JP2012218054A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの回動軸を支持する軸受の偏摩耗に起因する加工精度の低下を極力抑えることができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】コントローラは入力した印字データを基に座標データを作成し、座標データをガルバノ駆動データとしてヘッドユニットに送信してガルバノスキャナを制御する。このとき座標データを使用座標データとしてメモリに記憶する。非印字時期（例えば電源投入時）になると、使用座標データをメモリから読み出す（Ｓ１１）。使用座標データを基にガルバノミラーの回動軸を支持するボールベアリングを構成するボールの転動接触していない未使用領域データ（転動接触回数を度数とする度数分布曲線データ）を作成する（Ｓ１２）。そして、未使用領域を基にリフレッシュ用のガルバノ駆動データを作成し（Ｓ２３）、ガルバノ駆動データを基にガルバノモータを駆動させるリフレッシュ動作を行う（Ｓ２４）。
【選択図】図１２

Description

本発明は、加工対象物に照射するレーザ光をガルバノスキャナで走査するレーザ加工装置に関する。

この種のレーザ加工装置では、レーザ光源から出射されたレーザ光の方向を変更して加工対象物の被加工面に対するレーザ光の照射位置を走査させるガルバノスキャナが、レーザ光源と集光レンズ間の光路の途中に設けられている（例えば特許文献１）。

ガルバノスキャナは、通常、ガルバノミラーの回動軸はガルバノモータに設けられたボールベアリング等の軸受を介して回動可能に支持されている。
例えば特許文献１では、電圧発生装置から出力される駆動電圧の電圧波形の電圧降下カーブを電圧上昇カーブよりも急峻にすることで、ガルバノミラー（振動ミラー）の回動軸を支持するベアリングの回動軸に当接される位置を周期ごとに変化させ、ベアリングの局所磨耗を防止する光走査装置が開示されている。

また、特許文献２には、ミラーを双方向に交互に振らせて光を走査するガルバノミラー装置において、測定時よりも非測定時の方がミラーの揺動角が大きくなるように、かつ、揺動周期が長くなるように制御する光学顕微鏡におけるガルバノミラー装置が開示されている。

さらに特許文献３には、電源投入後、ガルバノスキャナを温度が安定するまで加工開始前に駆動させるエージングを行うレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、加工開始前に、ガルバノミラーをエージング動作として加工時の最大角度範囲で往復動させている。

特開平９−８０３４９号公報 特開平８−３３４７２４号公報 特開２００８−２９６２５８号公報 特開２００８−１５００４号公報

ところで、ガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置においては、ショートベクトルで構成される小文字や２次元コードなどを印字する場合、ガルバノミラーは最大回動角度範囲のうち比較的狭い特定角度範囲を繰り返し使用することになる。この特定角度範囲での使用が長期間続くと、ガルバノモータのベアリング（転動軸受）を構成する内輪（インナーレース）と外輪（アウターレース）との間に介在するボール（転動体）が、内輪及び外輪の各内周面（被転動面）に対して、その外周面上の一部の極狭い範囲で集中的に繰り返し転動接触することになる。このため、ボールが偏摩耗したり、内輪と外輪の各内周面が偏摩耗したりする。ボールや内輪及び外輪が偏摩耗すると、ガルバノミラーの回転運動がスムーズでなくなり、加工対象物に加工（印字）される文字や図形が変形するという問題がある。

特許文献１では、駆動電圧の電圧波形の電圧降下カーブを電圧上昇カーブよりも急峻にすることで、ガルバノミラー（振動ミラー）の回動軸を支持するベアリングの回動軸に当接される位置を周期ごとに変化させるが、制御が複雑になるうえ、この特異な制御が加工中に行われるので、加工精度に影響する恐れがある。

また、特許文献２では、測定時よりも非測定時の方がミラーの揺動角を大きくし、また特許文献３では、非加工時（電源投入後の加工開始前）にガルバノミラーを最大角度範囲で往復動させる。このため、測定時や加工時に過度に摩耗した部分以外の部分の摩耗も進めることができる。しかし、過度に摩耗した部分も同様に摩耗が進むので、偏摩耗を抑制する効果はほとんど期待できない。

なお、特許文献４には、ガルバノミラーの軸受に流体軸受を用いるレーザ加工装置も開示されているが、流体の供給及び制御をする流体制御系の装置が必要になるため、レーザ加工装置の大型化及びコスト高を招くという問題がある。このため、ガルバノミラーの回動軸の軸受としてボールベアリング等の転動軸受を使用する構成において、転動体やレースの偏摩耗に起因するレーザ加工精度の低下を極力抑えたいという要望がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ミラーの回動軸を支持する軸受の偏摩耗に起因する加工精度の低下を極力抑えることができるレーザ加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーザ光源からのレーザ光を照射して加工対象物に加工を施すレーザ加工装置であって、前記レーザ光源からのレーザ光の方向を変更して加工対象物に対するレーザ光の照射位置を走査させるガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナを制御して加工のための走査を行わせる第１の制御手段とを備え、前記ガルバノスキャナは、レーザ光を反射させるミラーと、当該ミラーの回動軸を回動させるガルバノ動力源とを備え、前記ガルバノ動力源は、前記ミラーの回動軸を支持するとともに前記回動軸の回動に伴って被転動面上を転動する複数の転動体を有する転動軸受を有し、前記レーザ加工装置の加工過程における前記ミラーの回動履歴情報を取得する履歴情報取得手段と、前記ミラーの回動履歴情報に基づき前記転動体の転動面のうち又は前記被転動面のうち前記加工過程の前記ミラーの回動によって前記転動体が転動接触しなかった回数の位置毎の分布であって前記回数を度数とする度数分布で示される非接触分布を求める演算手段と、前記レーザ加工装置の非加工期間に、前記非接触分布に基づく回動範囲及び回動回数で前記ミラーを回動させるリフレッシュ動作を行うように前記ガルバノ動力源を駆動制御する第２の制御手段と、を備えたことを要旨とする。

この構成によれば、履歴情報取得手段が、レーザ加工装置の加工過程、すなわち第１の制御手段により加工のためのガルバノスキャナの走査が行われたときのミラーの回動履歴情報を取得する。そして、演算手段は、転動体の転動面のうち又は被転動面のうち加工過程のミラーの回動によって転動体が転動接触しなかった回数の位置毎の分布であって回数を度数とする度数分布を示す非接触分布を求める。第２の制御手段は、レーザ加工装置の非加工期間に、非接触分布に基づく回動範囲及び回動回数でミラーを回動させるリフレッシュ動作を行うようにガルバノ動力源を駆動制御する。このため、転動軸受の偏摩耗が小さく抑えられる。よって、ミラーの回動軸を支持する転動軸受の偏摩耗に起因する加工精度の低下を極力抑えることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記演算手段は、前記回動履歴情報に基づき、前記転動面のうち又は前記被転動面のうち前記転動体が転動接触した回数の位置毎の分布であって前記回数を度数とする度数分布で示される接触分布を求め、前記接触分布に基づき、当該接触分布における最大回数の位置と同じ摩耗度合とするために必要な転動接触の回数を度数とする度数分布で示される前記非接触分布を求めることが好ましい。

この構成によれば、演算手段は、回動履歴情報に基づき、転動面のうち又は前記被転動面のうち転動体が転動接触した位置及び回数の分布であって回数を度数とする度数分布で示される接触分布を求める。そして、演算手段は、接触分布に基づき、接触分布における最大回数の位置と同じ摩耗度合とするために必要な転動接触の回数を度数とする度数分布で示される前記非接触分布を求める。このため、第２の制御手段がガルバノ動力源を駆動させたときに、転動接触回数の最大値（最大回数）の位置と同じ摩耗度合とするために必要な転動接触回数を補うことができるので、転動軸受の使用範囲の全域で摩耗の程度をほぼ均一にすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のレーザ加工装置において、前記演算手段は、前記接触分布における回数の最大値と当該接触分布上の各位置の回数との差分に基づき前記非接触分布を求めることが好ましい。

この構成によれば、演算手段は、接触分布における回数の最大値と接触分布上の各位置の回数との差分に基づき非接触分布を求める。このため、第２の制御手段がガルバノ動力源を駆動させたときに、転動接触回数の最大値に対して不足した転動接触回数を各位置で補うことができるので、転動軸受の使用範囲の全域で摩耗の程度をほぼ均一にすることができる。また、転動接触回数の最大値に対して不足した転動接触回数を補うため、余分に摩耗してしまうことを回避しやすい。

請求項４に記載の発明では、請求項２又は３に記載のレーザ加工装置において、前記第１の制御手段は、加工データから生成した座標データを基に前記ガルバノ動力源を制御する構成であり、前記履歴情報取得手段は、前記第１の制御手段が生成した前記座標データを加工回数個分含む使用座標データを前記回動履歴情報として取得する構成であり、前記演算手段は、前記使用座標データに基づき、前記位置が座標で示された前記度数分布として前記接触分布を求め、当該接触分布に基づき、回数の座標毎の分布であって回数を度数とする度数分布で示される前記非接触分布を求めることが好ましい。

この構成によれば、履歴情報取得手段は、第１の制御手段が生成した座標データを加工回数個分含む使用座標データを回動履歴情報として取得する。演算手段は、使用座標データに基づき、位置が座標で示された度数分布として接触分布を求め、この接触分布に基づき、回数の座標毎の分布であって回数を度数とする度数分布で示される非接触分布を求める。このため、第１の制御手段が加工用に生成した座標データを利用できるうえ、非接触分布も回数の座標毎の分布で示されるので、第２の制御手段は非接触分布に座標に変換する処理を加えなくても、非接触分布に基づきガルバノ動力源を制御することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項２に記載のレーザ加工装置において、前記ミラーの回動角を検出する角度検出手段を備え、前記履歴情報取得手段は、前記角度検出手段が加工過程で検出した回動角の履歴を示す回動角履歴情報を前記回動履歴情報として取得し、前記演算手段は、前記回動角履歴情報を基に、前記回動角と回数の分布であって前記回数を度数とする度数分布で示される前記接触分布を求め、当該接触分布を基に、前記非接触分布を求めるとともに、当該非接触分布における回動角を座標に変換することが好ましい。

この構成によれば、履歴情報取得手段により、角度検出手段が加工過程で検出した回動角の履歴を示す回動角履歴情報が回動履歴情報として取得される。そして、演算手段は、回動角履歴情報を基に、回動角と回数の分布であって回数を度数とする度数分布で示される接触分布を求め、この接触分布を基に、非接触分布を求めるとともに、この非接触分布における回動角を座標に変換する。このため、角度検出手段の検出結果を回動角履歴情報として使用し、回動角履歴情報に基づき生成した非接触分布に基づき、第２の制御手段はガルバノ動力源を駆動制御することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記第２の制御手段が前記ガルバノ動力源を駆動させる前記リフレッシュ動作が必要であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記リフレッシュ動作が必要であると判定されると、その判定結果を報知する報知手段と、前記リフレッシュ動作を行わせる指示を与える操作手段と、前記第２の制御手段は、前記操作手段から前記指示が与えられると、前記ガルバノ動力源を駆動して前記リフレッシュ動作を行わせることが好ましい。

この構成によれば、判定手段により、第２の制御手段がガルバノ動力源を駆動させるリフレッシュ動作が必要であるか否かが判定される。判定手段によりリフレッシュ動作が必要であると判定されると、その判定結果は報知手段により報知される。そして、操作手段の操作によりリフレッシュ動作を行わせる指示が与えられると、第２の制御手段は、ガルバノ動力源を駆動してリフレッシュ動作を行わせる。このため、リフレッシュ動作が必要な時期を報知により知ることができるうえ、リフレッシュ動作を行わせるか否かを選択することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記第１の制御手段は、入力した走査速度に基づき前記ガルバノ動力源の駆動速度を制御する構成であり、前記演算手段は、前記ミラーの回動履歴情報と前記走査速度に基づき前記加工過程の前記ミラーの回動によって前記転動体が転動接触しなかった前記回数と前記走査速度とを基に規定される負荷量の位置毎の分布であって、前記負荷量を度数とする度数分布で示される負荷分布を求め、当該負荷分布における負荷量とリフレッシュ動作時の走査速度とを基に、前記回数の位置毎の分布である前記非接触分布を求めることが好ましい。

この構成によれば、ミラーの回動履歴情報と走査速度とに基づき加工過程のミラーの回動によって転動体が転動接触しなかった回数と走査速度とを基に規定される負荷量の位置毎の分布である負荷分布を求め、負荷分布における負荷量とリフレッシュ動作時の走査速度とを基に、回数の位置毎の分布である非接触分布が求められる。そして、第２の制御手段によって、非接触分布に基づく回動範囲及び回動回数で、ミラーを回動させるリフレッシュ動作が行われる。このようにリフレッシュ時の走査速度と負荷量とに基づき、ミラーを回動範囲で往復回動させる際の適切な回動回数を決めることが可能になるので、転動軸受の偏摩耗を一層小さく抑えることができる。

請求項８に記載の発明では、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記ガルバノ動力源が交換時期に達したことを検出する検出手段と、前記検出手段が前記交換時期に達したことを検出すると、交換を促す旨を報知する報知手段とを備えることが好ましい。

この構成によれば、検出手段によりガルバノ動力源が交換時期に達したことが検出されると、報知手段によってガルバノ動力源の交換を促す旨が報知される。よって、ガルバノ動力源を適切な時期に交換できる。

本発明によれば、ミラーの回動軸を支持する軸受の偏摩耗に起因する加工精度の低下を極力抑えることができる。

第１実施形態におけるレーザマーキング装置の概略構成を示す斜視図。 レーザマーキング装置の概略構成を示すブロック図。 ガルバノスキャナにおけるミラーの回動可能範囲を説明する模式正面図。 ボールベアリングの模式正面図。 ボールの使用領域及び未使用領域を説明する模式図。 内輪及び外輪の使用領域及び未使用領域を説明する模式図。 使用座標データを説明するグラフ。 通過回数の度数分布で表される使用領域を示すグラフ。 使用領域から未使用領域の求め方を説明するグラフ。 通過回数の度数分布で表される未使用領域を示すグラフ。 印字動作ルーチンを示すフローチャート。 電源投入時リフレッシュ動作ルーチンを示すフローチャート。 シャットダウン時リフレッシュ動作ルーチンを示すフローチャート。 手動モード時のリフレッシュ動作ルーチンを示すフローチャート。 第２実施形態における負荷量の度数分布で表される使用領域を示すグラフ。 負荷量の度数分布で表される未使用領域を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、本発明をレーザマーキング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。

図１に示すように、レーザ加工装置としてのレーザマーキング装置１は、レーザ光Ｌを出射するヘッドユニット２（マーカヘッド）と、ヘッドユニット２と電力ケーブル３及び信号ケーブル４を介して接続されるコントローラ５とを備えている。また、コントローラ５には電気ケーブル６を介してコンソール７が接続されている。ヘッドユニット２は、略直方体形状の本体部１１の下面に、レーザ光Ｌを出射させるために形成された窓部８が、加工対象物Ｗの被加工面Ｗａ（マーキング面）と対向する状態で設置されている。なお、コンソール７に替えてモニタとマウスをコントローラ５に接続することもできる。

レーザマーキング装置１は、例えば搬送ベルト９により搬送される加工対象物Ｗの被加工面Ｗａにレーザ光Ｌを照射することにより、その照射されたレーザ光の高エネルギーによって被加工面Ｗａ上に所望の文字、図形、記号等（以下、文字等という）をマーキング（印字）する。なお、図１において二点鎖線で示す四角領域が、レーザ光Ｌによる印字が可能な最大範囲Ａmax（レーザ光照射可能範囲）となる。

コンソール７は表示部７ａを備え、加工条件を含む設定情報の入力や印字データの選択に用いられる。コントローラ５は、コンソール７から入力された設定情報中の電力設定値に応じた電力を電力ケーブル３を通じてヘッドユニット２へ供給する。また、コントローラ５は、設定情報に基づく各種の制御信号、及び選択された印字データを基に生成した座標データＣＤ（Ｘ・Ｙ座標データ）を、信号ケーブル４を通じてヘッドユニット２へ送信する。座標データＣＤとは、印字される文字等をＸ，Ｙ座標で表したデータである。そして、ヘッドユニット２は、座標データＣＤに基づいて加工対象物Ｗの被加工面Ｗａに照射するレーザ光Ｌの照射位置をＸ方向及びＹ方向に走査して、被加工面Ｗａにレーザ加工による印字を施す。

次に、レーザマーキング装置１の詳細な構成を説明する。
図２に示すように、コンソール７の表示部７ａでは、コントローラ５内のメモリ１９に記憶された印字データＰＤに基づく文字等（同図の例では文字列「ＡＢＣＤ」）を表示エリア１６に表示させることができる。表示部７ａは例えばタッチパネル式であって、その画面上に表示された各種の操作ボタン１７を操作することで、印字データの選択、文字等の印字サイズや印字位置などの設定、及び走査速度や電力設定値などを含む加工条件の設定が可能である。コントローラ５は、制御ユニット１８と前述のメモリ１９を内蔵し、コンソール７で入力された設定情報や印字データＰＤの選択情報をメモリ１９に一時記憶する。こうして設定終了後、ユーザーが操作ボタン１７を操作して印字開始の指示を与えると、コントローラ５は設定された設定情報及び選択された印字データＰＤに基づき印字動作を開始する。

制御ユニット１８は、メモリ１９に予め記憶されたプログラムを実行するコンピュータを備える。図２に示すように、制御ユニット１８は、コンピュータがプログラムを実行することにより構築される各部２０〜２７を備える。すなわち、制御ユニット１８は、主制御部２０、第１データ生成部２１、第２データ生成部２２、第３データ生成部２３、リフレッシュ制御部２４、判定部２５、検出部２６及び報知部２７などを備えている。

主制御部２０は、コントローラ５が行う印字制御をはじめとする各種の処理や制御を統括制御する。コントローラ５の筐体には、電源のオン・オフを操作する電源スイッチ５ａが設けられている。コントローラ５の停止状態の下で電源スイッチ５ａが操作されて電源が投入されると、主制御部２０はコントローラ５を起動させ、一方、コントローラ５の起動状態の下で電源スイッチ５ａが操作されると、主制御部２０はコントローラ５をシャットダウンさせる。

第１データ生成部２１は、メモリ１９から作業者により印字すべく選択された印字データＰＤを読み出し、その読み出した印字データＰＤを座標データＣＤに変換する。これは、ヘッドユニット２がレーザ光Ｌの走査制御に用いるデータ形式が座標データＣＤだからである。本実施形態では、ガルバノスキャナ３３を駆動させるためにヘッドユニット２へ送るべきこの座標データＣＤを、ガルバノ駆動データＧＤと呼ぶ場合もある。印字動作を司る主制御部２０は、設定情報に応じた制御信号及びガルバノ駆動データＧＤ（座標データ）をヘッドユニット２に送信する。このとき、主制御部２０は、ガルバノ駆動データＧＤを、設定された走査速度に応じた時間間隔（周期）でヘッドユニット２に送信することで、ガルバノスキャナ３３による走査速度を制御する。また、第１データ生成部２１は、印字動作のために生成した座標データＣＤを逐次メモリ１９に記憶することで、印字回数分の座標データＣＤからなる使用座標データＵＤをメモリ１９に保存する。本実施形態では、印字回数分の座標データＣＤからなる使用座標データＵＤが、回動履歴情報に相当する。なお、各部２２〜２７の構成及び機能については後述する。

次にヘッドユニット２の概略構成を説明する。
ヘッドユニット２の筐体をなすハウジング２ａ内には、制御回路３０、レーザ光源としてのレーザ発振器３１、ビームエキスパンダ３２、ガルバノスキャナ３３（走査ユニット）及び集光レンズ３４が設けられている。ガルバノスキャナ３３は、本実施形態では、２軸ガルバノスキャナであり、Ｘ方向の走査を行う第１スキャナ３５と、Ｙ方向の走査を行う第２スキャナ３６とを備える。

図２に示す制御回路３０は、コントローラ５から入力した電力をヘッドユニット２内の各電気系部品に必要に応じて電力値を変換して供給する。また、制御回路３０は、コントローラ５から入力した制御信号及びガルバノ駆動データＧＤを入力する。制御回路３０は、第１スキャナ３５を制御する第１スキャナ制御部４１と、第２スキャナ３６を制御する第２スキャナ制御部４２と、レーザ発振器３１を制御するレーザ制御部４３とを備えている。

第１スキャナ制御部４１は第１駆動回路４４を介して第１スキャナ３５を制御し、第２スキャナ制御部４２は第２駆動回路４５を介して第２スキャナ３６を制御する。また、レーザ制御部４３は、レーザ発振器３１を制御し、例えばレーザ発振器３１に電力設定値に応じた電力を供給する。

図２に示すように、レーザ発振器３１は、ヘッドユニット２のハウジング２ａ内における長手方向に窓部８と反対側（図２における右側）となる位置に配置されている。レーザ発振器３１の後段（図２における左側）には、レーザ発振器３１からのレーザ光Ｌのビーム径を拡大するビームエキスパンダ３２が配置されている。さらに、ビームエキスパンダ３２の後段にはガルバノスキャナ３３が配置されている。ガルバノスキャナ３３は、ビームエキスパンダ３２からのレーザ光を光偏向させることにより、ハウジング２ａのベース板２ｂが有する孔よりなる窓部８から出射されるレーザ光を、Ｘ方向及びＹ方向に走査する機能を有する。ガルバノスキャナ３３を構成する第１スキャナは３５は、第１ガルバノモータ４６（ガルバノメータ）と、その回動軸に固定されたミラーとしての第１ガルバノミラー４６ａ（Ｘ軸ミラー）とを備える。また、ガルバノスキャナ３３を構成する第２スキャナ３６は、第２ガルバノモータ４７（ガルバノメータ）と、その回動軸に固定されたミラーとしての第２ガルバノミラー４７ａ（Ｙ軸ミラー）とを備える。各ガルバノミラー４６ａ，４７ａは各ガルバノモータ４６，４７が駆動されることにより所定角度範囲を回動する。ビームエキスパンダ３２からのレーザ光Ｌが、第２ガルバノミラー４７ａ、第１ガルバノミラー４６ａに順次反射することでレーザ光Ｌの方向が変更されることにより光偏向される。そして、ガルバノスキャナ３３により光偏向されたレーザ光Ｌは、窓部８に相対して位置する集光レンズ３４を通って集光され、被加工面Ｗａに小さなスポットで照射される。なお、集光レンズ３４は例えばｆθレンズで構成される。

レーザ発振器３１は、その光軸がハウジング２ａの長手方向と平行になる向きに配置されている。レーザ発振器３１は、ガス炭酸ガスレーザなどの気体ガスレーザ、ＹＡＧレーザなどの固体レーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ、金属レーザ、色素レーザを備えるタイプのものである。

図２に示すように、レーザ発振器３１はレーザ発振管３１ａを内蔵する。レーザ発振管３１ａは、例えば励起光源、レーザ媒体、光共振器（光増幅器）を備えた公知の構成のものである。レーザ発振管３１ａにレーザ制御部４３から電力が供給されると、励起光源が点灯し、その点灯した光のうち特定波長の励起光によってレーザ媒質が励起されて誘導放出光を発生する。そして、この誘導放出光が光共振器を構成する全反射ミラーと出力ミラー（部分透過ミラー）との間を多重反射してレーザ発振することにより、出力ミラーの外側へ出た一部のレーザ光が、光出射口３１ｂから出射される。このときレーザ光はレーザ発振器３１に供給される電力が大きいほど高エネルギーとなる。また、レーザ制御部４３は、座標データＣＤに基づきレーザ発振管３１ａをオン／オフ制御し、印字される文字等に応じたレーザ光Ｌのパルスをレーザ発振器３１に発生させる。

図２に示すように、ビームエキスパンダ３２は、レーザ発振器３１の光出射口３１ｂと光軸を一致させた状態で配置され、レーザ発振器３１からのレーザ光のビーム径を拡大する機能を有する。詳しくは、ビームエキスパンダ３２は、鏡胴５０内に光軸方向に所定の距離を隔して配置された拡大レンズ５１と収束レンズ５２（コリノメータレンズ）とを備える。拡大レンズ５１はレーザ光Ｌのビーム径を拡大し、収束レンズ５２は拡大されたレーザ光Ｌを平行光にする。ビームエキスパンダ３２が拡大したレーザ光Ｌは、その後段（図２では左側）に位置するガルバノスキャナ３３に入射される。なお、ビームエキスパンダ３２とガルバノスキャナ３３との間には、操作部（図示せず）の操作で機械的に開閉駆動されるシャッタ５３（図２で二点鎖線で示す）が設けられている。

ガルバノスキャナ３３は、二軸式ガルバノスキャナであって、Ｘ方向に走査位置を制御するための第１スキャナ３５と、Ｙ方向に走査位置を制御するための第２スキャナ３６とを備える。第１スキャナ３５は、第１ガルバノモータ４６と、その回動軸に固定された第１ガルバノミラー４６ａとを備える。また、第２スキャナ３６は、第２ガルバノモータ４７と、その回動軸に固定された第２ガルバノミラー４７ａとを備える。第１ガルバノモータ４６の端部には第１ガルバノミラー４６ａの回動角を検出する角度検出器５５が設けられ、第２ガルバノモータ４７の端部には第２ガルバノミラー４７ａの回動角を検出する角度検出器５６が設けられている。角度検出器５５，５６には例えばロータリエンコーダが用いられる。

第１スキャナ制御部４１は、ガルバノ駆動データＧＤのうちのＸ座標データに基づくデューティ指令値を第１駆動回路４４に出力して第１駆動回路４４から第１ガルバノモータ４６に供給される電流の値及び向きを制御することにより、第１ガルバノモータ４６を駆動制御する。また、第２スキャナ制御部４２は、ガルバノ駆動データＧＤのうちのＹ座標データに基づくデューティ指令値を第２駆動回路４５に出力して第２駆動回路４５から第２ガルバノモータ４７に供給される電流の値及び向きを制御することにより第２ガルバノモータ４７を駆動制御する。このとき、第１スキャナ制御部４１には角度検出器５５の角度検出信号θｘが入力され、第２スキャナ制御部４２には角度検出器５６の角度検出信号θｙが入力される。そして、第１スキャナ制御部４１は角度検出信号θｘに基づき第１ガルバノモータ４６をフィードバック制御し、第２スキャナ制御部４２は角度検出信号θｙに基づき第２ガルバノモータ４７をフィードバック制御する。具体的には、第１及び第２スキャナ制御部４１，４２は、各ガルバノモータ４６，４７をそれぞれサーボ制御する。

ビームエキスパンダ３２からのレーザ光Ｌは、第２ガルバノミラー４７ａ（Ｙ軸ミラー）で反射した後、第１ガルバノミラー４６ａ（Ｘ軸ミラー）で反射して、集光レンズ３４に入射する。各ガルバノミラー４６ａ，４７ａが、ガルバノ駆動データＧＤのＸ座標データ及びＹ座標データに応じた回動角に変更されることで、集光レンズ３４を通ったレーザ光Ｌの照射位置が印字される文字等を描くように走査される。

次に、第１及び第２スキャナ３５，３６の構成を説明する。なお、各スキャナ３５，３６は、Ｘ軸・Ｙ軸に応じて配置される姿勢が異なるものの、同一の構成を有しているので、ここでは、第１スキャナ３５について説明する。なお、図３では、第１スキャナ３５の部材等に付した符号と共に括弧内に第２スキャナ３６の対応する符号を付している。

図３に示すように、スキャナ３５（３６）を構成するガルバノモータ４６（４７）は、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）が先端部に固定された回動軸４６ｂ（４７ｂ）を有する。この回動軸４６ｂ（４７ｂ）は円筒状のモータケーシング４６ｃ（４７ｃ）に対して転動軸受としてのボールベアリング６０を介して回動可能に支持されている。ボールベアリング６０はモータケーシング４６ｃの軸方向２箇所に取り付けられ、回動軸４６ｂ（４７ｂ）は２個のボールベアリング６０によりその軸方向二箇所で支持されている。

ガルバノモータ４６（４７）は、例えば回動軸４６ｂ（４７ｂ）に設けた可動側磁石と、モータケーシング４６ｃ（４７ｃ）側に設けた固定側磁石と、可動側又は固定側に設けた駆動コイル（いずれも図示せず）とを備える。可動側磁石と固定側磁石の間の磁力によって、電力供給オフ状態で、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は初期位置（原点）に保持される。ガルバノモータ４６（４７）に電流が供給されると、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は、原点を中心として両側に所定の回動範囲内で回動する。このとき、ガルバノミラー４６ａ，４７ａは、ガルバノモータ４６，４７内の駆動コイルに流される電流の大きさ及び向きに応じた回動角に回動する。例えばガルバノモータ４６（４７）に供給される電流の向きが正方向であれば、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は原点から図３における時計方向に電流値に応じた回動量だけ回動する。一方、ガルバノモータ４６（４７）に供給される電流の向きが逆方向であれば、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は原点から図３における反時計方向に電流値に応じた回動量だけ回動する。

本実施形態では、ガルバノモータ４６（４７）を電流制御することにより、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は図３に示す原点を中心として回動可能範囲Ｂを回動する。つまり、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は原点を中心にマイナス側（図３では反時計方向）に−Ｂmaxまで、プラス側（図３では時計方向）に＋Ｂmaxまで回動可能である。原点から両方向に不図示のストッパに当たるまでの機械的な回動可能範囲があり、これより内側に印字に使用される回動可能範囲Ｂが設定されている。図１に示したレーザ照射可能範囲Ａmaxは、各ガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動可能範囲Ｂから規定される。もちろん、機械的な回動可能範囲を、印字用の回動可能範囲Ｂに設定してもよい。

図４に示すように、ボールベアリング６０は、回動軸４６ｂ（４７ｂ）にこれが挿通された状態で固定された内輪６１（インナレース）と、モータケーシング４６ｃ（４７ｂ）（図３参照）に固定された外輪６２（アウタレース）と、内輪６１と外輪６２との間に転動可能な状態で保持された転動体としての複数のボール６３とを備えている。なお、ボール６３はリテーナ（図示せず）により、ボールベアリング６０の周方向に所定の間隔を保った状態で保持されている。

次にボールベアリング６０の偏摩耗について説明する。印字中においては、ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）は、図３に示す回動可能範囲Ｂのうち印字対象の文字等のサイズに応じた一部の範囲で回動する。図５は印字中におけるボール６３が内輪６１及び外輪６２に対する接触状況を示す。図５ではガルバノミラー４６ａ（４７ａ）が原点に位置するときの１つのボール６３の状態を示す。ガルバノミラー４６ａ（４７ａ）が原点を中心に回動可能範囲Ｂ（−Ｂmax〜＋Ｂmax）（図３参照）を回動することにより、ボール６３は、その原点位置を中心として「−Ｃmax」〜「＋Ｃmax」の範囲で転動する。このとき、ボール６３は、「−Ｃmax」〜「＋Ｃmax」の範囲に相当する外周面で内輪６１の内周面６１ａに接触する。印字中のボール６３は、ボールベアリング６０の回動可能範囲Ｂに対応する外周面（転動面）のうち一部の領域（以下、「使用領域Ｕ１」という）だけを使って、内輪６１の内周面６１ａに転動接触する。そして、ヘッドユニット２からのレーザ光Ｌの出射方向と、印字対象の文字等のサイズがほぼ同じであると、ボール６３は図５に太線で示した使用領域Ｕ１だけを繰り返し使用して摩耗する。また、ボール６３の同様の摩耗が外輪６２の内周面６２ａとの間でも起こり、ボール６３は外周面のうち図５に太線で示した一部の使用領域Ｕ２だけを使って、外輪６２の内周面６２ａに繰り返し転動接触する。

本実施形態では、ボール６３の使用領域Ｕ１，Ｕ２が集中的に摩耗して起こる偏摩耗を小さく抑えるため、図５に示すボール６３の外周面において使用領域Ｕ１以外の未使用領域Ｖ１，Ｖ２の摩耗を進めるリフレッシュ動作を、非加工期間としての非印字期間に、ガルバノミラー４６ａを回動させることにより行う。このリフレッシュ動作では、未使用領域Ｖ１，Ｖ２を使用領域Ｕ１と同程度に摩耗させる。このとき、ミラー回動履歴情報としての使用座標データＵＤから、印字過程におけるボール６３の外周面上の各位置における転動接触回数（通過回数）を考慮し、ボール６３の外周面上（又は内輪６１の内周面６１ａ上）における最大転動接触回数（最大通過回数）に対して不足分の回数だけボール６３（又は内輪６１）を転動接触させる。

ここで、ボールベアリング６０は、ボール６３が剛球である場合、内輪６１及び外輪６２よりボール６３が比較的摩耗しやすい傾向にあり、一方、ボール６３がセラミック球である場合、ボール６３より内輪６１及び外輪６２が比較的摩耗しやすい傾向にある。もちろん、ボール６３と内輪６１及び外輪６２の材質や硬度によって、どちらが摩耗しやすいかが変わってくる。しかし、本実施形態で目的とするところは、ボールベアリング６０の偏摩耗に起因してガルバノミラー４６ａ，４７ａがスムーズに回動しなくなる現象を極力小さく抑えることにある。そのため、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動がスムーズでなくなる現象の原因が、ボール６３側の偏摩耗にあれば、ボール６３の摩耗を均一化するリフレッシュ動作を行い、その原因が内輪６１及び外輪６２側の偏摩耗にあれば、内輪６１及び外輪６２の摩耗を均一化するリフレッシュ動作を行う。

図６は内輪６１及び外輪６２側の偏摩耗を抑制するリフレッシュ動作を説明する例である。例えばボール６３がセラミック球の場合、内輪６１及び外輪６２が偏摩耗しやすい傾向がある。図６ではガルバノミラー４６ａが原点を中心に回動可能範囲Ｂ（−Ｂmax〜＋Ｂmax）（図３参照）を回動することにより、ボール６３は、その原点位置を中心として「−Ｃmax」〜「＋Ｃmax」の範囲に相当する外周面（転動面）を、内周面６１ａ，６２ａに転動接触させる。印字中の内輪６１の内周面６１ａは、ボール６３の「−Ｃmax」〜「＋Ｃmax」の範囲に相当する外周面が転動接触可能な全領域のうち一部の領域（以下、「使用領域Ｑ１」という）だけでボール６３と接触する。そして、ヘッドユニット２からのレーザ光Ｌの出射方向と、印字対象の文字等のサイズがほぼ同じであると、内輪６１の内周面６１ａは図６に太線で示した使用領域Ｑ１で集中的に転動接触する。また、同様の集中的な転動接触が、ボール６３と外輪６２との間でも起こり、外輪６２の内周面６２ａは、ボール６３と図６に太線で示した使用領域Ｑ２で繰り返し転動接触する。

この場合、図６に示す内周面６１ａにおいて、左側のボール６３の−Ｃmax〜＋Ｃmaxの範囲に相当する外周面が転動接触する範囲は、隣（同図右側）のボール６３の同範囲に相当する外周面が転動接触する範囲と一部重複する。このため、リフレッシュ動作時に、隣合う２つのボール６３が同じ場所を重複して転動接触しないように−Ｃｏ〜＋Ｃｏの範囲を定め、この範囲−Ｃｏ〜＋Ｃｏから使用領域Ｑ１を除いた領域を未使用領域Ｒ１，Ｒ２とする。そして、非印字時に、未使用領域Ｒ１，Ｒ２を使用領域Ｑ１と同程度に摩耗させるリフレッシュ動作を行う。もちろん、内輪６１よりも外輪６２側の偏摩耗を抑えるべく、外輪６２の内周面６２ａにおける使用領域Ｑ２以外の未使用領域を、使用領域Ｑ２と同程度に摩耗させるリフレッシュ動作を行う構成も採用できる。

なお、図５及び図６では、説明の便宜上、使用領域と未使用領域を位置で分けて説明したが、本実施形態における使用領域と未使用領域は、位置と転動接触回数の分布から定められる。このため、各位置における加工時の転動接触累積回数の分布を示す領域が使用領域となり、各位置における転動接触回数の最大値に対して不足した回数の分布を示す領域が未使用領域となる。そして、リフレッシュ動作では、転動接触回数の最大値に対して不足した回数だけボール６３の各位置を転動接触させる。

次に、図２に戻って、コントローラ５の機能構成を説明する。制御ユニット１８がその内部に備える各部２０〜２７は、ヘッドユニット２に対して印字動作とリフレッシュ動作を指示する。主制御部２０は、各部２１〜２７を統括的に制御する他、印字動作の制御を担う。主制御部２０は、印字動作に必要な制御信号や、印字用のガルバノ駆動データＧＤ１をヘッドユニット２へ送信する。

第１データ生成部２１は、コンソール７で選択された印字データＰＤを基に、ヘッドユニット２内の第１及び第２スキャナ制御部４１，４２が各スキャナ３５，３６を制御する際に使用する座標データを生成する。この座標データは、Ｘ座標データとＹ座標データとを含み、文字等の座標上の軌跡を特定する多数の座標点（ｘ，ｙ）群により構成される。主制御部２０は第１データ生成部２１が生成した座標データを、印字用のガルバノ駆動データＧＤ１として、ヘッドユニット２へ送信する。このガルバノ駆動データＧＤ１を受信したヘッドユニット２内の制御回路３０では、第１スキャナ制御部４１がそのうちのＸ座標データを用いて第１スキャナ３５を制御し、第２スキャナ制御部４２がそのうちのＹ座標データを用いて第２スキャナ３６を制御する。

第１データ生成部２１は、加工対象物Ｗに対する１回の印字（例えば図１に示すような文字列「ＡＢＣＤ」の印字）ごとに座標データを毎回生成する。このため、第１データ生成部２１によって印字回数と同数の座標データが、メモリ１９に使用座標データＵＤとして保存される。使用座標データＵＤは、リフレッシュ動作時のガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動範囲及び回動回数を決める未使用領域Ｖ１，Ｖ２（又はＲ１，Ｒ２）を求めるために使用される。

第２データ生成部２２は、使用座標データＵＤを基に使用領域データＡＤを生成する。
第３データ生成部２３は、使用領域データＡＤを基に未使用領域データＢＤを生成する。

図７は、座標データの印字回数分の蓄積である使用座標データを、座標データと時間ｔとの関係で模式的に表したグラフである。図７では、使用座標データＵＤのうちＸ方向成分の使用Ｘ座標データを示しており、そのＹ方向成分の使用Ｙ座標データについてもグラフ線が異なるだけで、基本的に同様のグラフになる。図７ではＹ座標については括弧内に示している。図７のグラフでは、横軸が座標、縦軸が時間ｔを示す。図７のグラフにおいて、Ｘ座標「−Ｘmax〜Ｘmax」の範囲は、ガルバノミラー４６ａの回動可能範囲Ｂである「−Ｂmax〜Ｂmax」に対応する。例えば比較的小さな文字等の印字が施される場合、ガルバノミラー４６ａは回動可能範囲Ｂのうち極一部の狭い範囲を往復回動する。

次々に搬送されてくる加工対象物Ｗにレーザ光Ｌを照射して印字が施されるので、時間ｔが経過する（つまり印字回数ｎが増える）に連れて座標データＣＤは蓄積される。この例では、ボール６３は内輪６１及び外輪６２と、図７のグラフに破線で示したＸ座標の範囲で繰り返し転動接触する。図７に示すグラフ線から分かるように、印字回数分のＸ座標データの蓄積である使用Ｘ座標データＵＤｘは、第１ガルバノミラー４６ａ（Ｘ軸ミラー）の回動履歴を表している。同様に印字回数分の使用Ｙ座標データＵＤｙは、第２ガルバノミラー４７ａ（Ｙ軸ミラー）の回動履歴を表している。なお、図７は、メモリ１９に保存された使用座標データＵＤのうちの使用Ｘ座標データＵＤｘの履歴が分かるように時間ｔに対して示したものであり、実際の印字では、１回の印字の所要時間は例えば１ミリ秒未満であり、加工対象物Ｗ間の間隔を待つ待ち時間（印字間隔時間）に比べて、極めて短時間である。

図８は、図７のグラフ線（Ｘ座標履歴）がＸ座標軸上の各座標点を通過する回数（以下、「通過回数ＮＸ」という）（転動接触回数）を度数とする度数分布データ（度数分布曲線上の点群の座標データ）である。図８のグラフにおいて、通過回数ＮＸが１回以上の領域、つまり度数分布曲線で囲まれた領域が、ボール６３の外周面のうち内輪６１の内周面６１ａに転動接触した使用領域となる。図８のグラフから分かるように、時間ｔ、つまり印字回数ｎが増えるに連れて通過回数ＮＸが増えていく。そして、通過回数ＮＸが高い部分ほど摩耗が進むので、通過回数ＮＸの高いＸ座標値に対応する部分でボール６３は繰り返し転動接触する。つまり、ボール６３の外周面上における転動接触回数の分布が、図８に示すような度数分布曲線で表される。

第２データ生成部２２は、図７に模式的に示す使用座標データＵＤをメモリ１９から読み出し、その読み出した使用座標データＵＤを基に使用領域データＵを生成する。使用座標データＵＤは、図７に示すように座標データを印字回数分集めた履歴情報であり、そのＸ方向の履歴を示す図７のグラフ線がＸ座標上の各点を何回通過したかが分かるデータである。この各点の通過回数は、各点の転動接触回数に等しい。

第２データ生成部２２は、座標上の各点を何回通過したかが分かる使用座標データＵＤを基に、使用領域データＵを生成する。使用領域データＵは、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれについて各点の通過回数を示すデータである。例えば図７の使用Ｘ座標データＵＤｘが得られた場合、この使用Ｘ座標データＵＤｘを基に、図８に示すように、横軸がＸ座標（又はＹ座標）、縦軸が通過回数ＮＸ（ＮＹ）とした座標系で、通過回数ＮＸを度数とする度数分布曲線ｆ（ｘ）で示される使用領域データＵｘを生成する。すなわち、第２データ生成部２２は、使用座標データＵＤのうち使用Ｘ座標データＵＤｘを基にＸ方向の度数分布曲線ｆ（ｘ）のデータを生成し、使用Ｙ座標データＵＤｙを基にＹ方向の度数分布曲線ｆ（ｙ）のデータを生成する。詳しくは、使用領域データＵｘは、図９に示す度数分布曲線ｆ（ｘ）上の点群の座標（ｘ，ＮＸ）の集合として表される座標データとして求められる。同様に、使用領域データＵｙは、度数分布曲線ｆ（ｙ）上の点群の座標（ｙ，ＮＹ）の集合として表される座標データとして求められる。

本実施形態では、図５における使用領域Ｕ１，Ｕ２及び図６における使用領域Ｑ１，Ｑ２は、図８及び図９に示すように、通過回数ＮＸ，ＮＹの成分も有する度数分布曲線ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）上の点群データとして求められる。なお、本実施形態では、使用領域の度数分布曲線ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）が、接触分布に相当する。

第３データ生成部２３は、使用領域データＵｘ，Ｕｙを基に未使用領域データＶｘ，Ｖｙを生成する。図９に示すように、まず、度数分布曲線ｆ（ｘ）で示される使用領域Ｕｘの最大値ＮＸmax（最大通過回数）を求め、Ｘ座標軸上の各点ごとに、使用領域Ｕｘの最大値ＮＸmax（最大通過回数）と、使用領域Ｕｘの値との差を演算する。つまり、最大値ＮＸmaxから、度数分布曲線ｆ（ｘ）上の各点の値を減算し、減算して得られた差分値ΔＮＸとＸ座標軸上の各点の座標値ｘとで示される点（ｘ，ΔＮＸ）を集めた点群からなる図１０に示すような未使用領域Ｖｘを演算する。図１０は、Ｘ座標軸上の各点において、最大通過回数ＮＸmaxに達するまでに不足する通過回数を度数とする度数分布曲線ｇ（ｘ）のグラフとなる。

また、同様に、第３データ生成部２３は、Ｙ座標上の各点ごとに、使用領域Ｕｙの最大値ＮＹmax（最大通過回数）と、使用領域Ｕｙの値との差を演算する。つまり、最大値ＮＹmaxから、度数分布曲線ｆ（ｙ）上の各点の値を減算し、減算して得られた差分値ΔＮＹとＹ座標の点の値ｙとで示される点（ｙ，ΔＮＹ）を集めた点群からなる図１０に示すような未使用領域Ｖｙを演算する。図１０は、Ｙ座標軸上の各点において、最大通過回数ＮＹmaxに達するまでに不足する通過回数を示した度数分布曲線ｇ（ｙ）のグラフとなる。なお、本実施形態では、非使用領域の度数分布曲線ｇ（ｘ）、ｇ（ｙ）が、非接触分布に相当する。

リフレッシュ制御部２４は、未使用領域データＶｘ，Ｖｙから、通過回数１，２，…，ＮＸmax毎に各座標データ（ｘ，ｙ）を生成し、各座標データ（ｘ，ｙ）をリフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２としてヘッドユニット２へ送信する。ここで、図１０に示す未使用領域Ｖｘ（Ｖｙ）は、図９に示す使用領域Ｕｘ（Ｕｙ）に相当する位置の両側に位置する図１０に示す２つの未使用領域Ｖ１，Ｖ２に分かれて存在する。リフレッシュ制御部２４は、まず例えば未使用領域Ｖ１から決まる座標データ（ｘ，ｙ）をヘッドユニット２へ送信する。

この結果、ガルバノミラー４６ａ，４７ａは、図１０のグラフにおいて未使用領域Ｖ１中に示された破線矢印の経路に沿って、未使用領域Ｖ１を、１回からＮＸmax回（ＮＹmax回）まで、Ｘ方向に繰り返し往復回動する。そして、ガルバノミラー４６ａ，４７ａが未使用領域Ｖ１での回動を終えると、次に、未使用領域Ｖ２から決まる座標データ（ｘ，ｙ）をヘッドユニット２へ送信する。この結果、ガルバノミラー４６ａ，４７ａは、図１０のグラフにおいて未使用領域Ｖ２中に示された破線矢印の経路に沿って、未使用領域Ｖ２を、１回からＮＸmax回（ＮＹmax回）まで、Ｘ方向に繰り返し往復回動する。これにより、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動可能範囲Ｂの全域においてボールベアリング６０の摩耗の程度が均一になる。つまり、ボール６３の使用可能範囲「−Ｃmax〜＋Ｃmax」において、摩耗の程度が均一になる。なお、上記の座標データ（ｘ，ｙ）は、未使用領域Ｖｘを構成する各未使用領域Ｖ１，Ｖ２における通過回数ＮＸ（ＮＸ＝１〜ＮＸmax）毎のＸ方向の範囲（始点ｘ１〜終点ｘ２）と、未使用領域Ｖｙを構成する各未使用領域Ｖ１，Ｖ２における通過回数ＮＸｉ毎のＹ方向の範囲を特定する座標データ（始点ｙ１〜終点ｙ２）を意味する。

ここで、リフレッシュ動作のときにはガルバノモータ４６，４７を最高速又は最高速に近い高速領域（例えば最高速に対して９０％以上の速度領域）で駆動させる。通常、印字動作のときには、ガルバノモータ４６，４７は、最高速に対して例えば２０〜６０％程度の速度領域で駆動される。このため、ガルバノモータ４６，４７を高速領域で駆動させてリフレッシュ動作を行うことにより、リフレッシュ動作を比較的短時間で済ませられる。また、１回の印字動作は１ミリ秒未満で行われ、加工対象物Ｗ間の間隔時間（搬送時間）に比べ印字動作時間は非常に短い。このため、仮に印字動作時の最大通過回数に達するまでリフレッシュ動作を行ったとしても、リフレッシュ動作は、例えば１秒〜数分の範囲内の所要時間で済む。なお、本実施形態では、ガルバノモータ４６，４７を印字用に設定可能な最高速度（つまり最高走査速度）で駆動させることによりリフレッシュ動作を行う。

図２に示す判定部２５は、リフレッシュ動作が必要であるか否かを判定する。ここで、本実施形態では、リフレッシュ動作を非印字時期に自動で行う自動モード（オートモード）と、リフレッシュ動作の開始を手動で指示する手動モード（マニュアルモード）とが用意されている。作業者は、コンソール７の操作ボタン１７の操作によって自動モードか手動モードかを選択設定できる。判定部２５は手動モード時に、リフレッシュ動作が必要であるか否かを判定する。本例では、図８のグラフに示されるような閾値ＮＸｏ（ＮＹｏ）が予め設定されている。判定部２５は、第２データ生成部２２が生成した使用領域データＵｘが閾値ＮＸｏを超えたか否かの判定と、使用領域データＵｙが閾値ＮＹｏを超えたか否かの判定とを行う。そして、判定部２５は、使用領域データＵｘと使用領域データＵｙのうち少なくとも一方が閾値を超えた場合に、リフレッシュ動作が必要と判定する。

検出部２６は、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出する。ガルバノモータ４６，４７には、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動回数換算で予め定められた使用限界回数がある。検出部２６は、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの各回動回数を計数し、その回動回数が使用限界回数よりも余裕を見込んだ所定回数分少ない規定回数（以下、「交換時期回数」という）に達したことをもって、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出する。詳しくは、検出部２６は、ガルバノミラー４６ａ，４７ａ個別に、各回動回数を計数するカウンタ（図示せず）を備える。カウンタには初期に交換時期回数がセットされ、交換時期回数からガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動回数が減算される。そして、検出部２６は、カウンタの計数値が例えば「０」になったことをもって、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出する。このとき減算される回動回数には、印字動作時の回動回数とリフレッシュ動作時の回動回数の両方が含まれ、印字動作時の回動回数とリフレッシュ動作時の回動回数とを合わせた累積の回動回数が交換時期回数に達したときが交換時期となる。

また、他の方法として、ボールベアリング６０を構成するボール６３の摩耗量から交換時期を検出してもよい。検出部２６は、ボール６３が限界摩耗量よりも余裕を見込んだ所定摩耗量分少ない摩耗量（以下、「交換時期摩耗量」という）に達したことをもって、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出する。この場合、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの印字動作時の回動によってボール６３は局所摩耗し、ボール６３の摩耗を均一化させるべくその局所摩耗した使用領域以外の未使用領域を、ガルバノミラー４６ａ，４７ａのリフレッシュ動作時の回動により同程度に摩耗させる。このため、リフレッシュ動作実施の度に使用領域の最大通過回数（最大摩耗量に相当）を、メモリ１９の所定記憶領域に保存されている前回までの通過回数累積値に加算する。そして、検出部２６は、前回までの通過回数累積値に、今回のリフレッシュ動作終了以後の使用領域の最大通過回数を都度加算し、その加算した値（最大累積摩耗量に相当）が、交換時期摩耗量に達したことをもって、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出する。

さらに他の方法として、検出部２６は、角度検出器５５，５６からの角度信号を基にガルバノミラー４６ａ，４７ａ（つまり回動軸４６ｂ，４７ｂ）の回動速度を求め、回動速度がそのときの指令電流値から想定される回動速度範囲から外れたことをもって、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出する。また、他の方法として、検出部２６は、各スキャナ制御部４１，４２が各ガルバノモータ４６，４７を制御するために駆動回路４４，４５へ出力する指令電流値が、角度検出器５５，５６からの角度信号によるフィードバック制御のため、想定される電流値範囲から外れたことをもって、ガルバノモータ４６，４７の交換時期を検出してもよい。

報知部２７は、判定部２５によりリフレッシュ動作が必要であると判定された場合に、コンソール７の表示部７ａにリフレッシュ動作の実施を促す旨を表示させる。作業者は、リフレッシュ動作を実施させるときには、表示部７ａ中の所定の操作ボタン１７を操作して、リフレッシュ動作の実施を指示する。また、報知部２７は、検出部２６がガルバノモータ４６，４７のうちいずれか一方が交換時期に達したことを検出したときには、コンソール７の表示部７ａにその交換時期に達したガルバノモータの交換を促す旨を表示させる。なお、報知に音声を加え、あるいは音声のみとし、コンソール７のスピーカ（図示せず）からの音声によって、リフレッシュ動作の実施を促したり、ガルバノモータ４６，４７の交換を促したりする構成も採用できる。

リフレッシュ制御部２４は、コンソール７からリフレッシュ動作の実施の指示を入力すると、リフレッシュ動作を開始させるべく前述のリフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２をヘッドユニット２へ送信する。また、リフレッシュ制御部２４は、自動モードでは、作業者が電源スイッチ５ａを操作してコントローラ５に電源が投入された起動時と、電源スイッチ５ａを操作してコントローラ５がシャットダウン指令を受け付けたシャットダウン時に、ヘッドユニット２内のガルバノスキャナ３３を制御して、自動でリフレッシュ動作を行わせる。

次に、上記のように構成されたレーザマーキング装置１の作用を説明する。なお、図１１〜図１４に示す各ルーチンは、コントローラ５内の制御ユニット１８（コンピュータ）が実行する。

まず印字動作を図１１のフローチャートに従って説明する。
ここで、ヘッドユニット２の動作モードには、印字動作モード（加工動作モード）と、リフレッシュ動作モードとがある。印字動作モードとは、印字を行う動作モードであり、ヘッドユニット２は加工データに基づき窓部８からレーザ光Ｌを照射して加工対象物Ｗに印字を施す。また、リフレッシュ動作モードとは、ボールベアリング６０の偏摩耗を緩和するための動作モードであり、レーザ光Ｌは出射されずガルバノスキャナ３３が空駆動される。リフレッシュ動作モードでは、印字中にメモリ１９に保存された使用座標データが用いられる。

まずステップＳ１では、印字データを選択する。これは作業者がコンソール７の表示部７ａ中の操作ボタン１７を操作して、印字すべき文字等の印字データを選択する。
ステップＳ２では、印字用のガルバノ駆動データを作成する。すなわち、第１データ生成部２１が、印字データを座標データに変換することにより、座標データからなるガルバノ駆動データＧＤ１を作成する。

次のステップＳ３では、印字を開始すべきか否かを判断する。例えばコンソール７で印字を開始する操作がなされると、コンソール７からコントローラ５へ印字指令信号が入力される。コントローラ５内の制御ユニット１８は、印字指令信号を入力すると、印字を開始すべきと判断し、一方、印字指令信号の入力がなければ印字を開始すべきでないと判断する。

こうして、印字開始操作が行われる前は、印字データが選択される度にそれを座標データに変換して印字用のガルバノ駆動データＧＤ１を作成する。その後、印字開始操作が行われ、印字指令信号を入力すると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、主制御部２０が印字用のガルバノ駆動データＧＤ１をヘッドユニット２へ送信する。
ステップＳ５では、使用座標データをメモリ１９に記憶する。すなわち、第１データ生成部２１により作成された座標データをガルバノ駆動データＧＤ１として送信する度に、その座標データを、使用座標データＵＤとしてメモリ１９に記憶する。使用座標データＵＤは、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動履歴情報として用いられる。

ステップＳ６では、印字終了であるか否かを判断する。コンソール７の操作で指定された印字回数の印字を終了すると、印字終了と判断する。印字が終了していなければステップＳ４に戻り、次の印字用のガルバノ駆動データＧＤ１を送信する。そして、印字用のガルバノ駆動データＧＤ１を送信すると、ステップＳ５において、ガルバノ駆動データＧＤ１として送信された座標データを、使用座標データＵＤとしてメモリ１９に記憶する。こうして印字用のガルバノ駆動データＧＤ１が送信される度に、その同じ座標データが使用座標データＵＤとしてメモリ１９に記憶される。よって、メモリ１９には、印字回数と同数個の座標データが使用座標データＵＤとして記憶される。

例えば電源投入時だけにリフレッシュ動作を行う自動モードに設定されていたとする。この場合、印字動作の終了後、作業者が電源スイッチ５ａを操作すると、コントローラ５はリフレッシュ動作を行うことなくシャットダウンされる。その後、作業者が電源スイッチ５ａを操作して、コントローラ５の電源が投入されると、コントローラ５内の制御ユニット１８が図１２に示す電源投入時リフレッシュ動作ルーチンを実行する。

まずステップＳ１１では、使用座標データＵＤをメモリ１９から読み出す。ここで、使用座標データＵＤは、前回のリフレッシュ動作以後の印字回数と同数の座標データからなるので、その間のガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動履歴を示す情報となる。使用座標データＵＤは、第１ガルバノミラー４６ａ（Ｘ軸ミラー）の回動履歴情報である使用Ｘ座標データＵＤｘと、第２ガルバノミラー４７ａ（Ｙ軸ミラー）の回動履歴情報である使用Ｙ座標データＵＤｙとからなる。そして、使用Ｘ座標データＵＤｘと使用Ｙ座標データＵＤｙとからなる使用座標データＵＤを、メモリ１９から読み出す。

ステップＳ１２では、未使用領域データＶｘ，Ｖｙを作成する。未使用領域データＶｘ，Ｖｙの作成は、第２及び第３データ生成部２２，２３が行う。このとき、まず第２データ生成部２２が使用座標データＵＤを用いて使用領域データＵｘ，Ｕｙを求める。すなわち、図７に示すような使用座標データＵＤである場合、使用座標データＵＤから、図９に示す度数分布曲線ｆ（ｘ）上の点群で示される使用領域データＵｘ，Ｕｙを求める。次に、第３データ生成部２３が、まず度数分布曲線ｆ（ｘ）で示される使用領域Ｕｘの最大値ＮＸmax（最大通過回数）を求める。そして、第３データ生成部２３が、使用領域Ｕｘの最大値ＮＸmaxから、使用領域Ｕｘの度数分布曲線ｆ（ｘ）におけるＸ座標軸上の各点ｘjの回数ｆ（ｘj）を減算し、減算して得られた差分値ΔＮＸjとＸ座標軸上の各点の座標値ｘjとで示される点（ｘj，ΔＮＸj）を集めた点群からなる図１０に示すような未使用領域Ｖｘを演算する。この図１０に示す未使用領域Ｖｘは、Ｘ座標軸上の各点ｘjにおいて、最大通過回数ＮＸmaxに達するまでに不足する通過回数を度数とする度数分布曲線ｇ（ｘ）のグラフとなる。

また、同様に、第２データ生成部２２は、使用領域Ｕｙを求める。次に第３データ生成部２３は、使用領域Ｕｙの最大値ＮＹmax（最大通過回数）から、使用領域ＵｙのＹ座標軸上の各点ｙjの回数を減算し、減算して得られた差分値ΔＮＹjとＹ座標軸上の各点の値ｙjとで示される点（ｙj，ΔＮＹj）を集めた点群からなる図１０に示すような未使用領域Ｖｙを演算する。この図１０に示す未使用領域Ｖｙは、Ｙ座標軸上の各点ｙjにおいて、最大通過回数ＮＹmaxに達するまでに不足する通過回数を度数とする度数分布曲線ｇ（ｙ）のグラフとなる。こうして、使用領域データＵｘ，Ｕｙ以外の部分を未使用領域データＶｘ，Ｖｙとして求める。

ステップＳ１３では、リフレッシュ用ガルバノ駆動データを作成する。未使用領域データＶｘ，Ｖｙが求められると、この未使用領域データＶｘ，Ｖｙを基にリフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２を作成する。このガルバノ駆動データＧＤ２は、ヘッドユニット２内の各スキャナ制御部４１，４２がガルバノモータ４６，４７を制御する際に使用される制御データである。

ステップＳ１４では、リフレッシュ動作を行う。すなわち、リフレッシュ制御部２４がリフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２をヘッドユニット２へ送信する。ヘッドユニット２内の各スキャナ制御部４１，４２は、リフレッシュ用ガルバノ駆動データＧＤ２を基にデューティ値及び回動方向を求め、求めたデューティ値に応じた電流を回動方向に応じた向きに流すことにより、ガルバノモータ４６，４７を制御する。この結果、ガルバノミラー４６ａ，４７ａは、まず図１０における未使用領域Ｖ１中を破線で示すように往復回動を繰り返す。この結果、未使用領域Ｖ１の摩耗量が使用領域Ｕｘ，Ｕｙのうちの最大の摩耗度に追いつく。次に、ガルバノミラー４６ａ，４７ａは、図１０における未使用領域Ｖ２中を破線で示すように往復回動を繰り返す。この結果、未使用領域Ｖ２の摩耗量が使用領域Ｕｘ，Ｕｙのうちの最大の摩耗度に追いつく。

次のステップＳ１５では、使用座標データをメモリから消去する。
そして、ステップＳ１６では、印字動作（図１１参照）に移行する。印字動作中は、印字回数分の座標データが使用座標データとしてメモリ１９に記憶される。

次にシャットダウン時リフレッシュ動作ルーチンについて説明する。コントローラ５の起動状態において電源スイッチ５ａが操作され、その操作に基づくシャットダウン指令を入力すると、制御ユニット１８は図１３に示すシャットダウン時リフレッシュ動作ルーチンを実行する。

このルーチンでは、ステップＳ２１〜ステップＳ２５は、電源投入時リフレッシュ動作ルーチン（図１２）におけるステップＳ１１〜ステップＳ１５と同様の処理が行われる。すなわち、使用座標データＵＤのメモリ１９から読み出し（Ｓ２１）、未使用領域データＵＢの作成（Ｓ２２）、リフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２の作成（Ｓ２３）、リフレッシュ動作（Ｓ２４）を順次行う。そして、リフレッシュ動作を終了すると、使用座標データＵＤをメモリ１９から消去し（Ｓ２５）、最後にレーザマーキング装置１を停止する（Ｓ２６）。このシャットダウン時リフレッシュ動作ルーチンを行うことによって、電源投入後の印字動作によってボール６３が局所的に摩耗しても、その摩耗に使用された使用領域Ｕ（又はＱ）以外の未使用領域Ｖ（又はＲ）も同程度に摩耗されることにより、ボールベアリング６０に偏摩耗のない状態でレーザマーキング装置１の運転を停止することができる。

次に、手動モードにおけるリフレッシュ動作ルーチンについて図１４を用いて説明する。このルーチンは、手動モードが設定されている場合、制御ユニット１８が非印字時期に実行する。ここでいう非印字時期とは、電源投入時（システム起動時）、シャットダウン時（電源遮断時）を少なくとも含み、本例では更に印字休止時期も含む。ここで、印字休止時期とは、例えば印字動作を停止してから計時を開始したタイマー（図示せず）の計時時間が、印字休止状態が一定時間継続したことを示す設定時間に達したときである。非印字時期になると、図１４に示す手動モード用のリフレッシュ動作ルーチンを実行し、まずステップＳ３１において、使用座標データＵＤをメモリ１９から読み出す。

次のステップＳ３２では、使用領域の最大値が閾値を超えたか否かを判断する。詳しくは、使用座標データＵＤｘ，ＵＤｙを基に、図８に示す使用領域Ｕｘ，Ｕｙを求め、これらの使用領域Ｕｘ，Ｕｙの最大値の少なくとも一方が閾値ＮＸｏ，ＮＹｏを超えたか否かを判断する。使用領域の最大値が閾値を超えたと判断した場合はステップＳ３３に進み、使用領域の最大値が閾値を超えないと判断した場合は当該ルーチンを終了する。

ステップＳ３３では、リフレッシュ動作を促す旨を報知する。すなわち、報知部２７がリフレッシュ動作を促す旨の信号をコンソール７に出力する。この結果、コンソール７の表示部７ａにリフレッシュ動作を促す旨が表示される。作業者は、リフレッシュ動作を行わせたいときには操作ボタン１７の操作でリフレッシュ選択をし、リフレッシュ動作の開始を指示する。一方、作業者は、リフレッシュ動作を行わせたくないときには操作ボタン１７の操作でリフレッシュ非選択とし、リフレッシュ動作の不実施を指示する。この操作ボタン１７の操作結果はコンソール７からコントローラ５へ入力される。

ステップＳ３４では、リフレッシュ選択が行われたか否かを判断する。すなわち、コンソール７から入力した操作信号に基づき、制御ユニット１８はリフレッシュ選択が行われたか否かを判断する。そして、リフレッシュ選択が行われたと判断した場合はステップＳ３５に進み、リフレッシュ選択が行われなかった場合（リフレッシュ非選択の場合）は当該ルーチンを終了する。

そして、以降のステップＳ３５〜Ｓ３７の処理は、図１２におけるステップＳ１２〜Ｓ１４と同様に行われる。すなわち、未使用領域データを作成し（Ｓ３５）、リフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２を作成し（Ｓ３６）、リフレッシュ動作を行う（Ｓ３７）。そして、リフレッシュ動作を終了すると、使用座標データＵＤをメモリ１９から消去する（Ｓ３８）。

なお、本実施形態においては、図１２〜図１４に示す各ルーチンで、リフレッシュ動作終了後にリフレッシュ動作を行ったことをリフレッシュ動作履歴情報としてメモリ１９に記憶する。例えばリフレッシュ動作実施時期とリフレッシュ動作実施回数をメモリ１９に記憶する。このため、作業者はコンソール７の表示部７ａに過去の指定期間内におけるリフレッシュ実施回数や各リフレッシュ動作の実施時期を表示させて確認することができる。この場合、自動モードのときには、自動でリフレッシュ動作が行われたかどうか、実施された場合にはいつ行われたかを確認することができる。また、手動モードのときには、過去のリフレッシュ動作の実施状況を確認し、これを参考にリフレッシュ動作を実施するかどうかを判断できる。また、手動モードのときには、リフレッシュ動作を促す旨を表示する際に、リフレッシュ動作実施状況の情報も一緒に表示させてもよい。

以上詳述したように本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）ガルバノミラー４６ａ，４７ａの回動履歴情報である使用座標データＵＤを基にボールベアリング６０の未使用領域Ｖｘ，Ｖｙ（度数分布）を求め、非印字時期に未使用領域Ｖｘ，Ｖｙを基にリフレッシュ動作を行うようにした。このため、なるべくボール６３を使用可能領域の全域（又は内輪６１の使用可能領域の全域）に亘ってほぼ均一に摩耗させることができる。この結果、ガルバノモータ４６，４７の回動軸４６ｂ，４７ｂを支持するボールベアリング６０の偏摩耗をなるべく小さく抑えることができる。このため、ガルバノモータ４６，４７の回動軸４６ｂ，４７ｂをスムーズに回動させることができる。よって、ショートベクトルで構成される小文字や２次元コードなどを印字する場合に、ガルバノミラー４６ａ，４７ａが極狭い一部の範囲を繰り返し回動する使われ方をしても、長期間に亘って高い走査位置精度で文字等を印字することができる。

（２）印字回数分の座標データを蓄積した使用座標データＵＤを用いて、座標と通過回数を各座標軸としかつ通過回数を度数とする度数分布曲線を使用領域として求めた。そして、使用領域の度数分布曲線ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）の最大値ＮＸmax，ＮＹmaxから、度数分布曲線ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）上の値を座標点毎に減算し、その減算した値を基に未使用領域の度数分布曲線ｇ（ｘ），ｇ（ｙ）を求めた。このため、最大値ＮＸmax，ＮＹmaxに達するまでに必要な座標点毎の通過回数を分布ｇ（ｘ），ｇ（ｙ）として求め、その求めた分布ｇ（ｘ），ｇ（ｙ）を基に図１０に示すようなリフレッシュ動作を行うので、ボール６３の使用可能領域の全域で摩耗度合をほぼ均一にすることができる。

（３）ガルバノ駆動データＧＤ１として使用される座標データＣＤをメモリ１９に印字回数分記憶することで使用座標データＵＤを保存し、使用座標データＵＤを基に未使用領域Ｖｘ，Ｖｙを求める構成とした。このようにガルバノ駆動データＧＤ１（座標データＣＤ）を利用するので、座標データに変換するなどの余分な処理が必要なく、演算処理の負担が軽く済む。

（４）リフレッシュ動作時は、ガルバノモータ４６，４７を最高速又は最高速に近い高速領域（例えば最高速に対して９０％以上の速度領域）で駆動させるので、リフレッシュ動作を比較的短時間で済ませることができる。また、１回の印字動作は１ミリ秒未満で行われ、印字期間中における実際の印字動作時間は非常に短いので、印字動作中の最大通過回数ＮＸmax，ＮＹmaxに達するまでに必要な通過回数だけガルバノミラー４６ａ，４７ａを往復回動させるリフレッシュ動作を行ったとしても、リフレッシュ動作を通常１秒〜数分の範囲内の所要時間で済ませることができる。特に、本実施形態では、リフレッシュ動作時に、ガルバノモータ４６，４７を、最高速度で駆動させるので、リフレッシュ動作の所要時間を最大限短くすることができる。

（５）ガルバノモータ４６，４７が交換時期に達したことを検出する検出部２６を設け、交換時期に達したことを検出部２６が検出すると、報知部２７がガルバノモータ４６，４７の交換を促す旨を表示部７ａに表示する構成とした。このため、作業者はガルバノモータ４６，４７を適切な交換時期に交換することができ、印字精度を保証することができる。

（６）自動でリフレッシュ動作を行う自動モードの場合、ボールベアリング６０の偏摩耗がほぼない状態で印字動作を行うことができる。
（７）手動モードでは、作業者が希望する時期にリフレッシュ動作を行わせることができる。

（８）ガルバノモータ４６，４７の回動軸４６ｂ、４７ｂを支持する軸受として、比較的高価かつメンテナンスが面倒な流体軸受を採用することなく、接触式の軸受（転動軸受）を使用する構成のままでも、長期に亘って高い印字精度を維持することができる。

（第２実施形態）
前記第１実施形態では、印字中のボール６３が転動接触しない回数（通過回数）の位置毎（座標毎）の度数分布である接触分布を基に非接触分布を求め、この非接触分布を基に、未使用領域において最大通過回数（転動接触回数）に対して不足した回数を補うようにリフレッシュ動作を行った。これに対し、この第２実施形態では、ボール６３の転動接触により転動面又は被転動面が受ける負荷量の位置毎の度数分布である第１の負荷分布を求め、この第１の負荷分布を基に、最大負荷量に対して不足した負荷量の位置毎の度数分布である第２の負荷分布を求める。そして、第２の負荷分布を基に、未使用領域の各位置において最大負荷量に対して不足した負荷量を補うようにリフレッシュ動作を行う構成を採用することもできる。

図１５は、位置毎の負荷量ＬＸ（ＬＹ）を示すグラフである。負荷量ＬＸ（ＬＹ）は、走査速度（スキャンスピード）Ｖｘscan（Ｖｙscan）と、通過回数ＮＸ（ＮＹ）（転動接触回数）と、係数μとの積で表される（ＬＸ＝Ｖｘscan・ＮＸ・μ、ＬＹ＝Ｖｙscan・ＮＹ・μ）。

印字される加工対象物Ｗの材質などに応じて文字等を印字する際に設定されるガルバノスキャナ３３の走査速度Ｖscanは異なる。ある期間における走査速度と通過回数の組合せを（Ｖscanｊ、ＮＸｊ）（但し、添字ｊはｊ＝1，2，…）とおく。図１５のグラフにおいて、時刻０〜時刻ｔ１で（Ｖscan１、ＮＸ１）、時刻ｔ１〜時刻ｔ２で（Ｖscan２、ＮＸ２）、…、時刻ｔn-1〜時刻ｔｎで（Ｖscanｎ、ＮＸｎ）になる。このとき、負荷量は、時刻０〜時刻ｔ１で「Ｖscan１・ＮＸ１・μ」、時刻ｔ１〜時刻ｔ２で「Ｖscan２・ＮＸ２・μ」、…、時刻ｔn-1〜時刻ｔｎで「Ｖscanｎ・ＮＸｎ・μ」になる。そして、これらのＸ方向の負荷量を加算すると、図１５に示す度数分布ｕ（ｘ）（第１負荷分布）で表される使用領域ＬＵｘが求まる。同様に、各期間のＹ方向の負荷量を加算すると、図１５に括弧内に示す度数分布ｕ（ｙ）（第１負荷分布）で表される使用領域ＬＵｙが求まる。そして、図１５に示す使用領域ＬＵｘの度数分布曲線の最大値（最大負荷量ＬＸmax）から各位置（各座標ｘｉ）の負荷量ｕ（ｘｉ）（但しｘｉは−Ｘmax〜Ｘmaxの範囲内の各点）を減算することにより、図１６に示す未使用領域ＬＶｘ（ＬＶｙ）の度数分布ｖ（ｘ）（ｖ（ｙ））（第２負荷分布）が求まる。そして、負荷量が均一になるように未使用領域ＬＶｘ（ＬＶｙ）を構成する各領域Ｖ１，Ｖ２の座標範囲でガルバノミラー４６ａ，４７ａを繰り返し回動させる。

具体的には、リフレッシュ動作時の走査速度Ｖrefreshは予め定められているため、未使用領域ＬＶｘ（ＬＶｙ）の各位置（各座標ｘｉ）の負荷量ｖ（ｘｉ）を、走査速度Ｖrefreshと係数μとの積で除算することにより（ｇ（ｘｉ）＝ｖ（ｘｉ）／（Ｖrefresh・μ））、図１０に示すような位置毎（座標ｘｉ毎）の通過回数ＮＸ（ＮＹ）の度数分布である未使用領域Ｖｘ（Ｖｙ）が求まる。そして、前記実施形態で説明したように、図１０に示す未使用領域Ｖｘ（Ｖｙ）の度数分布ｇ（ｘ）（ｇ（ｙ））を基に、領域Ｖ１の回動範囲と回動回数でガルバノミラー４６ａ，４７ａを回動駆動し、続いて領域Ｖ２の回動範囲と回動回数でガルバノミラー４６ａ，４７ａを回動駆動する。

本実施形態では、これらの演算は、第２データ生成部２２及び第３データ生成部２３が行う。すなわち、第２データ生成部２２が使用座標データＵＤを基に、図１５に示す負荷量の度数分布である使用領域ＬＵｘ（ＬＵｙ）（図１５）を求める。そして、第３データ生成部２３が、使用領域データＬＵｘ（ＬＵｙ）を基に、補うべき負荷量の度数分布である未使用領域データＬＶｘ（ＬＶｙ）（図１６）を生成する。さらに第３データ生成部２３は、未使用領域データＬＶｘ（ＬＶｙ）を、未使用領域データＶｘ（Ｖｙ）（図１０）に変換する。

また、手動モードでは、図１５に示す使用領域ＬＵｘ，ＬＵｙのうち少なくとも一方が、負荷量の閾値ＬＸｏ，ＬＹｏを超えると、報知部２７はコンソール７の表示部７ａにリフレッシュ動作の実施を促す旨を表示させる。

この第２実施形態によれば、摩耗の進度が通過回数ＮＸ（ＮＹ）だけでなく走査速度Ｖscanにも依存することに着目し、通過回数ＮＸ（ＮＹ）と走査速度Ｖscanと係数μとの積で表される負荷量ｖ（ｘｉ）（ｖ（ｙｉ））が各位置（各座標ｘｉ（ｙｉ））で同じになるようにリフレッシュ動作を行う。このため、ボールベアリング６０の偏摩耗を一層小さく抑えることができる。

実施形態は上記構成に限定されず、例えば以下の変形例も採用できる。
・前記実施形態では、印字データから作成した印字用のガルバノ駆動データＧＤ１が座標データであることから、この座標データを使用座標データ（使用履歴情報）としてメモリ１９に記憶したが、例えば角度検出器５５，５６が出力する角度検出信号θｘ，θｙに基づく角度データＤθｘ，Ｄθｙを使用角度データ（使用履歴情報）としてメモリ１９に保存してもよい。また、角度検出器５５，５６が出力する角度検出信号θｘ，θｙに基づく角度データＤθｘ，Ｄθｙを座標データに変換し、座標データを使用座標データ（使用履歴情報）としてメモリ１９に保存してもよい。使用角度データを保存した場合は、電源投入時やシャットダウン指令時に、使用角度データをメモリ１９から読み出し、ミラー角度と座標の関係から使用角度データを使用座標データに変換する。使用座標データを取得した後の処理（図１２におけるＳ１２〜Ｓ１５、図１３におけるＳ２２〜Ｓ２６、図１４におけるＳ３２〜Ｓ３８等）は、前記実施形態と同様である。この構成によれば、角度検出器５５，５６の検出結果に基づく角度データＤθｘ，Ｄθｙを使用履歴情報としてリフレッシュ動作を行うことができる。

・上記の角度検出器５５，５６からの角度データＤθｘ，Ｄθｙを回動履歴情報とする構成の場合、座標データに変換することなく、通過回数の角度毎の分布である度数分布曲線（接触分布）（点群データ）を求めてもよい。そして、この接触分布を基に、最大通過回数に達するまでに必要な通過回数の角度毎の分布である非接触分布を求め、非接触分布の角度データを座標データに変換して、リフレッシュ用のガルバノ駆動データＧＤ２を生成する。このように通過回数の位置毎の分布である非接触分布や接触分布では、位置は座標であっても角度であってもよい。

・未使用領域Ｖ１，Ｖ２（又はＲ１，Ｒ２）を別々にリフレッシュ動作させたが、未使用領域Ｖ１，Ｖ２（又はＲ１，Ｒ２）をまとめてリフレッシュ動作させてもよい。例えば図５において、使用領域Ｕ２を無視でき、かつ−Ｃmax〜＋Ｃmaxが１回転以上に相当する範囲である場合、使用領域Ｕ１を挟んだ両側をまとめて往復動させてもよい。また、図６において、右側のボール６３に対応する未使用領域Ｒ１と、左側のボール６３に対応する未使用領域Ｒ２とをまとめてリフレッシュ動作させてもよい。

・ガルバノミラーの回動可能範囲Ｂの回動でボール６３が１回転以上転動する場合などボール６３の使用可能範囲が比較的広い（例えば１８０度を超える）場合は、回動可能範囲Ｂに対応するボール６３の範囲（−Ｃmax〜＋Ｃmax）より狭い範囲内で未使用領域を設定することができる。

・前記第２実施形態では、走査速度が高速であるほど、１回当たりの摩耗量（摩耗速度）が大きくなるという条件下で、リフレッシュ動作時における通過回数を走査速度Ｖscanが高速なほど少なくして、リフレッシュ動作をなるべく短時間で済ませるようにしたが、これに限定されない。例えばボールと被転動面との接触面状態（接触圧や面粗度）や接触する双方の材質の組合せなどの条件によっては、走査速度が低速なほど、係数μが大きな値をとる条件もある。このような条件下では、リフレッシュ動作時の走査速度Ｖｘscan（Ｖｙscan）を、印字動作時のそれに比べ低速とすることにより、通過回数ＮＸ（ＮＹ）を少なくする構成も採用できる。要するに、走査速度Ｖｘscan（Ｖｙscan）や係数μ（例えばμが走査速度の関数で与えられる場合）から決まるリフレッシュ時の走査速度Ｖｘscan（Ｖｙscan）と通過回数の組合せを、リフレッシュ動作の所要時間が最も短く済むように決定する。

・走査速度が高速なほど摩耗速度が小さくなる場合は、使用領域を跨ぐようにミラー回動範囲を設定し、未使用領域を跨いだ両側の反転位置近傍が低速域であることを利用し、未使用領域を低速度で摩耗させる方法も採用できる。

・前記第２実施形態において、角度検出器５５，５６からの角度データＤθｘ，Ｄθｙを回動履歴情報としてもよい。この場合、角度データＤθｘ，Ｄθｙを用いて、印字動作過程の角度毎の通過回数を度数分布で示す接触分布（点群データ）を求め、この接触分布上の通過回数と最大通過回数との角度毎の差分を基に、リフレッシュ時に用いる非接触分布を求めてもよい。もちろん、角度データＤθｘ，Ｄθｙを逐次座標データｘ，ｙに変換して使用座標データ（回動履歴情報）として保存し、前記第２実施形態と同様に、使用座標データを用いて、座標（位置）毎の通過回数が示された非接触分布を求めてもよい。

・印字動作中に角度検出器５５，５６の角度検出信号から把握したガルバノモータ４６，４７の回動速度（駆動速度）をメモリ１９に保存しておき、第２実施形態における負荷量を求める際に、この回動速度（駆動速度）を走査速度として用いてもよい。この場合、ミラー回動範囲における位置（座標又は角度）毎の回動速度（速度履歴情報）を取得し、リフレッシュ動作時に位置毎の回動速度を考慮して位置毎の通過回数を設定してもよい。この構成によれば、印字動作時の速度履歴を考慮して、位置毎に適切な通過回数を設定したリフレッシュ動作を行うことができる。

・負荷量ＬＸ（ＬＹ）は、走査速度Ｖｘscan（Ｖｙscan）と、通過回数ＮＸ（ＮＹ）（転動接触回数）と、係数μとの積で求められることに限定されない。走査速度と通過回数のうち少なくとも一方の平方根又は二乗に負荷量が比例するような計算式を採用してもよい。要するに、負荷量が、走査速度と通過回数により規定される計算式であればよい。

・通過回数の最大値と度数分布上の各位置の通過回数との差分に基づいて未使用領域を求める構成に限定されない。例えば通過回数の最大値よりも少し大きな値を基準値とし、基準値と度数分布上の位置毎の通過回数との差分に基づき、非接触分布（未使用領域）を求めてもよい。また、例えば通過回数の最大値よりも少し小さな値を基準値とし、基準値と度数分布上の位置毎の通過回数との差分に基づき、非接触分布（未使用領域）を求めてもよい。また、負荷量の分布を用いて使用領域から未使用領域を求める場合も同様である。

・座標データＣＤを印字回数個分含む使用座標データＵＤをメモリ１９に保存することに限定されない。例えば各加工対象物Ｗに印字される文字等が全て同じである場合、１つの座標データと印字回数とを含む使用座標データＵＤとしてメモリ１９に保存する構成としてもよい。この場合、印字１回分の座標データに基づき位置毎の通過回数を求め、その求めた通過回数に印字回数を乗じることで、印字回数分の位置毎の通過回数を求める。そして、印字回数分の位置毎の通過回数を基に、使用領域の度数分布を求めればよい。この構成によれば、使用座標データＵＤの保存のためにメモリ１９で使用される記憶容量を大幅に低減できる。

・前記第２実施形態において、ガルバノミラー４６ａ，４７ａの往復回動範囲の両端付近（反転位置近傍）では、その間の定速域（高速域）に比べ負荷量が大きくなる（摩耗しやすい）傾向にある場合もある。そのため、この反転位置近傍における１回当たりの負荷量が定速域のそれに比べ大きいことを加味した負荷量の度数分布を作成するようにしてもよい。

・ガルバノモータ４６，４７の印字用の最高速度を、印字精度を保証するため、定格上の最高速度未満の所定速度に制限する場合もありうるが、その場合は、定格上の最高速度以下において、印字用に設定可能な最高速度よりも高速のリフレッシュ用の最高速度でガルバノモータ４６，４７を駆動させてもよい。

・自動モードのときに、手動モードと同様に、印字休止期間（非加工期間）にリフレッシュ動作を行ってもよい。
・自動モードのときにも、判定部２５の判定結果に基づいてリフレッシュ動作を行うか否かを判断してもよい。この場合、判定部２５は、通過回数の最大値が閾値を超えたか否かを判断したが、例えば通過回数の最大値と最小値との差分を求め、その差分が閾値を超えたか否かを判定する構成としてもよい。

・通過回数の最大値ＮＸmax，ＮＹmaxに達するまでの通過回数でリフレッシュ動作を行うことに限定されない。つまり、非接触分布に基づく回動範囲及び回動回数は、ボール６３の使用可能領域に対応する範囲の全域をほぼ均一な摩耗度合にすることに限定されない。リフレッシュ動作によって通過回数が最大値ＮＸmax，ＮＹmaxに達しなくても、各位置の通過回数と最大通過回数との差が縮まればよい。各位置の通過回数と最大通過回数との差が縮まれば、リフレッシュ動作前に比べ回動軸４６ｂ，４７ｂをスムーズに回動させることができる。この場合、位置が使用領域に近い側ほど、通過回数の累積が最大通過回数により近くなるようにリフレッシュ動作を行うとよい。この構成によれば、ボール６３の外周面（転動面）あるいは内輪６１等の内周面（被転動面）上において使用領域と未使用領域との境界付近の段差がリフレッシュ動作により緩和されるので、回動軸４６ｂ，４７ｂをよりスムーズに回動させることができる。

・度数分布曲線を特定するサンプル点（ｘ，ｆ（ｘ）），（ｙ，ｆ（ｙ））が少ない場合は、補間演算して、サンプル点間の座標点を追加して、リフレッシュ動作時の座標点を増やしてもよい。この場合、使用座標データＵＤから未使用領域を求める演算を簡単にでき、しかもリフレッシュ動作を印字過程の各位置の実際の通過回数に合わせてなるべく正確に行うことができる。

・転動軸受は、転動体がボールであるものに限定されず、転動体がローラであるものでもよい。
・ガルバノスキャナを構成する各スキャナの配置位置は適宜変更してよい。また、ガルバノスキャナはＸ，Ｙの２軸に限定されず、Ｘ，Ｙ，Ｚ（集光レンズ３４の光軸方向）の３軸ガルバノスキャナを採用することもできる。

・レーザマーキング装置に具体化したが、これに限定されるものではなく、他のレーザ加工装置、例えばレーザ溶接機、レーザ穴あけ機、レーザ切断機等に具体化してもよい。

１…レーザ加工装置としてのレーザマーキング装置、５…コントローラ、５ａ…電源スイッチ、７…コンソール、７ａ…表示器、１７…操作手段としての操作ボタン、１８…制御ユニット、１９…履歴情報取得手段を構成する記憶手段としてのメモリ、２０…第１の制御手段としての主制御部、２１…第１データ生成部、２２…演算手段を構成する第２データ生成部、２３…演算手段を構成する第３データ生成部、２４…第２の制御手段としてのリフレッシュ制御部、２５…判定手段としての判定部、２６…検出手段としての検出部、２７…報知手段としての報知部、３０…制御回路、３１…レーザ光源としてのレーザ発振器、３２…ビームエキスパンダ、３３…ガルバノスキャナ、３４…集光レンズ、４１…第１スキャナ制御部、４２…第２スキャナ制御部、４３…レーザ制御部、４６…ガルバノ動力源としての第１ガルバノモータ、４７…ガルバノ動力源としての第２ガルバノモータ、４６ａ…ミラーとしての第１ガルバノミラー、４７ａ…ミラーとしての第２ガルバノミラー、４６ｂ，４７ｂ…回動軸、５５，５６…角度検出手段としての角度検出器、６０…転送軸受としてのボールベアリング、６１…内輪、６２…外輪、６１ａ，６２ａ…被転動面としての内周面、６３…転動体としてのボール、Ｌ…レーザ光、Ｗ…加工対象物、ＰＤ…加工データとしての印字データ、ＣＤ…座標データ、ＵＤ…回動履歴情報としての使用座標データ、ＵＤx…回動履歴情報としての使用Ｘ座標データ、ＵＤy…回動履歴情報としての使用Ｙ座標データ、Ｕｘ，Ｕｙ…使用領域、ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）…接触分布としての使用領域の度数分布曲線、ｇ（ｘ），ｇ（ｙ）…非接触分布としての未使用領域の度数分布曲線、Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖ１，Ｖ２…未使用領域、ＮＸmax，ＮＹmax…最大回数としての通過回数の最大値（最大通過回数）、ＬＸ，ＬＹ…負荷量。

Claims (8)

1. レーザ光源からのレーザ光を照射して加工対象物に加工を施すレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光源からのレーザ光の方向を変更して加工対象物に対するレーザ光の照射位置を走査させるガルバノスキャナと、
   前記ガルバノスキャナを制御して加工のための走査を行わせる第１の制御手段とを備え、
   前記ガルバノスキャナは、レーザ光を反射させるミラーと、当該ミラーの回動軸を回動させるガルバノ動力源とを備え、前記ガルバノ動力源は、前記ミラーの回動軸を支持するとともに前記回動軸の回動に伴って被転動面上を転動する複数の転動体を有する転動軸受を有し、
   前記レーザ加工装置の加工過程における前記ミラーの回動履歴情報を取得する履歴情報取得手段と、
   前記ミラーの回動履歴情報に基づき前記転動体の転動面のうち又は前記被転動面のうち前記加工過程の前記ミラーの回動によって前記転動体が転動接触しなかった回数の位置毎の分布であって前記回数を度数とする度数分布で示される非接触分布を求める演算手段と、
   前記レーザ加工装置の非加工期間に、前記非接触分布に基づく回動範囲及び回動回数で前記ミラーを回動させるリフレッシュ動作を行うように前記ガルバノ動力源を駆動制御する第２の制御手段と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記演算手段は、前記回動履歴情報に基づき、前記転動面のうち又は前記被転動面のうち前記転動体が転動接触した回数の位置毎の分布であって前記回数を度数とする度数分布で示される接触分布を求め、前記接触分布に基づき、当該接触分布における最大回数の位置と同じ摩耗度合とするために必要な転動接触の回数を度数とする度数分布で示される前記非接触分布を求め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. 前記演算手段は、前記接触分布における回数の最大値と当該接触分布上の各位置の回数との差分に基づき前記非接触分布を求めることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記第１の制御手段は、加工データから生成した座標データを基に前記ガルバノ動力源を制御する構成であり、
   前記履歴情報取得手段は、前記第１の制御手段が生成した前記座標データを加工回数個分含む使用座標データを、前記回動履歴情報として取得する構成であり、
   前記演算手段は、前記使用座標データに基づき、前記位置が座標で示された前記度数分布として前記接触分布を求め、当該接触分布に基づき、回数の座標毎の分布であって回数を度数とする度数分布で示される前記非接触分布を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記ミラーの回動角を検出する角度検出手段を備え、
   前記履歴情報取得手段は、前記角度検出手段が加工過程で検出した回動角の履歴を示す回動角履歴情報を前記回動履歴情報として取得し、
   前記演算手段は、前記回動角履歴情報を基に、前記回動角と回数の分布であって前記回数を度数とする度数分布で示される前記接触分布を求め、当該接触分布を基に、前記非接触分布を求めるとともに、当該非接触分布における回動角を座標に変換することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
6. 前記第２の制御手段が前記ガルバノ動力源を駆動させる前記リフレッシュ動作が必要であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記リフレッシュ動作が必要であると判定されると、その判定結果を報知する報知手段と、
   前記リフレッシュ動作を行わせる指示を与える操作手段と、
   前記第２の制御手段は、前記操作手段から前記指示が与えられると、前記ガルバノ動力源を駆動して前記リフレッシュ動作を行わせることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記第１の制御手段は、入力した走査速度に基づき前記ガルバノ動力源の駆動速度を制御する構成であり、
   前記演算手段は、前記ミラーの回動履歴情報と前記走査速度に基づき前記加工過程の前記ミラーの回動によって前記転動体が転動接触しなかった前記回数と前記走査速度とを基に規定される負荷量の位置毎の分布であって、前記負荷量を度数とする度数分布で示される負荷分布を求め、当該負荷分布における負荷量とリフレッシュ動作時の走査速度とを基に、前記回数の位置毎の分布である前記非接触分布を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
8. 前記ガルバノ動力源が交換時期に達したことを検出する検出手段と、
   前記検出手段が前記交換時期に達したことを検出すると、交換を促す旨を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

Images