JP2005072557A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技術においては、モード切替機構が出力鏡と給気ブロックの間にあって、レーザ媒質ガスの流れから外れた部分に設けられている為、モード切替機構内のレーザ光を遮る手段がレーザ光により異常に加熱されて劣化という問題があった。
【解決手段】 モード切替手段を、放電管のレーザ媒質出口に位置する排気ブロック内に設置する。この放電管出口側のレーザ媒質ガスが流れる部分にモード切替機構を設けることによって、切替手段が冷却され、異常な温度の上昇を抑制することが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電管に封入したレーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生し、レーザ光のモード次数を可変とするモード切替手段を備えたガスレーザ発振装置の技術に関するものである。

一般にガスレーザ発振器を用いた板金加工装置は薄板から厚板、または板材の種類、軟鋼、アルミニウム、ステンレス等、異なるものを無段取りで切断し、溶接できることが望まれている。

図６に従来のガスレーザ発振装置の概略構成の一例として軸流型ガスレーザ装置にモード切替手段を備えた例を示す。以下、図６を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。

この図に於いて、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１はそれぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、１３２、１３３、１４２、１４３，１５２、１５３、１６２、１６３、１７２、１７３、１８２、１８３はそれぞれ放電管１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１周辺に設けられた電極、斜線部１３４、１４４、１５４、１６４、１７４、１８４はそれぞれ電極１３２,１３３、１４２,１４３，１５２,１５３、１６２,１６３、１７２,１７３、１８２,１８３間に挟まれ放電空間である。本図において放電空間１３４,１４４,１５４,１６４,１７４,１８４は放電管１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１と区別するために斜線にて表わしている。

このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１９１、１９３、１９５のそれぞれに沿って配置される。１０５はほぼ全反射する終段鏡、１０６は部分反射する出力鏡、１０７、１１７、１２７、１３７は折り返し鏡であり、この終段鏡１０５,出力鏡１０６は折り返し鏡１０７、１１７、１２７、１３７により折り曲げられた光軸（一点鎖線で表わしている）１９１，１９２、１９３，１９４、１９５上に配置された全ての放電空間全体の両端に配置され、光共振器を形成している。

１０８は出力鏡１０６の内部に設けられたレーザ光のモード切替部であり、内部にレーザ光を遮る手段である遮光部材１０８ａを有している。１０９は出力鏡１０６より出力されるレーザビームである。１２１，１２２，１２３の矢印はレーザガスの流れる方向を示している。１１１と１１２はそれぞれ放電管１３１，１４１，１５１と１６１，１７１，１８１にレーザ媒質ガスを分配して送り込む給気配管ブロック、１１３は放電管１３１，１４１，１５１、１６１，１７１，１８１から流れ出るレーザ媒質ガスを集める排気配管ブロックである。

図に示していないが、ガスレーザ装置には、放電電極に電圧を印加する高圧電源や、給気配管ブロック１１１，１１２、排気配管ブロック１１３に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザ媒質ガスを冷却循環させる熱交換器および循環ポンプが設けられている。

以上が従来のモード切替部を備えたガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。

給気配管ブロック１１１を通り、分配されたレーザ媒質ガス１２１は、放電管１３１内
へ導入される。この状態で電極１３２，１３３から放電エネルギーを得て励起され放電空間１３４に放電が発生する。放電空間１３４内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック１１３に流れこみレーザ媒質ガス１２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。

同様に分配されたレーザ媒質ガス１２１は、それぞれ放電管１４１、１５１内に、レーザ媒質ガス１２２はそれぞれ放電管１６１,１７１,１８１へ導入され、電極１４２,１４３、１５２,１５３、１６２,１６３、１７２,１７３、１８２,１８３から放電エネルギーを得て励起され放電空間１４４、１５４、１６４、１７４、１８４に放電が発生する。また放電空間１４４、１５４、１６４、１７４、１８４内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック１１３に流れこみレーザ媒質ガス１２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。

これら励起されたレーザ媒質ガスは折り返し鏡１０７、１１７，１２７，１３７でそれぞれ折り曲げながら終段鏡１０５および出力鏡１０６により形成された光共振器で共振状態となり、出力鏡１０６からレーザ光１０９が出力される。この時、モード切替部１０８の回転部材１０８aでレーザ光の一部が遮られてレーザ光の強度分布が変化するため、モードの切替が行われる。この強度分布は一般にＴＥＭ００やＴＥＭ０１などで示し、モード次数と呼ばれている（例えば特許文献１参照）。

レーザ光１０９は、切断・溶接に代表されるレーザ加工等の用途に用いられ、モード切替機構１０８によってレーザ加工の対象に最適なモード形状を選択する。
特開昭６０−１６０１８９公報（第２頁、第２図）

上記のような背景技術を用いた場合、モード切替部１０８が出力鏡１０６と給気配管ブロック１１１の間に配され、レーザ媒質ガスが流れない部分に設けられている為、モード切替機構１０８内のレーザ光を遮る回転部材１０８ａがレーザ光により異常に加熱されて劣化するという問題があった。

また、レーザ媒質ガス中に浮遊する電極の粉等の微細な塵埃が給気配管ブロック１１１側からモード切替機構１０８内に混入,堆積して切替動作を阻害したり、堆積した塵埃によってレーザ光の吸収が増してレーザ光を遮る回転部材１０８ａの温度がさらに上昇して劣化を加速させるという問題があった。

本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、レーザ光による加熱やレーザ媒質ガス中の塵埃に影響されないモード切替を実施するガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のガスレーザ発振装置では、モード切替手段を、放電管のレーザ媒質が排気される側に位置する排気配管ブロック内に配置する。モード切替手段は、複数の孔を有する多面体により構成し、多面体周辺をレーザ媒質ガスが円滑に流れるように各頂点部分を面取りした形状とし、レーザ光の光軸を中心軸として回転させて穴の径を切替る。またもう一方の手段として一つの孔を有する平面板から構成とし、この平板をレーザ光の光軸内に挿入することで切替える。放電管出口側のレーザ媒質ガスが集合される排気配管ブロック内にモード切り替え部を設ける事によって、回転体がレーザ媒質で冷却され、異常な温度の上昇を抑制する事が出来る。

また、モード切替手段を設置する場所は、出力鏡と終段鏡空間なる共振器の略中央また
は、略中央の他に中央部から出力鏡または終段鏡のいずれかに近づけた場所に設けられることで、レーザ光を遮る量を最小にしてモード次数の変更が可能になり、良好な低次モードを発振しつつモード切り替え手段の温度上昇を低減する効果がある。

さらに、放電管出口側にモード切り替え手段を設けられていない放電管出口側にも、レーザ光を遮ることのない形状で、外形形状がレーザ光遮光手段と略同等のダミーモード切り替え手段を設けることで各放電管内のレーザ媒質ガス流のバラツキが無くなり、安定したレーザ発振が維持できる。

回転体はレーザ光軸や放電管軸と同軸に配置する必要があるが、排気配管ブロック部に放電管を取付けるスペーサに取り付けた保持部材で支持することで、放電管の位置調整と同時に回転体の位置調整を実施することができる。また複数の回転体を回転させる連結部において回転軸方向と回転軸の傾きに動作裕度をもたせたリンク機構により円滑な回転を実現している。

回転体に設けた穴をレーザ光軸と一致させる為に、回転する回転体またはスペーサに取り付けた保持部材の少なくとも一方に、回転位置を規定する突起を設けておく。突起および突起と接する部分は、モード切り替え手段周辺のレーザ媒質の流速の最速部分に設けて、レーザ媒質ガス中の塵埃が堆積することを予防し、その表面は、回転体および保持体よりも硬度を高めてかつ平滑に加工しておくことで切替機構自体の損傷劣化が無くなる。さらに、互いに密着する磁性を帯びさせてもよい。

以上の様なモード切り替え手段における駆動装置では、回転体の回転位置を示すアーム等の表示部材を駆動装置軸に付加し、定められた回転体の回転位置に至るとアームなどの部材をロックするピンを出し入れして固定する。ピンの出し入れ状態を検出する手段を同時に備える事により、適切なロックが行なわれない場合に警報を発してモード切り替えが適切に行なわれない事を知らせ、回転体を含むモード切り替え手段の破損を防ぐ。また、駆動装置は気体により駆動する機構を用い、レーザ媒質ガスによって駆動する。

また、モード切り替え手段を、前記放電管を前記配管ブロック部に取付けるスペーサ内に設けてもよく、放電管のレーザ媒質出口側にあることでモード切替機構の安定性がさらに向上する。

これらの構成によれば、モード次数を制御する遮光部材の加熱を抑制し、遮光部材を駆動する機構への塵埃堆積が無く円滑に回転できるため、安定したモード切り替えのできるガスレーザ発振装置を実現することができる。

以上のように、本発明によると、レーザ加工機のＮＣ装置からの指令により、厚板切断に適したレーザ光と、薄板高速高精度切断に適したレーザ光を任意に切替られるため、遮光手段の過度の温度上昇を防止するとともに、長期に遮光手段とレーザ光軸を精度良く一致させることができる。これにより、より長期に安定したレーザ加工を提供するとともに、長期的に装置の損傷を防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。

（実施の形態）
図１から図４に本発明の実施の形態を示す。

図１は本実施の形態におけるガスレーザ発振装置の概略構成図であり、以下、図１を参照しながら説明する。

この図に於いて、３１、４１、５１、６１、７１、８１はそれぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、３２、３３、４２、４３，５２、５３、６２、６３、７２、７３、８２、８３はそれぞれ前記放電管周辺に設けられた電極、斜線部３４、４４、５４、６４、７４、８４はそれぞれ電極３２,３３、４２,４３、５２,５３、６２,６３、７２,７３、８２,８３間に挟まれた放電空間である。本図において放電空間３４、４４、５４、６４、７４、８４は放電管３１、４１、５１、６１、７１、８１と区別するために斜線にて表わしている。

このように、通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管３１、４１、５１、６１、７１、８１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸８５、８７、８９のそれぞれに沿って配置される。５はほぼ全反射する終段鏡、６は部分反射する出力鏡、７、１７、２７、３７は折り返し鏡であり、この終段鏡５,出力鏡６は折り返し鏡７、１７、２７、３７により折り曲げられた光軸（一点鎖線で表わしている）８５、８６、８７、８８、８９上に配置された全ての放電空間全体の両端に配置され、光共振器を形成している。

４は排気配管ブロック１３内に設けたレーザ光のモード切替部であり、９は出力鏡６より出力されるレーザビームである。２１，２２，２３の矢印はレーザガスの流れる方向を示している。１１と１２はそれぞれ放電管３１，４１，５１と６１，７１，８１にレーザ媒質ガスを分配して送り込む給気配管ブロック、１３は放電管３１，４１，５１，６１，７１，８１から流れ出るレーザ媒質ガスを集める排気配管ブロックである。

図示していないが、ガスレーザ装置には、放電電極に電圧を印加する高圧電源や、給気配管ブロック１１，１２、排気配管ブロック１３に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザ媒質ガスを冷却循環させる熱交換器および循環ポンプが設けられている。

以上が実施の形態のモード切替部４を備えたガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。

給気配管ブロック１１を通り、分配されたレーザ媒質ガス２１は、放電管３１内へ導入される。この状態で電極３２，３３から放電エネルギーを得て励起され放電空間３４に放電が発生する。放電空間３１内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック１３に流れこみレーザ媒質ガス２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。

同様に分配されたレーザ媒質ガス２１は、それぞれ放電管４１,５１内に、レーザ媒質ガス２２はそれぞれ放電管６１，７１，８１へ導入され、電極４２,４３、５２,５３、６２,６３、７２,７３、８２,８３から放電エネルギーを得て励起され、放電空間４４、５４、６４、７４、８４に放電が発生する。また放電空間４４,５４,６４,７４,８４内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック１３に流れこみレーザ媒質ガス２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。

これらの励起されたレーザ媒質ガスは折り返し鏡７,１７，２７，３７でそれぞれ折り曲げながら終段鏡５および出力鏡６により形成された光共振器で共振状態となり、出力鏡６からレーザ光９が出力される。

排気配管ブロック１３には、放電管３１,４１,５１，６１，７１，８１を流れて最大約１５０℃に加熱されたレーザ媒質が流れ込み、矢印２３の方向に流出する。レーザ媒質の圧力は通常３０ｋＰａ以下の負圧であり、その速度は音速の２０〜５０％と速い。排気配
管ブロック１３の内部には、図１に示すモード切替部４を矢印４８の方向から見た立体
図である図２に示すように、放電管７１を取り付けるスペーサ２８に固定された保持体３５に、回転体２９の回転軸としてベアリング４７を介して、レーザ光の光軸と直角の水平線周りに回転する回転体２９が配置されている。即ち、回転体２９の回転軸はレーザ光の光軸と直角に交わっている。

図２に示す回転体２９には２ケの異なる径の貫通穴３６および貫通穴３８が設けられている。ここで貫通穴３６はその位置におけるレーザ光の直径と比較して充分大きな直径で、貫通穴３８はレーザ光の直径より小さな直径で構成されていて、貫通穴３８はレーザ光の一部を遮る手段として機能するため、以降アパーチャ３８と記す。

また、回転体２９はレーザ光４９の光軸（一点鎖線で表わしている）に直交する面を有する多面体で構成されており、その角部４６は面取りが施され、高速で流れるレーザ媒質の圧力損失とならないような工夫がなされている。回転体２９の片側は図１に示すようにリンク機構と軸方向スライド機構を有する連結部材１６を介して回転力発生機構２４に結合されることにより、回転力発生機構２４で発生した回転力が回転体２９に伝達される構造となっている。

本実施の形態では回転力発生機構２４に、通常は空気圧で作動するロータリアクチェータを用いているが、その駆動源にはガスレーザ発振装置に必ず供給されるレーザ媒質（Ｈｅ、窒素、炭酸ガスの混合気体）をレーザ発振装置内で分岐配管させて利用している。このレーザ媒質（Ｈｅ、窒素、炭酸ガスの混合気体）はレーザ発振装置が起動している時は常時供給されているため、専用の圧縮空気の配管を不要とし、またそれに伴うレギュレータなどの圧力調整器やフィルターなどの部材も不要とするため、ガスレーザ発振装置の余分な構成の種類を削減している。

また回転力発生機構２４の軸端には少なくとも１０分台の公差で仕上げられた穴１９が設けられたアーム１８が取付けられており、そのアーム１８の回転ストローク端には回転角度を機械的に決める位置決めピン１５が配置されるとともに、位置決めピン１５が穴１９に勘合されたことを検出する検出スイッチ１４が設けられている。また、排気配管ブロック１３内の、他の放電管３１、６１からのレーザ媒質流入部には、図２に示すように回転体２９および保持体３５の形状と近似したダミー部材２６が配置されている。

次に、この作用について説明する。

図２に示す回転体２９は、通常時は貫通穴３６、すなわちその位置におけるレーザ光直径より充分大きな穴が、図１に示す光軸８７に対し垂直となるように回転力発生機構２４において回転トルクを発生させて停止している。この場合レーザ発振装置から出射されるレーザ光は前記背景技術で説明したレーザ光の強度分布を表わすモード次数でのＴＥＭ０１と呼ばれる高次のモード次数となり、厚板切断に適したレーザ光を形成している。

次に、図２に示す回転体２９が回動する動作について説明する。例えばレーザ加工機のＮＣ装置からの指令で、レーザ発振停止状態とした後に図１に示す回転力発生機構２４を作動させ、回転力発生機構２４により発生したトルクは連結部材１６により図２に示す回転体２９に伝達され、回転体２９のアパーチャ３８の中心が図１に示す放電管７１の中心と一致する位置まで回動し、図２に示す回転体２９に設けた突起３９と保持体３５の当たり面が当接して回動停止する。その後、図１に示す位置決めピン１５が突出してアーム１８に設けられた穴１９に嵌合され、検出スイッチ１４により嵌合されたことを検出する。

前述のように、図２に示すアパーチャ３８はレーザ光の直径よりも小さいためレーザ光
の一部を遮り、この場合外部に出射されるレーザ光は前記背景技術で説明したレーザ光の強度分布を表わすモード次数でのＴＥＭ００と呼ばれる低次のモード次数を有し、薄板の高速高精度切断に適したレーザ光を形成する。このようにして、例えばレーザ加工機のＮＣ装置からの指令により、厚板切断に適したレーザ光と、薄板高速高精度切断に適したレーザ光を任意に切替ることができる。

ここで、アパーチャ３８付近の回転体２９は、レーザ光を受光して１部を遮るため瞬間的に５００℃〜６００℃に発熱するが、図１に示す放電管５１、７１から流れ込んだ高速のレーザ媒質の温度が１５０℃〜２００℃であることから常に冷却されることになり、一定の温度以上には上昇しない。したがって、別途の冷却手段を設ける必要がなく、また背景技術のように図２で示すアパーチャ３８が溶融変形することによる、加工不良やガスレーザ発振装置の損傷は発生しない。

ここで、図１に示す放電管３１，４１，５１，６１，７１，８１の光軸中心とレーザ光の光軸中心を一致させるため、図２に示すスペーサ２８の中心はレーザ光の光軸中心と一致するようにあらかじめ位置調整される。また、アパーチャ３８の中心もレーザ光の光軸中心と一致させる必要があるが、あらかじめスペーサ２８の中心とアパーチャ３８の中心を外部で一致させた後、スペーサ２８の中心をレーザ光の光軸中心と一致させることにより、容易にその調整を行うことが可能となる。

その際、スペーサ２８に保持体３５を介して固定された回転体２９と図１で示す回転力発生機構２４の位置関係が変化するが、連結部材１６は３ケの部材から構成されており、各接続部において隙間をもたせて上下方向や左右方向が自在に可動できるリンク機構と軸方向スライド機構を有するため、それらに無理な力が作用することなく回転力発生機構２４が発生する回転トルクを図２に示す回転体２９に伝達することができる。また、前述のように図１に示す排気配管ブロック１３には高温のレーザ媒質が流れ込むため、排気配管ブロック１３や回転体２９および連結部材１６などは、温度分布の変化により熱変形が発生する。

この場合においても、連結部材１６はリンク機構と軸方向スライド機構を有するため、それらに無理な力が作用することなく回転力発生機構２４が発生する回転トルクを図２に示す回転体２９に伝達することができる。

また、回転体２９が回転してアパーチャ３８とレーザ光軸の中心が一致している状態においては、回転体２９に設けた突起３９と保持体３５の当たり面が当接している。

万一、レーザ発振中に図１に示す回転力発生機構２４に供給されるレーザ媒質の圧力が低下する等の理由により当接させる力が低下した場合、排気配管ブロック１３の中を流れる高速のレーザ媒質により図２に示す回転体２９の回転角度を微妙に変化させてしまう場合がある。

この場合アパーチャ３８とレーザ光軸の中心がずれてしまい、ガスレーザ発振装置から出射されるレーザ光９にビーム品質が低下したりレーザ出力が低下したりして安定した品質のレーザ加工ができなくなってしまう。

さらに、大きくアパーチャ３８とレーザ光軸中心がずれた場合には、アパーチャ３８がレーザ光９を遮光する面積が正規配置時に対して増大し、アパーチャ３８が異常に発熱することにより溶融したり、また周辺へのレーザ光散乱により部品を損傷させたりすることもある。

これらを防止するために、図１に示す位置決めピン１５をアーム１８に設けられた穴１９へ嵌合することによりその位置を固定し、万一、レーザ発振中に回転力発生機構２４に供給されるレーザ媒質の圧力が低下する等の理由により、保持力が低下した場合においても、図２に示すアパーチャ３８の位置が変化しないため加工不良や装置損傷を引き起こすことはない。

また、これと同じ目的を達するためには、回転体２９に設けた突起３９と保持体３５の当たり面が、図１に示す排気配管ブロック１３の中を流れる高速のレーザ媒質により、図２に示す回転体２９を回転させる力に打ち勝つことができる磁石などを回転体２９に設けた突起３９と保持体３５に設けて、磁力を付与することでも可能である。

また、回転体２９に設けた突起３９と保持体３５の当たり面の部分は、衝突による微小な磨耗が繰り返されることにより、アパーチャ３８とレーザ光軸の中心が次第に一致しなくなってくることがあり、その場合は前記と同様に、加工不良やひどい場合はガスレーザ装置の損傷を引き起こすことがある。これを防止するために、回転体２９に設けた突起３９と保持体３５の当たり面の部分を他の部位に対して高い硬度を有するように真空焼き入れされており、それらの磨耗を防止して長期安定加工を実現している。

また、回転体２９に設けた突起３９または保持体３５の当たり面の部分には、図１に示す電極３２，３３，４２，４３，５２，５３，６２，６３，７２，７３，８２，８３の微小な消耗粉等が堆積することがあり、その場合も同様に図２に示すアパーチャ３８とレーザ光軸の中心が次第に一致しなくなってしまう。これを防止するために、回転体２９に設けた突起３９と保持体３５の当たり面の部分を平滑にして前記放電電極の消耗粉の付着を防止している。

さらに、回転体２９に設けた突起３９または保持体３５の当たり面は、図１に示す排気配管ブロック１３内において、流速の大きい中央部付近に配置してその堆積を防止している。これにより、アパーチャ３８とレーザ光軸の中心を長期安定的に精密に一致させることにより、長期安定加工を実現している。

また、突起３９も真空焼き入れしたり、突起３９および突起３９と接する回転体２９または保持体３５の接触部分の真空焼き入れされた上に窒化処理などの表面処理を施せばより好適である。

次に、図３について説明する。

図３は図２の回転体の構成を一部変更したものである。図３に示す回転体５９には１ケのみの貫通穴であるアパーチャ３８が設けられている。ここでアパーチャ３８はレーザ光の直径より小さな直径で構成されていて、アパーチャ３８はレーザ光の一部を遮る手段として機能する。従って図２の構成でアパーチャ３８に対する選択は同じであるが、貫通穴３６の選択に対しては、回転体５８を回転させアパーチャ３８をレーザ光空間から除外することで対応している。

図３示す回転体５８の特徴はアパーチャ３８を有する平面は回転軸と同一面に存在していることである。このことにより、回転体５８に設けた突起５９と保持体５５の当たり面に万が一放電電極等の微小な摩耗紛が体積した場合でもアパーチャ３８とレーザ光軸のズレを小さく抑えることができる。ここで、６６は回転体５８の面取りされた角部で、５９は突起である。いずれも図２で示した面取りされた角部６６や突起５９に対応するものである。

回転体５８の回転軸としてベアリング６７を設けているが、図２に示したベアリング４７とは異なり、回転体５８の回転軸はレーザ光の光軸とは交わらない。

また、図３の構成では回転体５８は厚みが小さいためガス流抵抗が小さく、図２を選択した場合の様にガス流を調整するためのダミー部材２６を設置する必要がない。図２または図３の構成はレーザガス配管形状によりいずれかを選択する。

また、突起５９も真空焼き入れしたり、突起５９および突起５９と接する回転体５８または保持体５５の接触部分の真空焼き入れされた上に窒化処理などの表面処理を施せばより好適である。

次に、モード切替手段で薄板切断用モードを選択した場合のアパーチャの配置について、図４を用いて説明する。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）において、出力鏡６と終段鏡５の間に形成されたレーザ光分布９１と固定アパーチャ９２および可動アパーチャ９３、９５、９６の配置を示している。一般にレーザ光分布９１は出力鏡６と終段鏡５の放電空間に向き合う面の曲率と出力鏡６と終段鏡５の距離によってそのレーザ光分布の形状が決まる。このレーザ光分布９１は出力鏡６と終段鏡の距離の略中央にいくほどレーザ光の直径は小さくなり、出力鏡６や終段鏡５の付近にいくほどレーザ光の直径は大きくなる。

したがって例えば特開平４−２９８０８７号公報にも示されるように、アパーチャはレーザ光分布の形状に適合させたほうが、回折などの散乱光の発生が少なく、より集光性の高い高品質なレーザ光が得られることが知られている。

すなわち、図１に示す排気配管ブロック１３または吸気配管ブロック１１、１２の合計９ケ所のモード切替手段取り付け可能位置のうちから、求められる加工性能に応じて、１個または複数個のモード切替手段を任意に配置することができる。

図５にアパーチャの選択とモード次数の相関を示す。横軸にはアパーチャの選択を、縦軸にモード次数を示している。この図からアパーチャの組合せを変更することによりモード次数を選択できることがわかる。

本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の概略構成図 同実施の形態における回転体の拡大立体図 同実施の形態における別の回転体の拡大立体図 同実施の形態における可動アパーチャの配置説明図 同実施の形態におけるビームモード選択説明図 従来におけるレーザ発振装置の概略構成図

符号の説明

４ モード切替部
５ 終段鏡
６ 出力鏡
７、１７、２７、３７ 折り返し鏡
１１、１２ 給気配管ブロック
１３ 排気配管ブロック
１４ 検出スイッチ
１５ 位置決めピン
１６ 連結部材
１８ アーム
１９ 穴
２１、２２、２３ レーザ媒質の流れる方向
２４ 回転力発生機構
２６ ダミー部材
２８ スペーサ
２９、５８ 回転体
３１、４１、５１、６１、７１、８１ 放電管
３２、３３、４２、４３、５２、５３ 電極
６２、６３、７２、７３、８２、８３ 電極
３４、４４、５４、６４、７４、８４ 放電空間
３５、５５ 保持体
３６ 貫通穴
３８ アパーチャ
３９、５９ 突起
４６、６６ 面取りされた角部
４９ レーザ光
８５、８６、８７、８８、８９ 光軸
９１ レーザ光分布
９２、９４ 固定アパーチャ
９３、９５、９６ 可動アパーチャ

Claims (23)

1. レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生する複数の放電手段と、前記複数の放電手段の光軸上に配された少なくとも一対の光学手段と、前記複数の放電手段に接続されて前記レーザ媒質を循環する配管手段と、前記光学手段間に設けられ前記レーザ光のモード次数を切替えるモード切替手段とを備え、前記モード切替手段は前記配管手段内に設けたガスレーザ発振装置。
2. モード切替手段は、放電手段からレーザ媒質が排気される側に設けられた請求項１記載のガスレーザ発振装置。
3. モード切替手段は、レーザ光の光軸を中心軸として回転する請求項１または２記載のガスレーザ発振装置。
4. モード切替手段は、径の異なる複数の貫通穴を有した請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
5. モード切替手段は、レーザ光の光軸面に貫通穴を設けた多面体で形成され、前記多面体の頂点部分が面取りされた請求項１から４のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
6. モード切替手段は、一対の光学手段の略中央に配された請求項１から請求項５のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
7. 一対の光学手段の略中央に、モード切替手段または形状が前記モード切替手段と略同等でレーザ光を遮らないダミーモード切替手段を設けた請求項１から５のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
8. 放電手段と配管手段とはスペーサを介して取付けられ、モード切替手段は、前記スペーサに取り付けられた請求項１から７のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
9. モード切替手段は、回転するシャフトを設けた回転体から成り、前記シャフトと前記回転体とを回転させる連結手段がリンク機構である請求項１から８のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
10. 回転体と前記回転体を保持する保持部材の少なくとも一方に、突起部を設けた請求項９記載のガスレーザ発振装置。
11. 突起部と回転体、または突起部と保持部材が、互いに吸着する磁性体で形成された請求項１０に記載のガスレーザ発振装置。
12. 突起部、及び前記突起部と接する回転体または保持体の部分が、モード切替手段周辺のレーザ媒質の最速部分に設けられた請求項１０または１１に記載のガスレーザ発振装置。
13. 突起部、および前記突起部と接する回転体または保持体の接触部分が、前記回転体および前記保持体よりも高硬度かつ平滑である請求項１０から１２のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
14. モード切替手段は、回転角に応じた位置表示を行なう位置表示手段を有し、回転位置で前記位置表示手段の表示をロックし、ロック状態を検出するセンサを有した請求項１から１３に記載のガスレーザ発振装置。
15. モード切替手段は、レーザ媒質ガスによって回動する請求項１から１４のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
16. レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生する複数の放電手段と、前記複数の放電手段の光軸上に配された少なくとも一対の光学手段と、前記複数の放電手段に接続されて前記レーザ媒質を循環する配管手段と、前記光学手段間に設けられ前記レーザ光のモード次数を切替えるモード切替手段とを備え、前記放電手段は前記配管手段にスペーサを介して取付けられ、前記モード切替手段は前記スペーサ内に設けたガスレーザ発振装置。
17. モード切替手段は、放電手段からレーザ媒質が排気される側に設けられた請求項１６に記載のガスレーザ発振装置。
18. モード切替手段はレーザ光の光軸以外を中心軸として回転する請求項１
    または２記載のガスレーザ発振装置。
19. モード切替手段は平板に貫通穴を有した請求項１から２及び18のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
20. モード切替手段は、レーザ光の光軸面に貫通穴を設けた平板で形成され、前記平板の頂点部分が面取りされた請求項１から2及び19から20のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
21. 突起部、および前記突起部と接する回転体または保持体の接触部分が真空焼入れされた請求項１から12のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
22. 真空焼入れした上に表面処理を施した請求項２１記載のガスレーザ発振装置。
23. モード切替手段を複数有し、その各々を独立して動作させることができる制御手段を有した請求項１から２２のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。