JP7285713B2 - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工ヘッド、レーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置及びレーザ加工装置を用いた板金部品の生産方法に関する。

従来のレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドでは、レーザ加工ヘッド内に気体を流入してレーザ加工ヘッド内を雰囲気よりも正圧にすることで、レーザ加工ヘッド内への異物の侵入を低減する技術があった（例えば、特許文献１参照）。

特開平４－３２２８９３号公報

しかしながら、上記した従来のレーザ加工ヘッドでは、製造時に発生しレーザ加工ヘッド内部に残留した付着異物又は光学系の可動機構の摺動で発生した付着異物が、流入した気体の流れによって巻き上がり、巻き上がった異物が光学部品に付着し、これによって、光学部品の焼損が起こってしまうという課題があった。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、レーザ加工ヘッド内部に残留又は発生した付着異物の巻き上がりを抑制し、光学部品の損傷を低減するレーザ加工ヘッド及び板金部品の製造方法を得ることを目的とするものである。

本発明に係るレーザ加工ヘッドは、筐体と、筐体の内部へレーザ光線が入射する入射部と、筐体の内部に設けられ、入射部から入射するレーザ光線を整形する光学部品と、光学部品によって整形されたレーザ光線が筐体の外部へ出射する出射部と、筐体の内部に気体が流入する流入口と、筐体の内部に設けられ、流入口から流入した気体を拡散して流速を低下させる拡散板と、気体が筐体の外部に流出する流出口とを備え、拡散板は、レーザ光線のビーム径よりも大きい光路孔を有し、光路孔をレーザ光線が通過し、光路孔に、レーザ光線を透過する透過部品が嵌められている。

本発明に係るレーザ加工ヘッドは、筐体と、筐体の内部へレーザ光線が入射する入射部と、筐体の内部に設けられ、入射部から入射するレーザ光線を整形する光学部品と、光学部品によって整形されたレーザ光線が筐体の外部へ出射する出射部と、筐体の天板に設けられ筐体の内部に第１の気体が流入する第１の流入口と、第１の気体の流れにおいて光学部品よりも上流側に設けられ、筐体の側壁に設けられ筐体の内部に第２の気体が流入する第２の流入口と、を有し、第１の流入口から流入した第１の気体の流れと第２の流入口から流入した第２の気体の流れとが交差するように配置されている流入口と、第１の気体と第２の気体とで構成される気体が筐体の外部に流出する流出口とを備える。

本発明に係るレーザ加工ヘッドは、筐体内へ流入した気体の流速を低下させる流速低下手段としての拡散板を設けたことで、レーザ加工ヘッドの筐体内に異物が付着していても異物を巻き上げることが抑制されるため、光学部品に異物を付着させ難くし、光学部品の損傷を低減することができるという効果を奏する。

本発明に係るレーザ加工ヘッドは、筐体内へ流入した気体の流速を低下させる流速低下手段としての第１の流入口と第２の流入口とを有する流入口を設けたことで、レーザ加工ヘッドの筐体内に異物が付着していても異物を巻き上げることが抑制されるため、光学部品に異物を付着させ難くし、光学部品の損傷を低減することができるという効果を奏する。

本発明に係る板金部品の製造方法は、流速低下手段を用いてレーザ加工ヘッドの内部に気体を供給するようにしたので、レーザ加工ヘッド内に異物が付着していても異物を巻き上げることが抑制されるため、光学部品に異物を付着させ難くし、光学部品の損傷を低減することができ、効率的に板金部品を製造することができるという効果を奏する。

本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの部品搭載板、レーザ加工ヘッドのカバー、部品搭載板に各種部品を搭載してカバーを取り付けたレーザ加工ヘッドを示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの一部を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置を用いた板金部品の製造方法を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの第１の変形例の変形部分を示す要部断面図である。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの第２の変形例の構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの第３の変形例の構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態２のレーザ加工ヘッドの構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態２のレーザ加工ヘッドの拡散板を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態２のレーザ加工ヘッドの変形例の構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態２のレーザ加工ヘッドの変形例の拡散板を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態３のレーザ加工ヘッドの構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態３のレーザ加工ヘッドの拡散板を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態３のレーザ加工ヘッドの一部を示す要部断面図である。 本発明に係る実施の形態４のレーザ加工ヘッドの構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態４のレーザ加工ヘッドの拡散板を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態５のレーザ加工ヘッドの構成を説明するための断面図である。 本発明に係る実施の形態５のレーザ加工ヘッドの拡散板を示す斜視図である。 本発明に係る実施の形態６のレーザ加工ヘッドの構成を説明するための断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドを適用したレーザ加工装置について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を適用したレーザ加工装置９００を示す斜視図である。また、図２の（Ａ）は、レーザ加工ヘッド１００の部品搭載板５５ａ、図２の（Ｂ）は、レーザ加工ヘッド１００のカバー１、図２の（Ｃ）は、部品搭載板５５ａに各種部品を搭載してカバー１を取り付けたレーザ加工ヘッド１００を示す斜視図である。

以下、図１に示すように、Ｚ方向が鉛直方向、ＸＹ面が水平面となるように、ＸＹＺ直交座標を規定する。また、方向に正負の符号を付ける場合は、例えば、＋Ｚ方向は鉛直方向のうち上方向、－Ｚ方向は鉛直方向のうち下方向を指すものとして以下で説明する。

図１に示すように、レーザ加工装置９００は、レーザ加工ヘッド１００と、レーザ光線を出力するレーザ光源としてのレーザ発振器２と、レーザ発振器２から出力されたレーザ光線をレーザ加工ヘッド１００に伝送する光ファイバケーブル３と、レーザ加工ヘッド１００が移動可能に取り付けられたアーム４と、アーム４が移動可能に備え付けられたベースユニット５と、被加工物を載せるテーブル６と、レーザ加工ヘッド１００に窒素ガスを供給するコンプレッサー７と、窒素ガスを清浄化するフィルター８と、窒素ガスを伝送する配管９とを有する。

レーザ加工装置９００において、レーザ加工ヘッド１００は、そのレーザ光軸が鉛直方向すなわちＺ方向を向くように、アーム４に取り付けられている。なお、レーザ光線は、レーザ加工ヘッド１００からテーブル６に載せられた被加工物に向かって－Ｚ方向に照射される。また、レーザ加工装置９００は、鉛直方向すなわちＺ方向と、水平方向すなわちＸＹ面内の方向とに、レーザ加工ヘッド１００が移動するための送り機構を有する。

レーザ加工装置９００の構成について、さらに詳細を以下に説明する。

レーザ加工ヘッド１００は、図２の（Ａ）に示す部品搭載板５５ａと、図２の（Ｂ）に示すカバー１とを備える。部品搭載板５５ａは、光学系を主として構成する各種部品を搭載する板状の部材であり、長孔１７ａが設けられる。カバー１は、直方体形状をしたレーザ加工ヘッド１００の４面の側面のうち、３面を覆うように構成された部分である。部品搭載板５５ａに、天板５０及び底板６０を含む各種部品を搭載し、カバー１を取り付けたレーザ加工ヘッド１００は、図２の（Ｃ）に示す構成となる。すなわち、レーザ加工ヘッド１００は、部品搭載板５５ａの１面とカバー１の３面とで構成される４面の側壁５５と、上面を塞ぐ天板５０と、下面を塞ぐ底板６０とで構成される筐体を有する。筐体は、部品搭載板５５ａに長孔１７ａを有するものの、筐体内部を正圧に保つことが可能な程度に内部が閉じた空間となっている。レーザ加工ヘッド１００は、部品搭載板５５ａに各種部品を搭載してからカバー１を取り付けるようになっており、カバー１を取り外すだけで内部が露わとなるので、部品交換が容易である。なお、図２の（Ｃ）では、保護ガラス１３、流入口２１及び流出口２３は示しているが、筐体の構成をわかりやすく示すために、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部に備えられる部品は省略している。レーザ加工ヘッド１００に搭載される各種部品の詳細については後述する。

図１に示されるレーザ加工装置９００において、レーザ発振器２は、レーザ光線を出力するレーザ光源である。なお、本実施の形態では、レーザ発振器２はファイバーレーザ発振器であるとして、以下説明する。レーザ発振器２から出力されたレーザ光線は、光ファイバケーブル３を通ってレーザ加工ヘッド１００へと伝送される。

レーザ光線の伝送手段としての光ファイバケーブル３は、レーザ発振器２で出力されたレーザ光線をレーザ加工ヘッド１００へ伝送する。光ファイバケーブル３は、ケーブルの中に光ファイバが内蔵されたものである。

アーム４は、ベースユニット５上に備え付けられており、ベースユニット５上でテーブル６を跨ぐように配置される。アーム４には、レーザ加工ヘッド１００が取り付けられており、レーザ加工ヘッド１００をＸ方向とＺ方向とに移動させる送り機構が内蔵されている。よって、レーザ加工ヘッド１００をＸ方向とＺ方向とに移動させることができる。

ベースユニット５は、レーザ加工装置９００の土台となっており、ベースユニット５上にはアーム４とテーブル６とが設けられている。ベースユニット５には、アーム４をＹ方向に移動させる送り機構が内蔵されており、アーム４をＹ方向に高速で移動させることができる。

テーブル６は、ベースユニット５上に設けられ、テーブル６の水平な面上すなわちＸＹ面上に、被加工物が載せられる。すなわち、レーザ加工ヘッド１００は、水平に置かれた被加工物に上方から－Ｚ方向へレーザ光線を照射し、被加工物を加工する。

上記のアーム４とベースユニット５とに内蔵されたレーザ加工ヘッドの送り機構により、レーザ加工ヘッド１００をＸＹＺの３軸方向に自由に移動することができる。また、テーブル６をＹ方向に移動可能に構成して、アーム４のＹ方向の移動とテーブル６のＹ方向の移動との協調により加工速度を高速化できるように送り機構を構成してもよい。

なお、レーザ加工ヘッド１００は、テーブル６のＸＹ面に載せられた被加工物に対して－Ｚ方向にレーザ光線を照射するように構成されているが、－Ｚ方向だけでなく、ＸＹ面内の方向にもレーザ光線を出射し、被加工物を立体的に加工できるようにしてもよい。また、上記したレーザ加工装置９００の送り機構は、これに限られるものではなく、Ｘ、Ｙ、Ｚのうち少なくとも１つの軸について移動する送り機構を有するものとしてもよい。

コンプレッサー７は、レーザ加工装置９００を設置している工場の窒素ガス供給設備、又はレーザ加工装置の近くに設置した窒素ガスボンベ等の気体供給源としての窒素ガス供給源から、レーザ加工ヘッドに窒素ガスを供給する。なお、気体供給源からレーザ加工ヘッドに気体を供給する手段としては、必ずしもコンプレッサー７を用いなくてもよい。

なお、本実施の形態及び他の実施の形態において、レーザ加工ヘッドに供給される気体が窒素ガスである場合について説明するが、これに限られるものではない。レーザ加工ヘッド１００の筐体内を外部雰囲気に比べて正圧かつ清浄に保つために流入する気体としては、窒素ガス（Ｎ_２）の他に、乾燥空気を用いてもよいし、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いることもできる。また、ヘリウム／アルゴン混合ガス（Ｈｅ／Ａｒ）、窒素／アルゴン混合ガス（Ｎ_２／Ａｒ）等の混合ガス、アシストガスとしての機能も有する酸素ガス（Ｏ_２）等を用いてもよい。

フィルター８は、窒素ガス供給源からコンプレッサー７に供給された窒素ガスが、配管９を介してレーザ加工ヘッド１００へ供給するまでの間に設けられる。フィルター８は、ガス内に含まれる例えば水分のようなコンタミのトラップと粒子状の異物の除去とを行う機能を有する。コンプレッサー７に供給された窒素ガスは、フィルター８を通過することで清浄な窒素ガスとなる。清浄な窒素ガスは、レーザ加工ヘッド１００の流入口２１から、レーザ加工ヘッド１００の筐体内へと導入される。

次に、本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドについて図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００の構成を説明するための断面図であり、レーザ加工ヘッド１００の構成と、レーザ加工ヘッド１００の保護ガラス１３に取り付けられた光ファイバ１１と、レーザ加工される側のテーブル６とテーブル６上に載せられた被加工物８０とが示されている。また、さらに図３には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ１として複数の矢印で模式的に示されている。

まず、レーザ加工ヘッド１００の構成について図３を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド１００は、側壁５５と天板５０と底板６０とで形成される筐体と、出射端面１１ａからレーザ光線を出射する光ファイバ１１が取り付けられ、レーザ光線１０をレーザ加工ヘッド１００の筐体内へ入射させるとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する保護ガラス１３と、光ファイバ１１から入射されたレーザ光線１０をレーザ加工に適するように整形する光学部品１５と、光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７と、筐体内に窒素ガスが流入する流入口２１と、流入した窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を下げる流速低下手段としての拡散板３１と、筐体内の窒素ガスが流出する流出口２３とを有する。なお、流出口２３は、被加工物に照射するために光学部品１５で整形されたレーザ光線１０をレーザ加工ヘッド１００から出射する出射部としての出射口の機能を兼ねている。また、本明細書では、レーザ光線１０の整形の意味は、レーザ光線１０のビーム形状を変える場合だけでなく、集光によりビームサイズを変える場合も含むものとして説明する。

筐体は、部品搭載板５５ａとカバー１とで形成される側壁５５と、天板５０と、底板６０とからなる。部品搭載板５５ａに長孔１７ａが設けられているため、筐体内は密閉空間ではないが、筐体内部を正圧に保つことが可能な程度に閉じた空間になっている。なお、光学部品１５の位置を移動させる必要が無い場合は、部品搭載板５５ａに長孔１７ａを設けず、筐体内を密閉空間としてもよい。

図１で示したレーザ加工装置９００の光ファイバケーブル３に内蔵された光ファイバは、図３で示した光ファイバ１１そのものである。光ファイバ１１は、レーザ加工ヘッド１００の天板５０側の保護ガラス１３に取り付けられ、保護ガラス１３がレーザ加工ヘッド１００におけるレーザ光線の入射部となっている。レーザ光線を伝送する光ファイバケーブル３に内蔵された光ファイバ１１は、レーザ光線を出射端面１１ａから出射し、出射されたレーザ光線は、保護ガラス１３を介してレーザ加工ヘッド１００の筐体内にレーザ光線１０ａとして入射される。

保護ガラス１３は、レーザ光線の入射部であり、レーザ加工ヘッド１００の天板５０に設けられる。保護ガラス１３は、光ファイバ１１の出射端面１１ａと接して設けられており、光ファイバ１１の出射端面１１ａから出射されたレーザ光線をレーザ加工ヘッド１００の筐体内に入射するとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する。

レーザ光線１０を整形する光学部品１５は、レーザ加工ヘッド１００の筐体内において、レーザ光線１０の光路の途中に設けられる。光学部品１５によって、レーザ光線１０の集光、ビーム幅、焦点深度等を可変させレーザ光線を整形する。

また、光学部品１５は、本実施の形態の一例として、第１の光学部品１５ａと第２の光学部品１５ｂとからなる。第１の光学部品１５ａは、光ファイバ１１から出射されたレーザ光線１０ａを整形して、レーザ光線１０ｂを出射する。例えば、第１の光学部品１５ａがコリメートレンズの場合、第１の光学部品１５ａに入射したレーザ光線１０ａは、第１の光学部品１５ａでコリメートされたレーザ光線１０ｂとなるように整形される。第２の光学部品１５ｂは、第１の光学部品１５ａから出射されたレーザ光線１０ｂを整形して、レーザ光線１０ｃを出射する。例えば、第２の光学部品１５ｂが対物レンズの場合、コリメートされたレーザ光線１０ｂは、対物レンズでレーザ加工に適するビームサイズに集光されたレーザ光線１０ｃとなるように整形される。第２の光学部品１５ｂから出射されたレーザ光線１０ｃは、流出口２３を通り、被加工物８０に向かって、レーザ光線１０ｃが示す矢印の方向すなわち－Ｚ方向にレーザ加工ヘッド１００から出射される。なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、光学部品１５は第１の光学部品１５ａと第２の光学部品１５ｂの２枚からなる場合について説明するが、これに限られるものではなく、レーザ光線１０のビームサイズや焦点深度に応じて、光学部品を３枚以上使用してもよいし、光学部品を１枚使用してもよいし、光学部品として光学マスクを使用してビーム形状を整形するようにしてもよい。

ここで、図４を参照して、光学部品１５と駆動装置１７との関係について説明する。図４は、光学部品１５と駆動装置１７とをＺ方向から見た平面図である。

図４の（Ａ）において、第１の光学部品１５ａがコリメートレンズの場合は、第１の光学部品１５ａは、レンズ１５ａａと、レンズ１５ａａを固定するレンズ枠１５ａｂと、レンズ枠１５ａｂと駆動装置１７とを繋ぐ駆動アーム１５ａｃとからなる。同様に、図４の（Ｂ）において、第２の光学部品１５ｂが対物レンズの場合は、第２の光学部品１５ｂは、レンズ１５ｂａと、レンズ１５ｂａを固定するレンズ枠１５ｂｂと、レンズ枠１５ｂｂと駆動装置１７とを繋ぐ駆動アーム１５ｂｃとからなる。なお、光学部品１５に備えられるレンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａは、これに限られるものではなく、被加工物のレーザ加工に適するようにレーザ光線１０を整形して出射する光学部材であればよい。

第１の光学部品１５ａについてさらに詳細に説明する。レンズ枠１５ａｂと駆動アーム１５ａｃとは、窒素ガスの流れの妨げにならないように、Ｚ方向から見た面積が最小になるように構成される。また、駆動アーム１５ａｃ上に異物が付着していても、駆動アーム１５ａｃに窒素ガスが到達する前に、拡散板３１によって窒素ガスの流速が異物を巻き上げない程度まで下がっているため、付着異物が駆動アーム１５ａｃから巻き上がって移動するようなことが困難となっている。さらに、駆動アーム１５ａｃから付着異物が剥がれ落ちたとしても、レーザ加工ヘッド１００の筐体内において－Ｚ方向の気流が生じているため、駆動アーム１５ａｃ上から剥がれ落ちた浮遊異物はレンズ１５ａａ及び第２の光学部品１５ｂのレンズ１５ｂａには向かわず、レーザ加工ヘッド１００の底部へ落ちるようになっている。以上は、第２の光学部品１５ｂについても同様である。

また、ここで、図２及び図３を参照して、レーザ加工ヘッド１００の部品搭載板５５ａについて詳細を説明する。部品搭載板５５ａは、図２の（Ａ）及び図３に示すように、直方体形状のレーザ加工ヘッド１００の４面ある側面のうちの１面を構成し、レーザ加工ヘッド１００の部品が搭載される板状の部材である。部品搭載板５５ａには、図２の（Ａ）及び図３に示すように、駆動装置１７が駆動する範囲でＺ方向に長い長孔１７ａが設けられる。長孔１７ａは、筐体内部を容易に正圧に保てるように、駆動装置１７が可動となる範囲において最小の面積で設けられることが望ましい。

光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７は、部品搭載板５５ａの長孔１７ａに光学部品１５の駆動アーム１５ａｃ及び駆動アーム１５ｂｃを支持して、筐体の外部に設けられる。駆動装置１７は、サーボモータによってボールねじを回転させることで、第１の光学部品１５ａと第２の光学部品１５ｂとの位置をＺ方向に移動させる。駆動装置１７により光学部品１５の位置を調整することで、被加工物８０に合わせてレーザ光線１０のビームサイズ、焦点距離等を可変させ、レーザ光線を整形する。これによって、加工スピードの高速化ができ、また、加工対象となる材料を多様化することができる。なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、駆動装置１７が１つの場合について説明するが、これに限られるものではなく、第１の光学部品１５ａ用の駆動装置と、第２の光学部品１５ｂ用の駆動装置とを別々に備える等、光学部品の枚数及び種類に応じて、複数の駆動装置を備えてもよい。

図３に示されるように、流入口２１は、レーザ加工ヘッド１００の天板５０に、保護ガラス１３が設けられる位置とは別の位置に設けられる。レーザ加工装置９００に備えられたフィルター８によって清浄化された窒素ガスが、流入口２１からレーザ加工ヘッド１００の筐体の内部へと流入される。また、流出口２３は、レーザ加工ヘッド１００の底板６０に設けられ、レーザ加工ヘッド１００の筐体内に流入された窒素ガスは、流出口２３から筐体の外部へと流出される。レーザ加工ヘッド１００の筐体の天板５０に流入口２１が設けられ、底板６０に流出口２３が設けられることにより、筐体内の窒素ガスは全体として－Ｚ方向のダウンフローを作り出す。なお、流入口２１はレーザ加工ヘッド１００の天板５０に設けられることが望ましいが、十分なスペースがない場合には、側壁５５に取り付けられてもよい。ただし、流入口２１が側壁５５に取り付けられる場合には、天板５０に近い位置に取り付け、レーザ加工ヘッド１００の筐体内において窒素ガスの流れが全体としてダウンフローとなるようにする必要がある。

また、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部を正圧かつ清浄に保つための気体としての窒素ガスは、一定以上の流量が必要となるため、流入口２１からは高速の窒素ガスが流入されることになる。

流出口２３は、内側が空洞になっており、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部に流入した窒素ガスは流出口２３から流出される。また、流出口２３は、光ファイバ１１から筐体内へと入射されたレーザ光線１０が第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂを通りレーザ加工ヘッド１００の外部へ出射される出射口としての機能を兼ねている。流出口２３のＸＹ面の方向における面積は、レーザ光線１０の通過を妨げない範囲で、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部のＸＹ面の方向における面積よりも狭められて構成される。これによりレーザ加工ヘッド１００の筐体の内部が正圧に保たれ、レーザ加工装置９００の動作時において発生するガスや、被加工物から生じるスパッタ等がレーザ加工ヘッド１００の筐体内へ逆流することを防ぐ。

ここで、レーザ加工装置９００の動作終了時又は停電の場合は、レーザ加工ヘッド１００の筐体内に窒素ガスが供給されなくなることが想定される。そうなると、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部を正圧に保つことができなくなる。このときに備えて、流出口２３からの気体や異物が侵入することを防ぐために、流出口２３には逆流防止弁（図示せず）が設けられている。流出口２３に設けられた逆流防止弁は、レーザ加工装置９００の動作時には開き、レーザ加工装置９００の動作が停止している時には閉じることで、逆流を防ぐものである。構造としては、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内側から窒素ガスによる正圧で押されると開き、内側からの正圧が無くなると閉じるものとする。また、レーザ加工装置９００の動作時すなわち電源が入っているときには開き、レーザ加工装置９００の停止時すなわち電源が切れているときには閉じるように、電磁構造によって制御してもよい。

拡散板３１は、ニッケルめっきアルミニウムで平板状に構成される。また、ステンレス等の金属材料、ガラス、プラスチック等を使用してもよい。拡散板３１の平面形状は特に指定されないが、例えば、四角形、円形等としてもよい。

拡散板３１は、流入口２１から流入される窒素ガスの流れにおいて、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂよりも上流側に設けられ、光学部品１５の駆動を妨げない範囲に設置される。

拡散板３１の面積は、流入口２１のＸＹ面の方向における面積より大きい。拡散板３１の面積が流入口２１の面積よりも大きいことによって、流入口２１からレーザ加工ヘッド１００の筐体内に流入した高速の窒素ガスは、拡散板３１による拡散により流速が下げられる。すなわち、流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３１に当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散されることにより、流入口２１からの流入時よりも流速が低下する。

また、拡散板３１と流入口２１とは、Ｚ方向の平面視で、流入口２１が拡散板３１に完全に覆われる位置関係にある。これにより、流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３１に当たり、流速を下げることができる。なお、拡散板３１と流入口２１とはＺ方向の平面視で完全に重なることが望ましいが、少なくとも一部が重なる構成としてもよい。拡散板３１と流入口２１との少なくとも一部が重なることで、流入口２１から流入される窒素ガスの少なくとも一部の流速を下げることができる。

次に、レーザ加工ヘッド１００における窒素ガスの流れについて、図３を用いて説明する。

レーザ加工装置９００のコンプレッサー７から供給された窒素ガスは、フィルター８と配管９とを介して、レーザ加工ヘッド１００の流入口２１からレーザ加工ヘッド１００の筐体の内部へと導入され、供給される。

既に説明しているように、レーザ加工ヘッド１００における窒素ガスの流れを、図３ではガス流路Ｇ１として複数の矢印で模式的に示している。流入口２１からレーザ加工ヘッド１００の筐体の内部へと流入された高速の窒素ガスは、拡散板３１に向かって流れ、拡散板３１に当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散される。これによって、流入口２１からの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド１００の筐体を構成する側壁５５の内面に当たることで流れる向きが曲げられ、第１の光学部品１５ａの外周部へ向かい、第１の光学部品１５ａの外周部を通過した後、第２の光学部品１５ｂの外周部を通過する。この際、光ファイバ１１から保護ガラス１３を介して出射されたレーザ光線１０と同一方向へ向けた－Ｚ方向の窒素ガスの流れが主流となる。よって、第１の光学部品１５ａと第２の光学部品１５ｂとを移動させる際に駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じて浮遊する異物を、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂに対して、－Ｚ方向に運んでいく。

第２の光学部品１５ｂの外周部を通過してレーザ加工ヘッド１００の筐体内の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド１００の筐体内の底板６０に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

このように構成されたレーザ加工ヘッド１００の効果について説明する。

レーザ加工ヘッド１００において、被加工物８０上に集光されたレーザ光線１０ｃのエネルギー密度が被加工物８０の加工しきい値よりも高くなるように、レーザ光線１０は整形されている。光学部品１５は、レーザ光線１０に対して高い透過率を有するため通常はレーザ光線１０によって焼損されないが、光学部品１５上に異物が存在する場合、レーザ光線１０の照射によって異物が高温になり、溶融或いは破裂して光学部品１５への焼き付きが生じ、損傷することがある。光学部品１５が焼損すると、レーザ光線１０が焼損箇所で散乱又は吸収され、所望のレーザ光線を出力できなくなる。したがって、光学部品１５上に異物が付着しないことが望ましい。

また、レーザ加工ヘッド１００は、外部から筐体内への異物の侵入を防ぐ必要がある。そのため、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部を正圧かつ清浄に保つための気体としての窒素ガスは、一定以上の流量が必要となり、流入口２１から流入される窒素ガスの流速は高速である。窒素ガスの流速が速いままレーザ加工ヘッド１００の筐体内に流入されると、気流の乱れが生じ、レーザ加工ヘッド１００の製造時に発生してレーザ加工ヘッド１００の筐体内の底板６０、側壁５５、駆動アーム１５ａｃ及び駆動アーム１５ｂｃ等に残留し付着した異物又は駆動装置１７によって光学部品１５の位置が移動される摺動によって発生し付着した異物を巻き上げ移動させることで、光学部品上に付着させてしまう。

そこで、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、流入口２１からレーザ加工ヘッド１００の筐体内へと流入された窒素ガスの流れは、流入口２１から流入された後に拡散板３１で拡散されることによって流速が下げられる。このとき、窒素ガスの流速は、レーザ加工ヘッド１００の筐体内の底板６０、側壁５５、駆動アーム１５ａｃ及び駆動アーム１５ｂｃ等に残留又は発生する異物を巻き上げるのに必要な流速よりも低下している。よって、窒素ガスの流れは、レーザ加工ヘッド１００の筐体内に存在する異物を巻き上げず、光学部品１５のレンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させることなく、流出口２３からレーザ加工ヘッド１００の外部へと流出される。同時に、窒素ガスの流れに乗った浮遊異物は、流出される窒素ガスと一緒にレーザ加工ヘッド１００の外部へと排出される。

したがって、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、流入口２１の下流に拡散板３１を設けたことで、レーザ加工ヘッド１００の筐体の内部を正圧かつ清浄にする窒素ガスの流速を下げることができ、レーザ加工ヘッド１００の筐体内の異物を巻き上げず、レンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させないため、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、拡散板３１によってレーザ加工ヘッド１００の筐体内に流入された窒素ガスの流速を低下させ、流速が下げられた窒素ガスがレーザ加工ヘッド１００の筐体内を通過していく。この結果、レーザ加工ヘッド１００では、窒素ガスによって付着異物を巻き上げることなく、－Ｚ方向の気流によって浮遊異物をレーザ加工ヘッド１００の底部に落とす又はレーザ加工ヘッド１００の外部に排出することができ、光学部品１５及びその付近を清浄に保つことができるという効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド１００の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド１００の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド１００を冷却することができるという効果を奏する。また、レーザ加工ヘッド１００から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド１００の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、部品搭載板５５ａとカバー１とで側壁５５が構成される場合について説明したが、これに限られるものではなく、筐体を備えたレーザ加工ヘッドであって、筐体の内部を正圧に保つことが可能な程度に閉じた空間となっていればよい。このとき、筐体の形状は直方体に限られず、例えば、円筒形であってもよい。

また、本実施の形態では、レーザ光源として、ｋＷ級のレーザ光線を出力することができる波長１μｍ帯のファイバーレーザを用いたファイバーレーザ加工装置のレーザ加工ヘッド１００について説明したが、これに限られるものではなく、レーザ光源として、ＣＯ_２（炭酸ガス）レーザ、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）レーザ、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ・／極端紫外線）レーザ等の、波長１２ｎｍから１５μｍのレーザ光源を用いたレーザ加工装置に適用してもよい。

また、本実施の形態では、レーザ発振器２がファイバーレーザ発振器であるレーザ加工装置９００にレーザ加工ヘッド１００を適用する場合について説明したので、レーザ発振器２から出力されるレーザ光線をレーザ加工ヘッド１００へ伝送する伝送手段として光ファイバ１１を内蔵する光ファイバケーブル３を用いる構成を説明した。しかしながら、これらに限られるものではなく、レーザ加工ヘッドを適用するレーザ加工装置のレーザ光源に応じて、伝送手段及び入射部については、例えばミラー光学系等、異なる構成を用いてもよい。

このように構成されるレーザ加工装置９００は、ｋＷ級のレーザ光線を出力できる構成では、板金部品（金属部品、自動車のパーツ、調理用の鉄板、フライパン等）、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ／炭素繊維強化プラスチック）部品（自動車の軽量化部品、航空機部品等）、及び、樹脂部品の加工等に用いられる。また、Ｗ級のレーザ光線を出力できる構成では、プリント基板の穴あけ加工等に用いられる。

レーザ加工装置９００を用いた製造工程の例として、板金部品の製造方法について図５を用いて工程を追って以下に説明する。図５は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を適用したレーザ加工装置９００を用いた板金部品の製造方法を示すフローチャートである。

まず、被加工物である金属板をレーザ加工装置９００のテーブル６上に載置する（ステップＳ１）。加工データを入力し、金属板とレーザ加工ヘッド１００との位置関係を設定する（ステップＳ２）。コンプレッサー７を動作させ、レーザ加工ヘッド１００の流入口２１に気体を流入する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、流入された気体は、レーザ加工ヘッド１００の流速低下手段である拡散板３１によって筐体内に供給され、拡散されることで流速が低下する。ステップＳ３で筐体内に気体を供給してから待機時間が経過した後に、レーザ発振器２から光ファイバケーブル３を介してレーザ加工ヘッド１００内にレーザ光線１０を入射させ、レーザ加工ヘッド１００からレーザ光線１０を出射し、金属板の加工始点の１点を貫通する穴を開ける（ステップＳ４）。その後、入力された加工データに基づき、レーザ加工ヘッド１００を可動させてレーザ光線１０を出射して金属板を加工する（ステップＳ５）。加工終了後に、金属板を取り出す（ステップＳ６）。

このような板金部品の製造方法では、ステップＳ３において、流速低下手段である拡散板３１を用いてレーザ加工ヘッド１００の内部に気体を供給するようにしたので、レーザ加工ヘッド１００の筐体内に異物が付着していても異物を巻き上げることが抑制される。また、レーザ加工ヘッド１００に気体を導入した最初は気体の流れが乱れて、筐体内に存在する浮遊異物を流出口２３から排出することができないことが懸念される。そこで、本実施の形態の板金部品の製造方法では、ステップＳ４において、気体の流れが安定する一定時間後までレーザ光線１０を出射しないようにタイマー等を用いて制御することで、レーザ加工ヘッド１００の筐体内の浮遊異物を安定した気体の流れに乗って速やかに流出口２３から排出することができ、光学部品に異物を付着させ難くし、光学部品の損傷を低減することができる。これによって、レーザ加工ヘッド１００の故障やレーザ光線の出力低下等を抑制できることから、効率的に板金部品を製造することができるという効果を奏する。

なお、レーザ加工装置９００は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００が適用された場合について説明したが、これに限られるものではなく、レーザ加工装置９００に本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００の変形例のレーザ加工ヘッドを適用してもよいし、他の実施の形態で説明するレーザ加工ヘッドを適用してもよい。また、板金部品の製造方法についても、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を適用したレーザ加工装置９００を用いた場合について説明したが、これに限られるものではなく、レーザ加工ヘッド１００の変形例のレーザ加工ヘッドを適用してもよいし、他の実施の形態で説明するレーザ加工ヘッドを適用してもよい。

本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの第１の変形例について、図６を用いて説明する。図６の（Ａ）は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を変形したレーザ加工ヘッド１０１ａの一部を示す要部断面図であり、図６の（Ｂ）は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を変形したレーザ加工ヘッド１０１ｂの一部を示す要部断面図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、窒素ガスの流出口２３がレーザ光線を出射する出射部としての出射口の機能を兼ねている、すなわち窒素ガスの流出口とレーザ光線の出射部とが同一に設けられる構成について説明したが、窒素ガスの流出口と別にレーザ光線を出射する出射部としての出射窓を設けてもよい。

一例として、図６の（Ａ）に示すように、本実施の形態の第１の変形例であるレーザ加工ヘッド１０１ａでは、レーザ光線１０はレーザ加工ヘッド１０１ａの底板６０に設けられた出射窓４３ａから出射され、窒素ガスはレーザ加工ヘッド１０１ａの底板６０において出射窓４３ａの位置とは別の位置に設けられた流出口２４ａから排出される。

別の例として、図６の（Ｂ）に示すように、本実施の形態の第１の変形例の別の例であるレーザ加工ヘッド１０１ｂでは、レーザ光線１０はレーザ加工ヘッド１０１ｂの底板６０に設けられた出射窓４３ｂから出射され、窒素ガスはレーザ加工ヘッド１０１ｂの側壁５５に設けられた流出口２４ｂから排出される。このとき、流出口２４ｂは、レーザ加工ヘッド１０１ｂ内に設けられた光学部品よりも気流の下流側に設けることで、窒素ガスによって光学部品を冷却することができる。

また、流出口２４ａ及び流出口２４ｂは、流出口２３と同様に逆流防止弁の機能があり、レーザ加工ヘッド１０１ａ及びレーザ加工ヘッド１０１ｂの筐体内への外部からの異物やガス等の逆流を防いでいる。

なお、本実施の形態並びに本実施の形態の第１の変形例及び別の例では、それぞれ流出口２３、流出口２４ａ、流出口２４ｂとして、レーザ加工ヘッドに流出口が１つ設けられる場合について説明したが、これに限られるものではなく、流出口２３と流出口２４ａと流出口２４ｂとを、任意の数で組み合わせて、２箇所以上設置してもよい。また、矛盾がない限りは、他の実施の形態で説明するレーザ加工ヘッドに上記の流出口を適用し、レーザ光線を出射する出射窓と窒素ガスの流出口とを別々に設けてもよいし、複数の流出口を有する構成としてもよい。

本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの第２の変形例について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を変形したレーザ加工ヘッド１０２の構成を説明するための断面図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００では、窒素ガスの流入口２１と拡散板３１とがそれぞれ１つずつ設けられる構成について説明したが、流入口と拡散板とを複数設けてもよい。

図７に示すように、本実施の形態の第２の変形例であるレーザ加工ヘッド１０２では、天板５０に、流入口２１ａと流入口２１ｂとの２つの流入口を備え、さらに、筐体内の第１の光学部品１５ａよりも上流側に、拡散板３１ａと拡散板３１ｂとの２つの拡散板を備えている。また、窒素ガスの流れをガス流路Ｇ１ａとして複数の矢印で模式的に示すように、レーザ加工ヘッド１００と同様に、流入口２１ａから流入される窒素ガスは拡散板３１ａにより拡散され、流入口２１ｂから流入される窒素ガスは拡散板３１ｂにより拡散される。

このように構成されたレーザ加工ヘッド１０２では、流入口を複数設けたことで、窒素ガスの全体としての流入量は変えずに、流入口２１ａと流入口２１ｂとから流入される窒素ガスの流量をそれぞれ小さくできるため、流速をさらに下げることができ、異物の巻き上げを低減することができる効果を奏する。

なお、図７ではレーザ加工ヘッド１０２として流入口と拡散板とがそれぞれ２つずつ設けられる場合について説明したが、これに限られるものではなく、流入口と拡散板とはそれぞれ３つ以上設けてもよいし、流入口又は拡散板のみを複数設ける等、それぞれ任意の数で設けてもよい。また、矛盾がない限りは、他の実施の形態のレーザ加工ヘッドに組み合わせてもよい。

本発明に係る実施の形態１のレーザ加工ヘッドの第３の変形例について、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド１００を変形したレーザ加工ヘッド１０３の構成を説明するための断面図である。

図８に示すように、本実施の形態の第３の変形例であるレーザ加工ヘッド１０３では、天板５０に流入口２１ｃを備え、カバー１によって構成される側壁５５のうち、部品搭載板５５ａに対面する面に流入口２１ｄと流入口２１ｅとの２つの流入口を備える。窒素ガスの流れをガス流路Ｇ１ｂとして複数の矢印で模式的に示すように、レーザ加工ヘッド１００と同様に、流入口２１ｃから流入される窒素ガスは、拡散板３１により拡散される。拡散板３１により拡散された窒素ガスは、部品搭載板５５ａに対面する面に設けられた流入口２１ｄ及び流入口２１ｅから流入される窒素ガスによって、長孔１７ａを有する部品搭載板５５ａに向かう水平方向の流れとなる。水平方向に流れた窒素ガスは、部品搭載板５５ａに当たることで流れる向きが変えられ、光学部品１５の外周部を通過して流出口２３へと向かう。

このように構成されたレーザ加工ヘッド１０３では、流入口を複数設けたことで、窒素ガスの全体としての流入量は変えずに、流入口２１ｃ、２１ｄ、２１ｅから流入される窒素ガスの流量をそれぞれ小さくできるため、流速をさらに下げることができ、異物の巻き上げを低減することができる効果を奏する。また、部品搭載板５５ａに対面する面に設けられる流入口２１ｄ及び流入口２１ｅから窒素ガスが流入し、水平方向に部品搭載板５５ａに向かう流れを作ることによって、長孔１７ａからの異物の侵入を防ぐことができる効果を奏する。

なお、図８ではレーザ加工ヘッド１０３として天板５０に流入口が１つ、側壁５５に流入口が２つ、拡散板が１つ、それぞれ設けられる場合について説明したが、これに限られるものではなく、流入口と拡散板とはそれぞれ任意の位置において、任意の数で設けてもよい。また、矛盾がない限りは、他の実施の形態のレーザ加工ヘッドに組み合わせてもよい。

実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２のレーザ加工ヘッドについて、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００の構成を説明するための断面図である。また、図１０は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ａを示す斜視図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００は、側壁５５と天板５０と底板６０とで形成される筐体と、出射端面１１ａからレーザ光線１０を出射する光ファイバ１１が取り付けられ、レーザ光線１０をレーザ加工ヘッド２００の筐体内に入射させるとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する保護ガラス１３と、光ファイバ１１から出射されたレーザ光線１０をレーザ加工に適するように整形する光学部品１５と、光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７と、筐体内に窒素ガスが流入する流入口２１と、筐体内の窒素ガスが流出する流出口２３とを有することは、実施の形態１で説明したレーザ加工ヘッド１００と同様である。本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００は、流入した窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を下げる流速低下手段としての拡散板３２ａを有し、拡散板３２ａの形状が、実施の形態１で説明した拡散板３１と異なる。なお、図９には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ２ａとして複数の矢印で模式的に示されている。

まず、拡散板３２ａの構成について説明する。

拡散板３２ａは、ニッケルめっきアルミニウムで構成される。また、ステンレスなどの金属材料、ガラス、プラスチック等を使用してもよい。拡散板３２ａの平面形状は、図１０に示すように、四角形である。なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００では、拡散板３２ａの平面形状が四角形の場合について説明するが、これに限られるものではなく、例えば略四角形で角を丸くした形状であってもよいし、円形等としてもよい。

拡散板３２ａは、流入口２１から流入される窒素ガスの流れにおいて、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂよりも上流側に設けられ、光学部品１５の駆動を妨げない範囲に設置される。

拡散板３２ａは、図１０に示すように、レーザ光線１０のビーム径よりも十分大きい円形の光路孔３２ａａと、拡散面３２ａｂとを有しており、レーザ光線１０の光路上に光路孔３２ａａが位置するように配置される。拡散板３２ａが光路孔３２ａａを有することによって、レーザ光線１０を妨げることなく、窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を低下させることができる。なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００では、光路孔３２ａａが円形の場合について説明するが、これに限られるものではなく、例えばビーム径よりも十分大きい四角形であってもよい。

拡散板３２ａの面積は、流入口２１の面積より大きく、かつ、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂの面積よりも大きい。また、拡散板３２ａとレーザ加工ヘッド２００の側壁５５との隙間は、流入口２１の水平方向の面積よりも大きい。これらによって、流入口２１からレーザ加工ヘッド２００の筐体内に流入した高速の窒素ガスは、拡散板３２ａによる拡散により、流速を下げることができる。流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３２ａに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散されることにより、流入口２１からの流入時よりも流速が低下する。

また、拡散板３２ａと流入口２１とは、Ｚ方向の平面視で、流入口２１が拡散板３２ａの光路孔３２ａａに重ならず、流入口２１が拡散板３２ａの拡散面３２ａｂに完全に重なるような位置に設けられる。これにより、流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３２ａの拡散面３２ａｂに当たり、流速が下げられる。なお、拡散面３２ａｂと流入口２１とはＺ方向の平面視で完全に重なることが望ましいが、流入口２１の少なくとも一部が拡散面３２ａｂと重なり、残部が拡散板３２ａと重ならない又は光路孔３２ａａと重なる構成としてもよい。拡散面３２ａｂと流入口２１との少なくとも一部が重なることで、流入口２１から流入される窒素ガスの少なくとも一部の流速を下げることができる。

次に、レーザ加工ヘッド２００における窒素ガスの流れについて図９を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド２００における窒素ガスの流れを、ガス流路Ｇ２ａとして複数の矢印で模式的に示す。流入口２１からレーザ加工ヘッド２００の筐体内へと流入された高速の窒素ガスは、拡散板３２ａに向かって流れ、拡散板３２ａの拡散面３２ａｂに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散される。これによって、流入口２１からの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、主にレーザ加工ヘッド２００の筐体内の側壁５５まで拡散される。側壁５５へと拡散された窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２００の筐体内の側壁５５に当たることで流れる向きが曲げられ、拡散板３２ａと側壁５５との間から、－Ｚ方向に向けて流れる。拡散板３２ａと側壁５５との間は、細長いスリット状になっているため、窒素ガスは層状となって流れる。層状となった窒素ガスは、光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように流れるため、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド２００の筐体内へ侵入するのを妨げることができる。また、駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じる異物が長孔１７ａから筐体内へ侵入したとしても、気流によって、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂに対して－Ｚ方向に運んでいくことができる。

また、拡散板３２ａに当たって流速が低下した窒素ガスの一部は、拡散板３２ａの光路孔３２ａａへと流れ、レーザ光線１０ａと同じ－Ｚ方向に流れる。光路孔３２ａａへと流れた窒素ガスは、流入口２１から流入された後に拡散板３２ａで拡散されることによって流速が下げられている。このとき、窒素ガスの流速は、レーザ加工ヘッド２００の第１の光学部品１５ａ上若しくはその付近に残留又は発生する異物を巻き上げるのに必要な流速よりも低下している。よって、窒素ガスは、第１の光学部品１５ａ又はその周辺に存在する異物を巻き上げず、第１の光学部品１５ａのレンズ１５ａａに異物を付着させることなく、第１の光学部品１５ａに当たることで曲げられ、第１の光学部品１５ａの周囲へと－Ｚ方向に流れる。

光学部品１５の外周部を通過してレーザ加工ヘッド２００内部の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２００の筐体内の底板６０に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

レーザ加工ヘッド２００の効果について説明する。

このように構成されたレーザ加工ヘッド２００にあっても、流入口２１の下流に拡散板３２ａを設けたことで、レーザ加工ヘッド２００の筐体内を正圧かつ清浄にする窒素ガスの流速を下げることができ、レーザ加工ヘッド２００の筐体内の異物を巻き上げず、レンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させないため、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００では、拡散板３２ａによってレーザ加工ヘッド２００の筐体内に流入された窒素ガスの流速を低下させ、流速が下げられた窒素ガスがレーザ加工ヘッド２００の筐体内における光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように通過していく。この結果、レーザ加工ヘッド２００では、窒素ガスによって異物を巻き上げることなく、－Ｚ方向の気流によって異物をレーザ加工ヘッド２００の底部に落とすことができる上、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド２００の内部に侵入するのを妨げることができ、光学部品１５及びその付近を清浄に保つことができるという効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド２００の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド２００の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２００を冷却することができるという効果を奏する。特に、拡散板３２ａには光路孔３２ａａが設けられており、光路孔３２ａａから－Ｚ方向に流れた窒素ガスが第１の光学部品１５ａに当たることから、レーザ加工ヘッド２００は、レーザ光線１０によって高温に加熱された光学部品１５を効率的に冷却することができる効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド２００から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド２００の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

本実施の形態のレーザ加工ヘッドの変形例について、図１１及び図１２を用いて説明する。

図１１は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００の変形例として、レーザ加工ヘッド２０１の構成を説明するための断面図である。また、図１２は、レーザ加工ヘッド２０１の拡散板３２ｂを示す斜視図である。レーザ加工ヘッド２０１は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ａに代えて、拡散板３２ｂを用いたものである。なお、図１１には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ２ｂとして複数の矢印で模式的に示されている。

まず、拡散板３２ｂの構成について説明する。なお、以下では拡散板３２ｂが拡散板３２ａと異なる点を主に説明し、共通する点については一部説明を省略する。

拡散板３２ｂは、図１２に示すように、レーザ光線１０のビーム径よりも十分大きい光路孔３２ｂａを有しており、光路孔３２ｂａに、レーザ光線１０の透過率が高い光学部品であるレーザ光線透過部品３２ｂｃが嵌められている。拡散板３２ｂは、レーザ光線１０の光路上にレーザ光線透過部品３２ｂｃが位置するように配置される。この光路孔３２ｂａに嵌められたレーザ光線透過部品３２ｂｃによって、レーザ光線１０を妨げることなく、窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を低下させることができる。

拡散板３２ｂの拡散面３２ｂｂは、ニッケルめっきアルミニウムで構成される。また、ステンレスなどの金属材料、ガラス、プラスチック等を使用してもよい。また、拡散板３２ｂのレーザ光線透過部品３２ｂｃは、レーザ光線１０を透過する光学部品によって構成される。

拡散板３２ｂは、流入口２１から流入される窒素ガスの流れにおいて、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂよりも上流側に設けられ、光学部品１５の駆動を妨げない範囲に設置される。

拡散板３２ｂの面積は、流入口２１の面積より大きく、かつ、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂの面積よりも大きい。また、拡散板３２ｂとレーザ加工ヘッド２０１の側壁との隙間は、流入口２１の面積よりも大きい。これらによって、流入口２１からレーザ加工ヘッド２０１の内部に流入した高速の窒素ガスは、拡散板３２ｂによる拡散により、流速を下げることができる。流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３２ｂに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散されることにより、流入口２１からの流入時よりも流速が低下する。

また、拡散板３２ｂと流入口２１とは、Ｚ方向の平面視で、流入口２１が拡散板３２ｂに完全に重なるような位置に設けられる。これにより、流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３２ｂに当たり、流速が下げられる。なお、拡散板３２ｂと流入口２１とはＺ方向の平面視で完全に重なることが望ましいが、流入口２１の少なくとも一部が拡散板３２ｂと重なる構成としてもよい。拡散板３２ｂと流入口２１との少なくとも一部が重なることで、流入口２１から流入される窒素ガスの少なくとも一部の流速を下げることができる。

次に、レーザ加工ヘッド２０１における窒素ガスの流れについて図１１を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド２０１における窒素ガスの流れを、ガス流路Ｇ２ｂとして複数の矢印で模式的に示す。流入口２１からレーザ加工ヘッド２０１の筐体内へと流入された高速の窒素ガスは、拡散板３２ｂに向かって流れ、拡散板３２ｂに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散される。これによって、流入口２１からの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２０１の筐体内の側壁５５まで拡散される。側壁５５へと拡散された窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２０１の筐体内の側壁５５に当たることで流れる向きが曲げられ、拡散板３２ｂと側壁５５との間から、－Ｚ方向に向けて流れる。このとき、窒素ガスの流速は、レーザ加工ヘッド２０１の内部に残留又は発生する異物を巻き上げるのに必要な流速よりも低下している。よって、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２０１の筐体内に存在する異物を巻き上げず、光学部品１５のレンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させることなく流れていく。

拡散板３２ｂと側壁５５との間は、細長いスリット状になっているため、窒素ガスは層状となって流れる。層状となった窒素ガスは、光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように流れるため、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド２０１の筐体内に侵入するのを妨げることができる。また、駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じる異物が長孔１７ａから侵入したとしても、気流によって第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂに対して、－Ｚ方向に運んでいくことができる。なお、拡散板３２ｂの光路孔３２ｂａにはレーザ光線透過部品３２ｂｃが嵌められているため、レーザ加工ヘッド２０１では、レーザ加工ヘッド２００とは異なり、窒素ガスは光路孔３２ｂａを通過しない。

光学部品１５の外周部を通過してレーザ加工ヘッド２０１内部の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２０１の筐体内の底板６０に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

レーザ加工ヘッド２０１の効果について説明する。

このように構成されたレーザ加工ヘッド２０１にあっても、レーザ加工ヘッド２００と同様に、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド２０１では、拡散板３２ｂによってレーザ加工ヘッド２０１の筐体内に流入された窒素ガスの流速を低下させ、流速が下げられた窒素ガスがレーザ加工ヘッド２０１の筐体内における光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように通過していく。この結果、レーザ加工ヘッド２０１では、窒素ガスによって異物を巻き上げることなく、－Ｚ方向の気流によって異物をレーザ加工ヘッド２０１の底部に落とすことができる上、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド２０１の筐体内に侵入するのを妨げることができ、光学部品１５及びその付近を清浄に保つことができるという効果を奏する。特に、レーザ加工ヘッド２０１では、拡散板３２ｂで拡散された窒素ガスは光学部品１５と駆動装置１７との間の流れが主流となるため、この効果が期待される。

さらに、レーザ加工ヘッド２０１の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド２０１の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド２０１を冷却することができるという効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド２０１から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド２０１の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド２０１では、拡散板３２ｂの光路孔３２ｂａにレーザ光線透過部品３２ｂｃが嵌められているため、Ｚ方向の平面視で拡散板３２ｂが光学部品１５を完全に覆うように構成される。したがって、レーザ加工ヘッド２０１の保護ガラス１３に、光ファイバケーブル３の光ファイバ１１を取り付ける際に、光学部品１５上に異物が落ちて付着することを防止することができる。ここで、拡散板３２ｂのレーザ光線透過部品３２ｂｃ上に異物が付着すると焼損が懸念されるが、拡散板３２ｂは、駆動装置１７に取付けられる光学部品１５よりも簡単に着脱ができるため、異物が付着した場合は交換することが可能である。したがって、光学部品１５への異物の付着を防止し、損傷することを防ぐことができるという効果を奏する。

実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３のレーザ加工ヘッドについて、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００の構成を説明するための断面図である。また、図１４は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００の拡散板３３を示す斜視図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００は、側壁５５と天板５０と底板６０とで形成される筐体と、出射端面１１ａからレーザ光線１０を出射する光ファイバ１１が取り付けられ、レーザ光線１０をレーザ加工ヘッド３００の筐体内に入射させるとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する保護ガラス１３と、光ファイバ１１から出射されたレーザ光線１０をレーザ加工に適するように整形する光学部品１５と、光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７と、筐体内に窒素ガスが流入する流入口２１と、筐体内の窒素ガスが流出する流出口２３とを有することは、実施の形態１で説明したレーザ加工ヘッド１００と同様である。本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００は、流入した窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を下げる流速低下手段としての拡散板３３を有し、拡散板３３の構成は、実施の形態２で説明した拡散板３２ａと対応する。レーザ加工ヘッド３００は、拡散板３３がレーザ加工ヘッド３００の内部において複数設けられる点が、実施の形態１及び実施の形態２で説明したレーザ加工ヘッドと異なる。なお、図１３には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ３として複数の矢印で模式的に示されている。

まず、拡散板３３の構成について説明する。

拡散板３３は、窒素ガスの流入口２１と第１の光学部品１５ａとの間に設けられる第１の拡散板３３ａと、第１の光学部品１５ａと第２の光学部品１５ｂとの間に設けられる第２の拡散板３３ｂとからなる。なお、第１の拡散板３３ａ及び第２の拡散板３３ｂの形状、材質、Ｚ方向の平面視での位置については、実施の形態２で説明した拡散板３２ａと同じため、説明を一部省略する。

第１の拡散板３３ａは、流入口２１から流入される窒素ガスの流れにおいて、第１の光学部品１５ａよりも上流側に設けられ、第１の光学部品１５ａの駆動を妨げない範囲に設置される。また、第２の拡散板３３ｂは、第１の光学部品１５ａと第２の光学部品１５ｂとの間において、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂの駆動を妨げない範囲に設置される。

第１の拡散板３３ａ及び第２の拡散板３３ｂは、実施の形態２で説明した拡散板３２ａと同様に、光路孔３３ａａ、光路孔３３ｂａをそれぞれ有する。この光路孔３３ａａと光路孔３３ｂａによって、レーザ光線１０を妨げることなく、窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を低下させることができる。

ここで、第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂとの水平方向での大きさについて、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００の拡散板の大きさについて説明するために簡略化したレーザ加工ヘッド３００の要部断面図である。

図１５の（Ａ）に示すように、第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂの大きさが同程度の場合は、第１の拡散板３３ａと側壁５５との間を－Ｚ方向に流れる気流は、ガス流路Ｇ３ａで示すように、真下に向かって流れる気流となって、第２の拡散板３３ｂと側壁５５との間を通過していく。この場合は、ガス流路Ｇ３ａがエアカーテンのように働くため、部品搭載板５５ａに設けられた長孔１７ａからレーザ加工ヘッド３００の筐体内へと異物が侵入することを防ぐことができる。

また、図１５の（Ｂ）に示すように、第１の拡散板３３ａが第２の拡散板３３ｂよりも小さい場合は、第１の拡散板３３ａと側壁５５との間を通過した窒素ガスは、ガス流路Ｇ３ｂで示すように、側壁５５に向かって斜め外向きに－Ｚ方向に流れる気流となる。この場合は、ガス流路Ｇ３ｂがエアカーテンのように働く上、部品搭載板５５ａに設けられた長孔１７ａからレーザ加工ヘッド３００の筐体内へと異物が侵入することを押し返すような気流となっており、異物の侵入をさらに防ぐことができる。

一方で、図１５の（Ｃ）に示すように、第１の拡散板３３ａが第２の拡散板３３ｂよりも大きい場合は、第１の拡散板３３ａと側壁５５との間を通過した窒素ガスは、ガス流路Ｇ３ｃで示すように、レーザ加工ヘッド３００の筐体内へと斜め内向きに－Ｚ方向に流れる気流となる。よってこの場合は、部品搭載板５５ａに設けられた長孔１７ａからレーザ加工ヘッド３００の筐体内へ異物を吸い込む気流となってしまい、好ましくない。

以上より、第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂの大きさは、図１５の（Ａ）又は（Ｂ）のように構成されることが望ましく、すなわち、同等、又は、第２の拡散板３３ｂの方が大きいことが望ましいといえる。なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００では、図１３を参照して、第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂの大きさが同等の場合について説明する。

また、図１４に示す第１の拡散板３３ａの中心軸Ａ１と第２の拡散板３３ｂとの中心軸Ａ２とは、レーザ加工ヘッド３００に設置する際に揃える必要がある。第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂとの中心軸が揃っていないと、乱気流が発生するためである。

次に、レーザ加工ヘッド３００における窒素ガスの流れについて図１３を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド３００における窒素ガスの流れを、ガス流路Ｇ３として複数の矢印で模式的に示す。流入口２１からレーザ加工ヘッド３００の筐体内へと流入された高速の窒素ガスは、第１の拡散板３３ａに向かって流れ、第１の拡散板３３ａに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散される。これによって、流入口２１からの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、主にレーザ加工ヘッド３００の筐体内の側壁５５まで拡散される。側壁５５へと拡散された窒素ガスは、レーザ加工ヘッド３００の筐体内の側壁５５に当たることで流れる向きが曲げられ、第１の拡散板３３ａと側壁５５との間から、－Ｚ方向に向けて流れる。第１の拡散板３３ａと側壁５５との間は、細長いスリット状になっているため、窒素ガスは層状となって流れる。層状となった窒素ガスは、第１の光学部品１５ａと駆動装置１７との間をエアカーテンのように流れるため、駆動装置１７の動作時に生じる異物がレーザ加工ヘッド３００の筐体内へ侵入するのを妨げることができる。また、駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じる異物が長孔１７ａから筐体内へと侵入したとしても、気流によって、光学部品に対して－Ｚ方向に運んでいくことができる。

また、第１の拡散板３３ａに当たって流速が低下した窒素ガスの一部は、第１の拡散板３３ａの光路孔３３ａａへと流れ、レーザ光線１０と同じ－Ｚ方向に流れる。光路孔３３ａａへと流れた窒素ガスは、流入口２１から流入された後に第１の拡散板３３ａで拡散されることによって流速が下げられている。このとき、窒素ガスの流速は、レーザ加工ヘッド３００の第１の光学部品１５ａ上又はその付近に残留又は発生する異物を巻き上げるのに必要な流速よりも低下している。よって、窒素ガスは、第１の光学部品１５ａ又はその周辺に存在する異物を巻き上げず、第１の光学部品１５ａのレンズ１５ａａに異物を付着させることなく、第１の光学部品１５ａに当たることで曲げられ、第１の光学部品１５ａの周囲へと－Ｚ方向に流れる。

第１の光学部品１５ａの外周部を通過した窒素ガスは、主に、第２の拡散板３３ｂと側壁５５との間から、－Ｚ方向に向けて流れる。第２の拡散板３３ｂと側壁５５との間は、細長いスリット状になっているため、窒素ガスは層状となって流れる。層状となった窒素ガスは、第２の光学部品１５ｂと駆動装置１７との間をエアカーテンのように流れるため、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド３００の筐体内へ侵入するのを妨げることができる。また、駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じる異物が長孔１７ａから筐体内へ侵入したとしても、気流によって第２の光学部品１５ｂに対して、－Ｚ方向に運んでいくことができる。

また、一部の窒素ガスは、第２の拡散板３３ｂの光路孔３３ｂａへと流れ、レーザ光線１０と同じ－Ｚ方向に流れる。光路孔３３ｂａへと流れた窒素ガスは、流速が下げられているため、第２の光学部品１５ｂ又はその周辺に存在する異物を巻き上げず、第２の光学部品１５ｂのレンズ１５ｂａに異物を付着させることなく、第２の光学部品１５ｂに当たることで曲げられ、第２の光学部品１５ｂの周囲へと－Ｚ方向に流れる。

以上のようにして光学部品１５の外周部を通過してレーザ加工ヘッド３００の筐体内の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド３００の筐体内の底板６０に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

レーザ加工ヘッド３００の効果について説明する。

このように構成されたレーザ加工ヘッド３００にあっても、流入口２１の下流に第１の拡散板３３ａを設けたことで、レーザ加工ヘッド３００の筐体内を正圧かつ清浄にする窒素ガスの流速を下げることができ、レーザ加工ヘッド３００の筐体内の異物を巻き上げず、レンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させないため、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００では、第１の拡散板３３ａによってレーザ加工ヘッド３００の内部に流入された窒素ガスの流速を低下させ、流速が下げられた窒素ガスがレーザ加工ヘッド３００の筐体内における光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように通過していく。この結果、レーザ加工ヘッド３００では、窒素ガスによって異物を巻き上げることなく、－Ｚ方向の気流によって異物をレーザ加工ヘッド３００の底部に落とすことができる上、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド３００の筐体内に侵入するのを妨げることができ、光学部品１５及びその付近を清浄に保つことができるという効果を奏する。

特に、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００のでは、第１の拡散板３３ａに加え、第２の拡散板３３ｂを設けたことにより、レーザ加工ヘッド３００の底部まで、層状の流れを保ったまま窒素ガスが流れ、第２の光学部品１５ｂの下方においても、エアカーテンのように流れることができる。したがって、駆動装置１７の動作時に生じる異物等が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド３００の筐体内に侵入するのをより広い範囲で防ぐことができるという効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド３００の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド３００の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド３００を冷却することができるという効果を奏する。特に、第１の拡散板３３ａには光路孔３３ａａが、第２の拡散板３３ｂには光路孔３３ｂａが設けられており、光路孔３３ａａから－Ｚ方向に流れた窒素ガスが第１の光学部品１５ａに当たり、光路孔３３ｂａから－Ｚ方向に流れた窒素ガスが第２の光学部品１５ｂに当たることから、レーザ加工ヘッド３００は、レーザ光線１０によって高温に加熱された光学部品１５をさらに効率的に冷却することができる効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド３００から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド３００の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００では、第１の拡散板３３ａ及び第２の拡散板３３ｂが、実施の形態２で説明したレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ａに対応する場合について説明したが、これに限られるものではなく、第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂとの少なくとも１つが拡散板３２ｂに対応する等、拡散板３２ａと拡散板３２ｂとを自由に組み合わせることができる。例えば、第１の拡散板３３ａを実施の形態２で説明したレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ｂに対応するものとすれば、光ファイバ１１の交換時に異物が第１の光学部品１５ａ上に落ちることを防ぐことができる。さらに、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００は、拡散板を複数備える点で特徴があるため、矛盾がない限りは、他の実施の形態で説明した拡散板を拡散板３３に適用し、拡散板を複数備える構成としてもよい。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド３００では、拡散板３３が第１の拡散板３３ａと第２の拡散板３３ｂとの２つからなる場合について説明したが、例えば光学部品を３つ以上設ける場合の光学部品の数、レーザ加工ヘッド３００の大きさ等に応じて、拡散板３３は３つ以上の拡散板からなるものとしてもよい。

実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４のレーザ加工ヘッドについて、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００の構成を説明するための断面図である。また、図１７は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００の拡散板３４を示す斜視図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００は、側壁５５と天板５０と底板６０とで形成される筐体と、出射端面１１ａからレーザ光線１０を出射する光ファイバ１１が取り付けられ、レーザ光線１０をレーザ加工ヘッド４００の筐体内に入射させるとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する保護ガラス１３と、光ファイバ１１から出射されたレーザ光線１０をレーザ加工に適するように整形する光学部品１５と、光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７と、筐体内に窒素ガスが流入する流入口２１と、筐体内の窒素ガスが流出する流出口２３とを有することは、実施の形態１で説明したレーザ加工ヘッド１００と同様である。本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００は、流入した窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を下げる流速低下手段としての拡散板３４を有し、拡散板３４の形状が、実施の形態１で説明した拡散板３１と異なる。なお、図１６には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ４として複数の矢印で模式的に示されている。

まず、拡散板３４の構成について説明する。なお、拡散板３４は実施の形態２で説明したレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ａと共通する点があるため、以下では拡散板３４が拡散板３２ａと異なる点を説明し、拡散板３４の設けられる位置、材質、形状、大きさ等、拡散板３２ａと共通する点については説明を省略する。

拡散板３４は、図１７に示すように、実施の形態２で説明した拡散板３２ａの光路孔３２ａａに対応する光路孔３４ａと、拡散板３２ａの拡散面３２ａｂに対応する拡散面３４ｂとの他に、窒素ガスを流すことのできるガス通過孔３４ｃを複数有する。拡散板３４は、拡散板３２ａと同様に、レーザ光線１０の光路上に、レーザ光線１０のビーム径より十分大きい光路孔３４ａを設けていることにより、レーザ光線１０を妨げずに窒素ガスを拡散させることができる。

拡散板３４の面積は、流入口２１の面積より大きく、かつ、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂの面積よりも大きい。また、拡散板３４とレーザ加工ヘッド４００の側壁５５との隙間は、流入口２１の水平方向の面積よりも大きい。これらによって、流入口２１からレーザ加工ヘッド４００の筐体内に流入した高速の窒素ガスは、拡散板３４による拡散により、流速を下げることができる。流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３４の拡散面３４ｂに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散されることにより、流入口２１からの流入時よりも流速が低下する。

また、拡散板３４と流入口２１とは、Ｚ方向の平面視で、流入口２１が拡散板３４の光路孔３４ａ及びガス通過孔３４ｃに重ならず、流入口２１が拡散板３４の拡散面３４ｂに完全に重なるような位置に設けられる。これにより、流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３４の拡散面３４ｂに当たり、流速が下げられる。なお、拡散面３４ｂと流入口２１とはＺ方向の平面視で完全に重なることが望ましいが、流入口２１の少なくとも一部が拡散面３４ｂと重なり、残部が拡散板３４と重ならない又は光路孔３４ａ若しくはガス通過孔３４ｃと重なる構成としてもよい。拡散面３４ｂと流入口２１との少なくとも一部が重なることで、流入口２１から流入される窒素ガスの少なくとも一部の流速を下げることができる。

次に、レーザ加工ヘッド４００における窒素ガスの流れについて図１６を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド４００における窒素ガスの流れを、ガス流路Ｇ４として複数の矢印で模式的に示す。流入口２１からレーザ加工ヘッド４００の内部へと流入された高速の窒素ガスは、拡散板３４に向かって流れ、拡散板３４の拡散面３４ｂに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散される。これによって、流入口２１からの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、主にレーザ加工ヘッド４００の筐体内の側壁５５まで拡散される。側壁５５へと拡散された窒素ガスは、レーザ加工ヘッド４００の筐体内の側壁５５に当たることで流れる向きが曲げられ、拡散板３４と側壁５５との間から、－Ｚ方向に向けて流れる。拡散板３４と側壁５５との間は、細長いスリット状になっているため、窒素ガスは層状となって流れる。層状となった窒素ガスは、光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように流れるため、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド４００の筐体内に侵入するのを妨げることができる。また、駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じる異物が長孔１７ａから筐体内へ侵入したとしても、気流によって、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂに対して－Ｚ方向に運んでいくことができる。

また、拡散板３４に当たって流速が低下した窒素ガスの一部は、拡散板３４の光路孔３４ａとガス通過孔３４ｃとに流入し、レーザ光線１０と同じ－Ｚ方向に流れる。光路孔３４ａ又はガス通過孔３４ｃへと流れた窒素ガスは、流入口２１から流入された後に拡散板３４で拡散されることによって流速が下げられている。このとき、窒素ガスの流速は、レーザ加工ヘッド４００の光学部品１５上又はその付近に残留又は発生する異物を巻き上げるのに必要な流速よりも低下している。よって、窒素ガスは、光学部品１５又はその周辺に存在する異物を巻き上げない。また、窒素ガスは、拡散板３４の光路孔３４ａとガス通過孔３４ｃとから流れることで、さらに流速が低下される。よって、窒素ガスによる異物の巻き上げをさらに抑制し、光学部品１５のレンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させることなく、光学部品１５に当たることで曲げられ、又は光学部品１５の周囲を通過し、光学部品１５の周囲を－Ｚ方向に流れる。

光学部品１５の外周部を通過してレーザ加工ヘッド４００内部の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド４００の筐体内の底板６０に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

レーザ加工ヘッド４００の効果について説明する。

このように構成されたレーザ加工ヘッド４００にあっても、流入口２１の下流に拡散板３４を設けたことで、レーザ加工ヘッド４００の内部を正圧かつ清浄にする窒素ガスの流速を下げることができ、レーザ加工ヘッド４００内の異物を巻き上げず、レンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させないため、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。特に、レーザ加工ヘッド４００では、拡散板３４にガス通過孔３４ｃを設けたことで、窒素ガスの流速がさらに低下され、異物の巻き上げをさらに低減する効果を奏する。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００では、拡散板３４によってレーザ加工ヘッド４００の筐体内に流入された窒素ガスの流速を低下させ、流速が下げられた窒素ガスがレーザ加工ヘッド４００の筐体内における光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように通過していく。この結果、レーザ加工ヘッド４００では、窒素ガスによって異物を巻き上げることなく、－Ｚ方向の気流によって異物をレーザ加工ヘッド４００の底部に落とすことができる上、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド４００の筐体内に侵入するのを妨げることができ、光学部品１５及びその付近を清浄に保つことができるという効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド４００の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド４００の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド４００を冷却することができるという効果を奏する。特に、拡散板３４には光路孔３４ａに加えてガス通過孔３４ｃが複数設けられており、光路孔３４ａとガス通過孔３４ｃとから－Ｚ方向に流れた窒素ガスが第１の光学部品１５ａに当たることから、レーザ加工ヘッド４００は、レーザ光線１０によって高温に加熱された光学部品１５をさらに効率的に冷却することができるという効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド４００から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド４００の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００では、拡散板３４の光路孔３４ａが、実施の形態２で説明したレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ａの光路孔３２ａａに対応する場合について説明したが、これに限られるものではなく、拡散板３４が、実施の形態２でレーザ加工ヘッド２００の変形例として説明したレーザ加工ヘッド２０１の拡散板３２ｂに対応し、光路孔３４ａにレーザ光線透過部品を嵌めた構成としてもよい。このような構成によれば、光ファイバ１１の交換時に異物が第１の光学部品１５ａ上に落ちることを防ぐことができる上、レーザ加工ヘッド４００内に流入した窒素ガスの一部がガス通過孔３４ｃから第１の光学部品１５ａに当たり、光学部品１５を冷却することができるという効果を奏する。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド４００では、拡散板３４にガス通過孔３４ｃが複数設けられる場合について説明したが、これに限られるものではなく、ガス通過孔３４ｃは１つ以上の任意の数で設けられてもよい。

実施の形態５．
本発明に係る実施の形態５のレーザ加工ヘッドについて、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００の構成を説明するための断面図である。また、図１９は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００の拡散板３５を示す斜視図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００は、側壁５５と天板５０と底板６０とで形成される筐体と、出射端面１１ａからレーザ光線１０を出射する光ファイバ１１が取り付けられ、レーザ光線１０をレーザ加工ヘッド５００の筐体内に入射させるとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する保護ガラス１３と、光ファイバ１１から出射されたレーザ光線１０をレーザ加工に適するように整形する光学部品１５と、光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７と、筐体内に窒素ガスが流入する流入口２１と、筐体内の窒素ガスが流出する流出口２３とを有することは、実施の形態１で説明したレーザ加工ヘッド１００と同様である。本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００は、流入した窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を下げる流速低下手段としての拡散板３５を有し、拡散板３５の形状が、実施の形態１で説明した拡散板３１と異なる。なお、図１８には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ５として複数の矢印で模式的に示されている。

まず、拡散板３５の構成について説明する。

拡散板３５は、ニッケルめっきアルミニウムで構成される。また、ステンレスなどの金属材料、ガラス、プラスチック等を使用してもよい。拡散板３５は、図１９に示すように、窒素ガスを通過させることができる細長いスリットを複数有し、平面形状は、四角形に近い形状である。

拡散板３５は、流入口２１から流入される窒素ガスの流れにおいて、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂよりも上流側に設けられ、光学部品１５の駆動を妨げない範囲に設置される。

拡散板３５は、図１９に示すように、任意の位置に設けられ、レーザ光線１０のビーム径よりも十分大きい円形の光路孔３５ａと、複数の板状の部材からなる拡散部材３５ｂと、拡散部材３５ｂ間に設けられたスリット部３５ｃとを有する。拡散板３５の光路孔３５ａは、レーザ光線１０の光路上に位置するように配置される。拡散板３５が光路孔３５ａを有することによって、レーザ光線１０を妨げることなく、窒素ガスを拡散し、窒素ガスの流速を低下させることができる。なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００では、光路孔３５ａが円形の場合について説明するが、これに限られるものではなく、例えばビーム径よりも十分大きい四角形であってもよいし、スリット部３５ｃを広く設けてレーザ光線１０を通過させてもよい。

拡散板３５の面積は、流入口２１の面積より大きく、かつ、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂの面積よりも大きい。また、拡散板３５とレーザ加工ヘッド５００の側壁５５との隙間と、スリット部３５ｃによる隙間との和は、流入口２１の面積よりも大きい。これらによって、流入口２１からレーザ加工ヘッド５００の内部に流入した高速の窒素ガスは、拡散板３５による拡散により、流速を下げることができる。流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３５に当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散されることにより、流入口２１からの流入時よりも流速が低下する。

また、拡散板３５と流入口２１とは、Ｚ方向の平面視で、流入口２１が拡散板３５の光路孔３５ａに重ならず、流入口２１が拡散板３５の拡散部材３５ｂとスリット部３５ｃとに完全に重なるような位置に設けられる。これにより、流入口２１から流入した窒素ガスは、拡散板３５の拡散部材３５ｂに当たり、複数のスリット部３５ｃから流れ出ることで、流速が下げられる。なお、拡散部材３５ｂ及びスリット部３５ｃと流入口２１とはＺ方向の平面視で完全に重なることが望ましいが、流入口２１の少なくとも一部が拡散部材３５ｂ及びスリット部３５ｃと重なり、残部が拡散板３５と重ならない又は光路孔３５ａと重なる構成としてもよい。拡散部材３５ｂ及びスリット部３５ｃと流入口２１との少なくとも一部が重なることで、流入口２１から流入される窒素ガスの少なくとも一部の流速を下げることができる。

次に、レーザ加工ヘッド５００における窒素ガスの流れについて図１８を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド５００における窒素ガスの流れを、ガス流路Ｇ５として複数の矢印で模式的に示す。流入口２１からレーザ加工ヘッド５００の筐体内へと流入された高速の窒素ガスは、拡散板３５に向かって流れ、拡散板３５の拡散部材３５ｂに当たることで窒素ガスの流れる向きが曲げられるとともに、複数のスリット部３５ｃから流れ出ることで拡散される。これによって、流入口２１からの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、拡散板３５と側壁５５との間及びスリット部３５ｃを通過して、レーザ光線１０と同じ－Ｚ方向に流れる。拡散板３５と側壁５５との間は、細長いスリット状になっているため、窒素ガスは層状となって流れる。層状となった窒素ガスは、光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように流れるため、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド５００の筐体内に侵入するのを妨げることができる。また、駆動装置１７のボールねじ等の機構部から生じる異物が長孔１７ａから筐体内へ侵入したとしても、気流によって第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂに対して、－Ｚ方向に運んでいくことができる。

また、スリット部３５ｃを通過した窒素ガスは、流入口２１から流入された後に拡散板３５で拡散されることによって流速が下げられている。このとき、窒素ガスの流速は、レーザ加工ヘッド５００の光学部品１５上又はその付近に残留又は発生する異物を巻き上げるのに必要な流速よりも低下している。よって、窒素ガスは、光学部品１５又はその周辺に存在する異物を巻き上げない。よって、窒素ガスによる異物の巻き上げを抑制し、光学部品１５のレンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させることなく、光学部品１５に当たることで曲げられ、又は光学部品１５の周囲を通過し、光学部品１５の周囲を－Ｚ方向に流れる。

光学部品１５の外周部を通過してレーザ加工ヘッド５００の筐体内の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド５００の筐体内の底板６０に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

レーザ加工ヘッド５００の効果について説明する。

このように構成されたレーザ加工ヘッド５００にあっても、流入口２１の下流に拡散板３５を設けたことで、レーザ加工ヘッド５００の筐体内を正圧かつ清浄にする窒素ガスの流速を下げることができ、レーザ加工ヘッド５００の筐体内の異物を巻き上げず、レンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させないため、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。

また、本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００では、拡散板３５によってレーザ加工ヘッド５００の筐体内に流入された窒素ガスの流速を低下させ、流速が下げられた窒素ガスがレーザ加工ヘッド５００の筐体内における光学部品１５と駆動装置１７との間をエアカーテンのように通過していく。この結果、レーザ加工ヘッド５００では、窒素ガスによって異物を巻き上げることなく、－Ｚ方向の気流によって異物をレーザ加工ヘッド５００の底部に落とすことができる上、駆動装置１７の動作時に生じる異物が長孔１７ａからレーザ加工ヘッド５００の筐体内へ侵入するのを妨げることができ、光学部品１５及びその付近を清浄に保つことができるという効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド５００の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド５００の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド５００を冷却することができるという効果を奏する。特に、拡散板３５には複数のスリット部３５ｃが設けられており、スリット部３５ｃから－Ｚ方向に流れた窒素ガスが第１の光学部品１５ａに当たることから、レーザ加工ヘッド５００は、レーザ光線１０によって高温に加熱された光学部品１５をさらに効率的に冷却することができるという効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド５００から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド５００の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態のレーザ加工ヘッド５００では、拡散板３５の光路孔３５ａが、実施の形態２で説明したレーザ加工ヘッド２００の拡散板３２ａの光路孔３２ａａと同様の孔である場合について説明したが、これに限られるものではなく、拡散板３２ｂと同様に、光路孔３５ａにレーザ光線透過部品を嵌めた構成としてもよい。このような構成によれば、光ファイバ１１の交換時に異物が第１の光学部品１５ａ上に落ちることを防ぐことができる上、レーザ加工ヘッド５００の筐体内に流入した窒素ガスがスリット部３５ｃを通過して第１の光学部品１５ａに当たり、光学部品１５を冷却することができるという効果を奏する。

実施の形態６．
本発明に係る実施の形態６のレーザ加工ヘッドについて、図２０を用いて説明する。図２０は、本実施の形態のレーザ加工ヘッド６００の構成を説明するための断面図である。

本実施の形態のレーザ加工ヘッド６００は、側壁５５と天板５０と底板６０とで形成される筐体と、出射端面１１ａからレーザ光線１０を出射する光ファイバ１１が取り付けられ、レーザ光線１０をレーザ加工ヘッド６００の筐体内に入射させるとともに、光ファイバ１１の出射端面１１ａを保護する保護ガラス１３と、光ファイバ１１から出射されたレーザ光線１０をレーザ加工に適するように整形する光学部品１５と、光学部品１５の位置を移動させる駆動装置１７と、筐体内の窒素ガスが流出する流出口２３とを有することは、実施の形態１で説明したレーザ加工ヘッド１００と同様である。本実施の形態のレーザ加工ヘッド６００では、流入口２２は、レーザ加工ヘッド６００の筐体内に窒素ガスが流入する天板５０に設けられた第１の流入口２２ａと、側壁５５に設けられた第２の流入口２２ｂとから構成される。レーザ加工ヘッド６００は、流速低下手段として、流入した窒素ガスを拡散し窒素ガスの流速を下げる拡散板を備えず、第１の流入口２２ａから流入した第１の気体である窒素ガスの流れと、第２の流入口２２ｂから流入した第２の気体である窒素ガスの流れとが交差するように配置されていることで流速低下手段となることが、実施の形態１～５で説明したレーザ加工ヘッドと異なる。なお、図２０には、筐体内を正圧かつ清浄に保つ窒素ガスの流れがガス流路Ｇ６として複数の矢印で模式的に示されている。

まず、第１の流入口２２ａと第２の流入口２２ｂとの構成について説明する。

第１の流入口２２ａは、レーザ加工ヘッド６００の天板５０に、保護ガラス１３が設けられる位置とは別の位置に設けられる。第１の流入口２２ａは、レーザ加工ヘッド６００の筐体内に、第１の気体としての窒素ガスを－Ｚ方向に流入する。

第２の流入口２２ｂは、レーザ加工ヘッド６００の側壁５５の任意の面に設けられる。第２の流入口２２ｂは、レーザ加工ヘッド６００の筐体内に、第２の気体としての窒素ガスを水平方向に流入する。

レーザ加工装置９００に備えられたフィルター８によって清浄化された窒素ガスは、第１の流入口２２ａと第２の流入口２２ｂとからレーザ加工ヘッド６００の筐体の内部へと流入される。第２の流入口２２ｂは、第１の流入口２２ａから－Ｚ方向に流入される窒素ガスの流れにおいて、第１の光学部品１５ａ及び第２の光学部品１５ｂよりも上流側に設けられ、筐体内に窒素ガスを水平方向に向けて流入する。

第１の流入口２２ａから流入される第１の気体としての窒素ガスの流れと、第２の流入口２２ｂから流入される第２の気体としての窒素ガスの流れとが、交差するような位置に、第１の流入口２２ａと第２の流入口２２ｂとがそれぞれ設けられることで、窒素ガスを拡散させることができる。すなわち、第１の流入口２２ａから筐体内に－Ｚ方向に流入される第１の気体としての窒素ガスの流れと、第２の流入口２２ｂから筐体内に水平方向に流入される第２の気体としての窒素ガスの流れとが交差し衝突することで拡散され、窒素ガスの流速を下げることができるため、第１の流入口２２ａ及び第２の流入口２２ｂが上記のように配置されることで流速低下手段となる。－Ｚ方向と水平方向とからそれぞれ筐体内に流入された窒素ガスは、衝突することで流れる向きが変えられ、流入時よりも流速が低下する。

次に、レーザ加工ヘッド６００における窒素ガスの流れについて図２０を用いて説明する。

レーザ加工ヘッド６００における窒素ガスの流れを、ガス流路Ｇ６として複数の矢印で模式的に示す。第１の流入口２２ａから－Ｚ方向に、第２の流入口２２ｂから水平方向に、それぞれレーザ加工ヘッド６００の筐体内へと流入された高速の窒素ガスは、異なる方向からの窒素ガスの流れ同士が交差し衝突することで窒素ガスの流れる向きが曲げられ、拡散される。これによって、第１の流入口２２ａ及び第２の流入口２２ｂからの流入時よりも窒素ガスの流速が低下する。

流速が低下した窒素ガスは、主に第１の光学部品１５ａの上側を通過し、レーザ加工ヘッド６００の筐体内の側壁５５まで拡散される。側壁５５へと拡散された窒素ガスは、レーザ加工ヘッド６００の筐体内の側壁５５に当たることで流れる向きが曲げられ、光学部品１５の外周部を－Ｚ方向に向けて流れる。また、衝突により流速が低下した窒素ガスの一部は、光学部品１５の外周部を通過し、レーザ光線１０ａと同じ－Ｚ方向に流れる。

光学部品１５の外周部を通過してレーザ加工ヘッド６００内部の底付近に達した窒素ガスは、レーザ加工ヘッド６００の筐体における底板６０の内面に当たることで流れる向きが曲げられ、流出口２３へ向かう。

レーザ加工ヘッド６００の効果について説明する。

このように構成されたレーザ加工ヘッド６００にあっても、天板５０に第１の流入口２２ａ、側壁５５に第２の流入口２２ｂを設けたことで、レーザ加工ヘッド６００の筐体内を正圧かつ清浄にする窒素ガスの流速を下げることができ、レーザ加工ヘッド６００の筐体内の異物を巻き上げず、レンズ１５ａａ及びレンズ１５ｂａに異物を付着させないため、光学部品１５に付着した異物にレーザ光線が当たることによって光学部品１５が損傷することを防ぐという効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド６００では、流入口を複数設けたことで、窒素ガスの全体としての流入量は変えずに、第１の流入口２２ａと第２の流入口２２ｂとから流入される窒素ガスの流量をそれぞれ小さくできるため、流速をさらに下げることができ、異物の巻き上げを低減することができる効果を奏する。

さらに、レーザ加工ヘッド６００の流出口２３から排出される窒素ガスは、流出口２３が狭められていることにより、その流速が速くなっている。このようにして、窒素ガスがレーザ加工ヘッド６００の筐体内を通過するため、窒素ガスは、レーザ加工ヘッド６００を冷却することができるという効果を奏する。

また、レーザ加工ヘッド６００から排出される窒素ガスは流速が速くなっているため、流出口２３の逆流防止弁が開いている場合であっても、流出口２３から異物等がレーザ加工ヘッド６００の筐体内へ侵入するのを防ぐことができるという効果を奏する。

１ カバー
２ レーザ発振器
３ 光ファイバケーブル
４ アーム
５ ベースユニット
６ テーブル
７ コンプレッサー
８ フィルター
９ 配管
１０、 １０ａ、 １０ｂ、 １０ｃ レーザ光線
１１ 光ファイバ
１１ａ 出射端面
１３ 保護ガラス
１５ 光学部品
１５ａ 第１の光学部品
１５ｂ 第２の光学部品
１５ａａ、 １５ｂａ レンズ
１５ａｂ、 １５ｂｂ レンズ枠
１５ａｃ、 １５ｂｃ 駆動アーム
１７ 駆動装置
１７ａ 長孔
２１、 ２１ａ、 ２１ｂ、 ２１ｃ、 ２１ｄ、 ２１ｅ、 ２２ 流入口
２２ａ 第１の流入口
２２ｂ 第２の流入口
２３、 ２４ａ、 ２４ｂ 流出口
３１、 ３１ａ、 ３１ｂ、 ３２ａ、 ３２ｂ、 ３３、 ３４、 ３５ 拡散板
３２ａａ、 ３２ｂａ、 ３３ａａ、 ３３ｂａ、 ３４ａ、 ３５ａ 光路孔
３２ａｂ、 ３２ｂｂ、 ３３ａｂ、 ３３ｂｂ、 ３４ｂ 拡散面
３２ｂｃ レーザ光線透過部品
３３ａ 第１の拡散板
３３ｂ 第２の拡散板
３４ｃ ガス通過孔
３５ｂ 拡散部材
３５ｃ スリット部
４３ａ、 ４３ｂ 出射窓
５０ 天板
５５ 側壁
５５ａ 部品搭載板
６０ 底板
８０ 被加工物
１００、 １０１ａ、 １０１ｂ、 １０２、 １０３、 ２００、 ２０１、 ３００、 ４００、 ５００、 ６００ レーザ加工ヘッド
９００ レーザ加工装置
Ａ１、 Ａ２ 中心軸
Ｇ１、 Ｇ１ａ、 Ｇ１ｂ、 Ｇ２ａ、 Ｇ２ｂ、 Ｇ３、 Ｇ３ａ、 Ｇ３ｂ、 Ｇ３ｃ、 Ｇ４、 Ｇ５、 Ｇ６ ガス流路

Claims (12)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部へレーザ光線が入射する入射部と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記入射部から入射する前記レーザ光線を整形する光学部品と、
   前記光学部品によって整形された前記レーザ光線が前記筐体の外部へ出射する出射部と、
   前記筐体の内部に気体が流入する流入口と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記流入口から流入した前記気体を拡散して流速を低下させる拡散板と、
   前記気体が前記筐体の外部に流出する流出口と
   を備え、
   前記拡散板は、前記レーザ光線のビーム径よりも大きい光路孔を有し、
   前記光路孔を前記レーザ光線が通過し、
   前記光路孔に、前記レーザ光線を透過する透過部品が嵌められている
   レーザ加工ヘッド。
2. 前記拡散板は、前記流入口の面積よりも大きい面積を有すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
3. 筐体と、
   前記筐体の内部へレーザ光線が入射する入射部と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記入射部から入射する前記レーザ光線を整形する光学部品と、
   前記光学部品によって整形された前記レーザ光線が前記筐体の外部へ出射する出射部と、
   前記筐体の内部に気体が流入する流入口と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記流入口から流入した前記気体を拡散して流速を低下させる拡散板と、
   前記気体が前記筐体の外部に流出する流出口と
   を備え、
   前記拡散板は、
   前記レーザ光線のビーム径よりも大きく、前記レーザ光線を通過させる光路孔と、
   前記光路孔とは異なる位置に設けられ、前記気体を通過させる通過孔と、
   を有する
   レーザ加工ヘッド。
4. 前記拡散板と前記筐体の側壁との隙間の面積は、前記流入口の面積よりも大きいこと
   を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
5. 前記拡散板は、複数のスリットを備えたこと
   を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
6. 前記拡散板は、複数設けられたこと
   を特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
7. 筐体と、
   前記筐体の内部へレーザ光線が入射する入射部と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記入射部から入射する前記レーザ光線を整形する光学部品と、
   前記光学部品によって整形された前記レーザ光線が前記筐体の外部へ出射する出射部と、
   前記筐体の天板に設けられ前記筐体の内部に第１の気体が流入する第１の流入口と、第１の気体の流れにおいて前記光学部品よりも上流側に設けられ、前記筐体の側壁に設けられ前記筐体の内部に第２の気体が流入する第２の流入口と、を有し、前記第１の流入口から流入した前記第１の気体の流れと前記第２の流入口から流入した前記第２の気体の流れとが交差するように配置されている流入口と、
   前記第１の気体と前記第２の気体とで構成される気体が前記筐体の外部に流出する流出口と
   を備えたレーザ加工ヘッド。
8. 前記光学部品の位置を移動させる駆動装置を備えること
   を特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
9. 前記出射部と前記流出口とが一体に設けられること
   を特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
10. 前記出射部と前記流出口とが個別に設けられること
    を特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドと、
    レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光線を前記入射部に伝送する伝送手段と、
    前記気体を供給する気体供給源と、
    前記気体供給源から供給される前記気体を前記流入口に流入する配管と、
    を備えたレーザ加工装置。
12. 前記気体供給源と前記流入口との間に、前記気体を清浄化するフィルターを有すること
    を特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。

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