JPH08108289A - レーザ加工用光学装置 - Google Patents

レーザ加工用光学装置

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JPH08108289A
JPH08108289A JP6243913A JP24391394A JPH08108289A JP H08108289 A JPH08108289 A JP H08108289A JP 6243913 A JP6243913 A JP 6243913A JP 24391394 A JP24391394 A JP 24391394A JP H08108289 A JPH08108289 A JP H08108289A
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Japan
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reflecting mirror
optical device
laser beam
laser
laser processing
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JP6243913A
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Takashi Fuse
敬司 布施
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光を多分割する機能を集光機能とは分
離することによって反射鏡、集光レンズなど個々の光学
部品を製作容易としてコストを低減しレーザ加工時の汚
染、破損による維持費用を低減させる。 【構成】 レーザ発振器から伝送系を介して送られてく
るレーザビームＢ1は加工ヘッド１内で平板状の反射鏡
３で多分割（図示の例は２つ）され、それぞれのレーザ
ビームｂ1 、ｂ2 はもう１つの単一の放物面鏡からなる
反射鏡４で反射されて被加工物Ｗ上で横方向に分散した
焦点Ｐ1 、Ｐ2 に集光される。反射鏡３は、面の傾きを
変化させることのできる２つの半円鏡３ａ、３ｂから成
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ加工用光学装
置、特に１つのレーザビームを複数の焦点に集光する機
能を有する多焦点集光光学系を備えたレーザ加工用光学
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザの利用分野の１つとして、ＣＯ2
レーザ、ＹＡＧレーザ等の種々のレーザ発振器から発生
する高エネルギのレーザビームを用いて、例えば切断、
溶接、穴あけ等を行なうレーザ加工技術がある。このよ
うなレーザ加工に用いられるレーザ加工用光学装置は、
一般にレーザを発振するレーザ発振器、この発振器から
のレーザビームを加工ヘッドへ導く伝送光学系、及びレ
ーザビームを高いエネルギ密度に集光して被加工物の加
工部分を照射するため加工ヘッド内に設けられる集光光
学系を備えている。
【０００３】かかる光学装置は、切断、溶接、穴あけ等
のレーザ加工では一般に高出力のレーザビームを１本の
ビームとしてそのまま被加工物に照射して種々の加工を
行なう。しかし、近年のレーザ装置の技術の進展により
レーザビームの増々の高出力化が図られ、レーザ加工技
術において１本のレーザビームを２つ又はそれ以上の複
数本のビームに分割して加工技術の多様化が種々に試み
られている。
【０００４】レーザビームを２本のビームに分割して利
用する例として、例えば特開昭６２−２５４９９１号公
報に開示された「レーザ溶接法及び装置」が公知であ
る。この公報による発明の目的は溶込みの深い（キーホ
ール）レーザ溶接を得ることにあり、このような溶接法
では溶接速度が高く、入熱量が小さく、熱歪みが小さ
く、溶融領域に近接した部位の材料に対する熱影響が小
さいなどの特徴がある。
【０００５】この公報によるレーザ溶接法に用いられる
光学装置は、図２１に示すようにレーザ発振器（ＣＯ2
レーザ）からのレーザ光を反射鏡３で反射し、さらに別
の反射鏡４で２つのビームに分割すると共にそれぞれの
ビームスポットを被加工物の平面上で横方向に一定距離
に離隔した状態で被加工物Ｗに集光照射するツインスポ
ット式レーザ溶接装置である。
【０００６】上記公報と同様な目的のレーザ加工用集光
装置が特開平４−１８２０８７号公報により公知であ
る。この公報の集光装置もほぼ同様な構成であり、ツイ
ンスポット式のビームスポットを得るために集光系に二
重焦点ミラーを用いて２つの集光点を被加工物上で横方
向に分離している。
【０００７】一方、上記２つの公報の発明と同様な目
的、構成の光学装置であるが、集光光学系として被加工
物の直前の反射ミラーでレーザビームの分離及び集光を
行なうのではなく、２つのレーザ装置からの２つのレー
ザビームをそのまま２つの焦点に集光する光学装置につ
いて、技術文献「Journal of Materials Science」（Ｖ
ｏｌ．２８、１９９３年、Ｐ１７３８）に「Dual-beam
CO2 laser cutting of thick metallic materials 」
（P.A.MOLIAN著）のタイトルで記載されている。この光
学装置は、図２３に示すように、２つの反射ミラー４、
４は単なる平面状のものでそのミラーと被加工物Ｗの間
にレンズ５を設け、このレンズ５により２つのレーザビ
ームをそのまま２つの焦点に集光している。
【０００８】この技術文献では、厚板の金属材料を切断
する際に双対ビームで切断することの効用が学術文献と
して論じられており、レーザビームは２つの独立のレー
ザ装置からのレーザをそのまま集光するようにしてい
る。
【０００９】さらに、特開平５−１３８３８５号公報に
開示されたレーザ加工方法及びその装置も、同様な目
的、構成のものであるが、この場合は複数の焦点を被加
工物Ｗの厚み方向（レーザ光の軸方向）にずらすことの
できる集光光学系が用いられている。そして、この集光
光学系は、図２４に示すように被加工物Ｗの直前に設け
たレンズ５を多焦点を形成する形式としたものと、この
ようなレンズを設けずに図２５に示すように被加工物Ｗ
の直前の反射ミラー４に多焦点を形成する形式のものを
用いたものとが用いられている。
【００１０】上述した種々の従来技術についての説明か
ら分かるように、溶接及び切断加工時に深い溶込みを実
現するため２つのレーザ光を照射するなど高エネルギを
有するレーザ光を２つ又はそれ以上に多分割して多焦点
化された集光光学系が注目されている。
【００１１】多焦点化する従来の方法は、被加工面上で
光軸に垂直な方向に焦点位置を分散する垂直方向多焦点
化と、光軸方向に焦点位置を分散する軸方向多焦点化の
いずれかである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した垂
直方向多焦点化あるいは軸方向多焦点化のいずれかの場
合であれ、集光光学部品に多焦点化の機能を持たせるな
らばそれが集光ミラーであれば光を分割反射させる機能
と分割反射された光を異なる複数の焦点に集光する機
能、集光レンズであれば光を分割透過させる機能と分割
透過された光を異なる複数の焦点に集光する機能をそれ
ぞれ併有している。従って、これらの多焦点光学部品は
製作が難しく、極めて高い精度を要求され、このため一
般にこれらは非常に高価である。
【００１３】一方、上述した多焦点光学部品を用いてレ
ーザ加工する場合、多焦点光学部品は必ず被加工物の直
前に置かれるため、溶接、穴明、切断などの加工時に被
加工物からプラズマ状で粒子やデブリスなど種々の飛散
物が発生し、これらが多焦点光学部品に付着する。
【００１４】このため、多焦点光学部品が汚染された
り、破損したりすることが多く、実際の使用に際しては
様々な汚染対策により光学部品の長寿命対策が図られる
が、従来の方法はいずれも満足なものはなく、必ず汚
染、破損が進行し、新品に交換する必要が度々生じる。
従って、結局装置の維持費用が高くなり、加工コストが
高くなる。
【００１５】この発明は、上述した従来の多焦点光学部
品を用いたレーザ加工用光学装置の問題点に留意して、
レーザ光を多分割する機能とそれらを所定の焦点位置に
集光させる機能を分離して設け、被加工物の直前に設け
る光学部品の精度を高くする必要のないものとして新品
との交換を低コストで可能とし、さらに付加機能を付加
したレーザ加工用光学装置を提供することを課題とする
ものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、レーザ発振器と、この発振器により
射出されたレーザビームを伝送する伝送光学系と、レー
ザビームを複数の焦点に集光する集光光学系とから成
り、集光光学系がレーザビームを複数のビームに分割す
る多分割光学部品とこれらのビームを被加工物に集光す
る集光部品とを分離して備え、かつ多分割光学部品は集
光部品の少なくとも１つ手前側に設けられて成るレーザ
加工用光学装置としたのである。
【００１７】この場合、照射されるレーザビームの焦点
を被加工物の表面で光軸と直交する方向に分離するた
め、前記多分割光学部品が直線状の分割線で分割された
複数の光分割部材を組合せたものから成るようにするこ
とができる。
【００１８】このような分割部材を用いる場合は、前記
光分割部材が複数平板状の反射鏡部材を組合せた多分割
反射鏡から成るものとするのが好ましい。
【００１９】上記多分割反射鏡を用いる場合は、前記多
分割反射鏡の反射鏡部材をそれぞれ所定の方向へ角度変
化自在な構成とすることができる。
【００２０】又、いずれかの前記多分割反射鏡を所定方
向に移動自在に構成することもできる。
【００２１】その場合、前記多分割反射鏡をその中心軸
を中心に回転自在に構成するようにしてもよい。
【００２２】レーザビームの焦点を光軸と直交方向に分
離する別の手段としては、前記光分割部材が複数平板状
の光透過部材を組合せた多分割ウィンドウから成るもの
としてもよい。
【００２３】この場合、前記多分割ウィンドウを所定方
向に移動自在に構成する、あるいは前記多分割ウィンド
ウをその中心軸を中心に回転自在に構成する、あるいは
そのいずれの構成をも備えるのが好ましい。
【００２４】さらに、レーザビームの焦点を光軸方向に
ずらすために、前記多分割光学部品が同心円状の複数の
光分割部材を組合せたものから成るようにすることも可
能である。
【００２５】この場合は、前記光分割部材が凹、凸、又
は平坦状の同心円状の反射鏡部材のいくつかを組合せた
多分割反射鏡から成るものとすることができる。
【００２６】あるいは、前記光分割部材が凹、凸、又は
平坦状の同心円状の光透過部材を組合せた多分割ウィン
ドウから成るものとすることもできる。
【００２７】
【作用】上記の構成とした第一の発明の光学装置は、レ
ーザビームを加工ヘッド内で複数ビームに分割する。そ
の分割方法は、平行直線状又は放射状の分割線で分割す
る方法と、同心状に分割する方法とがある。前者では被
加工物の表面で光軸と直交する方向に焦点が集光され
る。後者では光軸方向に焦点をずらして集光される。こ
のような多焦点レーザ加工の有用性については、通常の
単焦点では得られないエネルギ密度の分布を実現する方
法として種々の利用法がある。
【００２８】上記いずれの分割方法の場合であれ、多分
割光学部品により分割された複数のレーザビームは、接
近した状態で通常の１焦点の集光光学部品へと導かれ
る。これら複数のレーザビームは入射角や広がり角等の
特性が互いに異なるために、集光光学部品が通常の１焦
点の集光光学部品であっても異なる複数の焦点に集光す
ることを可能とする。
【００２９】多分割光学部品は、前記多焦点集光光学部
品よりも製作が比較的容易であり、製作費用が安価であ
る。また、多分割光学部品は、集光光学部品より手前に
設けられているから、前記従来の多焦点集光光学部品の
ように被加工物からの飛散溶融物や蒸気に曝され光学部
品表面を汚染、破損されることはないので、光学部品交
換等の維持費用が低減できる。したがって、前記多分割
光学部品を用いた多焦点レーザ加工用光学装置は、導入
費用及び維持費用ともに低く抑えることが可能となる。
【００３０】上述した多焦点化することの有用性をさら
に具体的に説明すると、上記第二乃至第九の発明のよう
に光軸に垂直な方向の多焦点化については、図１８の
（ａ）に示すように、２焦点の場合は、P.A.MOLIANの文
献に記載されている如く、例えば切断、溶接時に先行す
るレーザビームでの加工を後方のレーザビームでさらに
深く切断又は溶接をすることができるというキーホール
効果と、図１８の（ｂ）のように突き合わせ溶接時の被
加工物の突き合わせ精度の緩和が挙げられる。３焦点以
上の多焦点に付いては、例えば上記２つの効果を併用す
るために図１８の（ｃ）のように４焦点とするというこ
ともできる。さらに、これらとは目的が全く異なるが、
図２０に示すように、同じ形状パターンの加工を同時に
行うための多焦点化という利用も可能である。
【００３１】なお、上記焦点系は、ある１次元の加工方
向にて加工するときに有効であるが、実際の２次元、３
次元の加工では、加工方向に応じて各焦点の位置関係を
変えずに焦点系を回転することが必要となる（但し、多
焦点化の方向が光軸方向のみである場合はこの問題は生
じない）。このような場合、第六又は第九の発明では図
２１の（ａ）、（ｂ）に示すように多分割反射鏡や多分
割ウィンドウを回転（記号ｆｃ）させることで対応でき
るが従来技術では、多焦点集光光学部品を回転させても
このようなことはできないのである。
【００３２】また、この回転を高速で行えば、図２１の
（ｃ）に示すように多焦点のビームスピニングも可能で
ある。多焦点のスピニングでは、複数焦点はスピニング
の周波数を高くしなくても隙間の小さい密な軌跡を描く
ので、より効果的にレーザエネルギーを被加工物へ供給
することが可能となる。
【００３３】さらに、図２１の（ｄ）に示すように、ビ
ームスキャンもガルバノメータ等により多分割反射鏡や
多分割ウィンドウを揺動（記号ｆｄ）させることによっ
てできる。
【００３４】第十の発明における光軸方向の多焦点化の
利点については特開平５−１３８３８５号公報にも記載
されているように、厚板の加工において優れた性能を発
揮できることなどである。この場合、図２０の（ａ）の
ように、短い焦点距離の集光光学部品を用いるとレーザ
を小さなスポットφに絞れるが、焦点深度Ｌが短くなる
ため厚板の加工には適さない。かといって図２０の
（ｂ）のように長い焦点距離の集光光学部品を用いると
焦点深度Ｌは長くなるが、スポット径φも大きくなり小
さく絞ることができない。そこで、この発明では図２０
の（ｃ）のように、光軸方向に多焦点化し、見かけ上小
さなスポットφと長い焦点深度Ｌ’の両方を達成しよう
とするものである。これにより厚板の加工を可能とする
こと、被加工物側に要求される位置精度の裕度を高め
（光軸方向に被加工物が変動するなど）、被加工物上で
の焦点位置変動による加工不良を防止することができ
る。
【００３５】このような光軸方向の多焦点化を行なう手
段としては、第十一又は第十二の発明のように、同心円
状の反射鏡部材による多分割反射鏡、あるいは同心円状
の光透過部材による多分割ウィンドウのいずれでも可能
であり、経済的コストで実現できることとなる。
【００３６】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は第一実施例の加工ヘッド部分の概略
斜視図を示す。図示の例では、図示省略しているが、レ
ーザ加工用光学装置は、例えばＣＯ2 レーザなどの高エ
ネルギレーザを出力する発振器及びレーザビームを図示
の加工ヘッド部分まで伝送する伝送系を備えている。こ
のことは、当業者には周知の事項であるから図示を簡略
化するため省略している。
【００３７】上記伝送系で送られるレーザビームＢが加
工ヘッド１へ入射する境界部にはウィンドウと呼ばれる
光学部品が設けられるが、これも簡略化のため図示省略
している。このウィンドウは、被加工物から溶融物、蒸
気が飛散し、伝送光路に進入するのを遮断するためある
いは加工ヘッド内のガスの圧力を遮断するために設けら
れる。
【００３８】加工ヘッド１に入射されたレーザビームＢ
1 は反射鏡３で斜め方向へ反射されるが、この反射鏡３
はレーザビームＢ1 を２つのビームに分割して反射する
多分割反射鏡である。そして、反射鏡３はレーザビーム
Ｂ1 を２つのビームに分割するため傾斜角度の異なる互
いに平行でない２つの平板状の半円鏡３ａ、３ｂから成
り、それぞれの半円鏡３ａ、３ｂは回転自在に設けられ
ている。
【００３９】反射鏡３で２つに分割して反射されたレー
ザビームｂ1 、ｂ2 はもう１つの反射鏡４で反射される
と共にそれぞれのビームｂ′1 、ｂ′を焦点Ｐ1 、Ｐ2
に集光して被加工物Ｗを加工するように反射鏡４が設け
られている。反射鏡４は通常の１焦点の放物面から成る
凹面鏡であり、これによって反射されたビームの焦点Ｐ
1 、Ｐ2 は被加工物Ｗの表面上で分離した位置に設定さ
れる。
【００４０】なお、これも図示省略しているが、加工ヘ
ッド１は上記ウィンドウ、反射鏡３、反射鏡４を含むケ
ースから成り、レーザビームｂ′1 、ｂ′2 が射出され
る形状に適合するノズル部を下端に有し、ケース側部か
ら導入される高圧のアシストガス（切断ではＯ2 ガス、
溶接では不活性ガス（Ｎ2 、Ｈｅ等））をノズルから噴
出させながらレーザビームｂ′1 、ｂ′2 で加工が行わ
れる。
【００４１】図２の拡大断面図に示すように、反射鏡３
の下にはベース板１０が設けられ、このベース板１０と
の間にはピエゾ圧電素子１１が複数個設けられている。
ピエゾ圧電素子１１は半円鏡３ａ、３ｂのそれぞれを図
中の矢印方向に回転自在とするためのものであり、直流
電圧を印加すると上下方向に伸縮することにより半円鏡
３ａ、３ｂを微小角度回転させることができる。
【００４２】ベース板１０は、スライド板１２と固定板
１３から成り、その端部にはマイクロメータ１４が設置
されている。マイクロメータ１４を駆動するとスライド
板１２が固定板１３に対してスライドし、これにより反
射鏡３がレーザビームＢ1 の光軸に対して位置ずれし、
半円鏡３ａ、３ｂによるレーザビームｂ′1 、ｂ′2の
反射比率が変化する。
【００４３】なお、上記実施例ではベース板１０は加工
ヘッドのケースに固定するものとしているが、ベース板
１０の下に回転板を設けるのが好ましい。回転板はモー
タなどで任意の角度回転できるようにする。ベース板１
０を回転することにより加工方向を変えたり、ビームス
ピニングを実施するのに有利となるからである。
【００４４】図２の（ｂ）はベース板１０を移動させる
別の手段を示している。この例では、スライド板１２は
三角形状のスライド基板１２′と一体に形成され、これ
が固定板１３に対して移動自在に設けられている点のみ
が異なっている。
【００４５】以上の構成とした第一実施例の光学装置は
次のように作用する。加工ヘッド１内でレーザビームＢ
1 は反射鏡３により２つの方向に分割されて反射され、
２つのレーザビームｂ1 、ｂ2 は反射鏡４で反射されか
つ被加工物Ｗの表面上の２つの焦点Ｐ1 、Ｐ2 に焦点を
持つように集光される。
【００４６】反射鏡３でレーザビームＢ1 を２つに分割
する場合、図３の（ａ）に示すように、反射鏡３の２つ
の半円鏡３ａ、３ｂは反射鏡３の中央分割ラインに近い
方のピエゾ素子１１に高電圧を印加して膨張させ、例え
ば０．２度程度の傾きを与えることにより分割される。
【００４７】図示の例では、レーザビームＢ1 は反射鏡
３の有効反射面の正面に正確に照射され、このため２つ
のレーザビームｂ1 、ｂ2 は図３の（ｂ）に示すように
同じエネルギ分布のレーザビームとして分割されてい
る。
【００４８】上記均等なエネルギ分布（必ずしも均等で
なくてもよい）のレーザビームｂ′1 、ｂ′2 を照射
し、被加工物Ｗを図１の矢印方向に移動させ、例えば溶
接加工をする場合、焦点Ｐ2 の光で先行溶接し、その後
焦点Ｐ1 の光で仕上溶接をすることにより完全な溶接が
行われる。
【００４９】上記溶接等の加工作業中に被加工物Ｗから
溶融物、蒸気等のチリ、埃が発生し加工ヘッド内に飛散
する。しかし、この実施例では被加工物Ｗの直前に設け
られている反射鏡４は単一の放物面を有する凹面鏡であ
るから、従来の反射鏡のようなレーザ光の分割機能と複
数焦点への集光機能を併有するものに比して製作が容易
であるためコストが安価であり、従って反射鏡４を取り
替えることにより生ずるランニングコストを低く抑える
ことができる。
【００５０】又、従来の反射鏡ではレーザ光の分割機能
と集光機能を固定した鏡面形状で発生させる構造である
ため、分割比や集光位置、あるいは集光点を回転させる
ことができないのに対し、この実施例ではこれら３つの
変化を自在に実現できる。
【００５１】図４は第二実施例の光学装置の加工ヘッド
及びその部分拡大図を示す。この実施例は、レーザビー
ムＢ1 を反射鏡３で３つのビームに分割する例を示して
いる点のみが異なり、他は第一実施例と同様である。但
し、反射鏡３の分割方法は平行な２つの分割線で３つの
反射鏡部分３ａ、３ｂ、３ｃに分割されている。
【００５２】なお、図示省略されている主要部材（レー
ザ発振器、伝送系など）や反射鏡３の移動、回転手段な
ども第一実施例と同様に設けられている点は勿論であ
る。
【００５３】又、この実施例では平行な分割線で３つの
反射鏡部分に分割しているが、同様な分割線で４、５、
……と多分割できることは言うまでもない。
【００５４】図５は第三実施例の光学装置の加工ヘッド
及び反射鏡（平面鏡）の概略図である。なお、この実施
例を含み以下第六までの実施例では、特に説明しない限
り、第一実施例と同様な主要部材、調整部材を備えてい
る。この実施例は、第二実施例における反射鏡３の分割
方法とは、反射鏡３の中心点を中心として放射状に設け
た分割線によって３つの反射鏡部分３ａ、３ｂ、３ｃに
分割されている点で異なっている。
【００５５】従って、第二実施例では焦点Ｐ1 、Ｐ2 、
Ｐ3 が一直線上に並置されるのに対して、この実施例で
は３つの焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 が三角形の頂点に位置し
ている。３つの焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 は互いに位置を調
整できることは言うまでもない。この実施例の光学装置
は、３つの焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 が三角形状に位置する
から、穴明け、スピニング、ビームスキャン等に適して
いる。
【００５６】図６は第四実施例の光学装置の加工ヘッド
の概略図を示す。この実施例では、図５の実施例と同様
に、レーザビームＢ1 を反射鏡３の中心点を中心に放射
状に分割した反射鏡部分３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより
４つのレーザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3 、ｂ4 に分割して
いる。
【００５７】（ｂ）図に示すように、反射鏡３の正面位
置にレーザビームＢ1 が導かれて反射したときは４つの
レーザビームは均等なビームとして分割されるが、上下
Ｃ、Ｄ左右Ａ、Ｂに反射鏡３を移動させるとその分割状
態が変化することが分かる。
【００５８】なお、このようなビームの分割比を変化さ
せることは他の実施例でも実施可能であることは特に説
明しなくても明らかであろう。
【００５９】又、この実施例のように反射鏡の分割を放
射状に設ける方法で４つ以上に多分割できることは説明
するまでもなく可能である。
【００６０】図７は第五実施例の光学装置の加工ヘッド
の概略図を示す。この実施例では、平板状の反射鏡３で
レーザビームＢ1 は反射されたレーザビームＢ2 として
もう１つの反射鏡４に入射される。反射鏡４は、第一乃
至第四実施例の反射鏡３と同様に、レーザビームＢ2 を
多分割する（この実施例では３つ）平板状の多分割反射
鏡から成る。
【００６１】反射鏡４は、実施例２と同様に、平行な分
割線で多分割する反射鏡部分４ａ、４ｂ、４ｃから成
り、分割、反射機能のみを有する平板状の反射鏡部分を
有する。反射鏡４の反対側には反射鏡部分４ａ、４ｂ、
４ｃの傾きを調整する手段１１、ベース板１０などが設
けられている。
【００６２】分割されたレーザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3
は、その後集光レンズ５を通過し、これにより被加工物
Ｗの表面上に焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 を結像するように集
光される。
【００６３】この実施例の光学装置でも、第四実施例ま
での場合と同様に、レーザビームの分割機能と集光機能
とは分離されており、レーザビームの分割機能を有する
反射鏡４の方が集光レンズ５より手前側に設けられてい
る。
【００６４】図８は第六実施例の加工ヘッドの概略斜視
図を示す。この実施例は図７の第五実施例の変形例を示
すものであり、レーザビームＢ2 を反射鏡４で３つのレ
ーザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3 に分割する方法が異なって
いる。即ち、反射鏡４でのレーザビームの分割は、反射
鏡４の中心点から放射状の分割線で分割するように反射
鏡４を構成している。焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 は三角形の
頂点上に集光する。
【００６５】反射鏡４で反射、分割されたレーザビーム
ｂ1 、ｂ2 、ｂ3 は集光レンズ５でそれぞれの焦点
Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 に集光照射される。従って、集光レン
ズ５も図７の場合と同様のものが使用されている。
【００６６】図９は第七実施例の加工ヘッドの概略断面
図を示す。この実施例ではレーザビームＢ1 は加工ヘッ
ド入口に設けられるウィンドウ２により分割（図示の例
では３つに分割）され、単一の平板状の反射鏡３により
反射された後、もう１つの単一放物面から成る反射鏡４
で反射されると共に被加工物Ｗ上の焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ
3 に集光照射される。
【００６７】この実施例では、レーザ光の分割機能はウ
ィンドウ２が有し、反射鏡３は単一平板状の反射鏡であ
り、反射鏡４は単一放物面鏡で反射集光機能のみを有す
る。ウィンドウ２は、被加工物Ｗより最も遠い位置にあ
り、加工時に異物の飛散により汚染、破損される可能性
は殆どない。
【００６８】図１０に上記実施例のウィンドウ２の断面
形状及び斜視図を示す。（ａ）に示すように、ウィンド
ウ２は平行な直線状の分割線で傾斜面２Ａ、平坦面２
Ｂ、傾斜面２Ｃの３つに分割形成されている。（ａ’）
からその傾斜面、平坦面との関係が理解されよう。な
お、（ｂ）のように分割面は（ａ）と反対向きに設けて
もよい。
【００６９】なお、ウィンドウ２についても第一実施例
と同様にこれを所定方向に移動自在に、又その中心軸を
中心に回転自在に設けることができる。この場合は、図
示省略しているが、ウィンドウ２を保持するホルダを第
一実施例のようなマイクロメータにより移動自在に構成
する。又、ホルダをステッピングモータのような微小角
の回転を可能とするモータにより回転自在とすればよ
い。
【００７０】図１１は第八実施例の加工ヘッドの概略断
面図である。図示のように、この実施例では反射鏡は用
いられておらず、レーザビームＢ1 はウィンドウ２で分
割され、それぞれのレーザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3 が集
光レンズ５で焦点Ｐ1 、Ｐ2、Ｐ3 へ集光される。
【００７１】ウィンドウ２は単なる平板状の光透過窓で
はなく、光を透過させる方向が異なる３つの平板状透過
部から成る窓である。しかし、集光レンズ５は、単一の
凸レンズから成り、レーザ光を分割する機能はない。
【００７２】上記説明から分かるように、この実施例で
も、レーザ光を分割する機能と集光する機能は別々に設
けられており、集光レンズ５は汚染、破損する可能性が
あるが、ウィンドウ２は汚染、破損されることはない。
【００７３】図１２は第九実施例の加工ヘッドの概略断
面図である。第一実施例から第八実施例までは、分割さ
れたレーザ光の全ては被加工物Ｗの表面上で横方向に分
離、即ち光軸に垂直な方向に分離するようにレーザ光は
分割、集光させていたが、この実施例では中心線の軸方
向に異なる焦点を持つように分割、集光される点でこれ
までの実施例とは全く異なっている。
【００７４】レーザビームＢ1 は、反射鏡３で反射され
るが、図１２のＡ−Ａ矢視及び図１３に示すように、こ
の反射鏡３は同心円状の反射鏡部分３Ａ、３Ｂ、３Ｃか
ら成る。例えば、図１２に示すような焦点Ｐ1 、Ｐ2 、
Ｐ3 を持つ反射鏡３は、図１２のように、中央の反射鏡
部分３Ａが凸、中間の３Ｂが平板リング状、外周の３Ｃ
が凹の断面を持つものであり、これら反射鏡部分が一体
に形成されている。
【００７５】反射鏡３で分割されたレーザビームｂ1 、
ｂ2 、ｂ3 は、もう１つの反射鏡４で反射されｂ′1 、
ｂ′2 、ｂ′3 となり、かつこれらが集光されて焦点Ｐ
1 、Ｐ2 、Ｐ3 となる。
【００７６】従って、この実施例でもレーザビームの分
割機能と反射集光機能とは分離して行われる。反射鏡４
は、加工時に飛散する異物により汚染、破損される可能
性があるが、反射鏡３は汚染、破損される可能性は極め
て低くなる。
【００７７】なお、図１３の（ａ）において反射鏡３に
より反射されるレーザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3 は凸面又
は凹面で径が若干拡大又は縮小するが、この図において
はその傾きを少し誇張して示している。
【００７８】図１４は第十実施例の加工ヘッドの概略断
面図及びその部分分解図である。この実施例は、２つの
平板状又は略平板状の反射鏡３、４を用いており、放物
面状の反射鏡は用いていない。但し、反射鏡４は第九実
施例（図１２）の反射鏡３と同様に凸面（中央）、平面
（中間）、凹面（外側）からなる複合曲面を有し、凸、
凹面によるレーザビームの拡がり、縮小はわずかな角度
である。
【００７９】反射鏡４で分割されたレーザビームｂ1 、
ｂ2 、ｂ3 は、集光レンズ５でそれぞれ焦点Ｐ1 、
Ｐ2 、Ｐ3 へ集光される。焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 は中心
線方向に焦点位置がずれて設定されている。レーザビー
ムｂ1 、ｂ2 、ｂ3 は、図１３では平行光に見えるが、
実際にはｂ1 はわずかに拡がり、ｂ3 はわずかに縮小さ
れている。
【００８０】図１５は第十一実施例の加工ヘッドの概略
断面図である。この実施例は、ウィンドウ２と平板状の
反射鏡３と放物面の反射鏡４とを用いた例である。ウィ
ンドウ２は、単なる平板状の窓ではなく、図１６に示す
ような凹面（中央）２Ａ、平面（中間）２Ｂ、凸面（外
側）２Ｃを有する複合面から成る透過窓として設けられ
ている。反射鏡３は単一の平板状の反射鏡であり、反射
鏡４は単一放物面から成る反射鏡である。
【００８１】なお、図１６の（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、ウィンドウ２の複合面はレーザビームＢ1 に対して
順方向、逆方向のいずれであってもよい。
【００８２】分割されたレーザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3
は反射鏡３で反射されてｂ′1 、ｂ′2 、ｂ′3 とな
り、さらに別の反射鏡４で反射集光されてｂ”1 、ｂ”
2 、ｂ”3 となり焦点Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 に集光照射され
る。
【００８３】図１７は第十二実施例の加工ヘッドの概略
断面図である。この実施例は、第十一実施例の反射鏡３
と４が省略され、レーザビームＢ1 をウィンドウ２で分
割し、これらを集光レンズ５で集光する構成のものであ
る。
【００８４】ウィンドウ２は、第十一実施例のものと全
く同じであり、集光レンズ５は第十実施例のものと全く
同じである。
【００８５】この実施例では、レーザビームＢ1 はウィ
ンドウ２で分割（３つのビーム）され、それぞれのレー
ザビームｂ1 、ｂ2 、ｂ3 は集光レンズ５で焦点Ｐ1 、
Ｐ2、Ｐ3 に集光される。
【００８６】
【効果】以上詳細に説明したように本願の第一の発明に
よれば、１つのレーザビームを多分割光学部品により複
数のレーザビームに分割し、通常の１焦点の集光光学部
品により異なる複数の焦点に集光するので、レーザ加工
分野において、多焦点レーザ加工用光学装置として利用
すると効果的である。その場合、被加工物の直前に設け
られる集光光学部品は精度を高く要求されないから製作
容易であり、従って汚染、破損されても新品に交換する
費用は従来よりはるかに低コストとなり維持費用、加工
費用を低く抑えることができる。又、多分割光学部品は
集光光学部品より１つ手前に設けられるから、汚染、破
損する可能性がはるかに低くなる。
【００８７】多分割光学部品は、第二の発明によれば光
軸方向にレーザビームを分割する光分割部材の組合せと
することができ、この場合は焦点を被加工物の表面上で
光軸方向と直交方向に分離できる。
【００８８】光軸方向にレーザビームを分割する光分割
部材の組合せによる多分割光学部品は、第三の発明によ
れ多分割反射鏡とすることができ、第七の発明によれば
多分割ウィンドウとすることができる。いずれの部品も
分割機能があればよいから、部品のコストも低コストで
製作できる。
【００８９】多分割光学部品として多分割反射鏡を用い
る場合、第四の発明のように、複数の反射面が独立に方
向可変に装備されることにより、複数の焦点の位置を独
立に移動することが可能となるので、各焦点の位置を移
動してレーザ加工条件を変化させることに利用すると効
果的である。同様に、第五の発明のように、多分割反射
鏡がそれ自体移動可能に装備されることにより、レーザ
ビームのエネルギー分割比率を変えることが可能となる
ので、エネルギー分割比率を変えてレーザ加工条件を変
化させることに利用すると効果的である。
【００９０】又、第六の発明のように、多分割反射鏡を
回転自在とするとスピニング加工が、揺動自在とすると
スキャン処理も自在となる。さらに、多分割反射鏡は、
多焦点集光光学部品よりも製作費用が比較的安価であ
り、また、多焦点集光光学部品のように被加工物からの
飛散溶融物や蒸気に曝され光学部品表面を汚染、破損さ
れる位置にはないので、多焦点レーザ加工光学装置の導
入費用及び維持費用を抑える効果がある。
【００９１】第八の発明のように、レーザビームを同心
円状に異なる曲面で分割する光分割部材の組合せから成
る多分割光学部品を用いる場合は、複数の焦点を光軸方
向にずらして集光することが可能となり、加工処理の精
度向上に多大の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
【図２】同上の詳細図
【図３】作用の説明図
【図４】第二実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
及び詳細断面図
【図５】第三実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
及び詳細平面図
【図６】第四実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
及び作用説明図
【図７】第五実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
及び概略断面図
【図８】第六実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
及び概略斜視図
【図９】第七実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視図
及び概略断面図
【図１０】第七実施例の加工ヘッドのウィンドウの詳細
図
【図１１】第八実施例の光学装置の加工ヘッド概略斜視
図及び概略断面図
【図１２】第九実施例の光学装置の加工ヘッド概略断面
図
【図１３】同上の作用説明図
【図１４】第十実施例の光学装置の加工ヘッド概略断面
図及び部分詳細図
【図１５】第十一実施例の光学装置の加工ヘッド概略断
面図及び部分詳細図
【図１６】同上の部分拡大断面図
【図１７】第十二実施例の部分拡大断面図
【図１８】原理的作用の説明図
【図１９】原理的作用の説明図
【図２０】原理的作用の説明図
【図２１】原理的作用の説明図
【図２２】従来例１の光学装置の加工ヘッド概略断面図
【図２３】従来例１の光学装置の加工ヘッド概略断面図
【図２４】従来例１の光学装置の加工ヘッド概略断面図
【図２５】従来例１の光学装置の加工ヘッド概略断面図
【符号の説明】
１ 加工ヘッド ２ ウィンドウ ３ 反射鏡 ４ 反射鏡 ５ 集光レンズ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振器と、この発振器により射出
    されたレーザビームを伝送する伝送光学系と、レーザビ
    ームを複数の焦点に集光する集光光学系とから成り、集
    光光学系がレーザビームを複数のビームに分割する多分
    割光学部品とこれらのビームを被加工物に集光する集光
    部品とを分離して備え、かつ多分割光学部品は集光部品
    の少なくとも１つ手前側に設けられて成るレーザ加工用
    光学装置。
  2. 【請求項２】 前記多分割光学部品が直線状の分割線で
    分割された複数の光分割部材を組合せたものから成るこ
    とを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工用光学装
    置。
  3. 【請求項３】 前記光分割部材が複数平板状の反射鏡部
    材を組合せた多分割反射鏡から成ることを特徴とする請
    求項２に記載のレーザ加工用光学装置。
  4. 【請求項４】 前記多分割反射鏡の反射鏡部材をそれぞ
    れ所定の方向へ角度変化自在に構成したことを特徴とす
    る請求項３に記載のレーザ加工用光学装置。
  5. 【請求項５】 前記多分割反射鏡を所定方向に移動自在
    に構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載のレ
    ーザ加工用光学装置。
  6. 【請求項６】 前記多分割反射鏡をその中心軸を中心に
    回転自在に構成したことを特徴とする請求項３乃至５の
    いずれかに記載のレーザ加工用光学装置。
  7. 【請求項７】 前記光分割部材が複数平板状の光透過部
    材を組合せた多分割ウィンドウから成ることを特徴とす
    る請求項２に記載のレーザ加工用光学装置。
  8. 【請求項８】 前記多分割ウィンドウを所定方向に移動
    自在に構成したことを特徴とする請求項７に記載のレー
    ザ加工用光学装置。
  9. 【請求項９】 前記多分割ウィンドウをその中心軸を中
    心に回転自在に構成したことを特徴とする請求項７又は
    ８に記載のレーザ加工用光学装置。
  10. 【請求項１０】 前記多分割光学部品がレーザビームを
    光軸と同心円状に分割する複数の光分割部材を組合せた
    ものから成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
    加工用光学装置。
  11. 【請求項１１】 前記光分割部材が凹、凸、又は平坦状
    の同心円状の反射鏡部材のいくつかを組合せた多分割反
    射鏡から成ることを特徴とする請求項１０に記載のレー
    ザ加工用光学装置。
  12. 【請求項１２】 前記光分割部材が凹、凸、又は平坦状
    の同心円状の光透過部材を組合せた多分割ウィンドウか
    ら成ることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工
    用光学装置。
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