JP4789755B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置に係り、更に詳しくは、対象物にレーザ光を照射することにより印字や剥離等の表面加工を行うレーザ加工装置に関する。

対象物の平面に向けてレーザ光を照射し、その平面に対して水平方向にレーザ光を走査させることにより表面加工を行うレーザ加工装置が知られている。この種のレーザ加工装置には、照射するレーザ光を集光させるための集光部が備えられており、レーザ光を集光させてエネルギー密度の高い焦点位置を対象物の平面上に合わせることにより、当該平面に対する印字や剥離等の加工を行うことができる。このとき、レーザ光の集光角を大きくすれば、焦点位置におけるレーザ光のビーム径が小さくなりエネルギー密度が高くなるので、より微細な加工を行うことができる。

一般的なレーザ加工装置は、固体又は気体からなるレーザ媒質をレーザ励起光で励起させることによりレーザ光を発生させる。固体のレーザ媒質を励起させることにより発生するレーザ光は、固体レーザと呼ばれており、レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４などが用いられる。一方、気体のレーザ媒質を励起させることにより発生するレーザ光は、気体レーザと呼ばれており、レーザ媒質としてＣＯ２やＡｒなどが用いられる。一般的に、固体レーザを用いたレーザ加工装置には、断続的にレーザ光を発生するパルス発振ＰＷ(Pulse Wave)が採用され、気体レーザを用いたレーザ加工装置には、連続的にレーザ光を発生する連続発振ＣＷ(Continues Wave)が採用される。

固体レーザと気体レーザとでは波長等の特性が異なるため、ユーザは、用途に応じていずれかのレーザ光を用いたレーザ加工装置を選択している。一般的に、固体レーザの波長は気体レーザの波長よりも短いが、波長が短いレーザ光の方が、集光角を大きくすることにより、焦点位置におけるレーザ光のビーム径を小さくしてエネルギー密度を高くすることができるので、固体レーザは微細加工に適している。しかし、集光角を大きくした場合には、レーザ光の光軸方向に沿った焦点位置のずれに対して、対象物の表面上におけるビーム径の変動量が大きくなるといった特性もある。

一方で、レーザ光の焦点位置を光軸方向に沿って移動可能なレーザ加工装置も提案されている（例えば、特許文献１）。このような機構を利用すれば、レーザ光の光軸に対して直交方向（Ｘ方向及びＹ方向）にレーザ光を走査させるだけでなく、レーザ光の光軸方向（Ｚ方向）に焦点位置を移動させることができるので、２次元の平面以外に曲面などの３次元形状の表面にも加工を行うことができる。

図２８及び図２９は、従来のレーザ加工装置２００，３００の一例を示した斜視図である。これらのレーザ加工装置２００，３００には、Ｚ方向に焦点位置を移動させるような構成は備えられておらず、対象物に対してＸ方向及びＹ方向にのみレーザ光を走査させることができるようになっている。

図２８に示したレーザ加工装置２００は、レーザ発振部２５０、ビームエキスパンダ２５３、走査部２０９及び集光部２１５などの各構成部材を本体フレーム２２０で保持することにより形成されている。レーザ発振部２５０には、固体又は気体のレーザ媒質が備えられており、このレーザ媒質にレーザ励起光を入射させることにより、レーザ媒質を励起させてレーザ光を照射する。レーザ発振部２５０から照射されたレーザ光は、図２８に破線で示すように、ビームエキスパンダ２５３、走査部２０９及び集光部２１５を通過して、装置の下面から対象物に向けて出力される。

ビームエキスパンダ２５３にはレンズが備えられており、レーザ発振部２５０からビームエキスパンダ２５３に入射したレーザ光は、ビームエキスパンダ２５３によりビーム径が拡大された後、走査部２０９へ送られる。走査部２０９には、１対のガルバノモータ２５１ａ，２５１ｂが備えられている。１対のガルバノモータ２５１ａ，２５１ｂの各回動軸にはガルバノミラー（不図示）が固定されており、ビームエキスパンダ２５３からのレーザ光は、これらのガルバノミラーで順次に反射された後、集光部２１５を通って対象物に照射される。集光部２１５は、レーザ光を対象物に向けて所定の集光角で集光させるための集光レンズであり、例えばｆθレンズからなる。

各ガルバノモータ２５１ａ，２５１ｂは、回動軸が互いに直交するように配置されており、これらの直交する回動軸に各ガルバノミラーが取り付けられている。これにより、対象物に照射されるレーザ光は、一方のガルバノモータ２５１ａを駆動させてガルバノミラーを回動させることにより走査される方向（Ｘ方向）と、他方のガルバノモータ２５１ｂを駆動させてガルバノミラーを回動させることにより走査される方向（Ｙ方向）とが直交している。したがって、１対のガルバノモータ２５１ａ，２５１ｂをそれぞれ駆動させることにより、レーザ光の光軸に対して直交するＸ方向及びＹ方向にレーザ光を走査させることができる。

本体フレーム２２０には、互いに間隔を隔てて平行に配置された第１金属板２２１及び第２金属板２２２が含まれる。第１金属板２２１には、レーザ発振部２５０及びビームエキスパンダ２５３が取り付けられており、ビームエキスパンダ２５３に固定されているモータ保持台２２５により１対のガルバノモータ２５１ａ，２５１ｂが保持されている。レーザ発振部２５０には、第１金属板２２１に取り付けられる面とは反対側の面に、ヒートシンク２５８が固定されている。ヒートシンク２５８は、金属製の薄板が互いに平行になるように複数枚連結されることによって表面積の大きい構造に形成され、レーザ発振部２５０に取り付けられることにより、レーザ発振部２５０から発生する熱を効率よく放熱することができる。

第２金属板２２２の中央部には開口２２２ａが形成されている。図２８には図示していないが、ヒートシンク２５８の上方にはファンが配置されており、このファンが駆動されることにより、外部の空気が装置内に導入され、図２８に矢印Ａ２で示すように、開口２２２ａを通ってヒートシンク２５８に供給されるようになっている。ヒートシンク２５８に供給された空気が複数枚の薄板の間を通過する際に、それらの薄板との間で熱交換が行われ、温まった空気がファンを介して外部に送り出されることにより、レーザ発振部２５０から発生する熱が放熱される。

レーザ発振部２５０、ビームエキスパンダ２５３、モータ保持台２２５及びヒートシンク２５８などは、第１金属板２２１と第２金属板２２２との間に配置されている。第２金属板２２２には、第１金属板２２１に対向する面とは反対側の面に、ガルバノモータ２５１ａ，２５１ｂに駆動電流を供給する走査回路基板２５６が取り付けられている。この走査回路基板２５６には、増幅器などの各種電子部品が実装されている。

図２９に示したレーザ加工装置３００は、図２８のレーザ加工装置２００と同様に、レーザ発振部３５０、ビームエキスパンダ３５３、走査部３０９及び集光部３１５などの各構成部材を本体フレーム３２０で保持することにより形成されている。レーザ発振部３５０、ビームエキスパンダ３５３、走査部３０９及び集光部３１５の構成は、図２８のレーザ加工装置２００と同様であり、レーザ発振部３５０から照射されたレーザ光は、図２９に破線で示すように、ビームエキスパンダ３５３によりビーム径が拡大された後、走査部３０９において１対のガルバノミラーで順次に反射され、集光部３１５を介して対象物に照射される。

本体フレーム３２０には、レーザ発振部３５０及びビームエキスパンダ３５３が取り付けられた１枚の金属板３２１が含まれる。この金属板３２１におけるレーザ発振部３５０及びビームエキスパンダ３５３が取り付けられている面と反対側の面には、図２８のレーザ加工装置２００と同様の構成を有するヒートシンク３５８が取り付けられている。ヒートシンク３５８の側方にはファン３５９が配置されており、このファン３５９が駆動されることにより、図２９に矢印Ａ３で示すように外部の空気がヒートシンク３５８に供給され、熱交換後の空気がファン３５９を介して外部に送り出される。これにより、レーザ発振部３５０から発生する熱が、金属板３２１及びヒートシンク３５８を介して効率よく放熱される。

各回動軸にガルバノミラーが取り付けられた１対のガルバノモータ３５１ａ，３５１ｂは、上記金属板３２１には直接取り付けられていないモータ保持台３２５により保持されている。このモータ保持台３２５には、ガルバノモータ３５１ａ，３５１ｂに駆動電流を供給する走査回路基板３５６が取り付けられている。走査回路基板３５６には、図２８のレーザ加工装置２００と同様に、増幅器などの各種電子部品が実装されている。
特開２０００−２０２６５５号公報

図２８及び図２９に示したようなレーザ加工装置２００，３００に備えられている走査回路基板２５６，３５６は、レーザ光を走査させる際に増幅器などの電子部品から多量の熱を発生する。このようなレーザ加工装置２００，３００に、レーザ光の焦点位置をＺ方向に移動させるような機構をさらに付加すると、その機構を駆動させるための回路基板が必要になる。この場合、当該回路基板にも増幅器などの各種電子部品が実装されることとなり、発熱量がさらに増大する。

しかし、図２８や図２９に示したような構成では、回路基板から発生する熱がヒートシンク２５８，３５８を介して放熱されるような構成とはなっておらず、レーザ光の焦点位置をＺ方向に移動させるような機構をさらに付加したような場合には、回路基板から発生する熱を十分に放熱することができないおそれがある。回路基板から発生する熱の放熱が不十分であると、回路基板に実装されている電子部品が故障するおそれがあるため、より効果的に放熱を行うことができるような構成が望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光の焦点位置を光軸方向に移動させるための構成を備え、より効果的に放熱を行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

第１の本発明によるレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することにより表面加工や切削加工を行うレーザ加工装置であって、固体からなるレーザ媒質をレーザ励起光で励起させることにより、対象物に照射するためのレーザ光を発生させるレーザ発振部と、照射するレーザ光の光軸に対して直交方向にレーザ光を走査させるために駆動される走査用モータと、照射するレーザ光の光軸方向に焦点位置を移動させるために駆動される焦点位置制御用モータと、上記走査用モータに駆動電流を供給する走査用増幅器が実装された走査回路基板と、上記焦点位置制御用モータに駆動電流を供給する焦点位置制御用増幅器が実装された焦点位置制御回路基板と、上記レーザ発振部、上記走査回路基板及び上記焦点位置制御回路基板が取り付けられた１枚の金属板と、上記金属板に取り付けられた放熱部材とを備え、上記レーザ発振部が、上記金属板の第１面に取り付けられ、上記放熱部材が、上記金属板における上記第１面と反対側の第２面に対して、上記レーザ発振部に対向する位置に取り付けられるように構成される。

このような構成によれば、レーザ発振部、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板を１枚の金属板に取り付けて、それらの各部から発生する熱を当該金属板に取り付けられている放熱部材を介して効率よく放熱することができる。レーザ発振部はレーザ励起光でレーザ媒質を励起させるため発熱量が多く、走査回路基板や焦点位置制御回路基板もモータに駆動電流を供給する増幅器が実装されているため発熱量が多い。

図２８や図２９のような従来のレーザ加工装置とは異なり、本発明のレーザ加工装置には、レーザ光の焦点位置を光軸方向に移動させるための焦点位置制御用モータに駆動電流を供給する焦点位置制御回路基板が備えられている。そのため、発生する熱も従来のレーザ加工装置と比べて多くなるが、本発明のように、レーザ発振部、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板から発生する熱が１枚の金属板を介して放熱部材から放熱されるような構成とすることにより、効果的に放熱を行うことができるとともに、装置を小型化することができる。

また、レーザ発振部、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板のうち最も発熱量の多いレーザ発振部に対向する位置に放熱部材が取り付けられる。このような態様で金属板に放熱部材を取り付けることにより、レーザ発振部から放熱部材への熱伝導が効率よく行われるので、レーザ発振部から発生する熱をより効果的に放熱することができる。

第２の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加えて、上記走査回路基板及び上記焦点位置制御回路基板の一方が上記第１面に取り付けられ、他方が上記第２面に取り付けられるように構成される。

このような構成によれば、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板を金属板の異なる面に取り付けることができる。これにより、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板をそれぞれ放熱部材に対して比較的近い位置に取り付けることができるので、これらの回路基板から放熱部材への熱伝導が効率よく行われ、さらに効果的に放熱を行うことができる。

第３の本発明によるレーザ加工装置は、上記構成に加えて、上記レーザ発振部が、固体のレーザ媒質に対して両端部からレーザ励起光を入射させることによりレーザ光を発生させるように構成される。

このような構成によれば、固体のレーザ媒質に対して両端部からレーザ励起光を入射させるような構成を有するレーザ発振部から発生する熱が、金属板を介して放熱部材から効率よく放熱される。レーザ媒質に対して両端部からレーザ励起光を入射させるような構成の場合には、レーザ媒質に対して一端部のみからレーザ励起光を入射させるような構成と比べて発熱量が多くなるが、本発明によれば、レーザ発振部から発生する熱を効果的に放熱することができる。

本発明の一実施形態によるレーザ加工装置は、上記構成に加えて、上記レーザ発振部が、断続的にレーザ光を発生させるように構成される。

このような構成によれば、断続的にレーザ光を発生させるような構成を有するレーザ発振部から発生する熱が、金属板を介して放熱部材から効率よく放熱される。断続的にレーザ光を発生させるような構成の場合には、連続的にレーザ光を発生させるような構成と比べて発熱量が多くなるが、本発明によれば、レーザ発振部から発生する熱を効果的に放熱することができる。

本発明によれば、レーザ発振部、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板を１枚の金属板に取り付けて、それらの各部から発生する熱を当該金属板に取り付けられている放熱部材を介して効率よく放熱することができる。本発明のレーザ加工装置には、レーザ光の焦点位置を光軸方向に移動させるための焦点位置制御用モータに駆動電流を供給する焦点位置制御回路基板が備えられているため、発生する熱が多くなるが、レーザ発振部、走査回路基板及び焦点位置制御回路基板から発生する熱が１枚の金属板を介して放熱部材から放熱されるような構成とすることにより、効果的に放熱を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態によるレーザ加工装置１００の一構成例を示したブロック図である。このレーザ加工装置１００は、対象物Ｗにレーザ光Ｌを照射することにより表面加工を行うための装置であり、レーザ制御部１、レーザ出力部２及び入力部３を備えている。本実施の形態において説明する表面加工には、剥離などの加工の他、文字やバーコードを対象物Ｗの表面に印字するマーキングなどの各種加工が含まれるものとする。

入力部３は、このレーザ加工装置１００の動作に関する入力操作をユーザが行うための入力手段である。この例では、入力部３には液晶表示器からなる表示部（不図示）が備えられており、表示部の表示画面に各種情報を表示させることができる。表示部の表示画面上にはタッチパネルが取り付けられており、ユーザがタッチパネルに指を触れることにより、表示画面に表示されたボタンを選択する操作を行うことができるようになっている。ただし、このような構成に限らず、ユーザが押操作するための操作キーが入力部３に備えられたような構成であってもよいし、パーソナルコンピュータなどの入力装置が入力部３として用いられるような構成であってもよい。

レーザ制御部１は、レーザ出力部２の動作を制御するための制御装置であり、制御部４、メモリ部５、励起光発生部６及び電源７を備えている。制御部４は、プロセッサからなり、励起光発生部６やレーザ出力部２に備えられた各部の制御を行う。メモリ部５は、ＲＡＭ(Random Access Memory)やＲＯＭ(Read Only Memory)などの半導体メモリからなり、制御部４が実行するコンピュータプログラムの他、入力部３からの入力信号に基づく当該レーザ加工装置１００の動作設定などが記憶される。励起光発生部６は、電源７から駆動電圧が印加され、レーザ出力部２に供給するレーザ励起光を発生する。

図２は、励起光発生部６の一構成例を示した斜視図である。この励起光発生部６は、レーザ励起光源１０及び集光部１１をケーシング１２内に固定することにより形成されている。レーザ励起光源１０は、複数のレーザダイオードを一直線状に並べることにより形成されたレーザダイオードアレイを備えており、各レーザダイオードからレーザ光が放射されることにより、光軸が互いに平行な複数のレーザ光が集光部１１に入射するようになっている。

集光部１１は、集光レンズからなり、レーザ励起光源１０から入射した複数のレーザ光を集光することによりレーザ励起光として出力する。集光部１１から出力されるレーザ励起光は、光ファイバケーブル１３を介してレーザ出力部２へ送られ、後述するように、このレーザ励起光を用いてレーザ出力部２内でレーザ媒質８が励起されることにより、対象物Ｗに照射するためのレーザ光Ｌが発生するようになっている。

図３は、レーザ出力部２の内部構成の一例を示した斜視図である。図１及び図３に示すように、レーザ出力部２は、レーザ発振部５０、ミキシングミラー５４、ビームエキスパンダ５３、ベンドミラー５５、走査部９、集光部１５、走査回路基板５６、ガイド用光源６０、撮像部５７、ヒートシンク５８及びファン５９などの各構成部材を本体フレーム２０で保持することにより形成されている。

レーザ発振部５０は、レーザ制御部１から光ファイバケーブル１３を介して入力されるレーザ励起光をレーザ媒質８に入射させることにより、レーザ媒質８を励起させてレーザ光Ｌを照射するレーザ照射手段である。固体のレーザ媒質８としては、例えばＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４などを用いることができる。この例では、ロッド状に形成されたＮｄ：ＹＡＧがレーザ媒質８として使用され、発生するレーザ光Ｌの波長が１０６４ｎｍに設定されている。

図３に示すように、レーザ出力部２の中央部には１枚の金属板２１が配置されており、この金属板２１が本体フレーム２０の一部を構成している。金属板２１は、熱伝導性の高い材料により形成され、ここではアルミ製の金属板が使用されている。金属板２１の一方の主面には、レーザ発振部５０が取り付けられている。金属板２１の他方の主面には、レーザ発振部５０に対向する位置にヒートシンク５８が取り付けられている。ヒートシンク５８は、金属製の薄板５８ａが互いに平行になるように複数枚連結されることによって表面積の大きい構造に形成された放熱部材であり、レーザ発振部５０から発生する熱が金属板２１を介してヒートシンク５８に伝導されるようになっている。

ファン５９は、ヒートシンク５８の側方であって、ヒートシンク５８に対して薄板５８ａが延びる方向に隣接した位置において、本体フレーム２０の外側に取り付けられている。このファン５９が駆動されることにより、図３に矢印Ａ１で示すように、外部の空気が装置内に導入され、ヒートシンク５８に供給されるようになっている（図１３も参照）。ヒートシンク５８に供給された空気が複数枚の薄板５８ａの間を通過する際に、それらの薄板５８ａとの間で熱交換が行われ、温まった空気がファン５９を介して外部に送り出されることにより、レーザ発振部５０から発生する熱が放熱される。

レーザ発振部５０から照射されたレーザ光Ｌは、図３に破線で示すように、ミキシングミラー５４、ビームエキスパンダ５３、ベンドミラー５５、走査部９及び集光部１５を介して、レーザ出力部２から対象物Ｗに向けて出力される。集光部１５は、レーザ光Ｌを対象物Ｗに向けて所定の集光角で集光させるための集光レンズであり、例えばｆθレンズからなる。ビームエキスパンダ５３は、後述するように２つのレンズを備えており、焦点位置制御用モータ５３ａを駆動させることにより、これらのレンズの相対距離を変化させ、集光部１５を介して対象物Ｗへ集光されるレーザ光Ｌの焦点位置を光軸方向に移動させることができる。このとき、ビームエキスパンダ５３、焦点位置制御用モータ５３ａ及び制御部４は、レーザ光Ｌの焦点位置を光軸方向に移動させる焦点移動制御手段を構成している。

走査部９には、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂと、これらのガルバノミラー１４ａ，１４ｂがそれぞれ回動軸に固定されたガルバノモータ５１ａ，５１ｂとが備えられている。走査回路基板５６には、ガルバノモータ５１ａ，５１ｂを駆動させるためのスキャナ駆動回路５２が形成されている。レーザ発振部５０から照射されたレーザ光Ｌは、ミキシングミラー５４で反射され、ビームエキスパンダ５３を通過した後、ベンドミラー５５で反射されて走査部９に入射する。走査部９に入射したレーザ光Ｌは、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂで順次に反射された後、集光部１５を介して対象物Ｗに照射される。各ガルバノモータ５１ａ，５１ｂは、回動軸が互いに直交するように配置されており、これらの直交する回動軸に各ガルバノミラー１４ａ，１４ｂが取り付けられている。

これにより、対象物Ｗに照射されるレーザ光Ｌは、一方のガルバノモータ５１ａを駆動させてガルバノミラー１４ａを回動させることにより走査される方向（Ｘ方向）と、他方のガルバノモータ５１ｂを駆動させてガルバノミラー１４ｂを回動させることにより走査される方向（Ｙ方向）とが直交している。したがって、走査部９及びその動作を制御する制御部４は、対象物Ｗに向けて照射するレーザ光Ｌの光軸に対して直交するＸ方向及びＹ方向にレーザ光Ｌを走査させる走査手段を構成し、１対のガルバノモータ５１ａ，５１ｂは、Ｘ方向及びＹ方向にレーザ光Ｌを走査させるために駆動される走査用モータを構成している。この場合、上記焦点移動制御手段を構成しているビームエキスパンダ５３、焦点位置制御用モータ５３ａ及び制御部４は、対象物Ｗに向けて照射するレーザ光Ｌの光軸に対して平行なＺ方向にレーザ光Ｌを走査させる手段と定義することもできる。

ガイド用光源６０は、後述するように、レーザ出力部２の設置位置を調整する際に使用されるガイド光を照射する。ミキシングミラー５４は、一方からの入射光を反射させ、他方からの入射光を透過させるミラーであり、ガイド用光源６０から照射されるガイド光は、ミキシングミラー５４を透過した後、レーザ光Ｌと同じ光路を通って対象物Ｗに照射される。ベンドミラー５５は、ミキシングミラー５４と同様に、一方からの入射光を反射させ、他方からの入射光を透過させるミラーである。撮像部５７は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラにより構成され、ガルバノミラー１４ａ，１４ｂにより反射されて映し出される対象物Ｗの表面の画像が、ベンドミラー５５を透過して撮像部５７で撮像される。撮像部５７で撮像した対象物Ｗの表面の画像は、表示装置（不図示）の表示画面に表示させることができる。

この例では、集光部１５が、レーザ光Ｌの出射方向に対して、ガルバノミラー１４ａ，１４ｂよりも後に配置されているような構成が示されているが、このような構成に限らず、ビームエキスパンダ５３とガルバノミラー１４ａ，１４ｂの間に配置された構成であってもよい。例えば、ビームエキスパンダ５３の出射レンズ１８を集光部１５として兼用することも可能である。このように、ビームエキスパンダ５３とガルバノミラー１４ａ，１４ｂの間に集光部１５を配置することにより、ガルバノミラー１４ａ，１４ｂよりも後に集光部１５を配置するような構成と比べて、より小さな光学系に設計することが可能であり、より高精度なスポット集光が可能となる。

図４は、レーザ発振部５０の内部構成の一例を示した光路図である。レーザ発振部５０は、レーザ媒質８、レンズ７１〜７３、ビームスプリッタ７４、折り返しミラー７５〜７７、ダイクロイックミラー７８、反射ミラー７９、出力ミラー８０、Ｑスイッチ８１、アパーチャ８２、ビームエキスパンダ８３及びウィンドウ８４などの各構成部材がケーシング７０内に保持されることにより形成されている。ケーシング７０は金属製であり、図３に示すように、レーザ発振部５０はケーシング７０ごと一体的に金属板２１に取り付けられている。

レーザ制御部１から光ファイバケーブル１３を介してレーザ発振部５０に入力されるレーザ励起光は、レンズ７１で集光されてビームスプリッタ７４に入射する。ビームスプリッタ７４は、入射したレーザ励起光の一部を透過させ、他のレーザ励起光を反射させることにより、互いに直交する２方向へレーザ励起光を分離させる。ビームスプリッタ７４を透過したレーザ励起光は、折り返しミラー７５で反射された後、レンズ７２を通って反射ミラー７９に入射する。反射ミラー７９は、一方からの入射光を反射させ、他方からの入射光を透過させるミラーであり、レンズ７２からのレーザ励起光は反射ミラー７９を透過してレーザ媒質８の一端部に入射し、他端部から出射してダイクロイックミラー７８で反射される。

一方、ビームスプリッタ７４で反射されたレーザ励起光は、折り返しミラー７６，７７で順次に反射された後、レンズ７３を通ってダイクロイックミラー７８に入射する。ダイクロイックミラー７８は、一方からの入射光を反射させ、他方からの入射光を透過させるミラーであり、レンズ７３からのレーザ励起光はダイクロイックミラー７８を透過してレーザ媒質８の他端部に入射し、一端部から出射して反射ミラー７９で反射される。反射ミラーで反射されたレーザ励起光は、レーザ媒質８の一端部に再び入射し、他端部から出射してダイクロイックミラー７８で反射される。

このようにして、ビームスプリッタ７４で分離された２つのレーザ励起光は、それぞれレーザ媒質８を通過した後、ダイクロイックミラー７８で反射され、Ｑスイッチ８１及びアパーチャ８２を通って出力ミラー８０に入射する。出力ミラー８０は、入射したレーザ励起光の一部を透過させ、他のレーザ励起光を反射させる。出力ミラー８０で反射されたレーザ励起光は、アパーチャ８２及びＱスイッチ８１を通って再びダイクロイックミラー７８で反射され、レーザ媒質８の他端部に入射した後、一端部から出射して反射ミラー７９で反射される。反射ミラー７９で反射されたレーザ励起光は、レーザ媒質８の一端部に再び入射し、他端部から出射してダイクロイックミラー７８で反射される。

このように、反射ミラー７９及び出力ミラー８０でレーザ励起光を反射させ、レーザ励起光をレーザ媒質８に繰り返し入射させることにより、レーザ光の誘導放出を行うことができる。すなわち、レーザ励起光の照射によって励起されたレーザ媒質８には、エネルギー準位の反転分布が形成され、この状態でレーザ媒質８の放出光をレーザ媒質８に再入射させれば、レーザ媒質８において同波長かつ同位相の光が新たに放出される。このようにしてレーザ媒質８の放出光が増幅され、レーザ光が生成される。

Ｑスイッチ８１は、レーザ発振を制御するためのものであり、オン／オフ切替によってレーザ光を回折させる。Ｑスイッチ８１は、オン状態のときにのみレーザ光を回折させ、オフ状態のときにはレーザ光を回折させることなくそのまま通過させる。アパーチャ８２には、微小な開口部が形成されており、Ｑスイッチ８１がオフ状態のときには、Ｑスイッチ８１を通過したレーザ光がアパーチャ８２を通過するが、Ｑスイッチ８１がオン状態のときには、レーザ光が回折されることにより、Ｑスイッチ８１を通過したレーザ光がアパーチャ８２を通過できないようになっている。したがって、Ｑスイッチ８１によるオン／オフ切替によって、レーザ光をパルス発振ＰＷ(Pulse Wave)により断続的に発生させることができる。アパーチャ８２を通過した後、出力ミラー８０を透過したレーザ光は、ビームエキスパンダ８３によりビーム径が拡大された後、ウィンドウ８４を通ってレーザ発振部５０から出力される。

図５は、走査部９の一構成例を示した斜視図である。図６は、図５に示した走査部９を異なる角度から見た斜視図である。図７は、図５に示した走査部９の側面図である。図５及び図６では、走査部９とともにビームエキスパンダ５３、ガイド用光源６０、ミキシングミラー５４、ベンドミラー５５、ポインタ用光源６４及び固定ミラー６６も併せて図示している。また、図７では、走査部９とともにポインタ用光源６４を併せて図示している。なお、図５〜図７では、説明を簡略化するために集光部１５の構成を省略して示している。

レーザ発振部５０から照射されたレーザ光Ｌは、ミキシングミラー５４で反射されてビームエキスパンダ５３に入射し、このビームエキスパンダ５３でビーム径が調整された後、ベンドミラー５５で反射される。ベンドミラー５５で反射されたレーザ光Ｌは、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂでさらに反射され、対象物Ｗへ照射される。このとき、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂでレーザ光Ｌを走査することによって焦点位置が移動する領域を作業領域ＷＳとし、この作業領域ＷＳを対象物Ｗの表面に合わせることにより、エネルギー密度が高い焦点位置を対象物Ｗの表面に合わせて良好に表面加工を行うことができる。

レーザ光Ｌのエネルギー密度は、焦点位置に対してＺ方向の両側に向かうにつれて徐々に低くなる。焦点位置を中心にして所定値以上のエネルギー密度が得られるＺ方向の範囲は、焦点深度と呼ばれており、一般的には、焦点位置におけるエネルギー密度に対して半分以上のエネルギー密度が得られるＺ方向の範囲として定義される。焦点深度は、焦点位置における集光角に依存しており、集光角が大きいほど焦点深度が小さくなる。

ガイド用光源６０は、ガイド光Ｇを照射して作業領域ＷＳ内に所定のガイドパターンを表示させる。すなわち、ガイド用光源６０からのガイド光Ｇがミキシングミラー５４及びビームエキスパンダ５３を通過し、ベンドミラー５５で反射された後、１対のガルバノミラー１４ａ，１４ｂでさらに反射されることにより、作業領域ＷＳ内にガイドパターンが表示される。このガイドパターンは、ミキシングミラー５４からレーザ光Ｌと同じ光路を通るガイド光Ｇによって、レーザ光Ｌの焦点位置を中心とした一定領域を表す図形として表示される。

ポインタ用光源６４は、レーザ光Ｌの焦点位置を可視的に示すためのポインタ光Ｐを照射している。ポインタ光Ｐは、ガルバノミラー１４ｂの裏面に形成されたポインタ用ミラー１４ｄ及び固定ミラー６６で順次に反射され、レーザ光Ｌの焦点位置においてレーザ光Ｌの光軸と交差するように、作業領域ＷＳに向けて照射される。したがって、対象物Ｗの表面にガイド光Ｇによるガイドパターンを表示させた状態で、そのガイドパターンの中心にポインタ光Ｐが照射されるようにレーザ出力部２の設置位置を調整することにより、作業領域ＷＳを対象物Ｗの表面に合わせることができる。

図８及び図９は、ビームエキスパンダ５３の動作によってレーザ光Ｌの焦点位置が移動する態様を示した側面図であり、図８は焦点位置がレーザ出力部２に対して遠い場合、図９は焦点位置がレーザ出力部２に近い場合を示している。図１０は、ビームエキスパンダ５３の一構成例を示した正面図及び断面図である。なお、図８及び図９では、説明を簡略化するために、ミキシングミラー５４、ベンドミラー５５及び集光部１５の構成を省略して示している。

ビームエキスパンダ５３には、レーザ発振部５０からのレーザ光Ｌが入射する入射レンズ１６と、入射レンズ１６を通過したレーザ光Ｌを走査部９に向けて出射する出射レンズ１８とが備えられている。入射レンズ１６及び出射レンズ１８は、互いに平行に配置され、焦点位置制御用モータ５３ａを含む駆動手段が入射レンズ１６を平行移動させることにより、出射レンズ１８との相対距離を変化させることができるようになっている。ただし、出射レンズ１８を固定した状態で入射レンズ１６を移動させるような構成に限らず、入射レンズ１６を固定した状態で出射レンズ１８を移動させるような構成であってもよいし、入射レンズ１６及び出射レンズ１８をそれぞれ移動させるような構成であってもよい。

入射レンズ１６と出射レンズ１８との相対距離が変化すると、出射レンズ１８から出射されるレーザ光Ｌの集光角が変化することにより、レーザ光Ｌの光軸方向に焦点位置が移動し、レーザ出力部２に対する作業領域ＷＳの距離が変化する。具体的には、入射レンズ１６と出射レンズ１８との相対距離が短くなると、図８に示すように焦点位置がレーザ出力部２から遠くなり、入射レンズ１６と出射レンズ１８との相対距離が長くなると、図９に示すように焦点位置がレーザ出力部２に近くなる。

図１１は、集光角２θとスポット径２ｒの関係について説明するための模式図である。集光角２θは、焦点位置における中心点に対するレーザ光Ｌの漸近線の拡がり角であり、スポット径２ｒは、焦点位置におけるレーザ光Ｌのビーム径である。一般的に、集光角２θとスポット径２ｒとの間には、下記の関係式が成立する。ここで、λはレーザ光Ｌの波長であり、πは円周率である。
ｒ＝λ／πθ

このように、ｒはθに反比例し、λに比例している。したがって、集光角２θが大きくなるほどスポット径２ｒが小さくなり、波長λが短くなるほどスポット径２ｒが小さくなる。すなわち、集光角２θを大きくし、又は、波長λを短くすれば、スポット径２ｒを小さくすることができるので、焦点位置におけるエネルギー密度をより高くして、加工性能を向上させることができる。一般的に、固体のレーザ媒質を用いた場合の方が、気体のレーザ媒質を用いる場合よりも発生するレーザ光Ｌの波長λが短いので、本実施の形態のように固体のレーザ媒質８を用いた場合には、集光角２θを大きくすることによってスポット径２ｒを比較的小さくすることができる。

図１２は、図３に示したレーザ出力部２の分解斜視図である。図１３は、図３に示したレーザ出力部２を異なる角度から見た斜視図である。図１４は、図１３に示したレーザ出力部２の分解斜視図である。なお、以下の説明では、レーザ発振部５０からレーザ光Ｌが照射される方向を前方、レーザ出力部２から対象物Ｗに向けてレーザ光Ｌが出力される方向を下方として説明する。本体フレーム２０には、上述した金属板２１の他に、下面板２２、前面板２３及び背面板２４が含まれる。

図１５は、下面板２２の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図を示している。下面板２２は、長方形に形成されたアルミ製の板状部材であり、その長手方向が前後方向に沿って延びている。下面板２２の前側には、対象物Ｗに向けて出力されるレーザ光Ｌが通過するための開口２２ａが形成されており、この開口２２ａに集光部１５が対向配置される。下面板２２の上面における開口２２ａよりも前側には、前面板２３が上方に向かって延びるように固定される。

図１６は、前面板２３の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図を示している。前面板２３は、長方形に形成されたアルミ製の板状部材であり、その短手方向の長さが下面板２２の短手方向の長さとほぼ一致している。前面板２３は、その短手方向が下面板２２の短手方向に沿うように下面板２２の上面に固定され、その長手方向が上下方向に沿って延びている。前面板２３の前面には、ガイド用光源６０、ミキシングミラー５４及びビームエキスパンダ５３が、この順序で上下方向に並べて取り付けられている。下面板２２の上面における前面板２３よりも前方の領域には、撮像部５７及びベンドミラー５５が、この順序で前後方向に並べて取り付けられている。前面板２３には、ミキシングミラー５４が対向する位置に、レーザ発振部５０からのレーザ光Ｌを通過させるための開口２３ａが形成されるとともに、ベンドミラー５５が対向する位置に、走査部９に向けてレーザ光Ｌを通過させるための開口２３ｂが形成されている。

図１７は、背面板２４の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図を示している。背面板２４は、長方形に形成されたアルミ製の板状部材であり、その短手方向の長さが下面板２２の短手方向の長さとほぼ一致している。背面板２４は、その短手方向が下面板２２の短手方向に沿うように下面板２２の上面後端部に固定され、長手方向が上下方向に沿って延びている。背面板２４の長手方向の長さは、前面板２３の長手方向の長さとほぼ一致している。背面板２４の上部右側には、前方に配置されるヒートシンク５８に対向する位置に２つの開口２４ａが上下に並べて形成されており、これらの開口２４ａにそれぞれ対向するように、背面板２４の背面に２つのファン５９が取り付けられる。また、背面板２４の中央部左側には、光ファイバケーブル１３を通すための開口２４ｂが形成されている。

図１８は、金属板２１の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図を示している。金属板２１は、互いに平行に配置された前面板２３及び背面板２４の間に前後方向に延びるように配置される。金属板２１は、その前後方向の長さが前面板２３と背面板２４の間隔とほぼ一致し、上下方向の長さが前面板２３及び背面板２４の長手方向の長さとほぼ一致している。したがって、金属板２１を前面板２３と背面板２４の間に配置することにより、金属板２１の前端面が前面板２３の背面に当接し、後端面が背面板２４の前面に当接する。また、金属板２１の下端面が下面板２２の上面に当接されることにより、金属板の上端面が前面板２３及び背面板２４の各上端面と面一になる。

金属板２１は、その下端面、前端面及び後端面が、それぞれ下面板２２、前面板２３及び背面板２４に固定される。金属板２１は、下面板２２、前面板２３及び背面板２４の各短手方向に対して中央部に配置されている。これにより、金属板２１の左右両側には、それぞれ下面板２２の上面、前面板２３の背面、背面板２４の前面により区画された空間が形成され、これらの空間内にレーザ出力部２の各種構成部材が配置されるようになっている。

金属板２１の左側には、走査部９、レーザ発振部５０、走査回路基板５６及びビームサンプラ部６５が配置される。ビームサンプラ部６５は、レーザ発振部５０から照射されるレーザ光Ｌの大部分を透過させるとともに、一部のレーザ光Ｌを反射させて、後述するパワーモニタ６７へ供給する。ビームサンプラ部６５は、金属板２１の左側の空間において前面板２３の背面に固定され、レーザ発振部５０に備えられたウィンドウ８４に対向する。

走査部９には、ガルバノモータ５１ａ，５１ｂを保持するモータ保持台２５が備えられており、このモータ保持台２５が、金属板２１の左側の空間において下面板２２の上面に取り付けられる。モータ保持台２５が下面板２２の上面に取り付けられた状態では、ガルバノモータ５１ａ，５１ｂの回動軸にそれぞれ取り付けられているガルバノミラー１４ａ，１４ｂが、下面板２２に形成されている開口２２ａの上方に対向する。レーザ発振部５０及び走査回路基板５６は、この順序で金属板２１の左側の主面に対して上下方向に並べて固定される。

レーザ発振部５０のケーシング７０は、当該ケーシング７０の前側下部に矩形の凹部７０ａが形成されることにより、側面視においてＬ字状に形成されている。モータ保持台２５は、少なくともその一部が凹部７０ａ内に配置される。走査回路基板５６は、ケーシング７０の凹部７０ａよりも後側の下方に配置される。走査回路基板５６は、ガルバノモータ５１ａを駆動させることによりレーザ光ＬをＸ方向に走査させるＸ方向走査回路基板５６ａと、ガルバノモータ５１ｂを駆動させることによりレーザ光ＬをＹ方向に走査させるＹ方向走査回路基板５６ｂとからなる。Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂには、レーザ制御部１とレーザ出力部２を接続する配線ケーブルを介して、レーザ制御部１の電源７から電流が供給される。

Ｘ方向走査回路基板５６ａには、電源７からＸ方向走査回路基板５６ａに供給される電流を増幅してガルバノモータ５１ａに駆動電流を供給するオペアンプ（不図示）などの各種電子部品が実装されている。また、Ｙ方向走査回路基板５６ｂには、電源７からＹ方向走査回路基板５６ｂに供給される電流を増幅してガルバノモータ５１ｂに駆動電流を供給するオペアンプ（不図示）などの各種電子部品が実装されている。Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂにそれぞれ実装されているオペアンプは、走査部９によりレーザ光Ｌを走査させるために駆動される走査用モータ５１ａ，５１ｂに駆動電流を供給する走査用増幅器である。Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂは、互いに平行に配置され、それぞれの実装面が上方を向くように上下に並べた状態で、金属板２１の左側の主面及び下面板２２の上面に固定される。

金属板２１の右側には、上述したヒートシンク５８、ポインタ用光源６４及び固定ミラー６６の他に、パワーモニタ６７及び焦点位置制御回路基板６８が配置される。ヒートシンク５８は、金属板２１に固定されるアルミ製の取付板５８ｂを備えており、この取付板５８ｂにおける金属板２１に当接する面とは反対側の面に、アルミ製の複数枚の薄板５８ａがそれぞれ右方向に突出するように連結されている。ポインタ用光源６４は、前面板２３の背面に固定される光源保持台６４ａにより保持されている。固定ミラー６６は、下面板２２の上面に固定されるミラー保持台６６ａにより保持されている。

パワーモニタ６７は、レーザ発振部５０から照射されるレーザ光Ｌのレーザ光量を検出するためのレーザ光量検出手段である。このパワーモニタ６７は、金属板２１の右側の主面に固定され、金属板２１に形成されている開口２１ａを介して、レーザ発振部５０から照射されてビームサンプラ部６５により反射されるレーザ光Ｌを検出する。焦点位置制御回路基板６８は、電源７から焦点位置制御回路基板６８に供給される電流を増幅して焦点位置制御用モータ５３ａに駆動電流を供給するオペアンプ（不図示）などの各種電子部品が実装されている。この焦点位置制御回路基板６８に実装されているオペアンプは、ビームエキスパンダ５３によりレーザ光Ｌの焦点位置を移動させるために駆動される焦点位置制御用モータ５３ａに駆動電流を供給する焦点位置制御用増幅器である。

焦点位置制御回路基板６８は、ヒートシンク５８の下方において、金属板２１の右側の主面及び下面板２２の上面に固定される。ただし、本実施の形態のように焦点位置制御回路基板６８が金属板２１の右側の主面に固定されるような構成に限らず、金属板２１の左側の主面に固定されるような構成であってもよい。この場合、Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂが金属板２１の右側の主面に固定されるような構成であってもよい。Ｘ方向走査回路基板５６ａ、Ｙ方向走査回路基板５６ｂ及び焦点位置制御回路基板６８は、金属板２１の左側又は右側の主面に適宜に固定することが可能であり、これらの回路基板の全てが、金属板２１の左側又は右側のいずれか一方の主面に固定されるような構成であってもよい。

金属板２１の前側下部には、走査部９を配置するための切欠き２１ｂが形成されており、この切欠き２１ｂに対して左側にモータ保持台２５を配置し、右側に光源保持台６４ａ及びミラー保持台６６ａを配置することにより、切欠き２１ｂを介して金属板２１の左右両側に跨って走査部９を配置することができる。金属板２１の右側の主面には、切欠き２１ｂに沿ってフード２６が取り付けられることにより、レーザ出力部２の外部からヒートシンク５８へ供給される空気が走査部９側へ流れるのを防止し、防塵効果を向上することができるようになっている。

本実施の形態では、レーザ発振部５０、走査回路基板５６及び焦点位置制御回路基板６８を１枚の金属板２１に取り付けて、それらの各部から発生する熱を当該金属板２１に取り付けられているヒートシンク５８を介して効率よく放熱することができる。レーザ発振部５０はレーザ励起光でレーザ媒質８を励起させるため発熱量が多く、走査回路基板５６や焦点位置制御回路基板６８もガルバノモータ５１ａ，５１ｂや焦点位置制御用モータ５３ａに駆動電流を供給するオペアンプが実装されているため発熱量が多い。

図２８や図２９のような従来のレーザ加工装置２００，３００とは異なり、本実施の形態のレーザ加工装置１００には、レーザ光Ｌの焦点位置を光軸方向に移動させるための焦点位置制御用モータ５３ａに駆動電流を供給する焦点位置制御回路基板６８が備えられている。そのため、発生する熱も従来のレーザ加工装置２００，３００と比べて多くなるが、レーザ発振部５０、走査回路基板５６及び焦点位置制御回路基板６８から発生する熱が１枚の金属板２１を介してヒートシンク５８から放熱されるような構成とすることにより、効果的に放熱を行うことができるとともに、装置を小型化することができる。

また、本実施の形態では、レーザ発振部５０、走査回路基板５６及び焦点位置制御回路基板６８のうち最も発熱量の多いレーザ発振部５０に対向する位置にヒートシンク５８が取り付けられる。このような態様で金属板２１にヒートシンク５８を取り付けることにより、レーザ発振部５０からヒートシンク５８への熱伝導が効率よく行われるので、レーザ発振部５０から発生する熱をより効果的に放熱することができる。

さらに、本実施の形態では、走査回路基板５６及び焦点位置制御回路基板６８が金属板２１の異なる面に取り付けられる。これにより、走査回路基板５６及び焦点位置制御回路基板６８をそれぞれヒートシンク５８に対して比較的近い位置に取り付けることができるので、これらの回路基板５６，６８からヒートシンク５８への熱伝導が効率よく行われ、さらに効果的に放熱を行うことができる。

本実施の形態のように固体のレーザ媒質８に対して両端部からレーザ励起光を入射させるような構成を有するレーザ発振部５０では、レーザ媒質に対して一端部のみからレーザ励起光を入射させるような構成と比べて出力されるレーザ光のエネルギーが高くなり、発熱量も多くなるが、上記のような構成により、レーザ発振部５０から発生する熱を効果的に放熱することができる。また、本実施の形態のように断続的にレーザ光を発生させるような構成を有するレーザ発振部５０では、Ｑスイッチ８１が発熱するため、連続的にレーザ光を発生させるような構成と比べて発熱量が多くなるが、上記のような構成により、レーザ発振部５０から発生する熱を効果的に放熱することができる。

以下では、図１９〜図２７を参照して、レーザ出力部２に備えられている各構成部材についてさらに詳細に説明する。

<ビームサンプラ部６５>
図１９は、ビームサンプラ部６５の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は背面図を示している。ビームサンプラ部６５は、前面板２３の背面に取り付けられる本体６５ａと、本体６５ａの一側面に取り付けられたミラー部６５ｂとを備えている。本体６５ａは、ミラー部６５ｂが取り付けられている面がレーザ発振部５０から照射されるレーザ光Ｌに対して４５°傾いて対向した状態で、前面板２３に固定される。ミラー部６５ｂは、レーザ発振部５０から照射されるレーザ光Ｌの一部を反射させ、金属板２１の開口２１ａを介してパワーモニタ６７へ供給する。

<走査回路基板>
図２０は、走査回路基板５６の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。Ｘ方向走査回路基板５６ａは、長方形状の第１基板５６１ａと、この第１基板５６１ａの上方に対向するように配置される第２基板５６２ａとからなる。第２基板５６２ａは、第１基板５６１ａよりも小さく形成され、第１基板５６１ａの一部に対向するように配置される。ここでは、第２基板５６２ａは、第１基板５６１ａの後端部に固定され、第１基板５６１ａに対して上方に一定間隔を隔てて平行に配置されている。

Ｙ方向走査回路基板５６ｂは、長方形状の第１基板５６１ｂと、この第１基板５６１ｂの上方に対向するように配置される第２基板５６２ｂとからなる。第２基板５６２ｂは、第１基板５６１ｂよりも小さく形成され、第１基板５６１ｂの一部に対向するように配置される。ここでは、第２基板５６２ｂは、第１基板５６１ｂの後端部に固定され、第１基板５６１ｂに対して上方に一定間隔を隔てて平行に配置されている。

Ｘ方向走査回路基板５６ａの第１基板５６１ａの右側縁には、Ｌ字形状の基板固定部材５６ｃが取り付けられている。同様に、Ｙ方向走査回路基板５６ｂの第１基板５６１ｂの右側縁には、Ｌ字形状の基板固定部材５６ｄが取り付けられている。これらの基板固定部材５６ｃ，５６ｄは、熱伝導性の高い材料で形成され、金属板２１に当接させた状態で固定されることにより、Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂから発生する熱を金属板２１へ効率よく伝導することができるようになっている。ここでは、基板固定部材５６ｃ，５６ｄは、アルミ製の板状部材をＬ字形状に折り曲げることにより形成されるものとする。

Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂは、それぞれの第１基板５６１ａ，５６１ｂにおける左側縁の前後両端部が、ボス５６ｅを介して連結され、これらのボス５６ｅ内を通して下面板２２に締結されるねじ５６ｆにより、下面板２２に固定される。Ｘ方向走査回路基板５６ａ及びＹ方向走査回路基板５６ｂは、ボス５６ｅにより互いに一定間隔を隔てて平行に連結される。

<パワーモニタ>
図２１は、パワーモニタ６７の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。パワーモニタ６７は、円筒部６７ａと、この円筒部６７ａの右端面に連結された矩形板６７ｂとからなる本体６７ｃを備えている。パワーモニタ６７は、円筒部６７ａの左端面が金属板２１の右側の主面に当接した状態で固定される。本体６７ｃ内には、レーザ発振部５０から照射されてビームサンプラ部６５により反射されるレーザ光Ｌを検出するためのセンサ（不図示）が保持されており、円筒部６７ａの左端面に形成されている開口６７ｄを介して、金属板２１の開口２１ａを通過するレーザ光Ｌが取り込まれるようになっている。

<ヒートシンク>
図２２は、ヒートシンク５８の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図を示している。ヒートシンク５８は、上述の通り、金属板２１に固定されるアルミ製の取付板５８ｂと、この取付板５８ｂの右側面からそれぞれ右方向に向かって突出するアルミ製の複数枚の薄板５８ａとからなる。各薄板５８ａは、長方形状に形成され、その長辺が前後方向に延びるように矩形形状の取付板５８ｂの右側面に連結されている。これにより、複数枚の薄板５８ａは、上下方向に互いに一定間隔を隔てて平行に配置されている。

<ミキシングミラー>
図２３は、ミキシングミラー５４の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。ミキシングミラー５４は、前面板２３の前面に取り付けられる本体５４ａと、本体５４ａの一側面に取り付けられたミラー部５４ｂとを備えている。本体５４ａは、ミラー部５４ｂが取り付けられている面が、レーザ発振部５０から前面板２３の開口２３ａを介して入射するレーザ光Ｌに対して４５°傾いて対向した状態で、前面板２３に固定される。本体５４ａの前面板２３に対向する側面には開口５４ｃが形成されており、レーザ発振部５０から入射するレーザ光Ｌは、上記開口５４ｃを介してミラー部５４ｂで反射され、ビームエキスパンダ５３へ送られる。

<ビームエキスパンダ>
図２４は、ビームエキスパンダ５３の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は左側面図を示している。ビームエキスパンダ５３は、入射レンズ１６及び出射レンズ１８が上下に並んだ状態で、前面板２３の前面に取り付けられる保持部材５３ｄによって保持される。保持部材５３ｄは、前面板２３の前面に当接して固定される固定板５３ｅと、固定板５３ｅに連結された箱状の収容部５３ｆとからなる。収容部５３ｆには、その下面から下方に突出するようにビームエキスパンダ５３が保持されるとともに、このビームエキスパンダ５３を動作させるための焦点位置制御用モータ５３ａが内部に収容されている。収容部５３ｆの右側面には、焦点位置制御回路基板６８に接続され、焦点位置制御用モータ５３ａを焦点位置制御回路基板６８に対して電気的に接続するための回路基板５３ｇが取り付けられている。

<ベンドミラー>
図２５は、ベンドミラー５５の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。ベンドミラー５５は、下面板２２の上面に取り付けられる本体５５ａと、本体５５ａの一側面に取り付けられたミラー部５５ｂとを備えている。本体５５ａは、ミラー部５５ｂが取り付けられている面が、ビームエキスパンダ５３から入射するレーザ光Ｌに対して４５°傾いて対向した状態で、下面板２２に固定される。本体５５ａの撮像部５７に対向する側面には開口５５ｃが形成されており、走査部９のガルバノミラー１４ａ，１４ｂにより反射されて映し出される対象物Ｗの表面の画像が、ベンドミラー５５及び開口５５ｃを透過して撮像部５７で撮像されるようになっている。

<撮像部>
図２６は、撮像部５７の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。撮像部５７は、ＣＣＤカメラ５７ａと、ベンドミラー５５を透過した光をＣＣＤカメラ５７ａに導くためのミラー部５７ｂとを備えている。ＣＣＤカメラ５７ａは、カメラ保持部材５７ｃにより保持され、このカメラ保持部材５７ｃが下面板２２の上面に固定されることにより、ＣＣＤカメラ５７ａが左方向を向いた状態で取り付けられる。ミラー部５７ｂは、ミラー保持部材５７ｄにより保持されている。ミラー保持部材５７ｄは、ミラー部５５ｂが取り付けられている面が、ベンドミラー５５を透過する光に対して４５°傾いた状態で、下面板２２に固定される。これにより、ベンドミラー５５を透過する光がミラー部５７ｂで反射して、ＣＣＤカメラ５７ａに入射するようになっている。

<ファン>
図２７は、ファン５９の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。ファン５９は、背面板２４の背面に固定されるカバー部材５９ｂと、カバー部材５９内に回転自在に保持された羽根５９ａと、羽根５９ａを回転駆動させるためのモータ５９ｃとを備えている。カバー部材５９ｂは、直方体形状の箱状に形成され、その内部に羽根５９ａ及びモータ５９ｃを収容している。羽根５９ａはモータ５９ｃの駆動軸（不図示）に回転自在に取り付けられ、モータ５９ｃが駆動されることにより、駆動軸を中心に高速で回転するようになっている。

以上、レーザ出力部２に備えられている各構成部材の具体的構成について説明したが、本発明は、上記のような構成を有するレーザ加工装置１００に限らず、本発明の範囲内において他の構成を有するレーザ加工装置にも適用可能である。

本発明の実施の形態によるレーザ加工装置の一構成例を示したブロック図である。 励起光発生部の一構成例を示した斜視図である。 レーザ出力部の内部構成の一例を示した斜視図である。 レーザ発振部の内部構成の一例を示した光路図である。 走査部の一構成例を示した斜視図である。 図５に示した走査部を異なる角度から見た斜視図である。 図５に示した走査部の側面図である。 ビームエキスパンダの動作によってレーザ光の焦点位置が移動する態様を示した側面図であり、焦点位置がレーザ出力部に対して遠い場合を示している。 ビームエキスパンダの動作によってレーザ光の焦点位置が移動する態様を示した側面図であり、焦点位置がレーザ出力部に近い場合を示している。 ビームエキスパンダの一構成例を示した正面図及び断面図である。 集光角とスポット径の関係について説明するための模式図である。 図３に示したレーザ出力部の分解斜視図である。 図３に示したレーザ出力部を異なる角度から見た斜視図である。 図１３に示したレーザ出力部の分解斜視図である。 下面板の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図を示している。 前面板の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図を示している。 背面板の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図を示している。 金属板の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は背面図を示している。 ビームサンプラ部の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は背面図を示している。 走査回路基板の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。 パワーモニタの構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。 ヒートシンクの構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図を示している。 ミキシングミラーの構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。 ビームエキスパンダの構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は左側面図を示している。 ベンドミラーの構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。 撮像部の構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。 ファンの構成を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は左側面図を示している。 従来のレーザ加工装置の一例を示した斜視図である。 従来のレーザ加工装置の他の例を示した斜視図である。

符号の説明

１ レーザ制御部
２ レーザ出力部
３ 入力部
４ 制御部
５ メモリ部
６ 励起光発生部
７ 電源
８ レーザ媒質
９ 走査部
１４ａ，１４ｂ ガルバノミラー
１５ 集光部
１６ 入射レンズ
１８ 出射レンズ
２０ 本体フレーム
２１ 金属板
２２ 下面板
２３ 前面板
２４ 背面板
５０ レーザ発振部
５１ａ，５１ｂ ガルバノモータ
５２ スキャナ駆動回路
５３ ビームエキスパンダ
５３ａ 焦点位置制御用モータ
５６ 走査回路基板
５６ａ Ｘ方向走査回路基板
５６ｂ Ｙ方向走査回路基板
５８ ヒートシンク
５９ ファン
６８ 焦点位置制御回路基板
１００ レーザ加工装置
Ｌ レーザ光
Ｓ 焦点位置
Ｗ 対象物
ＷＳ 作業領域

Claims (3)

1. 対象物にレーザ光を照射することにより表面加工や切削加工を行うレーザ加工装置であって、
   固体からなるレーザ媒質をレーザ励起光で励起させることにより、対象物に照射するためのレーザ光を発生させるレーザ発振部と、
   照射するレーザ光の光軸に対して直交方向にレーザ光を走査させるために駆動される走査用モータと、
   照射するレーザ光の光軸方向に焦点位置を移動させるために駆動される焦点位置制御用モータと、
   上記走査用モータに駆動電流を供給する走査用増幅器が実装された走査回路基板と、
   上記焦点位置制御用モータに駆動電流を供給する焦点位置制御用増幅器が実装された焦点位置制御回路基板と、
   上記レーザ発振部、上記走査回路基板及び上記焦点位置制御回路基板が取り付けられた１枚の金属板と、
   上記金属板に取り付けられた放熱部材とを備え、
   上記レーザ発振部は、上記金属板の第１面に取り付けられ、
   上記放熱部材は、上記金属板における上記第１面と反対側の第２面に対して、上記レーザ発振部に対向する位置に取り付けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 上記走査回路基板及び上記焦点位置制御回路基板の一方が上記第１面に取り付けられ、他方が上記第２面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 上記レーザ発振部は、固体のレーザ媒質に対して両端部からレーザ励起光を入射させることによりレーザ光を発生させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。