JPH03216288A - レーザ加工方法 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明はレーザ光を集光して切断、穴あけ等のレーザ
加工をリング（環）状に行う方法に関するものである。

「従来の技術」 従来の通常のレーザ加工機においてはビームの強度分布
が円筒形をなす平行光線のレーザ光をレンズによりスポ
ット（一点）に集光し被加工物（ワーク）に照射して切
断、溶接、表面処理等のレーザ加工を行う。

ところでリング状にレーザ加工即ち切断、溶接、表面処
理する場合にはワークをステージの上に乗せて固定した
スポット（点）から外れた点を中心として回転させるか
、または加工ヘッド全体を円周状に移動させて集光スポ
ットをリング状にワークの上を移動させるか、或いはア
キシコンレンズと言われる円筒形の平行光線のビームを
リング状に集光させる機能を有する特殊な光学部品を用
いて加工を行っていた。

これに対し本発明者は片面が光軸直交面と傾斜した平面
あるいは光軸と傾斜した軸を有する球面を有するレンズ
、即ち偏芯レンズを光軸を中心として回転する方法を発
明して出願した。

「発明が解決しようとする課題」 しかしワークをステージの上に乗せて回転させたり、加
工ヘッド全体を円周状に移動させるような機構をもうけ
ることはスペース、重量が大きくなりコストが掛かつて
しまうという課題がある。

一方アキシコンレンズ、或いは片面を光軸直交面と傾斜
したレンズ等を用いる場合にはレンズの形状が複雑で製
造が難しくまたレンズのコストが高くなる課題があった
。

「課題を解決するための手段」 この発明は、ワークを回転させたり加工ヘッド全体をリ
ング状に移動することなく、レンズとプリズムを近接し
てもうけて光軸から変位した位置に集光スポットを生ぜ
しめ、該プリズムもしくはレンズとプリズムを一体とし
て光軸を中心として回転することによって被加工物上の
レーザ光の集光スポットをリング状に移動して加工する
ことを特徴とする加工方法であり、従来方法の欠点を解
消したものである。

以下図面により本発明の具体例を説明する。

第１図は本発明のための加工ヘッドの構造を示す断面図
、第３図はその原理を示す図面である。

第１図のようにレンズ（１）は加工ヘッド本体（３）に
光軸を一致させて固定されている。レンズ（１）に接近
して両面が相互に傾斜した平面を有するプリズム（２）
がプリズムマウント（４）に取りつけられ、該プリズム
マウント（４）は加工ヘッド本体（３）の周囲に回転自
在に保持されている。このプリズムマウント噛み合って
いる。ピニオン歯車（５）を軸（６）によって駆動し回
転するとプリズムマウント４）、及びプリズム（２）が
光軸を中心として回転する。加工ヘッド本体（３）の軸
は光の入射軸すなわち光軸と一致させてあり、レンズ（
１）は光軸上の点を曲率中心とした球面と平面とから形
成されている。

このレンズ＋プリズム光学系の原理を第３図に示す。同
図に示すように、円筒形の平行光線であるレーザ光（７
）はレンズ（１）により集光されるが、その集光光線は
プリズム（２）によって少し偏らせられ、光軸と変位ｒ
だけずれた位置、すなわち焦点Ｆに集光する。この場合
にレンズの焦点距離をｆ、プノズムの両面の偏角をθ、
プリズムからレンズの焦点までの距離をｆｐ１プリズム
の材料の屈折率をｎとすると、この光学系の焦点スポッ
トは０が小さい場合には近似的に次式で示す変位ｒ、ｒ
＝（ｎ−１）θｆｐ だけ光軸からずれた位置の焦点Ｆに集光する。レンズと
プリズムの間の距離は短い程ｆｐの値が大となるので、
同じｒを得るのにより小さな偏角θで良いことになる。

又この間隔を調整することによって焦点Ｆの光軸からの
ずれｒを調節することができる。

この光学系において、ピニオン歯車（５）を駆動してプ
リズム（２）を光軸を中心に回転すると集光スポットは
半径ｒの円を描くことになる。

第２図は他の具体例を示すものである。この場合にはレ
ンズ（１）とプリズム（２）は同じプリズムマウント（
４）に装着されており、加工ヘッド本体（３）の中で回
転自在となっている。この構造によってもレーザ光の焦
点Ｆは光軸から変位され、またレンズは回転しても作用
は変化しないので、レンズとプリズムを装着したプリズ
ムマウント（４）を回転すると焦点スポソトに半径ｒの
円を描かせることができる。

「作用」 前記の本発明の加工ヘッドを用いると、レーザ光は光軸
からｒだけ変位した位置に集光されるので、ピニオンを
用いて光軸を軸としてプリズムのみを回転するか或いは
レンズとプリズムの組み合わせを一緒に回転すると、加
工ヘッド全体を移動したりワークを移動したりすること
なく焦点の面に置いた被加工物の表面上のレーザ光のス
ポットを光軸を中心として半径ｒの円周上を移動させる
ことができる。従ってこの方法によってリング（環）状
に被加工物を加工することができる。

以上はレンズとして平凸レンズを用いた場合を図示した
が、両面が球面である普通のレンズでもよい。またプリ
ズムマウントを歯車とピニオンの結合によって回転する
場合を説明したが、要するに光軸を中心としてレンズを
回転すればよく、そのための回転機構はどんなものでも
良いことは勿論である。

「発明の効果」 以上に詳しく説明したように、本発明はレンズとプリズ
ムを組み合わせた光学系を用いて光軸から外れた位置に
レーザ光のスポットを作り、プリズムのみ或いはレンズ
とプリズムを一緒に光軸の回りに岳耕す牛回転させるだ
けでスポットをリング（環）状に移動できるので、被加
工物をリング状に切断、表面処理する等のレーザ加工の
際に利用すると非常｛こ効果的なものである。

さらにレンズとプリズムの間隔を調節するだけでレーザ
光の集光スポットの光軸からのずれを調節することがで
きて便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の具体例の断面図、第３図はそ
の原理を示す原理図である。 １：レンズ　　　　　　２：プリズム ３：υ口エヘノド本体　　４：プリズムマウント５：ピ
ニオン軸　　　　６：軸 ７：レーザ光　　　　　θ：傾斜角 Ｆ：焦点　　　　　　　ｆ：焦点距離 ｆｐ　： プリズムと焦点の距離 ｒ ：焦点ズレ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物をレーザ光のスポットによりリング（環）
   状に加工するレーザ加工方法において、レンズとプリズ
   ムを近接してもうけ、プリズムのみもしくは両者を一体
   として回転して光軸から変位した集光スポットをリング
   状に移動せしめて加工することを特徴とするレーザ加工
   方法 ２、レンズとプリズムの間隔を調整して集光スポットの
   光軸からの変位量を調節することを特徴とする請求の範
   囲１記載のレーザ加工方法