JP2956759B2 - レーザビームダンパ - 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、レーザビームダン
パに係り、特に、高出力のレーザ光を遮断することがで
きるレーザビームダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】高出力のレーザ光を使用したレーザ加工
は、金属加工業や自動車産業の分野で多く利用されてい
る。レーザ光を照射する装置は、生産ラインに組み込ま
れ、予めプログラムされた手順に従ってレーザ光の強度
コントロール及びＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。

【０００３】ここで、加工用として一般的に用いられて
いるレーザ光としては、ＹＡＧレーザ等がある。このＹ
ＡＧレーザに代表される高出力固体レーザでは、入力さ
れる電力の大部分が熱に変化するという性質から、熱的
安定性が発振安定性につながるという側面を有してい
る。

【０００４】ところで、レーザ光の発振中においては、
レーザ光源内はレーザ光による発熱を抑えるために、循
環する冷却水で冷却されているため、発振が一旦停止す
るとレーザ光源自体が冷却水によって急激に冷却される
ことになる。そして、レーザの発振を再開したときに
は、レーザ光源自体が低温状態のままで、熱的に安定し
ていない場合がある。このため、所定のレーザ出力が得
られないという問題がある。

【０００５】この問題を解決するために、レーザ加工と
レーザ加工の間隔が短時間の場合、レーザは発振させた
ままにし、外部にレーザ光を遮断するレーザビームダン
パ等を装備し、レーザ光をこのレーザビームダンパ内の
レーザ光吸収手段に吸収させておく、という手法が採ら
れている。また、レーザ光をレーザビームダンパに導く
場合に、所定の反射ミラーをレーザ光の光軸に挿入し
て、光軸の位置等を変化させて行う、という手法が採ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例においては以下のような不都合を生じていた。
即ち、高出力のレーザ光をレーザビームダンパ等で吸収
する場合、レーザビームダンパ内のレーザ光吸収手段そ
のものが、高出力のレーザ光によって加工されてしま
い、レーザビームダンパの寿命が短いという問題があ
る。パルス発振をする高出力のＹＡＧレーザの場合に
は、レーザ出力は高いピーク強度を持つため、特に問題
となりやすい。

【０００７】またレーザ光を発振させたままレーザ光路
中に、レーザビームダンパのレーザ光吸収手段にレーザ
光を導くための反射ミラーを挿入すると、この反射ミラ
ー自体が周辺部領域から高出力のレーザ光によって加工
されやすいという問題が生じていた。この場合には、反
射ミラーを光路に挿入する時にはレーザ発振を一旦停止
し、反射ミラー挿入完了後に再びレーザを発振させる方
法で回避する場合が考えられる。しかしながら、上記し
たように、一旦発振を停止した場合には、レーザ光源自
体が冷却されて、レーザ光の安定性が害される、という
不都合を生じていた。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、高出力のレーザ光に対しても、長期間
にわたり劣化しないレーザビームダンパを提供すること
を、その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、所定の光源から出力
されたレーザ光を遮断するレーザ光遮断手段と、このレ
ーザ光遮断手段にレーザ光を導く光軸切替手段とを備え
たレーザビームダンパにおいて、レーザ光遮断手段を、
入射したレーザ光の一部を異なる方向へ反射させる複数
のレーザ光分岐手段と、このレーザ光分岐手段から反射
したレーザ光を吸収するレーザ光吸収手段とにより構成
し、各レーザ光分岐手段を、入射されたレーザ光の光軸
に沿って配列し、レーザ光分岐手段を所定の屈折率を有
する透明基板により構成すると共に、透明基板からなる
レーザ光分岐手段の内、レーザ光の下流側の透明基板の
表面に誘電体多層膜を被覆する、という構成を採ってい
る。

【００１０】以上のように構成されたことにより、光源
から照射されたレーザ光は光軸切替手段によってレーザ
光遮断手段に入射される。レーザ光遮断手段に入射され
たレーザ光は、レーザ光分岐手段を透過する。

【００１１】この時、各レーザ光分岐手段において、レ
ーザ光の一部はレーザ光吸収手段側に分岐され、一部は
そのまま透過する。

【００１２】各レーザ光分岐手段で分岐されたレーザ光
はレーザ光吸収手段によって吸収される。各レーザ光分
岐手段によってレーザ光吸収手段に分岐されるレーザ光
は強度が低いために、レーザ光吸収手段はレーザ光によ
って加工されることはない。

【００１３】請求項２記載の発明では、レーザ光の光軸
上であって、レーザ光分岐手段の最下流側に所定の光検
出手段を設けるという構成を採り、その他の構成は請求
項１記載の発明と同様である。

【００１４】更に、請求項３記載の発明では、光軸切替
手段を所定の反射ミラーで構成すると共に、この光軸切
替手段を光源からのレーザ光の光軸方向に沿って移動自
在に構成するという構成を採り、その他の構成は請求項
１又は２記載の発明と同様である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態
にかかるレーザビームダンパ１の構成図である。このレ
ーザビームダンパ１は、所定の光源（図示略）から出力
されたレーザ光Ｌを遮断するレーザ光遮断手段３と、こ
のレーザ光遮断手段３にレーザ光Ｌを導く光軸切替手段
５とを備えている。そして、レーザ光遮断手段３は、入
射したレーザ光Ｌの一部を異なる方向へ反射させる複数
のレーザ光分岐手段７と、このレーザ光分岐手段７から
反射したレーザ光Ｌを吸収するレーザ光吸収手段９とに
より構成され、各レーザ光分岐手段７は、入射されたレ
ーザ光Ｌの光軸に沿って配列されている。

【００１６】以下詳述すると、レーザ光Ｌは所定の光源
（図示略）から照射されるものであり、例えばＹＡＧレ
ーザである。このＹＡＧレーザは、パルス状に照射され
るものであり、ピーク出力は連続的に照射されるレーザ
光よりも高いものとなっている。このため、加工用とし
て広く用いられている。但し、本発明のレーザビームダ
ンパ１は、ＹＡＧレーザ用に限定されるものではなく、
全ての種類のレーザ光に適用できるものである。

【００１７】光源から照射されたレーザ光Ｌの下流側に
は、所定の光軸切替手段５が配設されている。この光軸
切替手段５は反射ミラーから構成されており、照射され
るレーザ光Ｌの光路を直角に曲折させる役割を有してい
る。このため、光源側に対して略４５度の角度で傾斜し
ている。そして、この光軸切替手段５は、光源からのレ
ーザ光Ｌの光路に沿って平行移動するようになってい
る。この光軸切替手段５の平行移動によって、レーザ光
Ｌの光軸位置も平行移動することとなる。

【００１８】曲折された後のレーザ光Ｌは、後述するレ
ーザ光遮断手段３に入射される。レーザ光遮断手段３に
は、入射されたレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光分岐
手段７としての透明基板７ａ，７ｂ……が一列に配設さ
れている。各レーザ光分岐手段７は、レーザ光Ｌの上流
側に対して略４５度傾斜しており、入射されたレーザ光
Ｌの一部を直角に曲折させるようになっている。この透
明基板７ａ，７ｂ……は、耐熱性及び耐光性に優れた材
料が用いられるが、本実施形態では石英ガラスを使用し
ている。レーザ光Ｌがこの各透明基板７ａ，７ｂ……を
透過する場合には、石英ガラスの屈折率に起因して、透
過するレーザ光Ｌの強度レベルが８％程度減衰するよう
になっている。この減衰分のレーザ光Ｌは異なる方向へ
分岐されるようになっている。

【００１９】特に本実施形態では、各レーザ光分岐手段
７ａ，７ｂ……によって、レーザ光Ｌの一部が鉛直下方
に曲折するようになっている。また、本実施形態のレー
ザ光遮断手段３では、６枚のレーザ光分岐手段７を備え
ている。しかしながら、これは一例であって６枚より多
くても良いし、少なくてもよい。

【００２０】レーザ光分岐手段７によって分岐されたレ
ーザ光Ｌは、分岐方向に配設されたレーザ光吸収手段９
によって吸収される。このレーザ光吸収手段９は熱伝導
性がよい材料で且つレーザ光を吸収し易いものであれば
よい。本実施形態では、銅を用いている。そして、レー
ザ光吸収手段９の内部には、レーザ光Ｌの照射によって
発生した熱を放出してレーザ光吸収手段９を冷却するた
めに、冷却水が循環するようになっている。

【００２１】以上のように構成されたレーザビームダン
パ１の機能について、図１に基づいて説明すると、レー
ザ光源から出射されたレーザ光Ｌは、光軸切替手段５で
ある反射ミラーで光路が曲折される。そして、曲折され
たレーザ光Ｌは、レーザ光遮断手段３内に導かれる。こ
のとき、光軸切替手段５が図中のＡの位置に有る場合に
は、レーザ光Ｌは全く減衰されず、そのままレーザ光遮
断手段３内を通過する。そして、下流側の加工光学系に
照射されて、所定のレーザ加工がなされる。

【００２２】一方、レーザ光Ｌを遮断する場合には、光
軸切替手段５が光源からのレーザ光Ｌの光路に沿って平
行移動（図中の下方）する。そして、図中のＢの位置に
光軸切替手段５が位置決めされる。これによって、曲折
された後のレーザ光Ｌの光軸も、光軸切替手段５の移動
に伴って平行移動する。そして、切替後のレーザ光Ｌの
光軸はレーザ光分岐手段７の位置となる。

【００２３】光軸切替手段によって曲折されたレーザ光
Ｌは、先ず最初に、最も近接したレーザ光分岐手段７ａ
に入射される。この最上流側のレーザ光分岐手段７ａに
おいては、一部のレーザ光Ｌａがレーザ光吸収手段９側
（図中の下方）に分岐され、残りのレーザ光Ｌはそのま
ま透過する。このとき、レーザ光分岐手段７を透過する
レーザ光Ｌの強度は、約８％程度減衰する。また、レー
ザ光分岐手段７自体は、石英ガラスの透明基板で構成さ
れているので、レーザ光Ｌが入射されてもこのレーザ光
Ｌによっては加工されない。

【００２４】また、最上流側のレーザ光分岐手段７ａを
透過したレーザ光Ｌは、次のレーザ光分岐手段７ｂに入
射される。このレーザ光分岐手段７ｂにおいても、上記
した場合と同様にレーザ光Ｌの一部がレーザ光吸収手段
９側に分岐され、残りがそのままレーザ光分岐手段７ｂ
を透過する。このときの透過するレーザ光Ｌの強度レベ
ルも入射される前と比較して約８％程度減衰する。以上
のように、レーザ光Ｌがそれぞれのレーザ光分岐手段７
ａ，７ｂ……を透過するうちに、徐々に強度レベルが減
衰する。仮に、各レーザ光分岐手段７ａ，７ｂ……が、
レーザ光Ｌの強度を等しく８％程度減衰させるものであ
れば、２０枚程度のレーザ光分岐手段を透過させれば、
最終的なレーザ光Ｌの強度は当初の強度の２０％程度ま
で減少させることができる。

【００２５】一方、レーザ光吸収手段９に入射されるレ
ーザ光Ｌａは、最上流に位置するレーザ光分岐手段７ａ
からのものが当初のレーザ光Ｌの強度の８％程度であ
る。従って、レーザ光吸収手段９はこのレーザ光Ｌａに
よっては容易に加工されることはない。そして、レーザ
光分岐手段７の最下流にレーザ光Ｌを完全に反射する全
反射ミラー１１を配設し、全てのレーザ光Ｌをレーザ光
吸収手段９に吸収させることで、レーザ光Ｌを完全に遮
断することができる。

【００２６】また、レーザ光吸収手段９にレーザ光Ｌａ
が吸収されると、そのレーザ光Ｌａの強度に応じてレー
ザ光吸収手段９が加熱される。この場合に、レーザ光吸
収手段９は内部を循環する冷却水によって常時冷却され
ている。このため、レーザ光吸収手段９に悪影響を及ぼ
すほどには温度は上昇しない。

【００２７】本発明のレーザ光遮断手段１では、レーザ
光Ｌが常時照射されている場合でも、光軸切替手段５で
ある反射ミラーは、レーザ光Ｌの光路に沿って移動する
ので、加工されやすいエッジ部分が高強度のレーザ光Ｌ
にさらされることはなく、レーザ光Ｌで損傷を受けるこ
とが大幅に低減される。また、石英ガラス製の各レーザ
光分岐手段７で分岐され、レーザ光吸収手段９に到達す
るレーザ光Ｌａの強度は、各レーザ光分岐手段７ａ，７
ｂ……を透過するレーザ光Ｌの８％程度であるので、レ
ーザ光吸収手段９自体が加工される度合いも大幅に軽減
される。

【００２８】尚、以上説明したように、本実施形態のレ
ーザ光遮断手段１では、全てのレーザ光分岐手段７を石
英ガラスの透明基板を用いている。しかしながら、本発
明はこれに限定されるものではない。即ち、レーザ光Ｌ
の上流側には上記した透明基板を配設すると共に、レー
ザ光Ｌの強度がある程度減衰された下流側に配置される
レーザ光分岐手段として、誘電体多層膜が被覆されたも
のを用いるようにしてもよい。レーザ光の強度が低下し
た後であれば、光の吸収率の大きなレーザ光分岐手段を
用いても、容易に加工されることはないからである。こ
のように、一部のレーザ光分岐手段として、誘電体多層
膜を被覆したものを用いると、レーザ光分岐手段の枚数
を低減することができる。ここで、誘電体多層膜の材質
としては、二酸化ジルコン等が用いられる。

【００２９】次に、本発明の第２の実施形態について図
２に基づいて説明する。当該実施形態は、上記した第１
の実施形態と主要構成要素を共通にしている。第１の実
施形態と異なる点は、レーザ光分岐手段７の最下流側に
設けていた全反射ミラー１１を用いる代わりに、透過す
るレーザ光Ｌの強度を検出する光検出手段１３を配設す
ることである。

【００３０】レーザ光Ｌによる加工においては、レーザ
光Ｌの強度を検出しておくことは、加工精度や品質を維
持するために必要である。しかしながら、強度の高いま
まのレーザ光Ｌをそのまま光検出手段１３に入射する
と、レーザ光Ｌによる受光面の劣化が激しく、長期間の
使用に耐えないという問題を有していた。このため本実
施形態のように、予め、全体としての減衰率が算出され
ているレーザ光分岐手段７を通過させて、光検出手段１
３の受光面が劣化しにくい程度まで強度が低下したレー
ザ光Ｌを計測し、減衰率からもとのレーザ光Ｌの強度を
導出する方法が、生産ラインに導入されるレーザ加工シ
ステムでは実用的である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能し、
特に請求項１記載の発明によれば、レーザ光遮断手段
を、入射したレーザ光の一部を異なる方向へ反射させる
複数のレーザ光分岐手段と、このレーザ光分岐手段から
反射したレーザ光を吸収するレーザ光吸収手段とにより
構成し、各レーザ光分岐手段を、入射されたレーザ光の
光軸に沿って配列した。このため、高出力のレーザ光を
発振させたまま被加工物へのレーザ照射をＯＮ／ＯＦＦ
することができ、また、レーザ光遮断手段中に配置され
る各構成要素の劣化も抑制され、長期間の使用に耐える
という優れた効果を生じる。

【００３２】また、レーザ光分岐手段を所定の屈折率を
有する透明基板により構成した。このため、レーザ光分
岐手段はレーザ光を吸収しにくく、レーザ光分岐手段自
体はレーザ光によって加工されることはない、という優
れた効果を生じる。

【００３３】更に、透明基板からなるレーザ光分岐手段
の内、レーザ光の下流側の透明基板の表面に誘電体多層
膜を被覆した。このため、透明基板からなるレーザ光分
岐手段を用いる場合と比較して、より少ない枚数のレー
ザ光分岐手段によってレーザ光の遮断をすることができ
る、という優れた効果を生じる。

【００３４】請求項２記載の発明によれば、レーザ光の
光軸上であって、レーザ光分岐手段の最下流側に所定の
光検出手段を設けた。このため、レーザ光分岐手段での
減衰率を予め算出しておけば、強度が低下した後のレー
ザ光の強度を光検出手段で検出すれば、当初のレーザ光
の強度を導出できる、という優れた効果を生じる。

【００３５】更に、請求項３記載の発明によれは、光軸
切替手段を所定の反射ミラーで構成すると共に、この光
軸切替手段を光源からのレーザ光の光軸方向に沿って移
動自在に構成した。このため、当該光軸切替手段自体は
高強度のレーザ光にエッジ部がさらされることはないの
で、当該エッジ部は加工されず、長期間の使用にも耐え
ることができる、という優れた効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ レーザビームダンパ ３ レーザ光遮断手段 ５ 光軸切替手段 ７，７ａ，７ｂ レーザ光分岐手段 ９ レーザ光吸収手段 １３ 光検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/00 H01S 3/10 G02B 27/00 G02B 5/00 G02B 26/02 G01J 1/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光源から出力されたレーザ光を遮
   断するレーザ光遮断手段と、このレーザ光遮断手段に前
   記レーザ光を導く光軸切替手段とを備えたレーザビーム
   ダンパにおいて、 前記レーザ光遮断手段を、入射したレーザ光の一部を異
   なる方向へ反射させる複数のレーザ光分岐手段と、この
   レーザ光分岐手段から反射したレーザ光を吸収するレー
   ザ光吸収手段とにより構成し、 前記各レーザ光分岐手段を、入射された前記レーザ光の
   光軸に沿って配列すると共に、前記レーザ光分岐手段を
   所定の屈折率を有する透明基板により構成し、前記透明
   基板からなるレーザ光分岐手段の内、レーザ光の下流側
   の透明基板の表面に誘電体多層膜を被覆したことを特徴
   とするレーザビームダンパ。
2. 【請求項２】 前記レーザ光の光軸上であって、前記レ
   ーザ光分岐手段の最下流側に所定の光検出手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザビームダンパ。
3. 【請求項３】 前記光軸切替手段を所定の反射ミラーで
   構成すると共に、この光軸切替手段を前記光源からのレ
   ーザ光の光軸方向に沿って移動自在に構成したことを特
   徴とする請求項１又は２記載のレーザビームダンパ。