JPS6121193Y2

JPS6121193Y2 -

Info

Publication number: JPS6121193Y2
Application number: JP1979132500U
Authority: JP
Priority date: 1979-09-27
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1986-06-25
Also published as: JPS5650583U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はレーザビームを分割して得られる複数
の集光スポツトにより各種のレーザ加工を行うレ
ーザ加工装置に関する。

従来、面を構成する加工物に等間隔でレーザス
クライビングやスポツト溶接を行なう場合はレー
ザビームを集光レンズなどで集光し、その集光点
と加工物を相対的に走査している。ところで、例
えば直線を多数引く場合にはそれに応じた走査回
数だけ走査を行なうことでけがき、溶接、切断等
を行なつている場合、走査速度を上げることによ
つて走査時間の短縮を図り、能率向上に努めてき
た。しかし、走査線の走査密度を高くする対象物
の場合、例えば、多数枚の板を重ね合わせその端
部をレーザ溶接で固定するとか、半導体ウエハー
の多結晶の再結晶化のレーザアニールなどの目的
には更に高速、高密度走査で作業能率の向上が望
まれている。そこで、レンズに入射する以前にレ
ーザビームをプリズムなどで進行方向の異なる複
数のレーザービームにし、その後集光レンズに入
射させ複数の集光スポツトにする方法が実施され
ているが、各スポツトの強度分布が均等に分割し
にくいこと、プリズムの反射による透過損失があ
ることなどの欠点がある。また、複眼レンズなど
で一列に多数の集光スポツトを形成することも周
知であるが、レーザービームが中心部が強く周辺
にいくに従つて徐々に弱くなる強度分布をもつた
め、各集光点での強度が等しくならない欠点があ
る。しかも、これらの集光光学系ではたとえば複
数本のけがき加工に際して各分割集光点間隔は任
意に変化できなかつた。

本考案は上記事情にもとづいてなされたもの
で、複数の均等の分割レンズをそれらの各光軸
が、一直線となるようにして一体に組合せた光学
系により一つのレーザ光複数の集光スポツトに
し、これらを加工面上で一直線状に照射する構成
にすることにより各種のレーザ加工を行なえるレ
ーザ加工装置の提供を目的とする。

以下、実施例を示す図面を参照して本考案を説
明する。

第１図において図示せぬ駆動機構によつて前後
（紙面垂直方向）、左右（図中矢印Ａ方向）に移動
自在な保持台１を有し、この載置面上に加工物２
が固定されている。また、上記保持台１に対向し
て、その内部に後述する複数の分割レンズを一体
に組合せた光学系３を保持している円筒状のレン
ズ支持筒４がテーブル５に取り付けられている軸
受け６に軸支されている。さらに、テーブル５に
はミラー保持部８が立設されていて、このミラー
保持部には反射ミラー７がその反射光を分割レン
ズ群３ａに導く角度にされて保持されている。こ
の反射ミラー７に対向してレーザ発振器９が設け
られ、放出されたレーザービーム１０が反射ミラ
ー７で反射され分割レンズ群３ａに入光するよう
になつている。また、テーブル５は架台１１に第
１の駆動機構１２により、矢印Ｂ方向に移動自在
に載置されており、上記発振器９もテーブル５と
一体的に移動する。さらに、上記レンズ支持筒４
の保持台１側開口端部１３近傍の外周面には第１
の歯車１４が環装されている。この第１の歯車１
４には、テーブル５に取り付けられた第２の駆動
機構１５に連結された第２の歯車１６が歯合され
ていて、レンズ支持筒４とこれに保持されている
光学系とを自転運動させる回動手段になつてい
る。ところで、前記した光学系３の詳細な形状を
第２図および第３図に示す。放射状に等分割され
た120゜の頂角をもつ扇形の分割レンズ（以下、
単にレンズと略す）３ａ，３ｂ，３ｃは、互いに
境界部分が接触して、全体として点１７を中心と
する円形のレンズ集合体に構成されている。そし
て、点１７に上記レーザビーム１０の光軸が通る
ように上記光学系３がレンズ支持筒４内に設置さ
れている。ここで、各レンズ３ａ，３ｂ，３ｃは
これらレンズによるそれぞれの集光スポツトＰ，
Ｑ，Ｒが加工物２の表面上の一直線上に等間隔に
一列多点配列されるようにそれぞれの光軸を一直
線上に配列したものに設計されている。つまり、
レンズ３ａは光軸が点Ｙにくるように凸レンズか
ら切り出され、同じく、レンズ３ｂは光軸が点Ｘ
にくるように凸レンズから切り出され、さらにレ
ンズ３ｃは光軸が上記ＸとＹの中間位置である点
Ｚにくるよう凸レンズから切り出されている。そ
の結果、光軸Ｘに位置する集光スポツトＰと光軸
Ｚに位置する集光スポツトＱとの間の距離D₁
と、集光スポツトＱと光軸Ｙに位置する集光スポ
ツトＲとの距離D₂は等しくなる。

つぎに、本考案のレーザ加工装置を用いてけび
き加工する場合について説明する。発振器９から
放出されたレーザビーム１０は反射ミラー７にお
いて進行方向が90゜反射されて光学系に対して垂
直に入射する。前述したように、レーザビーム１
０の光軸は光学系３の中央の点１７を通つている
ので、横断面が円形レーザビーム１０は均等分さ
れた各レンズ３ａ，３ｂ，３ｃに等量分ずつ入射
する。したがつて、レーザビーム１０の強度は一
様に分配され半導体ウエハーなどからなる加工物
２上に直線状に等間隔に集光される。これら集光
された複数の集光スポツトＰ，Ｑ，Ｒのおのおの
のエネルギ密度は均等になる。

しかして、直線一列状に３点配列されエネルギ
密度が均等な集光スポツトＰ，Ｑ，Ｒを加工物２
表面に集光した状態でかつそれらスポツトの間隔
を保つ方向、すなわち矢印Ａ方向と直交する方向
へ保持台１を動かす。このようにすることによつ
て３本同時に等間隔で均等にけびき加工すること
ができる。したがつて、従来のように一本づつ加
工する場合に比べて格段に加工能率が向上する。
また、けびき間隔の調節は、第２の駆動機構１５
を駆動して、第２の歯車１６および、これに歯合
する第１の歯車１４を回転させて、レンズ支持筒
４を回転させることにより行なう。しかして、第
４図に示すように加工物２上の集光スポツトＰ，
Ｑ，Ｒの位置θだけ回転する。その結果、第４図
中、矢印Ｃ方向に加工物２を動かした場合の間隔
D′は、 D′＝Dcosθ で示される。すなわち、θが大になるほど間隔
D′は小さくなる。したがつて、加工上の必要に
応じて適宜調整できる。上記のように、本考案の
レーザ加工装置を用いてけびきを行なつた場合、
レーザビーム１０は同一平面上に等間隔に配置さ
れた複数の集光スポツトＰ，Ｑ，Ｒは分割されて
いるので、同時に集光スポツトＰ，Ｑ，Ｒの数に
対応したけびきを同時にでき加工能率が大幅に上
昇する。しかもおのの集光スポツトＰ，Ｑ，Ｒの
エネルギ密度は均等であるので、けびき後に形成
された溝の大きさも均一になる。また、光学系を
回転させることにより、スポツト間隔も調整可能
になるので、それだけ用途も拡大する。さらに、
光学系３のうち、レンズ３ａとレンズ３ｂとは鏡
面対称であるので必要な分割レンズの製作や組合
せが容易になり、製造原価の低減に寄与する。

他の使い方として、第５図のように薄板を重ね
合わせた加工物２の合わせ目の位置O₁にパルス
的にレーザービーム１０を照射して、同時に１直
線上にスポツト溶接した後、順次、加工物２を移
動して位置O₂，O₃にてスポツト溶接をすること
もできる。この場合においても前記実施例と同様
の効果をもつているが、特に、集光スポツトＰ，
Ｑ，Ｒのエネルギ密度が均等であることにより、
溶接部も均一になり製品の品質の信頼性が向上す
る。また、薄板の厚さに応じて間隔が調節できる
ことも大きな効果である。

さらに、本考案のレーザ加工装置は薄板を並行
な細帯に切断する加工にも適用できる。

上述したように、本考案のレーザ加工装置は均
等の分割レンズをそれらの各光軸が一直線にくる
ようにして組合わせた光学系をレーザ光の進行光
路に配置したもので、均等のエネルギ分布をもつ
複数の集光スポツトで同時に均等の複数のレーザ
加工ができ、走査時間は短縮し加工能率が大幅に
上昇する。また、光学系と加工物を保持する保持
台とを相対的に回転する回転機構を備えているの
で、集光スポツト間の距離を加工条件の変化に対
応して適宜自由に調節でき加工機としての汎用性
が増大する。

なお、上記実施例においてレンズ支持筒を回転
させることにより、光学系と保持台とを相対的に
回転させる構造としているが、保持台側をレンズ
支持筒と同様な回転ができる構造としてもよい。
また、上記実施例においてはレンズの数は３個と
したが、第６図に示すように、４個としてもよ
い。この場合も光学系３は放射状に等分割された
扇形の分割レンズ３ａ乃至３ｄからなつており、
レンズ３ａの光軸は点Ｊに、レンズ３ｂの光軸は
点Ｇに、レンズ３ｃの光軸は点Ｉに、レンズ３ｄ
の光軸は点Ｈにくるようにレンズ形状が光学的に
設計されている。上記Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊの間隔は均
等である。そのため、レンズ３ａとレンズ３ｂお
よびレンズ３ｃとレンズ３ｄはその形状が鏡面対
称になつている。また、必要に応じてレンズの数
をふやしてよい。さらに、上記実施例において
は、加工内容はけびき、切断、スポツト溶接であ
るが、光学系と保持台とを相対的に連続回転させ
ることにより、穴あけ加工を行なうこともでき
る。さらにまた、本考案のレーザ加工装置によつ
て、駆動機構を停止して単に１回だけのスポツト
溶接や穴あけを行なうこともできる。その他、本
考案の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のレーザ加工装置の一実施例を
示す要部断面図、第２図は第１図のレーザ加工装
置の構成要素である分割レンズ群の平面図、第３
図は同じく分割レンズ群とその集光スポツトを示
す側面図、第４図は集光スポツト間隔の調節を示
す図、第５図は本考案のレーザ加工装置による薄
板の重ね合せスポツト溶接への適用を示す図、第
６図は他の実施例の分割レンズ群の平面図であ
る。１……保持台、２……加工物、３……光学系、
３ａ〜３ｄ……分割レンズ、９……発振器、１０
……レーザビーム、１２……第１の駆動機構、１
５……第２の駆動機構。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

レーザ発振器と、複数の均等の分割レンズから
なりそれらの各光軸を一直線上に配列して一体に
組合せかつ上記レーザ発振器から放出されたレー
ザ光の進行光路に設けられた光学系と、この光学
系とこの光学系で集光された各集光スポツトの照
射を受ける加工物の保持手段とを相対的に走査す
る手段と、上記レーザ光の光軸を横切る方向に上
記光学系または保持手段を回動して上記各集光ス
ポツトの加工物に対する集光スポツト間隔を変化
させる回転手段とを備えたことを特徴とするレー
ザ加工装置。