JP2015008239A - レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温によらず運転開始直後よりミラー角度を一定に保つことで、常に高品質のレーザビームを生成し、安定したレーザ加工を実現する
【解決手段】レーザ媒質励起手段の保持部と、励起手段を挟むことで形成された光共振器と、前記励起手段および保持部とを挟みこんで対向する一対のフランジと、前記フランジ同士を結合するパイプとを有し、前記パイプと前記保持部とをバネにより結合した事を特徴とし、バネは保持部に対して、同一平面上に４箇所以上取り付られ、且つバネ保持方向は同一中心である事を特徴とするガスレーザ発振装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は主として板金などの加工用途に用いられるｋｗクラスのレーザ発振装置に関する物である。

図３に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図４を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。

この図に於いて、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２、３は前記放電管周辺に設けられた電極である。４は前記電極に接続された電源である。５は前記電極２、３間に挟まれた放電管１内の放電空間である。６は全反射鏡、７は部分反射鏡であり、この全反射鏡６、部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。矢印９はレーザガスの流れる方向を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１３はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。

以上が従来のガスレーザ発振装置の構成である。次にその動作について説明する。

送風手段１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、レーザガス導入部１４より放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２、３から放電空間５に放電を発生させる。放電空間５内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡６および部分反射鏡７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８がレーザ加工等の用途に用いられる。

図４に従来の軸流型ガスレーザ発振装置における光学ベンチの概略構成を示す。

部分反射鏡７および全反射鏡６は調整板２２に取り付けられ、調整板２２はフランジ２３に対して、角度調整可能な状態で取り付けられている。調整板２２の角度調整によりミラー角度が平行に調整される。

放電管１および無放電管２４は、ブロック２５で保持されている。ブロック２５は台座２６を介して、ベース２７で保持されている。ブロック２５、台座２６およびベース２７は、真空力を保持する必要があるため、通常は鉄やアルミなどの金属を用いている。部分反射鏡側および全反射鏡側それぞれのフランジ２３はパイプ２８にて相互に結合され、互いに平行になるように配置されている。またパイプ２８で結合されたフランジ２３とベース２７間は、回転結合部２９およびスライド結合部３０とで、それぞれ結合されている。パイプ２８は熱膨張率のきわめて小さいカーボンファイバなどの材料から成り、外気温の変化に関わらず、ミクロンオーダーでミラー平行度を一定に保てるように構成されている。

図５は光学ベンチの詳細図である。パイプ２８とブロック２５および台座２６は、結合部材３１で４箇所結合されている。

以上の構造は、放電管および無放電管に掛かる真空力およびベース２７の熱伸縮をミラー保持部であるフランジ２３に伝えないように配慮したものとなっており、ミラー角度を常に平行に保つようになっている。

正常なレーザ出力を得るためには、部分反射鏡および全反射鏡とが平行な状態に調整され、且つ外気温変化などの外乱によらず、常に一定の平行度に保たれる必要がある。

国際公開第０１／０９３３８０号

この様な従来のレーザ発振装置は、下記課題を有している。

図５に示すように放電管１と全反射鏡６および部分反射鏡７は、同芯を保持する必要がある。すなわちフランジ２３とブロック２５との同芯を常に維持する必要がある。ただしフランジ２３同士を結合しているパイプ２８はカーボンファイバを使用しており、且つ１ｍ〜２ｍ以上の長さを有しているため剛性が充分ではなく、同芯の保持が困難となる。そのためパイプ２８とブロック２５および台座２６とを結合部材３１で結合し、同芯の保持を行っている。

ただし結合部材３１での結合により、鉄やアルミなどの金属であるベース２７の熱伸縮の影響がパイプ２８に伝わり、結果的にフランジ２２に外力が伝わる事になる。そのため、ミラー角度の平行度維持に悪影響を及ぼしていた。

なお本課題に関する従来例としてのレーザ発振装置（例えば、特許文献１を参照）の発明が開示されているが、これらの発明も上記の問題点を十分解決するものでは無い。

本発明は、上記問題点を解決するために、レーザ媒質と、レーザ媒質を励起する励起手段と、前記励起手段の保持部と、前記励起手段を挟むことで形成された光共振器と、前記励起手段および保持部とを挟みこんで対向する一対のフランジと、前記フランジ同士を結合するパイプとを有し、前記パイプと前記保持部とをバネにより結合した事を特徴とし、前記バネは前記保持部に対して、同一平面上に４箇所以上取付られ、且つバネ保持方向は同一中心である事を特徴とするレーザ発振装置である。

本発明により、外気温によらず運転開始直後よりミラー角度を一定に保つことが可能となり、常に高品質のレーザビームを生成し、安定したレーザ加工が可能となるレーザ発振装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置の光学ベンチの構成図 本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置の光学ベンチのバネ保持部詳細図 従来のレーザ発振装置の構成図 従来のレーザ発振装置の光学ベンチの構成図 従来のレーザ発振装置の光学ベンチの保持部材部詳細図

以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明の実施例であり請求項１および２に関するレーザ発振装置の構成図である。

パイプ２８とブロック２６、および台座２７とは、バネ３２とで結合されている。

図２はバネ結合部の詳細図である。

バネ３２は４箇所配置されており、それぞれの取り付け方向の中心は、一致している。バネ同士の取り付け方向が一致している事により、フランジ２３と放電管１との中心が一致した状態の維持が容易となる。

従来の結合部材３１での結合に比べて、バネ３２での結合は、ベース２７の熱伸縮に対して、パイプ２８に対して掛かる荷重の変化がほとんど変化しないため、フランジ２３の平行度維持が極めて容易となる。例えばベース２７は通常２ｍ程度の長さとなり、鉄で出来ている場合が多い。

仮にベースの温度が数１０度以上変化する場合、ベース２７の長さは１ｍｍ近く変化する事になる。との時、結合部材の部分の変位は０．５ｍｍ程度となる。従来の結合部材３１での構造では、この０．５ｍｍの変位を影響がそのままパイプ２８に伝わり、フランジ２３に外力が掛かる。

フランジ２３はミクロンオーダーで平行度を保つ必要があるため、レーザ出力の維持に大きな弊害を及ぼしていた。本発明では、バネ部分の変位０．５ｍｍに対して、バネ乗数が仮に数ｋｇｆ／ｍｍとしてもバネ伸縮方向と垂直方向への変位であるため、バネがパイプに与える荷重の変化はほとんど変化しない。

本発明は、極めて簡単な構造により、外気温によらず運転開始直後より安定したレーザ加工が可能となるレーザ発振装置を提供できるため、産業上有用である。

１ 放電管
２ 電極
３ 電極
４ 電源
５ 放電空間
６ 全反射鏡
７ 部分反射鏡
８ レーザビーム
９ レーザガスの流れる方向
１０ レーザガス流路
１１ 熱交換器
１２ 熱交換器
１３ 送風機
１４ レーザガス導入部
２２ 調整板
２３ フランジ
２４ 無放電管
２５ ブロック
２６ 台座
２７ ベース
２８ パイプ
２９ 回転結合部
３０ スライド結合部
３１ 結合部材
３２ バネ

Claims (2)

1. レーザ媒質と、レーザ媒質を励起する励起手段と、前記励起手段の保持部と、前記励起手段を挟むことで形成された光共振器と、前記励起手段および保持部とを挟みこんで対向する一対のフランジと、前記フランジ同士を結合するパイプとを有し、
   前記パイプと前記保持部とをバネにより結合した事を特徴とするレーザ発振装置。
2. 前記バネは前記保持部に対して、同一平面上に４箇所以上取付られ、且つバネ保持方向は同一中心である事を特徴とする請求項１記載のレーザ発振装置。

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