JPH052113A - Transmission line for laser processing - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザ光による入出射端の加熱破損を冷却効率
の向上により回避し、かつ導波路端の機械的強度を図
る。
【構成】レーザ光を伝送する中空導波路１１は、大部分
が厚肉のニッケル層からなり、内壁には誘電体および金
属薄膜が形成される。中空導波路１１の入射側または出
射側の先端外周には熱伝導率の大きい銅製のスリーブ１
２が装着され一体化される。スリーブ１２前後の中空導
波路１１の外径が他の部分に比して、スリーブ１２が導
波路１１から離脱しないように太くする。ニッケルの電
気めっきによって太くする。スリーブ１２の端面１４
は、ニッケルによって被覆され、さらに被覆された端面
は鏡面に研磨されたのち金の薄膜１３が形成される。
(57) [Abstract] [Purpose] To prevent heating damage at the entrance and exit ends due to laser light by improving the cooling efficiency and to increase the mechanical strength of the waveguide end. [Structure] A hollow waveguide 11 for transmitting laser light is mostly made of a thick nickel layer, and a dielectric and a metal thin film are formed on the inner wall. A sleeve 1 made of copper having a large thermal conductivity is provided on the outer circumference of the tip of the hollow waveguide 11 on the incident side or the emitting side.
2 is attached and integrated. The outer diameter of the hollow waveguide 11 before and after the sleeve 12 is made thicker than other portions so that the sleeve 12 does not separate from the waveguide 11. Thicken by nickel electroplating. End face 14 of sleeve 12
Is coated with nickel, and the coated end face is mirror-polished and then a gold thin film 13 is formed.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工用伝送路、
特に金属の切断、穿孔、溶接、熱処理などのレーザ加工
に有用な高出力のＣＯ2 レーザ光の伝送を可能にするレ
ーザ加工用伝送路に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a transmission line for laser processing,
In particular, the present invention relates to a laser processing transmission line that enables transmission of high-power CO 2 laser light useful for laser processing such as cutting, punching, welding, and heat treatment of metal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＣＯ2 レーザは、発振効率が高く大出力
が得られるため、医療用のレーザメスや切断、溶接など
の工業加工用として広く用いられるようになった。しか
し、その発振波長が１０．６μｍという赤外領域にある
ため、従来の石英系光ファイバを伝送路として用いるこ
とはできない。現在のところＣＯ2 レーザ光を導く手段
としては、数枚のミラーを用いた空間伝送が主であり、
操作性、高速性において極めて不利である。 2. Description of the Related Art A CO 2 laser has been widely used for medical laser knives and industrial processing such as cutting and welding because of its high oscillation efficiency and high output. However, since the oscillation wavelength is in the infrared region of 10.6 μm, the conventional silica optical fiber cannot be used as a transmission line. At present, as the means for guiding the CO 2 laser light, spatial transmission using several mirrors is mainly used.
It is extremely disadvantageous in terms of operability and high speed.
【０００３】以上のような理由から、ＣＯ2 レーザ光を
容易に伝送できる可とう性導波路の開発が活発になっ
た。For the above reasons, the development of flexible waveguides that can easily transmit CO 2 laser light has become active.
【０００４】現在、レーザ加工に適用することを目的と
して、ゲルマニウム等の誘電体薄膜をニッケル等の金属
中空導波路に内装した導波路が開発されている。この導
波路の製造方法は、まずアルミニウムなどのエッチング
可能な母材の外壁に誘電体薄膜を形成し、さらにその外
側に電気めっきによって、厚肉の金属層を形成し、最後
に母材をエッチング除去するというものである。誘電体
薄膜と機械的強度を保つ厚肉の金属層との間には、銀な
どの別の金属薄膜を介在させて、さらに低損失な導波路
を得ることもできる。これまでに伝送損失０．０５ｄＢ
／ｍ、伝送容量３ｋｗを達成し、金属板の切断及び溶接
に十分なエネルギーを伝送できることが確認された。At present, a waveguide in which a dielectric thin film of germanium or the like is housed in a metal hollow waveguide of nickel or the like has been developed for the purpose of applying it to laser processing. In this method of manufacturing a waveguide, a dielectric thin film is first formed on the outer wall of an etchable base material such as aluminum, a thick metal layer is formed on the outer side by electroplating, and finally the base material is etched. It is to remove. Another metal thin film, such as silver, may be interposed between the dielectric thin film and the thick metal layer maintaining mechanical strength to obtain a waveguide with even lower loss. Transmission loss of 0.05 dB so far
/ M, transmission capacity 3kw was achieved, it was confirmed that sufficient energy can be transmitted for cutting and welding of the metal plate.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力のレ
ーザ光を伝送する中空導波路の径は、通常レーザ光源か
ら発振されるビーム径よりも十分小さい。レーザ光は入
射側のレンズで集光されて、レーザ光の集光点付近に導
波路の入射端面が置かれる。このとき光軸調整中の軸ず
れにより導波路の中心にレーザ光が集光されなかった
り、入射ビームの高次モード成分により集光しきれない
で励振される場合がある。このような場合には、中空導
波路の中空領域以外の部分にレーザ光が照射され、導波
路入射端が極度に加熱され破損する危険性がある。By the way, the diameter of the hollow waveguide for transmitting the high-power laser light is sufficiently smaller than the diameter of the beam emitted from the laser light source. The laser light is condensed by the lens on the incident side, and the incident end face of the waveguide is placed near the condensing point of the laser light. At this time, the laser light may not be focused on the center of the waveguide due to the axis shift during the optical axis adjustment, or may be excited by being unable to focus due to the higher-order mode components of the incident beam. In such a case, there is a risk that the portion of the hollow waveguide other than the hollow region is irradiated with the laser beam, and the waveguide entrance end is extremely heated and damaged.
【０００６】一方、レーザ光を用いて金属材料を加工す
る場合、導波路の出射側においては、被加工物からの反
射が大きな問題となる。一般に金属材料は、ＣＯ2 レー
ザの発振波長である１０．６μｍ帯において複素屈折率
の絶対値が非常に大きい。そのためレーザビームは金属
面に対してほぼ垂直に照射されたとき、その９０％近く
が反射され、導波路側に戻ってくる。レーザ光が照射さ
れ被加工物が溶融すれば反射率は急激に低下するが、溶
融が始まる前に反射光は導波路の出射端を瞬時に加熱し
破損させる危険性がある。On the other hand, when a metal material is processed using laser light, reflection from the work piece becomes a serious problem on the exit side of the waveguide. Generally, a metal material has a very large absolute value of complex refractive index in the 10.6 μm band which is the oscillation wavelength of a CO 2 laser. Therefore, when the laser beam is irradiated almost perpendicularly to the metal surface, nearly 90% of it is reflected and returns to the waveguide side. If the workpiece is melted by being irradiated with a laser beam, the reflectance will decrease sharply, but before the melting starts, the reflected light has a risk of instantaneously heating and breaking the emitting end of the waveguide.
【０００７】さらに、中空導波路の入出射側には通常光
学系が取り付けられ、ロボットなどによって導波路の先
端が保持される。このとき先端付近に特に無理な屈曲が
加わる危険性があり、導波路の両端があまりに脆弱であ
ると、繰り返しの屈曲に耐えられず導波路先端付近が破
損する。Further, an optical system is usually attached to the entrance / exit side of the hollow waveguide, and the tip of the waveguide is held by a robot or the like. At this time, there is a risk that excessive bending is applied near the tip, and if both ends of the waveguide are too fragile, repeated bending cannot be endured and the vicinity of the tip of the waveguide is damaged.
【０００８】本発明の目的は、中空導波路を用いたレー
ザ加工用伝送路において、前記した従来技術の問題点を
解消し、高出力のレーザ光に対しても信頼性が高く、ま
た十分な機械的強度を持つレーザ加工用伝送路を提供す
ることにある。The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art in a transmission line for laser processing using a hollow waveguide, to have high reliability even for a high-power laser beam, and to obtain a sufficient level. It is to provide a transmission line for laser processing having mechanical strength.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工用伝
送路は、レーザ光を伝送する中空導波路の入出射側の少
なくとも一方に熱伝導率の大きい金属製のスリーブが装
着され、このスリーブ前後の中空導波路の外径が、スリ
ーブが導波路から離脱しないように太くなっているもの
である。In the laser processing transmission line of the present invention, a metal sleeve having a high thermal conductivity is mounted on at least one of the entrance and exit sides of a hollow waveguide for transmitting laser light. The outer diameters of the front and rear hollow waveguides are thick so that the sleeve does not separate from the waveguide.
【００１０】この場合において、スリーブが銅製である
ことが好ましく、またスリーブ前後の中空導波路はニッ
ケルの電気めっきによって外径を太くすることが好まし
い。In this case, the sleeve is preferably made of copper, and the hollow waveguides before and after the sleeve are preferably thickened in outer diameter by nickel electroplating.
【００１１】また、スリーブの端面は、中空導波路を形
成する材料と同一の材料によって被覆され、さらに被覆
された端面は、鏡面に研磨されていることが望ましい。
そして、鏡面に研磨された端面には、さらに金の薄膜が
形成されていることが望ましい。Further, it is desirable that the end surface of the sleeve is coated with the same material as the material forming the hollow waveguide, and the coated end surface is mirror-polished.
It is desirable that a gold thin film is further formed on the mirror-polished end surface.
【００１２】[0012]
【作用】本発明では、中空導波路の入射側または出射側
に熱伝導率の大きい銅等の金属製のスリーブを装着し、
装着後、このスリーブ前後の中空導波路の径を太くす
る。スリーブの装着によって離脱するおそれが生じる
が、径を太くすることにより中空導波路に大きな引張
り、あるいは圧縮力が加わっても、スリーブが導波路か
ら離脱されることがなくなり、しかもスリーブ及び大径
化により効率的に導波路入出射付近が冷却されるように
なる。また、導波路の先端が強くなっているので、先端
付近に無理な屈曲が加わる危険性がなくなり、繰り返し
の屈曲にも耐えられ導波路先端付近が破損から防止さ
れ、さらにスリーブの端面は、鏡面研磨や、金薄膜の形
成によって高パワー密度のレーザ光から中空導波路の入
出射端面が保護される。すなわち、中空領域に入りきら
ない入射光や、被加工物からの反射光から導波路を保護
し、導波路入出射端が極度に加熱されることなく破損を
防止することができる。In the present invention, a sleeve made of metal such as copper having a large thermal conductivity is attached to the entrance side or the exit side of the hollow waveguide,
After mounting, the diameter of the hollow waveguide before and after this sleeve is increased. Although the sleeve may be detached when it is attached, the sleeve is not detached from the waveguide even if a large tensile or compressive force is applied to the hollow waveguide by increasing the diameter, and the sleeve and the diameter are increased. As a result, the vicinity of the waveguide entrance and exit can be efficiently cooled. In addition, since the tip of the waveguide is strong, there is no risk of excessive bending near the tip, it can withstand repeated bending and the vicinity of the waveguide tip is prevented from being damaged, and the end surface of the sleeve is a mirror surface. The entrance and exit end faces of the hollow waveguide are protected from high power density laser light by polishing and formation of a gold thin film. That is, the waveguide can be protected from incident light that does not completely enter the hollow region and reflected light from the workpiece, and damage to the waveguide entrance / exit ends can be prevented without being extremely heated.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１４】本実施例の最終的なレーザ加工用伝送路構
造を図１に示す。レーザ光を伝送する中空導波路１１
は、その大部分が厚肉のニッケル層からなり、内壁には
誘電体および金属薄膜（図示せず）が形成されている。
この中空導波路１１の入射側または出射側の先端外周に
は熱伝導率の大きい銅製のスリーブ１２が装着され一体
化されている。このスリーブ１２前後の中空導波路１１
の外径が他の部分に比して、スリーブ１２が導波路１１
から離脱しないように太くなっている。このスリーブ前
後の中空導波路はニッケルの電気めっきによって外径を
太くすることが好ましい。The final laser processing transmission line structure of this embodiment is shown in FIG. Hollow waveguide 11 for transmitting laser light
Most of them are composed of a thick nickel layer, and a dielectric and a metal thin film (not shown) are formed on the inner wall.
A sleeve 12 made of copper having a high thermal conductivity is mounted and integrated on the outer circumference of the tip of the hollow waveguide 11 on the entrance side or the exit side. Hollow waveguides 11 before and after this sleeve 12
The outer diameter of the sleeve 12 is larger than that of the other portions,
It's thicker so that it doesn't come off. It is preferable that the hollow waveguides before and after the sleeve have a large outer diameter by electroplating with nickel.
【００１５】また、スリーブ１２の端面１４は、ニッケ
ルによって被覆され、さらに被覆された端面は鏡面に研
磨されたのち金の薄膜１３が形成されている。The end surface 14 of the sleeve 12 is coated with nickel, and the coated end surface is mirror-polished and then a thin gold film 13 is formed.
【００１６】図２はこれを製作するための製作工程を示
したものである。FIG. 2 shows a manufacturing process for manufacturing this.
【００１７】まず、アルミニウム母材２１をエッチング
除去する前に中空導波路を銅製のスリーブ２２に挿入す
る（図２（Ａ））。中空導波路は、そのほとんどが厚さ
１００〜２００μｍの厚肉のニッケル層２３からなり、
その内側、すなわちアルミニウム母材２１とニッケル層
２３との間にはゲルマニウム等の誘電体薄膜および銀等
の金属薄膜（図示せず）が形成されている。この誘電体
および金属薄膜の膜厚は高々１μｍ以下であり、導波路
を構成する大部分はニッケル層２３からできている。First, before the aluminum base material 21 is removed by etching, the hollow waveguide is inserted into the copper sleeve 22 (FIG. 2A). Most of the hollow waveguide is composed of a thick nickel layer 23 having a thickness of 100 to 200 μm,
A dielectric thin film such as germanium and a metal thin film (not shown) such as silver are formed inside thereof, that is, between the aluminum base material 21 and the nickel layer 23. The film thickness of the dielectric and the metal thin film is 1 μm or less at most, and most of the waveguide is made of the nickel layer 23.
【００１８】つぎにスリーブ２２を両端部を除いてマス
クし、スリーブ前後の導波路外壁に、新たな接続用ニッ
ケル層２４を電気めっきによって形成し、導波路の外径
を太くする（図２（Ｂ））。これによりスリーブ２２と
導波路とはスリーブ２２の両端において接着されるが、
さらにスリーブ前後の導波路の外径はスリーブ２２の内
径よりも太いので、大きな引張り力あるいは圧縮力が加
わっても、スリーブ２２が導波路から離脱されることが
ない。このときスリーブ２２の先端面もニッケル層によ
って被覆される。導波路の外径を太くし、機械的に強固
にする長さは１０〜２０ｃｍで、これにより導波路の端
は、無理な力が加わってもほとんど折れることなく、十
分な機械的強度を保つことができる。Next, the sleeve 22 is masked except at both ends, and a new nickel layer 24 for connection is formed on the outer wall of the waveguide before and after the sleeve by electroplating to increase the outer diameter of the waveguide (see FIG. 2 ( B)). As a result, the sleeve 22 and the waveguide are bonded at both ends of the sleeve 22,
Furthermore, since the outer diameter of the waveguide before and after the sleeve is larger than the inner diameter of the sleeve 22, the sleeve 22 is not separated from the waveguide even if a large tensile force or compressive force is applied. At this time, the tip surface of the sleeve 22 is also covered with the nickel layer. The outer diameter of the waveguide is made thicker and the length to make it mechanically stronger is 10 to 20 cm, so that the end of the waveguide is not broken even if an excessive force is applied, and maintains sufficient mechanical strength. be able to.
【００１９】つぎに、スリーブ先端から突き出た中空導
波路の部分を切断し、接続用ニッケル層２４によって被
覆されたスリーブ先端を鏡面に研磨し研磨面２５とする
（図２（Ｃ））。Next, the hollow waveguide portion protruding from the sleeve tip is cut, and the sleeve tip covered with the connecting nickel layer 24 is mirror-polished to form a polished surface 25 (FIG. 2C).
【００２０】このスリーブ先端の研磨面２５の上に反射
率を高めるために電気めっきによって金薄膜２６をコー
ティングする（図２（Ｄ））。金は銅の上に直接コーテ
ィングすると拡散により変色を起こすが、本実施例で
は、金薄膜２６と銅製のスリーブ２２との間にニッケル
層が介在されているので、金は拡散することなく長期間
にわたって安定して鏡面状態を保持することができる。
金薄膜２６は蒸着法によっても容易に形成できるが、電
気めっき法による金薄膜の形成は、切断によって露出さ
れたアルミニウム母材２１の端末上には形成されず、ニ
ッケル部分のみに形成されるので、蒸着法よりも適して
いる。金をコーティングすることによって、ニッケル層
が露出された状態よりも、レーザ光に対する反射率が高
まり、吸収による損失は約３分の１に低減される。A gold thin film 26 is coated on the polished surface 25 at the tip of the sleeve by electroplating in order to increase the reflectance (FIG. 2 (D)). When gold is directly coated on copper, discoloration occurs due to diffusion. However, in this embodiment, since the nickel layer is interposed between the gold thin film 26 and the copper sleeve 22, the gold does not diffuse for a long time. It is possible to stably maintain the mirror surface state.
Although the gold thin film 26 can be easily formed by the vapor deposition method, the gold thin film 26 formed by the electroplating method is not formed on the end of the aluminum base material 21 exposed by cutting, but is formed only on the nickel portion. , More suitable than the vapor deposition method. By coating with gold, the reflectance with respect to laser light is increased and the loss due to absorption is reduced to about one-third of that in the state where the nickel layer is exposed.
【００２１】最後にアルミニウム母材２１を苛性ソーダ
溶液によりエッチング除去し、スリーブと一体化した中
空導波路を得る（図２（Ｅ））。Finally, the aluminum base material 21 is removed by etching with a caustic soda solution to obtain a hollow waveguide integrated with the sleeve (FIG. 2 (E)).
【００２２】通常中空導波路は、導波路内部を空冷、外
部を水冷して使用されるが、本実施例によれば、中空導
波路の先端にスリーブを装着させたことにより、導波路
の先端まで効果的に冷却でき導波路先端の破損を有効に
防止することができる。また、中空導波路の中空領域に
入りきれないレーザ光から導波路の先端を保護すること
ができる。さらに導波路の端が中央部よりも肉厚が厚く
機械的に強固であるので、ロボットなどに導波路の先端
を保持させて繰り返し屈曲した場合でも、導波路保持部
が破損されない。Normally, the hollow waveguide is used by air-cooling the inside of the waveguide and water-cooling the outside, but according to this embodiment, a sleeve is attached to the tip of the hollow waveguide, so that the tip of the waveguide is It is possible to effectively cool up to the end and effectively prevent damage to the tip of the waveguide. In addition, the tip of the waveguide can be protected from the laser light that cannot enter the hollow region of the hollow waveguide. Further, since the end of the waveguide is thicker and mechanically stronger than the central part, the waveguide holding part is not damaged even when the tip of the waveguide is held by a robot or the like and repeatedly bent.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、中空導波路の先端にス
リーブを装着させ、しかもスリーブが離脱しないように
スリーブ前後の中空導波路の外径を太くしたことによ
り、導波路の入射端面ないしは出射端面の発熱を有効に
防止でき、高出力のレーザ光に対しても信頼性が高く、
かつ十分な機械的強度を持たせることができる。According to the present invention, the sleeve is attached to the end of the hollow waveguide, and the outer diameter of the hollow waveguide before and after the sleeve is increased so that the sleeve does not come off. It is possible to effectively prevent heat generation at the emitting end face, and it is highly reliable even for high-power laser light,
And it can have sufficient mechanical strength.
【図１】本発明の実施例を示すレーザ加工用伝送路の縦
断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of a laser processing transmission line according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例にレーザ加工用伝送路を製作するため
の各工程ごとの外観および縦断面図である。2A and 2B are an external view and a vertical cross-sectional view of each step for manufacturing a laser processing transmission line in the present embodiment.
【符号の説明】 １１ 中空導波路 １２、２２ スリーブ １３、２６ 金薄膜 １４ 端面 ２１ アルミニウム母材 ２３ ニッケル層 ２４ 接続用ニッケル層 ２５ 研磨面[Explanation of symbols] 11 Hollow waveguide 12, 22 sleeve 13,26 Gold thin film 14 End face 21 Aluminum base material 23 Nickel layer 24 Nickel layer for connection 25 Polished surface
Claims (5)
の少なくとも一方に熱伝導率の大きい金属製のスリーブ
が装着され、前記スリーブ前後の中空導波路の外径が、
スリーブが導波路から離脱しないように太くなっている
ことを特徴とするレーザ加工用伝送路。1. A metal sleeve having a large thermal conductivity is attached to at least one of the entrance and exit sides of a hollow waveguide for transmitting laser light, and the outer diameter of the hollow waveguide before and after the sleeve is
A transmission line for laser processing, wherein the sleeve is thick so as not to separate from the waveguide.
る請求項１に記載のレーザ加工用伝送路。2. The transmission line for laser processing according to claim 1, wherein the sleeve is made of copper.
の電気めっきによって外径を太くしたことを特徴とする
請求項１または２に記載のレーザ加工用伝送路。3. The transmission line for laser processing according to claim 1, wherein the hollow waveguides before and after the sleeve have a thick outer diameter by electroplating with nickel.
する材料と同一の材料によって被覆され、さらに被覆さ
れた端面は、鏡面に研磨されていることを特徴とする請
求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ加工用伝送
路。4. The sleeve according to claim 1, wherein the end surface of the sleeve is coated with the same material as the material forming the hollow waveguide, and the coated end surface is mirror-polished. The transmission line for laser processing according to any one of claims.
膜が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の
レーザ加工用伝送路。5. The laser processing transmission line according to claim 4, wherein a gold thin film is further formed on the mirror-polished end surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153380A JPH052113A (en) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | Transmission line for laser processing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153380A JPH052113A (en) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | Transmission line for laser processing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052113A true JPH052113A (en) | 1993-01-08 |
Family
ID=15561205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3153380A Pending JPH052113A (en) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | Transmission line for laser processing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH052113A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483381A (en) * | 1993-01-29 | 1996-01-09 | Olympus Optical Co., Ltd. | Reversed galilean finder optical system |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3153380A patent/JPH052113A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483381A (en) * | 1993-01-29 | 1996-01-09 | Olympus Optical Co., Ltd. | Reversed galilean finder optical system |
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