JP2016159328A

JP2016159328A - Laser processing apparatus, mask mechanism and beam forming unit

Info

Publication number: JP2016159328A
Application number: JP2015040130A
Authority: JP
Inventors: 眞二水野; Shinji Mizuno; 広勝岡本; Hirokatsu Okamoto; 大成水野; Taisei Mizuno; 和夫水野; Kazuo Mizuno
Original assignee: MIZUNO MOKKO SEWING MACHINE SUKASHIBORI KOGYOSHO KK; Chiyoda Corp
Current assignee: MIZUNO MOKKO SEWING MACHINE SUKASHIBORI KOGYOSHO KK; Chiyoda Corp
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for forming a beam shape of laser light.SOLUTION: The laser processing apparatus for irradiating a workpiece with laser light emitted from a laser oscillator to process the workpiece includes a mask mechanism disposed on an optical path of the laser light emitted from the laser oscillator, for forming a beam shape of the laser light. The mask mechanism has: a shading surface disposed on the optical path of the laser light, for partially blocking the laser light; and a transmitting portion for transmitting the laser light not having been blocked by the shading surface. In addition, at least a part of the shading surface has an inclination with respect to a plane perpendicular to an optical axis direction of the laser light.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザー加工装置、マスク機構およびビーム成形ユニットに関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus, a mask mechanism, and a beam forming unit.

レーザーを被加工部材に照射し、被加工部材を加工するレーザー加工装置が知られている（例えば、特許文献１）。 There is known a laser processing apparatus that irradiates a workpiece with a laser to process the workpiece (for example, Patent Document 1).

特開２０１１−１９４４０５号公報JP 2011-194405 A

レーザー加工装置の加工精度は、被加工部材に照射するレーザーのビーム形状に大きく依存する。しかし、レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状が歪んでいる場合や、レーザーが光路上に配置されたミラーで反射する過程で何らかの要因によってビーム形状が変形してしまう場合があり、ビーム形状を所望の形状として出力できないといった問題があった。 The processing accuracy of the laser processing apparatus largely depends on the shape of the laser beam irradiated to the workpiece. However, the beam shape of the laser emitted from the laser oscillator may be distorted, or the beam shape may be deformed due to some factors during the process of reflection of the laser by the mirror arranged on the optical path. There has been a problem that the desired shape cannot be output.

また、光路上のミラーの向きを調整することでビーム形状を調整（成形）する場合、ミラーの向きを変えることにより被加工部材へのレーザーの射出方向が変わることから、レーザーの射出方向の精度と、ビーム形状の精度とを両立させる調整は、非常に困難であった。 Also, when adjusting the beam shape by adjusting the direction of the mirror on the optical path, the laser emission direction to the workpiece is changed by changing the mirror direction. It is very difficult to adjust both the beam shape and the accuracy of the beam.

さらに、複数のレンズを組み合わせてレーザーのビーム形状の調整を行う場合、構造が複雑化するとともに、レンズの組み合わせ方やレンズ間距離の調整が困難であった。 Furthermore, when the laser beam shape is adjusted by combining a plurality of lenses, the structure becomes complicated, and it is difficult to adjust how the lenses are combined and the distance between the lenses.

その他、スリットによってビーム形状を成形する場合、出力の大きいレーザーがスリットに照射されると、スリットが過熱状態となり、変形や劣化するといった問題があった。 In addition, when the beam shape is formed by the slit, there is a problem that when the laser having a high output is irradiated to the slit, the slit is overheated and deformed or deteriorated.

なお、このような課題は、レーザー加工装置においてレーザーのビーム形状を成形する場合に限らず、レーザーが用いられる種々の分野、特に、レーザーのビーム形状の成形を必要とする種々の分野においても同様に発生する。 Such a problem is not limited to the case where the laser beam shape is formed in the laser processing apparatus, but also in various fields where the laser is used, particularly in various fields where the laser beam shape is required. Occurs.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

（１）本発明の一形態によれば、レーザー発振器から射出されたレーザーを被加工部材に照射して、前記被加工部材を加工するレーザー加工装置が提供される。このレーザー加工装置は、前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーのビーム形状を成形するマスク機構を備える。前記マスク機構は、前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有する。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a laser emitted from a laser oscillator. This laser processing apparatus is provided on the optical path of the laser emitted from the laser oscillator and includes a mask mechanism for shaping the beam shape of the laser. The mask mechanism is disposed on an optical path of the laser and includes a light shielding surface that partially shields the laser and a transmission portion that transmits the laser that is not shielded by the light shielding surface. At least a portion has an inclination with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction of the laser.

この形態によれば、マスク機構が有する遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するので、遮光面が垂直面に対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面がレーザーの光軸に対して垂直である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化を抑制し、マスク機構の耐久性を向上させることができる。
なお、遮光面が曲面である場合には、遮光面と垂直面との傾きは、遮光面の接平面と垂直面との傾きとして定義することができる。また、遮光面とレーザーの光軸方向に対する垂直面との傾きは、例えば、遮光面の法線と垂直面との法線とがなす角度によって定義付けることが可能である。 According to this embodiment, at least a part of the light shielding surface of the mask mechanism has an inclination with respect to the vertical plane with respect to the optical axis direction of the laser. Compared with the case where the light shielding surface is perpendicular to the optical axis of the laser, the amount of laser energy that the light shielding surface shields per unit area can be reduced. Therefore, overheating and deterioration of the mask mechanism can be suppressed, and the durability of the mask mechanism can be improved.
When the light shielding surface is a curved surface, the inclination between the light shielding surface and the vertical surface can be defined as the inclination between the tangential plane of the light shielding surface and the vertical surface. Further, the inclination of the light shielding surface and the vertical surface with respect to the optical axis direction of the laser can be defined by, for example, the angle formed by the normal line of the light shielding surface and the normal line.

（２）上記形態のレーザー加工装置において、前記マスク機構は、前記レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成され、前記筒状部材の内壁の少なくとも一部は前記遮光面であり、前記貫通口は前記透過部であるとしてもよい。 (2) In the laser processing apparatus according to the above aspect, the mask mechanism is configured by a cylindrical member having a through hole penetrating in the optical axis direction of the laser, and at least a part of an inner wall of the cylindrical member is the light shielding surface. And the through hole may be the transmission part.

この形態によれば、マスク機構は筒状部材として構成されるので、簡易な構造とすることができるとともに、構造的に高い強度を確保することができる。 According to this aspect, since the mask mechanism is configured as a cylindrical member, it can have a simple structure and can ensure high strength structurally.

（３）上記形態のレーザー加工装置において、前記筒状部材の前記貫通口は、前記レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であり、前記貫通口の前記円形の径は、前記レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなるとしてもよい。 (3) In the laser processing apparatus according to the above aspect, the through hole of the cylindrical member has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser, and the circular diameter of the through hole is It may be smaller as the laser travels in the direction of travel.

この形態によれば、マスク機構は、貫通口の円形の径がレーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる筒状部材によって構成されるので、簡易な構造とすることができる。 According to this aspect, the mask mechanism is configured by the cylindrical member that becomes smaller as the circular diameter of the through-hole advances in the laser traveling direction, so that the structure can be simplified.

（４）上記形態のレーザー加工装置において、前記筒状部材は、前記レーザーの光軸方向に貫通する貫通口を有する部分筒状部材が前記レーザーの光軸方向に複数配置されて構成されるとしてもよい。 (4) In the laser processing apparatus according to the above aspect, the cylindrical member is configured such that a plurality of partial cylindrical members having through holes penetrating in the optical axis direction of the laser are arranged in the optical axis direction of the laser. Also good.

この形態によれば、筒状部材は、部分筒状部材がレーザーの光軸方向に複数配置されて構成されるので、マスク機構のメンテナンスが簡易となる。さらに、部分筒状部材の配置個数を変えることによって、レーザーの遮光量の調整、レーザーのビーム形状の調整をすることができる。 According to this aspect, the cylindrical member is configured by arranging a plurality of partial cylindrical members in the direction of the optical axis of the laser, so that the maintenance of the mask mechanism is simplified. Furthermore, by changing the number of partial cylindrical members arranged, it is possible to adjust the light shielding amount of the laser and the laser beam shape.

（５）上記形態のレーザー加工装置において、前記遮光面の一部である第１の部分遮光面が遮光する前記レーザーの光強度を第１の光強度、前記遮光面の一部である第２の部分遮光面が遮光する前記レーザーの光強度を第２の光強度と定義した場合において、前記第１の光強度は、前記第２の光強度よりも強く、前記第１の部分遮光面の前記垂直面に対する傾きは、前記第２の部分遮光面の前記垂直面に対する傾きよりも大きいとしてもよい。 (5) In the laser processing apparatus of the above aspect, the light intensity of the laser that is shielded by the first partial light shielding surface that is a part of the light shielding surface is a first light intensity, and the second light intensity that is a part of the light shielding surface. In the case where the light intensity of the laser that is shielded by the partial light shielding surface is defined as the second light intensity, the first light intensity is stronger than the second light intensity, The inclination with respect to the vertical plane may be larger than the inclination of the second partial light shielding surface with respect to the vertical plane.

この形態によれは、遮光するレーザーの光強度が強い部分遮光面ほど、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する傾きが大きい。すなわち、この形態におけるマスク機構は、光強度が強いレーザーを遮光する部分遮光面ほど、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する傾きを大きくすることによって、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量の軽減率を高め、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化をさらに抑制し、マスク機構の耐久性をさらに向上させることができる。 According to this form, the inclination with respect to the perpendicular | vertical surface with respect to the optical axis direction of a laser is so large that the partial light-shielding surface where the light intensity of the laser which shields light is strong. In other words, the mask mechanism in this embodiment reduces the amount of energy of the laser that is shielded per unit area by increasing the inclination with respect to the vertical plane with respect to the optical axis direction of the laser as the partial light shielding surface that shields the laser having a higher light intensity. The rate can be increased, and the amount of laser energy shielded per unit area can be reduced. Therefore, overheating and deterioration of the mask mechanism can be further suppressed, and the durability of the mask mechanism can be further improved.

（６）上記形態のレーザー加工装置において、さらに、中空の管路部材であって、当該管路部材の内部空間に前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路が形成される管路部材と、前記管路部材と接続される継手管路部材とを備え、前記マスク機構は、前記継手管路部材の内部空間に配置されるとしてもよい。 (6) In the laser processing apparatus of the above aspect, further, a hollow pipe member, in which an optical path of the laser emitted from the laser oscillator is formed in an internal space of the pipe member; A joint pipe member connected to the pipe line member, and the mask mechanism may be disposed in an internal space of the joint pipe member.

この形態によれば、マスク機構は、継手管路部材の内部空間に配置されるので、既存のレーザー加工装置の管路部材に取り付けることができる。また、継手管路部材を取り外すことによって、簡易にマスク機構のメンテナンスを行うことができる。 According to this aspect, since the mask mechanism is disposed in the internal space of the joint pipe member, it can be attached to the pipe member of the existing laser processing apparatus. Moreover, the mask mechanism can be easily maintained by removing the joint pipe member.

（７）上記形態のレーザー加工装置において、前記マスク機構は、銅を含む金属部材によって構成されるとしてもよい。 (7) In the laser processing apparatus of the above aspect, the mask mechanism may be configured by a metal member containing copper.

この形態によれば、マスク機構は、銅を含む金属部材によって構成されているので、熱伝導性が高い。従って、レーザーを遮光中であっても熱拡散性が高いので、マスク機構の過熱や劣化をさらに抑制し、マスク機構の耐久性をさらに向上させることができる。 According to this form, since the mask mechanism is comprised by the metal member containing copper, heat conductivity is high. Accordingly, since the thermal diffusivity is high even when the laser is shielded, overheating and deterioration of the mask mechanism can be further suppressed, and the durability of the mask mechanism can be further improved.

（８）本発明の他の形態によれば、レーザー発振器から射出されたレーザーの光路上に配置され、前記レーザーのビーム形状を成形するマスク機構が提供される。このマスク機構は、前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するとしてもよい。 (8) According to another aspect of the present invention, there is provided a mask mechanism that is disposed on the optical path of a laser emitted from a laser oscillator and shapes the beam shape of the laser. The mask mechanism is disposed on an optical path of the laser, and includes a light shielding surface that partially shields the laser and a transmission portion that transmits the laser that is not shielded by the light shielding surface. At least a portion may have an inclination with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction of the laser.

この形態によれば、遮光面の少なくとも一部はレーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するので、遮光面が垂直面に対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面がレーザーの光軸に対して垂直である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化を抑制し、マスク機構の耐久性を向上させることができる。 According to this aspect, since at least a part of the light shielding surface is inclined with respect to the vertical surface with respect to the optical axis direction of the laser, the light shielding surface is not inclined with respect to the vertical surface, that is, the light shielding surface is a laser. Compared to the case where the light shielding surface is perpendicular to the optical axis, the amount of laser energy that the light shielding surface shields per unit area can be reduced. Therefore, overheating and deterioration of the mask mechanism can be suppressed, and the durability of the mask mechanism can be improved.

（９）本発明の他の形態によれば、レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状を成形するビーム成形ユニットが提供される。このビーム成形ユニットは、継手管路部材であって内部空間に前記レーザー発振器から射出された前記レーザーの光路が形成される管路部材と接続可能な継手管路部材と、前記継手管路部材の内部空間に配置されるマスク機構とを備える。前記マスク機構は、前記レーザーの光路上に配置され、前記レーザーを部分的に遮光する遮光面と、前記遮光面によって遮光されなかった前記レーザーを透過する透過部とを有し、前記遮光面の少なくとも一部は、前記レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するとしてもよい。 (9) According to another aspect of the present invention, there is provided a beam shaping unit for shaping the beam shape of a laser emitted from a laser oscillator. The beam forming unit includes a joint pipe member that is connectable to a pipe pipe member that is a joint pipe member and in which an optical path of the laser emitted from the laser oscillator is formed in an internal space, and the joint pipe member And a mask mechanism disposed in the internal space. The mask mechanism is disposed on an optical path of the laser and includes a light shielding surface that partially shields the laser and a transmission portion that transmits the laser that is not shielded by the light shielding surface. At least a portion may have an inclination with respect to a plane perpendicular to the optical axis direction of the laser.

この形態によれば、マスク機構が有する遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対して傾きを有するので、遮光面が垂直面に対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面がレーザーの光軸に対して垂直である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構の過熱や劣化を抑制し、マスク機構の耐久性を向上させることができる。さらに、このビーム形成ユニットは、管路部材と接続可能な継手管路部材を備えるので、既存のレーザー加工装置の管路部材に取り付けることができる。また、継手管路部材を取り外すことによって、簡易にマスク機構のメンテナンスを行うことができる。 According to this embodiment, at least a part of the light shielding surface of the mask mechanism has an inclination with respect to the vertical plane with respect to the optical axis direction of the laser. Compared with the case where the light shielding surface is perpendicular to the optical axis of the laser, the amount of laser energy that the light shielding surface shields per unit area can be reduced. Therefore, overheating and deterioration of the mask mechanism can be suppressed, and the durability of the mask mechanism can be improved. Further, since this beam forming unit includes a joint pipe member that can be connected to the pipe member, it can be attached to the pipe member of an existing laser processing apparatus. Moreover, the mask mechanism can be easily maintained by removing the joint pipe member.

レーザー加工装置の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of a laser processing apparatus. ビーム成形ユニットの内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of a beam shaping unit. マスク機構の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a mask mechanism. 第２実施形態におけるマスク機構の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the mask mechanism in 2nd Embodiment. 変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a modification.

本発明にかかる実施の形態について、図面を参照しながら以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）レーザー加工装置の構成：
（Ａ２）ビーム形成ユニットの構造：
（Ａ３）マスク機構の構成：
Ｂ．第２実施形態：
Ｃ．変形例： Embodiments according to the present invention will be described in the following order with reference to the drawings.
A. First embodiment:
(A1) Configuration of laser processing apparatus:
(A2) Structure of beam forming unit:
(A3) Configuration of mask mechanism:
B. Second embodiment:
C. Variations:

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）レーザー加工装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのレーザー加工装置１０の概要を示す説明図である。レーザー加工装置１０は、木材や金属などの被加工部材ＷＫにレーザーを照射して、被加工部材ＷＫに対して切断、切削、穴あけ等の種々の加工を実施する装置である。 A. First embodiment:
(A1) Configuration of laser processing apparatus:
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a laser processing apparatus 10 as an embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 10 is an apparatus that irradiates a workpiece WK such as wood or metal with a laser and performs various processes such as cutting, cutting, and drilling on the workpiece WK.

レーザー加工装置１０は、レーザーを射出するレーザー発振器２０と、射出されたレーザーの光路に沿って配置された導光路３０と、導光路３０上に設置されたミラー４２、ミラー４４、ミラー４６と、加工ヘッド５０とを備える。レーザー発振器２０は、ＣＯ_２レーザーを射出する装置である。なお、本実施形態においては、ＣＯ_２レーザーを射出するレーザー発振器２０を採用したが、ＹＡＧレーザー、Ｙｂファイバーレーザー、ダイレクトＬＤレーザーなど、他のレーザーを射出するレーザー発振器を採用してもよい。 The laser processing apparatus 10 includes a laser oscillator 20 that emits a laser, a light guide 30 that is arranged along the optical path of the emitted laser, a mirror 42, a mirror 44, and a mirror 46 that are installed on the light guide 30. The machining head 50 is provided. The laser oscillator 20 is a device that emits a CO ₂ laser. In the present embodiment, the laser oscillator 20 that emits the CO ₂ laser is used, but a laser oscillator that emits another laser, such as a YAG laser, a Yb fiber laser, or a direct LD laser, may be used.

導光路３０は、中空の管路部材であって、内部空間にレーザー発振器２０から射出されたレーザーの光路が形成される。なお、図１においては、レーザー発振器２０から射出されたレーザーの光軸を光軸ＬＳとして破線で示すとともに、レーザーの進行方向を光軸ＬＳ上の矢印によって示している。導光路３０の内部空間に形成されたレーザーの光路は、ミラー４２、ミラー４４、ミラー４６によって光軸方向が変更され、レーザー発振器２０から射出されたレーザーは加工ヘッド５０へと導光される。本実施形態においては、ミラー４２、ミラー４４、ミラー４６は、全反射鏡である。 The light guide 30 is a hollow pipe member, and an optical path of the laser emitted from the laser oscillator 20 is formed in the internal space. In FIG. 1, the optical axis of the laser emitted from the laser oscillator 20 is indicated by a broken line with the optical axis LS, and the traveling direction of the laser is indicated by an arrow on the optical axis LS. The direction of the optical axis of the optical path of the laser formed in the internal space of the light guide path 30 is changed by the mirror 42, the mirror 44, and the mirror 46, and the laser emitted from the laser oscillator 20 is guided to the processing head 50. In the present embodiment, the mirror 42, the mirror 44, and the mirror 46 are total reflection mirrors.

加工ヘッド５０は、内部に集光レンズ（図示省略）を備え、導光路３０によって加工ヘッド５０に導光されたレーザーを当該集光レンズによって集光し、集光したレーザーを加工テーブル６０に設置された被加工部材ＷＫに照射する。加工テーブル６０は、固定台６２と、可動部６４とを備える。レーザー加工装置１０は、可動部６４を縦・横（Ｘ軸方向・Ｙ軸方向）の２次元方向に移動させ、被加工部材ＷＫにおけるレーザーの照射位置を変更することで、被加工部材ＷＫを２次元方向に加工する２次元レーザー加工装置である。なお、本実施形態においては、レーザー加工装置１０として、２次元レーザー加工装置を採用したが、被加工部材を３次元方向（Ｘ軸方向・Ｙ軸方向・Ｚ軸方向）に加工する３次元レーザー加工装置を採用してもよい。 The processing head 50 includes a condensing lens (not shown) inside, condenses the laser guided to the processing head 50 by the light guide path 30 by the condensing lens, and places the condensed laser on the processing table 60. The irradiated workpiece WK is irradiated. The processing table 60 includes a fixed base 62 and a movable part 64. The laser processing apparatus 10 moves the movable part 64 in the two-dimensional direction of vertical and horizontal (X-axis direction and Y-axis direction), and changes the laser irradiation position on the workpiece WK, thereby changing the workpiece WK. This is a two-dimensional laser processing apparatus that processes in a two-dimensional direction. In this embodiment, a two-dimensional laser processing apparatus is employed as the laser processing apparatus 10, but a three-dimensional laser that processes a workpiece in a three-dimensional direction (X-axis direction / Y-axis direction / Z-axis direction). A processing apparatus may be employed.

なお、図示は省略したが、レーザー加工装置１０の加工ヘッド５０には、被加工部材ＷＫにレーザーを照射した際に発生するバリや溶解物を吹き飛ばすために、アシストガスを噴射する噴射口が設けられている。 Although not shown, the processing head 50 of the laser processing apparatus 10 is provided with an injection port for injecting an assist gas in order to blow off burrs and melt generated when the workpiece WK is irradiated with laser. It has been.

レーザー加工装置１０は、導光路３０上にシャッター装置２２を備える。シャッター装置２２は、レーザー発振器２０から射出されたレーザーを完全に遮断可能なシャッター機構を備え、シャッター機構のＯＮ/ＯＦＦ制御を実行することによって、シャッター装置２２よりレーザーの進行方向の下流側に対して、レーザーの射出/遮断の制御を行う。 The laser processing apparatus 10 includes a shutter device 22 on the light guide path 30. The shutter device 22 includes a shutter mechanism that can completely shut off the laser emitted from the laser oscillator 20, and by performing ON / OFF control of the shutter mechanism, the shutter device 22 is further on the downstream side in the laser traveling direction than the shutter device 22. To control the laser emission / interruption.

また、レーザー加工装置１０は、導光路３０上に、レーザーのビーム形状を成形するビーム成形ユニット７０を備える。導光路３０内部を通過するレーザーのビーム形状をビーム成形ユニット７０によって成形することによって、加工ヘッド５０を介して被加工部材ＷＫに照射されるレーザーのビーム形状を調整することができる。 In addition, the laser processing apparatus 10 includes a beam forming unit 70 that forms a laser beam shape on the light guide path 30. By shaping the shape of the laser beam passing through the inside of the light guide path 30 by the beam shaping unit 70, the shape of the laser beam irradiated to the workpiece WK via the machining head 50 can be adjusted.

（Ａ２）ビーム形成ユニットの構造：
図２は、ビーム成形ユニット７０の内部構造を説明する断面図である。ビーム成形ユニット７０は、継手管路部材７２と、フランジ７３ａと、フランジ７３ｂとを備える。フランジ７３ａは、導光路３０ａの端部の外周に取り付けられている。フランジ７３ｂは、導光路３０ｂの端部の外周に取り付けられている。継手管路部材７２は、一端がフランジ７３ａと接続され、他端がフランジ７３ｂと接続されている。継手管路部材７２とフランジ７３ａ、および、継手管路部材７２とフランジ７３ｂとは、ボルトＢＴによって締結されている。 (A2) Structure of beam forming unit:
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the internal structure of the beam forming unit 70. The beam forming unit 70 includes a joint pipe member 72, a flange 73a, and a flange 73b. The flange 73a is attached to the outer periphery of the end portion of the light guide path 30a. The flange 73b is attached to the outer periphery of the end portion of the light guide path 30b. The joint pipe member 72 has one end connected to the flange 73a and the other end connected to the flange 73b. The joint pipeline member 72 and the flange 73a, and the joint pipeline member 72 and the flange 73b are fastened by a bolt BT.

継手管路部材７２はステンレス製の管路部材である。継手管路部材７２の内部空間には、管路部材７８が設けられている。継手管路部材７２と管路部材７８との間には、冷却水が循環する空間である冷却流路７５が形成されている。また、継手管路部材７２には、冷却流路７５に冷却水を流入するための流入口７６と、冷却流路７５から冷却水を排出するための排出口７７が形成されている。冷却流路７５に冷却水を循環させることによって、ビーム成形ユニット７０を冷却することができる。なお、本実施形態においては、ビーム成形ユニット７０として、冷却流路７５、流入口７６および排出口７７から構成される冷却水循環機構を備える構成を採用したが、冷却水循環機構を備えない構成を採用してもよい。 The joint pipe member 72 is a stainless steel pipe member. A pipe line member 78 is provided in the internal space of the joint pipe line member 72. Between the joint pipe member 72 and the pipe member 78, a cooling flow path 75, which is a space through which cooling water circulates, is formed. In addition, the joint pipe member 72 is formed with an inlet 76 for allowing cooling water to flow into the cooling channel 75 and an outlet 77 for discharging the cooling water from the cooling channel 75. The beam forming unit 70 can be cooled by circulating cooling water through the cooling flow path 75. In the present embodiment, the beam shaping unit 70 is configured to include a cooling water circulation mechanism including the cooling flow path 75, the inlet 76, and the discharge port 77, but a configuration not including the cooling water circulation mechanism is employed. May be.

管路部材７８の内部には、マスク機構８０が設けられている。マスク機構８０は、レーザー発振器から射出されたレーザーの光路上に配置され、レーザーのビーム形状を成形する。マスク機構８０は、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材によって構成されている。本実施形態においては、マスク機構８０（円筒部材）は、銅を含む金属部材によって構成されている。図示するように、マスク機構８０は、３つの部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃが、光軸方向に配置されて構成されている。以下、マスク機構８０の詳細について説明する。 A mask mechanism 80 is provided inside the pipe line member 78. The mask mechanism 80 is disposed on the optical path of the laser emitted from the laser oscillator, and shapes the beam shape of the laser. The mask mechanism 80 is constituted by a cylindrical member having a through hole penetrating in the optical axis direction of the laser. In the present embodiment, the mask mechanism 80 (cylindrical member) is made of a metal member containing copper. As shown in the figure, the mask mechanism 80 includes three partial mask mechanisms 82a, 82b, and 82c arranged in the optical axis direction. Details of the mask mechanism 80 will be described below.

（Ａ３）マスク機構の構成：
図３は、マスク機構８０の構成を説明する説明図である。図３（ａ）には、マスク機構８０を３方向から示した。図３（ａ）の中央にはマスク機構８０の断面図を示し、左側にはマスク機構８０のＡ方向矢視図を示し、右側にはマスク機構８０のＢ方向矢視図を示した。 (A3) Configuration of mask mechanism:
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the mask mechanism 80. FIG. 3A shows the mask mechanism 80 from three directions. 3A shows a cross-sectional view of the mask mechanism 80, the left side shows a view in the A direction of the mask mechanism 80, and the right side shows a view in the B direction of the mask mechanism 80. FIG.

図示するように、マスク機構８０は、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材によって構成されている。筒状部材の貫通口は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形である。さらに、貫通口の円形の径は、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる。 As shown in the figure, the mask mechanism 80 is constituted by a cylindrical member having a through hole penetrating in the optical axis direction of the laser. The through hole of the cylindrical member has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser. Further, the circular diameter of the through hole becomes smaller as the laser advances in the direction of travel of the laser.

具体的には、図示するように、レーザーがマスク機構８０に進入する進入口８０ｉｎの径ｄ１は、レーザーがマスク機構８０から進出する進出口８０ｏｕｔの径ｄ２よりも大きい。そして、貫通口の径ｄは、進入口８０ｉｎから進出口８０ｏｕｔにかけて連続的に小さくなる。このような形状のマスク機構８０を採用することによって、進出口８０ｏｕｔから進出するレーザーのビーム形状を真円に近い形状に成形することができる。結果として、レーザー加工装置１０は、加工ヘッド５０から真円に近いビーム形状のレーザーを出力することができる。 Specifically, as illustrated, the diameter d1 of the entrance 80in through which the laser enters the mask mechanism 80 is larger than the diameter d2 of the exit 80out through which the laser advances from the mask mechanism 80. And the diameter d of a through-hole becomes small continuously from the entrance 80in to the exit 80out. By employing the mask mechanism 80 having such a shape, the beam shape of the laser that advances from the outlet 80out can be formed into a shape close to a perfect circle. As a result, the laser processing apparatus 10 can output a laser having a beam shape close to a perfect circle from the processing head 50.

図３（ｂ）には、部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃを示した。上述のように、マスク機構８０は、部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃが、光軸方向に配置されて構成されている。部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、各々、レーザーの光軸方向に貫通する貫通口を有する部分筒状部材によって構成されている。部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃを構成する部分筒状部材の内壁は、導光路３０の内部を進行するレーザーを部分的に遮光する遮光面として機能する。以下、レーザーを部分的に遮光する部分マスク機構８２ａ、８２ｂ、８２ｃの内壁を、各々、遮光面８４ａ、８４ｂ、８４ｃとも呼ぶ。また、部分筒状部材の貫通口（または貫通口を形成する空間）は、各遮光面によって遮光されなかったレーザーが透過する透過部として機能する。 FIG. 3B shows partial mask mechanisms 82a, 82b, and 82c. As described above, the mask mechanism 80 is configured by arranging the partial mask mechanisms 82a, 82b, and 82c in the optical axis direction. Each of the partial mask mechanisms 82a, 82b, and 82c is configured by a partial cylindrical member having a through-hole penetrating in the optical axis direction of the laser. The inner walls of the partial cylindrical members constituting the partial mask mechanisms 82 a, 82 b, and 82 c function as a light shielding surface that partially shields the laser traveling inside the light guide path 30. Hereinafter, the inner walls of the partial mask mechanisms 82a, 82b, and 82c that partially shield the laser are also referred to as light shielding surfaces 84a, 84b, and 84c, respectively. In addition, the through hole (or the space that forms the through hole) of the partial cylindrical member functions as a transmission part through which the laser that is not shielded by each light shielding surface is transmitted.

図３（ｃ）は、遮光面の特徴について説明する説明図である。図３（ｃ）には、一例として、部分マスク機構８２ａを示した。ここで、遮光面の特徴を説明するために、レーザーの光軸方向に対する垂直面を垂直面ＶＰと定義する。図示したＸＹＺ軸方向において、垂直面ＶＰは、ＸＺ平面に平行な２次元平面である。 FIG. 3C is an explanatory diagram for explaining the characteristics of the light shielding surface. FIG. 3C shows a partial mask mechanism 82a as an example. Here, in order to describe the characteristics of the light shielding surface, a vertical surface with respect to the optical axis direction of the laser is defined as a vertical surface VP. In the illustrated XYZ axis direction, the vertical plane VP is a two-dimensional plane parallel to the XZ plane.

部分マスク機構８２ａの内壁である遮光面８４ａは、垂直面ＶＰに対して傾きを有する。本実施形態においては、遮光面８４ａは曲面である。従って、遮光面８４ａの接平面ＴＰを定義し、遮光面８４ａと垂直面ＶＰとの傾きを、接平面ＴＰと垂直面ＶＰとの傾きとして定義する。 The light shielding surface 84a that is the inner wall of the partial mask mechanism 82a has an inclination with respect to the vertical surface VP. In the present embodiment, the light shielding surface 84a is a curved surface. Therefore, the tangent plane TP of the light shielding surface 84a is defined, and the inclination between the light shielding surface 84a and the vertical plane VP is defined as the inclination between the tangential plane TP and the vertical plane VP.

図３（ｃ）に示すように、遮光面８４ａの接平面ＴＰは、垂直面ＶＰに対して角度θの傾きを有している。逆に、遮光面８４ａ（または接平面ＴＰ）が、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾きを有さない場合とは、図示した角度θ＝０°であり遮光面８４ａ（または接平面ＴＰ）が垂直面ＶＰと平行である場合をいう。また、遮光面８４ａ（または接平面ＴＰ）が、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾きを有する場合とは、角度θ≠０であればよい。換言すれば、角度θ＜０または角度θ＞０であればよい。遮光面８４ａは、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾き（角度θ）を有することによって、遮光面８４ａが単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を、角度θ＝０の場合と比較して小さくすることができる。 As shown in FIG. 3C, the tangent plane TP of the light shielding surface 84a has an inclination of an angle θ with respect to the vertical plane VP. Conversely, when the light shielding surface 84a (or the tangential plane TP) has no inclination with respect to the vertical plane VP with respect to the optical axis direction of the laser, the illustrated angle θ = 0 °, and the light shielding surface 84a (or the tangent plane TP). The plane TP) is parallel to the vertical plane VP. Further, the angle θ ≠ 0 may be used when the light shielding surface 84a (or the tangential plane TP) has an inclination with respect to the vertical plane VP with respect to the optical axis direction of the laser. In other words, the angle θ <0 or the angle θ> 0 may be satisfied. The light shielding surface 84a has an inclination (angle θ) with respect to the vertical plane VP with respect to the optical axis direction of the laser, so that the amount of laser energy that the light shielding surface 84a shields per unit area is the angle θ = 0. It can be made smaller in comparison.

なお、本実施形態においては、遮光面（接平面ＴＰ）とレーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰとの傾きは、遮光面と垂直面ＶＰとがなす角度θとして定義したが、例えば、遮光面（接平面ＴＰ）の法線と垂直面ＶＰの法線とがなす角度によって定義してもよい。 In the present embodiment, the inclination between the light shielding surface (tangent plane TP) and the vertical surface VP with respect to the optical axis direction of the laser is defined as an angle θ formed by the light shielding surface and the vertical surface VP. You may define by the angle which the normal line of (tangent plane TP) and the normal line of vertical surface VP make.

以上説明したように、本実施形態におけるレーザー加工装置１０は、マスク機構８０を備えるので、レーザーのビーム形状を成形することができる。例えば、レーザー発振器から射出されたレーザーのビーム形状が何らかの要因によって歪んでいる場合や、光路上に配置された光学器材等に起因してビーム形状が歪んだ場合であっても、マスク機構８０によってビーム形状が成形されるので、所望のビーム形状のレーザーを加工ヘッド５０から出力することができる。 As described above, the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment includes the mask mechanism 80, so that the laser beam shape can be formed. For example, even when the beam shape of the laser emitted from the laser oscillator is distorted due to some factor or when the beam shape is distorted due to an optical device or the like disposed on the optical path, the mask mechanism 80 Since the beam shape is formed, a laser having a desired beam shape can be output from the processing head 50.

具体例としては、加工ヘッド５０から出力されるビーム形状が真円となるように光学系が設計されたレーザー加工装置１０において、何らかの要因によって加工ヘッド５０から出力されるレーザーのビーム形状が楕円に歪んでいる場合に、図３に示したマスク機構８０を導光路３０に設置することによって、真円に近いビーム形状のレーザーを加工ヘッド５０から出力することができる。 As a specific example, in the laser processing apparatus 10 in which the optical system is designed so that the beam shape output from the processing head 50 becomes a perfect circle, the beam shape of the laser output from the processing head 50 due to some factor becomes an ellipse. In the case of distortion, by installing the mask mechanism 80 shown in FIG. 3 in the light guide path 30, a laser having a beam shape close to a perfect circle can be output from the processing head 50.

さらに、マスク機構８０が有する遮光面の少なくとも一部は、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対して傾き（角度θ≠０）を有する。従って、本実施形態におけるマスク機構８０は、遮光面（接平面ＴＰ）が垂直面ＶＰに対して傾きを有さない場合、すなわち、遮光面（接平面ＴＰ）がレーザーの光軸ＬＳに対して垂直（角度θ＝０）である場合と比較して、遮光面が単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構８０の過熱や劣化を抑制し、マスク機構８０の耐久性を向上させることができる。 Furthermore, at least a part of the light shielding surface of the mask mechanism 80 has an inclination (angle θ ≠ 0) with respect to the vertical plane VP with respect to the optical axis direction of the laser. Therefore, in the mask mechanism 80 in the present embodiment, the light shielding surface (tangential plane TP) has no inclination with respect to the vertical plane VP, that is, the light shielding surface (tangential plane TP) is relative to the optical axis LS of the laser. Compared with the case where the angle is vertical (angle θ = 0), the amount of laser energy that the light shielding surface shields per unit area can be reduced. Therefore, overheating and deterioration of the mask mechanism 80 can be suppressed, and the durability of the mask mechanism 80 can be improved.

また、本実施形態におけるマスク機構８０は、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成され、貫通口の円形の径が、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる筒状部材によって構成されるので、マスク機構８０を簡易な構造とすることができるとともに、構造的に高い強度を確保することができる。 Further, the mask mechanism 80 in the present embodiment is configured by a cylindrical member having a through-hole penetrating in the optical axis direction of the laser, and the circular diameter of the through-hole decreases as the laser advances in the traveling direction. Therefore, the mask mechanism 80 can have a simple structure, and a high strength can be secured structurally.

さらに、図３において説明したように、本実施形態におけるマスク機構８０は、部分筒状部材で構成される部分マスク機構（本実施形態においては、部分マスク機構８２ａ，８２ｂ，８２ｃ）が、レーザーの光軸方向に複数配置されて構成される。従って、マスク機構８０のメンテナンスが簡易となる。また、部分筒状部材（部分マスク機構）の配置個数を変えることによって、レーザーの遮光量の調整や、レーザーのビーム形状の調整を容易に実施することができる。 Further, as described in FIG. 3, the mask mechanism 80 in this embodiment is a partial mask mechanism (partial mask mechanisms 82a, 82b, 82c in the present embodiment) formed of a partial cylindrical member. A plurality are arranged in the optical axis direction. Therefore, maintenance of the mask mechanism 80 is simplified. Further, by changing the number of partial cylindrical members (partial mask mechanisms), it is possible to easily adjust the light shielding amount of the laser and the laser beam shape.

また、本実施形態におけるマスク機構８０は、継手管路部材７２の内部空間に配置されるので、既存のレーザー加工装置の管路部材（導光路）に取り付けることができる。具体的には、既存のレーザー加工装置の導光路に対応する管路部材に、当該管路部材の径に応じた大きさのフランジ７３ａおよびフランジ７３ｂを取り付ける。そして、マスク機構８０を内部に備える継手管路部材７２の両端を、フランジ７３ａおよびフランジ７３ｂとボルトＢＴ等による締結によって接続することで、マスク機構８０を含むビーム成形ユニット７０を既存のレーザー加工装置に取り付けることができる。また、既存のレーザー加工装置については、導光路に対応する管路部材を加工することでビーム成形ユニット７０を取り付け可能であるので、レーザーのビーム形状の成形制御を簡易な作業によって実現することができる。 Moreover, since the mask mechanism 80 in this embodiment is arrange | positioned in the interior space of the joint pipeline member 72, it can be attached to the pipeline member (light guide path) of the existing laser processing apparatus. Specifically, a flange 73a and a flange 73b having a size corresponding to the diameter of the pipe member are attached to the pipe member corresponding to the light guide path of the existing laser processing apparatus. Then, the beam forming unit 70 including the mask mechanism 80 is connected to the existing laser processing apparatus by connecting both ends of the joint pipe member 72 having the mask mechanism 80 therein by fastening with the flange 73a and the flange 73b with a bolt BT or the like. Can be attached to. Moreover, since the beam shaping unit 70 can be attached to the existing laser processing apparatus by processing the pipe member corresponding to the light guide path, the laser beam shape shaping control can be realized by a simple operation. it can.

さらに、マスク機構８０は、継手管路部材７２の内部空間に配置された構造を採用することによって、簡易にマスク機構８０のメンテナンスを行うことができる。具体的には、成形するビーム形状を変更（例えば、ビーム形状をより小さい円形に変更）するために行う異なるマスク機構への取り換えや、マスク機構８０の劣化具合の確認や、部分マスク機構の配置個数の調整など、マスク機構８０に関する種々のメンテナンスを、レーザー加工装置１０から継手管路部材７２を取り外すことによって簡易に行うことができる。 Furthermore, the mask mechanism 80 can easily perform maintenance of the mask mechanism 80 by adopting a structure arranged in the internal space of the joint pipe member 72. Specifically, replacement with a different mask mechanism for changing the shape of the beam to be molded (for example, changing the beam shape to a smaller circle), confirmation of the deterioration of the mask mechanism 80, and arrangement of the partial mask mechanism Various maintenance related to the mask mechanism 80, such as adjustment of the number, can be easily performed by removing the joint pipe member 72 from the laser processing apparatus 10.

また、マスク機構８０は、銅を含む金属部材によって構成されているので、熱伝導性が高い。従って、レーザーを遮光中であっても熱拡散性が高いので、マスク機構８０の過熱や劣化をさらに抑制し、マスク機構８０の耐久性をさらに向上させることができる。 Moreover, since the mask mechanism 80 is comprised by the metal member containing copper, it has high heat conductivity. Accordingly, since the thermal diffusivity is high even when the laser is shielded, overheating and deterioration of the mask mechanism 80 can be further suppressed, and the durability of the mask mechanism 80 can be further improved.

Ｂ．第２実施形態：
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態と、上記第１実施形態との異なる点は、マスク機構の構成であり、その他のレーザー加工装置１０の構成については第１実施形態と同じである。従って、本実施形態においては、マスク機構について説明し、レーザー加工装置１０の他の構成については説明を省略する。 B. Second embodiment:
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The difference between the second embodiment and the first embodiment is the configuration of the mask mechanism, and the configuration of the other laser processing apparatus 10 is the same as that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the mask mechanism will be described, and description of other configurations of the laser processing apparatus 10 will be omitted.

図４は、第２実施形態におけるマスク機構９０の構成を説明する説明図である。図４の右側にはマスク機構９０の構成を示す断面図を示し、左側にはマスク機構９０に進入するレーザーの光強度分布を示した。 FIG. 4 is an explanatory view illustrating the configuration of the mask mechanism 90 in the second embodiment. The right side of FIG. 4 shows a cross-sectional view showing the configuration of the mask mechanism 90, and the left side shows the light intensity distribution of the laser entering the mask mechanism 90.

図４に示したマスク機構９０は、第１実施形態におけるマスク機構８０と同様に、レーザーの光軸方向に貫通した貫通口を有する筒状部材で構成されている。また、筒状部材の貫通口は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であり、貫通口の円形の径は、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる。 The mask mechanism 90 shown in FIG. 4 is configured by a cylindrical member having a through hole penetrating in the optical axis direction of the laser, like the mask mechanism 80 in the first embodiment. Further, the through hole of the cylindrical member has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser, and the circular diameter of the through hole becomes smaller as the laser advances in the traveling direction.

第２実施形態におけるマスク機構９０の特徴は、マスク機構９０の内壁である遮光面の形状が、遮光するレーザーの光強度が強い部分ほど、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する傾きが大きいことである。以下、具体的に説明する。 The feature of the mask mechanism 90 in the second embodiment is that the shape of the light shielding surface, which is the inner wall of the mask mechanism 90, has a larger inclination with respect to the vertical plane with respect to the optical axis direction of the laser, as the light intensity of the light shielding laser is higher. is there. This will be specifically described below.

マスク機構９０には、図の左側に示した光強度分布を備えるレーザーが進入する。本実施形態においては、レーザーの光強度の最大ピークを示す位置が、マスク機構９０の貫通口の中心位置と一致している。レーザーは、マスク機構９０の内壁である遮光面９４によって部分的に遮光され、遮光面９４によって遮光されなかったレーザーが貫通口である透過部を透過する。 A laser having a light intensity distribution shown on the left side of the drawing enters the mask mechanism 90. In the present embodiment, the position showing the maximum peak of the laser light intensity coincides with the center position of the through hole of the mask mechanism 90. The laser is partially shielded by the light shielding surface 94 that is the inner wall of the mask mechanism 90, and the laser that is not shielded by the light shielding surface 94 passes through the transmission part that is the through hole.

ここで、図示するように、マスク機構９０における遮光面の一部を、第１の部分遮光面Ｐ１および第２の部分遮光面Ｐ２とする。そして、第１の部分遮光面Ｐ１が遮光するレーザーの光強度を第１の光強度Ｉｎ１、第２の部分遮光面Ｐ２が遮光するレーザーの光強度を第２の光強度Ｉｎ２とする。図示した光強度分布から、第１の光強度Ｉｎ１が第２の光強度Ｉｎ２よりも強いことが分かる。 Here, as illustrated, a part of the light shielding surface in the mask mechanism 90 is defined as a first partial light shielding surface P1 and a second partial light shielding surface P2. The light intensity of the laser light shielded by the first partial light shielding surface P1 is defined as the first light intensity In1, and the light intensity of the laser light shielded by the second partial light shielding surface P2 is defined as the second light intensity In2. From the illustrated light intensity distribution, it can be seen that the first light intensity In1 is stronger than the second light intensity In2.

次に、レーザーの光軸方向に対する垂直面に対する、第１の部分遮光面Ｐ１および第２の部分遮光面Ｐ２の傾きについて説明する。第１の部分遮光面Ｐ１とレーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰとの傾きを角度θ１とする。なお、第１の部分遮光面Ｐ１は曲面である。従って、第１の部分遮光面Ｐ１の接平面ＴＰ１を定義し、第１の部分遮光面Ｐ１と垂直面ＶＰとの傾きを、接平面ＴＰ１と垂直面ＶＰとの傾きとして定義する。また、図示したＸＹＺ軸方向において、垂直面ＶＰは、ＸＺ平面に平行な２次元平面である。 Next, the inclinations of the first partial light shielding surface P1 and the second partial light shielding surface P2 with respect to the surface perpendicular to the optical axis direction of the laser will be described. An inclination between the first partial light shielding surface P1 and the vertical surface VP with respect to the optical axis direction of the laser is defined as an angle θ1. The first partial light shielding surface P1 is a curved surface. Therefore, the tangent plane TP1 of the first partial light shielding surface P1 is defined, and the inclination between the first partial light shielding surface P1 and the vertical plane VP is defined as the inclination between the tangential plane TP1 and the vertical plane VP. In the illustrated XYZ axis direction, the vertical plane VP is a two-dimensional plane parallel to the XZ plane.

同様に、第２の部分遮光面Ｐ２とレーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰとの傾きを角度θ２とする。なお、第２の部分遮光面Ｐ２は曲面である。従って、第２の部分遮光面Ｐ２の接平面ＴＰ２を定義し、第２の部分遮光面Ｐ２と垂直面ＶＰとの傾きを、接平面ＴＰ２と垂直面ＶＰとの傾きとして定義する。 Similarly, the inclination between the second partial light shielding surface P2 and the vertical surface VP with respect to the optical axis direction of the laser is defined as an angle θ2. The second partial light shielding surface P2 is a curved surface. Therefore, the tangent plane TP2 of the second partial light shielding surface P2 is defined, and the inclination between the second partial light shielding surface P2 and the vertical plane VP is defined as the inclination between the tangential plane TP2 and the vertical plane VP.

このように、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対する、第１の部分遮光面Ｐ１および第２の部分遮光面Ｐ２の傾きを、各々、角度θ１および角度θ２とした場合、本実施形態におけるマスク機構９０においては、第１の光強度Ｉｎ１＞第２の光強度Ｉｎ２、かつ、角度θ１＞角度θ２の関係が成立する構成となっている。 As described above, when the inclinations of the first partial light shielding surface P1 and the second partial light shielding surface P2 with respect to the vertical surface VP with respect to the optical axis direction of the laser are set to the angle θ1 and the angle θ2, respectively, the mask in the present embodiment. The mechanism 90 is configured such that the relationship of the first light intensity In1> the second light intensity In2 and the angle θ1> the angle θ2 is established.

以上説明したように、第２実施形態におけるマスク機構９０は、遮光面９４の一部である第１の部分遮光面Ｐ１が遮光するレーザーの光強度を第１の光強度Ｉｎ１、遮光面９４の一部である第２の部分遮光面Ｐ２が遮光するレーザーの光強度を第２の光強度Ｉｎ２と定義した場合において、第１の光強度Ｉｎ１は、第２の光強度Ｉｎ２よりも強く、レーザーの光軸方向に対する垂直面ＶＰに対する第１の部分遮光面Ｐ１の傾きは、垂直面ＶＰに対する第２の部分遮光面Ｐ２の傾きよりも大きい。すなわち、遮光するレーザーの光強度が強い部分遮光面ほど、垂直面ＶＰに対する傾きが大きい。 As described above, in the mask mechanism 90 in the second embodiment, the light intensity of the laser that is shielded by the first partial light shielding surface P1 that is a part of the light shielding surface 94 is the first light intensity In1, and In the case where the light intensity of the laser light shielded by the second partial light shielding surface P2 which is a part is defined as the second light intensity In2, the first light intensity In1 is stronger than the second light intensity In2, and the laser The inclination of the first partial light shielding surface P1 with respect to the vertical plane VP with respect to the optical axis direction is greater than the inclination of the second partial light shielding surface P2 with respect to the vertical surface VP. That is, the inclination with respect to the vertical plane VP is larger as the partial light-shielding surface where the light intensity of the laser to be shielded is higher.

本実施形態では、光強度が強いレーザーを遮光する部分遮光面ほど、垂直面ＶＰに対する傾きを大きくしているので、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量の軽減率を高め、単位面積当たりに遮光するレーザーのエネルギー量を小さくすることができる。よって、マスク機構９０の過熱や劣化を抑制し、マスク機構９０の耐久性を向上させることができる。 In this embodiment, since the inclination with respect to the vertical plane VP is increased as the partial light-shielding surface that shields a laser having a high light intensity, the reduction rate of the energy amount of the laser light shielded per unit area is increased, and the per-unit area is increased. The amount of energy of the laser to be shielded can be reduced. Therefore, overheating and deterioration of the mask mechanism 90 can be suppressed, and the durability of the mask mechanism 90 can be improved.

Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｃ１．変形例１：
上記実施形態においては、マスク機構を構成する筒状部材の貫通口（透過部）は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状が円形であるとしたが、断面形状は他の形状を採用してもよい。例えば、マスク機構を構成する筒状部材の貫通口（透過部）は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状がスリット形状であるとしてもよい。 C1. Modification 1:
In the above embodiment, the through hole (transmission part) of the cylindrical member constituting the mask mechanism has a circular cross-sectional shape in the direction perpendicular to the optical axis direction of the laser, but the cross-sectional shape is other shape. It may be adopted. For example, the through-hole (transmission part) of the cylindrical member that constitutes the mask mechanism may have a slit shape in the cross-sectional direction perpendicular to the optical axis direction of the laser.

図５（ａ）は、変形例１におけるマスク機構９０ａを示す説明図である。図示するように、マスク機構９０ａを構成する筒状部材の貫通口（透過部）は、レーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状がスリット形状であり、貫通口のスリット形状の大きさは、レーザーの進行方向に進むにつれて小さくなる。このように、マスク機構における貫通口（透過部）のレーザーの光軸方向に垂直な方向の断面形状は、種々の形状を採用することができる。そして、マスク機構を構成する筒状部材の貫通口（透過部）の断面形状として他の形状を採用しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。 FIG. 5A is an explanatory diagram showing a mask mechanism 90a in the first modification. As shown, the through hole (transmission part) of the cylindrical member constituting the mask mechanism 90a has a slit shape in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser, and the size of the slit shape of the through hole is as follows. As the laser travels in the direction of travel, it becomes smaller. Thus, various shapes can be adopted as the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the laser optical axis direction of the through-hole (transmission part) in the mask mechanism. And even if it employ | adopts another shape as a cross-sectional shape of the through-hole (transmission part) of the cylindrical member which comprises a mask mechanism, the effect similar to the said embodiment can be acquired.

Ｃ２．変形例２：
図５（ｂ）および図５（ｃ）は、変形例２におけるマスク機構を示す説明図である。上記実施形態においては、マスク機構は、当該マスク機構を構成する筒状部材のレーザーに垂直な方向の断面の厚みが、レーザーの進行方向に進むにつれて厚くなる構成となっているが、他の構成を採用してもよい。例えば、当該マスク機構を構成する筒状部材のレーザーに垂直な方向の断面の厚みが、レーザーの進行方向に沿って常に一定であってもよい。より具体的には、図示するように、レーザーに垂直な方向の断面が肉薄の筒状部材によって構成されているとしてもよい。このような構成のマスク機構であれば、例えば、板状の金属部材をプレス加工することによって成形することが可能であり、簡易に上記実施形態と同様の効果を有するマスク機構を製造することができる。また、マスク機構の軽量化、低コスト化を実現することができる。 C2. Modification 2:
FIG. 5B and FIG. 5C are explanatory views showing a mask mechanism in the second modification. In the above embodiment, the mask mechanism is configured such that the thickness of the cross section in the direction perpendicular to the laser of the cylindrical member constituting the mask mechanism becomes thicker as the laser advances in the traveling direction. May be adopted. For example, the thickness of the cross section in the direction perpendicular to the laser of the cylindrical member constituting the mask mechanism may always be constant along the laser traveling direction. More specifically, as shown in the drawing, the cross section in the direction perpendicular to the laser may be constituted by a thin cylindrical member. If it is a mask mechanism of such composition, it can be formed by, for example, pressing a plate-shaped metal member, and a mask mechanism having the same effect as the above embodiment can be easily manufactured. it can. In addition, the mask mechanism can be reduced in weight and cost.

Ｃ３．変形例３：
上記実施形態においては、マスク機構は銅を含む金属部材によって構成されるとしたが、例えば、ステンレスや、セラミックなど、他の材料によって構成されるとしてもよい。また、上記実施形態においては、マスク機構８０は、部分筒状部材がレーザーの光軸方向に複数配置された構成されるとしたが、そのような構成に限定されず、マスク機構８０は単一の筒状部材によって構成されるとしてもよい。 C3. Modification 3:
In the above embodiment, the mask mechanism is composed of a metal member containing copper, but may be composed of other materials such as stainless steel and ceramic. In the above embodiment, the mask mechanism 80 is configured such that a plurality of partial cylindrical members are arranged in the optical axis direction of the laser. However, the mask mechanism 80 is not limited to such a configuration, and the mask mechanism 80 is a single unit. It may be configured by a cylindrical member.

Ｃ４．変形例４：
上記施形態においては、ＣＯ_２レーザーを被加工部材ＷＫに照射することによって発生した熱によって、被加工部材ＷＫを融解、分解、飛散、切削するタイプのレーザー加工装置を採用したが、他のタイプのレーザー加工装置を採用してもよい。例えば、フェムト秒レーザーなどの超短パルスレーザーを被加工部材ＷＫに照射することによって発生するナノプラズマ、ナノショック、格子歪み、衝撃波などによって被加工部材ＷＫを加工するタイプのレーザー加工装置を採用することができる。このようなタイプのレーザー加工装置に、マスク機構８０やマスク機構９０を適用しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。 C4. Modification 4:
In the above embodiment, a laser processing apparatus of a type that melts, decomposes, scatters, and cuts the workpiece WK by heat generated by irradiating the workpiece ₂ with a CO ₂ laser is employed. You may employ | adopt the laser processing apparatus of. For example, a laser processing apparatus of a type that processes a workpiece WK by nanoplasma, nanoshock, lattice distortion, shock wave, etc. generated by irradiating the workpiece WK with an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser is adopted. be able to. Even if the mask mechanism 80 or the mask mechanism 90 is applied to such a type of laser processing apparatus, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

Ｃ５．変形例５：
上記実施形態においては、レーザー加工装置にマスク機構８０を適用したが、マスク機構８０はレーザーを用いる種々の分野に適用することができる。例えば、ディスクに記録された情報をレーザーを用いて読み取る科学技術分野や、物質にレーザーを照射することによって反射光や吸収光を観察する科学実験の分野や、照射されたレーザーのビーム形状によって芸術性を表現する芸術分野などに、マスク機構８０を採用することができる。レーザーを用いる種々の分野において、過熱や劣化を抑制した耐久性の高いマスク機構を用いたレーザーのビーム形状の成形が可能となる。 C5. Modification 5:
In the above embodiment, the mask mechanism 80 is applied to the laser processing apparatus. However, the mask mechanism 80 can be applied to various fields using a laser. For example, the field of science and technology that reads information recorded on a disk using a laser, the field of scientific experiments that observe reflected light and absorbed light by irradiating a material with a laser, and the shape of the laser beam that is irradiated. The mask mechanism 80 can be employed in the art field of expressing sex. In various fields using lasers, it becomes possible to form a laser beam shape using a highly durable mask mechanism that suppresses overheating and deterioration.

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組合せを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

１０...レーザー加工装置
２０...レーザー発振器
２２...シャッター装置
３０，３０ａ，３０ｂ...導光路
４０...ミラー
５０...加工ヘッド
６０...加工テーブル
６２...固定台
６４...可動部
７０...ビーム成形ユニット
７２...継手管路部材
７３ａ，７３ｂ...フランジ
７５...冷却流路
７６...流入口
７７...排出口
７８...管路部材
８０...マスク機構
８０ｉｎ...進入口
８０ｏｕｔ...進出口
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ...部分マスク機構
８４ａ...遮光面
９０...マスク機構
９０ａ...マスク機構
９４...遮光面
Ｐ１...第１の部分遮光面
Ｐ２...第２の部分遮光面
ＷＫ...被加工部材
ＶＰ...垂直面
ＴＰ，ＴＰ１，ＴＰ２...接平面
ＬＳ...光軸
ＢＴ...ボルト
Ｉｎ１...第１の光強度
Ｉｎ２...第２の光強度 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser processing apparatus 20 ... Laser oscillator 22 ... Shutter apparatus 30, 30a, 30b ... Light guide 40 ... Mirror 50 ... Processing head 60 ... Processing table 62 ... Fixed base 64 ... Moving part 70 ... Beam forming unit 72 ... Fitting pipe member 73a, 73b ... Flange 75 ... Cooling channel 76 ... Inlet 77 ... Exhaust port 78 ... Pipe member 80 ... Mask mechanism 80in ... Advance entrance 80out ... Advance exit 82a, 82b, 82c ... Partial mask mechanism 84a ... Light shielding surface 90 ... Mask mechanism 90a .. Mask mechanism 94 ... Light shielding surface P1 ... First partial light shielding surface P2 ... Second partial light shielding surface WK ... Work piece VP ... Vertical surface TP, TP1, TP2 ... Tangent plane LS ... Optical axis BT ... Bolt In1 ... First light intensity In2 ... Second light intensity

Claims

A laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a laser emitted from a laser oscillator,
Arranged on the optical path of the laser emitted from the laser oscillator, comprising a mask mechanism for shaping the beam shape of the laser;
The mask mechanism is
A light-shielding surface disposed on the optical path of the laser and partially shielding the laser;
A transmission part that transmits the laser that was not shielded by the light shielding surface;
At least a part of the light shielding surface has an inclination with respect to a surface perpendicular to the optical axis direction of the laser.

The laser processing apparatus according to claim 1,
The mask mechanism is
It is composed of a cylindrical member having a through-hole penetrating in the optical axis direction of the laser,
At least a part of the inner wall of the cylindrical member is the light shielding surface,
The through hole is the transmission part.

The laser processing apparatus according to claim 2,
The through hole of the cylindrical member has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser,
The circular diameter of the through hole becomes smaller as the laser advances in the laser traveling direction.

The laser processing apparatus according to claim 2 or claim 3,
The cylindrical member is configured by arranging a plurality of partial cylindrical members having through holes penetrating in the optical axis direction of the laser in the optical axis direction of the laser.

The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The light intensity of the laser that is shielded by the first partial light shielding surface that is part of the light shielding surface is the first light intensity, and the light of the laser that is shielded by the second partial light shielding surface that is part of the light shielding surface. When the intensity is defined as the second light intensity,
The first light intensity is stronger than the second light intensity,
An inclination of the first partial light shielding surface with respect to the vertical surface is greater than an inclination of the second partial light shielding surface with respect to the vertical surface.

The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
A hollow pipe member, in which an optical path of the laser emitted from the laser oscillator is formed in an internal space of the pipe member;
A joint pipe member connected to the pipe member;
The mask mechanism is disposed in an internal space of the joint pipe member.

The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The mask mechanism is constituted by a metal member containing copper.

A mask mechanism which is arranged on an optical path of a laser emitted from a laser oscillator and shapes the beam shape of the laser;
A light-shielding surface disposed on the optical path of the laser and partially shielding the laser;
A transmission part that transmits the laser that was not shielded by the light shielding surface;
A mask mechanism in which at least a part of the light shielding surface has an inclination with respect to a surface perpendicular to an optical axis direction of the laser.

A beam shaping unit for shaping a beam shape of a laser emitted from a laser oscillator,
A joint pipe member that is connectable to a pipe line member in which an optical path of the laser emitted from the laser oscillator is formed in an internal space; and
A mask mechanism disposed in the internal space of the joint pipe member,
The mask mechanism is
A light-shielding surface disposed on the optical path of the laser and partially shielding the laser;
A transmission part that transmits the laser that was not shielded by the light shielding surface;
At least a part of the light shielding surface has an inclination with respect to a surface perpendicular to the optical axis direction of the laser.