CN117241910A - 激光加工头及激光加工装置 - Google Patents

Abstract

转换元件(71)对从外部供给并从喷嘴(215)射出的激光射束(Ls)的射束轮廓进行转换。支架(61)保持转换元件(71)。在轴(62)的前端连结有支架(61)。致动器(64)使轴(62)移动，使得转换元件(71)相对于激光射束(Ls)的光束(Ls1)进入及退避。在轴(62)的内部形成有第一流路(FR1)和第二流路(FR2)，该第一流路能够使成为制冷剂(FL1)的流体从根部侧向支架(61)侧流动，该第二流路能够使在第一流路(FR1)中流动的流体以从轴(62)的支架(61)侧向根部侧返回的方式流动。

Description

激光加工头及激光加工装置

技术领域

本公开涉及激光加工头和激光加工装置。

背景技术

在专利文献1中记载了一种激光加工头，其具备将激光射束的射束轮廓转换为预定的射束轮廓的光学元件、和保持该光学元件并使其相对于激光射束的光束出入的驱动部。专利文献1所记载的激光加工头通过将转换射束轮廓的光学元件插入激光射束的光束，能够将射出的激光射束的射束轮廓转换为与插入于该光束的光学元件对应的射束轮廓。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-116603号公报

发明内容

热透镜效应是当激光射束被物质吸收而其能量转换为热时，物质的温度上升而密度或折射率发生变化的现象。插入到激光射束的光束中的光学元件不会使全部的激光射束透过，因此通过吸收激光射束的一部分而转换的热能而升温。热从升温后的光学元件传递到保持光学元件的驱动部的保持部件，该保持部件升温而热膨胀。

当光学元件过度升温时，由于热透镜效应，激光射束的焦点位置变动到无法忽视的程度。另外，由于保持部件过度热膨胀，可能产生光学元件的光轴中心大幅偏移等无法忽视的不良情况。这些现象导致激光加工中的加工精度和加工的稳定性降低这样的不良情况。

因此，期望一种激光加工头和激光加工装置，其能够转换激光射束的射束轮廓，并且难以产生由热透镜效应或热传导产生的加工不良。

一个或一个以上的实施方式的第一方案提供一种激光加工头，其具备：转换元件，其对从外部供给并从喷嘴射出的激光射束的射束轮廓进行转换；支架，其保持所述转换元件；轴，其在前端连结有所述支架；致动器，其使所述轴移动，使得所述转换元件相对于所述激光射束的光束进入以及退避；第一流路，其形成于所述轴的内部，且能够使成为制冷剂的流体从所述轴的根部侧朝向所述支架侧流动；以及第二流路，其能够使在所述第一流路中流动的所述流体以从所述轴的所述支架侧向所述根部侧返回的方式流动。

根据第一方案，在与保持转换元件的支架连结的轴的内部具有使制冷剂朝向支架流动的第一流路和从支架侧返回的第二流路，因此通过使制冷剂在第一流路及第二流路中流动，能够良好地冷却轴、支架及转换元件。

一个或一个以上的实施方式的第二方案提供一种激光加工装置，其具备：激光振荡器，其输出激光射束；激光加工头，其具有对从所述激光振荡器供给的所述激光射束的射束轮廓进行转换的转换元件；以及制冷剂供给装置，其向所述激光加工头供给制冷剂，所述激光加工头具备：支架，其保持所述转换元件；轴，其在前端连结有所述支架；致动器，其使所述轴移动，使得所述转换元件相对于所述激光射束的光束进入以及退避；第一流路，其形成于所述轴的内部，且能够使从所述制冷剂供给装置供给的所述制冷剂从所述轴的根部侧朝向所述支架侧流动；以及第二流路，其能够使在所述第一流路中流动的所述制冷剂以从所述轴的所述支架侧向所述根部侧返回的方式流动。

根据第二方案，在与保持转换元件的支架连结的轴的内部具有使制冷剂朝向支架流动的第一流路和从支架侧返回的第二流路、以及向第一流路供给制冷剂的制冷剂供给装置，因此通过使制冷剂在第一流路以及第二流路流动，能够良好地冷却轴、支架以及转换元件。

根据一个或一个以上的实施方式所涉及的激光加工头及激光加工装置，能够转换激光射束的射束轮廓，并且难以产生由热透镜效应或热传导产生的加工不良。

附图说明

图1是表示作为一个或一个以上的实施方式的激光加工装置的实施例的激光加工装置91的整体结构的图。

图2是激光加工装置91所具备的激光加工头2的纵剖视图。

图3是从前侧观察图2中的S3-S3位置的俯视图，是表示激光加工头2所具备的轮廓转换装置5的第一方式的图。

图4是表示轮廓转换装置5的第二方式的俯视图。

图5是表示激光加工头2所具备的冷却部RK的图，图5的(a)是图3中的S5a-S5a位置处的剖视图，图5的(b)是图5的(a)中的S5b-S5b位置处的剖视图。

图6是表示轮廓转换装置5所具备的转换元件移动部6的热传递方式的第一剖视图。

图7是表示转换元件移动部6的热传递方式的第二剖视图。

图8是表示温度的时间变化的曲线图，图8的(a)表示实施例的轮廓转换装置5的情况下的温度变化，图8的(b)表示比较例中的温度变化。

图9是表示作为冷却部RK的变形例1的冷却部RKA的图，图9的(a)是局部剖视图，图9的(b)是图9的(a)中的S9b-S9b位置处的剖视图。

图10是表示作为冷却部RK的变形例2的冷却部RKB的图，图10的(a)是局部剖视图，图10的(b)是图10的(a)中的S10b-S10b位置处的剖视图。

图11是表示作为冷却部RK的变形例3的冷却部RKC的图，图11的(a)是局部剖视图，图11的(b)是图11的(a)中的S11b-S11b位置处的剖视图。

图12是表示作为冷却部RK的变形例4的冷却部RKD的图，图12的(a)是局部剖视图，图12的(b)是图12的(a)中的S12b-S12b位置处的剖视图。

图13是图12的(a)中的S13-S13位置处的剖视图。

具体实施方式

(实施例)

通过实施例的激光加工头2和具备该激光加工头2的激光加工装置91来说明一个或一个以上的实施方式所涉及的激光加工头和激光加工装置。图1是表示作为一个或一个以上的实施方式所涉及的激光加工装置的实施例的激光加工装置91的结构的框图。激光加工装置91构成为包括激光振荡器1、激光加工头2、NC(Numerical Control：数控)装置3、头驱动部4、操作部31以及制冷剂供给装置8。NC装置3是控制装置的一例。

激光振荡器1例如通过光纤激光器生成预定波段的激光射束Ls。所生成的激光射束Ls经由光缆1a和耦合器1b被提供给激光加工头2。激光振荡器1不限于光纤激光振荡器，也可以是固体激光振荡器、直接二极管激光振荡器等。

图2是激光加工装置91所具备的激光加工头2的纵剖视图。在图2中用箭头规定上下前后的各方向。左方为纸面近前侧，右方为纸面里侧。

如图1和图2所示，激光加工头2具有耦合器连接部23、轮廓转换装置5、壳体21、准直透镜驱动部22、聚焦透镜驱动部24以及光学元件组7。光学元件组7构成为包括射束轮廓转换元件71、准直透镜72、弯曲镜73以及聚焦透镜74。以下，将射束轮廓转换元件71称为转换元件71。

如图2所示，耦合器连接部23的一端侧与耦合器1b连接，另一端侧与轮廓转换装置5连结。轮廓转换装置5具备转换元件移动部6。转换元件移动部6具有基座部51、光圈52、转换元件71。转换元件71通过转换元件移动部6的动作而相对于激光射束Ls的光束进入和退避。轮廓转换装置5的详细情况后述。

壳体21具有管状的第一壳体212及第二壳体213，且形成为L字状。第一壳体212的一端侧与轮廓转换装置5的基座部51连结。第一壳体212具有准直透镜72以及使准直透镜72移动的准直透镜驱动部22。在第一壳体212的另一端侧的内部形成有45°的倾斜面212a，在倾斜面212a安装有弯曲镜73。第二壳体213以一端侧与第一壳体212的另一端部正交的方式连结。在成为第二壳体213的另一端的前端安装有喷嘴支架214，在喷嘴支架214装卸自如地安装有喷嘴215。

在激光加工头2的内部，从耦合器1b侧起依次配置有光圈52、转换元件71、准直透镜72、弯曲镜73以及聚焦透镜74。

从激光振荡器1提供的激光射束Ls作为发散光从耦合器1b射出到轮廓转换装置5的基座部51的内部。作为发散光射出的激光射束Ls通过光圈52的开口部52a，根据准直透镜72的调整位置而成为平行光或具有发散角或会聚角的光。角度调整后的激光射束Ls由弯曲镜73反射而进入第二壳体213内，以通过聚焦透镜74在预定的焦点位置聚焦的方式从喷嘴215朝向作为被加工部件的工件W射出。

转换元件71在对激光射束Ls的光束Ls1转换射束轮廓的情况下插入到光圈52与准直透镜72之间。

准直透镜驱动部22具有包含马达21g的驱动部22K。驱动部22K将马达21g的旋转运动转换为直线移动，使准直透镜72沿光束Ls1的光轴CL1方向移动(参照箭头DR1)。

聚焦透镜74通过聚焦透镜驱动部24的动作而沿光轴CL1的方向直线移动(参照箭头DR2)。通过聚焦透镜74的光轴CL1的方向的移动，调整从喷嘴215向外部射出的激光射束Ls的焦点位置。

转换元件移动部6使对从激光振荡器1供给的激光射束Ls的射束轮廓进行转换的光学元件即转换元件71在相对于激光射束Ls的光束Ls1进入的进入位置与退避的退避位置之间进退。

接下来，除了图2之外，还参照图3～图7对具有转换元件移动部6的轮廓转换装置5进行详述。图3是从前侧观察图2中的S3-S3位置的俯视图，是表示激光加工头2所具备的轮廓转换装置5的第一方式的图。图4是表示轮廓转换装置5的第二方式的俯视图。图5是表示激光加工头2所具备的冷却部RK的图，是图3中的S5-S5位置处的剖视图。图6是表示轮廓转换装置5所具备的转换元件移动部6的热传递方式的第一剖视图。图7是表示转换元件移动部6的热传递方式的第二剖视图。

如图3所示，轮廓转换装置5具有基座部51和转换元件移动部6。基座部51由铝等金属形成，具有以左右细长的形状形成为板状的细板部511和与细板部511的长度方向前端部连结的方格状的基座512。在此，基座部的金属材质由热传导率高的元素构成即可，若仅考虑这一点，则除了铝以外，还能够选择银、铜、金、镁、锌等。在此，作为基座部51的金属材质，根据成本、安全性以及热传导率的效率来选择铝。在基座部的体积比较小的情况下，也可以选择铜。

在图2中，在图2中未图示的细板部511配置为相对于光轴CL1向纸面近前侧即左方延伸。

基座512具有矩形的底部512a和从底部512a的各边以矩形框状朝向前方竖立设置的框壁部512b。基座512在底部512a具有以成为激光射束Ls的光轴CL1的位置为中心的大致圆形的贯通孔51a(参照图2)。光圈52以从前方侧覆盖贯通孔51a的方式安装，在中央具有作为预定面积的圆形的光圈孔的开口部52a。

在基座512的贯通孔51a的内表面中的比光圈52靠耦合器1b侧形成有空气喷出部53。在该例中，空气喷出部53构成为包括：在左右方向上排列设置的三个通气孔53a～53c；以及前端分支为三个并分别向通气孔53a～53c并列地供给空气的空气供给部53d。空气是从未图示的压缩机等供给源供给的经除尘的干燥空气。从通气孔53a～53c喷出的空气在激光加工头2内以比外部空气高压的状态流动，防止尘埃附着于光学元件组7等。

转换元件移动部6构成为包括转换元件71、支架61和轴62以及作为具有滑块63的线性致动器的致动器64。转换元件71是由石英构成的圆形薄板状的部件，且转换激光射束Ls的射束轮廓。支架61保持转换元件71，使得转换元件71的光轴CL71平行于激光射束Ls的光轴CL1。支架61是在俯视时呈大致矩形的金属部件。

如图5所示，支架61具有容纳转换元件71的阶梯孔61a。将转换元件71插入于阶梯孔61a，经由弹簧部件611利用螺栓613将按压凸缘612螺纹固定于支架61，由此转换元件71被容纳保持于支架61。

如图3所示，轴62由不锈钢等金属形成为左右延伸的棒状，在右端连结有支架61。在基座512的框壁部512b的左壁形成有贯通孔512c，轴62插通贯通孔512c，支架61位于由框壁部512b包围的内部空间。

轴62的左端部与致动器64的滑块63连结。致动器64根据来自第一空气供给口641及第二空气供给口642的空气的供给状况而使滑块63以预定的行程向左右移动(参照箭头DR3)。致动器64的动作由NC装置3控制。通过滑块63的移动，与滑块63连结的支架61也左右移动。

图3表示通过滑块63的移动，支架61位于移动到预定行程的最右端的进入位置的状态，图4表示支架61位于移动到预定行程的最左端的退避位置的状态。即，转换元件71通过致动器64的动作而在相对于激光射束Ls的光束Ls1进入的进入位置与退避的退避位置之间移动。

在滑块63上，在外观上设置有供流体流入的流入口631和供流体流出的流出口632。在流入口631连接有来自制冷剂供给装置8的制冷剂供给路8a。

如图3所示，在支架61位于进入位置时，转换元件71的光轴CL71与激光射束Ls的光轴CL1一致。在支架61位于进入位置时，激光射束Ls的光束Ls1的截面的整体包含在转换元件71的有效区域内，光束Ls1的射束轮廓被转换为与转换元件71固有的转换特性对应的射束轮廓。如图4所示，当支架61处于退避位置时，不仅转换元件71而且支架61也处于不与激光射束Ls的光束Ls1接触的位置。

如图5所示，在滑块63的右端部安装有接头633，轴62的左端部与接头633连结。接头633具有连结通路6331和连结通路6332。

转换元件移动部6具有用于冷却支架61和轴62的冷却部RK。冷却部RK构成为包括盲孔62a、管621、连结通路6331、连结通路6332、连结路631a、连结路632a、流入口631以及流出口632。流入口631与制冷剂供给装置8之间通过制冷剂供给路8a连接。

盲孔62a是在轴62的左端面开口且沿着轴心形成为直线状的非贯通的凹部。盲孔62a的作为出口的左端与形成于接头633的L字状的连结通路6332连接。盲孔62a位于底部62a1超过轴62的长度方向中央且接近支架61的位置。连结通路6332与流出口632连接。

管621是左端支承于接头633且与盲孔62a平行地插入于盲孔62a的内部的管状部件。管621以不与盲孔62a的内表面接触的方式配置。例如，管621的轴线CL21与盲孔62a的轴线CL2一致。管621的贯通孔即孔621a的内部空间(第一空间)是制冷剂FL1能够流动的第一流路FR1。作为管621的外表面与盲孔62a的内表面之间的空间(第二空间)的空间V是制冷剂FL1能够流动的第二流路FR2。

管621的外径及孔621a的内径和盲孔62a的内径例如可以设定为，在与轴线CL2正交的截面中，第一流路FR1的截面积与第二流路FR2的截面积大致一致。管621的前端部621b未到达盲孔62a的底部62a1，作为底部62a1与管621的间隙，形成有第一流路FR1与第二流路FR2连接的连接流路FR3。即，成为管621的孔621a的右端的第二开口部621d在盲孔62a的内部开口。

将管621的前端部621b与盲孔62a中的具有均匀的内径的部位的前端位置(即，盲孔62a中的除了直径依次变小的前端部以外的部位的前端位置)在轴线CL2方向上的距离设为间隙距离Da。间隙距离Da被设定为从第一流路FR1流出的流体等制冷剂FL1通过连接流路FR3而尽可能不停滞地向第二流路FR2流动。

成为管621的孔621a的左端的第一开口部621c与连结通路6331连接。连结通路6331与流入口631连接。

从制冷剂供给装置8供给的制冷剂FL1在冷却部RK中流动。制冷剂FL1吸收由于激光射束Ls的通过而升温的转换元件71、支架61以及轴62的热并向外部排出。将因激光射束Ls而升温的至少包括转换元件71、支架61以及轴62的部件组统称为升温部件SB。

通过冷却部RK和制冷剂供给装置8的冷却作用来抑制升温部件SB的温度上升。对该冷却部RK等的作用等进行具体说明。

制冷剂供给装置8通过制冷剂供给路8a将制冷剂FL1向外部供给。制冷剂FL1例如是流体，具体而言是水。以下，将制冷剂FL1作为水FL1进行说明。水FL1例如为常温。常温为20℃以上且35℃以下的温度。即，如图5的(a)所示，制冷剂供给装置8将水FL1经由制冷剂供给路8a向流入口631连续地供给。制冷剂供给装置8的水FL1的供给动作由NC装置3控制。

供给到流入口631的水FL1经由连结通路6331从管621的第一开口部621c流入孔621a。水FL1在第一流路FR1内流动(参照箭头DR4)而朝向前端的第二开口部621d。水FL1从第二开口部621d流出而流入盲孔62a内的连接流路FR3后，使流动方向反转(参照箭头DR5)，在管621的外表面与盲孔62a的内表面之间的环状的第二流路FR2中流动(参照箭头DR6)。水FL1经由连结通路6332从流出口632向外部作为排出制冷剂即排出水FL2而排出。

如图6所示，在转换元件71位于进入位置时，激光射束Ls的光束Ls1通过转换元件71。此时，转换元件71将激光射束Ls的一部分作为热能吸收而升温。随着转换元件71的温度上升，其热量通过热传导以放射状移动到保持转换元件71的支架61(参见箭头tm11)，并且支架61的温度也上升。移动到支架61的热通过热传递而向与支架61连结的轴62移动(参照箭头tm12)。

在轴62的内部形成有盲孔62a，水FL1在盲孔62a的内部流动。因此，轴62的热通过热传递从盲孔62a的内表面移动到水FL1(参照箭头tm13)。由此，水FL1的温度上升，轴62的温度上升被抑制。

支架61和轴62的温度上升除了因激光射束Ls通过转换元件71而产生以外，还因以下现象而产生。例如，有时激光加工头2中的比转换元件71靠下游侧的内表面处的扩散反射所引起的杂散光tm2(参照图7)照射到支架61和轴62而温度上升。另外，有时在转换元件71的入射面71a和与该入射面71a对置的光圈52之间反复反射的杂散光tm3(参照图7)照射到支架61以及轴62而温度上升。

由于杂散光tm2及杂散光tm3而温度上升的支架61及轴62的热向在第二流路FR2中流动的水FL1传递。因此，水FL1的温度上升而抑制支架61及轴62的温度上升。但是，在这些现象中向升温部件SB供给的热量比较小，升温部件SB的温度上升的主要原因是转换元件71中的激光射束Ls的通过。因此，在激光射束Ls向工件W的通常的照射状态下，关于升温部件SB的温度上升，转换元件71最大，接着成为支架61、轴62的顺序。

这样，具有冷却部RK的激光加工头2能够良好地抑制升温部件SB的温度上升。

图8是表示温度的时间变化的曲线图，图8的(a)表示使用实施例的轮廓转换装置5时的温度变化，图8的(b)表示比较例中的温度变化。即，图8的(a)是表示在具有冷却部RK的轮廓转换装置5中，将转换元件71设为进入位置，从激光振荡器1输出激光射束Ls之后的支架61和外部空气的温度上升的时间变化的曲线图。图8的(b)是表示在除了不具有冷却部RK以外结构相同的轮廓转换装置中，将转换元件71设为进入位置，从激光振荡器1输出激光射束Ls之后的支架61和外部空气的温度上升的时间变化的曲线图。在各曲线图中，经过时间为20分钟。

如图8的(a)所示，在具备冷却部RK的情况下，在经过时间为0分钟时，对于约23℃的外部空气和支架61，支架61升温至经过时间为10分钟左右，在经过时间为10分钟以后，保持在饱和温度约33℃。如图8的(b)所示，在不具备冷却部RK的情况下，经过时间为0分钟时23℃的外部空气和支架61随着支架61的时间经过而升温，即使经过时间20分钟时达到约45℃也未达到饱和而持续上升。

比较图8的(a)和图8的(b)可知，通过具有冷却部RK，能够良好地抑制转换元件71和支架61等升温部件SB的温度上升。由此，激光加工头2的转换元件71的热透镜效应变得微小，激光射束Ls的焦点位置的变动等能够抑制为实用上没有障碍的程度，不会产生不良情况。另外，支架61以及轴62的热膨胀也变得微小，转换元件71的光轴中心的偏移能够抑制为实用上没有障碍的程度，不会产生不良情况。因此，具有冷却部RK的激光加工头2和激光加工装置91能够转换激光射束Ls的射束轮廓，并且难以产生加工的不良情况。

冷却部RK使从流入口631流入的来自升温部件SB的热被传递之前的较低的温度的水FL1通过管621的第一流路FR1，在靠近温度上升最大的转换元件71的轴62的前端附近流入盲孔62a内。因此，水FL1与最初接触的升温部件SB即轴62的温度差大。因此，从轴62向水FL1传递的热量多，能够高效率地抑制升温部件SB的温度上升。

水FL1的流动方向也可以相反。即，将水FL1从流出口632注入第二流路FR2并使其在第二流路FR2中朝向支架61流动。在第二流路FR2中流动的水FL1通过连接流路FR3而在管621的内部空间即第一流路FR1中朝向轴62的根部侧流动，并从流入口631排出。在该流动方向的情况下，水FL1随着在第二流路FR2中朝向支架61流动，热量从轴62移动而升温，在到达支架61附近时，温度比注入时刻上升。因此，在比支架61更高效地吸收轴62的热的情况下是有效的。

这样，热传导的方式根据水FL1的流动方向而变化，因此通过使流动方向适当反转，能够矫正升温部件SB的冷却方式的偏差。

如上所述，在使管621的内径及外径和盲孔62a的内径与轴线CL2正交的截面中，使第一流路FR1的截面积和第二流路FR2的截面积大致一致即可。由此，能够使在第一流路FR1和第二流路FR2中流动的水FL1的流量及流速大致恒定，难以产生停滞。因此，从轴62向水FL1的热传递以高效率进行，能够更良好地抑制升温部件SB的温度上升。

本发明的实施例并不限定于上述的结构，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内作为变形例。

(变形例1)

如图9所示，转换元件移动部6也可以是代替冷却部RK而具备冷却部RKA的变形例1的转换元件移动部6A。图9是表示作为冷却部RK的变形例1的冷却部RKA的图，图9的(a)是局部剖视图，图9的(b)是图9的(a)中的S9b-S9b位置处的剖视图。

转换元件移动部6A具有代替轴62的轴62A，轴62A具有盲孔62Aa和分隔壁6A1。分隔壁6A1是以将盲孔62Aa内的除了底部附近以外的空间一分为二的方式沿直径方向配置的薄板状部件。盲孔62Aa的内部空间被分隔壁6A1分割为第一流路FR1和第二流路FR2，分隔壁6A1未到达的底部附近的空间成为连接第一流路FR1和第二流路FR2的连接流路FR3。

在该结构中，当向第一流路FR1注入常温的水FL1时，水FL1在连接流路FR3中转换方向，通过第二流路FR2而作为排出水FL2从流出口632(在图9中未图示)向外部流出。由此，水FL1在第一流路FR1、连接流路FR3以及第二流路FR2中流动的期间，从盲孔62Aa的内表面传递热而升温，取而代之，作为升温部件SB的转换元件71、支架61以及轴62A的温度上升被抑制。

变形例1的冷却部RKA即使在轴62A比较细而无法将管插入盲孔62Aa的内部的情况下，也能够容易地形成第一流路FR1、第二流路FR2以及连接流路FR3。

(变形例2)

如图10所示，转换元件移动部6也可以是代替冷却部RK而具备冷却部RKB的变形例2的转换元件移动部6B。图10是表示作为冷却部RK的变形例2的冷却部RKB的图，图10的(a)是局部剖视图，图10的(b)是图10的(a)中的S10b-S10b位置处的剖视图。

转换元件移动部6B具有分别代替支架61和轴62的支架61B和轴62B以及管状的管路6B2。轴62B具有不是盲孔的贯通孔62Ba。管路6B2配设成通过贯通孔62Ba内，在径向外侧呈圆弧状包围支架61B的转换元件71，并再次通过贯通孔62Ba内。穿过支架61B内的管路6B2被按压罩6B1按压并容纳于预定位置。

在该结构中，向贯通孔62Ba内的一方的管路6B2注入常温的水FL1。水FL1在管路6B2内朝向支架61B流动(参照虚线箭头DR7)，在支架61B中的转换元件71的径向外侧呈圆弧状流动(参照虚线箭头DR8)，再次在贯通孔62Ba内向反方向流动(参照虚线箭头DR9)，作为排出水FL2从流出口632(在图10中未图示)向外部流出。在该结构中，水FL1不仅从轴62B传递热量，也从支架61B传递热量而升温。由此，抑制作为升温部件SB的转换元件71、支架61B以及轴62B的温度上升。

变形例2的冷却部RKB相对于水FL1在温度上升量大的转换元件71的附近传递热，因此能够更良好地抑制升温部件SB的温度上升。

(变形例3)

如图11所示，转换元件移动部6也可以是代替冷却部RK而具备冷却部RKC的变形例3的转换元件移动部6C。图11是表示作为冷却部RK的变形例3的冷却部RKC的图，图11的(a)是局部剖视图，图11的(b)是图11的(a)中的S11b-S11b位置处的剖视图。

转换元件移动部6C具有代替轴62的轴62C。轴62C通过将半圆柱状的半轴部62C1及半轴部62C2对合而形成为圆柱状。如图11的(a)或图11的(b)所示，半轴部62C1及62C2分别具有横截面为半圆形状且以在长度方向上成为U字状的方式挖出的凹部6C1及6C2。在组合了半轴部62C1和半轴部62C2的轴62C上，形成有凹部6C1与凹部6C2对置并在支架61侧折回的、横截面形状为圆形且在长度方向上呈U字状的流路FRC。

在该结构中，当向流路FRC注入常温的水FL1时，水FL1在支架61的附近折返，并作为排出水FL2而从流出口632(在图11中未图示)向外部流出。由此，水FL1在流路FRC中流动的期间，热量从作为流路FRC的内表面的凹部6C1以及凹部6C2的内表面传递而升温，取而代之，作为升温部件SB的转换元件71、支架61以及轴62C的温度上升被抑制。

变形例3的转换元件移动部6C能够不使用管状部件而形成冷却部RKC，比较廉价。

(变形例4)

如图12所示，转换元件移动部6也可以是代替冷却部RK而具备冷却部RKD的变形例4的转换元件移动部6D。图12是表示作为冷却部RK的变形例4的冷却部RKD的图，图12的(a)是局部剖视图，图12的(b)是图12的(a)中的S12b-S12b位置处的剖视图。图13是图12的(a)中的S13-S13位置处的剖视图。

转换元件移动部6D具有分别代替支架61和轴62的支架61D、按压板61D以及轴62D。支架61D具有容纳转换元件71的圆形的凹部即容纳部61Da。按压板61D1是具有使转换元件71的除了周缘部以外的范围露出的圆形的开口部61Db的薄板。按压板61D由热传导率比支架61D高的金属薄板形成。例如，由铝形成支架61D，由铜板形成按压板61D。

如图12及图13所示，从轴62D的前端延伸出凸缘部62Dd。按压板61D通过螺栓N1将凸缘部62Dd一起紧固而固定于支架61D。通过该结构，转换元件移动部6D的升温后的转换元件71的热量的大部分经由按压板61D向轴62D传递。由此，转换元件71和支架61D的温度上升被良好地抑制。

另一方面，轴62D具有以支架61D侧为底的盲孔62Dc、以及插入到盲孔62Dc的内部的第一管6D2和第二管6D3。第二管6D3比第一管6D2长，插通于第一管6D2的孔内，前端从第一管6D2向支架61D侧突出。

盲孔62Dc的出口侧为具有第一内径的第一孔部62Da，里侧为具有比第一内径小(细)的第二内径的第二孔部62Db。第一管6D2以比第一孔部62Da短的长度配置在第一孔部62Da内。第二管6D3从第一管6D2的前端向支架61D侧延伸，延伸的部分以比盲孔62Dc的底部靠出口侧的位置为前端而配置在第二孔部62Db内。第二管6D3在出口侧通过连结片6D4连结支承于第一管6D2。

在该结构中，将水FL1从与支架61D相反的一侧的端部注入到第一管6D2和第二管6D3的内部。注入到第二管道6D3的水FL1在第二管道6D3内流动(参照箭头DR10)，在靠近盲孔62Dc的底部的位置向盲孔62Dc内流出(参照箭头DR11)，流动方向反转而成为返回流。注入到第一管6D2的水FL1在第一管6D2内流动，在盲孔62Dc的第一孔部62Da与第二孔部62Db的边界附近向盲孔62Dc内流出(参照箭头DR12)。从第一管6D2和第二管6D3流出到盲孔62Dc内的水FL1成为合流后的返回流，作为排出水FL2从流出口632(图12d未图示)流出到外部。

冷却部RKD将向盲孔62Dc内供给水FL1的流路如上述那样设为多个(在该例中为两个)，将水FL1从各流路向盲孔62Dc内流出的位置设为在轴线方向上不同的位置。因此，能够减少长度方向上的偏差而使热从轴62D向水FL1尽可能均匀地传递。由此，在相同的温度减少梯度下，轴62D整体得到了良好的冷却，因此能够良好地抑制支架61D和支架61D所保持的转换元件71的温度上升。

上述的变形例1～变形例4分别具有冷却部RKA～RKD，由此能够利用转换元件71转换激光射束Ls的射束轮廓，并且能够良好地抑制升温部件SB的温度上升。因此，由转换元件71的升温引起的热透镜效应很小，并且激光射束Ls的焦点位置的变化等可以被抑制到在实际使用中没有问题的程度，从而不会出现问题。另外，支架61A～61D以及轴62A～62D的热膨胀也变得微小，转换元件71的光轴的位置偏移能够抑制为实用上没有障碍的程度，不会产生不良情况。

如上所述，具备实施例及变形例1～变形例4的冷却部RK或RKA～RKD的激光加工头2及激光加工装置91能够变更激光射束Ls的射束轮廓，并且难以产生加工不良。

在上述中，说明了将水用作制冷剂FL1的例子，但制冷剂FL1并不限定于水。另外，制冷剂FL1也可以不是流体而是气体。若制冷剂FL1使用水，则能够廉价地应用，容易处理。上述的实施例以及变形例1～变形例4可以在可能的范围内自由地组合。

本申请主张基于在2021年4月16日由日本专利局申请的日本特愿2021-069778号的优先权，其全部公开内容通过引用而引用于此。

Claims (6)

1.一种激光加工头，其特征在于，具备：

转换元件，其对从外部供给并从喷嘴射出的激光射束的射束轮廓进行转换；

支架，其保持所述转换元件；

轴，其在前端连结有所述支架；

致动器，其使所述轴移动，使得所述转换元件相对于所述激光射束的光束进入以及退避；

第一流路，其形成于所述轴的内部，且能够使成为制冷剂的流体从所述轴的根部侧朝向所述支架侧流动；以及

第二流路，其能够使在所述第一流路中流动的所述流体以从所述轴的所述支架侧向所述根部侧返回的方式流动。

2.根据权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，

所述轴具有所述支架侧成为底部的盲孔和配置在所述盲孔的内部的管，

所述管的内部的第一空间是所述第一流路和所述第二流路中的一方的流路，所述盲孔的内表面与所述管的外表面之间的第二空间是另一方的流路。

3.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

激光振荡器，其输出激光射束；

激光加工头，其具有对从所述激光振荡器供给的所述激光射束的射束轮廓进行转换的转换元件；以及

制冷剂供给装置，其向所述激光加工头供给制冷剂，

所述激光加工头具备：

支架，其保持所述转换元件；

轴，其在前端连结有所述支架；

致动器，其使所述轴移动，使得所述转换元件相对于所述激光射束的光束进入以及退避；

第一流路，其形成于所述轴的内部，且能够使从所述制冷剂供给装置供给的所述制冷剂从所述轴的根部侧朝向所述支架侧流动；以及

第二流路，其能够使在所述第一流路中流动的所述制冷剂以从所述轴的所述支架侧向所述根部侧返回的方式流动。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

所述轴具有所述支架侧成为底部的盲孔和配置在所述盲孔的内部的管，

所述管的内部的第一空间是所述第一流路和所述第二流路中的一方的流路，所述盲孔的内表面与所述管的外表面之间的第二空间是另一方的流路。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，

所述第一空间是所述第一流路，所述第二空间是所述第二流路。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

所述制冷剂是水。