JPH10328869A - レーザ光加工ヘッド - Google Patents
レーザ光加工ヘッドInfo
- Publication number
- JPH10328869A JPH10328869A JP9139629A JP13962997A JPH10328869A JP H10328869 A JPH10328869 A JP H10328869A JP 9139629 A JP9139629 A JP 9139629A JP 13962997 A JP13962997 A JP 13962997A JP H10328869 A JPH10328869 A JP H10328869A
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- JP
- Japan
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- laser beam
- cone
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ光の反射光が当たるスリーブ端部を保
護する構造とすることを目的とする。またスリーブ端部
からの反射光を吸収する構造とする。 【解決手段】 内部にレーザ光を伝送する通路７を有
し、一方の端面６ａで通路開口が光ファイバ３と接続
し、他方の端部で通路開口よりレーザ光を照射する金属
製のスリーブ６と、このスリーブ６を囲んで設けられ内
部を通る冷却水によりスリーブ６を冷却する冷却装置９
と、スリーブ６の他方の端部側に設けられレーザ光を集
光して加工対象物５に照射する光学系とを備えたレーザ
光加工ヘッド１において、スリーブ６の他方の端部は円
錐状でありその表面は周囲の面よりも反射率が高くなっ
ている。
護する構造とすることを目的とする。またスリーブ端部
からの反射光を吸収する構造とする。 【解決手段】 内部にレーザ光を伝送する通路７を有
し、一方の端面６ａで通路開口が光ファイバ３と接続
し、他方の端部で通路開口よりレーザ光を照射する金属
製のスリーブ６と、このスリーブ６を囲んで設けられ内
部を通る冷却水によりスリーブ６を冷却する冷却装置９
と、スリーブ６の他方の端部側に設けられレーザ光を集
光して加工対象物５に照射する光学系とを備えたレーザ
光加工ヘッド１において、スリーブ６の他方の端部は円
錐状でありその表面は周囲の面よりも反射率が高くなっ
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光加工ヘッド
に係わり、特に加工対象物からの反射レーザ光を受ける
スリーブ端部とその周囲の構造に関する。
に係わり、特に加工対象物からの反射レーザ光を受ける
スリーブ端部とその周囲の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光を加工対象物５に照射する加工
ヘッドは、図３に示すようにレーザ光を伝達する光ファ
イバ３と、光ファイバ３のレーザ光を直線状に整形する
スリーブ６と、このスリーブ６の回りに配置され内部に
冷却水を通しスリーブ６を冷却するとともにこれを支持
するホルダー９と、スリーブ６からのレーザ光を集光し
て加工対象物５に照射する集光レンズ８とから構成され
ている。
ヘッドは、図３に示すようにレーザ光を伝達する光ファ
イバ３と、光ファイバ３のレーザ光を直線状に整形する
スリーブ６と、このスリーブ６の回りに配置され内部に
冷却水を通しスリーブ６を冷却するとともにこれを支持
するホルダー９と、スリーブ６からのレーザ光を集光し
て加工対象物５に照射する集光レンズ８とから構成され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】加工対象物５に照射さ
れたレーザ光の一部は反射されて集光レンズ８を通り、
スリーブ６の端面６ｂに当たり吸収されるものがある。
スリーブ６の端面６ｂは平面形状で、銅、アルミニウ
ム、真ちゅうなどの熱伝導性の良い材料で構成されてい
る。従来、レーザ光発生装置２の出力が１〜２ｋｗのと
きは、この吸収されたエネルギにより端面６ｂが溶融す
ることはなかったが、最近３〜４ｋｗの出力によるレー
ザ加工が行われるようになると、端面６ｂが溶融し、溶
融が進むとレーザ光の出射口が変形し、適切なレーザ光
を出射できなくなったり、スリーブ６を保持すると共に
冷却するホルダー９から着脱できないという問題が発生
している。このため溶融が進行しない内にスリーブ６を
頻繁に交換しなければならない。またこの端面の溶融を
防止するため、端面を鏡面加工などして反射率を高くす
ると、反射光がこの端面６ｂで再び反射され、再度光学
系を通過する際、集光レンズ８などの光学部品の表面に
集光してこれらを破損する場合があった。
れたレーザ光の一部は反射されて集光レンズ８を通り、
スリーブ６の端面６ｂに当たり吸収されるものがある。
スリーブ６の端面６ｂは平面形状で、銅、アルミニウ
ム、真ちゅうなどの熱伝導性の良い材料で構成されてい
る。従来、レーザ光発生装置２の出力が１〜２ｋｗのと
きは、この吸収されたエネルギにより端面６ｂが溶融す
ることはなかったが、最近３〜４ｋｗの出力によるレー
ザ加工が行われるようになると、端面６ｂが溶融し、溶
融が進むとレーザ光の出射口が変形し、適切なレーザ光
を出射できなくなったり、スリーブ６を保持すると共に
冷却するホルダー９から着脱できないという問題が発生
している。このため溶融が進行しない内にスリーブ６を
頻繁に交換しなければならない。またこの端面の溶融を
防止するため、端面を鏡面加工などして反射率を高くす
ると、反射光がこの端面６ｂで再び反射され、再度光学
系を通過する際、集光レンズ８などの光学部品の表面に
集光してこれらを破損する場合があった。
【０００４】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、レーザ光の反射光が当たるスリーブ端部を保護
する構造とすることを目的とする。またスリーブ端部か
らの反射光を吸収する構造とすることを目的とする。
もので、レーザ光の反射光が当たるスリーブ端部を保護
する構造とすることを目的とする。またスリーブ端部か
らの反射光を吸収する構造とすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、内部にレーザ光を伝送する通
路を有し、一方の端面で通路開口が光ファイバと接続
し、他方の端部で通路開口よりレーザ光を照射する金属
製のスリーブと、このスリーブを囲んで設けられ内部を
通る冷却水によりスリーブを冷却する冷却装置と、前記
スリーブの他方の端部側に設けられレーザ光を集光して
加工対象物に照射する光学系とを備えたレーザ光加工ヘ
ッドにおいて、前記スリーブの他方の端部は円錐状であ
りその表面は周囲の面よりも反射率が高くなっている。
め、請求項１の発明では、内部にレーザ光を伝送する通
路を有し、一方の端面で通路開口が光ファイバと接続
し、他方の端部で通路開口よりレーザ光を照射する金属
製のスリーブと、このスリーブを囲んで設けられ内部を
通る冷却水によりスリーブを冷却する冷却装置と、前記
スリーブの他方の端部側に設けられレーザ光を集光して
加工対象物に照射する光学系とを備えたレーザ光加工ヘ
ッドにおいて、前記スリーブの他方の端部は円錐状であ
りその表面は周囲の面よりも反射率が高くなっている。
【０００６】スリーブの端部の形状を円錐とすることに
より、この円錐で反射した反射光が再び光学系に入らな
くすることができ、光学系部品の破損を防止できる。ま
たこの円錐の反射率を高くすることにより、加工対象物
からの反射レーザ光の吸収を少なくし、円錐の溶融を防
止できる。
より、この円錐で反射した反射光が再び光学系に入らな
くすることができ、光学系部品の破損を防止できる。ま
たこの円錐の反射率を高くすることにより、加工対象物
からの反射レーザ光の吸収を少なくし、円錐の溶融を防
止できる。
【０００７】請求項２の発明では、前記冷却装置の前記
スリーブ側の面はスリーブの円錐底面よりレーザ照射方
向に伸びており、円錐の頂角は円錐に当たるレーザ反射
光が冷却装置のスリーブ側の面に当たるような角度とな
っている。
スリーブ側の面はスリーブの円錐底面よりレーザ照射方
向に伸びており、円錐の頂角は円錐に当たるレーザ反射
光が冷却装置のスリーブ側の面に当たるような角度とな
っている。
【０００８】かかる構成になっているため、円錐に当た
るレーザ反射光は冷却装置のスリーブ側の面に当たる
が、冷却装置は内部を水で冷却されているので溶融する
ことはない。
るレーザ反射光は冷却装置のスリーブ側の面に当たる
が、冷却装置は内部を水で冷却されているので溶融する
ことはない。
【０００９】請求項３の発明では、前記スリーブの円錐
の表面は鏡面加工され、この鏡面加工は使用するレーザ
光の波長以下の算術平均粗さに加工されている。
の表面は鏡面加工され、この鏡面加工は使用するレーザ
光の波長以下の算術平均粗さに加工されている。
【００１０】円錐の表面は使用するレーザ光の波長以下
の算術平均粗さに加工されている。使用するレーザ波長
と同じくらいの算術平均粗さに仕上げ加工すると反射率
は大きくなり、これよりさらに滑らかに仕上げ加工して
ゆけば、それに応じて反射率はさらに大きくなり、吸収
されるエネルギは減少するので、円錐面の溶融の可能性
は少なくなる。
の算術平均粗さに加工されている。使用するレーザ波長
と同じくらいの算術平均粗さに仕上げ加工すると反射率
は大きくなり、これよりさらに滑らかに仕上げ加工して
ゆけば、それに応じて反射率はさらに大きくなり、吸収
されるエネルギは減少するので、円錐面の溶融の可能性
は少なくなる。
【００１１】請求項４の発明では、前記スリーブの円錐
の表面はスリーブの材料よりも高い反射率の材料でコー
ティングされている。
の表面はスリーブの材料よりも高い反射率の材料でコー
ティングされている。
【００１２】円錐の表面をスリーブの材料よりも高い反
射率の材料でコーティングすることにより、この円錐面
から吸収されるレーザ光のエネルギは少なくなり円錐の
溶融の可能性は少なくなる。
射率の材料でコーティングすることにより、この円錐面
から吸収されるレーザ光のエネルギは少なくなり円錐の
溶融の可能性は少なくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は実施の形態のレーザ
光加工ヘッドの構成を示す断面図である。レーザ光加工
ヘッド１は、レーザ発生装置２で発生し光ファイバ３で
伝送されたレーザ光４を集光して加工対象物５へ照射す
る装置である。レーザ光加工ヘッド１において、スリー
ブ６は銅製の円筒形よりなり、軸心にはレーザ光の通路
７が設けられている。スリーブ６は光ファイバ３を固定
し、光ファイバ３から入射するレーザ光４の光軸を円筒
軸方向に整える働きをする。スリーブ６の一方の端面６
ａは光ファイバ３と接続し、他方の端部は頂部をレーザ
光照射方向にした円錐１２となっている。スリーブ６中
心の通路７は円錐１２の中心軸を通り、頂部の開口より
レーザ光４を出射する。なおスリーブ６は円錐１２を含
めて一体で製作されるが、別々に製作してロー付けなど
により一体としてもよい。
て図面を参照して説明する。図１は実施の形態のレーザ
光加工ヘッドの構成を示す断面図である。レーザ光加工
ヘッド１は、レーザ発生装置２で発生し光ファイバ３で
伝送されたレーザ光４を集光して加工対象物５へ照射す
る装置である。レーザ光加工ヘッド１において、スリー
ブ６は銅製の円筒形よりなり、軸心にはレーザ光の通路
７が設けられている。スリーブ６は光ファイバ３を固定
し、光ファイバ３から入射するレーザ光４の光軸を円筒
軸方向に整える働きをする。スリーブ６の一方の端面６
ａは光ファイバ３と接続し、他方の端部は頂部をレーザ
光照射方向にした円錐１２となっている。スリーブ６中
心の通路７は円錐１２の中心軸を通り、頂部の開口より
レーザ光４を出射する。なおスリーブ６は円錐１２を含
めて一体で製作されるが、別々に製作してロー付けなど
により一体としてもよい。
【００１４】スリーブ６の円錐側には複数の集光レンズ
８が設けられ、円錐１２の頂部の開口から出射したレー
ザ光４を集光して加工対象物５に照射する。スリーブ６
はその外周と嵌合する円筒形のホルダー９によって保持
される。ホルダー９の内周面９ａは円錐底面よりもレー
ザ光照射方向に伸びており、ホルダー９の端面９ｂは円
錐１２の頂部よりレーザ光照射方向に伸びている。ホル
ダー９も銅製であり、内部に冷却水路１０を有し、図示
しない冷却水管により冷却水を供給され、スリーブ６を
冷却する。集光レンズ８およびホルダー９はケーシング
１１に納められている。
８が設けられ、円錐１２の頂部の開口から出射したレー
ザ光４を集光して加工対象物５に照射する。スリーブ６
はその外周と嵌合する円筒形のホルダー９によって保持
される。ホルダー９の内周面９ａは円錐底面よりもレー
ザ光照射方向に伸びており、ホルダー９の端面９ｂは円
錐１２の頂部よりレーザ光照射方向に伸びている。ホル
ダー９も銅製であり、内部に冷却水路１０を有し、図示
しない冷却水管により冷却水を供給され、スリーブ６を
冷却する。集光レンズ８およびホルダー９はケーシング
１１に納められている。
【００１５】図２はスリーブ６の円錐１２とこの周囲の
ホルダー９の詳細を示す図である。ホルダー９の端面９
ｂは円錐１２の底面よりｈ１の位置にあり、円錐１２の
頂部の高さｈ２よりも大きくなっている。つまり円錐１
２の頂部は端面９ｂよりもやや引っ込んでいる。円錐１
２の頂角θは、円錐面に当たったレーザ光の反射光が必
ずホルダー９の内周面９ａに当たるような角度となって
いる。なお、通常θを４５°とし、円錐面からの反射光
の大部分が内周面９ａに当たるようにｈ１の長さを決め
ている。ホルダー９は冷却水で冷却されているので、内
周面９ａや端面９ｂに反射されたレーザ光が当たっても
溶融することはない。加工対象物５からのレーザ反射光
は再びレンズ８を通り円錐面に集中して照射されるが、
円錐面で反射してホルダー９の内周面９ａに当たるよう
にしたので、レーザ反射光によるスリーブ６の損傷を防
止することができる。また反射光がスリーブ６の端部に
当たり反射されて光学系に再び入りレンズ等の光学部品
を破損する恐れもなくなる。
ホルダー９の詳細を示す図である。ホルダー９の端面９
ｂは円錐１２の底面よりｈ１の位置にあり、円錐１２の
頂部の高さｈ２よりも大きくなっている。つまり円錐１
２の頂部は端面９ｂよりもやや引っ込んでいる。円錐１
２の頂角θは、円錐面に当たったレーザ光の反射光が必
ずホルダー９の内周面９ａに当たるような角度となって
いる。なお、通常θを４５°とし、円錐面からの反射光
の大部分が内周面９ａに当たるようにｈ１の長さを決め
ている。ホルダー９は冷却水で冷却されているので、内
周面９ａや端面９ｂに反射されたレーザ光が当たっても
溶融することはない。加工対象物５からのレーザ反射光
は再びレンズ８を通り円錐面に集中して照射されるが、
円錐面で反射してホルダー９の内周面９ａに当たるよう
にしたので、レーザ反射光によるスリーブ６の損傷を防
止することができる。また反射光がスリーブ６の端部に
当たり反射されて光学系に再び入りレンズ等の光学部品
を破損する恐れもなくなる。
【００１６】円錐面で反射を確実に行うための第１の手
段として円錐面を鏡面加工する。円錐１２を構成する銅
は材料自体反射率が大きい材料であるので、これを鏡面
加工することにより、加工対象物５で反射され集光レン
ズ８で集光されて円錐面に当たったレーザ光４は鏡面で
反射される。これによりスリーブ６の円錐１２の溶融が
防止される。鏡面加工の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ
０６０１）は使用するレーザ光４の波長に応じて決めら
れ、レーザ光４の波長をλとして算術平均粗さＲａを
０．１λ〜λの範囲とする。望ましくは０．２λを中心
として０．１λ〜０．３λの範囲がよい。なお、０．１
λより小さい方が反射率は大きくなるが、コストが上昇
するのでコストとのバランスより０．１λとしている。
性能的には０．１λ以下の方がよい。なお、算術平均粗
さ以外の単位を用いる場合は、同程度の粗さとする。
段として円錐面を鏡面加工する。円錐１２を構成する銅
は材料自体反射率が大きい材料であるので、これを鏡面
加工することにより、加工対象物５で反射され集光レン
ズ８で集光されて円錐面に当たったレーザ光４は鏡面で
反射される。これによりスリーブ６の円錐１２の溶融が
防止される。鏡面加工の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ
０６０１）は使用するレーザ光４の波長に応じて決めら
れ、レーザ光４の波長をλとして算術平均粗さＲａを
０．１λ〜λの範囲とする。望ましくは０．２λを中心
として０．１λ〜０．３λの範囲がよい。なお、０．１
λより小さい方が反射率は大きくなるが、コストが上昇
するのでコストとのバランスより０．１λとしている。
性能的には０．１λ以下の方がよい。なお、算術平均粗
さ以外の単位を用いる場合は、同程度の粗さとする。
【００１７】円錐面で反射を確実に行うための第２の手
段として円錐面を高反射材料でコーティングする。高反
射材料として、金、銀、モリブデン、アルミニウム、ク
ロムのいずれかを用い金属コーティングを行う。また高
反射材料としてＭｇＦ2 またはＳi Ｏ2 を用い、誘電体
コーティングを行う。このコーティングにより加工対象
物５で反射され集光レンズ８で集光されて円錐面に当た
ったレーザ光４は大部分反射される。これによりスリー
ブ６先端の円錐１２の溶融が防止される。
段として円錐面を高反射材料でコーティングする。高反
射材料として、金、銀、モリブデン、アルミニウム、ク
ロムのいずれかを用い金属コーティングを行う。また高
反射材料としてＭｇＦ2 またはＳi Ｏ2 を用い、誘電体
コーティングを行う。このコーティングにより加工対象
物５で反射され集光レンズ８で集光されて円錐面に当た
ったレーザ光４は大部分反射される。これによりスリー
ブ６先端の円錐１２の溶融が防止される。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、レーザ光を照射するスリーブの端部を円錐にしたの
で、加工対象物からの反射光が当たっても円錐面で反射
され、スリーブ端部が溶融するのを防止できる。さらに
円錐面で反射された反射光は再び光学系に戻らないの
で、この戻り光による光学系部品の破損の恐れはない。
また円錐面で反射されたレーザ光は冷却されている部材
に当たるようになっているので害を発生しない。円錐面
を鏡面加工や反射率の高いコーティングを行うことによ
り円錐が溶融するのを確実に防止できる。
は、レーザ光を照射するスリーブの端部を円錐にしたの
で、加工対象物からの反射光が当たっても円錐面で反射
され、スリーブ端部が溶融するのを防止できる。さらに
円錐面で反射された反射光は再び光学系に戻らないの
で、この戻り光による光学系部品の破損の恐れはない。
また円錐面で反射されたレーザ光は冷却されている部材
に当たるようになっているので害を発生しない。円錐面
を鏡面加工や反射率の高いコーティングを行うことによ
り円錐が溶融するのを確実に防止できる。
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】円錐の頂角とその周囲構造の関係を示す図であ
る。
る。
【図３】従来のレーザ光加工ヘッドの構成を示す図であ
る。
る。
１ レーザ光加工ヘッド ２ レーザ光発生装置 ３ 光ファイバ ４ レーザ光 ５ 加工対象物 ６ スリーブ ６ａ 一方の端面 ７ 通路 ８ 集光レンズ ９ ホルダ ９ａ 内周面 ９ｂ 端面 １０ 冷却水路 １１ ケーシング １２ 円錐
Claims (4)
- 【請求項１】 内部にレーザ光を伝送する通路を有し、
一方の端面で通路開口が光ファイバと接続し、他方の端
部で通路開口よりレーザ光を照射する金属製のスリーブ
と、このスリーブを囲んで設けられ内部を通る冷却水に
よりスリーブを冷却する冷却装置と、前記スリーブの他
方の端部側に設けられレーザ光を集光して加工対象物に
照射する光学系とを備えたレーザ光加工ヘッドにおい
て、前記スリーブの他方の端部は円錐状でありその表面
は周囲の面よりも反射率が高くなっていることを特徴と
するレーザ光加工ヘッド。 - 【請求項２】 前記冷却装置の前記スリーブ側の面はス
リーブの円錐底面よりレーザ照射方向に伸びており、円
錐の頂角は円錐に当たるレーザ反射光が冷却装置のスリ
ーブ側の面に当たるような角度となっていることを特徴
とする請求項１記載のレーザ光加工ヘッド。 - 【請求項３】 前記スリーブの円錐の表面は鏡面加工さ
れ、この鏡面加工は使用するレーザ光の波長以下の算術
平均粗さに加工されていることを特徴とする請求項１記
載のレーザ光加工ヘッド。 - 【請求項４】 前記スリーブの円錐の表面はスリーブの
材料よりも高い反射率の材料でコーティングされている
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光加工ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9139629A JPH10328869A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | レーザ光加工ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9139629A JPH10328869A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | レーザ光加工ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10328869A true JPH10328869A (ja) | 1998-12-15 |
Family
ID=15249738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9139629A Pending JPH10328869A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | レーザ光加工ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10328869A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100371749C (zh) * | 2006-04-29 | 2008-02-27 | 北京交通大学 | 一种提高激光光纤端面输入功率损伤阈值的方法 |
| CN104551385A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 光纤激光加工头 |
-
1997
- 1997-05-29 JP JP9139629A patent/JPH10328869A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100371749C (zh) * | 2006-04-29 | 2008-02-27 | 北京交通大学 | 一种提高激光光纤端面输入功率损伤阈值的方法 |
| CN104551385A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 光纤激光加工头 |
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