JPH0619111B2 - レ−ザスキヤニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザビームにより方向性電磁鋼板の絶縁被膜
を疵つけずに磁気特性を向上させるレーザスキャニング
装置に関する。

（従来の技術） YAGレーザ， CO₂レーザ等のレーザは、そのビームを方
向性電磁鋼板（以下鋼板という。）の表面に照射して、
該鋼板の磁区を細分化し磁気特性の改善に適用されるこ
とは、例えば特公昭57-2252 により公知である。さらに
最近、その際レーザビームを鋼板上で適当な大きさ，形
状にコントロールすることで、鋼板表面の絶縁被膜を疵
つけずに磁気特性を改善するためのレーザ照射について
検討されている。例えば特開昭59-35893では、鋼板に照
射するレーザビームの断面形状を楕円として照射し、絶
縁被膜の損傷を回避して鉄損特性を改善している。これ
にて用いられる装置の特徴は回転多面鏡にてスキャニン
グする方式であり、回転多面鏡と鋼板の間にシリンドリ
カルレンズを配置し、該シリンドリカルレンズでレーザ
をスキャニング方向に垂直な方向のみを集光し、スキャ
ニング方向に長軸をもつ楕円形ビームを作り、鋼板に照
射するようにしている。これによるとレーザは鋼板に楕
円形にて照射されるという作用がある。しかしこれでは
スキャニング幅と同一の長さをもつシリンドリカルレン
ズが必要となる。

一方、ハイパワーレーザに使用できる光学材料として、
例えばZnSe製のシリンドリカルレンズがあるが、大形の
ものは高価であり、長さは100 mm程度のものしか現状で
は製作できない。よって幅の広い鋼板をスキャニングす
るためには、レーザ照射装置を幅方向に多数並べる必要
があり、装置が大形化する等不都合がある。

この他にレーザビームを楕円形にして鋼板に照射する装
置が、特開昭59-92191に提案されている。これは固定ミ
ラーで反射されたレーザを対角ミラーと円筒レンズで
（シルンドリカルレンズ）からなる回動装置に入力し、
該対角ミラーにより偏向されて円筒レンズを通しレーザ
の一方のみを集光し、鋼板面上でスキャニング方向に長
軸をもつ楕円形にて照射するようにしている。これでは
円筒レンズは小型でよくスキャニング幅も広くすること
が可能である。しかし、スキャニング区間のセンターと
両エッジとでは円筒レンズから鋼板面までの光路長に差
ができ、スキャニング区間を広くとればとるほどこの差
は大きくなる。

（発明が解決しようとする問題点） つまり鋼板面上での集光レーザビーム形が鋼板の幅方向
で異なっており、スキャニングの全区間にわたってビー
ムを均一な楕円形状に集光できない。このことは方向性
電磁鋼板の磁性向上効果に大きな悪影響をおよぼす。こ
の対策として該装置では鋼板をスキャニング方向に湾曲
させこの光路長差を解消している。このため、これでは
鋼板を湾曲させる装置が必要で、設備的に余分のものを
要することになる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は簡単な設備構成でもって、レーザビームを楕円
形ビームとして広い範囲にわたって照射する装置を目的
とするものである。その技術的骨子はレーザビームを回
転多面鏡，放物面鏡を設けた光学系を用いてレーザをス
キャニング照射する装置において、前記回転多面鏡の入
側に、シリンドリカルミラーまたはシリンドリカルレン
ズを設けたことを特徴とするところにある。

次に本発明について一実施例にもとづいて図面を参照し
て述べる。

図面において、ｘ軸はスキャニング方向、ｙ軸は鋼板搬
送方向、ｚ軸はレーザ照射方向を示す。

まず、第３図（イ）（ロ）（ハ）を参照してレーザスキ
ャニングの概要について述べる。

レーザビーム１は回転多面鏡２で反射され、放物面鏡３
にて該放物面鏡３の焦点距離ｆだけ離れた鋼板面４にて
微小な円形ビームとして集光する。回転多面鏡２を図に
示すような時計回りに回転させると、鋼板面４上では左
から右へ集光ビームはスキャニングを行なう。前記回転
多面鏡と放物面鏡を設けたものはｆ・θスキャニング系
と呼ばれるものである。

この光学系の特徴は回転多面鏡２と放物面鏡３との反射
面間の距離ｌを式のようにすると、式に示すスキャ
ニング区間Ｌにおいて集光ビーム形状およびビーム走査
線速度がほぼ一定となり、広い区間にわたって均一なビ
ームでスキャニングできることである。

放物面鏡３からその焦点距離ｆはなれた鋼板面４におい
てレーザビームは一番小さく集光され、その前後ではレ
ーザビームはボケている。焦点位置での集光ビーム径を
式に示す。

d_o：集光ビーム直径 λ：レーザ波長 ｆ：放物面鏡の焦点距離 Ｄ：放物面鏡への入射レーザビーム直径 また焦点位置よりｚ軸方向に上，下に各々αだけはなれ
た位置５，６におけるレーザビーム径を式に示す。

第３図（ハ）に焦点位置に相当する鋼板面４でのビーム
形状７と前記鋼板面４よりαだけはなれた位置５，６で
のビーム形状８，９を示す。

次に本発明の適用によってこの円形の集光ビームをスキ
ャニング方向に長軸をもつ楕円形にする一例を述べる。
第１図（イ）（ロ）に示すようにシリンドリカルミラー
10を回転多面鏡２の入側に配置する。このシリンドリカ
ルミラー10は、その軸方向10−１を回転多面鏡２の回転
軸２−１と平行にして、そのミラー面で反射されたレー
ザビームが回転多面鏡２に入射されるように、回転多面
鏡２に対向して設ける。しかして、該シリンドリカルミ
ラー10はｙｚ平面内では単にレーザビームを反射するだ
けであり、その平面方向のレーザビームの大きさは変化
せずに回転多面鏡２に入射される。このため回転多面鏡
２と放物面鏡３を介して照射されるレーザービームにお
いては、スキャニング方向と直交する方向はシリンドリ
カルミラー10がない場合と同様に放物面鏡３から該放物
面鏡の焦点距離ｆだけはなれた位置にて微小な大きさに
集光される。一方、該シリンドリカルミラー10はｚｘ平
面内で凹形ミラーとして集光効果をもつために、その平
面内でレーザビームは絞られて回転多面鏡２に入射され
る。このため回転多面鏡から放物面鏡３を介して照射さ
れるレーザビームのスキャニング方向は、放物面鏡３の
焦点距離ｆより近い位置５に最小に集光する。従ってレ
ーザビームはスキャニング方向とそれと直交する方向で
集光する位置が異なることになり、鋼板面４（放物面鏡
３の焦点距離ｆ）でのレーザビームの断面形状は第１図
（ハ）の11で示す形状を呈し、前記位置５での断面形状
は第１図（ハ）の12で示す形状を呈する。

以上のことから明らかなように、シリンドリカルミラー
10を回転多面鏡２の入側に、その軸方向10−１を回転多
面鏡２の回転軸２−１と平行にして配設することによっ
て、鋼板面４にてスキャニング方向に長軸を持つ楕円形
レーザビームが形成され、スキャニングを行なうことが
でき、鋼板に疵を与えることなく磁区の細分化が行え
る。

集光ビームをスキャニング方向に長軸をもつ楕円形にす
る他の方式を第２図（イ）（ロ）（ハ）に示す。これは
前記第１図（イ）（ロ）においての凹形シリンドリカル
ミラー10を凸形シリンドリカルレンズ10Aに変更したも
のであり、同様の装置となる。ただしこの場合ｚｘ平面
内にて凸形ミラーが発散効果をもつため、放物面鏡３の
焦点距離ｆより遠い位置６にて集光する。鋼板面（焦点
距離）４の位置でのビーム形状を13、６でのビーム形状
を14に示す。また、上記実施例におけるシリンドリカル
ミラーをシリンドリカルレンズとしても同等の効果があ
る。

（実施例） 次に実施例を示す。

第１図（イ）（ロ）に示す装置にて放物面鏡３の焦点距
離ｆ＝380mm,凹シリンドリカルミラー10の曲率半径2500
〜1000mmのものを用いレーザビームを鋼板表面上で長軸
８〜20mmの楕円形ビームにてスキャニングを行ない、10
数％の鉄損減少効果が得られ、絶縁被膜の損傷は認めら
れなかった。この時の有効スキャニング区間は、240mm
で幅広い範囲にわたって所定の楕円形ビームにて照射さ
れたことが実証された。

（発明の効果） 本発明は以上のように簡単な装置構成にしてスキャニン
グ方向に長軸をもつ楕円形レーザビームで幅の広いスキ
ャニング区間の全区間にて、その形状が均一となるレー
ザスキャニング装置であり、方向性電磁鋼板に照射する
ことで、絶縁被膜に疵をつけることなく磁気特性を向上
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図。第２図は本発明の
他の実施例を示す図。第３図はレーザスキャニング装置
の概要を説明するための図。 １……レーザビーム、２……回転多面鏡、３……放物面
鏡、４……鋼板面、10，10A ……シリンドリカルミラ
ー、11,12,13,14 ……レーザビームの断面形状。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザビームを回転多面鏡，放物面鏡を設
   けた光学系によりスキャニングし照射する装置におい
   て、 前記回転多面鏡の入側に、シリンドリカルミラーまたは
   シリンドリカルレンズを、その軸方向を前記回転多面鏡
   の回転軸と平行にして設けたことを特徴とするレーザス
   キャニング装置。