JP2024003383A - レーザ加工装置用加工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 従来法に比較しより堅牢、簡単シンプルな方法でレーザ加工できるレーザ加工装置用加工ヘッドを提供する。
【解決手段】
従来のレーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドに変わって、平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する集光レンズと、集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にするビーム回転機構と、前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを反射して集光ビームを焦点に集光する様に射出する凸面鏡と、を備えるものとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ加工に用いられるレーザ加工装置用加工ヘッドに係る。特にレーザ加工の方法を改革、改善するレーザ加工装置用加工ヘッドに関する。

被加工物を加工するのにレーザ加工装置が用いられる場合がある。
例えば、被加工物を溶接加工するのにレーザ加工装置が用いられる。
例えば、被加工物を溶解するのにレーザ加工装置が用いられる。
例えば、被加工物を加熱するのにレーザ加工装置が用いられる。
例えば、被加工物を切断するのにレーザ加工装置が用いられる。
一般的なレーザ光加工では、レーザ光を集光レンズにより集光し、その焦点部近傍に部材を位置づけて加工される。従って、そのレーザ光による加工点のエネルギー密度は高く、極小点に限られる。このことは、熱影響が少ない微細、小域の加工例えば金属切断、深溶け込み溶接等に適している。
他方、レーザ光特性を生かし且つ幅を持たせた加工領域が要求される加工には不向きである。例えば、ビード幅が広く溶け込みの深い溶接結果を得たい場合、この他滑らかな溶接面を得たい場合、巾広の金属表面改質をしたい場合、等が上げられる。
そのような不向きな加工に対してミラーにレーザ光を当てこれを振ることにより光路を変化させて行う。
または、集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にして、光路が回転軸の周りに回転するレーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置が考案されている。
市場では、より自由度の高い軌跡を画くレーザ光によりより自由度の高いレーザ加工をできるレーザ加工装置が望まれていた。

本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、前述のレーザ加工に不向きな点の改善、改良点に於て従来法に比較しより堅牢、簡単シンプルな方法でレーザ加工できるレーザ加工装置用加工ヘッドを提供する。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドであって、平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する集光レンズと、集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にするビーム回転機構と、前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを反射して集光ビームを焦点に集光する様に射出する凸面鏡と、を備えるものとした。

上記本発明の構成により、集光レンズは、平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する。ビーム回転機構は、集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にする。
凸面鏡は、前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを反射して集光ビームを焦点に集光する様に射出する。
その結果、前記集光レンズにより集光したレーザ光の焦点を被加工物に合わせると、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

以下に、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する。
上記の実施形態の構成により、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する。
その結果、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する。
上記の実施形態の構成により、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する。
その結果、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化し、前記鏡面中心での曲率が最大になる任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に沿った鏡面の前記鏡面中心での曲率が最小になる。
上記の実施形態の構成により、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する。前記鏡面中心での曲率が最大になる任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に沿った鏡面の前記鏡面中心での曲率が最小になる。
その結果、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記直交仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである。
上記の実施形態の構成により、前記直交仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである。
その結果、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、鏡面の集光ビームを反射する全域において特定の任意仮想線である特定仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率の分布が特定仮想線に沿った鏡面の曲率の分布と同じであり、鏡面の集光ビームを反射する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである。
上記の実施形態の構成により、鏡面の集光ビームを反射する全域において特定仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率の分布が特定仮想線に沿った鏡面の曲率の分布と同じである。鏡面の集光ビームを反射する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである。
その結果、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
上記の実施形態の構成により、前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
その結果、好ましい姿勢で自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ。
上記の実施形態の構成により、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持ち、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称し、前記鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線が前記鏡面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける。
上記の実施形態の構成により、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持つ。
前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。前記鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線が前記鏡面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる。
上記の実施形態の構成により、前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの傾斜面を持ち、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称し、前記鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、鏡面の集光ビームを反射する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である、
上記の実施形態の構成により、前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの傾斜面を持つ。前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。前記鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、鏡面の集光ビームを反射する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
上記の実施形態の構成により、前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
その結果、好ましい姿勢で自由度のたかいレーザ加工ができる。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドであって、平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する集光レンズと、集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にするビーム回転機構と、前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを射入し集光ビームを焦点に集光する様に射出する凹レンズと、を備えるものとした。

上記本発明の構成により、集光レンズは、平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する。ビーム回転機構は、集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にする。凹レンズは、前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを射入し集光ビームを焦点に集光する様に射出する。
その結果、前記集光レンズにより集光したレーザ光の焦点を被加工物に合わせると、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

以下に、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿ったレンズ面の曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する、
上記の実施形態の構成により、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿ったレンズ面の曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する。
その結果、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する。
上記の実施形態の構成により、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する。
その結果、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿ったレンズ面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化し、前記レンズ面中心での曲率が最大になる仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に沿ったレンズ面の前記レンズ面中心での曲率が最小になる。
上記の実施形態の構成により、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記任意仮想線に沿ったレンズ面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する。前記レンズ面中心での曲率が最大になる仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に沿ったレンズ面の前記レンズ面中心での曲率が最小になる。
その結果、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記直交仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである。
上記の実施形態の構成により、前記直交仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである。
その結果、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、鏡面の全域において特定の任意仮想線である特定仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率分布が特定仮想線に沿ったレンズ面の曲率分布と同じであり、鏡面の全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである。
上記の実施形態の構成により、鏡面の全域において特定の任意仮想線である特定仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率分布が特定仮想線に沿ったレンズ面の曲率分布と同じである。鏡面の全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである。
その結果、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、集光ビームを所定反射角度だけ反射する平面反射鏡を備え、前記集光ビームのうち平面反射鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
上記の実施形態の構成により、平面反射鏡が、集光ビームを所定反射角度だけ反射する。前記集光ビームのうち平面反射に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
その結果、好ましい姿勢で自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ。
上記の実施形態の構成により、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持ち、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、前記レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線が前記レンズ面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける。
上記の実施形態の構成により、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持つ。前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。前記レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線が前記レンズ面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる。
上記の実施形態の構成により、前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの複数の傾斜面を持ち、前記凸レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称し、前記レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、レンズ面の集光ビームが透過する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である。
上記の実施形態の構成により、前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの複数の傾斜面を持つ。前記凸レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。前記レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、レンズ面の集光ビームが透過する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である。
その結果、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、集光ビームを所定反射角度だけ反射する平面反射鏡を備え、前記集光ビームのうち平面反射鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
上記の実施形態の構成により、平面反射鏡が、集光ビームを所定反射角度だけ反射する。前記集光ビームのうち平面反射に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
その結果、好ましい姿勢で自由度のたかいレーザ加工ができる。

以上説明したように、本発明に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、その構成により、以下の効果を有する。
平行光線が前記集光レンズに入射し、前記集光レンズを前記回転軸の回りに回転させ、集光ビームを凸面鏡で反射する様にしたので、前記集光レンズにより集光したレーザ光の焦点を被加工物に合わせると、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿った鏡面の曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する様にしたので、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿った鏡面の曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴ってなめらかに変化する様にしたので、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
特定仮想線と直交仮想線が直交し、特定仮想線に沿った鏡面の鏡面中心での曲率が最大になり、直交仮想線に沿った鏡面の鏡面中心での曲率が最大になる様にしたので、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
前記直交仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
鏡面の全域において、特定仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率の分布が同じで、直交仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凸面鏡の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する。
鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
鏡面が４つ以上の傾斜面をもち、特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線は鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線は鏡面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面を半分にわける様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
鏡面が２つの傾斜面をもち、特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線は鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。

平行光線が前記集光レンズに入射し、前記集光レンズを前記回転軸の回りに回転させ、集光ビームを凹レンズに通す様にしたので、前記集光レンズにより集光したレーザ光の焦点を被加工物に合わせると、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿ったレンズ面の曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する様にしたので、焦点が凸レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿ったレンズ面の曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴ってなめらかに変化する様にしたので、焦点が凹レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線に沿ったレンズ面のレンズ面中心での曲率が最大になり、直交仮想線に沿ったレンズ面のレンズ面中心での曲率が最大になる様にしたので、焦点が凹レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
前記直交仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凹レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面の集光ビームの透過する全域において、特定仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率の分布が同じで、直交仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凹レンズのレンズ面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数のレンズ面を持つ様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面が４つ以上の傾斜面をもち、特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線はレンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線はレンズ面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面を半分にわける様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面が２の傾斜面をもち、特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線はレンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である、様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
従って、前述のレーザ加工に不向きな点の改善、改良点に於て従来法に比較しより堅牢、簡単シンプルな方法でレーザ加工できるレーザ加工装置用加工ヘッドを提供できる。

本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの概念図である。 本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの概念図である。 本発明の第三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの概念図である。 本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その１の概念図である。 本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その２の概念図である。 本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その３の概念図である。 本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その４の概念図である。 本発明の第二、三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その１の概念図である。 本発明の第二、三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その２の概念図である。 本発明の第二、三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その３の概念図である。 本発明の第二、三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その３の概念図である。 本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドのビーム回転機構の概念図である。 本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドの作用説明図その１である。 本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドの作用説明図その２である。

以下、本発明を実施するための形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを、図面を参照して、説明する。
図１３は、レーザ加工装置の一例を示す。
レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１１０とレーザ導光ケーブル１２０と加工ヘッド１３０とで構成される。
レーザ発振器１１０は、レーザを発振する機器である。
レーザ発振器１１０は、ファイバレーザ発振器であってもよい。
レーザ発振器１１０は、炭酸ガスレーザ発振器であってもよい。
レーザ導光ケーブル１２０は、レーザ発振器の発振したレーザ光をトーチに導く機器である。
レーザ導光ケーブル１２０は、レーザ導光ファイバ１０で構成されてもよい。
レーザ導光ファイバ１０は、レーザ光を導く光ファイバである。
加工ヘッド１３０は、レーザ導光ケーブルの導いたレーザ光を被加工物に照射する器具である。
レーザ加工は、溶接、加熱、溶融、切断、等の加工である。

最初に、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを、説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの側面断面図である。
以下では、説明の便宜上、レーザ加工装置はファーバレーザ加工装置であるとして、説明する。

レーザ加工装置用加工ヘッドは、集光レンズ５０とビーム回転機構５５と凸面鏡９０とで構成される。
例えば、レーザ加工装置用加工ヘッドは、トーチボデイ２０とシールドノズル３０とコリメータレンズ４０と集光レンズ５０とビーム回転機構６０と凸面鏡９０とで構成される。

トーチボデイ２０は、レーザ加工装置用加工ヘッドの骨格を形成する主要構造体である。
トーチボデイ２０は、トーチボデイ本体２１とガス案内経路２２とで構成されてもよい。
トーチボデイ本体２１は、トーチボデイ２０を形成する部材である。
例えば、トーチボデイ本体２１は、略筒状の外形を持つ部材である。
例えば、トーチボデイ本体２１は、略円筒状の外形を持つ部材である。
ガス案内経路２２は、後述するガスを後述する羽根車７１に当たった後で後述するシールドノズル３０の中に案内する経路である。
例えば、ガス案内経路２２は、後述するガスを後述する羽根車７１に当たった後で後述するシールドノズル３０の中に案内するためにトーチボデイ本体２１に形成された切り欠き溝である。
レーザ導光ファイバ１０の端部が、トーチボデイ本体２１に固定されてもよい。
例えば、レーザ導光ファイバ１０の端部が、筒状の外形をもつトーチボデイ本体２１の一方の端部に固定される。

シールドノズル３０は、シールドガスを被加工物のレーザ光が当たる箇所に案内する部材である。
シールドノズル３０は、シールドガスを被加工物のレーザ光が当たる箇所を覆うようにに案内する部材である。
シールドノズル３０は、トーチボデイ本体２１に固定される。
例えば、シールドノズル３０は、円筒状の外形をもつトーチボデイ本体２１の他方の端部に固定される。
例えば、シールドノズル３０は、円筒状の外形をもつトーチボデイ本体２１の他方の端部にねじ固定される。

コリメータレンズ４０は、レーザ光を入射して平行光線を出射する光学レンズである。
例えば、コリメータレンズ４０は、レーザ導光ファイバ１０により導びかれるレーザ光を入射して平行光線を出射する光学レンズである。
コリメータレンズ４０の主軸とレーザ光の光軸とが一直線上に並んでもよい。

集光レンズ５０は、平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出するレンズである。
例えば、集光レンズ５０は、平行ビームを射入して被加工物の表面の近傍に置く焦点に集光するビームである集光ビームを射出するレンズである。
例えば、集光レンズ５０は、平行光線を焦点に集光する光学凸レンズである。
コリメータレンズが出射した平行光線は、他の光学機器を介さずに直接に、集光レンズ５０に入射してもよい。
図１２は、コリメータレンズが出射した平行光線は、他の光学機器を介さずに直接に、集光レンズ５０に入射する構造を示す。
コリメータレンズが出射した平行光線は、光学要素により向きを変えた後で、集光レンズ５０に入射してもよい。
例えば、コリメータレンズが出射した平行光線は、光学ミラーにより向きを変えた後で、集光レンズ５０に入射する。

ビーム回転機構６０は、集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にする機構である。
図１２に、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドのビーム回転機構５５の２つの例を示す。

最初に、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドのビーム回転機構５５のタイプ１を説明する。
図１２（Ａ）は、レーザ加工装置用加工ヘッドのビーム回転機構５５のタイプ１を図示する。
ビーム回転機構５５は、回転部材６０と回転機構７０と集光レンズ固定機構８０とで構成される。
回転部材６０は、集光レンズ５０に入射する平行光線の進む向きに一致して延びる仮想軸を回転軸Ｌ２として回転自在になった部材である。
集光レンズ５０に入射する平行光線の中心軸Ｌ３と回転軸Ｌ２とが一直線上に乗る様になっていてもよい。
回転部材６０は、回転部材本体６１と一対の回転軸受６２とで構成されてもよい。
回転部材本体６１には、後述する集光レンズ固定機構８０に連結される。
回転部材本体６１は、中心部にレーザ光の通過する貫通穴を設けられる。
一対の回転軸受６２の外輪は、トーチボデイ本体２１に形成される穴に嵌まる。
一対の回転軸受６２の内輪は、回転部材本体６１を嵌められる。

回転機構７０は、回転部材６０を回転軸Ｌ２の回りに回転させる機構である。
回転機構７０は、羽根車７１とガス導入機構７２とで構成されてもよい。
羽根車７１は、回転部材６０に連結される。
羽根車７１は、互いに連動して回転する様に回転部材６０に連結される。
羽根車７１は、その中心軸を回転軸Ｌ２に一致させて、互いに連動して回転する様に回転部材６０に連結されてもよい。
ガス導入機構７２は、ガスを羽根車７１に当たる様に導入する機構である、
図３は、羽根車７１とガス導入機構７２とで構成される一例を示す。
ガスが、ガス導入機構７２により羽根車に当たり、羽根車７１を回転させる。
羽根車７１に連結される回転部材６０は、回転軸Ｌ２のまわりに回転する。
羽根車７１は、輪状の部材の外周に複数の羽根を付けられたものであってもよい。
ガスは、シールドガスであってもよい。

集光レンズ固定機構８０は、レーザ光の平行光線を集光レンズ５０に入射する様に、集光レンズ５０を回転部材６０に固定する部材である。
集光レンズ固定機構８０は、レーザ光の平行光線を集光レンズ５０に入射し集光レンズの集光するレーザ光を被加工物の回転軸Ｌ２に交差する点からずれて照射する様に、集光レンズ５０を回転部材６０に固定する部材であってもよい。

例えば、集光レンズ固定機構８０は、集光レンズ５０の主軸Ｌ１を回転軸Ｌ２に直交する方向に回転軸Ｌ２から所定距離ｄだけ偏心させる機構である。
例えば、集光レンズ固定機構８０は、集光レンズ５０の主軸Ｌ１を、回転軸Ｌ２に平行にして、回転軸Ｌ２に直交する方向に回転軸Ｌ２から所定距離ｄだけ偏心させる機構である。
集光レンズ固定機構８０は、集光レンズ固定リング８１と集光レンズ固定ネジ８２とで構成されてもよい。
集光レンズ固定リング８１は、回転部材本体６１に固定され、集光レンズ５０の外径より大きい内径をもつリング構造である。
集光レンズ固定リング８１は、回転部材本体６１と一体構造をしていてもよい。
集光レンズ５０は、集光レンズ固定リング８１の内側で回転軸Ｌ２に直交方向に移動して固定される。
集光レンズ固定ネジ８２は、集光レンジ固定リング８１の側面にネジ込まれ、集光レンズ５０を押すことをできる。
例えば、集光レンズ５０は、複数の集光レンズ固定ネジ８２に押されて、集光レンズ固定リング８１の内側で回転軸Ｌ２に直交方向に移動して固定される。
図１２（Ａ）は、３本の集光レンズ固定ネジ８２が集光レンズ５０を押し、集光レンズの主軸Ｌ１が回転軸Ｌ２から所定距離ｄだけ偏心する様子を示す。

次ぎに、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドビーム回転機構６０のタイプ２を説明する。
図１２（Ｂ）は、レーザ加工装置用加工ヘッドビーム回転機構６０のタイプ２を図示する。
ビーム回転機構５５は、回転部材６０と回転機構７０と集光レンズ固定機構８０とで構成される。

回転部材６０と回転機構７０との構成は、第一の実施形態かかるレーザ加工装置用加工ヘッドのビーム回転機構のものとと同じなので、説明を省略する。

集光レンズ固定機構８０は、レーザ光の平行光線を集光レンズ５０に入射する様に、集光レンズ５０を回転部材６０に固定する部材である。
集光レンズ固定機構８０は、レーザ光の平行光線を集光レンズ５０に入射し集光レンズの集光するレーザ光を被加工物の回転軸Ｌ２に交差する点からずれて照射する様に、集光レンズ５０を回転部材６０に固定する部材であってもよい。

例えば、集光レンズ固定機構８０は、集光レンズ５０の主軸Ｌ１を回転軸Ｌ２に所定角度θで交差させる機構である。
集光レンズ固定機構８０は、集光レンズ固定リング８１と集光レンズ固定座８３とで構成されてもよい。
集光レンズ固定リング８１は、回転部材本体６１に固定され、集光レンズ５０の外径より大きい内径をもつリング構造である。
集光レンズ５０は、集光レンズ固定リング８１の内側で主軸Ｌ１を回転軸Ｌ２に対し傾けることをできる。
集光レンズ固定座８３は、集光レンズ５０と回転部材本体６１との間に入る座である。
集光レンズ固定座８３は、中心部にレーザ光の通過する貫通穴を設けられる。
集光レンズ固定座８３の上面は集光レンズ固定座８３の下面に対して傾く。
図１２（Ｂ）は、集光レンズ固定座８３が集光レンズ５０と回転部材本体６１との間に挟まり、集光レンズ５０の主軸Ｌ１が回転軸Ｌ２に所定角度θで交差する様子を示す。

凸面鏡９０は、集光レンズ５０から焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し集光レンズ５０から射出した集光ビームを反射して集光ビームを焦点に集光する様に射出する光学要素である。
以下に、凸面鏡９０の３つのタイプを、図を基に、個別に説明する。
図中、鏡面に画かれる破線は、凸面鏡９０の基底からの高さをあらわす線、いわゆる等高線である。

図４は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その１の概念図を示す。

説明の容易のため、凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍに沿って鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
任意仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する。

説明の容易のため、凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍに沿って鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
任意仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化してもよい。

説明の容易のため、凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍに沿って鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
任意仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化し、鏡面中心での曲率が最大になる任意仮想線を特定仮想線Ｘと呼称するとき、特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙに沿った鏡面Ｍの鏡面中心での曲率が最小になってもよい。

直交仮想線Ｙに沿った鏡面Ｍの曲率が一様にゼロであってもよい。
集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、特定仮想線が集光ビーム面に平行してもよい。

図５は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その２の概念図を示す。

説明の容易のため、凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍに沿って鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
鏡面Ｍの集光ビームを反射する全域において特定の任意仮想線である特定仮想線Ｘに平行な仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率の分布が特定仮想線Ｘに沿った鏡面Ｍの曲率の分布と同じであり、
鏡面Ｍの集光ビームを反射する全域において特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙに平行な仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率が一様にゼロである。
例えば、任意仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化し、特定仮想線Ｘが鏡面中心での曲率が最大になる任意仮想線である。

集光ビームのうち凸面鏡９０に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡９０から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行してもよい。

図６は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その３の概念図を示す。

凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍが鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ。

凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍが鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持つ。
説明の容易のため、凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍに沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線Ｘと呼称するとき、特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙが鏡面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分けてもよい。

特定仮想線Ｘに沿った傾斜面の傾斜角度が直交仮想線Ｙに沿った傾斜面の傾斜角と異なっていてもよい。
例えば、特定仮想線Ｘに沿った傾斜面の傾斜角度が直交仮想線Ｙに沿った傾斜面の傾斜角より大きくてもよい。
集光ビームのうち凸面鏡９０に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡９０から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行してもよい。

図７は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その４の概念図を示す。
凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍが鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの傾斜面を持つ。
凸面鏡９０の鏡面Ｍを正面に見て、鏡面Ｍに沿って鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、鏡面Ｍの集光ビームを反射する全域において特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙに平行な仮想線が全て直線であってもよい。

最初に、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを、説明する。
図２は、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの側面断面図である。
以下では、説明の便宜上、レーザ加工装置はファーバレーザ加工装置であるとして、説明する。

レーザ加工装置用加工ヘッドは、集光レンズ５０とビーム回転機構５５と凹レンズ９５とで構成される。
例えば、レーザ加工装置用加工ヘッドは、トーチボデイ２０とシールドノズル３０とコリメータレンズ４０と集光レンズ５０とビーム回転機構６０と凹レンズ９５とで構成される。
トーチボデイ２０とシールドノズル３０とコリメータレンズ４０と集光レンズ５０とビーム回転機構６０との構造は、第一の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドのものと、トーチボデイ２０の形状が必要に応じて異なる他は、同じなので、説明を省略する。

凹レンズ９５は、集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し集光レンズから射出した集光ビームを射入し集光ビームを焦点に集光する様に射出する光学要素である。
以下に、凹レンズ９５の３つのタイプを、図を基に、個別に説明する。
図中、鏡面に画かれる破線は、凹レンズ９５の基底からの高さをあらわす線、いわゆる等高線である。

図８は、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凹レンズその１の概念図を示す。

説明の容易のため、凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌに沿ってレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
任意仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する、
ことを特徴とする請求項Ｚ２に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。

説明の容易のため、凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌに沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
任意仮想線に沿ったレンズ面Ｌの曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化し、レンズ面中心での曲率が最大になる仮想線を特定仮想線Ｘと呼称するとき、特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙに沿ったレンズ面Ｌのレンズ面中心での曲率が最小になる。

直交仮想線Ｙに沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロであってもよい。

図９は、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凹レンズその２の概念図を示す。

凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌに沿ってレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
レンズ面Ｌの集光ビームが透過する全域において特定の任意仮想線である特定仮想線Ｘに平行な仮想線に沿ったレンズ面Ｌの曲率分布が特定仮想線Ｘに沿ったレンズ面Ｌの曲率分布とが同じであり、レンズ面Ｌの集光ビームが透過する全域において特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙに平行な仮想線に沿ったレンズ面Ｌの曲率が一様にゼロであってもよい。

図１０は、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凹レンズその３の概念図を示す。

凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌがレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持ってもよい。

凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌがレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持っていてもよい。
説明の容易のため、凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌに沿ってレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線Ｘと呼称するとき、特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙがレンズ面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分けてもよい。

特定仮想線Ｘに沿った傾斜面の傾斜角度が直交仮想線Ｙに沿った傾斜面の傾斜角と異なってもよい。
例えば、特定仮想線Ｘに沿った傾斜面の傾斜角度が直交仮想線Ｙに沿った傾斜面の傾斜角より大きい。

図１１は、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの凸面鏡その３の概念図である。

凹レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌがレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの複数の傾斜面を持ち、
凸レンズ９５のレンズ面Ｌを正面に見て、レンズ面Ｌに沿ってレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称する。
レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線Ｘと呼称するとき、レンズ面Ｌの集光ビームが透過する全域において特定仮想線Ｘに直交する任意仮想線である直交仮想線Ｙに平行な仮想線が全て直線である。

最初に、本発明の第三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドを、説明する。
図３は、本発明の第三の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドの側面断面図である。
以下では、説明の便宜上、レーザ加工装置はファーバレーザ加工装置であるとして、説明する。

レーザ加工装置用加工ヘッドは、集光レンズ５０とビーム回転機構５５と凸面鏡９０とで構成される。
例えば、レーザ加工装置用加工ヘッドは、トーチボデイ２０とシールドノズル３０とコリメータレンズ４０と集光レンズ５０とビーム回転機構６０と平面反射鏡９４と凹レンズ９５とで構成される。

トーチボデイ２０とシールドノズル３０とコリメータレンズ４０と集光レンズ５０とビーム回転機構６０と平面反射鏡９４と凹レンズ９５の構造は、トーチボデイ２０の形状が必要に応じて変化する他は、同じなので、説明を省略する。
平面反射鏡９４は、凹レンズ９５に射入する集光ビームの途中に設けられる、平面の鏡面Ｍをもつ鏡である。
例えば、平面反射鏡９４は、集光レンズ６０から射出して凹レンズ９５に射入する集光ビームの途中に設けられる、平面の鏡面Ｍをもつ鏡である。
例えば、平面反射鏡９４は、コリメータレンズ４０から射出して集光レンズ６０に射入する集光ビームの途中に設けられる、平面の鏡面Ｍをもつ鏡である。

集光ビームのうち平面反射鏡９４に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡９４から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行してもよい。

次ぎに、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドの作用を、図を基に、説明する。
以下では、第一の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドを例にして、説明する。
また、説明の便宜上、レーザ加工がレーザ溶接である場合を例に説明する。

レーザ光がレーザ導光ファイバ１０のレーザ出射口Ｓから出射する。
レーザ光がコリメータレンズ４０に入射し、平行光線がコリメータレンズ４０から出射する。
ガスがガス導入機構により導入され、羽根車７１が回転する。
平行光線が集光レンズ５０に入射し、レーザ光が集光レンズ５０に集光されることによい集光ビームの光軸が回転軸の周りに回転し、回転する集光ビームが凸面鏡９０により反射されることにより、凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じて、集光ビームの光軸の向きが変化し、被加工物Ｗの回転軸Ｌ２の交差する位置からずれて照射される。
または、平行光線が集光レンズ５０に入射し、レーザ光が集光レンズ５０に集光されることによい集光ビームの光軸が回転軸の周りに回転し、回転する集光ビームが凹レンズ９５を透過することにより、凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じて、集光ビームの光軸の向きが変化し、被加工物Ｗの回転軸Ｌ２の交差する位置からずれて照射される。
レーザ光が被加工物の表面の近傍で焦点を結ぶ。
その結果、被加工物Ｗの回転軸Ｌ２の交差する箇所からずれて照射される位置が回転軸Ｌ２を中心に、凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じて、または凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じて所定の軌跡を画いて回転する。
操作員が、レーザ光の照射位置を直線状に一定速度で移動させると、レーザ光の照射される位置が螺旋状に移動する。
被加工物のレーザ光を照射された箇所が溶ける。
図１４は、加工ヘッドを送る線に視線を平行にして断面を見た図である。
図１４（Ｂ）は、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置で加工された被加工物の断面を示す。
図１４（Ａ）は、比較の為の照射箇所が直線状に移動するレーザ加工装置で加工された被加工物の断面を示す。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置用加工ヘッドは、その構成により、以下の効果を有する。
コリメータレンズ４０を出た平行光線が集光レンズ５０に入射し、集光レンズを回転軸の回りに回転させ、集光ビーム５０を凸面鏡９０で反射する様にしたので、集光レンズ５０により集光したレーザ光の焦点を被加工物に合わせると、焦点が凸面鏡９０の鏡面の形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する様にしたので、焦点が凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴ってなめらかに変化する様にしたので、焦点が凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
特定仮想線Ｘと直交仮想線Ｙが直交し、特定仮想線Ｘに沿った鏡面Ｍの鏡面中心での曲率が最大になり、直交仮想線Ｙに沿った鏡面Ｍの鏡面中心での曲率が最大になる様にしたので、焦点が凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
直交仮想線Ｙに沿った鏡面Ｍの曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。-
鏡面Ｍの集光ビームを反射する全域において、特定仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率の分布が同じで、直交仮想線Ｙに平行な仮想線に沿った鏡面Ｍの曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凸面鏡９０の鏡面Ｍの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
集光ビームのうち凸面鏡９０に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡９０から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行する。
鏡面Ｍが鏡面Ｍの輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
鏡面Ｍが４つ以上の傾斜面をもち、特定仮想線Ｘと直交仮想線Ｙとが直交し、特定仮想線Ｘは鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線Ｙは鏡面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面を半分にわける様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
特定仮想線Ｘに沿った傾斜面の傾斜角度が直交仮想線Ｙに沿った傾斜面の傾斜角より大きい様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
鏡面Ｍが２つの傾斜面をもち、特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線は鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
集光ビームのうち凸面鏡９０に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡９０から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称する。特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行する。

コリメーレンズ４０を出た平行光線が集光レンズ５０に入射し、集光レンズ５０を回転軸の回りに回転させ、集光ビーム５０を凹レンズに通す様にしたので、集光レンズ５０により集光したレーザ光の焦点を被加工物に合わせると、焦点が凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿ったレンズ面Ｌの曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する様にしたので、焦点が凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
任意の仮想線に沿ったレンズ面Ｌの曲率が放射状に伸びる向きの変化に伴ってなめらかに変化する様にしたので、焦点が凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
特定仮想線Ｘと直交仮想線Ｙとが直交し、特定仮想線Ｘに沿ったレンズ面Ｌのレンズ面中心での曲率が最大になり、直交仮想線Ｙに沿ったレンズ面Ｌのレンズ面中心での曲率が最大になる様にしたので、焦点が凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
直交仮想線Ｙに沿ったレンズ面Ｌの曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凹レンズのレンズ面Ｌの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面Ｌの集光ビームを反射する全域において、特定仮想線Ｘに平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率の分布が同じで、直交仮想線Ｙに平行な仮想線に沿ったレンズ面Ｌの曲率が一様にゼロである様にしたので、焦点が凹レンズ９５のレンズ面Ｌの形状に応じた軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
集光ビームのうち平面反射鏡９４に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡９４から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行してもよい。
レンズ面Ｌがレンズ面Ｌの輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数のレンズ面Ｌを持つ様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面Ｌが４つ以上の傾斜面をもち、特定仮想線Ｘと直交仮想線Ｙとが直交し、特定仮想線Ｘはレンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線Ｙはレンズ面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面を半分にわける様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
特定仮想線Ｘに沿った傾斜面の傾斜角度が直交仮想線Ｙに沿った傾斜面の傾斜角より大きい様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
レンズ面Ｌが２の傾斜面をもち、特定仮想線と直交仮想線とが直交し、特定仮想線はレンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面を半分にわけ、直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である、様にしたので、焦点が複数の傾斜面に対応した軌跡を画くビームで自由度のたかいレーザ加工ができる。
集光ビームのうち平面反射鏡９４に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡９４から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、特定仮想線Ｘが集光ビーム面に平行してもよい。

上述した本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置用加工ヘッドの作用により、レーザ加工装置は、以下の特徴を有する。
ミラーでレーザ光の光軸を振る形式のレーザ加工装置に比べて、本発明の実施形態にかかるレーザ加工装置は、シンプルで小型、軽量化されている。
また、本発明のレーザ加工装置が採用する焦点部回転方式は時間的に連続であり、既知のミラー方式に見られる瞬時停止部が無く、そのことから優れた加工効果が得られる。
また、本発明のレーザ加工装置を持ちいて金属溶接を行うと以下の効果が得られる。
（１）均一な深溶け込みで幅の広い溶接ビード面が得られる。
一般のレーザ溶接では深溶け込み溶接の場合には溶接ビード幅は狭い。
このような溶け込み形状の違いは金属溶接条件上重要な要素である。
例えば、突き合わせレーザ溶接で継ぎ手部からレーザ光が外れた場合に、溶接部は継ぎ手以外の部分を溶融し融合不良となり、大きな溶接欠陥をもたらすことになる。
本発明のレーザ加工装置をこのような継ぎ手溶接に適応した場合に幅広の溶融部形成特性が有効に作用し、上記の欠陥は容易に避けられる。
（２）角溶接の場合にコーナー部を巾広に溶かすことより、丸みを帯びた奇麗な溶接ビー度面が得られる。
一般のレーザ溶接の場合に継ぎ手部のみ狭く溶接しコーナーは角ばり状態を呈する。この様な外見は問題視されることが多い。
（３）ギャップがある継ぎ手溶接に友好である。
レーザ光による溶接の最大の問題点は継ぎ手ギャップを有する溶接においてレーザ光がギャップを通し抜けていき溶接できない点にある。
本発明にかかるレーザ加工装置を用いると、ギャップ両端の金属を幅広く溶かすことにより、容易に融合させることができる。
（４）本発明にかかるレーザ加工装置を用いると、きめ細かな滑らかなビー度面を形成できる。
溶融点の円を描きながらの移動によりきめ細かな滑らかなビー度面を形成できる。
さらに、外ビード面の盛り上がり効果も期待できる。
（５）レーザ光が円を描きながら進行することによりレーザによる溶融部がダブってレーザ光の照射を受けることになり、先行する照射が余熱を与え、後者の溶融により効果的に作用する。
例えば、アルミ溶接の場合、その溶融はワークの温度に大きく左右されることが良く知られている。レーザ光の反射率はワークの溶融に大きく左右され、溶融が始まれば反射率が下がりレーザ光の吸収が高くなる。この点からも円形進行レーザ光はアルミ等のレーザ光に対して高い反射率を持つ材料の溶接にも友好に作用する。

本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
回転機構を羽根車とガス導入機構とで構成されるものとして説明したが、これに限定されない。例えば、回転機構を電動機とトルク伝達部材とで構成されるものとしてもよい。例えば、回転機構を軸流式タービンとトルク伝達部材とで構成されるものとしてもよい。
集光レンズ固定機構を、集光レンズ５０の主軸Ｌ１を回転軸Ｌ２から所定距離ｄだけ偏心させる構造、または集光レンズ５０の主軸Ｌ１を回転軸Ｌ２に所定角度θで交差させる構造として説明したが、これに限定されない。例えば、両者を組み合わせた構造としてもよい。
レーザ加工装置はファイバレーザ加工装置であるとして説明したが、これに限定されない。例えば、レーザ加工装置は炭酸ガスレーザ加工装置としてもよい。

Ｌ１ 主軸
Ｌ２ 回転軸
Ｌ３ 中心軸
Ｓ レーザ出射口
Ｗ 被加工物
ｄ 所定距離
θ 所定角度
Ｍ 鏡面
Ｌ レンズ面
Ｘ 特定仮想線
Ｙ 直交仮想線
１０ レーザ導光ファイバ
２０ トーチボデイ
２１ トーチボデイ本体
２２ ガス案内経路
３０ シールドノズル
４０ コリメータレンズ
５０ 集光レンズ
５５ ビーム回転機構
６０ 回転部材
６１ 回転部材本体
６２ 回転軸受
７０ 回転機構
７１ 羽根車
７２ ガス導入機構
８０ 集光レンズ固定機構
８１ 集光レンズ固定リング
８２ 集光レンズ固定ネジ
８３ 集光レンズ固定座
９０ 凸面鏡
９４ 平面反射鏡
９５ 凹レンズ
１００ レーザ加工装置
１１０ レーザ発振器
１２０ レーザ導光ケーブル
１３０ 加工ヘッド

特開昭５９－１９３７７９号 特開平９－２４８６８４号 特開平３－２８６７８５号 特開昭５８－１２２１９５号 特開２０００－３１２９８６号 特許６１５３８８３号

Claims (24)

1. レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドであって、
   平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する集光レンズと、
   集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にするビーム回転機構と、
   前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを反射して集光ビームを焦点に集光する様に射出する凸面鏡と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置用加工ヘッド。
2. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
   前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
3. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
   前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
4. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
   前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化し、
   前記鏡面中心での曲率が最大になる任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に沿った鏡面の前記鏡面中心での曲率が最小になる、
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
5. 前記直交仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである、
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
6. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
   鏡面の集光ビームを反射する全域において特定の任意仮想線である特定仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率の分布が特定仮想線に沿った鏡面の曲率の分布と同じであり、
   鏡面の集光ビームを反射する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線に沿った鏡面の曲率が一様にゼロである、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
7. 前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
8. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
9. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持ち、
   前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称し、
   前記鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線が前記鏡面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける。
   ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
10. 前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる、
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
11. 前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面が鏡面の輪郭の中心である鏡面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの傾斜面を持ち、
    前記凸面鏡の鏡面を正面に見て、鏡面に沿って鏡面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称し、
    前記鏡面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、鏡面の集光ビームを反射する全域において（前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である、
    ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置ヘッド。
12. 前記集光ビームのうち凸面鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと凸面鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置ヘッド。
13. レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工装置用加工ヘッドであって、
    平行ビームを射入して焦点に集光するビームである集光ビームを射出する集光レンズと、
    集光レンズから射出した集光ビームの光軸が光軸に並行し光軸から所定距離だけ偏心した回転軸の周りに回転する様にするビーム回転機構と、
    前記集光レンズから焦点までの集光ビームの光軸の途中に位置し前記集光レンズから射出した集光ビームを射入し集光ビームを焦点に集光する様に射出する凹レンズと、
    を備えることを特徴とするレーザ加工装置用加工ヘッド。
14. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心である鏡面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
    前記任意仮想線に沿ったレンズ面の曲率が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って変化する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
15. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
    前記任意仮想線に沿った鏡面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
16. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
    前記任意仮想線に沿ったレンズ面の曲率の値が任意仮想線の放射状に伸びる向きの変化に伴って滑らかに変化し、前記レンズ面中心での曲率が最大になる仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に沿ったレンズ面の前記レンズ面中心での曲率が最小になる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
17. 前記直交仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
18. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
    鏡面の集光ビームを反射する全域において特定の任意仮想線である特定仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率分布が特定仮想線に沿ったレンズ面の曲率分布と同じであり、
    鏡面の集光ビームを反射する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線に沿ったレンズ面の曲率が一様にゼロである、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
19. 集光ビームを所定反射角度だけ反射する平面反射鏡を備え、
    前記集光ビームのうち平面反射鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
20. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置され平面をこちらに向ける複数の傾斜面を持つ、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
21. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される４つ以上の複数の傾斜面を持ち、
    前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称するとき、
    前記レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線が前記レンズ面中心を境に点対称となる他の２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける、
    ことを特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
22. 前記特定仮想線に沿った傾斜面の傾斜角度と前記直交仮想線に沿った傾斜面の傾斜角とが異なる、
    ことを特徴とする請求項２１に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。
23. 前記凹レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面がレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心の周りに点対称になる様に配置される２つの複数の傾斜面を持ち、
    前記凸レンズのレンズ面を正面に見て、レンズ面に沿ってレンズ面の輪郭の中心であるレンズ面中心を含み任意の向きに放射状に伸びる任意の仮想線を任意仮想線と呼称し、
    前記レンズ面中心を境に点対称となる２つの傾斜面に含まれ傾斜面を半分に分ける任意仮想線を特定仮想線と呼称するとき、レンズ面の集光ビームが透過する全域において前記特定仮想線に直交する任意仮想線である直交仮想線に平行な仮想線が全て直線である、
    ことを特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工装置ヘッド。
24. 集光ビームを所定反射角度だけ反射する平面反射鏡を備え、
    前記集光ビームのうち平面反射鏡に射入する集光ビームである射入集光ビームと平面反射鏡から射出する集光ビームである射出集光ビームとを含む面を集光ビーム面と呼称するとき、前記特定仮想線が集光ビーム面に平行する、
    ことを特徴とする請求項２３に記載のレーザ加工装置用加工ヘッド。

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