説明

レーザ光の導光構造

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2007−102058(P2007−102058A)
【公開日】平成19年4月19日(2007.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−294445(P2005−294445)
【出願日】平成17年10月7日(2005.10.7)
【出願人】(390033824)
【Fターム(参考)】