JPH0627276Y2 - レーザ出射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、断面形状が四角形のレーザ光線を出射する装
置に関する。

［従来の技術］ 一般にレーザ光線の断面は円形であるが、レーザ加工に
おいては断面を四角形したほうが都合のよい場合があ
る。

例えば、第３図に示すように、ある本体１００に対して
細長い板状の小部材１０２を断面円形のレーザ光線によ
りスポット溶接で接合すると、矢印Ｇの方向の回転モー
メントに対する保持力ないし強度が弱く、これがもとで
本体１００と小部材１０２との接合が外れやすい。この
図において、１０４は断面円形のレーザ光線によって得
られる円形の溶接パターン，１０６はレーザ光線で溶け
た溶接部である。

しかし、第２図に示すように、断面長方形のレーザ光線
を用いて溶接パターン１０８を長方形とすると、矢印Ｇ
の方向の回転モーメントに対して強い保持力が得られ
る。

このような断面四角形のレーザ光線は、断面円形のレー
ザ光線を基にしてつくられる。そのための従来の装置と
しては、レーザ光線を、遮蔽板に形成した四角形のアパ
ーチャ（開口）に通すものや、２個のシリンドリカルレ
ンズを互いに軸を直交させて配置した光学系に通すもの
が知られている。後者の装置においては、両シリンドリ
カルレンズが互いに直交する方向（Ｘ，Ｙ）にレーザ光
線を集光することによって断面円形のレーザ光線を四角
形に絞る。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、四角形のアパーチャにレーザ光線を通す
装置では、レーザ光線の外周部が遮光板によってケラレ
るために、その分のレーザエネルギが失われ、レーザ加
工のエネルギ利用効率が低いという問題がある。

一方、シリンドリカルレンズ方式の装置によれば、断面
円形のレーザ光線を互いに直交する方向（Ｘ，Ｙ）に絞
ってもまだ丸みが残り、角のはっきりした厳密な断面四
角形（角型）のビームにはならないという問題がある。

本考案は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、断面形状がほぼ完全な四角形のレーザ光線を少ない
エネルギ損失で得ることの可能な簡易な構成のレーザ出
射装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本考案のレーザ出射装置
は、光透過性の材質からなる四角柱の側面に全反射性の
コーティングを施し、その四角柱の一方の端面にレーザ
光線を長軸方向に入射させ、その四角柱の他方の端面よ
り断面形状が四角形のレーザ光線を出射させるように構
成した。

［作用］ 本考案のレーザ出射装置では、四角柱の一方の端面より
内部に入射したレーザ光線が入射角と四角柱の材質の屈
折率とできまる屈折角の方向に進行し、遂には四角柱の
側面と全反射コーティングとの境界面に達し、そこで全
反射してその反射角の方向に進行する。このようにし
て、レーザ光線は四角柱の側面で全反射を何回か繰り返
しながら外に漏れることなく四角柱の他方の端面まで進
み、その四角柱の端面のほぼ全面より出射され、これに
よって断面形状がほぼ完全な四角形のビームが現れる。

本考案のレーザ出射装置においては、レーザ光線が角型
ビームに変換されるに際して失われるレーザエネルギは
四角柱内部での伝送損失だけである。

［実施例］ 第１図は、本考案の第１の実施例によるレーザ出射装置
の構成を示す。

この出射装置は、円形の凸レンズからなる集光レンズ１
０と、側面に全反射性のコーティング１２を施された石
英ガラスからなる四角柱１４と、それぞれ円形の凸レン
ズからなるコリメータレンズ１６，集光レンズ１８とで
構成される。

全反射コーティング１２の材料としては、例えば誘電体
Ａｓ２Ｓｅ３，Ａｓ２Ｓ３，ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＰｂＦ
２，ＴｈＦ４などや金属が使用可能である。

集光レンズ１０には、例えばコリメータレンズ（図示せ
ず）を通ってきた断面形状が円形のレーザ光線ＬＢ０が
入射する。レンズ１０は、このレーザ光線ＬＢ０を断面
円形のまま絞って四角柱１４の一方の端面１４ａに四角
柱の長軸方向に入射せしめる。

四角柱１４内に入ったレーザ光線は、入射角と石英ガラ
スの屈折率とできまる屈折角の方向に進行し、遂には四
角柱１４の側面と全反射コーティング１２との境界面に
達し、そこで全反射してその反射角の方向に進行する。
このようにして、レーザ光線は四角柱の側面で全反射を
何回か繰り返しながら外に漏れることなく四角柱１４の
他方の端面１４ｂまで進行する。

しかして、レーザ光線は、四角柱１４の他方の四角形の
端面１４ｂのほぼ全面より出射されることによって断面
形状がほぼ完全な四角形の放射状ビームＬＢ１となって
現れ、次いでコリメータレンズ１６によって断面四角形
のまま平行光にされ集光レンズ１８により絞られる。こ
の角型ビームのレーザ光線ＬＢ１を加工点に照射する
と、例えば第３図に示すような四角形の溶接パターン１
０８が得られる。

このように、この実施例では、断面形状の丸いレーザ光
線ＬＢ０を石英ガラスからなる四角柱１４に入れてその
中を側面で何度か全反射させながら伝搬させることで断
面形状がほぼ完全に四角形のレーザ光線ＬＢ１に変換す
るものであり、この変換に際して失われるレーザエネル
ギは石英ガラス内での伝送損失だけで、これはアパーチ
ャやスリット等で丸いビームを四角に削るものと比較す
れば格段に少ない損失である。

なお、石英ガラスよりも伝送損失は大きくなるが、多成
分ガラスやプラスチック等も四角柱の材質として使用可
能である。また、四角柱の断面形状も正方形としたり、
細長い長方形とすることも可能である。

［考案の効果］ 本考案は、上述のような構成を有することにより、次の
ような効果を奏する。

本考案のレーザ出射装置においては、透明な四角柱の一
方の端面よりレーザ光線を入射させて四角柱の側面に施
した全反射コーティングによってレーザ光線を何度か全
反射させながら外に漏らすことなく四角柱の内部を進行
させ、四角柱の他方の端面より角型ビームのレーザ光線
を出射させるようにしたので、装置構成が簡易であっ
て、レーザ損失が少なく、断面形状がほぼ完全に四角形
のレーザ光線が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第１の実施例によるレーザ出射装置
の構成を示す斜視図、 第２図は、四角形の溶接パターン例を示す平面図、およ
び 第３図(A)は円形の溶接パターン例を示す平面図、第３
図(B)はその円形溶接パターンの接合部を示す断面図で
ある。 図面において、 １０…集光レンズ、 １２…全反射性コーティング、 １４…四角柱、 １４ａ…四角柱１４の一方の端面、 １４ｂ…四角柱１４の他方の端面、 １６…集光レンズ、

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性の材質からなる四角柱の側面に全
   反射性のコーティングを施し、前記四角柱の一方の端面
   にレーザ光線を長軸方向に入射させ、前記四角柱の他方
   の端面より断面形状が四角形のレーザ光線を出射させる
   ように構成したことを特徴とするレーザ出射装置。