JP6441835B2 - Laser beam delivery nozzle with laser debris suction / exhaust mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、レーザーデブリ吸引・排気機構を有するレーザービームデリバリーノズルに関する。 The present invention relates to a laser beam delivery nozzle having a laser debris suction / exhaust mechanism.
従来、例えばシリカガラス光学部品などの表面に発生した微小な傷を、補修のためにレーザービームを照射して加熱し、ガラス軟化点にまで温度上昇させて傷周辺に偏在する残留応力を緩和し、鋭い形状の傷を無くすように熱処理加工することが行われていた。 Conventionally, for example, minute flaws generated on the surface of silica glass optical parts, etc. are heated by irradiating a laser beam for repair, and the residual stress unevenly distributed around the flaws is reduced by raising the temperature to the glass softening point. However, heat treatment has been performed so as to eliminate sharp-shaped scratches.
補修のためのレーザー光としては、例えばシリカに吸収性のある赤外波長のCO2レーザー光が使用される。 As the laser light for repair, for example, CO 2 laser light having an infrared wavelength that is absorptive of silica is used.
図1は、このようなCO2レーザービーム照射の際に生じるレーザーデブリ(照射対象物の破片:debris)を吸引・排気によって光学部品表面から除去する、レーザーデブリ吸引・排気機能を有するレーザービームデリバリーノズルの断面形態を示している。 FIG. 1 shows a laser beam delivery having a laser debris suction / exhaust function in which laser debris (debris of an irradiation object) generated during such CO 2 laser beam irradiation is removed from the surface of an optical component by suction / exhaust. The cross-sectional form of a nozzle is shown.
図1には、CO2レーザー光1、吸引ノズル筒2、CO2レーザー光1の収束レンズを兼用可能な透過窓3(例えば可視光の一部からCO2レーザー光の赤外波長で透過性の高いセレン化亜鉛(ZnSe)製)、空気吸引排気管4、シリカ製光学部品5(例えばシリカガラスレンズ)、レーザーデブリ6 (特に吸引ノズル筒2内部にて悪影響を示すレーザーデブリ6の微粒子を、原因別に6a, 6b, 6cとラベルした)と、シリカ製光学部品5の表面にある微小な傷7が示されている。 FIG. 1 shows a transmission window 3 that can also serve as a converging lens for CO 2 laser light 1, suction nozzle cylinder 2, and CO 2 laser light 1 (for example, a part of visible light is transmitted at the infrared wavelength of CO 2 laser light. High-zinc selenide (ZnSe), air suction exhaust pipe 4, silica optical component 5 (for example, silica glass lens), laser debris 6 (especially the fine particles of laser debris 6 that show adverse effects inside the suction nozzle cylinder 2) , Labeled as 6a, 6b, and 6c by cause), and the minute scratches 7 on the surface of the optical component 5 made of silica are shown.
本図1は、下記非特許文献1のFig.4に提示されているノズル構造の概略を示したものである。前述のシリカ製光学部品5表面の傷7を緩和する熱処理加工のために、透過窓3経由で吸引ノズル筒2を通してCO2レーザー光1のビームを傷7に向けて照射し、その照射時に生じるレーザーデブリ6の微粒子を、吸引ノズル筒2内から空気吸引排気管4経由で吸引・排気して、光学部品5表面から除去を行う。 FIG. 1 shows an outline of the nozzle structure presented in FIG. 4 of Non-Patent Document 1 below. In order to reduce the scratch 7 on the surface of the optical component 5 made of silica, the beam of the CO 2 laser beam 1 is irradiated toward the scratch 7 through the suction nozzle cylinder 2 through the transmission window 3 and is generated at the time of the irradiation. The fine particles of the laser debris 6 are sucked and exhausted from the inside of the suction nozzle cylinder 2 via the air suction / exhaust pipe 4 to be removed from the surface of the optical component 5.
この熱処理加工においては、発生したレーザーデブリ6の微粒子がシリカ製光学部品5の表面に再付着した場合には、新たなクラック形成の核となる可能性があることに加えて、光学部品5の光学特性を劣化させる要因ともなる。このため図1に示すようなノズル構成として、吸引ノズル筒2の側部に空気吸引排気管4を設けて、この空気吸引排気管4を真空排気ポンプ(図示せず)に接続することによって、レーザーデブリ微粒子6を吸引・排気してシリカ製光学部品5から除去する手法がとられていた。 In this heat treatment process, if the generated fine particles of the laser debris 6 are reattached to the surface of the optical component 5 made of silica, in addition to the possibility of becoming the core of new crack formation, It becomes a factor which degrades an optical characteristic. Therefore, as a nozzle configuration as shown in FIG. 1, by providing an air suction exhaust pipe 4 on the side of the suction nozzle cylinder 2, and connecting the air suction exhaust pipe 4 to a vacuum exhaust pump (not shown), A technique has been used in which the laser debris fine particles 6 are sucked and exhausted and removed from the silica optical component 5.
(従来技術の問題点)
しかしながら、上述の従来のレーザーデブリ吸引・排気機能つきビームデリバリーノズルでは、吸引されたレーザーデブリ6の内、微粒子6cは吸引ノズル筒2内を上昇してZnSe製の透過窓3にまで到達して付着しており、この微粒子6cは高温状態であるために、ZnSeが高温下で示す毒性を発現させて、有害なガスが発生するという安全上の問題が生じる。
(Problems of conventional technology)
However, in the conventional beam delivery nozzle with the laser debris suction / exhaust function described above, among the sucked laser debris 6, the fine particles 6c rise inside the suction nozzle cylinder 2 and reach the ZnSe transmission window 3. Since the fine particles 6c are attached and are in a high temperature state, ZnSe develops toxicity exhibited at a high temperature, causing a safety problem that harmful gas is generated.
さらに、レーザーデブリの微粒子6cがZnSe製の透過窓3に付着することによって、透過窓3におけるCO2レーザー光1の透過性が低下し、本レーザー熱処理工程の再現性ならびに加工効率を低下させるので、ZnSe製の透過窓3の取り換えが必要となる回数が増加するという問題も生じる。また、ZnSeは高価な光学材料であるために、運用コストの増大という問題も生じていた。 Furthermore, because the laser debris fine particles 6c adhere to the ZnSe transmission window 3, the transmission of the CO 2 laser beam 1 through the transmission window 3 decreases, and the reproducibility and processing efficiency of this laser heat treatment process decrease. There is also a problem that the number of times that the ZnSe transmission window 3 needs to be replaced increases. In addition, since ZnSe is an expensive optical material, there has been a problem of increased operating costs.
加えて、ノズル2内に吸引されたレーザーデブリ6の内、微粒子6aのケースでは、CO2レーザー光1のノズル2内の光路上において、微粒子6aがCO2レーザー光1を散乱・吸収するため、CO2レーザー光1の入射エネルギーの照射効率が低下するという問題が発生していた。 In addition, among the laser debris 6 sucked into the nozzle 2, in the case of fine particles 6a, the optical path in the nozzle 2 of the CO 2 laser beam 1, the fine particles 6a to scattering and absorption of CO 2 laser beam 1 There has been a problem that the irradiation efficiency of the incident energy of the CO 2 laser beam 1 is lowered.
ならびに、微粒子6bのような場合は、吸引ノズル筒2内壁へのレーザーデブリ微粒子の化学的吸着によって、吸引ノズル筒2の壁面が劣化するという問題も発生していた。 In addition, in the case of the fine particles 6b, there has also been a problem that the wall surface of the suction nozzle cylinder 2 deteriorates due to the chemical adsorption of the laser debris fine particles to the inner wall of the suction nozzle cylinder 2.
本発明は、上述のようなレーザービーム照射による光学部品の熱処理加工の工程において、発生するレーザーデブリの微粒子を効率的に吸引・排気除去し、光学部品の性能向上ならびに本熱処理加工の工程コストを低価格化することが可能な、レーザービームデリバリーノズルを実現することが課題である。 The present invention efficiently sucks and exhausts the fine particles of laser debris generated in the heat treatment process of the optical component by the laser beam irradiation as described above, thereby improving the performance of the optical component and reducing the process cost of the heat treatment process. It is a problem to realize a laser beam delivery nozzle that can be reduced in price.
本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention is characterized by having the following configuration.
(発明の構成1)
レーザー光が通過する筒構成の本体構成筒であって、レーザー光入射側の側部に1乃至複数の空気吸引排気管が接続され、レーザー光出射側の開口がレーザーデブリ吸引ノズルである本体構成筒と、
前記レーザー光が通過する内部管であって、前記内部管は前記本体構成筒の内部のレーザー光入射側の一端において気密構造の気密支持部で支持されて前記本体構成筒に内包されており、前記内部管のレーザー光入射側の一方の端部がレーザー光が透過する透過窓で塞がれ、前記透過窓と反対側の端部にレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部が設けられた内部管とを有してなり、
前記内部管の前記透過窓と、前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口と、前記本体構成筒のレーザー光出射側の開口とが、前記レーザー光のビーム直線上でこの順に配置されており、
前記空気吸引排気管から吸引して前記レーザー光のビーム照射により発生したレーザーデブリを排気するレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルであって、
前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口にシリコン窓を有するホルダーを取り外し可能に接続して、前記シリコン窓の交換を可能とする
ことを特徴とするレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
(Structure 1 of the invention)
A main body configuration cylinder having a cylindrical configuration through which laser light passes, wherein one or a plurality of air suction / exhaust pipes are connected to the side on the laser light incident side, and the opening on the laser light emission side is a laser debris suction nozzle A tube,
The inner tube through which the laser beam passes, the inner tube is supported by an airtight support portion of an airtight structure at one end of the laser beam incident side inside the main body constituting tube, and is included in the main body constituting tube, An orifice in which one end of the inner tube on the laser beam incident side is closed by a transmission window through which laser beam is transmitted, and the tube diameter is narrowed toward the laser beam emission opening at the end opposite to the transmission window An internal pipe provided with a section,
The transmission window of the inner tube, the laser light emission opening of the orifice portion, and the opening on the laser light emission side of the main body constituting tube are arranged in this order on the beam straight line of the laser light,
A laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism that exhausts laser debris generated by irradiation of the laser beam by suction from the air suction exhaust pipe ,
A laser beam having a laser debris suction / exhaust mechanism , wherein a holder having a silicon window is detachably connected to the laser light emission opening of the orifice portion to enable replacement of the silicon window. Delivery nozzle.
(発明の構成2)
前記レーザー光の前記ビーム照射の対象物はシリカ製光学部品であり、前記レーザー光はCO2レーザーの発する赤外線レーザー光であり、前記透過窓はセレン化亜鉛(ZnSe)製である
ことを特徴とする発明の構成1に記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
(Configuration 2)
The object of the laser beam irradiation is an optical component made of silica, the laser beam is an infrared laser beam emitted by a CO 2 laser, and the transmission window is made of zinc selenide (ZnSe). A laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism according to Configuration 1 of the invention.
(発明の構成3)
前記空気吸引排気管が、前記本体構成筒の中心長軸に軸対称に複数配置された
ことを特徴とする発明の構成1または2のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
(Structure 3 of the invention)
3. The laser beam delivery with a laser debris suction / exhaust mechanism according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the air suction / exhaust pipes are arranged axisymmetrically with respect to a central long axis of the main body constituting cylinder. nozzle.
(発明の構成4)
前記内部管に接続された空気吸入管を有してなり、前記空気吸入管により前記内部管の内部に空気を加圧供給することによって、前記内部管の内部の空気圧が前記本体構成筒と前記内部管の間の空間の空気圧よりも高く設定可能とされた
ことを特徴とする発明の構成1ないし3のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
(Configuration 4)
An air suction pipe connected to the inner pipe, and the air pressure inside the inner pipe is pressurized and supplied to the inside of the inner pipe by the air suction pipe so that the air pressure inside the inner pipe and the main body constituting cylinder are 4. The laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism according to any one of configurations 1 to 3, wherein the air pressure can be set higher than the air pressure in the space between the inner tubes.
(発明の構成5)
前記本体構成筒が本体部、ヘッド部の2つの筒の連結構成であって、接続部によってヘッド部を分離可能に接続される
ことを特徴とする発明の構成1ないし4のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
(Structure 5 of the invention)
The main structural tubular main body portion, a connection structure of two cylindrical head portion, the connecting portion according to any one to structure 1 of the invention characterized in that it is detachably connected to the head portion 4 by Laser beam delivery nozzle with laser debris suction / exhaust mechanism.
(発明の構成6)
前記内部管と前記透過窓が接続部により分離可能に接続され、透過窓を装着可能であることを特徴とする発明の構成1ないし5のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
(Structure 6 of the invention)
6. The laser beam with a laser debris suction / exhaust mechanism according to any one of configurations 1 to 5 , wherein the inner tube and the transmission window are detachably connected by a connecting portion, and the transmission window can be attached. Delivery nozzle.
上述の本発明のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを用いることによって、レーザー光の入射する透過窓などへのレーザーデブリの微粒子付着を低減することができ、透過窓などの劣化を抑えることができるため、安全でメンテナンスが容易で、繰り返し再現性の高い効率的なレーザー照射による光学部品への熱処理加工を実現できる。 By using the laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism of the present invention described above, it is possible to reduce the adhesion of fine particles of laser debris to the transmission window where laser light is incident, and to suppress deterioration of the transmission window. Therefore, it is possible to realize a heat treatment process on an optical component by laser irradiation that is safe, easy to maintain, and has high reproducibility and efficient laser irradiation.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施例)
図2は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第1実施例を説明する図である。同図2中には、CO2レーザー光1、レーザー光1が入射する透過窓3(例えばZnSe製)、空気吸引排気管4、加工対象となるシリカ製の光学部品5(例えばシリカ系ガラスレンズ)、加工時に発生するレーザーデブリ6、シリカ製の光学部品5にある傷7、レーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8、一端にレーザー光が入射する透過窓3付の内部管9、内部管9の他端に設けられたレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部10、内部管9を本体構成筒8の内部のレーザー光入射側の一端で気密構造で支持する気密支持部11が図示される。
(First embodiment)
FIG. 2 is a view for explaining a first embodiment of a laser beam delivery nozzle according to the present invention. In FIG. 2, a CO 2 laser beam 1, a transmission window 3 (for example, made of ZnSe) into which the laser beam 1 enters, an air suction exhaust pipe 4, and an optical component 5 made of silica to be processed (for example, a silica glass lens) ), Laser debris 6 generated during processing, scratches 7 on the silica optical component 5, the main body cylinder 8 of the laser debris suction / exhaust nozzle, an inner tube 9 with a transmission window 3 through which laser light enters one end, an inner tube Airtight support that supports the orifice 10 with the diameter reduced toward the laser beam exit opening provided at the other end of the tube 9 and the inner tube 9 with an airtight structure at one end on the laser beam incident side inside the main body constituting cylinder 8 Part 11 is illustrated.
この構成においては、前記内部管9の前記透過窓3と、前記オリフィス部10のレーザ光出側の開口と、前記本体構成筒8のレーザー出射側の開口とが、レーザー光1のビーム直線上でこの順に配置されている。 In this configuration, the transmission window 3 of the inner tube 9, the opening on the laser light exit side of the orifice portion 10, and the opening on the laser emission side of the main body constituting tube 8 are on the beam straight line of the laser light 1. Are arranged in this order.
例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られるような微小クラックの傷7に向けて、本発明の第1実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、CO2レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることが可能となる。 For example, with the laser debris suction / exhaust mechanism according to the first embodiment of the present invention toward the scratch 7 of a microcrack as seen after use of a silica glass lens used in a high-intensity laser optical system as the optical component 5 When CO 2 laser light 1 is irradiated through the laser beam delivery nozzle, the sharp crack-shaped scratches 7 are blunted by thermal relaxation, and the stress concentration state is relaxed to improve the durability of the optical component 5. It becomes possible.
特に、本第1実施例においては、レーザーデブリ吸引排気機構としてレーザーデブリ吸引ノズルを構成する本体構成筒8とレーザービームの通過する内部管9の2重構成をとっており、本体構成筒8に内包される内部管9の上端側にレーザー入射用の透過窓3を取り付ける構成とし、内部管9の下端側はレーザー光出射開口側に向けて管径をしぼったオリフィス部10を設けている。 In particular, in the first embodiment, a double structure of a main body constituting cylinder 8 constituting a laser debris suction nozzle and an inner tube 9 through which a laser beam passes is adopted as a laser debris suction and exhaust mechanism. The transmission window 3 for laser incidence is attached to the upper end side of the inner tube 9 to be included, and the lower end side of the inner tube 9 is provided with an orifice portion 10 whose diameter is narrowed toward the laser light emission opening side.
この構成により、本体構成筒8のレーザー光出射側の開口がレーザーデブリ吸引ノズルとなって、吸引したレーザーデブリ6の微粒子の内部管9の内部への侵入、特にレーザー光の透過窓3への突入、付着を低減させ、レーザービームの照射効率を高める。 With this configuration, the opening on the laser beam emission side of the main body constituting cylinder 8 becomes a laser debris suction nozzle, and the fine particles of the sucked laser debris 6 enter the inside of the inner tube 9, particularly the laser light transmission window 3 Reduce entry and adhesion, and increase the laser beam irradiation efficiency.
そして、内部管9を取り囲むレーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒8と内部管9との間隙に、レーザーデブリ6の微粒子を分布させるように誘導して、本体構成筒8の側部に取り付けられた空気吸引排気管4側によって吸引することにより、レーザーデブリ6を効率的に除去することができた。 Then, the laser debris suction nozzle surrounding the inner tube 9 was guided to distribute the fine particles of the laser debris 6 in the gap between the inner tube 9 and the main tube 8 and attached to the side of the main tube 8 The laser debris 6 could be efficiently removed by suction through the air suction / exhaust pipe 4 side.
本ノズルを用いることによって、発生するレーザーデブリ6の光学部品5への再固着を防ぎ、効率的な除去を行うことができ、レーザー光の入射する透過窓3への付着も低減できた結果、透過窓3の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上が図られるとともに、安全かつ繰り返し再現性が高いレーザー照射による光学部品の熱処理加工を行うことができた。 As a result of using this nozzle, it was possible to prevent re-adhering of the generated laser debris 6 to the optical component 5 and to efficiently remove it, and to reduce the adhesion to the transmission window 3 where the laser light was incident, The transparency of the transmission window 3 was maintained, so that the maintenance of the window material was improved, and the heat treatment of the optical component by laser irradiation with high safety and repeatability could be performed.
(第2実施例)
図3は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第2実施例を説明する図である。同図3中には図2の第1実施例と同様に、CO2レーザー光1、レーザー光1が入射する透過窓3(例えばZnSe製)、加工対象となるシリカ製の光学部品5(例えばシリカ系ガラスレンズ)、加工時に発生するレーザーデブリ6、シリカ製の光学部品5にある傷7、レーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8、一端にレーザー光が入射する透過窓3付の内部管9、内部管9の他端に設けられたレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部10、内部管9を本体構成筒8の内部のレーザー光入射側の一端で気密構造で支持する気密支持部11のほか、新たな構成として2本の空気吸引排気管4,4'が図示される。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a view for explaining a second embodiment of the laser beam delivery nozzle according to the present invention. 3, as in the first embodiment of FIG. 2, the CO 2 laser beam 1, the transmission window 3 (for example, made of ZnSe) into which the laser beam 1 is incident, and the optical component 5 made of silica to be processed (for example, Silica-based glass lens), laser debris 6 generated during processing, scratches 7 on silica optical parts 5, body configuration cylinder 8 of laser debris suction / exhaust nozzle, inner tube with transmissive window 3 where laser light enters one end 9.The orifice portion 10 whose diameter is narrowed toward the laser beam emission opening provided at the other end of the inner tube 9 and the inner tube 9 are airtight at one end on the laser beam incident side inside the main body configuration tube 8. In addition to the airtight support portion 11 to be supported, two air suction / exhaust pipes 4 and 4 'are shown as a new configuration.
例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られるような微小クラックの傷7に向けて、本発明の第2実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、CO2レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることが可能となる。 For example, with the laser debris suction / exhaust mechanism according to the second embodiment of the present invention toward the micro crack flaw 7 as seen after using a silica glass lens used in a high intensity laser optical system as the optical component 5 When CO 2 laser light 1 is irradiated through the laser beam delivery nozzle, the sharp crack-shaped scratches 7 are blunted by thermal relaxation, and the stress concentration state is relaxed to improve the durability of the optical component 5. It becomes possible.
ここで、CO2レーザー光1の照射によって光学部品5の熱的緩和を行うも、発生するレーザーデブリ6の微粒子の光学部品5への固着によって、新しいクラックの傷7が形成される核とならないようにデブリ微粒子の効率的な除去が望まれる。 Here, although thermal relaxation of the optical component 5 is performed by irradiation of the CO 2 laser beam 1, it does not become a nucleus in which a new crack flaw 7 is formed due to the adhesion of the generated fine particles of the laser debris 6 to the optical component 5. Thus, efficient removal of the debris fine particles is desired.
本発明による第2実施例においても、第1実施例の構成と同様に、レーザーデブリ吸引排気機構として本体構成筒8と内部管9の2重構成をとっており、本体構成筒8に内包される内部管9の上端側にレーザー入射用の透過窓3を取り付ける構成とし、内部管9の下端側にはレーザー光出射開口側に向けて管径をしぼったオリフィス部10を設けている。 Also in the second embodiment according to the present invention, as in the configuration of the first embodiment, the laser debris suction / exhaust mechanism has a double structure of the main body constituting cylinder 8 and the inner tube 9, and is enclosed in the main body constituting cylinder 8. The transmission window 3 for laser incidence is attached to the upper end side of the inner tube 9, and the orifice portion 10 whose diameter is narrowed toward the laser light emission opening side is provided on the lower end side of the inner tube 9.
この構成とすることで、吸引したレーザーデブリ6の内部管9の内部への侵入、特にレーザー透過窓3への突入、付着を低減させ、レーザービームの照射効率を高め、内部管9を取り囲むレーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒8と内部管9との間隙にレーザーデブリ微粒子を分布させ、効率的に除去することを可能としている。 By adopting this configuration, the laser debris 6 that has been sucked into the inner tube 9 can be prevented from entering the inner tube 9, in particular, entering and adhering to the laser transmission window 3, and the laser beam irradiation efficiency can be improved. Laser debris fine particles are distributed in the gap between the main constituent tube 8 and the inner tube 9 of the debris suction nozzle and can be efficiently removed.
特に、本第2実施例の図3では、本体構成筒8に取り付けられた空気吸引排気管を4と4’の2本(2気筒、2ポート)設けて、真空ポンプ(図示せず)とそれぞれ接続して空気を効率的に吸引し排気を行う。 In particular, in FIG. 3 of the second embodiment, two air suction and exhaust pipes 4 and 4 ′ (two cylinders, two ports) provided on the main body constituting cylinder 8 are provided, and a vacuum pump (not shown) is provided. Connect to each other to efficiently suck and exhaust air.
本構成に示すように、空気吸引排気管4と4‘と2排気筒構成とすることで、第1実施例と比べてより効率的にレーザーデブリ6の吸引排気が行えるとともに、透過窓3ならびに内部管9へのレーザーデブリ6の付着をさらに抑えることができた。 As shown in this configuration, the air suction exhaust pipes 4 and 4 ′ and the two exhaust cylinder configuration enable the suction exhaust of the laser debris 6 more efficiently than the first embodiment, and the transmission window 3 and The adhesion of laser debris 6 to the inner tube 9 could be further suppressed.
さらに内部管9内へのレーザーデブリ6の微粒子進入を抑えた結果として、レーザー光1の散乱率も低減できた。従って、透過窓3のCO2レーザー光1の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上が図れ、加工繰り返し再現性を高めることも可能となった。 Further, as a result of suppressing the entry of the laser debris 6 into the inner tube 9, the scattering rate of the laser light 1 could be reduced. Therefore, the transparency of the CO 2 laser beam 1 through the transmission window 3 is maintained, so that the maintainability of the window material can be improved and the processing repeatability can be improved.
また、空気吸引排気管4、4‘を内部管9の軸周りに軸対称配置とすることによって、オリフィス部10を通過し加工部の傷7に至るまでのレーザー光路において、レーザーデブリ6の微粒子の動きは内部管9の中心部を除き、軸対称に空気吸引排気管4,4’に向けて吸引されるため、レーザー光路への微粒子進入が低減され、より効率的な加工部の傷7へのレーザー光1の照射を可能とする。 Further, by arranging the air suction / exhaust pipes 4 and 4 'to be axially symmetrical around the axis of the inner pipe 9, fine particles of the laser debris 6 in the laser light path from the orifice portion 10 to the scratch 7 of the processed portion. Since the suction is sucked toward the air suction / exhaust pipes 4 and 4 ′ with the axial symmetry except for the central portion of the inner tube 9, the entry of fine particles into the laser beam path is reduced, and a more efficient scratch 7 on the processed portion. Can be irradiated with laser light 1.
また、本実施例2では、空気吸引排気管4を本体構成筒の中心長軸に軸対称に2本以上複数、例えば3本乃至4本に増やすことで、レーザーデブリ6の微粒子の吸引排気を、より一層効率的に行うことができるのは言うまでもない。 Further, in the second embodiment, the air suction / exhaust pipe 4 is increased to two or more, for example, three to four in axisymmetric manner with respect to the central long axis of the main body constituting cylinder, so that the fine particles of the laser debris 6 are sucked and exhausted. Needless to say, it can be performed more efficiently.
(第3実施例)
図4は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第3実施例を説明する図である。同図4中には図3の第2実施例と同様に、CO2レーザー光1、レーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8、レーザー光1が入射する透過窓3(例えばZnSe製)、2本の空気吸引排気管4,4'、加工対象となるシリカ製の光学部品5、レーザーデブリ6、シリカ製の光学部品5にある傷7、一端にレーザー光1が入射する透過窓3付の内部管9、内部管9の他端に設けられたレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部10、内部管9を本体構成筒8の内部のレーザー光入射側の一端で気密構造で支持する気密支持部11のほか、新たな構成として空気吸入管12が図示される。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a view for explaining a third embodiment of the laser beam delivery nozzle according to the present invention. 4, as in the second embodiment of FIG. 3, a CO 2 laser beam 1, a main body configuration cylinder 8 of a laser debris suction / exhaust nozzle, a transmission window 3 (for example, made of ZnSe), 2 on which the laser beam 1 is incident, 2 Air suction exhaust pipes 4, 4 ', silica optical component 5 to be processed, laser debris 6, scratch 7 in silica optical component 5, laser light 1 is incident on one end with transmission window 3 The inner tube 9, the orifice portion 10 whose diameter is squeezed toward the laser beam emission opening provided at the other end of the inner tube 9, and the inner tube 9 are hermetically sealed at one end on the laser beam incident side inside the main body configuration cylinder 8 In addition to the airtight support portion 11 supported by the structure, an air suction pipe 12 is illustrated as a new configuration.
例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られた微小クラックの傷7に向けて、本発明の第3実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、CO2レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることが可能となる。 For example, a laser with a laser debris suction / exhaust mechanism according to the third embodiment of the present invention is directed toward the micro crack flaw 7 observed after using a silica glass lens used in a high-intensity laser optical system as the optical component 5. When CO 2 laser light 1 is irradiated through the beam delivery nozzle, the sharp crack-shaped scratches 7 are blunted by thermal relaxation, and the stress concentration state is relaxed to improve the durability of the optical component 5. Is possible.
ここで、CO2レーザー光1の照射によって光学部品5の熱的緩和を行うも、発生するレーザーデブリ6の微粒子の光学部品5への再付着によって、新しいクラックの傷7が形成される核とならないように微粒子の効率的な除去が望まれる。 Here, although the thermal relaxation of the optical component 5 is performed by the irradiation of the CO 2 laser beam 1, the nucleus in which the crack 7 of the new crack is formed by the reattachment of the fine particles of the generated laser debris 6 to the optical component 5 Efficient removal of the fine particles is desired so as not to occur.
本発明による第3実施例でも、第1、第2の実施例の構成と同様に、レーザーデブリ吸引排気機構として本体構成筒8と内部管9の2重構成をとっており、本体構成筒8に内包される内部管9の上端側にレーザー入射用の透過窓3を取り付ける構成とし、内部管9の下端側にはレーザー光出射開口側に向けて管径をしぼったオリフィス部10を設けている。 In the third embodiment according to the present invention, as in the first and second embodiments, the laser debris suction / exhaust mechanism has a double structure of the main body constituting cylinder 8 and the inner tube 9. A transmission window 3 for laser incidence is attached to the upper end side of the inner tube 9 included in the inner tube 9, and an orifice portion 10 with a reduced diameter toward the laser light emission opening side is provided on the lower end side of the inner tube 9. Yes.
この構成とすることで、吸引したレーザーデブリ6の内部管9の内部への侵入、特にレーザー透過窓3への突入を低減させ、レーザービームの照射効率を高め、内部管9を取り囲むレーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒8と内部管9との間隙にレーザーデブリ微粒子を分布させ、空気吸引排気管4, 4’で効率的に除去できる。 With this configuration, the suction of laser debris 6 that has been sucked into the inner tube 9, especially the entry into the laser transmission window 3, is reduced, the laser beam irradiation efficiency is increased, and the laser debris suction that surrounds the inner tube 9 is achieved. Laser debris fine particles are distributed in the gap between the nozzle body constituting cylinder 8 and the inner tube 9 and can be efficiently removed by the air suction / exhaust tubes 4 and 4 ′.
特に図4の本第3実施例の構成では図3の第2実施例の構成に加えて、内部管9に接続された空気吸入管12を有している。この空気吸入管12を圧縮器(図示せず)に接続し、内部管9に空気を加圧供給することによって、内部管9の内部の空気圧が本体構成筒8と内部管9の間の空間に比べてわずかに高い、差圧を設定可能となっている。 In particular, the configuration of the third embodiment of FIG. 4 has an air suction pipe 12 connected to the internal pipe 9 in addition to the configuration of the second embodiment of FIG. The air suction pipe 12 is connected to a compressor (not shown), and air is pressurized and supplied to the internal pipe 9, whereby the air pressure inside the internal pipe 9 is changed between the main body constituting cylinder 8 and the internal pipe 9. It is possible to set a differential pressure that is slightly higher than.
このため、オリフィス部10のレーザー光出射側の開口から内部管9内部へのレーザーデブリ6の進入を、より確実に防ぐことができ、第1、第2の実施例と比べてより一層、レーザーデブリ6の内部管9内への進入を抑えることができ、レーザービームの照射効率を高め、透過窓3へのレーザーデブリ6の付着をさらに抑え、ZnSe製の透過窓3の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上が図られるとともに、繰り返し再現性を高めることも可能となった。 For this reason, it is possible to prevent the laser debris 6 from entering the inner tube 9 from the opening on the laser beam emitting side of the orifice portion 10 more reliably, and the laser can be further improved as compared with the first and second embodiments. The penetration of the debris 6 into the inner tube 9 can be suppressed, the irradiation efficiency of the laser beam is increased, the adhesion of the laser debris 6 to the transmission window 3 is further suppressed, and the permeability of the ZnSe transmission window 3 is maintained. In addition to improving the maintainability of the window material, it has also become possible to improve repeatability.
また、本実施例3でも実施例2と同様に、空気吸引排気管4,4’ならびに空気吸入管12を本体構成筒8の中心長軸に軸対称に2本以上複数、例えば3本乃至4本に増やすことで、一層の対称性のよいレーザーデブリ微粒子の吸引排気流れを得ることができ、効率的なレーザーデブリの吸引排気を行うことができるのは言うまでもない。 In the third embodiment, as in the second embodiment, the air suction / exhaust pipes 4 and 4 ′ and the air suction pipe 12 are a plurality of two or more, for example, three to four axisymmetrically with respect to the central long axis of the main body constituting cylinder 8. It is needless to say that by increasing the number of books, it is possible to obtain a more symmetrical laser debris fine particle suction / exhaust flow, and efficient laser debris suction / exhaust.
(第4実施例)
図5〜7は、本発明のレーザービームデリバリーノズルの第4実施例を説明する図である。
(Fourth embodiment)
5-7 is a figure explaining the 4th Example of the laser beam delivery nozzle of this invention.
図5の本第4実施例の構成において図3の第2実施例と共通する部分の説明は省略するが、新たな構成としてレーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8が本体部8a、ヘッド部8b の2つの筒の連結構成であって接続部15aで分離可能に接続される点、内部管9下端のオリフィス部10の先端にホルダー13(図7参照)がねじ部14により分離可能に取り付けられる点、内部管9と透過窓3も接続部15bにより分離可能に接続される点(図6参照)が、図3の第2実施例とは異なるほか、CO2レーザー光1に加えて可視ガイド光18が図示される。 In the configuration of the fourth embodiment of FIG. 5, the description of the parts common to the second embodiment of FIG. 3 is omitted, but as a new configuration, the main body configuration cylinder 8 of the laser debris suction / exhaust nozzle is a main body portion 8a, a head portion. 8b is a connecting structure of two cylinders, and is connected to be separable at the connecting portion 15a, and a holder 13 (see FIG. 7) is attached to the tip of the orifice portion 10 at the lower end of the inner tube 9 so as to be separable by a screw portion 14. that is, that also the inner tube 9 and the transparent window 3 is connected detachably by a connection portion 15b (see FIG. 6), in addition to different addition, CO 2 laser beam 1 and the second embodiment of FIG visible A guide light 18 is illustrated.
また、図6は、内部管9と透過窓3の接続部分の詳細図であって、接続部15bがパッキン16を介して、内部管9とレーザー透過窓3とを接続する構造の断面を示している。 FIG. 6 is a detailed view of the connection portion between the inner tube 9 and the transmission window 3, and shows a cross section of the structure in which the connection portion 15 b connects the inner tube 9 and the laser transmission window 3 through the packing 16. ing.
図7は、内部管9先端のオリフィス部10とホルダー13との保持接続部分の詳細図であって、ホルダー13が、ねじ部14を介してオリフィス部10に接続されるほか、ホルダー13はパッキン16を介して止めねじ17により、シリコン(Si)窓13aとその取付枠13bを接続して構成されている断面構造を示している。 FIG. 7 is a detailed view of the holding connection portion between the orifice portion 10 at the tip of the inner tube 9 and the holder 13. The holder 13 is connected to the orifice portion 10 via the screw portion 14, and the holder 13 is packed. A cross-sectional structure is shown in which a silicon (Si) window 13a and its mounting frame 13b are connected by a set screw 17 via 16.
例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られる微小クラックの傷7に向けて、本発明の第4実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、応力緩和のためにCO2レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることができる。 For example, as an optical component 5, a laser beam with a laser debris suction / exhaust mechanism according to the fourth embodiment of the present invention is directed toward a fine crack flaw 7 observed after using a silica glass lens used in a high-intensity laser optical system. When the CO 2 laser beam 1 is irradiated to relieve stress through the delivery nozzle, the sharp crack-shaped flaw 7 is made blunt by thermal relaxation, and the stress concentration state is relieved to improve the durability of the optical component 5. Improvements can be made.
ここで、CO2レーザー光1の照射によって光学部品5の熱的緩和を行うも、発生するレーザーデブリ6の微粒子の光学部品5への固着によって、新しいクラックの傷7が形成される核とならないように微粒子の効率的な除去が望まれる。 Here, although thermal relaxation of the optical component 5 is performed by irradiation of the CO 2 laser beam 1, it does not become a nucleus in which a new crack flaw 7 is formed due to the adhesion of the generated fine particles of the laser debris 6 to the optical component 5. Thus, efficient removal of fine particles is desired.
本第4実施例でも第1から第3の実施例と同様に、レーザーデブリ微粒子の吸引排気除去機構として本体構成筒8と内部管9の2重構成とし、内包される内部管9のレーザー入射側にZnSe製透過窓3を取り付け、そのレーザー光出射開口側にオリフィス部10を設けている。 In the fourth embodiment, as in the first to third embodiments, the laser debris fine particle suction / exhaust mechanism has a double structure of the main body constituting tube 8 and the inner tube 9, and the laser incident on the inner tube 9 contained therein. A ZnSe transmission window 3 is attached to the side, and an orifice portion 10 is provided on the laser light emission opening side.
本第4実施例においては第1から第3の実施例と異なり、図7に示すようなシリコン(Si)製窓13aを保持したホルダー13を、内部管9のオリフィス部10の先端に、ねじ部14によって接続して蓋ないしキャップとして、レーザーデブリ6の微粒子の内部管9の内部への侵入を完全に防ぐ構成をとる。 In the fourth embodiment, unlike the first to third embodiments, a holder 13 holding a silicon (Si) window 13a as shown in FIG. As a lid or cap that is connected by the portion 14, a configuration is adopted in which the fine particles of the laser debris 6 are completely prevented from entering the inner tube 9.
ホルダー13のシリコン製窓13aもしくはレンズは、赤外光を透過する赤外光用光学部品としても知られており、赤外光であるCO2レーザー光1を透過することができる。(前記非特許文献2参照) The silicon window 13a or lens of the holder 13 is also known as an optical component for infrared light that transmits infrared light, and can transmit CO 2 laser light 1 that is infrared light. (See Non-Patent Document 2)
本構成によれば、レーザーデブリ6がシリコン窓13aへ付着した場合であっても、ねじ部14の接続部を操作して、オリフィス部10からシリコン窓13aを保持するホルダー13を取り外してシリコン窓13aの光学部品を交換することで、シリコン光学部品の劣化防止、もしくは付着粒子の清掃除去の徹底を容易に行うことができる。なお、ホルダー13の詳細図7で示している通り、シリコン窓13aを構成する光学部品はパッキン16を介してホルダー13の取付枠13bに、止めねじ17で固定されて組み立てられているので、分解、交換が可能である。 According to this configuration, even when the laser debris 6 adheres to the silicon window 13a, the holder 13 that holds the silicon window 13a is removed from the orifice portion 10 by operating the connection portion of the screw portion 14 to remove the silicon window 13a. By exchanging the optical component 13a, it is possible to easily prevent deterioration of the silicon optical component or thoroughly clean and remove the adhered particles. Details of the holder 13 As shown in FIG. 7, the optical parts constituting the silicon window 13a are assembled to the mounting frame 13b of the holder 13 via the packing 16 and fixed with the set screw 17, Can be exchanged.
また、ZnSe製の窓に比べてシリコン窓は安価ではあるものの、可視ガイド光18(例えば波長653nmのレーザー光)の透過が困難であるため、レーザー照射前の傷ターゲットの座標設定(ティーチング)が困難である。 In addition, although silicon windows are less expensive than ZnSe windows, it is difficult to transmit visible guide light 18 (for example, laser light with a wavelength of 653 nm). Have difficulty.
そこでシリコン窓13aを有するホルダー13を使用する際は、可視ガイド光18を透過させるために、CO2レーザー光1の照射前準備としてまず、本体構成筒の接続部15aを解除して、本体部8aからヘッド部8bを取り外し、さらに、ホルダー13も接続部のねじ部14を解除して、内部管9のオリフィス部10から取り外す手順を踏む。 Therefore, when using the holder 13 having the silicon window 13a, in order to transmit the visible guide light 18, as a preparation before the irradiation of the CO 2 laser light 1, first, the connection portion 15a of the main body configuration cylinder is released, and the main body portion The head portion 8b is removed from 8a, and the holder 13 is also released from the orifice portion 10 of the inner pipe 9 by releasing the screw portion 14 of the connecting portion.
その後に、可視ガイド光18を用いて、照射ターゲットである光学部品5の上に散在する傷7の各部に向けてCO2レーザー光照射位置座標のティーチングを行い、各傷7の位置座標をビーム照射座標位置制御装置(図示せず)に記憶させる。 After that, using the visible guide light 18, the CO 2 laser light irradiation position coordinates are taught to each part of the scratches 7 scattered on the optical component 5 as the irradiation target, and the position coordinates of each scratch 7 are beamed. It memorize | stores in an irradiation coordinate position control apparatus (not shown).
その後、ホルダー13をねじ部14により内部管9のオリフィス部10に再度取り付け、さらにヘッド部8bを本体部8aに接続部15aを用いて再度取り付けて、制御装置に記憶させた傷7の座標に基づき、光学部品5の各傷7に向けてレーザー照射ならびに発生するレーザーデブリ微粒子6の吸引排気を行う。 After that, the holder 13 is reattached to the orifice part 10 of the inner tube 9 by the screw part 14, and the head part 8b is reattached to the main body part 8a using the connection part 15a, and the coordinates of the scratch 7 stored in the control device are obtained. Based on this, laser irradiation and suction / exhaust of the generated laser debris fine particles 6 are performed toward each scratch 7 of the optical component 5.
本構成をとることによって、内部管9内部へのレーザーデブリ6の進入を完全に防ぐことができ、レーザービームの照射効率を高め、CO2レーザー光1の入射側透過窓材として典型的なZnSe製の透過窓3へのレーザーデブリ微粒子6の付着を完全に抑えることができ、透過窓3のCO2レーザー光の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上を図ることができ、加工再現性を高めることも可能となった。 By adopting this configuration, it is possible to completely prevent the laser debris 6 from entering the inside of the inner tube 9, increase the irradiation efficiency of the laser beam, and typical ZnSe as an incident side transmission window material for the CO 2 laser light 1 The adhesion of the laser debris particles 6 to the transparent transmission window 3 can be completely suppressed, the transparency of the CO 2 laser light in the transmission window 3 is maintained, and the maintainability of the window material can be improved. It became possible to improve reproducibility.
以上、レーザー入射側の透過窓3としては、ZnSe窓材を用いる構成を前提として述べてきたが、図6中に示すように、本第4実施例では入射側の透過窓3も接続部15bによって、パッキン16を介して内部管9に接続固定される構成をとっている。 As described above, the transmission window 3 on the laser incident side has been described on the assumption that a ZnSe window material is used. However, as shown in FIG. 6, in the fourth embodiment, the transmission window 3 on the incident side is also connected 15b. Thus, a configuration is adopted in which the inner pipe 9 is connected and fixed via the packing 16.
本第4実施例の構成によれば、入射側の透過窓3もZnSe製の透過窓3に変えてSi製の透過窓3とすることができ、この場合、可視ガイド光18はSi製の透過窓3を透過しないので、ティーチング時には内部管9からSi製の透過窓3ならびにSi製のホルダー13の両方を外して、可視ガイド光18により照射位置座標ティーチングを行い、その後に両窓を取り付けてCO2レーザー照射プロセスに移行することも可能である。 According to the configuration of the fourth embodiment, the transmission window 3 on the incident side can be changed to the transmission window 3 made of ZnSe to be a transmission window 3 made of Si. In this case, the visible guide light 18 is made of Si. Since it does not pass through the transmission window 3, during teaching, remove both the Si transmission window 3 and the Si holder 13 from the inner tube 9, perform irradiation position coordinate teaching with the visible guide light 18, and then attach both windows. It is also possible to shift to a CO 2 laser irradiation process.
このような構成とした場合には高コストのZnSe材を全く使用しないので、レーザーデブリ吸引・排気機構付きのCO2レーザー用ビームデリバリーノズルのコストを大幅に低減可能となり、部品調達コストが低減できる。但し、操作オペレーションが煩雑となり、かつ、取り付け回数の増加に伴い、照射位置決め精度の劣化をまねきやすいが、そうであっても、傷サイズが十分に大きい場合などの精度を要求しない場合には有効な手段となりうる。 In such a configuration, since no expensive ZnSe material is used, the cost of a beam delivery nozzle for a CO 2 laser with a laser debris suction / exhaust mechanism can be greatly reduced, and the cost of parts procurement can be reduced. . However, the operation operation becomes complicated, and it is easy to cause deterioration of irradiation positioning accuracy with the increase in the number of attachments. However, it is effective when accuracy is not required such as when the scratch size is sufficiently large. Can be a useful tool.
(第5実施例)
図8は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第5実施例を説明する図である。同図8中には、図3の第2実施例と同様なレーザービームデリバリーノズルが図示されるほか、端面をつき合わせて配置されCO2レーザー光1で融着される光ファイバ19a,19b、ファイバ整列部材20、ファイバ押え板21が図示される。
(5th Example)
FIG. 8 is a view for explaining a fifth embodiment of the laser beam delivery nozzle according to the present invention. In FIG. 8, a laser beam delivery nozzle similar to that of the second embodiment of FIG. 3 is shown, and optical fibers 19a and 19b which are arranged with their end faces attached and fused with CO 2 laser light 1, A fiber alignment member 20 and a fiber presser plate 21 are shown.
これまでの第1から第4実施例では、加工対象の光学部品として高強度レーザー照射用光学系などに用いるレンズを中心としたシリカガラス系光学部品5を対象に述べてきたが、本第5実施例においては、対象とするシリカガラス系光学部品をシリカ系ガラス光ファイバ19a,19bとして、その融着加工を行う場合について述べられるものである。 In the first to fourth embodiments so far, the silica glass-based optical component 5 centering on the lens used for the optical system for high-intensity laser irradiation or the like has been described as the optical component to be processed. In the embodiment, the case where the target silica glass-based optical component is made of silica-based glass optical fibers 19a and 19b and the fusion processing is performed will be described.
光ファイバ融着方法としては従来、アーク放電融着が主に用いられてきているが、このアーク放電融着法においても、融着加工時に発生するシリカを主成分とする微粒子が、被加工物である光ファイバへ再付着して、ファイバ強度が劣化することが知られている。(前記非特許文献3参照) Conventionally, arc discharge fusion has been mainly used as an optical fiber fusion method. In this arc discharge fusion method, fine particles mainly composed of silica generated during fusion processing are also processed. It is known that the fiber strength deteriorates by reattaching to the optical fiber. (See Non-Patent Document 3)
これは放電プロセスにおいて電気力線に従って放電電極に付着した微粒子が、放電時に電極から飛散して再付着する結果生じるものである。従来は、ファイバを設置しない空の状態で放電を一旦行い、微粒子を一定程度飛散させ、微粒子飛散量を低減させた後に、ファイバを放電領域に移動させて融着加工を行うなどの手法が用いられてきた。(前記特許文献1参照) This occurs as a result of the fine particles adhering to the discharge electrode according to the lines of electric force in the discharge process scattered from the electrode during the discharge and reattached. Conventionally, a method is used in which discharge is performed once in an empty state where a fiber is not installed, fine particles are scattered to a certain extent, the amount of fine particles scattered is reduced, and then the fiber is moved to the discharge region to perform fusion processing. Has been. (See Patent Document 1)
一方で、レーザー融着手法によれば、レーザー光照射と同時に微粒子が飛散し、アーク放電融着法のように電極限定域に微粒子を集塵することができず、レーザー照射にともなう微粒子の飛散エリアを限定できず、被加工対象であるシリカ光ファイバの表面が露出している周辺領域へのデブリの飛散を避けることが困難な状況にあった。 On the other hand, according to the laser fusion technique, the fine particles are scattered at the same time as the laser beam irradiation, and the fine particles cannot be collected in the electrode-limited area as in the arc discharge fusion method, and the fine particles are scattered by the laser irradiation. The area could not be limited, and it was difficult to avoid scattering of debris to the peripheral area where the surface of the silica optical fiber to be processed was exposed.
本第5実施例では、図8に示すように、融着する光ファイバ19a,19bをファイバ整列部材20上に整列させ、押え板21で一定クリアランス内に保持した後に、光ファイバ19a,19bの端面同士を突合させてレーザーを照射し、融着するレーザー融着手法がとられる。 In the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, after the optical fibers 19a and 19b to be fused are aligned on the fiber alignment member 20 and held within a certain clearance by the holding plate 21, the optical fibers 19a and 19b A laser fusion technique is employed in which the end faces are butted and irradiated with a laser to fuse them.
本第5実施例においては図8に示すように、本発明の第2実施例(図3)と同様な空気吸引排気管4,4’を有するレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを、融着する光ファイバ19a,19bの突合部とCO2レーザー光源(図示せず)の間に設けることで、効率的にレーザーデブリ6の微粒子が吸引排気され、光ファイバ19a,19bのクラッド面への再付着を低減することが可能となり、高強度レーザー照射用レンズ部品と同様に融着されたシリカガラス光ファイバの強度向上を図ることが可能となった。 In the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, a laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism having air suction / exhaust pipes 4 and 4 'similar to the second embodiment (FIG. 3) of the present invention is provided. By providing between the abutting portions of the fused optical fibers 19a and 19b and a CO 2 laser light source (not shown), the fine particles of the laser debris 6 are efficiently sucked and exhausted, and the clad surfaces of the optical fibers 19a and 19b As a result, it is possible to improve the strength of the fused silica glass optical fiber in the same manner as the lens component for high-intensity laser irradiation.
用いるレーザー光源としては、CO2レーザーに換えて、CO(一酸化炭素)レーザーを用いることも可能である。 As a laser light source to be used, a CO (carbon monoxide) laser can be used instead of the CO 2 laser.
また、図8の本第5実施例においては、光ファイバのレーザー融着加工時に用いるノズル構成としては、第2実施例におけるノズル構成を例にあげて説明を行ったが、これまで述べてきた第1〜第4実施例のいずれの構成を用いてもよいのは言うまでもない。 In the fifth embodiment shown in FIG. 8, the nozzle configuration used in the laser fusion processing of the optical fiber has been described by taking the nozzle configuration in the second embodiment as an example, but it has been described so far. Needless to say, any of the configurations of the first to fourth embodiments may be used.
以上実施例とともに詳しく説明したように、本発明に関わる、レーザーデブリ吸引・排気機構付きのレーザービームデリバリーノズルを用いた、光学部品のレーザー照射加工においては、効率的にレーザーデブリ微粒子の除去を行うことが可能となるとともに、光学部品の耐久性を増すことが可能となる。特に、ファイバ融着においてはこれまで発生してファイバ表面に再付着していたクラック源とも成りうる微粒子を除去することが可能となり、一層の高品質な融着光ファイバが実現可能となる。 As described in detail with the examples above, in the laser irradiation processing of optical parts using the laser beam delivery nozzle with the laser debris suction / exhaust mechanism related to the present invention, the laser debris fine particles are efficiently removed. And durability of the optical component can be increased. In particular, in the case of fiber fusion, it is possible to remove fine particles that have been generated up to now and can be reattached to the surface of the fiber, and it becomes possible to realize a further high-quality fused optical fiber.
1 CO2レーザー光
2 吸引ノズル筒
3 透過窓(例えばZnSe製)
4、4’ 空気吸引排気管
5 シリカ製光学部品
6 レーザーデブリ(微粒子)
6a,6b,6c 微粒子
7 シリカ製光学部品にある傷
8 レーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒
8a, 8b 本体構成筒の本体部とヘッド部
9 内部管
10 オリフィス部
11 気密支持部
12 空気吸入管
13 ホルダー
13a シリコン窓(Si製光学部品)
13b 取付枠
14 ねじ部
15a,15b 接続部
16 パッキン
17 止めねじ
18 可視ガイド光
19a,19b 光ファイバ
20 光ファイバ整列部材
21 光ファイバ整列押え板
1 CO 2 laser light
2 Suction nozzle cylinder
3 Transmission window (for example, made of ZnSe)
4, 4 'air suction exhaust pipe
5 Optical parts made of silica
6 Laser debris (fine particles)
6a, 6b, 6c fine particles
7 Scratches on silica optical components
8 Laser debris suction nozzle body tube
8a, 8b Main body configuration cylinder body and head
9 Internal pipe
10 Orifice
11 Airtight support
12 Air intake pipe
13 Holder
13a Silicon window (Si optical parts)
13b Mounting frame
14 Screw part
15a, 15b connection
16 Packing
17 Set screw
18 Visible guide light
19a, 19b optical fiber
20 Optical fiber alignment members
21 Optical fiber alignment presser plate
Claims (6)
前記レーザー光が通過する内部管であって、前記内部管は前記本体構成筒の内部のレーザー光入射側の一端において気密構造の気密支持部で支持されて前記本体構成筒に内包されており、前記内部管のレーザー光入射側の一方の端部がレーザー光が透過する透過窓で塞がれ、前記透過窓と反対側の端部にレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部が設けられた内部管とを有してなり、
前記内部管の前記透過窓と、前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口と、前記本体構成筒のレーザー光出射側の開口とが、前記レーザー光のビーム直線上でこの順に配置されており、
前記空気吸引排気管から吸引して前記レーザー光のビーム照射により発生したレーザーデブリを排気するレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルであって、
前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口にシリコン窓を有するホルダーを取り外し可能に接続して、前記シリコン窓の交換を可能とする
ことを特徴とするレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。 A main body configuration cylinder having a cylindrical configuration through which laser light passes, wherein one or a plurality of air suction / exhaust pipes are connected to the side on the laser light incident side, and the opening on the laser light emission side is a laser debris suction nozzle A tube,
The inner tube through which the laser beam passes, the inner tube is supported by an airtight support portion of an airtight structure at one end of the laser beam incident side inside the main body constituting tube, and is included in the main body constituting tube, An orifice in which one end of the inner tube on the laser beam incident side is closed by a transmission window through which laser beam is transmitted, and the tube diameter is narrowed toward the laser beam emission opening at the end opposite to the transmission window An internal pipe provided with a section,
The transmission window of the inner tube, the laser light emission opening of the orifice portion, and the opening on the laser light emission side of the main body constituting tube are arranged in this order on the beam straight line of the laser light,
A laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism that exhausts laser debris generated by irradiation of the laser beam by suction from the air suction exhaust pipe ,
A laser beam having a laser debris suction / exhaust mechanism , wherein a holder having a silicon window is detachably connected to the laser light emission opening of the orifice portion to enable replacement of the silicon window. Delivery nozzle.
製である
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。 The object of the laser beam irradiation is an optical component made of silica, the laser beam is an infrared laser beam emitted from a CO 2 laser, and the transmission window is zinc selenide (ZnSe)
The laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism according to claim 1, wherein the laser beam delivery nozzle is manufactured.
ことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。 3. The laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism according to claim 1, wherein a plurality of the air suction / exhaust pipes are arranged axisymmetrically with respect to a central long axis of the main body constituting cylinder. .
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。 An air suction pipe connected to the inner pipe, and the air pressure inside the inner pipe is pressurized and supplied to the inside of the inner pipe by the air suction pipe so that the air pressure inside the inner pipe and the main body constituting cylinder are 4. The laser beam delivery nozzle with a laser debris suction / exhaust mechanism according to claim 1, wherein the laser beam delivery nozzle can be set higher than the air pressure in the space between the inner tubes.
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。 The laser according to any one of claims 1 to 4 , wherein the main body constituting cylinder is a coupling structure of two cylinders of a main body portion and a head portion, and the head portion is detachably connected by a connecting portion. Laser beam delivery nozzle with debris suction / exhaust mechanism.
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