JP4565045B2 - ガスレーザ共振器 - Google Patents

Description

本発明は、放電管内に導入したレーザガスを放電によって励起してレーザ光を発生するガスレーザ共振器に関する。

炭酸ガスレーザ等のガスレーザ共振器は、高効率で高出力が得られ、発生するレーザビームのビーム特性も良好であるため、精密なレーザ加工に用いるのに有利である。近年、ガスレーザ共振器は、発生ビームのワークへの照射位置などを制御するための数値制御装置と組み合わされることによって、複雑な形状を高速加工可能なレーザ加工機で、広く使用されている。

図７は、従来のガスレーザ共振器の全体構成を模式的に示す図である（このガスレーザ共振器に類似する構成が、特許文献１に記載されている。）。このガスレーザ共振器は、例えば炭酸ガスレーザであり、図７（ａ）に示す例では、内部にレーザガスが供給され、供給されたレーザガス中に放電を起こすための不図示の電極が設けられた２つの放電管１５１、１５２を有している。２つの放電管１５１、１５２は、放電管連結ホルダ１５５を介して、互いに軸線が一直線に並ぶように連結されている。

一方の放電管１５１の、放電管連結ホルダ１５５とは反対側の端部には、出力鏡１６１を備えるエンドプレート１６５が、放電管ホルダ１５６を介して取り付けられている。同様に、他方の放電管１５２の、放電管連結ホルダ１５５とは反対側の端部には、リア鏡１６２を備えるエンドプレート１６６が、放電管ホルダ１５７を介して取り付けられている。

これにより、出力鏡１６１とリア鏡１６２が、互いに向かい合うように配置されたファブリペロー型の共振器が構成されている。出力鏡１６１とリア鏡１６２とが、互いに精度良く向かい合って配置され、すなわち、良好に光軸合わせがされるように、一対のエンドプレート１６５、１６６は、支持棒１７０によって互いに連結されている。気温変化や、ガスレーザ共振器の内部の温度の上昇が生じても、出力鏡１６１及びリア鏡１６２の両者の光軸にずれが生じないように、支持棒１７０は、熱膨張率の小さいインバ合金から形成されている。

また、２つの放電管１５１、１５２を互いに連結する放電管連結ホルダ１５５は、それと一体に形成されて水冷等により強制冷却されるホルダクランプ１７５を介して、支持棒１７０に固定されている。レーザガスは図の矢印のように流れる。放電により温められたレーザガスが流れることにより放電管連結ホルダ１５５は温度上昇するが、ホルダクランプ１７５は強制冷却されている。それによって、支持棒１７０に対する放電管連結ホルダ１５５の位置ずれが抑制され、そのような放電管連結ホルダ１５５の位置ずれに起因する出力鏡１６１とリア鏡１６２との光軸合わせへの影響が生じないようになっている。

図７（ｂ）は、上記基本構成を有するガスレーザ共振器を高出力化した構成を例示する。この高出力レーザでは、それぞれが一対の放電管１５１ａ、１５２ａ、１５１ｂ、１５２ｂ、１５１ｃ、１５２ｃを有する複数の放電管列１５３Ａ、１５３Ｂ、１５３Ｃを並列に配置して、並列方向両側端の放電管列１５３Ａ、１５３Ｃの一端に出力鏡１６１とリア鏡１６２とをそれぞれ設置するとともに、並列する放電管列１５３Ａ、１５３Ｂ、１５３Ｃの端部同士の間に折返鏡１６３、１６４をそれぞれ設置している。この構成により、レーザ光軸が多段に折り返されて、全ての放電管１５１a、１５２a、１５１ｂ、１５２ｂ、１５１ｃ、１５２ｃが光学的に直列に接続されることになる。各放電管列１５３Ａ、１５３Ｂ、１５３Ｃの一対の放電管１５１a、１５２a、１５１ｂ、１５２ｂ、１５１ｃ、１５２ｃは、全ての放電管列１５３Ａ、１５３Ｂ、１５３Ｃに共通する放電管連結ホルダ１５５により互いに連結され、この放電管連結ホルダ１５５が、ホルダクランプ１７５により支持棒１７０に固定されている。

特許第３６１４４５０号

上記した従来技術では、放電に伴うガスレーザ共振器の温度上昇時にも、支持棒に対する放電管連結ホルダの位置ずれが抑制され、出力鏡とリア鏡との光軸合わせに影響が生じないように考慮されている。しかしながら、特に複数の放電管列を備えた高出力のガスレーザ共振器において、放電に伴い放電管連結ホルダ自体が熱変形することによる出力鏡とリア鏡との光軸合わせに対する影響や、ガスレーザ共振器が物理的に移動させられるときにガスレーザ共振器に加わる加速度に起因する放電管連結ホルダの位置ずれについては、十分な考慮がなされていない。

本発明の目的は、複数の放電管列を備えたガスレーザ共振器において、各放電管列が有する複数の放電管を互いに連結する放電管連結ホルダ自体の熱変形、及びガスレーザ共振器の移動に伴って放電管連結ホルダに加わる加速度を考慮して、出力鏡とリア鏡との光軸合わせの信頼性及びレーザビームの出力安定性を向上させることにある。

本発明は、軸線方向へ整列する複数の放電管をそれぞれに有する複数の放電管列と、複数の放電管列を、それら放電管列の軸線が互いに平行又は交差する方向へ延びるように支持する支持機構と、複数の放電管列を、それら放電管列が有する複数の放電管の全てが光学的に直列に並ぶように互いに光学的に連結する光学部品とを具備し、光学部品は、支持機構に支持された複数の放電管列の全ての放電管のうちの、光学的直列配置の両端に位置する一対の放電管の、それぞれの一端部に設置される出力鏡及びリア鏡と、支持機構に支持された複数の放電管列の、光学的連結部に設置される折返鏡とを備え、支持機構は、複数の放電管列の各々における複数の放電管を、軸線方向へ整列した状態で互いに連結して支持する放電管連結ホルダと、複数の放電管列の各々の軸線方向両端に配置され、それら放電管列を、軸線が互いに平行又は交差する方向へ延びる状態で支持する一対のエンドプレートと、両端で一対のエンドプレートに固定されて、それらエンドプレートの間に延設される複数の支持棒と、放電管連結ホルダを、重力方向上側に配置される支持棒に連結する弾性部材と、放電管連結ホルダを、重力方向下側に配置される他の支持棒に固定する剛性部材とを備えること、を特徴とするガスレーザ共振器を提供する。

この構成によれば、放電管連結ホルダは、弾性部材を介して支持棒に連結されているので、ガスレーザ共振器に加速度が加わったときに生じ得る、慣性による放電管連結ホルダの位置ずれを、弾性部材の弾性復元力により抑制することができる。また、放電管での放電に伴う加熱によって放電管連結ホルダが熱膨張したときに、そのような熱膨張による放電管連結ホルダの変形を、弾性部材の弾性変形によって吸収することができる。このようにして、支持棒に位置ずれや歪みが生じることが防止される。

上記構成において、出力鏡とリア鏡とを、両者の光軸が合致した状態に維持するために、支持機構は、一対のエンドプレートの間に延設される複数の支持棒を備えることが有利である。この場合、支持機構は、放電管連結ホルダを少なくとも１つの支持棒に連結する弾性部材と、放電管連結ホルダを他の少なくとも１つの支持棒に固定する剛性部材とを備えることが好ましい。この構成によれば、ガスレーザ共振器に加速度が加わったときに、剛性部材による固定作用によって、放電管連結ホルダを支持棒に対し正規の位置に安定して保持し、慣性による放電管連結ホルダの位置ずれを効果的に抑制できる。一方、放電管連結ホルダを他の少なくとも１つの支持棒に弾性部材を介して連結したから、レーザ発生時の放電管連結ホルダの熱膨張を、弾性部材の変形によって有効に吸収し、放電管連結ホルダの熱膨張による支持棒の位置ずれや歪みを防止できる。

弾性部材としては、ばねや板金を用いることができる。

また、通常、ガスレーザ共振器には、放電管内にレーザガスを循環させる循環系が設けられる。この循環系は、放電管連結ホルダが複数設けられる構成の場合、少なくとも１つの放電管連結ホルダを介して放電管列にレーザガスを供給し、他の少なくとも１つの放電管連結ホルダを介して放電管列からレーザガスを回収する構成とすることができる。この際、レーザガスは、放電管での放電によって加熱されるので、放電管列からの回収時に高温となり、したがって、レーザガスを回収する位置に配置される放電管連結ホルダが加熱される一方、レーザガスを供給する位置に配置される放電管連結ホルダはほとんど加熱されない。そこでこの構成では、支持機構は、レーザガスを回収する位置に配置される放電管連結ホルダを、弾性部材を介して支持棒に連結して、加熱による放電管連結ホルダの熱膨張が弾性部材によって吸収されるようにすることが好ましい。一方、レーザガスを供給する位置に配置される放電管連結ホルダは、熱膨張をほとんど生じないので、支持棒に弾性部材を介して連結する必要はなく、剛性部材を介して支持棒に固定して、ガスレーザ共振器に加わる加速度による放電管連結ホルダの位置ずれの抑制効果を高めることが好ましい。

本発明によれば、弾性部材を介して放電管連結ホルダを支持棒に連結することによって、ガスレーザ共振器に加速度が加わったときに生じ得る、慣性による放電管連結ホルダの位置ずれを抑制でき、また、レーザ発生時に生じ得る放電管連結ホルダの熱膨張による変形を弾性部材の弾性変形によって吸収できる。その結果、放電管連結ホルダに加速度が加わったとき、及び放電管連結ホルダが熱変形したときのいずれに際しても、支持棒に位置ずれや歪みが生じることを防止でき、支持棒の歪み等に起因するエンドプレート同士の位置ずれ（傾き等）を抑制して、出力鏡とリア鏡との光軸のずれの発生を防止できる。したがって本発明によれば、ガスレーザ共振器の移動時や作動中に、エンドプレート同士の平行度及び位置関係を精度よく維持し、所望の品質のレーザビームを安定して出力することが可能になる。

本発明の一実施形態によるガスレーザ共振器を模式図的に示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ｉ−Ｉ断面図である。 変形例によるガスレーザ共振器を模式図的に示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。 他の変形例によるガスレーザ共振器を模式図的に示す図である。 さらに他の変形例によるガスレーザ共振器の支持機構の構成を模式図的に示す図である。 さらに他の変形例によるガスレーザ共振器の支持機構の構成を模式図的に示す図であって、（ａ）断面図、(ｂ)正面図である。 さらに他の変形例によるガスレーザ共振器を模式図的に示す図であって、放電管列の光学的連結部に設置される折返鏡が、（ａ）１個の場合の平面図、（ｂ）２個の場合の平面図、（ｃ）３個の場合の平面図、及び（ｄ）３個の場合の連結部の側面図である。 従来のガスレーザ共振器を模式図的に示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるガスレーザ共振器１０（以下、レーザ共振器１０と略称する。）の全体構成を模式図的に示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

図示実施形態のレーザ共振器１０は、軸線方向へ整列する複数（図では一対）の放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃをそれぞれに有する複数（図では３つ）の放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、複数の放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃを、それら放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの軸線が互いに平行する方向へ延びるように支持する支持機構４と、複数の放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃを、それら放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃが有する複数の放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃの全てが光学的に直列に並ぶように互いに光学的に連結する光学部品９とを備える。

各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける一対の放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃは、３つの放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃに共通する放電管連結ホルダ５（支持機構４の構成要素）を介して、互いに軸線が直線状に並ぶように連結されている。放電管連結ホルダ５は、内部に中空空間が形成されて、真空容器を形成している。各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける一対の放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃは、それらの内部空間が、放電管連結ホルダ５を介して軸線方向に連通し、両者間を軸線方向に光が伝播できるようになっている。

各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける一方の放電管１ａ、１ｂ、１ｃの、放電管連結ホルダ５とは反対側の端部には、共通の放電管ホルダ６を介してエンドプレート１５（支持機構４の構成要素）が取り付けられている。また、各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける他方の放電管２ａ、２ｂ、２ｃの、放電管連結ホルダ５とは反対側の端部には、共通の放電管ホルダ７を介してエンドプレート１６（支持機構４の構成要素）が取り付けられている。放電管ホルダ６、７は、放電管連結ホルダ５と同様に真空容器を形成している。それらエンドプレート１５、１６は、各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの軸線方向両端に配置され、放電管ホルダ６、７を介してそれら放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃを、軸線が互いに平行する方向へ延びる状態で支持する。

光学部品９は、支持機構４に支持された複数の放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの全ての放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃのうちの、光学的直列配置の両端に位置する一対の放電管１ｃ、２ａの、それぞれの一端部に設置される出力鏡１１及びリア鏡１２と、支持機構４に支持された複数の放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの、光学的連結部８に設置される折返鏡１３、１４とを備える。図示の構成では、エンドプレート１５に、放電管１ａ、１ｂ、１ｃの軸線上に位置し、放電管１ａ、１ｂ、１ｃの一端に面するように、一組の折返鏡１３及び出力鏡１１がそれぞれ備えられている。またエンドプレート１６に、放電管２ａ、２ｂ、２ｃの軸線上に位置し、放電管２ａ、２ｂ、２ｃの一端に面するように、リア鏡１２及び一組の折返鏡１４がそれぞれ備えられている。このようにして、放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの全ての放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃによって形成される光発生部の両端に、出力鏡１１とリア鏡１２が、光学的に互いに向かい合うように配置されたファブリペロー型の共振器が構成されている。出力鏡１１としては、レーザビームを取り出すためにハーフミラーが用いられる。リア鏡１２としては、全反射鏡が用いられる場合が多い。

一対のエンドプレート１５、１６は、放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対して平行に延びる４本の支持棒２１、２２、２３、２４（支持機構４の構成要素）によって互いに連結されている。各支持棒２１、２２、２３、２４は、両端で一対のエンドプレート１５、１６に固定されて、それらエンドプレート１５、１６の間に延設される。図１（ｃ）に示すように、エンドプレート１５、１６は、放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの軸線（すなわちレーザ共振器１０の主たる光軸）に垂直な断面が矩形の外形を有しており、この矩形の四隅付近に４つの支持棒２１〜２４のそれぞれが配置されている。両エンドプレート１５、１６が支持棒２１〜２４によって互いに固定されることにより、出力鏡１１とリア鏡１２とが、互いに精度良く向かい合って、両者の光軸が合致することが保証されている。このようにして、レーザ共振器１０は、４つの支持棒２１〜２４と２つのエンドプレート１５、１６とにより、放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃ（放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃ）、放電管ホルダ６、７、及び放電管連結ホルダ５が内側に収められた箱型に構成されている。

支持棒２１〜２４は、気温変化や、レーザ共振器１０の内部の温度の上昇が生じても、出力鏡１１及びリア鏡１２の両者の光軸にずれが生じないように、熱膨張率の小さいインバ合金から形成されていることが好ましい。支持棒２１〜２４の材料としては、通常の使用温度範囲で、熱膨張係数が十分に小さく、熱変形量が許容範囲内となる他の材料を用いてもよい。

放電管連結ホルダ５は、クランプ２５、２６、２７（支持機構４の構成要素）を介して支持棒２１〜２４に連結されている。図示構成では、重力方向下側の２つの支持棒２１、２２に対し、放電管連結ホルダ５は、剛性材料からなる共通（つまり単一）のクランプ（すなわち剛性部材）２５を介して連結されている。また、重力方向上側の２つの支持棒２３、２４に対し、放電管連結ホルダ５は、弾性材料からなる別個（つまり２個）のクランプ（すなわち弾性部材）２６、２７によってそれぞれ連結されている。各クランプ２５、２６、２７は、放電管連結ホルダ５の、光軸方向の両端部付近に１つずつ、計２つ配置されている。クランプ２５の剛性材料としては、例えばアルミ合金等を使用できる。また、クランプ２６、２７の弾性材料としては、例えばばね鋼等を使用できるが、後述する複合構造のクランプを用いることが好ましい。

図１（ａ）に示すように、放電管連結ホルダ５及び放電管ホルダ６、７の内部の空間には、レーザガスの循環系が接続されている。放電管連結ホルダ５及び放電管ホルダ６、７からは、それぞれ配管３１、３２、３３が延びており、これら配管３１、３２、３３は、送風機３５に接続されている。送風機３５は、例えばターボブロワであり、配管３１を吸込側とし、配管３２、３３を吐出側として、レーザガスを強制的に送るように構成されている。それによって、各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの全ての放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃ内には、レーザガスが、矢印４０によって模式図的に示すように、エンドプレート１５、１６に隣接する放電管ホルダ６、７から中央の放電管連結ホルダ５へ向かって流れる。配管３１、３２、３３によって形成されるレーザガスの経路中には、それぞれ、レーザガスを冷却するための熱交換器３６、３７、３８が設けられている。

図示しないが、レーザガス中で放電を起こしてレーザガスを励起するために、各放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃには電極が配置され、この電極に、高周波電源が接続されている。また、レーザ共振器１０は、一端で２ヶ所、他端で１ヶ所の計３ヵ所で、ベアリング（図示せず）を介してフレーム（図示せず）に固定されている。

図示のレーザ共振器１０では、送風機３５によって放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの全ての放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃ内に矢印４０の方向へレーザガスを流した状態で、放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃ内で高周波放電が行われる。それによって、レーザガスが励起されて光を発生し、出力鏡１１とリア鏡１２との間で共振が起こって光が増幅され、矢印４５で模式図的に示すように、所望の強度のレーザビームが出力鏡１１から取り出される。

レーザビームの発生中には、放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃ内での放電によってレーザガスが加熱される。加熱されたレーザガスは、放電管連結ホルダ５を介して配管３１へと送り出され、配管３１によって形成される経路中に配置された熱交換器３６で冷却されて、送風機３５に入る。送風機３５から送り出されたレーザガスは、各配管３２、３３によって形成される経路中に配置された熱交換器３７、３８により圧縮熱を取り去られて所定の温度に調節されて、各放電管ホルダ６、７に送り込まれる。

図示しないが、レーザ共振器１０は、送風機３５、熱交換器３６〜３８、及び放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃの放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃへの供給電力を、所望のレーザ出力などに応じて制御する制御部を有することができる。レーザ共振器１０の出力は、好適に、ワークのレーザ加工に用いることができる。この場合、レーザ共振器１０はレーザ加工機（図示せず）に組み込まれ、レーザ共振器１０から出力されたレーザビームは、レーザ加工機のベンダミラーで方向を変えられてレーザ加工部に導入され、ワークに照射される。この際、ワークの所望の位置にレーザビームを入射させるため、ワークやベンダミラーやレーザ共振器１０の位置及び姿勢が、アクチュエータによって必要に応じて調整される。このような調整は、よく知られているように、数値制御装置によって行うことができる。この数値制御装置は、レーザ共振器１０の制御部と協働するものとすることができ、或いは、レーザ共振器１０の制御部を、数値制御装置の一部として構成することもできる。

図示のレーザ共振器１０では、放電管連結ホルダ５が、クランプ（剛性部材）２５及びクランプ（弾性部材）２６、２７を介して、放電管連結ホルダ５の四隅に位置する４つの支持棒２１〜２４に連結されて支持されている。したがって、例えばレーザ共振器１０が、前述のようにアクチュエータによって移動させられたり、所望の設備への設置のために移動させられたりするときに、放電管連結ホルダ５に加わる加速度に起因して放電管連結ホルダ５の位置ずれが生じることを抑制できる。つまり、放電管連結ホルダ５に加速度が加わったときに、主としてクランプ（剛性部材）２５が、支持棒２１〜２４に対して放電管連結ホルダ５を正規の位置に安定して保持するように作用する。このとき、クランプ（弾性部材）２６、２７は、慣性による放電管連結ホルダ５の僅かな変位を許容する一方で、弾性復元力により放電管連結ホルダ５を正規の位置に迅速に復帰させる。また図示のように、放電管連結ホルダ５が、その四隅で支持棒２１〜２４に支持される構成とすれば、例えば一側方に偏った位置で支持される場合に生じやすい支持部位を中心とした傾くような位置ずれを、効果的に抑制できる。このようにして、レーザ共振器１０では、加速度に起因する放電管連結ホルダ５の位置ずれにより支持棒２１〜２４や放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃなどの梁状の各構成部材に歪みが生じることを防止できるとともに、そのような部材歪みに起因するエンドプレート１５、１６同士の位置ずれ（傾き等）を抑制して、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれの発生を防止でき、以てレーザビーム出力の安定性を確保することができる。

他方、放電管連結ホルダ５は、前述のように、放電管列３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおける放電によって加熱されたレーザガスとの接触により、レーザ発生開始から経時的に熱膨張を生じる。図示のレーザ共振器１０では、放電管連結ホルダ５を支持棒２１〜２４に連結するクランプ２５、２６、２７のうち、上方の２つのクランプ２６、２７を弾性材料から形成している。したがって、レーザ発生時の放電管連結ホルダ５の熱膨張が、クランプ（弾性部材）２６、２７の弾性変形（弾性収縮）によって吸収されて、支持棒２１〜２４に伝達されなくなる。このようにして、レーザ共振器１０では、放電管連結ホルダ５の熱変形により支持棒２１〜２４や放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂ、１ｃ、２ｃなどの梁状の各構成部材に歪みが生じることを防止できるとともに、そのような部材歪みに起因するエンドプレート１５、１６同士の位置ずれ（傾き等）を抑制して、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれの発生を防止でき、以てレーザビーム出力の安定性を確保することができる。

図示実施形態のように、放電管連結ホルダ５を、下側の２つの支持棒２１、２２に、剛性材料からなるクランプ（剛性部材）２５によって固定し、上側の２つの支持棒２３、２４に、弾性材料からなるクランプ（弾性部材）２６、２７を介して連結した構成は、特に、支持棒２１〜２４の間隔が、水平方向（支持棒２１と支持棒２２との間、及び支持棒２３と支持棒２４との間）の距離よりも、上下方向（支持棒２１と支持棒２３との間、及び支持棒２２と支持棒２４との間）の距離の方が長い場合に適している。すなわち、この場合、放電管連結ホルダ５の熱膨張の影響は、支持棒間の距離が長い上下方向に生じやすく、それにより各支持棒２１〜２４の歪みが、一対のエンドプレート１５、１６を、上下方向に対して傾ける（つまり水平軸線の周りで回転させる）ような形態で現れがちである。そこで、重力の影響が小さい放電管連結ホルダ５の上端側を、弾性材料からなるクランプ（弾性部材）２６、２７を介して上側の２つの支持棒２３、２４に連結し、放電管連結ホルダ５の熱膨張時にその上端側がそれら支持棒２３、２４に対して変位できるようにしておくことによって、エンドプレート１５、１６の上下方向に対する傾斜の発生を抑制できる。その結果、エンドプレート１５、１６同士の平行度の変化を抑制し、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれの発生を効果的に防止することができる。

放電管連結ホルダ５を各支持棒２１〜２４に連結する部材としては、支持棒２１〜２４の配置や本数、放電管連結ホルダ５の構造などに応じて、適宜、弾性部材と剛性部材とのいずれかを選択して用いることができる。レーザ共振器１０に加速度が加わったときの慣性による放電管連結ホルダ５の位置ずれ及びその結果としての梁状部材の歪みと、レーザ発生中に放電管連結ホルダ５に生じる熱膨張及びその結果としての梁状部材の歪みとの、双方を効果的に抑制するためには、放電管連結ホルダ５と少なくとも１つの支持棒２１〜２４とを、弾性部材を介して連結すれば良い。前述したように、慣性による放電管連結ホルダ５の位置ずれは一時的なものであるから、支持棒の本数に関わらず、全ての支持棒に対して放電管連結ホルダ５を弾性部材で連結しても良い。なお、図示のように複数の支持棒を用いる構成では、少なくとも１つの支持棒に対する放電管連結ホルダ５の連結を剛性部材によって行い、かつ、他の少なくとも１つの支持棒に対する放電管連結ホルダ５の連結を弾性部材によって行うことが、放電管連結ホルダ５の位置ずれ防止作用の信頼性を向上させる観点で好ましい。

図２は、図１のレーザ共振器１０の変形例として、３つの放電管列５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃの各々が、軸線方向へ整列する４個の放電管５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ；５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ；５１ｃ、５２ｃ、５３ｃ、５４ｃを備えた構成を示す。この変形例では、総計１２個の放電管５１ａ〜５４ｃのうちの４個ずつが、３つの放電管列５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃにいずれも共通する３つの放電管連結ホルダ６１、６２、６３を介して、互いに軸線が直線状に並ぶように連結されている。なお、図２の変形例において、図１に示す構成要素に対応する構成要素は、図１と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図２に示す構成においても、各放電管連結ホルダ６１、６２、６３を、下側の支持棒２１、２２に剛性材料からなるクランプ（剛性部材）２５を介して固定し、上側の支持棒２３、２４に弾性材料からなるクランプ（弾性部材）２６、２７を介して連結している。これにより、３つの放電管連結ホルダ６１、６２、６３を４本の支持棒２１〜２４によって安定した状態に保持できる。すなわち、レーザ共振器１０に加速度が加わったときに、クランプ（剛性部材）２５及びクランプ（弾性部材）２６、２７の協働によって、慣性による放電管連結ホルダ６１、６２、６３の位置ずれを抑制して、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれを防止でき、かつ、レーザ発生中に放電管連結ホルダ６１、６２、６３が熱膨張したときに、クランプ（弾性部材）２６、２７の弾性変形によって放電管連結ホルダ６１、６２、６３の熱膨張を吸収して、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれを防止できる。

上記変形例のように複数個の放電管連結ホルダを有する構成において、レーザ発生時にあまり加熱されない放電管連結ホルダが存在する場合、そのような放電管連結ホルダについては、支持棒との連結に弾性部材を用いずに剛性部材のみを用いた構成としてもよい。図３は、このような構成を有するさらに他の変形例によるレーザ共振器１０を示す。図３の変形例において、図１及び図２に示す構成要素に対応する構成要素は、図１及び図２と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図３に示す変形例では、３個の放電管列５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ（放電管列５５Ｃのみ図示）を、レーザガスが矢印６５で示すように流れる。すなわち、レーザガスは、図１で説明した循環系から、両端のエンドプレート１５、１６に連結された放電管ホルダ６、７と、中央の１つの放電管連結ホルダ６２とに、それぞれ供給される。そして、各ホルダ６、７、６２に供給されたレーザガスは、放電管列５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃの放電管５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ；５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ；５１ｃ、５２ｃ、５３ｃ、５４ｃを介して、放電管連結ホルダ６２と各放電管ホルダ６、７との間に位置する中間の放電管連結ホルダ６１、６３に流れ、それら放電管連結ホルダ６１、６３から循環系に回収される。

この際、前述のように、レーザガスは、放電管列５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃにおける放電によって加熱されて循環系に戻されるが、循環系から放電管ホルダ６、７及び放電管連結ホルダ６２に供給される時には、冷却されて所定の温度に調整されている。したがって、３個の放電管連結ホルダ６１〜６３のうち、中央の放電管連結ホルダ６２は、循環系から冷却されたレーザガスを受け取るだけであって、放電管で加熱されたレーザガスに接触することがないので、ほとんど加熱されない。

そこで、図３に示す構成では、中央の放電管連結ホルダ６２は、下側の支持棒２１、２２に対するクランプ（剛性部材）２５と同様に、上側の支持棒２３、２４に対しても、剛性材料からなるクランプ（剛性部材）６７によって固定されている。クランプ６７には、下側のクランプ２５と同様の構成のものを用いることができる。放電管連結ホルダ６２は、剛性材料からなるクランプ（剛性部材）２５、６７を介して４つの支持棒２１〜２４に連結されて支持されるので、図２に示す構成に比べて一層安定した状態に保持され、レーザ共振器１０に加速度が加わったときに、慣性による位置ずれが効果的に抑制される。しかも、中央の放電管連結ホルダ６２は、レーザ発生中にもほとんど加熱されないので、放電管連結ホルダ６２の熱膨張に起因して出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれが生じることもない。

一方、図３の構成においても、中間の放電管連結ホルダ６１、６３については、下側に剛性材料からなるクランプ（剛性部材）２５が用いられ、上側に弾性材料からなるクランプ（弾性部材）２６、２７が用いられている。それによって、放電管連結ホルダ６１、６３については、図２の構成と同様に、加速度が加わったときの慣性による位置ずれに起因する光軸のずれと、レーザ発生時の熱膨張に起因する光軸のずれとの両方が、効果的に防止される。

図１〜図３の構成において、放電管連結ホルダ５、６１〜６３を支持棒２１〜２４に連結する部材の構造は、一体物として例示したクランプ２５、２６、２７に限られない。特に、弾性変形可能なクランプ（弾性部材）２６、２７は、その全体が弾性材料からなるものでなくてもよく、少なくとも部分的に弾性変形することによって、放電管連結ホルダ５、６１〜６３の上端側部分の変位を許容する構造（例えば、放電管連結ホルダ５、６１〜６３と支持棒２１〜２４との間に介在するクランプ装置の一部に弾性部材を配置した構造）とすることができる。

このようなクランプ装置の一部に配置される弾性部材としては、ばねや所望形状の板金を用いることができる。図４は、支持機構４の変形例として、一部にばね（弾性部材）を用いたクランプ装置７０を備える構成を示す。なお図４は、放電管連結ホルダ５の周辺部分のみを示しており、ガスレーザ共振器の他の部分については、図１と同様の構成であってよい。図４の変形例において、図１に示す構成要素に対応する構成要素は、図１と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図４に示す構成では、前述したクランプ２７の代わりのクランプ装置７０として、放電管連結ホルダ５の上面の、レーザ光軸方向の両端領域の互いに対応する位置に、突出部７３、７４がそれぞれ形成されるとともに、上方の支持棒２４の、突出部７３、７４に対応する位置に、クランプ７５、７６がそれぞれ取り付けられ、突出部７３、７４とクランプ７５、７６とが、それぞればね（弾性部材）７１、７２によって連結されている。また図示しないが、前述したクランプ２６の代わりとして、放電管連結ホルダ５の上面と上方の支持棒２３との間にも、同様のクランプ装置７０を設けることができる。図４に示す構成によっても、ばね７１、７２の弾性変形により、放電管連結ホルダ５の上下方向及び光軸方向の熱膨張を吸収して、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれを防止することができる。

図５は、支持機構４の他の変形例として、一部に板金（弾性部材）を用いたクランプ装置８０を備える構成を示すものであり、図５（ａ）は、放電管連結ホルダ５の光軸方向からクランプ装置８０を示す一部断面図、図５（ｂ）は、同光軸に直交する方向からクランプ装置８０を示す正面図である。図５の変形例において、図１に示す構成要素に対応する構成要素は、図１と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、図５（ａ）では、図５（ｂ）に示す板金９１〜９４などの図示を省略し、図５（ｂ）では、図５（ａ）に示す板金８１〜８４などの図示を省略する。

図示の構成では、図５（ａ）に示すように、放電管連結ホルダ５の上端側部分の、レーザ光軸に直交しかつ水平な（つまり重力方向に直交する）方向（図５（ａ）で左右方向）の変位を許容しつつ、この方向への支持力を確保するために、板厚方向がレーザ光軸に直交しかつ水平な方向に向けられた弾性変形可能部分を有する板金８１〜８４が用いられている。すなわち、前述したクランプ２６、２７の代わりのクランプ装置８０として、放電管連結ホルダ５の上面の、レーザ光軸に直交する方向の両端領域に、上方へ延びる弾性変形可能部分を有する板金８１、８２がそれぞれ固定されるとともに、上方の支持棒２３、２４には、単一のクランプ１０１が固定されて、クランプ１０１の下面の、レーザ光軸に直交する方向の両端領域に、下方へ延びる弾性変形可能部分を有する板金８３、８４がそれぞれ固定され、板金８１と板金８３とが互いに止めねじ８５によって連結され、板金８２と板金８４とが互いに止めねじ８６によって連結されている。

図５（ｂ）に示すように、支持棒２３、２４には、クランプ１０１と同様のクランプ１０２が、レーザ光軸に沿った方向へ互いに離間して取り付けられている。そしてクランプ１０２についても、放電管連結ホルダ５の上端部分の、レーザ光軸に直交しかつ水平な方向の変位を許容しつつ、この方向への支持力を確保するように、上記と同様の板金８１〜８４を用いて、放電管連結ホルダ５をクランプ１０２に連結する構成とすることができる。

図示のクランプ装置８０ではさらに、図５（ｂ）に示すように、放電管連結ホルダ５の上端側部分の、レーザ光軸に平行な方向（図５（ｂ）で左右方向）の変位を許容しつつ、この方向への支持力を確保するために、板厚方向がレーザ光軸に平行な方向に向けられた弾性変形可能部分を有する板金９１〜９４が用いられている。すなわち、前述したクランプ２６、２７の代わりのクランプ装置８０として、放電管連結ホルダ５の上面の、レーザ光軸方向の両端領域に、上方へ延びる弾性変形可能部分を有する板金９１、９２がそれぞれ固定されるとともに、上方の支持棒２３、２４に固定されたクランプ１０１、１０２の下面に、下方へ延びる弾性変形可能部分を有する板金９３、９４がそれぞれ固定されている。

板金９１〜９４は、放電管連結ホルダ５の上端側部分の、上下方向の変位を許容しつつ、この方向への支持力を確保するようにも作用する。その目的で、放電管連結ホルダ５に固定される板金９１、９２は、放電管連結ホルダ５から上方へ延びる部分９１ａ、９２ａの上端に、レーザ光軸方向へ延びる弾性変形可能部分９１ｂ、９２ｂが接続され、それら部分９１ｂ、９２ｂの他端にさらに、上方へ延びる弾性変形可能部分９１ｃ、９２ｃが接続される、クランク状の屈曲形状を有している。また、クランプ１０１、１０２に固定される板金９３、９４は、クランプ１０１、１０２から下方へ延びる弾性変形可能部分９３ａ、９４ａの下端に、レーザ光軸方向へ延びる弾性変形可能部分９３ｂ、９４ｂが接続される、Ｌ字状の屈曲形状を有している。そして、放電管連結ホルダ５に固定された板金９１、９２の、レーザ光軸方向へ延びる弾性変形可能部分９１ｂ、９２ｂと、クランプ１０１、１０２に固定された板金９３、９４の、レーザ光軸方向へ延びる弾性変形可能部分９３ｂ、９４ｂとが、互いに止めねじ９５、９６によってそれぞれ連結されるとともに、板金９１、９２の上方へ延びる弾性変形可能部分９１ｃ、９２ｃと、板金９３、９４の下方へ延びる弾性変形可能部分９３ａ、９４ａとが、互いに止めねじ９７、９８によってそれぞれ連結される。

板金９１〜９４は、板金８１〜８４に干渉しない位置（例えば各クランプ１０１、１０２の中央（図５（ａ）で上方の支持棒２３、２４の間の位置））に設置される。この場合、クランプ１０１に固定される一組の板金８３、８４、９３を一体の部材から形成するとともに、それらに連結されて放電管連結ホルダ５に固定される一組の板金８１、８２、９１を一体の部材から形成することができる。同様に、クランプ１０２に固定される一組の板金８３、８４、９４を一体の部材から形成するとともに、それらに連結されて放電管連結ホルダ５に固定される一組の板金８１、８２、９２を一体の部材から形成することができる。

図５に示す構成によっても、板金８１〜８４、９１〜９４の弾性変形により、放電管連結ホルダ５の上下方向、光軸方向及びそれらに直交する方向の熱膨張を吸収して、出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれを防止することができる。なお、この構成では、クランプ装置８０は、放電管連結ホルダ５が常温の状態で、板金８１〜８４、９１〜９４が適当に曲げられて予備的に応力を生じている一方、放電管連結ホルダ５が熱膨張したときに、そのような板金８１〜８４、９１〜９４の応力が弱まるように構成することが好ましい。このような構成によって、ガスレーザ共振器の通常運転中に、支持機構４にできるだけ応力が生じないようにすることができる。

本発明に係るガスレーザ共振器は、上記実施形態の構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した技術範囲内で様々に変更することができる。例えば、ガスレーザ共振器が有する放電管列の個数、各放電管列における放電管の個数等は、図示以外の種々の個数を採用できる。図６は、図１のレーザ共振器１０の変形例として、様々な構成の放電管列を備えた形態を示す。なお図６の変形例において、図１に示す構成要素に対応する構成要素は、図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６（ａ）は、軸線方向へ整列する一対の放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂをそれぞれに有する２つの放電管列３Ａ、３Ｂが、支持機構４によって、それら放電管列３Ａ、３Ｂの軸線が互いに交差する方向へ延びるように支持されてなるガスレーザ共振器を示す。この構成では、放電管列３Ａ、３Ｂの光学的連結部８に、１個の折返鏡１３が設置される。また、図６（ｂ）、（ｃ）は、軸線方向へ整列する一対の放電管１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂをそれぞれに有する２つの放電管列３Ａ、３Ｂが、支持機構４によって、それら放電管列３Ａ、３Ｂの軸線が互いに平行する方向へ延びるように支持されてなるガスレーザ共振器を示す。図６（ｂ）の構成では、放電管列３Ａ、３Ｂの光学的連結部８に、２個の折返鏡１３が設置される。他方、図６（ｃ）の構成では、放電管列３Ａ、３Ｂの光学的連結部８に、３個の折返鏡１３が設置される。図６（ｂ）に示す２面折返鏡構造によれば、出力鏡１１から９０度直線偏光レーザビームが出射され、図６（ｃ）及び（ｄ）に示す３面折返鏡構造によれば、出力鏡１１から４５度直線偏光レーザビームが出射される。いずれの構成においても、前述した特徴的な支持機構４により、放電管連結ホルダ５の慣性及び熱膨張に起因する出力鏡１１とリア鏡１２との光軸のずれが防止される。

１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ 放電管
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ 放電管列
４ 支持機構
５、６１、６２、６３ 放電管連結ホルダ
８ 光学的連結部
９ 光学部品
１０ レーザ共振器
１１ 出力鏡
１２ リア鏡
１３、１４ 折返鏡
１５、１６ エンドプレート
２１、２２、２３、２４ 支持棒
２５ 剛性部材（クランプ）
２６、２７ 弾性部材（クランプ）
７１、７２ ばね
８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、９４ 板金

Claims (4)

1. 軸線方向へ整列する複数の放電管をそれぞれに有する複数の放電管列と、
   前記複数の放電管列を、それら放電管列の軸線が互いに平行又は交差する方向へ延びるように支持する支持機構と、
   前記複数の放電管列を、それら放電管列が有する前記複数の放電管の全てが光学的に直列に並ぶように互いに光学的に連結する光学部品とを具備し、
   前記光学部品は、
   前記支持機構に支持された前記複数の放電管列の全ての前記放電管のうちの、光学的直列配置の両端に位置する一対の前記放電管の、それぞれの一端部に設置される出力鏡及びリア鏡と、
   前記支持機構に支持された前記複数の放電管列の、光学的連結部に設置される折返鏡とを備え、
   前記支持機構は、
   前記複数の放電管列の各々における前記複数の放電管を、前記軸線方向へ整列した状態で互いに連結して支持する放電管連結ホルダと、
   前記複数の放電管列の各々の軸線方向両端に配置され、それら放電管列を、前記軸線が互いに平行又は交差する方向へ延びる状態で支持する一対のエンドプレートと、
   両端で前記一対のエンドプレートに固定されて、それらエンドプレートの間に延設される複数の支持棒と、
   前記放電管連結ホルダを、重力方向上側に配置される前記支持棒に連結する弾性部材と、
   前記放電管連結ホルダを、重力方向下側に配置される他の前記支持棒に固定する剛性部材とを備えること、
   を特徴とするガスレーザ共振器。
2. 前記弾性部材はばねである、請求項１に記載のガスレーザ共振器。
3. 前記弾性部材は、互いに止めねじで連結される複数の板金である、請求項１に記載のガスレーザ共振器。
4. 前記支持機構は、前記複数の放電管列にレーザガスを供給する位置に配置される少なくとも１つの前記放電管連結ホルダと、前記複数の放電管列からレーザガスを回収する位置に配置される他の少なくとも１つの前記放電管連結ホルダとを備え、前記レーザガスを供給する位置に配置される前記放電管連結ホルダは、前記剛性部材により、前記重力方向上側に配置される前記支持棒及び前記重力方向下側に配置される他の前記支持棒のそれぞれに固定され、前記レーザガスを回収する位置に配置される前記放電管連結ホルダは、前記弾性部材により、前記重力方向上側に配置される前記支持棒に連結されるとともに、前記剛性部材により、前記重力方向下側に配置される他の前記支持棒に固定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスレーザ共振器。

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