JPS6037184Y2 - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、レーザ加工装置の光学系部品に関するもの
である。

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。

図において、１はレーザビーム、２はレーザビーム１の
方向を変える全反射鏡、３はレーザビーム１を集束する
レンズ、４は被加工物、５はレーザビーム１と同時に被
加工物４に照射されるガスを供給するガス流入口、６は
レーザビーム１とガスとが通過するノズル、７はレーザ
発振器である。

また、第２図は被加工物面上でのレーザビーム１の形状
およびパワー分布を示すもので、ａはレーザビーム軸に
垂直な面のビーム形状を示す平面図であり、ｂはａのｙ
軸方向から見たレーザビーム１のパワー分布を示腰ＤＲ
１は全ビーム径、Ｄ。

１は加工に寄与するパワー強度の臨界値Ｅｃに対応する
ビーム径を示す。

ＣはａのＸ軸方向から見たレーザビーム１のパワー分布
を示し、ＤＲ９は全ビーム径、Ｄｃ２は加工に寄与する
パワー強度の臨界値Ｅ。

に相当するビーム径を示す。また、第３図は、第１図、
第２図に示す従来の装置による切断結果を示す図である
。

すなわち、第３図は第２図すのパワー分布に相当する方
向で被加工物４を切断した場合の切断部の横断面図であ
る。

図において８は切断部を示し、９は熱影響部、１０は切
断により生成され、被加工物４の裏面に付着したドロス
を示す。

次に動作および作用について説明する。

第１図においてレーザ発振器７より放出されたレーザビ
ーム１は、全反射鏡２により被加工物４上に垂直に照射
されるように折曲げられ、集光レンズ３を透過すること
により被加工物４上に焦点を結ぶ。

また、同時に、ガス流入口５より導入された噴射ガスは
レーザビーム１と同じノズル６を通過して被加工物４面
上に照射される。

しかる状態において被加工物４を矢印方向に移動させる
ことにより溶接・切断等のレーザ加工が遠戚される。

以上の加工を行なう場合に、被加工物４表面における集
束されたレーザビーム１の形状およびバワー分布は第２
図に示すような形態となる。

すなわち、パワー分布はビームの中心軸付近はパワー強
度が高いが、中心軸から離れるにしたがってパワー強度
が漸減する連続分布となる。

また、一般にレーザ加工はパワー強度Ｅ。

以上で行なわれ、それ以下の強度では被加工物４の加工
は行なわれず、単に加工部周辺を加熱するにすぎない。

したがって、被加工物４表面のレーザビーム１において
レーザ加工に寄与するのはり。

□あるいはり。２の部分であり、ＤＲＩ ＤＣ１間あ
るいはＤＲ２ＤＣ２間のレーザビームは何らレーザ加工
に寄与していない。

さらに、以上のレーザビームで加工を行なう場合、一例
として切断を行なうと、第３図に示すようにり。

１部分のレーザビームにより被加工物４の切断がなされ
るが、ＤＲＩ ＤＣ□間部分のレーザビームにより切
断部７の周辺が加熱されるため、その結果として、切断
部８の周辺表面を酸化変色させ、硬度の変化をもたらす
熱影響部９が形成され、かつ、切断部８の裏側端面には
溶融した被加工物の凝固物であるドロス１０が付着され
るため、被加工物４に歪をもたらす結果となっていた。

従来のレーザ加工装置は以上のように構成されているの
で、レーザ加工の結果ドロスの付着により被加工物の歪
みが大きくなり、また、熱影響部の形成により硬度が変
化腰外観が実用上不適当であるためそれらを除去するた
めの後加工が必要とされていた。

この考案は上記のような従来の装置による加工の欠点を
除去するためになされたもので、被加工物面上のレーザ
ビーム軸にレーザビームのパワー分布において、加工に
寄与しない部分に相当するレーザビームを除去する装置
を設けることにより、高品質の加工が行なえるレーザ加
工装置を得ることを目的としている。

以下、この考案の一実施例を図について説明する。

図中、第１図と同一または相当部分には同一符号を付し
である。

第４図において、１１は集光レンズ３透過後のレーザビ
ーム１の外周部分を除去するビーム遮蔽装置である。

また、第５図は、ビーム遮蔽装置１１の構成を示す図で
あり、１１ａは第２図ａにおけるＸ軸方向のレーザビー
ムを遮蔽する遮蔽板であり、ｌｌｂはｙ軸方向のレーザ
ビームを遮蔽する遮蔽板である。

１１ａと１１ｂはそれぞれ直角に設定され、ｌｌａと１
１ｂの４枚の遮蔽板によって構成される内部の空間の面
積は前記空間を通過するレーザビームの形状に対応して
自由に変えられる。

さらに遮蔽板１１ａ。１１ｂのレーザビームと接触する
面はレーザビーム軸に対して鋭角となるよう研削されて
いる。

また第６図は、第５図のｌｌａおよびｌｌｂの４枚の遮
蔽板にて外周部の低パワー密度部分を除去されたレーザ
ビームの被加工物表面でのビーム形状およびパワー密度
分布を示す。

第６図においてａはレーザビーム軸に垂直な面のビーム
形状を示す平面図であり、ｂはａをｙ軸方向から見たレ
ーザビームのパワー分布を示し、Ｄｒｌは全ビーム径、
Ｄ ｃ １は加工に寄与するパワー強度の臨界値ＥＣに
対応するビーム径を示す。

また、ＣはａをＸ軸方向から見たレーザビームのパワー
分布を示す図であり、Ｄｒ２はｙ軸方向の全ビーム径で
ある。

第７図は、第６図のａのｙ軸方向に被加工物を切断した
場合の切断部の横断面図である。

次に、この実施例装置の動作について説明する。

第４図において、全反射鏡２により折り曲げられたレー
ザビーム１は、集光レンズ３を透過後、さらにビーム遮
蔽装置１１を通過し、被加工物４に照射される。

ビーム遮蔽装置１１は第５図に示す構成であり、集光レ
ンズ３により集束されたレーザビーム１の外周部のパワ
ー強度の低い部分を遮蔽板１１ａ、ｌｌｂにより遮蔽除
去し、かつ遮蔽板１１ａ、ｌｌｂのビーム接触面はビー
ム軸に対し鋭角となっているため、遮蔽されたレーザビ
ームはビーム軸からはずれ発散されるため被加工物４に
は照射されない。

即ち、被加工物４に照射されるレーザビームは第６図に
示す形状およびパワー分布となり、従来の加工装置によ
り照射されるレーザビームのパワー分布と比較すると、
切断に寄与しないレーザビームＤｒ□−Ｉ）ａｔ間また
はり。

２ Ｄｃ２間の部分が著しく減少する。

したがって、ビーム遮蔽装置１１を通過したレーザビー
ムにより切断を行なうと、Ｄｒｌ−ＤＣ１間部分が狭い
ため、第７図に示すように、熱影響部８の幅が狭くなり
、かつ被加工物４の裏面に付着するドロス９の発生量も
極めて少なくなる。

なお、上記実施例では４枚の遮蔽板よりなるビ−ム遮蔽
装置を示したが、レーザビーム形状に対応しその外周部
を遮蔽するものであればどのような形状であってもよく
、さらにその遮蔽装置のレーザビーム接触面が黒鉛等の
レーザビーム吸収体であれば、安全上好ましい。

又、上記実施例では集光レンズ透過後のレーザビームに
対してビーム遮蔽装置を適用したものを示したが、集光
レンズ透過前にビーム遮蔽装置を適用しても同様の効果
を奏する。

さらに、上記実施例では加工例として切断の場合につい
て説明したが、溶接、穴あけ、熱処理に対しても上記実
施例と同様の効果を奏する。

以上のように、この考案装置によれば、レーザビーム光
路上にレーザビームの外周部のみを遮蔽し、レーザビー
ムと接触する面がレーザビーム軸に対して鋭角を有し、
この接触面が炭素を主成分とするレーザビームの吸収体
により構成したビーム遮蔽装置を設けたので、加工品質
に悪影響を及ぼしていた低パワー強度ビームが除去され
るため、良好な加工品質が得られるとともに、ビーム接
触面がビーム軸に対して鋭角となっているため、遮蔽さ
れたビームが発散され確実に遮蔽でき、さらに良好な加
工品質が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ加工装置を示す断面側面図、第２
図は従来装置により被加工物面に照射されるレーザビー
ム形状およびパワー分布を示す図、第３図は従来装置に
よる加工結果を示す図、第４図はこの考案の一実施例で
あるビーム遮蔽装置を配置したレーザ加工装置の断面図
、第５図はこの考案の一実施例であるビーム遮蔽装置の
構成を示す斜視図、第６図はこの考案によるビーム遮蔽
装置を適用した場合のビーム形状およびパワー分布を示
す図、第７図はこの考案によるビーム遮“蔽装置を適用
した場合の加工結果を示す断面図である。 １・・・・・・レーザビーム、３・・・・・・集光レン
ズ、４・・・・・・被加工物、７・・・・・・レーザ発
振器、１１・・・・・・ビーム遮蔽装置。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. レーザ発振器より放出されるレーザビームを被加工物に
   照射して被加工物に所定の加工を施す装置において、前
   記レーザ発振器と前記被加工物との間の前記レーザビー
   ム光路上に、前記レーザビームの外周部のみを遮蔽腰レ
   ーザビームと接触する面がレーザビーム軸に対して鋭角
   を有腰上記面が炭素を主成分とするレーザビームの吸収
   体により構成されたビーム遮蔽装置を設けたことを特徴
   とするレーザ加工装置。