JPH0756028A

JPH0756028A - 光ファイバ保持体及びそれを用いたレーザ加工装置

Info

Publication number: JPH0756028A
Application number: JP6041229A
Authority: JP
Inventors: Hiromoto Ichihashi; 宏基市橋; Nobuaki Furuya; 伸昭古谷; Hajime Oda; 元小田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、レーザ加工装置に関し、加工に用
いるレーザビームの発散角を小さくすることにより、縮
小投影レンズによるレーザビームの蹴られによっておこ
る光量の減少を抑制し、光の有効利用率を高めることを
目的とする。さらに、レーザ加工装置に適した光ファイ
バ保持体を提供することを目的とする。【構成】レーザ加工装置において、光ファイバを束ね
るフォルダ２２の内部で、個々の光ファイバー２１が互
いに交差しないように光ファイバ２１を延在させる光フ
ァイバ保持体１３を用い、光ファイバ保持体１３内の光
ファイバ２１を伝播するレーザビームへの影響を排除し
て加工に用いるレーザビームの発散角を小さくし、縮小
投影レンズによる蹴られをなくしレーザビームの有効利
用率を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ保持体及び
レーザビームを用いて、穴加工、パターン加工、切断等
を行うレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ光源を用いた製品等の加工
への応用は、盛んに行われるようになり、特に、炭酸ガ
スレーザやＹＡＧレーザを中心に用いた金属加工の分野
においては、加工方法として確立されている。

【０００３】更に、最近になって、紫外領域のレーザビ
ームを用いるため、微細な加工が可能であるエキシマレ
ーザを利用した加工が、脚光を浴び始めている。

【０００４】このエキシマレーザによる加工の特徴とし
て、その加工のメカニズムが、高いフォトンエネルギー
による非熱加工であるがため、加工された面が熱加工に
よるものに比べ、変形の発生が少ないということがあげ
られる。

【０００５】同時に、パルス発振による加工であるため
に、パルス数に応じて加工量の制御が可能であるという
特徴をも有している。

【０００６】さて、一回の加工工程における加工箇所を
増加させ、被加工製品の量産化に対応できるように、一
台のレーザに多数の加工ヘッドを有する加工装置も開発
されてきている。

【０００７】その一例として、図７に、特開昭６１−１
０３６８８号公報が開示する加工装置の構成を示す。

【０００８】図７において、７１はレーザ光源、７２は
集光レンズ、７３は光ファイバ、７４は光ファイバ束、
７５は治具、７６は被加工物である。

【０００９】ここで、多数本の光ファイバ７３を束ねた
光ファイバ束７４の一方の端部７４ａは、集光レンズ７
２を介して、レーザ光源７１に対向している。

【００１０】一方、他方の端部７４ｂは、被加工物７６
の加工すべき形状７６ａと、略同じ形状の治具７５の周
囲に、略等間隔に配置された後固定され、被加工物７６
に近接して位置される。

【００１１】このような構成において、光源７１よりの
レーザビームは、光ファイバ束７４の端部７４ａより、
各光ファイバ７３に入り、他端７４ｂより、被加工物７
６を照射し、同時に多点の切断または溶接を可能として
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、光ファイバ７３を束ねている部分にあ
たる光ファイバ束７４の端部７４ａの特に近傍付近にお
いて、その束ね方によっては、光ファイバ７３が互いに
交差したままで束ねられ、その結果、光ファイバに不要
な曲がりが生じてしまう。

【００１３】本願発明者の検討による光ファイバの湾曲
の曲率半径と光ファイバから出射されるレーザビームの
発散角との関係を示す図６を参照すると、光ファイバの
曲率半径の減少、即ち湾曲の増大にともなって、光ファ
イバの出射端面から出射されるレーザビームの発散角が
大きくなる。

【００１４】従って、従来の構成にように光ファイバに
不要な曲がりが生じていると、光ファイバの出射端面と
被加工物の間に縮小投影レンズをおいた場合などは、縮
小投影レンズの開口数が有限であるために、大きな発散
角で光ファイバから出射されたレーザビームが蹴られて
しまい、光量が減衰し、その結果レーザビームの有効利
用率の低下を招いてしまうことになる。

【００１５】一方、レーザ光源としてエキシマレーザを
用いた場合、光ファイバの被覆部分を高いフォトンエネ
ルギにより破壊してしまうので、光ファイバーを束ねて
いる部分の入射端面近傍の光ファイバは、その被覆を剥
いた状態で束ね、光ファイバを束ねているフォルダ部材
の内部では、被覆で覆われているのが一般的である。

【００１６】このため束ね方によっては、被覆に覆われ
ている部分と覆われていない部分との境界で、より大き
な曲がりが生じる場合がある。

【００１７】その結果、光ファイバの出射端面から出射
されるレーザビームの発散角が大きくなり、ファイバの
出射端面と被加工物の間に縮小投影レンズをおいた場合
においては、より多くのレーザビームが蹴られてしま
い、光量が減衰しレーザビームの有効利用率の低下を招
いてしまうという課題を有していた。

【００１８】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、ファイバの出射端面から出射するレーザビーム
の発散角を小さくし、縮小投影レンズによるレーザビー
ムの蹴られによって発生する光量の減衰を軽減し、レー
ザビームの有効利用率を高めたレーザ加工装置およびそ
のレーザ加工装置に好適な光ファイバ保持体を提供する
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、レーザ発振器と、光ファイバを少なくとも
２本以上束ねレーザ発振器より発振されたレーザビーム
が導入される導入端と導入端に対応した出射端を有しレ
ーザビーム分割伝送体として機能する光ファイバ保持体
と、光ファイバの各出射端面を投影する縮小投影光学系
とを備え、光ファイバ保持体の導入端において各光ファ
イバが互いに接するように配置され、かつ光ファイバ保
持体の内部の各光ファイバは互いに交差しないよう配置
されているレーザ加工装置である。

【００２０】または、光ファイバ保持体の導入端及び出
射端において光ファイバ束の形状が相似形であり、かつ
導入端における各光ファイバの位置と出射端における各
光ファイバの位置が、互いに等価な位置として対応して
いる構成であってもよい。

【００２１】または、光ファイバ保持体の導入端におい
て各光ファイバが互いに接するように配置され、光ファ
イバ保持体の内部において、導入端から出射端へ向っ
て、光ファイバの配列が放射状に広がる構成であっても
よい。

【００２２】この場合は、光ファイバ保持体の内部にお
いて、導入端から出射端へ向って、光ファイバの配列が
放射状に広がりかつ光ファイバの各々は直線状である構
成をとることもできるし、光ファイバ保持体の内部にお
いて、導入端から出射端へ向って、光ファイバの配列が
放射状に広がりかつ放射状に広がる光ファイバの中心の
光ファイバは直線状であり、その他の光ファイバは少な
くともその一部が湾曲した構成をとることもできる。

【００２３】また、光ファイバ保持体の導入端およびそ
の近傍において、光ファイバが直線状でありかつ平行に
並べられ、その光軸と導入端に導入されるレーザビーム
の光軸は平行であってもよい。

【００２４】また、光ファイバ保持体の内部で、少なく
とも一本の光ファイバが湾曲する場合は、そのコア径の
５００倍以上の曲率半径で湾曲するように配置してもよ
い。

【００２５】そして、以上のような構成のレーザ加工装
置の光源にエキシマレーザを用いるような構成でもよ
い。

【００２６】さらに、本発明の光ファイバ保持体は、上
記のようなレーザ加工装置に好適に使用可能な構成を有
する。

【００２７】

【作用】本発明は上記構成によって、光ファイバが交差
して交わらず、その結果光ファイバの出射端面から出射
されるレーザ光線の発散角を小さくすることで縮小投影
レンズによるレーザビームの蹴られを減らし、光量の減
少を抑制する。

【００２８】また、光ファイバ保持体の両端での光ファ
イバ束の形状を等しくし、個々の光ファイバの相対的位
置を等しくしたような構成にすることにより、光ファイ
バが交差して交わらないようにすることが可能であるの
みならず、かつ光ファイバの歪みや湾曲を軽減し、その
結果光ファイバの出射端面から出射されるレーザビーム
の発散角を小さくして縮小投影レンズによるレーザ光線
の蹴られを減らし、光量の減少を抑制する。

【００２９】また、光ファイバ保持体の内部において、
導入端から出射端に向けて放射状に広がるように並べら
れ、かつ個々の光ファイバがそれぞれ直線状になるよう
な構成にすれば、光ファイバの歪みや湾曲はなくなり、
その結果光ファイバーの出射端面から出射されるレーザ
ー光線の発散角を小さくして縮小投影レンズによるレー
ザ光線の蹴られを減らし、光量の減少を抑制する。

【００３０】また、光ファイバ保持体の導入端で個々の
光ファイバをレーザビームに平行に並べ、出射端で光フ
ァイバが放射状に延在するような構成にすれば、レーザ
ビームが光ファイバに平行に入射するため、光ファイバ
ーの出射端面から出射されるレーザー光線の発散角がよ
り小さくなり、縮小投影レンズによるレーザ光線の蹴ら
れを減らし、光量の減少を抑制する。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。

【００３２】図１は、本発明の第１の実施例におけるレ
ーザ加工装置の全体構成を示す図である。

【００３３】また、図２（ａ）は、本発明の第１の実施
例におけるレーザ加工装置の中の光ファイバを束ねてい
る部分であるフォルダ部の構成を示す図である。

【００３４】これは、図１のレーザ加工装置の全体図に
おけるフォルダ部分の構成の詳細を示すものである。

【００３５】また、図２（ｂ）は、図２（ａ）における
断面ＡＡの構成を示した断面図である。

【００３６】図１において、１１はエキシマレーザ発振
器、１２は均一化光学系、１３はフォルダ、１４は光フ
ァイバ、１５は縮小投影レンズ、１６は被加工物であ
る。

【００３７】また、図２において、２１は光ファイバの
各々を示し、１３は小径の部分と大径の部分を有して光
ファイバ２１を束ねるフォルダであり、光ファイバ２１
は、フォルダ１３内に充填材２２により固定されてい
る。

【００３８】このフォルダ１３内において、隣合う光フ
ァイバ２１は、小径部のレーザビーム導入部分では、図
２（ｂ）に示されるように、入射されるレーザビームの
利用効率を高めるために互いに接するように配置され、
その後の大径部では、レーザビームの出射側に向かうに
したがって、互いに交差しないように互いの距離を略均
等に拡大しながら延在して配置されている。

【００３９】次に、以上のように構成されたフォルダ１
３を用いたレーザ加工装置の動作について、図１をも参
照しながら説明する。

【００４０】図１において、エキシマレーザ発振器１１
から発振されたレーザビームは、均一化光学系１２でビ
ームの整形、強度分布の均一化等をされた後、フォルダ
１３によって束ねられている光ファイバ２１からなる光
ファイバ束に導入される。

【００４１】この導入されたレーザビームは、光ファイ
バ２１により分割され、フォルダ１３から出射した後
は、光ファイバ２１に連絡された個々の光ファイバー１
４中を伝播される。

【００４２】この光ファイバ２１、１４の双方は、石英
ファイバーを用いることが好適である。

【００４３】そして、光ファイバ１４中を伝播され、そ
の出射端から出射したレーザビームは、縮小投影レンズ
１５により被加工物１６上に集光され、実際に被加工物
を加工する。

【００４４】本実施例のように、フォルダ１３の内部
で、個々の光ファイバ２１を互いに交差しないように構
成された光ファイバ束を用いれば、各光ファイバ同士が
交差することにより発生する光ファイバ内の伝播光に対
する影響を効果的に排除することができ、その結果、光
ファイバ２１、１４から出射されるレーザビームの発散
角を小さく抑えることができ、縮小投影レンズ１５によ
る光線の蹴られの結果おこる光量の減少をきわめて低減
することができる。

【００４５】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置において光ファイバを束ねているフォルダ部の
内部で、光ファイバ束の各光ファイバを、互いに交差し
ないように配置した構成とすることにより、光ファイバ
の出射端面から出射するレーザビームの発散角を小さく
することができ、結果として、縮小投影レンズによるレ
ーザビームの蹴られによって発生する光量の減少を、効
果的に減少することができ、レーザビーム加工装置にお
けるレーザビームの利用率を効果的に増大することがで
きる。

【００４６】なお、本実施例では、光ファイバ２１は３
×３の配列で計６本用いているが、加工箇所の増減等に
対応し必要に応じて、配列の変更、光ファイバ数の増減
が可能である。

【００４７】また、本実施例では、光ファイバ２１は、
フォルダ１３の大径部では、レーザビームの出射側に向
かうにしたがって、互いに交差しないように互いの距離
を略均等に拡大しながら延在して配置されているが、フ
ォルダ１３内で光ファイバ２１が互いに交差しないよう
な配置であれば他の構成をとることも可能である。

【００４８】例えば、光ファイバ２１同士を略等しい間
隔を保ったまま互いに交差しないように延在させること
等も可能であり、この場合は、大径部の径を、小径部と
実質的の同程度の大きさとすることができる。

【００４９】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００５０】図３は、本発明の第２の実施例におけるレ
ーザ加工装置の中の光ファイバを束ねている部分のフォ
ルダの構成図である。

【００５１】これは、図１のレーザ加工装置の全体図に
おけるフォルダ１３の外観とその内部構成を示すもので
ある。

【００５２】具体的には、図３（ａ）は本発明の第２の
実施例の光ファイバを束ね小径部および大径部を有する
フォルダ部の全体図を示し、図３（ｂ）は本発明の第２
の実施例における光ファイバを束ねているフォルダ部の
レーザビーム導入端をレーザビームの光軸方向から見た
図であり、図３（ｃ）は本発明の第２の実施例における
光ファイバを束ねているフォルダ部のレーザビーム出射
端をレーザビームの光軸方向から見た図である。

【００５３】図３において、３１は光ファイバ、３２は
光ファイバ３１を覆う被覆部、３３は光ファイバを束ね
るフォルダ、３４は充填材、３５はレーザビーム導入
端、３６はレーザビーム出射端である。

【００５４】図３（ｂ）に示されるように、フォルダ３
３の導入端３５において、各々の光ファイバ３１は、被
覆３２が除去された状態で束ねられ、かつ入射されるレ
ーザビームの利用効率を高めるために互いに接するよう
配置されている。

【００５５】一方、図３（ｃ）で示されるように、導入
端３５に対向した出射端３６において、各々の光ファイ
バ３１は、被覆３２で覆われた状態で束ねられている。

【００５６】そして、フォルダ３３の導入端３５と出射
端３６において、このように束ねられた光ファイバ束の
断面の形状は互いに相似な関係にある。

【００５７】更に、光ファイバー束中の個々の光ファイ
バ３１の配置についても、導入端３５における光ファイ
バ束内の各光ファイバ３１の位置と、出射端３６におけ
る光ファイバ束内の各光ファイバ３１の位置とが互いに
等価な位置として対応するするように、即ち、導入端３
５、および出射端３６で、光ファイバ３１がＭ×Ｎ
（Ｍ、Ｎは１以上の自然数：図示の場合は３×３）の配
列になっていると、導入端３５における位置（ｍ、ｎ）
にある光ファイバ３１は、出射端３６においてその対応
する位置（ｍ、ｎ）に連絡するように配置されている
（１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ）。

【００５８】そして、更に、フォルダ３３内部におい
て、導入端３５から出射端３６に向けて延在する各光フ
ァイバ３１の配置の構成は、その湾曲が、スムーズかつ
最小になるように束ねられている。

【００５９】以上のように構成されたフォルダ３３を用
いたレーザ加工装置について、図１をも用いながらその
動作を説明する。

【００６０】まず、エキシマレーザ発振器１１から発振
されたレーザビームは、均一化光学系１２でビームの整
形等をされた後、フォルダ１３、即ち、具体的には図３
において示されるフォルダ３３、によって束ねられてい
る光ファイバ３１からなる光ファイバ束に導入される。

【００６１】この導入されたレーザビームは、光ファイ
バ３１により分割され、フォルダ１３、即ち図３におけ
るフォルダ３３から出射した後は、光ファイバ３１に実
質的に連絡された個々の光ファイバー１４中を伝播され
る。

【００６２】この光ファイバ３１、１４の双方には、石
英ファイバーを用いることが好適である。

【００６３】そして、光ファイバ１４中を伝播され、そ
の出射端から出射したレーザビームは、縮小投影レンズ
１５により被加工物１６に集光され、第１の実施例と同
様に被加工物を加工する。

【００６４】本実施例のように、図３に示されるような
構成で束ねられた光ファイバ束においては、フォルダ３
３の内部で各々の光ファイバは、フォルダ３３内部で光
ファイバ３１が互いに交差しない構成を取り得て、結果
的に伝播光に対して影響を与えることなく延在すること
ができることに加え、光ファイバ３１の歪み、湾曲をも
抑えられる。

【００６５】前述のように、光ファイバの湾曲の曲率半
径の大きさと光ファイバーから出射する光線の発散角と
の間には、図６のような関係が存在する。

【００６６】即ち、図６によれば、光ファイバーの湾曲
の曲率半径が小さく湾曲が大きいほど、発散角は増大す
ることがわかる。

【００６７】以上のような関係から、各光ファイバ３１
の湾曲の小さい図３に示されるようなフォルダ３３を、
図１に示されるようなレーザ加工装置に使用した場合、
結果的に、個々の光ファイバ１４から出射するレーザビ
ームの発散角を小さくすることができるため、その結果
縮小投影レンズ１５による光線の蹴られによって発生す
る光量の減少を効果的に低減することができる。

【００６８】以上のように本実施例によれば、レーザ加
工装置において光ファイバ３１を束ねているフォルダ３
３のレーザビーム導入端と出射端における光ファイバ束
の断面形状を相似関係にし、かつ光ファイバ束の中の個
々の光ファイバ３１について導入端と出射端における相
対的位置を等しくすることにより、光ファイバの交差及
び湾曲を抑制し、個々の光ファイバ３１、１４から出射
するレーザビームの発散角を小さくすることができ、そ
の結果、縮小投影レンズによる光線の蹴られで発生する
光量の減少を低減することで、レーザ加工装置における
レーザビームの有効利用率を効果的に向上することがで
きる。

【００６９】なお、本実施例では、光ファイバ２１は３
×３の配列で計６本用いているが、加工箇所の増減等に
対応し必要に応じて配列の変更、光ファイバ数の増減が
可能である。

【００７０】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００７１】図４は、本発明の一実施例におけるレーザ
加工装置の光ファイバを束ねているフォルダ部の断面図
を示し、図１のレーザ加工装置の全体図におけるフォル
ダ１３の内部構成を示す。

【００７２】図４において、４１は光ファイバ、４２は
光ファイバ４１の被覆、４３は光ファイバ４１を束ねて
いるフォルダ、４４は充填材である。

【００７３】ここで、光ファイバ４１を束ねているフォ
ルダ４３の導入端（図４における上側の端部）では、個
々の光ファイバ４１は、被覆が剥かれた状態で束ねら
れ、かつ入射されるレーザビームの利用効率を高めるた
めに互いに接するよう配置されている。

【００７４】そして、この光ファイバ４１は、各々フォ
ルダ４３の途中から被覆に覆われた状態となるが、導入
端に対向する出射端に向けて実質的に直線的かつ放射状
に延在し、この出射端では、個々の光ファイバ４１は被
覆で覆われた状態となっている。

【００７５】更に、フォルダ４３内部における個々の光
ファイバ４１の被覆に覆われた部分と剥かれた部分との
長さの関係は、フォルダ４３内部における光ファイバ４
１の広がり角θを可能な限り小さくするために、被覆に
覆われた部分を加工できる限り短くし、被覆に覆われた
部分が剥かれた部分よりも相対的に短い関係となってい
る。

【００７６】また、全く被覆をなくすと光ファイバ保持
体４３の出射端で光ファイバ４１に応力が集中するた
め、被覆４２は、少なくとも出射端とその近傍において
は必要である。

【００７７】以上のように構成されたフォルダ４３を用
いたレーザ加工装置について、図１をも参照しながらそ
の動作を説明する。

【００７８】まず、エキシマレーザ発振器１１から発振
されたレーザビームは、均一化光学系１２でビームの整
形等をされた後、フォルダ１３、即ち、具体的には図４
において示されるフォルダ４３、によって束ねられてい
る光ファイバ４１からなる光ファイバ束に導入される。

【００７９】この導入されたレーザビームは、光ファイ
バ４１により分割され、フォルダ１３、即ち図４におけ
るフォルダ４３から出射した後は、光ファイバ４１に実
質的に連絡された個々の光ファイバ１４中を伝播され
る。

【００８０】この光ファイバ４１、１４の双方は、石英
ファイバーを用いることが好適である。

【００８１】そして、光ファイバ１４中を伝播され、そ
の出射端から出射したレーザビームは、縮小投影レンズ
１５により被加工物１６に集光され、第１の実施例と同
様に被加工物を加工する。

【００８２】本実施例のように図４に示されるような構
成で束ねられた光ファイバ束においては、フォルダ４３
の内部で個々の光ファイバー４１の歪みや湾曲を最小限
に抑えられる。

【００８３】従って、第２の実施例で検討したと同様
に、本実施例においても、個々の光ファイバ４１に連絡
した光ファイバ１４から出射するレーザビームの発散角
を小さくすることができ、縮小投影レンズ１５における
光線の蹴られの発生を効果的に軽減することができる。

【００８４】以上のように本実施例によれば、レーザ加
工装置において光ファイバ４１を束ねているフォルダ４
３内部において、個々のファイバ４１を放射線状に並べ
た構成とした場合に、個々の光ファイバ４１、１４から
出射するレーザビームの発散角を小さくすることがで
き、縮小投影レンズによる光線の蹴られの結果おこる光
量の減少を低減することができ、レーザビームの利用率
を効果的に向上することができる。

【００８５】なお、本実施例では、光ファイバ４１は計
３本用いているが、加工箇所の増減等に対応し必要に応
じて配列の変更、光ファイバ数の増減が可能である。

【００８６】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００８７】図５は、本発明の第４の実施例におけるレ
ーザ加工装置の光ファイバを束ねているフォルダ部の断
面図を示し、図１のレーザ加工装置のフォルダ１３の内
部構造を示している。

【００８８】図５において、５１は光ファイバ、５２は
光ファイバ４１の被覆、５３は光ファイバ５１を束ねて
いるフォルダ、５４は充填材である。

【００８９】そして、この光ファイバ５１は、各々フォ
ルダ５３の途中から被覆に覆われた状態となるが、導入
端（図５において上側の端部）近傍では、全ての光ファ
イバ５１が直線状であり、互いに接していて、かつ互い
に平行で光ファイバ５１の光軸とレーザビームのそれら
への入射方向とが略一致しており、そして、導入端に対
向する出射端に向けて、中心に配置される光ファイバは
そのまま直線状を維持し、その他の周辺の光ファイバは
なだらかな曲線を描き、かつ放射状に延在し、この出射
端では、個々の光ファイバ５１は被覆で覆われた状態と
なっている。

【００９０】この光ファイバ５１の導入端における直線
部は、光ファイバ５１のコア径の５０倍以上とることが
好適である。

【００９１】また、この光ファイバ５１の湾曲部は、出
射端までの途中まで設けてもよいし、出射端まで湾曲さ
せてもよい。

【００９２】更に、フォルダ５３内部における個々の光
ファイバ５１の被覆に覆われた部分と剥かれた部分との
長さの関係は、フォルダ５３内部における光ファイバ５
１の広がり角θを可能な限り小さくするために、被覆に
覆われた部分を加工できる限り短くし、被覆に覆われた
部分が剥かれた部分よりも相対的に短い関係となってい
る。

【００９３】特に、本実施例の場合には、被覆５２の長
さは、光ファイバ５１の湾曲の大きさにも影響をするた
め、できるだけ短く抑えることが望ましい。

【００９４】ここで、個々の光ファイバ５１から出射さ
れるレーザビームの発散角を小さく抑えるため、フォル
ダ５３内部での個々の光ファイバ５１の最小の曲がり半
径は、コア径の約５００倍以下に設定されている。

【００９５】以下、その理由について説明する。湾曲す
る光ファイバへの入射光の入射角と光ファイバからの出
射光の出射角との関係につき、光ファイバの最小曲げ半
径の関数として示す本願発明者の検討により得られた関
係式を以下の（数１）に示す。

【００９６】

【数１】

【００９７】即ち、光ファイバーから出射されるビーム
の発散角は、最小曲げ半径に依存しているから、光ファ
イバの屈折率を代表的にｎ＝１．４６８、コア径を代表
的にｄ＝４００（μｍ）の石英ファイバーを用い、光フ
ァイバに入射するレーザビームの発散角をθi＝０（ｒ
ａｄ）とすると、発散角（出射角）の大きさを、使用す
る上で実質的に問題がない上限である約２００（ｍｒａ
ｄ）以下に抑えるためには、光ファイバーの最小曲げ径
は約２００（ｍｍ）以上、即ちコア径の約５００倍以上
でなければならないことになる。

【００９８】以上のように構成されたフォルダ５３を用
いたレーザ加工装置について、図１をも参照しながらそ
の動作を説明する。

【００９９】まず、エキシマレーザ発振器１１から発振
されたレーザビームは、均一化光学系１２でビームの整
形等をされた後、フォルダ１３、即ち、具体的には図５
において示されるフォルダ５３、によって束ねられてい
る光ファイバ５１からなる光ファイバ束に導入される。

【０１００】この導入されたレーザビームは、光ファイ
バ５１により分割され、フォルダ１３、即ち図５におけ
るフォルダ５３から出射した後は、光ファイバ５１に実
質的に連絡された個々の光ファイバー１４中を伝播され
る。

【０１０１】この光ファイバ５１、１４の双方は、石英
ファイバーを用いることが好適である。

【０１０２】そして、光ファイバ１４中を伝播され、そ
の出射端から出射したレーザビームは、縮小投影レンズ
１５により被加工物１６に集光され、第１の実施例と同
様に被加工物を加工する。

【０１０３】本実施例のフォルダ５３を用いたレーザ加
工装置においては、個々の光ファイバー５１の導入端に
おいて、レーザビームが平行に入射できるので、光ファ
イバ５１に入射するレーザビームの入射発散角は最小に
抑えることができ、かつ光ファイバの湾曲も小さく抑え
られているため、光ファイバ５１、１４から出射される
レーザビームの出射発散角も小さく抑えることができ
る。

【０１０４】その結果、縮小投影レンズ１５による光線
の蹴られによる光量の減少を効果的に低減することがで
きる。

【０１０５】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置において、光ファイバを束ねているフォルダ５
３のレーザビーム導入端において個々の光ファイバ５１
をレーザビームと平行に配置し、かつ出射端で光ファイ
バ５１を放射線状に配置した場合、個々の光ファイバ５
１から出射するレーザビームの発散角を小さくすること
ができ、縮小投影レンズ１５による光線の蹴られの結果
おこる光量の減少を低減することができ、レーザビーム
の利用率を上げることができる。

【０１０６】なお、本実施例では、光ファイバ４１は計
３本用いているが、加工箇所の増減等に対応し必要に応
じて配列の変更、光ファイバ数の増減が可能である。

【０１０７】そして、以上の実施例においては、レーザ
発振器としてエキシマレーザを用いて代表的に説明した
が、加工の用途等に応じ、ＣＯ₂レーザ、ＹＡＧレー
ザ、ルビーレーザなどその他のレーザを用いてもよい。

【０１０８】また、光ファイバーの材質には、エキシマ
レーザに適する石英ファイバを用いたが、実際に使用す
るレーザ発振器の種類に応じて、他の使用可能な光ファ
イバを用いることもできる。

【０１０９】更に、本発明のレーザ加工装置は、本発明
の第１および第２、第３、第４の実施例の構成を有する
レーザ加工装置、本発明の第１の実施例の構成から第３
の実施例の構成をすべて有するレーザ加工装置、または
第１および第２の実施例の構成と第４の実施例の構成を
すべて有するレーザ加工装置であってもよい。

【０１１０】

【発明の効果】以上のように、本発明は、レーザ加工装
置において、光ファイバを束ねている部分の内部におい
て、個々の光ファイバを互いに交差しないように並べた
構成にすることにより、光ファイバの出射端面から出射
されるレーザビームの発散角を小さくすることができ、
縮小投影レンズによるレーザビームの蹴られを減らして
加工の光量の減少を抑制し、結果的にレーザビームの有
効利用率をあげることができる。

【０１１１】また、本発明のレーザ加工装置において、
レーザビームを導入できるよう配置された光ファイバを
束ねた部分の両端のファイバ束の形状を相似にし、その
形状の中の個々のファイバの両端における配置を相対的
に対応する構成にすることにより、個々の光ファイバを
束ねているフォルダ内部での光ファイバが交差しない構
成にすることが可能となるだけでなく、光ファイバの歪
みや湾曲を軽減でき、光ファイバの出射端面から出射さ
れるレーザビームの発散角を小さくして、縮小投影レン
ズによるレーザ光線の蹴られを減らし加工の光量の減少
を抑制し、結果的にレーザビームの有効利用率をあげる
ことができる。

【０１１２】また、本発明のレーザ加工装置において、
光ファイバのレーザビーム導入端を束ねてレーザ光を導
入できるよう配置し、束ねた部分の内部で光ファイバー
が放射状に並びかつ個々の光ファイバーは直線状になる
ように構成することにより、光ファイバの歪みや湾曲は
なくなり、その結果光ファイバの出射端面から出射され
るレーザビームの発散角を小さくし、縮小投影レンズに
よるレーザビームの蹴られを減らして加工の光量の減少
を抑制することができ、結果的にレーザビームの有効利
用率をあげることができる。

【０１１３】また、本発明のレーザ加工装置において、
光ファイバのレーザビーム導入端を束ねレーザ光を導入
できるよう配置し、束ねた部分のレーザビームを導入す
る側の端における光ファイバをレーザビームに平行にな
るように並べ、かつもう一方の端で放射状に射出するよ
うに構成することにより、光ファイバを束ねた部分の導
入端に入射するビームの発散角を小さくし、かつ光ファ
イバの歪みや湾曲を小さくして、光ファイバーの出射端
面から出射されるレーザビームの発散角を小さくし、縮
小投影レンズによるレーザビームの蹴られを減らして加
工の光量の減少を抑制することができ、結果的にレーザ
ビームの有効利用率をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のレーザ加工装置の全体
構成図

【図２】（ａ）本発明の第１の実施例におけるレーザ加
工装置の光ファイバを束ねているフォルダ部の部分透視
図（ｂ）本発明の第１の実施例におけるレーザ加工装置の
光ファイバを束ねているフォルダ部の断面図

【図３】（ａ）本発明の第２の実施例におけるレーザ加
工装置の光ファイバを束ねているフォルダ部の全体図（ｂ）第２の実施例におけるレーザ加工装置の光ファイ
バを束ねているフォルダ部のレーザビーム導入端の構成
図（ｃ）第２の実施例におけるレーザ加工装置の光ファイ
バを束ねている部分のレーザビーム出射端の構成図

【図４】本発明の第３の実施例におけるレーザ加工装置
の光ファイバを束ねているフォルダ部の断面図

【図５】本発明の第４の実施例におけるレーザ加工装置
の光ファイバを束ねているフォルダ部の断面図

【図６】光ファイバの湾曲の曲率半径と出射端から出射
するレーザビームの発散角との関係を表す図

【図７】従来におけるレーザ加工装置の構成図

【符号の説明】

１１レーザ発振器１２均質化光学系１３フォルダ１４光ファイバ１５縮小投影レンズ１６被加工物２１光ファイバ２２充填剤３１光ファイバ３２光ファイバの被覆３３フォルダ３４充填剤３５フォルダのレーザビーム導入端３６フォルダのレーザビーム出射端４１光ファイバ４２光ファイバの被覆４３フォルダ４４充填剤５１光ファイバ５２光ファイバの被覆５３フォルダ５４充填剤７１レーザ光源７２集光レンズ７３光ファイバ７４光ファイバ束７４ａ光ファイバ束の入射端７４ｂ光ファイバ束の出射端７５治具７６被加工物７６ａ加工すべき形状

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器と、光ファイバを少なくと
も２本以上束ね前記レーザ発振器より発振されたレーザ
ビームが導入される導入端と前記導入端に対応した出射
端を有した光ファイバ保持体と、前記光ファイバの各出
射端面を被加工物上に投影する縮小投影光学系とを有
し、前記光ファイバ保持体の導入端において各光ファイ
バが互いに接するように配置され、かつ前記光ファイバ
保持体の内部の各光ファイバは互いに交差しないよう配
置されているレーザ加工装置。
【請求項２】光ファイバ保持体の導入端及び出射端に
おいて光ファイバ束の形状が相似形であり、かつ前記導
入端における各光ファイバの位置と前記出射端における
各光ファイバの位置が、互いに等価な位置として対応し
ている請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】光ファイバ保持体の導入端において各光
ファイバが互いに接するように配置され、前記光ファイ
バ保持体の内部において、前記導入端から出射端へ向っ
て、前記光ファイバの配列が放射状に広がる請求項１ま
たは２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】レーザ発振器と、光ファイバを少なくと
も２本以上束ね前記レーザ発振器より発振されたレーザ
ビームが導入される導入端と前記導入端に対応した出射
端とを有した光ファイバ保持体と、前記光ファイバの各
出射端面を被加工物上に投影する縮小投影光学系とを備
え、前記光ファイバ保持体の導入端及び出射端において
光ファイバ束の形状が相似形であり、かつ前記導入端に
おける各光ファイバの位置と前記出射端における各光フ
ァイバの位置が、互いに等価な位置として対応している
レーザ加工装置。
【請求項５】レーザ発振器と、光ファイバを少なくと
も２本以上束ね前記レーザ発振器より発振されたレーザ
ビームが導入される導入端と前記導入端に対応した出射
端とを有した光ファイバ保持体と、前記光ファイバの各
出射端面を被加工物上に投影する縮小投影光学系とを備
え、前記光ファイバ保持体の導入端において各光ファイ
バが互いに接するように配置され、前記光ファイバ保持
体の内部において、前記導入端から出射端へ向って、前
記光ファイバの配列が放射状に広がるレーザ加工装置。
【請求項６】光ファイバ保持体の内部において、導入
端から出射端へ向って、前記光ファイバの配列が放射状
に広がり、かつ前記光ファイバの各々は直線状である請
求項３または５記載のレーザ加工装置。
【請求項７】光ファイバ保持体の内部において、導入
端から出射端へ向って、光ファイバの配列が放射状に広
がりかつ放射状に広がる光ファイバの中心の光ファイバ
は直線状であり、その他の光ファイバは少なくともその
一部が湾曲した請求項３または５記載のレーザ加工装
置。
【請求項８】光ファイバ保持体の導入端およびその近
傍において、光ファイバが直線状かつ平行に並べられて
おり、その光軸と導入端に導入されるレーザビームの光
軸は平行である請求項１から５のいずれか一項、または
７記載のレーザ加工装置。
【請求項９】光ファイバ保持体の内部で、少なくとも
一本の光ファイバをそのコア径の５００倍以上の曲率半
径で湾曲するように配置した請求項１から５のいずれか
１項、または７、８記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】レーザ発振器としてエキシマレーザ発
振器を用いた請求項１から９記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】レーザビームが導入される導入端と前
記導入端に対応した出射端とを有した光ファイバ保持体
であって、前記光ファイバ保持体の導入端において各光
ファイバが互いに接するように配置され、かつ前記光フ
ァイバ保持体の内部の各光ファイバは互いに交差しない
よう配置されている光ファイバ保持体。
【請求項１２】光ファイバ保持体の導入端及び出射端
において光ファイバ束の形状が相似形であり、かつ前記
導入端における各光ファイバの位置と前記出射端におけ
る各光ファイバの位置が、互いに等価な位置として対応
している請求項１１記載の光ファイバ保持体。
【請求項１３】光ファイバ保持体の導入端において各
光ファイバが互いに接するように配置され、前記光ファ
イバ保持体の内部において、前記導入端から出射端へ向
って、前記光ファイバの配列が放射状に広がる請求項１
１または１２記載の光ファイバ保持体。
【請求項１４】レーザビームが導入される導入端と前
記導入端に対応した出射端とを有した光ファイバ保持体
であって、前記光ファイバ保持体の導入端及び出射端に
おいて光ファイバ束の形状が相似形であり、かつ前記導
入端における各光ファイバの位置と前記出射端における
各光ファイバの位置が、互いに等価な位置として対応し
ている光ファイバ保持体。
【請求項１５】レーザビームが導入される導入端と前
記導入端に対応した出射端とを有した光ファイバ保持体
であって、前記光ファイバ保持体の導入端において各光
ファイバが互いに接するように配置され、前記光ファイ
バ保持体の内部において、前記導入端から出射端へ向っ
て、前記光ファイバの配列が放射状に広がる光ファイバ
保持体。
【請求項１６】光ファイバ保持体の内部において、導
入端から出射端へ向って、前期光ファイバの配列が放射
状に広がりかつ前記光ファイバの各々は直線状である請
求項１３または１５記載の光ファイバ保持体。
【請求項１７】光ファイバ保持体の内部において、導
入端から出射端へ向って、光ファイバの配列が放射状に
広がりかつ放射状に広がる光ファイバの中心の光ファイ
バは直線状であり、その他の光ファイバは少なくともそ
の一部が湾曲した請求項１３または１５記載の光ファイ
バ保持体。
【請求項１８】光ファイバ保持体の導入端およびその
近傍において、光ファイバが直線状かつ平行に並べられ
ており、その光軸と導入端に導入されるレーザビームの
光軸は平行である請求項１１から１５のいずれか１項、
または１７記載の光ファイバ保持体。
【請求項１９】光ファイバ保持体の内部で、少なくと
も一本の光ファイバをそのコア径の５００倍以上の曲率
半径で湾曲するように配置した請求項１１から１５のい
ずれか１項、または１７または１８記載のレーザ加工装
置。