JP2004207349A

JP2004207349A - 半導体レーザ装置およびその製造方法

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Publication number: JP2004207349A
Application number: JP2002372213A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Haji; 信幸土師; Shinsuke Kurahashi; 伸典倉橋; Moriaki Kawasaki; 守亮川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】出力が１出力でありマルチ出力で複数の加工点を同時加熱することができないため、複数の加工点を同時に加熱しようとする場合は複数台のレーザ装置が必要で、設置場所が広く必要であり、また装置の価格が高くなるなどの課題を有していた。
【解決手段】半導体レーザ駆動用電源と、前記半導体レーザ駆動用電源に接続された複数の半導体レーザ発生手段と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と一端がそれぞれ接続された複数の光ファイバーとを備え、前記複数の光ファイバーの他端はそれぞれ複数の半導体レーザ出射手段が設けられ、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続された半導体レーザ装置によって、１つの駆動用電源により複数の半導体レーザを駆動できるようにして、マルチ出力を得るか、または出力を加算することができるようにして上記課題の解決を図るものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接、切断、はんだ付け等の局部非接触加熱源として利用される半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７を用いて従来の技術を説明する。
【０００３】
図７はレーザハンダ付け装置を示し、１０１はレーザ発生源であるレーザ発振器、１０２はレーザ光導光路、１０３はレーザ光の光路、１０４は集光レンズ、１０５はレーザ射出部たるレーザ光射出ノズル、１０６および１０７は被加工物、１０８はハンダ、１０９は光遮蔽物除去のためのガス、１１０はガス吐出口である。
【０００４】
レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光１０３はレーザ光導光路１０２を通過した後、集光レンズ１０４によって集光され、レーザ光射出ノズル１０５を経て、ハンダ１０８および被加工物１０６，１０７で構成される被接合部位に照射される。
【０００５】
また、図示されてはいないガス供給手段からレーザ光射出ノズル１０５に供給されるガス１０９を、レーザ光射出ノズル１０５に設けたガス吐出口１１０から吐出して、光遮蔽物を除去しつつハンダ付けを行うものである（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
従来の装置においては、レーザ発振器１０１から所望のレーザ光１０３を得ており、レーザ発振器１０１のレーザ素子に流す電流値と加工点における出力は一定の関係にあり、電流を制御することによってレーザ出力を制御することができる。
【０００７】
また、従来のレーザ装置は、例えば１５Ｗ機出力のものは１５Ｗ出力のレーザおよびファイバーと１５Ｗ相当の電流が出力できるようにしたレーザ駆動用電源、３０Ｗ機は３０Ｗ出力のレーザおよびファイバーと３０Ｗ相当の電流が出力できるようにしたレーザ駆動用電源などそれぞれ個別に組み合わせを行っていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６１−２５３１７０号公報（第２頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ装置の第一の課題は、出力が１出力でありマルチ出力で複数の加工点を同時加熱することができないことである。複数の加工点を同時に加熱しようとする場合は複数台のレーザ装置が必要で、設置場所が広く必要であり、また装置の価格が高くなるなどの問題がある。
【００１０】
第２の課題は、従来機ではレーザの最大出力が固定化されており、加熱する対象ワークが変わった場合にレーザの出力を増加する必要がある場合にも、定格出力以上に増加させることができないことである。
【００１１】
本発明は１つの駆動用電源により複数の半導体レーザを駆動できるようにして、マルチ出力を得るか、または出力を加算することができるようにして上記課題の解決を図るものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ駆動用電源と、前期半導体駆動用電源に接続された複数の半導体レーザ発生手段と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と一端がそれぞれ接続された複数の光ファイバーとを備え、前記複数の光ファイバーの他端はそれぞれ複数の半導体レーザ出射手段が設けられ、前記複数の半導体レーザ発生手段と前期半導体駆動用電源とが直列または並列に接続されるようにしたものである。
【００１３】
また本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ駆動用電源と、前記半導体レーザ駆動用電源に接続された複数の半導体レーザ発生手段と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と一端がそれぞれ接続された複数の光ファイバーとを備え、前記複数の光ファイバーの他端は１つの半導体レーザ出射手段に接続され、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続されるようにしたものである。
【００１４】
また本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体レーザ駆動用電源を取り付ける工程と、複数の半導体レーザ発生手段を取り付ける工程と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と複数の光ファイバーの一端をそれぞれ接続する工程と、前記複数の光ファイバーの他端を複数の半導体レーザ出射手段にそれぞれ取り付ける工程とを有し、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続される方法である。
【００１５】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体レーザ駆動用電源を取り付ける工程と、複数の半導体レーザ発生手段を取り付ける工程と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と複数の光ファイバーの一端をそれぞれ接続する工程と、前記複数の光ファイバーの他端を１つの半導体レーザ出射手段に取り付ける工程とを有し、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続される方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は半導体レーザ装置の構成図で、１はレーザ駆動用電源、２Ａ〜２Ｄは半導体レーザ、３Ａ〜３Ｄは光ファイバ、４Ａ〜４Ｄは集光レンズユニット、５Ａ〜５Ｄは加工点である。
【００１８】
また、図２は前述の図１に示す半導体レーザ装置のレーザ駆動用電源１，半導体レーザ２Ａ，光ファイバ３Ａ，集光レンズユニット４Ａについての詳細図で、１ａは半導体レーザ駆動用のパワーサプライ、１ｂはパワーサプライ１ａおよび半導体レーザ装置全体の制御を行う制御装置、１ｃは操作パネル、２１ａは半導体レーザ素子、２２ａはレーザ光を集光するためのコリメートレンズ、２３ａは出射部で、３Ａは光ファイバーであり通常は単芯のファイバーで構成され、３１ａは光ファイバ３Ａの入射部、３２ａは光ファイバ３Ａの出射端である。４Ａは集光レンズユニットであり光ファイバー３Ａの出射光を再集光し、加工点５Ａへレーザビームを集光させる。
【００１９】
なお、半導体レーザ２Ｂ〜２Ｄについても上述と同様な構成、即ち半導体レーザ素子はそれぞれ２１ｂ〜２１ｄ、コリメートレンズはそれぞれ２２ｂ〜２２ｄ、出射部はそれぞれ２３ｂ〜２３ｄの構成である。
【００２０】
上記において、操作パネル１ｃより入力された出力電流値、またはレーザ出力パワー値に応じて制御装置１ｂによってパワーサプライ１ａの出力電流を制御し、半導体レーザ素子２aの入力電流を変化させることにより、所望のレーザ出力値を得る。
【００２１】
図１に示す実施の形態においては、レーザ駆動用電源１の出力電圧を半導体レーザ素子の定格ドライブ電圧の４倍に設計し、４ヶの半導体レーザ２Ａ〜２Ｄを直列に接続することによって同じドライブ電流を流し、１台の装置でほぼ均一な４分岐出力を得ている。
【００２２】
また、レーザ駆動用電源１の出力電流を半導体レーザ素子の定格ドライブ電流の４倍に設計し、レーザ駆動用電源に対し半導体レーザ２Ａ〜２Ｄを並列に接続することによっても同じ動作を行うことができる。図２に示す例では分岐が４つの場合を記載しているが、分岐数は１〜ｎの任意の数にすることができる。
【００２３】
図３に示す構成図は、レーザ駆動用電源１のパワーサプライ１ａを１ａ―１〜１ａ―４まで複数個設けたものであり、１ａ―１〜１ａ―４のそれぞれの出力が半導体レーザ２Ａ〜２Ｄの入力側に接続されている。この構成にすることによって、接続される半導体レーザの数に応じてパワーサプライを追加することができ、１つのパワーサプライを用いる場合より経済的に構成することができる。
【００２４】
本実施の形態の他の例を図４に示して説明する。
【００２５】
図４において、レーザ駆動用電源１，半導体レーザ２Ａ〜２Ｄは、図２に示す構成と同じであるので、説明を省略する。
【００２６】
光ファイバー１３Ａ〜１３Ｄは入射部がそれぞれ１３１a〜１３１dのように分岐され、それぞれ半導体レーザ２Ａ〜２Ｄへ接続されているが、光ファーバー１３Ａ〜１３Ｄの中継部１４で束ねられ、バンドル化されたまま出射部１５へと導かれる。
【００２７】
図５は出射部１５の断面を示すもので、４本の光ファイバー１３Ａ〜１３Ｄが束ねられており、４本の光ファイバー１３Ａ〜１３Ｄの出力は４ヶ分の半導体レーザの出力となる。
【００２８】
図３の構成においてはレーザ駆動用電源の出力に接続するレーザ数と光ファイバーの構成を変更するだけで、半導体レーザ装置の最大出力を比較的容易に変更することができる。
【００２９】
図６は本実施の形態の他の半導体レーザ装置の説明図である。
【００３０】
図６は、前述した図１〜図３で示す実施の形態に対し、半導体レーザ２Ａ〜２Ｄのアノードおよびカソード入力端に可変抵抗器６Ａ〜６Ｄをそれぞれ接続したものである。半導体レーザ素子２１ａ〜２１ｄは、それぞれの生産プロセスのバラツキによって同一電流を流しても出力パワーが均一にならず、それぞれの光ファイバーからの出力にバラツキが生じる場合がある。
【００３１】
可変抵抗器６Ａ〜６Ｄはこのバラツキをなくすために、半導体レーザ素子２１ａ〜２１ｄにそれぞれ流れる電流を、可変抵抗器６Ａ〜６Ｄのそれぞれの抵抗値によって可変抵抗器側に分流させ、半導体レーザ素子２１ａ〜２１ｄの出力を均一化するためのものである。
【００３２】
なお、上述の可変抵抗器６Ａ〜６Ｄは、図４で示した実施の形態に設けても同様の効果が得られる。
【００３３】
また、図１〜６でしめした実施の形態においては、レーザ駆動用電源を半導体レーザ２Ａ〜２Ｄと直列にした構成で説明したが、レーザ駆動用電源を半導体レーザ２Ａ〜２Ｄとは、並列に接続しても同様の効果が得られる。
【００３４】
ところで、図１〜図６の構成においては接続する半導体レーザの数量に応じて半導体レーザ装置の定格出力値が変化することになるが、同じ制御装置を使用した場合、半導体レーザ装置の最大出力値を都度変更することができない。この問題を解決する手段として、接続される半導体レーザの数量に応じて制御装置内のプログラム内に最大出力の設定値などを変更できるパラメータ設定手段を設け、パラメータを操作パネルなどの入力手段によって容易に変更可能にしておく手段が有効である。
【００３５】
次に、半導体レーザ装置の製造方法について、説明する。
【００３６】
図１に示す半導体レーザ装置は、レーザ駆動用電源１を取付ける工程と、半導体レーザ２Ａ〜２Ｄをそれぞれ取付ける工程と、光ファイバ３Ａ〜３Ｄの両端にそれぞれ入射部３１ａ〜３１ｄと出射部３２ａ〜３２ｄとを対応させて取り付ける工程と、半導体レーザ２Ａ〜２Ｄの各々の出射部２３ａ〜２３ｄと光ファイバー３Ａ〜３Ｄのそれぞれの入射部３１ａ〜３１ｄをそれぞれ接続する工程と、光ファイバー３Ａ〜３Ｄのそれぞれの出射部３２ａ〜３２ｄを集光レンズユニット４Ａ〜４Ｄにそれぞれ取付ける工程とを有し、半導体レーザ２Ａ〜２Ｄと半導体レーザ駆動用電源１とを直列または並列に接続することにより、前述の半導体レーザ装置が構成でき、前述と同様の効果が得られる半導体レーザ装置を製造することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、１つの駆動用電源により複数の半導体レーザを駆動でき、複数の加工点を同時に加工できるようなマルチ出力を得ることができる。またファイバーの出射端を接続することにより複数の半導体レーザの出力を加算することができ、経済的に優れた装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の説明図
【図２】同実施の形態における半導体レーザ装置の詳細説明図
【図３】同実施の形態における半導体レーザ装置の詳細説明図
【図４】本発明の実施の形態における他の半導体レーザ装置の説明図
【図５】同実施の形態における光ファイバーの出射端の断面図
【図６】本発明の実施の形態における他の半導体レーザ装置の説明図
【図７】従来におけるレーザ装置の説明図
【符号の説明】
１レーザ駆動用電源
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ半導体レーザ
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ光ファイバ
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ集光レンズユニット
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ可変抵抗器

Claims

半導体レーザ駆動用電源と、前記半導体レーザ駆動用電源に接続された複数の半導体レーザ発生手段と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と一端がそれぞれ接続された複数の光ファイバーとを備え、前記複数の光ファイバーの他端はそれぞれ複数の半導体レーザ出射手段が設けられ、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続された半導体レーザ装置。
半導体レーザ駆動用電源と、前記半導体レーザ駆動用電源に接続された複数の半導体レーザ発生手段と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と一端がそれぞれ接続された複数の光ファイバーとを備え、前記複数の光ファイバーの他端は１つの半導体レーザ出射手段に接続され、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続された半導体レーザ装置。
半導体レーザ発生手段のアノードとカソード間は抵抗素子を有し、その抵抗素子によって前記半導体レーザ発生手段の出力を制御した請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
半導体レーザ駆動用電源は、複数の電源からなる請求項１から３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
半導体レーザ駆動用電源はパラメータ設定により制御される請求項１から４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
複数の半導体レーザ発生手段はそれぞれ収納手段に収納され、前記複数の収納手段には各収納手段を接続する接続手段を設けた請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
複数の半導体レーザ発生手段を収納する１つの収納手段を有した請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
半導体レーザ駆動用電源を取り付ける工程と、複数の半導体レーザ発生手段を取り付ける工程と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と複数の光ファイバーの一端をそれぞれ接続する工程と、前記複数の光ファイバーの他端を複数の半導体レーザ出射手段にそれぞれ取り付ける工程とを有し、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続される半導体レーザ装置の製造方法。
半導体レーザ駆動用電源を取り付ける工程と、複数の半導体レーザ発生手段を取り付ける工程と、前記複数の半導体レーザ発生手段の各々の出射部と複数の光ファイバーの一端をそれぞれ接続する工程と、前記複数の光ファイバーの他端を１つの半導体レーザ出射手段に取り付ける工程とを有し、前記複数の半導体レーザ発生手段と前記半導体レーザ駆動用電源とが直列または並列に接続される半導体レーザ装置の製造方法。
半導体レーザ発生手段のアノードとカソード間に抵抗素子を接続する工程を有する請求項８または９に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
半導体レーザ駆動用電源は、複数の電源からなる請求項８から１０のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
複数の半導体レーザ発生手段をそれぞれ収納手段に収納する工程を有し、前記複数の収納手段には各収納手段を接続する接続手段を設けている請求項８から１１のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
複数の半導体レーザ発生手段を１つの収納手段に収納する工程を有する請求項８から１１のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。