JP2019042743A - レーザー加工装置、レーザー加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型且つ複雑な形状を有する目的物を作成可能なレーザー加工装置を提供する。【解決手段】レーザー発振器からのレーザー光をワークに対して照射するための対物光学系と、前記ワークを保持する保持部と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、第１の回転軸、及び第２の回転軸の５つの軸に沿って、前記対物光学系または前記保持部に保持されたワークを移動させる駆動機構と、を含むレーザー加工装置。【選択図】図２

Description

本発明はレーザー加工装置及びレーザー加工システムに関する。

ワークを切削加工して目的物を得るための加工装置が知られている。加工装置は、複数の駆動軸を有する。たとえば、５軸の加工装置は、ワークを載置したテーブルの左右（Ｘ軸）、前後（Ｙ軸）、上下（Ｚ軸）への移動、テーブルの回転、及びテーブルの傾斜を制御することにより、複雑な形状の目的物を加工することができる。

このような加工装置により加工される目的物としては、歯科用の補綴物のように小型且つ複雑な形状のものがある。このような補綴物を加工するための加工装置としては、たとえば、非特許文献１に記載された装置が存在する。

"ＤＷＸ−５１Ｄ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、ＤＧＳＨＡＰＥ株式会社、［平成２９年６月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.rolanddg.co.jp/product/3d/dental/dwx-51d/index.html＞

ところで、近年、レーザーを用いた加工技術が発展してきている。このような技術を利用することにより、切削加工と同様、様々な目的物を加工することができる。

一方、従来のレーザー加工装置には、歯科用の補綴物のような小型且つ複雑な形状を有する目的物を作成するのに適したものがない。

本発明の目的は、小型且つ複雑な形状を有する目的物を作成可能なレーザー加工装置及びレーザー加工システムを提供することにある。

上記目的を達成するための一の発明は、レーザー発振器からのレーザー光をワークに対して照射するための対物光学系と、前記ワークを保持する保持部と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、第１の回転軸、及び第２の回転軸の５つの軸に沿って、前記対物光学系または前記保持部に保持された前記ワークを移動させる駆動機構と、を含むレーザー加工装置である。
本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。

本発明によれば、小型且つ複雑な形状を有する目的物を作成できる。

実施形態に係るレーザー加工システム及びＣＡＤ／ＣＡＭシステムの概略を示す模式図である。 実施形態に係るレーザー加工システムの詳細な構成を示す模式図である。 実施形態に係るレーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 実施形態に係るレーザー加工装置の照射部の一例を示す斜視図である。 実施形態に係るレーザー加工装置の保持部の一例を示す斜視図である。

図１及び図２を参照して、本実施形態に係るレーザー加工システム１００及びＣＡＤ／ＣＡＭシステム２００について説明を行う。

＝＝レーザー加工システム＝＝
図１に示すように、レーザー加工システム１００は、レーザー加工装置１及び制御装置２を有する。但し、制御装置２の果たす機能をレーザー加工装置１で実現することによって、レーザー加工システム１００がレーザー加工装置１単体で構成されてもよい。

本実施形態においては、図１に示す５つの軸を用いて説明を行う。５つの軸は、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と、ある軸回りのＡ回転軸（第１の回転軸）と、ある軸に直交する軸回りのＢ回転軸（第２の回転軸）である。図１では、Ｘ軸回りの回転軸をＡ回転軸とし、Ｙ軸回りの回転軸をＢ回転軸として示している。Ａ回転軸の回転角度が０度のとき、Ｂ回転軸はＹ軸回りの回転軸に相当する。

レーザー加工装置１は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム２００で作成された加工データ（後述）に基づいて照射部１０及び保持部２０を相対的に移動させながらレーザーを照射することにより、ワークＷを加工して目的物を得ることができる。

ワークＷは、目的物によって様々な種類や形状を選択することができる。たとえば、歯科用の補綴物を作成する場合には、ワークＷとして、ジルコニア系の材料（或いはその完全焼結体）を用いることができる。また、ワーク内部に目的物を形成したい場合、ワークＷは、レーザー光を透過する材料（光透過性材料）を用いることができる。

本実施形態に係るレーザー加工装置１は、照射部１０、保持部２０、及び駆動機構３０を含む。なお、図１においては、便宜的に駆動機構３０を照射部１０及び保持部２０とは別のブロックで記載している。実際には図２に示したように、駆動機構３０は、照射部１０及び保持部２０に組み込まれている。

［照射部］
照射部１０は、ワークＷに対してレーザー光を照射する。図２に示すように、照射部１０は、レーザー発振器１０ａ及び対物光学系１０ｂを含む。

レーザー発振器１０ａは、レーザー光を発振する構成である。レーザー発振器１０ａは、たとえば、共振器、レーザー媒体、及び励起光源を含んで構成される。

レーザーの種類は特に限定されないが、ワーク内部に目的物を形成する場合等には、超短パルスレーザーを用いることが好ましい。超短パルスレーザーは、一のパルス幅が数ピコ秒〜数フェムト秒のレーザーである。超短パルスレーザーをワークの所定の位置に短時間照射することにより、アブレーション加工（非熱加工）を行うことができる。アブレーション加工は、レーザーにより溶融した箇所が瞬時に蒸発、飛散し除去されるため、一般的なレーザー加工（熱加工）と比べ、熱による加工部分の損傷が少ない。

なお、レーザー発振器１０ａは、レーザー加工装置１（照射部１０）自体が備えていなくてもよい。たとえば、レーザー加工装置１とは別体でレーザー発振器１０ａを設け、光ファイバ等の伝送手段を介してレーザー光を照射部１０内に導くことでもよい。

対物光学系１０ｂは、レーザー発振器１０ａからのレーザー光をワークＷに対して照射するための構成である。レーザー光は、対物光学系１０ｂを介して所定の焦点位置に集光する。対物光学系１０ｂは、１枚のレンズ或いは複数のレンズ群として構成されている。本実施形態において対物光学系１０ｂは、Ｚ軸に沿って移動可能となっている（詳細は後述）。

照射部１０は、レーザー発振器１０ａからのレーザー光を対物光学系１０ｂまで導くためのリレー光学系１０ｆ等を含んでいてもよい（図３等参照）。

［保持部］
保持部２０はワークＷを保持する。本実施形態において保持部２０（保持部２０に保持されたワークＷ）は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ａ回転軸、及びＢ回転軸に沿って移動可能となっている（詳細は後述）。図２に示すように、保持部２０は、スライダ部２０ａ及び支持部２０ｂを含む。

スライダ部２０ａは、支持部２０ｂが固定される。本実施形態において、スライダ部２０ａは、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動可能となっている（詳細は後述）。

支持部２０ｂは、スライダ部２０ａに固定され、ワークＷを支持する。支持部２０ｂは、支持するワークＷの形状や目的物の形状に適した構成を採用することができる。たとえば、ディスク状のワークから複数の目的物を加工する場合、ディスク状のワークをクランプで挟み込んで直接支持することができる。また、ブロック状のワークに金属製のピンを接着し、そのピンを支持部２０ｂに差し込むことで、ワークを支持することも可能である。或いは図３等に示すように、支持部２０ｂは、ステージ２０１ｂ上にワークＷを載置することで、間接的にワークＷを支持する構成であってもよい。本実施形態において、支持部２０ｂ（支持部２０ｂに支持されたワークＷ）は、Ａ回転軸またはＢ回転軸に沿って移動可能となっている（詳細は後述）。

［駆動機構］
駆動機構３０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ回転軸及びＢ回転軸の５つの軸に沿って、対物光学系１０ｂまたは保持部２０に保持されたワークＷを移動させる。図２に示すように、本実施形態に係る駆動機構３０は第１の駆動機構３１、第２の駆動機構３２、及び第３の駆動機構３３を含む。

第１の駆動機構３１は、対物光学系１０ｂをＺ軸に沿って移動させる。第１の駆動機構３１は、対物光学系１０ｂをＺ軸に沿って移動させるための第１の駆動モータ３１ａを含む。

第２の駆動機構３２は、スライダ部２０ａをＸ軸またはＹ軸に沿って移動させる。第２の駆動機構３２は、スライダ部２０ａをＸ軸に沿って移動させるための第２の駆動モータ３２ａ、及びスライダ部２０ａをＹ軸に沿って移動させるための第３の駆動モータ３２ｂを含む。なお、上述の通り、支持部２０ｂはスライダ部２０ａに固定されている。従って、スライダ部２０ａの移動に伴い、支持部２０ｂもＸ軸またはＹ軸に沿って移動する。すなわち、スライダ部２０ａの移動に伴い、支持部２０ｂに支持されるワークＷもＸ軸またはＹ軸に沿って移動する。

第３の駆動機構３３は、支持部２０ｂに支持されたワークＷをＡ回転軸またはＢ回転軸に沿って移動させる。Ａ回転軸またはＢ回転軸に沿った「移動」は、ある軸回りに所定角度だけ傾く「傾斜」の他、ある軸回りに３６０°以上移動する「回転」を含む。第３の駆動機構３３は、支持部２０ｂに支持されたワークＷをＡ回転軸に沿って移動させるための第４の駆動モータ３３ａ、及び支持部２０ｂに支持されたワークＷをＢ回転軸に沿って移動させるための第５の駆動モータ３３ｂを含む。

なお、各駆動モータは、駆動する構成に応じて、それぞれ性能（電流、トルク、回転数等）が異なる。但し、一部の駆動モータ同士が同じ性能であってもよい。

制御装置２は、照射部１０及び駆動機構３０の動作を制御する。図２に示すように、本実施形態に係る制御装置２は、メインコントローラ２ａ及びサーボコントローラ２ｂを含む。

メインコントローラ２ａは、レーザー加工装置１の全般的な動作制御を行う。たとえば、メインコントローラ２ａは、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム２００で作成された加工データに基づいて、ワークＭを加工するための制御信号（たとえば、レーザー光を照射する位置に相当する座標値、照射されるレーザーのスポット径、強度）をサーボコントローラ２ｂに対して出力する。

サーボコントローラ２ｂは、メインコントローラ２ａの制御信号に基づいて、照射部１０や駆動機構３０に所定の処理を実行させる。

たとえば、サーボコントローラ２ｂは、制御信号に含まれる座標値とレーザー光の焦点位置とが一致するよう、駆動機構３０を制御して照射部１０と保持部２０（ワークＷ）との相対的な位置関係を調整する。具体的には、ある座標値にレーザー光の焦点位置を一致させる場合、サーボコントローラ２ｂは、第１の駆動モータ３１ａを駆動させ、対物光学系１０ｂをＺ軸に沿って所定量だけ移動させる。また、サーボコントローラ２ｂは、第２の駆動モータ３２ａまたは第３の駆動モータ３２ｂを駆動させ、スライダ部２０ａをＸ軸またはＹ軸に沿って所定量だけ移動させる。或いは、サーボコントローラ２ｂは、第４の駆動モータ３３ａまたは第５の駆動モータ３３ｂを駆動させ、支持部２０ｂをＡ回転軸またはＢ回転軸に沿って所定角度だけ傾斜させる（すなわち、支持部２０ｂに支持されたワークＷをＡ回転軸またはＢ回転軸に沿って所定角度だけ傾斜させる）。その後、サーボコントローラ２ｂは、照射部１０（レーザー発振器１０ａ）を制御して、当該ある座標値に対応するワークＷの所定位置に対し、所定のスポット径及び強度でレーザー光の照射を行う。

このように、本実施形態に係るサーボコントローラ２ｂは、各駆動モータそれぞれを同期制御することができる。

一般に、レーザー光の照射部側とワークを保持する保持部側では、駆動する構成の違いに応じて性能が異なる駆動モータを使用する。このようなレーザー加工装置においては、照射部側と保持部側とで別々のサーボコントローラを使用していた。すなわち、サーボコントローラ同士が同期していないため、たとえば、照射部をＺ軸に沿って移動しながら保持部をＡ回転軸に沿って回転させるといった複雑な動作を行うことができない。従って、複雑な形状の加工は困難であった。一方、本実施形態に係るレーザー加工システム１００によれば、対物光学系１０ｂ及び保持部２０（スライダ部２０ａ及び支持部２０ｂ）のように異なる構成（性能が異なる駆動モータ）を１のサーボコントローラ２ｂにより、同期制御することができる。よって、歯科用の補綴物のような小型且つ複雑な形状を有するような目的物を加工することが可能となる。

＝＝ＣＡＤ／ＣＡＭシステム＝＝
図１に示すＣＡＤ／ＣＡＭシステム２００は、加工データを作成し、加工システム１００に出力する。加工データは、目的物を加工する際に加工システム１００で使用するデータである。加工データは、目的物の外形を示すＸＹＺの座標値や、レーザー光の照射強度等、ワークＷを目的物に加工するための各種情報が含まれている。加工データは、目的物の三次元データやワークの三次元データに基づいて作成される。たとえば、歯科用の補綴物を加工する場合、ＣＣＤカメラやＸ線ＣＴにより口腔内をスキャンして得られた三次元データを使用して加工データを作成する。なお、出力されるデータの形式は、加工システム１００で使用できるものであれば特に限定されない。

＝＝レーザー加工装置の具体的な構成＝＝
次に図３〜５を参照して、本実施形態に係るレーザー加工装置１の具体的な構成について説明する。図３は、レーザー加工装置１の全体を示した斜視図である。図３では、レーザー加工装置１の外枠を構成する筐体、カバー等、一部の構成について記載を省略している。図３〜図５では、レーザー加工装置１の正面に向かって左右（左方・右方）をＸ軸（Ｘ軸方向）とし、前後（前方・後方）をＹ軸（Ｙ軸方向）とし、上下（上方・下方）をＺ軸（Ｚ軸方向）とする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。また、図３の状態において、Ａ回転軸はＸ軸回りの回転軸に相当し、Ｂ回転軸はＸ軸と直交するＹ軸回りの回転軸に相当する。また、レーザー加工装置１は、Ｘ軸とＹ軸とで構成されるＸＹ平面に置かれるものとする。なお、各軸の設定は説明の便宜上設定したものであり、特に限定されるものではない。たとえば、前後をＸ軸とし、左右をＹ軸としてもよい。図４は、照射部１０の拡大斜視図である。図５は、保持部２０の拡大斜視図である。

［枠体］
図３に示すように、照射部１０及び保持部２０は枠体Ｆに設置されている。枠体Ｆは、台座部４０、脚部４１、ベース部材４２、支柱４３、及び梁４４を含む。

台座部４０は、レーザー加工装置１の底面部を形成する矩形の板状部材である。台座部４０の四隅の下面それぞれには、円柱状の脚部４１が設けられている。台座部４０の上面の一部の領域には、ベース部材４２が設けられている。ベース部材４２は、保持部２０が載置される矩形の板状部材である。ベース部材４２の上面には、Ｙ軸方向に延びる２本のガイドレール４２ａが設けられている。保持部２０は、ガイドレール４２ａ上に載置される。なお、ガイドレール４２ａは、台座部４０の上面に直接設けられていてもよい。その場合、ベース部材４２は不要である。また、ガイドレール４２ａは、少なくとも１本あればよい。

台座部４０後方の左右両端にはそれぞれ支柱４３が設けられている。支柱４３は、台座部４０から上方に延びた角柱状の部材である。２本の梁４４は、Ｘ軸方向に延びる角柱状の部材であり、２本の支柱４３を連結している。支柱４３及び梁４４の数や形状は図３の例に限られない。たとえば、支柱４３は３本以上設けられていてもよいし、梁４４は１本あればよい。

［照射部］
図３及び図４に示すように、本実施形態に係る照射部１０は、２本の梁４４に固定されている。照射部１０は、対物光学系１０ｂの他に、本体部１０ｃ、ベース部材１０ｄ、ベース部材１０ｅ、ガイドレール１０ｆ、スライダ１０ｇ、及びリレー光学系１０ｈが設けられている。また、本実施形態において、第１の駆動モータ３１ａは、照射部１０内に設けられている（図３等では図示を省略）。

本体部１０ｃは、対物光学系１０ｂ等が設置される矩形の板状部材である。本体部１０ｃは、梁４４に固定されている。本体部１０ｃの前面（梁４４に固定されている面とは反対側の面）には、ベース部材１０ｄ及びベース部材１０ｅが設けられている。ベース部材１０ｄは、リレー光学系１０ｇが固定される矩形の板状部材である。ベース部材１０ｅは、ガイドレール１０ｆ及びリレー光学系１０ｈが固定される矩形の板状部材である。ベース部材１０ｅの前面（本体部１０ｃに固定されている面とは反対側の面）には、Ｚ軸方向に延びる２本のガイドレール１０ｆが設けられている。スライダ１０ｇは、ガイドレール１０ｆに沿ってＺ軸方向に移動する矩形の板状部材である。第１の駆動モータ３１ａは、スライダ１０ｇをガイドレール１０ｆに沿って移動させる。なお、ガイドレール１０ｆは、少なくとも１本あればよい。

対物光学系１０ｂは、上述の通り、レーザー発振器１０ａ（図３及び図４では記載を省略）からのレーザー光を保持部２０に載置されたワークＷに照射するための構成である。対物光学系１０ｂは、その光軸がＺ軸と一致するように配置されている。本実施形態において、対物光学系１０ｂは、スライダ１０ｇの前面（ガイドレール１０ｆと接する面とは反対側の面）に固定されている。すなわち、スライダ１０ｇがＺ軸に沿って移動することにより、対物光学系１０ｂもＺ軸に沿って移動することができる。

対物光学系１０ｂがＺ軸に沿って移動することにより、Ｚ軸方向におけるレーザー光の焦点位置が変化する。従って、加工データに基づいてＺ軸方向の所定位置に焦点位置を合わせることができる。この例において、ガイドレール１０ｆ、スライダ１０ｇ、及び第１の駆動モータ３１ａは、対物光学系１０ｂをＺ軸に沿って移動させる第１の駆動機構３１を構成する。

リレー光学系１０ｈは、ベース部材１０ｄまたはベース部材１０ｅの前面（本体部１０ｃに固定されている面とは反対側の面）において、所定の位置に固定されている。リレー光学系１０ｈは、レーザー発振器１０ａからのレーザー光（図３及び図４で破線で示す）をＸ軸方向に導くためのリレーレンズ１０１ｈと、リレーレンズ１０１ｈにより導かれたレーザー光の向きをＺ軸方向に変えて、対物光学系１０ｂに導くためのミラー１０２ｈを含む。リレーレンズ１０１ｈはベース部材１０ｄに固定され、ミラー１０２ｈはベース部材１０ｅに固定されている。

なお、リレー光学系１０ｈの構成は、図３等に示したものに限られない。たとえば、リレーレンズ１０１ｈ及びミラー１０２ｈは、それぞれ複数設けられていてもよい。一方、光ファイバを用いてレーザー発振器１０ａからの光を対物光学系１０ｂに直接入射させることも可能である。この場合、リレー光学系１０ｈは不要である。また、ガイドレール１０ｆやリレー光学系１０ｈは、本体部１０ｃの前面に直接設けられていてもよい。その場合、ベース部材１０ｄ及びベース部材１０ｅは不要である。

［保持部］
図３及び図５に示すように、保持部２０は、スライダ部２０ａ及び支持部２０ｂを含む。

スライダ部２０ａは、支持部２０ｂが固定される。図３及び図５に示すように、本実施形態に係るスライダ部２０ａは、第１のスライダ２０１ａ、ガイドレール２０２ａ、第２のスライダ２０３ａを含む。また、本実施形態において、第２の駆動モータ３２ａ及び第３の駆動モータ３２ｂは、スライダ部２０ａ内に設けられている（図３等では図示を省略）。

第１のスライダ２０１ａは、台座部４０に設けられた２本のガイドレール４２ａに沿ってＹ軸方向に移動する矩形の板状部材である。第１のスライダ２０１ａは、第３の駆動モータ３２ｂにより、移動可能となっている。

第１のスライダ２０１ａの上面には、Ｘ軸方向に延びる２本のガイドレール２０２ａが設けられている。なお、ガイドレール２０２ａは、少なくとも１本あればよい。

第２のスライダ２０３ａは、ガイドレール２０２ａに沿ってＸ軸方向に移動する矩形の板状部材である。第２のスライダ２０３ａは、第２の駆動モータ３２ａにより、移動可能となっている。

ここで、第２のスライダ２０３ａの上面には、支持部２０ｂ（第１の回転ドライバ２０３ｂ）が固定されている。従って、第１のスライダ２０１ａをＹ軸に沿って移動させた場合、支持部２０ｂもＹ軸に沿って移動し、第２のスライダ２０３ａをＸ軸に沿って移動させた場合、支持部２０ｂもＸ軸に沿って移動する。すなわち、第１のスライダ２０１ａのＹ軸方向への移動、または第２のスライダ２０３ａのＸ軸方向への移動に伴い、支持部２０ａに支持されたワークＷもＹ軸またはＸ軸に沿って移動することができる。

この例において、第１のスライダ２０１ａ、ガイドレール２０２ａ、第２のスライダ２０３ａ、ガイドレール４２ａ、第２の駆動モータ３２ａ、及び第３の駆動モータ３２ｂは、スライダ部２０ｂをＸ軸またはＹ軸に沿って移動させる第２の駆動機構３２を構成する。このような第２の駆動機構３２は、ＸＹ平面におけるワークＷの位置決め機構に相当する。

支持部２０ｂは、ワークＷを支持するための構成である。図３及び図５に示すように、本実施形態に係る支持部２０ｂは、ステージ２０１ｂ、アーム部２０２ｂ、第１の回転ドライバ２０３ｂ、第２の回転ドライバ２０４ｂを含む。また、本実施形態において、第４の駆動モータ３３ａは、第１の回転ドライバ２０３ｂ内に設けられ、第５の駆動モータ３３ｂは、第２の回転ドライバ２０４ｂ内に設けられている（図３等では図示を省略）。

ステージ２０１ｂは、ワークＷが載置される部材である。本実施形態に係るステージ２０１ｂは、円板状の部材である。

アーム部２０２ｂは、ステージ２０１ｂを回転可能に支持する部材である。本実施形態に係るアーム部２０２ｂは、半円弧状の部材である。アーム部２０２ｂの円弧の内側部分にはステージ２０１ｂが配置される。アーム部２０２ｂは、ステージ２０１ｂがＢ回転軸に沿って回転可能となるよう、その両端でステージ２０１ｂを支持している。また、アーム部２０２ｂの半円弧の中間部分は、第１の回転ドライバ２０３ｂ（第４の駆動モータ３３ａのモーター軸）に連結している。なお、アーム部２０２ｂは、ステージ２０１ｂがＢ回転軸に沿って移動可能となる構成であれば上記例に限られない。たとえば、アーム部２０２ｂを四角形の枠部材で構成し、その内側部分にステージ２０１ｂを配置することでもよい。更にこの場合、ステージ２０１ｂは、Ｂ回転軸に沿って移動可能な形状であればよく、円板状であってもよいし、矩形状であってもよい。

第１の回転ドライバ２０３ｂは、アーム部２０２ｂをＡ回転軸に沿って移動させるための機構である。第１の回転ドライバ２０３ｂは、スライダ部２０ａ（第２のスライダ２０３ａ）に固定されている。第１の回転ドライバ２０３ｂ内に設けられた第４の駆動モータ３３ａのモータ軸は、Ｘ軸と平行に配置されている。従って、第４の駆動モータ３３ａが駆動することにより、アーム部２０２ｂはＡ回転軸に沿って移動する。すなわち、アーム部２０２ｂが保持するステージ２０１ｂ（及びステージ２０１ｂに載置されたワークＷ）もＡ回転軸に沿って移動することができる。

第２の回転ドライバ２０４ｂは、ステージ２０１ｂをＢ回転軸に沿って移動させるための機構である。第２の回転ドライバ２０４ｂは、アーム部２０２ｂの一端に固定されている。第２の回転ドライバ２０４ｂ内に設けられた第５の駆動モータ３３ｂのモータ軸は、第４の駆動モータ３３ａのモータ軸と直交している。第５の駆動モータ３３ｂが駆動することにより、ステージ２０１ｂは第４の駆動モータ３３ａのモータ軸と直交する軸（図３の例であればＢ回転軸）に沿って移動する。すなわち、ステージ２０１ｂに載置されたワークＷもＢ回転軸に沿って移動することができる。

この例において、ステージ２０１ｂ、アーム部２０２ｂ、第１の回転ドライバ２０３ｂ、第２の回転ドライバ２０４ｂ、第４の駆動モータ３３ａ、及び第５の駆動モータ３３ｂは、支持部２０ｂに支持されたワークをＡ回転軸（第１の回転軸）またはＢ回転軸（第２の回転軸）に沿って移動させる第３の駆動機構３３を構成する。第３の駆動機構３３は、所謂、２軸ジンバルの機構と同様である。なお、たとえば、図３の例において、アーム部２０２ｂがＡ回転軸に沿って９０°傾斜した場合のＢ回転軸は、Ｚ軸回りの回転軸と一致する。このように、図３の例において、Ｂ回転軸の基準となる軸はアーム部２０２ｂの傾きによって異なる。但し、その軸は必ずＡ回転軸の基準となる軸（図３の例であればＸ軸）と直交する。

このように、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザー発振器１０ａからのレーザー光をワークＷに対して照射するための対物光学系１０ｂと、ワークＷを保持する保持部２０と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、第１の回転軸、及び第２の回転軸の５つの軸に沿って、対物光学系１０ｂまたは保持部２０に保持されたワークＷを移動させる駆動機構３０と、を有する。

このような構成によれば、対物光学系１０ｂまたは保持部２０を５つの軸に沿って移動させながらレーザー加工ができるため、小型且つ複雑な加工を要する目的物を作成することができる。

より具体的には、レーザー加工装置１は、スライダ部２０ａ及びスライダ部２０ａに固定され、ワークＷを支持する支持部２０ｂを含む保持部２０と、対物光学系１０ｂをＺ軸に沿って移動させるための第１の駆動モータ３１ａを含む第１の駆動機構３１と、スライダ部２０ａをＸ軸に沿って移動させるための第２の駆動モータ３２ａ、及びスライダ部２０ａをＹ軸に沿って移動させるための第３の駆動モータ３２ｂを含む第２の駆動機構３２と、支持部２０ｂに支持されたワークＷをＸ軸回りのＡ回転軸に沿って移動させるための第４の駆動モータ３３ａ、及び支持部２０ｂに支持されたワークＷをＸ軸に直交するＹ軸回りのＢ回転軸に沿って移動させるための第５の駆動モータ３３ｂを含む第３の駆動機構３３を含む。

このように照射部１０側の駆動軸をＺ軸のみとしているため、光軸を固定できる。従って、レーザーの芯出しが容易となる。一方、歯科用の補綴物のような目的物は、小型且つ軽量であるため、ワーク自体も小型且つ軽量のものを使用できる。そこで、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、保持部２０側に４つの駆動軸を設けることが可能となる。また、保持部２０側に４つの駆動軸を設けることにより、ワークを様々な位置や向きに配置することができる。従って、複雑な形状であってもワークの位置や向きを調整することによって加工しやすくなる。また、保持部２０側に回転軸を設けることにより、ワークの表面だけでなく裏面や側面を加工しやすくなる。すなわち、本実施形態に係るレーザー加工装置１によれば、ワークを多面的に加工することができる。

更に、本実施形態に係るレーザー加工装置１によれば、各駆動モータは、１のサーボコントローラ２ｂにより同期制御される。このような構成により、性能が異なる駆動モータであっても、一のコントローラにより制御できる。従って、たとえば、Ａ回転軸に沿って回転させながらＸＹＺ軸方向の三次元加工を行う等、精密な動作が可能となるため、複雑な形状であっても加工することができる。

＝＝その他＝＝
図３等に示したレーザー加工装置１の構成（各構成の形状や配置を含む）はあくまでも一例である。本発明に係るレーザー加工装置１は、少なくとも５つの軸に沿って、対物光学系１０ｂまたは保持部２０に保持されたワークＷを移動させることができればよい。たとえば、５つの駆動軸について、対物光学系側の駆動軸を３軸（たとえばＸＹＺ軸）、保持部２０側の駆動軸を２軸（たとえばＡ回転軸、Ｂ回転軸）のように構成することや、保持部２０側の駆動軸を５軸（ＸＹＺ軸、Ａ回転軸、Ｂ回転軸）のように構成することも可能である。も可能である。また、上記実施形態の構成において、更に対物光学系１０ｂをＸ軸及びＹ軸に沿って移動させるような駆動機構を設けてもよい。この場合、レーザー加工装置１は、対物光学系側３軸（ＸＹＺ軸）、保持部側４軸（ＸＹ軸、Ａ回転軸、Ｂ回転軸）の計７つの駆動軸を有する。また、上記説明においては、対物光学系１０ｂのみをＺ軸に沿って移動させる例について述べたが、照射部１０全体をＺ軸に沿って移動させるような駆動機構を設けてもよい。この場合、照射部１０のＺ軸に沿った移動に伴い、対物光学系１０ｂもＺ軸に沿って移動可能となる。

また、目的物は歯科用の補綴物のような小型で複雑な形状のものに限られない。たとえば、補綴物に比べて大型で簡単な形状の工業部品を目的物とする場合であっても、上記実施形態に係るレーザー加工装置１を用いて加工することは可能である。

上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ レーザー加工装置
２ コンピューター
２ｂ サーボコントローラ
１０ 照射部
１０ｂ 対物光学系
２０ 保持部
３０ 駆動機構
１００ レーザー加工システム

Claims (4)

1. レーザー発振器からのレーザー光をワークに対して照射するための対物光学系と、
   前記ワークを保持する保持部と、
   Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、第１の回転軸、及び第２の回転軸の５つの軸に沿って、前記対物光学系または前記保持部に保持された前記ワークを移動させる駆動機構と、
   を有するレーザー加工装置。
2. 前記保持部は、
   スライダ部と、
   前記スライダ部に固定され、前記ワークを支持する支持部と、
   を含み、
   前記駆動機構は、
   前記対物光学系を前記Ｚ軸に沿って移動させる第１の駆動機構と、
   前記スライダ部を前記Ｘ軸または前記Ｙ軸に沿って移動させる第２の駆動機構と、
   前記支持部に支持された前記ワークを前記第１の回転軸または前記第２の回転軸に沿って移動させる第３の駆動機構と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 前記第１の駆動機構は、前記対物光学系を前記Ｚ軸に沿って移動させるための第１の駆動モータを含み、
   前記第２の駆動機構は、前記スライダ部を前記Ｘ軸に沿って移動させるための第２の駆動モータ、及び前記スライダ部を前記Ｙ軸に沿って移動させるための第３の駆動モータを含み、
   前記第３の駆動機構は、前記支持部に支持された前記ワークを前記第１の回転軸に沿って移動させるための第４の駆動モータ、及び前記支持部に支持された前記ワークを前記第２の回転軸に沿って移動させるための第５の駆動モータを含み、
   前記駆動モータそれぞれは、１のサーボコントローラにより同期制御されることを特徴とする請求項２記載のレーザー加工装置。
4. レーザー発振器からのレーザー光をワークに対して照射するための対物光学系と、
   スライダ部、及び当該スライダ部に固定され、前記ワークを支持する支持部を含む保持部と、
   前記対物光学系をＺ軸に沿って移動させるための第１の駆動モータを含む第１の駆動機構と、
   前記スライダ部をＸ軸に沿って移動させるための第２の駆動モータ、及び前記スライダ部をＹ軸に沿って移動させるための第３の駆動モータを含む第２の駆動機構と、
   前記支持部に支持された前記ワークを第１の回転軸に沿って移動させるための第４の駆動モータ、及び前記支持部に支持された前記ワークを第２の回転軸に沿って移動させるための第５の駆動モータを含む第３の駆動機構と、
   前記駆動モータそれぞれを同期制御するための１のサーボコントローラと、
   を有するレーザー加工システム。

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