JPS6232717Y2 - - Google Patents

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JPS6232717Y2
JPS6232717Y2 JP1982088647U JP8864782U JPS6232717Y2 JP S6232717 Y2 JPS6232717 Y2 JP S6232717Y2 JP 1982088647 U JP1982088647 U JP 1982088647U JP 8864782 U JP8864782 U JP 8864782U JP S6232717 Y2 JPS6232717 Y2 JP S6232717Y2
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JP
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curvature
optical system
cylindrical lens
central axis
parallel
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、切り代が少なくしかも厚物の切断を
可能としたレーザーカツタに関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a laser cutter that has a small cutting allowance and is capable of cutting thick materials.

レーザーカツタはあらゆる物質の切断に応用す
ることができることや被切断部材に切断力が加わ
らないこと等の多くの利点がある。このため、
種々の分野での使用が検討されており、段ボール
紙等の紙の裁断にみられるように一部では実用化
されているものも多い。
Laser cutters have many advantages, such as being able to be applied to cutting any material and not applying any cutting force to the material to be cut. For this reason,
Their use in various fields is being considered, and many have been put into practical use, as seen in the cutting of paper such as corrugated paper.

このような従来のレーザーカツタは、レーザー
発振器から射出するエネルギビームを集光用の球
面レンズで収束させているため、ビームが円錐状
となつて切り代が多くなる欠点があり、例えば段
ボール紙を積み重ねた状態でこれを裁断しようと
した場合には、集光用の球面レンズの焦点距離を
非常に長くする必要があつた。しかし、これによ
つてレーザーカツタの占有空間が大幅に増加して
しまうこととなるため、レーザーカツタは本質的
に厚物の切断には向かないものとされていたので
ある。
Conventional laser cutters like this one converge the energy beam emitted from the laser oscillator using a condensing spherical lens, which has the disadvantage that the beam becomes conical and the cutting margin becomes large. If you tried to cut them in a stacked state, it would be necessary to make the focal length of the condensing spherical lens very long. However, this significantly increases the space occupied by the laser cutter, so the laser cutter was essentially considered unsuitable for cutting thick materials.

本考案は、このような従来のレーザーカツタに
おける本質的欠点を解消し、厚物の切断を可能と
した新規な構造のレーザーカツタを提供すること
を目的とする。
The object of the present invention is to provide a laser cutter of a new structure which overcomes the essential drawbacks of conventional laser cutters and enables cutting of thick materials.

この目的を達成する本考案のレーザーカツタに
かかる構成は、平行なエネルギビームを射出する
レーザー発振器の先に曲率中心軸から一定な曲率
半径の円弧面で形成され且つ前記エネルギビーム
を線状に収束させる第一収束用光学系を配置し、
この第一収束用光学系の焦線位置或いはその近傍
に前記曲率中心軸と直角な方向の面成分が該第一
収束用光学系と等しい焦線距離を有して線状に収
束した前記エネルギビームを膜状の平行ビームに
変換する円弧状をなすと共に前記曲率中心軸と平
行な方向の面成分が前記膜状の平行ビームを点状
に収束させる円弧状をなす鞍形の彎曲面を具えた
第二収束用光学系を配置したことを特徴とするも
のである。
The structure of the laser cutter of the present invention that achieves this purpose is that the tip of the laser oscillator that emits parallel energy beams is formed by an arcuate surface with a constant radius of curvature from the center axis of curvature, and the energy beam is converged into a line. Place the first converging optical system to
The energy is linearly converged at or near the focal line position of the first converging optical system with a surface component in a direction perpendicular to the central axis of curvature having a focal length equal to that of the first converging optical system. a saddle-shaped curved surface having an arc shape that converts the beam into a film-like parallel beam, and whose surface component in a direction parallel to the central axis of curvature forms an arc shape that converges the film-like parallel beam into a point; The present invention is characterized in that a second converging optical system is arranged.

つまり、本考案の原理を表す第1図に示すよう
に、レーザー発振器11の先にこのレーザー発振
器11から連続的に射出するエネルギビーム12
の平行光束を線状に収束させる凸形シリンドリカ
ルレンズ13を第一収束用光学系として配置し、
この凸形シリンドリカルレンズ13の焦線位置或
いはその近傍に当該凸形シリンドリカルレンズ1
3と等しい焦線距離を有して線状に収束した前記
エネルギビーム12′を膜状の平行ビーム12″に
変換する凹形シリンドリカルレンズ14を配置
し、更にこの凹形シリンドリカルレンズ14の前
方に膜状の平行ビーム12″を点状に収束させる
凸形シリンドリカルレンズ15をその曲率中心軸
の位置が凸形シリンドリカルレンズ13の曲率中
心軸と90度異なるように配置することでもワーク
テーブル16上に固定されたワーク17を切断す
ることが可能であるが、本考案は前述した凹形シ
リンドリカルレンズ14と凸形シリンドリカルレ
ンズ15とがそれぞれ有する機能を一つの光学系
で実現したものである。
That is, as shown in FIG. 1, which represents the principle of the present invention, an energy beam 12 continuously emitted from the laser oscillator 11 is placed at the tip of the laser oscillator 11.
A convex cylindrical lens 13 that linearly converges the parallel light beam is arranged as a first converging optical system,
The convex cylindrical lens 1 is located at or near the focal line position of the convex cylindrical lens 13.
A concave cylindrical lens 14 for converting the linearly converged energy beam 12' having a focal length equal to The convex cylindrical lens 15 that converges the film-like parallel beam 12'' into a point can be placed on the work table 16 so that its central axis of curvature is 90 degrees different from the central axis of curvature of the convex cylindrical lens 13. Although it is possible to cut a fixed workpiece 17, the present invention realizes the functions of the above-described concave cylindrical lens 14 and convex cylindrical lens 15, respectively, in one optical system.

以下、本考案によるレーザーカツタの一実施例
についてその概略構造を表わす第2図を参照しな
がら詳細に説明すると、レーザー発振器11の先
にはこのレーザー発振器11から連続的に射出す
るエネルギビーム12の平行光束を線状に収束さ
せる第一収束用光学系として、本実施例では曲率
中心軸から一定曲率半径の円弧面で形成された凸
形シリンドリカルレンズ13が配置されている。
この凸形シリンドリカルレンズ13の焦線位置或
いはその近傍には、凸形シリンドリカルレンズ1
3の曲率中心軸と直角な方向の面成分が凸形シリ
ンドリカルレンズ13と等しい焦線距離を有して
線状に収束したエネルギビーム12′を膜状の平
行ビームに変換する凸状の円弧状をなし、且つ前
記曲率中心軸と平行な方向の面成分が前記膜状の
平行ビームを点状に収束させる凹状の円弧状をな
す鞍形の彎曲面18を具えた反射鏡19が第二収
束用光学系として配置されている。この反射鏡1
9の外観を表す第2図bに示すように、彎曲面1
8には金めつきが施されており、凸形シリンドリ
カルレンズ13の曲率中心軸と直角な方向の面成
分が第1図に示した凹形シリンドリカルレンズ1
4として機能すると共に前記曲率中心軸と平行な
方向の面成分が第1図に示した凸形シリンドリカ
ルレンズ15として機能する。
Hereinafter, one embodiment of the laser cutter according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 showing its schematic structure. In this embodiment, a convex cylindrical lens 13 formed by an arcuate surface having a constant radius of curvature from the central axis of curvature is arranged as a first converging optical system that converges the parallel light beam into a linear shape.
At or near the focal line position of this convex cylindrical lens 13, the convex cylindrical lens 1
The surface component in the direction perpendicular to the central axis of curvature of No. 3 has a focal length equal to that of the convex cylindrical lens 13 and has a convex arc shape that converts the linearly converged energy beam 12' into a film-like parallel beam. A reflecting mirror 19 is provided with a saddle-shaped curved surface 18 whose surface component in a direction parallel to the center axis of curvature is a concave arc that converges the film-like parallel beam into a point. It is installed as an optical system for use. This reflector 1
9, the curved surface 1
8 is plated with gold, and the surface component in the direction perpendicular to the central axis of curvature of the convex cylindrical lens 13 is the concave cylindrical lens 1 shown in FIG.
4, and the surface component in the direction parallel to the center axis of curvature functions as the convex cylindrical lens 15 shown in FIG.

これら凸形シリンドリカルレンズ13及び反射
鏡19は防塵筒20内に収納され、この防塵筒2
0には凸形シリンドリカルレンズ13の円弧面及
び反射鏡19の彎曲面18に塵埃が付着して熱吸
収による破損を防止するため、凸形シリンドリカ
ルレンズ13及び反射鏡19の彎曲面18に清浄
な窒素ガスを吹き付けるガス供給管21が組み付
けられている。ワーク17は凸形シリンドリカル
レンズ13の光軸に対して傾斜する反射鏡19の
斜め前方に設置され且つ凸形シリンドリカルレン
ズ13の曲率中心軸と平行な方向に送り移動し得
るワークテーブル16上に固定されており、前記
防塵筒20とレーザー発振器11との間には、ワ
ーク17に対するエネルギビーム12の送給を制
御するミラーシヤツタ22がエネルギビーム12
の光軸に対して45度傾斜状態で設置され、このミ
ラーシヤツタ22で側方に90度折り曲げられたエ
ネルギビーム12の熱吸収を行なう水槽23がレ
ーザー発振器11の側方に設置されている。
These convex cylindrical lens 13 and reflecting mirror 19 are housed in a dustproof tube 20.
In order to prevent dust from adhering to the arc surface of the convex cylindrical lens 13 and the curved surface 18 of the reflecting mirror 19 and causing damage due to heat absorption, the convex cylindrical lens 13 and the curved surface 18 of the reflecting mirror 19 are cleaned. A gas supply pipe 21 for spraying nitrogen gas is installed. The workpiece 17 is fixed on a worktable 16 that is installed obliquely in front of a reflecting mirror 19 that is inclined with respect to the optical axis of the convex cylindrical lens 13 and that can be fed and moved in a direction parallel to the central axis of curvature of the convex cylindrical lens 13. Between the dustproof tube 20 and the laser oscillator 11, there is a mirror shutter 22 that controls the feeding of the energy beam 12 to the workpiece 17.
A water tank 23 is installed on the side of the laser oscillator 11 to absorb the heat of the energy beam 12 which is tilted at 45 degrees with respect to the optical axis of the mirror shutter 22 and bent laterally by 90 degrees.

ワーク17の切断に際しては、その切断位置に
応じてワークテーブル16を左右に移動させたの
ち、ミラーシヤツタ22を開くと共にワークテー
ブル16を上昇させ、ワーク17を切断して行
く。この場合、切り代は切断ビーム12の幅に
依存するが、本実施例では凸形シリンドリカルレ
ンズ13をその光軸方向に移動させることにより
調整でき、0.5ミリメートル程度の線状にまで絞
ることが可能であるから、極めて少なくすること
ができる。又、これによつて切断ビーム12の収
束度が高まつているため、従来のものより光軸方
向に厚いワーク17の切断も可能となつた。
When cutting the work 17, the work table 16 is moved left and right according to the cutting position, and then the mirror shutter 22 is opened and the work table 16 is raised to cut the work 17. In this case, the cutting distance depends on the width of the cutting beam 12, but in this embodiment, it can be adjusted by moving the convex cylindrical lens 13 in the direction of its optical axis, and it is possible to narrow down to a linear shape of about 0.5 mm. Therefore, it can be extremely reduced. Furthermore, since the degree of convergence of the cutting beam 12 is increased, it is now possible to cut a workpiece 17 that is thicker in the optical axis direction than in the conventional method.

なお、本実施例では反射鏡19の裏面に冷却水
を散布してこの反射鏡19の冷却を行なうための
冷却水供給管24が防塵筒20に組み込まれてい
る。
In this embodiment, a cooling water supply pipe 24 for spraying cooling water on the back surface of the reflecting mirror 19 to cool the reflecting mirror 19 is incorporated in the dustproof tube 20.

上述した実施例では300ワツト程度までの出力
のレーザー発振器11に好適であるが、更に高出
力のレーザー発振器11に対しては、すべて反射
光学系を使用することが好ましく、第2図aで示
した凸形シリンドリカルレンズ13の代りにシリ
ンドリカル凹面鏡25で構成した本考案の他の一
実施例を表わす第3図に示すように、この場合に
は空冷フイン26を具えたヒートパイプ27に反
射鏡22及びシリンドリカル凹面鏡25をそれぞ
れ取り付け、冷却効率を高めるように工夫すると
よい。
The embodiment described above is suitable for a laser oscillator 11 with an output of up to about 300 watts, but for a laser oscillator 11 with an even higher output, it is preferable to use a reflective optical system, as shown in FIG. 2a. As shown in FIG. 3, another embodiment of the present invention is constructed with a cylindrical concave mirror 25 instead of the convex cylindrical lens 13. It is preferable to attach a cylindrical concave mirror 25 and a cylindrical concave mirror 25 to improve the cooling efficiency.

なお、エネルギビーム12が強すぎる時にはあ
らかじめその径を拡げたのち、第一収束用光学径
に入射させることが望ましい。
Note that when the energy beam 12 is too strong, it is desirable to expand its diameter in advance and then make it incident on the first converging optical diameter.

上記実施例は反射鏡19により本考案の目的を
達成したが、周知のように反射鏡をレンズに代え
ても同一な目的を達成することができる。第4図
は反射鏡19に代えてレンズ19′を用いた場合
の本考案の更に他の一実施例を表している。すな
わち、凸形シリンドリカルレンズ13の焦線位置
或いはその近傍には、凸形シリンドリカルレンズ
13の曲率中心軸と直角な方向の面成分が凸形シ
リンドリカルレンズ13と等しい焦線距離を有し
て線状に収束したエネルギビーム12′を膜状の
平行ビームに変換する凹状の円弧状をなし、且つ
前記曲率中心軸と平行な方向の面成分が前記膜状
の平行ビームを点状に収束させる凸状の円弧状を
なす鞍形の彎曲面18′を具えたレンズ19′が第
二収束用光学系として配置されている。このレン
ズ19′はその外観を表す第4図bに示すよう
に、第2図aに示した反射鏡19と各面成分で凹
凸関係が逆転しており、凸形シリンドリカルレン
ズ13の曲率中心軸と直角な方向の面成分が第1
図に示した凹形シリンドリカルレンズ14として
機能すると共に前記曲率中心軸と平行な方向の面
成分が第1図に示した凸形シリンドリカルレンズ
15として機能する。従つて、レンズ19′を用
いた本実施例においても、前記反射鏡19を用い
た実施例と同様に、優れた切断を達成する。
In the above embodiment, the object of the present invention was achieved by using the reflecting mirror 19, but as is well known, the same object can be achieved even if the reflecting mirror is replaced with a lens. FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention in which a lens 19' is used in place of the reflecting mirror 19. That is, at or near the focal line position of the convex cylindrical lens 13, a surface component in a direction perpendicular to the central axis of curvature of the convex cylindrical lens 13 has a focal line distance equal to that of the convex cylindrical lens 13, and a linear shape is formed. a concave arc shape that converts the energy beam 12' converged into a film-like parallel beam, and a convex shape whose surface component in a direction parallel to the central axis of curvature converges the film-like parallel beam into a point shape; A lens 19' having a saddle-shaped curved surface 18' having an arc shape is arranged as a second converging optical system. As shown in FIG. 4b, which shows the appearance of this lens 19', the unevenness relationship of each surface component is reversed from that of the reflecting mirror 19 shown in FIG. 2a, and the central axis of curvature of the convex cylindrical lens 13 is The surface component in the direction perpendicular to
It functions as the concave cylindrical lens 14 shown in the figure, and the surface component in the direction parallel to the central axis of curvature functions as the convex cylindrical lens 15 shown in FIG. Therefore, in this embodiment using the lens 19', as well as in the embodiment using the reflecting mirror 19, excellent cutting is achieved.

尚、これらの実施例では炭酸ガスレーザー発振
器を使用しているため、赤外域での透明物質でレ
ンズを製作するか或いは金めつきを施した銅製の
反射鏡を使用することが好ましい。
In addition, since a carbon dioxide laser oscillator is used in these embodiments, it is preferable to use a lens made of a transparent material in the infrared region or a reflective mirror made of copper plated with gold.

このように本考案のレーザーカツタによると、
レーザー発振器からのエネルギビームを膜状の平
行ビームに変換したのち、そのまま点状に収束さ
せてワークを切断するようにしたため、切り代を
大幅に少なくすることが可能であり、又、切り代
が減少した分だけ厚いワークを切断することがで
きる。また、第1図に示した2つの光学要素1
4,15の機能を1つの光学要素19または1
9′で達成するためレーザーカツタの部品点数が
削減されると共に小型化が達成される。
In this way, according to the laser cutter of this invention,
Since the energy beam from the laser oscillator is converted into a film-like parallel beam and then converged into a point shape to cut the workpiece, it is possible to significantly reduce the cutting allowance. Thicker workpieces can be cut by the reduced amount. In addition, the two optical elements 1 shown in FIG.
4,15 functions in one optical element 19 or 1
9', the number of parts of the laser cutter can be reduced and the size can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案によるレーザーカツタの原理
図、第2図aはその一実施例の概略構造を表す平
面図、第2図bは第2図aで示した反射鏡の外観
を表す斜視図、第3図は本考案における他の一実
施例の光学系の概略構造を表す平面図、第4図a
は本考案の更に一実施例の概略構造を表す平面
図、第4図bは第4図aで示したレンズの外観を
表す斜視図であり、図中の符号で 11……レーザー発振器、12,12′,1
2″……エネルギビーム、13……凸形シリンド
リカルレンズ、17……ワーク、18……彎曲
面、18′……彎曲面、19……反射鏡、19′…
…レンズ、25……シリンドリカル凹面鏡であ
る。
Fig. 1 is a principle diagram of the laser cutter according to the present invention, Fig. 2a is a plan view showing the schematic structure of one embodiment thereof, and Fig. 2b is a perspective view showing the appearance of the reflecting mirror shown in Fig. 2a. , FIG. 3 is a plan view showing the schematic structure of an optical system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 a
is a plan view showing a schematic structure of yet another embodiment of the present invention, and FIG. 4b is a perspective view showing the external appearance of the lens shown in FIG. ,12',1
2''...Energy beam, 13...Convex cylindrical lens, 17...Work, 18...Curved surface, 18'...Curved surface, 19...Reflector, 19'...
...Lens, 25... It is a cylindrical concave mirror.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 平行なエネルギビームを射出するレーザー発振
器の先に曲率中心軸から一定な曲率半径の円弧面
で形成され且つ前記エネルギビームを線状に収束
させる第一収束用光学系を配置し、この第一収束
用光学系の焦線位置或いはその近傍に前記曲率中
心軸と直角な方向の面成分が前記第一収束用光学
系と等しい焦線距離を有して線状に収束した前記
エネルギビームを膜状の平行ビームに変換する円
弧状をなすと共に前記曲率中心軸と平行な方向の
面成分が前記膜状の平行ビームを点状に収束させ
る円弧状をなす鞍形の彎曲面を具えた第二収束用
光学系を配置したことを特徴とするレーザーカツ
タ。
A first focusing optical system is disposed at the tip of a laser oscillator that emits a parallel energy beam, and is formed by an arcuate surface having a constant radius of curvature from the central axis of curvature, and that focuses the energy beam into a line. The energy beam, which is linearly converged at or near the focal line position of the first converging optical system, with a surface component in a direction perpendicular to the central axis of curvature having a focal length equal to that of the first converging optical system, is converged into a film shape. a second converging surface having a saddle-shaped curved surface having an arc shape for converting the film-like parallel beam into a point-like shape, and having a surface component in a direction parallel to the central axis of curvature converging the film-like parallel beam into a point shape; A laser cutter characterized by the arrangement of an optical system.
JP1982088647U 1982-06-16 1982-06-16 laser cutter Granted JPS58160684U (en)

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