KR102530490B1 - 도광 장치 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

도광 장치는, 제1 도광부와, 폴리곤 미러와, 제2 도광부를 구비한다. 제1 도광부는, 레이저 발생기로부터 조사된 레이저광을 반사하여 유도한다. 폴리곤 미러는, 회전 가능하게 구성되어 있고, 회전축 방향에서 보았을 때에 정다각형상의 반사면이 구성되도록 배치된 복수의 반사부(33)를 가지고 있으며, 제1 도광부에 의해 유도된 레이저광을 회전하면서 당해 반사부(33)에서 반사한다. 제2 도광부는, 폴리곤 미러의 반사부(33)에서 반사된 레이저광을 반사하고, 당해 반사부(33)마다 각각 레이저광이 워크에 조사되도록 광을 유도한다. 폴리곤 미러의 반사부(33)는 입사한 레이저광의 광축을 회전축 방향으로 오프셋하여 반사하도록 구성되어 있다. 적어도 2개의 반사부(33)는 회전축 방향에 있어서의 위치가 서로 다르다.

Description

도광 장치 및 레이저 가공 장치
본 발명은 주로, 복수의 반사면을 갖는 거울을 사용하여 광을 주사하는 도광 장치에 관한 것이다.
종래부터, 광원으로부터의 광을 직선상의 주사선을 따라 주사하는 기술이, 화상 형성 장치나 레이저 가공 장치 등에 널리 이용되고 있다. 특허문헌 1은, 이러한 종류의 장치에 구비되는 광주사 장치를 개시한다.
이 특허문헌 1의 광주사 장치는, 투광 수단과, 광반사 수단를 구비하고 있다. 투광 수단은 폴리곤 미러를 가지고 있으며, 소정의 방향으로부터 입사된 광을 회전하는 폴리곤 미러의 정다각형 각 변의 반사면에서 반사함으로써, 당해 폴리곤 미러가 회전하면서 광을 방사한다. 광반사 수단은, 투광 수단으로부터 방사된 광을 복수의 반사부에 의해 반사하고, 소정의 주사선 상의 임의인 피조사점으로 유도한다.
일본 특허 제5401629호 공보
여기서, 조사 영역이 원상/점상이 되도록 광을 조사하여 피조사물에 가공을 행하거나, 피조사물의 정보를 판독하거나 하는 경우 등에 있어서, 피조사물을 이동시키지 않고, 조사 영역의 위치를 분산시키는(오프셋시키는) 것이 요망되는 경우가 있다. 이 점, 특허문헌 1에서는, 이러한 종류의 구성은 개시되어 있지 않다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 주요한 목적은, 피조사물을 이동시키지 않고, 조사 영역의 위치를 폭 방향으로 분산시키는 것이 가능한 도광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음에 이 과제의 해결 수단과 그 효과를 설명한다.
본 발명의 관점에 의하면, 이하의 구성의 도광 장치가 제공된다. 즉, 이 도광 장치는, 제1 도광부와, 폴리곤 미러와, 제2 도광부를 구비한다. 상기 제1 도광부는, 광원으로부터 조사된 광을 반사하여 유도한다. 상기 폴리곤 미러는, 회전 가능하게 구성되어 있고, 회전축 방향에서 보았을 때에 정다각형상의 반사면이 구성되도록 배치된 복수의 반사부를 가지고 있으며, 상기 제1 도광부에 의해 유도된 광을 회전하면서 당해 반사부에서 반사한다. 상기 제2 도광부는, 상기 폴리곤 미러의 상기 반사부에서 반사된 광을 반사하고, 당해 반사부마다 각각 광이 상기 피조사물에 조사되도록 광을 유도한다. 상기 폴리곤 미러의 상기 반사부는, 입사한 광의 광축을 상기 회전축 방향으로 오프셋하여 반사하도록 구성되어 있다. 적어도 2개의 상기 반사부는, 상기 회전축 방향에 있어서의 위치가 서로 다르다.
이에 따라, 반사부의 회전축 방향에 있어서의 위치가 다른 경우, 피조사물에 조사되는 광의 폭 방향의 위치도 다르다. 그 때문에, 피조사물을 이동시키지 않고, 조사 영역의 위치를 폭 방향으로 분산시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 피조사물을 이동시키지 않고, 조사 영역의 위치를 폭 방향으로 분산시키는 것이 가능한 도광 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 레이저 발생기로부터 조사된 레이저광이 워크에 조사될 때까지의 광로를 도시하는 도면.
도 3은 폴리곤 미러의 편향 중심, 제1 조사 미러, 제2 조사 미러 및 주사선의 위치 관계를 도시하는 개략도.
도 4는 폴리곤 미러의 반사부의 회전축 방향의 위치가 다른 것을 도시하는 단면도.
도 5는 폴리곤 미러의 반사부의 회전축 방향의 위치가 다름으로써, 입사광에 대한 반사광의 오프셋량이 변화하는 것을 도시하는 도면.
도 6은 레이저광의 외관 상 선폭이 넓어지는 것을 설명하는 도면.
도 7은 워크의 가공 상황에 따라 레이저광의 초점 위치를 판두께 방향으로 변화시키는 것을 도시하는 도면.
이어서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 처음에, 도 1을 참조하여, 레이저 가공 장치(1)의 구성을 설명한다. 도 1은, 레이저 가공 장치(1)의 사시도이다. 레이저 가공 장치(1)는 워크(피조사물)(100)에 레이저광을 조사함으로써, 당해 워크(100)를 가공하는 장치이다.
본 실시 형태의 워크(100)는 판상이며, 예를 들어 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)이다. 또한, 워크(100)는 다른 재료이어도 좋다. 또한, 워크(100)는 판상으로 한정되지 않고, 예를 들어 블록상이어도 좋다. 또한, 워크(100)의 두께 방향을 판두께 방향이라고 정의한다.
본 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)는 레이저광을 조사함으로써 워크(100)를 증발시켜 가공하는 어블레이션 가공을 행한다. 또한, 레이저 가공 장치(1)는 레이저광의 열에 의해 워크(100)를 용융시켜서 가공하는 열가공을 행하는 구성이어도 좋다. 또한, 레이저 가공 장치(1)는 레이저광에 의해 워크(100)를 절단하는 가공을 행한다. 레이저 가공 장치(1)가 워크(100)에 대하여 행하는 가공은 절단으로 한정되지 않고, 예를 들어 워크(100)의 표면을 소정 형상을 따라서 제거하는 가공이어도 좋다.
또한, 레이저광은 가시광이어도 좋고, 가시광 이외의 파장대의 전자파이어도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 가시광뿐만 아니라, 그것보다 파장대가 넓은 여러 가지 전자파를 포함해서 "광"이라고 칭한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는 반송부(11)와, 레이저 발생기(광원)(12)와, 도광 장치(13)를 구비한다.
반송부(11)는 벨트 컨베이어이며, 적재된 워크(100)를 소정의 방향으로 반송한다. 반송부(11)는 워크(100)를 반송 방향으로 반송할 수 있음과 함께, 소정의 위치에서 정지시킬 수 있다. 반송부(11)는 워크(100)를 반송하여 레이저 가공을 행하기 위한 위치에서 정지시킨다. 또한, 반송부(11)는 롤러 컨베이어이어도 좋고, 워크(100)를 파지하여 반송하는 구성이어도 좋다. 또한, 반송부(11)를 생략하고, 움직이지 않도록 고정된 워크(100)에 대하여 레이저광을 조사하여 가공할 수도 있다.
레이저 발생기(12)는 펄스 발진에 의해 시간 폭이 짧은 펄스 레이저를 발생시킨다. 펄스 레이저의 시간 폭은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 나노초 오더, 피코초 오더, 또는 펨토초 오더 등이 짧은 시간 간격으로 레이저광을 발생시킨다. 또한, 레이저 발생기(12)는 연속파 발진에 의해 CW 레이저를 발생시키는 구성이어도 좋다.
도광 장치(13)는 레이저 발생기(12)가 발생시킨 레이저광을 유도하여 워크(100)에 조사한다. 도광 장치(13)는 워크(100)의 표면에 집광한 레이저광이 조사되도록 당해 레이저광을 유도함으로써 워크(100)를 절단한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 이 도광 장치(13)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 도광 장치(13)는 제1 도광부(20)와, 폴리곤 미러(30)와, 제2 도광부(40)를 구비한다. 또한, 이러한 광학 부품의 적어도 일부는, 도광 장치(13)의 하우징 내부에 배치되어 있다.
제1 도광부(20)는 레이저 발생기(12)가 발생시킨 레이저광을 폴리곤 미러(30)까지 유도하는 광학 부품으로 구성되어 있다. 제1 도광부(20)는 레이저광의 광로에 따라 레이저 발생기(12)측부터 순서대로 도입 렌즈(21)와, 도입 프리즘(22)과, 제1 도입 미러(23)와, 제2 도입 미러(24)를 구비한다.
도입 렌즈(21)는 레이저 발생기(12)가 발생시킨 레이저광을 초점에 두고 수렴시킨다. 도입 프리즘(22), 제1 도입 미러(23) 및 제2 도입 미러(24)는 도입 렌즈(21)를 통과한 레이저광을 폴리곤 미러(30)로 유도한다. 또한, 도입 프리즘(22), 제1 도입 미러(23) 및 제2 도입 미러(24)는 폴리곤 미러(30)보다도 광로 상류측에서, 워크(100)의 표면 상에 초점을 위치시키기 위해서 필요한 광로 길이를 확보하기 위해서 광로를 절곡하는 광학 유닛을 구성한다. 본 실시 형태에서 나타낸 제1 도광부(20)를 구성하는 광학 부품은 적절히 생략 가능하고, 다른 프리즘 또는 미러가 도입 렌즈(21)와 폴리곤 미러(30)와의 사이에 적절히 추가되어도 좋다.
도 2에 도시한 바와 같이, 폴리곤 미러(30)는, 전체적으로 정다각형상(본 실시 형태에서는, 정팔각형상)으로 형성되어 있다. 또한, 폴리곤 미러(30)는 도시를 생략한 전동 모터로부터의 동력이 전달됨으로써, 예를 들어 등각속도로 회전 가능하게 구성되어 있다. 폴리곤 미러(30)의 회전축 방향과, 도 2의 시점 방향(즉 폴리곤 미러(30)가 정다각형상이 되는 시점 방향)은 동일하다.
레이저 발생기(12)가 발생시켜서 폴리곤 미러(30)로 반사한 레이저광은, 제2 도광부(40)에 의해 유도되어 워크(100)에 조사된다. 이때, 레이저광의 조사 위치는, 폴리곤 미러(30)의 반사면 각도에 따라서 변화한다. 바꿔 말하면, 폴리곤 미러(30)가 회전함으로써, 레이저 발생기(12)로부터의 레이저광이 편향되어 당해 폴리곤 미러(30)에서의 레이저광의 반사각이 변화한다. 이에 따라, 레이저광이, 워크(100) 상에서 주사된다. 주사란, 레이저광 등의 광의 조사 위치를 소정 방향으로 변화시키는 것이다. 이하에서는, 레이저광의 주사 방향을 단순히 주사 방향이라고 칭한다. 워크(100)는 주사 방향을 따라서 절단된다.
폴리곤 미러(30)는 회전함으로써, 제2 도입 미러(24)에 의해 도입된 레이저광을 등속으로 각이동시키도록 하여 방사한다. 제2 도광부(40)는 폴리곤 미러(30)로부터 출사한 광을 반사하여 주사선(91)으로 유도한다. 폴리곤 미러(30)의 회전각이 변화함으로써, 조사 위치는, 워크(100) 상의 주사선(91)을 따라 주사 방향으로 순차적으로 이동한다.
제2 도광부(40)는 복수의 반사면을 가지고 있으며, 폴리곤 미러(30)에서 반사된 레이저광을 적절히 반사시켜 워크(100)의 표면으로 유도한다. 제2 도광부(40)는 복수의 제1 조사 미러(41)와, 복수의 제2 조사 미러(42)를 구비하고 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 제2 도광부(40)의 배치 및 기능에 대해서 설명한다. 도 3은, 편향 중심 C와, 제1 조사 미러(41)와, 제2 조사 미러(42)와, 주사선(91)과의 위치 관계를 도시하는 개략도이다.
가령 제2 도광부(40)가 존재하지 않는 경우, 레이저광의 초점(광에 따라 레이저 발생기(12)로부터 일정 거리 떨어진 점)은 도 3의 상측에 나타내는 바와 같이, 폴리곤 미러(30)의 회전각이 정다각형의 한 변에 상당하는 분만큼 변화하는 데 수반하여 원호상의 궤적을 그린다. 이 궤적의 중심은, 폴리곤 미러(30)에 의해 레이저광을 편향시키는 편향 중심 C이며, 그 궤적의 반경은 당해 편향 중심 C로부터 초점까지의 광로 길이이다. 한편, 주사선(91)은 원호상의 궤적과 달리, 주사 방향으로 직선적으로 연장한다. 그러면, 주사선(91) 상의 조사 위치로부터 초점까지의 거리가, 당해 조사 위치에 따라 바뀌어 버린다. 따라서, 상기의 편향 중심 C로부터 주사선(91) 상의 임의의 조사 위치까지의 광로 길이를 생각하면, 당해 광로 길이는 일정해지지 않고, 당해 조사 위치의 위치에 따라서 변화하게 된다.
제2 도광부(40)는 이 과제를 해소하기 위해서 구비되어 있고, 폴리곤 미러(30)로부터의 레이저광을 적어도 두 번 반사하고 나서 워크(100)(주사선(91))로 유도한다. 제2 도광부(40)는 폴리곤 미러(30)의 반사면으로부터 워크(100) 상의 주사선(91) 상의 임의의 조사 위치까지의 광로 길이가 모든 조사 위치에서 대략 일정해지도록, 각각 배치되어 있다.
본 실시 형태에 따른 제2 도광부(40)는 폴리곤 미러(30)로부터의 레이저광을 반사하는 제1 조사 미러(41)와, 당해 제1 조사 미러(41)로부터의 레이저광을 다시 반사하는 제2 조사 미러(42)를 가지며, 폴리곤 미러(30)로부터의 레이저광을 두 번 반사한다. 제2 도광부(40)는 이들 제1 조사 미러(41)와 제2 조사 미러(42)로 구성된다. 단, 제2 도광부(40)에서는, 레이저광이 3회 이상 반사되도록 광학 부품이 배치되어 있어도 좋다.
상술한 바와 같이, 가령 제1 조사 미러(41) 및 제2 조사 미러(42)가 존재하지 않으면, 레이저광의 초점은, 광의 출사각이 변화하는 것에 수반하여, 편향 중심 C를 중심으로 한 원호(이하, 가상 원호)를 그리게 된다. 가상 원호의 반경 R은, 편향 중심 C로부터 초점까지의 광로 길이이다. 제1 조사 미러(41) 및 제2 조사 미러(42)는 편향 중심 C로부터 초점까지의 광로를 절곡하고, 그것에 의해 가상 원호를 워크(100) 상에서 대략 주사 방향으로 직선상으로 연장되도록 변환한다. 상세하게 말하면, 가상 원호를 분할한 분할 원호 DA1, DA2, …의 위치는, 그 각 현 VC1, VC2, …의 방향이 주사선(91)과 거의 일치하도록, 제2 도광부(40)에 의해 변환된다.
즉, 제1 조사 미러(41) 및 제2 조사 미러(42)는 각각 복수의 반사면을 가지고 있으며, 레이저광의 폴리곤 미러(30)로부터의 출사각의 범위가 복수로 분할된 분할 각도 범위마다, 광에 따라 레이저 발생기(12)로부터 일정 거리 떨어진 점(초점)이 당해 분할 각도 범위에 있어서 광의 출사각이 변화하는 데 수반하여 그리는 궤적인 분할 원호 DA1, DA2, …의 현 VC1, VC2, …가, 주사 방향과 같은 방향이 되도록(주사 방향으로 배열하도록), 광을 복수회 반사시킨다.
가상 원호의 위치를 주사선(91)에 일치시키도록 변환하기 위한 구체적인 방법에 대해서 간단하게 설명하면, 먼저, 가상 원호를 등간격으로 분할함으로써 복수의 분할 원호 DA1, DA2, …을 얻는다. 그리고, 복수의 분할 원호 DA1, DA2, …의 각각에 대응한 복수의 가상 현 VC1, VC2, …을 얻는다. 그리고, 복수의 가상 현 VC1, VC2, …가 워크(100) 상에서 주사 방향으로 순차적으로 직선상으로 배열되도록, 제1 조사 미러(41) 및 제2 조사 미러(42)가 각각 갖는 반사면의 위치 및 방향을 정한다.
이와 같이 주사선(91)을 형성하면, 분할 원호 DA1, DA2, …의 양단 2점이 주사선(91) 상에 재배치되고, 분할 원호 DA1, DA2, …(즉, 당해 2점을 연결하는 곡선)이 주사선(91)보다도 광축 방향 하류측으로 재배치된다. 레이저광의 초점은, 이와 같이 위치가 변환된 분할 원호 DA1, DA2, …에 따라 이동한다.
가상 원호를 분할하여 복수의 분할 원호 DA1, DA2, …를 얻으면, 분할 원호 DA1, DA2, …는 이것에 대응한 가상 현 VC1, VC2, …와 양호하게 근사한다. 이 때문에, 폴리곤 미러(30)의 편향 중심 C로부터 주사선(91) 상의 임의의 조사 위치까지의 광로 길이는, 모든 조사 위치에 걸쳐 대략 일정해진다. 분할 원호 DA1, DA2, …는, 대응하는 가상 현 VC1, VC2, …과 양호하게 근사하고 있으므로, 각각의 분할 원호 DA1, DA2, …에 있어서의 초점의 거동은, 주사선(91)에 따르는 등속 직선 운동과 양호하게 근사한다.
분할 원호 DA1, DA2, …의 분할 수가 증가하면 증가할수록, 가상 현 VC1, VC2, …의 중점과 분할 원호 DA1, DA2, …의 중점과의 사이의 거리가 작아져, 초점의 궤적이 가상 현 VC1, VC2, …에 근접한다. 이 때문에, 광로 길이의 일정성을 높게 유지할 수 있다. 분할 수는, 도광 장치(13)에 허용되는 오차에 따라 적절하게 정할 수 있다.
이와 같이, 제2 도광부(40)에 의해, 레이저광의 초점이 워크(100)의 표면 상에 위치하기 때문에 워크(100)의 표면을 적절하게 가공할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는 단 펄스의 레이저광으로 워크(100)를 가공하므로, 에너지를 집중시키기 위해서 가공점에서의 빔 직경이 매우 작아진다. 그 때문에, 워크(100)의 재료 및 두께에 따라서는, 동일 위치에 레이저광을 복수회 조사 할 필요가 있다. 그러나, 이 경우, 레이저광에 의해 워크(100)에 형성되는 홈의 형상이 만곡하고, 가공 포화가 일어나서 절단을 할 수 없게 될 가능성이 있다. 가공포화란, 레이저의 에너지가 어블레이션으로 이행하지 않고, 열로 변화하는 것이다.
이상을 고려하여, 본 실시 형태에서는, 도광 장치(13)에 의해 레이저광의 조사 위치인 주사선(91)을 분산시켜 워크(100)의 가공을 행한다. 이하, 이 구성에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는, 폴리곤 미러(30)의 반사부(33)의 회전축 방향의 위치가 다른 것을 도시하는 단면도이다. 도 5는, 폴리곤 미러(30)의 반사부(33)의 회전축 방향의 위치가 다름으로써, 입사광에 대한 반사광의 오프셋량이 변화하는 것을 도시하는 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 폴리곤 미러(30)는 회전축부(31)와, 복수의 지지체(32)와, 복수의 반사부(33)를 구비한다.
회전축부(31)는 상술한 바와 같이 폴리곤 미러(30)를 회전시키기 위한 축부재다. 회전축부(31)는 상술한 도시를 생략한 전동 모터에 의해, 회전 축선 L1을 회전 중심으로 하여 회전 구동된다. 또한, 회전 축선 L1 및 그것과 평행한 방향을 회전축 방향이라고 칭한다.
복수의 지지체(32)는 회전축부(31)에 고정되어 있고, 회전축부(31)와 일체적으로 회전한다. 여기서, 회전 축선 L1을 중심으로 방사상으로 외측으로 넓어지는 방향을 직경 방향이라고 칭한다. 또한, 직경 방향 중, 회전 축선 L1로부터 이격되도록 넓어지는 측을 직경 방향 외측이라고 칭하고, 회전 축선 L1에 가까운 측을 직경 방향 내측이라고 칭한다. 지지체(32)는 회전축 방향에서 보았을 때에, 직경 방향 외측의 단부가 정다각형의 각 변을 구성하도록 배열하여 배치되어 있다. 즉, 지지체(32)는 폴리곤 미러(30)의 정다각형 정점과 동일 수 마련되어 있다. 또한, 지지체(32)의 직경 방향 외측의 단부에는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 삼각형상의 홈부가 형성되어 있고, 이 홈부에 반사부(33)가 배치되어 있다.
반사부(33)는 저각이 45도인 직각 이등변 삼각형상의 프리즘이다. 반사부(33)는 입사되는 레이저광과 빗변이 수직으로 되도록 배치되어 있다. 또한, 반사부(33)의 빗변을 끼우는 2변은, 각각 제1 반사면(34) 및 제2 반사면(35)으로서 기능한다.
이 구성에 의해, 반사부(33)에 입사되는 레이저광은, 도 4에 굵은 선에서 나타내는 바와 같이 반사함으로써 진행 방향이 변화한다. 또한, 여기의 설명에서는, 레이저광의 진행 방향 변화 중, 주사 방향에 있어서의 방향 변화의 설명을 생략한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 반사부(33)에 입사되는 레이저광은, 직경 방향 내측으로 진행하고, 제1 반사면(34)에서 반사함으로써, 진행 방향이 90도 변화하여 제 2반사면(35)을 향한다. 그리고, 이 레이저광은, 제2 반사면(35)에서 다시 반사함으로써, 진행 방향이 다시 90도 변화한다. 즉, 이 레이저광의 입사광과 반사광은 평행임과 동시에, 회전축 방향의 위치가 다르다.
종래에는, 회전축 방향에 있어서의 반사부(33)의 위치는, 모든 반사부(33)에서 동일하였다. 이에 비해, 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전축 방향에 있어서의 반사부(33)의 위치가 다른 것이 존재한다. 바꿔 말하면, 회전축 방향에 있어서의 반사부(33)의 위치는, 모든 반사부(33)에서 달라도 좋고, 또는, 일부의 반사부(33)끼리 위치가 다르면, 일부의 반사부(33)끼리 위치가 동일해도 좋다.
또한, 회전축 방향에 있어서의 반사부(33)의 위치가 다름으로써, 도 5에 도시한 바와 같이, 회전축 방향에 있어서의 레이저광의 오프셋량이 변화한다. 또한, 도 5에서는, 어떤 반사부(33) 및 레이저광 등을 쇄선으로 나타냄과 동시에, 회전축 방향의 위치가 다른 별도의 반사부(33) 및 레이저광 등을 실선으로 나타내고 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 회전축 방향에 있어서의 반사부(33)의 위치가 거리 L 다른 경우, 이 거리 L은, 레이저광의 제1 반사면(34)의 입사 위치와, 레이저광의 제 2 반사면(35)의 입사 위치의 모두에게 영향을 미치기 때문에 오프셋량이 거리 2L 변화한다.
폴리곤 미러(30)의 회전축 방향은, 워크(100)에 조사되는 레이저광의 조사 영역의 선폭 방향(폭 방향)과 동일하다. 따라서, 반사부(33)의 위치가 달라 오프셋량이 다름으로써, 선폭 방향에서 분산된(오프셋된) 위치에 레이저광이 조사되게 된다.
구체적으로는, 도 6의 상측 도면에 나타내는 바와 같이, 폴리곤 미러(30)의 1개의 반사부(33)에서 반사된 레이저광의 각 펄스의 조사 영역은 원상이다. 이들 원상의 조사 영역을 동일한 방향으로 중첩함으로써 소정 방향으로 직선상으로 넓어진 조사 영역이 실현되어 있다.
여기서, 다음으로 레이저광을 반사하는 반사부(33)의 회전축 방향의 위치가, 직전의 반사부(33)의 회전축 방향의 위치와는 다를 경우, 도 6의 하측 도면에 나타내는 바와 같이, 조사 영역이 선폭 방향으로 분산된다. 특히, 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(30)가 갖는 모든 반사부(33)에 있어서, 기타와는 조사 영역이 이격하는 레이저광이 존재하지 않도록 반사부(33)의 위치가 정해져 있다. 바꿔 말하면, 어떤 반사부(33)에 의해 실현되는 조사 영역이, 다른 어느 반사부(33)에 의해 실현되는 조사 영역과 겹치도록 반사부(33)의 위치가 정해져 있다.
이에 따라, 폴리곤 미러(30)를 1회전시켰을 때에 있어서 모든 레이저광에 의해 소정 방향으로 직선상으로 넓어진 조사 영역이 형성된다. 그 때문에, 레이저광의 조사 영역의 외관 상 선폭을 넓게 할 수 있다. 그 때문에, 가공 영역을 넓게 할 수 있다. 또한, 동일 위치에만 레이저광이 연속해서 조사되는 것을 방지할 수 있으므로, 상술한 가공 포화가 발생하기 어려우므로, 워크(100)를 단시간에 확실하게 절단할 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하여, 워크(100)의 가공 상황에 따라, 레이저광의 초점 위치를 워크(100)의 가공 위치에 상대적으로 접근하는 구성에 대해서 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 레이저광에 의해 워크(100)를 증발 또는 용융시켜 제거함으로써, 워크(100)의 표면 위치(즉 가공 위치)가 변화한다. 구체적으로는, 가공 위치는, 판두께 방향이며, 상세하게는 레이저 조사 방향의 하류측으로 변화한다.
그 때문에, 본 실시 형태에서는, 워크(100)의 가공 위치에 대한 레이저광의 초점 위치의 상대 위치를 변화시켜 초점 위치와 가공 위치를 상대적으로 접근시킨다. 또한, 레이저광의 초점 위치의 상대 위치의 변화 방법으로서는, 예를 들어 워크(100)를 레이저 조사 방향의 상류측으로 이동시키는 방법 등이 있다. 이에 따라, 레이저광을 가공 위치에서 수렴시킬 수 있으므로, 워크(100)를 효율적으로 가공할 수 있다.
여기서, 종래와 같이 레이저광의 조사 영역을 선폭 방향에서 변화할 수 없는 구성이면 가공 홈의 폭이 좁기 때문에, 초점 위치를 변화시켰을 때에, 가공 홈이 깊어지면, 에지부 E에 레이저광이 닿을 가능성이 있다. 이 경우, 이 에지부 E에서 에너지가 소비되므로, 초점 위치에서의 열 밀도가 저하되고, 가공 포화가 발생하여 가공이 곤란해질 가능성이 있다.
이 점, 본 실시 형태에서는 레이저광의 조사 영역을 선폭 방향에서 변화시키고 있기 때문에 가공 홈의 폭을 넓게 할 수 있으며, 또한 레이저광의 조사 영역의 외관 상 선폭이 넓어진다. 따라서, 초점 위치를 변화시킴으로써, 외관 상의 선폭의 중앙부의 레이저광은 에지부 E의 영향을 받기 어렵다. 그 결과, 가공 포화의 발생을 방지하여 가공을 적절하게 계속할 수 있다.
여기서, 워크(100)의 가공 홈의 깊이에 따라, 레이저광의 초점 위치를 워크(100)의 가공 위치에 상대적으로 접근하는 제어를 행하기 위해서는, 워크(100)의 현재의 가공 홈의 깊이를 추정 또는 검출할 필요가 있다. 구체적으로는, 레이저의 조사 횟수 및 가공 개시부터의 경과 시간 등에 기초하여, 워크(100)의 가공 홈의 깊이를 추정하는 것이 가능하고, 또는, 광 또는 음파 등에 의해 워크(100)의 형상을 검출함으로써, 워크(100)의 가공 홈의 깊이를 검출할 수도 있다. 이와 같이 하여 얻어진 가공 홈의 깊이를 사용함으로써 가공 홈의 깊이에 따라, 레이저광의 초점 위치를 조정할 수 있다. 또한, 1회의 레이저 가공(본 실시 형태에서는 한 장의 워크(100)의 절단)에 대하여 초점 위치의 변경 횟수는 1회이어도 좋고, 복수회이어도 좋다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 도광 장치(13)는 제1 도광부(20)와, 폴리곤 미러(30)와, 제2 도광부(40)를 구비한다. 제1 도광부(20)는 레이저 발생기(12)로부터 조사된 레이저광을 반사하여 유도한다. 폴리곤 미러(30)는 회전 가능하게 구성되어 있고, 회전축 방향에서 보았을 때에 정다각형상의 반사면이 구성되도록 배치된 복수의 반사부(33)를 가지고 있으며, 제1 도광부(20)에 의해 유도된 레이저광을 회전하면서 당해 반사부(33)에서 반사한다. 제2 도광부(40)는 폴리곤 미러(30)의 반사부(33)에서 반사된 레이저광을 반사하고, 당해 반사부(33)마다 각각 레이저광이 워크(100)에 조사되도록 광을 유도한다. 폴리곤 미러(30)의 반사부(33)는 입사한 레이저광의 광축을 회전축 방향으로 오프셋하여 반사하도록 구성되어 있다. 적어도 2개의 반사부(33)는 회전축 방향에 있어서의 위치가 서로 다르다.
이에 따라, 반사부(33)의 회전축 방향에 있어서의 위치가 다른 경우, 워크(100)에 조사되는 레이저광의 선폭 방향의 위치도 다르다. 그 때문에, 워크(100)를 이동시키지 않고, 레이저광의 조사 영역의 위치를 선폭 방향으로 분산시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 도광 장치(13)에 있어서, 폴리곤 미러(30)가 1 회전했을 때에 워크(100)에 조사되는 복수개의 광의 조사 영역 각각은, 적어도 하나의 다른 조사 영역과 선폭 방향에서 겹친다.
이에 따라, 워크(100)에 간극없이 레이저광을 조사할 수 있으므로, 조사 영역의 외관 상 선폭을 굵게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)는 도광 장치(13)와, 레이저 발생기(12)를 구비한다. 레이저 발생기(12)는 레이저광을 발생시킨다.
이에 따라, 조사 영역의 위치를 선폭 방향으로 분산시킨 레이저광을 조사할 수 있으므로, 여러 가지 재료를 효율적으로 가공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 레이저 가공 장치(1)에 있어서, 워크(100)는 판상이다. 워크(100)에는, 조사 영역이 겹치도록 레이저광이 복수회 조사된다. 레이저 가공 장치(1)는 워크(100)의 가공 홈의 깊이에 따라, 레이저광의 초점 위치를 워크(100)의 가공 위치에 상대적으로 접근시킨다.
이에 따라, 워크(100)의 가공 작업이 진행하여 가공 홈이 깊어졌을 경우이어도 초점 위치를 가공 위치에 접근할 수 있다.
이상으로 본 발명의 적합한 실시 형태를 설명했지만, 상기의 구성은 예를 들어 이하와 같이 변경할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 회전축 방향에 있어서의 폴리곤 미러(30)(반사부(33))의 위치는 고정이며 변화시킬 수는 없지만, 회전축 방향에 있어서의 폴리곤 미러(30)(반사부(33))의 위치를 변화시키기 위한 압인 볼트(위치 조정 도구) 등이 마련되어 있어도 좋다. 압인 볼트는, 모든 폴리곤 미러(30)에 마련되어 있어도 좋고, 일부의 폴리곤 미리(30)에만 마련되어 있어도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 반사부(33)는 프리즘인데, 제1 반사면(34) 및 제2 반사면(35)에 상당하는 위치에 각각 미러가 배치된 구성이어도 좋다.
상기 실시 형태에서는 도광 장치(13)를 레이저 가공 장치(1)에 적용하는 예를 설명했지만, 예를 들어 화상 형성 장치 등의 다른 장치에 도광 장치(13)를 적용할 수도 있다. 또한, 화상 형성 장치란, 감광 드럼에 광을 조사하여 토너상을 형성하는 장치이다. 이 경우, 광원으로서 레이저광 이외의 광원(예를 들어 LED 램프)을 사용할 수 있다.
1 레이저 가공 장치
12 레이저 발생기(광원)
13 도광 장치
20 제1 도광부
30 폴리곤 미러
31 회전축부
32 지지체
33 반사부
34 제1 반사면
35 제2 반사면
40 제2 도광부
100 워크(피조사물)

Claims (4)

  1. 광원으로부터 조사된 광을 반사하여 유도하는 제1 도광부와,
    회전 가능하게 구성되어 있고, 회전축 방향에서 보았을 때에 정다각형상의 반사면이 구성되도록 배치된 복수의 반사부를 가지고 있으며, 상기 제1 도광부에 의해 유도된 광을 회전하면서 당해 반사부에서 반사하는 폴리곤 미러와,
    상기 폴리곤 미러의 상기 반사부에서 반사된 광을 반사하고, 당해 반사부마다 각각 광이 피조사물에 조사되도록 광을 유도하는 제2 도광부
    를 구비하고,
    상기 폴리곤 미러의 상기 반사부는, 입사한 광의 광축을 상기 회전축 방향으로 오프셋하여 반사하도록 구성되어 있고,
    단일한 상기 폴리곤 미러가 갖는 적어도 2개의 상기 반사부는, 상기 회전축 방향에 있어서의 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 도광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리곤 미러가 1회전했을 때에 상기 피조사물에 조사되는 복수개의 광 조사 영역의 각각은, 적어도 하나의 다른 조사 영역과, 폭 방향에서 겹치는 것을 특징으로 하는 도광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 도광 장치와,
    레이저광을 발생시키는 상기 광원
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 피조사물은 판상이며,
    상기 피조사물에는, 조사 영역이 폭 방향에서 겹치도록 레이저광이 복수회 조사되고,
    상기 피조사물의 가공 홈의 깊이에 따라, 상기 레이저광의 초점 위치를 상기 피조사물의 조사 위치에 상대적으로 접근시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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