(57)【要約】【課題】不要光に起因する不具合の発生を低減することができる加工ヘッドを提供する。【解決手段】加工ヘッド２０は、デリバリファイバ１２の射出端より射出されたレーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズ２１と、コリメート光を集束して加工対象物（板金Ｗ）に照射する集束レンズ２２とを備える。加工ヘッド２０の内部に設けられている光学部品に、ファイバレーザ発振器１０が備えるアクティブファイバ１０３がゲインを有する波長のうち、ファイバレーザ発振器１０の発振波長以外の波長を有し、デリバリファイバ１２側から加工対象物側へと向かう不要光Ｌｓｒｓを減衰させる反射コート２１０が施されている。反射コート２１０は、不要光Ｌｓｒｓが反射コート２１０で反射して射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射する光量が、射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光Ｌｓｒｓを減衰させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバレーザ発振器より射出され、デリバリファイバによって伝送されるレーザ光が入射される加工ヘッドであり、
前記デリバリファイバの射出端より射出された発散光であるレーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズと、
前記コリメート光を集束して加工対象物に照射する集束レンズと、
を備え、
前記加工ヘッドの内部に設けられている光学部品に、前記ファイバレーザ発振器が備えるアクティブファイバがゲインを有する波長のうち、前記ファイバレーザ発振器の発振波長以外の波長を有し、前記デリバリファイバ側から前記加工対象物側へと向かう不要光を減衰させる反射コートが施されており、
前記反射コートは、前記不要光が前記反射コートで反射して前記射出端より前記デリバリファイバ内へと入射する光量が、前記射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、前記不要光を減衰させる
加工ヘッド。
【請求項２】
ファイバレーザ発振器より射出され、デリバリファイバによって伝送されるレーザ光が入射される加工ヘッドであり、
前記デリバリファイバの射出端より射出された発散光であるレーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズと、
前記コリメート光を集束して加工対象物に照射する集束レンズと、
を備え、
前記加工ヘッドの内部に設けられている光学部品に、前記ファイバレーザ発振器が備えるアクティブファイバがゲインを有する波長のうち、前記加工対象物で発生して前記デリバリファイバ側へと向かう不要光を減衰させる反射コートまたは透過コートが施されており、
前記反射コートまたは透過コートは、前記不要光が前記射出端より前記デリバリファイバ内へと入射する光量が、前記射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、前記不要光を減衰させる
加工ヘッド。
【請求項３】
前記光学部品は前記コリメートレンズであり、
前記コリメートレンズのレーザ光の入射面に、前記不要光を減衰させる反射コートが施されている
請求項１に記載の加工ヘッド。
【請求項４】
前記光学部品は、前記デリバリファイバの前記射出端と前記コリメートレンズとの間に配置されたガラス板であり、前記ガラス板の面が、前記コリメート光と直交する方向に対して、０度を超えて９０度未満の角度を有するように配置されており、
前記ガラス板のレーザ光の入射面に、前記不要光を減衰させる反射コートが施されている
請求項１に記載の加工ヘッド。
【請求項５】
前記光学部品は、前記コリメートレンズと前記集束レンズとの間に配置されたガラス板であり、前記ガラス板の面が、前記コリメート光と直交する方向に対して、０度を超えて９０度未満の角度を有するように配置されており、
前記ガラス板のレーザ光の射出面に、前記不要光を減衰させる反射コートが施されている
請求項２に記載の加工ヘッド。
【請求項６】
前記光学部品は前記集束レンズであり、
前記集束レンズのレーザ光の射出面に、前記不要光を減衰させる反射コートが施されている
請求項２に記載の加工ヘッド。
【請求項７】
前記光学部品は、前記コリメートレンズと前記集束レンズとの間に配置され、レーザ光の進行方向を曲げるベンドミラーであり、
前記ベンドミラーに、前記不要光を減衰させる透過コートが施されている
請求項２に記載の加工ヘッド。
【請求項８】
前記ファイバレーザ発振器の発振波長よりも長波長側の波長の光のみを減衰させるように構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ発振器より射出されたレーザ光によって加工対象物を加工するレーザ加工機に用いられる加工ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振器より射出されたレーザ光によって加工対象物である板金を加工するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、加工の一例として板金を切断したり、溶接したりする。レーザ発振器としては、小型及び低コストであり、板金の高速切断に適し、また薄板の高速溶接に適しているファイバレーザ発振器がよく用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６０９５７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１８／００５９２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ加工機は、ファイバレーザ発振器より射出されたレーザ光をデリバリファイバと称される光ファイバで加工ヘッドへと伝送し、加工ヘッドはレーザ光を板金に照射する。このとき、光ファイバ内に誘導ラマン散乱が発生し、誘導ラマン散乱が板金に到達して反射した不要光がデリバリファイバに戻ることがある。また、板金またはアシストガスで発生したプラズマ光もしくは熱輻射光が不要光としてデリバリファイバに戻ることがある。これらの不要光がデリバリファイバに戻ることにより、デリバリファイバ内に誘導ブリルアン散乱が発生して、ファイバレーザ発振器へと向かうことがある。
【０００５】
溶接加工の場合、切断加工のようにカッティングフロントを形成せず、照射されたレーザ光は材料で反射し、溶接箇所から種々の波長の光が発生する。よって、切断加工よりも溶接加工の方が、誘導ラマン散乱が反射した不要光または板金等で発生した不要光が問題視される。
【０００６】
デリバリファイバからファイバレーザ発振器へと逆行する光が発生すると、ファイバレーザ発振器におけるアクティブファイバ内に蓄積される励起用のレーザビームのエネルギが消費されてしまうため、射出されるレーザ光の光量が減少してしまう。また、逆行する光の波長がファイバレーザ発振器の発振波長と異なると、逆行する光はファイバブラッググレーティングで反射されずに透過するためエネルギロスとなる。従って、ファイバレーザ発振器から射出されるレーザ光の光量が変動してしまう。逆行する光がレーザダイオードを破壊するおそれもある。
【０００７】
そこで、従来においては、加工ヘッドの内部に、順方向に進行する光のみを透過し、逆方向に進行する光を遮断するアイソレータが取り付けられることがある。しかしながら、アイソレータは高価であるためレーザ加工機のコストが増大するという問題点がある。また、アイソレータはレーザ出力１００Ｗ以下の低出力のレーザ光に対しては用いることができるものの、高出力のレーザ光に対しては用いることができないという問題点がある。そこで、アイソレータを用いる手法以外の手法で、安価な構成で、加工ヘッドから光ファイバへと向かってデリバリファイバ内へと入射する不要光を低減させることができる加工ヘッドの登場が望まれる。
【０００８】
本発明は、安価な構成で、デリバリファイバ内へと入射する不要光を低減させることができ、不要光に起因する不具合の発生を効果的に低減することができる加工ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ファイバレーザ発振器より射出され、デリバリファイバによって伝送されるレーザ光が入射される加工ヘッドであり、前記デリバリファイバの射出端より射出された発散光であるレーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズと、前記コリメート光を集束して加工対象物に照射する集束レンズとを備え、前記加工ヘッドの内部に設けられている光学部品に、前記ファイバレーザ発振器が備えるアクティブファイバがゲインを有する波長のうち、前記ファイバレーザ発振器の発振波長以外の波長を有し、前記デリバリファイバ側から前記加工対象物側へと向かう不要光を減衰させる反射コートが施されており、前記反射コートは、前記不要光が前記反射コートで反射して前記射出端より前記デリバリファイバ内へと入射する光量が、前記射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、前記不要光を減衰させる加工ヘッドを提供する。
【００１０】
本発明は、ファイバレーザ発振器より射出され、デリバリファイバによって伝送されるレーザ光が入射される加工ヘッドであり、前記デリバリファイバの射出端より射出された発散光であるレーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズと、前記コリメート光を集束して加工対象物に照射する集束レンズとを備え、前記加工ヘッドの内部に設けられている光学部品に、前記ファイバレーザ発振器が備えるアクティブファイバがゲインを有する波長のうち、前記加工対象物で発生して前記デリバリファイバ側へと向かう不要光を減衰させる反射コートまたは透過コートが施されており、前記反射コートまたは透過コートは、前記不要光が前記射出端より前記デリバリファイバ内へと入射する光量が、前記射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、前記不要光を減衰させる加工ヘッドを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の加工ヘッドによれば、安価な構成で、デリバリファイバ内へと入射する不要光を低減させることができ、不要光に起因する不具合の発生を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の加工ヘッドを示す図である。
【図２】図１におけるファイバレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【図３】ファイバレーザ発振器が射出するレーザ光に含まれる誘導ラマン散乱に基づく不要光を示す特性図である。
【図４】第１実施形態の加工ヘッドにおけるコリメートレンズのレーザ光の入射面に施された反射コートの特性図である。
【図５】第２実施形態の加工ヘッドを示す図である。
【図６】デリバリファイバのエンドキャップと、レーザ光の進行方向に進行する不要光を反射する不要光反射ユニットとを一体化した構成例を示す図である。
【図７】第３実施形態の加工ヘッドを示す図である。
【図８】第３実施形態の加工ヘッドにおける不要光の減衰特性を示す特性図である。
【図９】第３実施形態の加工ヘッドにおけるガラス板の角度と透過波長の中心値との関係を示す特性図である。
【図１０】第４実施形態の加工ヘッドを示す図である。
【図１１】図１０におけるファイバレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【図１２】第４実施形態の加工ヘッドにおける不要光の減衰特性を示す特性図である。
【図１３】第５実施形態の加工ヘッドを示す図である。
【図１４】第６実施形態の加工ヘッドを示す図である。
【図１５Ａ】不要光を減衰させていない状態のレーザ光の相対パワーを示す特性図である。
【図１５Ｂ】不要光を減衰させた状態のレーザ光の相対パワーを示す特性図である。
【図１６Ａ】不要光を減衰させていない状態のレーザ光の出力の変化の状態を示す特性図である。
【図１６Ｂ】不要光を減衰させた状態のレーザ光の出力の変化の状態を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各実施形態の加工ヘッドについて、添付図面を参照して説明する。各実施形態の加工ヘッドにおいて、同一部品には同一符号を付し、共通する部分の説明を省略することがある。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１において、ファイバレーザ発振器１０は、例えば、レーザ出力２ｋＷで、波長１０８０ｎｍのレーザ光を射出する。ファイバレーザ発振器１０は、１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザ光を射出すればよい。デリバリファイバ１２は、ファイバレーザ発振器１０より射出されたレーザ光を加工ヘッド２０へと伝送する。デリバリファイバ１２のレーザ光の射出端にはエンドキャップ１２ｅが設けられている。デリバリファイバ１２のエンドキャップ１２ｅが加工ヘッド２０と接続されている。加工ヘッド２０の内部には、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２とがこの順で設けられている。
【００１５】
ファイバレーザ発振器１０は、概略的に、図２に示すように構成される。図２において、複数のレーザダイオード１０１は、所定の波長のレーザ光を射出する。レーザダイオード１０１の数は３個に限定されない。図示していない励起光コンバイナは、複数のレーザダイオード１０１より射出されたレーザ光を光結合させる。
【００１６】
励起光コンバイナより射出されたレーザ光は、高反射ファイバブラッググレーティング１０２（以下、ＦＢＧ１０２）と、低反射ファイバブラッググレーティング１０４（以下、ＦＢＧ１０４）との間に設けられたアクティブファイバ１０３に入射される。アクティブファイバ１０３は、コアに希土類の元素が添加された光ファイバである。希土類の元素としては、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｈｏ（ホルミウム）等が用いられ、典型的には、Ｙｂが用いられる。
【００１７】
アクティブファイバ１０３がＹｂ添加ファイバであれば、レーザダイオード１０１は典型的には波長９１５ｎｍまたは９７６ｎｍのレーザ光を射出する。
【００１８】
アクティブファイバ１０３に入射されたレーザ光はＹｂに吸収され、そのＹｂがレーザ光を吸収する現象によって反転分布が生じてレーザ光が放出される。アクティブファイバ１０３から放出されたレーザ光がＦＢＧ１０２とＦＢＧ１０４との間で往復を繰り返し、ＦＢＧ１０４からは、レーザダイオード１０１が射出するレーザ光の波長とは異なる波長１０８０ｎｍのレーザ光が射出される。ＦＢＧ１０４より射出されたレーザ光は、図示していないビームカップラ等を介してデリバリファイバ１２へと供給される。
【００１９】
図１に戻り、デリバリファイバ１２より射出された発散光であるレーザ光はコリメートレンズ２１に入射される。但し、デリバリファイバ１２の射出端より射出され、加工ヘッド２０に入射されるレーザ光のうち、中心光は発散角０度で進行してコリメートレンズ２１へと入射する。コリメートレンズ２１は、発散光を平行光（コリメート光）に変換する。コリメートレンズ２１より射出された平行光であるレーザ光は集束レンズ２２に入射する。集束レンズ２２は、入射されたレーザ光を集束してレーザビームを加工対象物である板金Ｗに照射する。
【００２０】
図３に示すように、デリバリファイバ１２より射出されたレーザ光には、デリバリファイバ１２内で発生した誘導ラマン散乱に基づく不要光Ｌｓｒｓを含む。例えば、不要光Ｌｓｒｓは中心波長１１５０ｎｍを有する。
【００２１】
図１に示すように、コリメートレンズ２１のレーザ光の入射面には反射コート２１０が施されている。図４に示すように、反射コート２１０は、例えば、波長１１００ｎｍ以下では反射率がほぼ０であって、波長１１００ｎｍを超えるとほぼ全反射の反射率を有する特性を有する。換言すれば、コリメートレンズ２１のレーザ光の入射面には、波長１１００ｎｍ以下では透過率がほぼ１００％であって、波長１１００ｎｍを超えると透過率がほぼ０であるコートが施されている。
【００２２】
反射コート２１０は、アクティブファイバ１０３がゲインを有する波長のうち、ファイバレーザ発振器１０の発振波長以外の波長の光を減衰するのがよい。
【００２３】
コリメートレンズ２１に一点鎖線の矢印線で示すように不要光Ｌｓｒｓが入射すると、不要光Ｌｓｒｓは反射コート２１０で反射して減衰する。
【００２４】
このとき、不要光Ｌｓｒｓは反射コート２１０で反射して発散し、デリバリファイバ１２側へと向かう不要光Ｌｓｒｓは、大方、デリバリファイバ１２の射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射しないものの、デリバリファイバ１２内へと入射する光量を完全にゼロとすることは困難である。
【００２５】
不要光Ｌｓｒｓが反射コート２１０で反射してデリバリファイバ１２内へと入射する光量が、射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下であれば、デリバリファイバ１２内に入射する不要光に起因する不具合はほぼ発生しないことが確認されている。そこで、反射コート２１０は、デリバリファイバ１２内へと入射する不要光Ｌｓｒｓの光量が射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光Ｌｓｒｓを減衰させればよい。
【００２６】
反射した不要光Ｌｓｒがデリバリファイバ１２内へと入射する光量は、デリバリファイバ１２の射出端とコリメートレンズ２１との距離、射出端の径、及びその他の各種の条件に応じて変化する。このような各種の条件に応じてデリバリファイバ１２内へと入射する不要光Ｌｓｒの光量が変化したとしても、反射コート２１０がレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下の光量となるように不要光Ｌｓｒｓを減衰させればよい。
【００２７】
以上のようにして、第１実施形態によれば、デリバリファイバ１２内で発生した誘導ラマン散乱に基づく不要光Ｌｓｒｓがデリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと戻ることによる不具合の発生を低減させることができる。第１実施形態によれば、コリメートレンズ２１及び集束レンズ２２とは別の、不要光Ｌｓｒｓを減衰させるための光学素子を設ける必要がないので、安価に構成することができる。
【００２８】
図１において、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２との間にベンドミラーを設けて、レーザ光の進行方向を９０度曲げて、板金Ｗに照射するように構成されていてもよい。コリメートレンズ２１は、入射面が平面である平凸レンズであってもよい。コリメートレンズ２１が平凸レンズである場合には、平面である入射面に反射コート２１０が施される。
【００２９】
＜第２実施形態＞
図５において、加工ヘッド２０の内部には、ガラス板２３、コリメートレンズ２１、集束レンズ２２がこの順で設けられている。即ち、ガラス板２３は、加工ヘッド２０へのレーザ光の入射端とコリメートレンズ２１との間に配置されている。ファイバレーザ発振器１０は、図２に示すように構成される。
【００３０】
ガラス板２３は、ガラス板２３の面が、加工ヘッド２０に入射されるレーザ光のうち、発散角０度の中心光が進行する方向と直交する方向に対して、０度を超えて９０度未満の角度を有するように配置されている。ガラス板２３は、中心光が進行する方向と直交する方向に対してわずかな傾斜を有するように、例えば１０度未満の傾斜角で傾けられているのがよい。ガラス板２３のレーザ光の入射面には、反射コート２１０と同様の反射率の特性を有する反射コート２３０が施されている。
【００３１】
第１実施形態と同様に、ガラス板２３に一点鎖線の矢印線で示すように不要光Ｌｓｒｓが入射すると、不要光Ｌｓｒｓは反射コート２３０で反射して減衰する。不要光Ｌｓｒｓは反射コート２３０で反射して発散し、しかもガラス板２３が傾けられているため、デリバリファイバ１２側へと向かう不要光Ｌｓｒｓは、大方、デリバリファイバ１２の射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射しない。しかしながら、第１実施形態と同様、デリバリファイバ１２内へと入射する光量を完全にゼロとすることは困難である。
【００３２】
第２実施形態においても、反射コート２３０は、デリバリファイバ１２内へと入射する不要光Ｌｓｒｓの光量が射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光Ｌｓｒｓを減衰させればよい。
【００３３】
第２実施形態においても、反射した不要光Ｌｓｒｓがデリバリファイバ１２内へと入射する光量は、デリバリファイバ１２の射出端とガラス板２３との距離、射出端の径、及びその他の各種の条件に応じて変化する。このような各種の条件に応じてデリバリファイバ１２内へと入射する不要光Ｌｓｒｓの光量が変化したとしても、反射コート２３０がレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下の光量となるように不要光Ｌｓｒｓを減衰させればよい。
【００３４】
以上のようにして、第２実施形態によれば、不要光Ｌｓｒｓがデリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと戻ることによる不具合の発生を低減させることができる。
【００３５】
図５において、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２との間にベンドミラーを設けて、レーザ光の進行方向を９０度曲げて、板金Ｗに照射するように構成されていてもよい。第２実施形態においても、コリメートレンズ２１は平凸レンズであってもよい。
【００３６】
第２実施形態の変形例として、図６に示すように、デリバリファイバ１２のエンドキャップ１２ｅと、ガラス板２３を内部に有する不要光反射ユニット２３Ｕとを一体化した構成としてもよい。図５においては、ガラス板２３は加工ヘッド２０の内部に設けられている。図６に示す変形例では、不要光反射ユニット２３Ｕは、ファイバレーザ発振器１０及びデリバリファイバ１２を含むレーザ光供給装置の一部として構成される。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図７において、加工ヘッド２０の内部には、コリメートレンズ２１、ガラス板２４、集束レンズ２２がこの順で設けられている。ファイバレーザ発振器１０は、図２に示すように構成される。コリメートレンズ２１より射出されたレーザ光はガラス板２４を透過して集束レンズ２２に入射する。集束レンズ２２は、入射されたレーザ光を集束してレーザビームを板金Ｗに照射する。
【００３８】
一点鎖線の矢印線で示すように、板金Ｗで発生した熱輻射光が不要光として加工ヘッド２０の内部へと進行し、集束レンズ２２を透過してガラス板２４へと向かう。ガラス板２４の集束レンズ２２側の面（レーザ光の射出面）には、波長１０６０ｎｍ〜１１００ｎｍを透過し、波長１０３０ｎｍ〜１０６０ｎｍ及び１１００ｎｍ〜１１５０ｎｍを反射する反射コート２４０が施されている。
【００３９】
図８において、実線は波長とレーザ光量との関係、一点鎖線は反射コート２４０によるレーザ光の透過率を示している。ほぼ波長１０６０ｎｍ〜１１００ｎｍに分布するレーザ光以外の光が反射コート２４０によって減衰（望ましくは遮断）される。反射コート２４０は、アクティブファイバ１０３がゲインを有する波長のうち、ファイバレーザ発振器１０の発振波長以外の波長の光を減衰するのがよい。
【００４０】
ガラス板２４は、ガラス板２４の面がコリメート光の進行方向と直交する方向に対して、０度を超えて９０度未満の角度を有するように配置されている。ガラス板２４は、コリメート光の進行方向と直交する方向に対してわずかな傾斜を有するように、例えば１０度未満の傾斜角で傾けられているのがよい。
【００４１】
図９は、ガラス板２４の角度と透過波長の中心値との関係の一例を示している。ガラス板２４の角度とは、ガラス板２４の面の垂線とレーザ光の進行方向とがなす角度である。図９より分かるように、ガラス板２４の角度によって透過波長の中心値が変化する。反射コート２４０を透過させようとする波長に応じて、ガラス板２４の角度を設定すればよい。
【００４２】
ファイバレーザ発振器１０が波長１０８０ｎｍのレーザ光を射出するとき、ガラス板２４の角度は図９より７．４度とすればよいことが分かる。
【００４３】
図７に示すように、不要光がガラス板２４に到達すると、反射コート２４０は不要光の上記の波長の範囲を反射する。板金Ｗで発生してデリバリファイバ１２側へと向かう不要光は減衰する。板金Ｗで発生した不要光は反射コート２４０で反射されるため、大方、デリバリファイバ１２の射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射しないものの、デリバリファイバ１２内へと入射する光量を完全にゼロとすることは困難である。
【００４４】
反射コート２４０は、不要光が射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射する光量が、射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光を減衰させればよい。
【００４５】
以上のようにして、第３実施形態によれば、板金Ｗで発生した不要光がデリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと入射することによる不具合の発生を低減させることができる。
【００４６】
図７において、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２との間にベンドミラーを設けて、レーザ光の進行方向を９０度曲げて、板金Ｗに照射するように構成されていてもよい。第３実施形態においても、コリメートレンズ２１は平凸レンズであってもよい。
【００４７】
＜第４実施形態＞
図１０において、ファイバレーザ発振器１０は、例えば、レーザ出力１００Ｗで波長１０６４ｎｍのレーザ光を射出する。
【００４８】
図１０におけるファイバレーザ発振器１０は、概略的に、図１１に示すように構成される。図１１において、シード光レーザダイオード１０５は、シード光としてのレーザ光を射出する。シード光の波長は１０６４ｎｍである。シード光レーザダイオード１０５の代わりにシード光を射出するファイバレーザが設けられていてもよい。シード光レーザダイオード１０５より射出されたレーザ光は、アクティブファイバ１０３に入射される。
【００４９】
アクティブファイバ１０３より射出するレーザ光は、励起用レーザダイオード１０６及び１０７が射出するレーザ光によって増幅される。励起用レーザダイオード１０６及び１０７が射出するレーザ光の波長は例えば９７６ｎｍである。図１１に示すファイバレーザ発振器１０は１パスのファイバアンプとして構成されており、レーザ光はアクティブファイバ１０３の入射側と射出側との間で往復しない。
【００５０】
図１０において、集束レンズ２２のレーザ光の射出面には、波長１０８４ｎｍ〜１１５０ｎｍの光を反射する反射コート２２０が施されている。板金Ｗで発生した熱輻射光が不要光として集束レンズ２２に到達すると、反射コート２２０は不要光の上記の波長の範囲を反射する。板金Ｗで発生してデリバリファイバ１２側へと向かう不要光は減衰する。
【００５１】
図１２において、実線は波長とレーザ光量との関係、一点鎖線は反射コート２２０によるレーザ光の透過率を示している。ほぼ波長１０４４ｎｍ〜１０８４ｎｍに分布するレーザ光より高波長の光が反射コート２２０によって減衰される。反射コート２２０は、アクティブファイバ１０３がゲインを有する波長のうち、ファイバレーザ発振器１０の発振波長以外の波長の光を減衰するのがよい。
【００５２】
３０００Ｋよりも低温側では、板金Ｗで発生する熱輻射光の波長は、ファイバレーザ発振器１０の発振波長である約１μｍよりも長波長成分が主である。よって、図１２に示すように、ファイバレーザ発振器１０の発振波長よりも長波長側の光のみを減衰することで十分効果的である。ファイバレーザ発振器１０の発振波長よりも長波長側の光のみを減衰することが効果的であるのは、第４実施形態に限らず、第１〜３実施形態と、後述する第５及び第６実施形態でも同様である。
【００５３】
第４実施形態においても、反射コート２２０は、不要光が射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射する光量が、射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光を減衰させればよい。第４実施形態によれば、板金Ｗで発生した不要光がデリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと入射することによる不具合の発生を低減させることができる。
【００５４】
図１０においては、集束レンズ２２のレーザ光の射出面に反射コート２２０を施しているが、コリメートレンズ２１側の面であるレーザ光の入射面に反射コートを施してもよい。集束レンズ２２の両面に反射コートを施してもよい。コリメートレンズ２１のレーザ光の射出面に反射コートを施してもよく、コリメートレンズ２１のレーザ光の入射面に反射コートを施してもよい。コリメートレンズ２１の両面に反射コートを施してもよい。ここでの反射コートとは、板金Ｗで発生した不要光を反射する反射コートである。
【００５５】
即ち、コリメートレンズ２１及び集束レンズ２２の合計４面のうちの、少なくとも１面に反射コートを施せばよい。複数のレンズのうちの１つのレンズのみに反射コートを施すとすると、図１０に示す、集束レンズ２２の射出面に反射コート２２０を施すのが最も効果的である。反射コートを施したレンズの製造のしやすさという点を考慮すると、焦点距離が長い平面に近い方のレンズに反射コートを施すのがよい。平面に近いレンズに反射コートを施す方が反射コートを施しやすい。
【００５６】
第４実施形態の構成においては、第３実施形態の構成におけるガラス板２４のように、コリメートレンズ２１及び集束レンズ２２とは別の光学素子を設ける必要がないので、安価に構成することができる。
【００５７】
図１０においても、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２との間にベンドミラーを設けて、レーザ光の進行方向を９０度曲げて、板金Ｗに照射するように構成されていてもよい。第４実施形態においても、コリメートレンズ２１は平凸レンズであってもよい。
【００５８】
＜第５実施形態＞
図１３において、窒素等のアシストガスが供給される供給口２０１が設けられている位置よりもレーザ光の進行方向前側の位置には、ガラス板よりなる保護ガラス２５が設けられている。保護ガラス２５のレーザ光の射出面には、一点鎖線の矢印線で示す不要光を反射する反射コート２５０が施されている。保護ガラス２５のレーザ光の射出面に加えて、またはその代わりに、レーザ光の入射面に反射コートを施してもよい。ここでの反射コートとは、板金Ｗで発生した不要光を反射する反射コートである。
【００５９】
保護ガラス２５も、コリメート光が進行する方向と直交する方向に対して、０度を超えて９０度未満の角度を有するように配置されている方が好ましい。
【００６０】
なお、図１、図５、図７、及び図１０に示す構成においてもアシストガスが供給される供給口及び保護ガラスを備えるが、それらの図示は省略されている。
【００６１】
第５実施形態においても、反射コート２５０は、不要光が射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射する光量が、射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光を減衰させればよい。第５実施形態によれば、板金Ｗで発生した不要光がデリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと入射することによる不具合の発生を低減させることができる。
【００６２】
＜第６実施形態＞
図１４において、コリメートレンズ２１を射出したレーザ光はベンドミラー２６で進行方向が９０度曲げられて、集束レンズ２２に入射する。集束レンズ２２は入射されたレーザ光を集束したレーザビームを板金Ｗに照射する。ベンドミラー２６はダイクロイックミラーで構成されている。
【００６３】
ベンドミラー２６の一点鎖線の矢印線で示す不要光が入射する面には、ファイバレーザ発振器１０の発振波長以外の波長の光を透過させる透過コート２６０が施されている。透過コート２６０は、不要光を減衰させる。
【００６４】
第６実施形態においても、透過コート２６０は、不要光が射出端よりデリバリファイバ１２内へと入射する光量が、射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、不要光を減衰させればよい。第６実施形態によれば、板金Ｗで発生した不要光がデリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと入射することによる不具合の発生を低減させることができる。
【００６５】
図１、図５、図７、図１０、図１３、図１４に記載のように、以上説明した第１〜第６実施形態の加工ヘッド２０は、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２との間でレーザ光は集束することなく伝送されている。仮に、加工ヘッド２０が、内部でレーザ光が焦点を結ぶように集束するように構成されていれば、アパーチャを設けることによって不要光をある程度減衰させることも可能である。
【００６６】
第１〜第６実施形態の加工ヘッド２０においては、コリメートレンズ２１と集束レンズ２２との間でレーザ光が集束しないように構成されているので、アパーチャを設けることによって不要光を減衰させることはできない。よって、加工ヘッド２０の内部に設けられている光学部品に、デリバリファイバ１２側から板金Ｗ側へと向かう不要光Ｌｓｒｓを減衰させる反射コート（２１０または２３０）を施す構成が有効である。または、加工ヘッド２０の内部に設けられている光学部品に、板金Ｗ側からデリバリファイバ１２側へと向かう不要光を減衰させる反射コート（２２０、２４０、または２５０）または透過コート（２６０）を施す構成が有効である。
【００６７】
第１または第２実施形態によるデリバリファイバ１２側から板金Ｗ側へと向かう不要光Ｌｓｒｓを減衰させる構成と、第３〜第６実施形態による板金Ｗ側からデリバリファイバ１２側へと向かう不要光を減衰させる構成とを組み合わせてもよい。このようにすれば、デリバリファイバ１２またはファイバレーザ発振器１０へと戻る不要光をさらに減衰させることができるので好ましい。
【００６８】
ファイバレーザ発振器１０が波長１０８０ｎｍのレーザ光を射出する場合を例とすると、図１５Ａに示すように、ピークのパワーに対する相対パワーが−４０ｄＢでは、レーザ光の波長は±２０ｎｍ程度まで分布している。図１５Ｂは波長１１００ｎｍ以上を減衰（遮断）した状態を示している。レーザ光のパワーにはほとんど損失がなく、ファイバレーザ発振器１０の発振波長以外の波長の光を減衰しても、板金Ｗの加工にはほとんど影響を与えない。
【００６９】
図１６Ａは、不要光を減衰しない状態の、加工ヘッド２０より射出されるレーザ光の出力の変化の状態を示している。図１６Ａ及び図１６Ｂの横軸は時間、縦軸はレーザ出力の相対値である。加工ヘッド２０の内部で不要光を減衰しないと、レーザ光の出力は安定しないことが分かる。図１６Ｂは、第１〜第６実施形態のように不要光Ｌｓｒｓまたは板金で発生した不要光を減衰したときの、加工ヘッド２０より射出されるレーザ光の出力の変化の状態を示している。加工ヘッド２０の内部で不要光Ｌｓｒｓまたは板金Ｗで発生した不要光を減衰することにより、レーザ光の出力が安定化することが分かる。
【００７０】
本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。減衰させようとする波長の光を反射する反射コートを施す光学部品は、コリメートレンズ２１、集束レンズ２２、これらとは別体のガラス板２３、２４または保護ガラス２５に限定されない。加工ヘッド２０の内部に、レーザ光を回転させるウィービングガラスが設けられている場合には、ウィービングガラスに不要光Ｌｓｒｓまたは板金Ｗで発生した不要光を反射する反射コートを施してもよい。
【００７１】
レーザ加工機による加工対象物の加工は切断に限定されず、溶接、マーキング等の任意の加工でよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０  ファイバレーザ発振器
１２  デリバリファイバ
２０  加工ヘッド
２１  コリメートレンズ
２２  集束レンズ
２３，２４  ガラス板
２５  保護ガラス
２６  ベンドミラー
１０１  レーザダイオード
１０２  高反射ファイバブラッググレーティング
１０３  アクティブファイバ
１０４  低反射ファイバブラッググレーティング
１０５  シード光レーザダイオード
１０６，１０７  励起用レーザダイオード
２０１  供給口
２１０，２２０，２３０，２４０，２５０  反射コート
２６０  透過コート
Ｗ  板金（加工対象物）
【図１】
2019202342.tif 000003
【図２】
2019202342.tif 000004
【図３】
2019202342.tif 000005
【図４】
2019202342.tif 000006
【図５】
2019202342.tif 000007
【図６】
2019202342.tif 000008
【図７】
2019202342.tif 000009
【図８】
2019202342.tif 000010
【図９】
2019202342.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2019202342.tif 000013
【図１２】
2019202342.tif 000014
【図１３】
2019202342.tif 000015
【図１４】
2019202342.tif 000016
【図１５Ａ】
2019202342.tif 000017
【図１５Ｂ】
2019202342.tif 000018
【図１６Ａ】
2019202342.tif 000019
【図１６Ｂ】
2019202342.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月1日(2019.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバレーザ発振器より射出され、デリバリファイバによって伝送されるレーザ光が入射される加工ヘッドであり、
前記デリバリファイバの射出端より射出された発散光であるレーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズと、
前記コリメート光を集束して加工対象物に照射する集束レンズと、
を備え、
前記加工ヘッドの内部に設けられている光学部品に、前記ファイバレーザ発振器が備えるアクティブファイバがゲインを有する波長のうち、前記ファイバレーザ発振器の発振波長以外の波長を有し、前記デリバリファイバ側から前記加工対象物側へと向かう不要光を減衰させる反射コートが施されており、
前記反射コートは、前記不要光が前記反射コートで反射して前記射出端より前記デリバリファイバ内へと入射する光量が、前記射出端より射出されたレーザ光の光量と比較して−５０ｄＢ以下となるように、前記不要光を減衰させる
加工ヘッド。
【請求項２】
前記光学部品は前記コリメートレンズであり、
前記コリメートレンズのレーザ光の入射面に、前記不要光を減衰させる反射コートが施されている
請求項１に記載の加工ヘッド。
【請求項３】
前記光学部品は、前記デリバリファイバの前記射出端と前記コリメートレンズとの間に配置されたガラス板であり、前記ガラス板の面が、前記コリメート光と直交する方向に対して、０度を超えて９０度未満の角度を有するように配置されており、
前記ガラス板のレーザ光の入射面に、前記不要光を減衰させる反射コートが施されている
請求項１に記載の加工ヘッド。
【請求項４】
前記ファイバレーザ発振器の発振波長よりも長波長側の波長の光のみを減衰させるように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工ヘッド。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】