JP2786439B2 - レーザ光の光ファイバへの導光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の光ファ
イバへの導光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高出力レーザ光は、たとえば金属板の切
断加工などの用途に用いられる。先行技術では、複数の
光ファイバにレーザ光を分岐導光するために、レーザ光
を半透過するビームスプリッタと全反射ミラーとを組合
せた構成が用いられている。このような先行技術では、
光ファイバの任意の数に対応して、レーザ光を分岐する
ことが困難であり、ビームスプリッタおよび全反射ミラ
ーの組合せを変化して、希望する数の光ファイバにレー
ザ光が分岐されるように構成し直さなければならない。
またレーザ光を、くさび形透明体によって２方向に分岐
する先行技術（特開平３−１６５９９２）があり、この
先行技術も同様な問題を有する。

【０００３】他の先行技術では、たとえばレーザプリン
タなどとして知られているように、低出力のレーザ光
を、ガルバノミラーを用いて高速に走査しており、この
ようなガルバノミラーを高出力レーザ光に関連して用い
たときには、そのガルバノミラーによって反射して走査
されるレーザ光が周囲の物体に照射されて不所望に加熱
を起こすおそれがあり、また光ファイバの入射端の付近
では、その光ファイバを保護する合成樹脂製被覆層など
を損傷するおそれがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光フ
ァイバに、レーザ光を正確に位置決めして導光すること
ができるようにしたレーザ光の光ファイバへの導光装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光の発
生手段と、レーザ光が導かれる位置に、各入射面がそれ
ぞれ配置される光ファイバとを含み、レーザ光の発生手
段と光ファイバの入射端との間に、入射端にレーザ光を
導く第１開口を有し、かつ水冷される第１保護手段と、
第１保護手段よりもレーザ光の下流側で、レーザ光を入
射端に集光するレンズとが設けられることを特徴とする
レーザ光の光ファイバへの導光装置である。

【０００６】また本発明は、レンズと光ファイバの各入
射端との間に、光ファイバの入射端のコア径以下の第２
開口を有する第２保護手段が設けられることを特徴とす
る。

【０００７】また本発明は、光ファイバの入射端付近の
部分には、その光ファイバの外表面に向けて気体を噴射
するノズルを有し、これによって光ファイバが支持され
る気体支持手段が設けられることを特徴とする。

【０００８】また本発明は、気体支持手段よりも前記入
射端から遠去った位置で、光ファイバの外表面に当接し
て支持し、光ファイバの半径方向の位置決めをする位置
決め手段が設けられることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、第２保護手段に、第２開口
の周囲でその第２開口付近で設けられる温度検出素子
と、温度検出素子の出力に応答して、位置決め手段によ
って入射端にレーザ光が入射されるように光ファイバを
位置決め動作させる制御手段とを含むことを特徴とす
る。

【００１０】また本発明は、位置決め手段よりも前記入
射端から遠去った位置で、光ファイバを屈曲してその光
ファイバの外表面を黒色の保持面で保持し、かつ冷却さ
れる漏れ光吸収手段を含むことを特徴とする。

【００１１】また本発明は、レーザ源のレーザ光出力端
の温度を非接触で検出する赤外線温度計と、赤外線温度
計の出力に応答し、検出温度が予め定める温度以上に昇
温したとき、レーザ源の発振を休止させる手段とを含む
ことを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、レーザ光発生手段からの
レーザ光は、光ファイバの入射端に入射されて導光され
る。

【００１３】さらに本発明に従えば、レーザ光を光ファ
イバの入射端に集光するレンズよりも上流側に第１保護
手段を設け、その第１保護手段に形成されている第１開
口を介するレーザ光を、レンズに導くことによって、レ
ーザ光がレンズの周縁に導かれて、レンズ支持部が損傷
することを防ぎ、またレーザ光が光ファイバの入射端か
らずれてその入射端付近に照射されることを防ぎ、光フ
ァイバの損傷を防ぐことができる。この第１保護手段は
水冷することによって、その第１保護手段にレーザ光が
照射されたとき、そのレーザ光を吸収して冷却すること
ができる。

【００１４】本発明に従えば、レンズを通ったレーザ光
は、第２保護手段の第２開口を経て入射端に導かれ、こ
の第２開口は、光ファイバの入射端のコア径以下の内径
を有し、これによってレーザ光はコアにのみ導かれ、そ
の光ファイバのクラッドに光が入射されることを防ぐ。
第２保護手段は、水冷されてもよく、あるいは空冷され
てもよい。

【００１５】さらに本発明に従えば、光ファイバの入射
端付近の部分は、ノズルから噴射される気体、たとえば
空気などによって支持され、こうして光ファイバの入射
端付近の部分は、非接触で支持されて浮上されることに
なる。そのため、光ファイバが把持された状態で保持さ
れる構成ではないので、光ファイバの入射端からずれて
光ファイバがたとえ照射されたとしても、気体支持手段
が損傷されることが避けられる。

【００１６】本発明に従えば、気体支持手段よりも入射
端から遠去った位置、すなわち気体支持手段に関して入
射端とは反対側の位置で、光ファイバを、光ファイバの
外表面に当接する位置決め手段によって支持する。これ
によって光ファイバをその半径方向に変位して位置決め
することを可能にし、こうして入射端の位置を正確に設
定して、レーザ光をコアに正確に導くことを可能にす
る。

【００１７】本発明に従えば、第２保護手段の第２開口
の周囲でその第２開口付近に温度検出素子を設け、第２
開口からずれて第２保護手段に照射されたレーザ光によ
ってその第２保護手段の温度が上昇すると、そのことが
温度検出素子によって検出され、レーザ光が入射端に入
射されるように、その温度検出素子によって検出された
温度が高い位置に近づくように入射端を位置決め手段に
よって移動して位置決めする。こうして入射端にレーザ
光ができるだけ多量に入射されるようにする。

【００１８】本発明に従えば、位置決め手段よりも入射
端から遠去った位置で、したがって位置決め手段に関し
て入射端とは反対側の位置で、漏れ光吸収手段を設け、
この漏れ光吸収手段は、光ファイバを屈曲し、したがっ
てクラッド内の光がそのクラッドを抜け出て漏れ、こう
してクラッドを経て外方に漏れた光は、漏れ光吸収手段
の黒色の保持面に吸収される。したがってその漏れ光吸
収手段よりも入射端とは反対側で光ファイバを被覆して
いる可撓性合成樹脂製被覆層が、クラッドから漏れ出る
レーザ光で焼損することが防がれる。この漏れ光吸収手
段は、水冷または空冷される。

【００１９】さらに本発明に従えば、レーザ源のレーザ
光出力端の温度を、赤外線温度計を用いて非接触で検出
し、この検出温度が予め定める温度以上に昇温したと
き、レーザ源の発振を休止させ、たとえばレーザ源とし
てよう素レーザ源であるときには、レーザ媒質ガスの供
給を休止させ、レーザ発振を停止する。これによってガ
スレーザ源の出力鏡の汚れが生じたときなどのような異
常時に、定常状態の温度に比べて上昇したときには、異
常が生じたものとしてレーザ発振を停止するようにモニ
タリングを行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
全体の構成を示す系統図である。よう素レーザ源１から
の赤外線レーザ光は、安全用シャッタ２からビーム整形
器３を経て、反射鏡４で反射され、チョッパ５でそのレ
ーザ光が通過／遮断され、ガルバノミラー６で反射さ
れ、第１保護手段７の第１開口８および集光レンズ９を
経て、さらに第２保護手段５７（後述の図１３および図
１５参照）の第２開口６８を経て光ファイバ１０の入射
端１１に選択的に入射される。光ファイバ１０は、図１
の実施の形態では、たとえば合計３個設けられており、
さらにその他の複数個、設けられていてもよい。光ファ
イバ１０からのレーザ光は、結線光学系１０８から被加
工物１０９に照射されて、切断加工などが行われる。

【００２１】図２は、よう素レーザ源１の構成を示す簡
略化した断面図である。気密のレーザ共振器１３には、
反射鏡１４と出力鏡１５とが設けられ、レーザ共振器１
３内には、よう素ガス源１６から電磁開閉弁１７を経て
管路１８からレーザ媒質であるよう素ガスが供給され、
また励起酸素が供給され、レーザビーム１９が発生され
る。このレーザビーム１９のビームウエストに対応する
位置には、Ｑスイッチ２０のシャッタ部材２１が介在さ
れる。

【００２２】図３は、シャッタ部材２１の正面図であ
る。シャッタ部材２１は、たとえば金属製であり、モー
タ２２によって矢符２３の方向に回転駆動される。シャ
ッタ部材２１は、円板状であり、たとえば円形の開口２
４が形成され、さらにまたそのシャッタ部材２１の回転
位置を検出するための２つの検出用透孔２５，２６が形
成される。これらの検出用透孔２５，２６は、開口２４
よりも半径方向外方にあり、回転軸線２７を中心とする
仮想円上に周方向に間隔をあけて設けられる。これらの
検出用透孔２５，２６は、シャッタ部材２１の厚み方向
一方側に配置された発光素子２８からの光を通過して、
その光が受光素子２９によって検出され、または光が遮
断されることによって、そのシャッタ部材２１の角度位
置が検出される。モータ２２によってシャッタ部材２１
が連続回転されている状態で、レーザビーム１９が開口
２４を通過開始したときには、そのことが発光素子２８
からの光が検出用透孔２５を介して受光素子２９によっ
て検出され、また開口２４にレーザビーム１９が通過し
なくなって遮断が開始されるときには、検出用透孔２６
を通過する発光素子２８からの光が受光素子２９に与え
られて検出される。

【００２３】Ｑスイッチ２０が発振を抑えている期間、
すなわちレーザビーム１９が開口２４以外の部分にある
期間では、レーザビーム１９は遮断され、発振が抑えら
れ、レーザ媒質の蓄積エネルギが上昇される。

【００２４】図４は、ビーム整形器３の斜視図である。
レーザ源１からの断面円形のレーザ光３０は、たとえば
シリンドリカルレンズによって実現されるビーム整形器
によって、断面矩形のレーザ光３１に収束、整形され、
そのビーム断面が小さくされ、これによってその後の光
経路の構成要素、たとえばガルバノミラー６などを小形
化することができる。

【００２５】図５は、チョッパ５の構成を示す断面図で
ある。このチョッパ５は、金属製円板によって実現され
るチョッパ部材３２が、モータ３３によって連続的に回
転駆動され、開口３４にレーザ光が通過し、また残余の
部分でレーザ光が遮断される。

【００２６】図６は、チョッパ部材３２の正面図であ
る。このチョッパ部材３２にもまた、前述のシャッタ部
材２１と同様に、開口３４よりも半径方向外方位置に２
つの検出用透孔３５，３６が形成され、図５に示される
発光素子３７からの光が、これらの検出用透孔３５，３
６を介して受光素子３８で検出され、これによってレー
ザ光の開口３４に透光し始める時点およびレーザ光が遮
断し始める時点が検出用透孔３５，３６に対応してそれ
ぞれ検出される。

【００２７】チョッパ部材３２を冷却するために、その
チョッパ部材３２の厚み方向両側にノズル３９，４０が
それぞれ配置され、冷却用気体、たとえばＡｒ，Ｈｅな
どの気体が噴射される。このノズル３９，４０の位置
は、チョッパ部材３２の回転軸線４１から開口３４と同
一位置にある。

【００２８】図７は、本発明の実施の他の形態のチョッ
パ５の簡略化した断面図である。この実施の形態ではチ
ョッパ部材３２を冷却するために、その厚み方向両側に
冷却用ローラ４２，４３が配置され、それらのローラ４
２，４３はチョッパ部材３２の表面に、ばねのばね力に
よって弾発的に圧接される。冷却ローラ４２，４３はた
とえば銅、アルミニウムなどの熱良導体の金属製であ
り、回転軸線４１から開口３４と同一位置にある。その
他の構成は前述の実施の形態と同様である。

【００２９】図８はガルバノミラー６の構成を簡略化し
て示す側面図であり、図９はそのガルバノミラー６の底
面図である。これらの図面を参照して、ガルバノミラー
６の反射体４３の反射面４４は、誘電体多層膜や、高反
射材料、たとえばアルミニウム、銀または金などの被覆
層によって構成される。反射体４３は、保持体４５に固
定されており、この保持体４５には、反射体４３の背面
で、回転軸線４６に垂直な冷却フィン４７が一体的に形
成される。保持体４５は、電磁石手段４８等によって、
軸線４６のまわりに往復可動範囲θ１内で希望する角度
だけ角変位可能である。軸線４６は、反射面４４内にあ
る。このフィン４７に沿って空気または不活性ガスを流
すことによって、冷却効果を高めることができる。反射
体４３および保持体４５を高速度に角変位することを可
能にするために、それらの構成要素４３，４５は、極力
軽く構成されることが必要である。

【００３０】図１０は、図１〜図９に示される実施の形
態の電気的構成を示すブロック図である。処理回路４９
は、たとえばマイクロコンピュータなどによって実現さ
れ、発光素子２８，３７を駆動し、受光素子２９，３８
の出力に応答し、これによってＱスイッチ２０のモータ
２２を動作させ、またチョッパ５のモータ３５を動作さ
せ、さらにガルバノミラー６の電磁石手段４８を動作さ
せる。処理回路４９は、アナログスイッチ５４に切換え
信号を与え、これによって電源回路５５からの出力電圧
が切換えられてガルバノミラー６の電磁石手段４８に与
えられる。電源回路５５は、複数の抵抗５６が直列に接
続されて一定電圧Ｖ１を分圧し、この電圧値に対応した
角度だけ反射体４３が角変位駆動され、これに応じてレ
ーザ光５０が各光ファイバ１０に入射される。

【００３１】図１１は、前述の実施の形態の動作を説明
するための波形図である。レーザ源１におけるＱスイッ
チ２０において、モータ２２がシャッタ部材２１を回転
駆動しているとき、受光素子２９によって検出用透孔２
５が図１１（１）の時刻ｔ１において検出され、その
後、図１１（２）に示される時刻ｔ２でシャッタ部材２
１の開口２４にレーザビーム１９が通過し、発振が行わ
れ、これによって図１１（３）に示されるように尖頭値
の大きいパルスレーザ光３０が発生される。

【００３２】この受光素子２９の出力に同期して、チョ
ッパ５では、図１１（４）に示されるようにモータ３３
によって駆動されるチョッパ部材３２の開口３４を、レ
ーザ光３１ａが通過する。

【００３３】ガルバノミラー６の保持体４５、したがっ
て反射体４３は、受光素子２９の出力に同期し、図１１
（５）に示されように角変位移動を行い、時刻ｔ１ａ以
降は、静止状態に保たれる。これによって反射鏡４から
のレーザ光３１ａは、ガルバノミラー６の反射面４４に
反射され、予め定める光ファイバ１０の入射端１１に正
確に入射されることができる。

【００３４】レーザ源１においてシャッタ部材２１がレ
ーザビーム１９を遮断する時刻ｔ３（図１１（２）参
照）以降において、そのシャッタ部材２１の検出用透孔
２６が時刻ｔ４で図１１（１）に示されるように検出さ
れることによって、チョッパ５は、レーザ光３１ａを遮
断し始め、またガルバノミラー６の保持体４５、したが
って反射体４３は、静止したままである。以下、同様な
動作が行われる。なお、図１において、光ファイバは、
参照符１０，１０ａ，１０ｂで示され、入射端は参照符
１１，１１ａ，１１ｂで示され、総括的に示すときには
添え字ａ，ｂを省略して表すことがある。

【００３５】こうして少なくとも時刻ｔ２〜ｔ３におい
て、パルスレーザ光３０が発生される状態では、ガルバ
ノミラー６の反射体４３は静止しており、したがってそ
のレーザ光が走査されることはなく、入射端１１，１１
ａ，１１ｂに正確に入射され、その他の不所望な部分に
レーザ光が照射されて損傷を招くというおそれはない。

【００３６】このことをもっと詳しく述べると、簡略化
して示す図１２を参照して、ガルバノミラー６の実線で
示される反射面４４の静止時に、レーザ光３１ａは、参
照符５０で示されるように、第１保護手段７の第１開口
８を通り、集光レンズ９を経て光ファイバ１０の入射面
１１に正確に入射される。もしも仮に、ガルバノミラー
６の反射面４４が角変位移動中の位置１４３でレーザ光
３１ａがその反射面４４に照射されると仮定すれば、参
照符５１で示されるレーザ光が、第１保護手段７に向け
て反射されて導かれ、その一部の光５２が、第１開口８
から集光レンズ９を経て光ファイバ１０側に導かれる。
このようなレーザ光５０には、レンズ９を経た後、参照
符５３で示されるように、入射端１１とは異なる位置に
導かれてしまい、したがって入射端１１には入射され
ず、その他の部分を損傷する結果になる。本発明は、こ
のような問題を解決し、ガルバノミラー６の反射面４４
が静止した状態で反射したレーザ光５０を導き、そのレ
ーザ光５０を入射端１１に正確に入射させることを可能
にする。

【００３７】図１３は、第１保護手段７とその下流側に
配置される第２保護手段５７に関連する構成を示す断面
図である。第１保護手段７は、ガルバノミラー６と光フ
ァイバ１０の入射端１１との間に配置されており、銅な
どの熱良導体金属から成る本体５８には、アパーチャ部
材５９が固定され、このアパーチャ部材５９には、第１
開口８が形成される。第１開口８には、集光レンズ９が
固定される。アパーチャ部材５９は、耐熱性に優れた鋼
などの金属製である。本体５８のガルバノミラー６側の
表面は黒染めされた被覆層６０が形成され、したがって
レーザ光が、もしも照射されても、容易に吸収される構
成となっている。本体５８には冷却水通路６１が形成さ
れる。

【００３８】図１４は第１保護手段７の本体５８の展開
図であり、ガルバノミラー６側から見た図である。本体
５８に形成される冷却水通路６１は、ジグザグ状であ
り、冷却水が管路６１ａから供給されて本体５８が水冷
される。

【００３９】本体５８に形成される第１開口８は、レン
ズ９の周縁である本体５８への支持部６２にレーザ光が
誤って入射されることを防ぎ、その支持部６２のレーザ
光による損傷を防ぐ働きをする。本体５８には筒体６３
の一端部が固定され、レンズ９からのレーザ光６４が案
内され、この筒体６３には保持体６５が固定される。

【００４０】保持体６５には、第２保護手段５７が固定
される。第２保護手段５７は、拡大されて図１５に示さ
れている。この第２保護手段５７の本体６６の集光レン
ズ９側の表面には、高反射材料の層６７が形成される。
本体６６は、たとえば金、銀およびアルミニウムなどの
材料から成り、反射層６７は、金または銀などであり、
レーザ光を高反射率で反射する。この第２保護手段５７
は、保持体６５に固定され、第２開口６８を有する。第
２開口６８の内径ｄ１は、光ファイバ１０のコア６９の
径ｄ２以下に選ばれる。コア６９は、クラッド７０によ
って被覆され、こうして光ファイバ１０が構成される。

【００４１】 ｄ１ ≦ ｄ２ …（１） 反射層６７が本体６６に形成されることによって、レー
ザ光がたとえその反射層６７に照射されたとしても、第
２保護手段５７の温度が異常に上昇することが防がれる
けれども、本体６６は、もしも必要ならばさらに、水冷
または空冷されてもよい。本体６６の反射層６７とは反
対側の表面には、温度検出素子７１ａ〜７１ｄ（後述の
図１９参照、総括的に参照符７１で示すことがある）が
設けられる。レーザ光６４が第２開口６８内に導かれて
おり、第２保護手段５７に誤って照射されていない状態
では、検出温度は低いけれども、そのレーザ光の位置決
めが不正確であって、少なくも部分的に反射層６７に照
射されると、本体６６の温度が上昇し、そのことが温度
検出手段７１によって検出される。これによって後述の
ように光ファイバ１０の位置が変位され、コア６９にで
きるだけ多くのレーザ光が入射されるように変位され
る。

【００４２】図１６は、保持体６５に取付けられている
光ファイバ１０の気体支持手段７２，７３と、光ファイ
バ１０の半径方向の位置決めを行う位置決め手段７４
と、スクランブラなどと呼ばれる漏れ光吸収手段７５，
７６を簡略化して示す図である。

【００４３】図１７は気体支持手段７２を示す光ファイ
バ１０の軸線に沿う断面図であり、図１８はその気体支
持手段７２の軸直角断面図である。ハウジング７７に固
定されているノズル部材７８の中央には光ファイバ１０
の外径よりも大きい内径を有する光ファイバ挿通孔７９
が形成され、この光ファイバ挿通孔７９に臨んで周方向
に等間隔に、半径方向に沿う３以上の多数のノズル孔８
０が、光ファイバ挿通孔７９の軸線に沿って、複数組、
形成される。ハウジング７７内の空間８１には、接続口
８２から圧縮空気が供給される。こうして圧縮空気は光
ファイバ１０の外表面に、半径方向に向けて、その線対
称に噴射され、したがって光ファイバ１０は挿通孔７９
内で非接触で支持される。このように光ファイバ１０が
直接に接触して支持されないことによって、光ファイバ
１０のクラッド７０を経て光が外方に漏れたり、あるい
はレンズ９を介するガルバノミラー６からのレーザ光の
位置が誤ってずれたりしたときに、気体支持手段７２
が、そのレーザ光によって損傷することを防いでいる。
もう１つの気体支持手段７３も同様に構成される。

【００４４】図１９は、位置決め手段７４の断面図であ
る。保持部材８４の取付け孔８５には光ファイバ１０が
挿通されて固定されている。この保持部材８４は、保持
筒８６内に収納されており、光ファイバ１０の軸線を通
る仮想直線８７，８８上に、ばね８９，９０と駆動素子
９１，９２が取付けられる。駆動素子９１，９２は、た
とえば圧電素子などであってもよく、その他の変位駆動
機構を有する構成によって実現されてもよい。直線８
７，８８は、相互に直交し、取付孔８５の軸線に垂直で
ある。

【００４５】前述の図１５に関連して述べた温度検出素
子７１は、第２開口６８の周囲に周方向に等間隔をあけ
て、たとえばこの実施の形態では９０度の間隔をあけ
て、その第２開口６８の近傍に配置されている。これら
の温度検出素子７１からの出力は、マイクロコンピュー
タなどによって実現される処理回路９４に与えられ、処
理回路９４は駆動素子９１，９２を駆動する。こうして
駆動素子９１，９２を動作制御して光ファイバ１０を第
２開口６８の周囲の温度が高い部分側に変位させ、でき
るだけ多くのレーザ光を光ファイバ１０に受光するよう
にする。制御手段９４には、手動入力手段９５からの信
号が与えられ、これによってもまた、駆動素子９１，９
２を動作制御することができる。こうして光ファイバ１
０を、図１９における直線８８に沿うＸ軸方向および直
線８７に沿うＹ軸方向に変位させることができる。光フ
ァイバ１０の軸線方向のＺ軸方向には、保持部材８４を
光ファイバ１０と初期設定して固定する。したがって光
ファイバ１０の入射端１１およびその光ファイバ１０の
軸線を、レンズ９の光軸に一致させ、レーザ光が光ファ
イバ１０のコア６９に正確に入射するように変位駆動す
ることができる。

【００４６】駆動素子９１，９２は、前述の圧電素子の
他に、超磁歪素子、電気マイクロモータおよびその他の
構成によって実現することができる。

【００４７】図２０は漏れ光吸収手段７５の拡大断面図
であり、図２１はその漏れ光吸収手段７５，７６の分解
斜視図である。漏れ光吸収手段７５において、一対のク
ランプ部材９７，９８が設けられ、その湾曲した隆起部
９９，１００が光ファイバ１０の長手方向に交互に配置
され、両者９７，９８がボルト１０１およびナット１０
２の組合せによって連結されて保持される。この各隆起
部９９，１００の保持面は黒色に形成され、図２２
（１）に示されようにクラッド７０に漏れた光を、外方
に導き、保持部材９７，９８で漏れたレーザ光を吸収す
る。保持部材９７，９８は、たとえば銅などの熱良導体
から成り、冷却水通路１０３，１１０が形成され、管路
１０４から冷却水が供給される。もう１つの漏れ光吸収
手段７６もまた同様な構成となっているけれども、これ
らの２つの漏れ光吸収手段７５，７６の光ファイバ１０
を保持する方向は相互に垂直であり、こうして光ファイ
バ１０のクラッド７０を伝播する図２２（１）のような
レーザ光を除去し、図２２（２）に示されるようにコア
６９だけを伝播するレーザ光に限定する。これによって
漏れ光吸収手段７６よりも入射端１１とは反対側（図１
６の右方）においてクラッド７０を外囲する可撓性合成
樹脂製被覆層１０５にレーザ光が漏れて、その被覆層１
０５およびその他の部分を損傷するおそれがなくなる。
漏れ光吸収手段７６の漏れ光吸収手段７５に対応する部
分には、添え字ａを付して説明を省く。

【００４８】このような漏れ光吸収手段７５，７６は、
光ファイバ１０の出射端に近い光ファイバ部分１０７
（図１参照）にもまた設けられていてもよい。光ファイ
バ部分１０７にも漏れ光吸収手段７５，７６と同様な手
段を設けることによって、加工部材１０９から反射して
戻ってクラッド７０を伝播するレーザ光を外方に導いて
そのレーザ光を吸収する働きをする。前記光ファイバ部
分１０７からのレーザ光は、結像光学系１０８から被加
工物１０９に照射されてたとえば金属の切断加工などが
行われる。

【００４９】本発明の実施の他の形態として、保持部材
９７，９８は水冷であってもよいけれども、空冷であっ
てもよい。

【００５０】図２３は本発明の実施の他の形態の一部の
断面図であり、図２４はその外形を示す斜視図である。
この実施の形態の漏れ光吸収手段１１１は、光ファイバ
１０のクラッド７０を気密に囲むハウジング１１２を有
し、その内部にクラッド７０と同一の屈折率を有する媒
質１１３を封入する。このような媒質は、ハウジング１
１２の入口１１４から導入し、出口１１５から排出して
冷却手段１１６によって冷却され、またポンプ１１７を
用いて循環し、放熱を図ることができる。媒質１１３
は、たとえば水ガラスなどであってもよい。このような
漏れ光吸収手段１１１は、前述の漏れ光吸収手段７５，
７６に代えて用いることができる。

【００５１】図２５は、レーザ源１に関連する構成を示
す簡略化した断面図である。レーザ源１の出力鏡１５の
汚れによってその温度が異常に上昇することを防ぐため
に、本発明に従えば、その出力鏡１５のレーザ光透過部
分の温度を、赤外線温度計１２０を用いて非接触で検出
する。よう素レーザ光３０は、波長１．３１５μｍであ
る。赤外線温度計１２０は、たとえば２〜５μｍの波長
の光の強度を検出するものであって、レーザ光３０の検
出感度が零または小さい構成を有するものが選ばれる。
レーザ源１が連続して動作されるとき、出力鏡１５の表
面が汚れると、図２６に示されるようにたとえば時刻ｔ
２０で、その汚れの状態を正確に反映して、出力鏡１５
の検出温度が値Ｔ２１から急激に上昇する。

【００５２】図２７は、赤外線温度計１２０に関連する
電気的構成を示すブロック図である。レベル弁別回路１
２１は、赤外線温度計１２０の出力をレベル弁別し、予
め定める異常な高い温度Ｔ２１以上に昇温したとき、駆
動手段１２２を動作させ、この駆動手段１２２は前述の
図２に示される電磁開閉弁１７を遮断する。これによっ
てレーザ源１のレーザ発振が停止される。出力鏡１５が
汚損すると、出力鏡１５から出射されるレーザ光３０
は、そのモードが変化したり、発散角が変化したりし
て、下流側の光ファイバ導光部分の条件を変化してしま
う。したがって上述のように出力鏡１５の異常が検出さ
れたときには、レーザ源１の動作を停止させる。

【００５３】再び図１を参照して、手動によって光ファ
イバ１０の光軸の調整を行うために、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
源１２４から可視光である赤い光のレーザ光１２５が出
射され、半透過鏡１２９から、半透過の反射鏡４を経
て、チョッパ５およびガルバノミラー６に導かれる。こ
のレーザ光１２５は、光ファイバ１０の入射端１１に入
射され、その光ファイバ１０を経て結像光学系１０８を
経て被加工物１０９に照射され、これによって入射端１
１と加工位置との確認をすることができる。またこのよ
うな可視光のレーザ光をテレビカメラ１２６によって観
察し、入力手段９５（前述の図１９参照）を操作して、
位置決め手段７４によって光ファイバ１０の入射端１１
付近の位置を微調整することが可能である。

【００５４】さらにこのテレビカメラ１２６を用いて、
光ファイバ１０の入射端１１付近を撮像してモニタ表示
手段１２７に表示し、こうして入射端１１の表面の観察
を行うこともまた可能である。このテレビカメラ１２６
は、半透過鏡１２９、反射鏡４を経て、ガルバノミラー
６からレンズ９を経て、入射端１１を観察することがで
きる。入射端１１に異常が生じ、そのことがモニタ表示
手段１２７で表示されて観察されたときには、シャッタ
手段２を閉じて、レーザ光を遮断するとともに、レーザ
源１に関連して設けられる電磁開閉弁１７を遮断して発
振を停止させる。反射鏡４は、位置調整手段１３０によ
って角度を調整することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ光
発生手段からのレーザ光を、光ファイバの入力端に入射
させるようにしたので、レーザ光を光ファイバに導光す
ることができる。

【００５６】さらに本発明によれば、水冷される第１保
護手段の第１開口を経て集光レンズから入力端にレーザ
光が導かれるようにし、これによってレーザ光がレンズ
の周縁の支持部を損傷することはなく、また光ファイバ
の入力端以外の領域に不所望に照射されてしまうことを
できるだけ抑えることができる。

【００５７】本発明によれば、レンズと入射端との間に
第２保護手段を介在し、その第２開口はコア径以下の内
径を有し、したがってコアだけにレーザ光が入射される
ことになり、クラッドおよびその他の部分にレーザ光が
入射されることを防いで、レーザ光による焼損を防ぐこ
とができる。

【００５８】本発明によれば、この入射端付近の光ファ
イバの部分は、気体支持手段によって非接触で支持する
ことができるようにし、したがってたとえレーザ光がコ
アからずれても、その光ファイバを支持している気体支
持手段の損傷が避けられる。

【００５９】本発明によれば、第２開口の周囲には温度
検出素子を設け、この温度検出素子の出力に応答して光
ファイバの入力端付近の位置決め動作を行うようにし、
したがってレーザ光をできるだけ多量にコアに導くこと
が可能になる。

【００６０】さらに本発明によれば、位置決め手段より
も入射端から遠去った位置で、その光ファイバを保持面
で屈曲して外表面を保持し、これによってクラッド内の
レーザ光を外方に導き出し、その保持面は黒色であるの
で、レーザ光を保持面で吸収させる。したがって漏れ光
吸収手段よりも下流側でクラッドからレーザ光が漏れ出
してクラッド層を被覆している可撓性合成樹脂製被覆層
などが損傷することを確実に防ぐ。

【００６１】さらに本発明によれば、レーザ光の出力端
の温度を赤外線温度計で非接触で検出して、その検出温
度が予め定める温度以上に昇温したときレーザ源の発振
を休止させ、これによって出力端の汚れなどによって異
常温度になって破壊することが防がれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示す系統
図である。

【図２】よう素レーザ源１の構成を示す簡略化した断面
図である。

【図３】シャッタ部材２１の正面図である。

【図４】ビーム整形器３の斜視図である。

【図５】チョッパ５の構成を示す断面図である。

【図６】チョッパ部材３２の正面図である。

【図７】本発明の実施の他の形態のチョッパ５の簡略化
した断面図である。

【図８】ガルバノミラー６の構成を簡略化して示す側面
図である。

【図９】ガルバノミラー６の底面図である。

【図１０】図１〜図９に示される実施の形態の電気的構
成を示すブロック図である。

【図１１】本発明の前述の実施の形態の動作を説明する
ための波形図である。

【図１２】ガルバノミラー６によるレーザ光の経路を簡
略化して示す断面図である。

【図１３】第１保護手段７とその下流側に配置される第
２保護手段５７に関連する構成を示す断面図である。

【図１４】第１保護手段７の本体５８の展開図である。

【図１５】第２保護手段５７の一部を示す拡大断面図で
ある。

【図１６】保持体６５に取付けられている光ファイバ１
０の気体支持手段７２，７３などを簡略化して示す図で
ある。

【図１７】気体支持手段７２を示す光ファイバ１０の軸
線に沿う断面図である。

【図１８】気体支持手段７２の軸直角断面図である。

【図１９】位置決め手段７４の断面図である。

【図２０】漏れ光吸収手段７５の拡大断面図である。

【図２１】漏れ光吸収手段７５，７６の分解斜視図であ
る。

【図２２】光ファイバ１０内をレーザ光が伝播する状態
を示す一部の拡大断面図であり、図２２（１）はコア６
９からクラッド７０にレーザ光が漏れた状態を示す図で
あり、図２２（２）はクラッド７０を伝播するレーザ光
が除去された状態を示す図である。

【図２３】本発明の実施の他の形態の一部の断面図であ
る。

【図２４】図２３に示される実施の形態の外形を示す斜
視図である。

【図２５】レーザ源１に関連する構成を示す簡略化した
断面図である。

【図２６】出力鏡１５の表面の汚れと、その表面の温度
上昇の状況を示すグラフである。

【図２７】赤外線温度計１２０に関連する電気的構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ よう素レーザ源 ２ 安全用シャッタ ３ ビーム整形器 ５ チョッパ ６ ガルバノミラー ７ 第１保護手段 ８ 第１開口 ９ 集光レンズ １０ 光ファイバ １１，１１ａ，１１ｂ 入射端 ２０ Ｑスイッチ ２１ シャッタ部材 ３２ チョッパ部材 ４３ 反射体 ４８ 電磁石手段 ４９ 処理回路 ５７ 第２保護手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 明良 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/42

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光の発生手段と、 レーザ光が導かれる位置に、各入射面がそれぞれ配置さ
   れる光ファイバとを含み、 レーザ光の発生手段と光ファイバの入射端との間に、 入射端にレーザ光を導く第１開口を有し、かつ水冷され
   る第１保護手段と、 第１保護手段よりもレーザ光の下流側で、レーザ光を入
   射端に集光するレンズとが設けられることを特徴とする
   レーザ光の光ファイバへの導光装置。
2. 【請求項２】 レンズと光ファイバの各入射端との間
   に、光ファイバの入射端のコア径以下の第２開口を有す
   る第２保護手段が設けられることを特徴とする請求項１
   記載のレーザ光の光ファイバへの導光装置。
3. 【請求項３】 光ファイバの入射端付近の部分には、そ
   の光ファイバの外表面に向けて気体を噴射するノズルを
   有し、これによって光ファイバが支持される気体支持手
   段が設けられることを特徴とする請求項２記載のレーザ
   光の光ファイバへの導光装置。
4. 【請求項４】 気体支持手段よりも前記入射端から遠去
   った位置で、光ファイバの外表面に当接して支持し、光
   ファイバの半径方向の位置決めをする位置決め手段が設
   けられることを特徴とする請求項３記載のレーザ光の光
   ファイバへの導光装置。
5. 【請求項５】 第２保護手段に、第２開口の周囲でその
   第２開口付近で設けられる温度検出素子と、 温度検出素子の出力に応答して、位置決め手段によって
   入射端にレーザ光が入射されるように光ファイバを位置
   決め動作させる制御手段とを含むことを特徴とする請求
   項４記載のレーザ光の光ファイバへの導光装置。
6. 【請求項６】 位置決め手段よりも前記入射端から遠去
   った位置で、光ファイバを屈曲してその光ファイバの外
   表面を黒色の保持面で保持し、かつ冷却される漏れ光吸
   収手段を含むことを特徴とする請求項４または５記載の
   レーザ光の光ファイバへの導光装置。
7. 【請求項７】 レーザ源のレーザ光出力端の温度を非接
   触で検出する赤外線温度計と、 赤外線温度計の出力に応答し、検出温度が予め定める温
   度以上に昇温したとき、レーザ源の発振を休止させる手
   段とを含むことを特徴とする請求項１〜６のうちの１つ
   に記載のレーザ光の光ファイバへの導光装置。