(57)【要約】【課題】従来の半導体レーザ加工装置では、被加工物１０５からの散乱反射光１０７により集光光学素子１０２が加熱されて温度上昇し、長時間の加工を行うと光学部品としての使用温度限界に達する、あるいは温度上昇に伴い集光光学素子１０２の焦点距離が変化する為に加工品質が安定しないという課題を有していた。またこれらを防止する為に冷却用のホルダなどを取付けたりしているが、反射光によって配管部材の継手１０８やホース１０９が損傷するという課題もあわせ持っていた。本発明は、光学素子の温度上昇を抑制し、安定した加工品質を保つ半導体レーザ加工装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置の筐体５の内壁に冷却水路１０を設け、被加工物６からの散乱放射光９に対して集光光学素子２やそのホルダ３に当たることによる光学素子の温度上昇を防止させる。【選択図】　図１
2004130339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部からエネルギーが供給されてレーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段と、前記半導体レーザ手段と前記集光手段とを内蔵した筐体を有し、前記集光手段は前記筐体の内外壁に突出しない冷却手段を有した半導体レーザ装置。
【請求項２】
電源部からエネルギーが供給されてレーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段とガスを供給するガス供給手段とを有し、前記ガス供給手段は筐体の内外壁に突出しない配管手段を有した半導体レーザ装置。
【請求項３】
ガス供給手段は、レーザ光を安定して出力する補助ガスと乾燥したガスを供給する請求項２記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザを用いたレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザ発振出力の変換効率の高さから半導体レーザを格子状に配列して炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ等と同等の高出力を出すようにし、集光光学系で集光照射して被加工物を溶接、半田付け、熱処理、切断等の熱加工に供することが行われるようになっている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
図２は上記従来の半導体レーザ加工装置を示しており、１０１は半導体レーザ素子、１０２は集光光学素子、１０３は集光光学素子のホルダ、１０４は筐体で、図には示していないが、この他に半導体レーザ素子１０１を駆動する電源がある。１０５は被加工物、１０６は出力レーザ光、１０７は被加工物からの放射散乱光である。以上のように構成された半導体レーザ加工装置について、その動作を説明する。
【０００４】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１０１がレーザ発振をすると、出力レーザ光１０６は集光光学素子１０２により集光され、被加工物１０５に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。この時、被加工物１０６からは、出力レーザ光１０６の一部が反射されたり、高温となった被加工物１０５からの放射光などが散乱放射光１０７として発せられている。これらの散乱放射光１０７の多くは出力レーザ光１０６と同じ軸の周りにとび、その周辺の筐体１０４や集光光学素子１０２のホルダ１０３にあたっている。
【０００５】
【非特許文献１】
伊藤義郎、外２名、“ＩＣＡＬＥＯ参加報告書”、レーザ加工学会誌第８巻１号５３−５９頁（２００１年）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の半導体レーザ加工装置では、被加工物１０５からの散乱反射光１０７により集光光学素子１０２が加熱されて温度上昇し、長時間の加工を行うと光学部品としての使用温度限界に達する、あるいは温度上昇に伴い集光光学素子１０２の焦点距離が変化する為に加工品質が安定しないという課題を有していた。またこれらを防止する為に冷却用のホルダなどを取付けたりしているが、反射光によって配管部材の継手１０８やホース１０９が損傷するという課題もあわせ持っていた。
【０００７】
本発明は、レーザ加工時の光学素子の温度上昇を抑制して安定した加工のでき、かつ配管部材の損傷を受けない半導体レーザ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】
上記課題を解決する為に、請求項１の半導体レーザ装置は、電源部からエネルギーを供給されてレーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段とを有し、前記集光手段は筐体の内外壁に突出しない冷却手段を備えている。この構成により、光学素子の温度上昇を抑制する事が出来、安定した熱加工をすることができる。また他の配管部材（継手やホース）の突出がないことから、反射光などによる配管部材の損傷を受けないという作用を有するものである。
【０００９】
また、請求項２の半導体レーザ装置は、電源部からエネルギーを供給されてレーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段と加工品質向上のために供給する補助ガス手段を有し、前記補助ガス手段は筐体の内外壁に突出しない配管手段を備えている。この構成により、反射光などによる配管部材の損傷を受けないという作用と加工時のホースの引っ掛かりなどを防止する作用を有するものである。
【００１０】
また、請求項３の半導体レーザ装置は、電源部からエネルギーを供給されてレーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段と筐体内の結露を防止するために供給する乾燥ガス手段を備えている。この構成により、反射光などによる配管部材の損傷を受けないという作用と装置自体が小型化でき加工スペースが広くなるという作用を有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１において、１は半導体レーザ素子、２は集光光学素子、３は集光光学素子２と保持するホルダ、４はノズル先端部、５は半導体レーザ加工装置の筐体、６は被加工物、７は半導体レーザ素子１の発する出力レーザ光で、８で示される光学軸に沿って伝播する。９は被加工物７に照射された後、その表面から反射あるいは散乱放射される光、１０は筐体５の内壁に設けられた冷却水水路、１１は筐体５の内壁に設けられた補助ガスの配管経路、１２は筐体５の内壁に設けられ筐体内の結露を防止するために供給する乾燥ガスの配管経路を示す。
【００１２】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。まず、半導体レーザ素子１の発する出力レーザ光７は集光光学素子２で集光され、被加工物６の表面に集光照射される。照射と同時に補助ガスが１１の配管経路より５のノズル先端部を通って被加工物６の表面に供給される。被加工物６は照射されたレーザ光の熱により溶融蒸発するが、例えば金属のような場合は照射されたレーザ光の一部を反射したり、溶融した被加工物そのものからの熱放射により、散乱放射光９が発生する。散乱放射光９は、筐体本体や反射光として筐体内部の集光光学素子などを加熱する。しかしこの筐体５の内壁には冷却水が循環しており、筐体５や集光光学素子３を冷却し、温度上昇を防止する事が出来る。
【００１３】
なお、筐体５の材質は冷却水による材料の腐食を防止する為にステンレス材を使用しているが、他の材料でも表面処理等により防腐対策のなされているものであってもよい。
【００１４】
以上のように、本発明は、半導体レーザ加工装置の筐体の内壁に冷却水路を設けることにより、被加工物の散乱放射光による光学素子の温度上昇を抑制する事が出来、安定した熱加工をすることができる。また他の配管部材１３（継手やホース）は被加工物の正反対面に集中させている為、ノズル周辺部の突出がなく、反射光などによる配管部材１３の損傷がない。また筐体５の周辺には配管部材１３の突出がないことから装置全体を小型化にすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、半導体レーザ加工装置の筐体の内壁に冷却手段を設けることにより、被加工物の散乱放射光による光学素子の温度上昇を抑制する事が出来、安定した熱加工をすることができ、かつ配管部材の反射光による損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体レーザ加工装置の全体構成図
【図２】従来における半導体レーザ加工装置の構成図
【符号の説明】
１　半導体レーザ素子
２　集光光学素子
３　集光光学素子のホルダ
５　筐体
６　被加工物
７　出力レーザ光
８　出力レーザ光の光学軸
９　散乱放射光
１１　補助ガス配管経路
１２　乾燥ガス配管経路
【図１】
2004130339.tif 000003
【図２】
2004130339.tif 000004