KR20010080864A

KR20010080864A - 레이저 발진장치

Info

Publication number: KR20010080864A
Application number: KR1020000069865A
Authority: KR
Inventors: 아카기아사유키
Original assignee: 죠우치 다카시; 미야치 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2001-08-25
Also published as: US20010004368A1; EP1111739A3; JP2001177170A; CN1308394A; JP4398036B2; EP1111739A2

Abstract

레이저 발진기를 구성하는 고체 레이저 매체, 여기광 공급수단및 광공진기 밀러를 부품수가 적은 콤팩트한 구성으로 효율적으로 냉각하는 것이다. 레이저 발진기(10)의 보호유지 유니트(26)는 원주형의 야그(YAG)로드(16)와 여기광공급부(18)(여기레이저 유니트(60))를 수용하여 보호유지하는 챔버(40)와, 전반사밀러(20)를 포위하여 보호유지하는 밀러 보호유지부(42)와 챔버(40)와 밀러 보호유지부(42)와의 사이에 밀착한 상태로 삽입되는 연결부(44)를 일체로 결합하여 이루어진다. 연결부(44)의 냉각수 도입구(IN)(28)로부터 보호유지 유니트(26)내로 도입된 냉각수(CW)는 연결부(44)내의 각 접속통로(44b), 챔버(40)내의 각 접속통로(80), 각 여기 레이저유니트(60)의 내부 유로, 챔버(40)의 외측 단부의 각 접속통로(68), 튜브(56)내의 유로(17), 챔버(40)내의 각 접속통로(82), 연결부(44)내의 각 접속 통로(44c)를 통하여 냉각수출구(OUT)(30)로 모여들고, 이 포트(30)로부터 배출된다.

Description

레이저 발진장치{LASER OSCILLATOR}

본 발명은, 고체 레이저 매체를 사용하는 레이저 발진장치에 관한다.

일반적으로 레이저 발진장치는, 기본적으로는, 소정의 거리를 두고 평행으로 배치된 전(全)반사밀러와 부분반사밀러(출력밀러)와의 사이에 레이저 매체를 설치한 구성으로 되어 있다. 레이저 여기수단에 의해 레이저 매체에 소정방법으로 에너지를 가하여 매체속의 원자를 여기시키면, 유도방출로 레이저 매체로부터 빛이 방출된다. 방출된 빛 중, 공진주파수의 빛이 전반사밀러와 출력밀러와의 사이에 갇혀증폭되며, 그 일부가 출력밀러로부터 레이저광으로서 출력된다.

야그(YAG)레이저등의 고체레이저 발진장치에서는, 열렌즈 효과를 억제하여 레이저발진의 안정성을 높이기 위하여, 고체레이저 매체와 레이저 여기수단인 여기광 공급수단을 냉매 예를 들면 냉각수로 강제냉각 시키는 것이 통례이다.

일반적으로 이러한 종류의 냉각기구는, 고체 레이저매체와 여기광 공급수단을 하나의 챔버로 수용하고, 이 챔버내에 설치된 소정의 배관 또는 유로에 냉각수를 순환공급함으로서, 고체레이저 매체 및 여기광 공급수단의 여기광원으로부터 발생하는 열을 냉각수로 흡수시켜서 챔버의 밖으로 배출하는 구성으로 되어 있다.

그런데, 레이저 발진장치에 있어서는, 레이저광을 공진증폭시키는 과정에서 공진기 밀러도 발열한다. 공진기 밀러가 열팽창하거나 열수축하여 비틀어지면, 양밀러( 전반사 밀러, 출력밀러)간의 평행도를 잃게 되고, 레이저 발진동작 내지 발진 출력이 불안정하게 되어 버린다. 따라서, 안정된 레이저 발진을 보증하려면 공진기 밀러에 대해서도 냉매를 사용하여 온도조절을 하는 것이 바람직하다.

그러나 공진기밀러에도 냉각기구를 설치하게 되면, 고체레이저 매체 및 여기광원측과는 별개의 냉각기구가 필요하게 되며, 혹은 배관계통이 복잡하게 될 뿐만 아니라 장치 스페이스나 장치코스트의 증대를 초래한다고 하는 이유에서 종래의 고체 레이저 발진장치에서는 광공진기 밀러를 냉각 또는 온도조절하는 것은 실행하지않고 있었다.

또한, 종래의 이러한 종류의 챔버에서는, 레이저로드나 여기광원 주위에서 냉각용 배관 또는 유로를 형성 또는 구축하는 기구가 번잡하고, 소요공간도 커서, 콤팩트화 하는 것이 어려웠다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 발진기를 구성하는 고체레이저 매체, 여기광 공급수단 및 광공진기밀러를 부품수가 적은 콤팩트한 구성에 의해 효율적으로 냉각하도록 한 레이저 발진장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고체레이저 매체 및 여기광 공급수단을 부품수가 적은 콤팩트한 구성에 의해 효율좋게 냉각하도록 한 레이저 발진장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 레이저 발진장치의 기본구성및 이 레이저 장치를 사용하는 레이저 가공장치의 전체구성을 나타내는 블록도이다.

도 2는 실시형태의 레이저 발진기의 구체적인 구성예를 나타내는 종단면도이다.

도 3은 도2의 화살표A의 방향에서 본 실시형태의 레이저 발진기의 측면도이다.

도 4는 도2의 화살표B의 방향에서 본 실시형태의 레이저 발진기의 측면도이다.

도 5는 실시형태의 레이저 발진기의 챔버에 설치되는 보호유지판의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 6은 도2의 화살표C에 대한 횡단면도이다.

도 7은 실시형태의 레이저 발진기의 챔버내에 설치되는 여기 레이저 유니트의 외관을 나타내는 사시도이다.

도 8은 도2의 화살표D에 대한 화살표도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저 발진기 12 : 냉각수 공급부

14 : 레이저 전원부 16 : 야그로드(고체 레이저매체)

17 : 유로 18 : 여기광 공급부

20 : 전반사밀러 22 : 출력밀러

40 : 챔버 42 : 밀러 보호유지부

42b : 오목부 44 : 연결부

44c, 44b : 접속통로(유로) 48 : 지지로드

50 : 내측 보호유지판 54 : 외측 보호유지판

56 : 투명 튜브 60 : 여기 레이저 유니트

60d : 유로 LDA : 레이저 다이오드 어레이

68 : 접속통로 (유로) 70, 84 : 패킹

80, 82 : 접속통로 102 : 밀러 케이스

106 : 지점 볼 108 : X방향 기울기 조정나사

110 : Y방향 기울기 조정나사 114 : 압축 코일 스프링

상기의 제 1 의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 레이저 발진 장치는, 여기됨과 동시에 양단면으로부터 빛을 방출하는 고체레이저 매체와, 상기 고체레이저 매체에 여기용의 빛을 공급하는 여기광 공급수단과, 상기 고체레이저 매체의 양단면에 각각 대향하여 배치된 한쌍의 광공진기 밀러와, 상기 고체레이저 매체, 상기 여기광 공급수단 및 적어도 한쪽의 상기 광공진기 밀러를 일체적으로 보호유지하는 보호유지 유니트와, 상기 보호유지 유니트에 냉매를 공급하는 냉매 공급수단을 구비하는 구성으로 한다.

본 발명에서는, 고체레이저 매체, 여기광 공급수단 및 광공진기 밀러등 세가지가 공통의 보호유지 유니트에 일체적으로 보호유지되기 때문에, 보호유지 유니트에 공통의 냉매 도입구(포트)로부터 냉매를 도입하고, 도입된 냉매를 보호유지 유니트내의 유로에 흘려보내고, 공통의 냉매배출구(포트)로부터 냉매를 배출하는 일원적 냉매기구를 구축하는 것이 가능하며, 부품수가 적은 콤팩트한 구성으로 발열성 장치의 각부분을 효율적으로 냉각할 수 있다.

본 발명의 레이저 발진장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 보호유지 유니트가, 상기 냉매를 한쪽은 도입하고 다른쪽은 배출시키기 위한 제 1 및 제 2 포트와, 상기 고체레이저 매체에 열적으로 결합된 제 1 냉매 유로와, 상기 레이저 여기수단에 열적으로 결합된 제 2 냉매유로와, 상기 제 1 및 제 2 의 포트 사이에 상기 제 1 및 제 2 냉매유로를 직렬로 접속하는 제 3 냉매유로를 가지는 구성이어도 좋다.

또한, 이 구성에 있어서, 상기 고체레이저 매체에 대해 복수개의 상기 레이저 여기수단을 배치해도 좋고, 그 경우는 그들 복수개의 상기 여기광 공급수단에 대응하는 복수개의 상기 제 2 냉매유로를 병렬로 접속해도 좋다.

또한, 상기 구성에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 3 냉매 유로가, 상기 제 1 포트와 상기 제 1 냉매유로의 일단을 접속하는 제 1 접속통로와, 상기 제 1 냉매유로의 타단과 각각의 상기 제 2 냉매유로의 일단을 접속하는 제 2 접속통로와, 각각의 상기 제 2 냉매유로의 타단과 상기 제 2 포트를 접속하는 제 3 접속통로를 포함해도 좋다.

또한, 본 발명의 레이저 발진장치에 있어서의 다른 바람직한 형태로서는, 상기 보호유지 유니트가, 상기 고체레이저 매체와 상기 여기광 공급수단을 수용하는챔버와, 상기 광공진기 밀러를 포위하여 보호유지하는 열전도성 부재로 이루어지는 밀러 보호유지부와, 상기 챔버와 상기 밀러 보호유지부에 접속된 상태로 끼워지고, 상기 고체 레이저매체와 상기 광공진기 밀러와의 사이에서 전달하여 뿌리는 상기 레이저광을 통과시키기 위한 광통로를 가지는 열전도성부재로 이루어지는 연결부를 포함하는 구성이어도 좋다.

이 구성에 있어서, 바람직하게는, 상기 보호유지 유니트가, 상기 연결부에 설치되며 상기 냉매를 한쪽은 도입하고 다른쪽은 배출하기 위한 제 1 및 제 2 포트와, 상기 챔버내에서 상기 고체 레이저 매체에 열적으로 결합된 제 1 냉매유로와, 상기 챔버내에서 상기 여기광 공급수단에 열적으로 결합된 제 2 냉매유로와, 상기 제 1 및 제 2 냉매유로를 접속하는 제 3 냉매유로와, 상기 챔버 또는 상기 연결부내에서 상기 제 1 및 제 2 냉매유로를 각각 제 1 및 제 2 포트에 접속하는 제 4 냉매유로를 가져도 좋다.

본 발명의 레이저 발진장치에 있어서,상기 제 1 냉매유로는 바람직하게는 상기 고체레이저 매체의 여기면과 간격을 두고서 기밀하게 포위하고, 상기 여기광 공급수단으로부터의 여기광을 통하여 상기 여기면에 입사시키는 광투과성의 튜브에 의해 형성되어도 좋다. 또한 상기 제 2 냉매유로는, 바람직하게는 상기 여기광 공급수단의 발열부에 접속된 열전도성 부재를 관통하여 설치된 관통공에 의해 형성되어도 좋다.

또한 공진기 밀러에 관해서는, 상기 밀러 보호유지부에, 상기 공진기 밀러의 기울기를 조정하는 수단을 설치해도 좋다.

상기 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 레이저 발진장치는, 측면에 여기광이 조사되면 양단면으로부터 빛을 방출하는 로드형의 고체레이저 매체와 상기 고체레이저 매체를 간격을 두고 포위하여, 상기 고체레이저 매체의 측면을 따라 제 1 냉매유로를 형성하는 광투과성의 튜브와, 여기용의 레이저빔을 발생시키기 위한 반도체 레이저 소자를 직선적으로 복수개 배열하여 이루어지는 레이저 빔 출사면과 상기 반도체 레이저 소자를 보호 유지하는 열전도성의 보호유지부재와 상기 보호유지부재를 관통하여 형성된 제 2 냉매유로를 가지며, 상기 레이저 빔 출사면이 상기 고체 레이저 매체의 측면과 대향하도록 상기 고체레이저 매체의 측면주위에 방사상으로 배치된 여기 레이저 유니트와, 냉매를 한쪽이 도입하고 다른쪽은 배출하기 위한 제 1 및 제 2 포트와, 상기 제 1 및 제 2 포트의 사이에서 상기 제 1 냉매유로를 각각의 상기 제 2 냉매유로를 직렬로 접속함과 동시에 상기 제 2 냉매유로 끼리 병렬로 접속하는 제 3 냉매유로를 구비하는 구성으로 하였다.

이 구성에 있어서는, 1개의 로드형 고체레이저 매체의 측면주위에 복수개의 여기레이저 유니트를 방사상으로 배치하고, 각 유니트의 레이저 빔 출사면으로부터 출사된 여기용 레이저 빔을 사방으로부터 고체레이저 매체의 측면으로 모이도록 하여 조사 또는 공급하기 때문에, 작은 스페이스에 여기레이저 유니트를 고밀도로 근접배치할 수가 있다. 더구나 제 1 및 제 2 포트사이에 접속된 냉매는, 복수개의 여기레이저 유니트에 대해서는 그들과 각각 열적으로 결합된 제 2 유로를 병렬적으로 분산하여 흐르는 한편, 가장 강력한 냉각을 필요로 하는 고체레이저 매체에 대해서는 그 측면을 따라 형성된 제 1 냉매유로 전부(전냉매)가 흐른다. 이것에 의해 콤팩트한 스페이스로 각 발열성 소자 또는 각부분에 적합한 효율적인 냉각을 할 수 있다.

[발명의 실시형태]

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1 에 본 발명의 일실시형태에 의한 레이저 발진 장치의 기본 구성 및 이 레이저 발진장치를 사용하는 레이저 가공장치의 전체구성을 나타낸다. 이 레이저가공장치는, 레이저 발진기(10), 냉각수 공급부(12), 레이저 전원부(14) 및 레이저 출사부(15)를 가지고 있다.

레이저 발진기(10)는, 고체레이저 매체 예를 들면,야그로드(16)와, 이 야그로드(16)에 여기용의 빛을 공급하는 여기광 공급부(18)와, 야그로드(16)의 축방향의 양단면에 각각 대향하고, 서로 소정의 간격을 두고 배치된 한쌍의 광공진기밀러 즉 전반사밀러(20) 및 부분반사 밀러(출력밀러)(22)로 구성되어 있다.

레이저 발진기(10)에 있어서, 여기광 공급부(18)가 레이저 전원부(14)로부터 공급되는 전력에 따라 여기광(EB)을 발생하고, 이 여기광(EB)을 야그로드(16)에 측면으로부터 조사하면, 야그로드(16)가 여기광의 에너지에 의해 여기되며, 유도방출에 의해 로드단면으로부터 축방향으로 빛이 방출된다. 야그로드(16)의 양단면으로부터 방출된 빛 중, 공진주파수의 빛이 전반사밀러(20)와 출력밀러(22)와의 사이에서 갇혀서 증폭되며, 그 일부가 출력밀러(22)로부터 야그레이저광(LB)으로서 출력된다.

레이저 발진기(10)로부터 출력된 야그레이저광(LB)은, 광전송계 예를들면,반사밀러(24)를 통하여 레이저 출사부(15)에 보내져 레이저 출사부(15)에 내장된 집광렌즈에 의해 피가공물(W)에 집광 조사된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 레이저 발진기(10)를 구성하는 요소중, 야그로드(16), 여기광 공급부(18) 및 한쪽의 광공진기 밀러 예를 들면, 전반사밀러(20)가 하나의 보호유지 유니트(26)내에 일체적으로 수용된다.

이 보호유지 유니트(26)는, 냉각수 입구(IN)(28)및 출구(OUT)(30)를 구비하고 있으며, 내부의 소정의 루트, 바람직하게는 고체 레이저 매체(16) 및 여기광 공급부(18)에 열적으로 결합되는 루트로 냉각수 유로를 설치하고 있다. 냉각수 공급부(12)는, 배관(32)를 통하여 소정온도로 온도조절된 냉각수를 보호유지 유니트(26)의 냉각수 입구(IN)(28)에 공급하고, 보호유지 유니트(26)의 냉각수 출구(OUT)(30)로부터 냉각수를 배관(34)을 통하여 회수한다. 보호 유지 유니트(26)내에서는, 상기 유로를 냉각수가 순환함으로서, 각부(16, 18.20)가 공통의 냉각수로 동시에 냉각된다.

도 2 내지 도 8 에 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 레이저 발진기(10)의 구체적인 구성예를 나타낸다. 도 2 는 레이저 발진기(10)의 내부의 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 3 및 도 4 는, 도 2 에 있어서 각가가 화살표A, B의 방향에서 본 레이저 발진기(10)의 좌측면도 및 우측면도이다. 도 5 는 레이저발진기(10)의 챔버에 설치되는 내측보호유지판의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 6 은, 도 2 의 화살표C에 대해서의 횡단면도이다. 도 7 은, 레이저 발진기(10)의 챔버내에 설치되는 여기레이저 유니트의 외관을 나타내는 사시도이다. 도 8 은, 도 2 의 화살표C에 대해서의 화살표도이다.

도 2 내지 도 4 에 도시하는 바와같이, 레이저 발진기(10)의 보호유지 유니트(26)는, 원주형의 야그로드(16)와 여기광 공급부(18)를 수용하여 보호유지하는 챔버(40)와, 전반사밀러(20)를 포위하여 보호유지하는 밀러 보호유지판(42)과, 팸버(40)과 밀러 보호유지부(42)와의 사이에 밀착한 상태로 삽입되는 연결부(44)를 일체로 결합하여 이루어진다.

챔버(40)는 전기적으로 절연성에서 또한 차광성의 재질 예를 들면 수지로 이루어지는 원통형상의 커버체(46)와, 이 커버체(46)의 내측에서 둘레방향으로 등간격 예를 들면, 120。간격으로 배치된 축방향으로 연재하는 복수개 예를 들면 3개의 원주형상의 지지로드(48)와, 이들의 지지로드(48)의 일단부(내측단부)에 끼워맞춰 설치된 전기적으로 절연성인 원반형상의 보호유지판(50)과, 이들의 지지로드(48)의 타단부(외측단부)에 볼트(52)로 고정 설치된 전기적으로 절연성인 원반형상의 보호유지판(54)을 가지고 있다.

도 5 에 도시하는 바와같이, 보호유지판(50)의 주연부에는 3개의 관통공(50a)이 120。간격으로 형성됨과 동시에, 중심부에 하나의 관통공(50b)이 형성되어 있다. 중심부의 관통공(50b)의 주위에 원형의 오목부(50c)가 형성되며, 이 원형 오목부(50c)로부터 각각 인접하는 관통공(50a)의 사이를 통과하도록 120。간격으로 3개의 방사상으로 연재하는 오목부(50d)가 형성되어 있으며, 각 방사상 오목부(50d)의 중간부에 관통공(50e)가 형성되어 있다.

도 2 에 있어서, 보호유지판(50)의 각 주위둘레 관통공(50a)에 각각 지지로드(48)의 내측단부(48a)가 끼워맞춰지고, 보호유지판(50)의 중심 관통공(50b)에 야그로드(16)가 틈새을 두고 삽입되는 예를들면 유리로 만든 투명 튜브(56)의 일단부가 O링(58)을 통하여 끼워맞춰지고, 보호유지판(50)의 방사상 오목부(50d)에 여기광 공급부(18)의 각 여기 레이저 유니트(60)의 일단부가 끼워맞춰진다. 여기서, 각 여기레이저 유니트(60)의 일단면으로부터 원통형상으로 돌출되어있는 냉각수 도입구(60a)가 방사상 오목부(50d)내의 관통공(50e)에 O링(62)을 통하여 끼워맞춰진다. 한편, 튜브(56)의 내측면과 야그로드(16)의 측면 또는 외주면과의 사이에 형성되는 원통형상의 틈새는 냉각수(CW)를 흐르게하기 위한 유로(17)를 형성한다.

다른쪽의 보호유지판(54)에는, 상기 보호유지판(50)의 각 주변둘레 관통공(50a)과 대응하는 위치로 원형의 오목부(54a)가 형성되며, 상기 보호유지판(50)의 중심관통공(50b)과 대응하는 위치로 중심관통공(54b)가 형성되며, 상기 보호유지판(50)의 원형 오목부(50c)및 방사상 오목부(50d)과 각각대응하는 위치로 원형 오목부(54c)및 방사상 오목부(54d)가 형성되며, 상기 보호유지판(50)의 각관통공(50e)과 대응하는 위치로 각 관통공(54e)이 형성되어 있다.

도 2 에 있어서, 보호유지판(54)의 각 주변둘레 오목부(54a)에 각 지지로드(48)의 외측단부(48b)가 끼워맞춰지며, 보호유지판(54)의 중심관통공(54b)에 투명튜브(56)의 타단부가 O링(64)을 통하여 끼워맞춰지며, 보호유지판(54)의 방사상 오목부(54d)에 각 여기 레이저 유니트(60)의 타단부가 끼워맞춰진다. 여기서, 각 여기 레이저 유니트(60)의 타단면보다 원통형상으로 돌출되어 있는 냉각수 배출구(60b)가 방사상 오목부(54d)내의 관통공(54e)에 O링(64)을 통하여 끼워맞춰진다.

보호유지판(54)의 외측에는, 각 여기 레이저 유니트(60)의 냉각수 배출구(60b)를 투명튜브(56)내의 유로의 외측단에 접속하기 위한 접속통로(68)가형성되어있다.

보다 상세하게는, 보호유지판(54)의 외측면에 예를 들면 실리콘 고무로 이루어지는 시트상의 패킹(70)이 부착된다. 이 패킹(70)에는, 도 4 에서 점선으로 도시하는 바와같이, 각 여기레이저 유니트(60)의 냉각수 배출구(60b)로부터 투명튜브(56)의 외측단에 걸쳐 방사상의 개구(70a)가 형성되어 있다. 이 패킹(70)에 축방향 및 반경방향측으로부터 뚜껑체(72)가 씌워지고, 외부로부터 볼트(52)및 (74)가 각각 뚜껑체(72)및 패킹(70)을 통하여 보호유지판(54)내지 지지로드(48)에 나사 부착되어있다. 뚜껑체(72)의 중심부에는 야그로드(16)의 외측단부를 통과하는 구멍(72a)가 형성됨과 동시에, 뚜껑체(72)의 외측면에는 로드통과공(72a)의 주위에 원형의 오목부(72b)가 형성되며, 이 원형 오목부(72b)의 외주벽면에는탭(암나사)(72c)이 끊겨있다. 이 원형 오목부(72b)에 O링(64)을 통하여 외벽면에 수컷나사를 가지는 링나사(78)가 나사결합된다. 이러한 구성에 의해, 패킹(70)의 개구(70a)를 따라 밀폐된 접속통로(68)가 형성된다.

한편, 도 4 에서는, 설명의 편의를 위하여, 뚜껑체(72)의 외측면에 있어서 중심부의 원형의 오목부(72b)나 링나사(78)등을 생략하고 있다.

도 2 에 있어서, 보호유지판(50)의 외측에는, 각 여기 레이저 유니트(60)의냉각수도 입구(60a)및 투명 튜브(56)내의 유로의 내측단을 각각 연결부(44)내의 대응 유로에 접속하기 위한 접속통로(80,82)가 형성되어 있다.

보다 상세하게는, 보호유지판(50)의 (챔버(40)중심부로부터 보아)외측의 면에 예를 들면 실리콘고무로 이루어지는 시트형상의 패킹(84)이 부착된다.

이 패킹(84)에는 각 여기레이저 유니트(60)의 냉각수 도입구(60a)와 대향하는 위치에 개구(84b)가 형성됨과 동시에, 도 8 에서 점선으로 도시하는 바와같이 투명 튜브(56)의 내측단으로부터 방사상으로(예를 들면 120。 간격으로 세방향으로)소정의 길이만큼 늘어나는 개구(84b)가 형성되어 있다.

이 패킹(84)에 축방향및 반경방향 외측으로부터 뚜껑체(86)가 씌워지고, 외부로부터 볼트(88)가 뚜껑체(86)및 패킹(84)을 통하여 각 지지로드(48)에 나사 부착해 있다. 뚜껑체(86)에는 패킹(84)의 각 원형개구(84a)와 대응하는 위치에 원형개구(86a)가 형성됨과 동시에, 패킹(84)의 각 방사상 개구(84b)의 반경 방향 외측 단부와 대응하는 위치에 원형의 개구(86b)가 형성되어 있다.

더욱이, 뚜껑체(86)의 중심부에는 야그로드(16)의 내측단부를 통과하는 구멍(86c)이 형성됨과 동시에, 뚜껑체(86)의 외측면에는 로드통과공(86c)의 주위에 원형의 오목부(86d)가 형성되며, 이 원형 오목부(86d)의 외주벽면에는 탭(암나사)(86e)이 끊겨있다. 이 원형 오목부(86d)에 O링(64)을 통하여 외주면에 숫나사를 가지는 링나사(92)가 나사결합된다. 이러한 구성에 의해 패킹(84)및 뚜껑체(86)의 각 원형 개구(84a),(86a)를 관통하여 밀폐된 접속통로(80)가 형성됨과 동시에, 패킹(84)의 각 방사상 개구(84b)를 따라 밀폐되며 또한 뚜껑체(86)의 각 원형개구(86b)를 관통하여 밀폐된 접속통로(82)가 형성된다.

도 7 에 있어서, 각 여기레이저 유니트(60)는, 예를 들면 동으로 이루어지는 직사각체 형상의 열전도성 블록 또는 홀더(60c)를 가지고 있다. 이 블록의 길이 방향의 양측면에 상기 원통형 냉각수 도입구(60a)및 배출구(60b)가 설치됨과 동시에 블록내부에는 양포트(60a,60b)간에 냉각수를 흐르게하기 위한 유로(60d)가 형성되어 있다. 또한 블록(60c)의 전면에는, 여기광원용의 반도체레이저 예를들면 레이저 다이오드(LD)가 일렬로 다수 배열하여 설치됨과 동시에 블록(60c)의 두께 방향의 양측면에 한쌍의 전력입력용 전극(60e)이 설치되고 있다. 이들의 전극(60e)은 전기 케이블 또는 코드(94,96)를 통하여 레이저 전원부(14,도1)출력단자에 접속되어 있다.

도 2 및 도 6 에 도시하는 바와같이, 챔버(40)내에서, 각 여기레이저 유니트(60)의 레이저 다이오드 어레이(LDA)는 야그로드(16)의 측면(여기면)과 대향하여 배치된다. 레이저 전원부(14)로부터의 전력의 공급을 받고, 각 레이저 다이오드가 여기용의 레이저 빔(EB)을 출사한다. 출사된 레이저 빔(EB)은 정면의 유리튜브(56)를 투과하여 야그로드(16)의 측면(여기면)에 입사하고, 야그로드(16)를 여기한다.

한편, 레이저 발진동안은, 여기상태의 야그로드(16)가 발열한다. 또한, 각 여기 레이저 유니트(60)에서도 발광부의 레이저 다이오드 어레이(LDA)가 발열한다.

이들의 야그로드(16),LDA로부터 발생한 열은, 그것과 열적으로 결합되어 있는 부근의 유로(17,60d)를 흐르는 냉각수(CW)에 흡수된다.

연결부(44)는, 예를들면 스텐레스동으로 이루어지는 직방체 형상의 열전도성블록으로서 구성되며, 챔버(40)의 뚜껑체(86)에 볼트(98)로 밀착고정된다. 연결부(44)의 중심부에는, 야그로드(16)의 내측단면을 받아들이고, 야그로드(16)의 광축상에서 전파(傳播)하는 빛 또는 레이저 광(LB)을 통과하기 위한 관통공(44a)이 형성되어 있다. 또한, 연결부(44)의 내부에는, 이 관통공(44a)에는 닿지 않는 루트로 냉각수 도입구(IN)(28)로부터 챔버(40)의 뚜껑체(86)의 각 원통형개구(86a)에 이르는 유로(접속통로)(44b)와 냉각수배출구(OUT)(30)로부터 이 뚜껑체(86)의 각 원통형개구(86b)에 이르는 유로(접속통로)(44c)가 형성되어 있다.

냉각수공급부(12)로부터 배관(32)을 통하여 연결부(44)의 냉각수 도입구(28)로부터 보호유지 유니트(26)내에 도입된 냉각수(CW)는, 연결부(44)내의 각 접속통로(44b)및 챔버(40)내의 각접속통로(80)를 통하여 각 여기 레이저 유니트(60)의 냉각수 도입구(60a)에 공급된다. 각 여기레이저 유니트(60)에 공급된 냉각수(CW)는, 각유니트(60)의 블록(60c)내를 종단하도록 하여 내부유로(60d)를 흐르고, 그때에 각 레이저 다이오드 어레이로부터 발생된 열을 흡수한다. 그리고 각 여기 레이저 유니트(60)의 냉각수 배출구(60b)로부터 나온 냉각수(CW)는 챔버(40)의 외측단부의 각 접속통로(68)를 통하여 투명튜브(56)의 외측단으로부터 튜브(56)내의 유로(17)로 들어간다. 튜브(56)내의 유로(56)내의 유로(17)에 외측단으로부터 들어간 냉각수(CW)는 야그로드(16)의 측면 또는 외주면을 따라 튜브(56)의 내측단으로 향하여 흐르고, 그 때에 야그로드(16)로부터 발생된 열을 흡수한다. 그리고 튜브(56)의 내측단으로부터 나와 각 접속통로(82)로 분기한 냉각수(CW)는 연결부(44)내의 각 접속통로(44c)를 통하여 냉각수출구(30)에 모이게 되고, 이 포트(30)로부터 배관(34)을 통하여 냉각수공급부(12)로 회수된다.

냉각수 공급부(12)는 열교환기를 구비하고 있으며, 보호유지부 유니트(26)의 냉각수 출구(OUT)(30)로부터 회수한 냉각수(CW)를 소정의 온도까지 온도조절(냉각)하고, 온도조절한 냉각수를 다시 보호유니트(26)의 냉각수 입구(28)로 보낸다.

상기한 바와같이, 이 실시형태에서는, 보호유지 유니트(26)의 챔버(40)내에, 야그로드(16)의 측면 또는 외주면의 주위에 복수개 예를들면, 3개의 여기레이저 유니트(60)를 일정 각도 간격으로 방사상으로 배치하고, 각 여기레이저 유니트(60)의 전면(레이저 빔 출사면)의 레이저 다이오드 어레이로부터 출사된 여기용 레이저 빔(EB)을 3방향으로부터 야그로드(16)의 외주면으로 모이도록 하여 조사 또는 공급하기 때문에 작은 챔버 스페이스에 여기 레이저 유니트(60)를 고밀도로 근접배치가능하다.

그리고, 챔버(40)내에서, 순환공급되는 냉각수는, 3개의 여기레이저 유니트(60)에 대하여는 각 유니트(60)의 열전도성 블록(60c)내의 유로(60d)를 병렬적으로 분산하여 흐름과 동시에, 가장 강력한 냉각을 필요로 하는 야그로드(16)에 대하여는 튜브(56)내를 따라 야그로드(16)주위의 유로(17)를 전부(모든 냉각수)가 흐른다. 이것에의해, 콤팩트한 챔버 스페이스로 각 발열부(야그로드16,LDA)에 적합한 냉각을 효율적으로 행할 수 가 있다.

밀러 보호유지 유니트(42)는, 상자형의 열전도성 부재 예를들면 스텐레스동으로 이루어지며, 그 사면의 측벽(42a)의 단면을 연결부(44)의 챔버(40)측과는 반대측의 측면에 밀착시켜서 볼트(100)로 밀착고정되어 있다. 밀러 보호유지유니트(42)내의 내측 오목부(42b)내에 있어서, 전반사밀러(20)는, 예를들면 알루미늄으로 이루어지는 열전도성의 캡상 밀러 케이스(102)내에 보호유지된 상태로, 연결부(44)의 관통공(44a)과 대향하고, 나아가서는 이 관통공(44a)을 통하여 야그로드(16)의 내측단면과 대향하는 방향으로 배치된다. 밀러 케이스(102)의 캡 정수리면의 부위 즉 전반사밀러(20)의 정면 부위는 개구(102a)되어 있으며, 전반사밀러(20)와 야그로드(16)와의 사이에서 레이저광(LB)을 전파할 수 있도록 되어 있다.

밀러 케이스(102)의 턱부 또는 주연부(102b)는 도3에 도시하는 바와같이 사각형상으로 형성되며, 그 뒷면(오목부(42b의 저면과 대향하는 면)은 하나의 구석모서리부(102c)로 지점용의 볼(106)과 맞닿고, 이 지점(106)의 이웃 또는 양측의 구석모서리부(102d,102e)에 X,Y방향 기울기 조정 나사(108, 110)의 반원형 내면단(108a)에 맞닿아 있다. 케이스(102)의 주연부(102b)보다도 반경방향의 내측부분은 밀러(20)의 출입을 가능케하기 위하여 뚫려 있으며, 내측벽면에는 탭 또는 암나사(102e)가 끊겨 있다. 이 탭(102e)에 링나사(112)를 결합하는 것으로, 전반사밀러(20)가 케이스(102)내로 보호유지되어 있다. 또한, 지점 볼(106)과 X,Y방향 기울기 조정나사(108),(110)각각의 대략 중간위치로 전반사 밀러(20)의 뒷면과 밀러 보호유지부(42)의 외측면(42c)과의 사이에 압축 코일 스프링(114)이 설치되어 있으며, 이들의 코일 스프링(114)의 탄성적인 인장력에 의해 전반사 밀러및 밀러케이스(102)는 지점(106) 및 X,Y 방향 기울기 조정 나사(108),(110)를 통하여 밀러 보호 유지부(42)에 (상세하게는 오목부(42)의 저면을 향하여) 붙여져 있다.

지점볼(106)은, 이 볼의 직경보다도 작은 구멍지름으로 형성된 밀러 케이스(102)및 밀러 보호유지판(42)의 구멍(102f, 42d)에 끼워진 상태로 밀러 케이스(102)의 구석모서리부(102c)에 맞닿아 있다. 이것에 의해, 밀러 케이스(102)는, 지점볼(106)을 지점으로하여 X축방향 및 Y축 방향으로 밀러의 방향을 바꾸도록 되어 있다. 한편, X,Y축 방향 기울기 조정 나사(108),(110)는 밀러 보호유지부(42)의 관통공에 설치된 원통형상의 너트(116)로 나사결합되고, 그 반원형의 선단부(108a),(110a(도시하지 않음))를 밀러 케이스(102)의 구석모서리부(102d), (102e)에 맞닿아 있다. 이것에 의해 예를들면 x축 방향기울기 조정 나사(108)를 돌리는 것으로, 이 나사(108)의 선단부(108a)를 축방향으로 변위시키고, 그 변위량에 따라 밀러 케이스(102) 및 전반사밀러(20)의 X축 방향의 기울기를 조정할 수 있다. 마찬가지로, Y축 방향 기울기 조정 나사(108)를 돌리는 것으로, 밀러 케이스(102)및 전반사밀러(20)의 Y축 방향의 기울기를 조정할 수 있다.

밀러 보호유지부(42)의 중심부에는, 링나사(112)의 내측개구와 거의 같은 지름의 원형개구(42e)가 형성되어 있다. 전반사밀러(20)의 뒷면으로부터 새어나온 빛은 링나사(112)의 내측개구 및 밀러 보호유지부(42)의 개구(42e)를 통하여 외부로 나올수 있게 되어있다. 따라서, 밀러 보호유지부(42)의 개구(42e)의 바깥에, 예를 들면 빛 센서(도시하지 않음)을 배치하여, 새어나온 빛의 광강도를 검출하고, 그 광 강도의 검출치로부터 레이저광(LB)의 출력을 구할 수도 있다.

상기한 바와같이, 본실시형태의 레이저 발진장치에서는, 열전도성의 연결부(44)에 밀착접합된 열전도성의 상자형 밀러 보호유지부(42)의 오목부 또는실내로 전반사밀러가 수용된다. 연결부(44)는, 그 내부의 유로(44b,44c)에 냉각수가 순환공급되기 때문에, 일정한 온도로 유지된다. 밀러 보호유지부(42)도 열적으로 연결부(44)와 일체화 되어 있기 때문에, 일정온도로 유지된다. 이렇게하여 , 일정온도로 관리된 열용량이 큰 온도조절 공간에 전반사밀러(20)가 설치되는 것으로, 레이저 발진중에 전반사밀러가 발열해도, 밀러의 열은 신속하게 이 온도조절 공간으로 흡수되며, 밀러(20)의 열팽창이나 열수축이 회피 또는 억제된다. 따라서, 본 실시형태의 레이저 가공장치에 있어서는, 안정된 출력의 레이저 빛(LB)을 사용하여 고품질의 레이저가공을 피가공물로 할 수 가 있다.

한편, 밀러 보호유지부(42)의 내부에 유로를 형성함과 동시에, 연결부(44)에 이 밀러 보호유지부의 유로에 접속하는 접속 통로를 설치하고, 밀러 보호유지부(42)의 내부 유로에 냉각수를 순환 공급하는 구성도 가능하다.

상기한 바와같이, 본 실시형태에서는, 야그로드(16), 여기광 공급부(18)(여기레이저 유니트60)및 전반사 밀러(20)등 셋이서 공통의 보호유지 유니트(26)에 일체적으로 보호유지되며, 공통의 냉각수 도입구(28)및 냉각수 배출구(30)를 통하여 순환공급되는 냉각수에 의해 보호유지 유니트(26)내의 각 발열부가 냉각 또는 온도조절되도록 되어 있다. 이와같은 일괄적인 또는 일원적인 냉각방식에 의해, 부품수가 적은 콤팩트한 기구로 냉각효율이 높은 장치를 구성하고 있다.

상기한 실시형태에서는, 야그로드(16), 여기광 공급부(18)및 전반사밀러(20)등 세가지를 공통의 보호유지 유니트로 일체적으로 보호유지하는 구성이었지만, 전반사밀러를 대신하여 출력밀러(22)를 본 발명의 보호유지 유니트로 보호유지하는구성으로 해도 좋으며, 혹은 양밀러(20,22) 모두를 본 발명의 보호유지 유니트로 보호 유지하는 구성으로 해도 좋다.

상기한 실시형태에서는, 보호유지 유니트(26)에 냉각수 도입구(28)및 냉각수 배출구(30)를 각각 1개씩 설치하였다. 그러나, 이들의 포트(28,30)를 복수개 설치해도 좋다. 또한 상기한 실시형태에서는, 연결부(44)에 냉각수 도입구(28)및 냉각수 배출구(30)를 설치하였다. 그러나, 이들의 포트의 일측 또는 양측 모두를 챔버(40) 또는 밀러 보호유지부(42)로 설치하는 것도 가능하며, 연결부(44)를 실질적으로 생략하고 챔버(40)와 밀러 보호유지부(42) 끼리 연결하는 구성도 좋다.

이상 설명한 바와같이, 본발명의 레이저 발진장치에 따르면, 고체 레이저 매체와 여기광 공급수단을 ,혹은 이와 더불어 공진기 밀러를 부품수가 적은 콤팩트한 구성으로 효율적으로 냉각할 수 있다.

Claims

여기됨과 동시에 양단면으로부터 빛을 방출하는 고체레이저 매체와,

상기 고체레이저 매체에 여기용의 빛을 공급하는 여기광 공급수단과,

상기 고체레이저 매체의 양단면에 각각 대향하여 배치된 한쌍의 광공진기 밀러와,

상기 고체레이저 매체, 상기 여기광 공급수단 및 적어도 한쪽의 상기 광공진기밀러를 일체적으로 보호유지하는 보호유지 유니트와,

상기 보호유지 유니트에 냉매를 공급하는 냉매 공급수단을 구비하는 레이저 발진장치.
청구항 제 1 항 기재에 있어서,

상기 매체를 한쪽이 도입하고 다른쪽은 배출하기 위한 제 1 및 제 2 포트와,

상기 고체 레이저 매체에 열적으로 결합된 제 1 냉매유로와,

상기 여기광 공급수단에 열적으로 결합된 제 2 냉매유로와,

상기 제 1 및 제 2 포트 사이에 상기 제 1 및 제 2 냉매유로를 직렬로 접속하는 제3 냉매유로를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.
청구항 제 2 항 기재에 있어서,

상기 고체레이저 매체에 대해 복수개의 상기 여기광 공급수단을 배치하고,그들 복수개의 여기광 공급수단에 대응하는 복수개의 상기 제 2 냉매유로를 병렬로 접속하는 것을 특징으로하는 레이저 발진장치.
청구항 제 2 항 또는 제 3 항 기재에 있어서,

상기 제 3 냉매유로가,

상기 제 1 포트와 상기 제 1 냉매유로의 일단을 접속하는 제 1 접속통로와,

상기 제 1 냉매유로의 타단과 각각의 상기 제 2 냉매유로의 일단을 접속하는 제 2 접속통로와,

각각의 상기 제 2 냉매유로의 타단과 상기 제 2 포트를 접속하는 제 3 접속통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
청구항 제 1 항 기재에 있어서,

상기 보호유지 유니트가,

상기 고체 레이저매체와 상기 여기광 공급수단을 수용하는 챔버와,

상기 광공진기 밀러를 포위하여 보호유지하는 열전도성 부재로 이루어지는 밀러 보호유지부와,

상기 챔버와 상기 밀러 유지부에 접속된 상태로 끼워지고, 상기 고체 레이저매체와 상기 광공진기 밀러와의 사이에서 전달하여 뿌리는 상기 레이저광을 통과시키기 위한 광통로를 가지는 열전도성부재로 이루어지는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.
청구항 제 5 항 기재에 있어서,

상기 유지 유니트가,

상기 연결부에 설치되며 상기 냉매를 한쪽이 도입하고 다른쪽이 배출하기 위한 제 1 및 제 2 포트와,

상기 챔버내에서 상기 고체 레이저 매체에 열적으로 결합된 제 1 냉매유로와,

상기 챔버내에서 상기 여기광 공급수단에 열적으로 결합된 제 2 냉매유로와,

상기 제 1 및 제 2 냉매유로를 접속하는 제 3 냉매유로와,

상기 챔버 또는 상기 연결부내에서 상기 제 1 및 제 2 냉매유로를 각각 제 1 및 제 2 포트에 접속하는 제 4 냉매유로를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.
청구항 제 2,3,4,6 의 기재에 있어서,

상기 제 1 냉매유로가, 상기 고체레이저 매체의 여기면과 간격을 두고서 기밀하게 포위하고, 상기 여기광 공급수단으로부터의 여기광을 통하여 상기 여기면에 입사시키는 광투과성의 튜브에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.
청구항 제 2,3,4,6,7 의 기재에 있어서,

상기 제 2 냉매유로가, 상기 여기광 공급수단의 발열부에 접속된 열전도성 부재를 관통하여 설치된 관통공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.
청구항 제 1 내지 8 항의 기재에 있어서,

상기 보호유지 유니트에, 상기 공진기밀러의 경사도를 조정하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.
측면에 여기광을 조사하면 축방향의 양단면으로부터 빛을 방출하는 로드형의 고체레이저 매체와,

상기 고체레이저 매체를 간격을 두고 포위하고, 상기 고체 레이저 매체의 측면을 따라 제 1 냉매유로를 형성하는 광투과성 튜브와,

여기용의 레이저 빔을 발생시키기 위한 반도체 레이저소자를 직선적으로 복수개 배열하여 이루어지는 레이저 빔 출사면과 상기 반도체 레이저소자를 보호유지하는 열전도성의 보호유지부재와 상기 보호유지부재를 관통하여 형성된 제 2 냉매유로를 가지며, 상기 레이저 빔 출사면이 상기 고체레이저 매체의 측면과 대향하도록, 상기 고체 레이저매체의 측면의 주위에 방사상으로 배치된 여기 레이저 유니트와,

냉매를 한쪽은 도입되고 다른쪽은 배출시키기 위한 제 1 및 제 2 포트와,

상기 제 1 및 제 2 포트사이에 상기 제 1 냉매유로와 각각 상기 제 2 냉매유로를 직렬로 접속함과 동시에 상기 제 2 냉매유로끼리 병렬로 접속하는 제 3 냉매유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진장치.