(57)【要約】  レーザ装置（１００）は、複数のレーザダイオード（１，２−１，２−２，２−ｎ）と、複数のレーザダイオード（１，２−１，２−２，２−ｎ）のうちの少なくとも１つである第一レーザダイオード（１）へ電力を供給する電源である第一電源（３）と、複数のレーザダイオード（１，２−１，２−２，２−ｎ）のうち第一レーザダイオード（１）以外のレーザダイオードである第二レーザダイオード（２−１，２−２，２−ｎ）へ電力を供給する電源である第二電源（４）と、第一電源（３）と第二電源（４）とを制御する制御装置（５）と、を備える。第二電源（４）は、第一電源（３）よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である。
2020194625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、
前記複数のレーザダイオードのうち前記第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである第二レーザダイオードへ電力を供給する電源であって前記第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源と、
前記第一電源と前記第二電源とを制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第一電源による前記第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と前記第二電源による前記第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第一電源は、前記第一レーザダイオードの出力パワーに対応した仕様の電源であって、
前記第二電源は、各前記第二レーザダイオードの出力パワーの合計に対応した仕様の電源であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第一レーザダイオードの出力パワーは、１０Ｗオーダーから１００Ｗオーダーの出力パワーであって、
各前記第二レーザダイオードの出力パワーの合計は、１ｋＷオーダーから１０ｋＷオーダーの出力パワーであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第一電源と前記第二電源とへ電力供給指令を出力することによって前記第一電源による電力供給と前記第二電源による電力供給とを制御し、
前記電力供給指令の出力を、前記第一電源および前記第二電源の双方への出力と、前記第一電源および前記第二電源のうち前記第一電源のみへの出力とに切り換えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記第一レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質は、前記第二レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質と同等か、前記第二レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質よりも高いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記複数のレーザダイオードの各々は、互いに異なる波長のレーザビームを出射し、
前記複数のレーザダイオードの各々との間において、互いに波長が異なる複数のレーザビームを共振させるミラーと、
レーザビームの光軸の向きが互いに異なる状態で前記複数のレーザダイオードの各々から入射する前記複数のレーザビームを、互いに光軸を一致させて前記ミラーへ進行させる波長分散素子と、
を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項８】
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、
前記複数のレーザダイオードのうち前記第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである第二レーザダイオードへ電力を供給する電源であって前記第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源と、
前記第一電源と前記第二電源とを制御する制御装置と、
を備えるレーザ装置を有し、
前記レーザ装置から出射されたレーザビームを被加工物へ照射することによって前記被加工物を加工することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項９】
前記レーザ装置は、前記複数のレーザダイオードの各々がレーザビームを出射するときの出力パワーである高パワーと、前記第一レーザダイオードがレーザビームを出射するとともに前記第二レーザダイオードがレーザビームの出射を停止するときの出力パワーである低パワーとに、出力パワーを切り換えることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工機。
【請求項１０】
前記レーザ装置は、前記被加工物の切断加工を行うときには出力パワーを前記高パワーとし、前記被加工物へのレーザマーキングを行うときは出力パワーを前記低パワーとすることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザダイオードを有するレーザ装置およびレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のレーザダイオードを有するレーザ装置は、各レーザダイオードから出射されるレーザビームを結合することによって、単独のレーザダイオードによりレーザビームを出力する場合に比べて高出力を実現可能とする。レーザ装置は、レーザ装置によって出力されるレーザビームの用途に合わせて、レーザ装置の最大定格に相当する出力パワーである高パワーと、最大定格よりも低い出力パワーである低パワーとに、出力されるレーザビームのパワーを切り換える場合がある。低パワーとは、１０Ｗオーダーから１００Ｗオーダーの出力パワーとする。高パワーとは、１ｋＷオーダーから１０ｋＷオーダーの出力パワーとする。【０００３】
特許文献１には、複数のレーザダイオードを有するレーザ装置について出力パワーを調整する方法が開示されている。特許文献１にかかるレーザ装置は、少なくとも１つのレーザダイオードが各々に含まれている複数のダイオードバンクを備えており、電源による各ダイオードバンクへの電力供給を制御することによって出力パワーを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１８−５０３９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１にかかるレーザ装置によって、高パワーと低パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合に、低パワーのときにおける電源の負荷は、高パワーのときにおける負荷に比べて低下する。高パワーと低パワーとの差が大きいほど、高パワーのときの負荷に対して低パワーのときの負荷は大幅に低下する。レーザ装置に使用される電源の仕様はレーザ装置の最大定格に対応した仕様とされることから、上記特許文献１のレーザ装置では、高パワーと低パワーとの差が大きい場合ほど、低パワーのときに安定した電力供給を行うことが困難となる。このため、上記特許文献１のレーザ装置では、出力パワーのレンジが大きい場合ほど、出力パワーが低パワーとされているときの出力が不安定になり易くなる。このため、上記特許文献１の技術によると、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力することが困難であるという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力可能とするレーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ装置は、複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、複数のレーザダイオードのうち第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである第二レーザダイオードへ電力を供給する電源である第二電源と、第一電源と第二電源とを制御する制御装置と、を備える。第二電源は、第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるレーザ装置は、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ装置の構成を示す図
【図２】図１に示すレーザ装置が有する複数のレーザダイオードの電気的な接続について説明するための図
【図３】本発明の実施の形態２にかかるレーザ装置の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態３にかかるレーザ装置の構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態４にかかるレーザ加工機の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ装置およびレーザ加工機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ装置の構成を示す図である。実施の形態１にかかるレーザ装置１００は、複数のレーザダイオード（Laser  Diode：ＬＤ）と、第一電源３と、第二電源４と、制御装置５と、を有する。第一電源３は、複数のＬＤのうちの１つである第一ＬＤ１へ電力を供給する電源である。第二電源４は、複数のＬＤのうち第一ＬＤ１以外のＬＤである第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎへ電力を供給する電源である。ｎは３以上の整数である。第一電源３は、第一ＬＤ１の出力パワーに対応した仕様の電源である。第二電源４は、第一電源３よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源であって、各第二ＬＤ２の出力パワーの合計に対応した仕様の電源である。
【００１２】
第一ＬＤ１は、第一電源３によって供給される電力を利用してレーザビームを出射する。各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎは、第二電源４によって供給される電力を利用してレーザビームを出射する。図１において、第一電源３と第一ＬＤ１との間の実線矢印は、第一電源３による第一ＬＤ１への電力供給を表している。第二電源４と各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎとの間の実線矢印は、第二電源４による各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎへの電力供給を表している。なお、以下の説明において、第二ＬＤ２とは、第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎの各々を区別せずに称したものとする。図１では、第一ＬＤ１と第二ＬＤ２とを単に「ＬＤ」と表記している。レーザ装置１００が有する第二ＬＤ２の数は複数であれば良く、任意の数であるものとする。
【００１３】
制御装置５は、レーザ装置１００の全体を制御する。制御装置５は、第一電源３へ電力供給指令を出力することによって、第一電源３による第一ＬＤ１への電力供給を制御する。制御装置５は、第二電源４へ電力供給指令を出力することによって、第二電源４による各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎへの電力供給を制御する。図１において、制御装置５と第一電源３との間の破線矢印は、制御装置５による電力供給指令の出力を表している。制御装置５と第二電源４の間の破線矢印は、制御装置５による電力供給指令の出力を表している。
【００１４】
レーザ装置１００は、第一ＬＤ１および第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎの各々から出射したレーザビームを互いに結合させる光結合部６と１つ以上のレンズからなる集光光学系７とを有する。光結合部６は、複数のレーザビームを互いに結合させることによって、複数のレーザビームを１つのレーザビームにまとめる。以下の説明では、結合によって得られたレーザビームを結合ビームと称することがある。光結合部６は、結合ビームを出射する。光結合部６から出射した結合ビームは、集光光学系７へ入射する。レーザ装置１００は、集光光学系７を通過した結合ビームを出力する。レーザ装置１００は、集光光学系７によって結合ビームを集光させることによって、レーザ装置１００の外部にあるプロセスファイバなどの伝送路へ結合ビームを入射させる。
【００１５】
図１において、第一ＬＤ１と光結合部６との間の実線矢印は、第一ＬＤ１から光結合部６へレーザビームが出射されることを表す。各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎと光結合部６との間の実線矢印は、各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎから光結合部６へレーザビームが出射されることを表す。光結合部６と集光光学系７との間の実線矢印は、光結合部６から集光光学系７へ結合ビームが出射されることを表す。集光光学系７からレーザ装置１００の外部へ向けられた実線矢印は、集光光学系７からレーザ装置１００の外部へ結合ビームが出射されることを表す。
【００１６】
光結合部６によって複数のレーザビームを結合させる方法は任意であるものとする。光結合部６は、複数のレーザビームを結合可能な素子あるいは構成を有する。光結合部６には、レーザビームが通る複数の光ファイバを１つの光学部品に結合させる構成、各レーザビームの光路を１つに重ね合わせる構成、波長が互いに異なる複数のレーザビームを回折によって１つにまとめる回折格子、ならびに偏光方向が互いに異なる２つのレーザビーム同士の偏光特性の違いを利用してレーザビームを１つにまとめる偏光素子などを用いることができる。
【００１７】
図２は、図１に示すレーザ装置が有する複数のレーザダイオードの電気的な接続について説明するための図である。第一電源３と第一ＬＤ１とは直列に接続されている。第二電源４と各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎとは直列に接続されている。第一電源３による第一ＬＤ１への電力供給のための回路と、第二電源４による第二ＬＤ２への電力供給のための回路とは互いに分けられている。
【００１８】
レーザ装置１００は、高パワーと低パワーとに、レーザビームの出力パワーを切り換える。高パワーは、レーザ装置１００の最大定格に相当する出力パワーであって、複数のＬＤの各々がレーザビームを出射するときの出力パワーである。低パワーは、レーザ装置１００の最大定格よりも低い出力パワーであって、第一ＬＤ１がレーザビームを出射するとともに第二ＬＤ２がレーザビームの出射を停止するときの出力パワーである。実施の形態１において、低パワーとは、１０Ｗオーダーから１００Ｗオーダーの出力パワーを指すものとする。高パワーとは、１ｋＷオーダーから１０ｋＷオーダーの出力パワーを指すものとする。
【００１９】
高パワーのレーザビームを出力する場合に、制御装置５は、第一電源３と第二電源４とへ電力供給指令を出力する。第一ＬＤ１は、第一電源３からの電力供給を受けることによってレーザビームを出射する。各第二ＬＤ２は、第二電源４からの電力供給を受けることによってレーザビームを出射する。レーザ装置１００は、第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の全てからのレーザビームを結合させて、結合ビームを出力する。これにより、レーザ装置１００は、高パワーのレーザビームを出力する。
【００２０】
低パワーのレーザビームを出力する場合に、制御装置５は、第一電源３へ電力供給指令を出力し、第二電源４への電力供給指令の出力を停止する。第一ＬＤ１は、第一電源３からの電力供給を受けることによってレーザビームを出射する。レーザ装置１００は、第一ＬＤ１からのレーザビームのみを出力する。これにより、レーザ装置１００は、低パワーのレーザビームを出力する。このように、制御装置５は、電力供給指令の出力を、第一電源３および第二電源４の双方への出力と、第一電源３および第二電源４のうち第一電源３のみへの出力とに切り換える。レーザ装置１００は、制御装置５が電力供給指令の出力を切り換えることによって、レーザビームの出力パワーを高パワーと低パワーとに切り換える。
【００２１】
第一ＬＤ１と第二ＬＤ２とには、同じ出力のＬＤが使用される。第一ＬＤ１には、第二ＬＤ２とは異なる出力のＬＤが使用されても良い。第一ＬＤ１には、第二ＬＤ２よりも低出力のＬＤが使用されても良く、第二ＬＤ２よりも高出力のＬＤが使用されても良い。第一ＬＤ１には、上記の低パワー時における出力パワーに合わせたＬＤが使用される。
【００２２】
ここで、レーザ装置１００が有する複数のＬＤの全てが共通の電源と直列に接続された場合である比較例と実施の形態１との比較について説明する。全てのＬＤと電源とが直列に接続された比較例では、電源は、高パワーであるときも低パワーであるときも全てのＬＤへ電力を供給する。レーザ装置１００は、各ＬＤへ流れる電流を下げることによって低パワーのレーザビームを出力する。レーザ装置１００は、高パワーのときのみならず低パワーのときも、全てのＬＤからのレーザビームを結合させることによって結合ビームを出力する。
【００２３】
全てのＬＤと電源とが直列に接続されている場合、高パワーと低パワーとの差が大きいほど、低パワーのときの負荷は高パワーのときよりも大幅に低下することになる。このため、電源は、高パワーと低パワーとの差が大きい場合ほど、低パワーのときに安定した電力供給を行うことが困難となる。また、ＬＤによるレーザ発振には閾値電流と呼ばれる特定の電流よりも高い電流が必要となることから、各ＬＤの出力を下げることには限界がある。レーザ装置１００は、閾値電流よりも高い電流を各ＬＤへ流す必要があること、ならびに各ＬＤからのレーザビームを結合させてレーザビームを出力する必要があることから、高パワーと低パワーとの差が大きい場合ほど低パワーのレーザビームを出力することが困難となる。さらに、ＬＤに流れる電流が低いほどＬＤの出力は不安定になることから、レーザ装置１００は、低パワーのレーザビームを安定して出力することが困難となる。
【００２４】
実施の形態１にかかるレーザ装置１００は、第一電源３と第二電源４とを有することによって、第一ＬＤ１への電力供給を各第二ＬＤ２への電力供給とは独立して行う。レーザ装置１００は、低パワーのときに、第一ＬＤ１の出力パワーに対応した仕様の第一電源３によって第一ＬＤ１へ電力が供給されることによって、第一ＬＤ１への安定した電力供給が可能となる。このため、レーザ装置１００は、高パワーと低パワーとの差が大きい場合であっても、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。
【００２５】
また、実施の形態１にかかるレーザ装置１００は、第一ＬＤ１への電力供給のための回路と各第二ＬＤ２への電力供給のための回路とが互いに分けられているため、低パワーのときに、第二ＬＤ２によるレーザビームの出力を停止させることができる。レーザ装置１００は、低パワーのときに、第一ＬＤ１によって出射されるレーザビームのみをレーザ装置１００から出力することによって、高パワーと低パワーとの差が大きい場合であっても低パワーのレーザビームを容易に出力することができる。さらに、レーザ装置１００は、低パワーのときに、第一ＬＤ１が安定してレーザビームを出力可能な電流を第一ＬＤ１へ流すことができる。このため、レーザ装置１００は、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。
【００２６】
なお、レーザ装置１００における第一ＬＤ１の数は１つである場合に限られない。第一ＬＤ１の数は２つ以上であっても良い。２つ以上の第一ＬＤ１が備えられる場合、第一電源３と各第一ＬＤ１とは、直列に接続される。この場合も、レーザ装置１００は、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。
【００２７】
実施の形態１によると、レーザ装置１００は、第一ＬＤ１へ電力を供給する電源である第一電源３と、第二ＬＤ２へ電力を供給する電源であって第一電源３よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源４とを有することによって、出力パワーのレンジが大きい場合であっても、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。これにより、レーザ装置１００は、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力することができるという効果を奏する。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかるレーザ装置の構成を示す図である。レーザ装置１０１は、実施の形態１にかかるレーザ装置１００の一例である。実施の形態２にかかるレーザ装置１０１は、光結合部６である波長分散素子１１を有する。レーザ装置１０１は、ダイレクトダイオードレーザ（Direct  Diode  Laser：ＤＤＬ）と称されるレーザ装置である。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
【００２９】
レーザ装置１０１が有する複数のＬＤである第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々は、互いに異なる波長のレーザビームを出射する。また、レーザ装置１０１は、部分反射ミラー１２と集光光学系７とを有する。部分反射ミラー１２は、第一ＬＤ１と複数の第二ＬＤ２の各々との間において、互いに波長が異なる複数のレーザビームを共振させるミラーである。部分反射ミラー１２は、複数のレーザビームの各々について、入射したレーザビームのうちの一部を反射するとともに入射したレーザビームの一部を透過する。
【００３０】
波長分散素子１１は、複数のレーザビームの各々を回折させる回折格子である。波長分散素子１１は、レーザビームの光軸の向きが互いに異なる状態で第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々から入射する複数のレーザビームを、互いに光軸を一致させて部分反射ミラー１２へ進行させる。また、波長分散素子１１は、光軸が互いに一致する状態で部分反射ミラー１２から入射する複数のレーザビームを、光軸の向きを互いに異ならせて第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々へ進行させる。なお、光軸は、レーザビームの光束の中心を表す軸とする。レーザビームは、光軸の向きに進行する。
【００３１】
波長分散素子１１は、第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々から出射された複数のレーザビームを回折させ、レーザビームを次数ごとに分離する。波長分散素子１１は透過型の回折格子である。波長分散素子１１は、各レーザビームの１次回折光を互いに結合させるとともに、０次回折光を部分反射ミラー１２の方向とは異なる方向に向けて出射する。波長分散素子１１は、反射型の回折格子であっても良い。
【００３２】
波長分散素子１１は、１次回折光である各レーザビームの光軸を一致させることによって、複数のレーザビームを互いに結合させる。波長分散素子１１は、部分反射ミラー１２へ向けて結合ビームを出射する。部分反射ミラー１２を透過した結合ビームは、集光光学系７へ入射する。レーザ装置１０１は、集光光学系７を通過した結合ビームを出力する。
【００３３】
部分反射ミラー１２で反射した結合ビームは、再び波長分散素子１１へ入射する。波長分散素子１１は、結合ビームを波長ごとのレーザビームに分離する。波長分散素子１１は、分離させた各レーザビームを第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々へ向けて出射する。第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々には、波長分散素子１１から第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々へ戻されたレーザビームを反射するミラーが設けられている。部分反射ミラー１２と、第一ＬＤ１および複数の第二ＬＤ２の各々に設けられているミラーとは、共振器を構成する。波長分散素子１１は、共振器内に配置されている。
【００３４】
実施の形態２にかかるレーザ装置１０１は、実施の形態１にて説明するように、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力することができる。実施の形態２によると、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力することができるＤＤＬを実現することができる。
【００３５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかるレーザ装置の構成を示す図である。実施の形態３にかかるレーザ装置１０２は、第一ＬＤ１への電力供給と複数の第二ＬＤ２への電力供給とを切り換えるスイッチ２２を有する。実施の形態３では、上記の実施の形態１および２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１および２とは異なる構成について主に説明する。
【００３６】
レーザ装置１０２は、実施の形態１および２における第一電源３および第二電源４に変えて、１つの電源２３を有する。図４では、第一ＬＤ１と複数の第二ＬＤ２と電源２３との電気的な接続の態様を示している。
【００３７】
各第二ＬＤ２−１，２−２，・・・，２−ｎは、直列に接続されている。レーザ装置１０２は、第一ＬＤ１と直列に接続されている抵抗２１を有する。スイッチ２２は、第一ＬＤ１および抵抗２１を有する回路と、複数の第二ＬＤ２を有する回路とを切り換える。スイッチ２２は、第一ＬＤ１および抵抗２１を有する回路を閉じるとともに複数の第二ＬＤ２を有する回路を開いた状態と、第一ＬＤ１および抵抗２１を有する回路を開くとともに複数の第二ＬＤ２を有する回路を閉じた状態との切り換えを行う。
【００３８】
スイッチ２２が第一ＬＤ１および抵抗２１を有する回路を閉じている状態において、第一ＬＤ１と抵抗２１と電源２３とは、直列に接続される。スイッチ２２が複数の第二ＬＤ２を有する回路を閉じている状態において、複数の第二ＬＤ２と電源２３とは、直列に接続される。
【００３９】
制御装置５は、電源２３へ電力供給指令を出力することによって、第一ＬＤ１への電力供給と第二ＬＤ２への電力供給とを制御する。また、制御装置５は、スイッチ２２へ切り換え指令を出力することによって、スイッチ２２による切り換え動作を制御する。図４において、制御装置５と電源２３との間の破線矢印は、制御装置５による電力供給指令の出力を表している。制御装置５とスイッチ２２との間の破線矢印は、制御装置５による切り換え指令の出力を表している。
【００４０】
第一ＬＤ１の電気抵抗と抵抗２１の電気抵抗との和は、複数の第二ＬＤ２の電気抵抗の合計と同じである。レーザ装置１０２は、抵抗２１が設けられることによって、第一ＬＤ１へ電力が供給されるときにおける電源２３の負荷と、複数の第二ＬＤ２へ電力が供給されるときにおける電源２３の負荷との差を抑制可能とする。
【００４１】
高パワーのレーザビームを出力する場合、制御装置５は、複数の第二ＬＤ２を有する回路を閉じるための切り換え指令をスイッチ２２へ出力する。また、制御装置５は、電源２３へ電力供給指令を出力する。各第二ＬＤ２は、電源２３からの電力供給を受けることによってレーザビームを出射する。レーザ装置１０２は、複数の第二ＬＤ２の各々からのレーザビームを結合させて、結合ビームを出力する。これにより、レーザ装置１０２は、高パワーのレーザビームを出力する。
【００４２】
低パワーのレーザビームを出力する場合、制御装置５は、第一ＬＤ１および抵抗２１を有する回路を閉じるための切り換え指令をスイッチ２２へ出力する。また、制御装置５は、電源２３へ電力供給指令を出力する。電源２３は、高パワーのレーザビームを出力する場合と低パワーのレーザビームを出力する場合とにおいて同じ電流での電力供給を行う。第一ＬＤ１は、電源２３からの電力供給を受けることによってレーザビームを出射する。レーザ装置１０２は、第一ＬＤ１からのレーザビームのみを出力する。これにより、レーザ装置１０２は、低パワーのレーザビームを出力する。
【００４３】
実施の形態３にかかるレーザ装置１０２は、第一ＬＤ１への電力供給と複数の第二ＬＤ２への電力供給とを切り換えることによって、レーザビームの出力パワーを高パワーと低パワーとに切り換える。レーザ装置１０２は、低パワーのときにおいて高パワーのときと同じ電流を流すことで、第一ＬＤ１への安定した電力供給が可能となる。このため、レーザ装置１０２は、高パワーと低パワーとの差が大きい場合であっても、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。
【００４４】
また、実施の形態３にかかるレーザ装置１０２は、第一ＬＤ１への電力供給のための回路と各第二ＬＤ２への電力供給のための回路とをスイッチ２２によって切り換えることによって、低パワーのときに、第二ＬＤ２によるレーザビームの出射を停止させることができる。レーザ装置１０２は、低パワーのときに、第一ＬＤ１から出射されるレーザビームのみをレーザ装置１０２から出力することによって、高パワーと低パワーとの差が大きい場合であっても低パワーのレーザビームを容易に出力することができる。さらに、レーザ装置１０２は、低パワーのときに、第一ＬＤ１が安定してレーザビームを出力可能な電流を第一ＬＤ１へ流すことができる。このため、レーザ装置１０２は、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。
【００４５】
実施の形態３によると、レーザ装置１０２は、第一ＬＤ１を有する回路と、複数の第二ＬＤ２を有する回路とを切り換え可能であることによって、出力パワーのレンジが大きい場合であっても、低パワーのレーザビームを安定して出力することができる。これにより、レーザ装置１０２は、低パワーと高パワーとに出力パワーを切り換えてレーザビームを出力する場合において安定したレーザビームを出力することができるという効果を奏する。
【００４６】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４にかかるレーザ加工機の構成を示す図である。実施の形態４にかかるレーザ加工機２００は、上記の実施の形態１にかかるレーザ装置１００を有する。レーザ加工機２００は、レーザ装置１００から出射されたレーザビームを被加工物３５へ照射することによって被加工物３５を加工する。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。
【００４７】
レーザ加工機２００は、被加工物３５の加工が行われる部分である加工機駆動部３１と、レーザ加工機２００全体を制御する加工機制御装置３２とを有する。加工機駆動部３１は、レーザビームを出射する加工ヘッド３４と、被加工物３５が載せられるテーブル３６とを有する。また、加工機駆動部３１は、鉛直方向であるＺ軸方向へ加工ヘッド３４を移動させる軸駆動部と、水平面内のＸ軸方向とＹ軸方向とへテーブル３６を移動させる軸駆動部とを有する。これにより、加工機駆動部３１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向において加工ヘッド３４と被加工物３５とを相対移動させる。図５では、軸駆動部の図示を省略している。
【００４８】
プロセスファイバ３３は、レーザ装置１００から出射されたレーザビームを加工ヘッド３４へ送るための伝送路である。加工機制御装置３２は、レーザ装置１００と加工機駆動部３１とを制御する。
【００４９】
被加工物３５の切断加工のように高いエネルギーを必要とする加工をレーザ加工機２００が行う場合に、レーザ装置１００は、高パワーのレーザビームを出力する。また、被加工物３５へのレーザマーキングのように、切断加工の場合よりも低いエネルギーでの加工をレーザ加工機２００が行う場合に、レーザ装置１００は、低パワーのレーザビームを出力する。レーザ加工機２００は、レーザ装置１００による出力のパワーを切り換えることによって、エネルギーのレベルが異なる加工を行うことができる。また、レーザ加工機２００は、加工に必要とされるエネルギーのレベルが大きく異なる場合であっても、レーザ装置１００によってレーザビームの安定した出力が可能であるため、安定した加工を行うことができる。レーザ加工機２００は、切断加工に続いてレーザマーキングを自動で実施するといった動作において安定した加工が可能となるため、自動化システムとしての付加価値の向上が可能となる。
【００５０】
第一ＬＤ１から出射されるレーザビームの品質は、第二ＬＤ２から出射されるレーザビームの品質と同等か、第二ＬＤ２から出射されるレーザビームの品質よりも高い。レーザビームの品質が同等であるとは、ビーム品質を表す指標の１つであるビームパラメータ積（Beam  Parameter  Product：ＢＰＰ）が同じであることを指す。レーザビームの品質が高いとは、ＢＰＰが小さいことを指す。この場合、レーザ加工機２００は、高パワーのレーザビームのビーム品質を許容可能なプロセスファイバ３３が使用されることによって、高パワーのレーザビームを出力するときと低パワーのレーザビームを出力するときとにおいて、レーザ装置１００から加工ヘッド３４へ効率良くレーザビームを伝播することができる。なお、レーザビームの品質とは、ビーム品質を表すＭ２因子など、ＢＰＰ以外の指標によって比較されるものであっても良い。
【００５１】
レーザ加工機２００は、レーザ装置１００に代えて、実施の形態２にかかるレーザ装置１０１または実施の形態３にかかるレーザ装置１０２を有しても良い。レーザ加工機２００は、レーザ装置１０１，１０２を有する場合も、レーザ装置１０１，１０２によってレーザビームの安定した出力が可能であることによって、安定した加工を行うことができる。実施の形態４によると、レーザ加工機２００は、レーザ装置１００，１０１，１０２のいずれか１つを有することによって、高パワーのレーザビームを用いた加工と低パワーのレーザビームを用いた加工とを安定して行うことができるという効果を奏する。
【００５２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  第一レーザダイオード、２，２−１，２−２，２−ｎ  第二レーザダイオード、３  第一電源、４  第二電源、５  制御装置、６  光結合部、７  集光光学系、２１  抵抗、２２  スイッチ、２３  電源、３１  加工機駆動部、３２  加工機制御装置、３３  プロセスファイバ、３４  加工ヘッド、３５  被加工物、３６  テーブル、１００，１０１，１０２  レーザ装置、２００  レーザ加工機。
【図１】
2020194625.tif 000003
【図２】
2020194625.tif 000004
【図３】
2020194625.tif 000005
【図４】
2020194625.tif 000006
【図５】
2020194625.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月11日(2019.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、
前記複数のレーザダイオードのうち前記第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである複数の第二レーザダイオードへ電力を供給する電源であって前記第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源と、
前記第一電源と前記第二電源とを制御する制御装置と、
を備え、
前記第一電源による前記第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と前記第二電源による前記複数の第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられており、
前記第一電源と前記第一レーザダイオードとは直列に接続されており、
前記第二電源と前記複数の第二レーザダイオードの各々とは直列に接続されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第一電源は、前記第一レーザダイオードの出力パワーに対応した仕様の電源であって、
前記第二電源は、前記複数の第二レーザダイオードの各々の出力パワーの合計に対応した仕様の電源であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第一レーザダイオードの出力パワーは、１０Ｗオーダーから１００Ｗオーダーの出力パワーであって、
前記複数の第二レーザダイオードの各々の出力パワーの合計は、１ｋＷオーダーから１０ｋＷオーダーの出力パワーであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第一電源と前記第二電源とへ電力供給指令を出力することによって前記第一電源による電力供給と前記第二電源による電力供給とを制御し、
前記電力供給指令の出力を、前記第一電源および前記第二電源の双方への出力と、前記第一電源および前記第二電源のうち前記第一電源のみへの出力とに切り換えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第一レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質は、前記複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質と同等か、前記複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質よりも高いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記複数のレーザダイオードの各々は、互いに異なる波長のレーザビームを出射し、
前記複数のレーザダイオードの各々との間において、互いに波長が異なる複数のレーザビームを共振させるミラーと、
レーザビームの光軸の向きが互いに異なる状態で前記複数のレーザダイオードの各々から入射する前記複数のレーザビームを、互いに光軸を一致させて前記ミラーへ進行させる波長分散素子と、
を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項７】
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、
前記複数のレーザダイオードのうち前記第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである複数の第二レーザダイオードへ電力を供給する電源であって前記第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源と、
前記第一電源と前記第二電源とを制御する制御装置と、
を備えるレーザ装置を有し、
前記第一電源による前記第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と前記第二電源による前記複数の第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられており、
前記第一電源と前記第一レーザダイオードとは直列に接続されており、
前記第二電源と前記複数の第二レーザダイオードの各々とは直列に接続されており、
前記レーザ装置から出射されたレーザビームを被加工物へ照射することによって前記被加工物を加工することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項８】
前記レーザ装置は、前記複数のレーザダイオードの各々がレーザビームを出射するときの出力パワーである高パワーと、前記第一レーザダイオードがレーザビームを出射するとともに前記複数の第二レーザダイオードの各々がレーザビームの出射を停止するときの出力パワーである低パワーとに、出力パワーを切り換えることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工機。
【請求項９】
前記レーザ装置は、前記被加工物の切断加工を行うときには出力パワーを前記高パワーとし、前記被加工物へのレーザマーキングを行うときは出力パワーを前記低パワーとすることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ装置は、複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、複数のレーザダイオードのうち第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである複数の第二レーザダイオードへ電力を供給する電源である第二電源と、第一電源と第二電源とを制御する制御装置と、を備える。第二電源は、第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である。第一電源による第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と第二電源による複数の第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられている。第一電源と第一レーザダイオードとは直列に接続されている。第二電源と複数の第二レーザダイオードの各々とは直列に接続されている。
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月7日(2020.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、
前記複数のレーザダイオードのうち前記第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである複数の第二レーザダイオードへ電力を供給する電源であって前記第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源と、
前記第一電源と前記第二電源とを制御する制御装置と、
を備え、
前記第一電源は、前記第一レーザダイオードの出力パワーに対応した仕様の電源であって、
前記第二電源は、前記複数の第二レーザダイオードの各々の出力パワーの合計に対応した仕様の電源であって、
前記第一電源による前記第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と前記第二電源による前記複数の第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられており、
前記第一電源と前記第一レーザダイオードとは直列に接続されており、
前記第二電源と前記複数の第二レーザダイオードの各々とは直列に接続されており、
前記第一レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質は、前記複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質と同等か、前記複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質よりも高いことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第一レーザダイオードの出力パワーは、１０Ｗオーダーから１００Ｗオーダーの出力パワーであって、
前記複数の第二レーザダイオードの各々の出力パワーの合計は、１ｋＷオーダーから１０ｋＷオーダーの出力パワーであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第一電源と前記第二電源とへ電力供給指令を出力することによって前記第一電源による電力供給と前記第二電源による電力供給とを制御し、
前記電力供給指令の出力を、前記第一電源および前記第二電源の双方への出力と、前記第一電源および前記第二電源のうち前記第一電源のみへの出力とに切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記複数のレーザダイオードの各々は、互いに異なる波長のレーザビームを出射し、
前記複数のレーザダイオードの各々との間において、互いに波長が異なる複数のレーザビームを共振させるミラーと、
レーザビームの光軸の向きが互いに異なる状態で前記複数のレーザダイオードの各々から入射する前記複数のレーザビームを、互いに光軸を一致させて前記ミラーへ進行させる波長分散素子と、
を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項５】
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、
前記複数のレーザダイオードのうち前記第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである複数の第二レーザダイオードへ電力を供給する電源であって前記第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源である第二電源と、
前記第一電源と前記第二電源とを制御する制御装置と、
を備えるレーザ装置を有し、
前記第一電源は、前記第一レーザダイオードの出力パワーに対応した仕様の電源であって、
前記第二電源は、前記複数の第二レーザダイオードの各々の出力パワーの合計に対応した仕様の電源であって、
前記第一電源による前記第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と前記第二電源による前記複数の第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられており、
前記第一電源と前記第一レーザダイオードとは直列に接続されており、
前記第二電源と前記複数の第二レーザダイオードの各々とは直列に接続されており、
前記第一レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質は、前記複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質と同等か、前記複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質よりも高く、
前記レーザ装置から出射されたレーザビームを被加工物へ照射することによって前記被加工物を加工することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項６】
前記レーザ装置は、前記複数のレーザダイオードの各々がレーザビームを出射するときの出力パワーである高パワーと、前記第一レーザダイオードがレーザビームを出射するとともに前記複数の第二レーザダイオードの各々がレーザビームの出射を停止するときの出力パワーである低パワーとに、出力パワーを切り換えることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工機。
【請求項７】
前記レーザ装置は、前記被加工物の切断加工を行うときには出力パワーを前記高パワーとし、前記被加工物へのレーザマーキングを行うときは出力パワーを前記低パワーとすることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ装置は、複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードのうちの少なくとも１つである第一レーザダイオードへ電力を供給する電源である第一電源と、複数のレーザダイオードのうち第一レーザダイオード以外のレーザダイオードである複数の第二レーザダイオードへ電力を供給する電源である第二電源と、第一電源と第二電源とを制御する制御装置と、を備える。第一電源は、第一レーザダイオードの出力パワーに対応した仕様の電源である。第二電源は、第一電源よりも高い出力パワーに対応した仕様の電源であって複数の第二レーザダイオードの各々の出力パワーの合計に対応した仕様の電源である。第一電源による第一レーザダイオードへの電力供給のための回路と第二電源による複数の第二レーザダイオードへの電力供給のための回路とは、互いに分けられている。第一電源と第一レーザダイオードとは直列に接続されている。第二電源と複数の第二レーザダイオードの各々とは直列に接続されている。第一レーザダイオードから出射されるレーザビームの品質は、複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質と同等か、複数の第二レーザダイオードの各々から出射されるレーザビームの品質よりも高い。
【国際調査報告】
2020194625.tif 000008
2020194625.tif 000009
2020194625.tif 000010
2020194625.tif 000011