JP2001334381A

JP2001334381A - レーザー加工機の出力ヘッド

Info

Publication number: JP2001334381A
Application number: JP2000156949A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Arita; 一郎有田; Naoki Kato; 直樹加藤; Joji Hachisuga; 譲二蜂須賀; Makoto Yamazaki; 誠山崎
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザー加工機の出力ヘッドにおいて、集光
レンズ等の光学部品へスパッタ、ヒュームが付着するこ
とによる光学部品の故障を防止すること。【解決手段】レーザー加工機の出力ヘッド１におい
て、集光レンズ１２，１２と出力孔１１ｂとの間のレー
ザー光の通過経路上に第１保護ガラス１３及び第２保護
ガラス１４とを配設する。被加工物３１から発生するス
パッタ、ヒューム等は、第２保護ガラス１４に付着する
ので、付着したスパッタ、ヒューム等から熱を受けて第
２保護ガラス１４が割れても、第１保護ガラス１３の存
在により集光レンズ１２、１２等の光学部品に直接スパ
ッタ、ヒューム等が付着することはない。従って、集光
レンズ１２、１２等の光学部品へスパッタ、ヒュームが
付着することによる光学部品の故障を防止することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工機に
関し、特に、レーザー加工機の出力ヘッドの保護に係る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー加工装置は、図２に示すよう
に、レーザー発振機５１から出力されたレーザー光５２
がミラー５３、集光レンズ５４、５４等の光学部品を経
由して被加工物５５に照射され、加工を行う。その際、
被加工物５５が溶融し、スパッタ、ヒュームが発生する
ので、これらから集光レンズ５４等の光学部品を保護す
るため、集光レンズ５４と被加工物５５との間に保護ガ
ラス５６をセットしている。この保護ガラス５６は上記
スパッタ、ヒューム等が付着することで汚れていくが、
あまりにも汚れすぎると、保護ガラス５６によってレー
ザー光が散乱して所定の出力が得られなくなるので、所
定の汚れに達するまでの期間を予測し、定期的に交換し
ていくのが一般的に行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記説明のように被加
工物から発生するスパッタ、ヒューム等は保護ガラスに
付着するが、保護ガラスに付着したこれらのスパッタ、
ヒュームは、保護ガラスを透過するレーザー光の障害と
なるばかりでなく。レーザー光のエネルギーを蓄積して
加熱する。これにより保護ガラスが加熱されて熱応力が
発生し、場合によっては保護ガラスが割れてしまう。保
護ガラスが割れてしまった場合には、スパッタ、ヒュー
ム等が直接集光レンズ等の光学部品に付着してしまい、
光学部品自身の故障を引き起こす。

【０００４】故に、本発明は、上記実情に鑑みなされた
ものであり、集光レンズ等の光学部品へスパッタ、ヒュ
ームが付着することによる光学部品の故障を防止するこ
とを技術的課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた請求項１の発明は、レーザー源から出
力されるレーザー光を集光して被加工物に照射するレー
ザー加工機の出力ヘッドにおいて、該出力ヘッドは、レ
ーザー光を入光するための入口孔及びレーザー光を出光
するための出口孔とを有するハウジングと、該ハウジン
グ内に収容され該ハウジング内を通過するレーザー光の
通過経路上に配置された集光レンズと、該集光レンズと
前記出力孔との間の前記通過経路上に配設された第１保
護ガラスと、該第１保護ガラスと前記出力孔との間の前
記通過経路上に配設された第２の保護ガラスとを具備す
ることを特徴としている。

【０００６】上記請求項１の発明によれば、出力ヘッド
は、集光レンズとハウジングの出力孔と間のレーザー光
の通過経路上に配設された第１保護ガラスと、第１保護
ガラスと出口孔との間のレーザー光の通過経路上に配設
された第２保護ガラスとを具備するものであるので、ハ
ウジングの入口孔から入光されたレーザー光は、集光レ
ンズ、第１保護ガラス、第２保護ガラスを通って出口孔
から出光され、被加工物に照射される。このため、被加
工物から発生するスパッタ、ヒューム等は、第２保護ガ
ラスに付着する。付着したスパッタ、ヒューム等から熱
を受けて第２保護ガラスが割れても、第１保護ガラスの
存在により集光レンズ等の光学部品に直接スパッタ、ヒ
ューム等が付着することはない。従って、集光レンズ等
の光学部品へスパッタ、ヒュームが付着することによる
光学部品の故障を防止することができる。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、前記第１保護ガラス、前記第２保護ガラス、
前記ハウジングによって画成された空間が形成されてい
るとともに、該空間の圧力を測定する圧力計が取り付け
られていることを特徴としている。

【０００８】上記請求項２の発明によれば、出力ヘッド
内には、第１保護ガラス、第２保護ガラス及びハウジン
グによって画成された空間が形成されている。この空間
の圧力は圧力計によって測定されている。したがって、
スパッタ、ヒューム等によって第２保護ガラスが割れた
場合には、画成空間内のガスが外部に漏れ出し、空間内
の圧力が低下する。この圧力低下を圧力計によって検知
することで、作業者は第２保護ガラスが割れたことを察
知することができる。このため、第２保護ガラスの破損
や割れを速やかに察知して交換することができる。

【０００９】第２保護ガラスの割れが察知できない場
合、第２保護ガラスが割れた状態でレーザー加工作業を
継続することになるが、この場合であると、スパッタ、
ヒューム等は第１保護ガラスに付着する。この状態では
第１保護ガラスの存在によりスパッタ、ヒューム等が集
光レンズ等の光学部品へ直接付着することはないが、第
１保護ガラスに付着したスパッタ、ヒュームの影響で、
いずれは第１保護ガラスも割れてしまうおそれがあり、
該第１保護ガラスも割れてしまうと、今度はスパッタ、
ヒューム等は光学部品へ直接付着し、光学部品の故障を
引き起こすこととなる。これに対し、本発明では、第２
保護ガラスが割れたことを察知できるので、割れた第２
保護ガラスを速やかに交換することができ、光学部品へ
の直接の付着を確実に防止することができる。

【００１０】また、第２保護ガラスにひび割れが生じた
場合、レーザー光がこのひび割れ部分で散乱してしまう
ために被加工物への所定の出力が得られない場合が生
じ、加工不良が発生する。この場合、第２保護ガラスに
ひび割れが生じたことを察知できないと、延々と加工不
良品が製造されることとなる。これに対し、本発明で
は、第２保護ガラスがひび割れたことを察知できるの
で、加工不良品は第２保護ガラスがひび割れたときのも
ののみで済む。このため、加工不良品の多量の発生を防
止することができる。

【００１１】

【実施の形態】以下、本発明を実施の形態により具体的
に説明する。

【００１２】図１は、本例におけるレーザー加工装置の
出力ヘッド部分の概略断面図である。図に示すように、
レーザー加工装置の出力ヘッド１は、ハウジング１１
と、ハウジング１１内に収容された集光レンズ１２、１
２と、第１保護ガラス１３、と、第２保護ガラス１４と
を具備する。

【００１３】ハウジング１１の図示頂部には、レーザー
光を入光するための入口孔１１ａが、図示底部には、レ
ーザー光を出光するための出口孔１１ｂが形成されてい
る。尚、これらの入口孔１１ａ、出口孔１１ｂは、本例
ではそれぞれハウジング１１の頂部及び底部に形成され
ているが、この形成位置は特に本例に限定されない。

【００１４】集光レンズ１２、１２は、入口孔１１ａか
ら入射してきたレーザー光を屈折させて被加工物３１の
表面上に焦点を合わせるためのものであり、図示せぬ固
定機構によってハウジング１１内を通過するレーザー光
の通過経路上の所定位置に配置している。

【００１５】第１保護ガラス１３は、その端部がハウジ
ング１１の内壁にＯリング１５、１５を介して固定され
ており、集光レンズ１２、１２と出口孔１１ｂとの間の
レーザー光の通過経路上に配設されている。第２保護ガ
ラス１４は、その端部がハウジング１１の内壁にＯリン
グ１６、１６を介して固定されており、第１保護ガラス
１３と出口孔１１ｂとの間のレーザー光の通過経路上に
配設されている。従って、第１保護ガラス１３は集光レ
ンズ１２、１２と第２保護ガラス１４との間に配設され
ていることになり、入口孔１１ａから出口孔１１ｂにか
けて、集光レンズ１２、１２、第１保護ガラス１３、第
２保護ガラス１４の順でレーザー光の通過経路上に配設
されていることになる。

【００１６】また、本例では、第１保護ガラス１３と第
２保護ガラス１４とは所定間隔を隔てて配置されてい
る。したがって、第１保護ガラス１３と、第２保護ガラ
ス１４と、ハウジング１１の内壁とで、画成空間１７が
形成される。画成空間１７には、通路２３及び通路２４
の一端が連通されており、通路２３の他端には圧力計１
８が、通路２４の他端にはガスボンベ等のガス源２６が
接続されている。また、通路２４の途中にはレギュレー
タ２５及び圧力計１９が取り付けられている。圧力計１
８は、画成空間１７内の圧力を測定している。圧力計１
９は、画成空間１７に付与する圧力を所定圧力に設定す
るために使用するものである。、また、画成空間１７か
らの微小な漏れによる圧力低下を補うため、レギュレー
タ２５を所定開度としてガス源２６からのガスを常に画
成空間１７内に供給し、画成空間１７内の圧力が通常の
漏れ状態では一定となるように設定してある。ガス源２
６として、ドライエア、窒素、アルゴン等の不活性ガス
を使用することができるが、本例ではドライエアを使用
した。

【００１７】上記構成の出力ヘッド１において、レーザ
ー源としてＹＡＧレーザー等のレーザー発振器２１から
出力されたレーザー光２２は、ミラー２７によってその
方向を変更された後に、ハウジング１１の入口孔１１ａ
から出力ヘッド１内に入光する。出力ヘッド１内に入光
したレーザー光は、集光レンズ１２、１２によって屈折
した後、第１保護ガラス１３、第２保護ガラス１４を透
過し、出口孔１１ｂから出光する。そして、レーザー光
が目的とする被加工物３１上に照射され、加工を行う。
このようなレーザー加工によって、被加工物３１を切削
したり、溶接したり、改質したりすることができる。

【００１８】被加工物３１にレーザー光が照射される
際、被加工物３１からスパッタ、ヒューム等が発生す
る。これらは第２保護ガラス１４に付着する。このため
第２保護ガラス１４はスパッタ、ヒューム等で汚染され
て汚れていくが、加工数とスパッタ等の付着量の関係か
ら設定された加工数毎に定期的に交換を行う。このよう
に第２保護ガラス１４はスパッタ、ヒューム等に常に曝
される状態であり、比較的頻繁に交換する必要があるの
で、この第２保護ガラス１４として、レーザー光の透過
率が９２％程度の安価な通常のガラス（例えばソーダ石
灰ガラス）を使用する。

【００１９】第２保護ガラス１４に付着したスパッタ、
ヒューム等は、レーザー光のエネルギーを吸収し、加熱
する。このため第２保護ガラス１４もそれに伴って加熱
される。この場合において、第２保護ガラス１４の交換
直後の加工で、レーザー光のエネルギーを吸収しやすい
位置にスパッタ、ヒューム等が付着した場合、定期的な
交換回数に達する前に熱応力によって第２保護ガラス１
４が割れることもある。しかしながら、本例では、第２
保護ガラス１４が割れた場合であっても、さらに第１保
護ガラス１３が集光レンズ１２、１２と出口孔１１ｂと
の間のレーザー光の通過経路上に配設されているので、
被加工物３１から発生するスパッタ、ヒューム等はこの
第１保護ガラス１３に付着するのみで、集光レンズ１
２、１２等の光学部品にこれらが付着することはない。
本例ではこのようにして光学部品をスパッタ、ヒューム
等から保護することができる。

【００２０】また、第２保護ガラスが割れた場合、画成
空間１７のガスが外部に多量に漏れ出すので、画成空間
１７の圧力が低下する。この圧力低下は圧力計１８ある
いは１９によって検出できる。したがって、圧力計１８
あるいは１９で測定される圧力値が所定以下となった場
合に警報等の異常表示等をするようにしておけば、作業
者は第２保護ガラス１４が破損したことにすぐに気づ
き、第２保護ガラス１４を速やかに交換することができ
る。このようにすれば第１保護ガラス１３にスパッタ、
ヒューム等が多量に付着することをも防止できるので、
第１保護ガラス１３の交換を不要とすることができる。
このため、第１保護ガラス１３として、レーザー光の透
過率が約９９．５％程度の高価なガラスを使用しても、
それを交換する必要がないことから、設備コストの増加
を極力押さえることができる。尚、第１保護ガラス１３
としてレーザー光透過率が９２％程度の安価なガラス、
つまり第２保護ガラス１４と同じ程度の安価なガラスを
使用することもできるが、この場合は２枚のガラスの累
積的な透過率が８５％程度となってしまい、被加工物３
１上での出力が低下してしまう。もともとのレーザー発
振器からの出力が大きい場合は問題ないが、出力低下を
防止するということが必要な場合であれば、第１保護ガ
ラス１３はレーザー光透過率が高いものが好ましい。こ
のようなレーザー光透過率が高いものとして、低反射コ
ーティングが施されたガラスを選択することができる。

【００２１】以上のように、本例に示すレーザー加工機
の出力ヘッド１は、レーザー光２２を入光するための入
口孔１１ａ及びレーザー光２２を出光するための出口孔
１１ｂとを有するハウジング１１と、該ハウジング１１
内に収容され該ハウジング内を通過するレーザー光の通
過経路上に配置された集光レンズ１２，１２と、該集光
レンズ１２，１２と出力孔１１ｂとの間のレーザー光の
通過経路上に配設された第１保護ガラス１３と、該第１
保護ガラス１３と出力孔１１ｂとの間のレーザー光の通
過経路上に配設された第２保護ガラス１４とを具備した
構成であり、被加工物３１から発生するスパッタ、ヒュ
ーム等は、第２保護ガラス１４に付着するので、付着し
たスパッタ、ヒューム等から熱を受けて第２保護ガラス
１４が割れても、第１保護ガラス１３の存在により集光
レンズ１２、１２等の光学部品に直接スパッタ、ヒュー
ム等が付着することはない。従って、集光レンズ１２、
１２等の光学部品へスパッタ、ヒュームが付着すること
による光学部品の故障を防止することができる。

【００２２】また、第１保護ガラス１３、第２保護ガラ
ス１４、ハウジング１１によって画成された画成空間１
７が形成されているとともに、画成空間１７の圧力を測
定する圧力計１８（あるいは圧力計１９）が取り付けら
れているため、スパッタ、ヒューム等によって第２保護
ガラス１４が割れた場合には、画成空間１７内のガスが
外部に漏れ出し、画成空間１７内の圧力が低下する。こ
の圧力低下を圧力計１８（あるいは圧力計１９）によっ
て検知することで、作業者は第２保護ガラス１４が割れ
たことを察知することができる。このため、第２保護ガ
ラス１４の破損や割れを速やかに検知し、交換すること
ができる。

【００２３】尚、第２保護ガラス１４の割れが検知でき
ない場合であると、第２保護ガラス１４が割れているに
もかかわらず加工作業が継続され、スパッタ、ヒューム
等は第１保護ガラス１３に付着する。そして、第１保護
ガラス１３に付着したスパッタ、ヒュームの影響で第１
保護ガラス１３も割れてしまった場合、スパッタ、ヒュ
ーム等は光学部品へ直接付着し、光学部品の故障を引き
起こすこととなる。これに対し、本例では、第２保護ガ
ラス１４が割れたことを察知できるので、割れた第２保
護ガラス１４を速やかに交換することができ、光学部品
への直接の付着を確実に防止することができる。

【００２４】また、第２保護ガラス１４にひび割れが生
じた場合であると、レーザー光がこのひび割れ部分で散
乱してしまうために被加工物への所定の出力が得られな
い場合が生じ、加工不良となる。この場合、第２保護ガ
ラス１４がひび割れたことを察知できないと、延々と加
工不良品が製造されることとなる。これに対し、本例で
は、第２保護ガラス１４がひび割れたことを察知できる
ので、加工不良品は第２保護ガラス１４がひび割れたと
きのもののみで済む。このため、加工不良品の多量の発
生を防止することができる。

【００２５】尚、本発明は、上記実施の形態で示した構
成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態で
は、集光レンズと出口孔との間のレーザー光通過経路上
に２枚の保護ガラス（第１保護ガラス１３及び第２保護
ガラス１４）を配設した例を示したが、２枚以上であれ
ば、本発明を実現することができる。従って、本例から
は、以下の技術的思想も把握できる。

【００２６】レーザー源から出力されるレーザー光を集
光して被加工物に照射するレーザー加工機の出力ヘッド
において、該出力ヘッドは、レーザー光を入光するため
の入口孔及びレーザー光を出光するための出口孔とを有
するハウジングと、該ハウジング内に収容され該ハウジ
ング内を通過するレーザー光の通過経路上に配置された
集光レンズと、該集光レンズと前記出力孔との間の前記
通過経路上に配設された少なくとも２枚以上の保護ガラ
スとを具備することを特徴とするレーザー加工機の出力
ヘッド。

【００２７】また、上記実施の形態では、第１保護ガラ
ス１３及び第２保護ガラス１４をＯリング１５、１６を
介して固定しているが、ガス源２６によって画成空間１
７に圧力を付与しているので、画成空間１７を確実に気
密空間とする必要もない。したがって、必要であればこ
れらのＯリングを除去してもよい。

【００２８】また、上記実施の形態では、圧力計１８と
圧力計１９の二つの圧力計が取り付けられている例を示
したが、特に必要のない場合であれば、圧力計は一つで
も良い。上記実施の形態の場合であれば、圧力計１８の
みが取り付けられた場合でも、本発明を達成することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集光レンズ等の光学部品へスパッタ、ヒュームが付着す
ることによる光学部品の故障を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における、レーザー加工機
の出力ヘッド付近の概略断面図である。

【図２】従来技術における、レーザー加工機の出力ヘッ
ド付近の概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・出力ヘッド１１・・・ハウジング、１１ａ・・・入口孔、１１
ｂ・・・出口孔１２・・・集光レンズ１３・・・第１保護ガラス１４・・・第２保護ガラス１７・・・画成空間（空間）１８、１９・・・圧力計２１・・・レーザー発振器（レーザー源）２２・・・レーザー光２５・・・レギュレータ２６・・・ガス源２７・・・ミラー３１・・・被加工物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎誠愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 CD01 CD15 CG00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー源から出力されるレーザー光を
集光して被加工物に照射するレーザー加工機の出力ヘッ
ドにおいて、該出力ヘッドは、レーザー光を入光するための入口孔及
びレーザー光を出光するための出口孔とを有するハウジ
ングと、該ハウジング内に収容され該ハウジング内を通
過するレーザー光の通過経路上に配置された集光レンズ
と、該集光レンズと前記出力孔との間の前記通過経路上
に配設された第１保護ガラスと、該第１保護ガラスと前
記出力孔との間の前記通過経路上に配設された第２の保
護ガラスとを具備することを特徴とするレーザー加工機
の出力ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記第１保護ガラス、前記第２保護ガラス、前記ハウジ
ングによって画成された空間が形成されているととも
に、該空間の圧力を測定する圧力計が取り付けられてい
ることを特徴とするレーザー加工機の出力ヘッド。