JPS625715B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザビームを用いて材料を加工
するレーザ加工装置の改良に関する。

従来、レーザビームを用いた材料のレーザ加工
装置としては、たとえば、第１図に示す構成のも
ので代表される装置がある。この第１図におい
て、１はレーザ共振器２と電源およびその他の付
属機器を含むレーザ発振器である。このレーザ発
振器１から取り出されたレーザビーム３はレーザ
ビーム系４を通過して、平面鏡５で反射されるよ
うになつている。この平面鏡５に対向して集光レ
ンズ６、被加工物７が配設されており、集光レン
ズ６と被加工物７は遮蔽板８内に位置している。
遮蔽板８はレーザビームの反射光から機器および
人体を保護するためのものである。

次に、第１図に示す従来のレーザ加工装置の動
作について説明する。まず、レーザ発振器１によ
つて発生したレーザは増幅され、波長を揃えられ
たレーザビーム３はレーザビーム系４を介して平
行ビームにあれ、平面鏡５などにより所定の方向
に向けられた後、集光レンズ６によつて被加工物
７上の所定の位置に集中されて照射されることに
より、被加工物７を静止したままあるいは移動さ
せて加工が達成される。

ところでレーザビーム３の中で被加工物に照射
後反射した分は逆に集光レンズ６、平面鏡５を介
して共振器２に照射されるので、集光レンズ６や
共振器２を損傷したり、あるいはその共振器２の
レーザ出力が不安定になる等の不具合を生じやす
い。

とくに被加工物７がレーザ光を反射しやすい材
質、例えばアルミニユウムや銅等の場合にはこの
レーザ光の反射による問題は実用上無視できない
ほど重要である。

そこで従来、このようなレーザ光の反射による
問題を解決するものとして、第２図に示すように
集光レンズ６を被加工物７の表面に対して斜めに
設けたものが知られている。

この装置によれば集光レンズ６によつて絞られ
たレーザビーム３を被加工物７に対して照射する
と、加工部分１０において、一部は吸収され、残
りのビームは反射ビームとなる。

この反射ビームのうち、主たるものは入射角１
１と等しい反射角１２を有する反射光９ａとなる
が、被加工物７の表面が粗いと反射光９ａよりは
ずつと弱い乱反射光９ｂも発生する。そして、こ
れら反射光９ａや乱反射光９ｂからなる反射ビー
ムはレーザビーム遮蔽板８により吸収されてその
エネルギを失なう。

従つてこのような従来のレーザ加工装置では、
反射ビームのうちとくにエネルギーの大きい反射
光９ａを捨ててしまうことになり、レーザビーム
の吸収率の低い被加工物の加工のためにはレーザ
発振器１の出力を大きくしなければならず、ある
いはレーザビーム３の吸収率を高めるために被加
工物７の表面に黒色物質の被覆処理が必要となる
などの欠点があつた。

この発明は、上記従来の欠点を除去するために
なされたもので、平面反射鏡を用いてレーザビー
ムの反射光を再び被加工物に照射することによ
り、エネルギの利用効率のよいレーザ加工装置を
提供することを目的とするものである。

以下、この発明のレーザ加工装置の実施例につ
いて図面に基づき説明する。第３図はこの発明の
一実施例の要部を取り出して示す図であり、この
第３図では、第１図におけるレーザ発振器１、平
面鏡５を有するレーザビーム系４の部分は図示を
省略している。しかし、このレーザビーム系４の
平面鏡５で反射したレーザビーム３は集光レンズ
６で集光された後、被加工物７の加工部分１０に
照射されるのは第１図と同様になつている。

集光レンズ６は円柱状被加工物７の加工部分１
０の表面に対して傾斜しており、レーザビーム３
を所定の入射角θで照射するようなつている。

一方、平面反射鏡１３は同じく加工部分１０の
表面に対してδなる傾斜角度をもつて配置されて
おり、δ＝θなる関係を有するようになつてい
る。

なお、図中の矢印Ａ１は被加工物７の回転方向
を示すものである。

次に、以上のように構成されたこの発明の一実
施例の動作について説明する。まず、レーザ発振
器１から発生したレーザビーム３はレーザビーム
系４を通過し、平面鏡５で反射した後、集光レン
ズ６で集光され、被加工物７に対して、θ（＞０
゜）なる入射角をもつて照射する。被加工物７の
加工部分１０において、このレーザビーム３の一
部は吸収され、残りはθなる反射角をもつた反射
光９ａとして反射される。反射光９ａは被加工物
７に対してδなる傾斜角をもつて配置された反射
鏡１３にてその大部分を再反射され、被加工物７
を再照射して、一部は吸収され、残りはさらに弱
い反射光となつて反射される。

反射鏡１３はδ＝θなる関係を保つて配置され
るので、レーザビーム３による加工部分１０に対
して、反射光９ａを再照射できる。このようにし
て、レーザビーム３が照射される加工部分１０に
反射光９ａの大部分が再び照射されるので、レー
ザビーム３の中で加工に対して有効に使用される
ものの比率を高めることができる。

いま、たとえば、レーザビーム３の強さをＩ、
被加工物７のレーザ吸収率をｒとすると、レーザ
ビーム３の最初の吸収量＝ｒ・Ｉ、反射光９ａの
強さ＝（１−ｒ）・Ｉ、したがつて、反射光９ａの
再吸収量＝ｒ（１−ｒ）・Ｉとなるので、レーザ
ビームの合計吸収量＝ｒ（２−ｒ）・Ｉとなる。
すなわち、従来の装置に比較して、実効的吸収率
は（２−ｒ）倍だけ増加する。

またこの実施例はレーザビーム３の入射角θと
等しい傾斜角度δをもつて平面反射鏡１３を設け
たので、第４図に示すように平面反射鏡１３と被
加工物７間の距離がある程度変動してもレーザビ
ーム３が照射される加工部分１０に反射光９ａを
反射して照射できるから、エネルギー密度がほと
んど変化せず、精度の良い加工が行える。

即ち、例えば今被加工物７の位置がＬの位置か
ら一点鎖線で示すように集光レンズ６側へｘの寸
法だけ変化して符号Ｈの位置に変つた場合を考え
ると、加工部分１０は１０ａの位置に変るが、反
射光９ａが反射して再び照射する位置はその変化
後の１０ａの位置である。

以上のようにこの発明は、レーザ発振器と、こ
のレーザ発振器より発生したレーザビームを制御
しつつ通過させるレーザビーム系と、このレーザ
ビーム系から取り出されたレーザビームを被加工
物の加工面に対して斜め方向から入射してそのレ
ーザビームを被加工物上に集中させる集光レンズ
とからなるレーザ加工装置において、被加工物の
加工面に対してレーザビームの入射角と等しい傾
斜角をもつて配置され、被加工物から反射するレ
ーザビームの反射光を再び反射して被加工物に照
射するための平面反射鏡を設けたので、加工に必
要なレーザ発振器の出力を低く抑圧することがで
きる。

また、被加工物に対する黒色物質の被覆処理の
簡略化または廃止が可能になり、さらに平面反射
鏡を使用したので、曲面反射鏡ではレーザ再反射
光が焦点を結ぶため反射鏡と被加工物間の距離が
変動した場合エネルギー密度が変化していたのに
対し、レーザ再反射光が焦点を結ばないため反射
鏡と被加工物間の距離が変動してもエネルギー密
度がほとんど変化せず、エネルギーの利用効率の
向上とともに精度のよい加工が行なえることにな
り、さらに、平面反射鏡を使用したので、曲面反
射鏡を使用するものに比べて、反射鏡の製作およ
び設置位置の設定が容易で安価に提供できるとい
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図は従来のレーザ加工装置による材料加
工の一例を説明するための拡大断面側面図、第３
図はこの発明のレーザ加工装置の一実施例を示す
側面図、第４図はこの発明のレーザ加工装置にお
ける被加工物の位置変化に伴う加工状態説明図で
ある。 １……レーザ発振器、３……レーザビーム、４
……レーザビーム系、６……集光レンズ、７……
被加工物、９ａ……反射光、１０……加工部分、
１１……入射角、１２……反射角、１３……反射
鏡。なお、図中同一符号は同一部分または相当部
分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ発振器と、このレーザ発振器より発生
   したレーザビームを制御しつつ通過させるレーザ
   ビーム系と、このレーザビーム系から取り出され
   たレーザビームを被加工物の加工面に対して斜め
   方向から入射してそのレーザビームを被加工物上
   に集中させる集光レンズとからなるレーザ加工装
   置において、被加工物の加工面に対してレーザビ
   ームの入射角θと等しい傾斜角δをもつて配置さ
   れ、被加工物から反射するレーザビームの反射光
   を再び反射して上記被加工物に照射するための平
   面反射鏡を設けてなるレーザ加工装置。