JPH03128183A - レーザ加工装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は円筒状の被加工物の内周面をレーザ加圧する
ためのレーザ加工装置に関する。

（従来の技術） 円筒状の管体の内周面をレーザ光によってたとえば溶接
などのレーザ加工を行う場合、従来は第２図に示すよう
なレーザ加工装置が用いられていた。

すなわち、同図中１は軸状の支持体である。この支持体
１の先端部は細径部２に形成され、この細径部２には先
端面が閉塞された筒状のケース３の後端部西周面が一対
の軸受４によって回転自在に支持されている。このケー
ス３の後端面には内歯車５が設けられ、この内歯車５に
は平歯車６が噛合している。この平歯車６はモータ７の
回転軸８に嵌着されている。このモータ７は上記支持体
１に形成された四部９に収容保持されている。したがっ
て、モータ７が作動して平歯車６が回転すると、この平
歯車６に噛合した内歯車５を介してケース３が回転駆動
されるようになっている。

上記支持体１の回転中心には光ファイバ１１が押通され
ている。この光ファイバ１１には、後端面からレーザ光
が入射され、先端面から出射するようになっている。光
ファイバ１１の先端面から出射したレーザ光りは一対の
集光レンズ１２に入射する。これら集光レンズ１２は上
記ケース３内に、光軸をケース３の同転軸に一致させて
保持されている。

上記集光レンズ１２で集束されたレーザ光りは上記ケー
ス３の先端部内に設けられた折返しミラ１３の反射ｉＩ
０１３　ａで直角方向に反射されて上記ケース３の周壁
に穿設された開孔１４から外部へ導出されるようになっ
ている。

このように構成されたレーザ加工装置で被加工物として
の外筒管１５と、この外筒管１５内に嵌合された内筒管
１６との接合部分を内周面から溶接する場合には、上記
支持体１を外筒管１５内へ挿入し、ケース３の先端部を
上記外筒管１５と内筒管１６との接合部分に位置させる
。ついで、光ファイバ１１にレーザ光りを入射させると
ともに、モータ７を作動させてケース３を同転させる。

それによって、上記光ファイバ１１の先端から出射した
レーザ光りが集光レンズ１２で集束されて折返しミラー
１３の反射面１３　ａで反射し、上記ケース３に穿設さ
れた開孔１４から出て内筒管１６の内周面を照！１１す
るから、内筒管１６と外筒管１５との重合部分とを溶接
することができる。

ところで、このようなレーザ加工装置においては、レー
ザ光りを伝送する先ファイバ１１は長尺であるから、光
ファイバ１１全体を回転させることが困難である。その
ため、光ハイパ１１と集光レンズ１２との光軸を支持体
１の軸心と一致させて配設し、ケース３を回転させても
、先ファイバ１１から出射するレーザ光りと集光レンズ
１２との光軸がずれないようにしている。

しかしながら、このような構成によると、集光レンズ１
２や折曲げミラー１３をケース３の中心軸上に設置しな
ければならず、設置の自由度が全くなかった。そのため
、ケース３の内径によって集光レンズ１２の焦点距離お
よび集れん角が決定されてしまうから、折曲げミラー１
３の反射面１３ａ上におけるレーザ光りのスポットサイ
ズやケース３の開孔１４を通過するレーザ光りのスポさ
くすることができなかったり、折曲げミラー１３と開孔
１４との間隔をケース３の半径以上に大きく離すことが
できないなどのことにより、溶接時に発生するスプラッ
シュが上記開孔１４からケース３内へ侵入し易＜、シか
もそのスプラッシュが折曲げミラー１３の反射面１３ａ
に付着し易いということがあった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来のレーザ加工装置においては、集光レン
ズや折曲げミラー１３をケース３の中心軸に一致させて
配置しなければならず、配置の自由度が全くなかったの
で、上記ケースの内径によって集光レンズの焦点距離や
集れん角が決定され、レーザ光の折曲げミラーの反射面
におけるスポットサイズや開孔を通過するスポットサイ
ズなどが限られてしまうということがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、集光レンズや折曲げミラーの設置位
置がケースの中心に制限されることがないようにしたレ
ーザ加工装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、中央部に光ファイバの挿通孔が
形成された支持体と、この支持体の一端部に取付けられ
上記挿通孔と同軸に回転駆動され先端側周側部にレーザ
光を通過させる開孔をＨした筒状のケースと、上記挿通
孔に押通された第１の光ファイバと、上記支持体の一端
部に後端部を上記挿通孔に同軸に幻面させて四転自（１
：に取付けられた第２の光ファイバと、上記ケース内に
設けられ上記第２の光ファイバの先端部を上記挿通孔と
非同軸となる箇所で保持する保持部材と、上記ケース山
に設けられ上記第２の光ファイバから出射したレーザ光
を集光する集光レンズと、この集光レンズで集光された
レーザ光を上記開孔を通過する方向に折り返す折返しミ
ラとを具備する。

このような構成とすることで、第２の光ファイバをケー
スとともにねじれが生じることなく回転させることがで
きることにより、集光レンズをケスの中心から偏心した
位置に配置できるから、それによって集光レンズの焦点
距離や集れん角の設定を自由に行える。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図を参照して説明する
。第１図に示すレーザ加工装置は軸状の支持体２１を備
えている。この支持体２１の先端部は細径部２２に形成
され、この細径部２２には先端面が閉塞された筒状のケ
ース２３の後端部内周面が一対の第１の軸受２４によっ
て回転自在に支持されている。このケース２３の後端面
には内歯車２５が設けられ、この内歯車２５には平歯車
２６が噛合している。この平細車２６はモータ２７の回
転軸２８に嵌着されている。このモータ２７は上記支持
体２１に形成された凹部２９に収容保持されている。し
たがって、モータ２７が作動してｌ’　ｉ　？Ｉ′１．
２６が回転すると、この゛ド歯車２６に噛合した内歯車
２５を介してケース２３が回転駆動されるようになって
いる。

上記支持体２１の回転中心には第１の光ファイバ３１が
押通されている。この第１の光ファイバ３１には、後端
面からレーザ光が入射され、先端面から出肘するように
なっている。この第１の光ファイバ３１の先端面から出
射したレーザ光りは、上記支持体２１の先端部に形成さ
れた収容部３２に光軸を支持体２１の中心軸と一致させ
て保持された第１の集光レンズ３３に入射する。この収
容部３２には第２の軸受３４によって第２の光ファイバ
３５の後端が光軸を上記第１の集光レンズ３３の光軸に
一致させて回転自在に支持されている。この第２の光フ
ァイバ３５は曲げ限界以上の緩やかな曲率で曲げられ、
その先端はケース２３の中心から偏心した位置でこのケ
ース２２の内面に突設された第１の保持部材３６に光軸
を上記ケース２２の中心軸と平行にして支持されている
。

上記第２の光ファイバ３５の先端面側には、第２の保持
部材３７に保持され光軸を第２の光ファイバ３５の光軸
に一致させた一対の第２の集光レンズ３８と、同じく光
軸を第２の光ファイバ３５の光軸に一致させた折返しミ
ラー３９とが順次配設されている。上記第２の光ファイ
バ３５から出射し、上記第２の集光レンズ３８で集束さ
れて折返しミラー３つの反射面３９ａで直角方向に反射
するレーザ光りはケース２３の周壁に穿設された開孔４
１から外部へ導出されるようになっている。

このように構成されたレーザ加工装置で外筒管１５と、
この外筒管１５内に嵌合された内筒管１６との接合部分
を内周面から溶接する場合には、上記支持体２１を外筒
管１５内へ抑大し、ケース２３の先端部を上記外筒管１
５と内筒管１６との接合部分に位置させる。ついで、第
１の光ファイバ３１にレーザ光りを入射させるとともに
、モータ２７を作動させてケース２３を回転させる。そ
れによって、上記第１の光ファイバ３１の先端から出射
したレーザ光りは第１の集光レンズ２２で集束されて第
２の光ファイバ３５に入射する。そして、第２の先ファ
イバ３５から出射して一対の第２の集光レンズ３８で集
束されて折返しミラー３つの反射面３９ａで反射してケ
ース２２の開孔４１を通過する。それによって、上記内
筒管１６の内周面がレーザ光りによって全長にわたり照
射されるから、この内筒管１６と外筒管１５とを溶接な
どレーザ加圧することができる。

ところで、上記構成のレーザ加工装置においては、レー
ザ光りを折返しミラー３つに導く光路として第１の光フ
ァイバ３１と第２の光ファイバ３５とを用い、上記第２
の光ファイバ３５の後端を支持体２１の先端に回転自在
に支持し、先端を第２の集光レンズ３８の光軸に一致さ
せるようにした。そのため、上記第２の光ファイバ３５
の先端がケース２１の中心から偏心した位置で保持され
ていても、この第２の光ファイバ３５にねじれが生じる
ことなくケース２１を回転させることができるから、上
記第２の集光レンズ３８や折返しミラ〜３９をケース２
３内の偏心した位置に配設することができる。

すなわち、第２の光ファイバ３５を油げ限界半径以上の
量率で湾１山させることができるから、その湾曲の範囲
内で上記第２の集光レンズ３８と折返しミラー３９とを
目出に配置することができる。

したがって、一対の第２の集光レンズ３８の焦点距離や
集れん角を目出に設定することができるから、折返しミ
ラー３つの反射面３９ａにおけるレーザ光りのスポット
サイズやケース２１に穿設された開孔４１を通過するレ
ーザ光りのスポットサイズの設定も自由に行うことがで
きる。それによって、たとえば上記開孔４１を通るレー
ザ光りのスポットサイズを小さくシ、そのスポットサイ
ズに応じて上記開孔４１も小さくすることができるから
、溶接加工時に発生するスプラッシュが上記開孔４１か
らケース２１内へ侵入して折返しミラー３９の反射面３
９ａに付着するのを防止することができ、しかも折返し
ミラー３９はケース２１の中心よりも透孔４１から離れ
た位置に配設することができるから、そのことによって
も開孔４１からケース２１内へ侵入したスプラッシュが
折返しミラー３つの反ＩｌＪ面３９ａに付着しずらくな
る。

さらに、折迦しミラー３９が透孔４１から離れる方向に
偏心して配設されていることにより、第２の集光レンズ
３８の集れん角が従来の集光レンズと同じであるとする
と、折返しミラー３９の反射面３９ａ上におけるレーザ
光りのスポットサイズを従来より大きくしても、レーザ
光りを内筒管］６の内周面に集束することができる。し
たがって、上記折返しミラー３９の反射面３Ｑａがレー
ザ光りから受ける熱的ダメージを小さくすることができ
る。

一方、内筒管１６の内周面を焼き入れなどの熱処理を行
うために、し〜ザ光りのスポットサイズを大きくしたい
場合には、そのスポットサイズに応じた焦点距離や集れ
ん角の第２の集光レンズ３８を用いればよく、またケー
ス２１に穿設される開孔４１は上記スポットサイズに応
じた大きさとすればよい。

さらに、折返しミラー３９をケース２１の開孔４１に近
付く方向に偏心させれば、焦点距離の短い第２の集光レ
ンズ３８を用いてレーザ光りを内筒管１６の内周面に集
束することができる。

なお、この発明は上記一実施例の構成に限定されず、た
とえば一対の第２の集光レンズの光軸はケースのｉｌｌ
心軸と平行でなくともよく、また折曲げミラーによりレ
ーザ光を折曲げる角度は９０度以外の角度であってもよ
い。さらに、ケースを回転駆動する機構や第１の光ファ
イバから第２の光ファイバヘレーザ光を導入する手段な
どもなんら限定されるものでない。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、第１の光ファイバ
を通って第２の光ファイバから出射されるレーザ光を集
束する集光レンズやこの集光レンズで集束されたレーザ
光を反射させる折返しミラーをケースの回転中心から偏
心した位置に配置することができるから、上記集光レン
ズの焦点距離や集れん角などに制限を受けることがない
。したがって、上記集光レンズの集れん角を小さくして
上記ケースに穿設された開孔を通るレーザ光のスポット
サイズを小さくすることができるから、それに応じて上
記開孔も小さくし、たとえば溶接加工時などに生じるス
プラッシュがケース内に侵入して折返しミラーの反射面
に付着するのを防止できるなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す円筒状の被加工物の
内周面をレーザ加工する装置の断面図、第２図は従来の
装置の断面図である。 ２１・・・支持体、２３・・・ケース、２７・・・モー
タ（駆動機構）、３１・・・第１の光ファイバ、３５・
・・第２の光ファイバ　３７・・・第２の保持部材、３
８・・・第２の集光レンズ、３つ・・・折返しミラー４
１・・・開孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中央部に光ファイバの挿通孔が形成された支持体と、こ
   の支持体の一端部に取付けられ上記挿通孔と同軸に回転
   駆動され先端側周側部にレーザ光を通過させる開孔を有
   した筒状のケースと、上記挿通孔に挿通された第１の光
   ファイバと、上記支持体の一端部に後端部を上記挿通孔
   に同軸に対面させて回転自在に取付けられた第２の光フ
   ァイバと、上記ケース内に設けられ上記第２の光ファイ
   バの先端部を上記挿通孔と非同軸となる箇所で保持する
   保持部材と、上記ケース内に設けられ上記第２の光ファ
   イバから出射したレーザ光を集光する集光レンズと、こ
   の集光レンズで集光されたレーザ光を上記開孔を通過す
   る方向に折り返す折返しミラーとを具備したことを特徴
   とするレーザ加工装置。