JP7426656B2 - 焦点距離調整装置及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Description
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。
レーザ発振器11は、ワークWを加工するレーザ光Lwを出射する。レーザ発振器11は、例えばYAGレーザ、CO2レーザ、ファイバーレーザ、等のレーザ光源である。レーザ光Lwは、焦点距離調整装置12、走査部13、光学部材14を介してワークWに照射される。
図7(a)に示すように、焦点距離調整装置12は、少なくとも2枚のレンズ31,32を有している。第1レンズ31は、例えば凹レンズであり、第2レンズ32は凸レンズである。第1レンズ31と第2レンズ32は、入射するレーザ光のビーム径を拡大し、平行光となるレーザ光Lwを出力する。光学部材14が集束(収束)レンズの場合は、平行光であるレーザ光Lwを集光する。
図2から図6は、焦点距離調整装置12の構成を示す。
図2から図6に示すように、焦点距離調整装置12は、ベース40、レンズホルダ51、ホルダベース52、ガイド部60、保持部70、ステッピングモータ(以下、単に「モータ」という)80、変換部90を有している。
図4、図6に示すように、本実施形態の連結部92は、3つのベアリング94a,94b,94cを有している。3つのベアリング94a,94b,94cは、支持軸93に取着されている。3つのベアリング94a,94b,94cは、支持軸93の中心軸に沿って、つまりモータ80の軸体81の中心軸O1と平行な方向に沿って配列されている。各ベアリング94a~94cは、内輪と、外輪と、ボール又はローラとそれらを保持するリテーナと、を有している。各ベアリング94a~94cの内輪は支持軸93に固定されている。各ベアリング94a~94cの外輪は、内輪、つまり支持軸93に対して自在に回転する。
次に、本実施形態のレーザ加工装置10の作用を説明する。
焦点距離調整装置12は、第1レンズ31を保持する保持部70と、保持部70をレーザ光Lwの光軸Lxに沿って移動可能に支持するガイド部60と、軸体81を有し、軸体81の中心軸O1が光軸Lxと直交するように配置されたステッピングモータ80と、軸体81と保持部70との間に介在され、軸体81の回転運動を保持部70の直線運動に変換する変換部90と、を備える。変換部90は、保持部70との間で、変換部90から保持部70に、光軸Lxと平行な方向には、運動力を伝達するとともに、軸体81の中心軸O1と平行な方向には、運動力を伝達しない連結部92を備える。
図9は、光学部材14からレーザ光Lwの焦点Lpまでの焦点距離D9を調整しない場合のワークWの加工面Waとレーザ光Lwとの関係を示す。例えば、ワークWの加工面Waにおける加工範囲の中心において、レーザ光Lwが加工面Waに対して垂直に照射される。この加工面Waにレーザ光Lwの焦点Lpがくるように、ワークWを配置する。この場合、加工範囲の周辺では、加工面Waに対してレーザ光Lwが斜めに照射される。そして、レーザ光Lwの焦点距離D9を調整しない場合、レーザ光Lwの焦点Lpは、加工面Waから上方に離れてしまう。この場合、加工面Waには、焦点Lpから広がるレーザ光Lwが照射されることになり、レーザ光Lwが照射された加工面Waにおいて形成されるスポット光の面積は、加工面Waに対して垂直に照射されたレーザ光Lwにより形成されるスポット光の面積よりも大きくなる。
図8に示すように、ワークWの加工面Waに対してレーザ光Lwが斜めに照射される範囲、例えば、ワークWの加工面Waにおける加工範囲の周辺領域において、レーザ光Lwの焦点Lpを加工面Wa上とするように、レーザ光Lwの焦点距離D8aを調整する。これにより、レーザ光Lwが加工面Waに対して斜めに照射される領域において、照射されたレーザ光Lwによるスポット光の面積を小さくできる。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)焦点距離調整装置12は、第1レンズ31を保持する保持部70と、保持部70をレーザ光Lwの光軸Lxに沿って移動可能に支持するガイド部60と、軸体81を有し、軸体81の中心軸O1が光軸Lxと直交するように配置されたステッピングモータ80と、軸体81と保持部70との間に介在され、軸体81の回転運動を保持部70の直線運動に変換する変換部90と、を備える。変換部90は、保持部70との間で、変換部90から保持部70に、光軸Lxと平行な方向には、運動力を伝達するとともに、軸体81の中心軸O1と平行な方向には、運動力を伝達しない連結部92を備える。
上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・ワークWの加工面Waに対して垂直にレーザ光Lwを照射する場合において、レーザ光Lwの焦点Lpを加工面Waに一致させるように焦点距離を調整してもよい。
・上記実施形態に対し、第1レンズ31から第3レンズ33のうちの少なくとも1つを複数枚のレンズにて構成してもよい。
[付記]
[付記1]
第1レンズと、前記第1レンズの光軸上に配置された第2レンズとを備え、前記第1レンズと前記第2レンズとの間の距離を調整して前記第1レンズ及び前記第2レンズを透過したレーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置であって、
前記第1レンズを保持する保持部と、
前記保持部を前記レーザ光の光軸に沿って移動可能に支持するガイド部と、
軸体を有し、前記軸体の中心軸が前記光軸と直交するように配置されたステッピングモータと、
前記軸体と前記保持部との間に介在され、前記軸体の回転運動を前記保持部の直線運動に変換する変換部と、
を備え、
前記変換部は、
前記保持部との間で、前記変換部から前記保持部に、前記光軸と平行な方向には、運動力を伝達するとともに、前記軸体の前記中心軸と平行な方向には、運動力を伝達しない連結部を備える、
焦点距離調整装置。
[付記2]
前記連結部は、
前記軸体に固定され、前記軸体の径方向に延びるアーム部と、
前記アーム部の先端から前記軸体の前記中心軸と平行に延びる支持軸と、
前記支持軸に内輪が固定されたベアリングと、
前記保持部に固定され、前記光軸に沿った第1方向と、前記第1方向とは反対の第2方向とで前記ベアリングと係合する係合片と、
を備える、付記1に記載の焦点距離調整装置。
[付記3]
前記支持軸には、複数の前記ベアリングが固定され、
前記係合片は、前記第1方向に複数の前記ベアリングのうちの第1ベアリングが係合する第1係合片と、前記第2方向に複数の前記ベアリングのうちの前記第1ベアリングと異なる第2ベアリングが係合する第2係合片と、を有する、
付記2に記載の焦点距離調整装置。
[付記4]
前記支持軸の中心軸に沿って前記第1ベアリングを挟むように2つの前記第2ベアリングが前記支持軸に固定されている、付記3に記載の焦点距離調整装置。
[付記5]
前記光軸に沿った方向における前記第1係合片と前記第2係合片との間隔は、前記第1ベアリング及び前記第2ベアリングの外径と等しい、付記3又は付記4に記載の焦点距離調整装置。
[付記6]
前記保持部は、前記ガイド部に固定されたベース板と、
前記ベース板と直交する方向に延び、前記第1レンズが固定されたレンズ固定部と、
を有し、
前記係合片は、前記ベース板に連結されている、
付記2から付記5のいずれか一つに記載の焦点距離調整装置。
[付記7]
前記ガイド部は、
前記光軸に沿って延びる1本のレールと、
前記レールに取着され、前記レールに沿って移動する第1ブロック及び第2ブロックと、
を有し、
前記保持部は、前記第1ブロック及び前記第2ブロックに接続されている、
付記6に記載の焦点距離調整装置。
[付記8]
前記ベース板は、
前記第1レンズに対して前記第2レンズの側に配置され、前記第1ブロックに固定された第1ベース部と、
前記第1レンズに対して前記第2レンズとは反対側に配置され、前記第2ブロックに固定された第2ベース部と、
を有する、付記7に記載の焦点距離調整装置。
[付記9]
レーザ光を走査してワークの加工面を加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ光を走査する走査部と、
前記レーザ発振器と前記走査部との間に配置され、前記レーザ光の光軸上に配置された第1レンズ及び第2レンズを備え、前記第1レンズと前記第2レンズとの間の距離を調整して前記走査部からワークに向かうレーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置と、
を備え、
前記焦点距離調整装置は、
前記第1レンズを保持する保持部と、
前記保持部を前記光軸に沿って移動可能に支持するガイド部と、
軸体を有し、前記軸体の中心軸が前記光軸と直交するように配置されたステッピングモータと、
前記軸体と前記保持部との間に介在され、前記軸体の回転運動を前記保持部の直線運動に変換する変換部と、
を備え、
前記変換部は、
前記保持部との間で、前記変換部から前記保持部に、前記光軸と平行な方向には、運動力を伝達するとともに、前記軸体の前記中心軸と平行な方向には、運動力を伝達しない連結部を備える、
レーザ加工装置。
11 レーザ発振器
12 焦点距離調整装置
13 走査部
14 光学部材
15 入力部
16 制御部
21,22 ガルバノミラー
23,24 モータ
31 第1レンズ
31 レンズ
32 第2レンズ
32 レンズ
40 ベース
41 ベース板
41a 上面
42 固定部
43 光電センサ
51 レンズホルダ
52 ホルダベース
60 ガイド部
61 レール
62a 第1ブロック
62b 第2ブロック
70 保持部
71 ベース板
71a 第1ベース部
71b 第2ベース部
72 レンズ固定部
73 固定リング
75 遮光板
80 ステッピングモータ
81 軸体
90 変換部
91 アーム部
92 連結部
93 支持軸
94a,94c ベアリング(第2ベアリング)
94b ベアリング(第1ベアリング)
95a,95c 係合片(第2係合片)
95b 係合片(第1係合片)
D8a,D8b,D9 焦点距離
Lp 焦点
Lw レーザ光
Lx 光軸
O1 中心軸
W ワーク
Wa 加工面
Claims (8)
- 第1レンズと、前記第1レンズの光軸上に配置された第2レンズとを備え、前記第1レンズと前記第2レンズとの間の距離を調整して前記第1レンズ及び前記第2レンズを透過したレーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置であって、
前記第1レンズを保持する保持部と、
前記保持部を前記レーザ光の光軸に沿って移動可能に支持するガイド部と、
軸体を有し、前記軸体の中心軸が前記光軸と直交するように配置されたステッピングモータと、
前記軸体と前記保持部との間に介在され、前記軸体の回転運動を前記保持部の直線運動に変換する変換部と、
を備え、
前記変換部は、
前記保持部との間で、前記変換部から前記保持部に、前記光軸と平行な方向には、運動力を伝達するとともに、前記軸体の前記中心軸と平行な方向には、運動力を伝達しない連結部を備え、
前記連結部は、
前記軸体に固定され、前記軸体の径方向に延びるアーム部と、
前記アーム部の先端から前記軸体の前記中心軸と平行に延びる支持軸と、
前記支持軸に内輪が固定されたベアリングと、
前記保持部に固定され、前記光軸に沿った第1方向と、前記第1方向とは反対の第2方向とで前記ベアリングと係合する係合片と、
を備える、
焦点距離調整装置。 - 前記支持軸には、複数の前記ベアリングが固定され、
前記係合片は、前記第1方向に複数の前記ベアリングのうちの第1ベアリングが係合する第1係合片と、前記第2方向に複数の前記ベアリングのうちの前記第1ベアリングと異なる第2ベアリングが係合する第2係合片と、を有する、
請求項1に記載の焦点距離調整装置。 - 前記支持軸の中心軸に沿って前記第1ベアリングを挟むように2つの前記第2ベアリングが前記支持軸に固定されている、請求項2に記載の焦点距離調整装置。
- 前記光軸に沿った方向における前記第1係合片と前記第2係合片との間隔は、前記第1ベアリング及び前記第2ベアリングの外径と等しい、請求項2又は請求項3に記載の焦点距離調整装置。
- 前記保持部は、前記ガイド部に固定されたベース板と、
前記ベース板と直交する方向に延び、前記第1レンズが固定されたレンズ固定部と、
を有し、
前記係合片は、前記ベース板に連結されている、
請求項1に記載の焦点距離調整装置。 - 前記ガイド部は、
前記光軸に沿って延びる1本のレールと、
前記レールに取着され、前記レールに沿って移動する第1ブロック及び第2ブロックと、
を有し、
前記保持部は、前記第1ブロック及び前記第2ブロックに接続されている、
請求項5に記載の焦点距離調整装置。 - 前記ベース板は、
前記第1レンズに対して前記第2レンズの側に配置され、前記第1ブロックに固定された第1ベース部と、
前記第1レンズに対して前記第2レンズとは反対側に配置され、前記第2ブロックに固定された第2ベース部と、
を有する、請求項6に記載の焦点距離調整装置。 - レーザ光を走査してワークの加工面を加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射するレーザ発振器と、
前記レーザ光を走査する走査部と、
前記レーザ発振器と前記走査部との間に配置され、前記レーザ光の光軸上に配置された第1レンズ及び第2レンズを備え、前記第1レンズと前記第2レンズとの間の距離を調整して前記走査部からワークに向かうレーザ光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置と、
を備え、
前記焦点距離調整装置は、
前記第1レンズを保持する保持部と、
前記保持部を前記光軸に沿って移動可能に支持するガイド部と、
軸体を有し、前記軸体の中心軸が前記光軸と直交するように配置されたステッピングモータと、
前記軸体と前記保持部との間に介在され、前記軸体の回転運動を前記保持部の直線運動に変換する変換部と、
を備え、
前記変換部は、
前記保持部との間で、前記変換部から前記保持部に、前記光軸と平行な方向には、運動力を伝達するとともに、前記軸体の前記中心軸と平行な方向には、運動力を伝達しない連結部を備え、
前記連結部は、
前記軸体に固定され、前記軸体の径方向に延びるアーム部と、
前記アーム部の先端から前記軸体の前記中心軸と平行に延びる支持軸と、
前記支持軸に内輪が固定されたベアリングと、
前記保持部に固定され、前記光軸に沿った第1方向と、前記第1方向とは反対の第2方向とで前記ベアリングと係合する係合片と、
を備える、
レーザ加工装置。
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