JP7323792B2 - レーザー照射装置及び鋼板の加工システム - Google Patents

Description

本発明は、レーザー照射装置及び鋼板の加工システムに関する。

方向性電磁鋼板の表面にレーザービームをスキャン照射して磁区制御をする技術が従来から知られている。こうした技術では、レーザーによって鋼板の表面に局所的な歪を付与したり、溝を形成したりすることで、鋼板の鉄損特性を改善することができる。
こうした技術では、レーザービームを板幅方向に略平行な双方向に往復させながら（すなわち、ジグザグに）スキャンするのではなく、板幅方向に略平行な一方向に向けてのみスキャンさせる。すなわち、レーザービームが方向性電磁鋼板の表面に照射される位置（レーザースポットの位置）が、一方向の終端から一方向の始端まで移動するまでの間（スキャンの復路の間）は、レーザービームを連続的に照射させることができない。従って、こうした一方向のスキャンを実現するためには、複数のスキャン装置を準備しておき、一方のスキャン装置のレーザービームの照射される位置が終端から始端へ移動している間には、他方のスキャン装置で照射を行わせるようにするか、又は、レーザービームの照射自体をＯＦＦ若しくは阻害する必要がある。

ところで、ミラーの往復回転装置であるガルバノミラーをスキャンミラーとして使用する場合、スキャン装置として以下のように構成する必要がある。すなわち、スキャン装置に、２つの独立したガルバノミラーと、レーザービームを時間分割するビームスプリッター又はビームスイッチミラーとを設ける。そして、各ガルバノミラー（スキャンミラー）の往路のスキャンタイミングだけ、当該ガルバノミラーに、レーザービームが伝送されるようにする（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１記載のスキャン装置では、ビームスプリッターとして、スリットのある回転円盤ミラーを使っている。このビームスプリッターは、反射側と透過側でビームをスプリットする。特許文献２記載のスキャン装置では、ビームスイッチミラーとして、ガルバノミラーを用いている。
このように、スキャン装置としてガルバノミラーを用いた場合には、ビームスプリッター又はビームスイッチミラーと、複数のガルバノミラーとを同期させる必要がある。
また、こうした各ガルバノミラーには、ガルバノモータが用いられる。ガルバノモータは、各ガルバノミラーに高速で往復運動を繰り返させる必要があるため、モータの負荷（機械的負荷及び電気的負荷）が大きくなり、故障しやすいという問題がある。

また、同様の用途に用いられるスキャン装置として、特許文献３に記載の装置が知られている。この装置では、スキャンミラーとして、一方向のみに回転するポリゴンミラーを用いている。ポリゴンミラーは一方向の回転ミラーであり、高速で回転させても駆動モータの負荷が小さく、高速処理が必要なスキャン装置においても安定した装置が構築できる利点がある。
しかしながらこの装置では、ポリゴンミラー（スキャンミラー）の反射面同士がなす角部においてレーザービームが分割、乱反射される。そのため、ポリゴンミラーの角部での反射ビームでは十分な加工性が得られず、不要反射による悪影響も生じ得る。よって、ポリゴンミラーの角部を避け、反射面の平面部にのみビームが伝送されるように、上記特許文献１、２に記載の各装置と同様に、レーザービームを時間分割している。
特許文献３に記載のスキャン装置においても、分割ビームそれぞれに個別のポリゴンミラー（スキャンミラー）を用いている。また当然ながら、ビームスプリッターとポリゴンミラーとの回転の同期をとる必要がある。

特開昭６３－８３２２７号公報 特表２０１１－５１１１５２号公報 特開２００４－１２２２１８号公報

以上に示したように、従来の方向性電磁鋼板の磁区制御に用いるスキャン装置は、一方向にレーザーを連続的にスキャン（走査）させるために、１つのビームスプリッター又はビームスイッチミラーといったビームスイッチと、２つ以上のスキャン装置とを備えている。そのため、従来の装置では、少なくとも３つの装置の同期制御を行う必要がある。また、従来の装置では、スキャンミラーを含むスキャン装置を独立に用意する必要がある。その結果、装置が複雑化、大型化するという課題がある。特に、高速の処理が必要とされるスキャン装置においては、ポリゴンミラーをスキャンミラーに用いる必要があるが、その場合、ポリゴンミラーやその回転モータはガルバノミラーやガルバノモータに比べて大型であるため、この課題が顕在化する。

ところで、電磁鋼板の単位時間当たりの生産量を増加させるには、電磁鋼板の通板速度を速くする必要がある。そのような状況において、通板方向に周期的にレーザーによる歪の付与や溝の加工を高速で行うには、レーザービームのスキャン速度を高速化する必要があり、また、平均レーザーパワーも比例して増やす必要がある。
しかしながら、スキャン速度やレーザー１台当たりのレーザーパワーには限界があり、また、１台のスキャン装置でスキャンできる幅にも限界がある。そのため、通常の電磁鋼板製造設備における電磁鋼板の板幅は約１ｍであるため、通板速度の高速化に対応するためには、複数台のスキャン装置を、鋼板の板幅方向に並べて設置することになる。

このとき、従来のスキャン装置のように装置が大型化していると、板幅方向に並べられる台数に制約が発生する。その場合、通板方向（圧延方向）に分散して（位置をずらして）複数台のスキャン装置を並べることになる。結果として、ライン設備全体が冗長化する問題がある。さらに、設備コストが大幅に増加する問題もある。設備コストの増加は、例えば以下に示す事情による。すなわち、一般に、レーザービームの照射位置において、鋼板がレーザーの光軸方向（一般的には上下）に振動すると、集光ボケが発生する。そのため、レーザーの集光位置では、鋼板の振動を抑制するために、鋼板に強い張力をかけた上で、振動抑制用のロールを設置する。しかしながら、通板方向に分散してスキャン装置を並べると、この様な振動を抑制するための装置を多数用意する必要がある。そのため、設備コストが大幅に増加する。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、レーザービームを一方向にスキャン照射するスキャン装置として、簡易な構成でかつコンパクトな装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るレーザー照射装置は、搬送される対象物上で、レーザービームを一方向に走査させるレーザー照射装置であって、レーザービームを発振する一つのレーザー光源と、軸線周りに沿う周方向に、レーザービームを透過させる開口と、レーザービームを反射するミラーである非開口部分とが交互に配置された円盤からなり、前記軸線周りに回転することで、前記一つのレーザー光源から照射される前記レーザービームの光路を、所定の時間間隔で二つ以上の光路に変更するビームスプリッターと、複数の反射面を有し、前記所定の時間間隔で変更された光路を経たそれぞれのレーザービームを、前記反射面のうちの異なる反射面で反射させ、前記対象物上の走査方向に沿って走査させる一つのポリゴンミラーと、前記ビームスプリッター及び前記ポリゴンミラーの動作を制御する制御装置と、を備え、前記ビームスプリッターは、前記所定の時間間隔で変更されたそれぞれの光路のうち第一の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面同士がなす角部に照射される幾何学的位置となる時間帯には、前記第一の光路とは異なる、前記ポリゴンミラーの前記角部に照射されない他の光路を経たレーザービームが、前記対象物に照射されるように、前記レーザービームの光路を変更し、前記二つ以上の光路を経たレーザービームが、それぞれ前記対象物上の異なる位置を走査することで、前記対象物上の前記走査方向にずれた同一直線上の位置に、連続した歪又は溝を形成する。

第一の光路を経たレーザービームがポリゴンミラーの角部に照射される幾何学的位置となる時間帯に、他の光路を経たレーザービームが対象物に照射されるように、ビームスプリッターがレーザービームの光路を変更する。よって、レーザービームが角部に入射されることがなく、対象物に照射されるレーザービームの加工性を確保することができる。
このように、ビームスプリッターが光路を変更することで、共通のポリゴンミラーにレーザービームを入射させても、加工性が確保されたレーザービームを対象物に照射することができる。したがって、例えば、ビームスプリッター及びポリゴンミラーをそれぞれ１つずつとした構成であっても、レーザービームによる対象物の加工性を確保することができる。そのため、例えば、１つのビームスプリッターに対応して複数のポリゴンミラーを設ける構成に比べて、構造の簡素化を図ることができる。よって、簡易な構成でかつコンパクトな装置とすることができる。

また、本発明に係るレーザー照射装置は、前記他の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーに照射される位置を変更する位置調整手段を有し、前記制御装置は、前記ビームスプリッター及び前記ポリゴンミラーの動作を同期させることで、前記第一の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面同士がなす前記角部に照射されないようにし、前記位置調整手段は、前記第一の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面同士がなす角部に照射される幾何学的位置となる時間帯には、前記他の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面に照射されるように、照射位置を変更してもよい。

他の光路を経たレーザービームの照射位置を位置調整手段が変更することで、前記時間帯においても、他の光路を経たレーザービームをポリゴンミラーの反射面に照射させることができる。

また、本発明に係るレーザー照射装置は、前記レーザービームを反射するミラーを備え、前記位置調整手段は、前記ミラーの位置を変更することで照射位置を変更してもよい。

位置調整手段が、ミラーの位置を変更することで照射位置を変更する。よって、例えば、照射位置の変更作業の簡素化を図ること等ができる。

また、本発明に係るレーザー照射装置は、前記ビームスプリッターは、軸線周りに沿う周方向に、レーザービームを透過させる開口、及び、レーザービームを反射するミラーである非開口部分が交互に配置された円盤であり、前記軸線周りに回転してもよい。

また、レーザービームの焦点がビームスプリッターである円盤の表面に位置するようにしてもよい。これにより、レーザービームのミラー面及び開口上での専有面積を抑えることができる。また、レーザービームが開口と非開口部との境界を通過する時間を短くすることができるため、光路の切り替え時間を短縮することが可能となる。

また、本発明に係るレーザー照射装置は、前記焦点での前記レーザービームの形状が、前記ビームスプリッターの周方向が短軸となる楕円形状であってもよい。

焦点でのレーザービームの形状が、ビームスプリッターの周方向が短軸となる楕円形状である。よって、レーザービームが開口と非開口部との境界を通過する時間を短くすることができるため、光路の切り替え時間を短縮することが可能になり、更に、焦点部の面積は大きくなるため、レーザービームのパワー密度を小さくすることができるため、特に、ビームスプリッターの開口の損傷を抑制することができる。また、予期せず非開口部分に照射されてしまうことも抑制することができる。

本発明によれば、レーザービームを一方向にスキャン照射するスキャン装置として、簡易な構成でかつコンパクトな装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る電磁鋼板の加工システムの斜視図である。 図１に示す加工システムに含まれたレーザー照射装置の正面図であって、レーザービームが第一の光路を通過している状態を示す図である。 図２に示すレーザー照射装置の側面図である。 図２に示すＩＶ部の拡大図である。 図２に示すＶ部の拡大図である。 図１に示す加工システムに含まれたレーザー照射装置の正面図であって、レーザービームが第二の光路を通過している状態を示す図である。 図６に示すレーザー照射装置の側面図である。 図６に示すＶＩＩＩ部の拡大図である。 図６に示すＩＸ部の拡大図である。 図２及び図６に示すレーザー照射装置において、ポリゴンミラーの反射面から反射するレーザービームを示す図である。 図２及び図６に示すレーザー照射装置において、ポリゴンミラーの角部から反射するレーザービームを示す図である。 図２及び図６に示すレーザー照射装置において、ポリゴンミラーの反射面及び角部から反射するレーザービームを示す図である。 図２及び図６に示すレーザー照射装置において、ポリゴンミラーの二つの反射面から反射するレーザービームを示す図である。 図１に示す加工システムに含まれたレーザー照射装置の変形例を示す正面図である。 従来の電磁鋼板の加工システムを説明する斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る電磁鋼板の加工システムに含まれるレーザー照射装置の正面図である。 図１６に示すレーザー照射装置の要部を説明する図である。 図１７に示すレーザー照射装置の要部の変形例を説明する図である。 図１７及び図１８に示すレーザー照射装置におけるレーザービームの焦点での形状を説明する図である。

（第一実施形態）
以下、図１から図１５を参照し、本発明の第一実施形態に係る電磁鋼板の加工システム１０（鋼板の加工システム）を説明する。
図１に示すように、加工システム１０は、方向性電磁鋼板１１（以下、対象物、電磁鋼板１１とも称する）の表面に、図示しないレーザー光源から照射されたレーザービーム１２を、電磁鋼板１１上で一方向に走査させ、電磁鋼板１１に歪を導入するか溝を形成することで磁区制御を行う。加工システム１０は、鋼板搬送装置１３と、レーザー照射装置２０とを備えている。

鋼板搬送装置１３は、電磁鋼板１１を所定の通板方向（圧延方向）に搬送する。鋼板搬送装置１３は、複数のロール１４を備えている。複数のロール１４は、通板方向に間隔をあけて複数配置されている。各ロール１４の軸線（回転軸）は、電磁鋼板１１の板幅方向に平行に延びている。鋼板搬送装置１３は、例えば、複数のロール１４によって、電磁鋼板１１に通板方向の張力を付与する。

なお以下では、板幅方向をＸ方向、通板方向をＹ方向、板厚方向をＺ方向という。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交する。

レーザー照射装置２０は、電磁鋼板１１上で、レーザービーム１２をＸ方向に平行に又は傾斜させて一直線上に走査させる。レーザー照射装置２０は、電磁鋼板１１上へのレーザービーム１２の一直線上の走査を、電磁鋼板１１の搬送に連動して、Ｙ方向に間隔をあけて繰り返すことができる。レーザー照射装置２０は、レーザービーム１２を電磁鋼板１１上でＸ方向に往復動させずに、Ｘ方向の一方向側に向けてのみ走査させる。

レーザー照射装置２０は、電磁鋼板１１に対向する空間に、Ｘ方向に沿って複数並んでおり、それらを構成する各レーザー照射装置２０は、電磁鋼板１１のＸ方向に沿う全長ではなく一部分にレーザービーム１２を照射する。そうすることで、これらの複数のレーザー照射装置２０が照射するレーザービーム１２は、全体として、電磁鋼板１１上のＸ方向に沿う全長を持った、同一の直線上に照射することもできる。

図２から図９に示すように、各レーザー照射装置２０は、ポリゴンミラー２１と、図示しないレーザー光源と、第一ミラー２３と、ビームスプリッター２４と、第二ミラー２５と、走査ミラー２６と、第一モータ２７と、第二モータ２８と、制御装置２９と、位置調整手段３０と、を備えている。各レーザー照射装置２０は、レーザー光源、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１をそれぞれ一つずつ（それぞれ一つのみ）備えている。

図２に示すように、ポリゴンミラー２１は、このポリゴンミラー２１をＸＹ平面上で平面視したときに正多角形状をしており、扁平な正多角柱状である。ポリゴンミラー２１は、Ｚ方向に延びた軸線を有しており、当該軸線周りに回転可能である。

ポリゴンミラー２１の外周面は、複数の反射面３１と、反射面３１同士がなす角部３２と、によって形成されている。各反射面３１は平面状に形成されている。反射面３１の数（角部３２の数）をＮとすると、ポリゴンミラー２１は正Ｎ角柱状である。なお図示の例では、ポリゴンミラー２１は正十二角柱状であり、Ｎ（反射面３１の数）は１２である。

レーザー光源は、一本（一筋、一条）のレーザービーム１２を発振し、レーザー照射装置２０に向けて、図中２２の方向に照射する。レーザー光源は、ポリゴンミラー２１に対してＹ方向にずれた位置に設けられており、発振されたレーザービーム１２を、第一ミラー２３やビームスプリッター２４を介して、ポリゴンミラー２１に向けて照射する。以下では、Ｙ方向に見て、ポリゴンミラー２１に対してレーザー光源が設けられている側を、Ｙ方向の第一側Ｙ１という。また、Ｙ方向に見て、レーザー光源に対してポリゴンミラー２１が設けられている側を、Ｙ方向の第二側Ｙ２という。

レーザービーム１２は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に平行なＸＹ平面内を進行する。レーザービーム１２は、ＸＹ平面内で向きを変えられてＹ方向に沿って第一側Ｙ１から第二側Ｙ２に向けて進行し、ポリゴンミラー２１の反射面３１に入射する。

レーザービーム１２の光路は、後述するビームスプリッター２４で定まる所定の時間間隔で、第一の光路３３又は第二の光路３４（他の光路）に変更される。言い換えると、レーザービーム１２は、時間帯ごとに通過する光路が変化する。図２から図５において、第一の光路３３は実線で示され、第二の光路３４は二点鎖線で示される。図６から図９において、第一の光路３３は二点鎖線で示され、第二の光路３４は実線で示される。

図２から図９に示すように、第一の光路３３及び第二の光路３４は、同一のＸＹ平面上に位置する。第一の光路３３及び第二の光路３４のいずれかの光路を経たレーザービーム１２は、ポリゴンミラー２１の反射面３１に入射する。以下では、各レーザービーム１２の光路に沿って、レーザー光源側を上流といい、ポリゴンミラー２１側を下流という。

第一ミラー２３は、第一の光路３３を形成する。第一ミラー２３は、間隔をあけて複数（図示の例では４つ）配置されている。複数の第一ミラー２３のうち、レーザービーム１２をポリゴンミラー２１に最終的に入射させる第一ミラー２３（以下、第一下流ミラー２３ａという）は、ポリゴンミラー２１に対して、レーザービーム１２をＸ方向から入射させる。第一下流ミラー２３ａは、ポリゴンミラー２１の軸線よりもＹ方向の第二側Ｙ２に位置する。

ビームスプリッター２４は、一つのレーザー光源から照射されるレーザービーム１２の光路を、所定の時間間隔で変更する。即ち、ビームスプリッター２４は、レーザービーム１２の光路を、第一の光路３３又は第二の光路３４に切り替える。ビームスプリッター２４は、第一の光路３３上に配置されており、ビームスプリッター２４の軸線周りに回転する。

ビームスプリッター２４には、軸線周りに沿う周方向に開口３５及び非開口部分３６が交互に配置されている。複数の開口３５は、レーザービーム１２を透過し、いずれも同等の形状でかつ同等の大きさである。複数の非開口部分３６は、ミラーからなり、レーザービーム１２を反射することで透過させず、レーザービーム１２が進行する光路を変更することができ、いずれも同等の形状でかつ同等の大きさである。各開口３５の周方向の大きさと各非開口部分３６の周方向の大きさは、いずれも同等とすることができる。

レーザー光源からビームスプリッター２４に到達するレーザービーム１２は、ビームスプリッター２４の回転角度に応じて（即ち、所定の時間間隔で）、開口３５又は非開口部分３６に入射する。なお、開口３５の数をＭ個としたとき、このＭと前記Ｎ（反射面３１の数）との関係は、Ｎ＝Ｍであることが好ましいが、この関係に限られない。

図２から図５に示すように、レーザービーム１２が開口３５に入射すると、レーザービーム１２は、ビームスプリッター２４で反射されずにビームスプリッター２４（開口３５）を通過して第一の光路３３を進行し続ける。
一方図６から図９に示すように、レーザービーム１２が非開口部分３６に入射すると、レーザービーム１２はビームスプリッター２４（非開口部分３６）で反射し、レーザービーム１２の光路が第一の光路３３から第二の光路３４に変更される。

第二ミラー２５は、第二の光路３４を形成する。第二の光路３４は、ビームスプリッター２４が反射したレーザービーム１２を、ポリゴンミラー２１に導く。第二ミラー２５は、間隔をあけて複数（図示の例では二つ）配置されている。複数の第二ミラー２５のうち、レーザービーム１２をポリゴンミラー２１に最終的に入射させる第二ミラー２５（以下、第二下流ミラー２５ａという）は、ポリゴンミラー２１に対して、レーザービーム１２をＸ方向から入射させる。第二下流ミラー２５ａは、ポリゴンミラー２１の軸線よりもＹ方向の第二側Ｙ２に位置する。

第二下流ミラー２５ａは、ポリゴンミラー２１をＸ方向に挟んで第一下流ミラー２３ａの反対側に配置されている。即ち、第一の光路３３を経てポリゴンミラー２１に入射されるレーザービーム１２と、第二の光路３４を経てポリゴンミラー２１に入射されるレーザービーム１２とは、互いに、ポリゴンミラー２１をＸ方向に挟んだ反対側からポリゴンミラー２１に入射される。従って、これらの両レーザービーム１２は、共通のポリゴンミラー２１の異なる反射面３１に照射される。

ポリゴンミラー２１は、所定の時間間隔で変更された光路を経たそれぞれのレーザービーム１２を、反射面３１の何れかで反射させ、走査ミラー２６を介して電磁鋼板１１に照射させる。図示の例では、第一の光路３３を経てポリゴンミラー２１に入射したレーザービーム１２、及び、第二の光路３４を経てポリゴンミラー２１に入射したレーザービーム１２のいずれも、一つの共通の走査ミラー２６に入射するが、第一の光路３３及び第二の光路３４を通過した各レーザービーム１２に、それぞれ個別のミラーを設けるようにしてもよい。

走査ミラー２６には、ポリゴンミラー２１の反射面３１で反射されたレーザービーム１２がＹ方向に沿って入射される。走査ミラー２６は、入射されたレーザービーム１２の方向を変え、Ｚ方向に反射する。図２及び図６に示すように、走査ミラー２６は、第一の光路３３及び第二の光路３４のそれぞれを経て、ポリゴンミラー２１で反射されたそれぞれレーザービーム１２を、電磁鋼板１１に対してＸ方向にずらした状態で、同一直線上に照射する。このとき、第一の光路３３を経て電磁鋼板１１に照射されるレーザービーム１２と、第二の光路３４を経て電磁鋼板１１に照射されるレーザービーム１２とが、Ｘ方向に完全にずれてもよく、Ｘ方向に一部重複した状態でずれてもよい。

第一モータ２７は、ポリゴンミラー２１を、その軸線周りに回転させる。第一モータ２７は、ポリゴンミラー２１を軸線周りの一方向に回転させ続け、その反対方向には回転させない。第二モータ２８は、ビームスプリッター２４を、その軸線周りに回転させる。第二モータ２８は、ビームスプリッター２４を軸線周りの一方向に回転させ続け、その反対方向には回転させない。第一モータ２７、第二モータ２８はそれぞれ一つずつ設けられている。なお、第一モータ２７や第二モータ２８には、例えばステッピングモータ等の各種モータを採用することができる。

制御装置２９は、情報処理装置によって構成される。制御装置２９は、例えば、バスで接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、メモリ及び補助記憶装置を備えている。制御装置２９は、プログラムを実行することによって動作する。
制御装置２９は、第一モータ２７及び第二モータ２８を制御することで、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１の動作を制御する。より具体的には、制御装置２９は、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１それぞれの回転速度及び回転の位相を制御する。なお、複数のレーザー照射装置２０のそれぞれに、独立して一つずつ制御装置２９を設けてもよく、複数のレーザー照射装置２０に跨って、共通する一つの制御装置２９を設けてもよい。

位置調整手段３０は、第一の光路３３及び第二の光路３４それぞれを経たレーザービーム１２が、ポリゴンミラー２１に照射される位置を変更する。より具体的には、位置調整手段３０は、第一下流ミラー２３ａ及び第二下流ミラー２５ａの位置や角度、特に、Ｙ方向の位置を変更する。位置調整手段３０としては、公知の位置調整機構を採用することができる。

位置調整手段３０が第一下流ミラー２３ａのＹ方向の位置を変更することで、第一の光路３３を経てポリゴンミラー２１に入射されるレーザービーム１２のＹ方向の位置が変更される。位置調整手段３０が第二下流ミラー２５ａのＹ方向の位置を変更することで、第二の光路３４を経てポリゴンミラー２１に入射されるレーザービーム１２のＹ方向の位置が変更される。

なお位置調整手段３０は、第一下流ミラー２３ａ及び第二下流ミラー２５ａそれぞれのＸ方向の位置を変更してもよい。すなわち、位置調整手段３０は、第一下流ミラー２３ａ及び第二下流ミラー２５ａそれぞれのＸ方向及びＹ方向の両方向の位置を変更してもよく、第一下流ミラー２３ａ及び第二下流ミラー２５ａそれぞれのＸ方向又はＹ方向の一つの方向の位置のみを変更してもよい。さらに、位置調整手段３０は、第一下流ミラー２３ａ及び第二下流ミラー２５ａいずれか一方のみの位置を変更してもよい。

前記レーザー照射装置２０では、ビームスプリッター２４は、第一の時間帯と第二の時間帯とでレーザービーム１２の光路を変更する。
図２から図５に示すように、第一の時間帯は、第一の光路３３を経たレーザービーム１２が、ポリゴンミラー２１の反射面３１に照射される幾何学的位置となる時間帯である。ビームスプリッター２４は、第一の時間帯には、第一の光路３３を経たレーザービーム１２を電磁鋼板１１に照射させる。第一の時間帯において、仮に第二の光路３４を経たレーザービーム１２がポリゴンミラー２１に入射されると、図５に示すように、レーザービーム１２が角部３２に照射される時間がある。

図６から図９に示すように、第二の時間帯は、第一の光路３３を経たレーザービーム１２が、ポリゴンミラー２１の角部３２に照射される幾何学的位置となる時間を含む時間帯である。ビームスプリッター２４は、第二の時間帯には、第二の光路３４を経たレーザービーム１２を電磁鋼板１１に照射させる。第二の時間帯において、第二の光路３４を経たレーザービーム１２は、ポリゴンミラー２１の反射面３１に照射されるようにしておき、角部３２には照射されないようにする。

本実施形態では、第二の時間帯において、第二の光路３４を経たレーザービーム１２が、ポリゴンミラー２１の反射面３１に照射されるように、位置調整手段３０を用いて、第一下流ミラー２３ａや第二下流ミラー２５ａの位置や角度を調整することで、レーザービーム１２がポリゴンミラー２１に照射される照射位置を変更しておく。例えば、ポリゴンミラー２１の回転が停止している状態で、第一の光路３３及び第二の光路３４のうちの一方のビーム光軸がポリゴンミラー２１の反射面３１中心に一致し、他方のビーム光軸はポリゴンミラー２１の角部３２に一致するように、ポリゴンミラー２１への入射位置を調整しておく。本実施形態では、第二の光路３４の光軸は、第一の光路３３の光軸に対して、Ｙ方向の第一側Ｙ１に△Ｙだけずらされている（図４および図５参照）。

そして制御装置２９は、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１の動作を同期させることで、第一の光路３３を経たレーザービーム１２が、ポリゴンミラー２１の反射面３１同士がなす角部３２に照射されないように、タイミングを合わせて、レーザービーム１２の光路を第二光路３４に切り替えるようにする。制御装置２９は、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１の回転速度や位相を制御して、ビームスプリッター２４による分割タイミングとポリゴンミラー２１の回転とを同期させる。なお、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１の回転速度や位相の制御は、運転開始後の状態をフィードバックした上で適宜、調整してもよい。運転開始後の状態としては、例えば、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１の各回転における目標値からのずれ量などを採用することができる。

ところで、前記レーザー照射装置２０では、図１０に示すように、ポリゴンミラー２１の反射面３１にレーザービーム１２が入射されたときには、電磁鋼板１１上に照射されるレーザービーム１２は、ポリゴンミラー２１によって分割、乱反射されていないことから、エネルギー密度が十分であり、加工性が確保される。なお図１０から図１３において、レーザービーム１２のハッチの濃度は、加工性の高低を表す。すなわち、ハッチの濃度が濃い場合は、レーザービーム１２のエネルギー密度が高く加工性が高いことを表し、濃度が薄い場合は、レーザービーム１２のエネルギー密度が低く加工性が低いことを表している。

一方、図１１に示すように、ポリゴンミラー２１の角部３２にレーザービーム１２が入射されたときには、レーザービーム１２が分割、乱反射され、電磁鋼板１１上に照射されるレーザービーム１２の十分な加工性が得られない。
そのため、図１２に示すように、ポリゴンミラー２１の反射面３１だけでなく角部３２にもレーザービーム１２が入射されたときには、電磁鋼板１１上に照射されるレーザービーム１２の一部（反射面３１から反射されるレーザービーム１２）では、加工性が確保されるものの、残部（角部３２から反射されるレーザービーム１２）では、十分な加工性が得られないことになる。

これに対して、前記レーザー照射装置２０では、レーザービーム１２の光路が時間帯によって変化することで、各光路を経たレーザービーム１２の入射位置がポリゴンミラー２１の反射面３１に一致するときにポリゴンミラー２１に伝送される（即ち、或る光路を経たレーザービーム１２のポリゴンミラー２１への入射位置が、ポリゴンミラー２１の角部３２に一致するときには、当該光路を経たレーザービーム１２はポリゴンミラー２１には伝送されず、他のいずれかの光路を経たレーザービーム１２がポリゴンミラー２１の反射面３１に照射される）。そのため、図１３に示すように、各光路を経たレーザービーム１２を、電磁鋼板１１上を板幅方向Ｘに走査するように（必要に応じて、各光路を経たレーザービーム１２による走査が連続的となるように）照射することができ、かつ、電磁鋼板１１上に照射されるレーザービーム１２の全域にわたって、加工性を確保することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る加工システム１０によれば、第一の光路３３を経たレーザービーム１２がポリゴンミラー２１の角部３２に照射される幾何学的位置（実際には、ビームスプリッター２４により光路を切り替えるため、第一の光路３３を経たレーザービーム１２が電磁鋼板１１に照射されることはないが、切り替わらなかったと仮定した場合に、角部３２に照射される位置）となる時間帯に、第二の光路３４を経たレーザービーム１２が電磁鋼板１１に照射されるように、ビームスプリッター２４がレーザービーム１２の光路を変更する。よって、レーザービーム１２が角部３２に入射されることがなく、電磁鋼板１１に照射されるレーザービーム１２の加工性を確保することができる。

このように、ビームスプリッター２４が光路を変更することで、共通のポリゴンミラー２１にレーザービーム１２を入射させても、加工性が確保されたレーザービーム１２を電磁鋼板１１に照射することができる。したがって、例えば、ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１をそれぞれ一つずつとした構成であっても、レーザービーム１２による電磁鋼板１１の加工性を確保することができる。そのため、例えば、一つのビームスプリッター２４に対応して複数のポリゴンミラー２１を設ける構成に比べて、構造の簡素化を図ることができる。よって、簡易な構成でかつコンパクトな装置とすることができる。

言い換えると、制御装置２９が、一つのビームスプリッター２４及び一つのポリゴンミラー２１を同期させて制御し、ポリゴンミラー２１に入射される複数の光路を経たレーザービーム１２を、適時、ポリゴンミラー２１の反射面３１（平面部）に入射させる。よって、レーザービーム１２が角部３２に入射されることがなく、電磁鋼板１１に照射されるレーザービーム１２の加工性を確保することができる。
しかも、前述のように、制御装置２９が、一つのビームスプリッター２４及び一つのポリゴンミラー２１を同期させて制御すればよく、二つの装置（ビームスプリッター２４及びポリゴンミラー２１）を同期制御すればよい。よって、簡易な構成でかつコンパクトな装置とすることができる。

従来技術では、例えば本実施形態のように、レーザービーム１２を第一の時間帯と第二の時間帯とで二つの光路に分割する場合（レーザービーム１２の分割数が２の場合）、レーザービーム１２の伝送先に個別にポリゴンミラー２１を設け、各ポリゴンミラー２１とビームスプリッター２４の最低３個の装置を同期する必要があった。しかしながら、本実施形態に係るレーザー照射装置２０では、前述したように一つのビームスプリッター２４と一つのポリゴンミラー２１の２個でよい。

分割数が増えた場合、例えばレーザービーム１２の分割数がｎ分割の場合、従来技術では、ビームスプリッター２４とｎ個のポリゴンミラー２１の同期が必要であった。しかしながら、図１４に示すように、本実施形態の変形例に係るレーザー照射装置２０Ｂの場合、一つのポリゴンミラー２１へｎ本（図示の例では４分割）のレーザービーム１２を適切に調整された位置に入射する構成であるため、同期が必要な装置はやはり二つである（図示の例では、ビームスプリッター２４として、一体的に固定された３個のスプリットミラーが重なっていて、光路が第一の光路３３、第二の光路３４に加えて、第三の光路３７、第四の光路３８を有する構成を示している）。

本実施形態に係るレーザー照射装置２０では、ポリゴンミラー２１を２本以上のレーザービーム１２で共有するため装置の小型化が可能である。よって、図１に示すような、複数のレーザー照射装置２０（スキャン装置）をＸ方向（板幅方向）に並べる場合において、Ｘ方向に設置可能な台数の制約が緩和される。
これに対して、従来の鋼板の加工システム１０Ａ（レーザー照射装置２０Ａ）では、図１５に示すように、Ｘ方向に複数のレーザー照射装置２０Ａを設置するためには、Ｘ方向に一定の間隔をおいて配置する必要がある。そのため、電磁鋼板１１の全幅にわたってレーザービーム１２を照射させるためには、複数のレーザー照射装置２０ＡをＹ方向（通板方向）に位置をずらして並べる必要が生じる。

従来技術に係るレーザー照射装置２０Ａと本実施形態に係るレーザー照射装置２０の原理的な違いは、次のようにも説明される。
従来技術に係るレーザー照射装置２０Ａでは、時分割のｎ個のレーザービーム１２をｎ個の個別に同期されたポリゴンミラー２１を用いている。すなわち、ビームスプリッター２４と各ポリゴンミラー２１とは時間的な位相同期を行っている。
一方、本実施形態に係るレーザー照射装置２０では、一つのポリゴンミラー２１のｎ箇所を使用し、入射位置を調整している。すなわち、ポリゴンミラー２１の形状に合わせた空間的な位相同期を行って、従来技術と同じ効果を得ている。

なお、レーザービーム１２の時分割数は、本実施形態のように二つの場合が最も簡素な装置構成である。しかしながら、図１４に示すように、レーザービーム１２を３つ以上に時分割して、ポリゴンミラー２１の異なる３つ以上の位置に入射させてもよい。このような形態は、例えば、ポリゴンミラー２１への入射ビーム径が大きく、ポリゴンミラー２１面幅と同等に近くなる場合に適する。すなわち、入射ビーム径が反射面３１（ミラー面）のサイズと同等になると、少しのポリゴンミラー２１の回転によってでも、レーザービーム１２の端がポリゴンミラー２１の角部３２に差し掛かるおそれがある。そのため、反射面３１（平面部）のみで反射できる時間が短くなる。その場合はレーザービーム１２の時分割数を多くして、レーザービーム１２の光路を短時間で切り替えることで角部３２への入射を回避することが可能となる。

また本実施形態では、第二の光路３４を経たレーザービーム１２の照射位置を位置調整手段３０が変更することで、前記時間帯においても、第二の光路３４を経たレーザービーム１２をポリゴンミラー２１の反射面３１に照射させることができる。
位置調整手段３０が、第一下流ミラー２３ａ、第二下流ミラー２５ａの位置を変更することで照射位置を変更する。よって、例えば、照射位置の変更作業の簡素化を図ること等ができる。

（第二実施形態）
次に、本発明に係る第二実施形態の加工システム１０を、図１６から図１９を参照して説明する。
なお、この第二実施形態においては、第一実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態のレーザー照射装置４０では、第一の光路３３及び第二の光路３４にはそれぞれ、レンズ４１が設けられている。レンズ４１は、第一の光路３３においてビームスプリッター２４を間に挟んで二つと、第二の光路３４においてビームスプリッター２４に対向して一つと、それぞれ設けられている。レンズ４１の焦点Ｆは、ビームスプリッター２４の開口３５に位置する。

レーザー光源からビームスプリッター２４に照射されるレーザービーム１２は、焦点Ｆを合わせた状態で開口３５及び非開口部分３６に交互に照射される。なお、図１８に示す変形例に係るレーザー照射装置４０Ｂのように、レンズ４１に代えて、第一ミラー２３や第二ミラー２５として凹面鏡４２を採用することで、レーザービーム１２の焦点Ｆを開口３５や非開口部分３６にあわせてもよい。
図１９に示すように、焦点Ｆでのレーザービーム１２の形状は、ビームスプリッター２４の径方向が長軸方向となる楕円形状である。

本実施形態に係る加工システム１０によれば、レーザービーム１２の焦点Ｆがビームスプリッター２４である円盤の表面に位置する。よって、レーザービーム１２の開口３５内での専有面積を抑えることができる。これにより、レーザービーム１２が予期せず非開口部分３６に照射されてしまうことを抑制することができる。
焦点Ｆでのレーザービーム１２の形状が、ビームスプリッター２４の周方向が短軸となる楕円形状である。よって、レーザービーム１２の光路の切り替え時間を短縮することができ、レーザービーム１２が予期せず非開口部分３６に照射されてしまうことを一層抑制することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

鋼板の加工システム１０が、一つのレーザー照射装置２０のみを備えていてもよい。
レーザー照射装置２０を、鋼板の加工システム１０以外のシステムに採用してもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０ 加工システム
１１ 方向性電磁鋼板（対象物）
２０、２０Ｂ、４０、４０Ｂ レーザー照射装置
２１ ポリゴンミラー
２４ ビームスプリッター
２９ 制御装置
３０ 位置調整手段
３１ 反射面
３２ 角部
３３ 第一の光路
３４ 第二の光路（他の光路）
３５ 開口
３６ 非開口部分
Ｆ 焦点

Claims (5)

1. 搬送される対象物上で、レーザービームを一方向に走査させるレーザー照射装置であって、
   レーザービームを発振する一つのレーザー光源と、
   軸線周りに沿う周方向に、レーザービームを透過させる開口と、レーザービームを反射するミラーである非開口部分とが交互に配置された円盤からなり、前記軸線周りに回転することで、前記一つのレーザー光源から照射される前記レーザービームの光路を、所定の時間間隔で二つ以上の光路に変更するビームスプリッターと、
   複数の反射面を有し、前記所定の時間間隔で変更された光路を経たそれぞれのレーザービームを、前記反射面のうちの異なる反射面で反射させ、前記対象物上の走査方向に沿って走査させる一つのポリゴンミラーと、
   前記ビームスプリッター及び前記ポリゴンミラーの動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記ビームスプリッターは、
   前記所定の時間間隔で変更されたそれぞれの光路のうち第一の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面同士がなす角部に照射される幾何学的位置となる時間帯には、前記第一の光路とは異なる、前記ポリゴンミラーの前記角部に照射されない他の光路を経たレーザービームが、前記対象物に照射されるように、前記レーザービームの光路を変更し、
   前記二つ以上の光路を経たレーザービームが、それぞれ前記対象物上の異なる位置を走査することで、前記対象物上の前記走査方向にずれた同一直線上の位置に、連続した歪又は溝を形成する、レーザー照射装置。
2. 前記他の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーに照射される位置を変更する位置調整手段を有し、
   前記制御装置は、
   前記ビームスプリッター及び前記ポリゴンミラーの動作を同期させることで、前記第一の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面同士がなす前記角部に照射されないようにし、
   前記位置調整手段は、
   前記第一の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面同士がなす角部に照射される幾何学的位置となる時間帯には、前記他の光路を経たレーザービームが、前記ポリゴンミラーの前記反射面に照射されるように、照射位置を変更する、請求項１に記載のレーザー照射装置。
3. 前記レーザービームを反射するミラーを備え、
   前記位置調整手段は、前記ミラーの位置を変更することで照射位置を変更する、請求項２に記載のレーザー照射装置。
4. 前記ビームスプリッターは、軸線周りに沿う周方向に、レーザービームを透過させる開口、及び、レーザービームを反射するミラーである非開口部分が交互に配置された円盤であり、前記軸線周りに回転し、
   前記レーザー光源から照射される前記レーザービームの焦点が前記ビームスプリッターである円盤の表面に位置する、請求項１から３の何れか一項に記載のレーザー照射装置。
5. 焦点での前記レーザービームの形状が、前記ビームスプリッターの周方向が短軸となる楕円形状である、請求項４に記載のレーザー照射装置。

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