JP4675030B2 - レーザ光伝達装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射対象から反射したレーザ光に対して耐性の強いレーザ光伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のレーザ光伝達装置が用いられたレーザ加工装置を示す図である。この図５に示すように、レーザ光伝達装置１は、レーザ発振器２から発せられたレーザ光を加工ヘッド３を介して照射対象（被加工物）であるワークＷに導くものである。レーザ光伝達装置１は、レーザ発振器２により発せられたレーザ光を導く光ファイバ５とこの光ファイバ５の出射側に設けられた光ファイバコネクタ７とから構成されている。このレーザ光伝達装置１の光ファイバ５の入射端部がレーザ発振器２に接続され、光ファイバコネクタ７の出射側の端部が加工ヘッド３に接続されて、レーザ加工装置が構成されている。
加工ヘッド３は、光ファイバコネクタ７から出射されたレーザ光９を平行光にするためのコリメートレンズ１１および平行光を集光させるための集光レンズ１３の２枚のレンズを備えている。そして、レーザ発振器２から出力されたレーザ光は、レーザ光伝達装置１および加工ヘッド３を介してワークＷ上に集光され、切断、溶接および穴開け等のレーザ加工が行われる。
【０００３】
図６に示すように、光ファイバ５は、光ファイバ芯線１７とこの光ファイバ芯線１７の外周面を被覆する樹脂製の被覆部１９とを備えている。この光ファイバ５の出射端部は、被覆部１９が剥がされて、光ファイバ芯線１７が露出されている。光ファイバ５の出射端部のうち被覆部１９で覆われている部分はスリーブ２１によって把持されている。このスリーブ２１は、筒状のコネクタ本体２３内に挿入されて、コネクタ本体２３にねじ止め（図示せず）により固定されている。
また、コネクタ本体２３内の出射側の端より少し後退した位置には、光ファイバ芯線１７が挿通される挿通孔２５を有する壁部２７が形成されている。そして、レーザ光９は、光ファイバ芯線１７によって規定された角度で光ファイバ芯線１７の出射端面から出射され、加工ヘッド３のコリメートレンズ１１に向かうようになっている。
【０００４】
ところが、レーザ加工、特にレーザ溶接を行うとき、ワークＷとして、アルミ、銅などのＹＡＧレーザ光に対して高い反射率をもつ材料を選択した場合、加工条件不良や焦点位置ずれ等の理由でワークＷがレーザ光を吸収しない状況が発生し、レーザ加工ができないことがある。この場合、レーザ光９はワークＷによって反射されて、光ファイバコネクタ７に戻ってくる。このようなレーザ光（反射光）は、均一な状態ではないワークＷの表面を反射するとともに、コリメートレンズ１１および集光レンズ１３の２枚のレンズを一往復しているため、出射直後のビーム品質よりも劣化している。このため、ワークＷから反射したレーザ光は、出射直後のレーザ光とは異なる光路を辿って光ファイバコネクタ７に戻ってくる。
【０００５】
例えば、図７において一点鎖線で示すように、ワークＷから反射したレーザ光２９がコネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５に向けて進入した場合には、上記レーザ光２９が壁部２７の挿通孔２５の周辺を加熱するため、壁部２７の挿通孔２５の周辺の温度が極度に上昇し、光ファイバ芯線１７を溶融、断線させる虞がある。また、ワークＷから反射したレーザ光３０が光ファイバ芯線１７を側面から通過してコネクタ本体２３内に進入した場合には、光ファイバ５の被覆部１９を焼損する虞がある。
【０００６】
上記不都合を試験により確認した。すなわち、光ファイバコネクタ７が出射側に取り付けられた光ファイバ５に、出力１ｋＷのレーザ光を入射し、加工ヘッド３を介して銅板からなるワークＷにレーザ光を集光・照射した。照射条件は、レーザ光をワークＷに対して垂直に照射するようにし、焦点はワークＷより下側に設定して、照射したレーザ光がワークＷによって最大量反射されるようにした。上記条件でワークＷにレーザ光を照射した結果、約４秒で光ファイバ５が断線した。この試験の後、光ファイバコネクタ７の分解調査を行ったところ、光ファイバ５の被覆部１９が焼損し、光ファイバ芯線１７が溶断していた。
【０００７】
このような損傷を防止するため、従来においては、光ファイバの出射端部に、ワークから反射したレーザ光を反射させる略錐状の端面（反射面）を有するキャップを、光ファイバとは非接触に取り付けて、ワークから反射したレーザ光をキャップの端面により反射させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２８３０８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、キャップの端面によりワークから反射したレーザ光を反射させることはできるが、キャップ内部の光ファイバとキャップとの間の隙間に進入するレーザ光には対応することができず、このレーザ光により光ファイバが損傷する虞がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、光ファイバが損傷するのを防止することができるレーザ光伝達装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のレーザ光伝達装置は、レーザ発振器により発せられたレーザ光を照射対象に導く光ファイバと、この光ファイバの出射側に設けられ、加工ヘッドに接続される筒状のコネクタと、このコネクタの出射側の端部に設けられ、該コネクタの出射側の開口を塞ぐ遮光部材とを備え、前記遮光部材は、前記光ファイバの出射端面より前方に設けられて、前記光ファイバの出射端面からのレーザ光を通過させるとともに、前記照射対象から反射したレーザ光を反射させる内周面を有する通過孔を備え、
前記遮光部材には、前記光ファイバの出射端部を非接触に収納するとともに、前記通過孔に連通されている収納部が形成され、
前記光ファイバは、光ファイバ芯線とこの光ファイバ芯線の外周面を被覆する被覆部とを備え、
前記光ファイバの出射端部は、前記被覆部が剥がされて、前記光ファイバ芯線が露出され、
前記筒状のコネクタは、光ファイバ芯線の出射端部が挿通される挿通孔を有する壁部を備え、
前記遮光部材は、出射側の端面が反射面とされ、かつ、前記筒状のコネクタの出射側の端部と前記壁部とで形成される凹み部に嵌入されて固定されていることを特徴とする。
【００１２】
光ファイバの出射側に設けられたコネクタの出射側の端部に、照射対象から反射したレーザ光（以後、「反射光」と言う。）を反射させる内周面を有する通過孔が形成された遮光部材を設けているので、コネクタ内に進入する反射光の量が低減する。したがって、コネクタ内に進入したレーザ光によって光ファイバが損傷せず、安定したレーザ加工が行われる。
また、遮光部材に、光ファイバの出射端部を非接触に収納する収納部が形成されているので、反射光を受けた遮光部材が加熱しても、収納部により形成された空間が光ファイバと遮光部材とを熱的に遮断するため、光ファイバが加熱した遮光部材の影響を受けない。したがって、加熱した遮光部材により光ファイバが損傷しない。
【００１３】
請求項２に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１に記載の発明において、前記遮光部材の前記通過孔は、前記光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明においては、遮光部材の通過孔を、光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、光ファイバの出射端面からのレーザ光が損失なく出射される。
【００１５】
請求項３に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１に記載の発明において、前記遮光部材の前記通過孔は、両端部が前記光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成され、中間部が円柱状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明においては、遮光部材の通過孔の両端部を、光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、光ファイバの出射端面からのレーザ光が損失なく出射される。また、通過孔の中間部を円柱状に形成しているので、通過孔内に進入した反射光は、通過孔のうち、切頭円錐形状の部分の内周面と円筒状の部分の内周面とで異なる角度で反射されるため、コネクタ内に反射光が進入するのをさらに防止される。
【００１９】
請求項４に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記遮光部材に、該遮光部材の温度が予め設定された温度に達したときに、前記レーザ発振器を停止させる信号を前記レーザ発振器に送る温度センサが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明においては、遮光部材の温度が予め設定された温度に達したとき、すなわち照射対象に対する加工不良等に起因する反射光の増加により遮光部材の温度が上昇して、この温度が予め設定された温度に達したとき、レーザ発振器を停止させるための信号をレーザ発振器に送る温度センサを設けているので、加工不良等が発生した場合に、レーザ発振器が自動的に停止するため、照射対象に対する加工不良等が長時間継続することがない。
また、加工不良が発生した場合に、レーザ光発振器を自動的に停止させるため、レーザ光発振器によるレーザ光の出射条件等が悪いことを、使用者等に報知することができる。これにより、焦点の位置や出力等の条件を変更して、より良い条件でレーザ光をワークに照射することができる。
【００２１】
請求項５に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記壁部の前記挿通孔の内周面と前記光ファイバ芯線の出射端部の外周面との間に、壁部遮光部材が設けられ、この壁部遮光部材の前記遮光部材側の端面に、レーザ光を反射する反射部が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明においては、光ファイバ芯線の出射端部の外周面と壁部の挿通孔の内周面との間に、反射部が形成されている壁部遮光部材が設けられているので、反射光が壁部の挿通孔を通過しても、この反射光は壁部遮光部材の反射部により反射されるため、反射光により光ファイバの被覆部が焼損しないとともに、コネクタが加熱されない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、図５乃至図７と同一構成要素には、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１は、本発明の第１実施の形態に係るレーザ光伝達装置１Ａを示す断面図である。
光ファイバコネクタ（コネクタ）７のコネクタ本体２３の出射側の端部には、このコネクタ本体２３の出射側の端部と壁部２７とにより形成された凹み部３３が形成されており、この凹み部３３に、反射光がコネクタ本体２３内に進入するのを阻止する遮光ブロック（遮光部材）３５が嵌入されて固定されている。
【００２４】
遮光ブロック３５の後側（図１において左側）の中央部分には、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５から外方に突出した光ファイバ芯線１７の出射側端部を非接触に収納する収納部３７が形成されている。また、遮光ブロック３５の前側（図１において右側）の中央部分には、光ファイバ芯線１７の出射端面からのレーザ光９を通過させる通過孔３９が収納部３７に連通されて形成されている。この通過孔３９は光ファイバ芯線１７の出射端面の前方に位置している。また、通過孔３９は、光ファイバ芯線１７の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状（円錐台形状）に形成されており、その内周面４１は、反射光を反射する鏡面状の反射面とされている。また、遮光ブロック３５の出射側の端面３５ａは、反射光を反射させる鏡面状の反射面とされている。
なお、遮光ブロック３５の材質としては、レーザ光に対して高い反射率を持ち、かつ熱伝導率の良い銅、アルミ合金および真鍮などが好ましい。
【００２５】
また、遮光ブロック３５の後側の部分の外周面と収納部３７との間には、後側に開口された凹み部４３が形成されており、この凹み部４３に遮光ブロック３５の温度を測定する温度センサ４５が挿入されている。温度センサ４５は、レーザ光発振器２に電気的に接続され、遮光ブロック３５の温度が予め設定された温度に達すると、レーザ発振器２を停止させるためのアラーム信号をレーザ発振器２に送って、レーザ発振器２を停止させるようになっている。
なお、本実施の形態では、上記設定温度は、１００℃に設定されているが、これに限定されるものではなく、遮光ブロック３５の材質等に応じて適宜変更可能である。
【００２６】
このように構成されたレーザ光伝達装置１Ａにあっては、光ファイバコネクタ７のコネクタ本体２３の出射側の端部に遮光ブロック３５を設けているので、コネクタ本体２３に向かう反射光の一部は、遮光ブロック３５の端面３５ａによって反射され、コネクタ本体２３内に進入するレーザ光の量を低減することができる。したがって、コネクタ本体２３内に進入した反射光により光ファイバ５の被覆部１９が焼損するのを防止することができる。また、コネクタ本体２３内に進入した反射光がコネクタ本体２３の壁部２７に照射されて、この壁部２７が加熱されるのを防止することができるため、壁部２７の急激な温度上昇によって、壁部２７の挿通孔２５に挿通された光ファイバ芯線１７が溶融したり、あるいは断線したりするのを防止することができる。よって、安定したレーザ加工を行うことができる。
【００２７】
また、遮光ブロック３５に、光ファイバ５の出射端部を非接触に収納する収納部３７が形成されているので、ワークＷから反射したレーザ光により遮光ブロック３５が加熱されても、収納部３７により形成された空間Ｓが光ファイバ５と遮光ブロック３５とを熱的に遮断するため、光ファイバ５が加熱した遮光ブロック３５の影響を受けるのを防止することができ、遮光ブロック３５の加熱により光ファイバが損傷するのを防止することができる。
【００２８】
また、遮光ブロック３５の通過孔３９を、光ファイバ５の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができる。
【００２９】
また、遮光ブロック３５の温度が予め設定された温度に達したとき、すなわちワークＷに対する加工不良等の理由により反射光の増加により遮光ブロック３５の温度が上昇して、この温度が設定した温度に達したときに、レーザ発振器２を停止させるためのアラーム信号をレーザ発振器２に送る温度センサ４５を設けているので、ワークＷに対する加工不良等が発生した場合に、レーザ発振器２を自動的に停止させるため、ワークＷに対する加工不良等が長時間継続するのを防止することができる。
また、加工不良が発生した場合に、レーザ光発振器２を自動的に停止させるため、レーザ光発振器２によるレーザ光の出射条件等が悪いことを、使用者等に報知することができる。これにより、焦点の位置や出力等の条件を変更して、より良い条件でレーザ光をワークＷに照射することができる。
【００３０】
上記効果を試験により確認したところ、以下のような結果となった。すなわち、上記構成のレーザ光伝達装置１の光ファイバ５に、出力１ｋＷのレーザ光を入射し、加工ヘッド３を介して銅板からなるワークＷにレーザ光を集光・照射した。照射条件は、レーザ光をワークＷに対して垂直に照射するようにし、焦点はワークＷより下側に設定して、照射したレーザ光がワークＷによって最大量反射されるようにした。また、温度センサ４５の設定温度は、１００℃に設定した。上記条件でワークＷにレーザ光を照射した結果、約２秒で遮光ブロック３５の温度が１００℃に達し、レーザ発振器２が停止した。その後、光ファイバコネクタ７の分解調査を行ったところ、光ファイバ５の光ファイバ芯線１７には熱の影響を受けた痕跡が全く見当たらなかった。
【００３１】
図２および図３は、本発明の第２実施の形態に係るレーザ光伝達装置１Ｂを示す図である。なお、図２および図３において、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を簡略化する。
図２および図３に示すように、コネクタ本体２３の出射側の端部の凹み部３３に、反射光がコネクタ本体２３内に進入するのを阻止する遮光ブロック（遮光部材）５５が嵌入されて固定されている。
【００３２】
遮光ブロック５５の後側の部分には、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５から外方に突出した光ファイバ芯線１７の出射側端部を非接触に収納する収納部５７が形成されている。また、遮光ブロック５５の前側の部分には、光ファイバ芯線１７の出射端面からのレーザ光９を通過させる通過孔５９が収納部５７に連通して形成されている。この通過孔５９は、光ファイバ芯線１７の出射端面より前方に位置している。また、通過孔５９は、図３に示すように、両端部５９ａが光ファイバ芯線１７の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成され、中間部５９ｂが円柱状に形成されている。すなわち、通過孔５９は、切頭円錐形状に形成された孔（図３において一点鎖線参照）の中間部を、円柱状に形成した形状をなしている。また、通過孔５９の内周面６１は、反射光を反射する鏡面状の反射面とされている。また、遮光ブロック５５の出射側の端面５５ａは、反射光を反射させる鏡面状の反射面とされている。
なお、遮光ブロック５５の材質としては、レーザ光に対して高い反射率を持ち、かつ熱伝導率の良い銅、アルミ合金および真鍮などが好ましい。
【００３３】
また、遮光ブロック５５の後側の部分の外周面と収納部５７との間には、後側に開口された凹み部６３が形成されており、この凹み部６３に遮光ブロック５５の温度を測定する温度センサ４５が挿入されている。
【００３４】
このように構成されたレーザ光伝達装置１Ｂにあっては、第１実施の形態と同様な作用効果を奏するとともに、遮光ブロック５５の通過孔５９の両端部５９ａを、光ファイバ５の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、光ファイバ５の出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができる。また、通過孔５９の中間部５９ｂを円柱状に形成しているので、通過孔５９内に進入してきた反射光は、通過孔５９のうち、切頭円錐形状の部分の内周面と円筒状の部分の内周面とで異なる角度で反射されるため、コネクタ本体２３内に反射光が進入するのをさらに防止することができる。
【００３５】
図４は、本発明の第３実施の形態に係るレーザ光伝達装置１Ｃを示す図である。なお、図４において、図２および図３と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を簡略化する。
図４に示すように、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５の内周面と光ファイバ芯線１７の外周面との間に、反射光が挿通孔２５を介してコネクタ本体２３内に進入するのを防止する筒状の壁部遮光部材７５が、コネクタ本体２３に固定されている。
壁部遮光部材７５の遮光ブロック５５側の端面には、レーザ光に対して高い反射率を有する反射膜（反射部）７７が形成されている。なお、この反射膜７７としては、例えば、金、銀などの金属膜または誘電体膜等を用いることができる。
【００３６】
このように構成されたレーザ光伝達装置１Ｃにあっては、第１実施の形態と同様な作用効果を奏するとともに、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５の内周面と光ファイバ芯線１７の外周面との間に壁部遮光部材７５を設けているので、反射光が遮光ブロック３５の挿通孔２５を通過しても、壁部遮光部材７５の反射膜７７が反射光を反射するため、反射光により光ファイバ５の被覆部１９が焼損するのを防止することができるとともに、コネクタ本体２３の壁部２７が加熱されるのをさらに防止することができる。
【００３７】
本発明は、上述した各実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施の形態では、遮光ブロック３５，５５の端面３５ａ，５５ａおよび通過孔３９，５９の内周面４１，６１は、鏡面状に形成されているが、これに代えて、これらの面３５ａ，５５ａ，４１，６１を、反射光を散乱反射させるために粗面状に形成するようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載のレーザ光伝達装置によれば、コネクタ内に進入する反射光の量を低減させることができるため、コネクタ内に進入したレーザ光によって光ファイバが損傷するのを防止することができ、安定したレーザ加工を行うことができる。
また、反射光を受けた遮光部材が加熱しても、収納部により形成された空間が光ファイバと遮光部材とを熱的に遮断するため、光ファイバが加熱した遮光部材の影響を受けるのを防止することができ、加熱した遮光部材により光ファイバが損傷するのを防止することができる。
【００４０】
請求項２に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、光ファイバの出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができる。
【００４１】
請求項３に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、光ファイバの出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができるとともに、コネクタ内に反射光が進入するのをさらに防止することができる。
【００４３】
請求項４に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明と同様な効果を奏するとともに、加工不良等が発生した場合に、レーザ発振器を自動的に停止させることができるので、照射対象に対する加工不良等が長時間継続するのを防止することができる。また、レーザ光発振器によるレーザ光の出射条件等が悪いことを、使用者等に報知することができ、焦点の位置や出力等の条件を変更して、より良い条件でレーザ光をワークに照射することができる。
【００４４】
請求項５に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明と同様な効果を奏するとともに、反射光が壁部遮光部材の通過孔を通過しても、この反射光を壁部遮光部材の反射部により反射することができるため、反射光により光ファイバの被覆部が焼損するのを防止することができるとともに、コネクタが加熱するのをさらに防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るレーザ光伝達装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施の形態に係るレーザ光伝達装置を示す断面図である。
【図３】図２の遮光部材を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係るレーザ光伝達装置を示す断面図である。
【図５】従来のレーザ光伝達装置が用いられたレーザ加工装置を示す図である。
【図６】図５の光ファイバコネクタを拡大して示す断面図である。
【図７】図５の光ファイバコネクタ内に反射光が入射している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ レーザ光伝達装置
２ レーザ発振器
３ 光ファイバ
７ 光ファイバコネクタ（コネクタ）
９ レーザ光
１７ 光ファイバ芯線
１９ 被覆部
２５ 挿通孔
３５，５５ 遮光ブロック（遮光部材）
３７，５７ 収納部
３９，５９ 通過孔
４１，６１ 内周面
４５ 温度センサ
７５ 壁部遮光部材
７７ 反射膜（反射部）
Ｗ ワーク（照射対象）
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射対象から反射したレーザ光に対して耐性の強いレーザ光伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のレーザ光伝達装置が用いられたレーザ加工装置を示す図である。この図５に示すように、レーザ光伝達装置１は、レーザ発振器２から発せられたレーザ光を加工ヘッド３を介して照射対象（被加工物）であるワークＷに導くものである。レーザ光伝達装置１は、レーザ発振器２により発せられたレーザ光を導く光ファイバ５とこの光ファイバ５の出射側に設けられた光ファイバコネクタ７とから構成されている。このレーザ光伝達装置１の光ファイバ５の入射端部がレーザ発振器２に接続され、光ファイバコネクタ７の出射側の端部が加工ヘッド３に接続されて、レーザ加工装置が構成されている。
加工ヘッド３は、光ファイバコネクタ７から出射されたレーザ光９を平行光にするためのコリメートレンズ１１および平行光を集光させるための集光レンズ１３の２枚のレンズを備えている。そして、レーザ発振器２から出力されたレーザ光は、レーザ光伝達装置１および加工ヘッド３を介してワークＷ上に集光され、切断、溶接および穴開け等のレーザ加工が行われる。
【０００３】
図６に示すように、光ファイバ５は、光ファイバ芯線１７とこの光ファイバ芯線１７の外周面を被覆する樹脂製の被覆部１９とを備えている。この光ファイバ５の出射端部は、被覆部１９が剥がされて、光ファイバ芯線１７が露出されている。光ファイバ５の出射端部のうち被覆部１９で覆われている部分はスリーブ２１によって把持されている。このスリーブ２１は、筒状のコネクタ本体２３内に挿入されて、コネクタ本体２３にねじ止め（図示せず）により固定されている。
また、コネクタ本体２３内の出射側の端より少し後退した位置には、光ファイバ芯線１７が挿通される挿通孔２５を有する壁部２７が形成されている。そして、レーザ光９は、光ファイバ芯線１７によって規定された角度で光ファイバ芯線１７の出射端面から出射され、加工ヘッド３のコリメートレンズ１１に向かうようになっている。
【０００４】
ところが、レーザ加工、特にレーザ溶接を行うとき、ワークＷとして、アルミ、銅などのＹＡＧレーザ光に対して高い反射率をもつ材料を選択した場合、加工条件不良や焦点位置ずれ等の理由でワークＷがレーザ光を吸収しない状況が発生し、レーザ加工ができないことがある。この場合、レーザ光９はワークＷによって反射されて、光ファイバコネクタ７に戻ってくる。このようなレーザ光（反射光）は、均一な状態ではないワークＷの表面を反射するとともに、コリメートレンズ１１および集光レンズ１３の２枚のレンズを一往復しているため、出射直後のビーム品質よりも劣化している。このため、ワークＷから反射したレーザ光は、出射直後のレーザ光とは異なる光路を辿って光ファイバコネクタ７に戻ってくる。
【０００５】
例えば、図７において一点鎖線で示すように、ワークＷから反射したレーザ光２９がコネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５に向けて進入した場合には、上記レーザ光２９が壁部２７の挿通孔２５の周辺を加熱するため、壁部２７の挿通孔２５の周辺の温度が極度に上昇し、光ファイバ芯線１７を溶融、断線させる虞がある。また、ワークＷから反射したレーザ光３０が光ファイバ芯線１７を側面から通過してコネクタ本体２３内に進入した場合には、光ファイバ５の被覆部１９を焼損する虞がある。
【０００６】
上記不都合を試験により確認した。すなわち、光ファイバコネクタ７が出射側に取り付けられた光ファイバ５に、出力１ｋＷのレーザ光を入射し、加工ヘッド３を介して銅板からなるワークＷにレーザ光を集光・照射した。照射条件は、レーザ光をワークＷに対して垂直に照射するようにし、焦点はワークＷより下側に設定して、照射したレーザ光がワークＷによって最大量反射されるようにした。上記条件でワークＷにレーザ光を照射した結果、約４秒で光ファイバ５が断線した。この試験の後、光ファイバコネクタ７の分解調査を行ったところ、光ファイバ５の被覆部１９が焼損し、光ファイバ芯線１７が溶断していた。
【０００７】
このような損傷を防止するため、従来においては、光ファイバの出射端部に、ワークから反射したレーザ光を反射させる略錐状の端面（反射面）を有するキャップを、光ファイバとは非接触に取り付けて、ワークから反射したレーザ光をキャップの端面により反射させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２８３０８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、キャップの端面によりワークから反射したレーザ光を反射させることはできるが、キャップ内部の光ファイバとキャップとの間の隙間に進入するレーザ光には対応することができず、このレーザ光により光ファイバが損傷する虞がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、光ファイバが損傷するのを防止することができるレーザ光伝達装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のレーザ光伝達装置は、レーザ発振器により発せられたレーザ光を照射対象に導く光ファイバと、この光ファイバの出射側に設けられ、加工ヘッドに接続される筒状のコネクタと、このコネクタの出射側の端部に設けられ、該コネクタの出射側の開口を塞ぐ遮光部材とを備え、前記遮光部材は、前記光ファイバの出射端面より前方に設けられて、前記光ファイバの出射端面からのレーザ光を通過させるとともに、前記照射対象から反射したレーザ光を反射させる内周面を有する通過孔を備え、
前記遮光部材には、前記光ファイバの出射端部を非接触に収納するとともに、前記通過孔に連通されている収納部が形成され、
前記光ファイバは、光ファイバ芯線とこの光ファイバ芯線の外周面を被覆する被覆部とを備え、
前記光ファイバの出射端部は、前記被覆部が剥がされて、前記光ファイバ芯線が露出され、
前記筒状のコネクタは、光ファイバ芯線の出射端部が挿通される挿通孔を有する壁部を備え、
前記遮光部材は、出射側の端面が反射面とされ、かつ、前記筒状のコネクタの出射側の端部と前記壁部とで形成される凹み部に嵌入されて固定されていることを特徴とする。
【００１２】
光ファイバの出射側に設けられたコネクタの出射側の端部に、照射対象から反射したレーザ光（以後、「反射光」と言う。）を反射させる内周面を有する通過孔が形成された遮光部材を設けているので、コネクタ内に進入する反射光の量が低減する。したがって、コネクタ内に進入したレーザ光によって光ファイバが損傷せず、安定したレーザ加工が行われる。
また、遮光部材に、光ファイバの出射端部を非接触に収納する収納部が形成されているので、反射光を受けた遮光部材が加熱しても、収納部により形成された空間が光ファイバと遮光部材とを熱的に遮断するため、光ファイバが加熱した遮光部材の影響を受けない。したがって、加熱した遮光部材により光ファイバが損傷しない。
【００１３】
請求項２に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１に記載の発明において、前記遮光部材の前記通過孔は、前記光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明においては、遮光部材の通過孔を、光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、光ファイバの出射端面からのレーザ光が損失なく出射される。
【００１５】
請求項３に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１に記載の発明において、前記遮光部材の前記通過孔は、両端部が前記光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成され、中間部が円柱状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明においては、遮光部材の通過孔の両端部を、光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、光ファイバの出射端面からのレーザ光が損失なく出射される。また、通過孔の中間部を円柱状に形成しているので、通過孔内に進入した反射光は、通過孔のうち、切頭円錐形状の部分の内周面と円筒状の部分の内周面とで異なる角度で反射されるため、コネクタ内に反射光が進入するのをさらに防止される。
【００１９】
請求項４に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記遮光部材に、該遮光部材の温度が予め設定された温度に達したときに、前記レーザ発振器を停止させる信号を前記レーザ発振器に送る温度センサが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明においては、遮光部材の温度が予め設定された温度に達したとき、すなわち照射対象に対する加工不良等に起因する反射光の増加により遮光部材の温度が上昇して、この温度が予め設定された温度に達したとき、レーザ発振器を停止させるための信号をレーザ発振器に送る温度センサを設けているので、加工不良等が発生した場合に、レーザ発振器が自動的に停止するため、照射対象に対する加工不良等が長時間継続することがない。
また、加工不良が発生した場合に、レーザ光発振器を自動的に停止させるため、レーザ光発振器によるレーザ光の出射条件等が悪いことを、使用者等に報知することができる。これにより、焦点の位置や出力等の条件を変更して、より良い条件でレーザ光をワークに照射することができる。
【００２１】
請求項５に記載のレーザ光伝達装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記壁部の前記挿通孔の内周面と前記光ファイバ芯線の出射端部の外周面との間に、壁部遮光部材が設けられ、この壁部遮光部材の前記遮光部材側の端面に、レーザ光を反射する反射部が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明においては、光ファイバ芯線の出射端部の外周面と壁部の挿通孔の内周面との間に、反射部が形成されている壁部遮光部材が設けられているので、反射光が壁部の挿通孔を通過しても、この反射光は壁部遮光部材の反射部により反射されるため、反射光により光ファイバの被覆部が焼損しないとともに、コネクタが加熱されない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、図５乃至図７と同一構成要素には、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１は、本発明の第１実施の形態に係るレーザ光伝達装置１Ａを示す断面図である。
光ファイバコネクタ（コネクタ）７のコネクタ本体２３の出射側の端部には、このコネクタ本体２３の出射側の端部と壁部２７とにより形成された凹み部３３が形成されており、この凹み部３３に、反射光がコネクタ本体２３内に進入するのを阻止する遮光ブロック（遮光部材）３５が嵌入されて固定されている。
【００２４】
遮光ブロック３５の後側（図１において左側）の中央部分には、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５から外方に突出した光ファイバ芯線１７の出射側端部を非接触に収納する収納部３７が形成されている。また、遮光ブロック３５の前側（図１において右側）の中央部分には、光ファイバ芯線１７の出射端面からのレーザ光９を通過させる通過孔３９が収納部３７に連通されて形成されている。この通過孔３９は光ファイバ芯線１７の出射端面の前方に位置している。また、通過孔３９は、光ファイバ芯線１７の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状（円錐台形状）に形成されており、その内周面４１は、反射光を反射する鏡面状の反射面とされている。また、遮光ブロック３５の出射側の端面３５ａは、反射光を反射させる鏡面状の反射面とされている。
なお、遮光ブロック３５の材質としては、レーザ光に対して高い反射率を持ち、かつ熱伝導率の良い銅、アルミ合金および真鍮などが好ましい。
【００２５】
また、遮光ブロック３５の後側の部分の外周面と収納部３７との間には、後側に開口された凹み部４３が形成されており、この凹み部４３に遮光ブロック３５の温度を測定する温度センサ４５が挿入されている。温度センサ４５は、レーザ光発振器２に電気的に接続され、遮光ブロック３５の温度が予め設定された温度に達すると、レーザ発振器２を停止させるためのアラーム信号をレーザ発振器２に送って、レーザ発振器２を停止させるようになっている。
なお、本実施の形態では、上記設定温度は、１００℃に設定されているが、これに限定されるものではなく、遮光ブロック３５の材質等に応じて適宜変更可能である。
【００２６】
このように構成されたレーザ光伝達装置１Ａにあっては、光ファイバコネクタ７のコネクタ本体２３の出射側の端部に遮光ブロック３５を設けているので、コネクタ本体２３に向かう反射光の一部は、遮光ブロック３５の端面３５ａによって反射され、コネクタ本体２３内に進入するレーザ光の量を低減することができる。したがって、コネクタ本体２３内に進入した反射光により光ファイバ５の被覆部１９が焼損するのを防止することができる。また、コネクタ本体２３内に進入した反射光がコネクタ本体２３の壁部２７に照射されて、この壁部２７が加熱されるのを防止することができるため、壁部２７の急激な温度上昇によって、壁部２７の挿通孔２５に挿通された光ファイバ芯線１７が溶融したり、あるいは断線したりするのを防止することができる。よって、安定したレーザ加工を行うことができる。
【００２７】
また、遮光ブロック３５に、光ファイバ５の出射端部を非接触に収納する収納部３７が形成されているので、ワークＷから反射したレーザ光により遮光ブロック３５が加熱されても、収納部３７により形成された空間Ｓが光ファイバ５と遮光ブロック３５とを熱的に遮断するため、光ファイバ５が加熱した遮光ブロック３５の影響を受けるのを防止することができ、遮光ブロック３５の加熱により光ファイバが損傷するのを防止することができる。
【００２８】
また、遮光ブロック３５の通過孔３９を、光ファイバ５の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができる。
【００２９】
また、遮光ブロック３５の温度が予め設定された温度に達したとき、すなわちワークＷに対する加工不良等の理由により反射光の増加により遮光ブロック３５の温度が上昇して、この温度が設定した温度に達したときに、レーザ発振器２を停止させるためのアラーム信号をレーザ発振器２に送る温度センサ４５を設けているので、ワークＷに対する加工不良等が発生した場合に、レーザ発振器２を自動的に停止させるため、ワークＷに対する加工不良等が長時間継続するのを防止することができる。
また、加工不良が発生した場合に、レーザ光発振器２を自動的に停止させるため、レーザ光発振器２によるレーザ光の出射条件等が悪いことを、使用者等に報知することができる。これにより、焦点の位置や出力等の条件を変更して、より良い条件でレーザ光をワークＷに照射することができる。
【００３０】
上記効果を試験により確認したところ、以下のような結果となった。すなわち、上記構成のレーザ光伝達装置１の光ファイバ５に、出力１ｋＷのレーザ光を入射し、加工ヘッド３を介して銅板からなるワークＷにレーザ光を集光・照射した。照射条件は、レーザ光をワークＷに対して垂直に照射するようにし、焦点はワークＷより下側に設定して、照射したレーザ光がワークＷによって最大量反射されるようにした。また、温度センサ４５の設定温度は、１００℃に設定した。上記条件でワークＷにレーザ光を照射した結果、約２秒で遮光ブロック３５の温度が１００℃に達し、レーザ発振器２が停止した。その後、光ファイバコネクタ７の分解調査を行ったところ、光ファイバ５の光ファイバ芯線１７には熱の影響を受けた痕跡が全く見当たらなかった。
【００３１】
図２および図３は、本発明の第２実施の形態に係るレーザ光伝達装置１Ｂを示す図である。なお、図２および図３において、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を簡略化する。
図２および図３に示すように、コネクタ本体２３の出射側の端部の凹み部３３に、反射光がコネクタ本体２３内に進入するのを阻止する遮光ブロック（遮光部材）５５が嵌入されて固定されている。
【００３２】
遮光ブロック５５の後側の部分には、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５から外方に突出した光ファイバ芯線１７の出射側端部を非接触に収納する収納部５７が形成されている。また、遮光ブロック５５の前側の部分には、光ファイバ芯線１７の出射端面からのレーザ光９を通過させる通過孔５９が収納部５７に連通して形成されている。この通過孔５９は、光ファイバ芯線１７の出射端面より前方に位置している。また、通過孔５９は、図３に示すように、両端部５９ａが光ファイバ芯線１７の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成され、中間部５９ｂが円柱状に形成されている。すなわち、通過孔５９は、切頭円錐形状に形成された孔（図３において一点鎖線参照）の中間部を、円柱状に形成した形状をなしている。また、通過孔５９の内周面６１は、反射光を反射する鏡面状の反射面とされている。また、遮光ブロック５５の出射側の端面５５ａは、反射光を反射させる鏡面状の反射面とされている。
なお、遮光ブロック５５の材質としては、レーザ光に対して高い反射率を持ち、かつ熱伝導率の良い銅、アルミ合金および真鍮などが好ましい。
【００３３】
また、遮光ブロック５５の後側の部分の外周面と収納部５７との間には、後側に開口された凹み部６３が形成されており、この凹み部６３に遮光ブロック５５の温度を測定する温度センサ４５が挿入されている。
【００３４】
このように構成されたレーザ光伝達装置１Ｂにあっては、第１実施の形態と同様な作用効果を奏するとともに、遮光ブロック５５の通過孔５９の両端部５９ａを、光ファイバ５の出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成しているので、光ファイバ５の出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができる。また、通過孔５９の中間部５９ｂを円柱状に形成しているので、通過孔５９内に進入してきた反射光は、通過孔５９のうち、切頭円錐形状の部分の内周面と円筒状の部分の内周面とで異なる角度で反射されるため、コネクタ本体２３内に反射光が進入するのをさらに防止することができる。
【００３５】
図４は、本発明の第３実施の形態に係るレーザ光伝達装置１Ｃを示す図である。なお、図４において、図２および図３と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を簡略化する。
図４に示すように、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５の内周面と光ファイバ芯線１７の外周面との間に、反射光が挿通孔２５を介してコネクタ本体２３内に進入するのを防止する筒状の壁部遮光部材７５が、コネクタ本体２３に固定されている。
壁部遮光部材７５の遮光ブロック５５側の端面には、レーザ光に対して高い反射率を有する反射膜（反射部）７７が形成されている。なお、この反射膜７７としては、例えば、金、銀などの金属膜または誘電体膜等を用いることができる。
【００３６】
このように構成されたレーザ光伝達装置１Ｃにあっては、第１実施の形態と同様な作用効果を奏するとともに、コネクタ本体２３の壁部２７の挿通孔２５の内周面と光ファイバ芯線１７の外周面との間に壁部遮光部材７５を設けているので、反射光が遮光ブロック３５の挿通孔２５を通過しても、壁部遮光部材７５の反射膜７７が反射光を反射するため、反射光により光ファイバ５の被覆部１９が焼損するのを防止することができるとともに、コネクタ本体２３の壁部２７が加熱されるのをさらに防止することができる。
【００３７】
本発明は、上述した各実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施の形態では、遮光ブロック３５，５５の端面３５ａ，５５ａおよび通過孔３９，５９の内周面４１，６１は、鏡面状に形成されているが、これに代えて、これらの面３５ａ，５５ａ，４１，６１を、反射光を散乱反射させるために粗面状に形成するようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載のレーザ光伝達装置によれば、コネクタ内に進入する反射光の量を低減させることができるため、コネクタ内に進入したレーザ光によって光ファイバが損傷するのを防止することができ、安定したレーザ加工を行うことができる。
また、反射光を受けた遮光部材が加熱しても、収納部により形成された空間が光ファイバと遮光部材とを熱的に遮断するため、光ファイバが加熱した遮光部材の影響を受けるのを防止することができ、加熱した遮光部材により光ファイバが損傷するのを防止することができる。
【００４０】
請求項２に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、光ファイバの出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができる。
【００４１】
請求項３に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、光ファイバの出射端面からのレーザ光を損失なく出射することができるとともに、コネクタ内に反射光が進入するのをさらに防止することができる。
【００４３】
請求項４に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明と同様な効果を奏するとともに、加工不良等が発生した場合に、レーザ発振器を自動的に停止させることができるので、照射対象に対する加工不良等が長時間継続するのを防止することができる。また、レーザ光発振器によるレーザ光の出射条件等が悪いことを、使用者等に報知することができ、焦点の位置や出力等の条件を変更して、より良い条件でレーザ光をワークに照射することができる。
【００４４】
請求項５に記載のレーザ光伝達装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明と同様な効果を奏するとともに、反射光が壁部遮光部材の通過孔を通過しても、この反射光を壁部遮光部材の反射部により反射することができるため、反射光により光ファイバの被覆部が焼損するのを防止することができるとともに、コネクタが加熱するのをさらに防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るレーザ光伝達装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施の形態に係るレーザ光伝達装置を示す断面図である。
【図３】図２の遮光部材を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係るレーザ光伝達装置を示す断面図である。
【図５】従来のレーザ光伝達装置が用いられたレーザ加工装置を示す図である。
【図６】図５の光ファイバコネクタを拡大して示す断面図である。
【図７】図５の光ファイバコネクタ内に反射光が入射している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ レーザ光伝達装置
２ レーザ発振器
３ 光ファイバ
７ 光ファイバコネクタ（コネクタ）
９ レーザ光
１７ 光ファイバ芯線
１９ 被覆部
２５ 挿通孔
３５，５５ 遮光ブロック（遮光部材）
３７，５７ 収納部
３９，５９ 通過孔
４１，６１ 内周面
４５ 温度センサ
７５ 壁部遮光部材
７７ 反射膜（反射部）
Ｗ ワーク（照射対象）
Claims (5)
- レーザ発振器により発せられたレーザ光を照射対象に導く光ファイバと、この光ファイバの出射側に設けられ、加工ヘッドに接続される筒状のコネクタと、このコネクタの出射側の端部に設けられ、該コネクタの出射側の開口を塞ぐ遮光部材とを備え、前記遮光部材は、前記光ファイバの出射端面より前方に設けられて、前記光ファイバの出射端面からのレーザ光を通過させるとともに、前記照射対象から反射したレーザ光を反射させる内周面を有する通過孔を備え、
前記遮光部材には、前記光ファイバの出射端部を非接触に収納するとともに、前記通過孔に連通されている収納部が形成され、
前記光ファイバは、光ファイバ芯線とこの光ファイバ芯線の外周面を被覆する被覆部とを備え、
前記光ファイバの出射端部は、前記被覆部が剥がされて、前記光ファイバ芯線が露出され、
前記筒状のコネクタは、光ファイバ芯線の出射端部が挿通される挿通孔を有する壁部を備え、
前記遮光部材は、出射側の端面が反射面とされ、かつ、前記筒状のコネクタの出射側の端部と前記壁部とで形成される凹み部に嵌入されて固定されていることを特徴とするレーザ光伝達装置。 - 前記遮光部材の前記通過孔は、前記光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光伝達装置。
- 前記遮光部材の前記通過孔は、両端部が前記光ファイバの出射端面から離れるにつれて次第に内径が大きくなる切頭円錐形状に形成され、中間部が円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光伝達装置。
- 前記遮光部材に、該遮光部材の温度が予め設定された温度に達したときに、前記レーザ発振器を停止させる信号を前記レーザ発振器に送る温度センサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光伝達装置。
- 前記壁部の前記挿通孔の内周面と前記光ファイバ芯線の出射端部の外周面との間に、壁部遮光部材が設けられ、この壁部遮光部材の前記遮光部材側の端面に、レーザ光を反射する反射部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ光伝達装置。
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