JP2007190560A

JP2007190560A - レーザ加工装置

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Publication number: JP2007190560A
Application number: JP2006008367A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuda; 恭松田; Hidehiro Shimada; 秀寛島田; Masayuki Akagi; 正幸赤城
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-08-02
Also published as: US20090071948A1; EP1808261B1; US7822079B2; US7489711B2; CN101007368A; CN101007368B; EP1808261A2; EP1808261A3; US20070164005A1; KR20070076498A

Abstract

【課題】多分岐・ファイバ伝送方式においてレーザ光の集光性、およびビームモード、パワー分割比、開口数等の安定性を向上させ、加工品質を改善する。
【解決手段】このレーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器１０、レーザ分岐部１２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６、レーザ出射部１８および加工テーブル２０等から構成される。ファイバレーザ発振器１０より発振出力されるファイバレーザ光ＦＢを基に、レーザ分岐部１２でファイバレーザ光ＦＢから複数の分岐レーザＨＡ，ＨＢ，ＨＣへの同時多分岐が行われ、レーザ入射部１４で各分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの各伝送用光ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃへの入射が行われ、レーザ出射部４８６Ａ，４８Ｂ，４８Ｃで各伝送用光ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃから各加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cへの各分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの集光照射が行われる。

【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物にレーザ光を照射して所望のレーザ加工を施すレーザ加工装置に係り、特に多分岐・ファイバ伝送方式のレーザ加工装置に関する。

従来より、レーザ溶接やレーザマーキング等のレーザ加工分野では、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行うために、１台のレーザ発振器で生成したレーザ光を同時または非同時（時分割的）に複数のレーザ光に分岐させ、それらの分岐レーザ光を遠隔の加工場所まで光ファイバで伝送して所望の加工点に照射する方式が採用されている。

これまで、この方式におけるレーザ発振器には専らＹＡＧレーザが用いられてきた。ＹＡＧレーザは、希土類元素のイオンをドープしたＹＡＧ結晶のロッドいわゆるＹＡＧロッドを活性媒質とし、このＹＡＧロッドの側面または端面に励起光を照射してロッド中の活性元素を光励起し、ＹＡＧロッドより軸方向に放出される所定波長の発振光線を光共振器で共振増幅してＹＡＧレーザ光を取り出すようにしている。ＹＡＧレーザより発振出力されたＹＡＧレーザ光は、同時分岐の場合はビームスプリッタを用いて複数の分岐レーザ光に分割され、非同時（時分割）分岐の場合は可動ミラーを用いて複数の分岐路間で光路を切り換えられる。こうして得られた各分岐レーザ光は、入射光学系により伝送用光ファイバの一端面に集光入射させられ、該伝送用光ファイバの中を伝搬して遠隔の加工場所に配置されている出射ユニット内でファイバ終端面より出て、出射ユニットの出射光学系により被加工物上の加工点に集光照射される。たとえばレーザ溶接においては、二枚重ねの金属板の加工点がＹＡＧレーザ光のエネルギーにより溶融し、レーザ照射後に溶融部が凝固して溶接ナゲットとなる。

しかしながら、上記のような従来のレーザ加工装置においては、ＹＡＧレーザより発振出力されるＹＡＧレーザ光のビーム品質があまり良くないために、多分岐・ファイバ伝送の精度や効率が低く、ひいては多点同時加工やマルチポジション加工の品質に改善の余地があった。すなわち、多分岐光学系やファイバ伝送光学系においてＹＡＧレーザ光のビーム広がり角は無視できないほど大きく、しかもＹＡＧロッドの熱レンズ効果によりビーム広がり角だけでなくビームモード（特に横モード）も変動するために、集光性が良くないことや、分岐レーザ光のパワー分割比を正確に制御するのが難しいなどの問題があり、加工性にそれらの影響が現れていた。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光の集光性を良くし、ビームモードやパワー分割比さらにはファイバ伝送光学系の開口数を安定させることにより、多点同時加工やマルチポジション加工の品質を改善する多分岐・ファイバ伝送方式のレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置は、発光元素を含むコアをレーザ媒質とし、前記コアを所定の励起光で励起して所定波長の原レーザ光を発振出力する光ファイバ構造のファイバレーザ発振器と、前記ファイバレーザ発振器より生成された前記原レーザ光を同時または非同時に複数の分岐レーザ光に分岐させるレーザ分岐部と、前記レーザ分岐部より得られる各々の分岐レーザ光を伝送用の光ファイバの一端面に入射させるレーザ入射部と、各々の前記伝送用光ファイバの他端面より出る各々の分岐レーザ光を所定の加工点に向けて集光照射するレーザ出射部とを有する。

上記の構成においては、光ファイバ構造のファイバレーザ発振器より発振出力されるファイバレーザ光を基に、レーザ分岐部でファイバレーザ光から複数の分岐レーザへの同時多分岐または非同時（時分割）分岐が行われ、レーザ入射部で各分岐レーザ光の各伝送用光ファイバへの入射が行われ、レーザ出射部で各伝送用光ファイバから各加工点への各分岐レーザ光の集光照射が行われる。ファイバレーザ光はビーム径が細くてビーム広がり角は小さく、しかもビームモードないしビーム偏光分布が安定しているので、パワー分割比、集光性、入射・出射開口数（ＮＡ）等で設定通りのレーザ特性を得ることが可能であり、ひいては多分岐・ファイバ伝送方式の加工品質を向上させることができる。

本発明の好適な一態様によれば、ファイバレーザ発振器が、発振用の光ファイバの一端面または両端面に励起光を入射させる励起部を有する。この励起部は、好ましくは、励起光を発光するレーザダイオードと、レーザダイオードからの励起光を発振用光ファイバの端面に集光させる光学レンズとを有する。

別の好適な一態様によれば、レーザ分岐部が、ファイバレーザ発振器からの原レーザ光の波長に対して所望の反射率および透過率を有するビームスプリッタを原レーザ光の光軸上に所定の間隔を置いて１つまたは複数配置し、各々のビームスプリッタより得られる反射光を分岐レーザ光とする。好ましくは、ビームスプリッタに、原レーザ光の波長に対する反射率および透過率が所定の方向で連続的に変化するコーティング膜が形成される。

別の好適な一態様によれば、レーザ出射部が、伝送用光ファイバの他端面から出た分岐レーザ光を走査する走査光学系を有する。このような走査式は、マーキング加工等に有用である。

本発明のレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、多分岐・ファイバ伝送方式においてレーザ光の集光性、およびビームモード、パワー分割比、開口数等の安定性を向上させ、ひいては多点同時加工やマルチポジション加工の品質を改善することができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す。このレーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器１０、レーザ分岐部１２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６、レーザ出射部１８および加工テーブル２０等から構成される。

ファイバレーザ発振器１０は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）２２と、この発振ファイバ２２の一端面にポンピング用の励起光ＭＢを照射する電気光学励起部２４と、発振ファイバ２２を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー２６，２８とを有している。

電気光学励起部２４は、レーザダイオード（ＬＤ）３０および集光用の光学レンズ３２を有している。ＬＤ３０は、レーザ電源３４からの励起電流によって点灯駆動され、励起用のレーザ光ＭＢを発振出力する。光学レンズ３２は、ＬＤ３０からの励起用レーザ光ＭＢを発振ファイバ２２の一端面に集光入射させる。ＬＤ３０と光学レンズ３２との間に配置される光共振器ミラー２６は、ＬＤ３０側から入射した励起用レーザ光ＭＢを透過させ、発振ファイバ２２側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するように構成されている。

発振ファイバ２２は、図示省略するが、発光元素としてたとえば希土類元素のイオンをドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝播光路としている。上記のようにして発振ファイバ２２の一端面に入射した励起レーザ光ＭＢは、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ２２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の希土類元素イオンを光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー２６，２８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー２８より該所定波長を有するファイバレーザ光ＦＢが取り出される。

なお、光共振器において、光学レンズ３２，３５は、発振ファイバ２２の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー２６，２８へ通し、光共振器ミラー２６，２８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ２２の端面に集光させる。また、発振ファイバ２２を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ３５および光共振器ミラー２８を透過したのち折り返しミラー３６にて側方のレーザ吸収体３８に向けて折り返される。光共振器ミラー２８より出力されたファイバレーザ光ＦＢはこの折り返しミラー３６をまっすぐ透過して隣のレーザ分岐部１２に入る。

図示の構成例におけるレーザ分岐部１２は、同時３分岐型であり、ファイバレーザ発振器１０の光軸の延長上に所定の間隔を置いて３つの分岐用ミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃをそれぞれ所定角度（たとえば４５度）斜めに傾けて一列に配置している。このうち、初段と次段の２つの分岐用ミラー４０Ａ，４０Ｂは部分反射透過ミラーまたはビームスプリッタからなり、最後段のミラー４０Ｃは全反射ミラーからなる。同時３分岐のパワー分割比をたとえば１：１：１に選ぶ場合は、初段ビームスプリッタ４０Ａの分岐比が約３３／６７に選ばれ、次段ビームスプリッタ４０Ｂの分岐比が約５０／５０に選ばれる。

このレーザ分岐部１２において、ファイバレーザ発振器１０から空中をまっすぐ伝搬してきたファイバレーザ光ＦＢは、最初に初段ビームスプリッタ４０Ａに入射し、そこで一部が所定方向へ反射し、残りがまっすぐ透過する。ビームスプリッタ４０Ａで得られる反射光つまり第１分岐レーザ光ＨＡは、レーザ入射部１４の第１入射ユニット４２Ａを介してファイバ伝送系１６の第１伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）４６Ａの一端面に入射する。

初段のビームスプリッタ４０Ａを透過したレーザ光ＦＢ'は次段ビームスプリッタ４０Ｂに入射し、そこで一部が所定方向へ反射し、残りがまっすぐ透過する。ビームスプリッタ４０Ｂで得られる反射光つまり第２分岐レーザ光ＨＢは、レーザ入射部１４の第２入射ユニット４２Ｂを介してファイバ伝送系１６の第２伝送ファイバ４６Ｂの一端面に入射する。

次段ビームスプリッタ４０Ｂを透過したレーザ光ＦＢ"は、終端の全反射ミラーで所定方向へ全反射し、第３分岐レーザ光ＨＣとしてレーザ入射部１４の第３入射ユニット４２Ｃを介してファイバ伝送系１６の第３伝送ファイバ４６Ｃの一端面に入射する。

レーザ入射部１４部の各入射ユニット４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ内には、各分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＢを各伝送ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃの一端面に集光させる集光レンズ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃが設けられている。なお、各伝送ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃには、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバが用いられる。

第１、第２、第３伝送ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃの他端または終端は、レーザ出射部１８の第１、第２、第３出射ユニット４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃにそれぞれ接続されている。図示の例では、加工テーブル２０上の１つの被加工物５０に設定された３つの加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cに対して第１、第２、第３出射ユニット４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃより第１、第２、第３分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが同時に集光照射され、３つの加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cが同時にレーザ加工される。

たとえば、３点同時溶接の場合は、レーザ電源３４よりパルス波形の励起電流がＬＤ３０に供給されることにより、ファイバレーザ発振器１０内でＬＤ３０よりパルス波形の励起レーザ光ＭＢが発振ファイバ２２に供給され、ファイバレーザ発振器１０よりパルス波形のファイバレーザ光ＦＢが発振出力される。このパルス波形のファイバレーザ光ＦＢからレーザ分岐部１２でパワー分割比１：１：１に３分割されたパルス波形の３つの分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが得られ、これら３つの分岐パルスレーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣがレーザ入射部１４の入射ユニット４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ、ファイバ伝送系１６の伝送ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃおよびレーザ出射部１８の出射ユニット４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃを通って加工テーブル１８上の被加工物５４に設定された３つの加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cに同時に集光照射される。各加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cにおいては、各分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。

各出射ユニット４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ内には、各伝送ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃの終端面より出た各分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃと、平行光の各分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣを各加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cに集光させる集光レンズ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが設けられている。

上記のように、この実施形態のレーザ加工装置においては、分岐レーザ光の基となる原レーザ光をファイバレーザ発振器１０により生成する。このファイバレーザ発振器１０は、発振ファイバ２２が口径１０μｍ程度、長さ数メートル程度の細長いコアを活性媒体とするため、ビーム径が細くてビーム広がり角の小さなファイバレーザ光ＦＢを発振出力することができる。しかも、発振ファイバ２２の一端面に入射した励起レーザ光ＭＢが発振ファイバ２２の中で数メートルの長い光路を伝搬する間に何度もコアを横切って励起エネルギーを使い果たすので、非常に高い発振効率でファイバレーザ光ＦＢを生成することができる。因みに、ＹＡＧレーザの活性媒質として用いられるＹＡＧロッドは、太さが通常４〜１０ｍｍ、長さが通常８０〜１６０ｍｍであり、ビーム径が太くてビーム広がり角は大きく、ロッドに入射した励起光と活性元素との光結合は小さく、発振効率は低い。

さらに、ファイバレーザ発振器１０は、発振ファイバ２２のコアが熱レンズ効果を起こさないため、ビームモードの非常に安定したファイバレーザ光ＦＢを生成することができる。ビームモードが安定することで、ビームの偏光分布が安定する。このことも、多分岐・ファイバ伝送方式では非常に重要な利点となる。

図２および図３につき、レーザ分岐部１２における本実施形態の作用を説明する。図２に示すように、ファイバレーザ発振器１０（図１）より出力されるファイバレーザ光ＦＢはビーム広がり角が非常に小さいために光路長または伝搬距離の異なる各段の分岐用ミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにほぼ同一のビーム径で入射し、各分岐用ミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃよりほぼ同一ビーム径の分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが得られる。このことにより、レーザ入射部１４においては、各分岐用ミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃからほぼ同一の光路長または距離間隔を隔てて各入射ユニット４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの入射光学系を配置することが可能であり、入射光学系の調整の容易化や設置スペースの縮小化をはかることができる。

また、図３に示すように、ビームスプリッタ４０Ａ，４０Ｂには反射率および透過率が所定方向（たとえば図の矢印方向）に連続的に変わるコーティング膜５６が形成されており、同方向で入射位置を変えることにより分岐比を調節できるようになっている。ここで、各位置の反射率または透過率はＰ偏光とＳ偏光とで必ずしも同じではなく、たとえばトータルの反射率が５０％の所定位置においてＰ偏光の反射率は３０％、Ｓ偏光の反射率は６０％というように両者の間に差または開きがあるのが通常である。したがって、入射レーザ光のビームモードないしビーム偏光分布が変動してＰ偏光とＳ偏光の割合が変われば、入射位置におけるトータルの反射率が変わり、ひいては反射光のパワーが変わることになる。この点、この実施形態においては、ファイバレーザ発振器１０より出力されるファイバレーザ光ＦＢのビームモードが安定し、偏光分布も安定しているので、各ビームスプリッタ４０Ａ，４０Ｂの設定入射位置でトータルの反射率が一定に保たれ、各段のミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃより設定通りのパワー分割比で分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣを得ることができる。

このように分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣは、ビーム広がり角が小さくて、しかもビームモードが安定しているので、レーザ入射部１４およびレーザ出射部１８において伝送ファイバ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃに対する集光性にすぐれ、入射・出射開口数（ＮＡ）も良好（安定）なので、高精度かつ高効率のファイバ伝送が可能である。このことによって、加工点Ｗ_A，Ｗ_B，Ｗ_Cに分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣを設定通りの分割パワーおよび同一の焦点距離で集光させることが可能であり、同時多分岐レーザ加工の品質を向上させることができる。

図４および図５に、比較例として、ＹＡＧレーザで得られるＹＡＧレーザ光ＹＢをレーザ分岐部１２に入れた場合の作用を示す。図４に示すように、ＹＡＧレーザ光ＹＢはビーム広がり角が大きいために光路長が長くなるほど大きなビーム径で各段のミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに入射し、各段のミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃよりビーム径の異なる分岐レーザ光ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが得られる。このため、レーザ入射部１４においては、各ミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃから各入射ユニット４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの入射光学系までの光路長または距離間隔に大きな差を設けてビーム径の補正をしなければならず、入射光学系の調整が煩雑なうえ所要スペースも大きくなる。また、図５に示すように、各段のビームスプリッタ４０Ａ，４０Ｂにおいては、入射レーザ光ＹＢ，ＹＢ'のビーム径が大きいためにそれだけ反射スポット内の反射率の偏差が大きく、分岐レーザ光のＨＡ，ＨＢのビーム品質は低下する。もちろん、ビームスプリッタ４０Ａ，４０Ｂを透過する分岐レーザ光ＨＣのビーム品質も低下する。しかも、上記のようにレンズ効果によりＹＡＧレーザ光ＹＢのビームモードないし偏光分布が変動するので、ビーム品質の低下は一層顕著なものとなる。

なお、加工点Ｗからの反射光がレーザ出射部１８、ファイバ伝送系１６、レーザ入射部１４およびレーザ分岐部１２を通ってファイバレーザ発振器１０に戻ってくることもあるが、発振ファイバ２２の開口数（ＮＡ）を伝送ファイバ４６の開口数（ＮＡ）より大きくすることで、戻り光を発振ファイバ２２の中に閉じ込めることができ（ＮＡ過大とならず）、戻り光による発振ファイバ２２の破損を防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。たとえば、上記した実施形態は同時３分岐型であったが、レーザ分岐部１２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６およびレーザ出射部１８における光学部品またはユニットの個数を変えることで分岐数２あるいは４以上の同時多分岐を行うことができる。また、本発明は非同時（時分割）多分岐型のレーザ加工装置にも適用可能である。

図６に、一実施形態における非同時（時分割）多分岐型のレーザ加工装置の構成を示す。図中、上記実施形態の同時多分岐型レーザ加工装置（図１）のものと実施的に同一の構成または機能を有する部分には同一の符号を付している。

図６のレーザ加工装置は、たとえばマーキング加工用のもので、ファイバレーザ発振器１０内にＱスイッチ５８を設けている。この場合、レーザ電源３４はＬＤ３０を持続的に点灯駆動し、ＬＤ３０は発振ファイバ２２のコア（活性媒質）を持続的にポンピングする。こうして発振ファイバ２２のコアで生成される所定波長の発振光線が光共振器２６，２８の間に閉じ込められて増幅される。Ｑスイッチ５８はたとえば音響光学Ｑスイッチである。図示しない制御部がＱスイッチドライバ６０を介して所定の周期で一時中断する高周波電気信号によりＱスイッチ５８を駆動する。高周波電気信号が中断する度毎にピークパワーの極めて高いＱスイッチパルスまたはジャイアントパルスのファイバレーザ光ＦＢがファイバレーザ発振器１０より発振出力される。

レーザ分岐部１２において、初段および次段の分岐用ミラー４０Ａ，４０Ｂはそれぞれレーザ光軸上の第１の位置とレーザ光軸から外れた第２の位置との間で双方向に移動可能な可動型の全反射ミラーとして構成される。最後段または終端のミラー４０Ｃも全反射ミラーからなる。

図示の例では、初段の全反射ミラー４０Ａを第２の位置に退避させ、次段の全反射ミラー４０Ｂを第１の位置に切り換えている。この場合は、ファイバレーザ発振器１０からのファイバレーザ光ＦＢが次段の全反射ミラー４０Ｂで全反射し、この反射光が第２分岐レーザ光ＧＢとして第２入射ユニット４２Ｂを介して第２伝送ファイバ４６Ｂの一端面に集光入射し、この伝送ファイバ４６Ｂの中を通ってレーザ出射部１８の第２出射ユニット４８Ｂまで伝送される。

この実施形態では、第２出射ユニット４８Ｂ内にガルバノ・スキャナを設けている。このガルバノ・スキャナは、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、制御部の制御の下でＱスイッチングに同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、第２伝送ファイバ４６Ｂより受け取ったＱスイッチパルスのファイバレーザ光ＦＢを加工テーブル２０Ｂ上の被加工物５４Ｂの所望のマーキング位置に集光照射する。

初段の全反射ミラー４０Ａを第１の位置に切り換えたときは、ファイバレーザ発振器１０からのファイバレーザ光ＦＢがこの初段全反射ミラー４０Ａで全反射し、この反射光が第１分岐レーザ光ＧＡとして第１入射ユニット４２Ａを介して第１伝送ファイバ４６Ａの一端面に集光入射し、この伝送ファイバ４６Ａの中を通ってレーザ出射部１８の第１出射ユニット４８Ａまで伝送される。第２出射ユニット４８Ｂも上記と同様のガルバノ・スキャナを有しており、第１伝送ファイバ４６Ａより受け取ったＱスイッチパルスのファイバレーザ光ＦＢをスキャニングして加工テーブル２０Ａ上の被加工物５４Ａの所望のマーキング位置に集光照射する。

初段ミラー４０Ａおよび次段ミラー４０Ｂをそれぞれ第２の位置に退避されると、ファイバレーザ発振器１０からのファイバレーザ光ＦＢは終端の全反射ミラー４０Ｃで全反射し、この反射光が第３分岐レーザ光ＧＣとして第３入射ユニット４２Ｃを介して第３伝送ファイバ４６Ｃの一端面に集光入射し、この伝送ファイバ４６Ｃの中を通って第３出射ユニット４８Ｃまで伝送される。第３出射ユニット４８Ｃも上記と同様のガルバノ・スキャナを有しており、第３伝送ファイバ４６Ｃより受け取ったＱスイッチパルスのファイバレーザ光ＦＢをスキャニングして加工テーブル２０Ｃ上の被加工物５４Ｃの所望のマーキング位置に集光照射する。

図示の構成例は３分岐型であるが、レーザ分岐部１２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６およびレーザ出射部１８における光学部品またはユニットの個数を変えることで分岐数を２あるいは４以上にすることができる。

この実施形態においても、ファイバレーザ発振器１０により、ビーム径が細くてビーム広がり角が小さく、ビームモードないし偏光分布の安定したＱスイッチパルスのファイバレーザ光ＦＢを生成し、このファイバレーザ光ＦＢから非同時または時間分割式で分岐レーザ光を得るので、入射ユニット４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの入射光学系をレーザ分岐部１２の分岐ミラー４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃからほぼ同じ距離を隔てた位置に配置することが可能であり、光学系各部の調整容易化や設置スペースの縮小化、さらにはマルチポイント加工の向上をはかることができる。

なお、上記した実施形態以外にも各部の構成や方式を種々変形することができる。たとえば、出射ユニット４８にガルバノ・スキャナを設ける構成は、マーキング以外の加工（たとえばレーザ溶接）にも適用可能である。また、ファイバレーザ発振器１０において、電気光学励起部２４、光共振器２６，２８、光学レンズ３２，３５等の変形あるいは一部省略は可能であり、同様の機能または作用を奏する他の構成を採用することも可能である。たとえば、上記実施形態は発振ファイバ２２の片側の端面に励起レーザ光ＥＭを照射する片面励起方式であったが、発振ファイバ２２の両側の端面に励起レーザ光を照射する両面励起方式も可能である。

本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す図である。実施形態におけるレーザ分岐部の一作用を示す図である。実施形態におけるレーザ分岐部の一作用を示す図である。比較例におけるレーザ分岐部の一作用を示す図である。比較例におけるレーザ分岐部の一作用を示す図である。別の実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ファイバレーザ発振器
１２レーザ分岐部
１４レーザ入射部
１６ファイバ伝送系
１８レーザ出射部
２０加工テーブル
２２発振用光ファイバ（発振ファイバ）
２４電気光学励起部
２６，２８光共振器ミラー
３０レーザダイオード（ＬＤ）
３２，３５光学レンズ
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ分岐ミラー
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ入射ユニット
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ伝送用光ファイバ（伝送ファイバ）
４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ出射ユニット
５８Ｑスイッチ

Claims

発光元素を含むコアを活性媒質とし、前記コアを所定の励起光で励起して所定波長の原レーザ光を発振出力する光ファイバ構造のファイバレーザ発振器と、
前記ファイバレーザ発振器より生成された前記原レーザ光を同時または非同時に複数の分岐レーザ光に分岐させるレーザ分岐部と、
前記レーザ分岐部より得られる各々の分岐レーザ光を伝送用の光ファイバの一端面に入射させるレーザ入射部と、
各々の前記伝送用光ファイバの中を伝搬してその他端面より出る各々の分岐レーザ光を所定の加工点に向けて集光照射するレーザ出射部と
を有するレーザ加工装置。
前記ファイバレーザ発振器が、発振用の光ファイバの一端面または両端面に励起光を入射させる励起部を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記励起部が、前記励起光を発光するレーザダイオードと、前記レーザダイオードからの前記励起光を前記発振用光ファイバの端面に集光させる光学レンズとを有する請求項２に記載のレーザ加工装置。
前記レーザ分岐部が、前記ファイバレーザ発振器からの前記原レーザ光の波長に対して所望の反射率および透過率を有するビームスプリッタを前記原レーザ光の光軸上に所定の間隔を置いて１つまたは複数配置し、各々のビームスプリッタより得られる反射光を分岐レーザ光とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
前記ビームスプリッタが、前記原レーザ光の波長に対する反射率および透過率が所定の方向で連続的に変化するコーティング膜を有する請求項４に記載のレーザ加工装置。
前記レーザ出射部が、前記伝送用光ファイバの他端面から出た分岐レーザ光を走査する走査光学系を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。