JPH06122086A - レーザ加工装置 - Google Patents
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- JPH06122086A JPH06122086A JP5183940A JP18394093A JPH06122086A JP H06122086 A JPH06122086 A JP H06122086A JP 5183940 A JP5183940 A JP 5183940A JP 18394093 A JP18394093 A JP 18394093A JP H06122086 A JPH06122086 A JP H06122086A
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- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/30—Organic materials
- B23K2103/38—Fabrics; Fibrous materials
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザビームを用いて被加工物の加工を行う
レーザ加工装置の生産能力（生産性）の向上、安定加
工。 【構成】 レーザビームのエネルギー分布モードがピー
クを複数個有するレーザビーム２を用いて、集光素子１
９と複数光分配素子２０を組合せた光学系に、上記複数
のピークが複数光分配素子のカット面のそれぞれに対応
するよう入射させ、複数の集光スポットを発生させ、レ
ーザ加工を行うよう構成されている。
レーザ加工装置の生産能力（生産性）の向上、安定加
工。 【構成】 レーザビームのエネルギー分布モードがピー
クを複数個有するレーザビーム２を用いて、集光素子１
９と複数光分配素子２０を組合せた光学系に、上記複数
のピークが複数光分配素子のカット面のそれぞれに対応
するよう入射させ、複数の集光スポットを発生させ、レ
ーザ加工を行うよう構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は被加工物に集光レーザ
ビームを用いて加工を行う装置に関するものである。
ビームを用いて加工を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置としては特開昭５５−４２
２００号、特開昭５８−９７８４号、特開平０３−１８
０２９０号等々に見られるように帯状の材料に通気性を
もたせるための装置がある。また、衣服材あるいは食
品、調味料等の梱包材に通気性をもたせたり、梱包の解
梱を容易にするため微細な穴を集光パルスレーザビーム
を用いて明ける装置等もよく知られている。このような
従来装置では帯状の材料にレーザビームを集光照射しレ
ーザビームをパルス化し帯状の材料を高速に移動させる
ことにより開孔列を付ける装置が一般的である。
２００号、特開昭５８−９７８４号、特開平０３−１８
０２９０号等々に見られるように帯状の材料に通気性を
もたせるための装置がある。また、衣服材あるいは食
品、調味料等の梱包材に通気性をもたせたり、梱包の解
梱を容易にするため微細な穴を集光パルスレーザビーム
を用いて明ける装置等もよく知られている。このような
従来装置では帯状の材料にレーザビームを集光照射しレ
ーザビームをパルス化し帯状の材料を高速に移動させる
ことにより開孔列を付ける装置が一般的である。
【０００３】図１２は従来のレーザ加工装置を示す構成
図を、図１３はパルス化されたレーザビーム出力の時間
に対する変化を示した図を、図１４はレーザビームの集
光状態図を示す。これらの図を用いて従来技術を説明す
ると、図において１はレーザ発振器、２はパルスレーザ
ビーム、３はビームスプリッター、４はベンドミラー、
５はレンズ、６は帯材、７はローラ、８は集光スポッ
ト、９は開孔である。１０はパルス化されたパルスレー
ザビーム２の空間的なエネルギー分布を示す。図１４の
場合はピークが１つでガウス分布をしているシングルモ
ードのエネルギー分布を示す。
図を、図１３はパルス化されたレーザビーム出力の時間
に対する変化を示した図を、図１４はレーザビームの集
光状態図を示す。これらの図を用いて従来技術を説明す
ると、図において１はレーザ発振器、２はパルスレーザ
ビーム、３はビームスプリッター、４はベンドミラー、
５はレンズ、６は帯材、７はローラ、８は集光スポッ
ト、９は開孔である。１０はパルス化されたパルスレー
ザビーム２の空間的なエネルギー分布を示す。図１４の
場合はピークが１つでガウス分布をしているシングルモ
ードのエネルギー分布を示す。
【０００４】次に動作について説明する。レーザ発振器
１より出力されるパルスレーザビーム２はその出力が図
１３に示す如く時間的に断続的な近似矩形波でパルス化
されている。パルス化の方法にはレーザ発振の励起動作
そのものをパルス化する方法や、連続発振を機械的にチ
ョッピングしてパルス化する方法等があるが、周知のこ
とでありここでは詳述しない。パルスレーザビーム２は
開孔の多列化のためビームスプリッタ３により分割さ
れ、図１２に示す場合では４つの１／４出力がそれぞれ
ベンドミラー４により偏向されてレンズ５に入射する。
レンズ５に入射したパルスレーザビームは帯材６の集光
スポット８に集光される。一方、被加工物である帯材６
はローラ７により矢印の方向に搬送されて、パルス周波
数と帯材６の移動速度によって決まるピッチの開孔列が
帯材６に付けられる。図１５はシングルモードのエネル
ギー分布を持ったパルスレーザビームを図１２のレーザ
加工装置において光分配プリズム（図示せず）を図中の
レンズ５の下側に用いて分配した場合の出力等高線を示
したものである。図にしめすようにシングルモードのレ
ーザビームをプリズムで分配した場合には、図中に示す
ように８ａ、８ｂで示す２つの集光スポットの他に開孔
に寄与しない回析光による縞１３ａ、１３ｂが被加工物
上に生じるため出力のロスとなり開孔スピードが大幅に
低下するため実用上問題点あった。
１より出力されるパルスレーザビーム２はその出力が図
１３に示す如く時間的に断続的な近似矩形波でパルス化
されている。パルス化の方法にはレーザ発振の励起動作
そのものをパルス化する方法や、連続発振を機械的にチ
ョッピングしてパルス化する方法等があるが、周知のこ
とでありここでは詳述しない。パルスレーザビーム２は
開孔の多列化のためビームスプリッタ３により分割さ
れ、図１２に示す場合では４つの１／４出力がそれぞれ
ベンドミラー４により偏向されてレンズ５に入射する。
レンズ５に入射したパルスレーザビームは帯材６の集光
スポット８に集光される。一方、被加工物である帯材６
はローラ７により矢印の方向に搬送されて、パルス周波
数と帯材６の移動速度によって決まるピッチの開孔列が
帯材６に付けられる。図１５はシングルモードのエネル
ギー分布を持ったパルスレーザビームを図１２のレーザ
加工装置において光分配プリズム（図示せず）を図中の
レンズ５の下側に用いて分配した場合の出力等高線を示
したものである。図にしめすようにシングルモードのレ
ーザビームをプリズムで分配した場合には、図中に示す
ように８ａ、８ｂで示す２つの集光スポットの他に開孔
に寄与しない回析光による縞１３ａ、１３ｂが被加工物
上に生じるため出力のロスとなり開孔スピードが大幅に
低下するため実用上問題点あった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工装置
は以上のように構成されていたので、生産能力を向上さ
せるためには帯材の搬送速度を上げる必要があった。さ
らに、同時にパルスレーザビームの出力を上げ、出力の
立上り及び立下り時間を短くする必要があった。しか
し、レーザ出力を上げるには大きなレーザ発振器が必要
で高価となり、また、出力の立上り立下り時間を短くし
パルス周波数を上げるにはレーザ発振の原理上の限界や
前述のメカチョッパーの機械構造上の技術的限界があ
り、生産性向上の実現上問題点があった。
は以上のように構成されていたので、生産能力を向上さ
せるためには帯材の搬送速度を上げる必要があった。さ
らに、同時にパルスレーザビームの出力を上げ、出力の
立上り及び立下り時間を短くする必要があった。しか
し、レーザ出力を上げるには大きなレーザ発振器が必要
で高価となり、また、出力の立上り立下り時間を短くし
パルス周波数を上げるにはレーザ発振の原理上の限界や
前述のメカチョッパーの機械構造上の技術的限界があ
り、生産性向上の実現上問題点があった。
【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、帯材の搬送速度を上げるこ
となく生産能力（生産性）を大幅に改善できるレーザ加
工装置を得ることを目的とする。
ためになされたものであり、帯材の搬送速度を上げるこ
となく生産能力（生産性）を大幅に改善できるレーザ加
工装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係わるレー
ザ加工装置は、エネルギー分布のピークを複数個有する
レーザビームを出力するレーザ発振器から被加工物上の
加工点までのレーザビーム進路上に集光素子と複数のカ
ット面を持つ光分配素子を配置したものである。第２の
発明に係わるレーザ加工装置は、第１の発明において被
加工物とレーザビームの集光スポットが相対移動できる
移動手段を備えたものである。第３の発明に係わるレー
ザ加工装置は、第１の発明または第２の発明において集
光素子および光分配素子のうち少なくとも何れか一方に
反射形の素子を用いたものである。第４の発明に係わる
レーザ加工装置は、第１、第２および第３の何れかの発
明において、光分配素子にプリズムカット面側の周縁部
を光軸に関して軸対称な面形状に加工したプリズムを用
いたものである。第５の発明に係わるレーザ加工装置は
第１、第２、第３および第４の何れかの発明において、
放電励起方向、レーザ媒質の流れ方向、発振方向の３つ
の方向が各々互いに直交する３軸直交形であるととも
に、そのエネルギー分布のピークを複数個有するレーザ
ビームを出力するレーザ発振器を用いたものである。第
６の発明に係わるレーザ加工装置は、第１、第２、第３
および第４の何れかの発明において、レーザビームのエ
ネルギー分布モードが複数個のピークを持つ高速軸流型
のレーザ発振器を用いたものである。
ザ加工装置は、エネルギー分布のピークを複数個有する
レーザビームを出力するレーザ発振器から被加工物上の
加工点までのレーザビーム進路上に集光素子と複数のカ
ット面を持つ光分配素子を配置したものである。第２の
発明に係わるレーザ加工装置は、第１の発明において被
加工物とレーザビームの集光スポットが相対移動できる
移動手段を備えたものである。第３の発明に係わるレー
ザ加工装置は、第１の発明または第２の発明において集
光素子および光分配素子のうち少なくとも何れか一方に
反射形の素子を用いたものである。第４の発明に係わる
レーザ加工装置は、第１、第２および第３の何れかの発
明において、光分配素子にプリズムカット面側の周縁部
を光軸に関して軸対称な面形状に加工したプリズムを用
いたものである。第５の発明に係わるレーザ加工装置は
第１、第２、第３および第４の何れかの発明において、
放電励起方向、レーザ媒質の流れ方向、発振方向の３つ
の方向が各々互いに直交する３軸直交形であるととも
に、そのエネルギー分布のピークを複数個有するレーザ
ビームを出力するレーザ発振器を用いたものである。第
６の発明に係わるレーザ加工装置は、第１、第２、第３
および第４の何れかの発明において、レーザビームのエ
ネルギー分布モードが複数個のピークを持つ高速軸流型
のレーザ発振器を用いたものである。
【０００８】
【作用】第１の発明における課題達成の手段は、レーザ
ビームの集光スポットを被加工物上に複数個発生させる
ように作用する。第２の発明における課題達成の手段
は、レーザビームの集光スポットを移動する被加工物上
に複数個発生させるように作用する。第３の発明におけ
る課題達成の手段は、レーザビームの進路方向を変更す
るとともにレーザビームの集光スポットを被加工物上に
複数個発生させるように作用する。第４の発明における
課題達成の手段は、光分配素子を安定して保持すること
が出来るようにする。第５の発明における課題達成の手
段は、集光密度の高いレーザビームの集光スポットを被
加工物上に複数個発生させるように作用する。第６の発
明における課題達成の手段は、レーザビームのエネルギ
ー分布モードが複数個のピークを発生させるように作用
する。
ビームの集光スポットを被加工物上に複数個発生させる
ように作用する。第２の発明における課題達成の手段
は、レーザビームの集光スポットを移動する被加工物上
に複数個発生させるように作用する。第３の発明におけ
る課題達成の手段は、レーザビームの進路方向を変更す
るとともにレーザビームの集光スポットを被加工物上に
複数個発生させるように作用する。第４の発明における
課題達成の手段は、光分配素子を安定して保持すること
が出来るようにする。第５の発明における課題達成の手
段は、集光密度の高いレーザビームの集光スポットを被
加工物上に複数個発生させるように作用する。第６の発
明における課題達成の手段は、レーザビームのエネルギ
ー分布モードが複数個のピークを発生させるように作用
する。
【０００９】
実施例１．以下この発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１はこの発明の実施例によるレーザ加工装置構成
図で、図２はレーザビーム、３はビームスプリッター、
４はベンドミラー、５はレンズでこの場合一般的な平凸
レンズを用いている。１１はレンズ５の下に近接して設
けられた２光分配プリズムで円盤形状の下面が互いに交
差する２面にカットされたプリズム形状となっている。
１２はパルス化されたレーザビーム２の空間的なエネル
ギー分布がピークが２個のＴＥＭ０１モードの場合を示
したものである。６は帯材、７はローラ、８ａ、８ｂは
集光スポット、９ａ、９ｂは開孔である。
る。図１はこの発明の実施例によるレーザ加工装置構成
図で、図２はレーザビーム、３はビームスプリッター、
４はベンドミラー、５はレンズでこの場合一般的な平凸
レンズを用いている。１１はレンズ５の下に近接して設
けられた２光分配プリズムで円盤形状の下面が互いに交
差する２面にカットされたプリズム形状となっている。
１２はパルス化されたレーザビーム２の空間的なエネル
ギー分布がピークが２個のＴＥＭ０１モードの場合を示
したものである。６は帯材、７はローラ、８ａ、８ｂは
集光スポット、９ａ、９ｂは開孔である。
【００１０】次に動作について説明する。レーザ発振器
より出力されるパルスレーザビーム２は開孔の多列化の
ためビームスプリッター３により分割される。図１に示
す場合では４個の１／４出力に分割され、それぞれベン
ドミラー４により偏向されてレンズ５に入射する。（図
では１／４出力×２は未使用の状態で示してあるが本装
置では同時に最大８列の開孔が可能である。）パルスレ
ーザビーム２はＴＥＭ０１モードのエネルギー分布１２
をもっており図２に示すごとくレンズ５の下に設けられ
た２光分配プリズム１１の下面の２つのカット面のそれ
ぞれに上記エネルギー分布のピークが相応して入射する
ようになっている。また、レーザビームの分配方向は帯
材６の矢印の移動方向と直角方向に２分配されるよう構
成されている。レンズ５は集光光学素子であり２光分配
プリズムは分配光学素子である。集光、分配された集光
スポット８ａ、８ｂ及び開孔９ａ、９ｂの列幅ｄは、レ
ーザビームの波長と上記素子の材料で決まる屈折率ｎと
レンズ５の焦点距離ｆ、光分配プリズム１１のカット面
角度αによりｄ≒２（ｎ−１）αｆの式で決定される。
このパルスレーザビームの集光スポット８ａ、８ｂ等に
対し、帯材６はローラ７により矢印の方向に搬送される
ためパルス周波数と帯材６の搬送速度によって決まる間
隔で開孔９ａ、９ｂ等の列が帯材６に付けられる。
より出力されるパルスレーザビーム２は開孔の多列化の
ためビームスプリッター３により分割される。図１に示
す場合では４個の１／４出力に分割され、それぞれベン
ドミラー４により偏向されてレンズ５に入射する。（図
では１／４出力×２は未使用の状態で示してあるが本装
置では同時に最大８列の開孔が可能である。）パルスレ
ーザビーム２はＴＥＭ０１モードのエネルギー分布１２
をもっており図２に示すごとくレンズ５の下に設けられ
た２光分配プリズム１１の下面の２つのカット面のそれ
ぞれに上記エネルギー分布のピークが相応して入射する
ようになっている。また、レーザビームの分配方向は帯
材６の矢印の移動方向と直角方向に２分配されるよう構
成されている。レンズ５は集光光学素子であり２光分配
プリズムは分配光学素子である。集光、分配された集光
スポット８ａ、８ｂ及び開孔９ａ、９ｂの列幅ｄは、レ
ーザビームの波長と上記素子の材料で決まる屈折率ｎと
レンズ５の焦点距離ｆ、光分配プリズム１１のカット面
角度αによりｄ≒２（ｎ−１）αｆの式で決定される。
このパルスレーザビームの集光スポット８ａ、８ｂ等に
対し、帯材６はローラ７により矢印の方向に搬送される
ためパルス周波数と帯材６の搬送速度によって決まる間
隔で開孔９ａ、９ｂ等の列が帯材６に付けられる。
【００１１】表１に従来装置と本発明の装置との開孔性
能、諸元比較表を示す。表から開孔速度は２０％低下し
たが、開孔の多列化により生産帯数が倍増し総合的生産
能力は従来比で１．６倍向上した。
能、諸元比較表を示す。表から開孔速度は２０％低下し
たが、開孔の多列化により生産帯数が倍増し総合的生産
能力は従来比で１．６倍向上した。
【００１２】
【表１】
【００１３】実施例２．次に図４について説明する。１
４はレーザビームモードでエネルギー分布のピークが放
射状に４個存在する高次モードを示す。１５は４光分配
プリズム１６と平凸レンズ５を組合せた分配、集光光学
系で、図では１体型で示してあるが分離型でもよく、分
配、集光の順序、形は前述の図２で示すような集光、分
配光学系でも良い。４つのピークを有する高次モードの
パルスレーザ光１４を４光分配プリズム１６の４つのカ
ット面にピークが夫々相応するよう図示の如く入射さ
せ、４つのパルスレーザビームの集光スポット８ａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄを発生させる。この開孔装置においては
図２、図３で示したレーザビームモードの場合よりさら
に多列化が可能なため開孔能力より一層の向上が実現出
来る。
４はレーザビームモードでエネルギー分布のピークが放
射状に４個存在する高次モードを示す。１５は４光分配
プリズム１６と平凸レンズ５を組合せた分配、集光光学
系で、図では１体型で示してあるが分離型でもよく、分
配、集光の順序、形は前述の図２で示すような集光、分
配光学系でも良い。４つのピークを有する高次モードの
パルスレーザ光１４を４光分配プリズム１６の４つのカ
ット面にピークが夫々相応するよう図示の如く入射さ
せ、４つのパルスレーザビームの集光スポット８ａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄを発生させる。この開孔装置においては
図２、図３で示したレーザビームモードの場合よりさら
に多列化が可能なため開孔能力より一層の向上が実現出
来る。
【００１４】実施例３．図５は図２と同様な構成である
が、集光光学素子にフレネルレンズ１７を用いている。
フレネルレンズ１７はレーザビームの波長によりその集
光時の収差を軽減するように加工されたレンズであり、
これを用いることにより集光特性が改善され集光スポッ
ト８ａ、８ｂのエネルギー密度が向上する。したがって
被加工物のより早い搬送スピードに対応可能なレーザ開
孔装置が実現できる。なお、説明はビームモードがＴＥ
Ｍ０１モード１２で２光分配プリズム１１を用いた場合
について行っているが、エネルギー分布のピークを複数
有するレーザビームモードと、複数光分配プリズムを用
いても上記と同様の効果を奏する。
が、集光光学素子にフレネルレンズ１７を用いている。
フレネルレンズ１７はレーザビームの波長によりその集
光時の収差を軽減するように加工されたレンズであり、
これを用いることにより集光特性が改善され集光スポッ
ト８ａ、８ｂのエネルギー密度が向上する。したがって
被加工物のより早い搬送スピードに対応可能なレーザ開
孔装置が実現できる。なお、説明はビームモードがＴＥ
Ｍ０１モード１２で２光分配プリズム１１を用いた場合
について行っているが、エネルギー分布のピークを複数
有するレーザビームモードと、複数光分配プリズムを用
いても上記と同様の効果を奏する。
【００１５】実施例４．図６は図５と同様な構成である
が、集光光学素子にメニスカスレンズ１８を用いてい
る。メニスカスレンズ１８はレンズ集光時の球面収差を
軽減するよう加工されたレンズであり、これを用いるこ
とにより図５の場合と同様の効果を奏する。なお、図５
と図６の組合せ、すなわちフレネルメニスカスレンズを
用いればより一層の効果があることは言うまでもない。
が、集光光学素子にメニスカスレンズ１８を用いてい
る。メニスカスレンズ１８はレンズ集光時の球面収差を
軽減するよう加工されたレンズであり、これを用いるこ
とにより図５の場合と同様の効果を奏する。なお、図５
と図６の組合せ、すなわちフレネルメニスカスレンズを
用いればより一層の効果があることは言うまでもない。
【００１６】実施例５．図７、図８はそれぞれこの発明
のレーザ開孔装置の以上述べた例と異なる実施例を示す
もので、以下図について夫々説明する。図において、１
９は透過形集光光学素子、２０は透過形分光プリズム素
子、２１は反射形分光プリズム素子、２２は反射集光光
学素子でＴＥＭ０１モードのエネルギー分布１２のレー
ザパルスを複数光分配プリズム素子のカット面のそれぞ
れにエネルギーのピークが相応するよう入射させ集光光
学素子の集光により集光スポット８ａ、８ｂを発生させ
ている。上記説明ではレーザビームモードにＴＥＭ０１
モードを用いた説明を行っているが、複数のエネルギー
分布のピークをもつモードに対し、相応する複数の光分
配プリズム素子を対応させれば同様の効果を奏する。
又、図７、図８の実施例のように集光、分配の順序はい
ずれでも良く、各素子は透過形でも、反射形でも良く、
さらに分割形、一体形のいずれでも同様の効果を奏す
る。
のレーザ開孔装置の以上述べた例と異なる実施例を示す
もので、以下図について夫々説明する。図において、１
９は透過形集光光学素子、２０は透過形分光プリズム素
子、２１は反射形分光プリズム素子、２２は反射集光光
学素子でＴＥＭ０１モードのエネルギー分布１２のレー
ザパルスを複数光分配プリズム素子のカット面のそれぞ
れにエネルギーのピークが相応するよう入射させ集光光
学素子の集光により集光スポット８ａ、８ｂを発生させ
ている。上記説明ではレーザビームモードにＴＥＭ０１
モードを用いた説明を行っているが、複数のエネルギー
分布のピークをもつモードに対し、相応する複数の光分
配プリズム素子を対応させれば同様の効果を奏する。
又、図７、図８の実施例のように集光、分配の順序はい
ずれでも良く、各素子は透過形でも、反射形でも良く、
さらに分割形、一体形のいずれでも同様の効果を奏す
る。
【００１７】実施例６．図９はこの発明に使用の光分配
プリズムの一実施例を示す図であり、図について説明す
る。２３は複数光分配プリズムで円盤形状をしていて下
面のプリズムカット面側の外周縁部を光軸に直交する平
面形状に加工されている。２４はレンズマウント、２５
は複数光分配プリズム２３の上下に装着されるリング状
の放熱シート、２６は押えネジである。円盤形状のプリ
ズムレンズはカット面側の外周縁部がフラットでないと
レンズの保持が正確にできず又レンズとレンズマウント
２４の接触部が少ないため、レンズの冷却効果が劣ると
いう欠点があった。この発明はこの問題を解消するため
になされたもので光分配プリズムの保持を確実、かつ正
確なものとするとともにレンズの冷却効率の高い装置を
提供することを可能とする。
プリズムの一実施例を示す図であり、図について説明す
る。２３は複数光分配プリズムで円盤形状をしていて下
面のプリズムカット面側の外周縁部を光軸に直交する平
面形状に加工されている。２４はレンズマウント、２５
は複数光分配プリズム２３の上下に装着されるリング状
の放熱シート、２６は押えネジである。円盤形状のプリ
ズムレンズはカット面側の外周縁部がフラットでないと
レンズの保持が正確にできず又レンズとレンズマウント
２４の接触部が少ないため、レンズの冷却効果が劣ると
いう欠点があった。この発明はこの問題を解消するため
になされたもので光分配プリズムの保持を確実、かつ正
確なものとするとともにレンズの冷却効率の高い装置を
提供することを可能とする。
【００１８】実施例７．図１０は本発明の一実施例であ
るパルスレーザ発振器の構成図、図１１は図１０の光軸
に直角な方向の断面図を示す。図において２７ａ、２７
ｂは上下方向に一対に設けられた放電電極、２８は一対
の放電電極２７ａ、２７ｂ管に流されるＣＯ2ガスを含
むレーザガスの流れる方向を示す矢印である。２９は部
分反射鏡３０は全反射鏡でこの間でレーザ光が励起増幅
されて部分反射鏡よりパルスレーザビーム２が出力され
る。上記の説明より明らかなようにパルス発振の放電励
起方向（上下）とレーザガス流方向とレーザ発振方向は
３軸が互いに直交する形成となっている。この方式が発
振器の大出力化に有利であることは周知のことである。
特にこの形式の有利な点は放電励起する放電電極２７
ａ、２７ｂの近傍に発振密度の高いレーザ光子が存在し
やすく図１１に示す如く光軸よりも電極寄りに２つエネ
ルギー分布のピークが存在しやすく、ＴＥＭ０１モード
のエネルギー分布１２を生ぜしめるためパルスレーザビ
ームの発振動作の効率向上に効果がある。特に上記モー
ドを発生させるため、共振器内に楕円もしくは矩形の開
口３２を有するアパーチャ３１を設けることも有利であ
る。また、開口３２をガス流方向に長径を持つ長円とす
ることにより３次以上の高次モードを出力させることも
可能である。又、図示されてないが、レーザガス流方向
とレーザ発振方向が同一な高速軸流型のレーザ発振器で
は、軸対称（放射状）のレーザモードを発生させやすく
図４に示すような分配方式の場合は特に有利である。以
上の実施例においては、パルスレーザビームを用いて移
動する帯材に開孔を行うレーザ加工装置について示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、連続する
レーザビームを用いて溶接、マーキング等を行う場合に
も利用できる。また被加工物は移動する帯材に限定され
るものでなく、静止している被加工ものを集光スポット
が移動しながらあるいは静止した状態で加工してもよい
ことは明らかである。さらに上記実施例においては、光
分配素子に光学式のプリズムを用いた場合を示したが、
これはプリズムに限定されるものではなく、他の方法、
例えば光ファイバ等によって分配することも可能であ
る。
るパルスレーザ発振器の構成図、図１１は図１０の光軸
に直角な方向の断面図を示す。図において２７ａ、２７
ｂは上下方向に一対に設けられた放電電極、２８は一対
の放電電極２７ａ、２７ｂ管に流されるＣＯ2ガスを含
むレーザガスの流れる方向を示す矢印である。２９は部
分反射鏡３０は全反射鏡でこの間でレーザ光が励起増幅
されて部分反射鏡よりパルスレーザビーム２が出力され
る。上記の説明より明らかなようにパルス発振の放電励
起方向（上下）とレーザガス流方向とレーザ発振方向は
３軸が互いに直交する形成となっている。この方式が発
振器の大出力化に有利であることは周知のことである。
特にこの形式の有利な点は放電励起する放電電極２７
ａ、２７ｂの近傍に発振密度の高いレーザ光子が存在し
やすく図１１に示す如く光軸よりも電極寄りに２つエネ
ルギー分布のピークが存在しやすく、ＴＥＭ０１モード
のエネルギー分布１２を生ぜしめるためパルスレーザビ
ームの発振動作の効率向上に効果がある。特に上記モー
ドを発生させるため、共振器内に楕円もしくは矩形の開
口３２を有するアパーチャ３１を設けることも有利であ
る。また、開口３２をガス流方向に長径を持つ長円とす
ることにより３次以上の高次モードを出力させることも
可能である。又、図示されてないが、レーザガス流方向
とレーザ発振方向が同一な高速軸流型のレーザ発振器で
は、軸対称（放射状）のレーザモードを発生させやすく
図４に示すような分配方式の場合は特に有利である。以
上の実施例においては、パルスレーザビームを用いて移
動する帯材に開孔を行うレーザ加工装置について示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、連続する
レーザビームを用いて溶接、マーキング等を行う場合に
も利用できる。また被加工物は移動する帯材に限定され
るものでなく、静止している被加工ものを集光スポット
が移動しながらあるいは静止した状態で加工してもよい
ことは明らかである。さらに上記実施例においては、光
分配素子に光学式のプリズムを用いた場合を示したが、
これはプリズムに限定されるものではなく、他の方法、
例えば光ファイバ等によって分配することも可能であ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば移動する
帯材に穴を明ける装置において、レーザビームモードが
ピークを複数有するエネルギー分布のパルスレーザビー
ムを用い、集光光学素子と複数光分配プリズム素子を組
合せた光学系に上記パルスレーザビームを該レーザビー
ムモードのエネルギー分布のピークが該複数光分配プリ
ズム素子のそれぞれのカット面に相応するよう入射させ
ることにより、複数のパルスレーザビームの集光スポッ
トを発生させるよう構成したので、帯材の搬送スピード
を上げることなく開孔の多列化、多孔化が可能となり生
産能力（生産性）を大幅に向上させる効果がある。又、
上記装置において、集光光学素子にフレネルレンズ又は
メニスカスレンズを用いるように構成したので、レーザ
開孔装置の集光スポットのエネルギー密度を向上させる
効果がある。又、上記装置において、複数光分配プリズ
ムのプリズムカット側の外周縁部を光軸に直交した平面
形状としたので、上記光学素子を安定かつ確実に保持
し、さらに冷却効果を向上させるという効果がある。
又、上記装置において、放電励起方式による炭酸ガスパ
ルスレーザ発振器は放電方向とレーザガス流方向、レー
ザ発振方向が互いに直交する形式のものとし、パルスレ
ーザビームを発振させる構成としたり、レーザガス流方
向とレーザ発振方向が同一な高速軸流型のレーザ発振器
としてパルスレーザビームを発振させる構成としたの
で、帯材の搬送スピードを上げることなく開孔の多列化
が可能となり、生産能力（生産性）を大幅に向上させる
効果がある。
帯材に穴を明ける装置において、レーザビームモードが
ピークを複数有するエネルギー分布のパルスレーザビー
ムを用い、集光光学素子と複数光分配プリズム素子を組
合せた光学系に上記パルスレーザビームを該レーザビー
ムモードのエネルギー分布のピークが該複数光分配プリ
ズム素子のそれぞれのカット面に相応するよう入射させ
ることにより、複数のパルスレーザビームの集光スポッ
トを発生させるよう構成したので、帯材の搬送スピード
を上げることなく開孔の多列化、多孔化が可能となり生
産能力（生産性）を大幅に向上させる効果がある。又、
上記装置において、集光光学素子にフレネルレンズ又は
メニスカスレンズを用いるように構成したので、レーザ
開孔装置の集光スポットのエネルギー密度を向上させる
効果がある。又、上記装置において、複数光分配プリズ
ムのプリズムカット側の外周縁部を光軸に直交した平面
形状としたので、上記光学素子を安定かつ確実に保持
し、さらに冷却効果を向上させるという効果がある。
又、上記装置において、放電励起方式による炭酸ガスパ
ルスレーザ発振器は放電方向とレーザガス流方向、レー
ザ発振方向が互いに直交する形式のものとし、パルスレ
ーザビームを発振させる構成としたり、レーザガス流方
向とレーザ発振方向が同一な高速軸流型のレーザ発振器
としてパルスレーザビームを発振させる構成としたの
で、帯材の搬送スピードを上げることなく開孔の多列化
が可能となり、生産能力（生産性）を大幅に向上させる
効果がある。
【図１】第１、第２の発明の一実施例によるレーザ加工
装置の構成図である。
装置の構成図である。
【図２】同上装置における２つのピークを有するレーザ
ビームの集光状態図である。
ビームの集光状態図である。
【図３】図２の上面図である。
【図４】第１、第２の発明の他の実施例の４光分配集光
光学素子を示す図（分配、集光光学系と、レーザビーム
モードの関係を示す）である。
光学素子を示す図（分配、集光光学系と、レーザビーム
モードの関係を示す）である。
【図５】第１、第２の発明の他の実施例におけるレーザ
ビームの集光状態図である。
ビームの集光状態図である。
【図６】第１、第２の発明の他の実施例におけるレーザ
ビームの集光状態図である。
ビームの集光状態図である。
【図７】第３の発明のレーザ加工装置の一実施例を示す
レーザビームの集光状態図である。
レーザビームの集光状態図である。
【図８】第３の発明のレーザ加工装置の一実施例を示す
レーザビームの集光状態図である。
レーザビームの集光状態図である。
【図９】第４の発明の一実施例を示す光分配プリズムの
構成図である。
構成図である。
【図１０】第５の発明の一実施例を示す炭酸ガスパルス
レーザ発振器の構成図である。
レーザ発振器の構成図である。
【図１１】図１０の断面図である。
【図１２】従来のレーザ開孔装置を示す構成図である。
【図１３】パルス化されたレーザビームの時間とレーザ
出力の関係図である。
出力の関係図である。
【図１４】従来装置におけるシングルモードのレーザビ
ームの集光状態図である。
ームの集光状態図である。
【図１５】シングルモードのレーザビームを２光分配プ
リズムで分配した図である。
リズムで分配した図である。
１ レーザ発振器 ２ パルスレーザビーム ３ ビームスプリッタ ４ ベンドミラー ５ レンズ ６ 帯材 ７ ローラ ８、８ａ〜８ｄ 集光スポット ９、９ａ〜９ｄ 開孔 １０ シングルモードのエネルギー分布 １１ ２光分配プリズム １２ ＴＥＭ０１モードのエネルギー分布 １３ａ、１３ｂ 回折光による縞 １４ 高次モード（４次モード）のエネルギー分布 １５ 分配、集光光学系 １６ ４光分配プリズム １７ フレネルレンズ １８ メニスカスレンズ １９ 透過形集光光学素子 ２０ 透過形光分配プリズム素子 ２１ 反射形光分配プリズム素子 ２２ 反射形集光光学素子 ２３ 複数光分配プリズム ２４ レンズマウント ２５ 放熱シート ２６ 押えネジ ２７ａ、２７ｂ 放電電極 ２８ レーザガス流 ２９ 部分反射鏡 ３０ 全反射鏡
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザビームを用いて被加工物の加工を
行う装置において、複数個のピークを有するエネルギー
分布モードのレーザビームを出力するレーザ発振器と、
上記発振器からのレーザビームを集光する集光素子と、
複数個のカット面を有し上記レーザビームが上記被加工
物上に複数の集光スポットを発生するよう上記レーザビ
ームの複数個のピークが上記複数個のカット面のそれぞ
れに対応して入射するよう配置された光分配素子とを備
えたことを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のレーザ加工装置におい
て、被加工物とレーザビームの集光スポットの発生位置
を相対移動させる移動手段を備えたことを特徴とするレ
ーザ加工装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のレーザ加
工装置において、集光素子および光分配素子のうち少な
くとも何れか一方はレーザビームの進路方向を変更する
反射形の集光素子あるいは光分配素子であることを特徴
とするレーザ加工装置。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３記載
のいずれかのレーザ加工装置において、光分配素子はプ
リズムでかつそのプリズムカット面側の外周縁部を光軸
に関して軸対称な面形状に加工したことを特徴とするレ
ーザ加工装置。 - 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３および請
求項４記載のいずれかのレーザ加工装置において、レー
ザ発振器は放電の励起方向、レーザ媒質の流れ方向、お
よびレーザ発振方向の３つの方向が各々互いに直交する
３軸直交形のものであるとともにレーザビームのエネル
ギー分布モードが複数個のピークを持つものであること
を特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３または請
求項４記載のいずれかのレーザ加工装置において、レー
ザ発振器は高速軸流型発振器であり、レーザビームのエ
ネルギー分布モードが複数個のピークを持つものである
ことを特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183940A JP2658809B2 (ja) | 1992-08-27 | 1993-07-26 | レーザ加工装置 |
| US08/110,969 US5498851A (en) | 1992-08-27 | 1993-08-24 | Laser machining apparatus and method |
| DE4328894A DE4328894C2 (de) | 1992-08-27 | 1993-08-27 | Laserbearbeitungsvorrichtung und zugehöriges Verfahren |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-228550 | 1992-08-27 | ||
| JP22855092 | 1992-08-27 | ||
| JP5183940A JP2658809B2 (ja) | 1992-08-27 | 1993-07-26 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06122086A true JPH06122086A (ja) | 1994-05-06 |
| JP2658809B2 JP2658809B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=26502189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5183940A Expired - Fee Related JP2658809B2 (ja) | 1992-08-27 | 1993-07-26 | レーザ加工装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5498851A (ja) |
| JP (1) | JP2658809B2 (ja) |
| DE (1) | DE4328894C2 (ja) |
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