JPH052113A - レーザ加工用伝送路 - Google Patents
レーザ加工用伝送路Info
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- JPH052113A JPH052113A JP3153380A JP15338091A JPH052113A JP H052113 A JPH052113 A JP H052113A JP 3153380 A JP3153380 A JP 3153380A JP 15338091 A JP15338091 A JP 15338091A JP H052113 A JPH052113 A JP H052113A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
る。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
したものである。
【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。
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。
【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。
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。
【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））。
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））。
【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。
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。
【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））。
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））。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
断面図である。
【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。
の各工程ごとの外観および縦断面図である。
【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
Claims (5)
- 【請求項１】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、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。 - 【請求項２】前記スリーブが銅製であることを特徴とす
る請求項１に記載のレーザ加工用伝送路。 - 【請求項３】前記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。 - 【請求項４】前記スリーブの端面は、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。 - 【請求項５】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を特徴とする請求項４に記載の
レーザ加工用伝送路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153380A JPH052113A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザ加工用伝送路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153380A JPH052113A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザ加工用伝送路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052113A true JPH052113A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15561205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3153380A Pending JPH052113A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | レーザ加工用伝送路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH052113A (ja) |
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/ja 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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