特開 2023-137329 レーザ発振装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023137329

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】レーザ発振装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20230922BHJP

   H01S 3/04 20060101ALI20230922BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20230922BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

H01S3/10 Z

H01S3/04

G02B6/42

G02B26/08 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022043480

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有田 進一

(72)【発明者】

【氏名】長野 仁

(72)【発明者】

【氏名】舩井 皓平

(72)【発明者】

【氏名】景山 智之

【テーマコード（参考）】

2H137

2H141

5F172

【Ｆターム（参考）】

2H137AA04

2H137AA13

2H137AB06

2H137BA01

2H137BB08

2H137BC16

2H137BC51

2H137CA33

2H137DA07

2H137DB12

2H137DB14

2H137HA05

2H141MA16

2H141MB22

2H141MC01

2H141MD03

2H141ME06

2H141ME25

2H141MF30

2H141MG05

5F172NR06

5F172NS01

5F172NS03

5F172NS23

5F172WW09

(57)【要約】

【課題】レーザ出射部と複数のファイバとの間の光路長を一定として、安定した加工品質を実現できるレーザ発振装置を提供する。
【解決手段】ビーム切替ユニット１０は、第１ミラー３１と、第２ミラー３２と、駆動部２５と、を有する。駆動部２５は、第１ミラー３１又は第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上に選択的に移動させる。第１ミラー３１は、レーザビームＬＢを反射させ、第１ファイバ１１に向けてレーザビームＬＢを案内する。第２ミラー３２は、レーザビームＬＢを反射させ、第２ファイバ１２に向けてレーザビームＬＢを案内する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザビームを出射するレーザ出射部と、
複数のファイバが接続され、前記レーザ出射部から出射された前記レーザビームを前記複数のファイバのうち何れか１つから出射させるビーム切替ユニットと、を備え、
前記ビーム切替ユニットは、
前記レーザビームを反射させ、前記複数のファイバのうち何れか１つに向けて前記レーザビームを案内する複数のミラーと、
前記複数のミラーのうち何れか１つを前記レーザビームの光路上に選択的に移動させる切替動作を行う駆動部と、を有する
レーザ発振装置。

【請求項2】

請求項１のレーザ発振装置において、
前記レーザビームの光路上に配置され、前記レーザビームを吸収するダンパを備え、
前記複数のミラーは、前記レーザ出射部と前記ダンパとの間に配置され、
前記駆動部は、前記複数のミラーを前記レーザビームの光路上から離れた位置に移動させる退避動作を行う
レーザ発振装置。

【請求項3】

請求項２のレーザ発振装置において、
前記ダンパを冷却する冷却機構を備える
レーザ発振装置。

【請求項4】

請求項２又は３のレーザ発振装置において、
前記複数のミラーは、互いに隙間を存して配置される
レーザ発振装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ発振装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ出射部（レーザ共振部）から出射されたレーザビームを反射させて、複数のプロセスファイバのうちの１つに向けて選択的に案内する複数のビームスイッチを備えたレーザ発振装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－００９８５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ビームスイッチは、レーザ出射部とプロセスファイバとの間に配置されており、レーザ出射部から各プロセスファイバの入射端までの距離（レーザビームの光路長）は、互いに異なっている。そのため、レーザビームの光路長の差に起因して、各プロセスファイバでビーム特性が異なり、加工品質にばらつきが生じるおそれがある。

【0005】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ出射部と複数のファイバとの間の光路長を一定として、安定した加工品質を実現できるレーザ発振装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、レーザビームを出射するレーザ出射部と、複数のファイバが接続され、前記レーザ出射部から出射された前記レーザビームを前記複数のファイバのうち何れか１つから出射させるビーム切替ユニットと、を備え、前記ビーム切替ユニットは、前記レーザビームを反射させ、前記複数のファイバのうち何れか１つに向けて前記レーザビームを案内する複数のミラーと、前記複数のミラーのうち何れか１つを前記レーザビームの光路上に選択的に移動させる切替動作を行う駆動部と、を有するレーザ発振装置である。

【0007】

第１の発明では、複数のミラーのうち何れか１つをレーザビームの光路上に選択的に移動させ、複数のファイバのうち、選択したミラーに対応するファイバに向けてレーザビームを案内することで、レーザビームを出射するファイバを切り替えることができる。

【0008】

第２の発明は、第１の発明のレーザ発振装置において、前記レーザビームの光路上に配置され、前記レーザビームを吸収するダンパを備え、前記複数のミラーは、前記レーザ出射部と前記ダンパとの間に配置され、前記駆動部は、前記複数のミラーを前記レーザビームの光路上から離れた位置に移動させる退避動作を行う。

【0009】

第２の発明では、複数のミラーをレーザビームの光路上から離れた位置に移動させることで、レーザビームの光路上にダンパが配置されることとなり、レーザ発振装置を待機状態にしたときに、レーザビームがミラーで反射して局所的に発熱することを抑えることができる。

【0010】

第３の発明は、第２の発明のレーザ発振装置において、前記ダンパを冷却する冷却機構を備える。

【0011】

第３の発明では、レーザビームを吸収することで発熱したダンパを冷却することができる。冷却機構としては、例えば、水冷又は空冷によって冷却する機構を採用することができる。

【0012】

第４の発明は、第２又は３の発明のレーザ発振装置において、前記複数のミラーは、互いに隙間を存して配置される。

【0013】

第４の発明では、複数のミラーの間に設けられた隙間をレーザビームの光路上に移動させることで、隙間を通ったレーザビームをダンパで吸収することができる。

【0014】

これにより、複数のミラー全体をレーザビームの光路上から離れた位置まで移動させる場合に比べて、ミラーの移動距離を短くしつつ、レーザビームの光路上にダンパを配置することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、レーザ出射部と複数のファイバとの間の光路長を一定として、安定した加工品質を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態１のレーザ発振装置の構成を示す側面図である。

【図2】レーザ発振装置の構成を示すブロック図である。

【図3】第２ファイバにレーザビームを案内する状態を示す側面図である。

【図4】退避動作中のミラーの位置を示す側面図である。

【図5】実施形態１の変形例１のレーザ発振装置の構成を示す側面図である。

【図6】実施形態１の変形例２のレーザ発振装置の構成を示す側面図である。

【図7】実施形態２のレーザ発振装置の構成を示す側面図である。

【図8】第２ファイバにレーザビームを案内する状態を示す側面図である。

【図9】退避動作中のミラーの位置を示す側面図である。

【図10】実施形態３のレーザ発振装置の構成を示す側面図である。

【図11】第２ファイバにレーザビームを案内する状態を示す側面図である。

【図12】退避動作中のミラーの位置を示す側面図である。

【図13】実施形態４のレーザ発振装置の構成を示す側面図である。

【図14】レーザ発振装置の構成を示す平面図である。

【図15】第２ファイバにレーザビームを案内する状態を示す側面図である。

【図16】第３ファイバにレーザビームを案内する状態を示す側面図である。

【図17】第４ファイバにレーザビームを案内する状態を示す側面図である。

【図18】退避動作中のミラーの位置を示す側面図である。

【図19】退避動作中のミラーの位置を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0018】

《実施形態１》
図１及び図２に示すように、レーザ発振装置１は、レーザ出射部２と、制御部３と、ビーム切替ユニット１０と、を備える。レーザ出射部２は、レーザビームＬＢを出射する。制御部３は、レーザ出射部２及びビーム切替ユニット１０の動作を制御する。

【0019】

ビーム切替ユニット１０は、レーザ出射部２から出射されたレーザビームＬＢを、第１ファイバ１１又は第２ファイバ１２から出射させる。ビーム切替ユニット１０は、筐体２０と、駆動部２５と、第１ミラー３１と、第２ミラー３２と、ダンパ４０と、を有する。

【0020】

筐体２０は、第１チャンネル２１と、第２チャンネル２２と、を有する。第１チャンネル２１には、第１ファイバ１１が接続される。第２チャンネル２２には、第２ファイバ１２が接続される。

【0021】

第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、互いに異なる角度で傾斜している。第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、駆動部２５によって、図１で左右方向に移動する。駆動部２５は、例えば、第１ミラー３１及び第２ミラー３２が載置された移動テーブルである。駆動部２５は、第１ミラー３１又は第２ミラー３２を、レーザビームＬＢの光路上に選択的に移動させる切替動作を行う。

【0022】

第１ミラー３１をレーザビームＬＢの光路上に配置した場合、第１ミラー３１は、レーザビームＬＢを反射させ、第１ファイバ１１に向けてレーザビームＬＢを案内する。これにより、第１ファイバ１１からレーザビームＬＢが出射される。

【0023】

第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上に配置した場合、第２ミラー３２は、レーザビームＬＢを反射させ、第２ファイバ１２に向けてレーザビームＬＢを案内する（図３参照）。これにより、第２ファイバ１２からレーザビームＬＢが出射される。

【0024】

ここで、第１ミラー３１と第１ファイバ１１との間の光路長は、第２ミラー３２と第２ファイバ１２との間の光路長と略同じになるように、第１チャンネル２１及び第２チャンネル２２の位置が設定される。これにより、レーザ出射部２と第１ファイバ１１及び第２ファイバ１２との間の光路長を一定として、安定した加工品質を実現できる。ここで、光路長が略同じとは、差を３０ｍｍ以内とすることであり、これにより安定した加工品質を実現できる。

【0025】

ダンパ４０は、レーザビームＬＢの光路上に配置される。図１に示す例では、筐体２０の上部にレーザ出射部２が配置され、筐体２０の下部にダンパ４０が配置される。

【0026】

ダンパ４０は、レーザビームＬＢを吸収する。ダンパ４０は、水が収容された容器４１と、容器４１の開口を塞ぐ蓋体４２と、を有する。蓋体４２は、レーザビームＬＢを透過するガラス材料で構成される。ダンパ４０は、レーザビームＬＢを水中で散乱させることで、パワー密度を低減させる。なお、ダンパ４０は、水を用いた構成に限定するものではなく、レーザビームＬＢを吸収する吸収材を用いた構成であってもよい。

【0027】

第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、レーザ出射部２とダンパ４０との間に配置される。ここで、駆動部２５は、第１切替動作と、第２切替動作と、退避動作と、を行う。

【0028】

第１切替動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第１ファイバ１１から出射させる（図１参照）。

【0029】

第２切替動作では、駆動部２５は、第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第２ファイバ１２から出射させる（図３参照）。

【0030】

退避動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１及び第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上から離れた位置に移動させる（図４参照）。これにより、退避動作では、レーザビームＬＢの光路上にダンパ４０が配置され、ダンパ４０においてレーザビームＬＢが吸収される。

【0031】

そのため、例えば、レーザ発振装置１を待機状態にしたときに、レーザビームＬＢが第１ミラー３１又は第２ミラー３２で反射して局所的に発熱することを抑えることができる。

【0032】

－実施形態１の変形例１－
以下、前記実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

【0033】

図５に示すように、ビーム切替ユニット１０は、冷却機構５０を備える。冷却機構５０は、ダンパ４０を冷却する。冷却機構５０は、例えば、内部を冷却水が流れる水冷式の水冷ジャケット５１を有する。水冷ジャケット５１は、ダンパ４０の底面に取り付けられる。これにより、レーザビームＬＢを吸収することで発熱したダンパ４０を冷却することができる。

【0034】

－実施形態１の変形例２－
図６に示すように、ビーム切替ユニット１０は、冷却機構５０を備える。冷却機構５０は、ダンパ４０を冷却する。冷却機構５０は、例えば、空冷式の放熱フィン５２を有する。放熱フィン５２は、ダンパ４０の底面に取り付けられる。これにより、レーザビームＬＢを吸収することで発熱したダンパ４０を冷却することができる。

【0035】

《実施形態２》
図７に示すように、ビーム切替ユニット１０は、筐体２０と、駆動部２５と、第１ミラー３１と、第２ミラー３２と、ダンパ４０と、を有する。第１ミラー３１と第２ミラー３２とは、図７で左右方向に互いに隙間を存して配置される。駆動部２５は、第１切替動作と、第２切替動作と、退避動作と、を行う。

【0036】

第１切替動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第１ファイバ１１から出射させる（図７参照）。

【0037】

第２切替動作では、駆動部２５は、第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第２ファイバ１２から出射させる（図８参照）。

【0038】

退避動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１及び第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上から離れた位置に移動させる（図９参照）。具体的には、第１ミラー３１と第２ミラー３２との隙間を、レーザビームＬＢの光路上に配置させる。退避動作では、レーザ出射部２から出射されたレーザビームＬＢが、第１ミラー３１と第２ミラー３２との隙間を通ってダンパ４０に吸収される。

【0039】

これにより、第１ミラー３１及び第２ミラー３２全体をレーザビームＬＢの光路上から離れた位置まで移動させる場合に比べて、第１ミラー３１及び第２ミラー３２の移動距離を短くしつつ、レーザビームＬＢの光路上にダンパ４０を配置することができる。

【0040】

《実施形態３》
図１０に示すように、ビーム切替ユニット１０は、筐体２０と、駆動部２５と、第１ミラー３１と、第２ミラー３２と、ダンパ４０と、を有する。なお、図１０では、第１ミラー３１及び第２ミラー３２の配置や移動方向を分かりやすくするために、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を矢印線で示している。

【0041】

第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、Ｙ方向に並んで配置される。第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、互いに異なる角度で傾斜している。第１ミラー３１及び第２ミラー３２は、駆動部２５によって、Ｙ方向に移動する。駆動部２５は、第１切替動作と、第２切替動作と、退避動作と、を行う。

【0042】

第１切替動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第１ファイバ１１から出射させる（図１０参照）。

【0043】

第２切替動作では、駆動部２５は、第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第２ファイバ１２から出射させる（図１１参照）。

【0044】

退避動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１及び第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上から離れた位置に移動させる（図１２参照）。これにより、退避動作では、レーザビームＬＢの光路上にダンパ４０が配置され、ダンパ４０においてレーザビームＬＢが吸収される。

【0045】

《実施形態４》
図１３及び図１４に示すように、ビーム切替ユニット１０は、筐体２０と、駆動部２５と、第１ミラー３１と、第２ミラー３２と、ダンパ４０と、を有する。

【0046】

筐体２０は、第１チャンネル２１と、第２チャンネル２２と、第３チャンネル２３と、第４チャンネル２４と、を有する。

【0047】

第１チャンネル２１には、第１ファイバ１１が接続される。第２チャンネル２２には、第２ファイバ１２が接続される。第３チャンネル２３には、第３ファイバ１３が接続される。第４チャンネル２４には、第４ファイバ１４が接続される。

【0048】

第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、及び第４ミラー３４は、レーザビームＬＢの出射方向から見て、周方向に間隔をあけて配置される。第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、及び第４ミラー３４は、互いに異なる角度で傾斜している。第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、及び第４ミラー３４は、駆動部２５によって、レーザビームＬＢの出射方向から見て周方向に回転移動する。

【0049】

駆動部２５は、例えば、第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、及び第４ミラー３４が載置された回転テーブルである。駆動部２５は、第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、又は第４ミラー３４を、レーザビームＬＢの光路上に選択的に移動させる切替動作を行う。

【0050】

ここで、第１ミラー３１と第１ファイバ１１との間の光路長、第２ミラー３２と第２ファイバ１２との間の光路長、第３ミラー３３と第３ファイバ１３との間の光路長、第４ミラー３４と第４ファイバ１４との間の光路長は、略同じになるように、第１チャンネル２１、第２チャンネル２２、第３チャンネル２３、及び第４チャンネル２４の位置が設定される。これにより、レーザ出射部２と、第１ファイバ１１、第２ファイバ１２、第３ファイバ１３、及び第４ファイバ１４との間の光路長を一定として、安定した加工品質を実現できる。ここで、光路長が略同じとは、差を３０ｍｍ以内とすることであり、これにより安定した加工品質を実現できる。

【0051】

第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、及び第４ミラー３４は、レーザ出射部２とダンパ４０との間に配置される。ここで、駆動部２５は、第１切替動作と、第２切替動作と、第３切替動作と、第４切替動作と、退避動作と、を行う。

【0052】

第１切替動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第１ファイバ１１から出射させる（図１３参照）。

【0053】

第２切替動作では、駆動部２５は、第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第２ファイバ１２から出射させる（図１５参照）。なお、第２ミラー３２以外のミラーについては、図示を省略している。

【0054】

第３切替動作では、駆動部２５は、第３ミラー３３をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第３ファイバ１３から出射させる（図１６参照）。なお、第３ミラー３３以外のミラーについては、図示を省略している。

【0055】

第４切替動作では、駆動部２５は、第４ミラー３４をレーザビームＬＢの光路上に配置して、レーザビームＬＢを第４ファイバ１４から出射させる（図１７参照）。なお、第４ミラー３４以外のミラーについては、図示を省略している。

【0056】

退避動作では、駆動部２５は、第１ミラー３１及び第２ミラー３２をレーザビームＬＢの光路上から離れた位置に移動させる（図１８及び図１９参照）。具体的には、第１ミラー３１、第２ミラー３２、第３ミラー３３、及び第４ミラー３４を４５°だけ周方向に回転させることで、第１ミラー３１と第２ミラー３２との隙間を、レーザビームＬＢの光路上に配置させる。これにより、退避動作では、レーザ出射部２から出射されたレーザビームＬＢが、第１ミラー３１と第２ミラー３２との隙間を通ってダンパ４０に吸収される。

【産業上の利用可能性】

【0057】

以上説明したように、本発明は、レーザ出射部と複数のファイバとの間の光路長を一定として、安定した加工品質を実現することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

【符号の説明】

【0058】

１ レーザ発振装置
２ レーザ出射部
１０ ビーム切替ユニット
１１ 第１ファイバ
１２ 第２ファイバ
１３ 第３ファイバ
１４ 第４ファイバ
２５ 駆動部
３１ 第１ミラー
３２ 第２ミラー
３３ 第３ミラー
３４ 第４ミラー
４０ ダンパ
５０ 冷却機構
ＬＢ レーザビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】