(57)【要約】【課題】従来の筐体は、遮蔽部だけを容易に取付け・取外しするような構造がとられていない為、後から追加で取付けるといったことが困難であり、各々専用の筐体が必要であった。また、レーザ出力の大きさや使用環境等の条件変化に応じて、配管径を変えることができないため、各々に専用の筐体が必要であった。【解決手段】遮蔽部と集光部をユニット構造とし、遮蔽部及び集光部の配管接続口は出力レーザ光軸を回転軸中心として、９０度回転させた同ピッチ位置上に異なる配管径孔を施すことにより、遮蔽部の取り付け取り外しと、配管径の選択が容易にできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部からのエネルギ供給によりレーザ発振してレーザ光を出力する半導体レーザ励起手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段とを備え、前記前記半導体レーザ励起手段と前記集光手段は異なった配管用の孔を複数有した半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体レーザ励起手段と集光手段との間に設けられレーザ光の遮蔽を可変的に行う遮蔽手段を備え、前記遮蔽手段は異なった配管用の孔を複数有した請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
遮蔽手段は取り外し可能な請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
半導体レーザ励起手段と遮蔽手段と集光手段の少なくとも２手段同士の取付けはそれぞれ組み合わせ自在である請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
配管用の孔同士を自在に接続できる請求項１から４のいずれかに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加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、出力変換効率が高いことや発振装置容積の小さいことの利点があることから、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザと同等の高出力のものが作られ始めている。集光性が比較的劣るといった不利な点もあるが、光学系の配置により補正することは十分に可能であり、被加工物の溶接、半田付け、切断等の熱加工に活用されることが多くなってきている。
【０００３】
図３は上記従来の半導体レーザ加工装置を示しており、１０１は筐体、１０２は半導体レーザ素子、１０３は電源、１０４は冷却装置、１０５は光学素子、１０６は集光レンズ、１０７は出力レーザ光、１０８は散乱光、１０９は被加工物、１１０はシャッタである。
【０００４】
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。
【０００５】
従来の半導体レーザ加工装置は、電源１０３から半導体レーザ素子１０２に電気エネルギが供給されるとレーザ発振により出力レーザ光１０７が出射される。この時、電気エネルギからレーザ光への変換効率は半分程度であり、他の殆どは熱ロスとなり、半導体レーザ素子１０２が発熱してしまう。この熱を冷やす為、半導体レーザ素子１０２は水冷構造をとり、冷却装置１０４から循環される冷媒に熱を吸収させることにより一定温度以上に上昇するのを防いでいる。出力レーザ光１０７は集光レンズ１０６により集光され、被加工物１０９に照射されることによって、溶接、半田付け、切断等の熱加工を行う。
【０００６】
この時、出力レーザ光１０７の全てが熱加工の為にエネルギ消費されるわけではなく、一部の散乱光や被加工物からの反射による散乱光１０８により、筐体１０１は熱を帯びる。加工時間が長くなると、熱歪みによりシャッタ１１０の動作不良を引き起こしたり、集光レンズ１０６の焦点位置にズレが生じて安定した加工品質が得られないといった問題が起きるので、筐体自体にフィンを設けて空冷効果を高めたり、水冷構造を設けたりすることがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７４６２５４号公報（第３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の筐体は、水冷構造の場合、その複雑さから一体構造、もしくそれと同等の組付け構造で構成されている為、例えば、シャタ部だけを容易に取付け・取外しするような構造がとられていない。よって、シャッタ機能を除いても軽量・コンパクト化を優先して、搭載能力に限界のある小さなロボットに取付けるとか、後から追加で、シャッタを取付けるといったことが困難であり、各々専用の筐体が必要であった。
【０００９】
特に、半導体レーザ加工装置はガス励起のものに比べて格段に小さくできるので、設置スペースやロボット搭載等において非常に好都合である。近年では、より軽量・コンパクト化した構造をとることによって、さらなる優位性を高めることが望まれている。
【００１０】
また、半導体レーザ出力の大きさや使用環境によって、筐体中を流す冷媒やシールドガスの流量を適切に選択しないと、冷えすぎて結露が付着し、構成部品の耐久性を損ねたり、過大な流量でランニングコストを増やしてしまう無駄が生じる。圧力元で、レギュレータによって流量制御する方法もあるが、調整範囲が限られている。
【００１１】
配管についても、径が細過ぎると流量が不足し、配管径が太過ぎるとクッション作用が働き、反応が遅くなるので、条件毎に合わせた専用の筐体が必要であった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ装置は、上記課題を解決するために、半導体レーザ励起手段や遮蔽手段や集光手段はそれぞれ異なった配管用の孔を複数有したため、各手段を自在に取り付けることができ、配管径の選択が容易にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
電源部１１３と冷却装置１１４は図３で示したものと同様であるので、図示を省略する。
【００１４】
図１において、１は電源部からエネルギが供給されてレーザ発振してレーザ光を出力する半導体レーザ励起手段である半導体レーザ素子、２は前記半導体レーザ素子１から出射された出力レーザ光、３は前記出力レーザ光２を平行光にする光学素子、４は半導体レーザ素子１と光学素子３を格納し、後述する水冷用配管孔とシールドガス用配管孔、シリンダ駆動用エア配管孔を有した筐体、５は出力レーザ光２を遮蔽するメカニカルシャッタである。
【００１５】
また、６は前記メカニカルシャッタ５で遮蔽され反射された出力レーザ光２を吸収するアブゾーバ、７はメカニカルシャッタ５とアブゾーバ６を格納し、後述する冷媒循環用配管孔とシールドガス用配管孔、メカニカルシャッタ駆動用エア配管孔を、お互いに９０度回転させた同ピッチ位置上に異なる配管径孔が施された筐体、８は集光レンズ、９は前記集光レンズ８を格納し、後述する水冷用配管孔とシールドガス用配管孔を、お互いに９０度回転させた同ピッチ位置上に異なる配管径孔が施された筐体、１０は被加工物を示す。
【００１６】
図１に示す（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、矢視方向から見た図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に対応している。
【００１７】
図２（ａ）において、２０は筐体４の筐体７との取付け面側端面を示す。２１，２２は冷媒循環用配管の孔、２３はシールドガス用配管の孔、２４はメカニカルシャッタ駆動用エア配管の孔である。
【００１８】
図２（ｂ）において、３０は筐体７の筐体４との取付け面側端面を示す。３１，３２は冷媒循環用配管の孔、３３，３４は冷媒循環用配管の細孔、３５はシールドガス用配管の孔、３６はシールドガス用配管の細孔、３７はメカニカルシャッタ駆動用エア配管の孔、３８はメカニカルシャッタ駆動用エア配管の細孔である。
【００１９】
図２の（ｃ）において、３９は筐体７の筐体９との取付け面側端面を示す。３１，３２は冷媒循環用配管の孔で、各々、図２（ｂ）の冷媒循環用配管の孔３１，３２と同一の貫通孔である。３３，３４は冷媒循環用配管の細孔で、各々、図２（ｂ）の冷媒循環用配管の細孔３３，３４と同一の貫通孔である。３５はシールドガス用配管の孔で、図２（ｂ）のシールドガス用配管の孔３５と同一の貫通孔である。
【００２０】
また、３６はシールドガス用配管の細孔で、図２（ｂ）のシールドガス用配管の細孔３６と同一の貫通孔である。３７はメカニカルシャッタ駆動用エア配管の孔で、図２（ｂ）のメカニカルシャッタ駆動用エア配管の太孔３７と同一の貫通孔である。３８はメカニカルシャッタ駆動用エア配管の細孔で、図２（ｂ）のメカニカルシャッタ駆動用エア配管の細孔３８と同一の貫通孔である。
【００２１】
図２（ｄ）において、４０は筐体９の筐体７との取付け面側端面を示す。４１，４２は冷媒循環用配管の孔、４３，４４は冷媒循環用配管の細孔、４５はシールドガス用配管の孔、４６はシールドガス用配管の細孔で、それぞれ図２（ｃ）に示した
ある。
【００２２】
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。
【００２３】
まず、電源部１１３からエネルギが供給された半導体レーザ素子１から出射された出力レーザ光２は、一定の発散角で３次元的に広がった方向に直進するが、光学素子３により平行光として同一方向に向けられる。平行光となった出力レーザ光２は集光レンズ８により集光され、被加工物１０に照射されることによって、溶接、半田付け、切断等の熱加工が行われる。
【００２４】
この時、被加工物１０が金属の場合、酸化防止の為にアルゴン等のシールドガスを加工焦点に吹付けるのが一般的であり、本装置においても、筐体４，筐体７，筐体９のシールドガス用配管を通して被加工物１０に吹付けられている。
【００２５】
またこの時、出力レーザ光２が光学素子３及び集光レンズ８を通過することにより、各々は発熱し、場合によっては８０℃近くの温度に達する。更に、被加工物からの反射による散乱光によっても各々の筐体は熱を浴びるので、本装置においては、冷却装置１１４に接続された筐体４，筐体７，筐体９の冷媒循環用配管を通して、各々の筐体４，７，９を冷却する構造としている。
【００２６】
また、メカニカルシャッタ５によって出力レーザ光２が遮蔽される場合、出力レーザ光２はメカニカルシャッタ上の鏡面仕上げ面によってアブゾーバ６の方へ反射され、ここで吸収される。よって、アブゾーバは発熱する為、ここでも筐体７の冷却は不可欠である。
【００２７】
本装置は、冷媒循環用配管の引回しにおいて、筐体４，筐体７および筐体９の配管を図２（ａ）〜図２（ｄ）のように複数配置し、筐体７および筐体９を９０度回転させる毎に、適切な配管径の組み合わせが選択可能である構造とした。
【００２８】
例えば、半導体レーザ素子１の出力が１．５ｋＷの場合、筐体７の冷媒循環用配管を太孔（φ５ｍｍ）の３１、３２にし、これに接続する筐体９の冷媒循環用配管を太孔（φ５ｍｍ）の４１、４２にすることにより、冷媒の元圧０．２Ｍｐで流量３０Ｌ／ｍｉｎの適量にすることができる。
【００２９】
また、例えば、半導体レーザ素子１の出力が０．５ｋＷの場合、筐体７の冷媒循環用配管を細孔（φ２ｍｍ）の３３、３４にし、これに接続する筐体９の冷媒循環用配管を細孔（φ２ｍｍ）の４３、４４にすることにより、冷媒の元圧０．５Ｍｐで流量５Ｌ／ｍｉｎの適量にすることができる。
【００３０】
配管内面の粗度係数や配管経路による圧損により多少異なるが、概ね、流量は径の２乗に比例する。
【００３１】
なお、太孔と細孔の組み合わせ等の選択もできる。
【００３２】
また、シールドガス用配管の径についても同様である。
【００３３】
これにより、一組の筐体で、無駄の無い経済的な冷却とシールドガス吹付けが出来、幅広い出力の対応が容易にできる。
【００３４】
また、筐体７を通過する出力レーザ光２は平行光の為、筐体７を取り外し、筐体４と筐体９を直接組み付けても集光特性は変わらない。
【００３５】
よって、シャッタ部の有無の選択と配管径の選択が同時に容易にできる。
【００３６】
なお、配管の数、用途は上記に限らず、断面外形が正４角形であれば、筐体１つあたり、４通りの選択が組み付け後の形状を変えずにできる。正ｎ角形であればｎ通り、正円であればスペースの許す限り無限に近い選択が可能となる。
【００３７】
また、シャッタ部は、ＣＣＤカメラ等による撮像部や出力レーザ光２の分光部として置き換えることが出来、その他遮蔽以外にも利用が出来、容易に多くの用途に対応できる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出力の大きさや使用環境等の条件変化に応じて、冷却用配管及びシールドガス用配管の最適径の選択が容易に可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、レーザ出力の大きさや使用環境等の条件変化に応じて、冷却用配管及びシールドガス用配管の最適径の選択が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体レーサ加工装置の構成図
【図２】（ａ）同実施の形態１における筐体４の筐体７との取付面側の端面図
（ｂ）同実施の形態１における筐体７の筐体４との取付面側の端面図
（ｃ）同実施の形態１における筐体７の筐体９との取付面側の端面図
（ｄ）同実施の形態１における筐体９の筐体７との取付面側の端面図
【図３】従来における半導体レーサ加工装置の構成図
【符号の説明】
１  半導体レーザ素子
２  レーザ光
４，７，９  筐体
５  メカニカルシャッタ
８  集光レンズ
【図１】
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【図２】
2004266187.tif 000004
【図３】
2004266187.tif 000005