JPH07276071A - レーザー加工装置とレーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数点を同時加工できるとともに、コンパク
トにかつ安価に構成でき、更に加工点の間隔が狭くても
高品質の加工を可能とする。 【構成】 レーザー光源１０と、レーザー光源１０から
出力されたレーザー光１１を伝送する複数の光ファイバ
ー６、７と、複数の光ファイバー６、７の先端６ａ、７
ａを固定するレセプタクル５と、レセプタクル５が固定
されるとともに複数の光ファイバー６、７の先端６ａ、
７ａから出てくる複数のレーザー光１６、１７をそれぞ
れ異なった焦点位置１４、１５に集光する１組の集光手
段１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光にてスポッ
ト溶接、切断、穴明け、半田付けなどを行うレーザー加
工装置に関し、特にレーザー光の伝送に光ファイバーを
用いたレーザー加工装置とレーザー加工方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の上記方式のレーザー加工装置にお
いては、図１１に示すように、レーザー光源（図示せ
ず）から出力されたレーザー光を光ファイバー２１の基
端に入射させ、この光ファイバー２１の先端を保持する
レセプタクル２２を集光手段２３に固定して構成されて
いる。集光手段２３には通常第１レンズ２４と第２レン
ズ２５が配設されている。

【０００３】以上の構成により光ファイバー２１を伝送
されてきたレーザー光は、光ファイバー２１の先端２１
ａよりある一定の拡り角をもって放出される。放出され
たレーザー光２６は集光手段２３内の第１レンズ２４に
てほぼ平行ビームに修正され、更に第２レンズ２５によ
り焦点２７に集光される。

【０００４】このようなレーザー加工装置において、複
数箇所を同時に加工する場合には、従来は図１２に示す
ようにそれぞれ光ファイバー２１とレセプタクル２２と
集光手段２３とを備えた複数の光ファイバー集光光学系
３０を用いて加工を行うように構成されていた。図１２
においては、ベース３１上のワーク３２を２点同時にス
ポット溶接するため、２組の光ファイバー集光光学系３
０、３０を並用している状態を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
複数箇所を同時に加工するレーザー加工装置において
は、複数組の光ファイバー集光光学系３０、３０が配設
されているため、光学系の占める占有空間が大きくな
り、コストも高くなるという問題があった。特に、同時
に加工する箇所が３点、４点と増加すると、それに伴っ
て占有空間が極端に大きくなるため、多点同時加工は空
間的な配置構成の点から事実上極めて困難となるととも
に非常に高価な構成となるという問題がある。

【０００６】又、ワーク３２が光ファイバー集光光学系
３０に比べて小さい時には、レーザー光２６、２６を互
いに平行に照射することができず、加工点に垂直な方向
に対してある一定角度傾斜した状態で照射しなければな
らず、そのため溶け込み深さが浅くなり、レーザ溶接な
どの加工品質が劣化してしまうという問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、複数
点を同時加工できるとともに、コンパクトにかつ安価に
構成でき、更に加工点の間隔が狭くても高品質の加工が
可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー加工装
置は、レーザー光源と、レーザー光源から出力されたレ
ーザー光を伝送する複数の光ファイバーと、複数の光フ
ァイバーの先端を保持するレセプタクルと、レセプタク
ルが固定されるとともに複数の光ファイバーの先端から
出てくる複数のレーザー光をそれぞれ異なった焦点位置
に集光する１組の集光手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】上記レセプタクルは、光ファイバーの先端
の軸方向の保持位置を変更する位置調整機構を備えるよ
うに構成すると好適である。

【００１０】上記レセプタクルの位置調整機構は、内側
フランジと、該内側フランジを大略覆う外側フランジと
を有し、光ファイバーを保持するための穴が内側フラン
ジと外側フランジとの間に形成されており、内側フラン
ジは複数の押さえ板を備え、各押さえ板は穴内に挿入さ
れた光ファイバーに圧力を作用させるように構成すると
好適である。

【００１１】複数のセットビスを外側フランジの基部を
貫通させて、光ファイバーを保持するための穴内にねじ
込むことにより各押さえ板を押圧するように構成すると
好適である。

【００１２】上記各光ファイバーは押さえ板により穴内
の所望の軸方向位置に保持されるように構成すると好適
である。

【００１３】本発明のレーザー加工方法は、複数の光フ
ァイバーの先端がレセプタクルにより保持された状態で
レーザー光源から出力されたレーザー光を複数の光ファ
イバーにより伝送し、上記レセプタクルが固定された１
組の集光手段により、上記複数の光ファイバーの先端か
ら照射される複数のレーザー光を異なる焦点位置に集光
するようにしたことを特徴とする上記光ファイバーの先
端の軸方向保持位置はレセプタクルにおいて変更可能と
なっていることが好適である。

【００１４】

【作用】本発明によれば、１組の集光手段に対して複数
の光ファイバーを取付け、複数の光ファイバーを伝送さ
れてきてそれぞれの先端から放出されたレーザー光を異
なった焦点位置に集光するようにしているので、複数の
加工点を同時に加工できるとともに集光手段を１組設け
ているだけであるのでコンパクトにかつ安価に構成する
ことができ、また複数のレーザビームを互いの間隔が狭
い状態でかつ平行に近い状態で照射できるため、微小部
品の加工においても加工点に対して垂直に近い方向から
照射でき、高品質の加工が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１６】図１において、１は集光手段であり、その
筒状ケース２内に第１レンズ３と第２レンズ４がその光
軸が中心軸心と一致するように内蔵されている。筒状ケ
ース２の基端２ａにはレセプタクル５が取付けられてい
る。このレセプタクル５は第１の光ファイバー６の先端
６ａと第２の光ファイバー７の先端７ａを所定の位置関
係で保持している。光ファイバー６及び７の基端６ｂ、
７ｂには、これらの光ファイバー６、７にレーザー光を
入射させるためのレンズ８が対向して配置されている。
以上の２つの光ファイバー６、７と単一の集光手段１に
て光ファイバー集光光学系９が構成されている。

【００１７】１０はレーザー光源であり、このレーザー
光源１０から出力されたレーザー光１１の一部がハーフ
ミラー１２で反射して第１の光ファイバー６の基端６ｂ
に入射し、ハーフミラー１２を通過した残りのレーザー
光１１が反射ミラー１３で反射して第２の光ファイバー
７の基端７ｂに入射するように構成されている。

【００１８】次に、以上の構成による作用を説明する。
第１と第２の光ファイバー６、７を通って伝送されてき
たレーザー光１１は、各光ファイバー６、７の先端６
ａ、７ａからある一定の拡り角をもって放出される。放
出されたレーザ光１６、１７はそれぞれ集光手段１の第
１レンズ３によりほぼ平行なビームに修正され、更に第
２レンズ４によりそれぞれ第１の焦点位置１４と第２の
焦点位置１５に集光される。

【００１９】従って、これらの焦点位置１４、１５にワ
ーク１８の加工点を位置決めすることによりスポット溶
接等の加工を行うことができる。この第１と第２の焦点
位置１４、１５の間の間隔は、レセプタクル５における
第１と第２の光ファイバー６、７の先端６ａ、７ａの保
持間隔によって設定される。この焦点位置１４、１５間
の間隔の具体数値を例示すると、従来から汎用されてい
る集光手段１を用いてそのレセプタクル５を交換するだ
けで０．５〜３mm程度の範囲で任意に設定することがで
きる。

【００２０】以上のように、本実施例では１組の集光手
段１に対して２本の光ファイバー６、７を取付けてお
り、これら光ファイバー６、７を通って放出されたレー
ザー光１６、１７が１組の集光手段１でそれぞれ異なっ
た焦点位置１４、１５に集光されるため、多点同時加工
を単一の光ファイバー集光光学系９によって行うことが
でき、小型で安価な多点同時加工用のレーザー加工装置
を提供することができる。また、複数のレーザ光１６、
１７を互いの間隔が狭い状態でかつ平行に近い状態で照
射できるため、微小なワーク１８の複数の加工点に対し
て垂直に近い方向から照射でき、高品質のスポット溶接
等の加工を行うことができる。

【００２１】図２〜図６は、レセプタクルを交換するこ
となく、光ファイバー６の先端６ａの軸方向の保持位置
を変更するための位置調整機構を有するレセプタクル５
０を備える、本発明の他の実施例にかかるレーザー加工
装置を示す。

【００２２】レセプタクル５０は、内側フランジ５４
と、該内側フランジ５４を大略覆う外側フランジ５３と
を有しており、互いに４個のボルト５５により固定され
ている。図２、３に示すように、８本の光ファイバー６
を保持するための８個の穴５４ａが内側フランジ５４と
外側フランジ５３との間に形成されている。

【００２３】各光ファイバー６は、図４に示されるよう
に、保護ビニルカバー６ｃと、該カバー６ｃで覆われた
芯線６ｄとを備えている。

【００２４】複数の光ファイバー６がレセプタクル５０
で保持されるとき、芯線６ｄの先端部分は各光ファイバ
ー６のカバー６ｃの先端部分より突出しており、芯線６
ｄの突出した先端部分は研磨工具で研磨されている。内
側フランジ５４は８個の押さえ板５８を備えている。こ
の押さえ板５８は、外側フランジ５３の基部にねじ込ま
れかつ貫通する上下２つのセットビス５７を穴５４ａ内
に突出させることにより穴５４ａ内に挿入された光ファ
イバー６に対してある圧力を作用させるものである。す
なわち、光ファイバー６がレセプタクル５０により保持
されるとき、光ファイバー６は、該光ファイバー６のカ
バー６ｃの先端部分から芯線６ｄの先端部分が突出した
状態で、所望の穴５４ａ内に挿入されている。光ファイ
バー６が穴５４ａ内に挿入されたのち、２つのセットビ
ス５７がねじ込まれて穴５４ａ内に突出させて上記押さ
え板５８を光ファイバー６に対して押圧させる。従っ
て、光ファイバー６が押さえ板５８と穴５４ａの内側面
との間の所望の軸方向位置で保持される。

【００２５】焦点１４、１５をワーク１８の１つの平面
に形成させるとき、２つの光ファイバー６の芯線６ｄの
先端６ａは図６に示される同じ軸方向位置に保持されて
いる。図７に示すように焦点１４、１５がワーク１８の
高さの異なる平面に形成させるとき、２つの光ファイバ
ー６の芯線６ｄの先端６ａは図５と図６に示される異な
る軸方向位置に保持されている。図７は、２つの焦点１
４、１５で行われたスポット溶接により、ピン１８ｃが
板１８ｄの段差のある面の穴に固定される場合を示す。

【００２６】図８、図９は、２つの光ファイバー６がレ
セプタクル５０にセットされて２つの焦点１４、１５で
行われたスポット溶接により、ピン１８ｆが板１８ｅの
平面の穴に固定される場合を示す。

【００２７】図１０は、３つの光ファイバー６がレセプ
タクル５０にセットされて３つの焦点１４、１５、７０
で行われたスポット溶接により、ピン１８ｈが板１８ｇ
の平面の穴に固定される場合を示す。

【００２８】この他の実施例によれば、所望数の光ファ
イバー６を所望の穴５４ａ内に挿入することができて、
レセプタクル５０を交換することなく、焦点の位置及び
個数、並びに、焦点間の距離を任意に設定することがで
きる。穴５４ａにおける複数の光ファイバー６の位置を
互いに異ならせることにより、スポット溶接用の焦点を
所望のワークの段差のある平面などに形成することもで
きる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、以上の説明から明らか
なように、１組の集光手段に対して複数の光ファイバー
を取付け、複数の光ファイバーを伝送されてきてそれぞ
れの先端から放出されたレーザー光を異なった焦点位置
に集光するようにしているので、複数の加工点を同時に
加工できるとともに集光手段を１組設けているだけであ
るのでコンパクトにかつ安価に構成することができ、ま
た複数のレーザビームを互いの間隔が狭い状態でかつ平
行に近い状態で照射できるため、微小部品の加工におい
ても加工点に対して垂直に近い方向から照射でき、高品
質の加工を行うことができるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザー加工装置の一実施例の構成図
である。

【図２】本発明の他の実施例にかかるレセプタクルの底
面図である。

【図３】図２のレセプタクルのＩＩＩ−ＩＩＩ線の半断
面図である。

【図４】光ファイバーの断面図である。

【図５】光ファイバーがある位置に配置されたレセプタ
クルの半断面図である。

【図６】図５とは異なる位置に光ファイバーが配置され
たレセプタクルの半断面図である。

【図７】焦点が示されたワークの断面図である。

【図８】焦点が示されたワークの斜視図である。

【図９】焦点が示されたワークの断面図である。

【図１０】焦点が示されたワークの斜視図である。

【図１１】従来例のレーザー加工装置の要部の構成図で
ある。

【図１２】従来例の多点同時加工用レーザー加工装置の
要部の構成図である。

【符号の説明】

１ 集光手段 ５、５０ レセプタクル ６、７ 光ファイバー ９ 光ファイバー集光光学系 １０ レーザー光源 １１ レーザー光 １４、１５ 焦点 １６、１７ レーザー光 ５３ 外側フランジ ５４ 内側フランジ ５４ａ 穴 ５７ セットビス ５８ 押さえ板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光源と、レーザー光源から出力
   されたレーザー光を伝送する複数の光ファイバーと、複
   数の光ファイバーの先端を保持するレセプタクルと、レ
   セプタクルが固定されるとともに複数の光ファイバーの
   先端から出てくる複数のレーザー光をそれぞれ異なった
   焦点位置に集光する１組の集光手段とを備えたことを特
   徴とするレーザー加工装置。
2. 【請求項２】 レセプタクルは、光ファイバーの先端の
   軸方向の保持位置を変更する位置調整機構を備えるよう
   にした請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 【請求項３】 レセプタクルの位置調整機構は、内側フ
   ランジと、該内側フランジを大略覆う外側フランジとを
   有し、光ファイバーを保持するための穴が内側フランジ
   と外側フランジとの間に形成されており、内側フランジ
   は複数の押さえ板を備え、各押さえ板は穴内に挿入され
   た光ファイバーに圧力を作用させるようにした請求項２
   に記載のレーザー加工装置。
4. 【請求項４】 複数のセットビスを外側フランジの基部
   を貫通させて、光ファイバーを保持するための穴内にね
   じ込むことにより各押さえ板を押圧するようにした請求
   項３に記載のレーザー加工装置。
5. 【請求項５】 各光ファイバーは押さえ板により穴内の
   所望の軸方向位置に保持されるようにした請求項３に記
   載のレーザー加工装置。
6. 【請求項６】 複数の光ファイバーの先端がレセプタク
   ルにより保持された状態でレーザー光源から出力された
   レーザー光を複数の光ファイバーにより伝送し、上記レ
   セプタクルが固定された１組の集光手段により、上記複
   数の光ファイバーの先端から照射される複数のレーザー
   光を異なる焦点位置に集光するようにしたことを特徴と
   するレーザー加工方法。
7. 【請求項７】 光ファイバーの先端の軸方向の保持位置
   はレセプタクルにおいて変更可能となっている請求項６
   に記載のレーザー加工方法。