(57)【要約】【課題】直線偏光のレーザビームの偏光方向の変化を速く行うことができるレーザ加工装置を得る。【解決手段】直線偏光のレーザビームを発生させるレーザ光源１と、レーザ光源１により発生するレーザビームを導く偏波保持型ファイバ２と、偏波保持型ファイバ２の出射端を保持する保持装置３と、保持装置３を回転させる回転装置４と、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームを集光する集光装置５とを備えている。保持装置３は、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームが加工対象物７に向かうように配置されている。【選択図】図１
2012115859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光のレーザビームを発生させるレーザ光源と、
前記レーザ光源により発生する前記レーザビームを導く偏波保持型ファイバと、
前記偏波保持型ファイバの出射端から出射される前記レーザビームの偏光方向が変化するように、前記出射端を回転させる偏光装置とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記出射端から出射される前記レーザビームの偏光方向が、加工対象物を加工するときの加工進行方向と一致するように前記偏光装置の駆動を制御する制御装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直線偏光のレーザビームを用いて加工対象物を加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直線偏光のレーザビームを発生させるレーザ光源と、回転することによりレーザビームの偏光方向を変える反射ミラーユニットと、反射ミラーユニットを回転させるユニット駆動装置とを備えたレーザ加工装置が知られている。レーザ光源により発生するレーザビームは、反射ミラーユニットに向かうようになっている。反射ミラーユニットは、３枚のミラーを有している。各ミラーは、反射ミラーユニットが回転することにより、像回転器として作用するように配置されている。
【０００３】
レーザビームの偏光方向と加工対象物の加工進行方向とが一致する場合に、加工対象物による直線偏光の吸収率が高くなるので、加工対象物を加工する処理速度が高くなる。したがって、レーザビームを用いた加工対象物の加工では、偏光方向と加工進行方向とが常に一致するように、反射ミラーユニットが回転するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０２９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、反射ミラーユニットが３枚のミラーを有しているので、反射ミラーユニット全体の重量が大きくなる。これにより、ユニット駆動装置による反射ミラーユニットの回転速度が遅くなる。その結果、レーザビームの偏光方向の変化が遅くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、レーザビームの偏光方向の変化を速く行うことができるレーザ加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーザ加工装置は、直線偏光のレーザビームを発生させるレーザ光源と、前記レーザ光源により発生する前記レーザビームを導く偏波保持型ファイバと、前記偏波保持型ファイバの出射端から出射される前記レーザビームの偏光方向が変化するように、前記出射端を回転させる偏光装置とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るレーザ加工装置によれば、レーザ光源により発生する直線偏光のレーザビームが偏波保持型ファイバにより導かれ、偏光装置により、偏波保持型ファイバの出射端から出射されるレーザビームの偏光方向が変化するように偏波保持型ファイバの出射端が回転するので、複数枚のミラーを用いてレーザビームの偏光方向を変化させる従来装置と比較して、レーザビームの偏光方向を変化させるために回転する部分の重量を小さくすることができる。これにより、レーザビームの偏光方向を変化させるために回転する部分の回転速度が速くなり、レーザビームの偏光方向を早く変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。
【図２】図１の偏波保持型ファイバを示す断面図である。
【図３】図１の偏波保持型ファイバにおける偏波クロストークと捻りピッチとの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。図において、この発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置は、直線偏光のレーザビームを発生させるレーザ光源１と、レーザ光源１により発生するレーザビームを導く偏波保持型ファイバ２と、偏波保持型ファイバ２の出射端を保持する保持装置３と、保持装置３を回転させる回転装置４と、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームを集光する集光装置５とを備えている。保持装置３および回転装置４から偏光装置６が構成されている。
【００１２】
レーザ光源１としては、低損失の石英ファイバを使用することができ波長が１μｍ近傍のレーザビームを発生させる固体レーザ（ＹＡＧレーザ）光源、ディスクレーザ光源、ファイバレーザ光源、半導体レーザ光源等が挙げられる。また、レーザ光源１では、直線偏光のレーザビームの発振・増幅が行われるのが望ましい。
【００１３】
保持装置３は、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームが金属等の加工対象物７に向かうように配置されている。保持装置３の形状は、保持装置３に保持されている偏波保持型ファイバ２の部分を中心とした軸対称形状となっている。保持装置３は、保持装置３に保持されている偏波保持型ファイバ２の部分と同心となるように配置されている。保持装置３の寸法は、外径が１０ｍｍオーダーとなっている。
【００１４】
回転装置４は、保持装置３を回転することにより、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向を変える。
【００１５】
集光装置５は、２枚の集光レンズ８から構成されている。各集光レンズ８は、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの経路上に配置されている。また、各集光レンズ８は、偏波保持型ファイバ２の出射端と加工対象物７との間に配置される。
【００１６】
偏波保持型ファイバ２は、レーザ光源１により発生するレーザビームの偏光状態を保ったまま、レーザビームを加工対象物７に向かって出射する。偏波保持型ファイバ２は、捻ることにより容易に変形可能となっている。偏波保持型ファイバ２としては、応力付与型ファイバであるＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  ＡＮＤ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバ、ボウタイ型ファイバ、楕円ジャケットファイバ、螺旋状コアの特性を利用したヘリカルコアファイバ、ＣＣＣ（Ｃｈｉｒａｌｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｃｏｒｅ）ファイバ等が挙げられる。この例では、偏波保持型ファイバ２として、ＰＡＮＤＡファイバを例に説明する。
【００１７】
図２は図１の偏波保持型ファイバ２を示す断面図である。偏波保持型ファイバ２の寸法は、外径が１ｍｍ程度となっている。偏波保持型ファイバ２は、通常の光ファイバにおいて光を伝搬させるコア９およびクラッド１０と、コア９およびクラッド１０に応力を付与する一対の応力付与部１１とを有している。応力付与部１１が付与する応力による光弾性効果によって、偏波保持型ファイバ２には、偏波保持型ファイバ２の軸線に垂直な面に沿った屈折率の異なる二つの軸である偏波保持軸１２が形成される。偏波保持軸１２に沿った方向で偏波保持型ファイバ２に入射した直線偏光のレーザビームは、偏波保持軸１２に沿って伝搬する。
【００１８】
図３は図１の偏波保持型ファイバ２における偏波クロストークと捻りピッチとの関係を示す図である。極端に短い領域で偏波保持型ファイバ２を捻ることがなければ、偏波間のクロストークの発生を十分に小さく抑えることができる。したがって、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向は、偏波保持型ファイバ２の出射端における偏波保持軸１２の方向により規定される。
【００１９】
偏波保持型ファイバ２の中を伝搬するレーザビームの偏光方向は、偏波保持型ファイバ２によりピンニングされているので、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させることにより、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向を回転させることができる。
【００２０】
次に、レーザ加工装置の動作について説明する。レーザ光源１により発生した直線偏光レーザビームは、偏波保持型ファイバ２に導かれて、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射される。このとき、偏光装置６により、偏波保持型ファイバ２の出射端が回転する。これにより、偏波保持型ファイバ２によりピンニングされているレーザビームは、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるときに、偏光方向が変わる。偏光装置６は、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向と加工対象物７の加工進行方向とが常に一致するように、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させる。
【００２１】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置によれば、レーザ光源１により発生する直線偏光のレーザビームが偏波保持型ファイバ２により導かれ、偏光装置６により、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向が変化するように偏波保持型ファイバ２の出射端が回転するので、複数枚のミラーを用いてレーザビームの偏光方向を変化させる従来装置と比較して、レーザビームの偏光方向を変化させるために回転する部分の重量を小さくすることができる。これにより、レーザビームの偏光方向を変化させるために回転する部分の回転速度が速くなり、レーザビームの偏光方向を早く変化させることができる。その結果、加工対象物７を細かな形状に加工することができ、また、加工対象物７の加工速度を向上させることができる。
【００２２】
また、保持装置３は、保持装置３の形状が偏波保持型ファイバ２の部分を中心とした軸対称形状であるので、容易に回転することができる。これにより、回転装置４の小型化および軽量化を図ることができる。その結果、レーザ加工装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。図において、この発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置は、加工対象物７を移動させる移動装置１３と、移動装置１３の移動を制御し、移動装置１３による加工対象物７の位置に応じて回転装置４の駆動を制御する制御装置１４とをさらに備えている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２４】
次に、レーザ加工装置の動作について説明する。制御装置１４は、まず、加工対象物７を所定の位置に移動させる。その後、実施の形態１と同様にして、偏波保持型ファイバ２の出射端からレーザビームが出射する。このとき、制御装置１４は、加工対象物７の位置に応じて、回転装置４の駆動を制御して、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向と加工対象物７の加工進行方向とが常に一致するように、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させる。その後、制御装置１４は、加工対象物７の加工順序に合わせて、加工対象物７の位置を変化させながら、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させる。
【００２５】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置によれば、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向が、加工対象物７を加工するときの加工進行方向と一致するように回転装置４の駆動を制御する制御装置１４をさらに備えているので、加工対象物７の細かな形状に応じて、レーザビームの偏光方向を細かく変えて、レーザビームの偏光方向と加工対象物７の加工進行方向とを常に一致させることができる。その結果、レーザ加工装置による加工対象物７の加工速度をさらに向上させることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態２では、移動装置１３により加工対象物７の位置を変化させながら、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させる構成について説明したが、加工対象物７の位置を変化させずに、加工対象物７に対する偏波保持型ファイバ２の出射端の位置を変化させながら、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させるフライングオプティクス方式や、移動装置１３により加工対象物７の位置を変化させ、さらに、加工対象物７に対する偏波保持型ファイバ２の出射端の位置を変化させながら、偏波保持型ファイバ２の出射端を回転させるハイブリッド方式であってもよい。
【００２７】
また、各上記実施の形態では、保持装置３が偏波保持型ファイバ２の出射端を保持する構成について説明したが、偏波保持型ファイバ２の出射端から出射されるレーザビームの偏光方向を変えることができるのであれば、保持装置３が偏波保持型ファイバ２の出射端以外の部分を保持してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  レーザ光源、２  偏波保持型ファイバ、３  保持装置、４  回転装置、５  集光装置、６  偏光装置、７  加工対象物、８  集光レンズ、９  コア、１０  クラッド、１１  応力付与部、１２  偏波保持軸、１３  移動装置、１４  制御装置。
【図１】
2012115859.tif 000003
【図２】
2012115859.tif 000004
【図３】
2012115859.tif 000005
【図４】
2012115859.tif 000006