JPS5939490A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

レ−ザ加工装置

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JPS5939490A
JPS5939490A JP57148809A JP14880982A JPS5939490A JP S5939490 A JPS5939490 A JP S5939490A JP 57148809 A JP57148809 A JP 57148809A JP 14880982 A JP14880982 A JP 14880982A JP S5939490 A JPS5939490 A JP S5939490A
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JP
Japan
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laser beam
lens
laser
optical axis
quartz glass
Prior art date
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Pending
Application number
JP57148809A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Inukai
伸治 犬飼
Yasuki Mori
泰樹 森
Sumio Hashimoto
純男 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP57148809A priority Critical patent/JPS5939490A/ja
Publication of JPS5939490A publication Critical patent/JPS5939490A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073Shaping the laser spot

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光線により被加工物を加熱し、軟化、溶
融等を生じさせて所定の加工を行うレーザ加工装置に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
レーザ光線は熱出力がきわめて高いので被加工物を熱加
工するのに好適するが、ビーム光ゆえに被照射面積が小
さい欠点がある。
たとえば近時においては高圧金隅蒸気放電灯の小形化が
進み、この種高圧金属蒸気放電灯のもつ高効率性を生か
して一般白熱電球と代替して使用できる照明光源が開発
されつつある。この種の小形金属蒸気放電灯(佳必然的
に発光管も小形化し、その形状も単なる円筒形なものば
かりでなく、球形または楕円球形の発光管が採用されつ
つある.、 小形発光管は、従来において石英ガラスチューブを酸素
一水累パーナに工り加熱軟化させ、このチューブ内に窒
素ガス等の不活性ガス全圧送することによりこのガス圧
にて球形もしくは楕円球形に膨出成形させる方法が採用
さ扛ていた3、しかしながら上記方法は加熱源として酸
素−水素バーナを使用しているため、石英ガラス材質中
に水素が混入され、この混入された水素が発光管として
の機能中に不純ガスとして発光管内に放出されるため、
ランプ電圧を上昇させるなど、ランプ特性に悪影響を及
ぼし、特に小形であるゆえに僅かな水素ガスであっても
その影響が大きい不具合があった。
このようなことから、加熱源としてCO2レーザ光線全
使用することが考えらnる。CO2レーザ光線は効率が
よく高出力が得ら扛ることに加えて、そのレーザ波長1
0.6μmは石英ガラスに良く吸収さrるなどの利点が
ある。
しかしながらレーザ光線はその最大の特徴であるビーム
光ゆえに、レーザ光線の強度分布ガスポット形であるこ
とから所定面積以上の照射面積、すなわち加熱面積が得
らnない欠点があり、上記小形発光管の場合でも局部加
熱となってしまって全体が均一に加熱軟化さnない問題
点がある。
レーザ光線による加熱面積を拡げる手段としてレーザ光
線を反射鏡によって反射させ、この反射鏡を揺動させる
ことにより反射角を変更させて所定加熱面上における照
射位順ヲ変え、加熱面積全槽Daさせる方法が考えらn
るが、この方法は反射鏡の微小な調整誤差でも反射光は
誤差の倍の振nを生じ、特に反射、障と被加工物との距
離が大きい場合にはその誤差がきわめて拡大さ扛るので
、高精度な加熱範囲を設定することが困雛である。
また単に加熱面f4f ’Fr:増すだけであnば、レ
ーザ光線を凹レンズを通して拡11にさぜることか考え
られるが、凹レンズを固定して使用するだけでは、照射
面積が拡がるけf’Lども、レーザ光線の光軸上に発生
する最大強度のイ〜″装置は変化しないので強度分布の
ばらつきtよ解消ができない不具合がある。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情にもとづきなさ1tたもので、
その目的とするところは、レーザ光線の強度を高く維持
して加熱面、潰を拡げることができ、所定の大きな面積
を均等にかつ高精度に加熱することができるレーザ加工
装置を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
すなわち本発明はレーザ発生装置から出たレーザ光線全
透過レンズを透過させて被加工物に照射するとともに、
上記レンズをその入射光軸に対して傾斜揺動させること
により、レンズ透過後の透過レーザ光線を上記入射光軸
に対して偏心させるようにし、この偏心にもとづき照射
面積を増大させかつ均等に加熱させるようにしたもので
ある。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図ないし第3図にもとづき
説明する。
本実施例においては小形金4蒸気放電灯の発光管を製造
するための石英ガラスチー−ブ加熱装置について説明す
る。
図において1はCO2レーザ光m奮発するレーザ発生装
+’(,2は本発明のレンズに該当する平面レンズ、3
はシリンドリカルレンズ、4は石英ガラスチューブを各
々示す。上記平面レンズ2、シリンドリカルレンズ3お
よび石英ガラスヂー−ブ4はレーザ発生装置1から照射
さrtたレーリ゛光線10の光軸010上に設けら扛て
いる。
」二記平面レンズ2は、たとえばZn −Sc系ガラス
材料からなり、C02レーザブ自線ゐ透過性に優几たも
のであり、入射面2aお工び透過rl+’i 2bが互
にモ行な平面形、つまりは平板ガラス状に形成さnてい
る。そしてこの平t6ルンズ2は上記光軸010に対し
て垂直をなす回動i1’lll 5 ′fc有し、この
回動軸5がたとえば可逆転形パルスモータ6に連結さn
ている。・やルスモータ6には予め設定さf’した)や
ルス信号、もしく &J: イコ莢ガラスチューブ4の
加熱Fk陣に応じでコン1?−−2等に工り自1助制j
β11さ11る/Pルス信号が 、pルス発生装置7か
ら投入さ才1.るようになっている。。
シリンドリカルレンズ゛3(・↓か′−j1・]二こ形
をなしており、このレンズ3に入ったレーリリ10“−
はレンズ3の周方向に集光させるとともに長手力向には
何ら集光お工び拡散させずに、その透過光が楕円もしく
は長円形に変更さ几るものである。
なお石英ガラスチー−ブ4はそのバルブ軸を中心として
一定速度で回転させるようになっている。
上述のごとき構成に係る上記実施例の作用について説明
する。
レーザ発生装置1から照射さrたレーザブL線10は平
面レンズ2を透過し、シリンドリカルレンズ3を介して
石英ガラスチューブ4に照射さ牡る1、平面レンズ2が
入射レーザ光線10に対して直角に対向さnている場合
(非傾斜)は第2図の破線で示さ扛る状態であり、この
場合にレーザ光線は真直ぐに透過するとともに、このレ
ンズが子板状であるから透過したレーザ光f叩が集光も
拡散もさnない。上記平面レンズ2を真直ぐに透過した
透過レーザ光線11はシリンドリカルレンズ3により断
面が楕円形もしくは長円形形のぎ−ム光に変換されて石
英ガラスチューブ4の表面に照射される。上記シリンド
リカルレンズ3に裏って楕円形もしくは長円形に変換さ
オ′シたレーザ光線の長袖方向は石英ガラスチューブ4
の管軸方向に合致している。上述のように平面レンズ2
が第2図の破め1で示さj’Lる非傾斜状態にある場合
はレーリ゛光線が真直ぐに進んで石英ガラスチューブ4
上に、第2図のパターンAで示すごとき照射面ミ″つま
り加熱面A’j’tを現出する。
つぎに・ぐルス発生装置7からのパルス信号によりパル
スモータ6?作動させ、回動軸5を介して平面レンズ2
を第2図中実pAに示す位置まで回動させた場合には、
平面レンズ2しよ入射レーデ光線10の光軸、つま9人
射光情010に2′・寸して傾斜する1、このためレー
ザ光線は11u折さマt1その透過レーザ光線12は、
前記半面レン!2の非傾斜時における透溝レーザ)Y:
 Ci! 11に対して偏心する。この、c9なイ1.
i心信「昂し−リ′元L!12はシリンドリカルレンズ
3を透1j績してr5)/−ガラスチューブ4’f:N
’z図のi?ターンBで示すf!f’、 射面によって
加熱する。この照射面Bは先に述べた照射面Aと同一面
積であるが石英がラスチーープ4の軸方向に沿って変位
させらnている。
マタ同じく゛ノクルスモータ6によって平面レンズ2を
第2図中2点鎖線で示す工うに傾斜させると、上記と同
様にして石英ガラスチ、、−−ブ4上に第2゛図の・ぐ
ターンCで示す照射面を加熱することになる。
このように、平面レンズ2を往復傾斜させ牡ば、石英ガ
ラスチューブ4における照射面積、つまり第3図にも示
されるように、加熱面積75;軸方向に沿って拡大さn
、Lかも熱強度分布も同等にすることがで^る3、この
ため石英ガラスチューブ4を管軸回りに等速度で回転さ
せnば石英ガラスチューブ4を全面に亘って均等にカロ
熱し、これを軟化させることができる。
この場合、レーデ発生装置1と平面レンズ2お工び石英
ガラスチューブ4は、レーザ光線10の入射光軸010
上に一直線上に配置できるのでその配置が簡単である。
また上記透過レーザ光線11カニ人射光軸010から偏
心する量tは次式にエリ求めることができる。
ここでtは平面レンズの板厚、φは入射角、φ′は屈折
角、nは空気の屈折率、n′は平面ガラスの屈折率であ
る。
また入射角φと屈折角φ′は次式により求めることがで
きる。
したがって、平面レンズの19さtと、入射角φつまり
傾斜角を変更す扛ば(1)式により透過レーザ光線の偏
心喰tが求めら扛る。上記偏心晴tの設定lは、レーザ
発生装@1によって出力さ扛るレーザ)f、線の強度分
布状態お、しび被加工物側で要求する加熱条件等にエリ
選択する。才た、上記強度分布や加熱条件を変えるには
、(V−面レンズの傾斜角ばかりでなく、Iln斜の速
度や所定傾斜角度の状態のま1停止している保持時間等
を選択すnばよい。
なお上記実施例において平面レンズ2全使用したことけ
以下に述べるような効果もある。つまり平面レンズ2は
レーザ光at屈折させて偏心させるだけであり、集光、
拡散させることがない。このため、レンズ2から出た透
過レーザ光線11や12は、平行なビーム光とがってお
シ、シたがって波加工物としての石英ガラスチューブ4
を第2図の矢印X方向へ移動させてそのどの位置であっ
ても照射面積が同一となる。
このことから、平面レンズ2と石英ガラスチューブ4の
相対的距離に注意を払う必要がなく、平面レンズ2また
は石英ガラスチューブ4の配置が容易となる。
なお、上記実施例では石英ガラスチューブ4の加熱軟化
子役としてのレーザ発生装置Ftについて説明したが本
発明は上記実施例には限らない。
要するに、レーザ発生装置1から発せら訃たレーデ光線
の強度分布のみでは被加工物側で要求する加熱面d(と
じて不足する。鳴合には本発明が好適する。しfCがっ
て、レンズ2は単に回動軸5を回ClIb中心として往
復傾斜させることには限らず、たとえば第2図の実線で
示された傾斜姿勢のま1で光軸010の回りに旋回運動
、つまり首]Σ(シ式に、1j6動させる。Lうにして
も工い。
また、子11ηレンズ2に代って凸レンズや凹レンズ全
使用してもよい。つまりミル−ザ発生装置1から発せら
tl、たレーザ先約!の強塵分イ5に応じて集光させた
り拡散させることt1必°λVに応じて、d択すること
もできるものである。
〔発明の効果〕 以上it?’ 、1IRL、た通り本発明によ4Lげ、
レーザ発生装置から発せらnたレーザ光、?+1を傾斜
揺動さオするレンズkJfj、過させて被加工物へ照射
させるようにしたから、レーデ光:+::I!が上記レ
ンズの傾斜にもとづき屈折さ扛て1藺心し、波加工物の
照射面が移動するので加熱面積が拡大さJ’Lる。しか
もこのもの(・よレンズを傾旧]’i!5 :i’bさ
せるだけであるから、透過さ扛たレーザ光線の強度分布
が分散さ扛ず、強度を、へ6く維持することができるの
で加熱効率も高くなる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例金示し、第1図は発光管製造の
ために石英ガラスチューブを加熱するための装置を概略
的に示す構成図、第2図はその作用を説明する図、第3
図は特性図である。 1・・・レーザ伯生装置、2・・・平面レンズ、4・・
・石英ガラスチー−ブ(被加工物)、5・・・回動軸、
6・・・ノぐルスモーク。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被加工物にレーザ光線を照射してこの被加工物を
    加熱することによシ所定の加工を行うレーザ加工装置喀
    において、レーザ発生装置から出たレーザ光線1.ヲと
    のレーザ光線を透過するレンズ全通して上記被加工物に
    照射し、このレンズを揺動機構により入射光軸に対して
    傾動させて被加工物に向かう透過レーザ光線の光軸を偏
    位させるようにしたことIQ徴とするレーデ加工装置。
  2. (2)上記レンズは入射面と透過面が互にほぼ一平行+
    rす平面、形のレンズであること全特徴とする特許請求
    の範囲第(1)項記載のレーザ加工装置。
JP57148809A 1982-08-27 1982-08-27 レ−ザ加工装置 Pending JPS5939490A (ja)

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