JPH09300089A - レーザ照射装置及びそれに用いる鏡筒，ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高出力で長時間連続加工しても、レーザビーム
の焦点位置のずれが少なく高精度な加工が可能なレーザ
照射装置およびそれに用いる鏡筒，ノズルを提供する。 【解決手段】レーザ出射光学部品のレーザ照射鏡筒及び
ノズルを光学的に透明な材料を用いるようにした。透明
材料で部品を作ることによりレーザ光の輻射熱や溶融金
属の熱線が透過してしまうので、これら温度上昇は極め
て小さい。透明材料ノズルはレーザの反射光や溶融金属
の発熱光などが明瞭に観察できる。この透明材料は部品
の温度上昇が小さい場合は観察に必要な部分のみに使用
しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ照射装置に係
り、特に長時間使用しても加工精度が低下しない高精度
レーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ光線を照射して被加工物を
加熱，溶融し、構造物を溶接、または表面処理を行う方
法が注目されている。これは、従来のアーク溶接法に比
べ、溶接精度が高い冶金学的に優れた材料に改質でき
る。また、エネルギーの伝送が比較的容易であるなど、
という特徴があるからである。従来のレーザ溶接や、表
面処理を行うレーザ照射装置においては、レーザビーム
を集光するレンズを保持する鏡筒や、溶接時発生するス
パッタリングと呼ばれる溶融金属の飛散から鏡筒部を保
護するためのノズルの構成材料は光学的に不透明な銅や
アルミニウム合金など金属材料で構成されており、また
ノズルはセラミックスや磁器なども使用されている。更
に、レーザビームの乱反射を防止するために鏡筒，ノズ
ル内面に黒色塗装をする場合もあった。これは加工中に
レーザが作業者に照射されないようにするためである。
これによって、長時間にわたってレーザビームを照射す
るような場合には、レーザビームに伴う熱線により鏡
筒，ノズルが加熱され温度が上昇する。レーザ出力が小
さい場合や、照射時間が短い場合は、周囲の空気の対流
により自然冷却されるため、レーザ照射部品の過熱によ
る問題はほとんど発生しない。しかし、レーザ出力が増
加したり長時間の加工をする場合は、自然冷却により冷
却される以上の輻射熱が照射部品に放射される。このよ
うな場合は照射部品に銅製の水冷治具並びに水冷配管を
設けて過熱を防止していることもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、より高出力な
レーザビームを用いて、長時間照射を行う場合は、この
ような対策を施しても鏡筒等の照射部品に熱歪みがかか
り変形することによって、レーザ照射位置に誤差が生じ
る可能性があった。すなわち、光学的に不透明な銅やア
ルミニウム合金など金属材料を用いて鏡筒を構成した場
合は、レーザビームに伴う熱線が鏡筒材料に吸収される
ため、外部より水冷，空冷などで強制冷却しても鏡筒に
熱が蓄積され徐々に温度が上昇する。レーザ光学系は一
般に複数枚のレンズとそれらを保持する鏡筒から構成さ
れた精密部品である。これら部品は温度変化で部品寸法
が変化する。僅かな寸法変化でもレーザ光の焦点位置が
大きく変化することがあるため、焦点位置の変化により
溶接などでは溶込み深さ，幅などの寸法が変化して不安
定な品質の溶接部となる。また、レーザ切断では切断幅
が変化したり、切断面に凹凸が生じたりする。

【０００４】本発明の目的は、高出力で長時間レーザを
照射しても、鏡筒等のレーザ照射部品の温度上昇が少な
いことにより、焦点位置の変化が生じにくいレーザ照射
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の発明によれば、レーザ光を発生させ
る手段と、発生したレーザ光を集光レンズに導く手段
と、集光レンズを保持し、一定位置にレーザ光の焦点を
結ばせる手段と、を備えるレーザ照射装置において、前
記集光レンズを保持し、一定位置にレーザ光の焦点を結
ばせる手段が、少なくとも一部が光学的に透明な材料か
ら構成されるレーザ照射鏡筒であるレーザ照射装置が提
供される。光学的に透明な材料とは、例えば可視光領域
での光の透過率が５０％以上、好ましくは８０％以上で
ある材料のことである。しかし、本発明の目的はレーザ
光に伴う熱線を透過させることにより、鏡筒部の温度の
上昇を抑制することにあるので、熱線の大部分を占める
赤外線を主に透過できる材質であれば、可視光領域での
光の透過率が５０％より小さくても良い。

【０００６】少なくとも一部が光学的に透明な材料から
構成されるとは、例えば透明な材料が機械的強度が小さ
い場合に補強用の桁材のような構造材を不透明な金属材
料を用いて付加する場合、従来の銅製の鏡筒の一部に窓
部を設けて透明な材料を嵌めこむ場合を示している。も
ちろん機械的強度が十分な材料、たとえば石英ガラス，
高シリカガラスの場合には、全体を透明材料でできた筒
体とすることもできる。鏡筒は、集光レンズをレーザビ
ームが最適なビーム径になるように絞り込めるように配
置する、すなわち一定の焦点距離を保つことができれば
良いので、レーザビームに垂直な方向での鏡筒の断面形
状はどのようなものでも良い。円形状，多角形形状，楕
円形状などから選ぶことができる。

【０００７】本発明の第２の発明によれば、本発明の第
１の発明において、レーザ照射鏡筒の被加工物側に、シ
ールドガスの噴出ノズルを設けることができる。更に前
記噴出ノズルの少なくとも一部が光学的に透明な材料か
ら構成されていることが好ましい。噴出ノズルが不透明
な材料で構成されている場合は、この部分の温度が上昇
する。噴出ノズルは鏡筒と接続されているので、この部
分の温度が上昇すると、熱伝導により鏡筒部，レンズの
温度が上昇する。この結果、上記と同じような焦点位置
のずれが生じるので、この部分も光学的に透明な材料で
構成することが好ましいのである。構造的にも、少なく
とも一部分が透明な材料で構成されていれば良く、どの
ような構造にするかは、使用するレーザの種類，出力，
使用する透明材料の材質等を考慮して決定される。本発
明は施工中のレーザビームの焦点位置のずれをできる限
り防止することにあるので、鏡筒，噴出ノズルのどちら
か一方、または両方が光学的に透明な材料で構成されて
いれば良い。噴出ノズルを光学的に透明な材料で構成す
ることにより、照射施工中にレーザ照射部の加工品質の
良否を判定することが可能になるので、ノズル内部のレ
ーザの反射光あるいは溶融金属の発熱光などを明瞭にそ
の場観察することができ、照射施工時における異常に対
して素速く対応することができる。従って、信頼性の高
い、良好な品質のレーザ溶接部、あるいはレーザ加工部
が得られる。さらに、被照射表面の反射光やレーザ出力
の変動などによる光輝状態の異常を正確に検知すること
ができ、この光輝現象の光量を電気信号に変換して、そ
の場解析して発振機に信号を送り、レーザの出力調整や
遮断を瞬時に行うこともできる。

【０００８】本発明の第３の発明は、本発明の第１また
は第２の発明における、光学的に透明な材料として、セ
ラミック，ガラス，水晶，石英，合成樹脂から選ばれた
一種以上からなることを特徴とする。結晶化させたガラ
スは見た目には乳白色で、可視光領域では透過率は低い
が、赤外光に対しては透過率が高く本発明の鏡筒，ノズ
ル材料として用いることができる。結晶化ガラスは強
度，耐熱性に優れるという特徴があるので本発明の材料
に好適である。ガラス材料としては酸化珪素を主体と
し、ナトリウム，カルシウム，ランタン，ジルコニウム
等の微量元素を調整して、透過率，強度，熱膨張係数を
調整したガラスを用いる。硼素を添加したパイレックス
ガラスも好適な材料である。セラミックとしては、透光
性の酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化ジルコ
ニウムなどを用いることができる。これらの材料はガラ
スに比べて強度は大きいが、可視光の透過率は低いとい
う欠点がある。水晶は強度，光の透過性は優れている
が、価格が高いという問題がある。石英は溶融石英を用
いれば任意の形状の鏡筒，ノズルを得ることができる。
これらは、混在して使用することができる。例えば、ノ
ズルは、溶接時の溶融金属（スパッタリング）が付着す
る可能性があり、材質的には、融点が高く、かつ安価な
材料が望ましい。そこで結晶化ガラス等を用い、更に鏡
筒部は、一度用いたら交換する必要性はなく、また剛性
の大きい材料が好ましいので、透光性のセラミックを用
いることができる。また、同一のノズルでも特に温度が
上昇する場所には耐熱性の優れた材料、それほど温度が
上昇しない場所には、耐熱性のそれほど大きくない材料
というような選択が可能である。この構成によりコス
ト，性能等のバランスに優れたレーザ照射装置が提供で
きる。

【０００９】本発明の第４の発明は、本発明の第１，第
２、または第３の発明における光学的に透明な材料の表
面に無反射皮膜処理を施すことを特徴とする。レーザビ
ームに伴う熱線は、透明な材料を透過して鏡筒または噴
出ノズルの外側に逃げることが好ましいが、透明な材料
の表面特にレーザビームが照射される内面側で、光が反
射されると、熱が十分に逃げられず、結果的に温度の上
昇をもたらす。そのため、透明な材料の表面に光の反射
率を低下させる皮膜を形成させることにより、温度の上
昇を抑制することが可能になる。無反射皮膜としては通
常用いられている、酸化チタン，酸化シリコン等の無機
薄膜を多層化したものを用い、照射するレーザ光の波長
領域で最も反射が少なくなるように膜厚、及び組成を調
整する。この構成により、鏡筒，ノズル部の温度上昇を
より少なくすることができる。本発明の第５の発明は、
本発明の第１の発明において、レーザビームに最も近い
鏡筒部分の温度上昇が最も大きいため、その部分のみを
透明材料から構成し、その鏡筒の外周側に鏡筒部分を冷
却する外筒部分を透明材料または不透明材料から構成さ
れるような構造とするものである。この場合、鏡筒と外
筒の間に冷却用の不活性ガスを流すことにより、冷却効
果を高めることができる。

【００１０】上記したようなレーザ照射装置に用いる鏡
筒またはノズルは、レーザ照射装置を長時間使用して
も、焦点位置の変動がなく、従って加工精度を保持しな
がら連続加工できる。

【００１１】上記レーザ照射装置は、ＹＡＧレーザ，Ｃ
Ｏ₂ レーザ，エキシマレーザなどのレーザ照射装置に適
用が可能である。レーザ照射部を有する装置であれば、
レーザ溶接装置，レーザ切断装置，レーザ表面処理装置
等に適用することにより、高精度溶接，高精度加工等が
可能になる。また連続使用しても焦点位置の変化が少な
く、高精度のレーザ照射が可能であるので、リソグラフ
ィ用のレーザ照射装置等に適用することもできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】ＴＩＧ（タングステン・イナート
ガスアーク）溶接用の溶接トーチにおいては、溶接部の
目視観察のためシールドガスノズルを石英ガラス，高シ
リカガラス，低膨張結晶化ガラスで製造する技術が実開
昭62−96965 号に開示されている。この構成によれば、
アークによる溶融池の状態を観察し、それをフィードバ
ックして溶接電流や、電極位置を微細に調整しながら溶
接作業ができ、溶接不良の発生を格段に少なくするとい
う効果があることが記載されている。ＴＩＧ溶接では、
電極と被加工物との間に電圧を印加し、発生するアーク
により被加工物を溶融させて溶接を行うため、溶接トー
チのノズルを透明材料および不透明材料のどちらで形成
しても問題は生じなかった。これに対し、レーザ照射装
置においては、レーザ光を用いて被加工物を加熱するた
め、透明材料で鏡筒やノズルを形成した場合はレーザ光
の乱反射および輻射熱により、被加工物に照射されるレ
ーザ光の入熱量の低下，加工精度の低下および人体への
レーザ光照射障害などが懸念されていた。そのため、従
来はレーザ照射装置の集光レンズを保持する鏡筒部分，
ノズル部分は銅，アルミニウムなどの光学的に不透明な
材料で形成されていた。銅，アルミニウムが選ばれるの
は、有機材料に比べて耐熱性が高く，熱伝導率が良いか
らである。しかし、これら材料は、熱伝導率は高いが光
学的に不透明な材料であるため熱を吸収し、長時間にわ
たって使用する場合は、結果的に温度が上昇してしまう
という問題があった。レーザ照射装置は、レーザ光を非
常に細いビーム径に絞って使用するため、焦点位置のわ
ずかなずれでビーム径が大きくなり正確な溶接が困難に
なることがある。レンズ，鏡筒等の照射部品の熱膨張に
よるわずかな変形でも非常に大きな問題となるのであ
る。

【００１３】本発明者らは、高出力のレーザビームを長
時間連続して使用しても、焦点位置のずれが少ないレー
ザ照射装置について研究し、本発明に到ったものであ
る。すなわち、従来レーザ光軸からの輻射熱による加熱
のため使用できないと思われていた、光学的に透明な材
料を鏡筒，ノズル部材に用いたところ、レーザ光の輻射
熱による温度上昇はほとんど見られず、逆に透明である
ことにより光を鏡筒などへ吸収せずに透過することによ
って、長時間使用しても鏡筒，ノズル，レンズ部分等の
照射部品の温度上昇が非常に少ないことを見い出した。

【００１４】本発明の作用をＹＡＧレーザ装置を例に取
り、図を用いて説明する。レーザ発振器で励起されたレ
ーザが光ファイバーで伝送されてレーザ照射部品の鏡筒
内の結像レンズを透過してシールドガス用のノズルの開
口部から発射され、定位置で焦点を結ぶ。レーザは出力
に応じて被照射材の表面で発熱して加熱，溶融，蒸発し
て各種の材料加工を行う。操作者の安全確保のため、レ
ーザ照射部品はチャンバー内に走行台車等に設置され、
被照射材にレーザを照射する。照射状況はテレビカメラ
などでモニターされレーザ光並びに発熱光の発生状況を
観察して加工の良否を判断する。

【００１５】レーザ光の輻射熱は鏡筒及びノズルに当り
発熱する。レーザ出力の小さい場合は自然冷却で問題な
いが、高出力では経時変化と共に温度上昇をする。鏡筒
とノズルを透明材料で作ることによりレーザ光の輻射熱
や溶融金属の熱線がこれら部品を透過してしまうので温
度上昇は極めて小さい。

【００１６】不透明材料でつくられた鏡筒とノズル部分
の温度上昇を比較するとノズルの方が大きい。従ってノ
ズルは特に透明材料を用いることが望ましく、鏡筒は不
透明材料でも良い場合がある。さらに、高出力のレーザ
加工では透明材料に無反射皮膜処理を施すと共に冷却機
構を設ける必要がある。冷却機構は放熱板を設けたり、
水冷治具を取り付けるのが一般的であるが、それらの材
料も透明材料とすることで過熱を防げる。水冷治具は水
冷構造外壁部分は不透明材料でも良いが、その内壁は鏡
筒と同様に透明材料とする。レーザ光の輻射熱は鏡筒及
び水冷治具の内壁を透過して水冷される。

【００１７】また、鏡筒とノズルの両方、もしくは少な
くともノズルは光学的に透明材料を使用することによ
り、照射施工中のレーザ照射部の加工品質の良否の判定
を、レーザの反射光あるいは溶融金属の発熱光などの観
察をリアルタイムで行うことができるという効果も生じ
る。レーザ光はシールドガスに反応して光輝し、かつ溶
融金属の発熱光も同様な発光現象としてノズル内部に生
じる。その作業環境を暗くすることでこの発光現象は透
明ノズルを通してより明瞭に確認できる。この発光現象
は安定な溶接状況では一定の光輝状態を保つが、被照射
表面の材質変化や表面の幾何学的形状による反射光の変
化ならびにレーザ出力の変動などにより光輝状態が変化
して加工の異常を検知することができる。この発光現象
は遮光ガラスなどを通して直接目視観察できるが、安全
上からテレビカメラなどで間接的に監視するのが望まし
い。さらに、この発光現象の光量を電気信号に変換し
て、その場解析してレーザ発振器にその信号を送り、レ
ーザの出力調整や遮断を行うこともできる。

【００１８】以下に、本発明の実施例を示す。

【００１９】（実施例１）図１はＹＡＧレーザ照射装置
の概略図である。ＹＡＧレーザ発振器１で励起されたＹ
ＡＧレーザ（以下レーザと略記する。）は光ファイバー
２で伝送されて鏡筒４内の結像レンズ５を透過してシー
ルドガス用のノズル７先端の開口部からレーザ光３とし
て発射され、被照射材８表面近傍の定位置で焦点を結
ぶ。これら鏡筒４及びノズル７は加工用のチャンバー９
内の走行台車１０に連結され、そこで照射作業は行われ
る。ノズル７はガス発生源６からＨｅ，Ａｒなどのシー
ルド及び加工用のガスを目的に応じて供給する。照射状
況はテレビカメラ１１でモニターテレビ１２により観察
される。同時に観察で得られた光は電気信号に変換され
てレーザ発振器１にフィードバックされる。

【００２０】図２はレーザ照射部品例の側面とその断面
の拡大図である。光ファイバー２は鏡筒４と一体の光フ
ァイバー支持体４Ｈに固定される。この光ファイバー支
持体４Ｈは不透明材料のアルミニウム合金で作られてい
るが、透明材で作っても良い。本実施例の鏡筒４は透明
ガラスでノズル７はアクリル樹脂の加工性の良い透明材
料で作られている。また、比較のため鏡筒４をアルミニ
ウム合金でノズル７を銅合金の不透明材料で作ったもの
を用意した。鏡筒の直径は１５０mmである。これらのレ
ーザ照射部品を用いてマルチモード，連続波，出力９０
０Ｗ，移動速度１０mm／秒で６０秒間ステンレス鋼SUS3
04被照射材に照射した。シールドガスは、Ａｒガスをシ
ールドガス配管１４を通してノズル７より２０ｌ／min
の流量で結像レンズ５を保護する無反射透明ガラス２２
へ噴出させた。このシールドガスはレーザ光３の焦点位
置で溶融金属の酸化を防ぐ。

【００２１】図３は照射時間と鏡筒ならびにノズル部分
の温度の関係を示すグラフである。不透明材料アルミニ
ウム合金で作った鏡筒４は照射開始と同時に温度が上昇
して、６０秒後には６８℃になったが、透明材料ガラス
で作った鏡筒の同位置の温度は照射前の２０℃とほとん
ど変化は認められなかった。また、ノズル７の中央位置
の温度は不透明材料である銅合金の場合、照射開始６０
秒後は１３８℃，透明材料のアクリル樹脂の場合は２５
℃であった。透明材料の使用がレーザ照射部品の過熱防
止に極めて効果のあることが判明した。

【００２２】図４に鏡筒の温度によるレーザ焦点位置の
レーザ照射方向での変化量を示す。鏡筒温度が６８℃
で、焦点位置が０.８mm 程度変化した。このようなわず
かな焦点位置の変化でも、被照射材表面のレーザビーム
照射位置においては、大きなビーム径変化として現われ
る。また、鏡筒を熱膨張率が全方向で同じに製造するこ
とは困難で、一般的には熱膨張係数が均一ではないた
め、鏡筒温度の上昇に伴いレーザ焦点位置が、レーザ照
射方向に対して、垂直方向に変化する。このような焦点
位置の移動により、溶接の場合は溶接ビードが不揃いに
なり、切断の場合は、切断精度の低下をまねく。

【００２３】また、レーザ光がシールドガスに反応して
光り、かつ溶融金属の発熱光も同様な発光現象としてノ
ズル内部に生じるが、この発光現象は暗黒状態になって
いるチャンバー９内において、透明ノズルを透過して明
瞭にテレビカメラ１１を通してモニターテレビ１２によ
り確認できた。不透明材料で作ったレーザ照射部品では
ノズル先端部での溶融金属の発熱光のみが部分的に観察
されるのみである。

【００２４】（実施例２）実施例１と同じ形状のレーザ
照射部品で鏡筒４は不透明材料アルミニウム合金で作
り、ノズル７のみをアクリル樹脂の透明材料で作った。
マルチモード，出力６００Ｗ，連続波，移動速度１０mm
／秒で６０秒間、ステンレス鋼SUS304被照射材に暗黒チ
ャンバー内で照射した結果、不透明材料で作った鏡筒４
部分の温度は２５℃と僅かに上昇したが、ノズル７の中
央位置の温度は照射前の１５℃とほとんど変化はなかっ
た。出力が小さければ、シールドガスの噴出ノズルのみ
を透明材料とするのみでも過熱防止に極めて効果のある
ことが判明した。また、ノズル内部に生じるレーザ照射
時の発光現象を実施例１と同様、明瞭に確認できた。さ
らに、ノズル部分の温度上昇がなければ、レーザ光輝現
象を観察するのに適当な部分のみを透明材料とするだけ
でも良い。

【００２５】（実施例３）実施例２と同様、鏡筒４は不
透明材料アルミニウム合金で作り、ノズル７のみをガラ
ス、および石英ガラスの透明材料で作った。ガラスで作
ったノズルは筒内面に無反射用皮膜処理を施した。レー
ザはマルチモード，出力９００Ｗ，連続波で移動速度１
０mm／秒で、６０秒間ステンレス鋼SUS304被照射材に照
射した。

【００２６】（実施例４）図５はＹＡＧレーザ照射装置
で透明ガラス製の鏡筒４の部分に過熱防止用の冷却治具
１５を備えたもので、その冷却治具内壁１６は透明アク
リル樹脂である。鏡筒４は冷却水配管１７により冷却水
が供給される。また、外壁はアルミニウム合金の不透明
材料である。これは過度のレーザ放射散乱光を遮るため
である。ノズル７は透明ガラスである。レーザはマルチ
モード，出力１２００Ｗ，連続波で移動速度１０mm／秒
で１２０秒間ステンレス鋼SUS304被照射材に照射した。
このレーザ照射部品においてレーザ光の輻射熱は鏡筒４
と冷却治具内壁１６の透明材料を透過して水冷されるの
で温度上昇は非常に少ない。さらに、ノズル部分の温度
上昇もなく、レーザ光の光輝現象は透明ノズルにより明
瞭にモニターテレビで観察できた。すなわち、この実施
例から高出力で長時間のレーザ出射において、冷却治具
内壁に不透明材料を用いることは冷却効果を高めること
が実証された。 （実施例５）図６は、鏡筒部を円柱形状のアルミニウム
フレーム１８，１９と３枚の石英ガラス２０で形成した
ものである。レーザ光はコンジットチューブ２２を通し
た光ファイバを通じて鏡筒に導かれる。アルミニウムフ
レーム１８，１９は締結ねじ２１で結合されている。こ
のような構造の鏡筒は構造が簡単であるため製造コスト
を低減できる。また、強度の小さいガラスを用いた場合
でも、アルミニウムフレームが補強材となるため機械的
強度の大きいレーザ照射装置とすることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、レーザ光
の出射に伴う輻射熱による部品の温度上昇が小さいの
で、鏡筒，レンズの変形も小さい。その結果、レーザ光
の焦点位置が変化しないので、溶接溶込み深さ，幅など
の寸法が安定した健全な品質のレーザ溶接部、あるいは
レーザ加工部が得られる。

【００２８】本発明の第２の発明によれば、照射施工中
にレーザ照射部の加工品質の良否を判定することが可能
になるので、ノズル内部のレーザの反射光あるいは溶融
金属の発熱光などを明瞭にその場観察することができ、
照射施工時における異常に対して素速く対応することが
できる。従って、信頼性の高い，良好な品質のレーザ溶
接部、あるいはレーザ加工部が得られる。さらに、被照
射表面の反射光やレーザ出力の変動などによる光輝状態
の異常を正確に検知することができ、この光輝現象の光
量を電気信号に変換して、その場解析して発振機に信号
を送り、レーザの出力調整や遮断を瞬時に行うこともで
きる。

【００２９】本発明の第３の発明によれば、コスト，性
能等のバランスに優れたレーザ照射装置が提供できる。

【００３０】本発明の第４の発明によれば、鏡筒，ノズ
ル部の温度上昇をより少なくすることができる。

【００３１】本発明の第５の発明によれば、レーザ照射
装置に用いる鏡筒またはノズルは、レーザ照射装置を長
時間使用しても、焦点位置の変動がなく、従って加工精
度を保持しながら連続加工できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に使用した加工用レーザ照射装置の概
略図。

【図２】実施例１のレーザ照射部品例の鏡筒とノズル部
の側面とその断面図。

【図３】照射時間と鏡筒ならびにノズル部分の温度の関
係を示す結果のグラフ。

【図４】鏡筒温度による焦点位置の変化を示す図。

【図５】水冷機能付きレーザ照射部品の側面とその透視
断面図。

【図６】本発明のレーザ照射装置の一実施例を示す図。

【符号の説明】

１…レーザ発振器、２…光ファイバー、３…レーザ光、
４…鏡筒、４Ｈ…光ファイバー支持体、５…結像レン
ズ、６…ガス発生源、７…ノズル、８…被照射材、９…
チャンバー、１０…走行台車、１１…テレビカメラ、１
２…モニターテレビ、１３…光解析制御装置、１４…シ
ールドガス配管、１５…冷却治具、１６…冷却治具内
壁、１７…冷却水配管、１８，１９…アルミニウムフレ
ーム、２０…石英ガラス、２１…締結ねじ、２２…無反
射透明ガラス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沼 昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石川 文紀 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 玉井 康方 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小出 宏夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を発生させる手段と、発生したレ
   ーザ光を集光レンズに導く手段と、集光レンズを保持
   し、一定位置にレーザ光の焦点を結ばせる手段と、を備
   えるレーザ照射装置において、 前記集光レンズを保持し、一定位置にレーザ光の焦点を
   結ばせる手段が、少なくとも一部が光学的に透明な材料
   から構成されるレーザ照射鏡筒であることを特徴とする
   レーザ照射装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記レーザ照射鏡筒の
   被加工物側に、シールドガスの噴出ノズルを設け、更に
   前記噴出ノズルの少なくとも一部が光学的に透明な材料
   から構成されていることを特徴とするレーザ照射装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の光学的に透明な材
   料がガラス，水晶，石英，合成樹脂から選ばれた一種以
   上からなることを特徴とするレーザ照射装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の光学的に
   透明な材料の表面に無反射皮膜処理が施されていること
   を特徴とするレーザ照射装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記レーザ照射鏡筒の
   外側に冷却用のガスを導くための外筒を備えることを特
   徴とするレーザ照射装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ照
   射装置を用いたレーザ溶接装置。
7. 【請求項７】少なくとも一部が光学的に透明な材料で構
   成されていることを特徴とするレーザ照射装置用の鏡
   筒。
8. 【請求項８】少なくとも一部が光学的に透明な材料で構
   成されていることを特徴とするレーザ照射装置用のノズ
   ル。