JPH06252484A - Laser beam absorber - Google Patents
Laser beam absorberInfo
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- JPH06252484A JPH06252484A JP4086193A JP4086193A JPH06252484A JP H06252484 A JPH06252484 A JP H06252484A JP 4086193 A JP4086193 A JP 4086193A JP 4086193 A JP4086193 A JP 4086193A JP H06252484 A JPH06252484 A JP H06252484A
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- absorber
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザ発振器から出射さ
れたレーザビームを減衰し吸収するレーザビーム吸収器
に関し、特に吸収効率の向上を図ったレーザビーム吸収
器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam absorber that attenuates and absorbs a laser beam emitted from a laser oscillator, and more particularly to a laser beam absorber with improved absorption efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、レーザ発振器から出射されるレ
ーザビームは、加工に使用されない場合には、レーザビ
ーム吸収器に入射され外部に漏れないようにされてい
る。2. Description of the Related Art Generally, a laser beam emitted from a laser oscillator is made incident on a laser beam absorber so as not to leak outside when it is not used for processing.
【0003】このレーザビーム吸収器の代表的なものと
して、図5にCO2 レーザ用の液冷式レーザビーム吸収
器を示す。この液冷式レーザビーム吸収器は、レーザビ
ーム吸収プレート120とビームシールドシリンダ11
0とから構成されている。As a typical example of this laser beam absorber, FIG. 5 shows a liquid cooling type laser beam absorber for CO 2 laser. The liquid-cooled laser beam absorber includes a laser beam absorbing plate 120 and a beam shield cylinder 11.
It is composed of 0 and 0.
【0004】レーザビーム吸収プレート120は、レー
ザビーム吸収器に入射するレーザビーム100に対して
斜面がθ10(例えば72度)の角度をもち、頂角がレー
ザビーム100の中心に位置するように構成された厚肉
円錐状プレートである。このレーザビーム吸収プレート
120は熱伝導の良い銅で構成され、そのレーザビーム
照射面(吸収面)には黒化クロム処理が施されている。The laser beam absorption plate 120 has a slanted surface having an angle of θ10 (for example, 72 degrees) with respect to the laser beam 100 incident on the laser beam absorber, and the apex angle is located at the center of the laser beam 100. It is a thick-walled conical plate. The laser beam absorbing plate 120 is made of copper having good heat conductivity, and its laser beam irradiation surface (absorption surface) is subjected to chrome black treatment.
【0005】ビームシールドシリンダ110はその内周
面の中央部分がレーザビーム吸収プレート120側に拡
大傾斜して円錐状に構成された厚肉のシリンダであり、
レーザビーム吸収プレート120と同様に銅で構成さ
れ、表面(吸収面)に黒化クロム処理が施されている。The beam shield cylinder 110 is a thick-walled cylinder in which the central portion of the inner peripheral surface thereof is inclined and inclined toward the laser beam absorbing plate 120 side to form a conical shape.
Like the laser beam absorption plate 120, it is made of copper, and its surface (absorption surface) is subjected to blackening chrome treatment.
【0006】レーザビーム吸収器に入射したレーザビー
ム100は、レーザビーム吸収プレート120で吸収さ
れ、吸収されない反射成分はビームシールドシリンダ1
10に放射され、そのビームシールドシリンダ110に
吸収されない反射成分は、さらにレーザビーム吸収プレ
ート120またはビームシールドシリンダ110に放射
される。その後、レーザビームは複数回反射を繰り返
し、最終的には小出力となって外部に出射される。The laser beam 100 incident on the laser beam absorber is absorbed by the laser beam absorbing plate 120, and the reflected component not absorbed is the beam shield cylinder 1.
The reflected component that is radiated to 10 and is not absorbed by the beam shield cylinder 110 is further radiated to the laser beam absorption plate 120 or the beam shield cylinder 110. After that, the laser beam is repeatedly reflected a plurality of times, and finally has a small output and is emitted to the outside.
【0007】なお、レーザビーム吸収プレート120に
は冷却水路140が設けられており、レーザビーム吸収
プレート120が吸収した熱エネルギーを取り去るた
め、常時冷却水が供給されている。ビームシールドシリ
ンダ110は、水冷されておらず、吸収した熱量は熱伝
導によりレーザビーム吸収プレート120に伝えられて
いる。このレーザビーム吸収器は1KWクラスレーザに
使用されている。A cooling water path 140 is provided in the laser beam absorbing plate 120, and cooling water is constantly supplied to remove the thermal energy absorbed by the laser beam absorbing plate 120. The beam shield cylinder 110 is not water-cooled, and the amount of heat absorbed is transmitted to the laser beam absorption plate 120 by heat conduction. This laser beam absorber is used for a 1 KW class laser.
【0008】ところで、高出力のレーザビーム100を
吸収する場合、吸収面のエネルギー密度が高くなるた
め、吸収面の溶融、破壊あるいは吸収効率の低下が生
じ、長期にわたって安定したレーザビーム吸収器の機能
を果たすのが困難になる。最悪の場合、入射したレーザ
ビーム100が逆戻りし、光学機器やレーザ発振器の故
障を発生させる。By the way, when the high-power laser beam 100 is absorbed, the energy density of the absorption surface becomes high, so that the absorption surface is melted, destroyed, or the absorption efficiency is lowered, and the function of the laser beam absorber is stable for a long period of time. Will be difficult to fulfill. In the worst case, the incident laser beam 100 goes back and causes a failure of the optical device or the laser oscillator.
【0009】また、レーザビーム吸収器の吸収効率が悪
い場合、吸収器の入口から散乱光が放射され、レーザビ
ーム吸収器の近辺の機器の温度上昇や放射区域の人間に
重大な危険をもたらす。Further, when the absorption efficiency of the laser beam absorber is low, scattered light is emitted from the entrance of the absorber, which poses a serious risk to the temperature rise of the equipment near the laser beam absorber and to humans in the radiation area.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によるレ
ーザビーム吸収器では、高出力ビームが入射する場合、
吸収面のエネルギー密度を下げる必要があり、そのた
め、レーザビーム吸収プレート120の円錐の頂角(斜
面の角度θ10)を小さくして斜面の傾斜をより急にする
必要がある。しかし、円錐の中心がレーザビーム100
の中心に位置するため、円錐の頂角を小さくすると、高
パワー密度のレーザビームによって円錐先端が損傷しや
すくなり、耐久性の劣化を招き、吸収効率も低下する。In the above laser beam absorber according to the prior art, when a high power beam is incident,
It is necessary to reduce the energy density of the absorption surface, and therefore, it is necessary to reduce the apex angle (angle θ10 of the inclined surface) of the cone of the laser beam absorption plate 120 to make the inclination of the inclined surface steeper. However, the center of the cone is the laser beam 100
Since it is located at the center of the cone, if the apex angle of the cone is made small, the tip of the cone is likely to be damaged by the laser beam having a high power density, which leads to deterioration of durability and absorption efficiency.
【0011】また、ビーム径の大きな高出力レーザビー
ムに対応させる場合、ビームシールドシリンダ110の
内径を広げなくてはならないため、同じ反射回数を稼ぐ
には、ビームシールドシリンダ110の長さが長くな
り、レーザビーム吸収器の大型化が免れない。Further, in order to deal with a high-power laser beam having a large beam diameter, since the inner diameter of the beam shield cylinder 110 must be widened, the length of the beam shield cylinder 110 becomes long in order to obtain the same number of reflections. The size of the laser beam absorber is inevitable.
【0012】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、大型化および耐久性の劣化を招くことなく、
高出力レーザビームに対する吸収効率を向上させること
ができるレーザビーム吸収器を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above points, and does not cause an increase in size and deterioration of durability.
An object of the present invention is to provide a laser beam absorber capable of improving absorption efficiency for a high-power laser beam.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、レーザ発振器から出射されたレーザビー
ムを減衰し吸収するレーザビーム吸収器において、円錐
状曲面を用いて形成され前記円錐状曲面に入射したレー
ザビームを吸収する内吸収体と、前記内吸収体の外側に
設けられ内周面が円錐状に形成され前記内吸収体に吸収
されずに反射したレーザビームを前記内周面によって吸
収する外筒吸収体と、を有し、前記内吸収体の仮想円錐
の頂点が前記外筒吸収体の上部内径より外側に位置する
と共に、前記内吸収体の円錐状曲面と前記外筒吸収体の
内周面がくさび状の角度を形成するように構成したこと
を特徴とするレーザビーム吸収器が、提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a laser beam absorber for attenuating and absorbing a laser beam emitted from a laser oscillator is formed by using a conical curved surface. An inner absorber that absorbs a laser beam incident on a curved surface, and a laser beam that is provided outside of the inner absorber and has a conical inner peripheral surface that is reflected by the inner absorber without being absorbed by the inner peripheral surface. An outer cylinder absorbent body that absorbs by means of an outer cylinder absorbent body, the apex of a virtual cone of the inner absorbent body being located outside the upper inner diameter of the outer cylinder absorbent body, and the conical curved surface of the inner absorbent body and the outer cylinder. A laser beam absorber is provided, characterized in that the inner peripheral surface of the absorber is configured to form a wedge-shaped angle.
【0014】[0014]
【作用】レーザビーム吸収器の内吸収体は、円錐状曲面
を用いて形成され、その円錐状曲面に入射したレーザビ
ームを吸収する。外筒吸収体は、内吸収体の外側に設け
られて内周面が円錐状に形成され、内吸収体に吸収され
ずに反射したレーザビームをその内周面によって吸収す
る。The inner absorber of the laser beam absorber is formed by using a conical curved surface and absorbs the laser beam incident on the conical curved surface. The outer cylinder absorber is provided outside the inner absorber and has an inner peripheral surface formed in a conical shape. The inner peripheral surface absorbs the laser beam reflected without being absorbed by the inner absorber.
【0015】内吸収体の仮想円錐の頂点は、外筒吸収体
の上部内径より外側に位置している。このため、レーザ
ビーム吸収器に入射したレーザビームは、内吸収体の仮
想円錐の頂点に投射されることなく、円錐状曲面の斜面
に当たる。したがって、高パワー密度のレーザビームに
よって円錐先端が損傷して耐久性が劣化することを防止
することができ、吸収効率が低下するようなこともな
い。The apex of the virtual cone of the inner absorber is located outside the upper inner diameter of the outer absorber. Therefore, the laser beam incident on the laser beam absorber hits the slope of the conical curved surface without being projected on the apex of the virtual cone of the inner absorber. Therefore, it is possible to prevent the tip of the cone from being damaged by the laser beam having a high power density to deteriorate the durability, and the absorption efficiency does not decrease.
【0016】このとき、仮想円錐の頂角が例えば60度
以下であれば、斜面ゆえにエネルギー密度を1/2〜1
/4に下げられる。入射が予想される最大パワーおよび
ビーム径を考慮し、吸収面の劣化しきい値以下になるよ
う内吸収体の斜面の傾きを決めることにより、高出力の
レーザビームの入射による吸収面の劣化を少なくするこ
とができる。At this time, if the apex angle of the virtual cone is, for example, 60 degrees or less, the energy density is 1/2 to 1 because of the slope.
It is lowered to / 4. Considering the maximum power and beam diameter expected to be incident, the inclination of the slope of the inner absorber is determined so as to be less than the deterioration threshold of the absorption surface to prevent the deterioration of the absorption surface due to the incidence of a high-power laser beam. Can be reduced.
【0017】入射角が大きくなると吸収効率が低下する
が、この内吸収体の斜面で吸収されずに反射されたレー
ザビームは、外筒吸収体に入射し、その外筒吸収体によ
って散乱される。そして、外筒吸収体で反射されたレー
ザビームは、内吸収体と外筒吸収体の間を多重反射し、
ほとんど外部に影響を与えない程度のエネルギー密度ま
で減衰される。したがって、全体としての吸収効率は向
上する。このように、レーザビームが内吸収体と外筒吸
収体との間を多重反射するのは、内吸収体の円錐状曲面
と外筒吸収体の内周面がくさび状の角度を成すように構
成したことによる。Although the absorption efficiency decreases as the incident angle increases, the laser beam reflected without being absorbed by the slope of the inner absorber enters the outer cylinder absorber and is scattered by the outer cylinder absorber. . Then, the laser beam reflected by the outer cylinder absorber undergoes multiple reflection between the inner and outer cylinder absorbers,
It is attenuated to an energy density that has almost no effect on the outside. Therefore, the absorption efficiency as a whole is improved. In this way, the laser beam is multiply reflected between the inner absorber and the outer cylinder absorber so that the conical curved surface of the inner absorber and the inner peripheral surface of the outer cylinder absorber form a wedge-shaped angle. It depends on the configuration.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明のレーザビーム吸収器の構成を概
略的に示す縦断面図である。レーザビーム吸収器は外筒
吸収体1、内吸収体2、底蓋3及び冷却水路4から構成
される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing the structure of the laser beam absorber of the present invention. The laser beam absorber is composed of an outer cylinder absorber 1, an inner absorber 2, a bottom cover 3 and a cooling water passage 4.
【0019】外筒吸収体1は、内吸収体2の外側に内吸
収体2を収納するように設けられ、円錐体の上部を取り
除いた略円筒状の形状を有し、熱伝導率の高い銅から成
る。その内周面も円錐状に形成され、内周面表面には、
黒化クロムのコーティングによってレーザビームに対す
る吸収層が形成されている。外筒吸収体1のさらに外側
には外枠5が設けられて外筒吸収体1全体を覆って保護
している。この外筒吸収体1と外枠5とを一体に構成し
たとき、その間に冷却水路41が形成されるようになっ
ている。The outer cylinder absorber 1 is provided outside the inner absorber 2 so as to house the inner absorber 2, has a substantially cylindrical shape with the upper part of the conical body removed, and has a high thermal conductivity. Composed of copper. The inner peripheral surface is also formed in a conical shape, and the inner peripheral surface has
The absorption layer for the laser beam is formed by the blackened chromium coating. An outer frame 5 is provided further outside the outer cylinder absorber 1 to cover and protect the entire outer cylinder absorber 1. When the outer cylinder absorber 1 and the outer frame 5 are integrally formed, a cooling water passage 41 is formed between them.
【0020】内吸収体2は、外筒吸収体1の中に収納さ
れ固定されている。この内吸収体2は、円錐体の一部分
を外筒吸収体1の内周面斜面で切り取った形状を有して
いる。外筒吸収体1と同様に、熱伝導率の高い銅により
構成され、その外周曲面も、外筒吸収体1の内周面表面
と同様に、黒化クロムのコーティングによってレーザビ
ームに対する吸収層が形成されている。この黒化クロム
コーティングによる吸収層は、例えば炭酸ガスレーザの
10.6μmの波長に対し、入射角により70〜80%
の吸収率を有している。なお、外筒吸収体1と内吸収体
2の構成の詳細は後述する。The inner absorber 2 is housed and fixed in the outer cylinder absorber 1. The inner absorber 2 has a shape in which a part of a cone is cut off by the inner peripheral surface slope of the outer cylinder absorber 1. Similar to the outer cylinder absorber 1, it is made of copper having a high thermal conductivity, and its outer peripheral curved surface also has an absorption layer for a laser beam due to the chrome black coating, like the inner peripheral surface of the outer cylinder absorber 1. Has been formed. The absorption layer formed by the blackened chromium coating is, for example, 70 to 80% depending on the incident angle with respect to a wavelength of 10.6 μm of a carbon dioxide laser.
Has an absorption rate of. The details of the configurations of the outer cylinder absorber 1 and the inner absorber 2 will be described later.
【0021】外筒吸収体1及び内吸収体2の底面側に
は、略円形プレート状の底蓋3が設けられ、その底蓋3
によって外筒吸収体1、内吸収体2及び外枠5は一体に
固定されている。A bottom cover 3 having a substantially circular plate shape is provided on the bottom side of the outer cylinder absorber 1 and the inner absorber 2, and the bottom cover 3 is provided.
Thus, the outer cylinder absorber 1, the inner absorber 2 and the outer frame 5 are integrally fixed.
【0022】外枠5と外筒吸収体1との間には上述した
ように冷却水路41が設けられ、また内吸収体2の内部
にはその外周曲面に沿って冷却水路42が設けられ、さ
らに底蓋3と外筒吸収体1及び内吸収体2によって冷却
水路43及び44が形成されている。これらの冷却水路
41、42、43及び44は、互いに連通して一つの冷
却水路4を構成する。The cooling water passage 41 is provided between the outer frame 5 and the outer cylinder absorber 1 as described above, and the cooling water passage 42 is provided inside the inner absorber 2 along the outer peripheral curved surface thereof. Further, the bottom lid 3, the outer cylinder absorber 1 and the inner absorber 2 form cooling water passages 43 and 44. These cooling water channels 41, 42, 43, and 44 communicate with each other to form one cooling water channel 4.
【0023】外枠5下端に設けた導入口47から入った
冷却水は、図中矢印で示すように冷却水路43から冷却
水路42に入り、内吸収体2の外周曲面に沿って流れて
内吸収体2を冷却する。冷却水路42を通過した冷却水
は、冷却水路44に入った後、冷却水路41に入り、外
筒吸収体5の外周面に沿って上方に流れ外筒吸収体5を
冷却する。なお、冷却水路41には、被覆銅線45がコ
イル状に巻かれており、その被覆銅線45は隣合った被
覆銅線45との間でガイド通路46を形成している。冷
却水路41に入った冷却水は、このガイド通路46にガ
イドされて螺旋状に上方に流れ、外枠5上端に設けた排
出口48から排出される。The cooling water entered from the inlet 47 provided at the lower end of the outer frame 5 enters the cooling water passage 42 from the cooling water passage 43 as shown by the arrow in the figure, flows along the outer peripheral curved surface of the inner absorber 2 and The absorber 2 is cooled. The cooling water that has passed through the cooling water passage 42 enters the cooling water passage 44, then enters the cooling water passage 41, flows upward along the outer peripheral surface of the outer cylinder absorber 5, and cools the outer cylinder absorber 5. A coated copper wire 45 is wound around the cooling water passage 41 in a coil shape, and the coated copper wire 45 forms a guide passage 46 between the adjacent coated copper wire 45. The cooling water that has entered the cooling water passage 41 is guided by the guide passage 46 and spirally flows upward, and is discharged from the discharge port 48 provided at the upper end of the outer frame 5.
【0024】内吸収体2の外周曲面に沿って設けた上記
の冷却水路42は、必要に応じてその通路の本数を増加
させ、内吸収体2の冷却効果を上げるようにすることも
できる。The cooling water passages 42 provided along the outer peripheral curved surface of the inner absorbent body 2 may be increased in number as needed to enhance the cooling effect of the inner absorbent body 2.
【0025】次に、外筒吸収体1と内吸収体2とをモデ
ル化してその構成を説明する。図2は図1をモデル化し
た図である。図において、外筒吸収体1はその内周面
を、内吸収体2はその外周曲面をそれぞれモデル化して
描いたものである。外筒吸収体1の円錐体11の頂角を
θ1、内吸収体2の仮想円錐体21の頂角をθ2とす
る。円錐体11の中心軸13と仮想円錐体21の中心軸
23とは、互いに平行である。Next, the outer cylinder absorbent body 1 and the inner absorbent body 2 will be modeled and their configurations will be described. FIG. 2 is a diagram modeling FIG. 1. In the figure, the outer cylinder absorber 1 is drawn by modeling its inner peripheral surface, and the inner absorber 2 is modeled by drawing its outer peripheral curved surface. The apex angle of the cone 11 of the outer cylinder absorber 1 is θ1, and the apex angle of the virtual cone 21 of the inner absorber 2 is θ2. The central axis 13 of the cone 11 and the central axis 23 of the virtual cone 21 are parallel to each other.
【0026】内吸収体2は、上述したように、仮想円錐
体21の一部分を外筒吸収体1の内周面で切り取った形
状を有している。また、内吸収体2の仮想円錐体21の
頂点22は外筒吸収体1の上面部分(上部内径)12よ
り外側に位置する。外筒吸収体1の上面部分12の内径
は、その上面部分12に入射するレーザビームのビーム
径の例えば1.5倍程度となるように設定される。さら
に、内吸収体2の外周曲面と外筒吸収体1の内周面はく
さび状の空間を形成し、その空間のくさび状の角度θ3
を持たせるために、頂角θ1及びθ2は、θ2>θ1を
満足するように決定される。As described above, the inner absorber 2 has a shape in which a part of the virtual cone 21 is cut off by the inner peripheral surface of the outer cylinder absorber 1. Further, the apex 22 of the virtual cone 21 of the inner absorbent body 2 is located outside the upper surface portion (upper inner diameter) 12 of the outer absorbent body 1. The inner diameter of the upper surface portion 12 of the outer cylinder absorber 1 is set to be, for example, about 1.5 times the beam diameter of the laser beam incident on the upper surface portion 12. Further, the outer peripheral curved surface of the inner absorber 2 and the inner peripheral surface of the outer cylinder absorber 1 form a wedge-shaped space, and the wedge-shaped angle θ3 of the space.
In order to have the above, the apex angles θ1 and θ2 are determined so as to satisfy θ2> θ1.
【0027】本実施例では、ビーム径27φのレーザビ
ームを入射させるため、外筒吸収体1の上面部分12の
内径は40φに設定した。また、頂角θ1は7度に、頂
角θ2は40度にそれぞれ設定した。In this embodiment, since the laser beam having the beam diameter of 27φ is made incident, the inner diameter of the upper surface portion 12 of the outer cylinder absorber 1 is set to 40φ. The apex angle θ1 was set to 7 degrees and the apex angle θ2 was set to 40 degrees.
【0028】次に、上記構成のレーザビーム吸収器の作
用を図1に戻って説明する。上述したように、内吸収体
2の仮想円錐体21の頂点22は外筒吸収体1の上面部
分12より外側に位置するようにしたので、レーザビー
ム吸収器に入射したレーザビームは、内吸収体2の仮想
円錐21の頂点22に投射されることなく、内吸収体2
の外周曲面に当たる。したがって、高パワー密度のレー
ザビームによって円錐先端(頂点22)が損傷して耐久
性が劣化することを防止することができ、吸収効率が低
下するようなこともない。Next, the operation of the laser beam absorber having the above structure will be described with reference to FIG. As described above, since the apex 22 of the virtual cone 21 of the inner absorber 2 is located outside the upper surface portion 12 of the outer cylinder absorber 1, the laser beam incident on the laser beam absorber is internally absorbed. The inner absorber 2 is not projected onto the apex 22 of the virtual cone 21 of the body 2.
Hit the outer curved surface of. Therefore, it is possible to prevent the tip of the cone (apex 22) from being damaged by the laser beam of high power density to deteriorate the durability, and the absorption efficiency does not decrease.
【0029】レーザビーム100のビーム断面積をA、
出力をPとすると、レーザビーム100は、平均パワー
密度P/Aでレーザビーム吸収器に入射する。このレー
ザビーム100は内吸収体2の外周曲面(レーザビーム
吸収面)に入射角70度(=90ー40/2)で入射す
るので、平均パワー密度P/Aはそのcos(70°)
分まで下がる。実験値および文献値により黒化クロムの
コーティング層は、入射するレーザビーム100の平均
パワー密度P/Aが400W/cm2 以下であれば、劣
化が少ないことが知られている。よって、本実施例のレ
ーザビーム吸収器は、P/A×cos(70°)<40
0W/cm2 を満たす平均パワー密度P/Aを持つレー
ザビームに対してまで、耐久性及び信頼性を有する。ビ
ーム径27φ、6KWのレーザビームが入射した場合、
平均パワー密度P/Aは約360W/cm2 となり、6
KWのレーザビームに対しても、十分に耐久性及び信頼
性を有することとなり、高出力レーザビームに対しても
十分対応可能である。なお、一般にレーザビームは高出
力化するほど高次成分を持ち、パワー密度P/Aが平均
化される傾向がある。Let the beam cross-sectional area of the laser beam 100 be A,
When the output is P, the laser beam 100 is incident on the laser beam absorber with an average power density P / A. Since this laser beam 100 is incident on the outer peripheral curved surface (laser beam absorption surface) of the inner absorber 2 at an incident angle of 70 degrees (= 90-40 / 2), the average power density P / A is its cos (70 °).
Go down to the minute. It is known from experimental values and literature values that the chromium black coating layer is less deteriorated if the average power density P / A of the incident laser beam 100 is 400 W / cm 2 or less. Therefore, the laser beam absorber of this example has P / A × cos (70 °) <40.
It has durability and reliability even for a laser beam having an average power density P / A satisfying 0 W / cm 2 . When a laser beam with a beam diameter of 27φ and 6 KW is incident,
The average power density P / A is about 360 W / cm 2 , which is 6
It has sufficient durability and reliability for a KW laser beam, and can sufficiently cope with a high-power laser beam. In general, the higher the power of the laser beam, the higher the component it has, and the power density P / A tends to be averaged.
【0030】内吸収体2に吸収されず反射された成分
は、その外周曲面に沿って外筒吸収体1に向かって拡散
し、外筒吸収体1に吸収される。この外筒吸収体1にお
いても反射成分は発生するが、内吸収体2と外筒吸収体
1はくさび状空間を形成するため、その反射成分は両方
の間で多重反射を起こし、少なくとも7回以上反射す
る。その1回当たりの吸収率は少なく見積もっても70
%はあるので、7回の反射で残る反射成分は、0.37
以下となる。したがって、レーザビーム吸収器に吸収さ
れずに外部に放射する反射成分は0.1%以下となり、
従来型の1〜0.5%に比べ大幅に改善される。すなわ
ち、高出力レーザビームに対して、そのレーザビームを
吸収するに必要な反射回数を十分に確保することがで
き、レーザビーム吸収器を大型化せずにレーザビーム吸
収器としての機能を十分に果たすことができる。The components which are not absorbed by the inner absorber 2 and reflected are diffused toward the outer cylinder absorber 1 along the outer peripheral curved surface thereof and are absorbed by the outer cylinder absorber 1. A reflection component is also generated in this outer cylinder absorber 1, but since the inner absorber 2 and the outer cylinder absorber 1 form a wedge-shaped space, the reflection component causes multiple reflection between both and at least 7 times. It reflects more. The absorption rate per time is 70
%, So the reflection component remaining after 7 reflections is 0.3 7
It becomes the following. Therefore, the reflection component emitted to the outside without being absorbed by the laser beam absorber is 0.1% or less,
This is a significant improvement over the conventional 1-0.5%. That is, it is possible to secure a sufficient number of reflections required to absorb the high-power laser beam, and to sufficiently function as the laser beam absorber without increasing the size of the laser beam absorber. Can be fulfilled
【0031】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
り、図2と同様に、外筒吸収体及び内吸収体をモデル化
して描いた図である。本実施例が、上記第1の実施例と
相違する点は、外筒吸収体1aの円錐体11aの中心軸
13aと、内吸収体2aの円錐体21aの中心軸23a
とが交わる点である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is a diagram in which the outer cylinder absorber and the inner absorber are modeled and drawn, as in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the central axis 13a of the cone 11a of the outer cylinder absorber 1a and the central axis 23a of the cone 21a of the inner absorber 2a are different.
Is the point where and intersect.
【0032】このように双方の中心軸11a及び23a
が交わるようにすることにより、頂角θ1、θ2及びθ
3を第1の実施例と同じ角度に保持した状態で内吸収体
2aの仮想円錐体21aの底面を小さくすることができ
る。仮想円錐体21aの底面を小さくすることにより、
内吸収体2aの外周曲面は曲率半径が小さくなって湾曲
の程度が強くなり、入射したレーザビームは、その外周
曲面で反射する際により拡散するようになる。その結
果、内吸収体2a及び外筒吸収体1aに入射するレーザ
ビームのパワー密度が低下し、それぞれの熱負荷を低減
することができる。なお、中心軸13aと中心軸23a
との交角は、例えば0度以上45度以下となる。45度
になると、仮想円錐体21aの底面は円錐体11aの底
面に近づくことになる。In this way, both central axes 11a and 23a
So that the vertical angles θ1, θ2 and θ
The bottom surface of the virtual cone 21a of the inner absorbent body 2a can be made smaller with 3 held at the same angle as in the first embodiment. By reducing the bottom surface of the virtual cone 21a,
The radius of curvature of the outer peripheral curved surface of the inner absorber 2a becomes smaller and the degree of bending becomes stronger, and the incident laser beam becomes more diffused when reflected by the outer peripheral curved surface. As a result, the power density of the laser beam incident on the inner absorber 2a and the outer cylinder absorber 1a is reduced, and the heat load of each can be reduced. The central axis 13a and the central axis 23a
The intersection angle with and is, for example, 0 degree or more and 45 degrees or less. At 45 degrees, the bottom of the virtual cone 21a approaches the bottom of the cone 11a.
【0033】図4は本発明の第3の実施例を示す図であ
り、(A)は第1例を、(B)は第2例をそれぞれ示
す。本実施例は、外筒吸収体1及び内吸収体2の双方ま
たは一方を、2つ以上の角度の傾面を持つ円錐曲面で構
成したことを特徴としている。図4(A)において、内
吸収体2bは、2つの傾き角度θ41、θ42で構成されて
いる。すなわち、本来の内吸収体2bの傾き角度θ41に
対して、点P1でその傾きをさらに急にし、傾き角度を
θ42とする。傾き角度θ41だけで内吸収体2bを形成す
る場合は、破線で示すようになり、そのときの入射レー
ザビームは、点P2より深い位置までは入らない。本実
施例では、点P1より下側の傾き角度をθ42としたの
で、入射レーザビームは、さらに深く点P3の位置まで
入るようになり、その分反射回数が多くなって吸収効率
も向上する。FIGS. 4A and 4B are views showing a third embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the first example and FIG. 4B shows the second example. The present embodiment is characterized in that both or one of the outer cylinder absorber 1 and the inner absorber 2 is formed of a conical curved surface having inclined surfaces of two or more angles. In FIG. 4A, the inner absorber 2b is configured with two inclination angles θ41 and θ42. That is, with respect to the original inclination angle θ41 of the inner absorber 2b, the inclination is made steeper at the point P1, and the inclination angle is set to θ42. When the inner absorber 2b is formed only with the inclination angle θ41, it becomes as shown by the broken line, and the incident laser beam at that time does not enter a position deeper than the point P2. In the present embodiment, since the tilt angle below the point P1 is set to θ42, the incident laser beam enters deeper to the position of the point P3, and the number of reflections increases and the absorption efficiency improves accordingly.
【0034】図4(B)においては、外筒吸収体1cを
2つの傾き角度θ43、θ44で構成している。すなわち、
本来の外筒吸収体2cの傾き角度θ43に対して、点P4
でその傾きを緩やかにし、傾き角度をθ44とする。傾き
角度θ43だけで外筒吸収体1cを形成する場合は、破線
で示すようになり、そのときの入射レーザビームは、点
P5より深い位置までは入らない。本実施例では、点P
4より下側の傾き角度をθ44としたので、入射レーザビ
ームは、さらに深い位置まで入るようになり、その分反
射回数が多くなって吸収効率も向上する。In FIG. 4B, the outer cylinder absorber 1c is constructed with two inclination angles θ43 and θ44. That is,
With respect to the original inclination angle θ43 of the outer cylinder absorber 2c, point P4
Then, the inclination is made gentle and the inclination angle is set to θ44. When the outer cylinder absorber 1c is formed only with the tilt angle θ43, the outer cylinder absorber 1c is indicated by a broken line, and the incident laser beam at that time does not enter a position deeper than the point P5. In this embodiment, the point P
Since the inclination angle below 4 is set to θ44, the incident laser beam can enter a deeper position, and the number of reflections is increased correspondingly, and the absorption efficiency is also improved.
【0035】なお、図4では、内吸収体または外筒吸収
体のいずれか一方を、2つの角度の傾面を持つ円錐曲面
で構成したが、3つ以上の角度の傾面を持つ円錐曲面で
構成してもよい。また、内吸収体及び外筒吸収体の双方
を2つ以上の傾面を持つ円錐曲面で構成することもでき
る。In FIG. 4, either the inner absorber or the outer cylinder absorber is formed of a conical surface having two inclined surfaces, but the conical surface having three or more inclined surfaces. You may comprise. Further, both the inner absorber and the outer cylinder absorber may be configured by a conical curved surface having two or more inclined surfaces.
【0036】また、上記の説明では、内吸収体2の外周
曲面に黒化クロム処理を施してレーザビーム吸収面を形
成するようにしたが、この外周曲面をレーザビームを反
射する物質で被覆してレーザビーム反射面として形成す
るようにしてもよい。その場合、内吸収体2に入射した
レーザビームは、その外周曲面でパワー密度が低減され
て反射し、外筒吸収体1で吸収される。その反射成分
は、再度内吸収体2の外周曲面に入射するが、その都度
パワー密度が低減されて反射し、順次外筒吸収体1に吸
収される。内吸収体2は本来熱負荷が高くなりやすい部
位であるが、レーザビームを吸収しないので、内吸収体
2をその高い熱負荷から保護することができる。In the above description, the outer peripheral curved surface of the inner absorber 2 is subjected to the blackening chrome treatment to form the laser beam absorbing surface. However, the outer peripheral curved surface is coated with a substance that reflects the laser beam. It may be formed as a laser beam reflecting surface. In that case, the laser beam incident on the inner absorber 2 has its power density reduced at the outer peripheral curved surface thereof, is reflected, and is absorbed by the outer cylinder absorber 1. The reflected component is incident on the outer peripheral curved surface of the inner absorber 2 again, but the power density is reduced each time and reflected, and is sequentially absorbed by the outer cylinder absorber 1. The inner absorber 2 is originally a portion where the heat load tends to be high, but since it does not absorb the laser beam, the inner absorber 2 can be protected from the high heat load.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、内吸収
体の仮想円錐の頂点が、外筒吸収体の上部内径より外側
に位置するように構成した。このため、レーザビーム吸
収器に入射したレーザビームは、内吸収体の仮想円錐の
頂点に投射されることなく、円錐状曲面の斜面に当た
る。したがって、高パワー密度のレーザビームによって
円錐先端が損傷して耐久性が劣化することを防止するこ
とができる。As described above, in the present invention, the apex of the virtual cone of the inner absorbent body is located outside the upper inner diameter of the outer absorbent body. Therefore, the laser beam incident on the laser beam absorber hits the slope of the conical curved surface without being projected on the apex of the virtual cone of the inner absorber. Therefore, it is possible to prevent the cone tip from being damaged by the laser beam having the high power density and the durability from being deteriorated.
【0038】また、レーザビームが内吸収体の円錐状曲
面の斜面に入射するので、その入射角度によってエネル
ギー密度を1/2〜1/4に下げることができる。した
がって、高出力のレーザビームに対してまで、レーザビ
ーム吸収面はその耐久性及び信頼性を保持することがで
きる。Since the laser beam is incident on the slope of the conical curved surface of the inner absorber, the energy density can be reduced to 1/2 to 1/4 depending on the incident angle. Therefore, the laser beam absorption surface can maintain its durability and reliability even for a high-power laser beam.
【0039】さらに、内吸収体の円錐状曲面と外筒吸収
体の内周面がくさび状の角度を成すように構成したの
で、内吸収体の斜面で吸収されずに反射されたレーザビ
ームは、その内吸収体と外筒吸収体との間で多重反射
し、ほとんど外部に影響を与えない程度のエネルギー密
度まで減衰される。すなわち、高出力レーザビームに対
して、そのレーザビームを吸収するに必要な反射回数を
十分に確保することができ、レーザビーム吸収器を大型
化せずに全体としての吸収効率を大幅に向上させること
ができる。Further, since the conical curved surface of the inner absorber and the inner peripheral surface of the outer absorber form a wedge-shaped angle, the laser beam reflected without being absorbed by the slope of the inner absorber is , Multiple reflection occurs between the inner absorber and the outer cylinder absorber, and the energy density is attenuated to such an extent that it hardly affects the outside. That is, it is possible to secure a sufficient number of reflections required to absorb the high-power laser beam, and significantly improve the overall absorption efficiency without increasing the size of the laser beam absorber. be able to.
【図1】本発明のレーザビーム吸収器の構成を概略的に
示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing the configuration of a laser beam absorber of the present invention.
【図2】図1をモデル化した図である。FIG. 2 is a diagram modeling FIG. 1;
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図5】CO2 レーザ用の液冷式レーザビーム吸収器を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a liquid-cooled laser beam absorber for a CO 2 laser.
1,1a,1b,1c 外筒吸収体 2,2a,2b,2c 内吸収体 3 底蓋 4 冷却液流路 5 外枠 11,11a 円錐体 22,22a 仮想円錐体 1, 1a, 1b, 1c Outer cylinder absorber 2, 2a, 2b, 2c Inner absorber 3 Bottom lid 4 Coolant flow passage 5 Outer frame 11, 11a Cone 22, 22a Virtual cone
Claims (6)
ムを減衰し吸収するレーザビーム吸収器において、 円錐状曲面を用いて形成され前記円錐状曲面に入射した
レーザビームを吸収する内吸収体と、 前記内吸収体の外側に設けられ内周面が円錐状に形成さ
れ前記内吸収体に吸収されずに反射したレーザビームを
前記内周面によって吸収する外筒吸収体と、を有し、 前記内吸収体の仮想円錐の頂点が前記外筒吸収体の上部
内径より外側に位置すると共に、前記内吸収体の円錐状
曲面と前記外筒吸収体の内周面がくさび状の角度を形成
するように構成したことを特徴とするレーザビーム吸収
器。1. A laser beam absorber that attenuates and absorbs a laser beam emitted from a laser oscillator; an inner absorber that is formed by using a conical curved surface and absorbs the laser beam incident on the conical curved surface; An outer cylinder absorber that is provided outside the inner absorber, has an inner peripheral surface formed in a conical shape, and absorbs a laser beam reflected without being absorbed by the inner absorber by the inner peripheral surface; The apex of the virtual cone of the absorber is located outside the upper inner diameter of the outer cylinder absorber, and the conical curved surface of the inner absorber and the inner peripheral surface of the outer cylinder absorber form a wedge-shaped angle. A laser beam absorber having the above-mentioned configuration.
の中心軸が平行であることを特徴とする請求項1記載の
レーザビーム吸収器。2. The laser beam absorber according to claim 1, wherein a central axis of the inner absorber and a central axis of the outer cylinder absorber are parallel to each other.
の中心軸が交わることを特徴とする請求項1記載のレー
ザビーム吸収器。3. The laser beam absorber according to claim 1, wherein a central axis of the inner absorber and a central axis of the outer cylinder absorber intersect with each other.
ーザビームを反射する物質で被覆したことを特徴とする
請求項1記載のレーザビーム吸収器。4. The laser beam absorber according to claim 1, wherein the laser beam absorbing surface of the inner absorber is coated with a substance that reflects the laser beam.
または一方を、2つ以上の角度の傾面をもつ円錐曲面で
構成したことを特徴とする請求項1記載のレーザビーム
吸収器。5. The laser beam absorber according to claim 1, wherein both or one of the inner absorber and the outer cylinder absorber is formed of a conical curved surface having inclined surfaces at two or more angles. .
ザビーム吸収面に沿って冷却液流路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吸収器。6. The laser beam absorber according to claim 1, wherein a cooling liquid flow path is provided along the laser beam absorption surfaces of the inner absorber and the outer cylinder absorber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4086193A JPH06252484A (en) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | Laser beam absorber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4086193A JPH06252484A (en) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | Laser beam absorber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06252484A true JPH06252484A (en) | 1994-09-09 |
Family
ID=12592326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4086193A Pending JPH06252484A (en) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | Laser beam absorber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06252484A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-03-02 JP JP4086193A patent/JPH06252484A/en active Pending
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