JPH02284785A - レーザ加工機の反射光吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザ加工機に装備するレーザ反射光の吸収
装置に関する。

［従来技術］ レーザ加工は、一般の金属板や非金属板の加工に加えて
、各種の新素材の加工にも適するので、その応用範囲が
拡大している。

第２図はレーザ加工機の従来の加工ヘッドの断面を示す
もので、加工ヘッド１０は円筒形の断面形状を有し、そ
の内部で実線の矢印で示すレーザビームＢを案内する、
レーザビームは図示しないレーザ発振器から出射された
光をレンズ等の光学系によってビーム状の光束にしてミ
ラー等により加工ヘッドＪＯまで案内されるものである
。レーザビームＢはレーザの種類により種々の波長をも
つが、例えば高出力を得ることができ、加工に適する炭
酸ガス１ノーザ（ＣＯ２レーザ）は１０１６ミクロンメ
ータの波長を持つ、この炭酸ガスレーザの場合には、レ
ーザビームＢの光束の直径りは、例えば１５〜２０ｍｎ
＋のビームにして加工ヘッド１０内に導入する。

この出射光であるビームＢは、加工へラド］−〇の先端
に配設するレンズ１６により集光され、集光点１６ａを
形成する。この集光点１６ａのビームスポットの直径は
、例えば０．１乃至Ｏ０２扁程度となり、大エネルギー
密度を有する。従って、このスポットを加工物２に当て
、加工ヘッド１０に設けた孔１−８を介してアンス１−
ガスＧを吹き込むことによって、集光点１６　ａ周囲の
加工物２が溶融して所定の加工を施すことができる。

この際に、出射された光の一部は加工物２の表面で反射
され、反射光となって周囲に拡散する。

第２図において、点線の矢印で示す反射光Ｒの一部は加
工ヘッド１０の先端部に設けるテーパ部１２の開口部１
３を通って内部に逆流する。この反射光Ｒの一部はレン
ズ１６を通過してレーザビームの出射光の光学系を逆流
し、光学系に配設するレンズ、ミラーをはじめ、レーザ
発振器等に損傷を与える場合が生ずる。

例えば、アルミニウム、銅等の材料は、この光の反射率
が高く、反射光Ｒの影響のために出射光Ｂの出力を一部
げることができず、結果的に加工が鎧しい材料となる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来は、集光レンズ】−６の出射側に開口部（アパーチ
ャ）をもつ遮光板２０を設け、この遮光板２０によって
反射光Ｒの一部を遮光していた工この遮光板２０は銅合
金等の熱伝導の良い板材でつくるもので、中央部の開口
の寸法は、出射光とは干渉せず、しかも反射光を可及的
に遮光する寸法を選択する６遮光される反射光Ｒは熱に
変化するので、遮光板２０に光の吸収性の高いコーテン
グを施すことも有効である。アシストガスＧは遮光板２
０が吸収する熱を冷却する作用も兼ねる。

しかしながら、この遮光板２０では、開口部を通過（・
てレンズ１６に戻る反射光Ｒを阻１ヒすることはできず
、この反射光Ｒが発振器から加工ヘッドまでの光学系の
経路に与える不具合を排除することはできなかった。

そこで本発明は、上述した不具合を解消するレーザ反射
光の吸収装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決するために、本発明の反射光吸収装
置は、レーザビームを導く経路中に挿入する反射光吸収
筒と、中空導波路と、加工ヘッドとを備え、各手段に反
射光を吸収する機能を付与しである。反射光吸収筒は、
レーザビームを導入する部分にアパーチャ機構を備えて
反射光が発振器側へ漏洩するのを防止するとともに内周
面で反射光を乱反射して吸収する。中空導波路は細い中
空金属パイプの内周面に誘電体薄膜をコーティングした
構造を持ち、レーザビームは効率よく導くが反射光の通
過効率を低減する機能をもつ。加工ヘッド内には遮光板
を設けて加工用の集光ビームが通過するアパーチャより
外方へ拡散する反射光を吸収する。

［作用］ 以上の手段を備えることにより、加工物表面で反射した
光は、加工ヘッドの遮光板と、中空導波路の入口の周囲
に形成する遮光部と、中空心波路自体と、反射光吸収筒
の内周部及び遮光部により順次吸収される６ ［実施例］ 以下、第１図に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のレーザ反射光吸収装置の全体構造を示
すもので、レーザ反射光吸収装置は、主要な構成要素と
して１反射光吸収筒４０．中空導波路６０、加工ヘッド
８０を備える。

反射光吸収筒４０は、その内周部に凹凸部４３を有する
吸収筒本体４５と、その外周部に装着するカバー５０か
ら成る。吸収筒本体４５の出射光に入口側には、反射光
を吸収するための遮光部４２を形成する。遮光部４２に
は反射光を効率よく吸収するようにテーパを付しである
。

吸収筒本体４５とカバー５０との間には冷却水の通路５
３を形成し、冷却水の供給口５２及び排出口５４を設け
て、矢印に示すように冷却水を流し、反射光吸収筒４０
全体を冷却する。吸収筒本体４５の下部には第１のレン
ズ５６を配設するが、このレンズ５６の集光点５６ａは
、後述する中空導波路の入射端面上に一致せしめる。

反射光吸収筒４０の加工ヘッド８０側に中空導波路６０
を連結する。第１−のレンズ５６と中空導波路６０との
間の吸収筒本体４５の壁には冷却ガスＧ２の排出口４８
を設ける。中空導波路６０は、中心部に配設する中空導
波路本体６２と、外側を被覆する被覆管７０で構成する
。中空導波路本体６２は、細径で中空のニッケルバイブ
ロ３の内側にゲルマニウム層６４をコーティングした構
造をもつ。

中空導波路６０は、例えば特公昭６２−３２８４１号公
報に示すような炭酸ガスレーザ等を効率よく伝導する要
素であって、本発明においては。

出射光を効率よく案内するとともに、反射光の通過を阻
止する［１的で挿入するものである。

被覆管７０には冷却水の供給ロア２と排出ロア４を設け
、導波路本体６２との間に冷却水を供給することにより
導波路本体６２の冷却を図る。導波路本体６２は、薄肉
のニッケル管６３の内側にゲルマニウム層６４をコーテ
ィングした構造であるので、可撓性を有する。

従って、被覆管７０も可撓性を有するコルゲート管とす
ることで、中空導波路６０全体を可撓とし、光軸を曲げ
ることも可能となる。導波路本体６２の下端には被覆管
７０との間に遮光部６６を形成する。遮光部６６は、先
端に向けて細くなるテーパ状に形成し、表面に光の吸収
性の良い材料をコーティングする。この導波路本体６２
の中空部には冷却ガスＧ２を流して冷却を行う。中空導
波路６０の端部に加工ヘッド８０を連結する。

加工ヘッド８０は、筒体８５の先端に開［」部８６を有
するテーパ部８７を形成したもので、内部に第２のレン
ズ９０および第３の、レンズ９２を配設する。第３のレ
ンズ９２と先端の開口部８６との間には遮光板９４を設
ける。筒体８５の壁には。

中空導波路６０と第２のレンズ９０との間に開口する冷
却ガスＧ２の供給口８２および排出口８３を設ける。さ
らに、遮光板９４と加工ヘッド８０の先端開口部８６と
の間に開口する供給口８４を形成し、冷却ガスを兼用す
るアシストガスＧ１を供給する。

本発明のレーザ反射光吸収装置は以上のように構成する
が１次にその作用を説明する。

発振器から出射されたレーザビームは、ミラー等の光学
系により案内され、直径り、のビーム状の出射光Ｂ１と
して反射光吸収筒４０内に導入される。この出射光Ｂ１
は、第１のレンズ５６により出射光Ｂ２として集光され
て中空導波路６０の本体６２の内に導入される。出射光
Ｂ、は中空導波路本体６２の入口側端面上に集光点５６
ａが位置するように第１のレンズ５６の仕様を設定しで
ある。中空導波路本体６２を構成するニッケルバイブロ
３の内側に被覆するゲルマニウム層６４の内径寸法Ｄ２
は、例えば１．５ｍ程度とし、用途に応じて２ｍ又は３
ｍに拡大することができる。

出射光Ｂ１は、前述したように、その直径Ｄ１は１５ｍ
ｍ　〜２０＋ｎｍ程度であって、第１のレンズ５６で出
射光Ｂ２として集光する際に、集光点５６ａでのビーム
の直径寸法を中空導波路本体６２の内径寸法Ｄ２に対し
て、所定の比率になるように調整することにより、出射
光Ｂ２は９０％以上の効率で中空導波路本体６２を通過
することができる。

中空導波路本体６２を通過した出射光Ｂ３は、わずかな
拡がりをもつビームとなるが、この出射光Ｂ３を第２の
レンズ９０で平行な出射光Ｂ４に修正し、さらに、第３
のレンズ９２により集光し、出射光Ｂ、を集光点９２ａ
上に集束せしめる。

同時に、供給口８４を介して冷却兼用のアシストガスＧ
、を供給し、集光点９２ａ付近の加工物２の表面を溶融
、除去して所定の加工を達成する。

この際に、出射光Ｂ、の一部は加工物２の表面で反射し
て、第１図中で点線の矢印で示す反射光となって加工ヘ
ッド８０内に逆流するが、以下この反射光を吸収するメ
カニズムを説明する。

加＝［物２で乱反射した反射光Ｒ，の一部は、加工ヘッ
ド８０の開口部８６を通過して加工ヘッド８０の内部に
戻るが、遮光板９４の開口部より外側の成分は遮光板９
４により遮光され、熱に変化する。従って、遮光板９４
の開口部側に光の吸収性の良いコーティングを施すこと
により効果の向上を図ることができる。遮光板９４に吸
収される熱エネルギは冷却兼用のアシストガスＧ□によ
り除去される。

反射光Ｒ１の一部は、遮光板９４の中央の開口部を通過
して第３のレンズ９２に達し、平行な反射光Ｒ２となっ
て第２のレンズ９０を通過する。

第２のレンズ９０と第３のレンズ９２との間には。

供給口８２から排出口８３に向けて冷却ガスＧ２を流し
てレンズ９０．９２の熱負荷を軽減する。

第２のレンズ９０を通過した反射光Ｒ７の一部は、中空
導波路本体６２の端部に形成するテーバ状の遮光部６６
に衝突し、熱エネルギに変わる。

従って、この遮光部６６の表面にも吸光性の高い材料を
コーティングしておくことが望ましい。

反射光Ｒ１の一部は、中空導波路本体６２の内部を通過
しようとするが、この反射光Ｒ３は、中空導波路本体６
２ａの端面の中心点６２ａを集光点とする光ではないの
で、中空導波路本体６２の内周面で吸収されてしまい、
効率よく通過することができない。中空導波路本体６２
の中空部には冷却ガスＧ２を供給口８Ｊがら排出［コ４
８に向けて流して、冷却を達成する。中空導波路本体６
２の外周部は、供給ロア２がら排出ロア４に向けて流す
冷却水により冷却する。

中空導波路６ｏを挿入することにより有害な反射光のか
なりの部分を遮光することができる。中空導波路６ｏを
通過した反射光Ｒ８の大部分は、集光点５６ａを所定の
角度で通らないので、第１のレンズ５６で集光されて反
射光Ｒ６となって反射光吸収筒本体４５の内周面で乱反
射して熱エネルギに変わる。内周部４３には凹凸を形成
して表面積の増加を図り、熱の吸収を良くするとともに
。

乱反射せしめて、反射光Ｒｓを封じ込める。即ち、内周
部４３に形成する凹凸は、光を乱反射し、表面積を増加
する任意の形状とすることができる。

さらに１反射光吸収筒本体４５の発振器側の端部には、
テーバ状の遮光部４２を設けであるので、反射光Ｒ５の
吸収効率は高い。凹凸部やこのテーバ部に吸光材をコー
ティグすることが望ましい。

反射光吸収筒本体４５とカバー５０との間の水路５３に
冷却水を供給して吸収した熱を除去する。

本装置においては以上のように、加工物２の表面で反射
する反射光を吸収する手段として。

（１）加工ヘッド８０の先端開口部８６近傍に配設する
遮光板９４゜ （２）中空導波路本体６２の反射光の入口側に設ける遮
光部６６゜ （３）中空導波路本体６２゜ （４）反射光吸収筒本体４５の内周部４３゜（５）反射
光吸収筒本体４５の反射光の出口側に設ける遮光部４２
．。

の５個の手段を配設しであるので、反射光の大部分を熱
エネルギとして吸収し、僅かの分量の反射光のみがレー
ザの発振器側の光学系へ戻るにとどまる。

［発明の効果］ 本発明は以−Ｌのように、レーザ加工機のレーザビーム
の反射光を吸収する装置を反射光吸収筒と中空導波路と
、加工ヘッドの３つの基本的な要素で構成し、それぞれ
の要素を光学的に連結するとともに各要素内に反射光の
吸収手段を配設しである。

従って、各要素は光学的に連結することができればよく
、第１４図の実施例で示すように機械的に直結する必要
はない。即ち、反射光吸収筒はレーザ発振器の近傍等の
任意の位置に配設することができる。加工ヘッドは必然
的に加工物の直上に配設するが、反射光吸収筒と加工ヘ
ッドとの間を連結する中空導波路は、パイプ状のもので
あるので、その長さはレーザ加工機の構造に応じて変更
することができる。また、中空導波路は可撓性をもつの
で、レーザビームの光軸を変化させることができる。こ
の特性により加工ヘッド”のみを平行移動したり、傾け
たりすることが可能となり、より高度な加工を達するこ
とができる。

反射光は、反射光の経路中に配設する遮光板や遮光部と
、中空導波路と、反射光吸収筒によりその大部分を熱と
して吸収さオし、レーザ発振器側の光学系を確実に保護
する。従って加工用のレーザ出力を増加することができ
、加工効率を向上するとともに、反射率が高いために従
来は加工が困難いあったアルミニウム等の錐加工材を容
易に加工することができる等の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は従来の
装置を示す断面図である。 ４０・・・・・・反射光吸収筒、 ４５・・・・・・反射光吸収筒本体、 ５０・・・・・・カバー ５６・・・・・第１のレンズ、 ６０・・・・・中空導波路。 ６２・・・・・中空導波路本体、 ６３・・・・・・ニッケル管、 ６４・・・・・・ゲルマニウム層、 ６・・・・遮光部、 ０・・・・・被覆管、 Ｏ・・・・加工ヘッド、 ０・・・・・・第２のレンズ、 ２・・・・第３のレンズ、 ４・・・・遮光板。 第　　１ 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器から出射するレーザビームを加工物
   の表面に導いて加工するレーザ加工機に装備する反射光
   吸収装置において、 入口側にレーザビームを通過せしめる寸法の開口部を有
   する遮光部を設けるとともに内周面が光の乱反射面を形
   成する反射光吸収筒と、レーザビームを集光するレンズ
   と、集光した光を導く中空導波路と、中空導波路が導い
   た光を加工物表面上に集光するレンズ及び集光した光を
   通過せしめる寸法の開口を有する遮光板を設けた加工ヘ
   ッドとを備えて成ることを特徴とするレーザ加工機の反
   射光吸収装置。
2. （２）請求項１記載の反射光吸収装置において、反射光
   吸収筒は内周面に光を乱反射する凹凸面を形成する反射
   光吸収筒本体と、反射光吸収筒本体の外周部に装着する
   カバーとを備え、反射光吸収筒本体とカバーの間に冷却
   水通路を形成して成ることを特徴とするレーザ加工機の
   反射光吸収装置。
3. （３）請求項１又は２記載の反射光吸収装置において、 中空導波路は可撓性を有する細径のニッケルパイプの内
   周面にゲルマニュウム薄膜をコーテングする中空導波路
   本体と、中空導波路本体を被覆する可撓性を有する被覆
   管と、中空導波路本体の加工ヘッド側の端部と被覆管と
   の間に形成する遮光部とを備え、中空導波路本体の中空
   部は冷却ガスの通路を兼ねるとともに、中空導波路本体
   と被覆管との間に冷却水通路を形成して成ることを特徴
   とするレーザ加工機の反射光吸収装置。
4. （４）請求項１、２又は３記載の反射光吸収装置におい
   て、 加工ヘッドの先端部をテーパ状に形成するとともに、内
   部に配設する遮光板の先端部側の近傍に冷却兼用のアシ
   ストガスの供給口を設けて成ることを特徴とするレーザ
   加工機の反射光吸収装置。
5. （５）請求項１、２、３又は４項記載の反射光吸収装置
   において、 反射光を遮光する部分に光を吸収する材料をコーテング
   して成ることを特徴とするレーザ加工機の反射光吸収装
   置。