JP6335590B2 - レーザ加工装置及びレンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置及び同レーザ加工装置に設けられるレンズユニットに関する。

従来から、レーザ加工装置の一種として、光源から出射されるレーザ光をレンズで集光し、その集光したレーザ光を加工対象物に照射することで、同加工対象物に穴あけ加工を行う装置が知られている。こうしたレーザ加工装置には、光源から出射されるレーザ光を屈折するプリズムと、プリズムをレーザ光の光軸周りに回転させるモータとを備えるものがある（例えば特許文献１）。

そして、上記レーザ加工装置では、光軸に対するプリズムの傾斜角度を一定に保った状態で、同プリズムを光軸周りに回転させることで、加工対象物の表面に対するレーザ光の照射角度を変更し、加工対象物の表面から裏面に向かうに連れて断面積が次第に大きくなる逆テーパ穴の穴あけ加工を可能としている。

特開２００６−８２１３０号公報

ところで、上記レーザ加工装置において、加工対象物に加工するテーパ穴のテーパ角（テーパ率又はテーパ度合い）を変更する場合には、例えば、光軸に対するプリズムの傾斜角度を変更したり、プリズムを屈折率の異なる他のプリズムに変更したりする必要がある。このため、上記レーザ加工装置では、テーパ角の異なるテーパ穴の穴あけ加工を容易に行うことができないという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。その目的は、加工対象物にテーパ角の異なるテーパ穴の穴あけ加工を容易に行うことができるレーザ加工装置及びレンズユニットを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、前記走査部を制御する制御部と、を備え、加工対象物にレーザ光を照射することで加工を行う。さらに、同レーザ加工装置は、前記走査部は、前記レーザ光源からのレーザ光を反射して走査する第１ガルバノミラーと、前記第１ガルバノミラーからのレーザ光を反射して走査する第２ガルバノミラーとを有し、前記第１及び第２ガルバノミラーをそれぞれ回動させることにより前記レーザ光源から出射されるレーザ光を直交する方向に二次元的に走査するガルバノスキャナであり、前記走査部が走査するレーザ光を屈折するレンズユニットを着脱可能に備え、前記レンズユニットは、入射されたレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光するように、前記レンズユニットの光軸から遠くに入射するレーザ光ほど内側に向かって屈折し、前記制御部は、前記走査部を制御して前記レンズユニットに入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際に、同光軸からレーザ光の照射位置までの距離を変更する。

上記構成によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光は、走査部によって走査される。続いて、走査部によって走査されたレーザ光は、レンズユニットで屈折され、加工対象物上に照射される。また、レンズユニットに入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査することで、加工対象物上でレーザ光が円状に走査され、同加工対象物に穴が加工される。

ここで、レンズユニットは、その光軸を中心とする円状に走査されたレーザ光を、屈折することでレンズユニットの光軸上の同一点に集光する。このため、レンズユニットで屈折されたレーザ光は、光軸上の同一点を通過するまでは、レンズユニットから離れるに連れて光軸に次第に近付く一方、光軸上の同一点を通過してからは、レンズユニットから離れるに連れて光軸から次第に遠ざかることとなる。このため、レンズユニットで屈折されたレーザ光がその光軸上の同一点を通過した後に加工対象物に照射されるようにした場合、レンズユニットからの距離が短い加工対象物の表面よりもレンズユニットからの距離が長い加工対象物の裏面の方が穴の開口面積が大きくなる。すなわち、加工対象物には、逆テーパ穴が加工される。

さらに、レンズユニットは、その光軸からレンズユニットに対するレーザ光の入射位置までの距離が異なる場合であっても、屈折するレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光する。このため、光軸から近くにレーザ光が入射される場合よりも、光軸から遠くにレーザ光が入射される場合の方が、レンズユニットによって屈折されたレーザ光と光軸との間をなす角度が大きくなる。すなわち、レンズユニットの光軸からレンズユニットに対する入射位置までの距離が長いほど、レンズユニットによって屈折されたレーザ光と光軸との間をなす角度が大きくなる。

その結果、レンズユニットに入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際の円状の半径を変更することで、加工対象物に加工されるテーパ穴のテーパ角度を変化させることができる。したがって、上記構成のレーザ加工装置によれば、加工対象物にテーパ角の異なるテーパ穴の穴あけ加工を容易に行うことができる。

上記課題を解決するレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、前記走査部が走査するレーザ光を透過する透光部材と、前記走査部を制御する制御部と、を備え、加工対象物にレーザ光を照射することで加工を行う。さらに、同レーザ加工装置は、前記走査部は、前記レーザ光源からのレーザ光を反射して走査する第１ガルバノミラーと、前記第１ガルバノミラーからのレーザ光を反射して走査する第２ガルバノミラーとを有し、前記第１及び第２ガルバノミラーをそれぞれ回動させることにより前記レーザ光源から出射されるレーザ光を直交する方向に二次元的に走査するガルバノスキャナであり、前記透光部材と交換可能とされ、前記走査部が走査するレーザ光を屈折するレンズユニットをさらに備え、前記レンズユニットは、入射されたレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光するように、前記レンズユニットの光軸から遠くに入射するレーザ光ほど内側に向かって屈折し、前記制御部は、前記走査部を制御して前記レンズユニットに入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際に、同光軸からレーザ光の照射位置までの距離を変更する。

上記構成によれば、汎用のレーザ加工装置が備える透光部材をレンズユニットに取り替えることで、上記のレーザ加工装置が奏する効果を得ることができる。
上記レーザ加工装置において、前記レンズユニットは、第１のレンズと、前記第１のレンズよりも加工対象物側に設けられる第２のレンズと、を有することが望ましい。

上記構成によれば、第１のレンズと第２のレンズとを組み合わせることで、レンズユニットが単一のレンズを有する場合に比較して、レンズユニットにおいて、光軸からレーザ光の入射位置までの距離を変更した際の同レンズユニットが屈折可能な角度範囲を広くすることができる。このため、レーザ加工装置が加工可能なテーパ穴のテーパ角の範囲を広くすることができる。

上記課題を解決するレンズユニットは、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、前記走査部を制御する制御部と、を備え、前記走査部は、前記レーザ光源からのレーザ光を反射して走査する第１ガルバノミラーと、前記第１ガルバノミラーからのレーザ光を反射して走査する第２ガルバノミラーとを有し、前記第１及び第２ガルバノミラーをそれぞれ回動させることにより前記レーザ光源から出射されるレーザ光を直交する方向に二次元的に走査するガルバノスキャナであり、加工対象物にレーザ光を照射することで加工を行うレーザ加工装置に装着される。さらに、同レンズユニットは、前記走査部と前記加工対象物との間に装着され、入射されたレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光するように、前記レンズユニットの光軸から遠くに入射するレーザ光ほど内側に向かって屈折し、入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際に、同光軸からレーザ光の照射位置までの距離を変更する。

上記構成によれば、汎用のレーザ加工装置にレンズユニットを取り付けることで、上述したレーザ加工装置が奏する効果を得ることができる。

レーザ加工装置において、加工対象物にテーパ角の異なるテーパ穴の穴あけ加工を容易に行うことができる。

レーザ加工装置の概略構成を示す模式図。 レーザ加工装置の概略構成を示すブロック図。 レンズユニットによるレーザ光の屈折態様を説明するための模式図。 レーザ加工装置が逆テーパ穴の穴あけ加工をする場合の作用を説明する模式図であって、（ａ）はレンズユニットに対するレーザ光の入射位置が光軸から近い場合を示し、（ｂ）はレンズユニットに対するレーザ光の入射位置が光軸から遠い場合を示す。 変形例のレンズユニットの概略構成を示す模式図。 変形例のレンズユニットを備えるレーザ加工装置の作用を説明する模式図。

以下、レーザ加工装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、レーザ加工装置１は、コントローラ２と、コントローラ２にファイバケーブル３及び電気ケーブル４を介して接続された略直方体状のヘッド５と、コントローラ２に電気ケーブル６を介して接続されたコンソール７とを備えている。ヘッド５の下面には、レーザ光Ｌｋを出射する窓部５ａが設けられており、ヘッド５は、載置テーブル８の載置面８ａ上に載置された加工対象物Ｗの加工面（以下「表面Ｗａ」ともいう。）と対向するように設置されている。そして、レーザ加工装置１は、ヘッド５からレーザ光Ｌｋを出射することにより、加工対象物Ｗに穴あけ加工を行う。

詳述すると、図２に示すように、コントローラ２は、ファイバケーブル３を介して加工用のレーザ光Ｌｋをヘッド５に出射するレーザ光源（例えばファイバレーザ発振器）１１を備えている。一方、ヘッド５は、ファイバケーブル３を介して入射されるレーザ光Ｌｋのビーム径を拡大するビームエキスパンダ１２と、ビームエキスパンダ１２で拡大されたレーザ光Ｌｋを走査する「走査部」の一例としてのガルバノスキャナ１３とを備えている。また、ヘッド５は、ガルバノスキャナ１３からのレーザ光Ｌｋを集光させて加工に適したエネルギー密度まで高める集光レンズ（例えばｆθレンズ）１４と、集光レンズ１４が集光したレーザ光Ｌｋを屈折するレンズユニット２０とを備えている。ここで、集光レンズ１４は、レーザ光Ｌｋを透過する透光部材の一例に相当する。

ガルバノスキャナ１３は、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌｋを反射して走査する第１ガルバノミラー１５Ｘと、第１ガルバノミラー１５Ｘからのレーザ光Ｌｋを反射して走査する第２ガルバノミラー１５Ｙとを有している。また、ガルバノスキャナ１３は、これら第１及び第２ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙをそれぞれ回動させる第１及び第２ガルバノモータ１６Ｘ，１６Ｙを有している。そして、第１及び第２ガルバノモータ１６Ｘ，１６Ｙは、第１及び第２ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙを、互いに略直交する軸を中心としてそれぞれ回動させることにより、レーザ光Ｌｋを図１におけるＸ方向及びＹ方向に二次元的に走査させる。

コンソール７には、加工に関する情報や装置の設定情報等が表示される表示部７ａと、レーザ加工装置１の各種設定を行うためのボタンを有する操作部７ｂとが設けられている。

コントローラ２は、レーザ加工装置１を統括的に制御する制御部１７を備えている。制御部１７は不揮発性のメモリ１８を備えており、メモリ１８には、加工対象物Ｗに加工する穴の寸法、テーパ角及び加工位置に関する情報等が予め記憶されている。

制御部１７は、コンソール７の表示部７ａ及び操作部７ｂと電気ケーブル６を介して接続されており、同制御部１７には、操作部７ｂから作業者によって設定された各種情報が入力される。また、制御部１７は、レーザ光源１１並びに第１及び第２ガルバノモータ１６Ｘ，１６Ｙと接続されている。そして、制御部１７は、設定された各種情報に基づいてレーザ光源１１を駆動してレーザ光Ｌｋを出射させるとともに、第１及び第２ガルバノモータ１６Ｘ，１６Ｙの駆動を制御することで集光レンズ１４を通じて集光されたレーザ光Ｌｋを加工対象物Ｗの表面Ｗａ上で二次元的に走査させる。これにより、レーザ光Ｌｋの走査軌跡に応じた穴が加工対象物Ｗに加工されることとなる。

載置テーブル８は、ヘッド５に対する距離を短くしたり長くしたりするように、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向に変位可能とされている。また、載置テーブル８は、載置面８ａをＸ方向及びＹ方向と平行な各軸を中心として傾斜可能とされている。

次に、図２及び図３を参照して、レンズユニット２０について詳述する。
図２に示すように、レンズユニット２０は、レーザ光Ｌｋの進行方向において、集光レンズ１４と加工対象物Ｗとの間に着脱可能に設けられている。また、レンズユニット２０は、集光レンズ１４側に設けられる第１のレンズ２１と、加工対象物Ｗ側に設けられる第２のレンズ２２とを有している。ここで、第１のレンズ２１は、例えば凹レンズなど、第１のレンズ２１に入射したレーザ光Ｌｋを、その光軸に沿うように屈折するレンズであることが望ましい。一方、第２のレンズ２２は、例えば凸レンズなど、第２のレンズ２２に入射したレーザ光Ｌｋを、その光軸と交差するように屈折するレンズであることが望ましい。また、第１及び第２のレンズ２１，２２は、それぞれの光軸がともに集光レンズ１４の光軸と同一直線上に位置するように配置されている。このため、以降の説明では、第１及び第２のレンズ２１，２２の光軸を「レンズユニット２０の光軸」ともいい、第１及び第２のレンズ２１，２２並びにレンズユニット２０の光軸を「光軸Ｌａ」ともいう。

そして、集光レンズ１４によって集光されたレーザ光Ｌｋがレンズユニット２０に入射する場合には、第１のレンズ２１が、入射されたレーザ光Ｌｋを光軸Ｌａに沿う方向に屈折する一方、第２のレンズ２２が、第１のレンズ２１によって屈折されたレーザ光Ｌｋを光軸Ｌａと交差する方向に屈折する。こうして、レンズユニット２０は、同レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋを屈折することで、光軸Ｌａに対して交差するように傾いたレーザ光Ｌｋを加工対象物Ｗの表面Ｗａに照射する。

すなわち、図３に示すように、レンズユニット２０で屈折されたレーザ光Ｌｋは、レンズユニット２０の出射側（加工対象物Ｗ側）における光軸上の点（集光位置ＦＰ）を通過する。このため、レンズユニット２０で屈折されたレーザ光Ｌｋは、集光位置ＦＰを通過するまでは、加工対象物Ｗに向かうに連れて光軸Ｌａに次第に近付く一方、集光位置ＦＰを通過してからは、加工対象物Ｗに向かうに連れて光軸Ｌａから次第に遠ざかる。

したがって、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋ（Ｌｋ１）を、その光軸Ｌａを中心とする円状（閉ループ状）に走査する場合には、レンズユニット２０によって屈折されるレーザ光Ｌｋ（Ｌｋ１）は、図３に実線矢印で示すように走査される。すなわち、レンズユニット２０の出射側において、レンズユニット２０から任意の距離Ｄｉで光軸Ｌａと直交する平面上では、レンズユニット２０によって屈折されるレーザ光Ｌｋ（Ｌｋ１）が光軸Ｌａを中心とする円状に走査する。ここで、上記平面上でレーザ光Ｌｋ（Ｌｋ１）が円状に走査されることで形成される円の半径を走査半径Ｒｓとしたとする。すると、レンズユニット２０からの距離Ｄｉが同レンズユニット２０から集光位置ＦＰまでの距離以下の場合、レンズユニット２０からの距離Ｄｉが長くなるに連れて、走査半径Ｒｓは次第に小さくなる。一方、レンズユニット２０からの距離Ｄｉが同レンズユニット２０から集光位置ＦＰまでの距離以上の場合、レンズユニット２０からの距離Ｄｉが長くなるに連れて、走査半径Ｒｓは次第に大きくなる。

また、図３に示すように、レンズユニット２０は、入射側（集光レンズ１４側）において入射されたレーザ光Ｌｋを、出射側の光軸上の同一点に集光するように、光軸Ｌａから遠くに入射するレーザ光Ｌｋほど内側に向かって屈折する。すなわち、光軸Ｌａから第１の距離Ｒ１の位置に入射するレーザ光Ｌｋ１であっても、光軸Ｌａから第１の距離Ｒ１よりも長い第２の距離Ｒ２の位置に入射するレーザ光Ｌｋ２であっても、出射側において光軸上の集光位置ＦＰを通過するように屈折される。つまり、レンズユニット２０は、その光軸Ｌａからレーザ光Ｌｋの入射位置までの距離によらず、屈折するレーザ光Ｌｋを同レンズユニット２０の光軸上の同一点（集光位置ＦＰ）に集光する。

このため、光軸Ｌａから近くにレーザ光Ｌｋ１が入射する場合においてレンズユニット２０が屈折するレーザ光Ｌｋ１の光軸Ｌａに対する第１の角度θ１は、光軸Ｌａから遠くにレーザ光Ｌｋ２が入射する場合においてレンズユニット２０が屈折するレーザ光Ｌｋ２の光軸Ｌａに対する第２の角度θ２よりも小さくなる。すなわち、レンズユニット２０において、光軸Ｌａからレーザ光Ｌｋの入射位置までの距離が長いほど、レンズユニット２０で屈折されたレーザ光Ｌｋの光軸Ｌａに対する角度が大きくなる。因みに、光軸方向（光軸Ｌａの延びる方向）におけるレンズユニット２０からの距離Ｄｉが等しい場合においては、光軸Ｌａからレンズユニット２０に対するレーザ光Ｌｋの入射位置までの距離が長いほど、上述した走査半径Ｒｓが大きくなる。

なお、距離Ｄｉはレンズユニット２０の光軸Ｌａの延びる方向における距離に相当し、第１及び第２の距離Ｒ１，Ｒ２はレンズユニット２０の光軸Ｌａと交差（直交）する方向における距離に相当する。

次に、図４（ａ），（ｂ）を主に参照して、加工対象物Ｗに対しテーパ角が異なるテーパ穴の穴あけ加工を行う場合のレーザ加工装置１の作用について説明する。なお、以降の説明では、光軸方向において、レンズユニット２０から集光位置ＦＰまでの距離よりも、レンズユニット２０から加工対象物Ｗの表面Ｗａまでの距離の方が長いものとする。また、加工対象物Ｗは、その表面Ｗａ及び裏面Ｗｂが光軸Ｌａと直交するように載置テーブル８に載置されているものとする。

図２に示すように、レーザ加工装置１において、加工対象物Ｗの加工を行う場合には、制御部１７の出力する制御信号に基づいてレーザ光源１１からレーザ光Ｌｋが出射される。続いて、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌｋは、ファイバケーブル３を介してヘッド５内を進むことで、ビームエキスパンダ１２によってビーム径が調整される。そして、レーザ光Ｌｋは、第１及び第２ガルバノミラー１５Ｘ，１５Ｙによって反射された後に、集光レンズ１４で集光され、さらにレンズユニット２０で屈折されることで、加工対象物Ｗの表面Ｗａに照射される。

ここで、図４（ａ）に示すように、レンズユニット２０において、光軸Ｌａからレーザ光Ｌｋ１の入射位置までの距離が第１の距離Ｒ１の場合、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋ１は、光軸Ｌａに対する角度が第１の角度θ１になるように屈折される。そして、レンズユニット２０によって屈折されたレーザ光Ｌｋ１は、集光位置ＦＰを通過した後に、第１の角度θ１に応じた入射角度で加工対象物Ｗの表面Ｗａに照射される。

さらに、ガルバノスキャナ１３の駆動を制御することで、光軸Ｌａからレンズユニット２０に対するレーザ光Ｌｋ１の入射位置までの距離を第１の距離Ｒ１に維持した状態で、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋ１を円状に走査させる。すると、同レーザ光Ｌｋ１は、レンズユニット２０によって屈折されることで、加工対象物Ｗの表面Ｗａに円状に走査される。すなわち、集光位置ＦＰを頂点とする第１の角度θ１の２倍に相当するテーパ角を有する円錐の母線に沿うようにレーザ光Ｌｋ１が走査されることにより、加工対象物Ｗには、その表面Ｗａよりも裏面Ｗｂの方が、開口面積（穴径）が大きい逆テーパ穴３１が加工される。

その一方で、図４（ｂ）に示すように、レンズユニット２０において、光軸Ｌａからレーザ光Ｌｋ２の入射位置までの距離が第１の距離Ｒ１よりも長い第２の距離Ｒ２の場合、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋ２は、光軸Ｌａに対する角度が第１の角度θ１よりも大きい第２の角度θ２になるように屈折される。そして、レンズユニット２０によって屈折されたレーザ光Ｌｋ２は、集光位置ＦＰを通過した後に、第２の角度θ２に応じた入射角度で加工対象物Ｗの表面Ｗａに照射される。

さらに、ガルバノスキャナ１３の駆動を制御することで、光軸Ｌａからレンズユニット２０に対するレーザ光Ｌｋ２の入射位置までの距離を第２の距離Ｒ２に維持した状態で、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋ２を円状に走査させる。すると、同レーザ光Ｌｋ２は、レンズユニット２０によって屈折されることで、加工対象物Ｗの表面Ｗａに円状に走査される。すなわち、集光位置ＦＰを頂点とする第２の角度θ２の２倍に相当するテーパ角を有する円錐の母線に沿うようにレーザ光Ｌｋ２が走査されることにより、加工対象物Ｗには、その表面Ｗａよりも裏面Ｗｂの方が、開口面積（穴径）が大きい逆テーパ穴３２が加工される。

こうして、本実施形態によれば、ガルバノスキャナ１３の駆動を制御して、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋを円状に走査する場合において、光軸Ｌａからレーザ光Ｌｋの照射位置までの距離を変更することで、テーパ角の異なる逆テーパ穴３１，３２が容易に加工される。因みに、図４（ａ），（ｂ）に示すように、レンズユニット２０にレーザ光Ｌｋ１，Ｌｋ２が入射される場合に、加工対象物Ｗに加工される逆テーパ穴３１，３２のテーパ角が第１及び第２の角度θ１，θ２の２倍の角度と一致しないのは、加工対象物Ｗに照射されるレーザ光Ｌｋ１，Ｌｋ２が拡がり角を有するためである。このため、実際には、こうした拡がり角を考慮したレーザ加工を行うことが望ましい。

なお、図４（ｂ）に示す加工対象物Ｗに加工された逆テーパ穴３２の表面Ｗａにおける開口面積を、図４（ａ）に示す加工対象物Ｗに加工された逆テーパ穴３１の表面Ｗａにおける開口面積と一致させたい場合には、載置テーブル８を駆動して、図４（ｂ）に示す状態よりも加工対象物Ｗをレンズユニット２０に近付ければよい。すなわち、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、載置テーブル８によって、加工対象物Ｗの表面Ｗａとレンズユニット２０との間の距離を変更することで、加工対象物Ｗの表面Ｗａ及び裏面Ｗｂの開口面積（穴径）の異なるテーパ穴の加工が容易となる。

また、上述した図４（ａ），（ｂ）を参照した説明においては、光軸方向において、レンズユニット２０から集光位置ＦＰまでの距離よりも、レンズユニット２０から加工対象物Ｗの表面Ｗａまでの距離の方が長いものとしたがそうしなくてもよい。

例えば、光軸方向において、レンズユニット２０から集光位置ＦＰまでの距離と、レンズユニット２０から加工対象物Ｗの表面Ｗａまでの距離とを一致させてもよい。これによれば、加工対象物Ｗに、その表面Ｗａの方が裏面Ｗｂに比べ、開口面積（穴径）が非常に小さい逆テーパ穴を加工することができる。

また、光軸方向において、レンズユニット２０から集光位置ＦＰまでの距離よりも、レンズユニット２０から加工対象物Ｗの表面Ｗａまでの距離の方が短くてもよい。これによれば、加工対象物Ｗに、その表面Ｗａよりも裏面Ｗｂの方が、開口面積（穴径）が小さいテーパ穴を加工することができる。

上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）入射側で入射されたレーザ光Ｌｋを、出射側の光軸上の同一点（集光位置ＦＰ）に集光するように、光軸Ｌａから遠くに入射するレーザ光Ｌｋほど内側に向かって屈折するレンズユニット２０を設けるようにした。これにより、レンズユニット２０に入射するレーザ光Ｌｋを、光軸Ｌａを中心とする円状に走査させる際に、同光軸Ｌａから入射位置までの距離（第１及び第２の距離Ｒ１，Ｒ２）を変更することで、加工対象物Ｗに加工されるテーパ穴（逆テーパ穴３１，３２）のテーパ角を変化させることができる。したがって、加工対象物Ｗにテーパ角の異なるテーパ穴の穴あけ加工を容易に行うことができる。

（２）レンズユニット２０が第１のレンズ２１と第２のレンズ２２とを有するため、レンズユニット２０が単一のレンズを有する場合に比較して、光軸Ｌａからレンズユニット２０に対するレーザ光Ｌｋの入射位置までの距離を変更した際のレンズユニット２０が屈折可能な角度範囲を広くすることができる。このため、レーザ加工装置１が加工可能なテーパ穴のテーパ角の範囲を広くすることができる。

（３）第１のレンズ２１が光軸Ｌａに沿う方向に屈折したレーザ光Ｌｋが第２のレンズ２２に入射するため、第２のレンズ２２において、球面収差を小さくするようなレンズ設計を行うことが容易となる。

（４）レンズユニット２０を着脱可能とすることで、レーザ加工装置１に、レンズユニット２０を装着した場合には、加工対象物Ｗにテーパ角の異なるテーパ穴の穴あけ加工を容易に行うことができる。一方、レンズユニット２０を取り外した場合には、テーパ穴の穴あけ加工ではない通常の穴あけ加工を行うことができる。したがって、レンズユニット２０の着脱によって、テーパ穴の穴あけ加工と通常の穴あけ加工とを選択することができる。

なお、上記実施形態は以下に示すように変更してもよい。
・図５に示すように、レンズユニット２０Ａは、第１のレンズ２１と第２のレンズ２２との間に、第１のレンズ２１で屈折されたレーザ光Ｌｋのビーム径を調整するビームエキスパンダ２３を有していてもよい。この場合、レーザ加工装置１は、ビームエキスパンダ１２を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。

これによれば、図６に示すように、レンズユニット２０Ａに入射するレーザ光Ｌｋをビームエキスパンダ２３によってそのビーム径を変更することで、同レンズユニット２０Ａが屈折するレーザ光Ｌｋの拡がり角を変更することができる。すなわち、図６に細線の二点鎖線で示すように、レンズユニット２０Ａで屈折されたレーザ光Ｌｋ３が、集光位置ＦＰを通過した後の拡がり角が第１の拡がり角φ１となるように、ビーム径を変更することができる。また、図６に太線の二点鎖線で示すように、レンズユニット２０Ａで屈折されたレーザ光Ｌｋ４が集光位置ＦＰを通過した後の拡がり角が第１の拡がり角φ１よりも大きい第２の拡がり角φ２となるように、ビーム径を変更することもできる。

そして、レンズユニット２０Ａに入射されるレーザ光Ｌｋを円状に走査することで、第１の拡がり角φ１のレーザ光Ｌｋ３が加工対象物Ｗの表面Ｗａに照射される場合には、テーパ角を第１のテーパ角θｔ１とするテーパ穴が加工される。一方、第２の拡がり角φ２のレーザ光Ｌｋ４が加工対象物Ｗの表面Ｗａに照射される場合には、テーパ角を第２のテーパ角θｔ２とするテーパ穴が加工される。

したがって、ビームエキスパンダ２３によりビーム径（拡がり角）を大きくすることにより、加工対象物Ｗに対してテーパ角が大きいテーパ穴を加工することができる。また、同様に、ビーム径（拡がり角）を大きくすることにより、加工対象物Ｗの表面Ｗａ及び裏面Ｗｂにおける開口面積が大きいテーパ穴を加工することができる。なお、レンズユニット２０Ａがビームエキスパンダ２３を有していない場合であっても、レーザ加工装置１がビームエキスパンダ１２を備えていれば、上記作用効果を得ることができる。

・集光レンズ１４を備えなくてもよい。この場合、集光レンズ１４の代替として、レーザ加工装置１の内部に埃などの異物が混入することを抑制する透光部材の一例としての保護ガラスを備えてもよい。若しくは、集光レンズ１４に加えて、上記保護ガラスを備えてもよい。

・レンズユニット２０において、第１のレンズ２１を備えなくてもよい。
・レンズユニット２０における第１のレンズ２１は、同第１のレンズ２１に入射したレーザ光Ｌｋを光軸Ｌａに沿うように屈折するレンズであれば、凹レンズでなくてもよい。例えば、非球面レンズやコリメータレンズであってもよい。

・レンズユニット２０における第２のレンズ２２は、同第２のレンズ２２に入射したレーザ光Ｌｋを光軸Ｌａと交差するように屈折するレンズであれば、凸レンズでなくてもよい。例えば、凹凸レンズであってもよいし、非球面レンズであってもよいし、単焦点レンズであってもよいし、ダブレットのレンズであってもよい。

・レンズユニット２０は、３個以上のレンズを有していてもよい。
・ガルバノスキャナ１３は、レンズユニット２０に対してその光軸Ｌａを中心にレーザ光Ｌｋを閉ループ状に走査するのであれば、同レーザ光Ｌｋを円状に走査しなくてもよい。例えば、ガルバノスキャナ１３は、レンズユニット２０に対してその光軸Ｌａを中心にレーザ光Ｌｋを楕円状に走査してもよい。これによれば、レーザ加工装置１は、開口形状が楕円形状のテーパ穴を加工することができる。また、ガルバノスキャナ１３は、レンズユニット２０に対してその光軸Ｌａを中心にレーザ光Ｌｋを任意の閉ループ状に走査することで、任意の開口形状のテーパ穴を加工することができる。

・レンズユニット２０は、レンズの半径方向外側に向かうに連れて次第に屈折率が高くなるような屈折率分布型レンズによって構成してもよいし、レンズの半径方向外側に向かうに連れて次第に屈折率が低くなるような屈折率分布型レンズによって構成してもよい。

この場合、レンズユニット２０は、入射側において入射されたレーザ光Ｌｋを、出射側の光軸上の同一点に集光するように、レーザ光Ｌｋを屈折しなくなる場合がある。ところが、光軸Ｌａからレンズユニット２０に対するレーザ光Ｌｋの入射位置までの距離を変更することで、レンズユニット２０によって屈折されたレーザ光Ｌｋが光軸Ｌａに対する角度を変更することができる。したがって、この構成によっても、上記実施形態の効果（１）を得ることができる。

・レーザ加工装置１は、加工対象物Ｗの表面Ｗａにマーキングを行うレーザマーキング装置として用いてもよい。

１…レーザ加工装置、１１…レーザ光源、１３…ガルバノスキャナ（走査部の一例）、１４…集光レンズ（透光部材の一例）、１７…制御部、２０，２０Ａ…レンズユニット、２１…第１のレンズ、２２…第２のレンズ、ＦＰ…集光位置、Ｌａ…レンズユニットの光軸、Ｌｋ，Ｌｋ１〜Ｌｋ４…レーザ光、Ｗ…加工対象物。

Claims (4)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、
   前記走査部を制御する制御部と、を備え、加工対象物にレーザ光を照射することで加工を行うレーザ加工装置において、
   前記走査部は、前記レーザ光源からのレーザ光を反射して走査する第１ガルバノミラーと、前記第１ガルバノミラーからのレーザ光を反射して走査する第２ガルバノミラーとを有し、前記第１及び第２ガルバノミラーをそれぞれ回動させることにより前記レーザ光源から出射されるレーザ光を直交する方向に二次元的に走査するガルバノスキャナであり、
   前記走査部が走査するレーザ光を屈折するレンズユニットを着脱可能に備え、
   前記レンズユニットは、入射されたレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光するように、前記レンズユニットの光軸から遠くに入射するレーザ光ほど内側に向かって屈折し、
   前記制御部は、前記走査部を制御して前記レンズユニットに入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際に、同光軸からレーザ光の照射位置までの距離を変更する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、
   前記走査部が走査するレーザ光を透過する透光部材と、
   前記走査部を制御する制御部と、を備え、加工対象物にレーザ光を照射することで加工を行うレーザ加工装置において、
   前記走査部は、前記レーザ光源からのレーザ光を反射して走査する第１ガルバノミラーと、前記第１ガルバノミラーからのレーザ光を反射して走査する第２ガルバノミラーとを有し、前記第１及び第２ガルバノミラーをそれぞれ回動させることにより前記レーザ光源から出射されるレーザ光を直交する方向に二次元的に走査するガルバノスキャナであり、
   前記透光部材と交換可能とされ、前記走査部が走査するレーザ光を屈折するレンズユニットをさらに備え、
   前記レンズユニットは、入射されたレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光するように、前記レンズユニットの光軸から遠くに入射するレーザ光ほど内側に向かって屈折し、
   前記制御部は、前記走査部を制御して前記レンズユニットに入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際に、同光軸からレーザ光の照射位置までの距離を変更する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
3. 前記レンズユニットは、第１のレンズと、前記第１のレンズよりも加工対象物側に設けられる第２のレンズと、を有する
   請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する走査部と、
   前記走査部を制御する制御部と、を備え、前記走査部は、前記レーザ光源からのレーザ光を反射して走査する第１ガルバノミラーと、前記第１ガルバノミラーからのレーザ光を反射して走査する第２ガルバノミラーとを有し、前記第１及び第２ガルバノミラーをそれぞれ回動させることにより前記レーザ光源から出射されるレーザ光を直交する方向に二次元的に走査するガルバノスキャナであり、加工対象物にレーザ光を照射することで加工を行うレーザ加工装置に装着されるレンズユニットにおいて、
   前記レンズユニットは、前記走査部と前記加工対象物との間に装着され、入射されたレーザ光を同レンズユニットの光軸上の同一点に集光するように、前記レンズユニットの光軸から遠くに入射するレーザ光ほど内側に向かって屈折し、入射するレーザ光を同レンズユニットの光軸を中心とする円状に走査させる際に、同光軸からレーザ光の照射位置までの距離を変更する
   ことを特徴とするレンズユニット。