JPH08201604A - レーザ光の減衰装置 - Google Patents

レーザ光の減衰装置

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JPH08201604A
JPH08201604A JP1440795A JP1440795A JPH08201604A JP H08201604 A JPH08201604 A JP H08201604A JP 1440795 A JP1440795 A JP 1440795A JP 1440795 A JP1440795 A JP 1440795A JP H08201604 A JPH08201604 A JP H08201604A
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純朋 猪俣
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茂 大柳
Terukazu Oya
輝和 大屋
Michio Kameyama
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Abstract

(57)【要約】 【目的】減衰フィルタを破損させずに、高出力のレーザ
光を効率良く減衰させることができ、高出力のレーザ発
振器から低出力のレーザ光を安定して得ることができる
レーザ光の減衰装置を提供する。 【構成】この減衰装置は、レーザ発振器11から出力さ
れるレーザ光の光路に減衰フィルタ2a,2b,2cを
配置し、レーザ光を減衰フィルタ2a,2b,2cに透
過させて減衰させるレーザ光の減衰装置である。減衰フ
ィルタ2a,2b,2cの前面及び背面に冷却水を直接
接触させて冷却する水冷室4a,4b,4c,4dが減
衰フィルタ2a,2b,2cの前後に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー加工機等に使
用され、レーザ発振器から出力されるレーザ光を安定し
て減衰させる減衰装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、超400W級の高出力YAGレ
ーザを出力するレーザ加工機では、各種の条件の加工を
行う必要性から、レーザ出力を数W程度の低出力に落し
て加工を行う場合がある。
【0003】このような場合、レーザ発振器の放電電流
や電圧等を調整して、レーザ発振器の出力を低下させ、
低出力のレーザ光とすることが行われているが、レーザ
発振器の放電電流等を下げて出力を低くした場合、レー
ザ出力が不安定となり、精密な微細加工ができなくなる
問題があった。
【0004】このため、従来では、レーザ発振器の出力
を、安定出力が得られる高出力に設定しておき、レーザ
発振器から出力されたレーザ光の光路に減衰フィルタを
配置し、レーザ光を減衰フィルタに透過させて、目的の
出力まで減衰させる方法がとられていた。
【0005】しかし、高出力のレーザ光を減衰率の比較
的大きい減衰フィルタに通して減衰させた場合、減衰フ
ィルタ自体が高温に加熱され、短時間でフィルタが破損
するという問題が生じていた。
【0006】一方、減衰フィルタにワイヤスクリーンを
使用し、レーザ光の回折や反射によりレーザ光を減衰さ
せる技術が、USP4,561,721等により提案さ
れているが、この場合でも、ワイヤスクリーンやそのハ
ウジングの温度上昇が著しく、機器の破損や寿命の低下
を招く問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑みてなされたもので、減衰フィルタを破損させずに、
高出力のレーザ光を効率良く減衰させることができ、高
出力のレーザ発振器から低出力のレーザ光を安定して得
ることができるレーザ光の減衰装置を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ光の減衰装置は、レーザ発振器から
出力されるレーザ光の光路に減衰フィルタを配置し、レ
ーザ光を減衰フィルタに透過させて減衰させるレーザ光
の減衰装置において、減衰フィルタの前面及び背面に冷
却水を直接接触させて冷却する水冷室が減衰フィルタの
前後に設けられていることを特徴とする。
【0009】ここで、減衰フィルタは、間隔をおいて光
路上に複数枚を並設し、それらの減衰フィルタ間に水冷
室を設けるようにすることもできる。また、水冷室には
冷却水を循環させる冷却水循環路を連通・接続すること
もできる。さらに、冷却水循環路の一部にタンクを設
け、そのタンク内の冷却水を冷却する冷却ユニットを設
けるようにしてもよい。
【0010】
【作用・効果】このような構成の減衰装置では、レーザ
発振器から照射されたレーザ光が減衰フィルタを透過
し、レーザ光の光強度を減衰させるように使用される
が、この間、減衰フィルタはその前面及び背面が冷却水
に直接接して冷却されるため、温度上昇は効果的に抑制
され、加熱による減衰フィルタの破損は防止され、減衰
フィルタの寿命を伸ばすことができる。
【0011】さらに、複数のフィルタを並設して使用す
れ、段階的にレーザ光を減衰させることができ、各減衰
フィルタにおいてはレーザ光の減衰量を小さくできるた
め、比較的大きい減衰率でレーザ光を減衰させる場合で
も、急激な温度上昇を防止し、減衰フィルタの破損を防
止することができる。
【0012】さらに、タンク内の冷却水はポンプにより
加圧循環されるため、上記水冷チャンバ内には常に新鮮
な冷却水が循環することとなり、上記減衰フィルタの冷
却効果を向上させる。
【0013】さらに、複数の減衰フィルタを円筒状のケ
ーシング内に間隔をおいて並設する場合、ケーシングを
複数のケーシング片に分割して形成し、複数のケーシン
グ片が各々減衰フィルタを保持するように組み付ける構
造とすれば、減衰フィルタの数を自由に変更し、減衰フ
ィルタの透過率の変更を自由に行うことができ、1台の
減衰装置で、減衰量を任意に且つ容易に設定することが
できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0015】図1はレーザ光の減衰装置の全体構成を示
している。減衰装置は、水冷式のフィルタ装置、冷却水
用のタンク、及び冷却水を供給する冷却水供給路とから
構成される。1はフィルタ装置のケーシングであリ、両
端を開口した円筒状に形成される。ケーシング1内に
は、5個の円周溝が間隔をおいて形成され、それらの円
周溝に嵌合させるように、2枚の透明ガラス3a,3b
と3枚の減衰フィルタ2a,2b,2cがケーシング1
内に嵌着される。
【0016】減衰フィルタ2a,2b,2cには、波長
に拘らず一定の割合で光強度を弱め適当な光量の光を得
るNDフィルタ(ニュートラルデンシティフィルタ)が
使用され、NDフィルタとしては、例えばクロメルの金
属蒸着フィルタ、或はCo、Niを含む灰色フィルタを
使用することができる。
【0017】3枚の減衰フィルタ2a,2b,2cはケ
ーシング1の中央部に配置され、それらの減衰フィルタ
の外側(両側)に透明ガラス3aと3bが配置される。
3枚の減衰フィルタ2a,2b,2cは、例えば1/2
0の減衰率を実現する場合、各々、レーザ光の入射側よ
り、50%、50%、20%の透過率を有するように構
成・配置される。このように、複数の減衰フィルタによ
り段階的にレーザ光を減衰させ、且つ出射側に透過率の
低い減衰フィルタ2cを配置することにより、フィルタ
の急激な温度上昇を防止し、その破損を防止することが
できる。
【0018】一方、これらの透明ガラス3a,3b、及
び減衰フィルタ2a,2b,2cによって、ケーシング
1内には、4個の水冷室4a,4b,4c,4dが形成
され、冷却水が循環・供給される。
【0019】即ち、透明ガラス3aと減衰フィルタ2a
の間に水冷室4aが形成され、減衰フィルタ2aと減衰
フィルタ2bの間に水冷室4bが形成され、減衰フィル
タ2bと減衰フィルタ2cの間に水冷室4cが形成さ
れ、透明ガラス3bと減衰フィルタ2cの間に水冷室4
dが形成される。各透明ガラス、各減衰フィルタとケー
シング1との接合部は完全にシールされる。
【0020】そして、水冷室4aと4bがケーシング1
内に設けた水路7aにより連通され、水冷室4bと4c
がケーシング1内に設けた水路7bにより連通され、水
冷室4cと4dがケーシング1内に設けた水路7cによ
り連通される。さらに、ケーシング1には冷却水用の導
入管6aと導出管6bが接続され、導入管6aが水冷室
4aに連通し、導出管6bが水冷室4dに連通する。
【0021】10は冷却水用の水槽であり、水槽10と
導入管6a間に配管5aが接続され、水槽10と導出管
6b間にポンプ14を設けた配管5bが接続され、これ
らの部材により冷却水循環路が形成される。そして、ポ
ンプ14の作動により、水槽10内の冷却水が、配管5
a,5bを通して水冷室4a〜4d内に順に循環・供給
される。
【0022】水槽10の底部には水槽内を冷却する冷却
ユニット8が取付けられ、この冷却ユニット8は温度調
節器9により冷却水の温度が所定の冷却温度となるよう
に制御される。11はYAGレーザ等のレーザ発振器で
あり、レーザ光Lを水冷式フィルタ装置の入射側に向け
て放射するように配置される。
【0023】このように構成された減衰装置は、レーザ
加工機等のレーザ発振器11の光路の前方に配置され、
高出力のレーザ光を低出力に落すために使用される。
【0024】レーザ発振器11が動作し、レーザ光を水
冷式フィルタ装置を通して照射する間、ポンプ14が運
転され、水槽10内の冷却水が、配管5a,5bを通し
て水冷室4a〜4d内に順に循環・供給される。これに
より、減衰フィルタ2aは水冷室4a,4bの冷却水に
直接接触することによって冷却され、同様に、減衰フィ
ルタ2bは水冷室4b,4cの冷却水に接触して冷却さ
れ、さらに、減衰フィルタ2cは水冷室4c,4dの冷
却水に接触して冷却される。
【0025】レーザ発振器11から放射されたレーザ光
は、各減衰フィルタ2a,2b,2cを通過する際、各
々フィルタの持つ透過率に応じて徐々に段階的に減衰さ
れ、例えば、各減衰フィルタ2a,2b,2cの透過率
が50%、50%、20%に設定されている場合、各減
衰フィルタを透過したレーザ光は、約1/20の光量に
減衰される。
【0026】レーザ光の減衰部分は熱エネルギーに変換
され減衰フィルタ2a,2b,2cを加熱するが、各減
衰フィルタ2a,2b,2cは、水冷室4a〜4dを流
れる冷却水に接して効率良く冷却される。このため、そ
の温度上昇は防止され、減衰フィルタ2a,2b,2c
やケーシング1の熱による破損を防止することができ
る。
【0027】また、複数の減衰フィルタ2a,2b,2
cにより段階的にレーザ光を減衰させ、且つ出射側に透
過率のより低い減衰フィルタ2cを配置しているため、
フィルタの急激な温度上昇を防止し、比較的大きい減衰
率でレーザ光を減衰させる場合でも、その破損を防止す
ることができる。
【0028】また、実験によれば、水冷を行わない減衰
フィルタに、出力10Wのレーザ光を透過させた場合、
約30秒の照射で減衰フィルタが破損したが、上記構成
の水冷式フィルタ装置では、出力80Wのレーザ光を約
5分間連続して減衰フィルタに透過させた場合でも、減
衰フィルタの破損は生じなかった。
【0029】このように、減衰フィルタを使用してレー
ザ光を任意の低出力に減衰させることができるため、レ
ーザ加工機等のレーザ発振器の出力を、安定出力が得ら
れる高出力に維持しながら、出力変動の少ない安定した
低出力のレーザ光を得ることができる。
【0030】図2、図3は他の実施例のフィルタ装置を
示している。このフィルタ装置は、ケーシング20が分
割して形成されている点を除き、その基本的構成におい
て、上記実施例と同様である。
【0031】即ち、ケーシング20は、幅の短い円筒状
のケーシング片20a,20b,20cを重ねて、減衰
フィルタ保持用のケーシング部とすると共に、その外側
(両側)に透明ガラス保持用のケーシング片21a,2
1bを組み付け、円筒状に形成される。
【0032】各ケーシング片20a,20b,20cに
は、減衰フィルタ2a,2b,2cを嵌込むための凹
部、及び冷却水用の水路が形成され、各凹部に減衰フィ
ルタ2a,2b,2cの周縁部を各々嵌入し、その上か
ら隣接するケーシング片の凸部を押えるように組み付け
られる。そして、この状態で、各ケーシング片内の水路
が相互に接続され、水路7a,7b,7cが形成され
る。
【0033】さらに、ケーシング片20aの外側に透明
ガラス保持用のケーシング片21aが嵌込まれ、ケーシ
ング片20cの外側に同様のケーシング片21bが嵌込
まれる。その状態で、長尺の締付ボルト27が各ケーシ
ング片の縁部に設けた孔に挿通され、各ケーシング片2
0a,20b,20c、21a,21bが相互に締付け
固定され、ケーシングが組立てられる。
【0034】そして、ケーシング片21aの内側に透明
ガラス3aが嵌込まれ、ケーシング片21bの内側に透
明ガラス3bが嵌込まれ、それらの外側から円環状のリ
ングねじ23aと23bをねじ込むことにより、透明ガ
ラス3a,3bが減衰フィルタの外側(両側)に取付け
られる。
【0035】また、これによって上記と同様に、透明ガ
ラス3aと減衰フィルタ2aの間に水冷室4aが形成さ
れ、減衰フィルタ2aと減衰フィルタ2bの間に水冷室
4bが形成され、減衰フィルタ2bと減衰フィルタ2c
の間に水冷室4cが形成され、透明ガラス3bと減衰フ
ィルタ2cの間に水冷室4dが形成される。
【0036】なお、各ケーシング片2a,2b,2c間
には環状のシール部材24aが介挿され、透明ガラス3
a,3bの周縁部にシール部材24bが嵌着され、接合
部は完全にシールされる。また、一方のケーシング片2
1aには冷却水用の導入管26aが設けられ、他方のケ
ーシング片21bには導出管26bが設けられる。
【0037】このようなフィルタ装置では、ケーシング
20がケーシング片20a,20b,20c、21a,
21bにより分割形成され、減衰フィルタ保持用の各ケ
ーシング片20a,20b,20cを、使用する減衰フ
ィルタの数に応じて任意の数だけ組み付けることができ
るため、使用する減衰フィルタの数を任意に決定し、レ
ーザ光を減衰させる減衰量を任意に且つ容易に設定する
ことができる。
【0038】上記構成のフィルタ装置は、上記実施例と
同様に、レーザ発振器から放射されるレーザ光の光路上
に配置され、導入管26aと導出管26bに冷却水循環
路を接続し、ポンプ14を通してタンク10内の冷却水
を各水冷室4a〜4dに循環・供給し、減衰フィルタ2
a,2b,2cを水冷しながら、レーザ光を減衰させる
ように動作する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すレーザ光の減衰装置の
全体構成図である。
【図2】他の実施例の減衰装置におけるフィルタ装置の
断面図である。
【図3】同フィルタ装置の正面図である。
【符号の説明】
1−ケーシング、 2a,2b,2c−減衰フィルタ、 3a,3b−透明ガラス、 4a,4b,4c,4d−水冷室、 5a,5b−配管、 8−冷却ユニット、 10−ポンプ、 11−レーザ発振器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀山 美知夫 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器から出力されるレーザ光の
    光路に減衰フィルタを配置し、レーザ光を該減衰フィル
    タに透過させて減衰させるレーザ光の減衰装置におい
    て、 該減衰フィルタの前面及び背面に冷却水を直接接触させ
    て冷却する水冷室が該減衰フィルタの前後に設けられて
    いることを特徴とするレーザ光の減衰装置。
  2. 【請求項2】 複数枚の減衰フィルタが間隔をおいて光
    路上に並設され、該減衰フィルタ間に水冷室が設けられ
    た請求項1記載のレーザ光の減衰装置。
  3. 【請求項3】 前記水冷室に冷却水を循環させる冷却水
    循環路が該水冷室に連通・接続された請求項1又は2記
    載のレーザ光の減衰装置。
  4. 【請求項4】 該冷却水循環路の一部にタンクが設けら
    れ、該タンク内の冷却水を冷却する冷却ユニットが設け
    られた請求項3記載のレーザ光の減衰装置。
  5. 【請求項5】 前記複数の減衰フィルタが円筒状のケー
    シング内に間隔をおいて並設され、該ケーシングが分割
    された複数のケーシング片を組み合せて形成され、該複
    数のケーシング片が各々減衰フィルタを保持する構成と
    した請求項2記載のレーザ光の減衰装置。
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