(57)【要約】【課題】レーザ光からの散乱光を効率よく吸収してレーザ発振器を有効に保護するレーザ発振装置を提供することにある。【解決手段】レーザ発振器Ａ２０１等と、これらのレーザ発振器から照射されるレーザ光を所定の光路に導光する導光部と、レーザ光からの散乱光を吸収する防護壁Ａ６０１等と、を有する構成とし、特に、防護壁Ａ６０１等を表面が黒アルマイト処理されたアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から照射されるレーザ光を所定の光路に導光する導光部と、
前記レーザ光からの散乱光を吸収する防護壁と、
を有することを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
前記防護壁は、表面が黒アルマイト処理されたアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記レーザ発振器は、冷却パスを設けたベース上に載置され、前記防護壁は、前記ベース上に載置されて前記冷却パスに排熱されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記レーザ発振器は複数配置され、前記導光部において光学素子により前記レーザ光が合成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振装置に関し、特に防護壁を備えたレーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工の分野等においては、高出力のレーザ発振装置が使用され種々の加工、例えば、切断、熱処理、溶接等が行なわれている。このような分野で使用されるレーザ発振装置は高出力である必要があり、レーザ発振器側の光学系を保護する構成を備えたレーザ加工機の反射吸収装置がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１によるレーザ発振装置は、レーザ光の反射光を吸収する反射光吸収筒と中空導波路と加工ヘッドの基本的な要素で構成し、それぞれの要素が光学的に連結されると共に各要素内に反射光の吸収手段が配設されている。この構成によれば、反射光吸収筒には冷却水による冷却通路を設け、反射光は、この反射光吸収筒と、経路中に配設される遮光板や遮光部と、中空導波路とによりその大部分を吸収され、レーザ発振器側の光学系を保護することができるとされている。
【０００４】
しかし、特許文献１に示されたレーザ発振装置では、レーザ光のレーザ波長と反射光吸収部材の材質との吸収効率が考慮されていない。また、複数のレーザ発振器を組み合せて複数のレーザ光を合成することによりさらなる高出力のレーザ発振装置を構成する場合には、反射光と共に散乱光が発生し、これらからレーザ発振器を有効に保護する必要がある。
【特許文献１】特開平２−２８４７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、レーザ光からの散乱光を効率よく吸収してレーザ発振器を有効に保護するレーザ発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から照射されるレーザ光を所定の光路に導光する導光部と、前記レーザ光からの散乱光を吸収する防護壁と、を有することを特徴とするレーザ発振装置を提供する。
【０００７】
［２］前記防護壁は、表面が黒アルマイト処理されたアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする上記［１］に記載のレーザ発振装置であってもよい。
【０００８】
［３］また、前記レーザ発振器は、冷却パスを設けたベース上に載置され、前記防護壁は、前記ベース上に載置されて前記冷却パスに排熱されることを特徴とする上記［１］に記載のレーザ発振装置であってもよい。
【０００９】
［４］また、前記レーザ発振器は複数配置され、前記導光部において光学素子により前記レーザ光が合成されることを特徴とする上記［１］に記載のレーザ発振装置であってもよい。
【００１０】
［５］また、前記レーザ発振器は、半導体レーザであることを特徴とする上記［１］に記載のレーザ発振装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザ光からの散乱光を効率よく吸収してレーザ発振器を有効に保護するレーザ発振装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（レーザ発振装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置の平面図である。図２は、図１におけるＤ−Ｄ断面図である。図３は、発振波長とアルミニウムの吸収率との関係を示す図である。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置１は、ベース１００を備え、このベース１００上の所定の位置には、レーザ発振器Ａ２０１、レーザ発振器Ｂ２０２、レーザ発振器Ｃ２０３、ダイクロイックミラーＡ３０１、ダイクロイックミラーＢ３０２、シリンドリカルレンズ４０１、コンデンサーレンズ４０２、ガイド光源４０３、シャッタ４０４、防護壁Ａ６０１、防護壁Ｂ６０２、防護壁Ｃ６０３、等が載置されている。また、ベース１００の内部には、冷却水を流すための冷却水水路５０１が設けられ、ベース１００の側面部には、冷却水配管５０２，５０３が設けられていると共に、レーザ発振器電源７０１、および、ガイド光源用電源７０２が配設されている。
【００１４】
レーザ発振装置１で発振したレーザ光は、光ファイバ８０１でレーザヘッド８０２まで導光される。この光ファイバ８０１、レーザヘッド８０２はレーザ発振装置１と一体に構成されていてもよく、また、光コネクタ等により適宜必要に応じて光学的に接続される構成であってもよい。
【００１５】
ベース１００は、板状であって、内部に冷却水水路５０１が設けられている。冷却水水路５０１は、図１に破線で示すように側面部からドリル等により深孔が形成され、必要な領域に冷却パスが通過するよう配置される。図１に示した冷却水水路５０１の経路パターン（冷却パス）は一例であり、後述するレーザ発振器の下部や排熱効率を考慮して形成される。冷却水水路５０１の入出力部として、ベース１００の側面部には、冷却水配管５０２（ＩＮ）、冷却水配管（ＯＵＴ）５０３が設けられ、所定の流量で冷却水を冷却水水路５０１中に還流させる。
【００１６】
レーザ発振器Ａ２０１、レーザ発振器Ｂ２０２、レーザ発振器Ｃ２０３は、高出力のスタック型半導体レーザ発振器である。レーザ発振器Ａ２０１の発振波長は９８０ｎｍ、レーザ発振器Ｂ２０２の発振波長は９４０ｎｍ、レーザ発振器Ｃ２０３の発振波長は８０８ｎｍである。本発明の実施の形態では、３つの発振波長の異なるレーザ発振器を使用しているが、この構成には限られず任意の個数のレーザ発振器を使用することができ、また、同一波長のレーザ発振器を使用してもビーム合成を工夫することで使用可能である。レーザ発振器Ａ２０１、レーザ発振器Ｂ２０２、レーザ発振器Ｃ２０３は、いずれも定格出力９６０Ｗとしたが、目標出力に応じてそれぞれの発振器の出力を任意に選択可能である。尚、レーザ発振器Ａ２０１等は半導体レーザであるが、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザでも適用可能である。
【００１７】
レーザ発振器Ａ２０１、レーザ発振器Ｂ２０２、レーザ発振器Ｃ２０３から出射されるレーザ光は、ダイクロイックミラーＡ３０１、ダイクロイックミラーＢ３０２、シリンドリカルレンズ４０１、コンデンサーレンズ４０２等の光学素子により構成される導光部により後述する光ファイバ８０１に導光される。ダイクロイックミラーは特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するもので、ダイクロイックミラーＡ３０１は９８０ｎｍのレーザ光を透過させ９４０ｎｍのレーザ光を反射する。また、ダイクロイックミラーＢ３０２は９４０ｎｍ以上のレーザ光を透過させ８０８ｎｍのレーザ光を反射する。
【００１８】
レーザ発振器Ａ２０１から出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラーＡ３０１およびダイクロイックミラーＢ３０２を透過する。また、レーザ発振器Ｂ２０２から出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラーＡ３０１で反射され、この反射されたレーザ光はダイクロイックミラーＢ３０２を透過する。また、レーザ発振器Ｃ２０３から出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラーＢ３０２で反射される。これら３本のレーザ光は、ダイクロイックミラーＢ３０２の後で１本に合成されている。合成されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ４０１によりビーム整形されてコンデンサーレンズ４０２によりコリメートされて光ファイバ８０１に導光される。尚、図１においてはレーザ光の主光線のみを図示している。
【００１９】
光ファイバ８０１は、レーザ発振装置１から加工対象までレーザ光を導光できる長さに設定され、パワー伝送用のガラス製光ファイバを使用する。また、光ファイバ８０１からのレーザ光はレーザヘッド８０２により所定の集光スポット径に集光されて加工対象物に照射される。
【００２０】
シリンドリカルレンズ４０１とコンデンサーレンズ４０２の間には、ガイド光源４０３およびシャッタ４０４が設けられている。レーザ発振器Ａ２０１等から出射されるレーザ光は可視光ではないので、ガイド光源４０３は６４０ｎｍの可視光レーザを使用し、必要に応じて光路中に挿入して加工ポイントの確認等を行なうために使用される。また、光路中に挿入可能なシャッタ４０４が設けられて、必要に応じてレーザ光を遮光することができる構成とされている。
【００２１】
上記のような構成で、レーザ発振器Ａ２０１、レーザ発振器Ｂ２０２、レーザ発振器Ｃ２０３を発振させると、所定の光路以外の領域に反射光の一部が散乱光として到達する。本発明の実施の形態で使用するレーザ発振器は高出力であるので、上記のような散乱光が光学部品やレーザ発振器に集光されて破損する原因となり、また、レーザ発振器全体の過熱により安全性が低下する。
【００２２】
上記のような問題を抑制するため、散乱光が集光される部位に、防護壁が設けられている。本発明の実施の形態では、防護壁Ａ６０１、防護壁Ｂ６０２、防護壁Ｃ６０３が３箇所に設けられているが、これに限られず、必要な箇所に必要な数だけ防護壁を設けることができる。
【００２３】
防護壁Ａ６０１は、図２に示すように、例えばＬ字形状に形成されてベース１００上の必要部位に載置されて固定される。材質は、熱伝導性に優れるアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金が好ましい。ここで、図３は、発振波長とアルミニウムの光吸収率との関係を示すものである。アルミニウムは、近赤外の半導体レーザの波長付近で吸収率のピークを示し、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザに比較して吸収効率に優れる。防護壁Ｂ６０２、防護壁Ｃ６０３も同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
【００２４】
また、防護壁（Ａ６０１、Ｂ６０２、Ｃ６０３）は、レーザ光の吸収性を向上させるために表面をアルマイト処理して黒塗りし、黒アルマイト層６０１ａが形成される。アルマイト処理は、硫酸・蓚酸等を電解液として電気分解し、アルミニウムの表面にＡｌ２Ｏ３の皮膜を生成させ、この皮膜の表面に無機、有機の染料（黒色）を吸着させることにより行なわれる。
【００２５】
また、防護壁（Ａ６０１、Ｂ６０２、Ｃ６０３）は、ベース１００上に載置されるが、特に、冷却水水路５０１上に載置されるのが好ましい。図２に示したように、防護壁Ａ６０１の黒アルマイト層６０１ａで散乱光を吸収し、この散乱光による熱が防護壁Ａ６０１内を伝熱して、ベース１００に排熱される。さらに、ベース１００中の冷却水水路５０１を流れる冷却水５０４に排熱されることにより排熱効率が向上する。
【００２６】
本発明の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置１は、レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部が散乱光となって集光される部位に防護壁を設けている。このため、光学部品やレーザ発振器の破損、レーザ発振器全体の過熱等を抑制して、安全性を向上させることができる。
（２）防護壁は、アルミニウム（Ａｌ）またはその合金材で形成されているので熱伝導性に優れ、また、アルミニウムは本発明の実施の形態で使用する近赤外の半導体レーザの波長付近で吸収率のピークを示すので、光および熱の吸収効率に優れる。
（３）防護壁は、表面が黒アルマイト処理されているので、レーザ光の吸収性を向上させることができる。
（４）防護壁は、冷却水水路５０１上に載置されているので、ベース１００中の冷却水水路５０１を流れる冷却水５０４に排熱されることにより排熱効率が向上する。
（５）本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置は、特に高出力とするために光学素子によりレーザ光を合成する構成であり、光学素子での透過・反射時にレーザ光の一部が散乱光となりやすい。しかし、散乱光となって集光される部位に防護壁を設ける構成としているので、高出力のレーザ発振装置に特に有利である。
（６）防護壁をアルミニウム（Ａｌ）またはその合金材で形成し、表面を黒アルマイト処理しているので、熱の吸収効率および熱伝導性に優れ、防護壁自体を冷却水で冷却する必要がなく、ベース１００上に冷却水を持ち込む必要がない。
（７）防護壁の熱吸収効率および熱伝導性が優れているので、防護壁を小さくでき、また、ベース１００上に冷却配管を必要とせず、レーザ発振装置の小型化に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置の平面図である。
【図２】図２は、図１におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図３】図３は、発振波長とアルミニウムの吸収率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…レーザ発振装置、１００…ベース、２０１…レーザ発振器Ａ、２０２…レーザ発振器Ｂ、２０３…レーザ発振器Ｃ、３０１…ダイクロイックミラーＡ、３０２…ダイクロイックミラーＢ、４０１…シリンドリカルレンズ、４０２…コンデンサーレンズ、４０３…ガイド光源、４０４…シャッタ、５０１…冷却水水路、５０２，５０３…冷却水配管、５０４…冷却水、６０１…防護壁Ａ、６０１ａ…黒アルマイト層、６０２…防護壁Ｂ、７０１…レーザ発振器電源、７０２…ガイド光源用電源、８０１…光ファイバ、８０２…レーザヘッド
【図１】
2009295690.tif 000003
【図２】
2009295690.tif 000004
【図３】
2009295690.tif 000005