JP2015122416A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現することができると共に、レーザ発振器の冷却効率の向上を図ることができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】第１方向にレーザを出射する発振器と、発振器から出射されたレーザを走査する走査部と、が、第１方向に交差する第２方向において対向する面のうち、一方の面上に配設されると共に、走査部で走査されたレーザを第２方向に向かって結像させる結像光学部に向かって走査部で走査されたレーザが通過する開口部が形成されたベースと、ベースの一方の面側を覆うカバーと、ベースを挟んで発振器に対向するように配置されて発振器から熱伝導された熱を外部に放熱するヒートシンクユニットと、ベースから第２方向外側に突出して、結像光学部を保持する保持部と、を備え、ヒートシンクユニットの第２方向の最外端は、保持部の第２方向の最外端よりもベース側に配置される。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

従来より、レーザ加工装置に関し種々提案されている。
例えば、全体が縦長の略直方体状のレーザ加工装置ケース内に、レーザ発振部を収納するレーザ発振部ケースが右側に配置され、また、ガルバノモータ等の走査部を収納する走査部ケースがレーザ発振部ケースと接続状態で左側下方に配置されている。また、走査部ケースの下端部には、ｆθレンズが配置され、レーザ発振部のレーザ光の出射方向と、走査部で２次元走査されるレーザ光の出射方向とが同じ下方向になるように構成されている。

また、レーザ発振ケースの左側側面部には、ペルチェ素子を挟んでヒートシンクが配置されている。そして、ヒートシンクの上下両端部に配置された２個の吸気用のファンによって、レーザ加工装置ケースの左側に設けられた吸気口から空気が吸気される。この吸気された空気は、ケース内部で通気路を通ってヒートシンクに案内され、該ヒートシンクを介してレーザ発振部ケースが空冷されるように構成されたレーザ加工装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−３５４７８０号公報

しかしながら、前記した特許文献１に記載されたレーザ加工装置では、レーザ発振部のレーザ光の出射方向及び光学部材によるレーザ光の反射方向を含む平面と、ｆθレンズから加工対象物にレーザ光が出射される方向とが、平行になるように配置されている。その結果、ｆθレンズが設けられる走査部ケースの上方に、通気路とヒートシンクを配置するためのスペースを確保する必要があるため、レーザ加工装置が大型化する要因になるという問題がある。また、レーザ加工装置ケース内にヒートシンクを設ける必要があるため、レーザ加工装置の小型化を図ると、ヒートシンクが小さくなり、冷却効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、小型化を実現することができると共に、レーザ発振器の冷却効率の向上を図ることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に係るレーザ加工装置は、第１方向にレーザを出射する発振器と、前記発振器から出射された前記レーザを走査する走査部と、前記走査部で走査された前記レーザを前記第１方向に交差する第２方向に向かって結像させる結像光学部と、前記発振器と前記走査部が、前記第２方向において対向する面のうち、一方の面上に配設されると共に、前記結像光学部に向かって前記走査部で走査された前記レーザが通過する開口部が形成されたベースと、前記ベースの前記一方の面側を覆い、前記発振器と前記走査部と前記結像光学部とを覆うカバーと、前記ベースを挟んで前記発振器に対して前記第２方向において対向し、前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出しており、前記発振器から熱伝導された熱を外部に放熱するヒートシンクユニットと、前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出して、前記結像光学部を保持する保持部と、を備え、前記ヒートシンクユニットの前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部は、前記保持部の前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部よりも前記ベース側に配置されることを特徴とする。

また、請求項２に係るレーザ加工装置は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記保持部は、前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出して前記結像光学部を囲む突出部と、前記突出部の突出側端部に配置され、前記結像光学部を覆い、前記結像光学部を保護すると共に前記レーザを透過させる透過部と、を有し、前記ヒートシンクユニットは、放熱材料から形成されたヒートシンクと、前記ヒートシンクを覆うヒートシンクカバーと、を有し、前記ヒートシンクカバーの前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部は、前記透過部の前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部よりも前記ベース側に配置されていることを特徴とする。

また、請求項３に係るレーザ加工装置は、請求項２に記載のレーザ加工装置において、前記発振器は、前記第１方向に交差し、且つ、前記第２方向に直交する第３方向における中央部が、前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の一方側に離れて配置され、前記ヒートシンクユニットは、前記ベースの外周縁部よりも内側に配置されると共に、前記ヒートシンクの前記第３方向中央部が、前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の前記一方側に離れて配置されることを特徴とする。

また、請求項４に係るレーザ加工装置は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記ヒートシンクユニットは、前記ヒートシンクに送風するファンを有し、前記ファンは、前記ベースの外周縁部よりも内側に配置されると共に、前記ヒートシンクカバーの前記第３方向両側面のうち、前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の他方側に位置する側面に対向するように配置されることを特徴とする。

また、請求項５に係るレーザ加工装置は、請求項３又は請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記ヒートシンクは、複数の放熱フィンを有し、前記複数の放熱フィンは、前記第３方向に長く設けられ、前記ヒートシンクカバーと前記複数の放熱フィンとの前記第２方向における距離は、前記放熱フィン間の距離よりも短いことを特徴とする。

また、請求項６に係るレーザ加工装置は、請求項４又は請求項５に記載のレーザ加工装置において、前記ベースは、前記ファンに電気的に接続されるケーブルを挿入可能、且つ、前記ケーブルの外周面に密着する弾性部材を有するコネクタを有し、前記コネクタは、前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出し、且つ、前記透過部よりも前記第２方向において前記ベース側に配置されていることを特徴とする。

更に、請求項７に係るレーザ加工装置は、請求項６に記載のレーザ加工装置において、前記コネクタは、前記第３方向において前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の他方側に離れた位置に配置され、且つ、前記第１方向において前記走査部から前記発振器側へ離れた位置に配置されていることを特徴とする。

請求項１に係るレーザ加工装置では、発振器から第１方向に出射されたレーザは、走査部によって走査される。更に、結像光学部は、走査部で走査されたレーザを第１方向に交差する第２方向に向かって結像させる。つまり、結像光学部は、走査部に対して第２方向に配置されている。これにより、レーザ加工装置のレーザの出射方向である第１方向における小型化を容易に図ることができる。

また、ベースから第２方向において発振器に対して反対側に突出するヒートシンクユニットの第２方向において発振器に対して反対側の先端部は、ベースから第２方向において発振器に対して反対側に突出して結像光学部を保持する保持部の第２方向において発振器に対して反対側の先端部よりもベース側に配置される。これにより、レーザ加工装置の第２方向における小型化を図ることができる。また、ベースの一方の面上に配置される発振器と走査部と結像光学部は、カバーによって覆われるため、空気中の塵やオイルミストの付着を防止することができる。尚、カバーは、防塵防水に密閉されるようにしてもよい。これにより、カバー内への塵やオイルミストの進入を防止することができる。

また、ヒートシンクユニットは、発振器に対して第２方向において対向して配置されるため、第１方向において、ベースの保持部よりも発振器側の部分の他方の面上に取り付けることが可能となる。従って、レーザ加工装置の小型化を図りつつ、ヒートシンクユニットの取付面積を広く設定することができ、ヒートシンクユニットを大きくして発振器の冷却効率の向上を図ることができる。

また、請求項２に係るレーザ加工装置では、ヒートシンクを覆うヒートシンクカバーの第２方向において発振器に対して反対側の先端部は、結像光学部を囲んで第２方向に突出する突出部の突出側端部に配置され、結像光学部を覆う透過部の第２方向において発振器に対して反対側の先端部よりもベース側に配置されている。これにより、レーザ加工装置の第２方向における小型化を図ることができる。

また、請求項３に係るレーザ加工装置では、ヒートシンクユニットは、ベースの外周縁部よりも内側に配置されるため、レーザ加工装置の第１方向、及び第１方向に交差し、且つ、第２方向に直交する第３方向における小型化を図ることができる。また、レーザを発振する発振器は、ベースの第３方向中央部よりも第３方向の一方側に離れて配置され、ヒートシンクの第３方向中央部が、ベースの第３方向中央部よりも第３方向の一方側に離れて配置される。これにより、ヒートシンクを発振器の近くに配置して、ヒートシンクユニットを介して発振器を効率的に冷却することができる。

また、請求項４に係るレーザ加工装置では、ヒートシンクに送風するファンは、ベースの外周縁部よりも内側に配置されるため、レーザ加工装置の第３方向における小型化を図ることができる。また、ファンは、ヒートシンクカバーの第３方向において、ベースの第３方向中央部よりも該第３方向の他方側に位置する側面に対向するように配置される。これにより、ファンを配置するスペースを容易に確保することができ、レーザ加工装置の小型化を図りつつ、ヒートシンクユニットの冷却効率の向上を図ることができる。

また、請求項５に係るレーザ加工装置では、ヒートシンクの複数の放熱フィンは、第３方向に長く設けられ、ヒートシンクカバーで覆われている。また、ヒートシンクカバーと複数の放熱フィンとの第２方向における距離は、放熱フィン間の距離よりも短くなるように設定されている。これにより、ヒートシンクカバーの第３方向における側面に対向するように配置されたファンによって送風される空気を放熱フィン間に強制的に通して、放熱することができ、ヒートシンクユニットの冷却効率の向上を図ることができる。また、ヒートシンクユニットの第２方向における高さを低くすることができ、レーザ加工装置の第２方向における更なる小型化を図ることができる。

また、請求項６に係るレーザ加工装置では、ベースには、ファンに電気的に接続されるケーブルを挿入可能で、且つ、ケーブルの外周面に密着する弾性部材を有するコネクタが、ベースから第２方向において発振器に対して反対側に突出して設けられている。従って、ファンに電気的に接続されるケーブルをコネクタに挿入することによって、空気中の塵やオイルミストのコネクタからの進入を防止することができる。また、コネクタは、結像光学部を囲む突出部の走査部に対して反対側の端面部を覆うように取り付けられる透過部よりも第２方向においてベース側に配置されるため、レーザ加工装置の第２方向における小型化を図ることができる。

更に、請求項７に係るレーザ加工装置では、コネクタは、第３方向において、ベースの第３方向中央部よりも該第３方向の他方側に離れた位置に配置され、且つ、ベースの第１方向において走査部から発振器側へ離れた位置に配置される。これにより、コネクタをファンに近い位置に配置することができ、ファンに電気的に接続されるケーブルの配線長さを短くすることができる。

本実施形態に係るレーザ加工装置１の斜視図である。 レーザ加工装置１の平面図である。 レーザ加工装置１の側面図である。 レーザ加工装置１の底面図である。 図２のＸ１−Ｘ１矢視断面図である。 レーザ加工装置１のカバー部材８を外した状態を示す平面図である。 レーザ発振ユニット４とヒートシンクユニット９の分解斜視図である。 レーザ発振ユニット４とヒートシンクユニット９の分解斜視図である。

以下、本発明に係るレーザ加工装置について具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係るレーザ加工装置１の概略構成について図１乃至図６に基づいて説明する。尚、以下のレーザ加工装置１の説明において、レーザ発振器４１からレーザ光Ｌを出射する方向（図５の左方向である。）が、レーザ加工装置１の前方向（第１方向）である。

また、本体ベース２のレーザ発振器４１を取り付けた取付面に対して垂直方向（図５の上下方向である。）が、レーザ発振器４１のレーザ光Ｌの出射方向（第１方向）に交差する上下方向（第２方向）である。尚、この上下方向（第２方向）は、レーザ光Ｌの出射方向（第１方向）に対して、例えば、約８９度乃至約９２度等の角度で交差する上下方向であってもよい。

そして、レーザ光Ｌの出射方向（第１方向）に交差し、且つ、レーザ加工装置１の上下方向（第２方向）に直交する方向が、レーザ加工装置１の左右方向（第３方向）である（図６の上下方向である）。尚、図４においては、ヒートシンクカバー７２の底面部７２Ｂを省略している。図６においては、ガルバノドライバ７、シャッターモータ５６、光センサ５８、可視半導体レーザ６１等への電力供給ケーブル、検出信号送信用ケーブルや制御信号送信用ケーブル等の配線ケーブルを省略している。

［レーザ加工装置１の概略構成］
図１乃至図６に示すように、レーザ加工装置１は、アルミニウム、ステンレス等の金属を加工して形成された平面視略矩形状の本体ベース２と、本体ベース２上に配置されたレーザ光Ｌを出射するレーザ発振ユニット４、ガルバノスキャナ５、ｆθレンズ６、及びガルバノドライバ７等から構成されるレーザ出力部３を覆うカバー部材８と、本体ベース２の下面に取り付けられたヒートシンクユニット９等から構成されている。従って、レーザ加工装置１は、例えば、左右方向幅約１７４ｍｍ、前後方向幅約３８３ｍｍ、及び、上下方向高さ約１６３ｍｍに形成された略直方体形状に構成されている。

本体ベース２側が開口された略箱体状のカバー部材８の天井部には、平面視略矩形状の開口部１１が、レーザ発振ユニット４のほぼ全長に対向するように前後方向に開設されると共に、天井部の左右方向にほぼ全幅に渡って開設されている。そして、平面視略矩形状の蓋部材１２が、開口部１１の上側を全面に渡って覆うように、各ネジ１３でカバー部材８にネジ止めされている。また、蓋部材１２の下面には、略矩形状のＯリング形に形成された密封材１５が、開口部１１を囲むように取り付けられており、蓋部材１２をカバー部材８の上端面にネジ止めすることによって弾性変形して圧縮され、隙間を気密に閉塞する。

そして、カバー部材８は、本体ベース２の上側を全面に渡って覆うように、各ネジ１６で本体ベース２にネジ止めされている。また、本体ベース２の外周部の上端面には、略矩形状のＯリング形に形成された密封材１７が取り付けられており、カバー部材８を本体ベース２の上端面にネジ止めすることによって弾性変形して圧縮され、隙間を気密に遮断するように密封する。

カバー部材８の後側の側壁部には、レーザ発振ユニット４の後側に対向するように、各配線ケーブルを挿通する防水型コネクタ１８がネジ止めにより取り付けられている。防水型コネクタ１８のカバー部材８側の基端部の周縁には、全周に渡って弾性変形可能なＯリング１９が取り付けられており、防水型コネクタ１８をカバー部材８にネジ止めすることによって弾性変形して圧縮され、隙間を気密に閉塞する。

平面視略矩形状の略板状に形成された本体ベース２の上側面には、レーザ発振ユニット４とガルバノスキャナ５が配設される。また、本体ベース２には、貫通孔２３（図７参照）が形成されている。貫通孔２３には、ガルバノスキャナ５によって走査されたレーザ光Ｌが通過するｆθレンズ６が配置される。

また、本体ベース２の外周部には、全周に渡って所定高さ（例えば、高さ約３０ｍｍである。）で上方に延出された側壁部２Ｃが形成されている（図７参照）。また、本体ベース２の前側約半分の部分には、底面部が下側方向に所定高さ（例えば、高さ約３０ｍｍである。）突出して、ｆθレンズ６を全高さに渡って本体ベース２内に収納して保持可能な結像光学保持部２１が形成されている。ここで、ｆθレンズ６は、例えば、外径約８６ｍｍで、高さ約５４ｍｍに形成されている。

結像光学保持部２１には、本体ベース２の左右幅方向の中心線２２に対してレーザ発振ユニット４から離反する側に、つまり、本体ベース２の右前角部に、ｆθレンズ６が全高さに渡って嵌入される貫通孔２３（図７参照）の周囲に突出部２４が形成されている。つまり、ｆθレンズ６は、突出部２４内に保持されている。また、この結像光学保持部２１の下面には、ｆθレンズ６を保持する突出部２４の突出側端部２４Ａと位置合わせ用可視半導体レーザ２５に対向する部分に、略矩形状の開口部２６が開設された底板プレート２７が各ネジ２８によって取り付けられている。

また、各ネジ２８の頭部は、底板プレート２７の下面に埋め込まれて、底板プレート２７の下面から突出しないように構成され、レーザ加工装置１は、底板プレート２７を介して不図示の取付台に取り付けられる。ここで、底板プレート２７は、例えば、左右方向幅約１７４ｍｍで、厚さ約２０ｍｍに形成されている。

また、開口部２６の下側周縁部には、全周に渡って２段の階段状に形成された段差部が形成されている。そして、内側の段差部には、開口部２６を全面に渡って覆う略矩形状のガラス板３１が嵌め込まれ、外側の段差部には、略矩形の枠状に形成された押さえ枠３２がガラス板３１の外周部を押圧して密閉するように各ネジ３３によって取り付けられている。また、各ネジ３３の頭部は、底板プレート２７の下面よりも内側に位置するように構成されている。

次に、カバー部材８で覆われるレーザ出力部３の概略構成について図５乃至図８に基づいて説明する。
図５及び図６に示すように、レーザ出力部３は、レーザ発振ユニット４、光シャッター部３５、光ダンパー３６、ダイクロイックミラー３７、ガイド光部３８、ガルバノスキャナ５、ｆθレンズ６等から構成されている。

図５乃至図８に示すように、レーザ発振ユニット４は、レーザ発振器４１、ビームエキスパンダ４２、冷却プレート４３、外周面冷却部材４５、一対のペルチェ素子４６、及び放熱プレート４７等から構成されている。また、レーザ発振ユニット４の上側には、配線受け板４８が、外周面冷却部材４５及び冷却プレート４３の上側を覆うように放熱プレート４７上にネジ止めにより取り付けられる。そして、ガルバノドライバ７等に接続された配線ケーブルが配線受け板４８の上面に配設されて、防水型コネクタ１８を介して外部に引き出されている。

レーザ発振器４１は、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等で構成され、加工対象物４９の加工面４９Ａにマーキング（印字）加工を行うためのレーザ光Ｌを出射方向である第１光軸Ｌ１上に出射する。従って、第１光軸Ｌ１上に出射する出射方向が前側方向である。ビームエキスパンダ４２は、レーザ光Ｌのビーム直径を変更（例えば、拡大）するものであり、レーザ発振器４１と同軸に設けられている。

レーザ発振器４１は、熱伝導性の良いアルミニウムや銅やステンレス等の金属で第１光軸方向に長い直方体形状に形成されている。また、レーザ発振器４１の後側端面には、ファイバコネクタ４１Ａが設けられている。レーザ発振器４１の内部には、レーザ媒質や受動Ｑスイッチ等が配設されている。ファイバコネクタ４１Ａには、光ファイバが接続される。この光ファイバを介して、不図示の励起用半導体レーザから出射された励起光が、ファイバコネクタ４１Ａに入射される。そして、レーザ発振器４１は、レーザ媒質によって発振されたレーザ光Ｌを、受動Ｑスイッチを介してパルス状に発振する。

また、レーザ発振器４１の下面には、熱伝導性のあるシリコーングリース等の熱伝導材を介して、アルミ等の金属板で形成された冷却プレート４３が各ネジ５１によってネジ止めにより固定される。熱伝導材は、レーザ発振器４１の下面と冷却プレート４３との実質的な接触面積を大きくし、熱抵抗を低くする状態で熱的に結合する。

アルミ等の金属板で形成された外周面冷却部材４５は、レーザ発振器４１の幅寸法とほぼ同じ幅寸法で、レーザ発振器４１の高さ寸法とほぼ同じ高さ寸法のレーザ発振器４１側が開放された断面コの字状に形成され、レーザ発振器４１とほぼ同じ長さに形成されている。そして、外周面冷却部材４５は、レーザ発振器４１の外周面に上側から嵌め込まれて、各ネジ５２で冷却プレート４３にネジ止めにより固定される。また、レーザ発振器４１の外周面と外周面冷却部材４５の内側面との間には、熱伝導材を介在させるようにしてもよい。

更に、一対のペルチェ素子４６は、上下面に設けられた熱伝導材を介して、冷却プレート４３とアルミ等の金属板で形成された放熱プレート４７との間に挟まれた状態で、放熱プレート４７の下面から座ぐり孔に挿通された各ネジ５３を冷却プレート４３にネジ止めすることによって固定される。また、一対のペルチェ素子４６は、吸熱面が熱伝導材を介して冷却プレート４３に当接され、放熱面が熱伝導材を介して放熱プレート４７に当接されている。ここで、冷却プレート４３の厚さは、放熱プレート４７の厚さよりも小さい。

また、冷却プレート４３の熱が各ネジ５３を伝わって放熱プレート４７に伝達されないように、各ネジ５３のネジ頭と放熱プレート４７の各座ぐり孔の間には、樹脂等の断熱材で形成された断熱ワッシャ５３Ａが挿入されている。そして、放熱プレート４７を、熱伝導材を介して、本体ベース２のレーザ発振ユニット取付部２Ａ上に各ネジ５５によって固定する。

これにより、レーザ発振器４１の発熱が、外周面冷却部材４５及び冷却プレート４３を介して、一対のペルチェ素子４６に熱伝達されて吸熱される。また、一対のペルチェ素子４６から放熱される放熱エネルギーは、放熱プレート４７を介して本体ベース２に熱伝達される。また、図６乃至図８に示すように、レーザ発振ユニット４は、本体ベース２の左右幅方向の中心線２２に対して、レーザ発振器４１の左右幅方向の中心を通る、つまり、レーザ発振器４１の左右方向中央部を通るレーザ光Ｌの第１光軸Ｌ１が左側に位置するように、本体ベース２上の左後側角部に固定される。

図５及び図６に示すように、光シャッター部３５は、シャッターモータ５６と、平板状のシャッター５７等から構成されている。シャッターモータ５６は、ステッピングモータ等で構成されている。シャッター５７は、シャッターモータ５６のモータ軸に固定された断面Ｌ字状の保持部材の側面部に取り付けられ、シャッターモータ５６のモータ軸と同軸に回転する。

シャッター５７は、ビームエキスパンダ４２から出射されたレーザ光Ｌの光路を遮る位置に回転された際には、レーザ光Ｌを光シャッター部３５に対して右方向に設けられた光ダンパー３６へ反射する。一方、シャッター５７がビームエキスパンダ４２から出射されたレーザ光Ｌの光路上に位置しないように回転された場合には、ビームエキスパンダ４２から出射されたレーザ光Ｌは、光シャッター部３５の前側に配置されたダイクロイックミラー３７に入射する。

光ダンパー３６は、シャッター５７で反射されたレーザ光Ｌを吸収する。尚、光ダンパー３６は、熱伝導材を介して、本体ベース２上に固定されている。従って、光ダンパー３６の発熱は、本体ベース２に熱伝達される。

図６に示すように、ダイクロイックミラー３７は、レーザ光Ｌの第１光軸Ｌ１に対して斜め右前方向に４５度の角度を形成するように配置されている。ダイクロイックミラー３７は、後側から入射されたレーザ光Ｌをガルバノスキャナ５へ向かって４５度の反射角でレーザ光Ｌの第１光軸Ｌ１と略直交する第２光軸Ｌ２上に反射する。また、ダイクロイックミラー３７は、後側から入射されたレーザ光Ｌの一部を光検出センサ５８に向かって透過する。例えば、ダイクロイックミラー３７は、１％の透過率でレーザ光Ｌを光検出センサ５８に向かって透過する。

また、ダイクロイックミラー３７に対して左側に配置されるガイド光部３８は、可視レーザ光Ｇをガルバノスキャナ５へ向かって第２光軸Ｌ２上に出射する可視半導体レーザ６１が配設されている。ダイクロイックミラー３７は、左側から入射される可視レーザ光Ｇを、９３％の透過率で、ガルバノスキャナ５へ向かって透過させ、５％の反射率で、光検出センサ５８へ向かって４５度の反射角で反射し、可視レーザ光Ｇの２％の損失が生じるように構成されている。

図５及び図６に示すように、ガルバノスキャナ５は、レーザ発振器４１から出射されて、ダイクロイックミラー３７で反射されたレーザ光Ｌと、可視半導体レーザ６１から出射されて、ダイクロイックミラー３７を透過した可視レーザ光Ｇとを、下方向、つまり、第１光軸Ｌ１及び第２光軸Ｌ２に直交する第３光軸Ｌ３方向に配置された加工対象物４９の加工面４９Ａ上に出射して２次元走査するものである。そして、ガルバノスキャナ５から第３光軸Ｌ３方向に配置された加工対象物４９の加工面４９Ａ上に出射されたレーザ光Ｌと可視レーザ光Ｇは、本体ベース２の右前角部に取り付けられたｆθレンズ６を介して、ガラス板３１を透過して加工対象物４９の加工面４９Ａに集光され、印字パターンがマーキングされる。

ガルバノスキャナ５は、ガルバノＸ軸モータ６２とガルバノＹ軸モータ６３とが、それぞれのモータ軸が互いに略直交するように外側からそれぞれの取付孔に嵌入されて本体部６５に取り付けられている。ガルバノＸ軸モータ６２のモータ軸の先端部には、ダイクロイックミラー３７によって第２光軸Ｌ２方向に反射されたレーザ光Ｌが入射される第１走査ミラー６２Ａが取り付けられている。ガルバノＹ軸モータ６３のモータ軸の先端部には、第１走査ミラー６２Ａで反射されたレーザ光Ｌが入射される第２走査ミラー６３Ａが取り付けられている。

従って、冷却プレート４３とペルチェ素子４６と放熱プレート４７の合計厚さは、レーザ発振器４１から出射されたレーザ光Ｌが、ダイクロイックミラー３７で反射されて、ガルバノスキャナ５の第１走査ミラー６２Ａに入射する高さになるように設定されている。

そして、各モータ６２、６３の回転をそれぞれ制御して、第１走査ミラー６２Ａ及び第２走査ミラー６３Ａを回転させることによって、レーザ光Ｌと可視レーザ光Ｇとを下方へ２次元走査する。この２次元走査方向は、前後方向と左右方向である。また、本体部６５は、熱伝導材を介して、本体ベース２上に固定されている。従って、各モータ６２、６３の発熱は、本体部６５を介して本体ベース２に熱伝達される。

次に、ヒートシンクユニット９の概略構成について図３乃至図５、図７、図８に基づいて説明する。
図３乃至図５、図７、図８に示すように、ヒートシンクユニット９は、ヒートシンク７１、ヒートシンクカバー７２、一対のファン７３、及びファンカバー７５とから構成されている。ヒートシンク７１、ヒートシンクカバー７２、及びファンカバー７５は、アルミニウムや銅やステンレス等の熱伝導率が大きい放熱材料で形成されている。

ヒートシンク７１の前後方向の長さは、レーザ発振器４１の前後方向の長さとほぼ等しい長さに形成されている。また、ヒートシンク７１の左右方向の幅は、レーザ発振ユニット４の放熱プレート４７の左右方向の幅よりも少し大きい幅に形成されている。ここで、ヒートシンク７１は、例えば、前後方向幅約１００ｍｍ、左右方向幅約１２５ｍｍで、高さ約４０ｍｍに形成されている。そして、ヒートシンク７１は、本体ベース２の下面に各ネジ７６で取り付けられる平面視矩形状の平板部７１Ａから複数の放熱フィン７１Ｂが左右方向に沿って平行に下方に立設され、表面積を大きくし、放熱性を向上させている。

ヒートシンク７１の平板部７１Ａは、熱伝導材を介して、本体ベース２のレーザ発振ユニット取付部２Ａに対向する底面部に設けられたヒートシンク取付部２Ｂに各ネジ７６で固定される。そして、断面コの字状に上方に開口したヒートシンクカバー７２をヒートシンク７１を覆うように本体ベース２の底面部にネジ止めにより固定する。ここで、ヒートシンクカバー７２は、例えば、前後方向幅約１１４ｍ、左右方向幅約１２６ｍｍで、高さ約４６ｍｍに形成されている。

図５に示すように、各放熱フィン７１Ｂの先端部とヒートシンクカバー７２の底面部７２Ｂとの距離は、放熱フィン７１Ｂ間の距離よりも短くなるように形成されている。また、前後方向両端の各放熱フィン７１Ｂと、ヒートシンクカバー７２の前後方向内側の各側面との距離は、放熱フィン７１Ｂ間の距離よりも短くなるように形成されている。例えば、放熱フィン７１Ｂ間の距離は、約０．５ｍｍである。各放熱フィン７１Ｂの先端部とヒートシンクカバー７２の底面部７２Ｂとの距離は、約０ｍｍである。更に、前後方向両端の各放熱フィン７１Ｂと、ヒートシンクカバー７２の前後方向内側の各側面との距離は、約０ｍｍである。

また、ヒートシンクカバー７２は、左側面部に空気を吸入する略横長四角形の吸気口７２Ａが開口され、右側面部に空気を排気する一対のファン７３が前後方向に並んで配置されている。ファンカバー７５は、各ファン７３側が開口された前後方向に長いコの字状に折り曲げられて、一対のファン７３を覆うようにヒートシンクカバー７２の右側面部にネジ止めによって固定される。ファンカバー７５は、各ファン７３に対向する面に複数の排気用スリット７５Ａが形成され、各ファン７３から送風された空気をスムーズに外側へ排気するように構成されている。

図４に示すように、ヒートシンクユニット９を構成するヒートシンク７１、ヒートシンクカバー７２、各ファン７３、及びファンカバー７５は、本体ベース２の外周部よりも内側に配置されている。また、ヒートシンク７１の左右幅方向の中心線７１Ｃは、本体ベース２の左右幅方向の中心線２２に対して左側、つまり、レーザ発振器４１側に位置している。また、一対のファン７３は、ヒートシンクカバー７２のレーザ発振器４１から離反する側の右側面部に配置されている。

図５に示すように、ヒートシンクユニット９は、ヒートシンクカバー７２の底面部７２Ｂが、本体ベース２の前側約半分の部分を形成する結像光学保持部２１の下面に取り付けられた底板プレート２７の下端面２７Ａよりも高さＨ１だけ内側に位置するように構成されている。高さＨ１は、例えば、１０ｍｍである。つまり、ヒートシンクユニット９は、本体ベース２の結像光学保持部２１よりも後側の底面部に配置され、底板プレート２７の下端面２７Ａよりも上側に窪む段差部分内に配置されている。

また、図４乃至図６に示すように、本体ベース２の底面部には、各ファン７３に電気的に接続された各配線ケーブル７７が挿通される防水型コネクタ７８が、ヒートシンクユニット９と結像光学保持部２１との間に配置されている。防水型コネクタ７８は、レーザ発振器４１から右側方向に離反すると共に、ガルバノスキャナ５から後側方向に離反するように、前側のファン７３と結像光学保持部２１との間に取り付けられている。

図５に示すように防水型コネクタ７８は、各配線ケーブル７７を挿入可能、且つ、各配線ケーブル７７の外周面に密着するゴム等の弾性部材７９を有し、各配線ケーブル７７を外気と気密に遮断して、各配線ケーブル７７を本体ベース２の上側へ挿通する。本体ベース２の底面部から突出する防水型コネクタ７８の先端部７８Ａは、底板プレート２７の下端面２７Ａよりも上側に位置するように構成されている。防水型コネクタ７８は、例えば、外径約２７ｍｍで、本体ベース２からの突出高さ約３１ｍｍに設定されている。

ここで、本体ベース２は、ベースの一例として機能する。本体ベース２の上面が、ベースの一方の面の一例として機能する。本体ベース２の左側方向が、第３方向の一方側の一例である。本体ベース２の右側方向が、第３方向の他方側の一例である。本体ベース２の下側方向が、第２方向において発振器に対して反対側の一例である。

ガルバノスキャナ５は、走査部の一例として機能する。ｆθレンズ６は、結像光学部の一例として機能する。カバー部材８は、カバーの一例として機能する。結像光学保持部２１は、保持部の一例として機能する。貫通孔２３は、開口部の一例として機能する。底板プレート２７は、透過部の一例として機能する。レーザ発振器４１は、発振器の一例として機能する。防水型コネクタ７８は、コネクタの一例として機能する。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、レーザ発振器４１から出射されるレーザ光Ｌの第１光軸Ｌ１に交差する第２光軸Ｌ２上にガルバノスキャナ５が配置されている。ガルバノスキャナ５は、第１光軸Ｌ１及び第２光軸Ｌ２に直交する第３光軸Ｌ３方向に配置された加工対象物４９の加工面４９Ａ上にレーザ光Ｌを２次元走査する。更に、ガルバノスキャナ５で２次元走査されたレーザ光Ｌを加工対象物４９の加工面４９Ａ上に結像させるｆθレンズ６が配置されている。つまり、ｆθレンズ６は、ガルバノスキャナ５に対して第１光軸Ｌ１及び第２光軸Ｌ２に直交する第３光軸Ｌ３方向に配置されている。これにより、レーザ加工装置１の第１光軸Ｌ１方向、即ち、前後方向における小型化を容易に図ることができる。

また、本体ベース２の下面から下側方向に突出するヒートシンクユニット９は、結像光学保持部２１のガルバノスキャナ５に対して反対側の端面部を覆うように取り付けられる底板プレート２７の下端面２７Ａよりも上下方向において本体ベース２側に配置されている。これにより、レーザ加工装置１の上下方向における小型化を図ることができる。また、ヒートシンクユニット９を構成するヒートシンク７１を覆うヒートシンクカバー７２及び各ファン７３を覆うファンカバー７５は、本体ベース２の外周縁部よりも内側に配置されるため、レーザ加工装置１の前後方向及び左右方向における小型化を図ることができる。

本体ベース２に配置されたレーザ発振ユニット４、ガルバノスキャナ５及びｆθレンズ６等は、カバー部材８によって外気と気密に遮断されて密閉されるため、空気中の塵やオイルミストの付着を防止することができる。尚、カバー部材８は、防塵防水に密閉するようにしてもよい。これにより、カバー部材８内への塵やオイルミストの進入を防止することができる。

また、ヒートシンクユニット９のヒートシンク７１は、本体ベース２を挟んでレーザ発振器４１に対して第３光軸Ｌ３方向、つまり、上下方向に対向するように配置される。これにより、ヒートシンクユニット９は、本体ベース２の下面において、ｆθレンズ６が取り付けられる結像光学保持部２１よりも後側の全幅と、左右方向全幅に渡る部分に取り付けることが可能となる。従って、レーザ加工装置１の小型化を図りつつ、ヒートシンクユニット９のヒートシンク７１を取り付けるヒートシンク取付部２Ｂを広く設定することができ、ヒートシンク７１を大きくしてレーザ発振器４１等の冷却効率の向上を図ることができる。

また、レーザ発振ユニット４は、本体ベース２の左右幅方向の中心線２２に対して、レーザ発振器４１の左右方向中央部を通るレーザ光Ｌの第１光軸Ｌ１が左側に位置するように、本体ベース２上の左後側角部に固定される。一方、ヒートシンク７１の左右方向中央部が、本体ベース２の左右方向中央部よりもレーザ発振器４１側に位置するように配置される。これにより、ヒートシンク７１をレーザ発振器４１の近くに配置して、ヒートシンク７１を介してレーザ発振器４１を効率的に冷却することができる。

更に、各ファン７３は、ヒートシンクカバー７２の左右方向において、レーザ発振器４１から離反する側の右側面部に対向するように配置される。これにより、各ファン７３を配置するスペースを容易に確保することができ、レーザ加工装置１の小型化を図りつつ、ヒートシンクユニット９の冷却効率の向上を図ることができる。

また、ヒートシンク７１の放熱フィン７１Ｂは、平板部７１Ａの下面に左右方向に長く立設されている。また、ヒートシンク７１を覆うヒートシンクカバー７２の左側面部には、吸気口７２Ａが開口されている。また、ヒートシンクカバー７２の右側面部には、一対のファン７３が配置されている。また、ヒートシンクカバー７２の底面部７２Ｂと複数の放熱フィン７１Ｂの先端部との上下方向における距離は、放熱フィン７１Ｂ間の距離よりも短くなるように設定されている。また、前後方向両端の各放熱フィン７１Ｂと、ヒートシンクカバー７２の前後方向内側の各側面との距離は、放熱フィン７１Ｂ間の距離よりも短くなるように設定されている。

これにより、ヒートシンク７１の右側面部に対向するように配置された各ファン７３によって送風される空気を放熱フィン７１Ｂ間に強制的に通して、放熱することができ、ヒートシンクユニット９の冷却効率の向上を図ることができる。また、ヒートシンクユニット９の上下方向における高さを低くすることができ、レーザ加工装置１の上下方向における更なる小型化を図ることができる。

また、本体ベース２には、各ファン７３に電気的に接続される配線ケーブル７７を外気と気密に遮断して挿通する防水型コネクタ７８が、本体ベース２の底面部から下方向に突出して設けられている。従って、各配線ケーブル７７を防水型コネクタ７８に挿入することによって、空気中の塵やオイルミストの防水型コネクタ７８からの進入を防止することができる。また、防水型コネクタ７８は、結像光学保持部２１のガルバノスキャナ５に対して反対側の端面部を覆うように取り付けられる底板プレート２７の下端面２７Ａよりも上下方向において本体ベース２側に配置されるため、レーザ加工装置１の上下方向における小型化を図ることができる。

更に、防水型コネクタ７８は、本体ベース２の左右方向において、レーザ発振器４１から離反する右側で、且つ、本体ベース２の前後方向においてガルバノスキャナ５から離反する後側の位置に配置される。このため、防水型コネクタ７８をファン７３に近い位置に配置することができ、各ファン７３に電気的に接続される各配線ケーブル７７の配線長さを短くすることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。

（Ａ）例えば、空気に含まれるオイルミストや粉塵等を取り除くフィルタを、ヒートシンクカバー７２の吸気口７２Ａの全面の覆うように交換可能に取り付けてもよい。これにより、ヒートシンク７１の放熱フィン７１Ｂにオイルミストや粉塵等が付着して生じる目詰まりや伝熱不良等の発生を抑止することができる。

（Ｂ）また、例えば、ヒートシンクユニット９は、ヒートシンクカバー７２、一対のファン７３、及び、ファンカバー７５を取り除いて、ヒートシンク７１のみで構成し、本体ベース２のヒートシンク取付部２Ｂに各ネジ７６で取り付けるようにしてもよい。これにより、レーザ加工装置１の部品点数の更なる削減化を図ることができる。

１ レーザ加工装置
２ 本体ベース
２Ｂ ヒートシンク取付部
４ レーザ発振ユニット
５ ガルバノスキャナ
６ ｆθレンズ
８ カバー部材
９ ヒートシンクユニット
２１ 結像光学保持部
２３ 貫通孔
２７ 底板プレート
４１ レーザ発振器
４３ 冷却プレート
４５ 外周面冷却部材
４６ ペルチェ素子
４７ 放熱プレート
４９ 加工対象物
６２Ａ 第１走査ミラー
６３Ａ 第２走査ミラー
７１ ヒートシンク
７１Ｂ 放熱フィン
７２ ヒートシンクカバー
７３ ファン
７７ 配線ケーブル
７８ 防水コネクタ
７９ 弾性部材
Ｌ レーザ光

Claims (7)

1. 第１方向にレーザを出射する発振器と、
   前記発振器から出射された前記レーザを走査する走査部と、
   前記走査部で走査された前記レーザを前記第１方向に交差する第２方向に向かって結像させる結像光学部と、
   前記発振器と前記走査部が、前記第２方向において対向する面のうち、一方の面上に配設されると共に、前記結像光学部に向かって前記走査部で走査された前記レーザが通過する開口部が形成されたベースと、
   前記ベースの前記一方の面側を覆い、前記発振器と前記走査部と前記結像光学部とを覆うカバーと、
   前記ベースを挟んで前記発振器に対して前記第２方向において対向し、前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出しており、前記発振器から熱伝導された熱を外部に放熱するヒートシンクユニットと、
   前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出して、前記結像光学部を保持する保持部と、
   を備え、
   前記ヒートシンクユニットの前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部は、前記保持部の前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部よりも前記ベース側に配置されることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記保持部は、
   前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出して前記結像光学部を囲む突出部と、
   前記突出部の突出側端部に配置され、前記結像光学部を覆い、前記結像光学部を保護すると共に前記レーザを透過させる透過部と、
   を有し、
   前記ヒートシンクユニットは、
   放熱材料から形成されたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを覆うヒートシンクカバーと、
   を有し、
   前記ヒートシンクカバーの前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部は、前記透過部の前記第２方向において前記発振器に対して反対側の先端部よりも前記ベース側に配置されてい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. 前記発振器は、前記第１方向に交差し、且つ、前記第２方向に直交する第３方向における中央部が、前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の一方側に離れて配置され、
   前記ヒートシンクユニットは、前記ベースの外周縁部よりも内側に配置されると共に、前記ヒートシンクの前記第３方向中央部が、前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の前記一方側に離れて配置され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. 前記ヒートシンクユニットは、前記ヒートシンクに送風するファンを有し、
   前記ファンは、前記ベースの外周縁部よりも内側に配置されると共に、前記ヒートシンクカバーの前記第３方向両側面のうち、前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の他方側に位置する側面に対向するように配置されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記ヒートシンクは、複数の放熱フィンを有し、
   前記複数の放熱フィンは、前記第３方向に長く設けられ、
   前記ヒートシンクカバーと前記複数の放熱フィンとの前記第２方向における距離は、前記放熱フィン間の距離よりも短いことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記ベースは、前記ファンに電気的に接続されるケーブルを挿入可能、且つ、前記ケーブルの外周面に密着する弾性部材を有するコネクタを有し、
   前記コネクタは、前記ベースから前記第２方向において前記発振器に対して反対側に突出し、且つ、前記透過部よりも前記第２方向において前記ベース側に配置されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記コネクタは、前記第３方向において前記ベースの前記第３方向中央部よりも該第３方向の他方側に離れた位置に配置され、且つ、前記第１方向において前記走査部から前記発振器側へ離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。

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