JP2012222242A - レーザ加工装置及びレーザ加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ発振器とビームエキスパンダとの間の面倒な位置調整を伴わずに、レーザ発振器の部品交換を行うことができるレーザ加工装置を提供することができるレーザ加工装置及びレーザ加工システムを提供する。
【解決手段】レーザ光源ユニット２４は、レーザ発振器２６の光出射口側の端面に、ビームエキスパンダ２７が位置調整された状態で一体に組み付けられることにより構成されている。ガルバノスキャナ３６を収容するケーシング３３には、ビームエキスパンダ２７と相対する箇所に開口３３ａが設けられている。レーザ光源ユニット２４とスキャナユニット２５は、ビームエキスパンダ２７が開口３３ａを介してケーシング３３内に挿入された状態で、パッキン５０を介して接合される。つまり、レーザ光源ユニット２４はスキャナユニット２５に対してビームエキスパンダ２７をケーシングに挿入可能な状態で着脱可能に構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ光を照射して加工対象物に加工を施すレーザ加工装置及びレーザ加工システムに関する。

この種のレーザ加工システムとして、例えば特許文献１には、加工対象物にレーザ光を照射して文字や記号等の印字を施すレーザマーキング装置が開示されている。通常、レーザ加工装置は、コントローラと、コントローラからの信号により制御されるヘドユニット（レーザ加工装置）とを備え、ヘッドユニットが加工対象物に対してレーザ光を照射することにより加工を施す。

特許文献１に記載のレーザ加工システムでは、部品交換をユニット単位で簡単に行うことができる構成となっていた。すなわち、発振器用電源とレーザ発振器とを備えるレーザ光源が共通の筐体内に収容されてレーザ出射ユニットとして構成されている。また、レーザ出射ユニットからのレーザ光の方向を変更して加工対象物へのレーザ光の照射位置を走査させるガルバノスキャナが筐体内に収容されて走査ユニットとして構成されている。これらのユニットは同種又は異種のものと相互に交換可能となっている。

また、通常、レーザ加工装置には、レーザ発振器とガルバノスキャナとの間にビームエキスパンダが設けられ、レーザ発振器から出射されたレーザ光はビームエキスパンダによりビーム径が拡大された後にガルバノスキャナへ出射される（例えば特許文献２）。

特開２００４−３５１５１６号公報（例えば段落［００２６］〜［００２７］［００２９］［００３０］） 特開２００６−２３９７０３号公報

ところで、特許文献２に記載のレーザ加工装置では、レーザ発振器とビームエキスパンダとが別部品になっている。このため、レーザ発振器に不良や故障が発生し、その故障等したレーザ発振器を新しいものと交換する場合には、レーザ発振器とビームエキスパンダとを位置調整する必要がある。この位置調整は僅かでもずれると、最終的に加工対象物に照射されるレーザ照射位置が大きくずれてしまう。このため、この位置調整作業は高い精度で行う必要があり、非常に面倒な作業であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、レーザ発振器とビームエキスパンダとの間の面倒な位置調整を伴わずに、レーザ発振器の部品交換を行うことができるレーザ加工装置及びレーザ加工システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、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のビーム径を拡大するビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダを通ったレーザ光をミラーで反射させて方向を変更するガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナからのレーザ光を収束させる収束レンズと、を備えたレーザ加工装置であって、前記ビームエキスパンダが前記レーザ発振器の光出射口側の面に一体に組み付けられて構成されるレーザ光源ユニットと、前記ガルバノスキャナが筐体に収容されて構成されるとともに前記筐体の前記ビームエキスパンダと相対する箇所に開口を有するスキャナユニットとを備え、前記レーザ光源ユニットは、前記スキャナユニットの前記筐体に対して着脱可能に取り付けられていることを要旨とする。

この構成によれば、レーザ光源ユニットは、ビームエキスパンダをスキャナユニットの筐体内に挿入する状態で、スキャナユニットに対して着脱可能に取り付けられる。このため、レーザ発振器が故障したときには、レーザ発振器とビームエキスパンダとが一体に組み付けられたレーザ光源ユニットごと交換すればよいので、レーザ発振器とビームエキスパンダとの間の面倒な位置調整を伴わずに、レーザ発振器の部品交換を行うことができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光源ユニットは、前記ビームエキスパンダを前記開口を介して前記筐体内に挿入する状態で前記筐体に取り付けられていることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源ユニットは、スキャナユニットの筐体に対して、ビームエキスパンダが開口を介して筐体内に挿入する状態で取り付けられているので、レーザ光源ユニットの光軸方向におけるレーザ加工装置の大型化を極力抑えることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光源ユニットは、前記スキャナユニットの前記筐体に対して前記開口の周囲に配置された環状のシール部材を介して取り付けられていることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源ユニットは、スキャナユニットの筐体に対して開口の周囲に配置された環状のシール部材を介して取り付けられるので、スキャナユニットの筐体内に塵埃等が侵入することを防止できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記ビームエキスパンダを覆う保護カバーが設けられ、前記開口は前記保護カバーごと挿入可能な開口サイズを有し、前記保護カバーには、前記ビームエキスパンダの調整操作手段と相対する位置に孔又は切欠が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、孔又は切欠を介してビームエキスパンダの調整操作手段の操作（例えば光軸芯出し調整や焦点調整）が可能な状態でビームエキスパンダを保護カバーにより保護できるうえ、調整操作手段が他の部材に接触してビームエキスパンダの調整がずれる事態を保護カバーによって回避できる。

請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ加工装置の筐体を構成するベース板には、前記レーザ光源ユニットと前記スキャナユニットとが共に組み付けられ、前記ベース板には、前記スキャナユニットを前記ビームエキスパンダの光軸に対して位置決めするための位置決めピンが設けられていることが好ましい。

この構成によれば、レーザ加工装置の筐体を構成するベース板には、レーザ光源ユニットとスキャナユニットとが共に組み付けられる。このとき、スキャナユニットは、ベース板に設けられている位置決めピンによりビームエキスパンダの光軸に対して位置決めできる。

請求項６に記載の発明は、レーザ加工システムであって、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置と、前記レーザ加工装置へケーブルを通じて電力及び制御信号を出力するコントローラと、を備えたことを要旨とする。この構成によれば、上記発明のレーザ加工装置を備えるので、レーザ加工装置の発明と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、レーザ発振器とビームエキスパンダとの間の面倒な位置調整を伴わずに、レーザ発振器の部品交換を行うことができる。

一実施形態におけるレーザマーキング装置の概略構成を示す斜視図。 レーザマーキング装置の概略構成を示すブロック図。 ヘッドユニットの分解斜視図。 レーザ光源ユニットとスキャナユニットを示す分解斜視図。

以下、本発明をレーザマーキング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、レーザ加工システムとしてのレーザマーキング装置１は、レーザ光Ｌを出射するレーザ加工装置としてのヘッドユニット２（マーカヘッド）と、ヘッドユニット２と電力ケーブル３及び信号ケーブル４を介して接続されるコントローラ５とを備えている。また、コントローラ５には電気ケーブル６を介してコンソール７が接続されている。ヘッドユニット２は、略直方体形状の本体部１１の下面に、レーザ光Ｌを出射させるために形成された窓部８が、加工対象物Ｗの被加工面Ｗａ（マーキング面）と対向する状態で設置されている。

レーザマーキング装置１は、例えば搬送ベルト９により搬送される加工対象物Ｗの被加工面Ｗａにレーザ光Ｌを照射することにより、その照射されたレーザ光のエネルギーによって被加工面Ｗａ上に所望の文字、図形、記号等（以下、文字等という）をマーキング（印字）する。なお、図１において二点鎖線で示す四角領域が、レーザ光Ｌによる印字が可能な最大範囲Ａmax（レーザ光照射可能範囲）となる。

コンソール７は表示部７ａを備え、加工条件を含む設定情報の入力や印字データの選択に用いられる。コントローラ５は、コンソール７から入力された設定情報中の電力設定値に応じた電力を電力ケーブル３を通じてヘッドユニット２へ供給する。また、コントローラ５は、設定情報に基づく各種の制御信号、及び選択された印字データを基に生成した座標データ（Ｘ・Ｙ座標データ）を、信号ケーブル４を通じてヘッドユニット２へ送信する。そして、ヘッドユニット２は、レーザ光Ｌを加工対象物Ｗの被加工面Ｗａに照射する位置をＸ方向及びＹ方向に走査して、加工対象物Ｗの被加工面Ｗａにレーザ加工による印字を施す。

次に、レーザマーキング装置１の詳細な構成を説明する。
図２に示すように、コンソール７の表示部７ａでは、コントローラ５内のメモリ１９に記憶された印字データに基づく文字等（同図の例では文字列「ＡＢＣＤ」）を表示エリア１６に表示させることができる。表示部７ａは例えばタッチパネル式であって、その画面上に表示された各種の操作ボタン１７を操作することで、印字データの選択、文字等の印字サイズや印字位置などの設定、及び走査速度や電力設定値などを含む加工条件の設定が可能である。コントローラ５は、制御部１８と前述のメモリ１９を内蔵し、コンソール７で入力された設定情報や印字データの選択情報をメモリ１９に一時記憶する。こうして設定終了後、ユーザーが操作ボタン１７を操作して印字開始の指示を与えると、コントローラ５は設定された設定情報及び選択された印字データに基づき印字動作を開始する。

制御部１８はメモリ１９に予め記憶されたプログラムを実行するコンピュータを備える。制御部１８は、図示しない電力制御回路を制御し、電力設定値に応じた電力をヘッドユニット２へ供給する。また、制御部１８は、設定情報に応じた制御信号及びメモリ１９から作業者により印字すべく選択された印字データを読み出し、その読み出した印字データを変換した座標データを走査速度に応じた時間間隔（周期）でヘッドユニット２へ送信する。ヘッドユニット２の後端面（図２における右端面）には、電力ケーブル３のコネクタＣ１が接続される電力入力用のコネクタＣ２（図２では図示省略）、及び信号ケーブル４のコネクタＣ３が接続される信号入力用のコネクタＣ４が設けられている。

次にヘッドユニット２の概略構成を説明する。なお、図２において左側をヘッドユニット２の前側、右側をヘッドユニット２の後側とする。
図２に示すように、ヘッドユニット２の筐体をなすハウジング２１は、窓部８用の孔２２ａが形成された長方形板状のベース板２２と、底部側がベース板２２の上面とほぼ同形状及び同サイズで開放された直方体箱状のハウジングカバー２３（以下、単に「カバー２３」と称す）とにより構成されている。ハウジング２１内には、窓部８側と反対側（後寄り）の位置（図２における右側）に配置されたレーザ光源ユニット２４と、その後段（図２における左側）に配置されたスキャナユニット２５（走査ユニット）とが収容されている。

レーザ光源ユニット２４は、レーザ発振器２６とビームエキスパンダ２７とが一体に組み付けられたユニット部品である。詳しくは、レーザ光源ユニット２４は、直方体形状のレーザ発振器２６と、レーザ発振器２６の光出射口２６ａ側の端面（図２における左端面）に突出する状態で固定されたビームエキスパンダ２７とを備える。レーザ発振器２６は、その光軸がハウジング２１の長手方向と平行になる向きでハウジング２１内に配置されている。レーザ発振器２６は、ガス炭酸ガスレーザなどの気体ガスレーザ、ＹＡＧレーザなどの固体レーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ、金属レーザ、色素レーザを備えるタイプのものである。

また、図２に示すように、レーザ発振器２６の上側に配置された収納ボックス２８には、制御回路２９（回路基板）が収納されている。制御回路２９はコネクタＣ２，Ｃ４と電気的に接続されている。制御回路２９は、コネクタＣ２から入力した電力をヘッドユニット２内の各電気系部品に応じた必要な電力値に変換して供給する。また、制御回路２９は、コネクタＣ４から入力した制御信号及び座標データを基にヘッドユニット２内の電気系部品を制御する。制御回路２９は、例えばレーザ発振器２６に対しては、電力設定値に応じた電力を供給する。

レーザ発振器２６は、例えば励起光源、レーザ媒体、光共振器（光増幅器）を備えたレーザ発振管を内蔵する。レーザ発振管に制御回路２９から電力が供給されると、励起光源が点灯し、その点灯した光のうち特定波長の励起光によってレーザ媒質が励起されて誘導放出光を発生する。そして、この誘導放出光が光共振器を構成する全反射ミラーと出力ミラー（部分透過ミラー）との間を多重反射してレーザ発振することにより出力ミラーの外側へ出た一部のレーザ光が、光出射口２６ａから出射される。

ビームエキスパンダ２７は、レーザ発振器２６の光出射口２６ａ側の端面（前端面）に、位置調整された状態で組み付けられている。ビームエキスパンダ２７は、レーザ発振器２６からのレーザ光のビーム径を拡大する機能を有する。詳しくは、ビームエキスパンダ２７は、円筒状の鏡胴３０と、鏡胴３０内に光軸方向に所定の距離を隔して配置された拡大レンズ３１と収束レンズ３２（コリノメータレンズ）とを備える。拡大レンズ３１はレーザ光Ｌのビーム径を拡大し、収束レンズ３２は拡大されたレーザ光Ｌを平行光にする。ここで、ビームエキスパンダ２７がレーザ発振器２６に対して位置調整された状態とは、レンズ３１，３２の中心面がレーザ光Ｌの光軸に対して垂直に配置され、かつレンズ３１，３２の光軸をレーザ光の光軸に一致させた状態で組み付けられていることを指す。但し、ビームエキスパンダ２７はレーザ光のビームの芯出し調整機構を備えるので、レーザ光Ｌの光軸に対するレンズ３１，３２の光軸の多少のずれは許容される。

レーザ光源ユニット２４の後段（図２では左側）に位置する図２に示すスキャナユニット２５は、ビームエキスパンダ２７からのレーザ光を光偏向させることにより、窓部８から出射されるレーザ光を、Ｘ方向及びＹ方向に走査する機能を有する。スキャナユニット２５はその筐体として四角箱状のケーシング３３を有する。ケーシング３３は、レーザ光源ユニット２４の前端面から突出したビームエキスパンダ２７と相対する位置に開口３３ａを有し、この開口３３ａを介してビームエキスパンダ２７の大部分がケーシング３３内に収納された状態で、ベース板２２上に組み付けられている。

ケーシング３３内には、レーザ光Ｌの光路に沿って、レーザ光源ユニット２４側から順に、シャッタ３５、ガルバノスキャナ３６及び集光レンズ３７（収束レンズ）が配設されている。シャッタ３５は、操作部（図示せず）の操作で開閉機構３８を介して機械的に開閉駆動される。すなわち、操作部が閉操作されると、その操作力により開閉機構３８はシャッタ３５を、レーザ光Ｌを遮断可能な閉位置に配置する。また、操作部が開操作されると、その操作力により開閉機構３８はシャッタ３５を、レーザ光Ｌの通過を許容する開位置に配置する。シャッタ３５に遮断されることなく通過したレーザ光Ｌは、ガルバノスキャナ３６に入射する。

ガルバノスキャナ３６は、二軸式ガルバノスキャナであって、Ｘ方向に走査位置を制御するための第１スキャナ４１と、Ｙ方向に走査位置を制御するための第２スキャナ４２とを備える。第１スキャナ４１は、第１ガルバノモータ４３（ガルバノメータ）と、その回動軸に固定されたミラーとしての第１ガルバノミラー４３ａ（Ｘ軸ミラー）とを備える。また、第２スキャナ４２は、第２ガルバノモータ４４（ガルバノメータ）と、その回動軸に固定されたミラーとしての第２ガルバノミラー４４ａ（Ｙ軸ミラー）とを備える。第１ガルバノモータ４３の端部には第１ガルバノミラー４３ａの回転角を検出する角度検出器４５が設けられ、第２ガルバノモータ４４の端部には第２ガルバノミラー４４ａの回転角を検出する角度検出器４６が設けられている。角度検出器４５，４６には例えばロータリエンコーダが用いられる。

制御回路２９は、Ｘ座標データに基づき第１ガルバノモータ４３を駆動制御し、Ｙ座標データに基づき第２ガルバノモータ４４を駆動制御する。このとき、制御回路２９は角度検出器４５，４６の角度検出信号に基づき各ガルバノモータ４３，４４をフィードバック制御する。具体的には、制御回路２９は、各ガルバノモータ４３，４４をサーボ制御する。

各ガルバノモータ４３，４４は、例えば回動軸に設けた可動側磁石と、モータケーシング側に設けた固定側磁石と、可動側又は固定側に設けた駆動コイル（いずれも図示せず）とを備える。可動側磁石と固定側磁石の間の磁力によって、電力供給オフ状態で、ガルバノミラー４３ａ，４４ａが初期位置（原点）に保持される。ガルバノモータ４３，４４に電力が供給されると、ガルバノミラー４３ａ，４４ａは、原点を中心として両側に所定の回動範囲内で回動する。このとき、ガルバノミラー４３ａ，４４ａは、ガルバノモータ４３，４４内の駆動コイルに流される電流の大きさ及び向きに応じた角度に回動される。

ビームエキスパンダ２７からのレーザ光Ｌは、第２ガルバノミラー４４ａ（Ｙ軸ミラー）で反射した後、第１ガルバノミラー４３ａ（Ｘ軸ミラー）で反射して、集光レンズ３７に入射する。集光レンズ３７は例えばｆθレンズで構成される。集光レンズ３７を透過したレーザ光Ｌは集光し、加工対象物Ｗの被加工面Ｗａ上に小さなスポット径で照射される。

本実施形態では、レーザ光源ユニット２４とスキャナユニット２５がシール部材としてのパッキン５０を介して接合された状態でハウジング２１内に収容されている。レーザ光源ユニット２４側のビームエキスパンダ２７を、スキャナユニット２５のケーシング３３内に挿入するための開口３３ａが設けられているが、両ユニット２４，２５がパッキン５０を介して密接に接合されていることから、スキャナユニット２５内への塵埃等の侵入、及びビームエキスパンダ２７のレンズ３２への塵埃等の付着が回避される。

次に、ヘッドユニット２の詳細な構成を説明する。図３はヘッドユニット２の分解斜視図を示す。
図３に示すように、レーザ光源ユニット２４は、ベース板２２の後寄りの位置にその光軸方向をベース板２２の長手方向と一致させた姿勢で配置され、複数のネジ５５の締結によりベース板２２に対して固定されている。詳しくは、レーザ発振器２６の本体５６の底面が固定された底板５７からは両側方に２つずつ取付部５７ａ（但し２つのみ図示）が延出している。そして、各取付部５７ａの孔に挿通したネジ５５をベース板２２に締結することにより、レーザ光源ユニット２４はベース板２２に対して複数箇所（本例では４箇所）で固定されている。また、レーザ発振器２６はその本体５６の両側部全域に多数の放熱フィン５６ａを有し、放熱フィン５６ａによりレーザ発振器２６の熱を効率よく放熱することが可能になっている。

また、図３において、ハウジングカバー２３とレーザ光源ユニット２４との間に示された断面Ｕ字状のカバー５９は、レーザ発振器２６の両側方及び上方を覆うような配置される。カバー５９の側部には、通気用の開口（図示せず）を覆う状態に、片側２個ずつのファンユニット６０（図３では２個のみ図示）が取り付けられている。ヘッドユニット２の組み立て状態では、各ファンユニット６０は放熱フィン５６ａと相対して配置される。また、ハウジングカバー２３の両側部には、各ファンユニット６０と相対するエリアに図示しない多数の通気孔が形成されている。ファンユニット６０が駆動され、外部から通気孔を通じてカバー５９の内側へ導入された空気流は、レーザ発振器２６の放熱フィン５６ａに当たり、放熱フィン５６ａに沿って流れることで、レーザ発振器２６が効率よく放熱される。

また、収納ボックス２８はカバー５９の上面に固定されている。収納ボックス２８内に配置された制御回路２９は、図３に示すように複数の電子部品６１などが実装された回路基板からなる。収納ボックス２８の後端部には、コネクタＣ１，Ｃ２（図３ではコネクタＣ２のみ図示）が組み付けられている。ヘッドユニット２の組み立て状態においては、ハウジングカバー２３の後端開口に、コネクタＣ１，Ｃ２が露出するようになっている。

また、図３に示すように、スキャナユニット２５は複数のネジ６３の締結によりベース板２２に対して固定されている。詳しくは、ケーシング３３の底板６４（図４参照）から両側方に２つずつ延出する取付部６４ａ（但し２つのみ図示）の孔に挿通したネジ６３を締結することにより、スキャナユニット２５はベース板２２に対して複数箇所（本例では４箇所）で固定されている。

カバー５９は、小ネジ（図示せず）により複数箇所でベース板２２に固定されることにより、レーザ発振器２６の両側方及び上方を覆う状態で組み付けられる。そして、カバー５９の組み付け状態で、ハウジングカバー２３は、ベース板２２とケーシング３３とカバー５９に対して小ネジ（図示せず）により組み付けられるようになっている。

次にスキャナユニット２５の詳細な構成を説明する。
図４に示すように、スキャナユニット２５を構成するケーシング３３は、前述の底板６４と、底板６４とほぼ同形状及び同サイズの平板からなる天板６５と、底板６４と天板６５間の側方を覆うようにＵ字状に湾曲した側板６６と、レーザ光源ユニット２４と相対する側に配置された平板状の側板６７とを備える。そして、ケーシング３３は、底板６４、天板６５、側板６６及び側板６７が組み立てられた状態で図示しない小ネジを締結することで箱状に形成されている。また、ケーシング３３内には底板６４の上面端部位置に、四角柱状の支柱６８が立設されており、第１ガルバノモータ４３及び第２ガルバノモータ４４は所定の姿勢に配置された状態でこの支柱６８に支持されている。

さらにケーシング３３内の底板６４上における各ガルバノミラー４３ａ，４４ａの直下となる位置には、集光レンズ３７を鏡胴６９に収納した集光レンズユニット７０が配置されている。底板６４には各ガルバノミラー４３ａ，４４ａの直下となる位置に、集光レンズ３７とほぼ同径の円孔６４ｂ（図２参照）が形成されており、集光レンズユニット７０は、集光レンズ３７がこの円孔６４ｂと相対する状態で底板６４に組み付けられている。このため、ガルバノスキャナ３６からのレーザ光Ｌは、集光レンズ３７を通って底板６４の外側へ出射することが可能である。また、集光レンズユニット７０の組付け状態では、集光レンズ３７及び鏡胴６９によりケーシング３３の内側と外側とが隔てられ、ガルバノスキャナ３６からのレーザ光Ｌを入射する集光レンズ３７の入射側のレンズ面がケーシング３３内に面し、レーザ光Ｌを出射する集光レンズ３７の出射側のレンズ面がケーシング３３の外側に面している。このため、集光レンズ３７の入射側のレンズ面はケーシング３３により保護されて塵埃等が付着しにくく、集光レンズ３７の出射側のレンズ面に付着した塵埃等は窓部８を介して払拭することが可能となっている。

図４に示すように、ベース板２２には、集光レンズユニット７０と相対する箇所に窓部８となる四角形状の孔２２ａが形成されている。レーザ光源ユニット２４及びスキャナユニット２５が共にベース板２２上に組み付けられた状態では、集光レンズ３７が孔２２ａに相対し、集光レンズ３７を通ったレーザ光Ｌが孔２２ａを介して外側（下方）へ出射されるようになっている。なお、ビームエキスパンダ２７がレーザ光Ｌのビーム径を拡大することにより、集光レンズ３７から出射されて加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のスポット径をより小さくすることができる。

また、ベース板２２の上面には、その長手方向において孔２２ａを挟む両側に一対の位置決めピン２２ｂが突設されている。この位置決めピン２２ｂにケーシング３３（詳しくは底板６４）の底面に形成された位置決め凹部（図示せず）を係合させることにより、スキャナユニット２５のベース板２２の上面における位置決めが可能になっている。この位置決めにより、スキャナユニット２５を、ビームエキスパンダ２７の光軸に対してガルバノミラー４３ａ，４４ａが適切な位置関係となるように配置することが可能になる。

第１ガルバノミラー４３ａ及び第２ガルバノミラー４４ａは、ビームエキスパンダ２７からのレーザ光Ｌを順次反射し、その出射方向を変更させるようになっている。具体的には、第１ガルバノミラー４３ａは所定角度範囲内で回動することにより、レーザ光Ｌを加工対象物Ｗの被加工面Ｗａに照射する位置を、一方向（Ｘ方向、図１参照）に走査させるようになっている。また、第２ガルバノミラー４４ａは所定角度範囲内で回動することにより、レーザ光Ｌを加工対象物Ｗの被加工面Ｗａに照射する位置を、Ｘ方向と直交する方向（Ｙ方向、図１参照）に走査させるようになっている。従って、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光Ｌは、第１ガルバノミラー４３ａ及び第２ガルバノミラー４４ａにより、加工対象物Ｗの被加工面Ｗａに対して、Ｘ方向及びＹ方向に走査されるようになっている。

次に、ビームエキスパンダ２７の構成及びレーザ発振器２６に対するビームエキスパンダ２７の組付構造を説明する。図４に示すように、レーザ発振器２６の前端面（図４では左端面）には、四角環状のリング板７１が固定されている。そして、このリング板７１の端面には、リング板７１とほぼ同形状で外形サイズの若干小さな四角環状のパッキン５０が配置されている。

図４に示すように、ビームエキスパンダ２７は、レーザ発振器２６の前端面においてリング板７１の内側となる部分に組み付けられている。詳しくは、レーザ発振器２６の前端面には、ビームエキスパンダ２７を構成する鏡胴３０の下側となる位置に、ほぼ光軸方向と平行に延びるステージ７２が固定されている。このステージ７２の上面には、鏡胴３０の基部をその側方及び上方から囲むように支持するブロック材７３，７４が固定されている。１つのブロック材７３の孔（図示省略）からは、鏡胴３０の基部に当接する調整ネジ７５が露出しており、この調整ネジ７５を回転操作することによりビームエキスパンダ２７のビームの芯出し調整を行うことが可能になっている。

また、ステージ７２には、鏡胴３０の一部により構成されるビームエキスパンダ２７のフォーカシングバレル７６に相当する位置に切欠き部７２ａが設けられ、切欠き部７２ａを介してフォーカシングバレル７６を操作することによりレンズ３１，３２の間隔を調整することが可能になっている。さらに、レーザ発振器２６の前端面には、ビームエキスパンダ２７の側方及び上方を囲む四角筒状の保護カバー７７が取り付けられている。保護カバー７７は、ビームエキスパンダ２７の光軸方向長さの全域を覆う長さで延出している。保護カバー７７には、調整ネジ７５に相当する位置に孔７７ａが形成され、孔７７ａを介して調整ネジ７５を操作することが可能になっている。

次に、上記のように構成されたヘッドユニット２において、レーザ発振器２６を交換するときの作用を説明する。ヘッドユニット２において、レーザ発振器２６の不良又は故障等によりレーザ発振器２６を交換するときには、ビームエキスパンダ２７が一体に組み付けられたレーザ光源ユニット２４ごと交換される。このため、ビームエキスパンダ２７をレーザ発振器２６に対して位置調整する必要がないので、レーザ発振器２６の部品交換作業を簡単に済ませることができる。

以上詳述したように本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）レーザ発振器２６とビームエキスパンダ２７とを位置調整された状態で一体に組み付けることにより、レーザ光源ユニット２４というユニット部品とした。そして、このレーザ光源ユニット２４を、スキャナユニット２５のケーシング３３に対してビームエキスパンダ２７を開口３３ａを介して挿入可能な状態で着脱可能に構成した。このため、レーザ発振器２６の不良や故障のため、その交換が必要なときには、レーザ光源ユニット２４ごと交換する。よって、レーザ発振器２６とビームエキスパンダ２７との間の面倒な位置調整作業を行う必要がない。

（２）スキャナユニット２５のケーシング３３（筐体）におけるビームエキスパンダ２７と相対する箇所に開口３３ａを設け、ビームエキスパンダ２７を、開口３３ａを介してケーシング３３内に挿入する構成を採用した。このため、ビームエキスパンダ２７をケーシング３３内に挿入しない構成に比べ、ヘッドユニット２の長手方向におけるレーザ光源ユニット２４及びスキャナユニット２５の配設スペースを相対的に短く済ませられる。よって、ヘッドユニット２の長手方向サイズを相対的に短くし、ヘッドユニット２の大型化を防止又は極力小さく抑えることができる。

（３）レーザ発振器２６の光出射口２６ａ側の端面（前端面）と、スキャナユニット２５のビームエキスパンダ２７側の端面（側部６７）とが、開口３３ａの外周に沿って配置されたパッキン５０を介して密接する状態で、両ユニット２４，２５がベース板２２上に組み付けられている。このため、ビームエキスパンダ２７をケーシング３３内に挿入するために開口３３ａを設けても、レンズ３２，３７やガルバノミラー４３ａ，４４ａ等の光学系部品が収容されたケーシング３３内に開口３３ａを介して塵埃等が侵入する事態を効果的に防止できる。よって、光学系部品に付着した塵埃等が原因でヘッドユニット２の窓部８から出射されるレーザ光Ｌの光量が減少し、加工のための十分なエネルギーが得られず加工精度が低下する事態を回避できる。

（４）ベース板２２上にスキャナユニット２５を位置決めするための位置決めピン２２ｂを設けたので、スキャナユニット２５をビームエキスパンダ２７の光軸に対して適切な位置に比較的簡単に組み付けることができる。

（５）ビームエキスパンダ２７の光軸方向長さの全域を囲む保護カバー７７を設けた。このため、ビームエキスパンダ２７を開口３３ａからケーシング３３内に挿入するときに、保護カバー７７により保護されているので、ビームエキスパンダ２７をケーシング３３等に直接ぶつける心配がない。

（６）保護カバー７７には調整ネジ７５に相当する位置に孔７７ａを設け、孔７７ａを介して調整ネジ７５を操作できるようにしたので、調整ネジ７５による調整作業を行う際に保護カバー７７をいちいち外さなくて済む。さらに、ビームエキスパンダ２７を開口３３ａからケーシング３３内に挿入するときに、保護カバー７７に保護されることにより、調整ネジ７５がケーシング３３等の他の部材に接触することが防止される。このため、調整ネジ７５がケーシング３３等の他の部材に接触することに起因し、事前に調整したビームエキスパンダ２７のビーム芯出し位置が若干ずれてしまう事態を回避できる。

（７）保護カバー７７にはフォーカシングバレル７６に相当する位置に切欠き部７２ａを設け、切欠き部７２ａを介してフォーカシングバレル７６を操作できるようにしたので、フォーカシングバレル７６による調整作業を行う際に保護カバー７７をいちいち外さなくて済む。さらに、ビームエキスパンダ２７を開口３３ａからケーシング３３内に挿入するときに、保護カバー７７に保護されることにより、フォーカシングバレル７６がケーシング３３等の他の部材に接触することが防止される。このため、フォーカシングバレル７６がケーシング３３等の他の部材に接触することに起因し、事前に調整したレンズ３１，３２の間隔が若干ずれてしまう事態を回避できる。

実施形態は上記構成に限定されず、例えば以下の変形例も採用できる。
・ビームエキスパンダ２７をケーシング３３内に挿入することなく、レーザ光源ユニット２４をスキャナユニット２５のケーシング３３に対して着脱可能に構成してもよい。この場合、開口３３ａを囲むようにパッキン５０を配置し、パッキン５０を介して両ユニット２４，２５を接合させることにより、開口３３ａからケーシング３３内への塵埃等の侵入を防ぐことが望ましい。

・２軸ガルバノスキャナとしたが、３軸ガルバノスキャナを採用してもよい。この場合、Ｘ・Ｙ方向に直交するＺ方向にレーザ光の加工スポット位置を制御するＺスキャナもケーシング３３内に収容される。

・パッキン５０を廃止し、パッキン５０を介することなくレーザ光源ユニット２４をスキャナユニット２５のケーシング３３に対して着脱可能に組み付けてもよい。
・位置決めピン２２ｂを設けない構成も採用できる。

・保護カバー７７は廃止してもよい。
・孔７７ａに替えて切欠にしたり、切欠き部７２ａに替えて孔にしたりしてもよい。
・調整操作手段は、調整ネジ７５とフォーカシングバレル７６のうち一方のみでもよい。

・ビームエキスパンダ２７はガリレオ式に替えてケプラー式を採用してもよい。
・ヘッドユニットにコントローラの構成を内蔵し、ヘッドユニットとコントローラとを一体化させたレーザ加工装置としてもよい。

・レーザマーキング装置に具体化したが、これに限定されるものではなく、他のレーザ加工装置、例えばレーザ溶接機、レーザ穴あけ機、レーザ切断機等に具体化してもよい。
前記実施形態及び変形例から把握される技術的思想を以下に記載する。

（１）前記レーザ光源ユニットと前記スキャナユニットは、当該両ユニットとが共通に組み付けられたベース部材（２２）と、当該両ユニットを覆う状態で前記ベース部材に固定されたハウジングカバー（２３）とからなるハウジング（２１）内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

（２）前記収束レンズは、前記ガルバノスキャナからのレーザ光が入射される入射側のレンズ面を前記筐体内に面し、集光させたレーザ光を出射させる出射側のレンズ面を前記筐体の外側に面する状態で前記筐体に組み付けられている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

（３）前記筐体には、前記ビームエキスパンダから前記ガルバノスキャナへのレーザ光の通過と遮断とを切り換えるシャッタ手段が収容されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

１…レーザマーキング装置、２…レーザ加工装置としてのヘッドユニット、５…コントローラ、２１…レーザ加工装置の筐体としてのハウジング、２２…ベース板、２２ｂ…位置決めピン、２３…ハウジングカバー（カバー）、２４…レーザ光源ユニット、２５…スキャナユニット、２６…レーザ発振器、２６ａ…光出射口、２７…ビームエキスパンダ、３３…筐体としてのケーシング、３３ａ…開口、３５…シャッタ、３６…ガルバノスキャナ、３７…収束レンズとしての集光レンズ、４１…第１スキャナ、４２…第２スキャナ、４３…第１ガルバノモータ、４３ａ…ミラーとしての第１ガルバノミラー、４４…第２ガルバノモータ、４４ａ…ミラーとしての第２ガルバノミラー、５０…シール部材としてのパッキン、７２ａ…切欠としての切欠き部、７５…調整操作手段を構成する調整ネジ、７６…調整操作手段を構成するフォーカシングバレル、７７…保護カバー、Ｌ…レーザ光、Ｗ…加工対象物。

Claims (6)

1. 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のビーム径を拡大するビームエキスパンダと、
   前記ビームエキスパンダを通ったレーザ光をミラーで反射させて方向を変更するガルバノスキャナと、
   前記ガルバノスキャナからのレーザ光を収束させる収束レンズと、を備えたレーザ加工装置であって、
   前記ビームエキスパンダが前記レーザ発振器の光出射口側の面に一体に組み付けられて構成されるレーザ光源ユニットと、
   前記ガルバノスキャナが筐体に収容されて構成されるとともに前記筐体の前記ビームエキスパンダと相対する箇所に開口を有するスキャナユニットとを備え、
   前記レーザ光源ユニットは、前記スキャナユニットの前記筐体に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザ光源ユニットは、前記ビームエキスパンダを前記開口を介して前記筐体内に挿入する状態で前記筐体に取り付けら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. 前記レーザ光源ユニットは、前記スキャナユニットの前記筐体に対して前記開口の周囲に配置された環状のシール部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記ビームエキスパンダを覆う保護カバーが設けられ、前記開口は前記保護カバーごと挿入可能な開口サイズを有し、前記保護カバーには、前記ビームエキスパンダの調整操作手段と相対する位置に孔又は切欠が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記レーザ加工装置の筐体を構成するベース板には、前記レーザ光源ユニットと前記スキャナユニットとが共に組み付けられ、前記ベース板には、前記スキャナユニットを前記ビームエキスパンダの光軸に対して位置決めするための位置決めピンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置と、
   前記レーザ加工装置へケーブルを通じて電力及び制御信号を出力するコントローラと、を備えたことを特徴とするレーザ加工システム。

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