JP2002248592A - レーザ加工装置 - Google Patents
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】加工対象物からの反射光を利用することによ
り、エネルギ利用効率を高めたレーザ加工装置を提供す
る。 【解決手段】 レーザビーム源１０が、環状のビーム断
面を有するレーザビームを生成する。レーザビームの伝
搬する経路内に第１の光学部材１６Ａが配置されてい
る。第１の光学部材１６Ａに、レーザビームの環状のビ
ーム断面の中空部に内包される内周面で画定された穴が
設けられている。第２の光学部材１７が、第1の光学部
材１６Ａに設けられている穴に挿入されている。第２の
光学部材１７は、レーザビームの伝搬方向とは反対向き
に伝搬する光を反射させる反射面を有する。第３の光学
部材１６Ｂが、第1の光学部材１６Ａに重なるように配
置されている。第３の光学部材１６Ｂは、レーザビーム
の伝搬方向に関して第２の光学部材１７の位置を拘束す
る。第１の光学部材１６Ａ及び第３の光学部材１６Ｂの
うち少なくとも一方が集光レンズである。
り、エネルギ利用効率を高めたレーザ加工装置を提供す
る。 【解決手段】 レーザビーム源１０が、環状のビーム断
面を有するレーザビームを生成する。レーザビームの伝
搬する経路内に第１の光学部材１６Ａが配置されてい
る。第１の光学部材１６Ａに、レーザビームの環状のビ
ーム断面の中空部に内包される内周面で画定された穴が
設けられている。第２の光学部材１７が、第1の光学部
材１６Ａに設けられている穴に挿入されている。第２の
光学部材１７は、レーザビームの伝搬方向とは反対向き
に伝搬する光を反射させる反射面を有する。第３の光学
部材１６Ｂが、第1の光学部材１６Ａに重なるように配
置されている。第３の光学部材１６Ｂは、レーザビーム
の伝搬方向に関して第２の光学部材１７の位置を拘束す
る。第１の光学部材１６Ａ及び第３の光学部材１６Ｂの
うち少なくとも一方が集光レンズである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、特にエネルギ利用効率を高めたレーザ加工装置に
関する。
関し、特にエネルギ利用効率を高めたレーザ加工装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ発振器で発生させたレーザ光を加
工対象物に照射して、穴あけ、切断、溶接等を行なうレ
ーザ加工装置にレーザ出射光学部が使用される。通常、
レーザ出射光学部は、レーザ発振器に接続された光ファ
イバの先端に取り付けられる。レーザ出射光学部は、光
ファイバの先端から所定の広がり角を持って出射するレ
ーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、コリメ
ートレンズからの平行光を集光する集光レンズとを有し
ている。集光レンズで集光されたレーザ光が、加工対象
物の表面の被加工点に入射する。
工対象物に照射して、穴あけ、切断、溶接等を行なうレ
ーザ加工装置にレーザ出射光学部が使用される。通常、
レーザ出射光学部は、レーザ発振器に接続された光ファ
イバの先端に取り付けられる。レーザ出射光学部は、光
ファイバの先端から所定の広がり角を持って出射するレ
ーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、コリメ
ートレンズからの平行光を集光する集光レンズとを有し
ている。集光レンズで集光されたレーザ光が、加工対象
物の表面の被加工点に入射する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】加工対象物が金属等の
場合、その表面に照射されたレーザ光の大部分が、加工
対象物の表面で反射する。加工対象物の表面で反射した
レーザ光は、無駄に捨てられることになる。具体的に
は、加工対象物に入射したレーザ光の全エネルギのう
ち、実際に加工に寄与するのは、その加工対象物の材質
にもよるが、高々１０％程度である。即ち、加工対象物
に入射したレーザ光の全エネルギの約９０％以上は無駄
になっている。特に、加工対象物がステンレスの場合、
加工に寄与するエネルギは、全エネルギの６〜９％、ア
ルミニウムの場合は、さらにその半分程度であり、エネ
ルギの利用効率が著しく悪い。
場合、その表面に照射されたレーザ光の大部分が、加工
対象物の表面で反射する。加工対象物の表面で反射した
レーザ光は、無駄に捨てられることになる。具体的に
は、加工対象物に入射したレーザ光の全エネルギのう
ち、実際に加工に寄与するのは、その加工対象物の材質
にもよるが、高々１０％程度である。即ち、加工対象物
に入射したレーザ光の全エネルギの約９０％以上は無駄
になっている。特に、加工対象物がステンレスの場合、
加工に寄与するエネルギは、全エネルギの６〜９％、ア
ルミニウムの場合は、さらにその半分程度であり、エネ
ルギの利用効率が著しく悪い。
【０００４】本発明の目的は、加工対象物からの反射光
を利用することにより、エネルギ利用効率を高めたレー
ザ加工装置を提供することである。
を利用することにより、エネルギ利用効率を高めたレー
ザ加工装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、中心に中空部が配された環状のビーム断面を有する
加工用レーザビームを生成するレーザビーム源と、前記
加工用レーザビームの伝搬する経路内に配置され、前記
レーザビーム源で生成された加工用レーザビームを透過
させる光学材料で形成され、前記加工用レーザビームの
環状のビーム断面の中空部に内包される内周面で画定さ
れた穴が設けられている第1の光学部材と、前記第1の光
学部材に設けられている穴に挿入され、前記加工用レー
ザビームの伝搬方向とは反対向きに伝搬する光を反射さ
せる反射面を有する第２の光学部材と、前記第1の光学
部材に重なるように配置され、前記加工用レーザビーム
を透過させる光学材料で形成され、前記加工用レーザビ
ームの伝搬方向に関して前記第２の光学部材の位置を拘
束する第３の光学部材とを有し、前記第１の光学部材及
び第３の光学部材のうち少なくとも一方が、前記加工用
レーザビームを収束させる集光レンズであるレーザ加工
装置が提供される。
と、中心に中空部が配された環状のビーム断面を有する
加工用レーザビームを生成するレーザビーム源と、前記
加工用レーザビームの伝搬する経路内に配置され、前記
レーザビーム源で生成された加工用レーザビームを透過
させる光学材料で形成され、前記加工用レーザビームの
環状のビーム断面の中空部に内包される内周面で画定さ
れた穴が設けられている第1の光学部材と、前記第1の光
学部材に設けられている穴に挿入され、前記加工用レー
ザビームの伝搬方向とは反対向きに伝搬する光を反射さ
せる反射面を有する第２の光学部材と、前記第1の光学
部材に重なるように配置され、前記加工用レーザビーム
を透過させる光学材料で形成され、前記加工用レーザビ
ームの伝搬方向に関して前記第２の光学部材の位置を拘
束する第３の光学部材とを有し、前記第１の光学部材及
び第３の光学部材のうち少なくとも一方が、前記加工用
レーザビームを収束させる集光レンズであるレーザ加工
装置が提供される。
【０００６】加工対象物の表面で反射した加工用レーザ
ビームが、第２の光学部材の反射面で反射し、加工対象
物の表面に再入射する。このため、レーザビームのエネ
ルギ利用効率を高めることができる。また、第２の光学
部材は、加工用レーザビームの環状断面の中空部に配置
されているため、加工用レーザビームの伝搬に支障はな
い。第２の光学部材が、接着剤等を用いることなく、他
の光学部材により位置決めされる。このため、接着剤か
ら発生するガス等により光学部材が損傷を受けることを
防止することができる。
ビームが、第２の光学部材の反射面で反射し、加工対象
物の表面に再入射する。このため、レーザビームのエネ
ルギ利用効率を高めることができる。また、第２の光学
部材は、加工用レーザビームの環状断面の中空部に配置
されているため、加工用レーザビームの伝搬に支障はな
い。第２の光学部材が、接着剤等を用いることなく、他
の光学部材により位置決めされる。このため、接着剤か
ら発生するガス等により光学部材が損傷を受けることを
防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施例によるレ
ーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１０から出射
した加工用レーザビームが、光ファイバ１１内を伝搬
し、その出射端面から出射する。光ファイバ１１の先端
から出射した加工用レーザビームがコリメートレンズ１
２に入射し、コリメートされる。
ーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１０から出射
した加工用レーザビームが、光ファイバ１１内を伝搬
し、その出射端面から出射する。光ファイバ１１の先端
から出射した加工用レーザビームがコリメートレンズ１
２に入射し、コリメートされる。
【０００８】コリメートされた加工用レーザビームが、
第１の円錐プリズム１３に入射し、さらに第２の円錐プ
リズム１４に入射する。第１の円錐プリズム１３及び第
２の円錐プリズム１４は、それらの円錐面の回転軸が加
工用レーザビームの中心軸と一致するように配置されて
いる。一対の円錐プリズム１３及び１４は、加工用レー
ザビームのビーム断面を円環状に変換する。
第１の円錐プリズム１３に入射し、さらに第２の円錐プ
リズム１４に入射する。第１の円錐プリズム１３及び第
２の円錐プリズム１４は、それらの円錐面の回転軸が加
工用レーザビームの中心軸と一致するように配置されて
いる。一対の円錐プリズム１３及び１４は、加工用レー
ザビームのビーム断面を円環状に変換する。
【０００９】円環状のビーム断面を有する加工用レーザ
ビームが、折返しミラー２１及び２２で反射し、集光部
２０に入射する。集光部２０は、凸レンズ１６Ａ及び１
６Ｂ、凹面鏡１５及び１７を含んで構成される。集光部
２０の詳細な構成については、図２を参照して後述す
る。集光部２０は、加工用レーザビームを収束させる。
ビームが、折返しミラー２１及び２２で反射し、集光部
２０に入射する。集光部２０は、凸レンズ１６Ａ及び１
６Ｂ、凹面鏡１５及び１７を含んで構成される。集光部
２０の詳細な構成については、図２を参照して後述す
る。集光部２０は、加工用レーザビームを収束させる。
【００１０】ステージ３１が、加工対象物３２のその保
持面上に保持する。集光部２０の焦点が、加工対象物３
２の表面上に位置するように、ステージ３１と集光部２
０との相対位置が調節されている。
持面上に保持する。集光部２０の焦点が、加工対象物３
２の表面上に位置するように、ステージ３１と集光部２
０との相対位置が調節されている。
【００１１】図２（Ａ）に、集光部２０の断面図を示
す。円筒状の鏡筒３０の先端（図１に示した加工対象物
３２側の端部）に平板状の保護ガラス板１８が配置され
ている。保護ガラス板１８は、鏡筒３０の内周面の先端
に設けられた段差により保持されている。保護ガラス板
１８は、加工用レーザビームを透過させる光学材料で形
成されている。
す。円筒状の鏡筒３０の先端（図１に示した加工対象物
３２側の端部）に平板状の保護ガラス板１８が配置され
ている。保護ガラス板１８は、鏡筒３０の内周面の先端
に設けられた段差により保持されている。保護ガラス板
１８は、加工用レーザビームを透過させる光学材料で形
成されている。
【００１２】保護ガラス板１８の上に、スペーサ３１を
介して円環状の凸レンズ１６Ａが配置されている。凸レ
ンズ１６Ａの透過領域は、加工用レーザビームの円環状
のビーム断面に対応する。これにより、加工用レーザビ
ームは、凸レンズ１６Ａの円環状の透過領域を透過す
る。
介して円環状の凸レンズ１６Ａが配置されている。凸レ
ンズ１６Ａの透過領域は、加工用レーザビームの円環状
のビーム断面に対応する。これにより、加工用レーザビ
ームは、凸レンズ１６Ａの円環状の透過領域を透過す
る。
【００１３】凸レンズ１６Ａの中心に形成されている貫
通孔１６Ｃ内に、円柱状の凹面鏡１７が挿入されてい
る。凹面鏡１７は、貫通孔１６Ｃの内周面に接すること
により、その中心軸に直交する方向の位置が拘束され
る。凹面鏡１７は、その下面（図１に示した加工対象物
３２側を向く面）に、部分球面状の反射面１７Ａを有す
る。
通孔１６Ｃ内に、円柱状の凹面鏡１７が挿入されてい
る。凹面鏡１７は、貫通孔１６Ｃの内周面に接すること
により、その中心軸に直交する方向の位置が拘束され
る。凹面鏡１７は、その下面（図１に示した加工対象物
３２側を向く面）に、部分球面状の反射面１７Ａを有す
る。
【００１４】凸レンズ１６Ａの上に、スペーサ３２を介
して他の凸レンズ１６Ｂが配置されている。押えリング
３３が凸レンズ１６Ｂの縁を鏡筒３０の先端側に押えつ
けることにより、保護ガラス板１８、凸レンズ１６Ａ、
及び１６Ｂの位置が固定される。保護ガラス板１８と凸
レンズ１６Ｂとが凹面鏡１７を挟むことにより、凹面鏡
１７の中心軸方向の位置が拘束される。
して他の凸レンズ１６Ｂが配置されている。押えリング
３３が凸レンズ１６Ｂの縁を鏡筒３０の先端側に押えつ
けることにより、保護ガラス板１８、凸レンズ１６Ａ、
及び１６Ｂの位置が固定される。保護ガラス板１８と凸
レンズ１６Ｂとが凹面鏡１７を挟むことにより、凹面鏡
１７の中心軸方向の位置が拘束される。
【００１５】鏡筒３０の外周面上に、凹面鏡１５が取付
けられている。凹面鏡１５は、その下面（図１に示した
加工対象物３２側を向く面）に、部分球面状の反射面１
５Ａを有する。反射面１５Ａ及び１７Ａの曲率中心は、
凸レンズ１６Ａと１６Ｂとの合成焦点の位置に一致す
る。
けられている。凹面鏡１５は、その下面（図１に示した
加工対象物３２側を向く面）に、部分球面状の反射面１
５Ａを有する。反射面１５Ａ及び１７Ａの曲率中心は、
凸レンズ１６Ａと１６Ｂとの合成焦点の位置に一致す
る。
【００１６】凹面鏡１５は、銅または真鍮などの金属部
材の凹面に金メッキ等を施すことにより作製される。或
いは、銅や真鍮の金属部材あるいはセラミックスの凹面
に鏡面加工を施して作製される。 凹面鏡１７は、円柱
状のガラス材の一方の端面を凹面にし、その凹面に全反
射ミラーコーティングを施すことにより作製される。
材の凹面に金メッキ等を施すことにより作製される。或
いは、銅や真鍮の金属部材あるいはセラミックスの凹面
に鏡面加工を施して作製される。 凹面鏡１７は、円柱
状のガラス材の一方の端面を凹面にし、その凹面に全反
射ミラーコーティングを施すことにより作製される。
【００１７】図１に戻って説明を続ける。照明用光源３
５が、加工対象物３２の表面を照明する。図１では、外
部照明方法が採用されている場合を示しているが、同軸
照明方法を採用してもよい。加工対象物３２の表面で散
乱した照明光が、集光部２０に入射する。折返しミラー
２２は、加工用レーザビームを全反射させ、可視光を透
過させる。このため、集光部２０でコリメートされた照
明光が、折返しミラー２２を透過する。
５が、加工対象物３２の表面を照明する。図１では、外
部照明方法が採用されている場合を示しているが、同軸
照明方法を採用してもよい。加工対象物３２の表面で散
乱した照明光が、集光部２０に入射する。折返しミラー
２２は、加工用レーザビームを全反射させ、可視光を透
過させる。このため、集光部２０でコリメートされた照
明光が、折返しミラー２２を透過する。
【００１８】折返しミラー２２を透過した光は、結像レ
ンズ２３に入射する。結像レンズ２３は、加工対象物３
２の表面を、撮像装置２４の撮像面上に結像させる。撮
像装置２４は、例えばＣＣＤカメラ等で構成される。撮
像装置２４により、加工対象物３２の表面の加工状態を
観測することができる。
ンズ２３に入射する。結像レンズ２３は、加工対象物３
２の表面を、撮像装置２４の撮像面上に結像させる。撮
像装置２４は、例えばＣＣＤカメラ等で構成される。撮
像装置２４により、加工対象物３２の表面の加工状態を
観測することができる。
【００１９】加工対象物３２が金属等の場合には、入射
する加工用レーザビームの多くが反射する。この反射
は、通常、乱反射（拡散反射）となる。これは、レーザ
加工の対象となる金属材の表面が、通常、鏡面加工され
ていないからである。但し、乱反射とはいえ、全ての方
向に均一に光が反射するわけではない。即ち、入射点に
おける反射が正反射（鏡面反射）であると仮定した場合
の、反射の法則に従う方向及びそれに近い方向に、それ
以外の方向へ反射する光よりも多くの光が反射する。
する加工用レーザビームの多くが反射する。この反射
は、通常、乱反射（拡散反射）となる。これは、レーザ
加工の対象となる金属材の表面が、通常、鏡面加工され
ていないからである。但し、乱反射とはいえ、全ての方
向に均一に光が反射するわけではない。即ち、入射点に
おける反射が正反射（鏡面反射）であると仮定した場合
の、反射の法則に従う方向及びそれに近い方向に、それ
以外の方向へ反射する光よりも多くの光が反射する。
【００２０】凹面鏡１５及び１７は、加工対象物３２の
表面で生じた乱反射による戻り光のうち反射面に入射す
る光を反射させる。上述のように、凹面鏡１５及び１７
は、各々の曲率中心が集光部２０の焦点に一致するよう
に設置されているので、凹面鏡１５及び１７で反射した
光は、加工対象物の被加工点に再入射する。
表面で生じた乱反射による戻り光のうち反射面に入射す
る光を反射させる。上述のように、凹面鏡１５及び１７
は、各々の曲率中心が集光部２０の焦点に一致するよう
に設置されているので、凹面鏡１５及び１７で反射した
光は、加工対象物の被加工点に再入射する。
【００２１】凹面鏡１５または１７で反射し、加工対象
物３２の表面に再入射した光も、その多くが加工対象物
３２の表面で反射する。そのうち、凹面鏡１５及び１７
に入射する反射光は、その反射面で反射し、再度、加工
対象物３２の表面に入射する。光の一部は、加工対象物
３２と凹面鏡１５または１７との間を往復する。
物３２の表面に再入射した光も、その多くが加工対象物
３２の表面で反射する。そのうち、凹面鏡１５及び１７
に入射する反射光は、その反射面で反射し、再度、加工
対象物３２の表面に入射する。光の一部は、加工対象物
３２と凹面鏡１５または１７との間を往復する。
【００２２】上述のように、加工対象物３２に光線束が
繰り返し入射すると、従来、加工に寄与していなかった
光が加工に寄与することになり、従来よりも高いエネル
ギ利用効率を実現できる。例えば、加工対象物３２に入
射するレーザ光のうち１０％が加工に寄与し、残り９０
％が反射し、加工対象物３２で反射したレーザ光のうち
の１／３が、凹面鏡１５及び１７で反射して加工対象物
へ再入射すると仮定する。凹面鏡１５及び１７で２度反
射した光までが加工に寄与すると仮定すると、従来に比
べ１．４倍以上のエネルギ利用効率を実現できる。
繰り返し入射すると、従来、加工に寄与していなかった
光が加工に寄与することになり、従来よりも高いエネル
ギ利用効率を実現できる。例えば、加工対象物３２に入
射するレーザ光のうち１０％が加工に寄与し、残り９０
％が反射し、加工対象物３２で反射したレーザ光のうち
の１／３が、凹面鏡１５及び１７で反射して加工対象物
へ再入射すると仮定する。凹面鏡１５及び１７で２度反
射した光までが加工に寄与すると仮定すると、従来に比
べ１．４倍以上のエネルギ利用効率を実現できる。
【００２３】例えば、レーザパワー２０００Ｗでイニシ
ャルレーザ照射（集光部２０からの照射）を行なうもの
とすると、そのうち加工に寄与するのは２００Ｗであ
る。残りの１８００Ｗは、加工対象物の表面で反射す
る。反射光のうちの１／３（即ち、６００Ｗ）が凹面鏡
１５及び１７で反射し、加工対象物３２に再入射する。
凹面鏡１５及び１７で反射した加工用レーザ光（第１次
反射光）の１０％にあたる６０Ｗが加工に寄与する。
ャルレーザ照射（集光部２０からの照射）を行なうもの
とすると、そのうち加工に寄与するのは２００Ｗであ
る。残りの１８００Ｗは、加工対象物の表面で反射す
る。反射光のうちの１／３（即ち、６００Ｗ）が凹面鏡
１５及び１７で反射し、加工対象物３２に再入射する。
凹面鏡１５及び１７で反射した加工用レーザ光（第１次
反射光）の１０％にあたる６０Ｗが加工に寄与する。
【００２４】凹面鏡１５及び１７で反射した加工用レー
ザ光（６００Ｗ）のうちの９０％（５４０Ｗ）が、再度
加工対象物の表面で反射する。その１／３（５４０／３
＝１８０Ｗ）が、再び凹面鏡１５及び１７で反射し、加
工対象物３２に再入射する。加工対象物３２に入射する
１８０Ｗの第２次反射光のうち１０％、即ち１８Ｗが加
工に寄与する。このように、２０００Ｗの加工用レーザ
光を照射すると２００Ｗ＋６０Ｗ＋１８Ｗ＝２７８Ｗ
が、加工に寄与することとなり、凹面鏡１５及び１７を
取り付けない場合に比べて約１．４倍のエネルギ利用効
率を実現できる。
ザ光（６００Ｗ）のうちの９０％（５４０Ｗ）が、再度
加工対象物の表面で反射する。その１／３（５４０／３
＝１８０Ｗ）が、再び凹面鏡１５及び１７で反射し、加
工対象物３２に再入射する。加工対象物３２に入射する
１８０Ｗの第２次反射光のうち１０％、即ち１８Ｗが加
工に寄与する。このように、２０００Ｗの加工用レーザ
光を照射すると２００Ｗ＋６０Ｗ＋１８Ｗ＝２７８Ｗ
が、加工に寄与することとなり、凹面鏡１５及び１７を
取り付けない場合に比べて約１．４倍のエネルギ利用効
率を実現できる。
【００２５】従来、加工に寄与するパワーを２７８Ｗと
するためには、出力３ｋＷクラスのレーザ発振器が必要
であった。本実例によるレーザ出射光学部を用いること
により、２ｋＷクラスのレーザ発振器で上記パワーを実
現することができる。
するためには、出力３ｋＷクラスのレーザ発振器が必要
であった。本実例によるレーザ出射光学部を用いること
により、２ｋＷクラスのレーザ発振器で上記パワーを実
現することができる。
【００２６】凹面鏡１５の反射面を半球に近付けるほど
（反射面を広くするほど）、加工対象物へ向けて反射す
るレーザ光の割合は多くなる。しかしながら、凹面鏡１
５の縁部に近い位置（加工対象物の近く）で反射した光
は、加工対象物３２へ大きな入射角で入射する。大きな
入射角で入射する光は、加工品質に悪影響を与える。ま
た、反射面を大きくすると、加工装置全体が大きくなっ
てしまう。そこで、凹面鏡１５は、その縁部で反射され
たレーザ光の加工対象物への入射角が約２５°以下とな
るような形状及び大きさとすることが望ましい。
（反射面を広くするほど）、加工対象物へ向けて反射す
るレーザ光の割合は多くなる。しかしながら、凹面鏡１
５の縁部に近い位置（加工対象物の近く）で反射した光
は、加工対象物３２へ大きな入射角で入射する。大きな
入射角で入射する光は、加工品質に悪影響を与える。ま
た、反射面を大きくすると、加工装置全体が大きくなっ
てしまう。そこで、凹面鏡１５は、その縁部で反射され
たレーザ光の加工対象物への入射角が約２５°以下とな
るような形状及び大きさとすることが望ましい。
【００２７】凸レンズ１６Ａの円環状の透過領域の内径
は１５ｍｍ、外径は６５ｍｍ、凸レンズ１６Ａと１６Ｂ
との合成焦点距離は１００ｍｍである。結像レンズ２３
の外径は５０ｍｍ、有効口径は４７ｍｍ、焦点距離は１
２０ｍｍである。集光部２０と結像レンズ２３とを含む
レンズ系の光学倍率は１．２倍になる。上記構成を採用
した場合、十分な解像度で加工対象物３２の表面を観察
することができた。
は１５ｍｍ、外径は６５ｍｍ、凸レンズ１６Ａと１６Ｂ
との合成焦点距離は１００ｍｍである。結像レンズ２３
の外径は５０ｍｍ、有効口径は４７ｍｍ、焦点距離は１
２０ｍｍである。集光部２０と結像レンズ２３とを含む
レンズ系の光学倍率は１．２倍になる。上記構成を採用
した場合、十分な解像度で加工対象物３２の表面を観察
することができた。
【００２８】上記実施例では、凹面鏡１７が、接着剤を
用いることなく鏡筒３０内に固定される。このため、接
着剤から発生するがガス等によるレンズの損傷を防止す
ることができる。
用いることなく鏡筒３０内に固定される。このため、接
着剤から発生するがガス等によるレンズの損傷を防止す
ることができる。
【００２９】また、上記実施例では、集光部２０が、円
環状の凸レンズ１６Ａと通常の凸レンズ１６Ｂとを含ん
で構成される。凸レンズ１６Ａ及び１６Ｂの焦点距離を
それぞれｆA及びｆB、２枚の凸レンズの間隔をＤとする
と、集光部２０の合成焦点距離ｆは、
環状の凸レンズ１６Ａと通常の凸レンズ１６Ｂとを含ん
で構成される。凸レンズ１６Ａ及び１６Ｂの焦点距離を
それぞれｆA及びｆB、２枚の凸レンズの間隔をＤとする
と、集光部２０の合成焦点距離ｆは、
【００３０】
【数１】１／ｆ＝１／ｆA＋１／ｆB−Ｄ／（ｆA・ｆB） から求めることができる。すなわち、凸レンズ１６Ｂの
焦点距離を変えれば、集光部２０の合成焦点距離が変わ
る。
焦点距離を変えれば、集光部２０の合成焦点距離が変わ
る。
【００３１】円環状の凸レンズ１６Ａは、一般的に市販
されているものではない。このため、凸レンズ１６Ａに
求められる焦点距離が変わると、凸レンズ１６Ａを個別
に作製しなければならない。ところが、凸レンズ１６Ｂ
については、市販されているものから所望の性能のもの
を容易に選択することができる。上記実施例の場合に
は、凸レンズ１６Ａの焦点距離を固定しておき、凸レン
ズ１６Ｂの焦点距離のみを変えることにより、集光部２
０の焦点距離を調節することができる。
されているものではない。このため、凸レンズ１６Ａに
求められる焦点距離が変わると、凸レンズ１６Ａを個別
に作製しなければならない。ところが、凸レンズ１６Ｂ
については、市販されているものから所望の性能のもの
を容易に選択することができる。上記実施例の場合に
は、凸レンズ１６Ａの焦点距離を固定しておき、凸レン
ズ１６Ｂの焦点距離のみを変えることにより、集光部２
０の焦点距離を調節することができる。
【００３２】図２（Ｂ）に、図２（Ａ）に示した集光部
の変形例を示す。図２（Ａ）では、凸レンズ１６Ａに貫
通孔１６Ｃが設けられていたが、図２（Ｂ）の集光部に
おいては、凸レンズ１６Ａに凹部１６Ｃが設けられてい
る。円柱状の凹面鏡１７は、この凹部１６Ｃ内に挿入さ
れている。凹面鏡１７は、凹部１６Ｃの底面と凸レンズ
１６Ｂとで挟まれて、その位置が固定される。このよう
な構成の場合には、図２（Ａ）に示した保護ガラス板１
８を配置する必要がない。
の変形例を示す。図２（Ａ）では、凸レンズ１６Ａに貫
通孔１６Ｃが設けられていたが、図２（Ｂ）の集光部に
おいては、凸レンズ１６Ａに凹部１６Ｃが設けられてい
る。円柱状の凹面鏡１７は、この凹部１６Ｃ内に挿入さ
れている。凹面鏡１７は、凹部１６Ｃの底面と凸レンズ
１６Ｂとで挟まれて、その位置が固定される。このよう
な構成の場合には、図２（Ａ）に示した保護ガラス板１
８を配置する必要がない。
【００３３】上記実施例では、２枚の凸レンズで集光部
２０を構成したが、２枚の凸レンズ１６Ａと１６Ｂとの
うち一方を平板としてもよいし、凹レンズとしてもよ
い。
２０を構成したが、２枚の凸レンズ１６Ａと１６Ｂとの
うち一方を平板としてもよいし、凹レンズとしてもよ
い。
【００３４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加工対象物に入射し、その表面で反射した加工用レーザ
ビームを、再度加工対象物に入射させることにより、エ
ネルギ利用効率を高めることができる。加工用レーザビ
ームのビーム断面を環状にすることにより、加工対象物
の表面で反射した戻り光を加工対象物に向けて反射させ
るための反射鏡を、環状のビーム断面の中央に画定され
た中空部に配置することができる。これにより、加工対
象物からの反射光を効率的に再利用することができる。
また、中空部に配置される反射鏡が、接着剤等を用いる
ことなく固定されるため、接着剤から発生するガス等に
よるレンズの損傷を防止することができる。
加工対象物に入射し、その表面で反射した加工用レーザ
ビームを、再度加工対象物に入射させることにより、エ
ネルギ利用効率を高めることができる。加工用レーザビ
ームのビーム断面を環状にすることにより、加工対象物
の表面で反射した戻り光を加工対象物に向けて反射させ
るための反射鏡を、環状のビーム断面の中央に画定され
た中空部に配置することができる。これにより、加工対
象物からの反射光を効率的に再利用することができる。
また、中空部に配置される反射鏡が、接着剤等を用いる
ことなく固定されるため、接着剤から発生するガス等に
よるレンズの損傷を防止することができる。
【図１】本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図
である。
である。
【図２】本発明の実施例によるレーザ加工装置の集光部
の断面図である。
の断面図である。
１０ レーザ発振器 １１ 光ファイバ １２ コリメーションレンズ １３、１４ 円錐プリズム １５、１７ 凹面鏡 １６Ａ 円環状凸レンズ １６Ｂ 凸レンズ １８ 保護ガラス板 ２０ 集光部 ２３ 結像レンズ ２４ 撮像装置 ３０ 鏡筒 ３１ ステージ ３２ 加工対象物 ３５ 照明装置
Claims (3)
- 【請求項１】 中心に中空部が配された環状のビーム断
面を有する加工用レーザビームを生成するレーザビーム
源と、 前記加工用レーザビームの伝搬する経路内に配置され、
前記レーザビーム源で生成された加工用レーザビームを
透過させる光学材料で形成され、前記加工用レーザビー
ムの環状のビーム断面の中空部に内包される内周面で画
定された穴が設けられている第1の光学部材と、 前記第1の光学部材に設けられている穴に挿入され、前
記加工用レーザビームの伝搬方向とは反対向きに伝搬す
る光を反射させる反射面を有する第２の光学部材と、 前記第1の光学部材に重なるように配置され、前記加工
用レーザビームを透過させる光学材料で形成され、前記
加工用レーザビームの伝搬方向に関して前記第２の光学
部材の位置を拘束する第３の光学部材とを有し、 前記第１の光学部材及び第３の光学部材のうち少なくと
も一方が、前記加工用レーザビームを収束させる集光レ
ンズであるレーザ加工装置。 - 【請求項２】 前記第１の光学部材に設けられた穴が底
面を有する凹部であり、前記第２の光学部材が該凹部の
側面に接することにより、ビーム軸方向に直交する方向
に関して、該第２の光学部材の位置が拘束され、該第２
の光学部材が該凹部の底面と前記第３の光学部材との間
に挟まれることにより、そのビーム軸方向の位置が拘束
されている請求項１に記載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】 前記第１の光学部材に設けられた穴が貫
通孔であり、前記第２の光学部材が該貫通孔の側面に接
することにより、ビーム軸方向に直交する方向に関し
て、該第２の光学部材の位置が拘束されており、 さらに、前記加工用レーザビームを透過させる光学材料
で形成された第４の光学部材であって、該第４の光学部
材と前記第３の光学部材とが前記第１の光学部材を挟む
ように配置された前記第４の光学部材を有し、 前記第２の光学部材が、前記第３の光学部材と前記第４
の光学部材とに挟まれて、そのビーム軸方向の位置が拘
束されている請求項１に記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046962A JP2002248592A (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046962A JP2002248592A (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002248592A true JP2002248592A (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=18908485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001046962A Pending JP2002248592A (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002248592A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004349623A (ja) * | 2003-05-26 | 2004-12-09 | Disco Abrasive Syst Ltd | 非金属基板の分割方法 |
| JP2011233674A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Hitachi High-Tech Instruments Co Ltd | 電子部品装着方法及びその装置 |
| WO2014038395A1 (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-13 | 株式会社 アマダ | レーザ加工ヘッド |
| US20190217422A1 (en) * | 2016-02-08 | 2019-07-18 | Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung | Analysis of Laser Beams in Systems for a Generative Manufacturing Process |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56152189A (en) * | 1980-04-25 | 1981-11-25 | Sanyo Electric Co | Multiport induction heating cooking device |
| JP2000218386A (ja) * | 1999-01-27 | 2000-08-08 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置におけるレーザ出射装置 |
-
2001
- 2001-02-22 JP JP2001046962A patent/JP2002248592A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS56152189A (en) * | 1980-04-25 | 1981-11-25 | Sanyo Electric Co | Multiport induction heating cooking device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP4494728B2 (ja) * | 2003-05-26 | 2010-06-30 | 株式会社ディスコ | 非金属基板の分割方法 |
| JP2011233674A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Hitachi High-Tech Instruments Co Ltd | 電子部品装着方法及びその装置 |
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| JP2014046361A (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Amada Co Ltd | レーザ加工ヘッド |
| US20190217422A1 (en) * | 2016-02-08 | 2019-07-18 | Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung | Analysis of Laser Beams in Systems for a Generative Manufacturing Process |
| US11911852B2 (en) * | 2016-02-08 | 2024-02-27 | Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung | Analysis of laser beams in systems for a generative manufacturing process |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070515 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100406 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100413 |
|
| A02 | Decision of refusal |
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