JP2015120183A - レーザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ伝送方式用のレーザ加工ヘッドにおいて、高い等級の対環境規格を満たし、かつ光学部品の交換や光軸調整等を簡便に行える密閉保護構造を得ること。
【解決手段】このレーザ加工ヘッド１０は、従来一般のレーザ加工ヘッドに相当するヘッド本体１４と、このヘッド本体１４の周りを覆う略直方体形状のカバー体２０とを備え、ヘッド本体１４の本体レーザ出射口３４を露出させる開口部１８を設け、この開口部１８にフランジ３８を取り付けている。このフランジ３８に、ｆθレンズ４０を収容するレンズユニット４２が密封状態で着脱可能に装着される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被加工物に加工用のレーザ光を集光照射するレーザ加工ヘッドに係わり、特に防塵・防水・防油等の保護機能を備えた光ファイバ伝送方式のレーザ加工ヘッドに関する。

レーザ加工装置は、基本構成として、加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振器、電源および制御部等を備える装置本体と、レーザ光を被加工物に向けて集光照射するレーザ加工ヘッドと、装置本体からレーザ加工ヘッドまでレーザ光を伝送するレーザ伝送光学系とを有する。レーザ伝送光学系に光ファイバを使用する光ファイバ伝送方式は、装置本体とレーザ加工ヘッドとを任意に離すことができるので、レーザ加工ヘッドを加工場所に配置し、装置本体を加工場所から隔離されたクリーンな場所に配置することができる。

一般的に、レーザ加工ヘッドは、加工場所で粉塵やミストが舞う雰囲気下に置かれることから、その筺体を密閉構造にしている。もっとも、光ファイバ伝送方式に用いられるレーザ加工ヘッドは、装置本体からの光ファイバの終端部を着脱可能に装着する必要がある。そのために、光ファイバの終端部に出射ユニットを結合するとともに、ヘッドの一面（たとえば背面）にアダプタを設け、該アダプタにシール部材を介して該出射ユニットを着脱可能に差し込むようにしている（たとえば、特許文献１参照）。また、ヘッドのレーザ出射口には密閉構造の保護ガラスを設けている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００９−５８７９２号公報 特開２００８−２９６２５８号公報

レーザ加工ヘッドに課せられる規格の対環境基準は、近年ますます厳しくなっている。たとえば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格のＩＰ６７は、粉塵や水が内部に侵入しない高い等級の防塵・防水性能を規定している。また、ＪＥＭ（日本電機工業会）規格のＩＰ６７Ｇは、ＩＰ６７の保護性能に加えて、油の侵入に対する高い等級の防油性能を規定している。

しかしながら、従来のレーザ加工ヘッドは、ＩＰ６７やＩＰ６７Ｇ等の高い等級の対環境規格を満たしたうえで光学部品の交換や光軸調整等を簡便に行えるような密閉保護構造を未だ獲得していない。

たとえば、レーザマーキング装置は、マーキング線の太さやマーキングエリアの変更に対応するために、焦点深度または焦点距離の異なる複数のｆθレンズを交換して使用できるようにしている。すなわち、太い線のマーキングや広いエリアのマーキングには口径が大きくて焦点距離の長いｆθレンズが用いられ、細い線のマーキングや狭いエリアのマーキングには口径が小さくて焦点距離の短いｆθレンズが用いられる。この場合、レーザ加工ヘッドにおいては、ガルバノスキャナの後段に、出口（レーザ出射口）付近に保護ガラスを取り付けて内部にｆθレンズを収容する交換部品のレンズユニットが着脱可能に取り付けられる。しかしながら、口径サイズのまちまちなレンズユニットの周囲を高い保護等級で密封することは非常に難しい。

このため、レーザ加工ヘッドをすっぽり覆うような筺体構造のカバー体を用いることも行われている。その場合は、カバー体に密閉構造のレーザ出射窓が設けられるので、その内側のレーザ加工ヘッドはレンズユニットの周囲を密閉する必要がなくなる。しかしながら、レンズユニットを交換する度毎に、カバー体を開けて、レーザ加工ヘッドの取り外し、出し入れ、および再装着、さらには光ファイバや電気ケーブル等の脱着を行わなくてはならず、加工現場の関係者にとっては非常に面倒な作業であり、生産効率の面でも望ましくない。

一方で、筺体構造のカバー体といえども、光ファイバ終端部の出射ユニットを通すための開口部を一面（たとえば背面）に備える必要がある。このカバー体の開口部と出射ユニットとの間で高い保護等級の密閉構造を得るためには、出射ユニットが開口部にぴったり嵌まって貫通するように両者の口径を選定すればよい。しかしながら、レーザ加工ヘッドに取り付けられる出射ユニットの位置は、ヘッド内の光学部品との光軸合わせによって調整されるため、個体差（ばらつき）がある。このため、カバー体側では、出射ユニットを通すための開口部を一律に決まった固定の位置に形成することができない。このように、従来のレーザ加工ヘッドでは、光ファイバ回りでも、高い保護等級の密閉構造を得ることと光軸調整を簡便に行えることとは、両立せず、トレードオフの関係にあった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高い等級の対環境規格を満たし、かつ光学部品の交換や光軸調整等を簡便に行える密閉保護構造を有する光ファイバ伝送方式用のレーザ加工ヘッドを提供する。

本発明のレーザ加工ヘッドは、光ファイバを介してレーザ発生部に接続され、前記光ファイバの終端より出射されたレーザ光を集光レンズを介して被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工ヘッドであって、前記光ファイバの終端部に結合された出射ユニットを着脱可能に装着し、前記被加工物に向けて前記レーザ光を出射する本体レーザ出射口を有するヘッド本体と、該ヘッド本体の前記本体レーザ出射口を露出させる第１の開口部と、前記出射ユニットを貫通させる第２の開口部とを有し、前記第１および第２の開口部を除いて前記ヘッド本体の周りを覆うカバー体と、前記カバー体の前記第１の開口部に取り付けられるフランジと、前記集光レンズを収容し、前記ヘッド本体の前記本体レーザ出射口に対向して前記フランジに着脱可能に嵌合するレンズユニットと、前記フランジの内壁に取り付けられる第１のシール部材とを有する。

上記の構成においては、ヘッド本体の周囲を覆うカバー体にヘッド本体の本体レーザ出射口を露出させる第１の開口部を設け、この第１の開口部にフランジを取り付け、このフランジに集光レンズを収容するレンズユニットを密封状態で着脱可能に装着するので、レンズユニット回りで所定の規格に準拠した高い等級の対環境仕様を保証できるととともに、面倒な作業（カバー体を開けて、ヘッド本体の取り外し、出し入れ、および再装着、さらには光ファイバの脱着等）を要することなく、レンズユニットの交換を簡便に行うことができる。

本発明の好適な一態様においては、カバー体の第２の開口部と出射ユニットとの間を密封するために、カバー体の外側面にレーザ光の光路と直交する方向で変位可能な保護アダプタが取り付けられる。

この保護アダプタは、好適には、出射ユニットと嵌合可能な貫通孔を有する厚板状またはブロック状の第２の保持部材と、この第２の保持部材の貫通孔の内壁に取り付けられる第４のシール部材と、第２の保持部材の貫通孔の周囲に形成される複数のボルト通し孔と、各々のボルト通し孔に遊びをもって通され、カバー体に螺着される軸部と、第２の保持部材をカバー体に押さえつける頭部とを有する第２のボルトと、各々の第２のボルトと第２の保持部材との間および第２のボルトとカバー体との間の少なくとも１箇所に挿入される第５のシール部材とを有する。

かかる構成の保護アダプタを備えることにより、光ファイバとヘッド本体との間の光軸合わせで調整される出射ユニットの位置の個体差（ばらつき）を補償しつつ、レーザ導入部回りで所定の規格に準拠した高い等級の対環境仕様を実現することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドによれば、上記のような構成および作用により、高い等級の対環境規格を満たしつつ、光学部品の交換や光軸調整等を簡便に行うことができる。

本発明の一実施形態におけるレーザ加工ヘッドの全体構成を示す断面図である。 上記レーザ加工ヘッドにおいてレンズホルダが装着されているときのフランジ回りの構成を示す部分拡大断面図である。 上記レーザ加工ヘッドにおいてレンズホルダが装着されていないときのフランジ回りの構成を示す部分拡大断面図である。 上記レーザ加工ヘッドにおいて交換部品のレンズホルダの口径サイズが変わる場合に対処するための一構成例を示す部分拡大断面図である。 上記レーザ加工ヘッドにおいて交換部品のレンズホルダの口径サイズが変わる場合に対処するための別の構成例を示す部分拡大断面図である。 上記レーザ加工ヘッドにおける保護アダプタ回りの構成を示す部分拡大断面図である。 上記保護アダプタの主要な構成を示す分解斜視図である。 上記レーザ加工ヘッドにおける出射ユニットとアダプタ回りの要部の構成を示す斜視図である。 上記レーザ加工ヘッドにおけるアダプタの主要な構成を示す斜視図である。 上記レーザ加工ヘッドにおいて光ファイバとヘッド本体内の光学系との間で光軸合わせを行うときの様子を示す図である。

以下、添付図を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［レーザ加工ヘッド全体の構成］

図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工ヘッドの全体構成を示す。このレーザ加工ヘッド１０は、光ファイバ伝送方式のレーザ加工装置に用いられ、装置本体（図示せず）内のレーザ発生部に光ファイバ１２を介して接続され、この光ファイバ１２の終端より出たレーザ光ＬＢをヘッド内の後述する光学部品を介して被加工物Ｗに照射し、被加工物Ｗにレーザエネルギーを利用する所望のレーザ加工、たとえばレーザマーキングを施すようになっている。

このレーザ加工ヘッド１０は、従来一般のレーザ加工ヘッドに相当するヘッド本体１４と、レーザ導入部およびレーザ出射部付近にそれぞれ開口部１６，１８を有し、これらの開口部１６，１８を除いてヘッド本体１４の周りを覆う略直方体形状のカバー体２０とを備えている。

ヘッド本体１４は、カバー体２０より一回り小さい、たとえばアルミニウムからなる略直方体形状の筺体構造を有している。ヘッド本体１４の背面１４ｂには、電気系のコネクタ２２と光学系のアダプタ２４が取り付けられている。電気コネクタ２２は、カバー体２０の背面２０ｂ（蓋体５５）に取り付けられている電気ソケット２５に内部ケーブル２８を介して接続されている。電気ソケット２５には、カバー体２０の外側で、装置本体からの外部電気ケーブル３０のプラグ３２が着脱可能に装着される。アダプタ２４には、光ファイバ１２の終端部に結合されている円筒状の出射ユニット２６が着脱可能に装着される。アダプタ２４回りの構成および作用については、図７〜図９を参照して後に詳細に説明する。

出射ユニット２６の中には、好ましくは１つ以上の光学部品（図示せず）が収容されている。たとえば、光ファイバ１２の終端より出射されたレーザＬＢのビーム径を拡げるためのビームエキスパンダおよびこのビームエキスパンダを通過したレーザ光ＬＢを平行光にコリメートするためのコリメートレンズ、さらには戻り光を遮断するための光アイソレータ等が好適に収容されている。

ヘッド本体１４の正面１４ａ寄りの下面１４ｃには本体レーザ出射口３４が設けられ、その近傍（上）にガルバノスキャナ３６が内蔵されている。カバー体２０の下面２０ｃには、後述するレンズユニット４２が装着されていないときは本体レーザ出射口３４を露出させる開口部１８が形成されている。この開口部１８にはフランジ３８が着脱可能に取り付けられる。そして、出口（レーザ出射口）付近に密閉構造の保護ガラス（図示せず）を取り付けて内部にｆθレンズ４０を収容している円筒状のレンズユニット４２が、入口を本体レーザ出射口３４に対向させてフランジ３８に着脱可能に装着される。ｆθレンズ４０は、マーキング線の太さやマーキングエリアの大きさ等に応じてレンズユニット４２ごと交換されるようになっている。フランジ３８回りの構成および作用については、図２〜図４Ｂを参照して後に詳細に説明する。

ヘッド本体１４の中には、ガルバノスキャナ３６の外にも、アダプタ２４とガルバノスキャナ３６との間の光路上でレーザ光ＬＢを遮断するための光学シャッタ４４や、ガルバノスキャナ３６および光学シャッタ４４のメカ駆動部に所要の電気信号（制御信号または駆動信号）を供給する回路基板４６等が収容されている。

カバー体２０は、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼の板体からなり、下面２０ｃの中心部から後部にかけてヘッド支持板４８に載置され、ボルト５０およびナット５２により固定されている。ここで、ボルト５０は、その頂面がカバー体２０の下面に溶接で固定されており、軸部がヘッド支持板４８の下面に形成されているざぐり穴５４の中でナット５２と螺合している。

さらに、カバー体２０は、ボルト５６によりヘッド本体１４の底壁に結合されている。ボルト５６は、カバー体２０の底壁に形成されているボルト通し孔を通り抜け、ヘッド本体１４の底壁に形成されているねじ孔に螺合している。ボルト５６の頭部は、シールワッシャ５８を介してカバー体２０に圧接している。ヘッド支持板４８には、ボルト５６を通すための貫通孔６０も形成されている。シールワッシャ５８によって、カバー体２０のボルト５６を通している孔が密封されている。

カバー体２０の背面２０ｂはたとえばアルミニウムからなる蓋体５５で閉塞される。この蓋体５５には、出射ユニット２６を通すための開口部１６が、蓋体５５上の決まった位置（固定位置）に形成されている。蓋体５５を取り外すと、カバー体２０の背面２０ｂは全面的に開口する。この背面２０ｂの全面開口を密閉して塞ぐように、蓋体５５はその内側面に添付される面状のシール部材（たとえばパッキン）６２とともにボルト６４、シールワッシャ６５およびナット６６によりカバー体２０の背面周縁部に着脱可能に取り付けられる。

蓋体５５には、その開口部１６を貫通する出射ユニット２６が保護アダプタ６８を介して結合される。保護アダプタ６８回りの構成および作用については、図５および図６を参照して後に詳細に説明する。

カバー体２０の正面２０ａには、たとえばシャッタ４４の開閉状態やレーザマーキング動作がスタンバイ状態にあるか否かを表示する１個または複数個の表示ランプ７０が設けられている。これらの表示ランプ７０は、カバー体２０の中のケーブル７２を介して電気ソケット２５に接続されている。

このレーザ加工ヘッド１０において、光ファイバ１２の終端より出たレーザ光ＬＢは、図の水平方向に出射ユニット２６およびアダプタ２４の中をまっすぐ通ってヘッド本体１４の中に入り、ヘッド本体１４内のガルバノスキャナ３６で光路を任意のスキャニング角度で図の縦方向に曲げられ、レンズユニット４２内のｆθレンズ４０および保護ガラスを通って外の被加工物Ｗに集光照射される。ガルバノスキャナ３６のスキャニング動作により、被加工物Ｗ上でレーザ光ＬＢのビームスポットが２次元方向に移動するようになっている。

この種のレーザ加工ヘッドにおいては、ヘッド本体の中またはレンズユニットの中に塵、水、油等が侵入して内部の光学部品に付着すると、レーザ光の光強度またはパワーの低下を招くだけでなく、光学部品が焼損するおそれもある。

この点について、この実施形態におけるレーザ加工ヘッド１０は、ヘッド本体１４の周りにカバー部材２０およびフランジ３８を含む密閉保護構造を備えることにより、レーザ出射部回りでＩＰ６７やＩＰ６７Ｇ等の規格に準拠した高い等級の防塵・防水・防油性能を得ることが可能であり、しかもθレンズ４０の交換を簡便に行えるようにしている。

また、この実施形態におけるレーザ加工ヘッド１０は、カバー部材２０の背面２０ｂに後述するような保護アダプタ６８を含む密閉保護構造を備えることにより、レーザ導入部回りでもＩＰ６７やＩＰ６７Ｇ等の規格に準拠した高い等級の防塵・防水・防油性能を保証しつつ、光ファイバ１２とヘッド本体１４との間の光軸合わせを容易に行えるようにしている。

［フランジ回りの構成と作用］

次に、図２および図３を参照して、この実施形態のレーザ加工ヘッド１０におけるフランジ３８回りの構成および作用を説明する。

図２に示すように、フランジ３８は、レンズユニット４２と嵌合可能な円筒状の胴部３８ａと、ヘッド本体１４の本体レーザ出射口３４と反対側で胴部３８ａの一端から半径方向外側に向かって延びる鍔部３８ｂとを有し、カバー体２０の開口部１８に装着され、鍔部３８ｂにてボルト７２によりカバー体２０の底壁に着脱可能に固定される。ボルト７２は、フランジ３８の鍔部３８ｂに形成されているボルト通し孔を通り抜け、カバー体２０の底壁に形成されているねじ孔に螺合している。この締結状態で、ボルト７２の頭部は、シールワッシャ７４を介して鍔部３８ｂに圧接している。シールワッシャ７４によって、鍔部３８ｂのボルト７２を通している孔が密封されている。

フランジ３８の鍔部３８ｂとカバー体２０との間にはＯリング７６とＯリング７７が挿入されている。これらのＯリング７６，７７によって、フランジ３８とカバー体２０との間が密封されている。

レンズユニット４２は、ｆθレンズ４０を内壁で保持する円筒状のレンズ保持部７８と、このレンズ保持部７８の出口側端部に固着されている滑り止めの付いた円筒状の把持部８０と、フランジ３８と嵌合するためにレンズ保持部７８の径方向外側に同軸状に取り付けられる円筒状のカラー部材８２とを有している。カラー部材８２の先端部には、ヘッド本体１４の本体レーザ出射口３４に係合可能な円筒状の突出部８２ａが形成されている。

現場の作業員等が把持部８０を手で掴んで、カラー部材８２をフランジ３８の胴部３８ａの内側に嵌め込むことで、レンズユニット４２をフランジ３８に装着することができる。また、レンズユニット４２がフランジ３８に装着されている状態で、把持部８０を手で掴んで図の下方に引くと、カラー部材８２がフランジ３８の胴部３８ａから引き抜かれ、レンズユニット４２がフランジ３８の外に取り出されるようになっている。フランジ３８の胴部３８ａの内壁には、１個または複数個のＯリング８４が取り付けられている。これらのＯリング８４によって、レンズユニット４２とフランジ３８との間が密封される。

このように、この実施形態のレーザ加工ヘッド１０においては、ヘッド本体１４の周囲を覆うカバー体２０にヘッド本体１４の本体レーザ出射口３４を露出させる開口部１８を設け、この開口部１８にフランジ３８を密封状態で着脱可能に取り付け、このフランジ３８にｆθレンズ４０を収容するレンズユニット４２を密封状態で着脱可能に装着するようにしている。

かかる構成によれば、レンズユニット４２回りでＩＰ６７またはＩＰ６７Ｇの規格に準拠した高い等級の防塵・防水・防油性能を得ることが可能であり、しかも面倒な作業（カバー体２０を開けて、ヘッド本体１４の取り外し、出し入れ、および再装着、さらには光ファイバ１２や電気ケーブル３０，２８の脱着等）を要することなく、レンズユニット４２の交換を簡便に行うことができる。

また、このレーザ加工ヘッド１０に用いられるレンズユニット４２の口径サイズがまちまちである場合は、たとえば図４Ａに示すように、フランジ３８の胴部３８ａの内径に適合（嵌合）するようにレンズユニット４２側のカラー部材８２の厚みまたは外径寸法を調整すればよい。あるいは、図４Ｂに示すように、フランジ３８の胴部３８ａの内径がレンズユニット４２のカラー部材８２の外径に適合（嵌合）するように、フランジ３８を部品交換することも可能である。

［保護アダプタ回りの構成および作用］

次に、図５および図６を参照して、この実施形態のレーザ加工ヘッド１０における保護アダプタ６８回りの構成および作用を説明する。

図５に示すように、レーザ加工ヘッド１０のレーザ導入部においては、カバー体２０の背面２０ｂを塞ぐ蓋体５５に出射ユニット２６を通すための開口部１６が形成されている。この開口部１６は、出射ユニット２６よりもこの出射ユニット２６の位置の個体差（ばらつき）範囲以上の大きな口径を有しており、出射ユニット２６は開口部１６を遊動可能または変位可能に貫通している。

一方で、出射ユニット２６は、カバー体２０の外壁に取り付けられる保護アダプタ６８を介して蓋体５５に結合される。図６に示すように、保護アダプタ６８は、出射ユニット２６と嵌合可能な中心貫通孔９０ａを有する厚板状またはブロック状の保持部材（以下「ブロック状保持部」という。）９０と、このブロック状保持部９０とカバー体２０とを締結する複数のボルト９２とを備えている。

より詳しくは、ブロック状保持部９０の中心貫通孔９０ａの周囲（たとえば四隅）には複数のボルト通し穴９０ｂが形成されている。ボルト９２の軸部は、リング状のシール部材（たとえばガスケット、パッキンまたはＯリング）９４、ワッシャ９６およびシールワッシャ９８を介して、ボルト通し孔９０ｂに通され、カバー体２０のねじ孔１００に螺合する。この締結状態で、ボルト９２の頭部は、ブロック状保持部９０を環状または面状のシール部材（たとえばガスケット、パッキンまたはＯリング）１０２を介して蓋体５５に押し付ける。

ブロック状保持部９０のボルト通し孔９０ｂは、ボルト９２の軸部よりも出射ユニット２６の位置の個体差（ばらつき）範囲以上の大きな口径を有している。これにより、ボルト９２を緩めているときは、カバー体２０のねじ孔１００に螺合するボルト９２に対して、つまり蓋体５５の開口部１６に対して、ブロック状保持部９０がボルト９２とボルト通し穴９０ｂとの間の遊び（クリアランス）で決まる一定の範囲内でレーザ光ＬＢの光路と直交する方向に変位できるようになっている。

ブロック状保持部９０の中心貫通孔９０ａの内壁には１個または複数個のＯリング１０４が取り付けられている。これらのＯリング１０４を介して、出射ユニット２６とブロック状保持部９０の中心貫通孔９０ａとの間が封印されるとともに、ブロック状保持部９０が出射ユニット２６に一体結合される。これにより、保護アダプタ６８において、ボルト９２を緩めているときは、出射ユニット２６がブロック状保持部９０と一体的に上記一定の範囲内でレーザ光ＬＢの光路と直交する方向に変位できるようになっている。

上記構成の保護アダプタ６８によれば、光ファイバ１２とヘッド本体１４内の光学系つまりガルバノスキャナ３６との間の光軸合わせによって調整された出射ユニット２６の位置に個体差（ばらつき）が生じても、保護アダプタ６８におけるブロック状保持部９０のボルト通し孔９０ｂとボルト９２との間の遊び（クリアランス）の中で、個体差が吸収または補償される。

しかも、ボルト９２の頭部からカバー体２０のねじ孔１００にかけて、各接触面にシール部材９８，９４，１０２が介在している。これにより、ボルト通し孔９０ｂとボルト９２との間の相対的な位置関係が如何様になっても、つまり出射ユニット２６およびブロック状保持部９０とボルト９２との間の相対的な位置関係が上記一定範囲内で如何様になっても、出射ユニット２６回りの密閉性は十全に確保される。

このように、このレーザ加工ヘッド１０においては、光ファイバ１２の終端部に結合されている出射ユニット２６と、この出射ユニット２６を通すカバー部材２０の背面２０ｂ（蓋体５５）の開口部１６との間に上述した構成の保護アダプタ６８を介在させることにより、光ファイバ１２とヘッド本体１４間の光軸合わせで調整される出射ユニット２６の位置の個体差（ばらつき）を補償しつつ、レーザ導入部回りでＩＰ６７やＩＰ６７Ｇの規格に準拠した高い等級の防塵・防水・防油性能を得ることができる。

［アダプタ回りの構成および作用］

次に、図７および図８を参照して、この実施形態のレーザ加工ヘッド１０におけるアダプタ２４回りの構成および作用を説明する。

図７および図８に示すように、アダプタ２４は、ヘッド本体１４の背面１４ｂに形成されている開口部（図示せず）に着脱可能に取り付けられ、出射ユニット２６の先端部２６ａと嵌合可能な貫通孔１０６ａを有する円筒状の保持部材（以下「筒状保持部」という。）１０６と、レーザ光の光軸と直交する方向で筒状保持部１０６の位置を調整するための光軸調整部１０８と、筒状保持部１０６をヘッド本体１４に固定するための複数のボルト１１０とを有している。

より詳しくは、筒状保持部１０６の貫通孔１０６ａの口径は出射ユニット２６の先端部２６ａの口径よりも僅かに大きく、筒状保持部１０６の外側端部（ヘッド本体１４の背面１４ｂの外に出ている外径の大きな端部１０６ｂ）にすり割り構造のクランプ１１２が設けられている。出射ユニット２６の先端部２６ａを筒状保持部１０６の中心貫通孔１０６ａに挿入して、クランプ１１２を締結すると、出射ユニット２６と筒状保持部１０６とは一体に結合される。なお、筒状保持部１０６の中心貫通孔１０６ａの内壁には、Ｏリング１０７が取り付けられている。クランプ１１２を少し緩めている状態では、出射ユニット２６を筒状保持部１０６の内側で周回方向（θ方向）に回転移動または変位させることもできる。

筒状保持部１０６の中間部には半径方向外側に延びる鍔部１１４が一体に固着されている。この鍔部１１４には、周回方向に適当な間隔を空けて複数箇所（たとえば３箇所）にボルト通し孔１１６が形成されている。ボルト１１０の軸部は、鍔部１１４のボルト通し孔１１６を遊びをもって貫通して、ヘッド本体１４の背面１４ｂの壁に形成されているねじ孔（図示せず）と螺合できるようになっている。ボルト１１０を緩めている状態では、ヘッド本体１４に対して筒状保持部１０６は出射ユニット２６と一体的にレーザ光の光軸と直交する方向に変位可能となっている。ボルト１１０を締めると、筒状保持部１０６は出射ユニット２６と一体的にヘッド本体１４に固定される。鍔部１１４のヘッド本体１４と接触する面にはＯリング１１５が取り付けられている。このＯリング１１５は省いてもよい。

光軸調整部１０８は、周回方向に適当な間隔を空けてヘッド本体１４の側壁に周回方向に適当な間隔を置いて形成されている複数（たとえば３つ）のねじ孔１１７の中にそれぞれ螺合している複数個のイモネジ１１８によって構成されている。ボルト１１０を緩めた状態で、外からねじ孔１１７の中にネジ回し用の工具を差し込んで、各々のイモネジ１１８を前方または後方に送ることで、筒状保持部１０６をレーザ光ＬＢの光路と直交する面内で三方から押圧し、筒状保持部１０６および出射ユニット２６の位置をレーザ光ＬＢの光路と直交する方向で調整できるようになっている。

［光ファイバ回りの位置合わせと組立て］

次に、図９を参照して、このレーザ加工ヘッド１０における光ファイバ回りの位置合わせと組立てについて説明する。

図９に示すように、光ファイバ１２とヘッド本体１４内の光学系との間で光軸合わせを行うときは、カバー体２０の背面２０ｂから蓋体５５が取り外される。一方、レンズホルダ４２もフランジ３８から取り外され、代わりにパワーメータ１２０がヘッド本体１４の露出しているヘッド出射口３４の正面に配置される。ヘッド本体１４の中には、ガルバノスキャナ３６よりも前段でガルバノスキャナ３６の基準点（たとえば可動ミラーの中心点）に対向する位置にアパーチャ１２２が設けられている。このアパーチャ１２２は、レーザ光ＬＢのビーム径よりも僅かだけ大きな口径を有している。

この光軸合わせでは、光ファイバ１２側の出射ユニット２６が図示のようにヘッド本体１４側のアダプタ２４に装入された状態で、装置本体からレーザ光ＬＢが光ファイバ１２を介してレーザ加工ヘッド１０に伝送される。そうすると、光ファイバ１２の終端より出たレーザ光ＬＢは、出射ユニット２６およびアダプタ２４の中をまっすぐ通ってヘッド本体１４に入り、ヘッド本体１４内でアパーチャ１２２を介してガルバノスキャナ３６の静止状態の可動ミラーに入射し、ガルバノスキャナ３６で光路を縦方向に曲げられ、パワーメータ１２０の受光部に入射する。

この場合、出射ユニット２６の光軸がガルバノスキャナ３６の基準点に合っているときは、レーザ光ＬＢのビームがアパーチャ１２２の縁に当たることなくアパーチャ１２２の内側を通過する。しかし、出射ユニット２６の光軸がガルバノスキャナ３６の基準点からずれているときは、レーザ光ＬＢのビームがアパーチャ１２２の縁に当たり、ビームの一部が欠け、そのぶん光強度（パワー）が低下する。

作業者は、出射ユニット２６をアダプタ２４に装入し、ボルト１１０を緩めた状態で、光軸調整部１０８によりアダプタ２４を出射ユニット２６と一体的にレーザ光ＬＢの光路と直交する方向に変位させ、あるいはクランプ１１２を緩めた状態で、出射ユニット２６をアダプタ２４の筒状保持部１０６の内側で周回方向（θ）方向に変位させて、パワーメータ１２０より得られるレーザパワー測定値が最大値（極大値）を示すときの出射ユニット２６の位置（調整位置）を割り出す。

そして、割り出した調整位置で、ボルト１１０およびクランプ１１２を締めて、アダプタ２４の筒状保持部１０６をヘッド本体１４に固定する。また、周回方向（θ方向）においては、出射ユニット２６とアダプタ２４の筒状保持部１０６の双方に跨る位置合わせ用のマークをたとえばマジックインク等で印しておく。

こうして、ヘッド本体１４内の光学系に対する光ファイバ１２ないし出射ユニット２６の光軸合わせが終了すると、そこでいったん出射ユニット２６をアダプタ２４の筒状保持部１０６から引き抜いてカバー体１０の外に出す。そして、外に出した出射ユニット２６を保護アダプタ６８の開口部９０ａに通した後、蓋体５５の開口部１６に通してから、再びアダプタ２４に装入し、上記のマークを目印にして周回方向（θ方向）の位置合わせをした後に、クランプ１１２を締める。さらに、内部電気ケーブル２８，７２を結線し、蓋体５５をカバー体２０の背面周縁部に締結して、カバー体２０の背面２０ｂを閉塞する。最後に、ファイバ出射ユニット２６に装着されている保護アダプタ６８において、ボルト９２を締める。また、フランジ３８に所望のレンズホルダ４２を装着する。

上述した実施例における光ファイバ回りの位置合わせおよび組立てでは、ヘッド本体１４をカバー体２０に組み込んだ状態で、出射ユニット２６の位置調整を行うようにしている。

別の実施例として、ヘッド本体１４がカバー体２０の外にある状態で、出射ユニット２６の位置調整を行うことも可能である。この場合は、予め蓋体５５および保護アダプタ６８に出射ユニット２６を通しておいて、カバー体２０の外で出射ユニット２６をアダプタ２４を介してヘッド本体１４に取り付ける。こうして出射ユニット２６を装着したヘッド本体１４をカバー体２０の中に入れて固定してから、蓋体５５をカバー体２０の背面２０ｂに取り付けて、保護アダプタ６８を蓋体５５に固定する。

［他の実施形態または変形例］

上記実施形態のレーザ加工ヘッド１０は、レーザ出射部回りで、カバー体２０のヘッド本体１４の本体レーザ出射口３４を露出させる開口部１８にフランジ３８を着脱可能に取り付けている。しかし、フランジ３８をカバー体２０に一体形成する構成や、溶接等で接合する構成も可能である。

また、上記実施形態におけるヘッド本体１４は、従来一般のレーザ加工ヘッドに相当するものである。したがって、従来一般のレーザ加工ヘッドに上記実施形態におけるカバー体２０、フランジ３８、蓋体５５、保護アダプタ６８等を組み合わせることで、上記実施形態のレーザ加工ヘッド１０を作成することも可能である。

上記実施形態では、ヘッド本体１４内の光学部品としてガルバノスキャナ３６を備え、レンズホルダ４２には集光レンズとしてｆθレンズ４０を収容した。しかし、ガルバノスキャナ３６以外の光学部品やｆθレンズ以外の集光レンズを備える構成も可能である。

１０ レーザ加工ヘッド
１２ 光ファイバ
１４ ヘッド本体
１６，１８ 開口部
２０ カバー部材
２４ アダプタ
２６ 出射ユニット
３４ 本体レーザ出射口
３６ ガルバノスキャナ
３８ フランジ
４０ ｆθレンズ
４２ レンズホルダ
５５ 蓋体
６８ 保護アダプタ
７２ ボルト
７８ レンズ保持部
８２ カラー部材
９２ ボルト
１１０ ボルト

Claims (11)

1. 光ファイバを介してレーザ発生部に接続され、前記光ファイバの終端より出射されたレーザ光を集光レンズを介して被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工ヘッドであって、
   前記光ファイバの終端部に結合された出射ユニットを着脱可能に装着し、前記被加工物に向けて前記レーザ光を出射する本体レーザ出射口を有するヘッド本体と、
   該ヘッド本体の前記本体レーザ出射口を露出させる第１の開口部と、前記出射ユニットを貫通させる第２の開口部とを有し、前記第１および第２の開口部を除いて前記ヘッド本体の周りを覆うカバー体と、
   前記カバー体の前記第１の開口部に取り付けられるフランジと、
   前記集光レンズを収容し、前記ヘッド本体の前記本体レーザ出射口に対向して前記フランジに着脱可能に嵌合するレンズユニットと、
   前記フランジの内壁に取り付けられる第１のシール部材と
   を有するレーザ加工ヘッド。
2. 前記フランジと前記カバー体との間に挿入される第２のシール部材を有する請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
3. 前記フランジは、前記第１の開口部の内側に配置され、前記レンズユニットと嵌合可能な円筒状の胴部と、前記ヘッド本体の前記本体レーザ出射口と反対側で前記胴部の一端から半径方向外側に向かって延びる鍔部とを有し、前記鍔部にて第１の締結部により前記カバー体に着脱可能に固定される、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工ヘッド。
4. 前記第１の締結部は、前記鍔部を前記カバー体に締結するための第１のボルトと、前記第１のボルトと前記鍔部との間に挿入される第３のシール部材とを有する、請求項３に記載のレーザ加工ヘッド。
5. 前記レンズユニットは、前記集光レンズを内壁で保持する円筒状のレンズ保持部と、前記フランジと嵌合するために前記レンズ保持部の径方向外側に取り付けられる円筒状のカラー部材とを有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
6. 前記出射ユニットは、円筒状の形体を有し、前記光ファイバの終端より出射された前記レーザ光のビーム径を拡げるビームエキスパンダと、該ビームエキスパンダを通過し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とを収容している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
7. 前記出射ユニットと前記本体レーザ出射口との間の光路上には、前記被加工物上で前記レーザ光のビームスポットをスキャニングするためのガルバノスキャナが設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
8. 前記出射ユニットを着脱可能に装着し、前記レーザ光の光路と直交する方向で前記出射ユニットの位置を調整可能とするアダプタを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
9. 前記アダプタは、
   前記ヘッド本体に着脱可能に取り付けられ、前記出射ユニットと嵌合可能な円筒状の第１の保持部材と、
   前記出射ユニットと一体に結合している前記第１の保持部材の位置を前記レーザ光の光路と直交する方向で調整するための光軸調整部と、
   前記第１の保持部材を前記ヘッド本体に固定するための第２の締結部と
   を有する、請求項８に記載のレーザ加工ヘッド。
10. 前記カバー体の前記第２の開口部と前記出射ユニットとの間を密封するために、前記カバー体の外側面に前記レーザ光の光路と直交する方向で変位可能に取り付けられる保護アダプタを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
11. 前記保護アダプタは、
    前記出射ユニットと嵌合可能な貫通孔を有する厚板状またはブロック状の第２の保持部材と、
    前記第２の保持部材の前記貫通孔の内壁に取り付けられる第４のシール部材と、
    前記第２の保持部材の前記貫通孔の周囲に形成される複数のボルト通し孔と、
    各々の前記ボルト通し孔に遊びをもって通され、前記カバー体に螺着される軸部と、前記第２の保持部材を前記カバー体に押さえつける頭部とを有する第２のボルトと、
    各々の前記第２のボルトと前記第２の保持部材との間および前記第２のボルトと前記カバー体との間の少なくとも１箇所に挿入される第５のシール部材と
    を有する、請求項１０に記載のレーザ加工ヘッド。

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