(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射したレーザビームを減衰させ吸収するレーザビーム吸収器において、
閉曲線に沿って配列されたパイプ群から成り、入射したレーザビームの全てまたは大部分が当たるように前記パイプ群の略中央部にパイプ集合部分を持つ吸収器本体部を有することを特徴とするレーザビーム吸収器。
【請求項２】
前記パイプ集合部分は前記パイプ群全体をその両端でねじるようにして形成され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。
【請求項３】
前記パイプ群を構成する各パイプは表面に黒化クロムがコーティングされてい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。
【請求項４】
前記パイプ群を構成する各パイプは表面にセラミックがコーティングされてい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。
【請求項５】
前記吸収器本体部のレーザビーム入射側に設けられた入射側ホルダ部と、
前記吸収器本体部の底面側に設けられ底面側ホルダ部と、
を有することを特徴とするレーザビーム吸収器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ発振器から出射したレーザビームを減衰させ吸収するレーザビーム吸収器に関する。
【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。
【０００３】
このレーザビーム吸収器の代表的なものとして、図５にレーザビーム吸収器を示す。このレーザビーム吸収器１１０は、反射プレート１１３とビームシールドシリンダ１１１とから構成されている。また、ビームシールドシリンダ１１１の側壁は冷却水路１１２を介してホルダ１１０ａで支持されている。ホルダ１１０ａの上下端には、カバー１１４及び１１５が設けられている。
【０００４】
レーザビーム反射プレート１１３は、レーザビーム吸収器１１０に入射するレーザビーム１１０Ｌに対して斜面を成すプレートである。また、ビームシールドシリンダ１１１はその内周面に黒化クロム処理が施されている。レーザビーム吸収器１１０に入射したレーザビーム１１０Ｌは、反射プレート１１３の斜面で反射された後、ビームシールドシリンダ１１１に当たりながら、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。冷却水路１１２には常時冷却水が供給され、レーザビーム１１０Ｌを吸収して熱したビームシールドシリンダ１１１を冷却している。
【０００５】
図６はレーザビーム吸収器の他の例を示す図である。このレーザビーム吸収器１２０は、吸収プレート１２１と、ビームシールドシリンダ１２２と、冷却水路１２３とから構成されている。レーザビーム吸収器１２０に入射するレーザビーム１２０Ｌは、吸収プレート１２１に照射されて吸収される。吸収プレート１２１は、熱伝導率の高い材料で構成されており、その表面１２１ａには黒化クロム処理等が施され、レーザビーム１２０Ｌの大部分がこの吸収プレート１２１で吸収され、残りのレーザビーム１２０Ｌは、表面１２１ａで複数回反射されてビームシールドシリンダ１２２の内側面１２２ａに照射吸収されて、最終的には小出力となって外部に出射される。吸収プレート１２１の表面１２１ａの反対側には、冷却水路１２３が設けられており、吸収プレート１２１及びビームシールドシリンダ１２２が吸収した熱エネルギを取り去るようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５及び図６に示した従来のレーザビーム吸収器１１０及び１２０は、レーザ発振器が大出力化すればする程、そのエネルギを吸収すべく大型化し、、それに伴い高価格になっていた。また、その重量も相当重くなっていた。
【０００７】
さらに、上記従来のレーザビーム吸収器１１０及び１２０は、レーザビーム１１０Ｌ、１２０Ｌを平面で受け取るため、そのレーザビーム１１０Ｌ、１２０Ｌの照射面が受ける熱エネルギは大きく、例えば冷却水路内の水垢で水冷効果が少しでも低下すると、その部分が焼けて破損に至るものがあった。最悪のパターンでは冷却水路１１２、１２３まで破損し、水漏れを起こすことがあった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストでしかも冷却を効果的に行う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。
【０００９】
【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したレーザビームを減衰させ吸収するレーザビーム吸収器において、閉曲線に沿って配列されたパイプ群から成り、入射したレーザビームの全てまたは大部分が当たるように前記パイプ群の略中央部にパイプ集合部分を持つ吸収器本体部を有することを特徴とするレーザビーム吸収器が、提供される。
【００１０】
【作用】
複数のパイプを円周等の閉曲線に沿って配列したパイプ群で吸収器本体部を構成する。そのパイプ群の略中央部は、例えばパイプ群全体をねじるようにして各パイプを集合させ、入射したレーザビームの全てまたは大部分がそのパイプ集合部分に当たるようにする。
【００１１】
入射したレーザビームは、パイプの湾曲した側面に当たるので、その照射面で拡散し熱の集中が緩和される。また、各パイプの中に冷却水を通すことにより、冷却効果が向上し、冷却が確実に行われる。
【００１２】
【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概略構成を示す図である。図において、本発明のレーザビーム吸収器１００は、吸収器本体部１０、入射側ホルダ部２０及び出射側ホルダ部３０から構成される。吸収器本体部１０は、レーザビーム吸収器１００に入射したレーザビーム１００Ｌを吸収する本体を成す部分であり、その構成を図２及び図４を用いて説明する。
【００１３】
図２は吸収器本体部１０のパイプ群の構成を示す図である。吸収器本体部１０は、図に示すように、８本の銅パイプ１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７及び１８から成るパイプ群で形成されている。８本の銅パイプ１１〜１８は、各一端側が円周を形成するように配列されている。また、銅パイプ１１〜１８は、その制作の始めの段階では円筒状に配列されるが、入射したレーザビームの全てまたは大部分が銅パイプ１１〜１８のいずれかに当たるように、その略中央部１０１  に集合部分が形成される。この集合部分は、その円筒状に並んだ銅パイプ１１〜１８全体をねじるようにして形成される。その集合部分の接合は、炉中ロー付けによって行われる。
【００１４】
さらに、銅パイプ１１〜１８は、その表面に黒化クロムが１０μｍ〜３０μｍの厚さでコーティングされている。この黒化クロムの層は、図３に示すように、波長が１０μｍ前後のレーザビームに対して特に放射特性、すなわち吸収性が良く、炭酸ガスレーザからのレーザビームを良く吸収することができる。入射してきたレーザビーム１００Ｌは、その黒化クロムの層に吸収され、そのとき吸収した熱は銅パイプ１１〜１８を介して、銅パイプ１１〜１８の内部を流れる冷却水で冷却される。この冷却方法の詳細は後述する。
【００１５】
図４は吸収器本体部の概略の構成を示す図であり、（Ａ）は上面を、（Ｂ）は側面を、（Ｃ）は底面をそれぞれ示している。上記の銅パイプ１１〜１８から成るパイプ群は、図に示すように、その側面を側面カバー１０ｃで覆われる。この側面カバー１０ｃは銅またはアルミで形成される。また、銅パイプ１１〜１８のレーザビーム入射側には入射側カバー１０ａが、その反対側には底面側カバー１０ｂがそれぞれ設けられ、銅パイプ１１〜１８の各端部を固定している。すなわち、入射側カバー１０ａのパイプ用穴１１ａ〜１８ａには銅パイプ１１〜１８の入射側端部が固定され、底面側カバー１０ｂのパイプ用穴１１ｂ〜１８ｂには銅パイプ１１〜１８の底面側端部が固定される。これらの固定は、炉中におけるロー付けによって行われる。
【００１６】
さらに、底面側カバー１０ｂの中央には、斜面を有する反射プレート１０ｄが設置されている。銅パイプ１１〜１８に入射したレーザビーム１００Ｌのうち、その銅パイプ１１〜１８に吸収または反射されずに通り抜けたものは、この反射プレート１０ｄの斜面で反射され、再度銅パイプ１１〜１８側で吸収または反射されるようになっている。
【００１７】
図１に戻って、レーザビーム吸収器１００の全体構成を説明する。レーザビーム吸収器１００は、図３に示した吸収器本体部１０に対して、入射側にさらに入射側ホルダ部２０が、また底面側にさらに底面側ホルダ部３０が設けられた構成となる。底面側ホルダ部３０には冷却水導入口４１が、入射側ホルダ部２０には冷却水排出口４２がそれぞれ設けられる。冷却水は底面側の冷却水導入口４１から導入され、底面側カバー１０ｂのパイプ用穴１１ｂ〜１８ｂから各銅パイプ１１〜１８に入る。そして、各銅パイプ１１〜１８の内部を通り抜けた冷却水は、入射側カバー１０ａのパイプ用穴１１ａ〜１８ａから冷却水排出口４２に導かれ、外部に排出される。
【００１８】
上記構成のレーザビーム吸収器１００において、吸収器本体部１０に入射したレーザビーム１００Ｌは、銅パイプ１１〜１８の略中央部１０ｍに入り、その銅パイプ１１〜１８のいずれかのパイプ側面に当たる。パイプ側面には、黒化クロムがコーティングされているため、パイプ側面に入射したレーザビーム１００Ｌは、その黒化クロムの層に吸収される。吸収されずパイプ側面で反射したレーザビーム１００Ｌは、さらに他の銅パイプ１１〜１８のパイプ側面に当たる。この吸収・反射を複数回繰り返すことにより、最終的に微弱エネルギのレーザビームとなって、外部に放射される。
【００１９】
また、パイプ側面に入射したレーザビーム１００Ｌは、強く湾曲した側面に当たることにより拡散するので照射面での熱の集中が緩和される。
黒化クロムの層に吸収された熱は、さらに銅パイプ１１〜１８から、その銅パイプ１１〜１８内部に流れる冷却水に伝わり、外部に排出される。
【００２０】
このように、レーザビーム吸収器１００を市販の銅パイプ１１〜１８を用いて構成するようにしたので、大幅にコストを低減することができ、かつ小型軽量化することができる。しかも、その制作に際して機械加工が少なくてすみ、その点からもコストを低減することができる。
【００２１】
また、各銅パイプ１１〜１８を斜めに配置してレーザビーム１００Ｌが当たるようにすると共に、パイプ側面に黒体塗装（黒化クロム処理）を施したので、レーザビーム１００Ｌは一次的に吸収、二次的に拡散・反射し、確実にレーザビーム１００Ｌを吸収することができる。
【００２２】
さらに、銅パイプ１１〜１８の中を冷却水が流れるようにしたので、冷却効果を向上させることができる。また、一本ずつ冷却水を通すことにより、その通路に水垢が付着したりせず、冷却を確実に行うことができる。したがって、レーザビーム吸収器１００の信頼性を向上することができる。しかも、パイプ側面に入射したレーザビーム１００Ｌは、強く湾曲した側面に当たり拡散するので照射面での熱の集中を緩和することができ、この点からもレーザビーム吸収器１００の信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、銅パイプ１１〜１８の長さを変えるだけで、種々のレーザ出力、例えば１ｋｗ〜６ｋｗの出力を持つものに対応できるようになる。
上記の説明では、パイプに銅パイプを用いるようにしたが、他の材料から成るパイプ、例えばチタンパイプのような溶接性の良い、市販パイプ材料を使用するようにしてもよい。チタンパイプを使用することにより、一層のコスト低減が可能になる。
【００２４】
また、パイプ側面に黒化クロムでコーティングするようにしたが、他の処理、例えばセラミックコーティングやメッキ処理を施すようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、レーザビーム吸収器を市販のパイプを用いて構成するようにしたので、大幅にコストを低減することができ、かつ小型軽量化することができる。しかも、その制作に際して機械加工が少なくてすみ、その点からもコストを低減することができる。
【００２６】
また、パイプ群の略中央に集合部分を設けレーザビームが当たるようにすると共に、パイプ側面に表面処理を施したので、レーザビームは一次的に吸収、二次的に拡散・反射し、確実にレーザビームを吸収することができる。
【００２７】
さらに、パイプの中を冷却水が流れるようにしたので、冷却効果を向上させることができる。また、一本ずつ冷却水を通すことにより、その通路に水垢が付着したりせず、冷却を確実に行うことができる。したがって、レーザビーム吸収器の信頼性を向上することができる。しかも、パイプ側面に入射したレーザビームは、強く湾曲した側面に当たり拡散するので照射面での熱の集中を緩和することができ、この点からもレーザビーム吸収器の信頼性を向上することができる。
【００２８】
また、パイプの長さを変えるだけで、種々のレーザ出力、例えば１ｋｗ〜６ｋｗの出力を持つものに対応できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザビーム吸収器の概略構成を示す図である。
【図２】吸収器本体部のパイプ群の構成を示す図である。
【図３】黒化クロム層の波長に対する放射特性を示す図である。
【図４】吸収器本体部の概略の構成を示す図であり、図４（Ａ）は上面を、図４（Ｂ）は側面を、図４（Ｃ）は底面をそれぞれ示している。
【図５】従来のレーザビーム吸収器を示す図である。
【図６】従来のレーザビーム吸収器の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０  吸収器本体部
１０ａ  入射側ホルダ
１０ｂ  底面側ホルダ
１０ｃ  側面カバー
１１〜１８  銅パイプ
４１  冷却水導入口
４２  冷却水排出口
１００  レーザビーム吸収器
１００Ｌ  レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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