JP2010274292A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直線偏光レーザ光で異方性を生じない加工を、簡素な構成で実現すること。
【解決手段】偏波面を直線に保持した直線偏光レーザ光を照射する偏波面保持ファイバ２が設けられた加工ヘッド３と、偏波面保持ファイバ２から出射された直線偏光レーザ光が照射される被加工物を載置する加工テーブル４と、直線偏光レーザ光の光軸Ｒに交差する二次元方向に、加工ヘッド３と加工テーブル４とを相対移動させる移動手段８と、直線偏光レーザ光の光軸Ｒを中心に偏波面保持ファイバ２を回転させる回転手段と、移動手段８の駆動に応じて前記回転手段を駆動し、加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向に対して直線偏光レーザ光の偏光方向を一定に維持する制御手段５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直線偏光レーザ光を被加工物に照射して前記被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置は、レーザ光を被加工物に照射して前記被加工物を加工するものである。このレーザ加工装置は、レーザ光を照射する加工ヘッドおよび被加工物を載置する加工テーブルを備え、加工ヘッドと加工テーブルとを相対的に２次元移動させることで、被加工物を様々な形状に切断加工できる。

ここで、加工ヘッドから照射されるレーザ光には、直線偏光レーザ光や円偏光レーザ光がある。直線偏光レーザ光は、電場および磁場が特定の方向に振動する偏光において、振動方向が一定で直線状に被加工物に照射される。一方、円偏光レーザ光は、偏光において、振動が伝播に伴って円を描いて円状に被加工物に照射される。そして、直線偏光レーザ光は、振動方向と２次元移動方向とが一致した場合、特段の加工性能を有するが、振動方向と２次元移動方向とがずれた場合は、一致した場合と比較して加工性能が劣るといった加工の異方性が生じる。一方、円偏光レーザ光は、２次元移動方向に対して振動幅が一定であるため、加工に異方性を生じることはないが、振動方向と２次元移動方向とが一致した場合の直線偏光レーザ光と比較して加工性能が劣る。

従来では、直線偏光レーザ光で加工に異方性を生じないレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載のレーザ加工装置は、全反射鏡および出力鏡からなるレーザ共振器と、レーザ共振器の光軸上に配置され偏光成分を選択する反射鏡からなる光学素子とを有して直線偏光レーザ光を発生し、光学素子および全反射鏡を一体としてレーザ光軸に対して回転可能に設け、被加工物の移動方向と直線偏光レーザ光の偏光方向とを一致させるように制御するものである。

特許文献２に記載のレーザ加工装置は、レーザ発振器から出射されるランダム偏光レーザ光を２つの直線偏光レーザ光に分割する偏光素子と、分割された２つの直線偏光レーザ光を進行方向が同一方向で偏光面を平行とする複数の全反射鏡と、偏光面が平行な２つの直線偏光レーザ光の回転対称の回転軸を中心に偏光素子および全反射鏡を一体で回転させる駆動手段とで構成されている。そして、集光レンズで集光された２つの直線偏光レーザ光の直線偏光方向をレーザ加工の加工方向と一致させるように制御する。

特開平４−３３９５８６号公報 特開平７−２６６０７１号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に記載のレーザ加工装置では、光学素子および全反射鏡を一体で回転させているため、これら光学素子と全反射鏡との位置関係を維持すると共に、回転中心を維持しつつ回転させる構造としなければならず、構造が複雑で部品点数が多くなることから、光軸調整に手間がかかると共に、製造コストが嵩む問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直線偏光レーザ光で異方性を生じない加工を、簡素な構成で実現することのできるレーザ加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ光を被加工物に照射して前記被加工物を加工するレーザ加工装置において、偏波面を直線に保持した直線偏光レーザ光を照射する偏波面保持ファイバが設けられた加工ヘッドと、前記偏波面保持ファイバから出射された直線偏光レーザ光が照射される前記被加工物を載置する加工テーブルと、直線偏光レーザ光の光軸に交差する二次元方向に、前記加工ヘッドと前記加工テーブルとを相対移動させる移動手段と、直線偏光レーザ光の光軸を中心に前記偏波面保持ファイバを回転させる回転手段と、前記移動手段の駆動に応じて前記回転手段を駆動し、前記加工ヘッドと前記加工テーブルとの相対的な移動方向に対して直線偏光レーザ光の偏光方向を一定に維持する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、加工方向と直線偏光レーザ光の偏光方向とが常に一定方向に保たれ、常に最適な状態で加工を行うことができる。この際、回転させるのは偏波面保持ファイバであるため、従来のように、直線偏光レーザ光とするための光学素子および全反射鏡を一体で回転させることで、構造を複雑として部品点数が多くなることはない。この結果、直線偏光レーザ光で異方性を生じない加工を、簡素な構成で実現できる。

図１は、本発明に係る実施の形態１のレーザ加工装置の概略図である。 図２は、図１で示すレーザ加工装置に適用される偏波面保持ファイバの概略断面図である。 図３は、図１で示すレーザ加工装置に適用される加工ヘッドの概略図である。 図４は、本発明に係る実施の形態２のレーザ加工装置の加工ヘッドの概略図である。 図５は、本発明に係る実施の形態３のレーザ加工装置の加工ヘッドの概略図である。 図６は、本発明に係る実施の形態４のレーザ加工装置のファイバ保持円筒の概略断面図である。 図７は、本発明に係る実施の形態５のレーザ加工装置のファイバ保持円筒の概略断面図である。 図８は、本発明に係る実施の形態６のレーザ加工装置の偏光方向検出手段を示す概略図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
レーザ加工装置は、図１に示すように、レーザ発振器１と、偏波面保持ファイバ２と、加工ヘッド３と、加工テーブル４と、制御手段５とを有している。

レーザ発振器１は、レーザ光を発生させるもので、本実施の形態では、電界の向きが全て同一方向に揃っている直線偏光レーザ光を発生させる。このレーザ発振器１の駆動は、制御手段５により制御される。

偏波面保持ファイバ２は、レーザ発振器１から発生される直線偏光レーザ光の電界の向きを保持しつつ伝送するものである。例えば、本実施の形態の偏波面保持ファイバ２は、図２に示すように、コア２１と、コア２１の周囲に、同心円上に形成されたクラッド２２と、クラッド２２内に設けられた２つの応力付与部２３とで構成されている。応力付与部２３は、円形断面をなし、クラッド２２内でコア２１を中心に対称配置されている。かかる偏波面保持ファイバ２は、２つの応力付与部２３の対称中心線上であってコア２１を通過する方向が偏光方向となる。なお、偏波面保持ファイバ２は、直線偏光レーザ光の電界の向きを保持しつつ伝送するものであればよく、上記構造に限定されるものではない。

加工ヘッド３は、レーザ発振器１から偏波面保持ファイバ２により伝送された直線偏光レーザ光を被加工物Ｗに照射するものであり、ファイバ保持部３１と、コリメータレンズ３２と、集光レンズ３３とを有している。ファイバ保持部３１は、図３に示す底板３１ａと、天板３１ｂと、側板３１ｃとで覆われた内部に、直線偏光レーザ光を出射する偏波面保持ファイバ２の先端側を保持するものである。偏波面保持ファイバ２から出射された直線偏光レーザ光は、ファイバ保持部３１の底板３１ａに設けられたレーザ出射窓３１ｄより加工ヘッド３の外に出力される。コリメータレンズ３２は、偏波面保持ファイバ２から出射されて拡散する直線偏光レーザ光を平行光とするものである。集光レンズ３３は、コリメータレンズ３２で平行光とされた直線偏光レーザ光を集光し、被加工物Ｗに向けて照射するものである。

加工ヘッド３は、回転手段６を備えている。回転手段６は、直線偏光レーザ光の光軸Ｒを中心に、偏波面保持ファイバ２を回転させるもので、図３に示すように、加工ヘッド３のファイバ保持部３１に配設され、回転支持部６１、回転駆動部６２、および回転伝達部６３により構成されている。

偏波面保持ファイバ２は、ファイバ保持円筒７に固定されている。ファイバ保持円筒７は、偏波面保持ファイバ２を円筒状の中心に挿通し、偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒを円筒状の中心に合わせた形態で固定するものである。

回転支持部６１は、ファイバ保持円筒７を支持するもので、ボールキャスタ６１ａ、下部ボールベアリング６１ｂ、および上部ボールベアリング６１ｃを有している。ボールキャスタ６１ａは、ファイバ保持部３１の底板３１ａの上面に固定され、ファイバ保持円筒７の底部に接触しつつ、ファイバ保持円筒７の底部を下から支持する。下部ボールベアリング６１ｂは、ファイバ保持部３１の底板３１ａの上面に固定され、ファイバ保持円筒７の下部の外周面に接触しつつ、ファイバ保持円筒７を円筒状の中心で回転可能に支持する。上部ボールベアリング６１ｃは、ファイバ保持部３１の天板３１ｂの下面に固定され、ファイバ保持円筒７の上部の外周面に接触しつつ、ファイバ保持円筒７を円筒状の中心で回転可能に支持する。すなわち、回転支持部６１は、偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒを規定しつつ固定するファイバ保持円筒７を、その円筒状の中心で回転するように支持し、ファイバ保持円筒７が回転したときに偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒの上下および左右の位置が移動しないように構成されている。

回転駆動部６２は、ファイバ保持部３１の底板３１ａの上面に固定されたサーボモータとして構成されている。回転駆動部６２から延出された回転軸６２ａは、その先端部がファイバ保持部３１の天板３１ｂの下面に固定された軸受６２ｂにより回転可能に支持されている。このため、回転駆動部６２は、その回転軸６２ａの軸心が、回転支持部６１により回転可能に支持された偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒと平行に配置される。この回転駆動部６２の駆動は、制御手段５により制御される。

回転伝達部６３は、回転駆動部６２の回転軸６２ａに設けられた駆動歯車６３ａと、ファイバ保持円筒７に設けられた従動歯車６３ｂとで構成されている。そして、駆動歯車６３ａと従動歯車６３ｂとは、互いに噛み合って設けられている。これにより、回転駆動部６２の駆動による回転軸６２ａの回転が、ファイバ保持円筒７に伝わる。この結果、偏波面保持ファイバ２は、その光軸Ｒを中心に回転される。

加工テーブル４は、加工ヘッド３の集光レンズ３３で集光された直線偏光レーザ光の集光点の位置に被加工物Ｗを載置し、かつ載置した被加工物Ｗを直線偏光レーザ光の光軸Ｒに直交（交差）する二次元方向に移動させるものである。加工テーブル４は、被加工物Ｗを二次元方向の移動させる移動手段８を備えている。

移動手段８は、図１に示すように、加工テーブル４をＸ方向に移動させるサーボモータ８１と、加工テーブル４をＹ方向に移動させるサーボモータ８２とを有している。この移動手段８におけるサーボモータ８１，８２の駆動は、制御手段５により制御される。すなわち、各サーボモータ８１，８２が駆動することで、加工テーブル４がＸ方向およびＹ方向の二次元方向に移動し、かかる加工テーブル４と共に被加工物Ｗが二次元方向に移動する。このように、被加工物Ｗを直線偏光レーザ光の集光点の位置に載置し、かつ被加工物Ｗを直線偏光レーザ光の光軸Ｒに直交する二次元方向に移動させることで、被加工物Ｗの加工（切断）を行うことができる。なお、直線偏光レーザ光は、被加工物Ｗに照射される集光点においても直線偏光が保たれている。

なお、図には明示しないが、移動手段８は、加工ヘッド３を被加工物Ｗに照射した直線偏光レーザ光の光軸Ｒに直交（交差）する二次元方向に移動させる構成であってもよい。すなわち、移動手段８は、加工ヘッド３と加工テーブル４とを、被加工物Ｗに照射した直線偏光レーザ光の光軸Ｒに直交（交差）する二次元方向に相対的に移動させるものであればよい。

制御手段５は、マイコンなどで構成され、レーザ発振器１、加工ヘッド３の回転手段６、および加工テーブル４の移動手段８を作動させるものである。すなわち、制御手段５は、レーザ発振器１、加工ヘッド３における回転手段６の回転駆動部６２、および加工テーブル４の移動手段８に接続されている。

制御手段５は、レーザ加工装置全体を制御するＮＣ制御手段として構成されていることが好ましい。制御手段５は、被加工物Ｗを加工するための加工情報が、ＲＡＭやＲＯＭなどからなる記憶部５１に予め記憶され、この加工情報に基づいてレーザ発振器１および移動手段８の駆動を制御する。特に、制御手段５は、加工テーブル４を移動させたときの被加工物Ｗへの加工方向に対し、被加工物Ｗに照射される直線偏光レーザ光の加工に最適な偏光方向の方向情報が記憶部５１に予め記憶されている。すなわち、制御手段５は、加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向（加工方向）に対して直線偏光レーザ光の偏光方向が加工に最適となるように、直線偏光レーザ光の偏光方向を判断し、回転駆動部６２の駆動を制御して偏波面保持ファイバ２を回転させる。そして、制御手段５は、加工に最適となる偏光方向となるように、加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向である被加工物Ｗの加工方向に対して偏光方向を一定に維持する。

ここで、加工に最適となる偏光方向としては、例えば、加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向（加工方向）に対して偏光方向を一致させる。加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向（加工方向）に対して直線偏光レーザ光の偏光方向を一致させるとは、被加工物Ｗに対して直線偏光レーザ光の集光点が直線的に移動する場合、その直線に直線偏光レーザ光の偏光方向を一致させることを意味する。また、被加工物Ｗに対して直線偏光レーザ光の集光点が曲線的に移動する場合、移動過程での曲線の接線に直線偏光レーザ光の偏光方向を一致させることを意味する。その他、加工に最適な偏光方向として、例えば、加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向（加工方向）に対して偏光方向を所定角度（好ましくは９０°）回転させてもよい。加工ヘッド３と加工テーブル４との相対的な移動方向（加工方向）に対して直線偏光レーザ光の偏光方向を所定角度（９０°）回転させるとは、被加工物Ｗに対して直線偏光レーザ光の集光点が直線的に移動する場合、その直線に直線偏光レーザ光の偏光方向を所定角度（９０°）回転させることを意味する。また、被加工物Ｗに対して直線偏光レーザ光の集光点が曲線的に移動する場合、移動過程での曲線の接線に直線偏光レーザ光の偏光方向を所定角度（９０°）回転させることを意味する。

このような構成のレーザ加工装置では、レーザ発振器１で発生した直線偏光レーザ光を、偏波面保持ファイバ２により伝送して加工ヘッド３から出射させ、加工テーブル４に載置した被加工物Ｗに照射させる。次に、加工ヘッド３と加工テーブル４とを直線偏光レーザ光の光軸Ｒに直交する二次元方向に相対移動させ、被加工物Ｗに対して直線偏光レーザ光の集光点の位置を移動させることで被加工物Ｗを加工（切断）する。そして、被加工物Ｗを加工する際、移動手段８の駆動に応じて回転手段６を駆動し、加工方向に対して直線偏光レーザ光の偏光方向を常に一定に維持する。

レーザ加工においては、加工方向と直線偏光レーザ光の偏光方向との関係により加工能力が大きく異なる。これは偏光方向の違いにより被加工物Ｗの材料への直線偏光レーザ光の吸収が異なるためである。このため、直線偏光レーザ光の偏光方向が固定された状態では、加工ヘッド３と加工テーブル４との二次元的な相対移動に伴い、加工性能に異方性が生じてしまう。

これに対し、本実施の形態のレーザ加工装置では、直線偏光レーザ光を偏波面保持ファイバで伝送し、この偏波面保持ファイバを加工ヘッド３と加工テーブル４との二次元的な相対移動に応じて回転させ、移動方向（加工方向）と偏光方向とを一定に維持させている。この結果、加工方向と直線偏光レーザ光の偏光方向とが常に一定方向に保たれ、常に最適な状態で加工を行うことができ、加工能力を安定させることが可能になる。

従来では、直線偏光レーザ光とするための光学素子および全反射鏡を一体で回転させているため、これら光学素子と全反射鏡との位置関係を維持すると共に、回転中心を維持しつつ回転させる構造としなければならず、構造が複雑で部品点数が多くなることから、光軸調整に手間がかかると共に、製造コストが嵩む問題がある。

この点、本実施の形態のレーザ加工装置によれば、回転させるのは偏波面保持ファイバ２であるため、直線偏光レーザ光で異方性を生じない加工を、簡素な構成で実現することが可能である。

なお、上述したレーザ加工装置は、加工ヘッド３と加工テーブル４とを二次元的に相対移動させる構成で説明したが、加工ヘッド３と加工テーブル４とを三次元的に相対移動させる構成において、直線偏光レーザ光の光軸Ｒに直交（交差）する二次元移動方向に対し、直線偏光レーザ光の偏光方向を一定に維持させるようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２のレーザ加工装置は、上述した実施の形態１のレーザ加工装置に対し、回転伝達部の構成だけが異なり、その他は同じ構成である。従って、以下に説明する実施の形態２では、回転伝達部のみ説明し、実施の形態１と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、回転伝達部６４は、回転駆動部６２の回転軸６２ａと、ファイバ保持円筒７とに、無端状のベルト６４ａを巻き付けて構成されている。これにより、回転駆動部６２の駆動による回転軸６２ａの回転が、ファイバ保持円筒７に伝わる。この結果、偏波面保持ファイバ２は、その光軸Ｒを中心に回転される。

なお、回転軸６２ａにプーリ６４ｂを設けると共に、ファイバ保持円筒７にプーリ６４ｃを設け、これらプーリ６４ｂ，６４ｃを介してベルト６４ａを巻き付けることで、ベルト６４ａの巻き付けを確実にし、回転の伝達を確実に行うことが可能である。また、図には明示しないが、ベルト６４ａの内側に、回転方向に並ぶ櫛刃状の歯を設けると共に、このベルト６４ａの歯に噛み合う歯を各プーリ６４ｂ，６４ｃの外周に設ければ、ベルト６４ａの巻き付けをより確実にし、回転の伝達をより確実に行うことが可能である。

実施の形態３．
実施の形態３のレーザ加工装置は、上述した実施の形態１および実施の形態２のレーザ加工装置に対し、回転手段の構成だけが異なり、その他は同じ構成である。従って、以下に説明する実施の形態３では、回転伝達部のみ説明し、実施の形態１および実施の形態２と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、回転手段９は、直線偏光レーザ光の光軸Ｒを中心に、偏波面保持ファイバ２を回転させるもので、加工ヘッド３のファイバ保持部３１に配設され、中空サーボモータとして中空部９１および中空部駆動部９２により構成されている。

中空部９１は、ファイバ保持円筒７を支持するもので、ファイバ保持円筒７を挿通するように円筒状に形成されている。中空部９１の下部には、中空部９１の中心部分を空けるように円筒の支持板９１ａが固定されている。ファイバ保持円筒７は、その底部が支持板９１ａの上面に当接され、支持板９１ａに対して固定ネジ９１ｂで固定されている。固定ネジ９１ｂにより固定されたファイバ保持円筒７は、その円筒状の中心である偏波面保持ファイバ２の光軸が、中空部９１における円筒状の中心と一致する。

中空部駆動部９２は、中空部９１の外周に設けられた円筒状に形成されている。中空部駆動部９２は、中空部９１の円筒状の中心で中空部９１を回転可能に支持する軸受機構と、中空部９１を回転駆動する駆動機構とを一体に有している。この中空部駆動部９２の駆動は、制御手段５により制御される。

この回転手段９は、中空部駆動部９２の駆動により、中空部９１が直接ファイバ保持円筒７を伴って回転する。この結果、偏波面保持ファイバ２は、その光軸Ｒを中心に回転される。

このように、中空サーボモータとしての回転手段９を採用することで、光軸Ｒ上に回転中心を有して偏波面保持ファイバ２を回転させる。このため、回転軸を別途備えて回転の伝達を行う構成では、回転の伝達時に伝達ロスが発生するおそれがあるが、この伝達ロスの発生を抑制することが可能である。しかも、軸受機構と駆動機構とが一体に構成されているので、回転手段９が配置される加工ヘッド３の小型化を図ることが可能である。

実施の形態４．
実施の形態４のレーザ加工装置は、上述した実施の形態１〜実施の形態３のレーザ加工装置におけるファイバ保持円筒の構成に特徴があり、その他は同じ構成である。従って、以下に説明する実施の形態４では、ファイバ保持円筒のみ説明する。

図６に示すように、ファイバ保持円筒７は、円筒状に形成された内側円筒７１および外側円筒７２を有している。内側円筒７１は、偏波面保持ファイバ２を挿通しつつ、その円筒形状の中心に偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒを一致させた形態で偏波面保持ファイバ２を固定するものである。外側円筒７２は、内側円筒７１の外径よりも大きな内径をもち、その内部に内側円筒７１を挿通し収容すると共に、回転手段６，９に固定されるものである。また、ファイバ保持円筒７は、位置決部７３を有している。位置決部７３は、外側円筒７２の上部および下部の外周の複数箇所（例えば、４箇所）に、中心に向けて貫通された上部ネジ孔７３ａおよび下部ネジ孔７３ｂと、この各ネジ孔７３ａ，７３ｂにねじ込まれる上部軸調整ネジ７３ｃおよび下部軸調整ネジ７３ｄとで構成されている。

そして、内側円筒７１は、外側円筒７２の上部ネジ孔７３ａにねじ込まれる上部軸調整ネジ７３ｃと、下部ネジ孔７３ｂにねじ込まれる下部軸調整ネジ７３ｄとにより、外側から挟み込まれるように外側円筒７２内に固定される。

ここで、偏波面保持ファイバ２は、内側円筒７１の中心に固定されているが、内側円筒７１を外側円筒７２に挿通して組み立てた時点では、内側円筒７１の下部にあらわれるファイバ端面の位置や光軸Ｒの位置が、回転手段６，９による回転中心に一致していない場合がある。この場合、偏波面保持ファイバ２を回転させてもファイバ端面から出射して被加工物Ｗに照射される直線偏光レーザ光の出力位置および出力方向が変化し、レーザ加工の精度が低下してしまう。そこで、実施の形態４のレーザ加工装置では、上部軸調整ネジ７３ｃや下部軸調整ネジ７３ｄを締めたり緩めたりして、外側円筒７２に固定される内側円筒７１の位置を調整することで、内側円筒７１に固定されている偏波面保持ファイバ２のファイバ端面の位置や光軸Ｒの位置を回転手段６，９による回転中心に一致させることが可能である。

このように、ファイバ保持円筒７は、内側円筒７１と、外側円筒７２と、位置決部７３とにより構成され、偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒを回転手段６，９による回転中心に一致させる光軸規定手段を備えている。

偏波面保持ファイバ２は、被加工物Ｗからの戻り光やファイバ端面の汚れにより焼損してしまうことがあり、交換が必要な部品である。従って、光軸規定手段を備えることにより、偏波面保持ファイバ２を交換した後でも、レーザ加工の精度を交換前と同様に保つことが可能である。

実施の形態５．
実施の形態５のレーザ加工装置は、上述した実施の形態４におけるファイバ保持円筒の位置決部の構成にさらなる特徴があり、その他は上述した実施の形態１〜実施の形態４のレーザ加工装置と同じ構成である。従って、以下に説明する実施の形態５では、ファイバ保持円筒の位置決部のみ説明し、実施の形態１〜実施の形態４と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、位置決部７３は、内側円筒７１の下部外周面が下方に向けて円錐形状に尖った内側くさび型部７３ｅと、外側円筒７２の下部内周面が下方に向けて円形のすり鉢形状に窄まった外側くさび型部７３ｆとを有している。内側くさび型部７３ｅは、内側円筒７１の中心であって、内側円筒７１に固定された偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒを回転対称の中心として形成されている。外側くさび型部７３ｆは、外側円筒７２の中心であって、回転手段６，９による回転中心を回転対称の中心として形成されている。

そして、内側円筒７１を外側円筒７２の上方から挿通することで、内側くさび型部７３ｅの尖った下部の外周面と、外側くさび型部７３ｆの窄まった下部の内周面とが互いに当接し、相互の回転対称の中心が一致する。これにより、ファイバ保持円筒７の下部において、内側円筒７１に固定されている偏波面保持ファイバ２のファイバ端面の位置や光軸Ｒの位置が回転手段６，９による回転中心に一致する。

また、内側くさび型部７３ｅの尖った下部の角度は、外側くさび型部７３ｆの窄まった下部の角度より小さく形成されている。さらに、内側くさび型部７３ｅの広がった上部の外径は、外側くさび型部７３ｆの広がった上部の内径よりも小さく形成されている。これにより、内側くさび型部７３ｅの尖った下部の外周面と、外側くさび型部７３ｆの窄まった下部の内周面とが、偏波面保持ファイバ２のファイバ端面の位置や光軸Ｒの位置と、回転手段６，９による回転中心とを一致させた形態で支点となり、内側円筒７１を外側円筒７２に対して傾けることが可能である。

そして、上部軸調整ネジ７３ｃを締めたり緩めたりして、外側円筒７２に固定される内側円筒７１の上部の位置を調整することで、ファイバ保持円筒７の下部と共に、ファイバ保持円筒７の上部において、内側円筒７１に固定されている偏波面保持ファイバ２のファイバ端面の位置や光軸Ｒの位置が回転手段６，９による回転中心に一致する。

このように、ファイバ保持円筒７は、内側円筒７１と、外側円筒７２と、位置決部７３（内側くさび型部７３ｅ，外側くさび型部７３ｆ，上部ネジ孔７３ａ，上部軸調整ネジ７３ｃ）とにより構成され、偏波面保持ファイバ２の光軸Ｒを回転手段６，９による回転中心に一致させる光軸規定手段を備えている。

実施の形態６．
実施の形態６のレーザ加工装置は、上述した実施の形態１〜実施の形態５のいずれか一つのレーザ加工装置に対し、偏光方向検出手段をさらに備え、その他は上述した実施の形態１〜実施の形態５のレーザ加工装置と同じ構成である。従って、以下に説明する実施の形態６では、偏光方向検出手段のみ説明し、実施の形態１〜実施の形態５と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、偏光方向検出手段１０は、ビームスプリッタ１０ａ、ブリュースタ窓１０ｂ、およびパワーメータ１０ｃにより構成されている。

ビームスプリッタ１０ａは、コリメータレンズ３２と集光レンズ３３との間で直線偏光レーザ光の平行光の光路上に配置されている。ビームスプリッタ１０ａは、加工に影響を及ぼさない程度の一部の直線偏光レーザ光を反射させる。なお、コリメータレンズ３２と集光レンズ３３との間へのビームスプリッタ１０ａの配置は、ビームスプリッタ１０ａにおけるパワー密度を低くするためであるが、加工に影響を及ぼさない程度であれば、直線偏光レーザ光の光路上のどの位置にビームスプリッタ１０ａを配置してもよい。

ブリュースタ窓１０ｂは、ビームスプリッタ１０ａで反射された直線偏光レーザ光の一部を透過させ、残りの直線偏光レーザ光を反射させるものである。ブリュースタ窓１０ｂにおける透過率と反射率とはブリュースタ窓１０ｂに入射する直線偏光レーザ光の偏光方向とブリュースタ窓１０ｂとの相対的な向きによって変化する。従って、ブリュースタ窓１０ｂに入射する直線偏光レーザ光の偏光方向が変わればブリュースタ窓１０ｂを透過する直線偏光レーザ光の出力も変化する。

パワーメータ１０ｃは、ブリュースタ窓１０ｂに透過された直線偏光レーザ光の出力をモニターするものである。これにより、ビームスプリッタ１０ａで反射されブリュースタ窓１０ｂを透過する直線偏光レーザ光の偏光方向を判断することが可能である。この結果、ビームスプリッタ１０ａを透過し被加工物Ｗに照射される直線偏光レーザ光の偏光方向を検出することができる。

パワーメータ１０ｃは、制御手段５に接続されている。制御手段５は、パワーメータ１０ｃからの出力に基づいて偏光方向を判断し、加工条件に対して最適となる偏光方向になるようファイバ保持円筒７（偏波面保持ファイバ２）の向きを調整する。

なお、ブリュースタ窓１０ｂで反射される直線偏光レーザ光は、ダンパー１０ｄによって吸収される。

このように、直線偏光レーザ光の偏光方向を常時モニターすることにより、常に偏波面保持ファイバ２から出射される直線偏光レーザ光の偏光方向を正確に把握できるので、高い加工精度を維持することが可能になる。しかも、直線偏光レーザ光の偏光方向を常時モニターすることにより、レーザ加工本装置の組み立て時や光軸Ｒの調整時に、偏波面保持ファイバ２の向きを記憶しておく必要がなくなるので、組み立て時や調整時の偏波面保持ファイバ２の方向調整が不要になり、かつ組み立て公差による偏波面保持ファイバ２の向きのずれに対しても再調整が不要になる。

なお、パワーメータ１０ｃによる直線偏光レーザ光の出力は、ブリュースタ窓１０ｂの反射側で計測してもよい。その場合、ダンパー１０ｄは、ブリュースタ窓１０ｂの透過側に配置されることになる。

また、直線偏光レーザ光の出力をモニターするものであれば、パワーメータ１０ｃの他に、ＰＩＮフォトダイオードやＣＣＤなどを適用することも可能である。また、偏光方向により透過率と反射率とが変化する素子として、ブリュースタ窓１０ｂの他に、偏光子や回折格子を適用することも可能である。

実施の形態７．
実施の形態７のレーザ加工装置は、上述した実施の形態１〜実施の形態６のいずれか一つのレーザ加工装置に対し、回転数検出手段をさらに備え、その他は上述した実施の形態１〜実施の形態６のレーザ加工装置と同じ構成である。従って、以下に説明する実施の形態７では、回転数検出手段のみ説明し、実施の形態１〜実施の形態６と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

回転数検出手段は、ファイバ保持円筒７（偏波面保持ファイバ２）の回転数を検出するものであり、本実施の形態では、制御手段５において、偏波面保持ファイバ２を回転させる回転手段６，９への制御信号に基づいて偏波面保持ファイバ２の回転数を記憶部５１に記憶している。

また、制御手段５は、偏波面保持ファイバ２のねじれの限界となる限界回転数が記憶部５１に予め記憶されている。そして、制御手段５は、回転数検出手段により検出された回転数に基づき、偏波面保持ファイバ２が破断しないように、ファイバ保持円筒７（偏波面保持ファイバ２）の回転数を予め記憶された限界回転数以下に抑制する。

ファイバ保持円筒７（偏波面保持ファイバ２）の回転数を限界回転数以下に抑制する制御としては、例えば、加工停止時は、偏波面保持ファイバ２の回転数が限界回転数となる以前に、回転手段６，９を駆動して回転数が減る方向にファイバ保持円筒７（偏波面保持ファイバ２）を回転させる。また、加工中では、レーザ発振器１、回転手段６，９、移動手段８の駆動を停止して加工を一旦停止し、回転手段６，９を駆動して回転数が減る方向にファイバ保持円筒７（偏波面保持ファイバ２）を回転させた後、再びレーザ発振器１、回転手段６，９、移動手段８を駆動して加工を行う。

偏波面保持ファイバ２は、許容限界を超えるねじれによって破断するおそれがある。この点、実施の形態７のレーザ加工装置では、偏波面保持ファイバ２の回転数を限界回転数以下に抑制することで、偏波面保持ファイバ２の破断を抑えることが可能になる。

以上のように、本発明に係るレーザ加工装置は、直線偏光レーザ光で異方性を生じない加工を、簡素な構成で実現することに適している。

１ レーザ発振器
２ 偏波面保持ファイバ
３ 加工ヘッド
３１ ファイバ保持部
３２ コリメータレンズ
３３ 集光レンズ
４ 加工テーブル
５ 制御手段
５１ 記憶部
６ 回転手段
６１ 回転支持部
６１ａ ボールキャスタ
６１ｂ 下部ボールベアリング
６１ｃ 上部ボールベアリング
６２ 回転駆動部
６２ａ 回転軸
６２ｂ 軸受
６３ 回転伝達部
６３ａ 駆動歯車
６３ｂ 従動歯車
６４ 回転伝達部
６４ａ ベルト
６４ｂ，６４ｃ プーリ
７ ファイバ保持円筒
７１ 内側円筒
７２ 外側円筒
７３ 位置決部
７３ａ 上部ネジ孔
７３ｂ 下部ネジ孔
７３ｃ 上部軸調整ネジ
７３ｄ 下部軸調整ネジ
７３ｅ 内側くさび型部
７３ｆ 外側くさび型部
８ 移動手段
８１，８２ サーボモータ
９ 回転手段
９１ 中空部
９１ａ 支持板
９１ｂ 固定ネジ
９２ 中空部駆動部
１０ 偏光方向検出手段
１０ａ ビームスプリッタ
１０ｂ ブリュースタ窓
１０ｃ パワーメータ
１０ｄ ダンパー
Ｒ 光軸
Ｗ 被加工物

Claims (8)

1. レーザ光を被加工物に照射して前記被加工物を加工するレーザ加工装置において、
   偏波面を直線に保持した直線偏光レーザ光を照射する偏波面保持ファイバが設けられた加工ヘッドと、
   前記偏波面保持ファイバから出射された直線偏光レーザ光が照射される前記被加工物を載置する加工テーブルと、
   直線偏光レーザ光の光軸に交差する二次元方向に、前記加工ヘッドと前記加工テーブルとを相対移動させる移動手段と、
   直線偏光レーザ光の光軸を中心に前記偏波面保持ファイバを回転させる回転手段と、
   前記移動手段の駆動に応じて前記回転手段を駆動し、前記加工ヘッドと前記加工テーブルとの相対的な移動方向に対して直線偏光レーザ光の偏光方向を一定に維持する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記制御手段は、予め記憶された被加工物の加工情報に基づいて、前記移動手段および前記回転手段の駆動を制御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。
3. 前記回転手段は、
   前記偏波面保持ファイバを回転可能に支持する回転支持部と、
   回転出力軸に回転を生じさせる回転駆動部と、
   前記回転駆動部の回転出力軸の回転を前記偏波面保持ファイバに伝える回転伝達部と、
   により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記回転手段は、
   前記偏波面保持ファイバを挿通して支持する中空部と、
   前記中空部の外周に設けられ、前記偏波面保持ファイバを伴って前記中空部を回転させる中空回転駆動部と、
   により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
5. 前記偏波面保持ファイバを挿通し固定する内側円筒と、
   前記内側円筒を収容すると共に前記回転手段に固定される外側円筒と、
   前記外側円筒内で前記内側円筒の位置を直線偏光レーザ光の光軸に交差する方向に移動させると共に、前記外側円筒内に前記内側円筒を固定する位置決部と、
   により構成され、前記偏波面保持ファイバから出射される直線偏光レーザ光の光軸を前記回転手段による回転中心に一致させる光軸規定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
6. 前記位置決部は、前記内側円筒の外周面と、前記外側円筒の内周面との当接により、前記外側円筒への前記内側円筒の挿通に伴って、前記偏波面保持ファイバから出射される直線偏光レーザ光の光軸を前記回転手段による回転中心に一致させることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記偏波面保持ファイバから被加工物に至り照射される直線偏光レーザ光の一部を入力して偏光方向を検出する偏光方向検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記偏光方向検出手段により検出された偏光方向に基づいて、前記回転手段の駆動を補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
8. 前記偏波面保持ファイバの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記回転数検出手段により検出された回転数に基づいて、前記偏波面保持ファイバの回転数を予め記憶された限界回転数以下に抑制することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。

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