JPH0371990A - レーザ用反射ミラー - Google Patents
レーザ用反射ミラーInfo
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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。
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J
本発明は、高出力レーザからのレーザビームを反射する
ための反射ミラーに関するものである。
ための反射ミラーに関するものである。
[従来の技術]
レーザ溶接機等のレーザ加工機においては、炭酸ガスレ
ーザやYAGレーザ等の高出力レーザが用いられており
、この高出力レーザからのレーザビームを反射しその進
行方向を変更するために反射ミラーが設けられている。
ーザやYAGレーザ等の高出力レーザが用いられており
、この高出力レーザからのレーザビームを反射しその進
行方向を変更するために反射ミラーが設けられている。
従来の反射ミラーとしては、第9図に示すように、銅製
のミラー基材1上に反射率の高い金コーティング層2を
形成したもの、或は、第10図に示すように、ミラー基
材1にニッケルコーティング層3を設けてオプティカル
研磨を容易にした上で、金コーティング層2を形成した
ものが一般的である6 [発明が解決しようとする課題] 上述したような従来の反射ミラーにおいては、高温環境
下で使用する際、或はレーザを長時間、高出力で使用す
る際、反射ミラーに生じる数%のレーザビーム吸収によ
って反射ミラーの温度が上昇する。
のミラー基材1上に反射率の高い金コーティング層2を
形成したもの、或は、第10図に示すように、ミラー基
材1にニッケルコーティング層3を設けてオプティカル
研磨を容易にした上で、金コーティング層2を形成した
ものが一般的である6 [発明が解決しようとする課題] 上述したような従来の反射ミラーにおいては、高温環境
下で使用する際、或はレーザを長時間、高出力で使用す
る際、反射ミラーに生じる数%のレーザビーム吸収によ
って反射ミラーの温度が上昇する。
従って、十分な冷却を行わずにこれらの反射ミラーを用
いると、ミラー温度が上昇し、金コーティング層とミラ
ー基材との間、或は金コーティング層とニッケルコーテ
ィング層との間に金属の相互拡散が生じる。第11図は
、第10図の反射ミラーを高出力で長時間使用した後の
、金コーティング層とニッケルコーティング層との間の
相互拡散の状態をミラー表面から深さ方向にオージェ分
析した結果を示したものであり、ニッケルがミラー表面
まで拡散し得ることがこの図から分かるであろう、この
ような使用状態を続けると、反射ミラーの反射率が低下
し、ついにはミラーの破損に至ることとなる。第12図
は、第10図の反射ミラーの反射率及びミラー温度のレ
ーザビーム照射時間に対する変化を示しており、この図
から、ビーム照射後約50秒でミラー反射率が低下し、
長時間の使用が困難であることが理解されるであろう。
いると、ミラー温度が上昇し、金コーティング層とミラ
ー基材との間、或は金コーティング層とニッケルコーテ
ィング層との間に金属の相互拡散が生じる。第11図は
、第10図の反射ミラーを高出力で長時間使用した後の
、金コーティング層とニッケルコーティング層との間の
相互拡散の状態をミラー表面から深さ方向にオージェ分
析した結果を示したものであり、ニッケルがミラー表面
まで拡散し得ることがこの図から分かるであろう、この
ような使用状態を続けると、反射ミラーの反射率が低下
し、ついにはミラーの破損に至ることとなる。第12図
は、第10図の反射ミラーの反射率及びミラー温度のレ
ーザビーム照射時間に対する変化を示しており、この図
から、ビーム照射後約50秒でミラー反射率が低下し、
長時間の使用が困難であることが理解されるであろう。
また、反射ミラーの破損は、拡散によりミラー表面に出
てきたニッケル又は銅が酸化され、ビーム吸収率が更に
増すことによっても生ずる。反射ミラーを長時間、高温
下で使用する場合、金コーティング層の表面の金も酸化
され、反射率が低下することもある。
てきたニッケル又は銅が酸化され、ビーム吸収率が更に
増すことによっても生ずる。反射ミラーを長時間、高温
下で使用する場合、金コーティング層の表面の金も酸化
され、反射率が低下することもある。
このように、従来の反射ミラーを使用するには、十分な
冷却を行うために、水冷機構が必要不可欠であった。こ
のため、装置全体の寸法が大きくなり、適用可能な被加
工物の範囲が狭められる場合がある。
冷却を行うために、水冷機構が必要不可欠であった。こ
のため、装置全体の寸法が大きくなり、適用可能な被加
工物の範囲が狭められる場合がある。
従って、本発明の主目的は、冷却を行わずとも高温環境
下で長時間使用できる高出力レーザ用反射ミラーを提供
することにある。
下で長時間使用できる高出力レーザ用反射ミラーを提供
することにある。
[課題を解決するための手段コ
上記目的を遠戚するために、第1の発明は、ミラー基材
上に、レーザビームを反射する金コーティング層のよう
な高反射率金属コーティング層が形成されているレーザ
用反射ミラーにおいて、前記高反射率金属コーティング
層の裏面側に拡散係数の小さなコーティング層を設けた
ことを特徴としている。
上に、レーザビームを反射する金コーティング層のよう
な高反射率金属コーティング層が形成されているレーザ
用反射ミラーにおいて、前記高反射率金属コーティング
層の裏面側に拡散係数の小さなコーティング層を設けた
ことを特徴としている。
また、第2の発明は、高反射率金属コーティング層の表
面上に少なくとも1層の誘電体コーティング層を設けた
ことを特徴としている。
面上に少なくとも1層の誘電体コーティング層を設けた
ことを特徴としている。
更に、第3の発明は、高反射率金属コーティング層の裏
面側に拡散係数の小さなコーティング層を設けると共に
、高反射率金属コーティング層を設けたことを特徴とし
ている。
面側に拡散係数の小さなコーティング層を設けると共に
、高反射率金属コーティング層を設けたことを特徴とし
ている。
[作用]
第1の発明においては、高反射率金属コーティング層と
、ミラー基材若しくはニッケルコーティング層のような
下地金属コーティング層との間に、タングステン等の拡
散係数の小さいコーティング層が介在されるので、高反
射率金属コーティング層に他の金属が拡散してその反射
率を低下させるということがなくなる。
、ミラー基材若しくはニッケルコーティング層のような
下地金属コーティング層との間に、タングステン等の拡
散係数の小さいコーティング層が介在されるので、高反
射率金属コーティング層に他の金属が拡散してその反射
率を低下させるということがなくなる。
また、第2の発明によれば、酸化アルミニウム(^12
03)や酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(Si0
2)等のM電体コーティング層を高反射率金属コーティ
ング層上に形成することで、高反射率金属コーティング
層の酸化が防止されると共に、その反射率が改善される
。
03)や酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(Si0
2)等のM電体コーティング層を高反射率金属コーティ
ング層上に形成することで、高反射率金属コーティング
層の酸化が防止されると共に、その反射率が改善される
。
第3の発明は第1の発明と第2の発明を合体させたもの
で、その作用効果も第1と第2の発明の作用効果を有す
るものとなっている。
で、その作用効果も第1と第2の発明の作用効果を有す
るものとなっている。
[実施例]
以下、図面と共に本発明の好適な実施例について詳細に
説明する。
説明する。
第1図は、高出力レーザとしてYAGレーザを用いたレ
ーザ溶接機のレーザビーム照射装置10を示しており、
このレーザビーム照射装置10内に本発明による反射ミ
ラー11が組み込まれている。レーザビーム照射装置1
0は、YAGレーザ(図示しない)に光フアイバー12
により連結されており、YAGレーザからのレーザビー
ムが光フアイバー12を伝搬してレーザビーム照射装置
10内に入ると、該レーザビームは集光レンズ13によ
り収束された後、反射ミラー11によりその進路が直角
に屈曲されるようになっている。図示実施例では、チュ
ーブ14の内周面でレーザビームが集光され、これによ
りレーザビーム照射装置10自体又はチューブ14を一
回転することにより、符号15で示す如(チューブ14
の内周面を周溶接することができる。
ーザ溶接機のレーザビーム照射装置10を示しており、
このレーザビーム照射装置10内に本発明による反射ミ
ラー11が組み込まれている。レーザビーム照射装置1
0は、YAGレーザ(図示しない)に光フアイバー12
により連結されており、YAGレーザからのレーザビー
ムが光フアイバー12を伝搬してレーザビーム照射装置
10内に入ると、該レーザビームは集光レンズ13によ
り収束された後、反射ミラー11によりその進路が直角
に屈曲されるようになっている。図示実施例では、チュ
ーブ14の内周面でレーザビームが集光され、これによ
りレーザビーム照射装置10自体又はチューブ14を一
回転することにより、符号15で示す如(チューブ14
の内周面を周溶接することができる。
第2図は反射ミラー11の斜視図であり、符号16はミ
ラーコート面である。以下で詳細に説明するが、本発明
によれば、反射ミラー11の冷却は殆ど不要であるので
、反射ミラー11の冷却手段としては空冷式の放熱フィ
ン17を設けるだけで十分である。
ラーコート面である。以下で詳細に説明するが、本発明
によれば、反射ミラー11の冷却は殆ど不要であるので
、反射ミラー11の冷却手段としては空冷式の放熱フィ
ン17を設けるだけで十分である。
第3図は第1−の発明に従った反射ミラーの断面図であ
る。図示の如く、この反射ミラー■1は、銅から戊るミ
ラー基材1の表面上に、2000〜3000人の厚さの
タングステンコーティング層20が形成されている。更
に、このタングステンコーティングN20の上には、高
反射率金属コーティング層である金コーティング層2が
5000人の厚さで設けられている。これらのI20.
2は蒸着或はイオンブレーティング等により形成される
。
る。図示の如く、この反射ミラー■1は、銅から戊るミ
ラー基材1の表面上に、2000〜3000人の厚さの
タングステンコーティング層20が形成されている。更
に、このタングステンコーティングN20の上には、高
反射率金属コーティング層である金コーティング層2が
5000人の厚さで設けられている。これらのI20.
2は蒸着或はイオンブレーティング等により形成される
。
タングステンは拡散係数が小さいため、タングステンコ
ーティング層20が金コーティングN2の裏面關に存す
ると、金コーティ〉・I12とミラー基材lとの間の拡
散防止層として働き、高出力のレーザビームを長時間に
わたりこの反射ミラー11に照射しても、金と銅の相互
拡散は生じない。このような拡散防止機能を有する他の
材料としてはモリブデンがある。
ーティング層20が金コーティングN2の裏面關に存す
ると、金コーティ〉・I12とミラー基材lとの間の拡
散防止層として働き、高出力のレーザビームを長時間に
わたりこの反射ミラー11に照射しても、金と銅の相互
拡散は生じない。このような拡散防止機能を有する他の
材料としてはモリブデンがある。
第3図の反射ミラー11の変形として、タングステンコ
ーティング層20とミラー基材1との間にニッケルコー
ティング層を形成したものが考えられるが(図示しない
)、この反射ミラーに対して高出力のレーザビームを無
冷却で長時間照射した場合のオージェ分析結果を第7図
に示す。タングステンコーティング層のない場合の第1
1図と比較すると、ミラー表面へのニッケル或は銅の拡
散は皆無であり、ニッケルや銅の酸化の恐れがなく高反
射率が確保されることが分かるであろう。
ーティング層20とミラー基材1との間にニッケルコー
ティング層を形成したものが考えられるが(図示しない
)、この反射ミラーに対して高出力のレーザビームを無
冷却で長時間照射した場合のオージェ分析結果を第7図
に示す。タングステンコーティング層のない場合の第1
1図と比較すると、ミラー表面へのニッケル或は銅の拡
散は皆無であり、ニッケルや銅の酸化の恐れがなく高反
射率が確保されることが分かるであろう。
次に、第4図は第2の発明による反射ミラーを示したも
のである。この反射ミラー11は、5000Åの金コー
ティング層2上にλ/4(λ−1,06)tn)の酸化
アルミニウムから成る誘電体コーティング層21を設け
たものである。
のである。この反射ミラー11は、5000Åの金コー
ティング層2上にλ/4(λ−1,06)tn)の酸化
アルミニウムから成る誘電体コーティング層21を設け
たものである。
この誘電体コーティング121は、金コーティング層2
の酸化防止の機能を有する。また、この反射ミラー11
の反射率は、誘電体コーティング層21がないものに比
して2%程度高く、水冷を行うことなく長時間、高温環
境下で使用することができる。
の酸化防止の機能を有する。また、この反射ミラー11
の反射率は、誘電体コーティング層21がないものに比
して2%程度高く、水冷を行うことなく長時間、高温環
境下で使用することができる。
第5図は第3の発明による反射ミラーである。
図示するように、この反射ミラー11は、第3図の反射
ミラーに更に、2000〜3000人の厚さのタングス
テンコーティング層20をミラー基材1と金コーティン
グ層2との間に形成した形となっており、第1の発明と
第2の発明の効果を併せ持っている。
ミラーに更に、2000〜3000人の厚さのタングス
テンコーティング層20をミラー基材1と金コーティン
グ層2との間に形成した形となっており、第1の発明と
第2の発明の効果を併せ持っている。
即ち、タングステンコーティング層20が金コーティン
グJ’!!2とミラー基材1との間の相互拡散を防止す
ると共に、誘電体コーティング層21が金コーティング
層2の酸化を防止している。
グJ’!!2とミラー基材1との間の相互拡散を防止す
ると共に、誘電体コーティング層21が金コーティング
層2の酸化を防止している。
尚、金コーティング層2上の誘電体コーティング層は1
層に限らず、第6図の如く2層以上としても良い。2層
とした場合、下側の誘電体コーティング層21として酸
化ケイ素又はフッ化イツトリウム(YF3)、上側の誘
電体コーティング層22として酸化チタンを用いたもの
が考えられる。この実施例では、各層の厚さはλ/4で
ある。
層に限らず、第6図の如く2層以上としても良い。2層
とした場合、下側の誘電体コーティング層21として酸
化ケイ素又はフッ化イツトリウム(YF3)、上側の誘
電体コーティング層22として酸化チタンを用いたもの
が考えられる。この実施例では、各層の厚さはλ/4で
ある。
このように誘電体コーティング層を複数層とすることで
、反射ミラー11の反射率を単層よりも更に向上させる
ことができる。
、反射ミラー11の反射率を単層よりも更に向上させる
ことができる。
第8図は、銅のミラー基材1、タングステンコーティン
グ層20、金コーティング層2、酸化ケイ素の誘電体コ
ーティングW121及び酸化チタンの誘電体コーティン
グlI22から成る反射ミラー11(第6図〉の反射率
R及びミラー温度θのYAGレーザビーム照射時間に対
する変化を示したものである。図示の如く、レーザ照射
出力が670Wの高出力で、500秒のレーザビーム照
射を行った場合であっても、反射ミラー11の反射率は
98%以上に保たれ、また、ミラー温度が400℃まで
上昇しても反射率は98%で安定している。また、この
測定においては、照射雰囲気は2%の酸素入り窒素雰囲
気としたが、酸化が発生せず、酸素に対しても反射ミラ
ー11は安定した反射率を確保していることが分かるに
の効果は第12図を参照することで更に明らかとなろう
。
グ層20、金コーティング層2、酸化ケイ素の誘電体コ
ーティングW121及び酸化チタンの誘電体コーティン
グlI22から成る反射ミラー11(第6図〉の反射率
R及びミラー温度θのYAGレーザビーム照射時間に対
する変化を示したものである。図示の如く、レーザ照射
出力が670Wの高出力で、500秒のレーザビーム照
射を行った場合であっても、反射ミラー11の反射率は
98%以上に保たれ、また、ミラー温度が400℃まで
上昇しても反射率は98%で安定している。また、この
測定においては、照射雰囲気は2%の酸素入り窒素雰囲
気としたが、酸化が発生せず、酸素に対しても反射ミラ
ー11は安定した反射率を確保していることが分かるに
の効果は第12図を参照することで更に明らかとなろう
。
前述した各反射ミラー11はいずれも、300〜400
℃の高温下で長時間にわたり97〜99%の高反射率が
確保でき、これらの反射ミラー11を有するレーザ溶接
機では、レーザ出力800Wにおいて、溶接速度0.5
m/minの溶接を連続200ビード以上行うことがで
きることが確認されている。
℃の高温下で長時間にわたり97〜99%の高反射率が
確保でき、これらの反射ミラー11を有するレーザ溶接
機では、レーザ出力800Wにおいて、溶接速度0.5
m/minの溶接を連続200ビード以上行うことがで
きることが確認されている。
[発明の効果]
上述したように、第1の発明では、金のような高反射率
金属コーティング層の裏面側にタングステン、モリブデ
ン等の拡散係数の小さなコーティング層が設けられるの
で、高反射率金属コーティング層とミラー基材にッケル
コーティング層等の下地金属コーティング層)との間の
相互拡散が防止され、それによってミラー反射率が維持
され、ミラー温度の上昇が防止される。
金属コーティング層の裏面側にタングステン、モリブデ
ン等の拡散係数の小さなコーティング層が設けられるの
で、高反射率金属コーティング層とミラー基材にッケル
コーティング層等の下地金属コーティング層)との間の
相互拡散が防止され、それによってミラー反射率が維持
され、ミラー温度の上昇が防止される。
また、第2の発明では、高反射率金属コーティング層上
の誘電体コーティング層により、高反射率金属コーティ
ング層の酸化が防止されると共に、反射率も改善される
。よって、この場合もミラー温度の上昇が防止される。
の誘電体コーティング層により、高反射率金属コーティ
ング層の酸化が防止されると共に、反射率も改善される
。よって、この場合もミラー温度の上昇が防止される。
第3の発明は、誘電体コーティング層及び拡散防止用の
コーティング層を有して入るので、第1の発明又は第2
の発明以上の効果を奏することができる。
コーティング層を有して入るので、第1の発明又は第2
の発明以上の効果を奏することができる。
従って、第1、第2及び第3の発明による反射ミラーは
いずれも、水冷を行わずとも長時間、高温環境下で使用
できる。また、水冷機構のような大掛りな冷却手段が不
要となるので、装置のコンパクト化を図ることが可能と
なる。
いずれも、水冷を行わずとも長時間、高温環境下で使用
できる。また、水冷機構のような大掛りな冷却手段が不
要となるので、装置のコンパクト化を図ることが可能と
なる。
第1図は本発明の反射ミラーが適用されたレーザ溶接機
のレーザビーム照射装置を示す概略説明図、第2図は本
発明の反射ミラーの斜視図、第3図は第1の発明に従っ
た反射ミラーの断面図、第4図は第2の発明に従った反
射ミラーの断面図、第5図は第3の発明に従った反射ミ
ラーの断面図、第6図は誘電体コーティング層が2層設
けられた第3の発明に従った反射ミラーの断面図、第7
図は第1の発明による反射ミラーの使用後におけるミラ
ーコーティング部のオージェ分析結果を示すグラフ、第
8図は第3の発明による反射ミラーのレーザビーム照射
時間と反射率、ミラー温度の関係を示すグラフ、第9図
及び第10図はそれぞれ従来の反射ミラーを示す断面図
、第11図は第■0図の反射ミラーの使用後におけるミ
ラーコーティング部のオージェ分析結果を示すグラフ、
第12図は第10図の反射ミラーのレーザビーム照射時
間と反射率、ミラー温度の関係を示すグラフである0図
中、 1・・・ミラー基材 2・・・金コーティング層 (高反射率金属コーティング層) 10・・・レーザビーム照射装置 11・・・反射ミラー
のレーザビーム照射装置を示す概略説明図、第2図は本
発明の反射ミラーの斜視図、第3図は第1の発明に従っ
た反射ミラーの断面図、第4図は第2の発明に従った反
射ミラーの断面図、第5図は第3の発明に従った反射ミ
ラーの断面図、第6図は誘電体コーティング層が2層設
けられた第3の発明に従った反射ミラーの断面図、第7
図は第1の発明による反射ミラーの使用後におけるミラ
ーコーティング部のオージェ分析結果を示すグラフ、第
8図は第3の発明による反射ミラーのレーザビーム照射
時間と反射率、ミラー温度の関係を示すグラフ、第9図
及び第10図はそれぞれ従来の反射ミラーを示す断面図
、第11図は第■0図の反射ミラーの使用後におけるミ
ラーコーティング部のオージェ分析結果を示すグラフ、
第12図は第10図の反射ミラーのレーザビーム照射時
間と反射率、ミラー温度の関係を示すグラフである0図
中、 1・・・ミラー基材 2・・・金コーティング層 (高反射率金属コーティング層) 10・・・レーザビーム照射装置 11・・・反射ミラー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ミラー基材上に、レーザビームを反射する高反射率
金属コーティング層が形成されているレーザ用反射ミラ
ーにおいて、前記高反射率金属コーティング層の裏面側
に拡散係数の小さなコーティング層を設けたことを特徴
とするレーザ用反射ミラー。 2、ミラー基材上に、レーザビームを反射する高反射率
金属コーティング層が形成されているレーザ用反射ミラ
ーにおいて、前記高反射率金属コーティング層の表面上
に少なくとも1層の誘電体コーティング層を設けたこと
を特徴とするレーザ用反射ミラー。 3、ミラー基材上に、レーザビームを反射する高反射率
金属コーティング層が形成されているレーザ用反射ミラ
ーにおいて、前記高反射率金属コーティング層の裏面側
に拡散係数の小さなコーティング層を設けると共に、前
記高反射率金属コーティング層を設けたことを特徴とす
るレーザ用反射ミラー。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204521A JP2659809B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | レーザ用反射ミラー |
| US07/558,238 US5097110A (en) | 1989-08-07 | 1990-07-26 | Reflecting mirror for a laser beam and laser beam welding apparatus, including the same laser beam reflecting mirror |
| EP90114585A EP0418519B1 (en) | 1989-08-07 | 1990-07-30 | Reflecting mirror for a laser beam and laserbeam welding apparatus including the same |
| DE69033313T DE69033313T2 (de) | 1989-08-07 | 1990-07-30 | Reflektierender Spiegel für einen Laserstrahl und ihn verwendender Laserstrahlschweissapparat |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204521A JP2659809B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | レーザ用反射ミラー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0371990A true JPH0371990A (ja) | 1991-03-27 |
| JP2659809B2 JP2659809B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=16491912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204521A Expired - Lifetime JP2659809B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | レーザ用反射ミラー |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5097110A (ja) |
| EP (1) | EP0418519B1 (ja) |
| JP (1) | JP2659809B2 (ja) |
| DE (1) | DE69033313T2 (ja) |
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