JPH10190094A - 固体レーザ装置の励起部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフレクタミラー内の気泡によるレーザ出力
の変動を防止し、また、ランプの交換作業を容易し、装
置の占有床面積を小さくすること。 【解決手段】 上ハウジング１０ａの凹部に、上リフレ
クタミラー３ａを嵌合させ、その断面楕円の焦点位置に
クリプトンアークランプ２を設置する。また、下ハウジ
ング１０ｂの凹部に、下リフレクタミラー３ｂを嵌合さ
せ、その断面楕円の焦点位置にＹＡＧロッド１を設置す
る。さらに、上リフレクタミラー３ａと下リフレクタミ
ラー３ｂが対向するように上ハウジング１０ａと下ハウ
ジング１０ｂとを対面させて取り付ける。そして、冷却
水路８ａ〜８ｈから冷却水を供給しクリプトンアークラ
ンプ２等を冷却する。上サイドミラー６，６’および上
リフレクタミラー３ａに溝６ｂ，６ｂ’、３ａ１が設け
られており、リフレクタミラー内部に残留した気泡は溝
６ｂ，６ｂ’を介して溝３ａ１に逃げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ＹＡＧレーザ等の固体レーザ
装置は、金属、樹脂、セラミックス等の加工やマーキン
グあるいはハンダ付け、接続等の各種用途で使用され
る。本発明は上記した固体レーザ装置の励起部に関し、
特に、本発明はランプ交換の際にリフレクタ内部に残っ
た気泡によりレーザパワーが変動するのを抑えることが
できるランプ交換が容易な固体レーザ装置の励起部に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は固体レーザ装置の励起部の概略構
成を示す図であり、同図はＹＡＧレーザ装置の励起部の
構成の一例を示している。同図において、Ａはレーザ共
振器部、Ｂはレーザヘッド部であり、レーザヘッド部Ｂ
はハウジング１０内に収納されている。また、１はＹＡ
Ｇ（Yttrium Aluminum Garnet)結晶等から構成されるＹ
ＡＧロッド、２はクリプトンアークランプであり、固体
レーザ装置の励起用ランプとしてはＹＡＧレーザの場
合、上記クリプトンアークランプの外、キセノンアーク
ランプ、クリプトンフラッシュランプ、キセノンフラッ
シュランプ等が用いられるが、Ｑスイッチ（図示せず）
を用いた高繰り返し発振光を得る場合には、クリプトン
アークランプを採用することが一般的である。

【０００３】ＹＡＧロッド１、クリプトンアークランプ
２は内面が楕円柱状に形成されたキャビティリフレクタ
ミラー３（以下リフレクタミラーという）内に配置さ
れ、それぞれはリフレクタミラー３の断面楕円の焦点を
通る軸と一致するように設置される。このように配置す
ることにより、励起用ランプ２から放出される光が効率
よくＹＡＧロッド１に供給される。１１ａは全反射ミラ
ー、１１ｂは部分反射ミラーであり、全反射ミラー１１
ａ，部分反射ミラー１１ｂは上記レーザヘッド部Ｂの両
側に配置されており、レーザ光は、部分反射ミラー１１
ｂから外部に取り出される。

【０００４】上記構成のＹＡＧレーザ装置においては、
クリプトンアークランプ２の発熱量が大きいため、上記
ランプ２やＹＡＧロッド１、リフレクタミラー３を効率
よく冷却する必要がある。このため、通常、図５、図６
に示すように、クリプトンアークランプ２の外周にフロ
ーチューブ４を設け、リフレクタミラー３の内部に外部
から冷却水を供給する。そして、上記フローチューブ４
内部に冷却水を流して上記ランプ２を冷却するととも
に、ＹＡＧロッド１の周囲に冷却水を流す。ＹＡＧロッ
ド１側に流れる冷却水は、リフレクタミラー３内部全体
を通過して外部に排出され、これにより、ＹＡＧロッド
１およびリフレクタミラー３全体が冷却される。

【０００５】冷却水としては、リフレクタミラー３や励
起用ランプ２の管壁の汚染による冷却効率の低下を避け
るために純水が用いられ、通常は循環ポンプによりレー
ザヘッド部Ｂと熱交換用のチラー部とを循環している。
励起用ランプ２の交換は、上記循環ポンプを停止して冷
却水の流れを止め、リフレクタミラー３の内部から冷却
水を排出し、励起用ランプ２をハウジング１０から横方
向（長手方向）に引き出して行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のレーザ
励起部においては、次のような問題があった。 （１）冷却水を排出した後、ランプを交換し、冷却水を
注入しているが、その際、リフレクタミラー３内部に空
気が入り、図７に示すようにリフレクタミラー３内部の
冷却水の流れの影響を受けにくい角部等に気泡が残留す
る可能性がある。リフレクタミラー３内に上記のように
気泡が残留すると、この気泡は冷却水の流れによって動
き、クリプトンアークランプ２からＹＡＧロッド１への
光の伝達が変化することになり、レーザ出力が変動す
る。

【０００７】（２）クリプトンアークランプを交換する
際、上記のようにクリプトンアークランプ２を横方向
（長手方向）に引き出すので、引き出した分だけの作業
スペースが必要となり、レーザヘッド部Ｂの周辺に交換
用スペースを確保しておく必要があり装置の全体構成が
大型化する。また、クリプトンアークランプ２内にはク
リプトンが約５気圧で封入されているため衝撃に弱く、
上記交換作業において、その取扱に充分気を付ける必要
がある。さらに、実際には、上記レーザヘッド部Ｂの横
にレーザ光を開閉するＱスイッチやメカニカルシャッタ
ユニット等が取り付けられており、上記ランプ２を交換
するには、これらを取り外す必要があり交換作業の負担
が多くなる。クリプトンアークランプ２の寿命（光量が
７０％まで低下するまでの時間）は４００時間程度しか
なく、半導体製造装置等として２４時間／日稼働すると
１６日程度で交換が必要になる。このためランプの交換
作業をかなり頻繁に行う必要があるが、従来の装置にお
いては、上記のように、交換作業の負担が多く作業効率
が悪かった。

【０００８】（３）クリプトンアークランプ２とＹＡＧ
ロッド１が並列に横方向に配置されているので、レーザ
装置の占有床面積が広くなる。本発明は上記した従来技
術の問題点を改善するためになされたものであって、そ
の目的とするところは、リフレクタミラー内に気泡が残
留することにより生ずるレーザ出力の変動を防止すると
ともに、クリプトンアークランプの交換作業を容易に
し、装置の占有床面積を小さくすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を次のようにして解決する。第１のハウジング部材
の凹部に、断面が半楕円形状で内面が樋状の第１のミラ
ーを嵌合させ、第１のミラーの断面楕円の焦点を通る軸
とその中心軸が略一致するように管状の固体ロッド励起
用ランプを設置する。また、第２のハウジング部材の凹
部に、断面が半楕円形状で内面が樋状の第２のミラー嵌
合させ、第２のミラーの断面楕円の焦点を通る軸とその
中心軸が略一致するように管状のレーザ発振用固体ロッ
ドを設置する。さらに、上記第１のミラーと第２のミラ
ーが対向するように上記第１のハウジング部材と第２の
ハウジング部材とを対面させて組み立てる。そして、上
記第１のハウジング部材および／または第２のハウジン
グ部材に、上記第１のミラーの内面と第２のミラーの内
面で形成される筒状楕円柱空間に冷却水を供給する冷却
水路を設け、また、上記第１のミラーもしくは第２のミ
ラーのうちの上側に配置されるミラーの端面に第１の溝
部を設け、さらに、該溝部が設けられたミラーの上面に
上記第１の溝部と連通する第２の溝部を設ける。

【００１０】本発明においては、固体レーザ装置の励起
部を上記のように構成したので、励起用ランプを備えた
第１のミラーが嵌合された第１のハウジング部材と、レ
ーザ発振用固体ロッドを備えた第２のミラーが嵌合され
た第２のハウジング部材とを分離することができる。こ
のため、第１のハウジング部材を第２のハウジング部材
から取り外して、作業しやすい場所で励起用ランプの交
換作業を行うことができ、交換作業が容易になる。

【００１１】また、第１のハウジング部材を第２のハウ
ジング部材から取り外してランプの交換作業を行うこと
ができるので、励起ランプを交換するための作業スペー
スを固体レーザ装置の励起部周辺に用意しておく必要が
なく、装置を小型化することが可能となる。また、第１
のハウジング部材と第２のハウジング部材を上下に配置
することにより、装置の占有床面積を小さくすることが
可能となる。さらに、筒状楕円柱空間内に残留した気泡
を第１の溝部を介して第２の溝部に逃がすことができ、
筒状楕円柱空間内に気泡が残留することがない。このた
め、気泡が残留することにより生ずるレーザ出力の変動
を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の固体レー
ザ装置の励起部の分解図であり、同図は固体レーザ装置
としてＹＡＧレーザ装置を示している。同図において、
１はＹＡＧロッド、２はクリプトンアークランプであ
り、ＹＡＧロッド１、クリプトンアークランプ２はそれ
ぞれランプ用フローチューブ４、ロッド用フローチュー
ブ５内に挿入される。

【００１３】３ａ，３ｂは上リフレクタミラー、下リフ
レクタミラーであり、リフレクタミラーは同図に示すよ
うに上下の２つに分割されており、上リフレクタミラー
３ａ、下リフレクタミラー３ｂを合わせたとき、内面の
楕円の長軸が上下方向に配置されるように構成されてい
る（以下、上リフレクタミラー３ａ、下リフレクタミラ
ー３ｂを合わせてリフレクタミラー３という）。そし
て、内面の楕円の２つの焦点の位置に、それぞれ、ラン
プ用フローチューブ４内に挿入されたクリプトンアーク
ランプ２、ロッド用フローチューブ５内に挿入されたＹ
ＡＧロッド１が設置される。すなわち、本実施例におい
ては、クリプトンアークランプ２、ＹＡＧロッド１がリ
フレクタミラー３内で上下方向に配置される。

【００１４】また、上リフレクタミラー３ａの上部には
溝３ａ１が設けられており、後述するように、リフレク
タミラー３内に給水したとき、内部に残留した気泡を後
述する上サイドミラー６，６’に設けられた溝６ｂ，６
ｂ’を介して該溝３ａ１に逃がす。６，６’は上サイド
ミラー、７，７’は下サイドミラーであり、これらは同
図に示すように、それぞれリフレクタミラー３ａ，３ｂ
の両側の端面に取り付けられる。上サイドミラー６，
６’には、孔６ａ，６ａ’が設けられており、クリプト
ンアークランプ２の両端は上記孔６ａ，６ａ’からリフ
レクタミラー３ａ，３ｂの外部に突出する。同様に下サ
イドミラー７，７’にも孔７ａ，７ａ’が設けられてお
り、レーザ出力は上記孔７ａ，７ａ’から外部に取り出
される。また、上サイドミラー６，６’には上記したよ
うに溝６ｂ，６ｂ’が設けられており、リフレクタミラ
ー３内に注水したとき、内部に残留した気泡は、該溝６
ｂ，６ｂ’を介して溝３ａ１に逃げる。

【００１５】１０ａは上ハウジングであり、上ハウジン
グ１０ａは、前記上リフレクタミラー３ａが嵌合する凹
部１０ａ１と、該凹部１０ａ１に嵌合される上リフレク
タミラー３ａおよびランプ用フローチューブ４内に冷却
水を給排出する冷却水路８ａ，８ｂ、および下ハウジン
グ１０ｂに設けられた冷却水路８ｇ，８ｈに連通する冷
却水路８ｃ，８ｄが設けられている。さらに、上ハウジ
ング１０ａの上部には、リフレクタ３内から冷却水を排
出する際に内部に空気を供給するための空気抜き管路９
ａが設けられており、通常の使用時、該管路９ａは空気
抜き栓９で封止される。

【００１６】１０ｂは下ハウジングであり、下ハウジン
グ１０ｂは、前記下リフレクタミラー３ｂが嵌合する凹
部１０ｂ１と、該凹部１０ｂ１に嵌合される下リフレク
タミラー３ｂおよびロッド用フローチューブ５内に冷却
水を給排出する冷却水路８ｅ，８ｆ、および上ハウジン
グ１０ａに設けられた冷却水路８ｃ，８ｄに連通する冷
却水路８ｇ，８ｈが設けられている。

【００１７】上記レーザ装置の励起部を組み立てるに
は、上リフレクタミラー３ａの両端面に上サイドミラー
６，６’を取り付け、上リフレクタミラー３ａ内の焦点
の位置に、両端を上サイドミラー６，６’に当接させて
ランプ用フローチューブ４を取り付け、上ハウジング１
０ａ内の凹部１０ａ１に嵌合させる。そして、クリプト
ンアークランプ２を上ハウジング１０ａの側面から、リ
フレクタミラー３内のランプ用フローチューブ４内を通
るように挿入し、両端を図示しないＯリング等で封止し
てランプ押さえ板２ａ，２ａ’で固定する。

【００１８】同様に、下リフレクタミラー３ｂの両端面
に下サイドミラー７，７’を取り付け、下リフレクタミ
ラー３ｂ内の焦点の位置に、下サイドミラー７，７’に
当接させてロッド用フローチューブ５を取り付け、下ハ
ウジング１０ｂ内の凹部１０ｂ１に嵌合させる。そし
て、ＹＡＧロッド１を下ハウジング１０ｂの側面から、
リフレクタミラー３内のロッド用フローチューブ５内を
通るように挿入し、両端を図示しないＯリング等で封止
してロッド押さえ板１ａ，１ａ’で固定する。そして、
上ハウジング１０ａ、下ハウジング１０ｂを図示しない
Ｏリングを介してネジ等で固定する。

【００１９】図２は上記固体レーザ装置の励起部におけ
る冷却水の流路を示す図である。同図に示すように、冷
却水導入口から流入する冷却水は冷却水路８ｅを介して
一部がロッド用フローチューブ５に流入し、他の一部が
ランプ用フローチューブ４に流入し、ＹＡＧロッド１、
クリプトンアークランプ２を冷却し、冷却水路８ｆを介
して冷却水導出口から排出される。すなわち、クリプト
ンアークランプ２は、冷却水路８ｅ→冷却水路８ｇ→冷
却水路８ｃ→冷却水路８ａ→ランプ用フローチューブ４
→冷却水路８ｂ→冷却水路８ｄ→冷却水路８ｈ→冷却水
路８ｆの経路を流れる冷却水により冷却され、ＹＡＧロ
ッド１は冷却水路８ｅ→ロッド用フローチューブ５→冷
却水路８ｆの経路を流れる冷却水により冷却される。

【００２０】また、上記ロッド用フローチューブ５と下
サイドミラー７，７’との当接部分およびランプ用フロ
ーチューブ４と上サイドミラー６，６’との当接部分か
ら漏れ出した冷却水がリフレクタ３内部を満たし、リフ
レクタ３を冷却する。なお、クリプトンアークランプ２
はカソード側から電子が飛び出しアノードに衝突するの
で、アノード側が特に加熱される。このため、冷却水は
クリプトンアークランプ２のアノード側から流すのが望
ましい。また、クリプトンアークランプ２の発熱量は大
きいので、ランプ側への冷却水路をＹＡＧロッド１側へ
の冷却水路より太くし、上記ランプ２側の冷却水量をＹ
ＡＧロッド１側へのそれより多くするのが望ましい。

【００２１】次に本実施例の固体レーザ装置の励起部に
おけるクリプトンアークランプ２の交換作業について説
明する。 （１）冷却水の供給を停止し、上ハウジング１０ａの上
部に設けられた空気抜き栓９を外す。これにより、図３
に示すようにリフレクタミラー３内の冷却水は、下ハウ
ジング１０ｂの下側に設けられた排出孔から排出され
る。 （２）上ハウジング１０ａと下ハウジング１０ｂを接続
しているネジ（図示せず）を外し、上ハウジング１０ａ
をクリプトンアークランプ２と共に外す。下ハウジング
１０ｂは図示しないベース板に固定されたままであり、
ＹＡＧロッド１も固定されたままである。

【００２２】（３）取り外した上ハウジング１０ａを作
業のやりやすい所に運び、ランプ押さえ板２ａ，２ａ’
を取り外し、クリプトンアークランプ２を上ハウジング
１０ａから横方向に引き抜く。そして新しいランプを上
ハウジング１０ａの横方向から挿入し、ランプ押さえ板
２ａ，２ａ’で固定する。 （４）クリプトンアークランプ２を交換した上ハウジン
グ１０ａを下ハウジング１０ｂの上に乗せ、上ハウジン
グ１０ａと下ハウジング１０ｂをＯリングを介してネジ
等で固定する。上記のように、本実施例においては、ク
リプトンアークランプ２とＹＡＧロッドが上下に配置さ
れており、ＹＡＧロッド１に触れることなく、上ハウジ
ング１０ａをクリプトンアークランプ２と共に取り外す
ことができるので、ランプ交換作業により共振器アライ
メントずれが発生することがない。また上ハウジング１
０ａのみを取り外すことができるので、ランプ交換作業
が容易である。

【００２３】（５）空気抜き栓９を上ハウジング１０ａ
に取り付け、冷却水導入口からリフレクタ３内部に冷却
水を供給する。ここで、上記のようにリフレクタ３内部
に冷却水を供給したとき、前記したようにリフレクタミ
ラー３内部の角部等に気泡が残留する可能性がある。し
かしながら、本実施例においては、上サイドミラー６，
６’に溝６ｂ，６ｂ’が設けられているとともに、この
溝に連通して上リフレクタミラー３ａの上部に溝３ａ１
が設けられているので、上記のように気泡が残留する
と、この気泡は、図４に示すように、上サイドミラー
６，６’に設けられた溝６ｂ，６ｂ’を介して上リフレ
クタミラー３ａの溝３ａ１に逃げる。

【００２４】このため、リフレクタ３の内部に気泡が残
留することなく、この気泡によりレーザ出力が変動する
といった従来のレーザ装置における問題を解消すること
ができる。なお、上記実施例では、上サイドミラー６，
６’に溝６ｂ，６ｂ’を設けているが、上記溝は上リフ
レクタミラー３ａの上サイドミラー６，６’の取り付け
面に設けてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。 （１）第１のミラーもしくは第２のミラーのうちの上側
に配置されるミラーの端面に第１の溝部を設け、さら
に、該溝部が設けられたミラーの上面に上記第１の溝部
と連通する第２の溝部を設けたので、第１のミラーと第
２のミラーで形成される空間内に残留した気泡を第１の
溝部を介して第２の溝部に逃がすことができる。このた
め、気泡が残留することにより生ずるレーザ出力の変動
を防止することができる。

【００２６】（２）励起用ランプを備えた第１のミラー
が嵌合された第１のハウジング部材と、レーザ発振用固
体ロッドを備えた第２のミラーが嵌合された第２のハウ
ジング部材とを分離することができるので、第１のハウ
ジング部材を第２のハウジング部材から取り外して、作
業しやすい場所で励起用ランプの交換作業を行うことが
でき、交換作業が容易になる。また、励起ランプを交換
するための作業スペースを用意しておく必要がなく、装
置を小型化することが可能となる。

【００２７】（３）第１のハウジング部材を第２のハウ
ジング部材から取り外してランプの交換作業を行うこと
ができるので、ランプ交換の際、作業者が誤ってレーザ
発振用固体ロッドに接触することがなく、作業中の共振
器アライメントずれが発生することがない。 （４）第１のハウジング部材と第２のハウジング部材を
上下に配置することにより、装置の占有床面積を小さく
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の固体レーザ装置の励起部の分
解図である。

【図２】本発明の実施例における冷却水の流路を示す図
である。

【図３】リフレクタミラー内の冷却水を排出する様子を
示す図である。

【図４】リフレクタミラー内に残留した気泡の除去を説
明する図である。

【図５】従来の固体レーザ装置の励起部の概略構成を示
す図である。

【図６】フローチューブによるクリプトンアークランプ
の冷却を説明する図である。

【図７】リフレクタミラー内部に気泡が残留した状態を
説明する図である。

【符号の説明】

１ ＹＡＧロッド ２ クリプトンアークランプ ３ リフレクタミラー ３ａ 上リフレクタミラー ３ｂ 下リフレクタミラー ３ａ１ 溝 ４ ランプ用フローチューブ ５ ロッド用フローチューブ ６，６’ 上サイドミラー ６ｂ，６ｂ’ 溝 ７，７’ 下サイドミラー ８ａ〜８ｈ 冷却水路 ９ 空気抜き栓 ９ａ 空気抜き管路 １０ａ 上ハウジング １０ｂ 下ハウジング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に凹部を有する第１のハウジング部
   材と、 上記第１のハウジング部材の凹部に嵌合する、断面が半
   楕円形状で内面が樋状の第１のミラーと、 上記第１のミラーの断面楕円の焦点を通る軸とその中心
   軸が略一致するように設置される管状の固体ロッド励起
   用ランプと、 内部に凹部を有する第２のハウジング部材と、 上記第２のハウジング部材の凹部に嵌合する、断面が半
   楕円形状で内面が樋状の第２のミラーと、 上記第２のミラーの断面楕円の焦点を通る軸とその中心
   軸が略一致するように設置される管状のレーザ発振用固
   体ロッドとからなり、 上記第１のミラーと第２のミラーが対向するように上記
   第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とを対面
   させて組み立てた固体レーザ装置の励起部であって、 上記第１のハウジング部材および／または第２のハウジ
   ング部材には、上記第１のミラーの内面と第２のミラー
   の内面で形成される筒状楕円柱空間に冷却水を供給する
   冷却水路が設けられており、 上記第１のミラーもしくは第２のミラーのうちの上側に
   配置されるミラーの端面には第１の溝部が設けられ、さ
   らに、該溝部が設けられたミラーの上面に上記第１の溝
   部と連通する第２の溝部が設けられていることを特徴と
   する固体レーザ装置の励起部。