特開 2024-57508 ビーム結合装置及びレーザ加工機

(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】P2024057508

(43)【公開日】2024-04-24

(54)【発明の名称】ビーム結合装置及びレーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20240417BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240417BHJP

【ＦＩ】

B23K26/064 G

B23K26/064 K

G02B6/42

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022164303

(22)【出願日】2022-10-12

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】小林 哲也

(72)【発明者】

【氏名】有本 陽亮

【テーマコード（参考）】

2H137

4E168

【Ｆターム（参考）】

2H137AA13

2H137AB01

2H137AB06

2H137BA01

2H137BB02

2H137BB08

2H137BC12

2H137BC16

2H137BC32

2H137BC33

2H137BC51

2H137BC62

2H137CB13

2H137CB26

2H137CB32

2H137CB33

2H137HA01

4E168AD07

4E168CA07

4E168DA02

4E168DA13

4E168DA26

4E168DA28

4E168DA29

4E168EA02

4E168EA14

4E168JA01

(57)【要約】

【課題】レーザビームを高出力化しながら、誘導ラマン散乱による不要光に起因する不具合を軽減させることができるビーム結合装置を提供する。
【解決手段】ウェッジプリズム２３の第１の面２３ａには第１のコーティングが施され、第２の面２３ｂには第２のコーティングが施されている。ウェッジプリズム２３は、第１の面２３ａで反射した第１のレーザビームと、第２の面２３ｂ及び第１の面２３ａをこの順で透過した第２のレーザビームとを互いに重畳させた結合レーザビームを射出する。第２のコーティングは、誘導ラマン散乱によって第１のレーザビームに基づいて発生する、光ファイバ（プロセスファイバ３０）からウェッジプリズム２３へと向かう第１の不要光と、誘導ラマン散乱によって第２のレーザビームに基づいて発生する、光ファイバからウェッジプリズム２３へと向かう第２の不要光とのうち、少なくとも第２の不要光を反射する特性を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のレーザ発振器より射出される第１の波長を有する発散光の第１のレーザビームをコリメート光に変換する第１のコリメートレンズと、
第２のレーザ発振器より射出される第２の波長を有する発散光の第２のレーザビームをコリメート光に変換する第２のコリメートレンズと、
前記第１のコリメートレンズによってコリメート光に変換された前記第１のレーザビームを反射する特性を有する第１のコーティングが施された第１の面と、前記第２のコリメートレンズによってコリメート光に変換された前記第２のレーザビームを透過させる特性を有する第２のコーティングが施された第２の面とを含み、前記第１のコーティングは、前記第２の面を透過した前記第２のレーザビームを透過させる特性を有し、前記第１の面で反射した前記第１のレーザビームと、前記第２の面及び前記第１の面をこの順で透過した前記第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを射出するウェッジプリズムと、
前記ウェッジプリズムより射出された前記結合レーザビームを集束させて、前記結合レーザビームを伝送する光ファイバに入射させる集束レンズと、
を備え、
前記第２のコーティングは、誘導ラマン散乱によって前記第１のレーザビームに基づいて発生する、前記光ファイバから前記ウェッジプリズムへと向かう第１の不要光と、誘導ラマン散乱によって前記第２のレーザビームに基づいて発生する、前記光ファイバから前記ウェッジプリズムへと向かう第２の不要光とのうち、少なくとも前記第２の不要光を反射する特性を有し、
前記ウェッジプリズムは、少なくとも前記第２の不要光を、前記ウェッジプリズムから前記集束レンズへと向かう前記結合レーザビームの光軸の方向である第１の方向と、前記第１のコリメートレンズから前記ウェッジプリズムへと向かう前記第１のレーザビームの光軸の方向である第２の方向とは異なる第３の方向に反射させる
ビーム結合装置。

【請求項2】

前記第２のコーティングは、前記第１及び第２の不要光を反射する特性を有し、
前記ウェッジプリズムは、前記第１及び第２の不要光を、前記第３の方向に反射させる
請求項１に記載のビーム結合装置。

【請求項3】

前記第２のコーティングで反射した前記第１の不要光または前記第１及び第２の不要光を吸収するビームダンパをさらに備える請求項１または２に記載のビーム結合装置。

【請求項4】

前記第１のレーザ発振器と、
前記第２のレーザ発振器と、
請求項１または２に記載のビーム結合装置と、
前記光ファイバによって伝送される前記結合レーザビームを被加工材に照射する加工ヘッドと、
を備えるレーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビーム結合装置及びレーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レーザ加工機が被加工材である板金を加工する際に使用するレーザビームの高出力化（高輝度化）が進んでいる。レーザ加工機は、２つのレーザ発振器より射出された波長が異なる２つのレーザビームを、波長選択性コーティングを施した光学部品で互いに重畳してレーザビームを高出力化することがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０２３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようにレーザビームの高出力化すると、レーザビームを加工ヘッドへと伝送する光ファイバ内で誘導ラマン散乱による不要光が発生しやすくなる。誘導ラマン散乱による不要光が発生すると、レーザビームの品質が悪化するため、被加工材の加工品質を悪化させることがある。加工品質の悪化を回避するために加工速度を低下させざるを得なくなり、加工の効率が落ちてしまうことがある。また、誘導ラマン散乱による不要光がレーザ発振器に入射して、レーザ発振器が破損するおそれがある（特許文献１参照）。

【0005】

波長が異なる２つのレーザビームを重畳することによりレーザビームを高出力化しながら、誘導ラマン散乱による不要光に起因する不具合を軽減させることができる新たな構成の登場が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様は、第１のレーザ発振器より射出される第１の波長を有する発散光の第１のレーザビームをコリメート光に変換する第１のコリメートレンズと、第２のレーザ発振器より射出される第２の波長を有する発散光の第２のレーザビームをコリメート光に変換する第２のコリメートレンズと、前記第１のコリメートレンズによってコリメート光に変換された前記第１のレーザビームを反射する特性を有する第１のコーティングが施された第１の面と、前記第２のコリメートレンズによってコリメート光に変換された前記第２のレーザビームを透過させる特性を有する第２のコーティングが施された第２の面とを含み、前記第１のコーティングは、前記第２の面を透過した前記第２のレーザビームを透過させる特性を有し、前記第１の面で反射した前記第１のレーザビームと、前記第２の面及び前記第１の面をこの順で透過した前記第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを射出するウェッジプリズムと、前記ウェッジプリズムより射出された前記結合レーザビームを集束させて、前記結合レーザビームを伝送する光ファイバに入射させる集束レンズとを備えるビーム結合装置を提供する。

【0007】

第１の態様のビーム結合装置において、前記第２のコーティングは、誘導ラマン散乱によって前記第１のレーザビームに基づいて発生する、前記光ファイバから前記ウェッジプリズムへと向かう第１の不要光と、誘導ラマン散乱によって前記第２のレーザビームに基づいて発生する、前記光ファイバから前記ウェッジプリズムへと向かう第２の不要光とのうち、少なくとも前記第２の不要光を反射する特性を有し、前記ウェッジプリズムは、少なくとも前記第２の不要光を、前記ウェッジプリズムから前記集束レンズへと向かう前記結合レーザビームの光軸の方向である第１の方向と、前記第１のコリメートレンズから前記ウェッジプリズムへと向かう前記第１のレーザビームの光軸の方向である第２の方向とは異なる第３の方向に反射させる。

【0008】

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、ウェッジプリズムが第１のレーザビームと第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを射出するので、レーザビームを高出力化することができる。１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、少なくとも第２の不要光が第１及び第２のコリメートレンズに向かうことがないので、誘導ラマン散乱による不要光に起因する不具合を軽減させることができる。

【0009】

１またはそれ以上の実施形態の第２の態様は、前記第１のレーザ発振器と、前記第２のレーザ発振器と、第１の態様のビーム結合装置と、前記光ファイバによって伝送される前記結合レーザビームを加工対象の被加工材に照射する加工ヘッドとを備えるレーザ加工機を提供する。

【0010】

１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、ウェッジプリズムが第１のレーザビームと第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを射出するので、レーザビームを高出力化することができる。１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、少なくとも第２の不要光が第１及び第２のコリメートレンズに向かうことがないので、誘導ラマン散乱による不要光に起因する不具合を軽減させることができる。１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、高出力のレーザビームで被加工材を加工することができる。

【発明の効果】

【0011】

１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置及びレーザ加工機によれば、波長が異なる２つのレーザビームを互いに重畳することによりレーザビームを高出力化することができ、誘導ラマン散乱による不要光に起因する不具合を軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置及びレーザ加工機を示す図である。

【図2A】図２Ａは、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置が備える第１のコリメートレンズの位置調整機構をＺ軸と直交する面で切断した断面図である。

【図2B】図２Ｂは、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置が備える第１のコリメートレンズの位置調整機構をＸ軸と直交する面で切断した断面図である。

【図3】図３は、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置が備えるウェッジプリズムの動作を説明するための第１の例を示す特性図である。

【図4】図４は、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置が備えるウェッジプリズムの動作を説明するための、第１の例より好ましい第２の例を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置は、第１のコリメートレンズ、第２のコリメートレンズ、ウェッジプリズム、集束レンズを備える。前記第１のコリメートレンズは、第１のレーザ発振器より射出される第１の波長を有する発散光の第１のレーザビームをコリメート光に変換する。前記第２のコリメートレンズは、第２のレーザ発振器より射出される第２の波長を有する発散光の第２のレーザビームをコリメート光に変換する。

【0014】

前記ウェッジプリズムは、前記第１のコリメートレンズによってコリメート光に変換された前記第１のレーザビームを反射する特性を有する第１のコーティングが施された第１の面と、前記第２のコリメートレンズによってコリメート光に変換された前記第２のレーザビームを透過させる特性を有する第２のコーティングが施された第２の面とを含む。前記第１のコーティングは、前記第２の面を透過した前記第２のレーザビームを透過させる特性を有する。前記ウェッジプリズムは、前記第１の面で反射した前記第１のレーザビームと、前記第２の面及び前記第１の面をこの順で透過した前記第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを射出する。

【0015】

前記集束レンズは、前記ウェッジプリズムより射出された前記結合レーザビームを集束させて、前記結合レーザビームを伝送する光ファイバに入射させる。

【0016】

１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置において、前記第２のコーティングは、誘導ラマン散乱によって前記第１のレーザビームに基づいて発生する、前記光ファイバから前記ウェッジプリズムへと向かう第１の不要光と、誘導ラマン散乱によって前記第２のレーザビームに基づいて発生する、前記光ファイバから前記ウェッジプリズムへと向かう第２の不要光とのうち、少なくとも前記第２の不要光を反射する特性を有する。前記ウェッジプリズムは、少なくとも前記第２の不要光を、前記ウェッジプリズムから前記集束レンズへと向かう前記結合レーザビームの光軸の方向である第１の方向と、前記第１のコリメートレンズから前記ウェッジプリズムへと向かう前記第１のレーザビームの光軸の方向である第２の方向とは異なる第３の方向に反射させる。

【0017】

１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機は、前記第１のレーザ発振器と、前記第２のレーザ発振器と、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置と、前記光ファイバによって伝送される前記結合レーザビームを加工対象の被加工材に照射する加工ヘッドとを備える。

【0018】

以下、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置及びレーザ加工機について、添付図面を参照して具体的に説明する。図１は、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置及びレーザ加工機を示す。図１に示す１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機１００は、第１のレーザ発振器１１、第２のレーザ発振器１２、１またはそれ以上の実施形態に係るビーム結合装置であるビームカプラ２０、加工ヘッド４０を備える。第１のレーザ発振器１１及び第２のレーザ発振器１２は、例えば、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、またはダイレクトダイオードレーザ発振器である。

【0019】

第１のレーザ発振器１１より射出される第１のレーザビームを伝送するフィーディングファイバ１３のコネクタ１３ｃは、ビームカプラ２０の筐体２０１における突出部２０１ｐの端部に接続されている。第２のレーザ発振器１２より射出される第２のレーザビームを伝送するフィーディングファイバ１４のコネクタ１４ｃは、筐体２０１における本体部２０１ｍの一方の端部に接続されている。プロセスファイバ３０の第１のコネクタ３０ｃ１は本体部２０１ｍの他方の端部に接続され、第２のコネクタ３０ｃ２は加工ヘッド４０の筐体４０１に接続されている。

【0020】

ビームカプラ２０は、筐体２０１内に、第１のコリメートレンズ２１、第２のコリメートレンズ２２、ウェッジプリズム２３、集束レンズ２４、ビームダンパ２５を備える。ビームカプラ２０がビームダンパ２５を備えることは必須ではないが、ビームダンパ２５を備えることが好ましい。ウェッジプリズム２３の第１の面２３ａには、後述する第１のコーティングが施されている。ウェッジプリズム２３の第１の面２３ａと対向する第２の面２３ｂには、後述する第２のコーティングが施されている。

【0021】

第１のレーザ発振器１１より射出される第１のレーザビームは波長λ１を有し、第２のレーザ発振器１２より射出される第２のレーザビームは波長λ１より長波長である波長λ２を有する。第１のレーザビーム、第２のレーザビーム、及び後述する結合レーザビームを一点鎖線で示す。波長λ１と波長λ２との差は５０ｎｍ未満とするのがよい。その理由については後述する。なお、波長が異なる２つのレーザビームを互いに重畳させるためには、２つのレーザビームの波長の差は少なくとも５ｎｍ必要である。よって、波長λ１と波長λ２との差は少なくとも５ｎｍである。

【0022】

第１のレーザ発振器１１より射出された第１のレーザビームは、フィーディングファイバ１３によってビームカプラ２０へと伝送される。第２のレーザ発振器１２より射出された第２のレーザビームは、フィーディングファイバ１４によってビームカプラ２０へと伝送される。

【0023】

第１のコリメートレンズ２１は、フィーディングファイバ１３の端部より射出される発散光の第１のレーザビームをコリメート光に変換する。コリメート光に変換された第１のレーザビームは、ウェッジプリズム２３の第１の面２３ａに入射する。第２のコリメートレンズ２２は、フィーディングファイバ１４の端部より射出される発散光の第２のレーザビームをコリメート光に変換する。コリメート光に変換された第２のレーザビームは、ウェッジプリズム２３の第２の面２３ｂに入射する。

【0024】

図１においては、第１のコリメートレンズ２１及び第２のコリメートレンズ２２をレーザビームの入射面及び射出面の双方が凸面である両凸レンズとしているが、入射面が平面で射出面が凸面である平凸レンズであってもよい。第１のコリメートレンズ２１及び第２のコリメートレンズ２２のレンズの形状は限定されない。同様に、集束レンズ２４及び加工ヘッド４０内の後述するコリメートレンズ４１または集束レンズ４３も、両凸レンズであってもよいし、平凸レンズであってもよく、レンズの形状は限定されない。

【0025】

図２Ａは、ビームカプラ２０が備える第１のコリメートレンズ２１の位置調整機構５０をＺ軸と直交する面で切断した断面図である。図２Ｂは、ビームカプラ２０が備える第１のコリメートレンズ２１の位置調整機構５０をＸ軸と直交する面で切断した断面図である。第１のコリメートレンズ２１は、図２Ａ及び図２Ｂに示すような位置調整機構５０によって位置が調整されている。第２のコリメートレンズ２２も、図２Ａ及び図２Ｂに示す位置調整機構５０と同様の位置調整機構によって位置が調整されている。第１のコリメートレンズ２１より射出される第１のレーザビームの光軸方向をＺ軸、Ｚ軸に直交する２つの直交する方向をＸ軸及びＹ軸とする。図２Ｂに示すように、ここでは第１のコリメートレンズ２１を平凸レンズとしている。

【0026】

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１のコリメートレンズ２１はレンズホルダ５１によって位置調整機構５０に保持されている。図２Ａに示すように、Ｘ軸方向に伸びる２つのコイルスプリング５３ｘはレンズホルダ５１にＸ軸方向の力を与えており、Ｙ軸に伸びる２つのコイルスプリング５３ｙはレンズホルダ５１にＹ軸方向の力を与えている。Ｘ軸調整用ねじ部材５２ｘを回すことによってレンズホルダ５１のＸ軸方向の位置を調整することができ、Ｙ軸調整用ねじ部材５２ｙを回すことによってレンズホルダ５１のＹ軸方向の位置を調整することができる。

【0027】

図２Ｂに示すように、コネクタ１３ｃは、突出部２０１ｐの端部に設けられている図１では図示が省略されているレシーバ２０Ｒに装着されている。Ｚ軸方向に伸びる２つのコイルスプリング５３ｚはレンズホルダ５１にＺ軸方向の力を与えている。突出部２０１ｐ内には、レンズホルダ５１に隣接して可動内筒５４が設けられている。可動内筒５４の端部の外周面には雄ねじ５４ｓｗが形成されており、突出部２０１ｐの対向する内周面には雄ねじ５４ｓｗと噛み合う螺合雌ねじ２０ｓｗが形成されている。可動内筒５４の位置をＺ軸方向に調整することにより、レンズホルダ５１のＺ軸方向の位置を調整することができる。

【0028】

図１に戻り、ウェッジプリズム２３の第１の面２３ａに施されている第１のコーティングは、コリメート光に変換された第１のレーザビームを反射する特性を有する。従って、第１のレーザビームは、第１の面２３ａで反射して集束レンズ２４へと向かう。ウェッジプリズム２３の第２の面２３ｂに施されている第２のコーティングは、コリメート光に変換された第２のレーザビームを透過させる特性を有する。第１のコーティングは、第２の面２３ｂを透過した第２のレーザビームを透過させる特性を有する。従って、第２のレーザビームは、第２の面２３ｂ及び第１の面２３ａをこの順で透過して集束レンズ２４へと向かう。

【0029】

第１のコリメートレンズ２１及び第２のコリメートレンズ２２は、第１の面２３ａで反射した第１のレーザビームと、第２の面２３ｂ及び第１の面２３ａを透過した第２のレーザビームとが互いに重畳するように位置が調整されている。上記のように、第１のコリメートレンズ２１は位置調整機構５０によって第１のコリメートレンズ２１におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の位置が調整されている。第２のコリメートレンズ２２は、位置調整機構５０と同様の位置調整機構によって第２のコリメートレンズ２２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の位置が調整されている。

【0030】

従って、ウェッジプリズム２３は、第１のレーザビームと第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを生成して射出する。集束レンズ２４は、結合レーザビームを集束させてプロセスファイバ３０のコアに入射させる。プロセスファイバ３０は、結合レーザビームを加工ヘッド４０へと伝送する光ファイバである。

【0031】

加工ヘッド４０は、筐体４０１内に、コリメートレンズ４１、ベンドミラー４２、集束レンズ４３を備える。コリメートレンズ４１は、プロセスファイバ３０の端部より射出される発散光の結合レーザビームをコリメート光に変換する。コリメートレンズ４１は、コリメート光に変換された結合レーザビームの進行方向を９０度曲げる。集束レンズ４３は、入射された結合レーザビームを集束させて、加工対象の板金Ｗに照射する。レーザ加工機１００は、板金Ｗを切断する加工機であってもよいし、板金Ｗを溶接する加工機であってもよい。板金Ｗは被加工材の一例であり、被加工材は板金に限定されない。

【0032】

以上のように構成されるレーザ加工機１００において、プロセスファイバ３０は１０ｍ～２０ｍの長さを有する。結合レーザビームをプロセスファイバ３０によって伝送するとき、光ファイバの非線形現象の１つである誘導ラマン散乱による不要光が発生しやすい。以下、誘導ラマン散乱による不要光をＳＲＳ光と称することとする。ＳＲＳ光が発生する発生閾値Ｐｔｈは、プロセスファイバ３０の有効コア断面積Ａｅｆｆ、偏光因子ｆｐ、ラマン利得ｇＲ、有効ファイバ長Ｌｅｆｆを用いて、次の式（１）で与えられる。
Ｐｔｈ＝１６×｛Ａｅｆｆ／（ｆｐ・ｇＲ・Ｌｅｆｆ）｝ …（１）

【0033】

式（１）より、プロセスファイバ３０のコアを大口径化すれば、発生閾値Ｐｔｈが大きくなってＳＲＳ光が発生しにくくなる。しかしながら、プロセスファイバ３０のコアを大口径化するとビーム品質が悪化し、特に板金Ｗが薄板である場合の加工品質が低下する。従って、プロセスファイバ３０のコアを大口径化することによってＳＲＳ光の発生を抑えるという対策を採用することは困難である。また、式（１）より、プロセスファイバ３０を短くすれば、発生閾値Ｐｔｈが大きくなってＳＲＳ光が発生しにくくなる。しかしながら、上記のようにプロセスファイバ３０は１０ｍ～２０ｍと長く、プロセスファイバ３０を短くすることによってＳＲＳ光の発生を抑えるという対策を採用することも困難である。

【0034】

従って、結合レーザビームをプロセスファイバ３０によって伝送するときにＳＲＳ光が発生することを回避することは実質的に困難である。プロセスファイバ３０で発生するＳＲＳ光は、ビームカプラ２０へと向かうことがある。仮に、ビームカプラ２０内に侵入したＳＲＳ光が第１のレーザ発振器１１または第２のレーザ発振器１２に入射すると第１のレーザ発振器１１または第２のレーザ発振器１２が破損するおそれがあるため、ビームカプラ２０を次のように構成している。

【0035】

図３は、ビームカプラ２０が備えるウェッジプリズム２３の動作を説明するための第１の例を示す特性図である。図３には、第１のレーザビームの波長λ１と第２のレーザビームの波長λ２との差が５０ｎｍを大きく超える場合における、第１のコーティングの反射・透過特性Ｃ１１と第２のコーティングの反射・透過特性Ｃ２１を示している。例えば、第１のレーザビームに基づいて発生する第１のＳＲＳ光は波長λ１より５０ｎｍ程度、長波長側の波長λｓ１に発生し、第２のレーザビームに基づいて発生する第２のＳＲＳ光は波長λ２より５０ｎｍ程度、長波長側の波長λｓ２に発生する。

【0036】

また、図３には、第１のレーザビームの光強度特性ＬＢ１、第２のレーザビームの光強度特性ＬＢ２、第１のＳＲＳ光の光強度特性ＳＲＳ１、第２のＳＲＳ光の光強度特性ＳＲＳ２を併せて示している。

【0037】

図３に示すように、第２のコーティングの反射・透過特性Ｃ２１は、第２のレーザビームを透過させ、第２のＳＲＳ光を反射する特性である。第１のコーティングの反射・透過特性Ｃ１１は、第１のレーザビーム及び第１のＳＲＳ光を反射する特性である。従って、波長λ１、λ２、λｓ１、λｓ２が図３に示す波長上の位置関係にあり、第１及び第２のコーティングがそれぞれ図３に示す反射・透過特性Ｃ１１及びＣ２１を有するとき、ウェッジプリズム２３は、第２の不要光を図１に示す方向に反射させる。

【0038】

ウェッジプリズム２３から集束レンズ２４へと向かう結合レーザビームの光軸の方向を第１の方向とする。第１のコリメートレンズ２１からウェッジプリズム２３へと向かう第１のレーザビームの光軸の方向を第２の方向とする。ウェッジプリズム２３は、第２の不要光を第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に反射させる。

【0039】

例えば、ビームダンパ２５は、黒アルマイト処理を施したアルミニウム素材で形成されている。ビームダンパ２５は、入射する第２の不要光を吸収して、第１のコリメートレンズ２１または第２のコリメートレンズ２２へと向かうことを防止する。

【0040】

図４は、ビームカプラ２０が備えるウェッジプリズム２３の動作を説明するための、第１の例より好ましい第２の例を示す特性図である。図４は、第１のレーザビームの波長λ１と第２のレーザビームの波長λ２との差を５０ｎｍ未満として、第１のコーティングの反射率の好ましい反射・透過特性Ｃ１２と第２のコーティングの反射率の好ましい反射・透過特性Ｃ２２を示している。波長λ１と波長λ２との差が５０ｎｍ未満であるから、波長λ１、λ２、λｓ１、λｓ２は図４に示す波長上の位置関係にある。

【0041】

図４に示すように、第２のコーティングの反射・透過特性Ｃ２２は、第２のレーザビームを透過させ、第１及び第２のＳＲＳ光を反射する特性である。第１のコーティングの反射・透過特性Ｃ１２は、第１のレーザビームを反射する特性である。従って、波長λ１、λ２、λｓ１、λｓ２が図４に示す波長上の位置関係にあり、第１及び第２のコーティングがそれぞれ図４に示す反射・透過特性Ｃ１２及びＣ２２を有するとき、ウェッジプリズム２３は、第１及び第２の不要光を第３の方向に反射させる。

【0042】

ビームダンパ２５は、入射する第１及び第２の不要光を吸収して、第１のコリメートレンズ２１または第２のコリメートレンズ２２へと向かうことを防止する。

【0043】

このように、ウェッジプリズム２３の第２の面２３ｂに施されている第２のコーティングは、第１のＳＲＳ光と第２のＳＲＳ光とのうち、少なくとも第２のＳＲＳ光を反射する特性を有し、好ましくは、第１及び第２の不要光を反射する特性を有する。ウェッジプリズム２３の第２の面２３ｂで第１及び第２の不要光を反射させるために、波長λ１と波長λ２との差を５０ｎｍ未満とするのがよい。

【0044】

以上のように、ビームカプラ２０は、ウェッジプリズム２３が第１のレーザビームと第２のレーザビームとを互いに重畳させることにより結合させた結合レーザビームを射出するように構成されているので、レーザビームを高出力化することができる。ビームカプラ２０は、ウェッジプリズム２３が少なくとも第２のＳＲＳ光を第３の方向に反射させるように構成されているので、少なくとも第２のＳＲＳ光が第１のコリメートレンズ２１及び第２のコリメートレンズ２２に向かうことがない。よって、ビームカプラ２０によれば、ＳＲＳ光に起因する不具合を軽減させることができる。

【0045】

ビームカプラ２０は、ウェッジプリズム２３が第１及び第２のＳＲＳ光を第３の方向に反射させるように構成されていることが好ましい。このように構成されていれば、第１及び第２のＳＲＳ光が第１のコリメートレンズ２１及び第２のコリメートレンズ２２に向かうことがない。よって、第１及び第２のＳＲＳ光を第３の方向に反射させるように構成されているビームカプラ２０によれば、ＳＲＳ光に起因する不具合をさらに軽減させることができる。

【0046】

ところで、ビームカプラを構成する光学部品が増えると各光学部品の位置調整機構が必要となり、調整作業の煩雑さを招き、ビームカプラが大型化してしまう。レーザビームが高出力になればなるほど熱レンズの影響を受けやすくなるため、レンズまたはミラー等の光学部品をできるだけ少なくすることが望まれる。以上説明したビームカプラ２０によれば、少ない光学部品で第１のレーザビームと第２のレーザビームと結合させることができるという特長を有しつつ、ＳＲＳ光に起因する不具合を軽減させることができる。

【0047】

レーザ加工機１００は、第１のレーザ発振器１１、第２のレーザ発振器１２、ビームカプラ２０、プロセスファイバ３０によって伝送される結合レーザビームを加工対象の板金Ｗに照射する加工ヘッド４０を備える。レーザ加工機１００によれば、ＳＲＳ光に起因する不具合を軽減させ、高出力のレーザビームで板金Ｗを加工することができる。

【0048】

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

【符号の説明】

【0049】

１１ 第１のレーザ発振器
１２ 第２のレーザ発振器
１３，１４ フィーディングファイバ
１３ｃ，１４ｃ コネクタ
２０ ビームカプラ（ビーム結合装置）
２１ 第１のコリメートレンズ
２２ 第２のコリメートレンズ
２３ ウェッジプリズム
２４，４３ 集束レンズ
２５ ビームダンパ
３０ プロセスファイバ
４０ 加工ヘッド
４１ コリメートレンズ
４２ ベンドミラー
１００ レーザ加工機
Ｗ 板金（被加工材）

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0035】

図３は、ビームカプラ２０が備えるウェッジプリズム２３の動作を説明するための第１の例を示す特性図である。図３には、第１のレーザビームの波長λ１と第２のレーザビームの波長λ２との差が５０ｎｍを大きく超える場合における、第１のコーティングの反射・透過特性Ｃ１１と第２のコーティングの反射・透過特性Ｃ２１を示している。例えば、第１のレーザビームに基づいて発生する第１のＳＲＳ光（第１の不要光）は波長λ１より５０ｎｍ程度、長波長側の波長λｓ１に発生し、第２のレーザビームに基づいて発生する第２のＳＲＳ光（第２の不要光）は波長λ２より５０ｎｍ程度、長波長側の波長λｓ２に発生する。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0037】

図３に示すように、第２のコーティングの反射・透過特性Ｃ２１は、第２のレーザビームを透過させ、第２のＳＲＳ光を反射する特性である。第１のコーティングの反射・透過特性Ｃ１１は、第１のレーザビーム及び第１のＳＲＳ光を反射する特性である。従って、波長λ１、λ２、λｓ１、λｓ２が図３に示す波長上の位置関係にあり、第１及び第２のコーティングがそれぞれ図３に示す反射・透過特性Ｃ１１及びＣ２１を有するとき、ウェッジプリズム２３は、第２のＳＲＳ光を図１に示す方向に反射させる。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0038】

ウェッジプリズム２３から集束レンズ２４へと向かう結合レーザビームの光軸の方向を第１の方向とする。第１のコリメートレンズ２１からウェッジプリズム２３へと向かう第１のレーザビームの光軸の方向を第２の方向とする。ウェッジプリズム２３は、第２のＳＲＳ光を第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に反射させる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0039】

例えば、ビームダンパ２５は、黒アルマイト処理を施したアルミニウム素材で形成されている。ビームダンパ２５は、入射する第２のＳＲＳ光を吸収して、第１のコリメートレンズ２１または第２のコリメートレンズ２２へと向かうことを防止する。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0041】

図４に示すように、第２のコーティングの反射・透過特性Ｃ２２は、第２のレーザビームを透過させ、第１及び第２のＳＲＳ光を反射する特性である。第１のコーティングの反射・透過特性Ｃ１２は、第１のレーザビームを反射する特性である。従って、波長λ１、λ２、λｓ１、λｓ２が図４に示す波長上の位置関係にあり、第１及び第２のコーティングがそれぞれ図４に示す反射・透過特性Ｃ１２及びＣ２２を有するとき、ウェッジプリズム２３は、第１及び第２のＳＲＳ光を第３の方向に反射させる。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0042】

ビームダンパ２５は、入射する第１及び第２のＳＲＳ光を吸収して、第１のコリメートレンズ２１または第２のコリメートレンズ２２へと向かうことを防止する。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0043】

このように、ウェッジプリズム２３の第２の面２３ｂに施されている第２のコーティングは、第１のＳＲＳ光と第２のＳＲＳ光とのうち、少なくとも第２のＳＲＳ光を反射する特性を有し、好ましくは、第１及び第２のＳＲＳ光を反射する特性を有する。ウェッジプリズム２３の第２の面２３ｂで第１及び第２のＳＲＳ光を反射させるために、波長λ１と波長λ２との差を５０ｎｍ未満とするのがよい。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0048】

本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。