(57)【要約】【課題】光ファイバーの出力端面におけるレーザ光の光強度を均一に分布させる。また、光ファイバーの小径化を図りながらレーザ光を確実に導光させる。更に、光ファイバーの出力端面からレーザ光を確実に出力させる。【解決手段】レーザ光発振部材から出力されるレーザ光を光ファイバーにより所要の箇所へ導光するレーザ光の導光構造において、光ファイバーは、少なくともコア部の長手直交方向断面を多角形状化すると共に所要のリードで捻り形成した多角光ファイバーとする。【選択図】        図２
2007102058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光発振部材から出力されるレーザ光を光ファイバーにより所要の箇所へ導光するレーザ光導光構造において、光ファイバーは、少なくともコア部の長手直交方向断面を多角形状化すると共に所要のリードで捻り形成した多角光ファイバーとした導光構造。
【請求項２】
レーザ光発振部材から出力されるレーザ光を光ファイバーにより所要の箇所へ導光するレーザ光導光構造において、レーザ光発振部材からのレーザ光を導光する光ファイバーを円筒状光ファイバーとすると共に該円筒状光ファイバーの出力端側に、少なくともコア部の長手直交方向断面を多角形状化すると共に所要のリードで捻り形成した多角光ファイバーとした導光構造。
【請求項３】
請求項１又は２の多角光ファイバーは、長手直交方向断面が正多角形状、異形多角形状のいずれかからなるレーザ光導光構造。
【請求項４】
請求項１又は２の多角光ファイバーは、長手方向に対して捻れ部及びストレート部を交互に設けたレーザ光導光構造。
【請求項５】
請求項４の捻れ部は、捻れ方向を交互に異ならせたレーザ光導光構造。
【請求項６】
請求項４の捻れ部は、捻れ方向を一致させたレーザ光導光構造。
【請求項７】
請求項１又は２の多角光ファイバーは、所要の長さ毎に捻れ方向が異なる複数の捻れ部を設けたレーザ光導光構造。
【請求項８】
請求項１乃至７の多角光ファイバーは、出力端部側を出力端に向かって徐々に先細になるテーパー状に形成したレーザ光導光構造。
【請求項９】
請求項１乃至８において、レーザ光発振部材は要求される出力に応じた個数とすると共に各レーザ光発振部材からのレーザ光を集光して単一の多角光ファイバーにより導光するレーザ光導光構造。
【請求項１０】
請求項１乃至９において、多角光ファイバーから出力されるレーザ光を、レーザ発振装置の励起光源とするレーザ光導光構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード（以下、ＬＤと称する。）、炭酸ガスレーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器等のレーザ発振部材から発振されるレーザ光を光ファイバーにより所望の箇所に導光して所望の箇所に照射するレーザ光の導光構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばレーザ光を使用してワークを溶接したり、焼入れするレーザ加工機においては、多数のＬＤから発振したレーザ光を、光ファイバーにより、ワークに対して大出力のレーザ光を出力する、例えばＹＡＧレーザ発振器等へ導光し、これを励起光源として大出力のレーザ光を出力するように構成している。
【０００３】
しかし、光ファイバーのコア内周面に対してレーザ光を反射させながら導光すると、光ファイバーの出力端においては、出力端面におけるレーザ光の光強度分布が不均一になり易くなる問題を有している。このように光強度分布が不均一な状態で出力されるレーザ光を大出力レーザ発振器の励起光源とすると、大出力レーザ発振器からレーザ光を確実に出力させることができない問題を有している。これにより加工機によりワークを溶接したり、焼入れ処理する際に、加熱ムラが発生して加工不良の原因になっている。
【０００４】
上記した従来の欠点を解決するため、芯材に光ファイバーを螺旋状に巻付けたり、例えば特許文献１に示すように光ファイバーからのレーザ光を中空または中空のカライドスコープ内にて導光させることにより光ファイバーの出力端面におけるレーザ光の光強度分布を均一化することができる。
【０００５】
しかし、前者にあっては、芯材を必要とすることにより光ファイバー径が大きくなる問題を有している。また、後者にあっては、カライドスコープ内を導光したレーザ光が、光ファイバーの出力端側において全反射して入射側へ戻り、ワークに対してレーザ光を所望の光強度で出力できない問題を有している。
【特許文献１】特開平５−４５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、光ファイバーの出力端面におけるレーザ光の光強度が不均一になる点にある。光ファイバーが大径化する点にある。光ファイバーの出力端面からレーザ光を確実に出力させることができない点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、レーザ光発振部材から出力されるレーザ光を光ファイバーにより所要の箇所へ導光するレーザ光導光構造において、光ファイバーは、少なくともコア部の長手直交方向断面を多角形状化すると共に所要のリードで捻り形成した多角光ファイバーとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、光ファイバーの出力端面におけるレーザ光の光強度を均一化する。また、光ファイバーの小径化を図りながらレーザ光を確実に導光させる。更に、光ファイバーの出力端面からレーザ光を確実に出力させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、光ファイバーを、少なくともコア部の長手直交方向断面を多角形状化すると共に所要のリードで捻り形成したことを最良の形態とする。
【実施例１】
【００１０】
以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
先ず、レーザ光の光学系概略を説明すると、図１に示すようにレーザ光発振部材としてのＬＤ１には多角光ファイバー３の入射端面が相対するように配置されている。該多角光ファイバー３はＬＤ１から、例えばワークを溶接したり、焼入れする加工機（図示せず）に装着される、例えばＹＡＧレーザ発振器等のレーザ発振器７に至る長さで、所要の径からなり、その出力端側にはレーザ光を所望のスポット径に絞る光学レンズ５が配置されている。そして光学レンズ５の出射側にはＬＤ１からのレーザ光を励起光源として使用して大出力のレーザ光を出力するレーザ発振器７が設けられている。
【００１１】
図２に示すように、上記多角光ファイバー３は従来公知のようにレーザ光を導光するコア部３ａ及びコア部３ａの外周側に被覆され、該コア部３ａより屈折率が高いクラッド部（図示せず）から構成され、その内、少なくともコア部３ａは長手直交方向断面が三角形、四角形、五角形等の正多角形状または異形多角形状からなる。尚、多角光ファイバー３のコア部３ａは、その外面角部が角状または面取り加工されたものであってもよい。
【００１２】
上記多角光ファイバー３は、コア部３ａの長手直交方向断面幅の所定倍の長さ毎に、時計方向または反時計方向へ１回転するリードで捻り形成されている。多角光ファイバー３の捻りリードはコア部３ａの長手直交方向断面幅（太さ）や光ファイバーの材質等に応じて適宜設定される。また、多角光ファイバー３の捻り態様としては、図３に示すように捻り部３ｂとストレート部３ｃとを交互に形成した形状（この態様にあっては、ストレート部３ｃを介した捻り部３ｂの捻り方向は、同一方向又は反対方向のいずれであってもよい。）、図４に示すように捻り部３ｂ及び該捻り部３ｂと反対方向に捻られた逆捻り部３ｄを交互に形成した形状のように、全体として捻り状に形成してもよい。
【００１３】
次に、多角光ファイバー３によるレーザ光の導光作用を説明する。
ＬＤ１から発振されたレーザ光は、入射された多角光ファイバー３におけるコア部３ａの内面にて全反射されながらその出力端側へ導光された後に、光学レンズ５により所要のスポット径に収束されてワーク上に照射される。これによりワークは、照射されたレーザ光の熱により、例えば溶接加工、焼入れ加工される。
【００１４】
上記多角光ファイバー３にてレーザ光を導光する際に、レーザ光は、断面多角形状からなるコア部３ａの各内面にて反射されながら出力端側へ導光される。その際に、コア部３ａの各反射面が捻れた面になっているため、レーザ光を、出力端面におけるレーザ光の光強度がほぼ均一な分布状態になるように、臨界角以下の反射角度でランダムに全反射しながら出力端側へ導光させる。
【００１５】
このように多角光ファイバー３の出力端面からは、その光強度がほぼ均一な分布状態のレーザ光が出力される。そして出力されたレーザ光は、光学レンズ５により所要のスポット径になるように収束させられた状態でワークに照射されることによりワークをほぼ均一に加熱し、加熱ムラがない状態で所望の加工を行う。
【００１６】
本実施例は、多角光ファイバー３の長手直交方向断面を多角形状に形成すると共に長手方向に対して所要のリードで捻れ形成することにより内部にて導光されるレーザ光を、出力端面において光強度分布がほぼ均一になるように全反射させることができる。これによりワークをほぼ均一に加熱して所望の状態に加工することができる。
【実施例２】
【００１７】
図５に示すように、実施例２に係る多角光ファイバー１１は、実施例１の多角光ファイバー３と同様に長手直交方向断面が多角形状で、所要のリードで捻れ形成されている。また、該多角光ファイバー１１の出力側端部には、出力端に向かって徐々に先細になるテーパー部１１ａが形成されている。
【００１８】
本実施例は、実施例１と同様に多角光ファイバー１１内にてレーザ光が導光される際には、コア部３ａの反射面が捻られているため、レーザ光を臨界角度以下でランダムに全反射してコア部３ａ内において光強度が均一になるように分布させる。そして多角光ファイバー１１の出力端面からレーザ光を出力させる際には、上記したように捻られた面にてレーザ光を全反射させながらテーパー部１１ａにより所望幅の出力端面になるように徐々に絞って出力させる。
【００１９】
これにより出力端面におけるレーザ光の密度が高められることにより強い光強度のレーザ光とすることができる。今、テーパー部１１ａにより出力端面幅を他の箇所の１／２とする場合にあっては、ストレート状の光ファイバーに比べて出力端における光強度を４倍にすることができる。
【実施例３】
【００２０】
図６において、多数のＬＤ１の出力面には通常の円筒状光ファイバー２１の入射端が相対するようにそれぞれ配置され、各円筒状光ファイバー２１の出力端には集光用光ファイバー２３が設けられ、該集光用光ファイバー２３の出力端に、長手直交方向断面が多角形状で所要のリードで捻られた実施例１の多角光ファイバー３又は長手直交方向断面が多角形状で所要のリードで捻られると共にその出力端部側が、徐々に先細り形状になるテーパー部１１ａを有した光ファイバー１１が取付けられる。
【００２１】
尚、図６は、集光用光ファイバー２３の出力端に実施例１の光ファイバー１を取付けた例を示すが、実施例２に係る光ファイバー１１を取付けた場合であっても同様である。また、実施例１と同一の部材、装置に付いては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２２】
本実施例においては、各ＬＤ１からのレーザ光を集光してレーザ発振器７の励起光源として出力するために集光用光ファイバー２３により集光されたレーザ光を光学レンズ５へ出力する際に多角光ファイバー３（１１）内を導光させることによりその出力端においてレーザ光の光強度をほぼ均一に分布させる。
【００２３】
これによりレーザ発振器７を確実に励起して大出力のレーザ光を出力させることにより加熱ムラをなくしてワーク加工を高品質に行うことを可能にする。
【００２４】
上記説明は、光ファイバーの導光構造を１本の多角光ファイバーで説明したが、高い出力のレーザ光を得るには、所望の出力に応じた個数のＬＤを使用すると共にＬＤの個数に応じた本数の多角光ファイバーを使用してレーザ光を導光すればよい。この場合にあっては、多数の多角光ファイバーの先端部に集光用光ファイバーを設けて出力するように構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】レーザ光導光構造の概略を示す説明図である。
【図２】光ファイバーの捻り状態を示す説明図である。
【図３】他の捻り態様を示す説明図である。
【図４】他の捻り態様を示す説明図である。
【図５】実施例２に係る光ファイバーの形状を示す説明図である。
【図６】実施例３に係るレーザ光導光構造の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ光発振部材としてのＬＤ
３・１１  多角光ファイバー
３ａ  コア部
１１ａ  テーパー部
【図１】
2007102058.tif 000003
【図２】
2007102058.tif 000004
【図３】
2007102058.tif 000005
【図４】
2007102058.tif 000006
【図５】
2007102058.tif 000007
【図６】
2007102058.tif 000008