JP2015076537A - Laser shutter and laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー光の光路の途中に設置するレーザー用シャッター、及びこのレーザー用シャッターを備えたレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser shutter installed in the middle of an optical path of a laser beam, and a laser processing apparatus provided with the laser shutter.
レーザー発振器を発振原理から分類すると、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、ファイバーレーザーなど各種の発振器がある。そして、発振器の発振原理によって定められた波長のレーザー光が得られる。例えば、YAGレーザーは、付加的な波長変換器により、2倍波または3倍波または4倍波が得られる。 When classifying laser oscillators based on the oscillation principle, there are various types of oscillators such as carbon dioxide laser, YAG laser, and fiber laser. Then, laser light having a wavelength determined by the oscillation principle of the oscillator can be obtained. For example, a YAG laser can obtain a second harmonic, a third harmonic, or a fourth harmonic by an additional wavelength converter.
連続波レーザー、すなわちCW(Continuous Wave)レーザーは、一定の出力を連続照射することが可能であり、一般的には、熱加工に用いられる。CW高出力レーザーを用いることにより、アブレーション閾値を超えるアブレーション加工が可能となる。
パルス波レーザーは、高いピークのパルスエネルギーでありながら平均エネルギーが低いので、CWレーザーよりも熱の影響が少ない加工が可能である。パルス波レーザーは、ある範囲の繰返し周波数の変更が可能である。パルスの幅は、固定または定められた範囲で変更が可能なものがある。
CWレーザーは、連続してレーザーを照射することが可能だが、準連続発振レーザー、すなわちQCW(Quasi Continuous Wave)レーザーは、kHz台でスイッチングまたは変調が可能である。
それぞれのレーザー装置は、使い方と被加工物によって、異なる作用や加工結果をもたらす。
A continuous wave laser, that is, a CW (Continuous Wave) laser, can irradiate a constant output continuously, and is generally used for thermal processing. By using a CW high-power laser, ablation processing exceeding the ablation threshold can be performed.
Since the pulse wave laser has a high peak pulse energy and a low average energy, it can be processed with less heat influence than the CW laser. The pulse wave laser can change the repetition frequency within a certain range. Some pulse widths are fixed or changeable within a predetermined range.
A CW laser can continuously irradiate a laser, but a quasi-continuous oscillation laser, that is, a QCW (Quasi Continuous Wave) laser, can be switched or modulated in the kHz range.
Each laser device produces different actions and processing results depending on how it is used and the workpiece.
レーザーを工業用に応用する場合、XY方向に移動するX−Y加工テーブル上に被加工物を置き、被加工物にレーザー光を照射して加工する方法がある。
具体的には、例えば、ガルバノメーターを内蔵したスキャナーによって、レーザー光を所定の位置から走査して加工する方法がある。
また、スキャナーとX−Y加工テーブルを組み合わせて、繰り返しパターンを行う方法もある。
加工の例としては、切断、溶接、穴あけ、表面処理、改質、スクライブ、電子回路切断、半導体アニーリングなど種々の加工実態がある。
When a laser is applied for industrial use, there is a method in which a workpiece is placed on an XY processing table that moves in the XY direction, and the workpiece is irradiated with laser light for processing.
Specifically, for example, there is a method of processing by scanning a laser beam from a predetermined position with a scanner incorporating a galvanometer.
There is also a method of repeating a pattern by combining a scanner and an XY processing table.
Examples of processing include various processing conditions such as cutting, welding, drilling, surface treatment, modification, scribing, electronic circuit cutting, and semiconductor annealing.
レーザー光のON/OFFの制御方法としては、まず光源側で制御を行う方法、例えば、トリガー信号またはゲート信号によりQスイッチに拠る方法、レーザーの発振を制御する方法、励起源を制御する方法がある。
また、レーザー光を、機械的なシャッターまたは光学的なシャッターで遮断して、レーザー光の照射をON/OFF制御する方法もある。
機械的なシャッターの具体的な構成は、例えば、金属板または金属ブロックなどにレーザー光を受けてエネルギーを吸収し遮断するものや、高速回転するチョッパー・ディスクがある(例えば、特許文献1〜特許文献2を参照。)。
光学的なシャッターの具体的な構成は、例えば、ミラーで反射させて、レーザーでエネルギーを供給または遮断する方法や、光透過特性が変化する特性を有する材料を使用する方法、音響光学素子の組み合わせによるものが考えられている(例えば、特許文献3〜特許文献4を参照)。高速切り替えの一例として、ポリゴンミラーがある。
As a laser light ON / OFF control method, there is a method of performing control on the light source side first, for example, a method based on a Q switch by a trigger signal or a gate signal, a method of controlling laser oscillation, and a method of controlling an excitation source. is there.
Further, there is a method in which laser light is blocked by a mechanical shutter or an optical shutter, and laser light irradiation is controlled to be turned on and off.
Specific configurations of mechanical shutters include, for example, a metal plate or metal block that receives laser light to absorb and block energy, and a chopper disk that rotates at high speed (for example,
The specific configuration of the optical shutter is, for example, a method of reflecting or reflecting energy by a mirror and supplying or blocking energy with a laser, a method of using a material having a characteristic of changing light transmission characteristics, or a combination of acoustooptic elements. (For example, refer to
レーザーの繰返し周波数及び加工テーブルの移動速度や、スキャナーによるレーザー光の移動速度は、重要なパラメータである。
また、パルス波レーザーの場合、パルスの重なり具合によって、レーザーによる熱影響及び加工状況に変化をもたらす。
The laser repetition frequency, the moving speed of the processing table, and the moving speed of the laser beam by the scanner are important parameters.
Further, in the case of a pulse wave laser, the thermal effect and processing conditions of the laser change depending on how the pulses overlap.
光源側でのレーザー光のON/OFF制御は、ゲート信号またはトリガー信号がONになってから、電気回路を通して発振器の励起回路に電力が到達し、レーザーを照射する迄には、レーザーの発生原理によるが、マイクロ秒からミリ秒台の遅れが生じる。これは、レーザー発振器の種類や構造により異なる。さらにレーザーが安定する迄の時間を加味する場合がある。 The laser light ON / OFF control on the light source side is the principle of laser generation from when the gate signal or trigger signal is turned ON until the power reaches the oscillator excitation circuit through the electric circuit and the laser is emitted. However, there is a delay of microseconds to milliseconds. This differs depending on the type and structure of the laser oscillator. In some cases, the time until the laser stabilizes may be taken into account.
各種機械的シャッターによってレーザー光をON/OFF制御する方法では、黒色金属ブロックまたは金属板またはグラファイトなどのレーザー吸収体の角度を変化させて、レーザー光路を妨げ、熱に変換させている。機械的な遮断板を用いたシャッターは、応答速度は速くともミリ秒台で遅いため、一般的には安全装置に採用されることが多い。 In the method of controlling ON / OFF of laser light by various mechanical shutters, the angle of a laser absorber such as a black metal block, a metal plate, or graphite is changed to obstruct the laser light path and convert it into heat. Since a shutter using a mechanical barrier plate has a response speed that is as fast as a millisecond, at most, it is generally adopted as a safety device.
チョッパー・ディスクと呼ばれている、スリットを備えた回転盤を使用した場合、ある程度高速のスイッチングを行うことは可能である。しかし、チョッパー・ディスクの回転盤は薄いため、回転の速度がさらに上がると、空気抵抗により回転が不安定になり、また、高出力レーザーを使用した場合に、レーザー光の吸収による温度上昇で膨張する。 When a rotating disk with a slit, called a chopper disk, is used, it is possible to perform switching at a certain high speed. However, because the chopper disk's rotating disk is thin, if the rotation speed further increases, the rotation becomes unstable due to air resistance, and when high power laser is used, it expands due to temperature rise due to absorption of laser light To do.
また、高速スイッチングの手段として音響光学素子、Qスイッチなど結晶を用いた光学素子がある。しかし、これらの素子を用いて、フェムト秒やピコ秒などの超短パルス波レーザー、高繰り返しパルスのレーザーのON/OFFを行うと、応答性、耐久性及びコストに問題がある。 Also, there are optical elements using crystals such as acousto-optic elements and Q switches as means for high-speed switching. However, when these elements are used to turn on / off an ultrashort pulse wave laser such as femtosecond or picosecond, or a laser with a high repetition pulse, there is a problem in response, durability and cost.
フェムト秒やピコ秒のような超短パルスで高繰り返し周波数であるパルス波レーザーは、ガラスやサファイアなどの被加工材料に対して、高いエネルギー吸収率を持つことから、これらの被加工材料を加工するのに好適である。
しかしながら、例えば、パルス幅が1ピコ秒から100ピコ秒、繰り返し周波数が数KHz台からMHz台のパルス波レーザーで、レーザーのON/OFFの制御に制御回路及びインターフェースを経由する場合、ミリ秒台の時間を要する場合がある。
このようにレーザーのON/OFF制御に時間を要するため、レーザービームと被加工材料の同期が可能な高速シャッターを得ることは困難である。
Pulse wave lasers that have ultra-short pulses such as femtoseconds and picoseconds and high repetition frequencies have high energy absorption rates for materials such as glass and sapphire, so these materials can be processed. It is suitable for doing.
However, for example, in the case of a pulse wave laser with a pulse width of 1 picosecond to 100 picoseconds and a repetition frequency of several kilohertz to megahertz, and via the control circuit and interface for laser ON / OFF control, it is in the millisecond range Time may be required.
Thus, since it takes time to control the laser ON / OFF, it is difficult to obtain a high-speed shutter capable of synchronizing the laser beam and the material to be processed.
高繰り返しパルスのレーザーは、止めようとしても、その間に多数のパルスが出てしまう。スクライブなどの直線的な加工には問題ないが、局所的な加工や破線や点線などのパターンの加工には、パルスの高速なON/OFFの制御が必要であり、短時間のレーザー照射の制御は困難である。 Even if a laser with a high repetitive pulse is stopped, a large number of pulses are emitted in the meantime. There is no problem with linear processing such as scribing, but local processing and processing of patterns such as broken lines and dotted lines require high-speed ON / OFF control of pulses, and control of laser irradiation for a short time. It is difficult.
そして、高出力でシングルアンプ方式のCWレーザー及び高ピーク・エネルギー・パルス波レーザーにおいて、熱影響の少ない加工が可能なバースト波を得るための高速スイッチングには、複雑な制御が必要となる。
そのため、従来のレーザー加工装置では、高速スイッチングの実現が困難であった。
In a high-power single-amplifier CW laser and a high peak energy pulse wave laser, complicated control is required for high-speed switching to obtain a burst wave that can be processed with little thermal influence.
Therefore, it has been difficult to realize high-speed switching with the conventional laser processing apparatus.
上述した問題の解決のために、本発明においては、レーザー光の高速でのON/OFF制御を可能にする、レーザー用シャッターを提供するものである。また、このシャッターを備えたレーザー加工装置を提供するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a laser shutter that enables high-speed ON / OFF control of laser light. Moreover, the laser processing apparatus provided with this shutter is provided.
第1の本発明のレーザー用シャッターは、円柱形または球形の外形を有し、前記外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、前記円柱形の側面に、もしくは、前記球形の球面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、複数個のうちの2個の前記アパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、前記円柱形の前記中心線、もしくは、前記球形の中心からオフセットされるように、複数個の前記アパチャーが形成され、前記側面または前記球面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る。 The laser shutter according to the first aspect of the present invention has a cylindrical or spherical outer shape, and can be driven to rotate around an axis passing through the center line of the outer shape. Are provided with a plurality of apertures for allowing laser light to pass through, and an optical path of the laser light passing between two of the plurality of apertures is the center line of the cylindrical shape, Alternatively, a plurality of the apertures are formed so as to be offset from the center of the sphere, and a surface other than the aperture is a reflecting material on the side surface or the spherical surface, and the laser beam reflected by the reflecting material is An absorbing laser absorber is arranged.
第2の本発明のレーザー用シャッターは、半球形、円錐形、多角錐形のいずれかの外形を有し、前記外形の中心線を通る軸の周りに回転駆動が可能であり、前記半球形の球面に、もしくは、前記円錐形または前記多角錐形の側面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、前記球面または前記側面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る。 The laser shutter according to the second aspect of the present invention has an outer shape of any one of a hemispherical shape, a conical shape, and a polygonal pyramid shape, and can be driven to rotate around an axis passing through a center line of the outer shape. A plurality of apertures for allowing laser light to pass therethrough are provided on the spherical surface or the side surface of the conical shape or the polygonal pyramid shape, and the surface other than the aperture is a reflector on the spherical surface or the side surface. And a laser absorber that absorbs the laser beam reflected by the reflector is disposed.
本発明のレーザー加工装置は、レーザー発振器を光源として含む光源部と、前記光源部からのレーザー光に対して、通過と遮断を切り替えるレーザー用シャッターを1つ以上有するシャッター部と、前記シャッター部を通過したレーザー光を被加工材に照射して、前記被加工材の加工を行う、加工部を備え、前記シャッター部のそれぞれの前記レーザー用シャッターが、本発明のレーザー用シャッターの構成である。 A laser processing apparatus according to the present invention includes a light source unit including a laser oscillator as a light source, a shutter unit having one or more laser shutters that switch between passing and blocking the laser light from the light source unit, and the shutter unit. A processing part is provided for irradiating the workpiece with the laser beam that has passed to process the workpiece, and each of the laser shutters of the shutter part is a configuration of the laser shutter of the present invention.
上述の第1の本発明のレーザー用シャッターの構成によれば、軸の周りに回転駆動が可能であり、円柱形の側面や球形の球面において、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられている。これにより、レーザー光がアパチャーに当たったときには、アパチャーからレーザー光をシャッターの内部に通過させて、他のアパチャーから出射させることが可能になる。
さらに、アパチャー以外の表面が反射材であり、反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されている。これにより、レーザー光がアパチャー以外の部分に当たったときには、反射材で反射させてレーザー吸収体で吸収させることができる。
そして、シャッターを回転させることにより、レーザー光を、アパチャーの内部を通過する状態と、反射材で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になり、レーザー光をON/OFF制御することができる。このとき、シャッターの回転駆動を高速で行えば、レーザー光を高速でON/OFF制御することが可能になる。
また、シャッターの外形が円柱形または球形といった、中心線を中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、中心線を通る軸の周りに回転駆動させるため、回転の際の空気抵抗を受けにくい。これにより、シャッターの回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
また、レーザー光を遮断する際には、シャッターの表面の反射材でレーザー光を反射させて、レーザー吸収体に吸収させることができる。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、シャッターが吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、光源に高出力のレーザーを使用することが可能になる。
また、複数個のうちの2個のアパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、円柱形の中心線や球形の中心からオフセットされるように、アパチャーが形成されている。これにより、シャッターに入力されるレーザー光が、このアパチャー間の光路を通過するように光源部(レーザー発振器など)を配置すれば、アパチャー以外の反射材の部分にレーザー光が当たるときに、垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻る光量がほとんどない。これにより、光源部の損傷を防止することが可能となる。
According to the configuration of the laser shutter of the first aspect of the present invention described above, a plurality of shafts can be driven to rotate around the axis, and the laser beam can be passed through the cylindrical side surface or spherical spherical surface. An aperture is provided. As a result, when the laser light hits the aperture, the laser light can pass from the aperture into the shutter and be emitted from the other aperture.
Further, the surface other than the aperture is a reflective material, and a laser absorber that absorbs the laser light reflected by the reflective material is disposed. Thereby, when the laser light hits a portion other than the aperture, it can be reflected by the reflecting material and absorbed by the laser absorber.
Then, by rotating the shutter, it becomes possible to switch between a state in which the laser light passes through the aperture and a state in which the laser light is reflected and blocked by the reflecting material, and the laser light is turned on / off. be able to. At this time, if the shutter is driven at a high speed, the laser light can be controlled to be turned on and off at a high speed.
In addition, the outer shape of the shutter is a cylindrical or spherical rotating body centered on the center line, has a solid three-dimensional structure, and is driven to rotate around an axis that passes through the center line. It is hard to receive. Thereby, even if the rotation speed of the shutter is increased, the shutter can be rotated stably.
Further, when blocking the laser beam, the laser beam can be reflected by the reflecting material on the surface of the shutter and absorbed by the laser absorber. Thereby, compared with the case where a chopper disk is used, the amount of laser light absorbed by the shutter can be greatly reduced, and a high-power laser can be used as a light source.
Further, the aperture is formed so that the optical path of the laser beam passing between two of the plurality of apertures is offset from the center line of the cylindrical shape or the center of the spherical shape. As a result, if the light source (laser oscillator, etc.) is arranged so that the laser beam input to the shutter passes through the optical path between the apertures, the laser beam hits the part of the reflective material other than the aperture. Therefore, there is almost no amount of light that is reflected and returned to the light source unit side. Thereby, it becomes possible to prevent the light source part from being damaged.
上述の第2の本発明のレーザー用シャッターの構成によれば、軸の周りに回転駆動が可能であり、半球形の球面や円錐形または多角錐形の側面において、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられている。これにより、レーザー光がアパチャーに当たったときには、アパチャーからレーザー光をシャッターの内部に通過させて、他のアパチャーから出射させることが可能になる。
さらに、アパチャー以外の表面が反射材であり、反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されている。これにより、レーザー光がアパチャー以外の部分に当たったときには、反射材で反射させてレーザー吸収体で吸収させることができる。
そして、シャッターを回転させることにより、レーザー光を、アパチャーの内部を通過する状態と、反射材で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になり、レーザー光をON/OFF制御することができる。このとき、シャッターの回転駆動を高速で行えば、レーザー光を高速でON/OFF制御することが可能になる。
また、シャッターの外形が半球形または円錐形といった、中心線を中心とする回転体、もしくは多角錐形であり、強固な立体構造を有し、中心線を通る軸の周りに回転駆動させるため、回転の際の空気抵抗を受けにくい。これにより、シャッターの回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
また、レーザー光を遮断する際には、シャッターの表面の反射材でレーザー光を反射させて、レーザー吸収体に吸収させることができる。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、シャッターが吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、光源として高出力のレーザーを使用することが可能になる。
また、シャッターにおいて、半球形の球面や円錐形または多角錐形の側面に、アパチャーが形成されている。これにより、シャッターに入力されるレーザー光が、このアパチャー間の光路を通過するように光源部を配置すれば、アパチャー以外の反射材の部分にレーザー光が当たるときに、垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻る光量がほとんどない。これにより、光源部の損傷を防止することが可能となる。
According to the above-described configuration of the laser shutter of the second aspect of the present invention, the laser shutter can be driven to rotate around the axis, and the laser beam is allowed to pass through the hemispherical spherical surface, the conical surface, or the side surface of the conical shape. A plurality of apertures are provided. As a result, when the laser light hits the aperture, the laser light can pass from the aperture into the shutter and be emitted from the other aperture.
Further, the surface other than the aperture is a reflective material, and a laser absorber that absorbs the laser light reflected by the reflective material is disposed. Thereby, when the laser light hits a portion other than the aperture, it can be reflected by the reflecting material and absorbed by the laser absorber.
Then, by rotating the shutter, it becomes possible to switch between a state in which the laser light passes through the aperture and a state in which the laser light is reflected and blocked by the reflecting material, and the laser light is turned on / off. be able to. At this time, if the shutter is driven at a high speed, the laser light can be controlled to be turned on and off at a high speed.
In addition, the outer shape of the shutter is a hemispherical or conical rotating body centered on the center line, or a polygonal pyramid, has a solid three-dimensional structure, and is driven to rotate around an axis passing through the center line. Less susceptible to air resistance during rotation. Thereby, even if the rotation speed of the shutter is increased, the shutter can be rotated stably.
Further, when blocking the laser beam, the laser beam can be reflected by the reflecting material on the surface of the shutter and absorbed by the laser absorber. Thereby, compared with the case where a chopper disk is used, the amount of laser light absorbed by the shutter can be greatly reduced, and a high-power laser can be used as a light source.
In the shutter, an aperture is formed on the side surface of a hemispherical spherical surface, a conical shape, or a polygonal pyramid shape. As a result, if the light source part is arranged so that the laser light input to the shutter passes through the optical path between the apertures, when the laser light hits the part of the reflective material other than the apertures, it will not hit vertically. There is almost no amount of light reflected and returned to the light source unit side. Thereby, it becomes possible to prevent the light source part from being damaged.
上述の本発明のレーザー加工装置の構成によれば、光源部と、レーザー用シャッターを1つ以上有するシャッター部と、加工部を備え、シャッター部のそれぞれのレーザー用シャッターが、本発明のレーザー用シャッターの構成である。これにより、光源部からのレーザー光をシャッター部のシャッターでON/OFF制御することができ、シャッターの回転を高速で行えば、レーザー光を高速でON/OFF制御することが可能になる。そして、シャッターの回転速度を高くしても安定して回転させることができるので、レーザー光のON/OFF制御を高速で安定して行うことができる。
また、光源部の光源として高出力のレーザーを使用することが可能になる。
さらに、反射光による光源部の損傷を防止することが可能になる。
According to the configuration of the laser processing apparatus of the present invention described above, a light source unit, a shutter unit having one or more laser shutters, and a processing unit are provided, and each laser shutter of the shutter unit is for the laser of the present invention. This is the shutter configuration. As a result, the laser light from the light source unit can be ON / OFF controlled by the shutter of the shutter unit, and if the shutter is rotated at a high speed, the laser light can be ON / OFF controlled at a high speed. And since it can be rotated stably even if the rotation speed of the shutter is increased, ON / OFF control of laser light can be performed stably at high speed.
In addition, a high-power laser can be used as the light source of the light source unit.
Furthermore, it becomes possible to prevent the light source unit from being damaged by the reflected light.
上述の本発明によれば、レーザー光のON/OFF制御を高速で安定して行うことができる。
また、レーザーの光路中にミラーや音響光学素子などの光学的スイッチを使用しないので、レーザー発振器のピーク出力値や光学的品質を変えることがなく、平均出力を下げて、熱の影響の少ないレーザー加工装置を実現することが可能である。
According to the above-described present invention, ON / OFF control of laser light can be stably performed at high speed.
In addition, since optical switches such as mirrors and acousto-optic elements are not used in the laser light path, the laser output is less affected by heat by reducing the average output without changing the peak output value or optical quality of the laser oscillator. A processing device can be realized.
本発明のレーザー用シャッター及びレーザー加工装置は、CWレーザーまたはパルス波レーザー、シングルモードまたはマルチモード、のいずれの構成のレーザー発振器にも適用可能であり、ほとんどの既存のレーザー発振器に容易に適用することが可能である。
これにより、レーザー加工装置においては、加工条件を広げることが可能となる。
The laser shutter and laser processing apparatus of the present invention can be applied to a laser oscillator of any configuration of CW laser or pulse wave laser, single mode or multimode, and can be easily applied to most existing laser oscillators. It is possible.
Thereby, in a laser processing apparatus, it becomes possible to expand processing conditions.
以下、発明を実施するための形態(以下、実施の形態とする)について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態
3.第2の実施の形態の変形例
4.第3の実施の形態
5.第4の実施の形態
6.第5の実施の形態
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described.
The description will be given in the following order.
1.
<1.第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図(斜視図)を、図1に示す。
図1に示すレーザー加工装置1は、レーザー光を発生させる光源部と、光源部からのレーザー光をON/OFF制御するシャッター部と、被加工材にレーザー光を照射して被加工材の加工を行う加工部を備えている。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (perspective view) of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
A
光源部は、光源であるレーザー発振器2と、レーザー発振器2から発振されたコリメート・レーザー光3のビームの光径を広げて成形する、ビームエクスパンダー4から成る。
シャッター部は、上下に配置された第1のシャッターユニット11及び第2のシャッターユニット31と、これらのシャッターユニット11,31を制御する制御装置57とから成る。これらの構成によって、光源部からのレーザー光の通過と遮断を切り替えて、ON/OFF制御する。
加工部は、被加工材52が載置され、X方向とY方向に移動可能な、X−Yテーブル53と、レーザー光を被加工材52に照射する光学系ユニット50から成る。
The light source section includes a
The shutter unit includes a first shutter unit 11 and a
The processing unit includes an XY table 53 on which a
光源部のレーザー発振器2としては、各種のレーザー発振器を使用することができる。
レーザー発振器2には、CWレーザー、パルス波レーザーのいずれも使用することが可能であり、シングルモード、マルチモードを問わず、ほとんどの既存のレーザー発振器を使用することが可能である。また、レーザー発振器を構成するレーザーも、固体レーザー、半導体レーザー、レーザー励起レーザーなど、各種のレーザーを採用することが可能である。加工する対象の被加工材52の材料や、加工に使用するレーザー光の波長に応じて、適切なレーザー発振器を使用する。
ビームエクスパンダー4は、レーザー発振器2から出射したコリメート・レーザー光3に対して、光径を広げて、第1のシャッターユニット11に入力される入力レーザー12とする。
As the
Either a CW laser or a pulse wave laser can be used for the
The
第1のシャッターユニット11は、レーザー光を通すアパチャー15が設けられ、中心にある軸21の周りに回転可能な構成とされた、円筒形シャッター14と、円筒形シャッター14を回転させるスピンドル・モーター24を、備えている。また、円筒形シャッター14の斜め上方に設けられた、レーザー吸収ブロック22を備えている。
The first shutter unit 11 is provided with an
円筒形シャッター14は、外形が円柱形であって内部が空洞である、円筒形となっており、表面が反射材19で形成されている。また、円筒形シャッター14は、外形の中心線を通る軸21が設けられ、スピンドル・モーター24によって、矢印20で示すように軸21を中心として回転駆動される。
反射材19は、詳細を後述するように、円筒形シャッター14自体を金属などの材料で形成して反射材19としても良く、円筒形シャッター14の材料の表面に反射膜を形成して反射材19としても良い。
The
As will be described in detail later, the reflecting
軸21とスピンドル・モーター24との接続部には、エアーベアリング23が設けられており、エアーベアリング23の軸受けで軸21を保持している。
また、円筒形シャッター14と、スピンドル・モーター24とは、軸21に設けられたカプラー25で接続されている。
スピンドル・モーター24の図中右側の側面には、インターフェース26が設けられている。そして、このインターフェース26と制御装置57との間に、水冷配管、エアーベアリング用空気配管、電機系配線がそれぞれ接続されている。
スピンドル・モーター24は、その回転数の制御や、第2のシャッターユニット31との同期の制御が、制御装置57によって行われる。
なお、レーザー・エネルギーが強い場合には、円筒形シャッター14や軸21などを冷却することが望ましい。
An
The
An
The
When the laser energy is strong, it is desirable to cool the
円筒形シャッター14には、その側面に、2箇所のアパチャー15が形成されており、これらのアパチャー15の間をレーザー光が通過することができる。
円筒形シャッター14のアパチャー15の大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、2箇所のアパチャー15は、通過するレーザー光の光路が、円筒形シャッター14の中心線からオフセットされるように形成されている。即ち、2箇所のアパチャー15を結ぶ線は、円筒の直径ではなく、弦となっている。
そして、円筒形シャッター14が回転して、2箇所のアパチャー15が上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と円筒形シャッター14が相対配置されている。これにより、円筒形シャッター14に入力レーザー12が当たる位置は、アパチャー15の位置に対応して、円筒形シャッター14の中心線の真上からオフセットされている。
Two
The size of the
The two
The light source unit and the
円筒形シャッター14の回転により、入力レーザー12が当たる円筒形シャッター14の位置が、アパチャー15、あるいは、アパチャー15以外の部分、というように変化する。
入力レーザー12がアパチャー15に当たったときは、アパチャー15を通過して、下側のアパチャー15から出射されて、出力レーザー13となる。
入力レーザー12がアパチャー15以外の部分に当たったときには、入力レーザー12が円筒形シャッター14の表面の反射材19で反射される。このとき、入力レーザー12が円筒形シャッター14の中心線の真上からオフセットされた位置に照射されるので、反射材19で反射された入力レーザー12は、入射側に戻ることなく、レーザー吸収ブロック22に向かい、レーザー吸収ブロック22で吸収される。
Due to the rotation of the
When the
When the
円筒形シャッター14は、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円筒形シャッター14に反射率の高い材料を使用して、そのまま反射材19としても良く、円筒形シャッター14に反射率の高くない材料を使用して、表面に反射率の高い材料によって反射膜を形成して反射材19としても良い。
円筒形シャッター14の軸21は、円筒形シャッター14の外側に接続された構成も、円筒形シャッター14の内部を貫通して形成された構成も、いずれも可能である。円筒形シャッター14は、高速回転に対応するために軽量化することが望ましく、また、回転の精度を向上させるためにバランスの工夫をすることが望ましい。
The
Alternatively, a highly reflective material may be used for the
The
さらに、円筒形シャッター14の内面でのレーザー光の乱反射を防ぐために、レーザー光を吸収する吸収材が、円筒形シャッター14の内面に形成されていることが望ましい。例えば、円筒形シャッター14の回転により、入力レーザー12が上側のアパチャー15の縁をまたいだ範囲に当たっている場合には、円筒形シャッター14内へ入ったレーザー光のほとんどが下側のアパチャー15を通過できず、円筒形シャッター14の内壁に当たることになる。このとき、円筒形シャッター14の内面が反射材であると、円筒形シャッター14の内面を乱反射して、2箇所のアパチャー15から、不要なレーザー光が望ましくない方向へ出射される。
円筒形シャッター14に反射率の高い材料を使用した場合には、円筒形シャッター14の内面に吸収材をコーティングする。
円筒形シャッター14に吸収材を使用した場合には、内面はそのままとする。
また、円筒形シャッター14の材料に、反射率や吸収率は高くないが、軽くて丈夫な材料を使用して、表面に反射膜を形成して、内面に吸収材をコーティングしても良い。
Furthermore, in order to prevent irregular reflection of the laser light on the inner surface of the
When a material having a high reflectance is used for the
When an absorber is used for the
Further, the material of the
レーザー吸収ブロック22には、レーザー・エネルギーの強度に応じて、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック22が、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。このような構成とした場合、レーザーが常時反射する場所において、レーザーパワーの測定が可能となる。
The
Further, the
第2のシャッターユニット31は、レーザー光を通す3種類のアパチャー35,36,37が設けられ、中心にある軸41の周りに回転可能な構成とされた、円筒形シャッター34と、円筒形シャッター34を回転させるスピンドル・モーター44と、円筒形シャッター34及びスピンドル・モーター44を移動させるラック・ピニオンギアー48を、備えている。また、円筒形シャッター34の斜め上方に設けられた、レーザー吸収ブロック42を備えている。
The
第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34に対しては、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14から出射された出力レーザー13が、入力レーザー32として入力される。
The
円筒形シャッター34は、外形が円柱形であって内部が空洞である、円筒形となっており、表面が反射材39で形成されている。また、円筒形シャッター34は、外形の中心線を通る軸41が設けられ、スピンドル・モーター44によって、矢印40で示すように軸41を中心として回転駆動される。
The
軸41とスピンドル・モーター44との接続部には、エアーベアリング43が設けられており、エアーベアリング43の軸受けで軸41を保持している。
また、円筒形シャッター34と、スピンドル・モーター44とは、軸41に設けられたカプラー45で接続されている。
スピンドル・モーター44の図中右側の側面には、インターフェース46が設けられている。そして、このインターフェース46と制御装置57との間に、水冷配管、エアーベアリング用空気配管、電機系配線がそれぞれ接続されている。
スピンドル・モーター44は、その回転数の制御や、第1のシャッターユニット11との同期の制御が、制御装置57によって行われる。
なお、レーザー・エネルギーが強い場合には、円筒形シャッター34や軸41などを冷却することが望ましい。
An
The
An
The
When the laser energy is strong, it is desirable to cool the
円筒形シャッター34には、その側面に、開口の寸法形状が異なる3種類のアパチャー35,36,37がそれぞれ2箇所ずつ形成されており、それぞれのアパチャー35,36,37の間をレーザー光が通過することができる。それぞれのアパチャー35,36,37は、通過するレーザー光の光路が、円筒形シャッター34の中心線からオフセットされるように形成されている。即ち、2箇所のアパチャー35,36,37を結ぶ線は、円筒の直径ではなく、弦となっている。
そして、円筒形シャッター34が回転して、2箇所のアパチャー35,36,37が上下になったときにレーザー光が通るように、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14と第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34が相対配置されている。これにより、円筒形シャッター34に入力レーザー32が当たる位置は、アパチャー35,36,37の位置に対応して、円筒形シャッター34の中心線の真上からオフセットされている。
Two types of
Then, the
円筒形シャッター34の回転により、入力レーザー32が当たる円筒形シャッター34の位置が、アパチャー35,36,37、あるいは、アパチャー35,36,37以外の部分、というように変化する。
入力レーザー32がアパチャー35,36,37に当たったときは、アパチャー35,36,37を通過して、下側のアパチャー35,36,37から出射されて、出力レーザー33となる。
入力レーザー32がアパチャー35,36,37以外の部分に当たったときには、入力レーザー32が円筒形シャッター34の表面の反射材39で反射される。このとき、入力レーザー32が円筒形シャッター34の中心線の真上からオフセットされた位置に照射されるので、反射材39で反射された入力レーザー32は、入射側に戻ることなく、レーザー吸収ブロック42に向かい、レーザー吸収ブロック42で吸収される。
Due to the rotation of the
When the
When the
円筒形シャッター34は、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円筒形シャッター34に反射率の高い材料を使用して、そのまま反射材39としても良く、円筒形シャッター34に反射率の高くない材料を使用して、表面に反射率の高い材料によって反射膜を形成して反射材39としても良い。
円筒形シャッター34の軸41は、円筒形シャッター34の外側に接続された構成も、円筒形シャッター34の内部を貫通して形成された構成も、いずれも可能である。円筒形シャッター34は、高速回転に対応するために軽量化することが望ましく、また、回転の精度を向上させるためにバランスの工夫をすることが望ましい。
The
Further, a material having high reflectivity may be used for the
The
さらに、円筒形シャッター34の内面でのレーザー光の乱反射を防ぐために、レーザー光を吸収する吸収材が、円筒形シャッター34の内面に形成されていることが望ましい。吸収材の構成は、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14において説明した各態様と同様にすることができる。
Further, in order to prevent irregular reflection of the laser light on the inner surface of the
レーザー吸収ブロック42には、レーザー・エネルギーの強度に応じて、第1のシャッターユニット11のレーザー吸収ブロック22と同様に、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック42が、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。このような構成とした場合、レーザーが常時反射する場所において、レーザーパワーの測定が可能となる。
The
Further, the
さらに、第2のシャッターユニット31は、ラック・ピニオンギアー48によって、円筒形シャッター34及びスピンドル・モーター44を、矢印49で示すように、図中左右方向に移動させることができる。これにより、入力レーザー32が通過するアパチャーを、3種類のアパチャー35,36,37の間で切り替えることが可能である。
左側のアパチャー35は、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14のアパチャー15と同様に、通過するレーザー光の光束より少し大きい程度に形成されている。
中央のアパチャー36は、通過するレーザー光の光束よりも十分に大きい、矩形状に形成されている。
右側のアパチャー37は、左側に向かうほど開口幅が狭くなる、扇形に形成されている。この構成により、ラック・ピニオンギアー48の動作で、このアパチャー37に入力レーザー32が当たる位置を変えることにより、入力レーザー32に対するアパチャー37の開口幅を変えて、バースト波レーザーの発生タイミングを変えることが可能である。そして、ラック・ピニオンギアー48を連続的に動作させることにより、バースト波レーザーの発生タイミングを連続的に変えることも可能になる。なお、この扇形のアパチャー37の代わりに菱形のアパチャーを形成しても、同様の作用効果が得られる。
図1では、入力レーザー32が通る位置には、円筒形シャッター34の中央のアパチャー36があり、入力レーザー32がアパチャー36を通過し、下側のアパチャー36から出射して、出力レーザー33となっている。
Further, the
The
The
The right-
In FIG. 1, there is an
第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34から出射した出力レーザー33は、加工部の光学系ユニット50に入力される。光学系ユニット50は、対物レンズまたはスキャナーなどを含む。
光学系ユニット50に入力された出力レーザー33は、光学系ユニット50によって集束されることにより、集光レーザー51となり、この集光レーザー51が結像して被加工材52に照射され、被加工材52が加工される。
そして、被加工材52が載置されたX−Yテーブル53を、X軸方向(矢印54)またはY軸方向(矢印55)に動かすことにより、被加工材52の加工される位置を変えることができる。
The
The
Then, the position where the
第1のシャッターユニット11及び第2のシャッターユニット31において、円筒形シャッター14,34が回転駆動されて、アパチャー15,35,36,37の位置が変わることにより、レーザー光がON/OFF制御される。これにより、被加工材52に照射される集光レーザー51を、バースト波レーザーとすることができる。
In the first shutter unit 11 and the
円筒形シャッター14,34の動作、光学系ユニット50の動作、並びに、X−Yテーブル53のX軸方向54やY軸方向55の動作との組み合わせにより、被加工材52上にレーザービームを走査することによって、連続線または点線または破線を組み合わせた、レーザー加工結果56を得ることが可能である。
A laser beam is scanned on the
図1は、光源部からのレーザー光が、第1のシャッターユニット11及び第2のシャッターユニット31を通過して、被加工材52に照射されている状態を示していた。
これに対して、第1のシャッターユニット11でレーザー光が遮断されている状態を図2に示し、第2のシャッターユニット31でレーザー光が遮断されている状態を図3に示す。なお、図2及び図3では、レーザー発振器2及び制御装置57などの図示を省略している。
図2では、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14において、アパチャー15以外の部分に、入力レーザー12が当たっている。そして、入力レーザー12が、円筒形シャッター14の表面の反射材19で反射されて斜め上方に向かう反射光18となり、レーザー吸収ブロック22で吸収される。
図3では、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34において、アパチャー35,36,37以外の部分に入力レーザー32が当たっている。そして、入力レーザー32が、円筒形シャッター34の表面の反射材39で反射されて斜め上方に向かう反射光38となり、レーザー吸収ブロック42で吸収される。なお、この図3では、図1と同様に、入力レーザー32が通る位置には、円筒形シャッター34の中央のアパチャー36がある。
FIG. 1 shows a state in which the laser beam from the light source unit passes through the first shutter unit 11 and the
In contrast, FIG. 2 shows a state in which the laser light is blocked by the first shutter unit 11, and FIG. 3 shows a state in which the laser light is blocked by the
In FIG. 2, in the
In FIG. 3, in the
次に、図1のレーザー発振器2としてCWレーザーを使用した場合における、レーザー光のON/OFF制御について説明する。
図1のレーザー発振器2としてCWレーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図4に示す。なお、図4においては、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34を、2つのアパチャー36間に形成された貫通路以外が充填され、表面が反射材39とされた構成としている。円筒形シャッター34は、表面が反射材39であり、内部が完全に空洞とされた円筒形状の構成としても良い。
Next, ON / OFF control of laser light when a CW laser is used as the
FIG. 4 shows a timing chart when a CW laser is used as the
CWレーザーにおいて、ゲート信号OFF60からゲート信号ON61にすると、CWレーザーの出力は、CWレーザーOFF62からCWレーザーON63となる。
第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14は、その回転(矢印20)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印64)。これにより、CWレーザーON63の状態において、円筒形シャッター14のアパチャー15の径の大きさ及び円筒形シャッター14の回転速度によって決まる、CWバースト波65が得られる。
続いて、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14からのレーザー出力13を、レーザー入力32として、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34に照射する。
第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34は、その回転(矢印40)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印66)。これにより、円筒形シャッター34のアパチャー36の開口度と回転(矢印40)の速度によってON/OFFする、レーザー出力33となり、CWレーザーによるバースト波67が得られる。
図4において、CWバースト波65では、5つの等間隔のパルスが得られており、バースト波67では、円筒形シャッター34によって一部のパルスが遮断されたことにより、3つのパルスが得られている。
In the CW laser, when the gate signal OFF60 is changed to the gate signal ON61, the output of the CW laser is changed from the CW laser OFF62 to the CW laser ON63.
The
Subsequently, the
The
In FIG. 4, five equally spaced pulses are obtained in the CW burst
図4のタイミングチャートでは、一段目の円筒形シャッター14が高速回転であり、二段目の円筒形シャッター34が低速回転である。
そして、例えば、最高出力2kWのCWファイバーレーザーをレーザー発振器2に用いて、ピーク・エネルギー2kWのバースト波67が得られる。
In the timing chart of FIG. 4, the first-stage
For example, a
次に、図1のレーザー発振器2としてパルス波レーザーを使用した場合における、レーザー光のON/OFF制御について説明する。
図1のレーザー発振器2としてパルス波レーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図5に示す。
Next, ON / OFF control of laser light when a pulse wave laser is used as the
FIG. 5 shows a timing chart when a pulse wave laser is used as the
パルス波レーザーにおいて、ゲート信号OFF60aからゲート信号ON61aにすると、パルス波レーザーの出力は、パルス波レーザーOFF62aからパルス波レーザーON63aとなる。
図4の場合と同様に、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14は、その回転(矢印20)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印64)。これにより、パルス波レーザーON63aの状態において、円筒形シャッター14のアパチャー15の径の大きさ及び円筒形シャッター14の回転速度によって決まる、パルス波レーザーのバースト波65aが得られる。
続いて、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14からのレーザー出力13を、レーザー入力32として、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34に照射する。
図4の場合と同様に、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34は、その回転(矢印40)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印66)。これにより、円筒形シャッター34のアパチャー36の開口度と回転(矢印40)の速度によってON/OFFする、レーザー出力33となり、パルス波レーザーによるバースト波67aが得られる。
図5において、パルス波レーザーのバースト波65aでは、5組の等間隔のパルス群が得られており、バースト波67aでは、円筒形シャッター34によって一部のパルス群が遮断されたことにより、3つのパルス群が得られている。
In the pulse wave laser, when the gate signal OFF 60a is changed to the gate signal ON 61a, the output of the pulse wave laser is changed from the pulse wave laser OFF 62a to the pulse wave laser ON 63a.
As in the case of FIG. 4, the
Subsequently, the
As in the case of FIG. 4, the
In FIG. 5, five sets of equally-spaced pulse groups are obtained in the
図5のタイミングチャートでは、一段目の円筒形シャッター14が高速回転であり、二段目の円筒形シャッター34が低速回転である。
例えば、1パルスのピーク・エネルギー6μJで繰り返し周波数4MHzのパルス波ファイバーレーザーをレーザー発振器2に用いて、繰り返し周波数が低い、バースト波65a及びバースト波67aが得られる。
In the timing chart of FIG. 5, the first-stage
For example, a pulse wave fiber laser having a peak energy of 6 μJ and a repetition frequency of 4 MHz is used for the
なお、図5では、レーザー発振器2のパルス波の拡大波形71と、一段目の円筒形シャッター14によって得られたパルス波レーザー65aの拡大波形72と、二段目の円筒形シャッター34によって得られたバースト波67aの拡大波形73を示している。
拡大波形71に示すように、レーザー発振器2のパルス波は、パルスの高さが揃っている。これに対して、拡大波形72に示すパルス波レーザーのバースト波65aと、拡大波形73に示すバースト波67aは、円筒形シャッター14のアパチャー15の内外にレーザー光が掛かったときのパルスの高さが低くなっている。
In FIG. 5, the
As shown in the
第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14の回転数は、必要に応じて、毎分1回転以下の超低速から毎分20万回転の超高速から選択する。これにより、シャッター機能及び広範囲なバーストモードが簡単に得られ、種々の加工に対応することが可能となる。
例えば、毎分20万回転のスピンドル・モーターでは毎秒3,333回転となり、図1に示すように第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14のアパチャー15が1組2個である場合には、3.3kHzの繰り返し周波数が得られる。
The rotational speed of the
For example, if the spindle motor of 200,000 revolutions per minute is 3,333 revolutions per second, and the number of
上述の本実施の形態のレーザー加工装置1の構成によれば、表面が反射材19,39とされ、レーザー光が通過するアパチャー15,35,36,37が側面に形成され、中心線を通る軸21,41の周りに回転する、円筒形シャッター14,34を、光源部と加工部の間に備えている。従って、円筒形シャッター14,34を回転させることにより、レーザー光がアパチャー15,35,36,37を通過する状態と、レーザー光が反射材19,39で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、2つの円筒形シャッター14,34の少なくとも一方を高速で回転させれば、レーザー光のON/OFFを高速で切り替えることが可能になる。
According to the configuration of the
また、円筒形シャッター14,34は、軸21,41を中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸21,41を中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、円筒形シャッター14,34の回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
Further, the
また、レーザー光を遮断する際には、円筒形シャッター14,34の表面の反射材19,39でレーザー光を反射させて、その反射光18,38をレーザー吸収ブロック22,42で吸収させている。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、円筒形シャッター14,34が吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器2に使用することが可能になる。
Further, when blocking the laser light, the laser light is reflected by the
また、レーザー光の光路を、円筒形シャッター14,34の中心線からオフセットさせていることにより、入力レーザー12,32が反射材19,39に当たるときに垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻る光量がほとんどない。これにより、レーザー発振器2の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器2にファイバーレーザーを用いた場合には、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
Further, since the optical path of the laser light is offset from the center line of the
そして、CWのゲート信号ON61あるいはパルス波のレーザーゲート信号ON61aと、アパチャー15,35,36,37の形状と、制御装置57及びラック・ピニオンギアー48の制御の組み合わせにより、広範囲なON/OFF制御が可能となる。これにより、任意のパルス幅やパルス間隔を有するバースト波を得ることができ、例えば、点線や破線などの微細なパターンで被加工材52を加工することが可能になる。
特に、図5に示したような、高い周波数のパルス列を低い周波数の周期で繰り返すバースト波65a,67aを被加工材52に照射する、バーストモードを採用することにより、熱の影響の非常に少ない加工が可能となる。
A wide range of ON / OFF control is achieved by a combination of the CW gate signal ON61 or the pulsed laser gate signal ON61a, the shape of the
In particular, by adopting a burst mode in which burst waves 65a and 67a in which a high-frequency pulse train is repeated at a low frequency cycle as shown in FIG. Processing becomes possible.
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置1で得られるバースト波により、被加工材52である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成することが可能になる。そして、この溝内に接着剤が入り込むことにより、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
Further, for example, when pattern processing is performed on the surface of the metal that is the
なお、本実施の形態のレーザー加工装置において、エアーベアリング23,43の代わりに、ベアリングを設けて、ベアリングによって円筒形シャッター14,34の軸21,41を保持する構成とすることも可能である。
ただし、シャッターを超高速で回転させる場合には、ベアリングよりもエアーベアリングを、シャッターやスピンドル・モーターの軸に用いることが望ましい。
In the laser processing apparatus of the present embodiment, it is also possible to provide a bearing instead of the
However, when rotating the shutter at a very high speed, it is desirable to use an air bearing rather than a bearing for the shaft of the shutter or spindle motor.
本実施の形態では、第1のシャッターユニット11及び第2のシャッターユニット31に、円筒形シャッター14及び34を使用していたが、それぞれのシャッターユニットに、内部が空洞ではない円柱形シャッターを使用しても良い。また、円柱形の内部のうち、一部を空洞とした構成のシャッターを使用しても良い。
円柱形シャッターを使用する場合、円柱形シャッターの表面の2箇所のアパチャーを結ぶ貫通路を、円柱形シャッターの内部に形成する。そして、貫通路の内壁でレーザー光が乱反射しないように、吸収材によって円柱形シャッターを形成するか、貫通路の内壁に吸収材をコーティングすることが望ましい。
なお、シャッターを高速で回転させて使用する場合には、軽金属をシャッターに採用したり、シャッターへの加工によって軽量化を施したりすることが望ましい。
In the present embodiment, the
When a cylindrical shutter is used, a through path that connects two apertures on the surface of the cylindrical shutter is formed inside the cylindrical shutter. Then, it is desirable to form a cylindrical shutter with an absorbing material or coat the absorbing material on the inner wall of the through passage so that the laser beam is not diffusely reflected on the inner wall of the through passage.
When the shutter is used at a high speed, it is desirable to use a light metal for the shutter or reduce the weight by processing the shutter.
本実施の形態では、図4及び図5において説明したように、第1のシャッターユニット11の円筒形シャッター14を高速で回転させ、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34を低速で回転させていた。
これらのシャッターの配置を逆にして、光源部側の第1のシャッターユニットのシャッターを低速で回転させ、加工部側の第2のシャッターユニットのシャッターを高速で回転させる構成としても良い。
また、シャッターユニットを3つ以上配置しても構わない。
In the present embodiment, as described in FIGS. 4 and 5, the
The arrangement of these shutters may be reversed so that the shutter of the first shutter unit on the light source unit side is rotated at a low speed and the shutter of the second shutter unit on the processing unit side is rotated at a high speed.
Three or more shutter units may be arranged.
<2.第2の実施の形態>
次に、本発明のレーザー加工装置の第2の実施の形態の概略構成図を、図6A及び図6Bに示す。図6A及び図6Bは、本実施の形態における、第1のシャッターユニット11のシャッター14Xの断面図(中心線に垂直な面における断面図)を示している。
なお、レーザー加工装置のその他の構成(光源部、第2のシャッターユニット、加工部)は、図示を省略しているが、図1に示した第1の実施の形態のレーザー加工装置1と同様の構成とする。
<2. Second Embodiment>
Next, schematic configuration diagrams of a second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention are shown in FIGS. 6A and 6B. 6A and 6B show sectional views (sectional views in a plane perpendicular to the center line) of the
The other components of the laser processing apparatus (light source unit, second shutter unit, processing unit) are not shown, but are the same as the
本実施の形態のシャッター14Xは、図6A及び図6Bに示すように、円筒形と円柱形との中間の形状であり、外形の円柱形の表面から途中のある程度の厚さまでは材料が充填されており、その内側は空洞となっている。
シャッター14Xの表面は、第1の実施の形態の円筒形シャッター14と同様に、反射材19となっている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
The surface of the
シャッター14Xの側面の円周上に、アパチャー15Xが、ほぼ等間隔に4箇所開設されている。
アパチャー15Xの大きさは、図1の第1の実施の形態のアパチャー15と同様に、レーザー光の光束より少し大きい程度となっている。また、各アパチャー15Xを結ぶように、充填された材料を貫通する貫通路27が、4本形成されている。
なお、貫通路27の内壁は、レーザー光を吸収する吸収材とすることが望ましい。そのため、円柱内に充填する材料を吸収材とするか、貫通路27の内壁に吸収材をコーティングする。
Four
The size of the
Note that the inner wall of the through
本実施の形態の構成の場合、貫通路27が上下方向になったときに、即ち、アパチャー15Xの位置が中心線から約45°斜め上にあるときに、レーザー光が貫通路27を通過するように、光源部と第1のシャッターユニット11を配置する。従って、シャッター14Xの表面の反射材19で入力レーザー12が反射されたときには、図6Bに示すように、反射光18がほぼ真横に進むので、レーザー吸収ブロック22をシャッター14Xへの入力レーザー12の照射位置の横に配置している。
In the case of the configuration of the present embodiment, when the through
本実施の形態のシャッター14Xにおいて、アパチャー15Xが4箇所等間隔に形成され、貫通路27が4本あることにより、シャッター14Xの1回転で4回レーザー光が通過する。
第1の実施の形態では、円筒形シャッター14の1回転で1回レーザー光が通過していたので、本実施の形態では、同じシャッターの回転数で、第1の実施の形態の4倍のパルスもしくはパルス群が得られることになる。
In the
In the first embodiment, since the laser beam passes once by one rotation of the
本実施の形態において、レーザー発振器としてCWレーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図7に示す。
第1のシャッターユニット11のシャッター14Xは、その回転(矢印20)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印68)。これにより、CWレーザーON63の状態において、シャッター14Xのアパチャー15Xの径の大きさ及びシャッター14Xの回転速度によって決まる、CWバースト波69が得られる。
シャッター14Xの1/4回転毎に、貫通路27をレーザー光が通過して、CWバースト波69においてパルスが得られている。図7では5つのパルスを示しているが、境界部にあるパルスを2つ示しているため、シャッター14Xが1回転する間に、CWバースト波69として、パルスが4つ得られる。
FIG. 7 shows a timing chart in the case where a CW laser is used as the laser oscillator in this embodiment.
The
At every quarter rotation of the
続いて、第1のシャッターユニット11のシャッター14Xからのレーザー出力13をレーザー入力32として、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34に照射する。
第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34は、その回転(矢印40)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印66)。これにより、円筒形シャッター34のアパチャー36の開口度と回転(矢印40)の速度によってON/OFFする、レーザー出力33となり、CWレーザーによるバースト波70が得られる。
図7において、シャッター14Xの1回転の期間(1サイクル)74に、CWバースト波69では、4つの等間隔のパルスが得られており、バースト波70では、円筒形シャッター34によって4つ目のパルスが遮断されたことにより、3つのパルスが得られている。
Subsequently, the
The
In FIG. 7, four equally-spaced pulses are obtained in the CW burst
図7のタイミングチャートでは、一段目のシャッター14Xが高速回転であり、二段目の円筒形シャッター34が低速回転である。
そして、例えば、最高出力2kWのCWファイバーレーザーをレーザー発振器2に用いて、ピーク・エネルギー2kWのバースト波69が得られる。
In the timing chart of FIG. 7, the first-
For example, a
また、本実施の形態において、レーザー発振器としてパルス波レーザーを使用した場合のタイミングチャートを、図8に示す。
図7の場合と同様に、第1のシャッターユニット11のシャッター14Xは、その回転(矢印20)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印68)。これにより、パルス波レーザーON63aの状態において、シャッター14Xのアパチャー15Xの径の大きさ及びシャッター14Xの回転速度によって決まる、パルス波レーザーのバースト波69aが得られる。図8では5つのパルス群を示しているが、境界部にあるパルス群を2つ示しているため、シャッター14Xが1回転する間に、パルス波レーザーのバースト波69aとして、パルス群が4つ得られる。
Further, FIG. 8 shows a timing chart when a pulse wave laser is used as the laser oscillator in this embodiment.
As in the case of FIG. 7, the
続いて、第1のシャッターユニット11のシャッター14Xからのレーザー出力13をレーザー入力32として、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34に照射する。
図7の場合と同様に、第2のシャッターユニット31の円筒形シャッター34は、その回転(矢印40)に従って、図の左から右の状態に遷移する(矢印66)。これにより、円筒形シャッター34のアパチャー36の開口度と回転(矢印40)の速度によってON/OFFする、レーザー出力33となり、パルス波レーザーによるバースト波70aが得られる。
図8において、シャッター14Xの1回転の期間(1サイクル)74に、バースト波69aでは、4つの等間隔のパルス群が得られており、バースト波70でaは、円筒形シャッター34によって4つ目のパルス群が遮断されたことにより、3つのパルス群が得られている。
Subsequently, the
As in the case of FIG. 7, the
In FIG. 8, in the period of one rotation (one cycle) 74 of the
図8のタイミングチャートでは、一段目のシャッター14Xが高速回転であり、二段目の円筒形シャッター34が低速回転である。
例えば、1パルスのピーク・エネルギー6μJで繰り返し周波数4MHzのパルス波ファイバーレーザーを用いて、繰り返し周波数が低い、バースト波69a及びバースト波70aが得られる。
In the timing chart of FIG. 8, the first-
For example, a
本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、第1のシャッターユニットのシャッター14Xが、表面が反射材19とされ、レーザー光が通過するアパチャー15Xが側面に形成され、中心線を通る軸21の周りに回転する、円柱状の構成である。従って、シャッター14Xを回転させることにより、レーザー光がアパチャー15Xを通過する状態と、レーザー光が反射材19で反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。シャッター14Xを高速で回転させれば、レーザー光のON/OFFを高速で切り替えることが可能になる。
According to the configuration of the laser processing apparatus of the present embodiment, the
また、シャッター14Xが軸21を中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸21を中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、シャッター14Xの回転速度を高くしても、安定して回転させることができる。
In addition, the
さらに、レーザー光を遮断する際には、円筒形シャッター14Xの表面の反射材19でレーザー光を反射させて、その反射光18をレーザー吸収ブロック22で吸収させている。これにより、チョッパー・ディスクを使用した場合と比較して、シャッター14Xが吸収するレーザー光の量を大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器に使用することが可能になる。
Further, when blocking the laser light, the laser light is reflected by the reflecting
また、レーザー光の光路である貫通路27を、シャッター14Xの中心線からオフセットして形成しているため、入力レーザー12が反射して光源部側に戻る光量がほとんどなく、レーザー発振器の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器2にファイバーレーザーを用いた場合には、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
Further, since the through
そして、CWのゲート信号ON61あるいはパルス波のレーザーゲート信号ON61aと、アパチャー15X,36の形状と、制御装置及びラック・ピニオンギアーの制御の組み合わせにより、広範囲なON/OFF制御が可能となる。これにより、任意のパルス幅やパルス間隔を有するバースト波を得ることができ、例えば、点線や破線などの微細なパターンで被加工材を加工することが可能になる。
特に、図8に示したような、高い周波数のパルス列を低い周波数の周期で繰り返すバースト波69a,70aを被加工材に照射する、バーストモードを採用することにより、熱の影響の非常に少ない加工が可能となる。
A wide range of ON / OFF control is possible by the combination of the CW gate signal ON61 or the pulsed laser gate signal ON61a, the shape of the
In particular, as shown in FIG. 8, by adopting a burst mode in which burst waves 69a and 70a in which a high-frequency pulse train is repeated at a low-frequency cycle are irradiated to a workpiece, machining with very little influence of heat is performed. Is possible.
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置で得られるバースト波により、被加工材である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成することが可能になる。そして、この溝内に接着剤が入り込むことにより、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。 Moreover, for example, when pattern processing is performed on the surface of the metal that is the workpiece by the burst wave obtained by the laser processing apparatus of the present embodiment, it is possible to form fine grooves on the surface of the metal. Become. And adhesiveness of a metal and another material through an adhesive agent can be improved by an adhesive agent entering this groove | channel.
<3.第2の実施の形態の変形例>
(変形例1)
ここで、第2の実施の形態に対する変形例として、第1のシャッターユニットのシャッターの断面図を、図9A及び図9Bに示す。
<3. Modification of Second Embodiment>
(Modification 1)
Here, as a modification of the second embodiment, cross-sectional views of the shutter of the first shutter unit are shown in FIGS. 9A and 9B.
図9A及び図9Bに示す変形例は、第1のシャッターユニットに、肉薄の円筒形シャッター14Yを使用した場合である。
この円筒形シャッター14Yは、等間隔に4つのアパチャー15Yが形成され、表面が反射材19とされている。そして、円筒形シャッター14Yの内部は、空洞となっている。
その他の構成は、図6A及び図6Bに示した、第2の実施の形態と同様である。
The modification shown in FIGS. 9A and 9B is a case where a thin
The
Other configurations are the same as those of the second embodiment shown in FIGS. 6A and 6B.
本例では、円筒形シャッター14Yに、等間隔に4つのアパチャー15Yが形成されているので、円筒形シャッター14Yの1回転の間に、4つのパルスもしくは4つのパルス群が得られる。
In this example, since four
この変形例の円筒形シャッター14Yを採用した場合も、第2の実施の形態のシャッター14Xを採用した場合と同様の、作用効果が得られる。
Even when the
この円筒形シャッター14Yを作製するには、例えば、薄板を円筒状に形成した後にアパチャー15Yを形成し、円筒の両端部に円板を溶接して、さらに円板の中心に軸21Yを取り付ければ良い。
In order to manufacture this
(変形例2)
また、第2の実施の形態に対する他の変形例として、第1のシャッターユニットのシャッターの断面図を、図10A及び図10Bに示す。
(Modification 2)
As another modification example of the second embodiment, cross-sectional views of the shutter of the first shutter unit are shown in FIGS. 10A and 10B.
図10A及び図10Bに示す変形例は、第1のシャッターユニットに、口径が他の例よりも大きい円筒形シャッター14Zを使用した場合である。
この円筒形シャッター14Zは、等間隔に4つのアパチャー15Zが形成され、表面が反射材19Zとされている。そして、円筒形シャッター14Zの内部は、中心部が軸21Zの周囲のある程度の厚さまで円柱状に充填され、円柱状の部分と表面の円筒の部分との間が空洞となっている。そして、矢印20Zで示すように軸21Zの周りに回転する。
アパチャー15Zは、図6のアパチャー15Xや図9のアパチャー15Yよりも大きく形成され、入力レーザー12の光束よりも十分に大きく形成されている。
また、本例のレーザー吸収ブロック22Zは、他の例のレーザー吸収ブロック22よりも少し大きく形成されている。
その他の構成は、図6A及び図6Bに示した、第2の実施の形態と同様である。
The modification shown in FIGS. 10A and 10B is a case where a
The
The
Further, the laser absorption block 22Z of this example is formed to be slightly larger than the
Other configurations are the same as those of the second embodiment shown in FIGS. 6A and 6B.
本例では、円筒形シャッター14Zに、等間隔に4つのアパチャー15Zが形成されているので、円筒形シャッター14Zの1回転の間に4つのパルスもしくは4つのパルス群が得られる。
In this example, since four
この変形例の円筒形シャッター14Zを採用した場合も、第2の実施の形態のシャッター14Xを採用した場合と同様の、作用効果が得られる。
Even when the
<4.第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図(斜視図)を、図11に示す。
本実施の形態では、図11に示すレーザー加工装置81において、第1のシャッターユニット11a及び第2のシャッターユニット31aを、第1の実施の形態のレーザー加工装置1とは異なる構成としている。
なお、光源部及び加工部は、図1に示した第1の実施の形態のレーザー加工装置1と同様の構成である。
<4. Third Embodiment>
FIG. 11 shows a schematic configuration diagram (perspective view) of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
In the present embodiment, in the
The light source unit and the processing unit have the same configuration as the
本実施の形態のレーザー加工装置81の第1のシャッターユニット11aは、半球形シャッター14aを用いている。また、第1のシャッターユニット11aは、半球形シャッター14aの左斜め上方に設けられた、レーザー吸収ブロック22aを備えている。
半球形シャッター14aは、外形が半球形であり、その球面(半球の端部の平面を含まない部分)に、レーザー光を通すアパチャー15aが設けられ、中心にある軸21aの周りに回転可能な構成とされている。
そして、半球形シャッター14aは、半球形シャッター14aを回転させるスピンドル・モーター24に接続されている。
なお、第1のシャッターユニット11aのうち、スピンドル・モーター24、エアーベアリング23、カプラー25、インターフェース26は、それぞれ第1の実施の形態のレーザー加工装置1と同様の構成である。
The
The
The
In the
半球形シャッター14aは、表面が反射材19aで形成されている。そして、半球形シャッター14aは、スピンドル・モーター24によって、矢印20で示すように軸21aを中心として回転駆動される。
半球形シャッター14aの球面に、アパチャー15aが数箇所形成されており、これらのアパチャー15aの間をレーザー光が通過することができる。
アパチャー15aの大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、アパチャー15aは、通過するレーザー光の光路が、半球形シャッター14aの中心線を通るように形成されている。
そして、半球形シャッター14aが回転して、数箇所のうちの2箇所のアパチャー15aが上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と半球形シャッター14aが相対配置されている。半球形シャッター14aに入力レーザー12aが当たる位置は、半球形シャッター14aの中心線の真上にある。
The surface of the
The size of the
The
The light source portion and the
回転軸となる軸21aは、半球形シャッター14aに一部貫通または表面に溶接、接着またはカシメなどで取り付けられた構成であり、レーザー光は半球形シャッター14aの内部を障害物無しに貫通する構成となる。
The
半球形シャッター14aの回転により、入力レーザー12aが当たる半球形シャッター14aの位置が、アパチャー15a、あるいは、アパチャー15a以外の部分、というように変化する。
入力レーザー12aがアパチャー15aに当たったときは、アパチャー15aを通過して、下側のアパチャー15aから出射されて、出力レーザー13aとなる。
入力レーザー12aがアパチャー15a以外の部分に当たったときには、入力レーザー12aが半球形シャッター14aの表面の反射材19aで反射される。このとき、入力レーザー12aが半球形シャッター14aの曲面の最上部ではない部分に照射されるので、反射材19aで反射された入力レーザー12aは、入射側(真上)に戻ることなく、左上方のレーザー吸収ブロック22aに向かい、レーザー吸収ブロック22aで吸収される。
Due to the rotation of the
When the
When the
半球形シャッター14aは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、半球形シャッター14aに反射率の高い材料を使用して、そのまま反射材19aとしても良く、半球形シャッター14aに反射率の高くない材料を使用して、表面に反射率の高い材料によって反射膜を形成して反射材19aとしても良い。
半球形シャッター14aの内部は空洞になっている。半球形シャッター14aは、高速回転に対応するために軽量化することが望ましく、また、回転の精度を向上させるためにバランスの工夫をすることが望ましい。
The
Alternatively, a material having high reflectivity may be used for the
The inside of the
さらに、半球形シャッター14aの内面でのレーザー光の乱反射を防ぐために、レーザー光を吸収する吸収材が、半球形シャッター14aの内面に形成されていることが望ましい。
半球形シャッター14aに反射率の高い材料を使用した場合には、半球形シャッター14aの内面に吸収材をコーティングする。
半球形シャッター14aに吸収材を使用した場合には、内面はそのままとする。
また、半球形シャッター14aの材料に、反射率や吸収率は高くないが、軽くて丈夫な材料を使用して、表面に反射膜を形成して、内面に吸収材をコーティングしても良い。
Furthermore, in order to prevent irregular reflection of laser light on the inner surface of the
When a material having a high reflectance is used for the
When an absorbing material is used for the
Further, the material of the
レーザー吸収ブロック22aには、レーザー・エネルギーの強度に応じて、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック22aが、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。
The
Further, the
本実施の形態のレーザー加工装置61の第2のシャッターユニット31aは、レーザー光を通す3種類のアパチャー35a,36a,37aが設けられ、中心にある軸41aの周りに回転可能な構成とされた円筒形シャッター34aと、円筒形シャッター34aを回転させるスピンドル・モーター44と、円筒形シャッター34a及びスピンドル・モーター44を図中左右方向に移動させるラック・ピニオンギアー48を、備えている。また、円筒形シャッター34aの斜め上方に設けられたレーザー吸収ブロック42aを備えている。
The
円筒形シャッター34aは、外形が円柱形であって内部が空洞である、円筒形となっており、表面が反射材39aで形成されている。また、円筒形シャッター34aは、外形の中心線を通る軸41aが設けられ、スピンドル・モーター44によって、矢印40で示すように軸41aを中心として回転駆動される。
なお、第2のシャッターユニット31aのうち、スピンドル・モーター44、エアーベアリング43、カプラー45、インターフェース46、ラック・ピニオンギアー48は、それぞれ第1の実施の形態のレーザー加工装置1と同様の構成である。
The
Of the
円筒形シャッター34aには、開口の寸法形状が異なる3種類のアパチャー35a,36a,37aがそれぞれ形成されており、それぞれのアパチャー35a,36a,37aの間をレーザー光が通過することができる。
このうち、円筒形シャッター34aの中央のアパチャー36aは、第1の実施の形態の円筒形シャッター34の左のアパチャー35と同じ構成である。円筒形シャッター34aの右のアパチャー37aは、第1の実施の形態の円筒形シャッター34の右のアパチャー37と同じ構成である。
円筒形シャッター34aの左のアパチャー35aは、数箇所に等間隔で形成されている。
それぞれのアパチャー35a,36a,37aは、通過するレーザー光の光路が、円筒形シャッター34aの中心線からオフセットしているように形成されている。円筒形シャッター34に入力レーザー32aが当たる位置は、アパチャー35a,36a,37aの位置に対応して、円筒形シャッター34aの中心線の真上からオフセットされている。
The
Among these, the
The
Each
第2のシャッターユニット31aの円筒形シャッター34aに対しては、第1のシャッターユニット11aの半球形シャッター14aから出射された出力レーザー13aが、入力レーザー32aとして入力される。
円筒形シャッター34aの回転により、入力レーザー32aが当たる円筒形シャッター34aの位置が、アパチャー35a,36a,37a、あるいは、アパチャー35a,36a,37a以外の部分、というように変化する。
入力レーザー32aがアパチャー35a,36a,37aに当たったときは、アパチャー35a,36a,37aを通過して、下側のアパチャー35a,36a,37aから出射されて、出力レーザー33aとなる。
入力レーザー32aがアパチャー35a,36a,37a以外の部分に当たったときには、入力レーザー32aが円筒形シャッター34aの表面の反射材39aで反射される。このとき、入力レーザー32aが円筒形シャッター34aの中心線の真上からオフセットされた位置に照射されるので、反射材39aで反射された入力レーザー32aは、入射側に戻ることなく、レーザー吸収ブロック42aに向かい、レーザー吸収ブロック42aで吸収される。
The
By the rotation of the
When the
When the
円筒形シャッター34aは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円筒形シャッター34aの材質や反射材39aや吸収材の構成は、第1の実施の形態の円筒形シャッター34と同様とすることができる。
The
Further, the material of the
レーザー・エネルギーが強い場合、レーザー吸収ブロック42aには、空冷または水冷またはペルチェ素子などの冷却器を設ける。
また、レーザー吸収ブロック42aが、レーザーパワーメーターのセンサーを兼ねる構成としても良い。このような構成とした場合、レーザーが常時反射する場所において、レーザーパワーの測定が可能となる。
When the laser energy is strong, the
Further, the
さらに、第2のシャッターユニット31aは、ラック・ピニオンギアー48によって、円筒形シャッター34a及びスピンドル・モーター44を、矢印49で示すように、図中左右方向に移動させることができる。これにより、入力レーザー32aが通過するアパチャーを、3種類のアパチャー35a,36a,37aの間で切り替えることが可能である。
左側のアパチャー35a及び中央のアパチャー36aは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度に形成されている。
右側のアパチャー37aは、左側に向かうほど開口幅が狭くなる、扇形に形成されている。この構成により、ラック・ピニオンギアー48の動作で、このアパチャー37aに入力レーザー32aが当たる位置を変えることにより、入力レーザー32aに対するアパチャー37aの開口幅を変えて、バースト波レーザーの発生タイミングを変えることが可能である。そして、ラック・ピニオンギアー48を連続的に動作させることにより、バースト波レーザーの発生タイミングを連続的に変えることも可能になる。
図11では、入力レーザー32aが通る位置には、円筒形シャッター34aの中央のアパチャー36aがあり、入力レーザー32aがアパチャー36aを通過し、下側のアパチャー36aから出射して、出力レーザー33aとなっている。
Further, the
The
The
In FIG. 11, there is an
第2のシャッターユニット31aの円筒形シャッター34aから出射した出力レーザー33は、光学系ユニット50によって集束されることにより、集光レーザー51となって、被加工材52に結像して照射され、被加工材52が加工される。
そして、被加工材52が載置されたX−Yテーブル53を、X軸方向(矢印54)またはY軸方向(矢印55)に動かすことにより、被加工材52の加工される位置を変えることができる。
The
Then, the position where the
第1のシャッターユニット11a及び第2のシャッターユニット31aにおいて、半球形シャッター14aと円筒形シャッター34aが回転駆動されて、アパチャー15a,35a,36a,37aの位置が変わることにより、レーザー光がON/OFF制御される。これにより、被加工材52に照射される集光レーザー51を、バースト波レーザーとすることができる。
In the
半球形シャッター14a及び円筒形シャッター34aの動作、光学系ユニット50の動作、並びに、X−Yテーブル53のX軸方向54やY軸方向55の動作との組み合わせにより、被加工材52上にレーザービームを走査することによって、連続線または点線または破線を組み合わせた、レーザー加工結果56を得ることが可能である。
By combining the operations of the
また、本実施の形態において、第1のシャッターユニット11aの半球形シャッター14aの断面図を図12Aに示し、第1のシャッターユニット11aでレーザー光が遮断されている状態を図12Bに示す。なお、図12Bでは、第2のシャッターユニット31aの図示を省略している。
図12Aに示すように、半球形シャッター14aの上のアパチャー15aに当たった入力レーザー12aは、半球形シャッター14aの断面の円の中心部を通過して、下のアパチャー15aから出射して、出力レーザー13aとなる。
図12Bに示すように、半球形シャッター14aの表面の反射材19aに当たった入力レーザー12aは、反射材19aで反射されて左斜め上方に向かう反射光18aとなり、レーザー吸収ブロック22aで吸収される。
In the present embodiment, FIG. 12A shows a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 12A, the
As shown in FIG. 12B, the
本実施の形態において、レーザー光のON/OFF制御は、図4〜図5、図7〜図8に示した先の各実施の形態と同様の手法により、行うことができる。 In the present embodiment, ON / OFF control of laser light can be performed by the same method as in the previous embodiments shown in FIGS. 4 to 5 and 7 to 8.
図12Aでは、半球形シャッター14aに、アパチャー15aが等間隔に10個形成されている。
これにより、半球形シャッター14aが1回転する間に、出力レーザー13aとして、10個のパルス波、もしくは10個のパルス群が得られる。
In FIG. 12A, ten
Thus, 10 pulse waves or 10 pulse groups are obtained as the
図12Aに示すように、第1のシャッターユニット11aの半球形シャッター14aのアパチャー15aの数が10個で、半球形シャッター14aの回転数が毎分20万回転とした場合には、3.3kHz×10=33kHzの高い繰り返し周波数を得る。
さらに超高速の回転を得る手段としては、例えば、英国ABL社製の高周波・空気軸受を備えたスピンドル・モーターやウエストウインドのエアスピンドルがあり、負荷が無い状態で毎分30万回転が可能とされている。
また、例えば、入手が容易な毎分5万回転の高速スピンドル・モーターでは、毎秒833回転であり、0.833kHzとなる。例えば、図12Aに示すように半球形シャッター14aを適用してアパチャー15aが10個の場合は、8.3kHzの繰り返し周波数を得る。
As shown in FIG. 12A, when the number of
For example, there are spindle motors with high-frequency and air bearings manufactured by ABL of the United Kingdom and Westwind air spindles, which can achieve 300,000 revolutions per minute without load. Has been.
In addition, for example, in a high-speed spindle motor of 50,000 revolutions per minute that is easily available, the speed is 833 revolutions per second, which is 0.833 kHz. For example, as shown in FIG. 12A, when a
上述の本実施の形態のレーザー加工装置81の構成によれば、表面が反射材19a,39aとされ、レーザー光が通過するアパチャー15a,35a,36a,37aが形成され、中心線を通る軸の周りに回転する、半球形シャッター14aと円筒形シャッター34aを、光源部と加工部の間に備えている。従って、半球形シャッター14aと円筒形シャッター34aを回転させることにより、レーザー光がアパチャー15a,35a,36a,37aを通過する状態と、レーザー光が反射材19a,39aで反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、2つのシャッター14a,34aの少なくとも一方を高速で回転させれば、レーザー光のON/OFFを高速で切り替えることが可能になる。
According to the configuration of the
また、半球形シャッター14a及び円筒形シャッター34aは、軸21a,41aを中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸21a,41aを中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、高速で回転させても安定して回転させることができる。
さらに、レーザー光を遮断する際には、それぞれのシャッター14a,34aの表面の反射材19a,39aでレーザー光を反射させて、その反射光をレーザー吸収ブロック22a,42aで吸収させている。これにより、それぞれのシャッター14a,34aが吸収するレーザー光の量を、チョッパー・ディスクと比較して大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器2に使用することが可能になる。
Further, the
Further, when blocking the laser light, the laser light is reflected by the reflecting
また、入力レーザー12aを、半球形シャッター14aの端部の平面ではない球面に照射しているため、入力レーザー12aが反射して光源部側に戻ることがほとんどなく、レーザー発振器2の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器2にファイバーレーザーを用いた場合、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
Further, since the
そして、ゲート信号のON状態と、アパチャー15a,35a,36a,37aの形状と、制御装置57及びラック・ピニオンギアー48の制御の組み合わせにより、広範囲なON/OFF制御が可能となる。これにより、任意のパルス幅やパルス間隔を有するバースト波を得ることができ、例えば、点線や破線などの微細なパターンで被加工材52を加工することが可能になる。
A wide range of ON / OFF control is possible by combining the ON state of the gate signal, the shape of the
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置81で得られるバースト波により、被加工材52である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成することが可能になる。そして、この溝内に接着剤が入り込むことにより、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。
In addition, for example, when pattern processing is performed on the surface of the metal that is the
上述の第3の実施の形態では、半球形シャッター14aを使用していたが、半球形シャッター14aの代わりに、球形シャッターを使用することも可能である。ただし、球形シャッターを使用する場合には、入力レーザーが球形シャッターの表面に垂直に当たると反射光が光源側に戻るため、入力レーザーが球形シャッターの表面に垂直に当たらないように配置することが望ましい。そのためには、アパチャーを通過するレーザー光の光路を、球形シャッターの球の中心を通らないようにオフセットさせれば良い。
In the third embodiment described above, the
<5.第4の実施の形態>
本発明の第4の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図(斜視図)を、図13A及び図13Bに示す。
本実施の形態では、シャッター部のシャッターとして、図13A及び図13Bに示す円錐形シャッター14bを用いている。図13Aは、レーザー光が円錐形シャッター14bを通過する場合を示している。図13Bは、レーザー光が円錐形シャッター14bで遮断される場合を示している。
なお、光源部及び加工部は、図1に示した第1の実施の形態のレーザー加工装置1と同様の構成である。
<5. Fourth Embodiment>
A schematic configuration diagram (perspective view) of a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 13A and 13B.
In the present embodiment, a
The light source unit and the processing unit have the same configuration as the
本実施の形態の円錐形シャッター14bは、円錐形の外形で側面にレーザー光を通すアパチャー15bが設けられ、中心線を通る軸21bの周りに回転可能な構成とされている。
円錐形シャッター14bは、表面が反射材19bで形成されている。そして、円錐形シャッター14bは、図示しないスピンドル・モーターによって、矢印20bで示すように軸21bを中心として回転駆動される。
円錐形シャッター14bには、その曲面の部分に、アパチャー15bが図示しないものも含めて4箇所形成されており、これらのアパチャー15bの間をレーザー光が通過することができる。
アパチャー15bの大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、アパチャー15bは、通過するレーザー光の光路が、円錐形シャッター14bの中心線を通るように形成されている。
そして、円錐形シャッター14bが回転して、4箇所のうちの2箇所のアパチャー15bが上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と円錐形シャッター14bが相対配置されている。円錐形シャッター14bに入力レーザー12bが当たる位置は、円錐形シャッター14bの中心線の真上にある。
The
The surface of the
The
The size of the
The
The light source unit and the
回転軸となる軸21bは、円錐形シャッター14bに一部貫通または表面に溶接、接着またはカシメなどで取り付けられた構成であり、レーザー光は円錐形シャッター14bの内部を障害物無しに貫通する構成となる。
The
円錐形シャッター14bの回転により、入力レーザー12bが当たる円錐形シャッター14bの位置が、アパチャー15b、あるいは、アパチャー15b以外の部分、というように変化する。
入力レーザー12bがアパチャー15bに当たったときは、アパチャー15bを通過して、下側のアパチャー15bから出射されて、出力レーザー13bとなる。
入力レーザー12bがアパチャー15b以外の部分に当たったときには、入力レーザー12bが円錐形シャッター14bの表面の反射材19bで反射される。このとき、入力レーザー12bが円錐形シャッター14bの曲面に照射されるので、反射材19bで反射された入力レーザー12bは、入射側(真上)に戻ることなく、図13Bに示すように、左上方のレーザー吸収ブロック22bに向かう反射光18bとなり、レーザー吸収ブロック22bで吸収される。
Due to the rotation of the
When the
When the
円錐形シャッター14bは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、円錐形シャッター14bの材質や反射材や吸収材の構成、レーザー吸収ブロック22bを冷却する構成は、それぞれ前述した各実施の形態と同様の構成とすることができる。
The
The material of the
円錐形シャッター14bが回転駆動されて、アパチャー15bの位置が変わることにより、レーザー光がON/OFF制御される。これにより、被加工材52に照射される集光レーザー51を、バースト波レーザーとすることができる。
The
本実施の形態の円錐形シャッター14bは、図13Aに示すように、単独でシャッター部のシャッターを構成しても良いが、図1や図11に示した各実施の形態の第2のシャッターユニット31,31aの円筒形シャッター34,34aを組み合わせても良い。
As shown in FIG. 13A, the
上述の本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、表面が反射材19bとされ、レーザー光が通過するアパチャー15bが形成され、中心線を通る軸21bの周りに回転する、円錐形シャッター14bを、光源部と加工部の間に備えている。従って、円錐形シャッター14bを回転させることにより、レーザー光がアパチャー15bを通過する状態と、レーザー光が反射材19bで反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、円錐形シャッター14bを高速で回転させれば、レーザー光のON/OFFを高速で切り替えることが可能になる。
According to the configuration of the laser processing apparatus of the present embodiment described above, the surface is the reflecting
また、円錐形シャッター14bは、軸21bを中心とする回転体であり、強固な立体構造を有し、軸21bを中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、高速で回転させても安定して回転させることができる。
さらに、レーザー光を遮断する際には、円錐形シャッター14bの表面の反射材19bでレーザー光を反射させて、その反射光18bをレーザー吸収ブロック22bで吸収させている。これにより、円錐形シャッター14bが吸収するレーザー光の量を、チョッパー・ディスクと比較して大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器に使用することが可能になる。
Further, the
Further, when blocking the laser light, the laser light is reflected by the reflecting
また、入力レーザー12bを、円錐形シャッター14bの側面に照射していることにより、入力レーザー12bが反射材19bに当たるときに垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻ることがほとんどなく、レーザー発振器の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器にファイバーレーザーを用いた場合、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
Further, since the
そして、ゲート信号のON状態と、アパチャー15bの形状と、制御装置及びラック・ピニオンギアーの制御の組み合わせにより、広範囲なON/OFF制御が可能となる。
A wide range of ON / OFF control is possible by combining the ON state of the gate signal, the shape of the
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置で得られるバースト波により、被加工材である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成して、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。 Also, for example, when pattern processing is performed on the surface of the metal that is the workpiece by the burst wave obtained by the laser processing apparatus of the present embodiment, a fine groove is formed on the surface of the metal, and the adhesive It is possible to improve the adhesion between the metal and other materials via the.
<6.第5の実施の形態>
本発明の第5の実施の形態のレーザー加工装置の概略構成図(斜視図)を、図14A及び図14Bに示す。
本実施の形態では、シャッター部のシャッターとして、図14A及び図14Bに示す多角錐形シャッター14cを用いている。図14Aは、レーザー光が多角錐形シャッター14cを通過する場合を示している。図14Bは、レーザー光が多角錐形シャッター14cで遮断される場合を示している。
なお、光源部及び加工部は、図1に示した第1の実施の形態のレーザー加工装置1と同様の構成である。
<6. Fifth embodiment>
14A and 14B are schematic configuration diagrams (perspective views) of a laser processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the
The light source unit and the processing unit have the same configuration as the
本実施の形態の多角錐形シャッター14cは、多角錐形の外形で側面にレーザー光を通すアパチャー15cが設けられ、中心線を通る軸21cの周りに回転可能な構成とされている。
多角錐形シャッター14cは、表面が反射材19cで形成されている。そして、多角錐形シャッター14cは、図示しないスピンドル・モーターによって、矢印20cで示すように軸21cを中心として回転駆動される。
図14A及び図14Bにおいて、多角錐形シャッター14cは六角錐形状であり、多角錐形シャッター14cには、アパチャー15cが側面の境界の稜を中心とした部分に合計2箇所形成されており、これらのアパチャー15cの間をレーザー光が通過することができる。
アパチャー15cの大きさは、通過するレーザー光の光束より、少し大きい程度となっている。
また、アパチャー15cは、通過するレーザー光の光路が、多角錐形シャッター14cの中心線を通るように形成されている。
そして、多角錐形シャッター14cが回転して、2箇所のアパチャー15cが上下になったときにレーザー光が通るように、光源部と多角錐形シャッター14cが相対配置されている。多角錐形シャッター14cに入力レーザー12cが当たる位置は、多角錐形シャッター14cの中心線の真上にある。
The polygonal pyramid-shaped
The surface of the polygonal pyramid-shaped
14A and 14B, the polygonal pyramid-shaped
The size of the
The
The light source section and the
なお、図14A及び図14Bでは、多角錐形シャッター14cを六角錐形状としているが、多角錐形シャッターは六角錐形状に限定されず、三角錐以上の任意の多角錐の形状を採用することが可能である。より好ましくは、反射光の広がり具合や多角錐形状の作製の容易性などを考慮して、四角錐形状、六角錐形状、八角錐形状のいずれかとする。
14A and 14B, the
回転軸となる軸21cは、多角錐形シャッター14cに一部貫通または表面に溶接、接着またはカシメなどで取り付けられた構成であり、レーザー光は多角錐形シャッター14cの内部を障害物無しに貫通する構成となる。
The
多角錐形シャッター14cの回転により、入力レーザー12cが当たる多角錐形シャッター14cの位置が、アパチャー15c、あるいは、アパチャー15c以外の部分、というように変化する。
入力レーザー12cがアパチャー15cに当たったときは、アパチャー15cを通過して、下側のアパチャー15cから出射されて、出力レーザー13cとなる。
入力レーザー12cがアパチャー15c以外の部分に当たったときには、入力レーザー12cが多角錐形シャッター14cの表面の反射材19cで反射される。このとき、入力レーザー12cが多角錐形シャッター14cの側面もしくは側面の境界の稜付近に照射されるので、反射材19cで反射された入力レーザー12cは、入射側(真上)に戻ることなく、図14Bに示すように、左上方のレーザー吸収ブロック22cに向かう反射光18cとなり、レーザー吸収ブロック22cで吸収される。
Due to the rotation of the
When the
When the
多角錐形シャッター14cは、例えば、金属、セラミック、グラファイト、合成樹脂などにより形成することができる。
また、多角錐形シャッター14cの材質や反射材や吸収材の構成、レーザー吸収ブロック22cを冷却する構成は、それぞれ前述した各実施の形態と同様の構成とすることができる。
The
Further, the material of the
多角錐形シャッター14cが回転駆動されて、アパチャー15cの位置が変わることにより、レーザー光がON/OFF制御される。これにより、被加工材52に照射される集光レーザー51を、バースト波レーザーとすることができる。
The polygonal pyramid-shaped
本実施の形態の多角錐形シャッター14cは、図14Aに示すように、単独でシャッター部のシャッターを構成しても良いが、図1や図11に示した各実施の形態の第2のシャッターユニット31,31aの円筒形シャッター34,34aを組み合わせても良い。
As shown in FIG. 14A, the polygonal pyramid-shaped
上述の本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、表面が反射材19cとされ、レーザー光が通過するアパチャー15cが形成され、中心線を通る軸21cの周りに回転する、多角錐形シャッター14cを、光源部と加工部の間に備えている。従って、多角錐形シャッター14cを回転させることにより、レーザー光がアパチャー15cを通過する状態と、レーザー光が反射材19cで反射されて遮断される状態とを、切り替えることが可能になる。そして、多角錐形シャッター14cを高速で回転させれば、レーザー光のON/OFFを高速で切り替えることが可能になる。
According to the configuration of the laser processing apparatus of the present embodiment described above, the surface is the reflecting
また、多角錐形シャッター14cは、強固な立体構造を有し、回転体である円錐形に近い六角錐形状であり、軸21cを中心として回転動作させるため、回転の際の空気抵抗の影響を受けにくい。これにより、高速で回転させても安定して回転させることができる。
さらに、レーザー光を遮断する際には、多角錐形シャッター14cの表面の反射材19cでレーザー光を反射させて、その反射光18cをレーザー吸収ブロック22cで吸収させている。これにより、多角錐形シャッター14cが吸収するレーザー光の量を、チョッパー・ディスクと比較して大幅に低減することができ、高出力のレーザーをレーザー発振器に使用することが可能になる。
In addition, the
Further, when blocking the laser light, the laser light is reflected by the
また、入力レーザー12cを、多錐形シャッター14cの側面及びその境界の稜に照射していることにより、入力レーザー12cが反射材19cに当たるときに垂直には当たらないため、反射して光源部側に戻ることがほとんどなく、レーザー発振器の損傷を防止することが可能となる。特に、レーザー発振器にファイバーレーザーを用いた場合、反射波に対して影響を受けやすいため、有効である。
Further, since the
そして、ゲート信号のON状態と、アパチャー15cの形状と、制御装置及びラック・ピニオンギアーの制御の組み合わせにより、広範囲なON/OFF制御が可能となる。
A wide range of ON / OFF control is possible by combining the ON state of the gate signal, the shape of the
また、例えば、本実施の形態のレーザー加工装置で得られるバースト波により、被加工材である金属の表面にパターン加工を施した場合には、金属の表面に細かい溝を形成して、接着剤を介した金属と他の材料との接着性を向上することができる。 Also, for example, when pattern processing is performed on the surface of the metal that is the workpiece by the burst wave obtained by the laser processing apparatus of the present embodiment, a fine groove is formed on the surface of the metal, and the adhesive It is possible to improve the adhesion between the metal and other materials via the.
上述の各実施の形態では、反射材で反射した反射光をレーザー吸収ブロックで吸収する構成としていた。そして、レーザー吸収ブロックを、反射光の広がる範囲より少し大きい構成としていた。
本発明では、反射光を吸収するレーザー吸収体は、ブロック状に限定されるものではなく、板状など、その他の構成も可能である。また、レーザー吸収体を設ける範囲は、シャッターの軸の周りの回転駆動や入力レーザー及び出力レーザーの光路を妨げない限り、任意の範囲とすることが可能である。例えば、シャッターの周りを囲んで、入力レーザー及び出力レーザーの光路の部分に開口を設けた構成も可能である。
In the above-described embodiments, the reflected light reflected by the reflecting material is absorbed by the laser absorption block. The laser absorption block is configured to be slightly larger than the range in which the reflected light spreads.
In the present invention, the laser absorber that absorbs reflected light is not limited to a block shape, and other configurations such as a plate shape are possible. Further, the range in which the laser absorber is provided can be set to an arbitrary range as long as it does not hinder the rotational drive around the shutter axis and the optical paths of the input laser and the output laser. For example, a configuration in which openings are provided in the optical path portions of the input laser and the output laser around the shutter is also possible.
上述の各実施の形態では、いずれも、シャッターの回転の軸(シャッターの中心線)の方向と、シャッターを通過するレーザー光の光路の方向とが垂直になっていた。
本発明では、これらの方向が垂直である構成に限定されず、例えば、これら2つの方向のなす角度が90°よりある程度まで小さい構成とすることも可能である。なす角度の許容範囲はシャッターの構成によるが、例えば90°〜45°のような範囲となる。この構成とする場合には、レーザー光の光路に合わせて、シャッターのアパチャーやレーザー吸収ブロックを適切な位置に形成すれば良い。
なお、従来のチョッパー・ディスクの場合は、ディスクの回転軸の方向と通過するレーザー光の光路の方向が平行もしくは平行に近いため、本発明とは構成が異なる。
上述の各実施の形態のように、シャッターの回転の軸の方向とレーザー光の光路の方向を垂直とすると、レーザー加工装置の設計や各部の配置が容易になる利点を有する。
In each of the above-described embodiments, the direction of the axis of rotation of the shutter (center line of the shutter) and the direction of the optical path of the laser light passing through the shutter are perpendicular.
The present invention is not limited to a configuration in which these directions are vertical, and for example, a configuration in which an angle formed by these two directions is smaller than 90 ° may be employed. The permissible range of the angle formed depends on the configuration of the shutter, but is a range of 90 ° to 45 °, for example. In the case of this configuration, the aperture of the shutter and the laser absorption block may be formed at appropriate positions according to the optical path of the laser beam.
In the case of a conventional chopper disk, the configuration is different from the present invention because the direction of the rotation axis of the disk and the direction of the optical path of the laser beam passing therethrough are parallel or nearly parallel.
As in the above-described embodiments, when the direction of the axis of rotation of the shutter is perpendicular to the direction of the optical path of the laser light, there is an advantage that the design of the laser processing apparatus and the arrangement of each part are facilitated.
第1〜第3の各実施の形態では、2つのシャッターユニットを設けていたが、各実施の形態の2つのシャッターユニットのうちのいずれか一方のみでシャッター部を構成することも可能である。 In each of the first to third embodiments, the two shutter units are provided. However, it is also possible to configure the shutter unit with only one of the two shutter units of each embodiment.
本発明において、シャッターから出力される、レーザー光のパルスのデューティー比は、シャッターのアパチャーの間隔で決定される。
この点は、上述した各実施の形態の構成にも当てはまるが、図1や図11の構成などのように、シャッターが複数ある場合には、主にパルス幅を規定するシャッターのアパチャーの間隔によってデューティー比が決定される。
In the present invention, the duty ratio of the laser light pulse output from the shutter is determined by the interval between the apertures of the shutter.
This point also applies to the configuration of each of the above-described embodiments. However, when there are a plurality of shutters as in the configurations of FIGS. 1 and 11, the interval of the aperture of the shutter that mainly defines the pulse width is used. The duty ratio is determined.
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
また、各実施の形態の構成は、本発明の範囲内で、適宜、変形や組み合わせをすることができる。例えば、第2の実施の形態のシャッター14Xで採用していた貫通路を、他の形状(半球形、球形、円錐形、多角錐形)のシャッターにも適用することが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
In addition, the configuration of each embodiment can be appropriately modified or combined within the scope of the present invention. For example, the through path employed in the
1,81 レーザー加工装置、2 レーザー発振器、3 コリメート・レーザー光、4 ビームエクスパンダー、11,11a 第1のシャッターユニット、12,12a,12b,12c,32,32a 入力レーザー、13,13a,13b,13c,33,33a 出力レーザー、14,14Y,14Z,34,34a 円筒形シャッター、14X シャッター、14a 半球形シャッター、14b 円錐形シャッター、14c 多角錐形シャッター、15,15X,15Y,15Z,15a,15b,15c,35,35a,36,36a,37,37a アパチャー、18,18Z,18a,18b,18c,38,38a 反射光、19,19Z,19a,19b,19c,39,39a 反射材、20,20Z,20a,20b,20c,40 回転、21,21Y,21Z,21a,21b,21c,41,41a 軸、22,22Z,22a,22b,22c,42,42a レーザー吸収ブロック、23,43 エアーベアリング、24,44 スピンドル・モーター、25,45 カプラー、26,46 インターフェース、27 貫通路、31,31a 第2のシャッターユニット、48 ラック・ピニオンギアー、50 光学系ユニット、51 集光レーザー、52 被加工材、53 X−Yテーブル、54 X軸方向、55 Y軸方向、56 レーザー加工結果、57 制御装置、60,60a ゲート信号OFF、61,61a ゲート信号ON、62 CWレーザーOFF、62a パルス波レーザーOFF、63 CWレーザーON、63a パルス波レーザーON、65,69 CWバースト波、65a,67,67a,69a,70,70a バースト波、71,72,73 拡大波形 1,81 laser processing apparatus, 2 laser oscillator, 3 collimated laser beam, 4 beam expander, 11, 11a first shutter unit, 12, 12a, 12b, 12c, 32, 32a input laser, 13, 13a, 13b , 13c, 33, 33a Output laser, 14, 14Y, 14Z, 34, 34a Cylindrical shutter, 14X shutter, 14a Hemispherical shutter, 14b Conical shutter, 14c Polygonal cone shutter, 15, 15X, 15Y, 15Z, 15a , 15b, 15c, 35, 35a, 36, 36a, 37, 37a Aperture, 18, 18Z, 18a, 18b, 18c, 38, 38a Reflected light, 19, 19Z, 19a, 19b, 19c, 39, 39a Reflector, 20, 20Z, 20a, 20b, 20c 40 rotations, 21, 21Y, 21Z, 21a, 21b, 21c, 41, 41a shaft, 22, 22Z, 22a, 22b, 22c, 42, 42a laser absorption block, 23, 43 air bearing, 24, 44 spindle motor, 25, 45 coupler, 26, 46 interface, 27 through path, 31, 31a second shutter unit, 48 rack and pinion gear, 50 optical system unit, 51 condensing laser, 52 workpiece, 53 XY table, 54 X-axis direction, 55 Y-axis direction, 56 Laser processing result, 57 Control device, 60, 60a Gate signal OFF, 61, 61a Gate signal ON, 62 CW laser OFF, 62a Pulse wave laser OFF, 63 CW laser ON, 63a Pulse wave laser ON, 65 69 CW burst wave, 65a, 67, 67a, 69a, 70, 70a burst wave, 71, 72, 73 enlarged waveform
Claims (5)
前記円柱形の側面に、もしくは、前記球形の球面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、
複数個のうちの2個の前記アパチャーの間を通過するレーザー光の光路が、前記円柱形の前記中心線、もしくは、前記球形の中心からオフセットされるように、複数個の前記アパチャーが形成され、
前記側面または前記球面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、
前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る
レーザー用シャッター。 It has a cylindrical or spherical outer shape and can be driven to rotate around an axis passing through the center line of the outer shape.
A plurality of apertures are provided on the cylindrical side surface or the spherical spherical surface for allowing laser light to pass through the inside.
The plurality of apertures are formed such that an optical path of laser light passing between two of the plurality of apertures is offset from the center line of the cylindrical shape or the center of the spherical shape. ,
In the side surface or the spherical surface, the surface other than the aperture is a reflector,
A laser shutter comprising a laser absorber that absorbs laser light reflected by the reflecting material.
前記半球形の球面に、もしくは、前記円錐形または前記多角錐形の側面に、レーザー光を内部に通過させるための複数個のアパチャーが設けられ、
前記球面または前記側面において、前記アパチャー以外の表面が反射材であり、
前記反射材で反射されたレーザー光を吸収するレーザー吸収体が配置されて成る
レーザー用シャッター。 It has a hemispherical shape, a conical shape, or a polygonal pyramid shape, and can be driven to rotate around an axis passing through the center line of the outer shape.
A plurality of apertures for allowing laser light to pass therethrough are provided on the spherical surface of the hemisphere or on the side surface of the conical shape or the polygonal pyramid shape,
In the spherical surface or the side surface, the surface other than the aperture is a reflector,
A laser shutter comprising a laser absorber that absorbs laser light reflected by the reflecting material.
前記光源部からのレーザー光に対して、通過と遮断を切り替えるレーザー用シャッターを1つ以上有するシャッター部と、
前記シャッター部を通過したレーザー光を被加工材に照射して、前記被加工材の加工を行う、加工部を備え、
前記シャッター部のそれぞれの前記レーザー用シャッターが、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のレーザー用シャッターの構成である
レーザー加工装置。 A light source unit including a laser oscillator as a light source;
A shutter unit having one or more laser shutters for switching between passing and blocking with respect to the laser light from the light source unit;
Irradiating the workpiece with laser light that has passed through the shutter unit, and processing the workpiece, comprising a processing unit,
Each laser shutter of the shutter unit has the configuration of the laser shutter according to any one of claims 1 to 4. A laser processing apparatus.
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