JP2000126884A - レーザスポット調整装置および方法 - Google Patents
レーザスポット調整装置および方法Info
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- JP2000126884A JP2000126884A JP10302987A JP30298798A JP2000126884A JP 2000126884 A JP2000126884 A JP 2000126884A JP 10302987 A JP10302987 A JP 10302987A JP 30298798 A JP30298798 A JP 30298798A JP 2000126884 A JP2000126884 A JP 2000126884A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ファイバを利用したレーザ加工装置におい
て、加工条件に応じてレーザビーム形状を変えるときに
も作業点が変化しないようにしてレーザスポット調整を
可能にする。 【解決手段】 レーザ光源からレーザを導くレーザ射出
光ファイバ１の終端に異なるコア径ｄを有する調整用光
ファイバを仕込んだアダプタ３を選択して取り付け、こ
のアダプタを介して放射されるレーザ光を同じ集光光学
系２で収束させるようにすることにより、コア径ｄに基
づいてレーザビームのスポット径を変更しても光学的配
置が変化しないようにしたことを特徴とする。
て、加工条件に応じてレーザビーム形状を変えるときに
も作業点が変化しないようにしてレーザスポット調整を
可能にする。 【解決手段】 レーザ光源からレーザを導くレーザ射出
光ファイバ１の終端に異なるコア径ｄを有する調整用光
ファイバを仕込んだアダプタ３を選択して取り付け、こ
のアダプタを介して放射されるレーザ光を同じ集光光学
系２で収束させるようにすることにより、コア径ｄに基
づいてレーザビームのスポット径を変更しても光学的配
置が変化しないようにしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバから射
出されるレーザを利用したレーザ加工装置に用いられる
レーザスポット調整装置および方法に関する。
出されるレーザを利用したレーザ加工装置に用いられる
レーザスポット調整装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ファイバ導光式レーザ加工は、レーザ発
振器からのＹＡＧレーザ、ヨウ素レーザなど、レーザビ
ームを光ファイバを用いて加工点まで導き、レンズや放
物面鏡などの光学系によって集光して高いエネルギー密
度を生じさせて、そこに設置した加工体と光エネルギー
の相互作用により熱加工を行うものである。また、ファ
イバレーザを用いたレーザ加工では、ファイバそのもの
から放出するレーザ光を使用して加工する。これら、光
ファイバから射出されるレーザを利用したレーザ加工
は、レーザ導光路が柔軟性に富んでいるため、加工点を
自由に移動させることができる利点がある。また、加工
材料、レーザ光波長、光エネルギー密度、照射時間、雰
囲気、レーザビーム形状などの選択により、溶接、切
断、穿孔、アニーリングなど各種の加工を行うことがで
きる。
振器からのＹＡＧレーザ、ヨウ素レーザなど、レーザビ
ームを光ファイバを用いて加工点まで導き、レンズや放
物面鏡などの光学系によって集光して高いエネルギー密
度を生じさせて、そこに設置した加工体と光エネルギー
の相互作用により熱加工を行うものである。また、ファ
イバレーザを用いたレーザ加工では、ファイバそのもの
から放出するレーザ光を使用して加工する。これら、光
ファイバから射出されるレーザを利用したレーザ加工
は、レーザ導光路が柔軟性に富んでいるため、加工点を
自由に移動させることができる利点がある。また、加工
材料、レーザ光波長、光エネルギー密度、照射時間、雰
囲気、レーザビーム形状などの選択により、溶接、切
断、穿孔、アニーリングなど各種の加工を行うことがで
きる。
【０００３】これら加工において良質な結果を得るため
には、レーザビームの焦点位置、焦点位置におけるスポ
ット形状、加工点付近におけるレーザビーム形状などの
影響を考慮に入れてそれぞれに適した処理を行う必要が
ある。たとえばレーザ切断では、板厚２０ｍｍ程度まで
は窒素ガス雰囲気中で切断するＮ2切断が用いられる
が、この時は熱の蓄積がないので小さいレーザスポット
を用いてきれいな切断面を形成させることができる。一
方板厚が３０ｍｍ程度以上になると酸素雰囲気中で燃焼
させながら切断するＯ2切断が用いられる。Ｏ2切断では
レーザは燃焼を継続するためのエネルギーとして供給さ
れるものであるから、ドロスを吹き飛ばしながら大きな
スポットで処理することが好ましい。また溶接ではさら
に大きなスポットサイズで処理する方が有利である。
には、レーザビームの焦点位置、焦点位置におけるスポ
ット形状、加工点付近におけるレーザビーム形状などの
影響を考慮に入れてそれぞれに適した処理を行う必要が
ある。たとえばレーザ切断では、板厚２０ｍｍ程度まで
は窒素ガス雰囲気中で切断するＮ2切断が用いられる
が、この時は熱の蓄積がないので小さいレーザスポット
を用いてきれいな切断面を形成させることができる。一
方板厚が３０ｍｍ程度以上になると酸素雰囲気中で燃焼
させながら切断するＯ2切断が用いられる。Ｏ2切断では
レーザは燃焼を継続するためのエネルギーとして供給さ
れるものであるから、ドロスを吹き飛ばしながら大きな
スポットで処理することが好ましい。また溶接ではさら
に大きなスポットサイズで処理する方が有利である。
【０００４】従来は、必要にしたがってレーザビームの
スポットサイズを調整するときには、図６（ａ）に示す
ように、スポットサイズが焦点で最も小さく焦点を挟ん
で段々大きくなることを利用して、焦点外し量を適当に
選ぶことによりスポットサイズを調整していた。あるい
は、図６（ｂ）に示すように、焦点距離または横倍率が
異なる集束レンズに取り替えることによりスポットサイ
ズを変更していた。
スポットサイズを調整するときには、図６（ａ）に示す
ように、スポットサイズが焦点で最も小さく焦点を挟ん
で段々大きくなることを利用して、焦点外し量を適当に
選ぶことによりスポットサイズを調整していた。あるい
は、図６（ｂ）に示すように、焦点距離または横倍率が
異なる集束レンズに取り替えることによりスポットサイ
ズを変更していた。
【０００５】図７は焦点外しとパワー密度の関係および
その時の穿孔断面の様子を例示した図面である。パワー
密度は焦点位置で最も高く、焦点からずれる量にしたが
って低くなる。また、ある条件下でＹＡＧレーザを用い
てルビーに孔開け試験したときの焦点外し量に対応する
穿孔後の孔形状をグラフの下に表示したが、焦点から
０．１ないし０．２ｍｍ程ずれた位置ｄで加工したとき
に同じ直径でストレートに貫通した最も好ましい形状が
得られた。このように、焦点外しはパワー密度を調整す
るために行うだけでなく、作用点付近におけるレーザビ
ームの形状を整えて孔形状を調整するためにも行うこと
が必要であることが分かる。
その時の穿孔断面の様子を例示した図面である。パワー
密度は焦点位置で最も高く、焦点からずれる量にしたが
って低くなる。また、ある条件下でＹＡＧレーザを用い
てルビーに孔開け試験したときの焦点外し量に対応する
穿孔後の孔形状をグラフの下に表示したが、焦点から
０．１ないし０．２ｍｍ程ずれた位置ｄで加工したとき
に同じ直径でストレートに貫通した最も好ましい形状が
得られた。このように、焦点外しはパワー密度を調整す
るために行うだけでなく、作用点付近におけるレーザビ
ームの形状を整えて孔形状を調整するためにも行うこと
が必要であることが分かる。
【０００６】また、図８に、焦点距離の違うレンズを使
用したときに穴の深さや形状が変化する様子を示した。
焦点距離が１５、２０、３０、４０ｍｍの集光レンズを
用いて、ビーム径５ｍｍのルビーレーザを収束してサフ
ァイアに穴を開けた結果である。図には照射回数が２、
５、１５回のときについて孔の断面を示した。図から分
かるように、焦点距離が変われば形成される穿孔の形状
が変化する。
用したときに穴の深さや形状が変化する様子を示した。
焦点距離が１５、２０、３０、４０ｍｍの集光レンズを
用いて、ビーム径５ｍｍのルビーレーザを収束してサフ
ァイアに穴を開けた結果である。図には照射回数が２、
５、１５回のときについて孔の断面を示した。図から分
かるように、焦点距離が変われば形成される穿孔の形状
が変化する。
【０００７】しかし、加工条件の変化に伴って焦点外し
を行うにしても、倍率の異なる集光レンズと入れ替える
にしても、レーザ加工装置と被加工材料の最適距離が変
わるため、光学系を含めた位置調整を改めて行う必要が
ある。このため、レーザ加工装置は精密な位置調整を容
易に行えるような高価な精密位置調整機構を付属させな
ければならなかった。
を行うにしても、倍率の異なる集光レンズと入れ替える
にしても、レーザ加工装置と被加工材料の最適距離が変
わるため、光学系を含めた位置調整を改めて行う必要が
ある。このため、レーザ加工装置は精密な位置調整を容
易に行えるような高価な精密位置調整機構を付属させな
ければならなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、光ファイバから射出されるレーザ
を利用したレーザ加工装置において、加工条件に応じて
レーザビーム形状を変えるときにも作業点が変化しない
ようにしたレーザスポット調整を可能にすることにあ
る。
しようとする課題は、光ファイバから射出されるレーザ
を利用したレーザ加工装置において、加工条件に応じて
レーザビーム形状を変えるときにも作業点が変化しない
ようにしたレーザスポット調整を可能にすることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光ファイバから射出されるレーザを利用し
たレーザ加工装置用レーザスポット調整装置は、レーザ
を射出するレーザ射出光ファイバと、レーザ射出光ファ
イバの終端にレーザ伝搬可能に取り付けられる複数のア
ダプタと、このアダプタを介して放射されるレーザ光を
収束させる集光光学系からなる。そしてアダプタにはそ
れぞれ異なるコア径を有する調整用光ファイバを仕込ん
であり、レーザ射出光ファイバに異なるアダプタを取り
付けることによりレーザビームのスポット形状を変更す
ることを特徴とする。
め、本発明の光ファイバから射出されるレーザを利用し
たレーザ加工装置用レーザスポット調整装置は、レーザ
を射出するレーザ射出光ファイバと、レーザ射出光ファ
イバの終端にレーザ伝搬可能に取り付けられる複数のア
ダプタと、このアダプタを介して放射されるレーザ光を
収束させる集光光学系からなる。そしてアダプタにはそ
れぞれ異なるコア径を有する調整用光ファイバを仕込ん
であり、レーザ射出光ファイバに異なるアダプタを取り
付けることによりレーザビームのスポット形状を変更す
ることを特徴とする。
【００１０】横倍率ｍの集光光学系の焦点におけるレー
ザスポットの径Ｄは、光ファイバの出力端子部分におけ
るコア径ｄに比例してＤ＝ｍ・ｄとなるので、本発明の
レーザスポット調整装置を用いて適当なコア径を有する
光ファイバを仕込んだアダプタに取り替えれば所望のス
ポットサイズのレーザビームを得ることができる。
ザスポットの径Ｄは、光ファイバの出力端子部分におけ
るコア径ｄに比例してＤ＝ｍ・ｄとなるので、本発明の
レーザスポット調整装置を用いて適当なコア径を有する
光ファイバを仕込んだアダプタに取り替えれば所望のス
ポットサイズのレーザビームを得ることができる。
【００１１】このとき、集光光学系を変更するわけでは
ないので、焦点距離や加工点までの距離は変わらない。
したがって、一旦正確に位置決めすれば条件変更の度に
位置調整を仕直す必要がない。なお、集光光学系として
集光レンズを用いても反射鏡を用いても同じである。ま
た、本発明において使用するレーザは、ＹＡＧレーザ、
ヨウ素レーザなど光ファイバ伝送に適した高出力レーザ
が好ましい。また、ＣＯ2レーザも低出力であれば適用
可能である。なお、光ファイバをレーザ媒体とするファ
イバレーザを使用しても良い。
ないので、焦点距離や加工点までの距離は変わらない。
したがって、一旦正確に位置決めすれば条件変更の度に
位置調整を仕直す必要がない。なお、集光光学系として
集光レンズを用いても反射鏡を用いても同じである。ま
た、本発明において使用するレーザは、ＹＡＧレーザ、
ヨウ素レーザなど光ファイバ伝送に適した高出力レーザ
が好ましい。また、ＣＯ2レーザも低出力であれば適用
可能である。なお、光ファイバをレーザ媒体とするファ
イバレーザを使用しても良い。
【００１２】なお、上記アダプタに代えて、それぞれ異
なるコア径を有する複数の調整用光ファイバを回転軸を
中心とする円上に配置してレーザ射出光ファイバの終端
に当接する調整用光ファイバを回転により切り替えるこ
とができるタレットを用いることもできる。このタレッ
トを回転させてファイバコア径の異なる調整用光ファイ
バと入れ替えることにより、簡単かつ正確にレーザビー
ムのスポット形状を変更することができる。また、装置
の自動化も容易である。
なるコア径を有する複数の調整用光ファイバを回転軸を
中心とする円上に配置してレーザ射出光ファイバの終端
に当接する調整用光ファイバを回転により切り替えるこ
とができるタレットを用いることもできる。このタレッ
トを回転させてファイバコア径の異なる調整用光ファイ
バと入れ替えることにより、簡単かつ正確にレーザビー
ムのスポット形状を変更することができる。また、装置
の自動化も容易である。
【００１３】さらに、上記アダプタに代えて、それぞれ
異なるコア径を有する複数の調整用光ファイバを直線的
に配置してレーザ射出光ファイバ終端に当接する調整用
光ファイバを切り替えることができるスライダを用いて
も良い。このスライダを横動させてレーザコア径の異な
る調整用光ファイバと入れ替えることによりレーザビー
ムのスポット形状を変更することができる。スライダ方
式も、装置の自動化が容易である。
異なるコア径を有する複数の調整用光ファイバを直線的
に配置してレーザ射出光ファイバ終端に当接する調整用
光ファイバを切り替えることができるスライダを用いて
も良い。このスライダを横動させてレーザコア径の異な
る調整用光ファイバと入れ替えることによりレーザビー
ムのスポット形状を変更することができる。スライダ方
式も、装置の自動化が容易である。
【００１４】なお、レーザ射出光ファイバは、レーザ活
性物質を含むレーザファイバであっても、別に備えたレ
ーザ光源からレーザを導く導光用光ファイバであっても
よい。ここで、レーザファイバとは、レーザ活性物質を
含み励起光を注入することによりレーザ発光するものを
いい、自身の発光レーザを利用するものであっても、ま
た入射光を増幅して利用するものであってもよい。ま
た、アダプタ、タレットまたはスライダの調整用光ファ
イバ終端と集光光学系が所定の距離を保持するように構
成されることが好ましい。これにより、一旦精密に位置
調整した後では加工条件の変化があっても調整作業をし
なくても良くなる利点がある。さらに、レーザ射出光フ
ァイバ終端部とアダプタ、タレットまたはスライダの先
端部とが案内溝に案内されて互いに密接に嵌合するよう
になっていることが好ましい。この構成によりレーザ射
出光ファイバとアダプタ等に仕込まれた光ファイバとの
光学的接触を確保して光エネルギの伝達ロスを抑制する
ことができる。
性物質を含むレーザファイバであっても、別に備えたレ
ーザ光源からレーザを導く導光用光ファイバであっても
よい。ここで、レーザファイバとは、レーザ活性物質を
含み励起光を注入することによりレーザ発光するものを
いい、自身の発光レーザを利用するものであっても、ま
た入射光を増幅して利用するものであってもよい。ま
た、アダプタ、タレットまたはスライダの調整用光ファ
イバ終端と集光光学系が所定の距離を保持するように構
成されることが好ましい。これにより、一旦精密に位置
調整した後では加工条件の変化があっても調整作業をし
なくても良くなる利点がある。さらに、レーザ射出光フ
ァイバ終端部とアダプタ、タレットまたはスライダの先
端部とが案内溝に案内されて互いに密接に嵌合するよう
になっていることが好ましい。この構成によりレーザ射
出光ファイバとアダプタ等に仕込まれた光ファイバとの
光学的接触を確保して光エネルギの伝達ロスを抑制する
ことができる。
【００１５】また、上記課題を解決するため、本発明の
レーザスポット調整方法は、光ファイバから射出される
レーザを利用したレーザ加工装置において、レーザ射出
光ファイバ終端部に別の調整用光ファイバを延長取付け
できるようにして、コア径の異なる調整用光ファイバと
入れ替えることにより、レーザ射出光ファイバから放射
されて集光光学系により収束するレーザビームのスポッ
トサイズおよびビーム形状を変更することを特徴とす
る。本発明のレーザスポット調整方法により、光ファイ
バから射出されるレーザを利用したレーザ加工装置にお
いて、一旦調整した焦点距離や加工点までの距離を変え
ずに所望のスポットサイズおよびビーム形状のレーザビ
ームを得ることができる。
レーザスポット調整方法は、光ファイバから射出される
レーザを利用したレーザ加工装置において、レーザ射出
光ファイバ終端部に別の調整用光ファイバを延長取付け
できるようにして、コア径の異なる調整用光ファイバと
入れ替えることにより、レーザ射出光ファイバから放射
されて集光光学系により収束するレーザビームのスポッ
トサイズおよびビーム形状を変更することを特徴とす
る。本発明のレーザスポット調整方法により、光ファイ
バから射出されるレーザを利用したレーザ加工装置にお
いて、一旦調整した焦点距離や加工点までの距離を変え
ずに所望のスポットサイズおよびビーム形状のレーザビ
ームを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の光
ファイバを利用したレーザ加工装置用レーザスポット調
整装置の１実施例を表す側面図、図２は本実施例に用い
る調整用光ファイバ接続用案内部を表す断面図、図３は
本発明第２の実施例におけるタレット部分を示す斜視
図、図４は本発明第３の実施例におけるスライダ部分を
示す斜視図、図５はスライダの別の態様を示す斜視図で
ある。
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の光
ファイバを利用したレーザ加工装置用レーザスポット調
整装置の１実施例を表す側面図、図２は本実施例に用い
る調整用光ファイバ接続用案内部を表す断面図、図３は
本発明第２の実施例におけるタレット部分を示す斜視
図、図４は本発明第３の実施例におけるスライダ部分を
示す斜視図、図５はスライダの別の態様を示す斜視図で
ある。
【００１７】
【実施例１】図１と図２を参照して本発明の第１実施例
について説明する。本実施例の光ファイバから射出され
るレーザを利用したレーザ加工装置用レーザスポット調
整装置は、光ファイバケーブル１とアダプタ３と集光レ
ンズ２とからなる。
について説明する。本実施例の光ファイバから射出され
るレーザを利用したレーザ加工装置用レーザスポット調
整装置は、光ファイバケーブル１とアダプタ３と集光レ
ンズ２とからなる。
【００１８】光ファイバケーブル１はコアにレーザ活性
物質を含ませたレーザファイバ１１もしくは図外のレー
ザ光源からレーザ光を導いてくる光ファイバ１１を内蔵
していて端面からレーザ光を射出する。アダプタ３は必
要とされる種類だけ用意されていて、それぞれ異なるコ
ア径ｄを有する調整用光ファイバが芯に仕込んである。
光ファイバケーブル１とアダプタ３の光ファイバのコア
同士は光学的に密着するため、光ファイバケーブル１か
ら放射されたレーザ光は極めて小さいエネルギ伝搬ロス
でアダプタ３の光ファイバに伝達される。アダプタ３の
調整用光ファイバ終端におけるコアから放射されるレー
ザ光は集光レンズ２により収束して、所定の位置で集光
レンズ２の横倍率ｍとアダプタ３のコア径ｄに従って径
Ｄ＝ｍ・ｄの大きさのレーザビームスポットを形成す
る。
物質を含ませたレーザファイバ１１もしくは図外のレー
ザ光源からレーザ光を導いてくる光ファイバ１１を内蔵
していて端面からレーザ光を射出する。アダプタ３は必
要とされる種類だけ用意されていて、それぞれ異なるコ
ア径ｄを有する調整用光ファイバが芯に仕込んである。
光ファイバケーブル１とアダプタ３の光ファイバのコア
同士は光学的に密着するため、光ファイバケーブル１か
ら放射されたレーザ光は極めて小さいエネルギ伝搬ロス
でアダプタ３の光ファイバに伝達される。アダプタ３の
調整用光ファイバ終端におけるコアから放射されるレー
ザ光は集光レンズ２により収束して、所定の位置で集光
レンズ２の横倍率ｍとアダプタ３のコア径ｄに従って径
Ｄ＝ｍ・ｄの大きさのレーザビームスポットを形成す
る。
【００１９】アダプタ３はコア径に基づいて加工条件に
従って選択され、交換される。図１（ａ）に示すよう
に、アダプタ３内の調整用光ファイバ３１中のコア径ｄ
１が、光ファイバケーブル１のレーザ射出光ファイバ１
１のコア径ｄ０と同じ径であれば、光ファイバケーブル
１の先端に光学系を設置したと同じで、従来のファイバ
導光式あるいはレーザファイバ式レーザ加工装置と変わ
らない。例えば、この状態で光ファイバと光学系の配置
や加工材料の据え置き位置などを調整して、適当な加工
性能が得られるようにすることができる。焦点外し量な
ども適当に設定して加工形態を所望通りに決定する。
従って選択され、交換される。図１（ａ）に示すよう
に、アダプタ３内の調整用光ファイバ３１中のコア径ｄ
１が、光ファイバケーブル１のレーザ射出光ファイバ１
１のコア径ｄ０と同じ径であれば、光ファイバケーブル
１の先端に光学系を設置したと同じで、従来のファイバ
導光式あるいはレーザファイバ式レーザ加工装置と変わ
らない。例えば、この状態で光ファイバと光学系の配置
や加工材料の据え置き位置などを調整して、適当な加工
性能が得られるようにすることができる。焦点外し量な
ども適当に設定して加工形態を所望通りに決定する。
【００２０】ここで、加工対象が変わって、レーザビー
ムスポットをより大きくする必要が生じたとすると、ア
ダプタ３を取り替えて図１（ｂ）にあるように大きなコ
ア径ｄ２を有する光ファイバ３２が仕込まれたものにす
る。集光レンズ２は同じもので、アダプタ３の終端面か
ら集光レンズ２間での距離は変わらないから、図１
（ａ）で示したと同じ位置に光ファイバのコア径に比例
して大きくなった径Ｄ２＝ｍ・ｄ２を有するビームスポ
ットが形成される。ビーム形状も径が大きくなる以外は
ほぼ変化しない。したがって、先に調整により決定した
加工位置に被加工材を据えれば、再度位置調整すること
なく目的とする加工ができる。
ムスポットをより大きくする必要が生じたとすると、ア
ダプタ３を取り替えて図１（ｂ）にあるように大きなコ
ア径ｄ２を有する光ファイバ３２が仕込まれたものにす
る。集光レンズ２は同じもので、アダプタ３の終端面か
ら集光レンズ２間での距離は変わらないから、図１
（ａ）で示したと同じ位置に光ファイバのコア径に比例
して大きくなった径Ｄ２＝ｍ・ｄ２を有するビームスポ
ットが形成される。ビーム形状も径が大きくなる以外は
ほぼ変化しない。したがって、先に調整により決定した
加工位置に被加工材を据えれば、再度位置調整すること
なく目的とする加工ができる。
【００２１】また、レーザビームスポットをより小さく
したいときには、図１（ｃ）にあるように先端が小さな
コア径ｄ３になった調整用光ファイバ３３が仕込まれた
アダプタ３に交換する。すると、図１（ａ）で示したと
同じ位置に小さな径Ｄ３＝ｍ・ｄ３を有するビームスポ
ットが形成される。ビーム形状もほぼ変化しないから、
先に決定した加工位置に被加工材を据えれば、そのまま
目的とする加工ができる。なお、調整用光ファイバ３３
は、光ファイバケーブル１が伝送してくるレーザエネル
ギを効率よく受光するため光ファイバケーブル１との接
続位置では光ファイバケーブル１のコア径ｄ０と同じ
か、より大きな径ｄ４のコアを持つことが好ましい。
したいときには、図１（ｃ）にあるように先端が小さな
コア径ｄ３になった調整用光ファイバ３３が仕込まれた
アダプタ３に交換する。すると、図１（ａ）で示したと
同じ位置に小さな径Ｄ３＝ｍ・ｄ３を有するビームスポ
ットが形成される。ビーム形状もほぼ変化しないから、
先に決定した加工位置に被加工材を据えれば、そのまま
目的とする加工ができる。なお、調整用光ファイバ３３
は、光ファイバケーブル１が伝送してくるレーザエネル
ギを効率よく受光するため光ファイバケーブル１との接
続位置では光ファイバケーブル１のコア径ｄ０と同じ
か、より大きな径ｄ４のコアを持つことが好ましい。
【００２２】アダプタ３と光ファイバケーブル１の接合
は、容易に切り離しができかつ光学的密着ができるもの
であることが好ましい。このため、図２に示すように、
光ファイバケーブル１の先端にテーパを持った凸部１２
を形成し、アダプタ３の受け側にそのテーパに適合する
テーパを持った凹部３６を備える。光ファイバケーブル
１の凸部１２はレーザ射出光ファイバ１１と同軸に形成
され、同様にアダプタ３の凹部３６は光ファイバ３５と
同軸に形成されていて、両テーパが係合するとレーザ射
出光ファイバと調整用光ファイバのコア表面が密接して
間の空気層を排除し、損失の少ない光伝達をするように
なる。
は、容易に切り離しができかつ光学的密着ができるもの
であることが好ましい。このため、図２に示すように、
光ファイバケーブル１の先端にテーパを持った凸部１２
を形成し、アダプタ３の受け側にそのテーパに適合する
テーパを持った凹部３６を備える。光ファイバケーブル
１の凸部１２はレーザ射出光ファイバ１１と同軸に形成
され、同様にアダプタ３の凹部３６は光ファイバ３５と
同軸に形成されていて、両テーパが係合するとレーザ射
出光ファイバと調整用光ファイバのコア表面が密接して
間の空気層を排除し、損失の少ない光伝達をするように
なる。
【００２３】なお、アダプタ３と光ファイバケーブル１
を密接させた後は、アダプタ３の集光レンズ２に面する
側の面３７が当初の調整位置からずれないようにするこ
とが必要である。このため、アダプタ３の取り替えは、
アダプタ３の位置を固定し光ファイバケーブル１の方を
並進させることにより相互に接続するような機構を用い
ることが好ましい。本実施例のレーザスポット調整装置
は、手術や解体などに使用するレーザメスなどに適用す
ると、加工レーザの作用位置を変更せずにスポット形状
等が簡単に調整でき格段に使用しやすい道具となる。
を密接させた後は、アダプタ３の集光レンズ２に面する
側の面３７が当初の調整位置からずれないようにするこ
とが必要である。このため、アダプタ３の取り替えは、
アダプタ３の位置を固定し光ファイバケーブル１の方を
並進させることにより相互に接続するような機構を用い
ることが好ましい。本実施例のレーザスポット調整装置
は、手術や解体などに使用するレーザメスなどに適用す
ると、加工レーザの作用位置を変更せずにスポット形状
等が簡単に調整でき格段に使用しやすい道具となる。
【００２４】
【実施例２】図３を参照して本発明の第２実施例につい
て説明する。本実施例の光ファイバを利用したレーザ加
工装置に用いるレーザスポット調整装置は、第１の実施
例におけるアダプタの代わりにタレットを用いることに
特徴があるもので、以下の説明は特徴部分についてのみ
行う。
て説明する。本実施例の光ファイバを利用したレーザ加
工装置に用いるレーザスポット調整装置は、第１の実施
例におけるアダプタの代わりにタレットを用いることに
特徴があるもので、以下の説明は特徴部分についてのみ
行う。
【００２５】光ファイバケーブル１は図外のレーザ光源
からレーザ光を導いてくる光ファイバあるいはレーザフ
ァイバを内蔵する。タレット４は図外の制御装置により
回転軸４１の回りを回転する。タレット４にはそれぞれ
異なるコア径を有する調整用光ファイバ４２が適当数仕
込まれている。調整用光ファイバ４２は、回転軸４１を
中心とする円上の適当な位置でタレット４を厚さ方向に
貫通している。
からレーザ光を導いてくる光ファイバあるいはレーザフ
ァイバを内蔵する。タレット４は図外の制御装置により
回転軸４１の回りを回転する。タレット４にはそれぞれ
異なるコア径を有する調整用光ファイバ４２が適当数仕
込まれている。調整用光ファイバ４２は、回転軸４１を
中心とする円上の適当な位置でタレット４を厚さ方向に
貫通している。
【００２６】光ファイバケーブル１は定位置で並進する
ことによりタレット４の調整用光ファイバ４２に着脱さ
れる。タレット４側の調整用光ファイバ４２に対応する
位置にノッチ４３が設けられ、光ファイバケーブル１に
対応する位置にバネなどの押圧機構を有するウェッジ４
５が設けられていて、両者が係合することにより調整用
光ファイバ４２の位置を光ファイバケーブル１の位置に
正確に合致させるようになっている。また、調整用光フ
ァイバ４２が埋め込まれた部分に受け部が設けられてい
て、光ファイバケーブル１先端に光ファイバ軸と同軸に
設けられた凸部と係合して位置決めを正確に行えるよう
になっている。
ことによりタレット４の調整用光ファイバ４２に着脱さ
れる。タレット４側の調整用光ファイバ４２に対応する
位置にノッチ４３が設けられ、光ファイバケーブル１に
対応する位置にバネなどの押圧機構を有するウェッジ４
５が設けられていて、両者が係合することにより調整用
光ファイバ４２の位置を光ファイバケーブル１の位置に
正確に合致させるようになっている。また、調整用光フ
ァイバ４２が埋め込まれた部分に受け部が設けられてい
て、光ファイバケーブル１先端に光ファイバ軸と同軸に
設けられた凸部と係合して位置決めを正確に行えるよう
になっている。
【００２７】タレット４には、適当なコア径を持った調
整用光ファイバ４２が各種準備されているので、レーザ
加工装置にかけた加工材に対応する加工条件に従って最
適なコア径を持つ調整用光ファイバを選択し、光ファイ
バケーブル１の位置にセットして両者を接続し加工すれ
ば、目的にかなったレーザ加工が可能になる。なお、位
置決め機構は上記以外に公知の各種技術が適用できるこ
とは言うまでもない。
整用光ファイバ４２が各種準備されているので、レーザ
加工装置にかけた加工材に対応する加工条件に従って最
適なコア径を持つ調整用光ファイバを選択し、光ファイ
バケーブル１の位置にセットして両者を接続し加工すれ
ば、目的にかなったレーザ加工が可能になる。なお、位
置決め機構は上記以外に公知の各種技術が適用できるこ
とは言うまでもない。
【００２８】
【実施例３】図４と図５を参照して本発明の第３実施例
について説明する。本実施例の光ファイバを利用したレ
ーザ加工装置に用いるレーザスポット調整装置は、第２
の実施例におけるタレットの代わりに横動スライダを用
いることに特徴があるもので、以下の説明は特徴部分に
ついてのみ行う。
について説明する。本実施例の光ファイバを利用したレ
ーザ加工装置に用いるレーザスポット調整装置は、第２
の実施例におけるタレットの代わりに横動スライダを用
いることに特徴があるもので、以下の説明は特徴部分に
ついてのみ行う。
【００２９】図４におけるスライダ５は、図外の制御装
置により光ファイバケーブル１に対して垂直の方向に動
くようになっている。スライダ５にはそれぞれ異なるコ
ア径を有する調整用光ファイバ５１が適当数仕込まれて
いる。調整用光ファイバ５１は、直線上の適当な位置で
スライダ５を貫通している。光ファイバケーブル１が射
出するレーザ光を調整用光ファイバ５１を介して照射
し、図外の集光レンズが適当な位置に収束して、加工位
置に据えられた加工材をレーザ加工する。
置により光ファイバケーブル１に対して垂直の方向に動
くようになっている。スライダ５にはそれぞれ異なるコ
ア径を有する調整用光ファイバ５１が適当数仕込まれて
いる。調整用光ファイバ５１は、直線上の適当な位置で
スライダ５を貫通している。光ファイバケーブル１が射
出するレーザ光を調整用光ファイバ５１を介して照射
し、図外の集光レンズが適当な位置に収束して、加工位
置に据えられた加工材をレーザ加工する。
【００３０】スライダ５は光ファイバケーブル１に対し
て垂直方向に移動して、適当なコア径を有する選ばれた
調整用光ファイバ５１を光ファイバケーブル１に当接す
る位置にセットする。光ファイバケーブル１は定位置で
スライダ５に対して垂直に並進することによりスライダ
５の調整用光ファイバ５１に着脱される。レーザ射出光
ファイバと調整用光ファイバのコア同士が光学的精度で
係合するための機構が備えられていることは、第２実施
例と同様である。
て垂直方向に移動して、適当なコア径を有する選ばれた
調整用光ファイバ５１を光ファイバケーブル１に当接す
る位置にセットする。光ファイバケーブル１は定位置で
スライダ５に対して垂直に並進することによりスライダ
５の調整用光ファイバ５１に着脱される。レーザ射出光
ファイバと調整用光ファイバのコア同士が光学的精度で
係合するための機構が備えられていることは、第２実施
例と同様である。
【００３１】スライダ５に埋め込まれた各種の調整用光
ファイバ５１の内適当なものを選択し、光ファイバケー
ブル１の位置にセットして加工すれば、加工条件が変わ
っても改めて位置調整をしなくても目的にかなったレー
ザ加工が可能になる。
ファイバ５１の内適当なものを選択し、光ファイバケー
ブル１の位置にセットして加工すれば、加工条件が変わ
っても改めて位置調整をしなくても目的にかなったレー
ザ加工が可能になる。
【００３２】図５は、本実施例の別の態様を説明する図
面である。図５におけるスライダ５は、図外の制御装置
により光ファイバケーブル１に対して垂直の方向に動く
第１のスライダ５２と、第１スライダ５２と連動して集
光光学系に対して垂直の方向に動く第２のスライダ５４
と、これらに埋設され相互に接続する複数の調整用光フ
ァイバ５３とからなる。調整用光ファイバ５３はそれぞ
れ異なるコア径を有する。
面である。図５におけるスライダ５は、図外の制御装置
により光ファイバケーブル１に対して垂直の方向に動く
第１のスライダ５２と、第１スライダ５２と連動して集
光光学系に対して垂直の方向に動く第２のスライダ５４
と、これらに埋設され相互に接続する複数の調整用光フ
ァイバ５３とからなる。調整用光ファイバ５３はそれぞ
れ異なるコア径を有する。
【００３３】コア径の異なる光ファイバ５３に切り替え
るときは、光ファイバケーブル１を第１スライダ５２か
ら離して、第１スライダ５２と第２スライダ５４を並進
させて目的とする調整用光ファイバ５３の位置にずら
し、光ファイバケーブル１を第１スライダ５２に当接さ
せて、レーザ射出光ファイバと調整用光ファイバのコア
を密接させる。このような構造では第１スライダ５２と
第２スライダ５４の姿勢が自由に選択できるため、レー
ザ光源の位置や光ファイバケーブルと光学系との関係に
制約が少なくなり、レーザ加工装置の設置における自由
度が増加する利点がある。
るときは、光ファイバケーブル１を第１スライダ５２か
ら離して、第１スライダ５２と第２スライダ５４を並進
させて目的とする調整用光ファイバ５３の位置にずら
し、光ファイバケーブル１を第１スライダ５２に当接さ
せて、レーザ射出光ファイバと調整用光ファイバのコア
を密接させる。このような構造では第１スライダ５２と
第２スライダ５４の姿勢が自由に選択できるため、レー
ザ光源の位置や光ファイバケーブルと光学系との関係に
制約が少なくなり、レーザ加工装置の設置における自由
度が増加する利点がある。
【００３４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のレーザスポ
ット調整方法あるいはレーザスポット調整装置を用いる
ことにより、光ファイバを用いたレーザ加工装置におい
て加工条件に応じてレーザビーム形状を変えるときに作
業点が変化しないようにして、レーザスポット調整を容
易にすることができる。
ット調整方法あるいはレーザスポット調整装置を用いる
ことにより、光ファイバを用いたレーザ加工装置におい
て加工条件に応じてレーザビーム形状を変えるときに作
業点が変化しないようにして、レーザスポット調整を容
易にすることができる。
【図１】本発明のレーザ加工装置用レーザスポット調整
装置の１実施例を表す側面図である。
装置の１実施例を表す側面図である。
【図２】本実施例に用いる光ファイバ接続用案内部を表
す断面図である。
す断面図である。
【図３】本発明第２の実施例におけるタレット部分を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図４】本発明第３の実施例におけるスライダ部分を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図５】第３実施例におけるスライダの別の態様を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図６】従来のレーザビームのスポットサイズ調整原理
を説明する図面である。
を説明する図面である。
【図７】焦点外しとパワー密度の関係およびその時の穿
孔断面の様子を例示した図面である。
孔断面の様子を例示した図面である。
【図８】焦点距離の違うレンズを使用したときに穴の深
さや形状が変化する様子を示した図面である。
さや形状が変化する様子を示した図面である。
１ 光ファイバケーブル １１ 光ファイバ １２ 凸部 ２ 集光レンズ ３ アダプタ ３１、３２、３３、３５ 光ファイバ ３６ 凹部 ３７ アダプタ端面 ４ タレット ４１ 回転軸 ４２ 光ファイバ ４３ ノッチ ４５ ウェッジ ５ スライダ ５１、５３ 光ファイバ ５２、５４ スライダ
Claims (8)
- 【請求項１】 光ファイバから射出されるレーザを利用
したレーザ加工装置において、レーザを射出するレーザ
射出光ファイバと、該レーザ射出光ファイバ終端にレー
ザ伝搬可能に取り付けられる複数のアダプタと、該アダ
プタを介して放射されるレーザ光を収束させる集光光学
系からなり、前記複数のアダプタはそれぞれ異なるコア
径を有する調整用光ファイバを仕込んであり、前記レー
ザ射出光ファイバに異なるアダプタを取り付けることに
よりレーザビームのスポット形状を変更することを特徴
とするレーザスポット調整装置。 - 【請求項２】 光ファイバから射出されるレーザを利用
したレーザ加工装置において、レーザを射出するレーザ
射出光ファイバと、それぞれ異なるコア径を有する複数
の調整用光ファイバを回転軸を中心とする円上に配置し
て前記レーザ射出光ファイバ終端に当接する調整用光フ
ァイバを回転により切り替えることができるタレット
と、該タレットの調整用光ファイバから放射されるレー
ザ光を収束させる集光光学系からなり、前記タレットを
回転させてレーザコア径の異なる調整用光ファイバと入
れ替えることによりレーザビームのスポット形状を変更
することを特徴とするレーザスポット調整装置。 - 【請求項３】 光ファイバから射出されるレーザを利用
したレーザ加工装置において、レーザを射出する光ファ
イバと、それぞれ異なるコア径を有する複数の調整用光
ファイバを直線的に配置して前記レーザ射出光ファイバ
の終端に当接する調整用光ファイバを切り替えることが
できるスライダと、該スライダの調整用光ファイバから
放射されるレーザ光を収束させる集光光学系からなり、
前記スライダを横動させてファイバコア径の異なる調整
用光ファイバと入れ替えることによりレーザビームのス
ポット形状を変更することを特徴とするレーザスポット
調整装置。 - 【請求項４】 前記レーザ射出光ファイバがレーザファ
イバであることを特徴とする請求項１から３のいずれか
に記載のレーザスポット調整装置。 - 【請求項５】 前記レーザ加工装置が導光用光ファイバ
を用いるものであって、レーザ光源を備え、該レーザ射
出光ファイバがレーザ光源からレーザを導くことを特徴
とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザスポッ
ト調整装置。 - 【請求項６】 前記アダプタ、タレットまたはスライダ
の調整用光ファイバ終端と前記集光光学系が所定の距離
を保持するように構成されることを特徴とする請求項１
から５のいずれかに記載のレーザスポット調整装置。 - 【請求項７】 前記レーザ射出光ファイバ終端部と前記
アダプタ、タレットまたはスライダの先端部とが案内溝
に案内されて互いに密接に嵌合するようになっているこ
とを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレー
ザスポット調整装置。 - 【請求項８】 光ファイバから射出されるレーザを利用
したレーザ加工装置において、レーザ射出光ファイバの
終端部に別の調整用光ファイバを延長取付けできるよう
にして、コア径の異なる調整用光ファイバと入れ替える
ことにより、前記レーザ射出光ファイバから放射されて
集光光学系により収束するレーザビームのスポットサイ
ズおよびビーム形状を変更することを特徴とするレーザ
スポット調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30298798A JP4155640B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | レーザスポット調整装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30298798A JP4155640B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | レーザスポット調整装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000126884A true JP2000126884A (ja) | 2000-05-09 |
| JP4155640B2 JP4155640B2 (ja) | 2008-09-24 |
Family
ID=17915579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30298798A Expired - Fee Related JP4155640B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | レーザスポット調整装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4155640B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175504A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Fujifilm Corp | 光ファイバ構造体 |
| JP2009294247A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ビーム変換器 |
| WO2015142926A1 (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Kla-Tencor Corporation | Switchable laser and fiber based lamphouse for optimal power output in different wavelength bands and pixel sizes |
-
1998
- 1998-10-23 JP JP30298798A patent/JP4155640B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175504A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Fujifilm Corp | 光ファイバ構造体 |
| JP2009294247A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ビーム変換器 |
| WO2015142926A1 (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Kla-Tencor Corporation | Switchable laser and fiber based lamphouse for optimal power output in different wavelength bands and pixel sizes |
| US9341761B2 (en) | 2014-03-18 | 2016-05-17 | Kla-Tencor Corporation | Switchable laser and fiber based lamphouse for optimal power output in different wavelength bands and pixel sizes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4155640B2 (ja) | 2008-09-24 |
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