JPH052111U - レーザ出射光学機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工において複数種類の被加工物形状
への対応を容易とし、良好な加工結果を得る。 【構成】 光ファイバ１から出射されたレーザ光１４は
コリメートレンズ４で平行光となり、アパーチャ５によ
ってパワー密度分布が弱い周辺部がカットされる。アパ
ーチャ５でパワー密度分布の均一部分が抽出されたレー
ザ光１４は楕円形集光用特殊レンズ７でビーム形状が楕
円形状に集光される。楕円形集光用特殊レンズ７で楕円
形状に集光されたレーザ光１４はシールドガラス８およ
びマスク１０を通って基板１３上の被加工物部品１２上
に照射される。マスク１０はロータリアクチュエータ９
によって駆動され、レーザ光１４の光軸に直交する位置
に回動される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本考案はレーザ出射光学機構に関し、特に光ファイバによって伝送されるレー ザ光を集光レンズで集光して半田付けを行うレーザ加工装置のレーザ出射光学機 構に関する。

【０００２】

【従来技術】

従来、この種のレーザ出射光学機構においては、光ファイバによって伝送され るレーザ光のビーム形状をレーザ光出射部本体外部に固定的に設けられたマスク によって変えるのみで、光ファイバを伝送されてきたときのパワー密度分布がそ のままの状態で外部に出射されている。

【０００３】 このような従来のレーザ出射光学機構では、マスクがレーザ光出射部本体外部 に固定的に設けられているので、一種類の被加工物形状だけしか対応することが できないという欠点がある。

【０００４】 また、光ファイバを伝送されてきたときのパワー密度分布がそのままの状態で 外部に出射されているので、光ファイバの屈折率分布によって集光ビームの周辺 部のパワー密度分布が弱くなり、良好な半田付けを得ることができないという欠 点がある。

【０００５】

【考案の目的】

本考案は上記のような従来のものの欠点を除去すべくなされたもので、複数種 類の被加工物形状に容易に対応することができ、良好な加工結果を得ることがで きるレーザ光出射光学機構の提供を目的とする。

【０００６】

【考案の構成】

本考案によるレーザ光出射光学機構は、光ファイバによって伝送されてきたレ ーザ光を外部に出射するレーザ出射光学機構であって、前記レーザ光のパワー密 度分布の均一部分を抽出する抽出部材と、前記レーザ光の照射形状を可変するマ スク部材と、前記マスク部材と前記レーザ光の光軸とが直交するように前記マス ク部材を駆動する駆動手段とを設けたことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】

次に、本考案について図面を参照して説明する。

【０００８】 図１は本考案の一実施例を示す構成図である。図において、光ファイバ１はコ ア径において均一な屈折率分布を有しており、光ファイバホルダ２によって保持 されている。

【０００９】 この光ファイバ１から出射されたレーザ光１４はコリメートレンズ４で平行光 となり、アパーチャ５によってパワー密度分布が弱い周辺部がカットされる。す なわち、アパーチャ５によってレーザ光１４のパワー密度分布の均一な部分のみ が抽出される。

【００１０】 このアパーチャ５によってパワー密度分布の均一な部分が抽出されたレーザ光 １４は、レンズ固定輪６によって固定された楕円形集光用特殊レンズ（例えばシ リンドリカルレンズなど）７でビーム形状が楕円形状に集光される。楕円形集光 用特殊レンズ７で楕円形状に集光されたレーザ光１４はシールドガラス８および マスク１０を通って基板１３上の被加工物部品１２上に照射される。

【００１１】 ここで、光ファイバホルダ２と、コリメートレンズ４と、アパーチャ５と、レ ンズ固定輪６と、楕円形集光用特殊レンズ７と、シールドガラス８とは夫々出射 光学系本体３に取付けられている。また、シールドガラス８は被加工物部品１２ の加工時に生じる飛散物から楕円形集光用特殊レンズ７を保護するために設けら れている。

【００１２】 マスク１０はロータリアクチュエータ９によって駆動され、レーザ光１４の光 軸と直交する位置に回動される。このとき、マスク１０の回動動作は出射光学系 本体３に取付けられたマスクストッパ１１によって停止され、マスク１０の位置 決めが行われる。

【００１３】 図２は図１の光ファイバ１を伝送されるレーザ光１４のパワー密度分布を示す 図である。図２（ａ）は光ファイバ１の断面の屈折率分布を示す図であり、図２ （ｂ）は光ファイバ１から出射されたレーザ光１４のパワー密度分布を示す図で あり、図２（ｃ）はコリメートレンズ４およびアパーチャ５を透過後のレーザ光 １４のパワー密度分布を示す図である。

【００１４】 これらの図において、光ファイバ１はコア部１ａとクラッド部１ｂとからなっ ており、図２（ａ）に示すように、コア部１ａとクラッド部１ｂとでは各々屈折 率が異なっている。よって、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ１から出射さ れたレーザ光１４は周辺部においてパワー密度分布が弱くなっている。

【００１５】 このレーザ光１４がコリメートレンズ４およびアパーチャ５を透過すると、ア パーチャ５によってレーザ光１４のパワー密度分布が弱い周辺部がカットされ、 図２（ｃ）に示すように、パワー密度分布が均一の部分のみがアパーチャ５から 出射されることになる。よって、被加工物部品１２の加工がレーザ光１４のパワ ー密度分布が均一の部分のみで行われるため、均一でかつ良好な加工結果を得る ことができる。

【００１６】 図３は図１のマスク１０を使用しないときのレーザ光１４の軌跡を示す図であ る。図において、マスク１０がロータリアクチュエータ９によって駆動されて矢 印Ａの方向に回動されると、光ファイバ１から出射されたレーザ光１４がコリメ ートレンズ４とアパーチャ５と楕円形集光用特殊レンズ７とを通って被加工物部 品１２上に照射される。よって、被加工物部品１２上のビーム集光形状１４ａは 楕円形状となる。

【００１７】 図４は図１のマスク１０を使用したときのレーザ光１４の軌跡を示す図である 。図において、マスク１０がロータリアクチュエータ９によって駆動されて矢印 Ｂの方向に回動されると、光ファイバ１から出射されたレーザ光１４がコリメー トレンズ４とアパーチャ５と楕円形集光用特殊レンズ７とマスク１０とを通って 被加工物部品１２上に照射される。このとき、マスク１０上のビーム集光形状１ ４ｂは楕円形集光用特殊レンズ７によって楕円形状となるが、ビーム集光形状１ ４ｂの長軸方向の両端がマスク１０によってカットされるので、被加工物部品１ ２上のビーム集光形状１４ｃは矩形形状となる。

【００１８】 これら図３および図４から明らかなように、マスク１０をロータリアクチュエ ータ９によって矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に駆動することによって、被加工物部 品１２上には楕円形状および矩形形状の２種類のビーム集光形状１４ｂ，１４ｃ を形成することができる。したがって、ロータリアクチュエータ９によるマスク １０の駆動によって、２種類の被加工物形状に対応することができる。

【００１９】 図５は本考案の他の実施例におけるマスク形状とビーム集光形状との関係を示 す図である。図において、本考案の他の実施例によるマスク１５には矩形のレー ザ光透過部１６が２か所設けられており、これらレーザ光透過部１６によってビ ーム集光形状１４ｂの長軸方向がカットされることで、被加工物部品１２上のビ ーム集光形状１４ｄは２個の矩形形状となる。

【００２０】 図６は本考案の別の実施例におけるマスク形状とビーム集光形状との関係を示 す図である。図において、本考案の他の実施例によるマスク１７には円形のレー ザ光透過部１８が３か所設けられており、これらレーザ光透過部１８によってビ ーム集光形状１４ｂの長軸方向がカットされることで、被加工物部品１２上のビ ーム集光形状１４ｅは３個の円形形状となる。

【００２１】 図３に示すマスク１０と、図５に示すマスク１５と、図６に示すマスク１７と を各々対応するロータリアクチュエータやソレノイドによって駆動させるか、あ るいは１個のロータリアクチュエータやソレノイドによってマスク１０，１５， １７を駆動すれば、複数種類の異なった形状の被加工物でも周囲を焼損すること 無く、被加工部分だけにレーザ光１４を照射することができる。

【００２２】 すなわち、１つの出射光学系本体３に複数種類のマスク１０，１５，１７を取 付ければ、被加工物形状の種類にあわせて複数の出射光学系を用意しなくとも、 該出射光学系本体３だけで複数種類の被加工物に対する加工を行うことができる 。また、該出射光学系本体３を多軸または多関節ロボットに装着すれば、フレキ シブルなライン化にも対応することができる。

【００２３】 このように、光ファイバ１によって伝送されてきたレーザ光１４のパワー密度 分布の均一部分をアパーチャ５で抽出することによって、被加工物部品１２の加 工をレーザ光１４のパワー密度分布が均一な部分のみで行うことができるので、 均一でかつ良好な加工結果を得ることができる。

【００２４】 また、マスク１０とレーザ光１４の光軸とが直交するようにマスク１０をロー タリアクチュエータ９によって駆動して該レーザ光１４の照射形状を可変するよ うにすることによって、複数種類の被加工物形状に容易に対応することができる 。よって、被加工物部品１２のみにレーザ光１４を照射することができ、被加工 物部品１２の周辺に熱に弱い素材や基板を用いた場合でも、それらの素材や基板 が焼損したり溶融したりすることなく、被加工物部品１２へのレーザ光１４の照 射を行うことができる。

【００２５】 尚、本考案の一実施例では楕円形集光用特殊レンズ７を用いてレーザ光１４の ビーム形状を楕円形状としているが、通常の集光レンズを用いてレーザ光１４の ビーム形状を円形としてもよい。また、マスク形状を図３と図５と図６とに夫々 示すような形状以外の形状としてもよく、マスクを駆動する駆動手段をロータリ アクチュエータやソレノイド以外のものとしてもよいことは明白であり、これら に限定されない。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、光ファイバによって伝送されてきたレー ザ光のパワー密度分布の均一部分を抽出するとともに、該レーザ光の照射形状を 可変するマスク部材を該マスク部材とレーザ光の光軸とが直交するように駆動す ることによって、複数種類の被加工物形状に容易に対応することができ、良好な 加工結果を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１の光ファイバを伝送されるレーザ光のパワ
ー密度分布を示す図である。

【図３】図１のマスクを使用しないときのレーザ光の軌
跡を示す図である。

【図４】図１のマスクを使用したときのレーザ光の軌跡
を示す図である。

【図５】本考案の他の実施例におけるマスク形状とビー
ム集光形状との関係を示す図である。

【図６】本考案の別の実施例におけるマスク形状とビー
ム集光形状との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ４ コリメートレンズ ５ アパーチャ ７ 楕円形集光用特殊レンズ ９ ロータリアクチュエータ １０，１５，１７ マスク １４ レーザ光 １４ａ〜１４ｅ ビーム集光形状

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 光ファイバによって伝送されてきたレー
   ザ光を外部に出射するレーザ出射光学機構であって、前
   記レーザ光のパワー密度分布の均一部分を抽出する抽出
   部材と、前記レーザ光の照射形状を可変するマスク部材
   と、前記マスク部材と前記レーザ光の光軸とが直交する
   ように前記マスク部材を駆動する駆動手段とを設けたこ
   とを特徴とするレーザ出射光学機構。