JP2016035980A

JP2016035980A - レーザ装置

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Publication number: JP2016035980A
Application number: JP2014158486A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　智明; Tomoaki Sato; 智明佐藤
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Weld Tech Co Ltd
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-08-04
Also published as: CN105322425A; JP6411120B2

Abstract

【課題】レーザ励起光源に用いられるフラッシュランプに対するトリガ機構や冷却機構について、装置性能、信頼性、安全性を保ちつつ簡易化と低コスト化を実現する。【解決手段】このＹＡＧレーザ加工装置は、チャンバ１０、レーザ発振部１２、レーザ励起部１４、シマー回路１５、トリガ電極１６、トリガ回路１８および制御部２０を有している。トリガ電極１６は、物理的にはチャンバ１０の外近傍に配置され、電気的にはトリガ回路１８の出力端子に接続され、チャンバ１０との間にコンデンサＣAを形成している。トリガ回路１８より高電圧のトリガパルスＴＰがトリガ電極１６に印加されると、トリガパルスＴＰの電圧がトリガ電極１６、チャンバ１０および楕円反射鏡筒２５を介してフラッシュランプ２８に印加され、フラッシュランプ２８がそれまでの待機状態から点灯状態に移行する（つまりランプ点灯を開始する）。【選択図】図１

Description

本発明は、フラッシュランプの発する励起光を固体レーザ媒体に照射してレーザ発振を行うレーザ装置に関する。

一般に、固体のレーザロッドをレーザ媒体に使用し、フラッシュランプを励起光源に用いるレーザ装置（たとえばＹＡＧレーザ）は、チャンバの中にレーザロッド（ＹＡＧロッド）とフラッシュランプとを並置し、フラッシュランプより発せられる励起光をレーザロッドの側面または周面に照射し、励起光のエネルギーで励起またはポンピングされたレーザロッドの両端面から出る所定波長の光を全反射ミラーと部分反射（出力）ミラーとの間で共振増幅して、出力ミラーよりレーザ光を取り出すようにしている。

この種のフラッシュランプは、直管形のガラス管の両端部に一対の電極（つまり陽極および陰極）を対向配置するとともに、発光の基となる希ガス（一般にキセノンガス）を封入している。そして、ランプの点灯を開始するときは、たとえばパルストランス等により構成される高電圧パルス発生回路より、ランプの陽極と陰極間に高電圧パルスを印加するか、あるいはランプの中または外近傍に配置されているトリガ電極に高電圧パルスを印加して、ガラス管に封入されているガスの絶縁を破壊する。こうしてガラス管内でガスの絶縁が破壊されると、主点灯回路から駆動電流がランプに供給されるようになり、ガスの放電または発光が継続する。ランプの点灯開始をよくするために、待機（レーザ未発振）中のランプに微弱な予備放電電流を流しておくシマー回路もよく用いられている。

上記のような各種フラッシュランプ点灯開始方式の中で、陽極と陰極間にパルス電圧を印加する方式は、ガスの絶縁破壊に必要な電圧パルスの電圧値が非常に高いため、大規模で高価な高電圧パルス発生回路を必要とするだけでなく、主点灯回路やシマー回路等も高電圧に耐えられるようにする必要がある。また、フラッシュランプ内でアーク柱が長くなったり、ガス圧が高くなったりすると、ランプの点灯性能が悪化するおそれがある。このため、アーク柱の長さ、ガス圧、トリガ電圧等を頻繁に調整しなければならない。

一方、ランプの中にトリガ電極を設けて、このトリガ電極に高電圧パルスを印加する内部トリガ方式も、高価なフラッシュランプを必要とする。

その点、ランプの外近傍にトリガ電極を配置して、このトリガ電極に高電圧パルスを印加する外部トリガ方式は、フラッシュランプやランプ周辺回路（高電圧パルス発生回路、主点灯回路等）が低コストのもので済むため、最も多く用いられている。

特開平７−１８３５９６号公報

通常、上記のような固体レーザ装置は、レーザの発振効率を高めるために、チャンバに冷却水を供給し、チャンバ内でフラッシュランプおよびレーザロッドを冷却水に晒すようにしている。この場合、従来の外部トリガ方式は、チャンバ内でトリガ電極も冷却水に晒されるので、トリガ電極からの漏電を防止するために、冷却水に絶縁性の高い純水を使用し、チャンバの材質に樹脂等の絶縁体を用いている。このため、チャンバに冷却水を供給する冷却装置は、水道水または工業用水から純水を得るために高価なイオン交換樹脂を備える必要がある。また、樹脂製のチャンバは、フラッシュランプおよびレーザロッドを安定に保持し、かつ冷却水の水漏れを防止するための加工が非常に難しく、製作コストが金属製のチャンバよりも高くついている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、レーザ発振部周りの機構について、特にレーザ励起光源に用いられるフラッシュランプに対するトリガ機構や冷却機構について、装置性能、信頼性、安全性を保ちつつ簡易化と低コスト化を実現するレーザ装置を提供する。

上記の目的を達成するために、本発明のレーザ装置は、固体レーザ媒体を有する光共振器と、前記固体レーザ媒体に励起光を照射するための外部トリガ方式のフラッシュランプを有する励起部と、前記固体レーザ媒体と前記フラッシュランプとを対置して収容する導電性のチャンバと、前記チャンバの外に配置され、前記チャンバとの間にコンデンサを形成するトリガ電極と、前記フラッシュランプの点灯を開始するために前記トリガ電極に高電圧のパルスを印加するトリガ回路とを有する。

上記の装置構成においては、トリガ回路より出力された高電圧のパルスは、トリガ電極およびチャンバを介してフラッシュランプに管壁の外から印加される。ここで、トリガ電極とチャンバとはコンデンサによって容量結合されている。高電圧のパルスがフラッシュランプに管壁の外から印加されると、ランプ内ではカソード電極付近でキセノンガスの絶縁が破壊され、ガス分子が電離する。そうすると、ガス分子の電離から発生した電子がアノード電極に向かいながらガス分子と衝突して次々と電離または励起を拡大させ、電子の雪崩現象が起きて放電が開始し、フラッシュランプが点灯する。フラッシュランプより発せられた励起光は固体レーザ媒体を励起し、励起された固体レーザ媒体より所定の光軸方向に出た一定波長の光が光共振器の中で反射を繰り返して増幅されたのちレーザ光として出力される。

本発明の好適な一態様においては、トリガ電極とチャンバとの間に誘電体が挟まれる。好ましくは、チャンバを載せて支持するための絶縁性のベースの上面とチャンバの底面との間にトリガ電極および誘電体を挿入する。このようにトリガ電極とチャンバとの間に誘電体を挟むことにより、上記コンデンサの静電容量を著しく増大させて、高電圧パルスの電圧降下を小さくし（つまり、フラッシュランプに外から印加される分の電圧を大きくし）、放電性能を向上させることができる。

別の好適な一態様において、トリガ電極は、面状の板またはシートの形体を有し、チャンバの下面の１／２以上の面積を有する。また、誘電体は、面状の板、シートまたは薄膜の形体を有し、チャンバの下面の１／２以上の面積を有する。

別の好適な一態様においては、チャンバ内で固体レーザ媒体およびフラッシュランプが冷却水に晒される。本発明においては、固体レーザ媒体およびフラッシュランプを冷却水に晒して収容するチャンバの中にトリガ電極を設けずに、フラッシュランプを外部トリガ方式により点灯させることができるので、チャンバ内の漏電を解消することができる。このことにより、イオン交換樹脂を通さない水道水または工業用水を冷却水に使用することができる。

別の好適な一態様においては、トリガ電極が誘電体の中に封入される。この構成によれば、メンテナンス等でチャンバの周囲に冷却水がこぼれても、トリガ電極を冷却から保護し、トリガ電極周りの漏電を防止することができる。

本発明のレーザ装置によれば、上記のような構成を有することにより、レーザ発振部周りの機構について、特にレーザ励起光源に用いられるフラッシュランプ用のトリガ機構や冷却機構について、装置性能、信頼性、安全性を保ちつつ簡易化と低コスト化を実現することができる。

本発明の一実施形態におけるＹＡＧレーザ加工装置の全体の構成を示すブロック図である。上記ＹＡＧレーザ加工装置における要部（チャンバ周り）の構成を示す正面から見た一部切り欠き縦断面図である。上記ＹＡＧレーザ加工装置における要部（チャンバ周り）の構成を示す側面から見た縦断面図である。実施形態におけるチャンバ周りの構成の一変形例を示す縦断面図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

［装置全体の構成］

図１に、本発明の一実施形態におけるＹＡＧレーザ加工装置の全体の構成を示す。このＹＡＧレーザ加工装置は、主な構成要素として、チャンバ１０、レーザ発振部１２、レーザ励起部１４、シマー回路１５、トリガ電極１６、トリガ回路１８および制御部２０を有しており、レーザ加工用のパルスレーザ光ＬＢを単発または所定の繰り返し周波数で発振出力するように構成されている。

レーザ発振部１２は、ＹＡＧロッド２２と、このＹＡＧロッド２２を挟んでロッド軸方向で対向配置される一対のミラーつまり全反射ミラー２４および部分反射（出力）ミラー２６とを有している。ここで、全反射ミラー２４と出力ミラー２６は光共振器を構成している。レーザ励起部１４は、ＹＡＧロッド２２に励起光を照射するためのフラッシュランプ２８と、このフラッシュランプ２８にランプ点灯または発光用の駆動電流を供給するための主点灯回路またはレーザ電源回路３０とを有している。

チャンバ１０は、導体からなる分解可能かつ密閉可能な容器として構成されており、レーザ発振部１２のＹＡＧロッド２２とレーザ励起部１４のフラッシュランプ２８とを並置して収容している。この実施形態では、チャンバ１０の中に、ＹＡＧロッド２２およびフラッシュランプ２８を取り囲み、フラッシュランプ２８から放射された光（励起光）を内壁面で反射する導体たとえば銅製の楕円反射鏡筒２５が設けられている。この場合、ＹＡＧロッド２２およびフラッシュランプ２８は、楕円反射鏡筒２５内の一対の楕円焦点軸上にそれぞれ配置される。楕円反射鏡筒２５は、チャンバ１０に対して、好ましくは近接しており、さらに好ましくは物理的かつ電気的に接続または結合されている。このように楕円反射鏡筒２５とチャンバ１０が接続または結合されていることにより、帯電部分とランプの距離が短くなるので、ランプの点灯が容易になる。チャンバ１０には冷却装置３２より配管３４を介して一定温度の冷却水が循環供給され、チャンバ１０の中でＹＡＧロッド２２およびフラッシュランプ２８は冷却水に晒されるようになっている。この実施形態では、冷却装置３２はイオン交換樹脂を備えてはおらず、水道水または工業用水をそのまま冷却水に用いている。

主点灯回路３０は、フラッシュランプ２８を点灯駆動するための電力を蓄積するコンデンサ３６と、たとえば単相交流電源３８からの商用交流を直流に変換してコンデンサ３６を所定の電圧に充電する充電回路４０と、コンデンサ３６とフラッシュランプ２８との間に接続されたスイッチング素子たとえばトランジスタ４２と、このトランジスタ４２をスイッチング駆動する駆動回路４４とを有している。

フラッシュランプ２８が主点灯回路３０よりパルス波形のランプ駆動電流Ｉ_Rの供給を受けてパルス点灯すると、フラッシュランプ２８の発する光のエネルギーでＹＡＧロッド２２が励起され、ＹＡＧロッド２２の両端面より軸方向に出た一定波長の光が光共振器ミラー２４，２６の間で反射を繰り返して増幅されたのちパルスレーザ光ＬＢとして出力ミラー２６を抜け出る。出力ミラー２６より抜け出たパルスレーザ光ＬＢは、適当なレーザ伝送系（図示せず）を介してレーザ加工部（図示せず）へ送られ、そこで被加工物（図示せず）に照射される。

シマー回路１５は、本装置に電源が入っていて、パルスレーザ光ＬＢが発振出力されていない間の待機中にフラッシュランプ２８に予備放電用のシマー電流Ｉsを供給するように構成されている。

トリガ電極１６は、物理的にはチャンバ１０の外近傍に配置され、電気的にはトリガ回路１８の出力端子に接続され、チャンバ１０との間にコンデンサＣ_Aを形成している。トリガ回路１８より高電圧のトリガパルスＴＰがトリガ電極１６に印加されると、トリガパルスＴＰの電圧がトリガ電極１６、チャンバ１０および楕円反射鏡筒２５を介してフラッシュランプ２８に印加され、フラッシュランプ２８がそれまでの待機状態から点灯状態に移行する（つまりランプ点灯を開始する）ようになっている。トリガ回路１８は、たとえばパルストランス等の昇圧回路を有し、１０ｋＶ以上の尖頭値を有する高電圧のトリガパルスＴＰを出力するように構成されている。

このような外部トリガ方式によるフラッシュランプ２８の点灯開始を安定確実に行うためには、トリガ電極１６とチャンバ１０との間に形成されるコンデンサＣ_Aの静電容量を可及的に大きくすることが望ましい。本実施形態では、後述するように、レーザ発振部またはチャンバ１０周りの分解または組立ておよびメンテナンス性に支障を来たさない範囲でトリガ電極１６とチャンバ１０との対向面積を可及的に大きくするとともに、両者（１０，１６）の間に誘電体１７を挿入することにより、該コンデンサＣ_Aの静電容量を可及的に大きくする工夫をしている。

主制御部２０は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）を含んでおり、プログラムメモリに格納している各種プログラム（ソフトウェア）にしたがって装置各部の動作、特にシマー回路１５、トリガ回路１８、主放電回路３０（充電回路４０、駆動回路４４）、冷却装置３２等の動作および装置全体のシーケンスを制御し、タッチパネルやディスプレイ等を含む操作盤（図示せず）を介してユーザ（作業員、保守員等）と情報（設定値、モニタ情報等）をやりとりする。

［実施形態におけるチャンバ回りの構成］

以下に、図２および図３につき、このＹＡＧレーザ加工装置における要部の構成、特にチャンバ１０回りの構成を説明する。図２は正面から見たチャンバ１０回りの一部切り欠き縦断面図、図３は側面から見たチャンバ１０回りの縦断面図である。

チャンバ１０は、厚板状の絶縁体からなる台座（ベース）５０の上に複数のボルト５２で固定される上面の開口した下部チャンバ部材１０Ｌと、この下部チャンバ部材１０Ｌの上に被さるようにして着脱可能に取り付けられる下面の開口した上部チャンバ部材１０Ｕとで構成される。本実施形態において、下部チャンバ部材１０Ｌおよび上部チャンバ部材１０Ｕは、導体であるステンレスからなり、図３に示すように、それぞれの開口部およびフランジ部５４Ｌ，５４Ｕを上下に突き合わせ、Ｏリング５６を介して液密かつ分解可能に結合される。

なお、下部チャンバ部材１０Ｌおよび上部チャンバ部材１０Ｕは、ステンレス以外の導体、たとえばアルミニウム、銅、真鍮等の金属を用いて形成することができる。また、樹脂の表面に金属メッキを施すことで形成することもできる。

図３において、下部チャンバ部材１０Ｌの内側には、コ字状の下部保持部材５８Ｌを介して下部半楕円反射鏡筒部材２５Ｌが固定され、この下部半楕円反射鏡筒部材２５Ｌの内側にＹＡＧロッド２２が取り付けられる。一方、上部チャンバ部材１０Ｕの内側には、コ字状の上部保持部材５８Ｕを介して上部半楕円反射鏡筒部材２５Ｕが固定され、この上部半楕円反射鏡筒部材２５Ｕの内側の所定位置にフラッシュランプ２８が取り付けられる。下部半楕円反射鏡筒部材２５Ｌおよび上部半楕円反射鏡筒部材２５Ｕは、上下一体に合わさって断面楕円形の楕円反射鏡筒２５を形成する。この楕円反射鏡筒２５内の長手方向に延びる一対の楕円焦点軸上に、ＹＡＧロッド２２およびフラッシュランプ２８がそれぞれ配置される。

下部保持部材５８Ｌおよび上部保持部材５８Ｕは、たとえばステンレスまたはアルミニウム等の導体で構成されている。下部楕円反射鏡筒部材２５Ｌおよび上部楕円反射鏡筒部材２５Ｕは、内壁面が金メッキされた導体板たとえば銅板で構成されている。図示の構成例における下部楕円反射鏡筒部材２５Ｌおよび上部楕円反射鏡筒部材２５Ｕは、下部保持部材５８Ｌおよび上部保持部材５８Ｕを介して下部チャンバ部材１０Ｌおよび上部チャンバ部材１０Ｕにそれぞれ電気的に接続されている。

チャンバ１０の中で、下部チャンバ部材１０Ｌの開口部と上部チャンバ部材１０Ｕの開口部とはガラス板６０で仕切られている。このガラス板６０により、下部チャンバ部材１０Ｌの内側でＹＡＧロッド２２の周囲に冷却水を流す冷却水通路と、上部チャンバ部材１０Ｕの内側でフラッシュランプ２８の周囲に冷却水を流す冷却水通路とが分離される。また、フラッシュランプ２８の交換やメンテナンス等の際に万が一フラッシュランプ２８のガラス管が壊れても、ガラスの破片がガラス板６０の上に留まり、ＹＡＧロッド２２側には及ばないようになっている。

下部チャンバ部材１０Ｌの下面は平坦面に形成されている。台座５０と下部チャンバ部材１０Ｌとの間には、トリガ電極１６と誘電体１７が重なって挿入されている。トリガ電極１６は、面状の板またはシートの形体を有する導体からなり、台座５０の上面に載置または貼付され、台座５０を貫通する導体６５を介してトリガ回路１８（図１）に接続されている。誘電体１７は、面状の板、シートまたは薄膜の形体を有する任意の絶縁体であり、たとえばＰＣ（ポリカーボネート）からなり、トリガ電極１６の上面に載置または貼付され、下部チャンバ部材１０Ｌの下面に密着している。なお、誘電体１７としては、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、またはポリイミドといった絶縁性を有する材料を用いることもできる。

図示の構成例では、誘電体１７を挟んでトリガ電極１６と下部チャンバ部材１０Ｌの下面との間に上記コンデンサＣ_Aが形成される。このコンデンサＣ_Aに十分大きな静電容量を持たせるためには、トリガ電極１６および誘電体１７の面積が下部チャンバ部材１０Ｌの下面の面積の１／２以上であるのが好ましく、図３に示すようにトリガ電極１６および誘電体１７が下部チャンバ部材１０Ｌの外（横）にはみ出る構成も好ましい。なお、フラッシュランプ２８の点灯性を重視すれば、トリガ電極１６を金属フィルムのような可撓性の材料で構成し、誘電体１７を間に介して、上部チャンバ１０Ｕと下部チャンバ１０Ｌを含むチャンバ１０全体を覆う構成とすることが望ましい。しかしながら、メンテナンス性、安全性、コスト等を考慮して、本実施形態のように、チャンバ１０のひとつの面に対して、できるだけ面積の広いトリガ電極１６を近接させることが実用的に最も望ましい構成である。

また、トリガ電極１６と下部チャンバ部材１０Ｌとの間のギャップ間隔つまり絶縁体１７の厚さも物理的強度に支障が生じない限りで小さい（薄い）ほど好ましく、たとえば〜２ｍｍの厚さに選ばれる。

図２において、フラッシュランプ２８は、たとえばキセノンフラッシュランプであり、たとえば内径１０ｍｍの石英ガラス製直管（ガラス管）の両端部に円柱形状のカソード電極６６およびアノード電極６８（図１に図示、図２では図示省略）を配置し、キセノンガスを封入している。カソード電極６６およびアノード電極６８は、フラッシュランプ２８の両端から軸方向外側に延びる絶縁被覆電線７０，７２にそれぞれ電気的に接続されている。絶縁被覆電線７０，７２の端には、着脱可能な接続端子を構成する舌部７４，７６がそれぞれ取り付けられている。

フラッシュランプ２８は、上部チャンバ部材１０Ｕの両端にボルト７８により着脱可能に取り付けられるランプ押え８０にその両端部をＯリング８２を介して保持される。

ＹＡＧロッド２２はたとえば直径８ｍｍの丸棒の形体を有し、その両端部が筒状のレーザロッドホルダ８４に保持される。そして、レーザロッドホルダ８４は、下部チャンバ部材１０Ｌの両端にボルト８６により着脱可能に取り付けられるロッド押え８８にＯリング９０を介して保持される。

下部楕円反射鏡筒部材２５Ｌおよび上部楕円反射鏡筒部材２５Ｕは、両端部にて下部保持部材５８Ｌおよび上部保持部材５８Ｕにそれぞれ保持され、ボルト９２，９４により下部チャンバ部材１０Ｌおよび上部チャンバ部材１０Ｕに固定される。

下部チャンバ部材１０Ｌおよび上部チャンバ部材１０Ｕには、下部楕円反射鏡筒部材２５Ｌおよび上部楕円反射鏡筒部材２５Ｕ内の冷却水通路をチャンバ１０の外の配管３４（図１）に接続するための流路９６が機械加工により形成されている。この流路９６の出口付近にはメッシュフィルタ９８が設けられる。上部チャンバ部材１０Ｕの上面には、流路９６から気泡を抜くためのキャップ１００が取り付けられる。

この実施形態では、下部チャンバ部材１０Ｌおよび上部チャンバ部材１０Ｕの材質がステンレスまたはアルミニウム等の金属であるため、チャンバ１０内に液密な流路７４を形成する機械加工や、下部保持部材５８Ｌ、上部保持部材５８Ｕ、レーザロッドホルダ５２等の部品加工、取付け、組立て等を簡単かつ高精度に行うことができる。

［実施形態におけるトリガ機構の作用］

以下に、この実施形態のＹＡＧレーザ加工装置においてフラッシュランプ２８の点灯を開始するためのトリガ機構の作用を詳細に説明する。

制御部２０は、パルスレーザ光ＬＢを発振出力しない期間中は、主点灯回路３０をオフ状態に保ち、シマー回路１５を通じてフラッシュランプ２８に予備放電用のシマー電流Ｉsを流し続ける。そして、パルスレーザ光ＬＢを発振出力する時に、トリガ回路１８に所定の尖頭値を有する高電圧のトリガパルスＴＰを出力させる。

トリガ回路１８より出力されたトリガパルスＴＰは、トリガ電極１６、誘電体１７、チャンバ１０、保持部材５８Ｌ，５８Ｕ、楕円反射鏡筒２５および冷却水を介してフラッシュランプ２８に管壁の外から印加される。ここで、チャンバ１０、保持部材５８Ｌ，５８Ｕおよび楕円反射鏡筒２５は互いに電気的に接続され同電位であり、トリガ電極１６とチャンバ１０（下部チャンバ部材１０Ｌ）とはコンデンサＣ_Aによって容量結合されている。上記のように、コンデンサＣ_Aの静電容量が非常に大きいので、トリガパルスＴＰのコンデンサＣ_Aにおける電圧降下は小さい。このため、トリガパルスＴＰの電圧の大部分が楕円反射鏡筒２５とカソード電極６６との間に印加される。

楕円反射鏡筒２５とカソード電極６６との間には冷却水とランプ内部のガスが介在している。ここで、冷却水の比誘電率は８０以上であり、大気中の比誘電率（１）に比して格段に大きい。つまり、冷却水の中でフラッシュランプ２８の外近傍に楕円反射鏡筒２５を配置する場合は、大気中でフラッシュランプ２８の外近傍に楕円反射鏡筒２５を配置する場合に置き換えると両者間のギャップ間隔を１／８０以下に短縮する効果（フラッシュランプ２８の管壁に楕円反射鏡筒２５を殆ど接触させるのに等しい効果）が得られる。したがって、大気中でフラッシュランプ２８の点灯を開始させる一般の外部トリガ方式と同等にトリガパルスＴＰの電圧をフラッシュランプ２８内のガスに印加することができる。

これにより、ランプ２８内ではカソード電極６６付近でキセノンガスの絶縁が破壊され、ガス分子が電離する。そうすると、ガス分子の電離から発生した電子がアノード電極６８に向かいながらガス分子と衝突して次々と電離または励起を拡大させ、電子の雪崩現象が起きて放電が開始する。さらにシマー回路１５からのシマー電流により、グロー放電を継続させる。

なお、本発明者は、この実施形態のＹＡＧレーザ加工装置において、トリガパルスＴＰの電圧（尖頭値）として従来の一般的な値である１６ｋＶ，１７．４ｋＶ、１９．４ｋＶ、２１．８ｋＶ、２２．２ｋＶ、２４．２ｋＶの各場合を選定してフラッシュランプ２８の点灯具合を検査したところ、いずれの場合にもフラッシュランプ２８が安定確実に点灯することを確認した。

制御部２０は、上記のようにトリガ回路１８にトリガパルスＴＰを出力させてフラッシュランプ２８の放電を開始するのにタイミングを合わせて、主放電回路３０の駆動回路４４を制御してスイッチング素子４２をオンさせる。これにより、主放電回路３０よりフラッシュランプ２８にパルス波形の主電流つまりランプ励起電流Ｉ_Rが供給され、フラッシュランプ２８より同じパルス波形の励起光が発生される。フラッシュランプ２８より発せられた励起光は、楕円反射鏡筒２５の内壁で反射したり、ガラス板６０を透過して、ＹＡＧロッド２２の側面に入射し、ＹＡＧロッド２２を励起する。そして、上記のように、励起されたＹＡＧロッド２２の両端面より軸方向に出た一定波長の光が光共振器ミラー２４，２６（図１）の間で反射を繰り返して増幅されたのちパルスレーザ光ＬＢとして出力ミラー２６を抜け出る。

上記のように、この実施形態のＹＡＧレーザ加工装置においては、ＹＡＧロッド２２およびフラッシュランプ２８を冷却水に晒して収容するチャンバ１０の中にトリガ電極を設けずに、フラッシュランプ２８を外部トリガ方式により点灯させることができるので、チャンバ１０内部におけるトリガ電極からの漏電を根本的に解消することができる。したがって、冷却装置３２は、純水を生成するための高価なイオン交換樹脂を備える必要はなく、水道水または工業用水をそのままチャンバ１０に供給することができる。また、チャンバ１０の材質にステンレスやアルミニウム等の金属（導体）を使えるので、チャンバ１０の機械加工や付属部品の加工、取付け、組立て等を簡単かつ高精度に行える。このことにより、フラッシュランプ２８に対するトリガ機構や冷却機構について、装置性能、信頼性、安全性を保ちつつ簡易化と低コスト化を実現することができる。

さらに、この実施形態では、トリガ電極１６を絶縁性の台座５０とこの上に固定される下部チャンバ部材１０Ｌとの間に配置するので、トリガ電極１６とチャンバ１０との間に静電容量の十分に大きなコンデンサＣ_Aを得ることができるだけでなく、チャンバ１０の内部または周りの部品交換やメンテナンスの際にトリガ電極１６が邪魔になることは全くない。このことも、実用上の大なる利点である。

［他の実施形態または変形例］

上記実施形態では、フラッシュランプ２８の発する励起光をＹＡＧロッド２２に向けて反射させる楕円反射鏡筒２５をチャンバ１０の内側に設けた。この場合は、上記のように楕円反射鏡筒２５がトリガパルスＴＰをフラッシュランプ２８に管壁の外から印加する外部トリガ方式において終端トリガ電極の機能を兼ねる。しかし、楕円反射鏡筒２５を省くことも可能である。その場合は、チャンバ１０（たとえば上部チャンバ部材１０Ｕ）がフラッシュランプ２８の外近傍に位置して終端トリガ電極として機能するように、フラッシュランプ２８をチャンバ１０の内壁に近接して配置すればよい。

図４に示すように、チャンバ１０周りの構成の一変形例として、トリガ電極１６の上面および下面を絶縁性の台座５０および板状誘電体１７で覆うだけでなく、トリガ電極１６の全側面も絶縁体１０２で囲む構成を採ることができる。このようにトリガ電極１６を絶縁体で密封することで、メンテナンス等でチャンバ１０の周囲に冷却水がこぼれても、トリガ電極１６を冷却水との接触ないし漏電から保護することができる。

また、取り扱いは上記実施形態よりも不便になるが、トリガ電極１６をチャンバ１０の下面以外の任意の面に対向させて配置する構成も可能である。その場合も、トリガ電極１６とチャンバ１０の対向面との間に誘電体を介在させる構成が好ましい。

本発明は、上記実施形態におけるようなＹＡＧレーザ加工装置の他にも任意の固体レーザ装置に適用可能である。

１０チャンバ
１０Ｕ上部チャンバ部材
１０Ｌ下部チャンバ部材
１２レーザ発振部
１４レーザ励起部
１６トリガ電極
１７誘電体
１８トリガ回路
２０制御部
２２ＹＡＧロッド（レーザロッド）
２４全反射ミラー
２５楕円反射鏡筒
２５Ｕ上部半楕円反射鏡筒部材
２５Ｌ下部半楕円反射鏡筒部材
２６部分反射（出力）ミラー
２８フラッシュランプ
３０主点灯回路（レーザ電源回路）
３２冷却装置
５０台座

Claims

固体レーザ媒体を有するレーザ発振部と、
前記固体レーザ媒体に励起光を照射するための外部トリガ方式のフラッシュランプを有する励起部と、
前記固体レーザ媒体と前記フラッシュランプとを並べて収容する導電性のチャンバと、
前記チャンバの外に配置され、前記チャンバとの間にコンデンサを形成するトリガ電極と、
前記フラッシュランプの点灯を開始するために前記トリガ電極に高電圧のパルスを印加するトリガ回路と
を有するレーザ装置。
前記トリガ電極と前記チャンバとの間に誘電体が挟まれている、請求項１に記載のレーザ装置。
前記チャンバを載せて支持するための絶縁性のベースを有し、
前記ベースの上面と前記チャンバの底面との間に前記トリガ電極および前記誘電体が挿入されている、
請求項２に記載のレーザ装置。
前記トリガ電極は、面状の板またはシートの形体を有し、前記チャンバの下面の１／２以上の面積を有する、請求項３に記載のレーザ装置。
前記誘電体は、面状の板、シートまたは薄膜の形体を有し、前記チャンバの下面の１／２以上の面積を有する、請求項３または請求項４に記載のレーザ装置。
前記チャンバの中で前記固体レーザ媒体および前記フラッシュランプを取り囲み、内壁面が前記励起光を反射する導電性の反射部材を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
前記反射部材は、導電性の楕円反射鏡筒を有し、
前記固体レーザ媒体および前記フラッシュランプは、前記楕円反射鏡筒内の一対の楕円焦点位置にそれぞれ配置される、
請求項６に記載のレーザ装置。
前記反射部材は、前記チャンバに電気的に接続されている、請求項７または請求項７に記載のレーザ装置。
前記チャンバ内で前記固体レーザ媒体および前記フラッシュランプを冷却水に晒して冷却する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
前記冷却水は、イオン交換樹脂を通さない水道水または工業用水である、請求項１１に記載のレーザ装置。
待機中の前記フラッシュランプに予備放電電流を供給するシマー回路を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ装置。
前記トリガ電極は、誘電体の中に封入されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ装置。