用する光路切替手段の構成を示す図である。

本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ光源４１、光路切替手段４２、１軸ステージ４３ａ、４３ｂで構成され、１軸ステージ４３ａ、４３ｂには不図示の集光ヘッドがそれぞれ移動可能に取り付けられている。尚、１軸ステージ４３ａ、４３ｂに配設された集光ヘッドは、前述の第１実施形態と同様、前述の矢印６ａ、６ｂ方向に移動可能であり、媒体２にレーザ加工を施す際矢印６ａ方向に移動し、復帰工程では矢印６ｂ方向に移動する。

光路切替手段４２は、図１３に示すように回転板で構成され、軸４２ａを中心に回転可能に構成され、回転板には反射部４２ｂと透過部４２ｃが交互に設けられている。例えば、反射部４２ｂには誘電体多層膜や、アルミ、金等の金属膜を回転板にコーティングして構成されている。また、基板材料として、例えばガラスや金属等が使用可能である。

また、透過部４２ｃは、例えば回転板の対応する部分をくり抜いた空間で構成され、光量損失が無い構成である。また、光路切替手段４２の回転にエンコーダ付きのモータを使用し、媒体搬送系や１軸ステージの制御系と同期させることによって、光路切え替えタイミングを安定に制御する。

例えば、１軸ステージ４３ａの集光ヘッドにより加工工程においては、光路切替手段４２を回転させ、レーザ出射光４１ａの光路上に透過部４２ｃを位置させ、レーザ出射光４１ａをミラー４５ａを介して１軸ステージ４３ａ側の集光ヘッドに導き、媒体２に対するレーザ加工を行う。一方、１軸ステージ４３ｂの集光ヘッドにより加工工程においては、光路切替手段４２を回転させ、レーザ出射光４１ａの光路上に反射部４２ｂを位置させ、ミラー４５ｂを介して１軸ステージ４３ｂ側の集光ヘッドに導き、媒体２に対するレーザ加工処理を行う。

以上のように、第４実施形態によれば、光路切替手段４２として回転体を用いることにより、反射面の角度や位置の精度を高くすることができ、光路途中の開口によるけられになどによるパワー損失が発生しない。また、光路切り替えタイミングを安定に制御することができる。

以上、本発明の実施形態についてそれぞれ説明したが、本発明は前述した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内で種々の改良、変更が可能である。例えば、前述した本発明の各実施形態に示された全体構成から幾つかの構成要素を削除してもよいし、更には各実施形態の異なる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

また、光路切替手段として直線状に移動する反射面を有する光学部材を直線状に移動させたが、反射面を傾けて光路を切り換えても良い。
また、レーザ光源からの光を光ファイバの一端に入射させ、光ファイバの他端を移動させることにより光路を切り換えても良い。

また、レーザ光源からの光を、結晶への印加電圧により偏光方向を回転可能な、ポッケルスセルやカーセルなどの偏光回転素子へ入射させた後に、偏光ビームスプリッターへ入射させることにより、透過光と反射光とを選択的に切り換えても良い。この場合、ポッケルスセルやカーセルなどの替わりに、１／２波長板を挿入・退避させて偏光方向を回転させても良い。

また、ヘッドから媒体にビームを照射する際に集光レンズを用いてビームを集光させたが、集光レンズを用いないで例えば平行ビームを照射しても良い。
また、媒体の切断加工だけでなく、マーキングやアニール処理、焼き入れ等の他の媒体加工に用いる事も出来る。

また、光源からヘッドまでの光路の構成は光源の配置等に合わせて種々の構成とする事が出来る。

第１実施形態のレーザ加工装置の概略図である。 図１示すＤ方向からの矢視図である。 図１のＡ方向からの集光ヘッドの矢視図である。 図１のＢ方向からの矢視図であり、集光レンズによって媒体上に集光されるレーザ光の様子を示す図である。 （ａ）は、光路切替手段が上方に移動し、一方の１軸ステージに配設された集光ヘッドによるレーザ加工の開始状態を示す図であり、（ｂ）は、光路切替手段が下方に移動し、他方の１軸ステージに配設された集光ヘッドによるレーザ加工の開始状態を示す図である。 （ａ）は、コーナーキューブのθ方向調整を示し、（ｂ）は、コーナーキューブのｄ方向調整を示す図である。 第２実施形態のレーザ加工装置の概略図である。 図７示すＤ方向からの矢視図である。 図７示すＣ方向からの矢視図である。 第３実施形態のレーザ加工装置の概略図である。 図１０示すＥ方向からの矢視図である。 第４実施形態のレーザ加工装置の概略図である。 第４実施形態のレーザ加工装置において使用される光路切替手段の構成を説明する図である。

符号の説明

１・・・レーザ加工装置
２・・・媒体
３ａ、３ｂ・・１軸ステージ
４ａ、４ｂ・・集光ヘッド
５・・レーザ光源
５ａ・・レーザ出射光
６ａ、６ｂ・・矢印
７・・上位装置
８ａ、８ｂ・・ミラー
９・・・光路切替手段
９ａ・・コーナーキューブ
１０・・媒体搬送機構
１１・・駆動ローラ対
１２ａ−１２ｂ、１２ｃ−１２ｄ・・ガイド
１３・・テンションローラ対
１４・・吸引ノズル
１７ａ、１７ｂ・・ミラー
１８ａ、１８ｂ・・集光レンズ
２０・・レーザ加工装置
２１・・レーザ光源
２１ａ・・レーザ出射光
２３ａ、２３ｂ・・１軸ステージ
２４ａ、２４ｂ・・集光ヘッド
２５ａ、２５ｂ・・ミラー
２６・・駆動ローラ対
２７ａ−２７ｂ、２７ｃ−２７ｅ・・ガイド
２８・・テンションローラ対
２９・・弛みセンサ
３０・・ミラー
３０・・レーザ加工装置
３１ａ・・レーザ出射光
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ・・１軸ステージ
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・集光ヘッド
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・ミラー
４１・・レーザ光源
４２・・光路切替手段
４３ａ、４３ｂ・・１軸ステージ
４２ａ・・軸
４２ｂ・・反射部
４２ｃ・・透過部
４５ａ、４５ｂ・・ミラー

Claims (10)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からの光を媒体上に照射する複数のヘッドと、
   前記レーザ光源から前記複数のヘッドに光を伝送する伝送光学系と、
   前記媒体の媒体搬送機構と、
   前記複数のヘッドを前記媒体に対して移動させる移動機構と、を有し、
   前記伝送光学系は前記レーザ光源から前記複数のヘッドへ選択的に光を導く光路切り替え部を有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記移動機構は、前記複数のヘッドを前記媒体の搬送方向に対して斜めに移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記複数のヘッドは、前記媒体に対して上方又は下方の空間のどちらか一方に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
4. 前記複数のヘッドはそれぞれ前記光を前記媒体上に集光するレンズを有し、前記複数のヘッドのそれぞれの前記レンズの光軸が他の前記複数のヘッドの前記レンズの集光視野角に入らないように傾けて配置されることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
5. 前記複数のヘッドは、前記媒体に対して上方及び下方の空間に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
6. 前記光路切り替え部は少なくとも前記レーザ光源からの光を反射する反射面を有する光学素子を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
7. 前記光路切り替え部は前記光学素子の移動機構を有すことを特徴とする請求項６記載のレーザ加工装置。
8. 前記光学素子はコーナーキューブであることを特徴とする請求項６記載のレーザ加工装置。
9. 前記光学素子は同一平面上に反射面と、透過面を有することを特徴とする請求項６記載のレーザ加工装置。
10. 前記複数のヘッドにより前記媒体に照射された光は同一直線上に位置することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。