JP2004151667A - レーザ加工用光ファイバおよびレーザ光伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ加工に用いるための光ファイバ1であって、コア3の外周に当該コア3よりも屈折率の低いクラッド5を備え、このクラッド5の外周に当該クラッド5よりも屈折率の高いアウターコア7を備え、さらに前記アウターコア7の外周に被覆材9を備えた構成であり、前記被覆材9を除去した端部の外周面に、当該光ファイバ1の端面11から出射したレーザ光LBの戻り光が前記アウターコア7に入射したときに前記戻り光を外部へ漏出するための戻り光漏出部13を備えた構成であり、前記戻り光漏出部13からのレーザ光の漏出を検知するためのセンサ21を備えた構成である。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工用光ファイバ及びそのレーザ光伝達装置に係り、さらに詳細には、例えば金属等のレーザ加工時に、レーザ加工部分から反射される戻り光が光ファイバ内に入射したときに、前記戻り光を外部へ漏出することのできる光ファイバ及び前記戻り光が光ファイバ内に入射したことを検出することのできるレーザ光伝達装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば金属等のワークへレーザ光を照射して適宜のレーザ加工を行うとき、ワークのレーザ加工部からの反射光の一部が戻り光としてレーザ発振器に戻ると、レーザ発振が不安定になる等の不都合があるので、ワークのレーザ加工部からの反射光(戻り光)を検出したときには、例えばシャッターを閉じるなど、レーザ発振を停止する処理が行われている。
【0003】
YAGレーザなど、光ファイバが使用可能なレーザ加工ヘッドにおいては、ワークへレーザ光を出射する光ファイバの他に、ワークのレーザ加工部からの反射光(戻り光)を検出するための光ファイバを備えた構成が開発されている(例えば特許文献1参照)。
【0004】
また、本発明に関係あると思われる先行例がある(例えば特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−239771号公報
【0006】
【特許文献2】
西独国特許第4305313号明細書
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1の構成においては、図3に示すように、光同軸ケーブル101の軸心部にワークに対してレーザ光を照射するための第1の光ファイバ103を備え、この光ファイバ103に隣接して、ワークのレーザ加工部からの反射光(戻り光)を検出するための第2の光ファイバ105を備えた構成である。
【0008】
したがって、第1の光ファイバ103から出射したレーザ光を集光レンズにより集光してワークのレーザ加工を行っているときに、レーザ加工部からの反射光が第2の光ファイバ105に入射すると、戻り光として検出することができるものの、第2の光ファイバ105は第1の光ファイバ103に隣接して設けたものであるから、第1の光ファイバ103に対する真の反射光(戻り光)の検出とはなり得ないという問題がある。
【0009】
また、レーザ加工部からのレーザ光の反射光はビーム品質が劣化しており、集光レンズにより光ファイバの出射端面上に集光されたとき、この集光径は光ファイバにおけるコア径より大きく、かつ光ファイバの出射端面に対する集光角度は臨界角度以内とは限らないので、光ファイバに反射光が入射されると、光ファイバにおけるクラッド側に漏洩し、ときとして光ファイバにおれる被覆材を焼損することがある。
【0010】
前記特許文献2の構成は、図4に示すように、レーザ発振器からのレーザ光LBを集光レンズ111により集光して光ファイバ113の入射端115に入射するとき、光ファイバ113におけるコア外周のクラッド117に入射したレーザ光のエネルギー密度の低い部分を、前記クラッド117の外周面に備えた媒質119から漏洩させる構成である。
【0011】
したがって、光ファイバ113に対してレーザ光LBを入射するときにクラッド117の部分に入射されたレーザ光の一部が漏洩して被覆材121を焼損するようなことは防止できるものの、前記媒質119を設けた部分は光ファイバ113よりも大径になるので、筒状の支持部材123にアパーチャ125によって支持する場合、前記アパーチャ125と光ファイバ113との間にクリアランスを生じ、支持の安定性に欠ける問題があると共に組立てが厄介であるという問題がある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項1に係る発明は、レーザ加工に用いるための光ファイバであって、コアの外周に当該コアよりも屈折率の低いクラッドを備え、このクラッドの外周に当該クラッドよりも屈折率の高いアウターコアを備え、さらに前記アウターコアの外周に被覆材を備えた構成であり、前記被覆材を除去した端部の外周面に、当該光ファイバの端面から出射したレーザ光の戻り光が前記アウターコアに入射したときに前記戻り光を外部へ漏出するための戻り光漏出部を備えた構成である。
【0013】
請求項2に係る発明は、コアの外周に当該コアよりも屈折率の低いクラッドを備え、このクラッドの外周に当該クラッドよもり屈折率の高いアウターコアを備え、さらに前記アウターコアの外周に被覆材を備えた構成の光ファイバにおいて前記被覆材を除去した端部を、コネクタ用ケーシング内に備えた複数のアパーチャにより支持して設け、前記光ファイバの端面から出射したレーザ光の戻り光が前記アウターコアに入射したときに前記戻り光を外部へ漏出するための戻り光漏出部を、前記複数のアパーチャの間において前記アウターコアの外周面に備えた構成である。
【0014】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載のレーザ光伝達装置において、前記戻り光漏出部からのレーザ光の漏出を検知するためのセンサを、前記コネクタ用ケーシングに備えた構成である。
【0015】
請求項4に係る発明は、請求項2又は3に記載のレーザ光伝達装置において、前記戻り光漏出部は、アウターコア外周面を粗面に形成した構成である。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1を参照するに、本発明の実施の形態に係る光ファイバ1は、レーザ加工に用いられる高出力レーザ光を伝達するための光ファイバであって、石英ガラスからなるコア3の外周に当該コア3の屈折率(例えば1.452)よりも屈折率(例えば1.439)の低い石英ガラスよりなるクラッド5を備え、このクラッド5の外周に前記コア3と屈折率が同一のアウターコア7をを備え、さらにアウターコア7の外周にUV樹脂等よりなる被覆材9を備えた構成である。
【0017】
前記光ファイバ1において、前記被覆材9を除去した出射端側の端部付近の外周面には、前記出射端の端面11から出射されたレーザ光LBの戻り光(ワークのレーザ加工部からの反射光)が前記アウターコア7に入射したときに、前記戻り光を外部へ漏出するための戻り光漏出部13が備えられている。
【0018】
前記戻り光漏出部13は、前記アウターコア7の鏡面である外周面の一部を粗面に形成したもので、その位置は、前記端面11から2mm〜50mmの位置を一端として3mm〜40mmの長さである。
【0019】
前記構成において、前記光ファイバ1の出射端側には、端面11から出射されたレーザ光LBを集光する集光レンズ(図示省略)を備えた加工ノズル(図示省略)が配置されるものであり、前記集光レンズによって集光したレーザ光をワークに照射することによってワークのレーザ加工が行われるものである。
【0020】
ワークのレーザ加工時には、ワークのレーザ加工部分から反射される戻り光があり、ワークとして例えばアルミニウムや銅などの金属においては炭素鋼等よりも反射光が多いものである。前記反射光(戻り光)が光ファイバ1の前記端面11に入射されるとき、前記端面11に対する反射光の入射角は一定ではないので、高出力の反射光(戻り光)の一部がアウターコア7から漏出して被覆材9を焼損することがあると共に、レーザ発振器の安定したレーザ発振を阻害することがある。
【0021】
前述のごとく出射端の端面11から反射光が光ファイバ1に入射されると、反射光の一部はコア3内をレーザ発振器方向へ進行し、また一部はアウターコア7内をレーザ発振器側へ進行することになる。前記端面11からアウターコア7内に入射された戻り光はアウターコア7内を伝搬し、前記戻り光漏出部13の部分に達すると、戻り光漏出部13は粗面に加工してあるので、当該戻り光漏出部13においての内側への反射が阻害され、アウターコア7の外部へ漏出されることになる。
【0022】
したがって、光ファイバ1の端面11から入射した戻り光が前記被覆材9の位置に達することが阻害されることとなり、戻り光の漏出によって被覆材9が焼損することを防止できるものである。
【0023】
前述のごとく、ワークのレーザ加工部からの反射光(戻り光)が光ファイバ1の端面11から入射されると、前記戻り光漏出部13から戻り光が外部へ漏出するので、戻り光漏出部13からの戻り光漏出を検出することにより、反射光を検出でき、反射光を検出したときに、例えばレーザ発振器のレーザ発振を停止することにより安定したレーザ加工を行い得るものである。
【0024】
そこで、前記戻り光漏出部13からの戻り光の漏出を検出するために、図2に示すように、前記光ファイバ1の出射端側の端部を、例えば加工ノズルとの接続用の筒状のコネクタケーシング15内に複数のアパーチャ17A,17Bにより支持した構成とする。この際、前記アパーチャ17A,17Bに設けた孔19に前記光ファイバ1を挿通し、前記戻り光漏出部13の両端に前記アパーチャ17A,17Bが位置する構成とする。
【0025】
前記戻り光漏出部13はアウターコア7の外周面を粗面に加工したにすぎないものであって、戻り光漏出部13の径は光ファイバ1の径と同一又は微小量小径になるので、前述のようにアパーチャ17A,17Bの孔19に光ファイバ1を挿通するとき、容易に挿通することができるものである。また、孔19と光ファイバ1との間のクリアランスは微小なものであって、安定した支持構成となるものである。
【0026】
前記アパーチャ17A,17Bの間のコネクタ用ケーシング15の内面は、前記戻り光漏出部13から漏出した戻り光によって加熱され温度が上昇するものである。したがって、戻り光が戻り光漏出部13から漏出したことを検出するセンサ21の一例として、前記ケーシング15内に温度センサが埋設されている。
【0027】
上記構成により、ワークの加工部からの反射光(戻り光)が光ファイバ1の出射端の端面に入射すると、前述したように光ファイバ1におけるアウターコア7の戻り光漏出部13から漏出し、センサ21によって検知されたときに、レーザ発振器によるレーザ発振を停止したり、光路内のシャッタを閉動作してレーザ光の出力を停止でき、安定したレーザ加工を行うことができるものである。
【0028】
ところで、前記光ファイバ1は、前述したようにコア3,クラッド5及びアウターコア7を備えた三重構造に構成してあるので、入射端側でレーザ光をコア3に入射すると、レーザ光はコア3内を伝搬して出射端側に至るものであり、アウターコア7に形成した前記戻り光漏出部13の影響を受けることはなく、良好なレーザ加工を行い得るものである。そして、出射端側の端面に戻り光が入射したときには光ファイバ1の外部へ容易に漏出させることができ、戻り光の検出を容易に行い得るものである。
【0029】
以上のごとき説明より理解されるように、光ファイバが三重構造であることにより、光ファイバ自体に戻り漏出部を形成した構成であっても、レーザ加工のために入射端に入射されたレーザ光に悪影響を与えるようなことがなく、また光ファイバへの真の戻り光を検知することができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【0030】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、入射端に入射されたレーザ光を出射端側へ何等の問題なく伝搬し、かつレーザ加工部からの光ファイバへの戻り光の検出を容易に行うことができると共に光ファイバの被覆材の焼損を防止することができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る光ファイバの出射端側の断面説明図である。
【図2】光ファイバをコネクタ内に組入れた状態を示す説明図である。
【図3】従来のレーザ加工機における光ファイバの出射端の端面を示す説明図である。
【図4】従来の光ファイバ端部の支持構造を示す説明図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ
3 コア
5 クラッド
7 アウターコア
9 被覆材
11 端面
13 戻り光漏出部
15 ケーシング
17A,17B アパーチャ
21 センサ
Claims (4)
- レーザ加工に用いるための光ファイバであって、コアの外周に当該コアよりも屈折率の低いクラッドを備え、このクラッドの外周に当該クラッドよりも屈折率の高いアウターコアを備え、さらに前記アウターコアの外周に被覆材を備えた構成であり、前記被覆材を除去した端部の外周面に、当該光ファイバの端面から出射したレーザ光の戻り光が前記アウターコアに入射したときに前記戻り光を外部へ漏出するための戻り光漏出部を備えたことを特徴とするレーザ加工用光ファイバ。
- コアの外周に当該コアよりも屈折率の低いクラッドを備え、このクラッドの外周に当該クラッドよもり屈折率の高いアウターコアを備え、さらに前記アウターコアの外周に被覆材を備えた構成の光ファイバにおいて前記被覆材を除去した端部を、コネクタ用ケーシング内に備えた複数のアパーチャにより支持して設け、前記光ファイバの端面から出射したレーザ光の戻り光が前記アウターコアに入射したときに前記戻り光を外部へ漏出するための戻り光漏出部を、前記複数のアパーチャの間において前記アウターコアの外周面に備えたことを特徴とするレーザ光伝達装置。
- 請求項2に記載のレーザ光伝達装置において、前記戻り光漏出部からのレーザ光の漏出を検知するためのセンサを、前記コネクタ用ケーシングに備えたことを特徴とするレーザ光伝達装置。
- 請求項2又は3に記載のレーザ光伝達装置において、前記戻り光漏出部は、アウターコア外周面を粗面に形成した構成であることを特徴とするレーザ光伝達装置。
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