JPH1070343A - 固体レーザ装置及びこれを利用するワークの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でレーザ出力を鋭峻且つ高出力化
する。 【解決手段】 ＹＡＧレーザ発振部１１から略方形波形
のレーザ光を出力すると同時に、ガラスレーザ発振部１
２から尖鋭なレーザ出力波形のレーザ光を出力し、この
レーザ光を光ファイバ１３，１４によってワーク１５の
単一の照射点に向けて照射する。その結果、立ち上がり
が鋭峻で且つ高出力なレーザ光をワーク１５に照射する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｎｄ：ＹＡＧや
レーザガラス等を用いて形成された固体レーザ装置及び
これを利用するワークの加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体レーザ装置は、ガラスレーザ及びＹ
ＡＧレーザ等、使用される媒質によって種類が異なる。

【０００３】ガラスレーザの場合、発振波形が図７
（ａ）のように略スパイク状に尖鋭であるため、金属加
工等におけるレーザ切断や溶接に適していると言われて
いる。しかしながら、ガラスレーザは、例えば５Ｈｚ以
上の高速で繰り返し発振することが困難であり、高出力
を維持することが困難となる。このため、図７（ｂ）の
ような略方形波を発生させて高出力を得やすいＹＡＧレ
ーザが使用されることも多い。

【０００４】ところで、上述した金属加工等の分野で
は、図７（ａ）のように波形の立ち上がり部分を鋭峻に
しつつ、しかも図７（ｂ）のように高出力を得る固体レ
ーザ装置が臨まれている。このようなレーザ出力を得る
ひとつの方法としては、例えば特開平６−２６８２９５
号公報で開示された技術（図８及び図９）のように、第
１電源１から図７（ｂ）のような方形波（Ｖ₁）を出力
し、レーザスラブ５の一方に近接配置された第１のフラ
ッシュランプＦ１を駆動するとともに、トリガ発生回路
２でトリガ信号Ｔｇを発生させ、第２電源３から図７
（ａ）のような尖鋭な波形の電源（Ｖ₂）を出力し、こ
れによって第２のフラッシュランプＦ２を駆動すること
で、レーザスラブ５のレーザ出力を、図１０のように略
方形波とトリガ波形とを重畳した形状にし、その結果、
立ち上がりが急峻なパルスを発生させる例があった。

【０００５】なお、固体レーザ装置を高出力化する方法
としては、図１１の如く、冷却媒体が通流する収納容器
６内に、ガラスまたはＹＡＧ等の所定の媒質からなるス
ラブ状のレーザスラブ５及びフラッシュランプＦ１，Ｆ
２を組み合わせてレーザ発振部７を構成し、さらに高出
力化のため、複数のレーザ発振部７を直列に配置して使
用する例もあった（特開平７−５０４４０号公報参
照）。したがって、図８及び図９に示した構成のレーザ
発振部７を図１１のように直列に配置すれば、高出力で
かつ立ち上がりの急峻なレーザ出力波形を得ることがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８及び図
９のような回路の場合、略方形波とトリガ信号とを重畳
する際に、略方形波の立ち上がり時点とトリガの立ち上
がり時点とを正確に合致させる必要がある。そのため、
遅延回路４を設けてトリガを重畳するタイミングを調整
する必要があった。すなわち、第１の電源回路１以外
に、トリガ発生回路２及び遅延回路４等を設置する必要
がある。その結果、回路構成が複雑になっていた。

【０００７】また、図１１のように複数のレーザ発振部
７を直列に配置する場合、光軸方向に設置スペースを大
きくとる必要があり、省スペース化の要請に反する。ま
た、複数のレーザスラブ５及び図示しないレンズ等の間
を繰り返し入出するため、各入出界面での光反射等によ
って光の損失が多大となり、出力低下を招いていた。

【０００８】この発明は、上記課題に鑑み、簡単な回路
構成で、且つ光軸方向の設置スペースを抑制しつつ、パ
ルスを急峻にし得る固体レーザ装置及びこれを利用する
ワークの加工方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、固体レーザ
装置本体と、前記固体レーザ装置本体内に収納されて略
方形波形のレーザ光を出力する第１のレーザ発振部と、
前記固体レーザ装置本体内に収納されて尖鋭なレーザ出
力波形のレーザ光を出力する第２のレーザ発振部と、前
記第１のレーザ発振部及び前記第２のレーザ発振部のそ
れぞれから出射される各レーザ光をワークの単一の照射
点に向けて照射する光伝搬手段とを備えるものである。

【００１０】ここで、前記第１のレーザ発振部は、出力
レーザ光波形が略方形波形となる第１のレーザ媒質が使
用されてなる第１の固体レーザスラブと、前記第１の固
体レーザスラブに励起光を照射する第１の励起ランプ
と、前記第１の固体レーザスラブ内で光を往復させて発
振状態とする反射鏡及び出力鏡とを備え、前記第２のレ
ーザ発振部は、出力レーザ光波形が尖鋭なレーザ出力波
形となる第２のレーザ媒質が使用されてなる第２の固体
レーザスラブと、前記第２の固体レーザスラブに励起光
を照射する第２の励起ランプと、前記第２の固体レーザ
スラブ内で光を往復させて発振状態とする反射鏡及び出
力鏡とを備えるものである。

【００１１】あるいは、前記第１のレーザ発振部は、出
力レーザ光波形が略方形波形となるよう制御する第１の
駆動制御電源に接続され、前記第１のレーザ発振部は、
出力レーザ光波形が尖鋭なレーザ出力波形となるよう制
御する第２の駆動制御電源に接続されるものである。

【００１２】望ましくは、前記光伝搬手段は、一端部が
前記各レーザ発振部のレーザ光軸に対応するよう配置さ
れ、他端部にレーザ光を照射する出射銃口部材が取り付
けられた光ファイバが使用される。

【００１３】上記固体レーザ装置を利用してワークを加
工する際には、前記第１のレーザ発振部から略方形波形
のレーザ光を出力すると同時に、前記第２のレーザ発振
部から尖鋭なレーザ出力波形のレーザ光を出力し、該レ
ーザ光を光伝搬手段によってワークの単一の照射点に向
けて照射する。その結果、立ち上がりが鋭峻で且つ高出
力なレーザ光をワークに照射することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

｛第１実施形態｝図１はこの発明の第１実施形態の固体
レーザ装置及び加工すべきワークを示す模式図、図２は
図１に示した固体レーザ装置のＡ−Ａ断面図である。

【００１５】この固体レーザ装置は、図１及び図２の如
く、筺形のケース（固体レーザ装置本体）１０内にＹＡ
Ｇレーザ発振部（第１のレーザ発振部）１１とガラスレ
ーザ発振部（第２のレーザ発振部）１２とを並置し、両
レーザ発振部１１，１２の一端部から出射されるレーザ
光をそれぞれ光ファイバ１３，１４（光伝搬系）で取り
出してワーク１５の同一点に照射するようにしたもので
ある。

【００１６】ＹＡＧレーザ発振部１１は、図２の如く、
ケース１０にねじ１９で固定された第１のハウジング２
０内に、レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧ結晶体からなる
一対の略板状の第１の固体レーザスラブ２１を互いに平
行に配置し、この一対の第１の固体レーザスラブ２１に
挟まれた空間に、一対の励起ランプ（第１の励起用光
源）２２が各第１の固体レーザスラブ２１の内向き板面
に平行に並置されている。また、各第１の固体レーザス
ラブ２１の外向き板面側にも励起ランプ（励起用光源）
２３がそれぞれ設けられている。第１のハウジング２０
の内面には、各励起ランプ２２，２３からの光を効率よ
く両固体レーザスラブ２１へ反射させるための散乱反射
部材２４〜２６が、各励起ランプ２２，２３の近傍に配
置されている。

【００１７】ガラスレーザ発振部１２も同様に、ケース
１０にねじ２９で固定された第２のハウジング３０内
に、レーザ媒質としてガラスからなる一対の略板状の第
２の固体レーザスラブ３１を互いに平行に配置し、この
一対の第２の固体レーザスラブ３１に挟まれた空間に、
一対の励起ランプ（第２の励起用光源）３２が各第２の
固体レーザスラブ３１の内向き板面に平行に並置されて
いる。また、各第２の固体レーザスラブ３１の外向き板
面側にも励起ランプ（励起用光源）３３がそれぞれ設け
られている。第２のハウジング３０の内面には、各励起
ランプ３２，３３からの光を効率よく両固体レーザスラ
ブ３１へ反射させるための散乱反射部材３４〜３６が、
各励起ランプ３２，３３の近傍に配置されている。

【００１８】なお、ケース１０及び両ハウジング２０，
３０の側壁には、冷却水を供給・排出する供給口３８〜
４０及び排出口４１〜４３が形成され、さらに、供給口
３８〜４０及び排出口４１〜４３の近傍には、ケース１
０の供給口３８に流し込まれた冷却水をガラスレーザ発
振部１２及びＹＡＧレーザ発振部１１内を経て排出口４
３に流出するよう案内する仕切板４４が水密状に取り付
けられている。

【００１９】また、図１のように、これら両レーザ発振
部１１，１２の各固体レーザスラブ２１，３１の片側端
部の近傍には反射鏡５１ａ，５１ｂがそれぞれ設置さ
れ、同じく他側端部の近傍に出力鏡５２ａ，５２ｂがそ
れぞれ設置される。そして、光ファイバ１３，１４は、
出力鏡５２ａ，５２ｂの光軸中心に対応して取り付けら
れ、図示しない固定具にて固定される。光ファイバ１
３，１４の先端には、レーザ光をワーク１５に出射する
ための出射銃口部材５３ａ，５３ｂがそれぞれ取り付け
られている。

【００２０】なお、上記のＹＡＧレーザ発振部１１及び
ガラスレーザ発振部１２は、それぞれ独立した電源によ
って駆動される。

【００２１】上記構成において、両レーザ発振部１１，
１２の各励起ランプ２２，２３，３２，３３は、それぞ
れ独立した電源によって駆動されて点灯する。ＹＡＧレ
ーザ発振部１１側の励起ランプ２２，２３から照射され
た光は、直接に、または散乱反射部材２４〜２６で反射
された後にＹＡＧ製の第１の固体レーザスラブ２１に照
射される。その結果、第１の固体レーザスラブ２１の内
部では光が励起される。この光は、反射鏡５１ａと出力
鏡５２ｂの間を往復することで発振状態となり、出力鏡
５２ａから外部へ出射される。このときのレーザ出力波
形は、図７（ｂ）のような略方形波になる。このレーザ
光は、光ファイバ１３を介して出射銃口部材５３ａから
ワーク１５に照射される。

【００２２】一方、ガラスレーザ発振部１２側の励起ラ
ンプ３２，３３から照射された光は、直接に、または散
乱反射部材３４〜３６で反射された後にガラス製の第２
の固体レーザスラブ３１に照射され、内部で光が励起さ
れる。そして、この光は、外部の反射鏡５１ｂと出力鏡
５２ｂの間を往復することで発振状態となり、出力鏡５
２ｂから外部へ出射される。このときのレーザ出力波形
は、図７（ａ）のような略スパイク状の尖鋭波になる。
このレーザ光は、光ファイバ１４を介して出射銃口部材
５３ｂからワーク１５に照射される。

【００２３】ワーク１５では、出射銃口部材５３ａから
の高出力の略方形波のレーザ光と、出射銃口部材５３ｂ
からの尖鋭なレーザ光とを同時に受けることになる。し
たがって、従来技術のように特別な遅延回路等の複雑な
電流回路を設けなくても、立ち上がりが鋭峻で且つ高出
力なレーザ光を得ることができる。特に、略方形波のレ
ーザ光を出力するレーザスラブと、尖鋭なレーザ光を出
力するレーザスラブとを別々に備えることで、単一のレ
ーザスラブを使用するのに比べてレーザ出力を大幅に増
大できる。

【００２４】｛第２実施形態｝第１実施形態では、ＹＡ
Ｇレーザ発振部１１とガラスレーザ発振部１２とを単一
のケース１０内に仕組み込んで構成していたが、この発
明の第２実施形態では、図３及び図４の如く、同一種類
のレーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶体）からなる複
数（一対）の固体レーザスラブ６１，６２を単一のハウ
ジング６３（固体レーザ装置本体）内に組み込んで構成
している。この一対の固体レーザスラブ６１，６２に挟
まれた空間には、一対の励起ランプ（励起用光源）６５
ａ，６５ｂが各固体レーザスラブ６１，６２の内向き板
面に平行に並置されている。また、各固体レーザスラブ
６１，６２の外向き板面側にも励起ランプ（励起用光
源）６６ａ，６６ｂがそれぞれ設けられている。ハウジ
ング６３の内面には、各励起ランプ６５ａ，６５ｂ，６
６ａ，６６ｂからの光を効率よく両固体レーザスラブ６
１，６２へ反射させるための散乱反射部材６７〜６９
が、各励起ランプ６５ａ，６５ｂ，６６ａ，６６ｂの近
傍に配置されている。なお、図３及び図４中の符号７１
は、ハウジング６３の供給口７２，７３に流し込まれた
冷却水を固体レーザスラブ６１，６２を経て排出口７
４，７５に流出すよう案内する仕切板、符号７６ａ，７
６ｂ，７７ａ，７７ｂはレーザ光発振用の反射鏡及び出
力鏡である。また、光ファイバ１３，１４及び各出射銃
口部材５３ａ，５３ｂの構成は第１実施形態と同様であ
る。

【００２５】そして、固体レーザスラブ６１の光励起に
供される励起ランプ６５ａ，６６ａと、固体レーザスラ
ブ６２の光励起に供される励起ランプ６５ｂ，６６ｂに
は、別々の駆動制御電源Ｖ₁，Ｖ₂が接続され、これによ
り別々のレーザ出力制御が行われる。具体的には、励起
ランプ６５ａ，６６ａには、固体レーザスラブ６１から
のレーザ出力波形が図７（ｂ）のような略方形波となる
ような電源を供給し、励起ランプ６５ｂ，６６ｂには、
固体レーザスラブ６２からの出力波形が図７（ａ）のよ
うな略スパイク状の尖鋭波になるような電源を供給す
る。そして、図１で示した第１実施形態と同様にして、
光ファイバ等の光伝搬系でレーザ光を取り出してワーク
の同一点に照射する。その結果、第１実施形態と同様
に、ワークは高出力の略方形波のレーザ光と尖鋭なレー
ザ光とを同時に受けることになり、立ち上がりが鋭峻で
且つ高出力なレーザ光を得ることができる。特に、略方
形波のレーザ光を出力するレーザスラブと、尖鋭なレー
ザ光を出力するレーザスラブとを別々に備えることで、
単一のレーザスラブを使用するのに比べてレーザ出力を
大幅に増大できる。

【００２６】なお、第１実施形態では２枚のＹＡＧ製レ
ーザスラブと２枚のガラス製レーザスラブを使用し、第
２実施形態では２枚のＹＡＧ製のレーザスラブを使用し
ているが、レーザスラブ個数は上記に限るものではな
く、これ以上の多数のレーザスラブを使用してもよい。
例えば、図５は第２実施形態の変形例であるが、図５の
ように１個のケース内に略方形波のレーザ出力を行う固
体レーザスラブ６１を２個、尖鋭なレーザ出力波形のレ
ーザ光を出力する固体レーザスラブ６２を２個設けて、
合計４個のレーザスラブを有せしめてもよい。勿論、第
１実施形態の変形例としてＹＡＧレーザカラブとガラス
レーザスラブをそれぞれ３個以上ずつ使用してもよい。

【００２７】また、第２実施形態では、２枚のレーザス
ラブの媒質としてＮｄ：ＹＡＧ結晶体を使用している
が、これに限らず、例えばガラス等の他の媒質を使用し
てもよい。

【００２８】さらに、上記各実施形態では、各固体レー
ザスラブ２１，２２，６１，６２から出射される各レー
ザ光をワーク１５の単一照射点に向けて照射する光伝搬
手段として、一対の光ファイバ１３，１４及びそのそれ
ぞれに対応する出射銃口部材５３ａ，５３ｂを備えてい
たが、図６のように、集光体７８を利用してそれぞれの
波形のレーザ光を一旦集光した後に光ファイバー７９等
でワーク１５に伝搬してもよいし、あるいは、鏡等を利
用した他の構成のものを使用してもよい。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、第１のレーザ発振部
から略方形波形のレーザ光を出力すると同時に、第２の
レーザ発振部から尖鋭なレーザ出力波形のレーザ光を出
力し、このレーザ光を光伝搬手段によってワークの単一
の照射点に向けて照射できるので、両方のレーザ発振部
に同等の電源を使用しながら、立ち上がりが鋭峻で且つ
高出力なレーザ光をワークに照射することができる。し
たがって、金属加工等適したレーザ光を極めて簡単な駆
動回路の構成で容易に得ることができる。

【００３０】特に、略方形波のレーザ光を出力するレー
ザスラブと、尖鋭なレーザ光を出力するレーザスラブと
を別々に備えることで、単一のレーザスラブを使用する
のに比べてレーザ出力を大幅に増大できる。しかも、複
数のレーザ発振部を光軸方向に直列に並べる従来技術に
比べて、光軸方向の設置スペースを小さくできるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施形態の固体レーザ装
置及び加工すべきワークを示す模式図である。

【図２】図２は図１に示した固体レーザ装置のＡ−Ａ断
面図である。

【図３】この発明の第２実施形態の固体レーザ装置を示
す正面視断面図である。

【図４】この発明の第２実施形態の固体レーザ装置を示
す断面模式図である。

【図５】この発明の変形例の固体レーザ装置を示す正面
視断面図である。

【図６】この発明の変形例の固体レーザ装置を示す模式
図である。

【図７】一般的な固体レーザ装置のレーザ出力波形を示
す図である。

【図８】従来の固体レーザ装置の駆動回路を示す回路図
である。

【図９】従来の固体レーザ装置を示す斜視図である。

【図１０】略スパイク状に尖鋭な波形と略方形波形とを
重畳した波形図である。

【図１１】従来の固体レーザ装置として複数のレーザ発
振部を直列に配置した例を示す模式図である。

【符号の説明】

１０ ケース １１ ＹＡＧレーザ発振部 １２ ガラスレーザ発振部 １３，１４ 光ファイバ １５ ワーク ２０ 第１のハウジング ２１，２２，６１，６２ 固体レーザスラブ ２１ 第１の固体レーザスラブ ２２，２３ 励起ランプ ２４〜２６ 散乱反射部材 ３０ 第２のハウジング ３１ 第２の固体レーザスラブ ３２，３３ 励起ランプ ３４〜３６ 散乱反射部材 ５１ａ，５１ｂ 反射鏡 ５２ａ，５２ｂ 出力鏡 ５３ａ，５３ｂ 出射銃口部材 ６１，６２ 固体レーザスラブ ６３ ハウジング ６５ａ，６５ｂ，６６ａ，６６ｂ 励起ランプ ６７〜６９ 散乱反射部材 ７８ 集光体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザ装置本体と、 前記固体レーザ装置本体内に収納されて略方形波形のレ
   ーザ光を出力する第１のレーザ発振部と、 前記固体レーザ装置本体内に収納されて尖鋭なレーザ出
   力波形のレーザ光を出力する第２のレーザ発振部と、 前記第１のレーザ発振部及び前記第２のレーザ発振部の
   それぞれから出射される各レーザ光をワークの単一の照
   射点に向けて照射する光伝搬手段とを備える固体レーザ
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の固体レーザ装置であっ
   て、 前記第１のレーザ発振部は、 出力レーザ光波形が略方形波形となる第１のレーザ媒質
   が使用されてなる第１の固体レーザスラブと、 前記第１の固体レーザスラブに励起光を照射する第１の
   励起ランプと、 前記第１の固体レーザスラブ内で光を往復させて発振状
   態とする反射鏡及び出力鏡とを備え、 前記第２のレーザ発振部は、 出力レーザ光波形が尖鋭なレーザ出力波形となる第２の
   レーザ媒質が使用されてなる第２の固体レーザスラブ
   と、 前記第２の固体レーザスラブに励起光を照射する第２の
   励起ランプと、 前記第２の固体レーザスラブ内で光を往復させて発振状
   態とする反射鏡及び出力鏡とを備えることを特徴とする
   固体レーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の固体レーザ装置であっ
   て、 前記第１のレーザ発振部は、出力レーザ光波形が略方形
   波形となるよう制御する第１の駆動制御電源に接続さ
   れ、 前記第１のレーザ発振部は、出力レーザ光波形が尖鋭な
   レーザ出力波形となるよう制御する第２の駆動制御電源
   に接続されることを特徴とする固体レーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の固体レーザ装置であっ
   て、前記光伝搬手段は、一端部が前記各レーザ発振部の
   レーザ光軸に対応するよう配置され、他端部にレーザ光
   を照射する出射銃口部材が取り付けられた光ファイバで
   あることを特徴とする固体レーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の固体レーザ装置を利用するワークの加工方法であっ
   て、前記第１のレーザ発振部から略方形波形のレーザ光
   を出力すると同時に、前記第２のレーザ発振部から尖鋭
   なレーザ出力波形のレーザ光を出力し、該レーザ光を光
   伝搬手段によってワークの単一の照射点に向けて照射す
   るワークの加工方法。