JPH0827435B2

JPH0827435B2 - 折返し形炭酸ガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPH0827435B2
Application number: JP61236722A
Authority: JP
Inventors: 直樹浦井; 優谷河
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPS6391618A

Description

【発明の詳細な説明】〈従来の技術〉一般に、炭酸ガスレーザでは、内部にCO₂,N₂,He等の
ガス媒体をレーザ放電管内に充填し、このレーザ管に設
けた電極間にグロー放電を起してガス媒体を励起させ、
１対の反射鏡間で増幅される光をレーザ光として取出し
ている。この場合、レーザ出力は放電長に比例するか
ら、大出力を得るためにはレーザ管を長くする必要があ
る。これに対処するため、比較的短いレーザ管を並べ、
光学系路を折り返して装置の全長を短縮している。

従来、例えば第５図に示されるごとく、２本のレーザ
管6,7を、その光軸が水平面内に含まれかつ互いに平行
となる様に水平に配置し、レーザ管6,7の夫々の端部側
に半透過出力結合鏡、すなわち出力鏡８と全反射鏡９と
を設けると共に、この出力鏡８および全反射鏡９に対向
する折返し鏡12,13をレーザ管6,7の他端部側に設けてい
た。この出力鏡８より取出されたレーザ光を反射鏡16,1
9,19により垂直下方に反射させて適宜の加工を行なつて
いた。

ところで、この種の折返し鏡12,13を備えた装置にお
いては、レーザ光が出力鏡８と全反射鏡９との間で繰返
して増幅される過程において、折返し鏡12,13により反
射される毎に折返し鏡12,13の入射面に平行な電気ベク
トル成分が損失されるため、出力鏡８から外部に取出さ
れるレーザ光は直線偏光となることが知られている。す
なわち、第５図において、出力鏡８から取出されるレー
ザ光は紙面と直交する方向、即ち▲▼方向の直
線偏光となつている。このため、仮にこの直線偏光をし
たレーザ光を、X₁方向に離間して配設した反射鏡により
90度折返して垂直下方、即ちZ₁方向に指向させるものと
すれば、垂直下方に指向するレーザ光は▲▼方
向の往復波、即ち直線偏光となる。ところで、このよう
な直線偏光したレーザ光により適宜の加工を行なうもの
とすれば、レーザ光の直線偏光方向と、偏光方向に直向
する方向とで加工結果が異なるが、これに対処するた
め、即ち加工の均一化を計るために通常第４図に示され
るごとくの円偏光鏡16が用いられている。即ち、レーザ
光の直線偏光面：イと直交する平面：ロ上で偏光方向45
゜をなす直線▲▼を含む、紙面と平行な平面上
で、円偏光鏡16を介して90度反射させることにより、直
線偏光を円偏光に変換させている。

第５図に示される装置においても、この種の円偏光鏡
16が用いられているが、直線偏光しているレーザ光が円
偏光鏡16により反射されて変換される円偏光のレーザ光
は、第４図に示されるごとく、直線偏光のレーザ光の進
行方向と直交する平面；即ち▲▼平面上で直線偏光
方向に対して45度傾斜して指向するため、第６図で示さ
れるごとく更に２個の反射鏡19,19を用いることによ
り、円偏光のレーザ光を垂直下方に指向させて加工に供
していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが、上記従来の装置においては、出力の増大に
伴なつて装置が長尺化し、各構成部材の品質、構造およ
び使用するガス媒体の温度などによつて左右されるため
一義的ではないが、例えば、２本のレーザ管を用いた装
置において、出力が1.5KWのものでは装置の長さ;Lが2m
以上となつている。

このように長尺化した装置を水平状態に配置するた
め、装置として必要なスペースが大きくなり、設備面積
の有効利用を阻害すると共に、第５図に示されるごと
く、円偏光鏡により変換されたレーザ光を加工に供する
ために、即ち垂直下方に指向させるために、更に２枚の
反射鏡を用いているが、このように反射鏡の数量を増加
するに伴なつて、反射損失によりレーザ出力が減少し、
かつ夫々の反射鏡の光軸調整をするための面倒な作業が
付加されるという第１の欠点がある。

また、従来、１台の装置で２以上の場所に位置決めさ
れた被加工物を加工する場合、第５図の２点鎖線で示さ
れるごとく、装置全体を移動させていたので、移動用の
駆動力を大型で、かつ頑丈な移動機構としなければなら
ず、移動装置を含む全体の装置が高価になると共に、長
尺化した装置全体が自在に移動可能とするために広範囲
のスペースを装置用に確保しなければならないため、設
備面積の有効利用を阻害するという第２の欠点がある。

そこで、本第１の発明の目的は、装置として必要なス
ペースを小さくして設備面積の有効利用を計ると共に、
レーザ出力の減少化を極力抑え、かつ面倒な光軸調整作
業を少なくした折返し形炭酸ガスレーザ装置を提供する
ことにある。

さらに、本第２の発明の目的は、本第１の発明に加え
て、１台の装置で２以上の場所に位置決めされた被加工
物を加工する場合に、装置を安価に製作することができ
ると共に設備面積の有効利用を可及的に計ることができ
る装置を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉上記目的を達成するため、本第１の発明は、複数のレ
ーザ管の中心軸を同一平面内で互いに平行に配置し、レ
ーザ管相互間を出力鏡、折返し反射鏡および全反射鏡を
用いて光学的に結合して、出力鏡からレーザ光を取出す
折返し形炭酸ガスレーザ装置に適用される。

その特徴とするところは、レーザ管の中心軸を鉛直状
に立設し、水平方向であって、レーザ管の夫々の軸線を
含む平面に対して45度傾斜した方向にレーザ光を反射す
る第１の反射鏡を設けるとともに、該反射光を鉛直下方
に反射させる第２の反射鏡を設け、かつ第１又は第２の
反射鏡を円偏光鏡に設定して鉛直下方に指向する反射光
を円偏光としたことである。

本第２の発明は、複数のレーザ管の中心軸を同一平面
内で互いに平行に配置し、レーザ管相互間を出力鏡、折
返し反射鏡および全反射鏡を用いて光学的に結合して、
出力鏡からレーザ光を取出す折返し形炭酸ガスレーザ装
置に適用される。

その特徴とするところは、レーザ管の中心軸を鉛直状
に立設し、水平方向であって、レーザ管の夫々の軸線を
含む平面に対して45度傾斜する４方向のうちのいずれか
の方向にレーザ光を反射させる第１の反射鏡を出力鏡の
軸線廻りに回転自在に支持し、水平方向の反射光が前記
４方向のうちの２以上の方向となるように、第１の反射
鏡を回転させて選択的に位置決めする位置決め機構を設
けると共に、水平反射光を鉛直下方に反射させる第２の
反射鏡を設け、かつ第１又は第２の反射鏡を円偏光鏡に
設定して鉛直下方に指向する反射光を円偏光としたこと
である。

〈本発明の作用〉本第１の発明に係る折返し形炭酸ガスレーザ装置で
は、複数のレーザ管の中心軸を同一平面内で互いに平行
に配置し、かつ夫々のレーザ管の中心軸を鉛直状に立設
することにより、出力の増大に伴なつてレーザ管が長尺
化した場合、装置が高さ方向に延長されるが、装置の水
平方向の寸法に殆んど変化がなく、装置としての必要な
スペースが従来装置に比して可及的に小さくなるため、
設備面積の有効利用を計ることができると共に、出力鏡
から鉛直上方に取出されるレーザ光は、円偏光鏡と反射
鏡との２個の反射鏡により、水平方向を経て鉛直下方に
円偏光の状態に指向されるため、従来の装置に比してレ
ーザ出力の減少化を抑えることができ、かつ、面倒な光
軸調整作業を少なくすることができる。

本第２の発明に係る装置では、複数のレーザ管の中心
軸を鉛直状に立設して、出力鏡の軸線廻りに回転自在な
第１の反射鏡を所望の２以上の位置に選択的に回転して
位置決めすることにより、所望の２以上の場所に位置決
めされた被加工物の加工を行うことができる。即ち、第
１の反射鏡を回転して位置決めするだけでよいため、簡
単な移動装置とすることができ、従つて装置を安価に製
作することができる。勿論、長尺なレーザ管など装置の
大部分を固定とすることができるので可及的に設備面積
の有効利用を計ることができる。

＜実施例＞以下、本発明と図示の実施例により詳細に説明する。

第１図乃至第３図において、１および２は上側板およ
び下側板で、この上、下側板1,2は、例えば連結杆3,4,5
により強固に組立てられている。上側板１および下側板
２には、Ｘ方向に離間して相対向する貫通孔、即ちＺ方
向の孔が、例えば夫々２個101,102,201,202の孔が穿設
されている。この上側板１および下側板２の間に、例え
ば２本のレーザ管6,7が同一平面内で互いに平行となる
よう、夫々の孔101と201および102と202に適宜に気密に
連通するよう支持具31,31…により支持されている。８
および９は夫々レーザ管6,7のZ₂方向の端部側に配設さ
れた出力鏡および全反射鏡、11はレーザ管6,7のZ₁方向
の端部側に配設されたコーナーブロツクで、このコーナ
ーブロツク11には、孔201,202と連通する平行な光学路1
11,111と、この光学路111,111に連通する直角な光学路1
12とが形成されていて、出力鏡８および全反射鏡９に夫
々レーザ管6,7を介して対向する位置に折返し鏡12,13が
気密に配設されている。なお、出力鏡８から全反射鏡９
に至る光学的通路内が気密に維持されること、レーザ管
6,7の夫々の端部には少なくとも放電用電極14,14,…が
配設されることおよび適宜のガス媒体がレーザ管6,7内
に充填されることなどは従来の折返し形炭酸ガスレーザ
装置と同様である。

上記の複数のレーザ管6,7の中心軸が鉛直状となるよ
うに台枠15に立設する。図示の場合、前側板１を台枠15
に締着して位置決めする。16は、出力鏡８の軸線廻りに
回転自在に支持された第１の反射鏡、例えば円偏光鏡
で、この第１の反射鏡16は、出力鏡８の軸線から鉛直上
方に取出されるレーザ光を、レーザ管6,7の夫々の軸線
を含む平面に対して45度傾斜した水平方向に反射するよ
うに傾設されている。17は第１の反射鏡，即ち円偏光鏡
16を回転させるための駆動機で、例えばこの駆動機17を
電動機として、この回転を歯車、チエーン−スプロケツ
トあるいはテンシヨンベルト−プーリーなどの適宜の回
転伝達機構18を介して伝達することにより円偏光鏡16を
任意に回転させることができる。19は第２の反射鏡で、
例えば円偏向鏡16により略水平に反射される光を反射さ
せて鉛直下方に指向させる。

上記１乃至19により折返し形炭酸ガスレーザ装置が構
成されている。

上記装置において、まず、駆動機17を駆動させて、出
力鏡８の軸線からの光が第１の反射鏡，即ち図示の場合
円偏光鏡16に当接した場合、その反射光が第１図および
第２図におけるＡ方向に指向するように円偏光鏡16を回
転して位置決めする。この後、従来と同様に放電電極1
4,14,14,14間に電圧を印加してガス媒体を励起させるこ
とにより、出力鏡８、折返し反射鏡12,13および全反射
鏡９間で繰返して増幅された光が出力鏡８より取出され
る。出力鏡８より取出されるレーザ光は第２図における
▲▼方向に直線偏光しているが、この場合、直
線偏光のレーザ光と円偏光鏡16とは、第４図に示される
状態と同様に配置されているため、円偏光鏡16により円
偏光に変換されたレーザ光が、第１図および第２図にお
けるＡ方向に反射される。この反射光が第２の反射鏡19
により反射されて鉛直下方に指向され、加工位置A₁に適
宜に支持された被加工物のレーザ加工が行なわれる。

加工位置:A₁において所望のレーザ加工を行なつた
後、レーザ光の発生を停止させ、この後第１図および第
２図において円偏光鏡16を平面的にみた時計方向に90度
回転させて位置決めする。この状態で再度放電電極14,1
4,14,14間に電圧を印加して、出力鏡８よりレーザ光を
取出す。この場合、▲▼方向に直線偏光したレ
ーザ光は円偏光鏡16により円偏光に変換されつつＢ方向
に反射される。この反射光が第２の反射鏡19により鉛直
下方に指向されて、加工位置:B₁におけるレーザ加工が
行なわれる。

この後、例えば、円偏光鏡16を更に90度または180度
回転させて位置決めして、加工位置:C₁または加工位置:
D₁におけるレーザ加工が行なわれる。

上記において、A₁〜D₁に指向される円偏光のレーザ光
に着目した場合、A₁位置におけるレーザ光が右廻りの円
偏光であるときには、D₁位置においても右廻りであるの
に対してB₁およびC₁位置において左廻りの円偏光となる
が、この円偏光の回転方向はレーザ加工上全く問題とな
らないため、上記A₁〜D₁の各位置で同一の加工結果を得
ることができる。

上記のごとく、A₁〜D₁の４位置にレーザ光を適宜に切
換えて指向させる場合、各加工位置にXYテーブル、回転
テーブル、昇降台、ポジシヨナーあるいはこれらの組合
せ機器などの適宜の被加工物取扱装置を設けて、これら
の取扱装置に適宜の被加工物を自在に着脱することによ
り、高能率のレーザ加工を行なうことができる。

なお、第１の反射鏡，即ち円偏光鏡16が、出力鏡８の
軸線からの光を水平状態に反射するように配設されれ
ば、この水平反射光を更に下方に反射させる第２の反射
鏡19の配設状態を調整することにより、反射光を正確に
鉛直下方に指向させることができるので好適である。こ
れにも拘わらず、上記第１の反射鏡，即ち円偏光鏡16に
よる反射光が正確に水平ではなくとも、即ち略水平の状
態であつても、この略水平の反射光に対して第２の反射
鏡19の位置を調整することにより、加工に殆んど影響し
ない略鉛直下方に指向するレーザ光を加工位置に導くこ
とができる。勿論、レーザ光の発生および停止と、円偏
光鏡の回転および停止と、各被加工物取扱装置の作動と
を適宜に電気的に連動させることにより、いわゆるレー
ザ装置を全自動機としたりあるいは単体機の組合せ、即
ち個別の位置状態を確認した後に適宜に作動させたりす
ることができる。

なお、上記Ａ〜Ｄ方向に設ける第２の反射鏡19は第１
の反射鏡，即ち円偏光鏡16と一体形に構成されて、円偏
光鏡16と共に回転されるものとすれば、単一の反射鏡と
することができる。

この場合、円偏光鏡16の回転中心から第２の反射鏡19
までの長さが長くなるに伴なつて、円偏光鏡16の回転支
持機構を強固にかつ駆動機を大型にしなければならず、
しかも円偏光鏡16と同時に回転される第２の反射鏡19の
回転半径が大きく、他の作業を制約することとなる。こ
のため、数量は増加するが、夫々の加工位置毎に第２の
反射鏡を設けた方が好ましい。

更に、例えばＡ方向における加工位置:A₁を２以上と
することができる。この場合、例えば、加工位置:A₁,A₂
の上部に配設する第２の反射鏡19,19aは加工位置:A₁,A₂
の間隔を考慮して取付ける。即ち、加工位置:A₁,A₂の間
隔が余り大きくないときは単一の反射鏡が直線Ａ上を往
復するように取付け、上記間隔が大きいときには、夫々
の加工位置:A₁,A₂毎に第２の反射鏡19,19aを取付けると
共に加工位置:A₂の加工を行なうときには第２の反射鏡1
9がレーザ光の光路から自在に退避するように取付け
る。

勿論、Ｂ〜Ｄ方向における加工位置を適宜に２以上と
することができる。

上記において、加工位置の配設方向がＡ〜Ｄ方向の４
位置である場合、加工条件、即ち加工時間および加工の
前後時間の相違に対応して、Ａ〜Ｄ方向への切替順序お
よび切替回数を適宜に選定することができる。更に加工
位置はＡ〜Ｄ方向の４位置とすれば最も効率よい加工を
行なうことができるが、必要に応じてＡ〜Ｄ方向の２以
上の加工位置を適宜に設定することができる。

なお、パルスモータにより、又は適宜の駆動機と回転
検出器との組合せにより円偏光鏡の回転位置を微細に位
置決めしたり、或はラツク−ピニオンなどの粗回転伝達
機構と機械的に結合して所望の回転位置を割出す割出し
位置決め機構とにより円偏光鏡の回転および位置決めを
行なうことができる。又平行なレーザ管は２以上とする
ことができる。

さらに、上記実施例においては、第１の反射鏡16を円
偏光鏡とし、第２の反射鏡19を通常の反射鏡として説明
したが、これらを相互に取替えて配設することができる即ち、この場合、第１の反射鏡16および第２の反射鏡
19の取付状態は、第１図乃至第３図に示す状態と同一で
あるが、第１の反射鏡16により水平方向に反射されるレ
ーザ光は、水平面に対して45度傾いた直線偏光となり、
この水平方向に指向するレーザ光が第２の反射鏡19、即
ち円偏光鏡により円偏光に変換されつつ鉛直下方に反射
される。

なお、第１の反射鏡16による反射光が、正確に水平方
向であるほうが好ましいが、概略水平状態であつてもよ
いことは上記説明の通りである。

上記装置において本特定発明（すなわち、第２の発
明）は第１の反射鏡を回転することにより、上記Ａ〜Ｄ
方向の２以上の加工位置を適宜に設定することのできる
装置を要旨としている。

更に、他の本特定発明（すなわち、第１の発明）は、
上記装置において、上記Ａ〜Ｄ方向のいずれかの方向に
レーザ光を取出すようにするために第１の反射鏡を固定
した装置を要旨としている。

＜発明の効果＞以上の説明で明らかなように、本第１の発明に係る折
返し形炭酸ガスレーザ装置では、複数のレーザ管の中心
軸を同一平面内で互いに平行に配置し、かつ夫々のレー
ザ管の中心軸を鉛直状に立設することにより、出力の増
大に伴なつてレーザ管が長尺化した場合、装置が高さ方
向に延長されるが、装置の水平方向の寸法に殆んど変化
がなく、装置としての必要なスペースが従来装置に比し
て可及的に小さくなるため、設備面積の有効利用を計る
ことができると共に、出力鏡から鉛直上方に取出される
レーザ光は、円偏光鏡と反射鏡との２個の反射鏡によ
り、水平方向を経て鉛直下方に円偏光の状態に指向され
るため、従来の装置に比してレーザ出力の減少化を抑え
ることができ、かつ、面倒な光軸調整作業を少なくする
ことができる。

本第２の発明に係る装置では、複数のレーザ管の中心
軸をを鉛直状に立設して、出力鏡の軸線廻りに回転自在
な第１の反射鏡を所望の２以上の位置に選択的に回転し
て位置決めすることにより、所望の２以上の場所に位置
決めされた被加工物の加工を行なうことができる。即
ち、第１の反射鏡を回転して位置決めするだけでよいた
め、簡単な移動装置とすることができ、従つて装置を安
価に製作することができる。勿論、長尺なレーザ管など
装置の大部分を固定とすることができるので可及的に設
備面積の有効利用を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図の平面図、第３図は第２図のIII−III線に沿つた一部
断面で示す正面図、第４図は直線偏光のレーザ光を円偏
光に変換する機構を示す概略図、第５図は従来例を示す
平面図、第６図は第５図の要部を示す正面図である。 6,7……レーザ管、８……出力鏡、９……全反射鏡、12,
13……折返し反射鏡、16……第１の反射鏡、17……回転
用駆動機、19……第２の反射鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレーザ管の中心軸を同一平面内で互
いに平行に配置し、レーザ管相互間を出力鏡、折返し反
射鏡および全反射鏡を用いて光学的に結合して、出力鏡
からレーザ光を取出す折返し形炭酸ガスレーザ装置にお
いて、前記レーザ管の中心軸を鉛直状に立設し、水平方
向であって、前記レーザ管の夫々の軸線を含む平面に対
して45度傾斜した方向にレーザ光を反射する第１の反射
鏡を設けるとともに、該反射光を鉛直下方に反射させる
第２の反射鏡を設け、かつ前記第１又は第２の反射鏡を
円偏光鏡に設定して前記鉛直下方に指向する反射光を円
偏光としたことを特徴とする折返し形炭酸ガスレーザ装
置。
【請求項２】複数のレーザ管の中心軸を同一平面内で互
いに平行に配置し、レーザ管相互間を出力鏡、折返し反
射鏡および全反射鏡を用いて光学的に結合して、出力鏡
からレーザ光を取出す折返し形炭酸ガスレーザ装置にお
いて、前記レーザ管の中心軸を鉛直状に立設し、水平方
向であって、前記レーザ管の夫々の軸線を含む平面に対
して45度傾斜する４方向のうちのいずれかの方向にレー
ザ光を反射させる第１の反射鏡を出力鏡の軸線廻りに回
転自在に支持し、前記水平方向の反射光が前記４方向の
うちの２以上の方向となるように、前記第１の反射鏡を
回転させて選択的に位置決めする位置決め機構を設ける
と共に、前記水平反射光を鉛直下方に反射させる第２の
反射鏡を設け、かつ前記第１又は第２の反射鏡を円偏光
鏡に設定して前記鉛直下方に指向する反射光を円偏光と
したことを特徴とする折返し形炭酸ガスレーザ装置。