JP2019018233A

JP2019018233A - レーザ加工機

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Publication number: JP2019018233A
Application number: JP2017139859A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　亮平; Ryohei Ito; 亮平伊藤
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2037-07-19
Also published as: JP6861117B2

Abstract

【課題】レーザ光を板金の板厚方向の複数の位置に合焦させることができ、複数の焦点位置の間隔を可変させることができるレーザ加工機を提供する。【解決手段】レンズ３１は、内周側に正の第１の焦点距離Ｆ１を有する第１のレンズ領域３１ａと、外周側に第１の焦点距離Ｆ１よりも短い正の第２の焦点距離Ｆ２を有する第２のレンズ領域３１ｂとを有する。レンズ３１は発散光のレーザ光を透過させる。レンズ３１は光軸方向に移動自在に構成されている。集束レンズ３４は、第１のレンズ領域３１ａより射出されたレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、第２のレンズ領域３１ｂより射出されたレーザ光を、板金の板厚方向の第１の焦点位置よりも手前側の第２の焦点位置に集束させる。レンズ３１を所定の位置に位置させることにより、第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離が所定の距離に設定される。【選択図】図６

Description

本発明は、レーザ光によって金属の板（板金）を加工するレーザ加工機に関する。

レーザ発振器より射出されたレーザ光によって板金を切断または溶接したり、板金に対してマーキングを施したりするよう加工するレーザ加工機が普及している。特許文献１には、レーザ光を板金の板厚方向の複数の位置に合焦させて板金を加工することが記載されている。この加工方法によれば、厚板の切断が可能となったり、板金の切断品質を向上させたりすることができる。

国際公開第９８／１４３０２号

特許文献１においては、集束レンズまたは集束用のミラーの曲率を調整することによって、複数の焦点位置を実現している。従って、複数の焦点位置は集束レンズまたはミラーの形状で一意的に決まってしまう。それゆえ、特許文献１に記載の従来の手法では、複数の板厚の板金それぞれに適した複数の焦点位置とすることができない。

本発明は、レーザ光を板金の板厚方向の複数の位置に合焦させることができ、複数の焦点位置の間隔を可変させることができるレーザ加工機を提供することを目的とする。

本発明は、内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、前記第１のレンズを光軸方向に移動させるための第１の移動機構と、前記第１の移動機構によって前記第１のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する第１の駆動部と、前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置よりも手前側の第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、前記第１の駆動部を制御して前記第１のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を所定の距離に設定する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機を提供する。

本発明は、内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、前記第１及び第２のレンズ領域より射出されたレーザ光が入射され、負の焦点距離を有する第２のレンズと、前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、前記第１のレンズ領域より射出され、前記第２のレンズを透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記第２のレンズを透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置よりも手前側の第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を所定の距離に設定する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機を提供する。

本発明は、内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも長い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、内周側に負の焦点距離を有する第３のレンズ領域と、外周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域とを有し、前記第３のレンズ領域は前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させ、前記平面領域は前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させる第２のレンズと、前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、前記第１のレンズ領域より射出され、前記第３のレンズ領域を透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記平面領域を透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置と同じ位置または前記第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機を提供する。

本発明は、内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、内周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域と、外周側に正の焦点距離を有する第３のレンズ領域とを有し、前記平面領域は前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させ、前記第３のレンズ領域は前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させる第２のレンズと、前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、前記第１のレンズ領域より射出され、前記平面領域を透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記第３のレンズ領域を透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置と同じ位置または前記第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機を提供する。

本発明は、内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも長い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、内周側に正の焦点距離を有する第３のレンズ領域と、外周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域とを有し、前記第３のレンズ領域は前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させ、前記平面領域は前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させる第２のレンズと、前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、前記第１のレンズ領域より射出され、前記第３のレンズ領域を透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記平面領域を透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置と同じ位置または前記第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機を提供する。

本発明のレーザ加工機によれば、レーザ光を板金の板厚方向の複数の位置に合焦させることができ、複数の焦点位置の間隔を可変させることができる。

第１実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。第１実施形態のレーザ加工機におけるコリメータユニットの詳細な構成例を示す図である。第１実施形態のレーザ加工機における第１及び第２のレンズと集束レンズとを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。第２実施形態のレーザ加工機における第１及び第２のレンズと集束レンズとを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。第３実施形態のレーザ加工機における第１及び第２のレンズと集束レンズとを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。第４実施形態のレーザ加工機における第１のレンズ及び集束レンズを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。第５実施形態のレーザ加工機における第１及び第２のレンズと集束レンズとを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。第６実施形態のレーザ加工機における第１及び第２のレンズと集束レンズとを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。第７実施形態のレーザ加工機における第１及び第２のレンズと集束レンズとを概念的に示し、複数の焦点位置の変化を説明するための図である。

以下、第１〜第７実施形態のレーザ加工機について、添付図面を参照して説明する。第１〜第７実施形態のレーザ加工機において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明を省略することがある。

＜第１実施形態＞
図１において、レーザ加工機１００は、レーザ光を生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザ光をレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。また、レーザ加工機１００は、操作部４０と、レーザ発振器１０及びレーザ加工ユニット２０を制御するＮＣ装置５０とを備える。ＮＣ装置５０は、制御装置の一例である。

レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザ光を射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザ光を直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。

レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ〜１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザ光を射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザ光を射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ〜９５０ｎｍのレーザ光を射出する。

レーザ加工ユニット２０は、加工対象の板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０とを有する。Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。

コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２の射出端より射出した一点鎖線または実線で示すレーザ光が入射されるレンズ３１（第１のレンズ）と、レンズ３１より射出したレーザ光が入射されるレンズ３２（第２のレンズ）とを有する。また、コリメータユニット３０は、レンズ３２より射出したレーザ光をＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３と、ベンドミラー３３で反射したレーザ光を集束させる集束レンズ３４と、加工ヘッド３５とを有する。

以上のように構成されるレーザ加工機１００は、レーザ発振器１０より射出されたレーザ光によって板金Ｗを加工する。板金Ｗの加工とは、板金Ｗの切断あるいは溶接、または、板金Ｗに対するマーキングのいずれであってもよい。

図２を用いて、コリメータユニット３０の詳細な構成例を説明する。図２に示すように、レンズ３１は、内周側に正の第１の焦点距離を有するレンズ領域３１ａと、外周側に第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有するレンズ領域３１ｂとを有する。レンズ領域３１ａを第１のレンズ領域とすれば、レンズ領域３１ｂは第２のレンズ領域である。レンズ３１は、いわゆる両凸レンズである。

プロセスファイバ１２の射出端１２ｅより射出した発散光のレーザ光は、レンズ３１に入射される。内周側の実線で示すレーザ光は、レンズ領域３１ａを透過し、外周側の一点鎖線で示すレーザ光はレンズ領域３１ｂを透過する。

レンズ３１は、レンズ３１を光軸方向に移動自在とするための移動機構３１１に取り付けられている。駆動部３１２が移動機構３１１を駆動することによって、レンズ３１は矢印で示すように光軸方向に移動する。

レンズ３１より射出されたレーザ光は、負の焦点距離を有するレンズ３２に入射される。レンズ３２は、いわゆる両凹レンズである。レンズ３２は、レンズ３２を光軸方向に移動自在とするための移動機構３２１に取り付けられている。駆動部３２２が移動機構３２１を駆動することによって、レンズ３２は、矢印で示すように光軸方向に移動する。

移動機構３１１及び３２１は、例えば、ギア、ベルト、ラック・ピニオン、ウォームギア、ボールねじ等のいずれか（またはこれらの任意の組み合わせ）でよく、駆動部３１２及び３１２は例えばモータである。ＮＣ装置５０は、駆動部３１２を制御してレンズ３１を移動させ、駆動部３２２を制御してレンズ３２を移動させる。駆動部３１２及び３２２は、ＮＣ装置５０以外の制御装置によって制御されてもよい。

レンズ３１は、射出端１２ｅからレンズ３１までの距離がレンズ３１（レンズ領域３１ａ及び３１ｂ）の焦点距離以上となるように配置されている。よって、レンズ３１は発散光を収束光に変換する。ＮＣ装置５０は、レンズ３１を、射出端１２ｅからレンズ３１までの距離がレンズ３１（レンズ領域３１ａ及び３１ｂ）の焦点距離以上となる範囲で光軸方向に移動させることができる。

仮にレンズ３２が存在しないとすると、レンズ３１のレンズ領域３１ｂより射出された収束光は所定の位置を集束点として集束する。レンズ３２を、その集束点よりレンズ３１側に、レンズ３２の焦点距離と同じ距離だけずらした位置（基準位置）に配置させれば、一点鎖線で示すように、レンズ３２はレンズ領域３１ｂより射出された収束光を平行光に変換する。レンズ領域３１ａの第１の焦点距離はレンズ領域３１ｂの第２の焦点距離よりも長いため、実線で示すように、レンズ３２はレンズ領域３１ａより射出された収束光を発散光に変換する。

レンズ３２より射出されるレーザ光のビーム径は、レンズ３１より射出される収束光の収束角に応じて変化する。よって、レンズ３１及びレンズ３２は、ビーム径を可変させることができる。

ベンドミラー３３は、入射されたレーザ光の進行方向を下方へと折り曲げ、集束レンズ３４に入射させる。集束レンズ３４は、実線で示す発散光のレーザ光を板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、一点鎖線で示す平行光のレーザ光を第１の焦点位置よりも手前側の第２の焦点位置に集束させる。このように、コリメータユニット３０は、レーザ光を板金Ｗの板厚方向の２つの異なる位置に合焦させることができる。

コリメータユニット３０は、Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３によってＸ軸方向及びＹ軸方向に任意に移動自在であるから、加工ヘッド３５より射出されるレーザ光を板金Ｗに照射する位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に任意に移動させることができる。

以上のように、第１実施形態のレーザ加工機１００は、レンズ３１及び３２を備え、レンズ３１及び３２が光軸方向に移動自在に構成されている。レンズ３１は、内周側に正の第１の焦点距離を有するレンズ領域３１ａと、外周側に第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有するレンズ領域３１ｂとを有する。

よって、第１実施形態のレーザ加工機１００によれば、板金Ｗに第１及び第２の焦点位置を有するレーザ光を照射して板金Ｗを加工することができる。後述するように、第１実施形態のレーザ加工機１００によれば、第１及び第２の焦点位置を可変させて、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離を可変することができる。

図３を用いて、第１実施形態のレーザ加工機１００において、レンズ３１及び３２の位置に応じて、第１及び第２の焦点位置と、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離がどのように変化するかを説明する。図３においては、ベンドミラー３３を省略して、光軸が一直線となるように、レンズ３１及び３２と集束レンズ３４を配置した状態を概念的に示している。

図３に示すように、レンズ３１のレンズ領域３１ａ、レンズ領域３１ｂ、集束レンズ３４、レンズ３２の焦点距離をそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４とする。図３の（ａ）は、図２と同様に、レンズ３１とレンズ３２とを互いに近付けた状態を示している。このとき、レンズ３２より射出されるレーザ光のビーム径は太くなり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離はΔｄ１となる。

図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の状態から、レンズ３１を射出端１２ｅ側に移動させ、レンズ３２をレンズ３１から離れるように移動させた状態を示している。このとき、レンズ３２より射出されるレーザ光のビーム径は細くなり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ１よりも長いΔｄ２となる。後述する理由により、図３の（ｂ）における第１及び第２の焦点位置における集束径は、図３の（ａ）におけるそれよりも大きくなる。

図３の（ａ）における焦点距離Ｆ１と焦点距離Ｆ４との合成焦点距離は、図３の（ｂ）における焦点距離Ｆ１と焦点距離Ｆ４との合成焦点距離よりも長くなる。集束径は、（焦点距離Ｆ３）÷合成焦点距離により決まるため、内周側のレンズ領域３１ａを透過するレーザ光の集束径は図３の（ａ）よりも図３の（ｂ）の方が大きくなる。同様に、図３の（ａ）における焦点距離Ｆ２と焦点距離Ｆ４との合成焦点距離は、図３の（ｂ）における焦点距離Ｆ２と焦点距離Ｆ４との合成焦点距離よりも長くなり、外周側のレンズ領域３１ｂを透過するレーザ光の集束径も図３の（ａ）よりも図３の（ｂ）の方が大きくなる。

ＮＣ装置５０は、駆動部３１２及び３２２を制御してレンズ３１及び３２を適宜の位置に移動させることにより、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離を所定の距離に設定することができる。

図３の（ａ）の状態は距離Δｄ１が短く、集束径が小さいから、薄板の板金Ｗを加工するのに好適である。図３の（ｂ）の状態は距離Δｄ２が長く、集束径が大きいから、厚板の板金Ｗを加工するのに好適である。第１実施形態のレーザ加工機１００によれば、複数の板厚の板金Ｗそれぞれに適した複数の焦点位置とすることができる。

図３において、焦点距離Ｆ１〜Ｆ４をそれぞれ８３．５ｍｍ、８３ｍｍ、１９０ｍｍ、−１２６ｍｍとすると、距離Δｄ１は４ｍｍ、距離Δｄ２は９ｍｍとなる。図３の（ａ）において、第１の焦点位置の集束径は１２０μｍ、第２の焦点位置の集束径は１２５μｍとなる。図３の（ｂ）において、第１の焦点位置の集束径は２４０μｍ、第２の焦点位置の集束径は２８０μｍとなる。なお、図３の（ｂ）におけるレンズ３１とレンズ３２との間の距離は、図３の（ａ）におけるそれと比較して４９ｍｍ長い。

図３において（ａ）と（ｂ）とでは、板金Ｗに照射されるレーザ光の第１の焦点位置の位置が異なり、第２の焦点位置の位置も異なる。図３に示すように、集束レンズ３４を移動させるための移動機構３４１及び移動機構３４１を駆動する駆動部３４２を設けて、集束レンズ３４を移動自在に構成してもよい。ＮＣ装置５０が駆動部３４２を制御して集束レンズ３４を移動させ、第１及び第２の焦点位置を板金Ｗの板厚方向に可変できるように構成してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のレーザ加工機１００は、図１におけるレンズ３１を図４に示すレンズ３１Ｂに置換した構成を有する。レンズ３１Ｂは、レンズ領域３１ａ及び３１ｂと、レンズ領域３１ａとレンズ領域３１ｂとの間に設けられ、第１の焦点距離よりも短く、第２の焦点距離より長い正の焦点距離を有するレンズ領域３１ｃとを有する。レンズ領域３１ｃは、第３のレンズ領域である。図４に示すように、レンズ領域３１ｃの焦点距離をＦ１．５とする。

図４の（ａ）及び（ｂ）におけるレンズ３１Ｂとレンズ３２との位置関係は、図３の（ａ）及び（ｂ）におけるレンズ３１とレンズ３２との位置関係と同じである。

集束レンズ３４は、レンズ領域３１ｃより射出して、レンズ３２を透過した破線で示すレーザ光を、板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置よりも手前側で第２の焦点位置よりも奥側の第３の焦点位置に集束させる。図４の（ａ）において、第２の焦点位置と第３の焦点位置との間の距離はΔｄ１．５となる。図３の（ｂ）において、第２の焦点位置と第３の焦点位置との間の距離は距離Δｄ１．５よりも長いΔｄ２．５となる。

第２実施形態のレーザ加工機１００によれば、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間に第３の焦点位置を設けることができるので、板金Ｗの板厚方向における第１の焦点位置と第２の焦点位置との間のレーザパワー不足を補うことが可能となる。

第２実施形態のレーザ加工機１００においても、移動機構３４１及び駆動部３４２を設けて、ＮＣ装置５０が駆動部３４２を制御して集束レンズ３４を移動させ、第１〜第３の焦点位置を板金Ｗの板厚方向に可変できるように構成してもよい。

＜第３実施形態＞
第３実施形態のレーザ加工機１００は、第１実施形態のレーザ加工機１００と同様の構成であるが、レンズ３１を移動させず、レンズ３２を移動させる構成を有する。従って、第３実施形態のレーザ加工機１００においては、移動機構３１１及び駆動部３１２は省略可能である。

図５を用いて、第３実施形態のレーザ加工機１００において、レンズ３２の位置に応じて、第１及び第２の焦点位置と、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離がどのように変化するかを説明する。

図５の（ａ）は、レンズ３２をレンズ３１に対する上記の基準位置よりもレンズ３１側に近付けた位置に位置させた状態を示している。このとき、レンズ３２より射出されるレーザ光は発散光となる。図５の（ａ）においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離はΔｄ３となる。

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）の状態から、レンズ３２をレンズ３１から離れるように移動させて、レンズ３２がレンズ３１に対する基準位置に位置している状態を示している。このとき、レンズ領域３１ｂより射出されてレンズ３２を透過する一点鎖線で示すレーザ光は平行光となる。図５の（ｂ）においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ３よりも長いΔｄ４となる。

図５の（ｃ）は、図５の（ｂ）の状態から、レンズ３２をレンズ３１からさらに離れるように移動させた状態を示している。このとき、レンズ３２より射出されるレーザ光は収束光となる。図５の（ｃ）においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ４よりも長いΔｄ５となる。

図５の（ｂ）における第１及び第２の焦点位置における集束径は、図５の（ａ）におけるそれよりも大きくなる。図５の（ｃ）における第１及び第２の焦点位置における集束径は、図５の（ｂ）におけるそれよりも大きくなる。

ＮＣ装置５０は、駆動部３２２を制御してレンズ３２を適宜の位置に移動させることにより、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離を所定の距離に設定することができる。

第３実施形態のレーザ加工機１００によれば、複数の板厚の板金Ｗそれぞれに適した複数の焦点位置とすることができる。第３実施形態のレーザ加工機１００によれば、レンズ３１を移動させる構成が不要となり、第１実施形態のレーザ加工機１００よりも構成を簡略化することができる。

第３実施形態のレーザ加工機１００においても、移動機構３４１及び駆動部３４２を設けて、ＮＣ装置５０が駆動部３４２を制御して集束レンズ３４を移動させ、第１及び第２の焦点位置を板金Ｗの板厚方向に可変できるように構成してもよい。第３実施形態のレーザ加工機１００において、レンズ３１の代わりに、図４に示すレンズ３１Ｂを用いてもよい。レンズ３１Ｂを用いれば、第２実施形態と同様の効果を奏する。

＜第４実施形態＞
第４実施形態のレーザ加工機１００は、第１実施形態のレーザ加工機１００におけるレンズ３２を削除し、レンズ３１を移動させる構成を有する。従って、第４実施形態のレーザ加工機１００においては、移動機構３２１及び駆動部３２２が不要となる。

図６の（ａ）において、射出端１２ｅからレンズ３１までの距離及び焦点距離Ｆ１は、実線で示すように、レンズ領域３１ａが発散光を平行光に変換するように設定されている。レンズ領域３１ｂは、一点鎖線で示すように、発散光を収束光に変換する。このとき、集束レンズ３４によって集束されるレーザ光の第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離はΔｄ６となる。

図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の状態から、レンズ３１を射出端１２ｅから離れるように移動させた状態を示している。このとき、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ６よりも長いΔｄ７となる。

ＮＣ装置５０は、駆動部３１２を制御してレンズ３１を適宜の位置に移動させることにより、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を所定の距離に設定することができる。図６の（ａ）は薄板の板金Ｗを加工するのに好適であり、図６の（ｂ）は厚板の板金Ｗを加工するのに好適である。

第４実施形態のレーザ加工機１００においても、移動機構３４１及び駆動部３４２を設けて、ＮＣ装置５０が駆動部３４２を制御して集束レンズ３４を移動させ、第１及び第２の焦点位置を板金Ｗの板厚方向に可変できるように構成してもよい。第４実施形態のレーザ加工機１００において、レンズ３１の代わりに、図４に示すレンズ３１Ｂを用いてもよい。

第４実施形態のレーザ加工機１００によれば、レンズ３２及びレンズ３２を移動させる構成が不要となり、構成を簡略化することができるが、第１〜第３実施形態のレーザ加工機１００の方が第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離を可変させる効果が大きい。なお、第４実施形態のレーザ加工機１００においては、レンズ領域３１ａの焦点距離Ｆ１をレンズ領域３１ｂの焦点距離Ｆ２よりも短くして、レンズ領域３１ａが発散光を収束光に変換し、レンズ領域３１ｂが発散光を平行光に変換するように構成することが可能である。

＜第５実施形態＞
第５実施形態のレーザ加工機１００は、図１におけるレンズ３１を図７に示すレンズ３１Ｃに置換し、レンズ３２を図７に示すレンズ３２Ｃに置換した構成を有する。レンズ３１Ｃは、レンズ３１とは異なり、外周側のレンズ領域３１ｅの焦点距離Ｆ２が内周側のレンズ領域３１ｄの焦点距離Ｆ１よりも長い。

レンズ３２Ｃは、内周側に負の焦点距離を有するレンズ領域３２ａと、外周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域３２ｂとを有する。レンズ領域３２ａの焦点距離はＦ４である。但し、レンズ領域３２ａの焦点距離Ｆ４はレンズ３２の焦点距離Ｆ４と同じとは限らない。レンズ３１のレンズ領域３１ｄ及び３１ｅをそれぞれ第１及び第２のレンズ領域とすれば、レンズ領域３２ａは第３のレンズ領域である。

図７の（ａ）において、レンズ領域３１ｄは、実線にて示す発散光のレーザ光を収束光に変換する。レンズ領域３１ｅは、一点鎖線にて示す発散光のレーザ光を平行光に変換する。レンズ領域３２ａは、レンズ領域３１ｄより射出された収束光を平行光に変換する。平面領域３２ｂは、レンズ領域３１ｅより射出された平行光をそのまま平行光として射出する。

集束レンズ３４は、レンズ領域３２ａより射出された平行光を板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、平面領域３２ｂより射出された平行光を第２の焦点位置に集束させる。図７の（ａ）においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置とは同じ位置であり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離Δｄ０は０である。即ち、集束レンズ３４はレンズ領域３２ａ及び平面領域３２ｂより射出された平行光を１つの焦点位置に集束させる。

図７の（ｂ）は、図７の（ａ）の状態から、レンズ３２Ｃを射出端１２ｅ側に移動させた状態を示している。レンズ領域３２ａは、実線で示すように、入射された収束光を発散光に変換する。このとき、集束レンズ３４がレンズ領域３２ａより射出された発散光を集束させる第１の焦点位置は、図７の（ａ）のときよりも奥側（図７の右側）へと変位する。図７の（ｂ）において、第２の焦点位置は図７の（ａ）のときと同じ位置である。

従って、図７の（ｂ）において、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ０よりも長いΔｄ８となる。

このように、第５実施形態のレーザ加工機１００によれば、集束レンズ３４は、レンズ領域３１ｄより射出され、レンズ領域３２ａを透過したレーザ光を、板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させる。集束レンズ３４は、レンズ領域３１ｅより射出され、平面領域３２ｂを透過したレーザ光を、第１の焦点位置と同じ位置または第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる。

ＮＣ装置５０は、駆動部３２２を制御してレンズ３２Ｃを適宜の位置に移動させることにより、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定することができる。第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を短くすれば薄板の板金Ｗを加工するのに好適であり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を長くすれば厚板の板金Ｗを加工するのに好適である。

＜第６実施形態＞
第６実施形態のレーザ加工機１００は、図１におけるレンズ３２を図８に示すレンズ３２Ｄに置換した構成を有する。レンズ３２Ｄは、内周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域３２ｃと、外周側に正の焦点距離を有するレンズ領域３２ｄとを有する。レンズ領域３２ｄの焦点距離はＦ５である。レンズ３１のレンズ領域３１ａ及び３１ｂをそれぞれ第１及び第２のレンズ領域とすれば、レンズ領域３２ｄは第３のレンズ領域である。

なお、図８に示すレンズ３１のレンズ領域３１ａ及び３１ｂの焦点距離Ｆ１及びＦ２は、図３、図５、図６におけるレンズ３１のレンズ領域３１ａ及び３１ｂの焦点距離Ｆ１及びＦ２と同じとは限らない。

図８の（ａ）において、レンズ領域３１ａは、実線にて示す発散光のレーザ光を平行光に変換する。レンズ領域３１ｂは、一点鎖線にて示す発散光のレーザ光を収束光に変換する。平面領域３２ｃは、レンズ領域３１ａより射出された平行光をそのまま平行光として射出する。レンズ領域３２ｄは、レンズ領域３１ｂより射出された収束光が合焦した以降の発散光を平行光に変換する。

集束レンズ３４は、平面領域３２ｃより射出された平行光を板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、レンズ領域３２ｄより射出された平行光を第２の焦点位置に集束させる。図８の（ａ）においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置とは同じ位置であり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離Δｄ０は０である。即ち、集束レンズ３４は平面領域３２ｃ及びレンズ領域３２ｄより射出された平行光を１つの焦点位置に集束させる。

図８の（ｂ）は、図８の（ａ）の状態から、レンズ３２Ｄを射出端１２ｅから離れるように移動させた状態を示している。レンズ領域３２ｄは、一点鎖線で示すように、入射された発散光を収束光に変換する。このとき、集束レンズ３４がレンズ領域３２ｄより射出された収束光を集束させる第２の焦点位置は、図８の（ａ）のときよりも手前側（図８の左側）へと変位する。図８の（ｂ）において、第１の焦点位置は図８の（ａ）のときと同じ位置である。

従って、図８の（ｂ）において、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ０よりも長いΔｄ９となる。

このように、第６実施形態のレーザ加工機１００によれば、集束レンズ３４は、レンズ領域３１ａより射出され、平面領域３２ｃを透過したレーザ光を、板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させる。集束レンズ３４は、レンズ領域３１ｂより射出され、レンズ領域３２ｄを透過したレーザ光を、第１の焦点位置と同じ位置または第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる。

ＮＣ装置５０は、駆動部３２２を制御してレンズ３２Ｄを適宜の位置に移動させることにより、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定することができる。第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を短くすれば薄板の板金Ｗを加工するのに好適であり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を長くすれば厚板の板金Ｗを加工するのに好適である。

＜第７実施形態＞
第７実施形態のレーザ加工機１００は、図１におけるレンズ３１を図９に示すレンズ３１Ｃに置換し、レンズ３２を図９に示すレンズ３２Ｅに置換した構成を有する。図９に示すレンズ３１Ｃは図７に示すレンズ３２Ｃと同様に、外周側のレンズ領域３１ｅの焦点距離Ｆ２が内周側のレンズ領域３１ｄの焦点距離Ｆ１よりも長い。但し、図９に示すレンズ３１Ｃのレンズ領域３１ｄ及び３１ｅの焦点距離Ｆ１及びＦ２は、図７に示すレンズ３２Ｃのレンズ領域３１ｄ及び３１ｅの焦点距離Ｆ１及びＦ２と同じとは限らない。

レンズ３２Ｅは、内周側に正の焦点距離を有するレンズ領域３２ｅと、外周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域３２ｆとを有する。レンズ領域３２ｅの焦点距離はＦ６である。レンズ３１のレンズ領域３１ａ及び３１ｂをそれぞれ第１及び第２のレンズ領域とすれば、レンズ領域３２ｅは第３のレンズ領域である。

図９の（ａ）において、レンズ領域３１ａは、実線にて示す発散光のレーザ光を収束光に変換する。レンズ領域３１ｂは、一点鎖線にて示す発散光のレーザ光を平行光に変換する。レンズ領域３２ｅは、レンズ領域３１ａより射出された収束光が合焦した以降の発散光を平行光に変換する。平面領域３２ｆは、平行光をそのまま平行光として射出する。

集束レンズ３４は、レンズ領域３２ｅより射出された平行光を板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、平面領域３２ｆより射出された平行光を第２の焦点位置に集束させる。図９の（ａ）においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置とは同じ位置であり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離Δｄ０は０である。即ち、集束レンズ３４はレンズ領域３２ｅ及び平面領域３２ｆより射出された平行光を１つの焦点位置に集束させる。

図９の（ｂ）は、図９の（ａ）の状態から、レンズ３２Ｅを射出端１２ｅ側に移動させた状態を示している。レンズ領域３２ｅは、実線で示すように、入射された発散光を発散光として射出する。このとき、集束レンズ３４がレンズ領域３２ｅより射出された発散光を集束させる第１の焦点位置は、図９の（ａ）のときよりも奥側（図９の右側）へと変位する。図９の（ｂ）において、第２の焦点位置は図９の（ａ）のときと同じ位置である。

従って、図９の（ｂ）において、第１の焦点位置と第２の焦点位置との間の距離は距離Δｄ０よりも長いΔｄ１０となる。

このように、第７実施形態のレーザ加工機１００によれば、集束レンズ３４は、レンズ領域３１ｄより射出され、レンズ領域３２ｅを透過したレーザ光を、板金Ｗの板厚方向の第１の焦点位置に集束させる。集束レンズ３４は、レンズ領域３１ｅより射出され、平面領域３２ｆを透過したレーザ光を、第１の焦点位置と同じ位置または第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる。

ＮＣ装置５０は、駆動部３２２を制御してレンズ３２Ｅを適宜の位置に移動させることにより、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定することができる。第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を短くすれば薄板の板金Ｗを加工するのに好適であり、第１の焦点位置と第２の焦点位置との距離を長くすれば厚板の板金Ｗを加工するのに好適である。

以上説明した第１〜第７実施形態のレーザ加工機１００によれば、レーザ光を板金Ｗの板厚方向の複数の位置に合焦させることができ、複数の焦点位置の間隔を可変させることができる。従って、各種の板厚の板金Ｗを高速に切断でき、ピアシング加工を高速化することができる。また、切断面の面粗度及び真直度を改善することができる。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１０レーザ発振器
１２プロセスファイバ
１２ｅ射出端
２０レーザ加工ユニット
３０コリメータユニット
３１，３１Ｂ，３１Ｃレンズ（第１のレンズ）
３１ａ，３１ｄレンズ領域（第１のレンズ領域）
３１ｂ，３１ｅレンズ領域（第２のレンズ領域）
３１ｃ，３２ａ，３２ｄ，３２ｅレンズ領域（第３のレンズ領域）
３２，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅレンズ（第２のレンズ）
３２ｂ，３２ｃ，３２ｆ平面領域
３３ベンドミラー
３４集束レンズ
４０操作部
５０ＮＣ装置（制御装置）
１００レーザ加工機
３１１，３２１，３４１移動機構
３１２，３２２，３４２駆動部
Ｗ板金

Claims

内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、
前記第１のレンズを光軸方向に移動させるための第１の移動機構と、
前記第１の移動機構によって前記第１のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する第１の駆動部と、
前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置よりも手前側の第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、
前記第１の駆動部を制御して前記第１のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を所定の距離に設定する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
前記第１のレンズと前記集束レンズとの間に配置され、負の焦点距離を有する第２のレンズと、
前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための第２の移動機構と、
前記第２の移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する第２の駆動部と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１及び第２の駆動部を制御して前記第１及び第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を所定の距離に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
前記第１のレンズは、前記第１のレンズ領域と前記第２のレンズ領域との間に、前記第１の焦点距離よりも短く、前記第２の焦点距離より長い正の焦点距離を有する第３のレンズ領域をさらに有し、
前記集束レンズは、前記第３のレンズ領域より射出されたレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置よりも手前側で前記第２の焦点位置よりも奥側の第３の焦点位置に集束させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機。
内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、
前記第１及び第２のレンズ領域より射出されたレーザ光が入射され、負の焦点距離を有する第２のレンズと、
前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、
前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、
前記第１のレンズ領域より射出され、前記第２のレンズを透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記第２のレンズを透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置よりも手前側の第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、
前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を所定の距離に設定する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
前記第１のレンズは、前記第１のレンズ領域と前記第２のレンズ領域との間に、前記第１の焦点距離よりも短く、前記第２の焦点距離より長い正の焦点距離を有する第３のレンズ領域をさらに有し、
前記集束レンズは、前記第３のレンズ領域より射出されたレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置よりも手前側で前記第２の焦点位置よりも奥側の第３の焦点位置に集束させる
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。
内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも長い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、
内周側に負の焦点距離を有する第３のレンズ領域と、外周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域とを有し、前記第３のレンズ領域は前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させ、前記平面領域は前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させる第２のレンズと、
前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、
前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、
前記第１のレンズ領域より射出され、前記第３のレンズ領域を透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記平面領域を透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置と同じ位置または前記第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、
前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも短い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、
内周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域と、外周側に正の焦点距離を有する第３のレンズ領域とを有し、前記平面領域は前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させ、前記第３のレンズ領域は前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させる第２のレンズと、
前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、
前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、
前記第１のレンズ領域より射出され、前記平面領域を透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記第３のレンズ領域を透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置と同じ位置または前記第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、
前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
内周側に正の第１の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、外周側に前記第１の焦点距離よりも長い正の第２の焦点距離を有する第２のレンズ領域とを有し、発散光のレーザ光を透過させる第１のレンズと、
内周側に正の焦点距離を有する第３のレンズ領域と、外周側に入射面及び射出面双方が平面となっている平面領域とを有し、前記第３のレンズ領域は前記第１のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させ、前記平面領域は前記第２のレンズ領域より射出されたレーザ光を透過させる第２のレンズと、
前記第２のレンズを光軸方向に移動させるための移動機構と、
前記移動機構によって前記第２のレンズを光軸方向に移動させるよう駆動する駆動部と、
前記第１のレンズ領域より射出され、前記第３のレンズ領域を透過したレーザ光を、加工対象の板金の板厚方向の第１の焦点位置に集束させ、前記第２のレンズ領域より射出され、前記平面領域を透過したレーザ光を、前記板金の板厚方向の前記第１の焦点位置と同じ位置または前記第１の焦点位置よりも手前側である第２の焦点位置に集束させる集束レンズと、
前記駆動部を制御して前記第２のレンズを所定の位置に位置させることにより、前記第１の焦点位置と前記第２の焦点位置との距離を、０を含む所定の距離に設定する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。