JP2009285674A - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の走査範囲が制限されることなく、簡単な構成で収束レンズユニットへの塵埃の付着を防止できるとともに、マーキング領域に発生、浮遊する塵埃も除去することができるレーザマーキング装置を提供する。
【解決手段】筐体１１の底面１２に設けた窓１３に収束レンズユニットを取付け、その窓１３を挟んで、窓１３を横切る空気流を発生するイオナイザ１４と、イオナイザ１４からの窓１３を横切った空気流の方向を前記加工対象物のマーキング領域に向かって反射させる反射壁１６と相対向するように設ける。反射壁１６は、窓１３を横切った空気流を受ける反射面１６ａが、加工対象物Ｗに向かって拡開する傾斜面になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザマーキング装置に関する。

レーザ加工機において、レーザ発振器から出射したレーザ光を加工対象物の集光する収束レンズ（対物レンズ）に塵埃が付着すると、レーザ加工品質の低下を招来する。また、レーザ加工によって発生し浮遊する塵埃がレンズに焼き付いたり、表面コートを損傷させたりし、最悪の場合レンズ割れを起こす虞があった。そのため、レーザ穴開け装置、レーザ切断装置等の一点照射のレーザ加工機においては、収束レンズ（対物レンズ）のレーザ光出射側にエアー（空気）を吹き付けて、収束レンズ（対物レンズ）のレーザ光出射側に塵埃の付着を防止したもの、加工対象物のマーキング領域に向かってエアーを当ててレーザ熱加工によって発生する塵埃が収束レンズに付着しないように吹き払うようにしたものが種々提案されている（特許文献１，２）。

マーキング領域にエアーを吹き付けるものは、一般に、エアーを加工対象物に案内するために、収束レンズを囲むようにして加工物対象物に向かって延びる円筒形状のフードを取り付けていた。特に、塵埃をより効率よく吹き払うためにフードを先細りさせたものがある。
特開平０７−１５５９７７号公報 特開２００５−９５９７１号公報

ところで、レーザ穴開け装置、レーザ切断装置等の一点照射のレーザ加工機に対して、レーザ光を２次元的に走査してマーキングを行うレーザマーキング装置は、前記フードを取り付けることができない。

つまり、フード構造は、収束レンズ出射側において収束レンズを覆うためにある程度長い筒状のものとなるので、収束レンズ出射側が開放されていないフードによってレーザ光が遮られてマーキング領域が２次元的に制限されたり、マーキング可能なＺ軸方向における装置側への距離に制限がかかってしまう問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、レーザ光の走査範囲が制限されることなく、簡単な構成で収束レンズユニットへの塵埃の付着を防止できるとともに、マーキング領域に発生、浮遊する塵埃も除去することができるレーザマーキング装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、筺体内に、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光の方向を２次元的に変更する光走査手段と、前記光走査手段からのレーザ光を、収束し出射する収束レンズユニットとを備え、前記収束レンズユニットから出射するレーザ光を、前記筺体に設けた窓から加工対象物のマーキング領域に照射してマーキングするようにしたレーザマーキング装置であって、前記筺体のレーザ光の出射側において、前記筺体に設けた窓を挟んで、前記窓の少なくとも前記光走査手段で光走査された前記レーザ光が通過する領域全体に、前記窓を横切る空気流を発生する空気流発生手段と、前記空気流発生手段からの前記窓を横切った空気流を受ける傾斜面を有し、この傾斜面により前記窓を横切った空気流の方向を前記加工対象物のマーキング領域に向かって反射させる反射壁とを設けた。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザマーキング装置において、前記空気流発生手段は、イオン化された空気流を発生するイオン発生手段である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザマーキング装置において、
前記反射壁は、前記空気流発生手段からの空気流を受ける範囲において、前記窓の周囲を囲むように形成した。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、前記反射壁の傾斜面は、その断面が凹面形状をなした。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、前記空気流発生手段は、少なくとも前記マーキング領域に前記レーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作中に前記空気流を発生する。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、前記空気流発生手段は、少なくとも前記マーキング領域に前記レーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作の手前のタイミングから、前記空気流を発生する。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、前記空気流発生手段は、少なくとも前記マーキング領域に前記レーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作の終了後、一定期間、前記空気流を発生する。

請求項１に記載の発明によれば、簡単な構成にて収束レンズユニットへの塵埃の付着を防止できるとともに、マーキング領域に発生、浮遊する塵埃も除去することができるので、印字品質をより向上させることができる。また、傾斜面にすることにより、２次元走査されるレーザ光は反射壁で遮られない走査範囲が広くなることから、その分、反射壁の高さを高くでき、空気流をより多く加工対象物のマーキング領域に導くことができる。

請求項２に記載の発明によれば、収束レンズユニットの清浄効果をより向上させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、空気流発生手段からの空気流を、より多く加工対象物のマーキング領域に導くことができる。

請求項４に記載の発明によれば、空気流発生手段からの空気流を、無駄なく効率よく加工対象物のマーキング領域に導くことができる。
請求項５に記載の発明によれば、必要な期間のみ空気流発生手段による収束レンズの塵埃除去動作を行うことで、電力の無駄を省くことができる。しかも、マーキング動作中にレーザマーキング装置の窓とマーキング領域の間に、浮遊する塵埃を除去でき空中に浮遊している塵埃の収束レンズユニットへの付着を防止する。

請求項６に記載の発明によれば、マーキング動作前に事前に、浮遊する塵埃や収束レンズユニットへの付着している塵埃の払拭できる。
請求項７に記載の発明によれば、レーザマーキング加工が終了しても、未だレーザマーキング加工により発生して浮遊している塵埃を除去でき、加工により発生した塵埃の収束レンズユニットへの塵埃の付着を防止し、次回のマーキング加工に備えることができる。

以下、本発明を具体化したレーザマーキング装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、レーザマーキング装置１０は、略直方体形状の筐体１１を有し、筺体１１は基端側を本体部１１ａとし、本体部１１ａから先端側に延出した部分をヘッド部１１ｂとしている。

筐体１１のヘッド部１１ｂの下方には、搬送ベルトＢが配置されている。搬送ベルトＢは、筐体１１の長手方向（Ｘ方向）に直交して交差する方向（Ｙ方向）に敷設されている。そして、搬送ベルトＢの搬送面Ｂｓと筐体１１の底面１２（図２参照）とが、平行となるように設定されている。

搬送ベルトＢは、加工対象物Ｗを載置しＹ方向に搬送する。そして、搬送ベルトＢに載置された加工対象物Ｗが、筐体１１のヘッド部１１ｂの直下に搬送された時、筐体１１の底面１２に設けた窓１３（収束レンズユニット２４）から出射するＸ方向及びＹ方向に２次元的に走査されたレーザ光が加工対象物Ｗの加工面Ｗｓのマーキング領域Ｚに照射される。これによって、加工対象物Ｗの加工面Ｗｓに、多種多様な文字、記号、図形等がマーキングされる。

図２に示すように、筐体１１の底面１２であって、底面１２に形成した窓１３（収束レンズユニット２４）の基端側には、空気流発生手段（イオン発生手段）としてのイオナイザ１４が固設されている。イオナイザ１４は、静電除去器であって、先端側の側面に設けた噴出口１４ａからイオン化された空気を噴出させるようになっている。イオナイザ１４の噴出口１４ａから噴出されたイオン化された空気は空気流となって、図２に矢印で示すように、窓１３を横切って、窓１３に付着しようとする塵埃を吹き払うようにしている。

ここで、空気流は、窓１３全体を横切るようにしてもよいが、窓１３の少なくとも窓１３から出射する後記する走査部２３にて光走査されたレーザ光が通過する領域全体を横切るようにすればよい。

筐体１１の底面１２であって、窓１３を挟んでイオナイザ１４と相対向する位置には、反射部材としての反射壁１６が固着されている。反射壁１６は、窓１３の先端側の半周を囲むようの、半環状に形成されている。反射壁１６は、断面が直角三角形状をなし、窓１３側の面（反射面１６ａ）が下方に向かってスカート状に拡開する傾斜面となっている。

従って、イオナイザ１４の噴出口１４ａから噴出され窓１３（収束レンズユニット２４）を横切って流れる空気流は、反射壁１６の反射面１６ａに当たり、その反射面１６ａに当たった空気流は反射して、図２及び図３に矢印で示すように、下方の加工対象物Ｗの加工面Ｗｓのマーキング領域Ｚに向かって吹き付けられる。

その結果、加工対象物Ｗの加工面Ｗｓにおいてレーザ加工中に発生、浮遊する塵埃を、吹き払うようになっている。
また、反射壁１６の高さは、窓１３から出射する後記する走査部２３にて光走査されたレーザ光が、同反射壁１６にて遮られない高さに形成されている。

図４は、筐体１１にケーシングされたレーザマーキング装置１０の概略構成図を示す。図４において、レーザ光源としてのレーザ発振器２１は、励起光を出射する半導体レーザを備え、半導体レーザから出射された励起光を入射し該励起光に基づいて共振してレーザ光を出射する。

レーザ発振器２１から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ２２に出射される。ビームエキスパンダ２２は、レーザ光を入射する入射レンズ２２ａと、入射レンズ２２ａを通過したレーザ光を走査部２３に出射する出射レンズ２２ｂを備えている。ビームエキスパンダ２２は、入射レンズ２２ａと出射レンズ２２ｂとの相対距離を変化させることができるようになっている。

ビームエキスパンダ２２は、入射レンズ２２ａと出射レンズ２２ｂとの相対距離を変化させることで、光走査手段としての走査部２３及び収束レンズユニット２４を介して加工対象物Ｗへ集光されるレーザ光の焦点位置を、光軸方向に移動させるようになっている。

ビームエキスパンダ２２を通過したレーザ光は走査部２３に出射される。走査部２３は、Ｘ軸ガルバノミラー２３ａ及びＹ軸ガルバノミラー２３ｂを備えている。
Ｘ軸ガルバノミラー２３ａは、回動して、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光を、加工対象物Ｗに対して、搬送方向（Ｙ方向）と直交するＸ方向に走査させるミラーである。Ｘ軸ガルバノミラー２３ａは、図示しないＸ軸ガルバノモータの回転軸に固着され、Ｘ軸ガルバノモータの駆動により回動されて、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光を、加工面Ｗｓのマーキング領域Ｚに対してＸ方向に走査させる。

Ｙ軸ガルバノミラー２３ｂは、回動して、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光を、加工対象物Ｗに対して、搬送方向（Ｙ方向）に走査させるミラーである。Ｙ軸ガルバノミラー２３ｂは、図示しないＹ軸ガルバノモータの回転軸に固着され、Ｙ軸ガルバノモータの駆動により回動されて、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光を、加工面Ｗｓのマーキング領域Ｚに対してＹ方向に走査させる。

従って、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光は、Ｘ軸ガルバノミラー２３ａ及びＹ軸ガルバノミラー２３ｂにより、加工対象物Ｗの加工面Ｗｓのマーキング領域Ｚに対して、Ｘ方向及びＹ方向に走査される。

走査部２３のＸ軸ガルバノミラー２３ａ及びＹ軸ガルバノミラー２３ｂにてＸ及びＹ方向に走査されたレーザ光は、収束レンズユニット２４を介して集光されて加工対象物Ｗの加工面Ｗｓに照射される。収束レンズユニット２４は、走査部２３からのレーザ光を入射し加工対象物Ｗの加工面Ｗｓに集光する収束レンズ２５と、該収束レンズ２５の出射側に配置固定された保護ガラス２６とともに円筒状のレンズホルダ２７に収容固着して構成されている。そして、収束レンズユニット２４は、前記筐体１１の底面１２に形成した窓１３に取着されている。

従って、底面１２に形成した窓１３から、収束レンズ２５を保護する保護ガラス２６は露出する。従って、保護ガラス２６の外表面は、イオナイザ１４から噴出された空気流にて付着しようとする塵埃が吹き払われるようになっている。

制御装置２９は、中央処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置（ＲＯＭ及びＲＡＭ）を備え、記憶装置に記憶した制御プログラム及びアプリケーションプログラムに従って、レーザ発振器２１及びイオナイザ１４をそれぞれ駆動制御する。

制御装置２９は、図示しない入力装置から入力した電源スイッチに基づいて立ち上がると、起動信号をイオナイザ１４に出力する。イオナイザ１４はこの起動信号に応答して駆動して、イオン化した空気を生成し噴出口１４ａから噴出させる。従って、レーザ発振器２１を発振させて、マーキング動作を行う前に、収束レンズユニット２４の保護ガラス２６の外表面の清掃が行われ、事前に、保護ガラス２６の外表面に付着した塵埃が払拭される。

制御装置２９は、イオナイザ１４を駆動したのを確認した後の一定時間後に、レーザ発振器２１に起動信号を出力するようになっている。レーザ発振器２１は、起動信号を応答してマーキングのためのレーザ光を出射する。そして、制御装置２９は、マーキング処理が終了してレーザ発振器２１を駆動停止させると同時に、イオナイザ１４に起動停止信号を出力する。

従って、イオナイザ１４は、必要な期間のみ窓１３（収束レンズユニット２４）及び加工対象物Ｗのマーキング領域Ｚに発生する塵埃除去動作を行うことになり、消費電力の無駄を省くことができる。

次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、筐体１１の底面１２に設けた窓１３に収束レンズユニット２４を取付け、その窓１３を挟んで、窓１３を横切る空気流を発生するイオナイザ１４と、イオナイザ１４からの窓１３を横切った空気流の方向を前記加工対象物のマーキング領域に向かって反射させる反射壁１６と相対向するように設けた。そして、反射壁１６の反射面１６ａを、加工対象物Ｗに向かって拡開する傾斜面にした。

従って、簡単な構成の反射壁１６で、収束レンズユニット２４への塵埃の付着を防止できるとともに、マーキング領域Ｚに発生、浮遊する塵埃も除去することができ、印字品質をより向上することができる。また、反射面１６ａを傾斜面にしたことにより、２次元走査されるレーザ光は反射壁１６で遮られない走査範囲が広くなることから、その分、反射壁１６の高さを高くでき、空気流をより多く加工対象物Ｗのマーキング領域に導くことができる。

（２）上記実施形態によれば、イオナイザ１４にて、イオン化された空気流を発生させるようにしたため、窓１３（収束レンズユニット２４の保護ガラス２６）の清浄効果をより向上させることができる。

（３）上記実施形態によれば、反射壁１６は、窓１３（収束レンズユニット２４の保護ガラス２６）の周囲を囲むように円弧状に形成した。
従って、イオナイザ１４からの空気流を、より多く加工対象物Ｗのマーキング領域Ｚに導くことができる。

（４）上記実施形態によれば、イオナイザ１４を、マーキング領域Ｚにレーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作する前の所定タイミングから、マーキング動作中にかけて駆動させて空気流を流すようにした。従って、イオナイザ１４の駆動によって生じる消費電力の無駄を省くことができる。しかも、マーキング動作前に事前に、浮遊する塵埃を除去したり、収束レンズユニットへの付着している塵埃の払拭できるので、マーキング動作初期から印字品質の高い印字ができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、反射壁１６の反射面１６ａは半円弧状の傾斜面であったが、図５に示すように、反射面１６ａに下方に向かってカイド溝１６ｂを形成して実施してもよい。これよって、空気流を、無駄なく効率よく集合させ流速を速めてより効率よく加工対象物Ｗのマーキング領域Ｚに導くことができる。

・上記実施形態では、反射壁１６を、窓１３を半周囲んだ環状形状にした。これを、図６に示すように、単にＹ方向に直線的に延出形成された断面直角三角形状の反射壁３０で実施してもよい。

・上記実施形態では、反射壁１６の傾斜面（反射面１６ａ）をスカート状に拡開した直線状の傾斜面であったが、これを図７に示すように、内側に湾曲した凹面形状にして、空気流を、無駄なく効率よく集合させ流速を速めてより効率よく加工対象物Ｗのマーキング領域Ｚに導くことができるようにして実施してもよい。

・上記実施形態では、反射壁１６を筐体１１に先端側に配置したが、これに限定されるものではなく、要は、窓１３を挟んで、反射壁１６とイオナイザ１４とが対向配置されていればよく、その配置位置は特に限定されない。

・上記実施形態では、空気流発生手段はイオン化された空気流を発生するイオナイザ１４を用いたが、これに限定されるものではなく、イオン化されていない空気流を発生する送風器であってもよい。

・上記実施形態では、空気流発生手段（イオン発生手段）としてのイオナイザ１４を、マーキング領域Ｚにレーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作する前の所定タイミングから、マーキング動作中にかけて空気流を流すようにしたが、制御装置２９に電源が投入されてから電源が遮断されるまでの間、イオナイザ１４を駆動し続けて、空気流を終止流し続けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、制御装置２９は、マーキング処理が終了してレーザ発振器２１を駆動停止させると同時に、イオナイザ１４に起動停止信号を出力してイオナイザ１４を駆動停止させた。これを、マーキング処理が終了してレーザ発振器２１を駆動停止させた後、一定時間経過後にイオナイザ１４を駆動停止させるようにしてもよい。これにより、レーザ加工が終了しても、未だレーザ加工により発生して浮遊している塵埃を完全に除去でき収束レンズユニット２４への塵埃の付着を防止することができる。

なお、イオナイザ１４の起動は、マーキング動作する前の所定タイミングから起動たり、マーキング動作開始と同時に起動させてもよい。
また、イオナイザ１４の起動を、マーキング動作中だけ起動させるようにしてもよい。この場合、マーキング動作中は、浮遊する塵埃を払拭でき収束レンズユニットへの付着を確実に防止でき、しかも、より電力の無駄を省くことができる。

レーザマーキング装置を上方から見た斜視図。 レーザマーキング装置を下方から見た斜視図。 レーザマーキング装置の側面図。 レーザマーキング装置の概略構成図。 レーザマーキング装置の別例を説明する要部斜視図。 レーザマーキング装置の別例を説明する要部斜視図。 レーザマーキング装置の別例を説明する要部斜視図。

符号の説明

１０…レーザマーキング装置、１１…筐体、１１ａ…本体部、１１ｂ…ヘッド部、１２…底面、１３…窓、１４…イオナイザ、１４ａ…噴出口、１６，３０…反射壁、１６ａ…反射面、１６ｂ…ガイド溝、２１…レーザ発振器、２２…ビームエキスパンダ、２２ａ…入射レンズ、２２ｂ…出射レンズ、２３…走査部、２３ａ…Ｘ軸ガルバノミラー、２３ｂ…Ｙ軸ガルバノミラー、２４…収束レンズユニット、２５…収束レンズ、２６…保護ガラス、２７…レンズ筒、２９…制御装置、Ｂ…搬送ベルト、Ｗ…加工対象物、Ｗｓ…加工面、Ｚ…マーキング領域。

Claims (7)

1. 筺体内に、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光の方向を２次元的に変更する光走査手段と、
   前記光走査手段からのレーザ光を、収束し出射する収束レンズユニットと、
   を備え、前記収束レンズユニットから出射するレーザ光を、前記筺体に設けた窓から加工対象物のマーキング領域に照射してマーキングするようにしたレーザマーキング装置であって、
   前記筺体のレーザ光の出射側において、
   前記筺体に設けた窓を挟んで、前記窓の少なくとも前記光走査手段で光走査された前記レーザ光が通過する領域全体に、
   前記窓を横切る空気流を発生する空気流発生手段と、
   前記空気流発生手段からの前記窓を横切った空気流を受ける傾斜面を有し、この傾斜面により前記窓を横切った空気流の方向を前記加工対象物のマーキング領域に向かって反射させる反射壁と
   を設けたことを特徴とするレーザマーキング装置。
2. 請求項１に記載のレーザマーキング装置において、
   前記空気流発生手段は、イオン化された空気流を発生するイオン発生手段であることを特徴とするレーザマーキング装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザマーキング装置において、
   前記反射壁は、前記空気流発生手段からの空気流を受ける範囲において、前記窓の周囲を囲むように形成したことを特徴とするレーザマーキング装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、
   前記反射壁の傾斜面は、その断面が凹面形状をなしたことを特徴とするレーザマーキング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、
   前記空気流発生手段は、少なくとも前記マーキング領域に前記レーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作中に前記空気流を発生することを特徴とするレーザマーキング装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、
   前記空気流発生手段は、少なくとも前記マーキング領域に前記レーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作の手前のタイミングから、前記空気流を発生することを特徴とするレーザマーキング装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザマーキング装置において、
   前記空気流発生手段は、少なくとも前記マーキング領域に前記レーザ光を照射してマーキングを行うマーキング動作の終了後、一定期間、前記空気流を発生することを特徴とするレーザマーキング装置。

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