JP2010036189A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物上に得られるレーザビームスポットのパワー密度分布特性を改善すること。
【解決手段】このレーザ加工装置は、加工用のレーザ光ＬＢを発振出力するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０から所望のレーザ加工場所までレーザ光ＬＢを伝送する伝送用光ファイバ１４と、レーザ加工場所でレーザ光ＬＢを被加工物Ｗに向けて集光照射するレーザ出射ユニット１６とを有する。レーザ出射ユニット１６のケーシング１６ａには、ファイバ心線３０のみからなるファイバ・コイル部３２およびファイバ終端部３４と、イメージリレー光学系３６が設けられている。
【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、特にレーザ発振部またはレーザ装置本体から出射ユニットまで光ファイバを介してレーザ光を伝送する光ファイバ伝送方式のレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置は、基本構成として、加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振器と、加工用レーザ光を被加工物に向けて集光照射するレーザ出射ユニットと、レーザ発振器からレーザ出射ユニットまでレーザ光を伝送するためのレーザ伝送光学系とを有する。

レーザ伝送光学系に光ファイバを使用する光ファイバ伝送方式は、レーザ発振器とレーザ出射ユニットとをそれぞれ任意の場所に設置または配置できるので、レーザ加工の多種多様な生産ラインや用途にフレキシブルに適応できるという利点がある。

レーザ加工装置に用いられている伝送用の光ファイバには、コア・クラッド界面で屈折率がステップ状に変化するステップインデックス（ＳＩ）型と、コアの屈折率分布が擬似二乗曲線になっているグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の２種類がある。ＳＩ型の光ファイバでは、光はコア・クラッド界面での全反射によってコアに閉じ込められる。もっともコア内を直進する光もあり、頻繁に全反射を繰り返して進む光と直進光とでは伝播時間に差が出てきて、いわゆるモード分散が起こる。これに対して、ＧＩ型の光ファイバでは、光は連続的な屈折によってコアに閉じ込められ、屈折率の大きなコア中心部分では光路長が短い代わりに伝播速度が遅く、コア周辺部にいくにしたがって光路長が長くなる代わりに伝播速度が速くなり、結果として伝播時間差が相殺され、モード分散は生じない。

ところで、精密部品や薄物のレーザ加工では、被加工点に照射されるレーザビームスポットのパワー密度（光強度）の分布特性によって加工品質が大きく左右される。すなわち、被加工物上でレーザビームスポットのパワー密度の均一性が良いほど、均一で仕上がりの良い微細加工が行える。しかしながら、通常のレーザ発振器より発振出力されるレーザ光は、シングルモードのガウスビームであっても、マルチモードのビームであっても、平坦（均一）なパワー密度分布特性を有するものではない。

従来より、光ファイバ伝送方式のレーザ加工装置においては、加工用レーザ光のパワー密度分布特性を均一にするために、伝送用光ファイバを途中でリング状に巻いて、そのリング区間内でレーザ光を十分に散乱または乱反射させる技法が知られている（たとえば特許文献１）。この技法は、レーザ光の伝搬モードがシングルモードまたはマルチモードのいずれであっても有効である。
特開平４−７５７９４号公報

しかしながら、上記のように伝送用光ファイバを途中でリング状に巻く従来のレーザ加工装置は、伝送用光ファイバのリング区間内の光散乱効果によりレーザパワー密度分布特性の均一性を向上できるものの、実際のレーザ加工において被加工物上に得られるレーザビームスポットのパワー密度分布特性は均一性を十分に改善できてはおらず、パワーロスが大きいことも問題となっている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、被加工物上に得られるレーザビームスポットのパワー密度分布特性を大幅に改善できる光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、加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記レーザ発振部で生成された前記レーザ光をレーザ加工場所まで伝送するための伝送用光ファイバと、前記レーザ加工場所に配置されるレーザ出射ユニットとを有し、前記レーザ出射ユニットのケーシングに、前記伝送用光ファイバの一部がコイル状に巻かれたファイバ・コイル部と、前記ファイバ・コイル部の巻き終わりからファイバ出射端面まで延びるファイバ終端部と、前記伝送用光ファイバの出射端面より出た前記レーザ光を、前記出射端面におけるパワー密度分布像が転写されるように、所望の加工点に集光照射するイメージリレー光学系とを内蔵している。

上記の装置構成においては、ファイバ・コイル部で光散乱効果によりレーザパワー密度が均一化され、ファイバ終端部が非常に短いので、ファイバ・コイル部の巻き終わりで得られたレーザパワー密度の均一性がファイバ出射端面まで良好に保持され、しかもパワーロスが非常に少ない。また、ファイバ・コイル部およびファイバ終端部がレーザ出射ユニットのケーシングに内蔵されているので、ファイバが外力を受けて変形または変位することがなくなる。その結果、伝送用光ファイバの出射端面より出るレーザ光が外力の影響によって変動することがなくなり、ファイバ出射端面におけるパワー密度分布特性が常時安定している。

さらに、上記の装置構成においては、上記のように伝送用光ファイバの出射端面で均一性に優れ、かつパワーロスの非常に少ないパワー密度分布像が得られるのに加えて、伝送用光ファイバの出射端面から出たレーザ光がイメージリレー光学系を介して加工点上に集光するので、ファイバ出射端面における均一なパワー密度分布像がそのまま加工点に転写され、被加工物上に得られるレーザビームスポットのパワー密度分布特性が大幅に改善される。

本発明の好適な一態様においては、伝送用光ファイバが、芯線のコア、このコアを同軸に覆うクラッドおよびこのクラッドを同軸に覆う被覆からなるファイバ心線と、このファイバ心線を中に入れて保護する保護管とを有する。そして、ファイバ・コイル部およびファイバ終端部が保護管を取り除いてファイバ心線のみで構成される。

また、ファイバ・コイル部の構成として、ファイバ心線を円形に巻いて、かつ軸方向に巻き重ねて形成される構成、空芯である構成、巻数が５以上である構成、直径が３０ｍｍ〜１００ｍｍである構成が好ましい。

ファイバ終端部は、長さが重要であり、５０ｍｍ以下が好ましく、短ければ短いほどよい。

好適な一態様として、イメージリレー光学系は、第１の焦点距離を有し、伝送用光ファイバの出射端面から第１の焦点距離と同一またはそれに近い光学的距離を離して配置されるコリメート用の第１のレンズと、第２の焦点距離を有し、第１のレンズから第１の焦点距離と第２の焦点距離とを足し合わせた距離と同一またはそれに近い光学的距離を離し、かつ加工点から第２の焦点距離と同一またはそれに近い光学的距離を離して配置される集光用の第２のレンズとを有する。

本発明のレーザ加工装置をスキャニング方式とする場合は、第１のレンズと第２のレンズとの間にガルバノメータ・スキャナの第１および第２の回転ミラーが配置され、加工用レーザ光がレーザ発振部より発振出力され、被加工物上でレーザ光のビームスポットが所望の加工点を走査するように、ガルバノメータ・スキャナの第１および第２の回転ミラーを回転駆動してよい。

本発明の別の好適な一態様として、レーザ発振部がレーザダイオードを有し、このレーザダイオードより発振出力されたレーザ光を加工用のレーザ光とすることも可能である。

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、被加工物上に得られるレーザビームスポットのパワー密度分布特性を大幅に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、主たる構成として、加工用のレーザ光ＬＢを発振出力するレーザ発振器１０と、このレーザ発振器１０にレーザ発振用の駆動電流Ｉ_LDを供給するレーザ電源１２と、レーザ発振器１０で生成されたレーザ光ＬＢを所望のレーザ加工場所まで伝送するための伝送用光ファイバ１４と、レーザ加工場所で加工用レーザ光ＬＢを被加工物Ｗに向けて集光照射するレーザ出射ユニット１６と、被加工物Ｗを位置決めして載置する加工ステージ１７とを有する。

レーザ発振器１０は、たとえばファイバカップリングＬＤからなり、ＬＤユニット１８とレーザ光取り出し用の光ファイバ２０とを一体に結合している。ＬＤユニット１８は、１つまたは複数のＬＤアレイを有し、レーザ電源１２より所要のＬＤ駆動電流Ｉ_LDを供給（注入）されて、たとえば７５Ｗの高出力ＬＤ光を加工用レーザ光ＬＢとして発振出力する。取り出し用光ファイバ２０は、たとえばＳＩ型光ファイバであり、入射ユニット２２まで延びて、その出射端面よりレーザ光ＬＢを出射する。

入射ユニット２２は、コリメートレンズ２４と集光レンズ２６とを有している。コリメートレンズ２４は、取り出し用光ファイバ２０の出射端面より所定の広がり角で出射されたレーザ光ＬＢを平行光にコリメートする。集光レンズ２６は、コリメートレンズ２４からの平行光のレーザ光ＬＢを絞って伝送用光ファイバ１４の入射端面に入射させる。

伝送用光ファイバ１４は、任意の長さを有してよく、たとえば、ＳＵＳスパイラル管からなる保護管２８の中にＳＩ型光ファイバからなるファイバ心線３０を通したものである。ファイバ心線３０は、たとえば、純粋石英ガラスからなる芯線のコアと、このコアを同軸に覆うたとえばフッ素ドープ石英ガラスからなるクラッドと、このクラッドを同軸に覆うたとえばポリアミドからなる被覆とで構成されている。

伝送用光ファイバ１４は、所望のレーザ加工場所まで延びて、レーザ出射ユニット１６内で終端している。レーザ出射ユニット１６のケーシング１６ａ内では、伝送用光ファイバ１４が保護管２８を取り除かれ、ファイバ心線３０のみからなるファイバ・コイル部３２およびファイバ終端部３４が収容または内蔵されている。

ここで、ファイバ・コイル部３２は、伝送用光ファイバ１４の一部がコイル状に巻かれたものである。図２に、ファイバ・コイル部３２の好適な一構成例を示す。図示のように、このファイバ・コイル部３２は、ファイバ心線３０を円形に巻いて、かつ軸方向に巻き重ねて形成されており、空芯構造になっている。ファイバ・コイル部３２の直径は３０ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、巻数は５以上が好ましい。また、ファイバ心線３０は等間隔に均一に巻き重ねられることが望ましい。

また、ファイバ終端部３４は、ファイバ・コイル部３２の巻き終わり３２ａからファイバ出射端面１４ａまでまっすぐ延びており、その長さは５０ｍｍ以下が好ましく、短ければ短いほど好ましい。

さらに、レーザ出射ユニット１６のケーシング１６ａ内には、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａとレーザ出射口１６ｂとの間にイメージリレー光学系３６が設けられている。

このイメージリレー光学系３６は、図１および図３に示すように、第１の焦点距離ｆ₁を有し、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａから第１の焦点距離ｆ₁と同一またはそれに近い光学的距離ａを離して配置されるコリメートレンズ３８と、第２の焦点距離ｆ₂を有し、コリメートレンズ３８から第１の焦点距離ｆ₁と第２の焦点距離ｆ₂とを足し合わせた距離（ｆ₁＋ｆ₂）と同一またはそれに近い光学的距離ｃを離し、かつ被加工物Ｗ上の加工点ＷＰから第２の焦点距離ｆ₂と同一またはそれに近い光学的距離ｂを離して配置される集光レンズ４０とで構成されている。コリメートレンズ３８および集光レンズ４０は、単レンズまたは複合レンズのいずれであってもよい。

かかる構成により、イメージリレー光学系３６は、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａから出たレーザ光ＬＢを、出射端面１４ａにおけるパワー密度（光強度）分布像がそのパワー密度分布を維持したままにｆ₂／ｆ₁の倍率で転写されるように、被加工物Ｗ上の加工点ＷＰ上に集光照射することができる。

上記のように、この実施形態のレーザ加工装置は、光ファイバ伝送方式において、レーザ出射ユニット１６のケーシング１６ａに、伝送用光ファイバ１４の一部がコイル状に巻かれたファイバ・コイル部３２と、このファイバ・コイル部の巻き終わりからファイバ出射端面１４ａまで直線状に延びるファイバ終端部３４と、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａより出たレーザ光ＬＢを、出射端面１４ａにおけるパワー密度（光強度）分布像がそのパワー密度分布を維持したままに所望の倍率で転写されるように、被加工物Ｗ上の加工点ＷＰに集光照射するイメージリレー光学系３６とを内蔵している。

この実施形態のレーザ加工装置においては、ファイバ・コイル部３２自体の上記のような構成により、コイル区間内の光散乱効果によるレーザパワー密度の均一化を大幅に向上させることができる。ファイバ終端部３４が非常に短いので、ファイバ・コイル部３２の巻き終わり３２ａで得られたレーザパワー密度の均一性をファイバ出射端面１４ａまで良好に保てるだけでなく、パワーロスを可及的に少なくすることもできる。しかも、ファイバ・コイル部３２およびファイバ終端部３４がケーシング１６ａに内蔵されているので、外力または外乱を受けて変形または変位することがない。その結果、ファイバの出射端面１４ａより出るレーザ光が外力の影響によって変動することがなくなり、ファイバ出射端面１４ａにおけるパワー密度分布特性が常に安定している。

図４〜図７に、この実施形態のレーザ加工装置においてファイバ・コイル部３２の巻数をパラメータにしてファイバ出射端面１４ａに得られたパワー密度分布像ＰＤの幾つの例を示す。これらのパワー密度分布像ＰＤは、実際にＣＣＤカメラで撮像したものである。なお、図４、図６および図７において、パワー密度分布像ＰＤ内で輝度が最も高く写っているリング部分Ｒはコアとクラッドの境界部分であり、この高輝度リング部分Ｒより半径方向内側の部分がコアである。また、図中、パワー密度分布像の中心部を通るＸ方向およびＹ方向のパワー密度分布特性ＰＤ_X，ＰＤ_Yも示している。

図４は、ファイバ・コイル部３２の巻数を“１０”とした場合である。図示のように、Ｘ方向およびＹ方向のいずれの方向でも、つまりどの方向でもパワー密度分布特性の平坦性（均一性）が良く、パワーレベルも十分高い（つまりパワーロスが非常に少ない）ことが確認された。

図５は、図４のパワー密度分布像（二次元像）をコンピュータを用いた画像処理により三次元の立体像に変換したものである。図示のように、トップハット形状の略理想的なプロファイルが得られることが確認された。

図６は、ファイバ・コイル部３２の巻数を“１７”とした場合である。図示のように、パワー密度分布像ＰＤの周辺部のパワー密度が更に持ち上がって平坦性（均一性）が一層向上することが確認された。

図７は、ファイバ・コイル部３２の巻数を“５”とした場合であり、巻数１０の場合（図４）と殆ど遜色のないパワー密度分布特性が得られることが分かった。

図８に一比較例を示す。この比較例は、図１のレーザ加工装置においてファイバ・コイル部３２およびファイバ終端部３４を有しない従来型の構成の下で伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａで得られたパワー密度分布像を示したものである。図示のように、パワー密度分布像ＰＤの周辺部にいくほどパワーレベルの落ち込みが大きいうえ、中心部付近でも変動幅（リップル）が大きい。要するに、平坦性（均一性）は良くなく、パワーロスも大きい。

図９Ａに別の比較例を示す。この比較例は、図１のレーザ加工装置を変形して、ファイバ・コイル部３２をレーザ出射ユニット１６のケーシング１６ａの外に出し、ファイバ終端部３４の長さを約３ｍとした装置構成において、伝送用光ファイバ１４のファイバ終端部３４に対する外乱として、手動により振幅１５ｃｍ、周期１秒で振動させた場合に、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａから出射されるレーザ光の光量の変化をフォトダイオードを用いて検出し、オシロスコープで波形を表示したものである。図示のように、外乱によってレーザ光の光量が変動することがわかる。

図９Ｂに、上記実施形態の装置構成において、つまりファイバ・コイル部３２およびファイバ終端部３４をレーザ出射ユニット１６に内蔵する構成において、上記比較例と同一条件の外乱（振動）をレーザ出射ユニット１６に加えた場合に、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａから出射されるレーザ光の光量の変化を上記と同じ測定装置で測定した結果を示す。図示のように、レーザ出射ユニット１６が外部から相当の外乱を受けても、ファイバ終端部３４は外乱の影響を受けることはなく、ファイバ出射端面１４ａにおけるレーザ光の光量が安定していることが確認された。

さらに、この実施形態のレーザ加工装置においては、上記のように伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａで均一性に優れ、かつパワーロスの非常に少ないパワー密度分布像ＰＤが得られるのに加えて、伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａから出たレーザ光ＬＢをイメージリレー光学系３６を介して被加工物Ｗの加工点ＷＰ上に集光照射するので、ファイバ出射端面１４ａにおける均一なパワー密度分布像ＰＤをそのパワー密度分布を維持したままに所望の倍率（ｆ₂／ｆ₁）で加工点ＷＰに転写することができ、これによって、レーザビームスポットＢＰのパワー密度分布特性を大幅に改善することができる。このことは、特に精密部品や薄物のレーザ加工において大なる利点となる。

以上、本発明の好適な一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、上記した実施形態におけるレーザ出射ユニット１６のケーシング１６ａはボックス形状の単体であったが、たとえば図１０に示すように、主にファイバ・コイル部３２を収容するためのファイバ・ケーシング１６Ａと、主にイメージリレー光学系３６を収容するための光学系ケーシング１６Ｂとに分割可能な構成とすることも可能である。

図１０において、ファイバ・ケーシング１６Ａは、扁平な直方体形状を有している。ファイバ・ケーシング１６Ａの一端（図の上端）にファイバ・コネクタ４２が設けられ、このファイバ・コネクタ４２に伝送用光ケーブル１４の保護管２８の終端部が取り付けられる。ファイバ・ケーシング１６Ａの他端（図の下端）には環状のフランジ部４４が設けられ、このフランジ部４４がボルト４６によって光学系ケーシング１６Ｂの一端（図の上端）に脱着可能に結合されるようになっている。

ファイバ・ケーシング１６Ａ内では、ケーシング中心部にファイバ・コイル部３２が配置され、ケーシング他端部（図の下端部）側に向かってファイバ終端部３４がまっすぐな姿勢・向きに保持される。

ファイバ終端部３４は、ファイバ支持部４８に挿入され、ファイバ出射端面１４ａがイメージリレー光学系３６に対して所定の距離を置く位置で、固定される。ファイバ支持部４８は、ファイバ・ケーシング１６Ａおよび／または光学系ケーシング１６Ｂに取り付けられており、光軸合わせ機構、ファイバ端面位置決め機構、ファイバ脱着（コレット）機構等を含んでいる。

光学系ケーシング１６Ｂは、円筒形状を有しており、その内部ではイメージリレー光学系３６を構成するコリメートレンズ３８および集光レンズ４０をレンズホルダ５０，５２でそれぞれ固定している。また、レーザ出射口１６ｂには保護ガラス５４を取り付けている。

上記実施形態のレーザ加工装置は加工用レーザを生成するレーザ発振器にファイバカップリングＬＤ１０を用いており、主に連続波（ＣＷ）やパルス変調のレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接等に好適に適用できる。しかし、本発明は、上記実施形態におけるレーザ発振器およびレーザ加工装置に限定されるものではなく、任意の方式のレーザ発振器を使用でき、任意の方式のレーザ加工装置に適用可能である。

図１１および図１２に、本発明の一実施形態におけるスキャニング方式のレーザ加工装置を示す。図中、上述したレーザ加工装置（図１〜図１０）における構成部品と実質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附している。

このレーザ加工装置は、ＱスイッチパルスのＹＡＧレーザ光を加工用のレーザ光ＬＢとして発振出力するＱスイッチ型レーザ発振器６０を有している。Ｑスイッチ型レーザ発振器６０内では、光学的に対向配置された一対の共振器ミラーの間にＹＡＧロッドおよびＱスイッチが配置されており、ＹＡＧロッドを光学的にポンピング（励起）するための励起光源も設けられている。制御部６２の制御の下でレーザ電源６４が励起光源を発光駆動し、励起光源より発せられる励起光でＹＡＧロッドが連続的にポンピングされる。Ｑスイッチは、たとえば音響Ｑスイッチからなり、制御部６２の制御の下でＱスイッチドライバ６６により所定の周波数でスイッチングされる。このＱスイッチングの度毎に、ジャイアントパルス発振が起こって、ピークパワーのきわめて高いＱスイッチパルスのＹＡＧレーザ光ＬＢが出力される。

レーザ発振器６０より出力されたＱスイッチパルスのＹＡＧレーザ光ＬＢは、入射ユニット２２および伝送用光ファイバ１４を介して加工場所のレーザ出射ユニット１６まで伝送される。

レーザ出射ユニット１６は、図１０の構成例と同様に、ファイバ・ケーシング１６Ａと光学系ケーシング１６Ｂとに分割可能になっている。

図１２に、光学系ケーシング１６Ｂに内蔵されているイメージリレー光学系３６の構成を示す。図示のように、コリメートレンズ３８と集光レンズ４０との間にガルバノメータ・スキャナ７０が設けられている。

このガルバノメータ・スキャナ７０は、互いに直交する回転軸７２Ｘ，７２Ｙに取り付けられたＸ軸スキャン・ミラー７４ＸおよびＹ軸スキャン・ミラー７４Ｙと、両ミラー７４Ｘ，７４Ｙをそれぞれ回転振動（首振り）させるＸ軸ガルバノメータ７６ＸおよびＹ軸ガルバノメータ７６Ｙとを有している。

伝送用光ファイバ１４の出射端面１４ａより所定の広がり角で出たパルスレーザ光ＬＢは、コリメートレンズ３８によって平行光線となり、先ずＸ軸スキャン・ミラー７４Ｘに入射して、そこで全反射してからＹ軸スキャン・ミラー７４Ｙに入射し、このミラー７４Ｙで全反射してのちｆθレンズからなる集光ミラー４０を通って被加工物Ｗの加工点ＷＰに集光する。被加工物Ｗ上のパルスレーザ光ＬＢの照射位置（レーザビームスポットＢＰの位置）は、Ｘ方向においてはＸ軸スキャン・ミラー７４Ｘの振れ角によって決まり、Ｙ方向においてはＹ軸スキャン・ミラー７４Ｙの振れ角によって決まる。Ｘ軸スキャン・ミラー７４ＸはＸ軸ガルバノメータ７６Ｘの駆動で矢印Ａ，Ａ’方向に回転振動（首振り）し、Ｙ軸スキャン・ミラー７４ＹはＹ軸ガルバノメータ７６Ｙの駆動で矢印Ｂ，Ｂ’方向に回転振動（首振り）するようになっている。

Ｘ軸ガルバノメータ７６Ｘは、たとえば、Ｘ軸スキャン・ミラー７４Ｘに結合された可動鉄片（回転子）と、この可動鉄片に接続された制御バネと、固定子に取り付けられた駆動コイルとを有している。制御部６２からのＸ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル７８Ｘを介してＸ軸ガルバノメータ７６Ｘ内の該駆動コイルに供給されることで、該可動鉄片（回転子）が該制御バネに抗してＸ軸スキャン・ミラー７４Ｘと一体にＸ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。

Ｙ軸ガルバノメータ７６Ｙも同様の構成を有しており、制御部６２よりＹ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル７８Ｙを介してＹ軸ガルバノメータ７６Ｙ内の駆動コイルに供給されることで、Ｙ軸ガルバノメータ７６Ｙ内の可動鉄片（回転子）がＹ軸スキャン・ミラー７４Ｙと一体にＹ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。

このイメージリレー光学系３６においては、コリメートレンズ３８からＸ軸スキャン・ミラー７４Ｘまでの距離をｄ₁、Ｘ軸スキャン・ミラー７４ＸからＹ軸スキャン・ミラー７４Ｙまでの距離ｄ₂、Ｙ軸スキャン・ミラー７４Ｙからｆθレンズ４０までの距離をｄ₃とすると、ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃≒ｆ₁＋ｆ₂の関係が成立するように、それらの光学部品が光学系ケーシング１６Ｂ内の所定位置に配置される。

上記実施形態では、伝送用光ファイバにＳＩ型の光ファイバを用いたが、ＧＩ型等の他型式の光ファイバも使用可能である。また、図１１のレーザ加工装置では、レーザ発振器６０にＱスイッチを用いているが、Ｑスイッチ方式に代えて図１のレーザ装置と同様にパルス変調方式を用いることも可能である。

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。 実施形態のレーザ加工装置におけるファイバ・コイル部の一構成例を示す斜視図である。 実施形態のレーザ加工装置におけるイメージリレー光学系のレンズ位置関係を示す図である。 実施形態のレーザ加工装置においてファイバ・コイル部の巻数を１０とした場合のファイバ出射端面に得られたパワー密度分布像を示す図である。 図４の二次元的なパワー密度分布像を三次元化した立体像を示す図である。 実施形態のレーザ加工装置においてファイバ・コイル部の巻数を１７とした場合のファイバ出射端面に得られたパワー密度分布像を示す図である。 実施形態のレーザ加工装置においてファイバ・コイル部の巻数を５とした場合のファイバ出射端面に得られたパワー密度分布像を示す図である。 図１のレーザ加工装置からファイバ・コイル部およびファイバ終端部を無くした構成の比較例においてファイバ出射端面に得られたパワー密度分布像を示す図である。 図１のレーザ加工装置からファイバ・コイル部をレーザ出射ユニットの外に出した構成の比較例においてファイバ終端部に外乱を与えたときにファイバ出射端面に得られたレーザ光の光量の変化を示す図である。 図１のレーザ加工装置において、図９Ａの比較例と同一条件の外乱をレーザ出射ユニットに与えたときにファイバ出射端面に得られたレーザ光の光量の変化を示す図である。 実施形態のレーザ加工装置におけるレーザ出射ユニットのケーシングの一変形例を示す図（側面図およびＣ−Ｃ線断面図）である。 本発明の別の実施形態におけるスキャニング方式のレーザ加工装置の構成を示す図である。 図１１のレーザ加工装置の光学系ケーシングに内蔵されているイメージリレー光学系の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０ ファイバカップリングＬＤ（レーザ発振器）
１２ ＬＤ電源
１４ 伝送用光ファイバ
１４ａ ファイバ出射端面
１６ レーザ出射ユニット
１８ ＬＤユニット
２２ 入射ユニット
３０ ファイバ心線
３２ ファイバ・コイル部
３４ ファイバ終端部
３６ イメージリレー光学系
３８ コリメートレンズ
４０ 集光レンズ
６０ Ｑスイッチ型レーザ発振器
６２ 制御部
６４ レーザ電源
７０ ガルバノメータ・スキャナ
７４Ｘ Ｘ軸スキャン・ミラー
７４Ｙ Ｙ軸スキャン・ミラー

Claims (10)

1. 加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
   前記レーザ発振部で生成された前記レーザ光をレーザ加工場所まで伝送するための伝送用光ファイバと、
   前記レーザ加工場所に配置されるレーザ出射ユニットと
   を有し、
   前記レーザ出射ユニットのケーシングに、前記伝送用光ファイバの一部がコイル状に巻かれたファイバ・コイル部と、前記ファイバ・コイル部の巻き終わりからファイバ出射端面まで延びるファイバ終端部と、前記伝送用光ファイバの出射端面より出た前記レーザ光を、前記出射端面におけるパワー密度分布像が転写されるように、所望の加工点に集光照射するイメージリレー光学系とを内蔵しているレーザ加工装置。
2. 前記伝送用光ファイバが、芯線のコア、前記コアを同軸に覆うクラッドおよび前記クラッドを同軸に覆う被覆からなるファイバ心線と、前記ファイバ心線を中に入れて保護する保護管とを有し、
   前記ファイバ・コイル部および前記ファイバ終端部が前記保護管を取り除いて前記ファイバ心線のみで構成される、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記ファイバ・コイル部が、前記ファイバ心線を円形に巻いて、かつ軸方向に巻き重ねて形成される、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記ファイバ・コイル部が空芯である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記ファイバ・コイル部の巻数が５以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記ファイバ・コイル部の直径が３０ｍｍ〜１００ｍｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記ファイバ終端部の長さが５０ｍｍ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
8. 前記イメージリレー光学系が、
   第１の焦点距離を有し、前記伝送用光ファイバの出射端面から前記第１の焦点距離と同一またはそれに近い光学的距離を離して配置されるコリメート用の第１のレンズと、
   第２の焦点距離を有し、前記第１のレンズから前記第１の焦点距離と前記第２の焦点距離とを足し合わせた距離と同一またはそれに近い光学的距離を離し、かつ前記加工点から前記第２の焦点距離と同一またはそれに近い光学的距離を離して配置される集光用の第２のレンズと
   を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
9. 前記レーザ発振部がレーザダイオードを有し、前記レーザダイオードより発振出力されたレーザ光を前記加工用のレーザ光とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
10. 前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間にガルバノメータ・スキャナの第１および第２の回転ミラーが配置され、
    前記加工用のレーザ光が前記レーザ発振部より発振出力され、
    被加工物上で前記レーザ光のビームスポットが所望の加工点を走査するように、前記ガルバノメータ・スキャナの前記第１および第２の回転ミラーを回転駆動する、
    請求項９に記載のレーザ加工装置。