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技術 レーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置

出願人 株式会社アマダエンジニアリングセンター株式会社アマダホールディングス
発明者 岩崎敬
出願日 1996年8月9日 (23年1ヶ月経過) 出願番号 1996-211673
公開日 1998年2月24日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 1998-056226
状態 未査定
技術分野 レンズ以外の光学要素 レーザ加工 レーザ(2) レーザ(2)
主要キーワード 保守管理費 形減衰器 冷却液供給装置 出力クラス 接液面積 冷却容器内 レーザ吸収体 レーザ計測装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年2月24日)のものです。
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図面 (9)

課題

冷却水を利用してレーザ光を効率的に吸収し、かつ吸収率経年変化がほとんどない安価なレーザ光用シャッタレーザ光吸収装置を提供することにある。

解決手段

レーザ光透過窓5,27および冷却容器3,21を備え、この冷却容器3,21内を流通する冷却液15にレーザ光LBのエネルギーを吸収させるレーザ光吸収装置1,20において、前記冷却容器3,21内にレーザ光吸収体17,41を設け、また前記レーザ光吸収体17は、前記冷却容器3の内側表面であること、さらに、前記レーザ光吸収体41は、前記冷却容器21の内部に配設され、前記冷却液15が前記レーザ光吸収体41の吸収面および少なくとも前記吸収面と表裏の関係をなす反対面の一部分とを流通することを特徴とする。

概要

背景

レーザ加工装置またはレーザ計測装置などにおいて、必要に応じてレーザ光を加工部または計測部に導くためのシャッタレーザ発振器から加工部または計測部に至るレーザ光伝播経路に設けられている。

図7はレーザ光用シャッタを原理的に示したもので、レーザ光LBを吸収するレーザ光吸収装置101をレーザ光伝播経路103に機械的に進退自在に設けたもので、レーザ光吸収装置101はレーザ光吸収体105と、このレーザ光吸収体105を冷却する空冷または水冷冷却装置107とから構成されている。

図8はレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の他の例を示したものであり、前記レーザ光伝播経路103に機械的に進退自在に設けたミラー109と、このミラー109で反射されたレーザ光LBを受けるレーザ光吸収装置111をレーザ光伝播経路103外に設けてあり、このレーザ光吸収装置111は、V字形状のレーザ光吸収体113と、このレーザ光吸収体113を冷却する空冷または水冷の冷却装置115とから構成されている。

前記図7及び図8におけるレーザ光吸収体105,113には、レーザ光LBの吸収率を高くする様に、熱伝導率の大きいアルミニウム、銅などの金属基板黒色アルマイト処理したり、セラミックス被膜処理などを施したものが使用されている。

前記図7のレーザ光吸収装置101において、レーザ光LBの強度がレーザ光吸収体105の耐光強度よりも大きい場合には、レーザ光吸収体105を傾斜させて受光面のレーザ光LBのエネルギー密度を低下させる方法も用いられている。

概要

冷却水を利用してレーザ光を効率的に吸収し、かつ吸収率の経年変化がほとんどない安価なレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置を提供することにある。

レーザ光透過窓5,27および冷却容器3,21を備え、この冷却容器3,21内を流通する冷却液15にレーザ光LBのエネルギーを吸収させるレーザ光吸収装置1,20において、前記冷却容器3,21内にレーザ光吸収体17,41を設け、また前記レーザ光吸収体17は、前記冷却容器3の内側表面であること、さらに、前記レーザ光吸収体41は、前記冷却容器21の内部に配設され、前記冷却液15が前記レーザ光吸収体41の吸収面および少なくとも前記吸収面と表裏の関係をなす反対面の一部分とを流通することを特徴とする。

目的

この発明の目的は、冷却水を利用してレーザ光を効果的に吸収し、かつ吸収率の経年変化がはとんどない安価なレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

レーザ光透過窓および冷却容器を備え、この冷却容器内流通する冷却液レーザ光エネルギーを吸収させるレーザ光吸収装置において、前記冷却容器内にレーザ光吸収体を設けてなることを特徴とするレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置。

請求項2

前記レーザ光吸収体は、前記冷却容器の内側表面であることを特徴とする請求項1記載のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置。

請求項3

前記レーザ光吸収体は、前記冷却容器の内部に配設され、前記冷却液が前記レーザ光吸収体の吸収面および少なくとも前記吸収面と表裏の関係をなす反対面の一部分とを流通することを特徴とする請求項1記載のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置。

請求項4

前記冷却液は、水を主要な構成成分とすることを特徴とする請求項1,2,3記載のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置。

技術分野

0001

この発明はレーザ光用シャッタレーザ光吸収装置に関する。

背景技術

0002

レーザ加工装置またはレーザ計測装置などにおいて、必要に応じてレーザ光を加工部または計測部に導くためのシャッタがレーザ発振器から加工部または計測部に至るレーザ光伝播経路に設けられている。

0003

図7はレーザ光用シャッタを原理的に示したもので、レーザ光LBを吸収するレーザ光吸収装置101をレーザ光伝播経路103に機械的に進退自在に設けたもので、レーザ光吸収装置101はレーザ光吸収体105と、このレーザ光吸収体105を冷却する空冷または水冷冷却装置107とから構成されている。

0004

図8はレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の他の例を示したものであり、前記レーザ光伝播経路103に機械的に進退自在に設けたミラー109と、このミラー109で反射されたレーザ光LBを受けるレーザ光吸収装置111をレーザ光伝播経路103外に設けてあり、このレーザ光吸収装置111は、V字形状のレーザ光吸収体113と、このレーザ光吸収体113を冷却する空冷または水冷の冷却装置115とから構成されている。

0005

前記図7及び図8におけるレーザ光吸収体105,113には、レーザ光LBの吸収率を高くする様に、熱伝導率の大きいアルミニウム、銅などの金属基板黒色アルマイト処理したり、セラミックス被膜処理などを施したものが使用されている。

0006

前記図7のレーザ光吸収装置101において、レーザ光LBの強度がレーザ光吸収体105の耐光強度よりも大きい場合には、レーザ光吸収体105を傾斜させて受光面のレーザ光LBのエネルギー密度を低下させる方法も用いられている。

発明が解決しようとする課題

0007

上述の従来のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置101におけるレーザ光吸収体105,113は、レーザ光LBによりレーザ光吸収面が徐々に劣化して吸収率が低下してくる。換言すれば徐々に反射率が増加するということである。例えば、アルミニウムの表面を黒色アルマイト処理したものでは徐々に脱色が進行して徐々に反射率が増加してくる。また、セラミックス被膜処理したものでは、その表面が徐々に白色化し徐々に反射率が増加してくる。このような状態が更に進行すると、表面処理を行った下地の金属であるアルミニウムまたは銅が露出してくる。この下地の金属であるアルミニウムまたは銅はレーザ光LBに対する反射率が極めて高く、レーザ光吸収体105,113からの反射光予期しない方向に反射する危険がある。

0008

更に前述の様な表面処理をしたレーザ光吸収体105,113のレーザ光吸収率は約96%程度と低い上、レーザ光吸収体105,113の表面処理費用も高いという問題もある。

0009

また高出力レーザにおいては、レーザ光吸収体105,113を傾斜させて受光面のレーザ光LBのエネルギー密度を低下させる様にしているが、この方法はレーザ光吸収装置が大きくなるという問題がある。

0010

さらに、熱の伝達経路吸収面セラミック皮膜皮膜内熱伝導)〜金属間熱伝達金属内熱伝導、金属〜冷却液間熱伝達と長い為、皮膜表面高温となり劣化してしまうという問題がある。

0011

この発明の目的は、冷却水を利用してレーザ光を効果的に吸収し、かつ吸収率の経年変化がはとんどない安価なレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

上記目的を達成するために請求項1によるこの発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置は、レーザ光透過窓および冷却容器を備え、この冷却容器内流通する冷却液にレーザ光のエネルギーを吸収させるレーザ光吸収装置において、前記冷却容器内にレーザ光吸収体を設けてなることを特徴とするものである。

0013

したがって、レーザ光吸収体の表面を冷却液中で冷却するため、冷却効率が高く、またレーザ光吸収体の表面温度を低くすることができるから、レーザ光吸収体の劣化や経年変化が少ない。また、吸収装置を含め冷却回路低価格化が図られると共にレーザ光吸収体の長寿命化が図られる。

0014

請求項2によるこの発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置は、請求項1のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置において、前記レーザ光吸収体は、前記冷却容器の内側表面であることを特徴とするものである。

0015

したがって、請求項1と同様の作用が得られると共に、レーザ光吸収体を付加せず、冷却容器の材質選択や容器表面の吸収率を高める処理を施すことで、構造が簡素化されると共に製作を容易にかつコストの低減が図られる。

0016

請求項3によるこの発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置は、請求項1のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置において、前記レーザ光吸収体は、前記冷却容器の内部に配設され、前記冷却液が前記レーザ光吸収体の吸収面および少なくとも前記吸収面と表裏の関係をなす反対面の一部分とを流通することを特徴とするものである。

0017

したがって、請求項1と同様の作用が得られると共に、冷却液との接液面積すなわち冷却面積を大幅に増加させることができるため、冷却効率が高く、高出力のレーザ光が効率的に吸収される。

0018

而して、高強度のレーザ光を小形のレーザ光吸収装置で吸収できると共に、出力クラスに応じ内部のレーザ光吸収体のみ交換すればよい。また、レーザ光吸収体が万一劣化しても、レーザ光吸収体のみ交換すればよい。

0019

請求項4によるこの発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置は、請求項1,2,3のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置において、前記冷却液は、水を主要な構成成分とすることを特徴とするものである。

0020

したがって、万一冷却水が漏洩しても無害かつ安全であり、またレーザシステム構築費、保持管理費などが安価となる。

発明を実施するための最良の形態

0021

以下、この発明の実施の形態の例を図面に基づいて詳細に説明する。

0022

図1にはレーザ光吸収装置の第1の実施の形態の例が示されている。図1において、レーザ光吸収装置1は一片が開口した箱状の冷却容器3を備えており、この冷却容器3の開口部にはレーザ光LBを透過させる板状のレーザ光透過窓5がボルトなどの適宜結合手段により結合され、しかも内部に液室7が形成されている。レーザ光LBが透過するこの液室7の透過方向の距離は遮断するレーザの出力によって適宜に設定する。例えば、出力が1kW〜2kW程度の場合では、約20mm程度が適当である。なお冷却容器3と前記レーザ光透過窓5との間はOリングなどのシール部材9により液密状態に結合されている。

0023

前記冷却容器3には冷却液の供給口11と排出口13とが設けられており、図示しない冷却液供給装置に連通されている。なお、冷却液15としてはメンテナンス及びコスト的な面から水を使用するのが最も好適である。なお、この冷却液15にレーザ光の透過形減衰器として用いられている硫酸銅(CuSo4 )水溶液または塩化銅(CuCl2 )水溶液を使用することも可能ではある。

0024

また、前記レーザ光透過窓5の材質はレーザ光LBの透過率が100%に近い材質を用いることが必要であり、炭酸ガスレーザに対してはZnSeまたはGaAsYAGレーザに対しては石英水晶、BK7(特殊ガラス)などが好適である。また、前記冷却容器3は熱伝導度の大きい銅またはアルミニウムなどで製作するのが好適である。

0025

前記液室7におけるレーザ光透過窓5の反対側の一側壁内にはレーザ光吸収体17が取付ねじなどで取付けられている。このレーザ光吸収体17は使用するレーザの波長に対して吸収率の高い材質もしくは使用する冷却液15中で発錆しない材質例えば冷却液15として水を利用する場合はSUS、真鍮、Cu,アルミ等の表面に、レーザ光吸収率を高める表面処理を施したものである。しかもレーザ光吸収用表面処理としては、アルミ表面のアルマイト処理やセラミック皮膜、金黒等がある。

0026

上記構成により、レーザ光吸収装置1の液室7に冷却液15を循環させている状態において、このレーザ光吸収装置1のレーザ光透過窓5をレーザ光LBの光路に直交させた位置に置けば、レーザ光透過窓5を透過したレーザ光LBはこの液室7内を流通する冷却液15にほぼ吸収される。そして温度の上昇した冷却容器3は液室7内を循環する冷却液15により冷却される。

0027

従って、この実施の形態のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置1によれば、レーザ光LBを流通する冷却液15に効率的に吸収させることができると共にレーザ光LBのエネルギーを循環する冷却液15に吸収させるので吸収率が経年変化することがない。しかも、レーザ光の波長に応じた特殊な液を要しない。

0028

また、冷却容器3の内部にレーザ光吸収体17を配設したことにより、レーザ光吸収体17を直接冷却できるため(熱の伝導経路が極めて短くなる)、冷却効率が高く、レーザ光吸収体17の表面温度を低くすることができる。而して、レーザ光吸収体17の劣化や経年変化が少なくなる。また、吸収装置を含め冷却回路の低価格化を図ることができると共にレーザ光吸収体17の長寿命化を図ることができる。

0029

図2にはレーザ光吸収装置の第2の実施の形態の例が示されている。図2において、レーザ光吸収装置20は冷却容器21を備えており、この冷却容器21には直線的な冷却液通路23を設けられている。この冷却液通路23のほぼ中央部には一側面が解放した液室25が形成されている。この液室25の一側面の前記解放部にはレーザ光LBを透過させる板状のレーザ光透過窓27が透過窓固定部材29によりボルトなどの締結部材31で取り付けられている。この透過窓固定部材29とレーザ光透過窓27及び冷却容器21との間はOリングの如きシール33により液密状態に設けられている。

0030

なお、前記冷却液通路23には冷却液15を供給または排出する配管を接続するための管継手35,37が設けてられており、この管継手35,37に接続された配管には図示しない冷却液供給装置が接続されている。

0031

前記液室25に接触する冷却容器21の一部がレーザ光吸収体としてのレーザ光吸収部39となっている。すなわち、このレーザ光吸収部39がレーザ光LBの透過窓27と対向する冷却容器21の面の一部(レーザ光LBが当たる部分)となっている。しかも、冷却容器21の材質をレーザ波長の吸収率が高い材質で作るか、もしくはレーザ光LBの当たる部分にレーザ光LBの吸収率を高める表面処理を施したものである。

0032

上記構成により、レーザ光吸収装置20の液室25に冷却液15を循環させている状態において、このレーザ光吸収装置20のレーザ光透過窓27をレーザ光LBの光路に直交させた位置に置けば、レーザ光透過窓27を透過したレーザ光LBはこの液室25内を流通する冷却液15にほぼ吸収される。そして温度の上昇した冷却容器3は液室25内を循環する冷却液15により冷却される。

0033

従って、この実施の形態のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置20によれば、流通する冷却液15に効率的に吸収することができると共にレーザ光LBのエネルギーを循環する冷却液15に吸収させるので吸収率が経年変化することがない。また、冷却液15は供給口35から排出口37に向かって直線的に流通するので流通の抵抗が少なく効率的に冷却液を循環させることができる。

0034

また、冷却容器21の一部をレーザ光吸収部39としたことにより、このレーザ光吸収部39を直接冷却できるため、レーザ光吸収部39の表面温度を低くすることができると共に上述した例と同様の効果を有する。また、構造を簡素化せしめることができると共に、製作を安易に、しかもコストの低減を図ることができる。

0035

図3にはレーザ光吸収装置20の第3の実施の形態の例が示されている。図3において図2における部品と同じ部品には同一の符号を付して、重複する部分の説明を省略する。

0036

図3において、レーザ光吸収体41は前記冷却容器21の一側壁より支柱43の先端に取付けねじ45で取り付けられ、冷却容器21の内部に浮いた状態で配設され、レーザ光吸収体41の表面のみならず、背面や側面等レーザ光吸収体41のほぼ全面が冷却液15と接するように設けられている。

0037

上記構成により、レーザ光吸収装置20の液室25に冷却液15を循環させている状態において、このレーザ光吸収装置20のレーザ光透過窓27をレーザ光LBの光路に直交させた位置に置けば、レーザ光透過窓27を透過したレーザ光LBはこの液室25内を流通する冷却液15にほぼ吸収される。そして温度の上昇したレーザ光吸収体41は液室25内を循環する冷却液15により冷却される。

0038

従って、この実施の形態のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置20によれば、流通する冷却液15に効率的に吸収することができると共にレーザ光LBのエネルギーを循環する冷却液15に吸収させるので吸収率が経年変化することがない。また、冷却液15は供給口35から排出口37に向かって直線的に流通するので流通の抵抗が少なく効率的に冷却液を循環させることができる。

0039

また、冷却容器21の内部にレーザ光吸収体41を配設したことにより、冷却面積は大幅に増加することができ、冷却効率を高くすることができると共に、上述した例と同様の効果を有する。さらに、高強度のレーザ光LBを小形の吸収装置で吸収できる。また、出力クラスに応じ内部のレーザ光吸収体41のみ変更すればよい。レーザ光吸収体41が万一劣化してもレーザ光吸収体41のみ交換すればよい。

0040

図4にはレーザ光吸収装置の第4の実施の形態の例が示されている。図4において図3における部品と同じ部品には同一の符号を付し、重複する部分の説明を省略する。

0041

図4において、図3と同じようにレーザ光吸収体41は前記冷却容器21の一側壁より支柱43の先端に取付ねじ45で取り付けられ、冷却容器21の内部に浮いた状態で配設されている。図3と異なる点は、レーザ光吸収体41が円錐コーン状になっているだけである。

0042

また、図5および図6にはレーザ光吸収体20の第5の実施の形態の例が示されている。図5および図6において図3における部品と同じ部品には同一の符号を付し、重複する部分の説明を省略する。図5および図6においてレーザ光吸収体41は前記冷却容器21の一側壁より取付ねじ43で取り付けたもので、形状が吸収面と反対側の面に波形突起を設け放熱面積を増加させたものである。

0043

したがって、図4図5および図6に示した第4,第5のレーザ光吸収体41は図3と同様の作用並び効果を奏するものである。しかも、図3図4図5および図6のように冷却液15との接触面積を順に増加させることができる。

0044

而して、小形の形状でレーザ出力に応じたレーザ光吸収装置を自由かつ容易に得ることができる。なお、図3図4図5および図6においてレーザ光吸収体41の材質、表面処理については、図1図2と同じである。また、冷却液15の流し方はレーザ光吸収体41の冷却効果が高くなるように設ければよい。

0045

冷却液として水を主要な構成成分とすることにより、万一冷却水が漏洩しても無害かつ安全である。また、レーザシステムの構築費、保守管理費などが安価となる。

0046

なお、この発明は、前述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。図2図3および図4における冷却液15の配管は、レーザ光吸収部39,レーザ光吸収体41の背面側から噴射するものであってもよい。冷却液15は冷却水だけでなく、空気やN2ガス等の他の媒体であってもよい。さらに冷却液15として使用する冷却水は、工業用水水道水だけでなく、純水、不凍液混合水)も含んで使用されるものである。

発明の効果

0047

以上のごとき実施の形態の例から理解されるように、請求項1の発明によれば、レーザ光吸収体の表面を冷却液中で冷却するため、冷却効率が高く、またレーザ光吸収体の表面温度を低くすることができるから、レーザ光吸収体の劣化や経年変化が少ない。また、吸収装置を含め冷却回路の低価格化を図ることができると共にレーザ光吸収体の長寿命化を図ることができる。

0048

請求項2の発明によれば、請求項1と同様の効果が得られると共に、レーザ光吸収体を付加せず、冷却容器の材質選択や容器表面の吸収率を高める処理を施すことで、構造を簡素化せしめることができると共に製作を容易にかつコストの低減を図ることができる。

0049

請求項3の発明によれば、請求項1と同様の効果が得られると共に、冷却液との接液面積すなわち冷却面積を大幅に増加させることができるため、冷却効率が高く、高出力のレーザ光を効率的に吸収せしめることができる。

0050

而して、高強度のレーザ光を小形のレーザ光吸収装置で吸収できると共に、出力クラスに応じ内部のレーザ光吸収体のみ交換すればよい。また、レーザ光吸収体が万一劣化しても、レーザ光吸収体のみ交換すればよい。

0051

請求項4の発明によれば、万一冷却水が漏洩しても無害かつ安全であり、またレーザシステムの構築費、保守管理費などが安価になる。

図面の簡単な説明

0052

図1この発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の第1の実施の形態の例を示す図である。
図2この発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の第2の実施の形態の例を示す図である。
図3この発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の第3の実施の形態の例を示す図である。
図4この発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の第4の実施の形態の例を示す図である。
図5この発明のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の第5の実施の形態の例を示す図である。
図6図5におけるVI−VI線に沿った矢視図である。
図7従来のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置を原理的に示した図である。
図8従来のレーザ光用シャッタのレーザ光吸収装置の他の形式を原理的に示した図である。

--

0053

1,20レーザ光吸収装置
3,21冷却容器
5,27レーザ光透過窓
7,25液室
11 供給口
13 排出口
15冷却液
17,41レーザ光吸収体
39レーザ光吸収部(レーザ吸収体

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