KR20220005392A

KR20220005392A - 레이저장치

Info

Publication number: KR20220005392A
Application number: KR1020210078436A
Authority: KR
Inventors: 조이치 카와무라; 켄타 타나카
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-01-13
Also published as: JP2022014176A; JP7499627B2; TWI834977B; CN113904204B; CN113904204A; TW202209772A

Abstract

챔버가 열변형되어도, 레이저빔의 경로에 어긋남이 발생하기 어려운 레이저장치를 제공한다.
챔버가 레이저매질가스 및 광공진기를 수용한다. 가대가 챔버를 지지한다. 챔버는, 1개소에서, 가대에 대한 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있다. 가대에 대한 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소 이외에서는, 가대에 대하여 챔버가 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.

Description

레이저장치{LASER APPARATUS}

본 출원은 2020년 7월 6일에 출원된 일본 특허출원 제2020-116378호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 레이저장치에 관한 것이다.

가스레이저발진기의 챔버가 가대(架臺)에 지지된다. 이 구조에 있어서, 통상은 챔버를 4개소에서 가대에 고정한다. 3축직교형의 레이저발진기에서는, 방전전극에서의 방전을 안정시키기 위하여, 챔버 내의 레이저매질가스를 고속으로 순환시킨다. 한 쌍의 방전전극의 사이의 방전영역에 레이저매질가스가 유입되고, 방전에 의하여 고온이 된 레이저매질가스가 방전영역으로부터 챔버 내의 다른 영역으로 배출된다. 방전영역으로부터 배출된 레이저매질가스는, 열교환기에 의하여 냉각되어 방전영역으로 재유입된다. 방전을 거쳐 고온이 된 레이저매질가스에 의하여, 챔버가 열팽창한다. 챔버가 열팽창하면, 챔버의 변형에 따라 가대도 변형된다.

하기의 특허문헌 1에, 광공진기의 미러를 챔버의 밖에 배치한 가스레이저발진기가 개시되어 있다. 챔버와 광공진기미러는, 별개의 가대에 고정되어 있다. 이 때문에, 챔버나 그 가대가 열변형되어도, 광공진기는 그 열변형의 영향을 받기 어렵다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평2-105478호

챔버의 내부에 광공진기의 미러가 배치되어 있는 구성에서는, 챔버의 열변형에 의하여 가대가 변형되면, 챔버의 자세가 변화하여, 챔버 내의 광공진기의 미러의 자세나 위치도 변화한다. 그 결과, 광공진기의 광축이 초기의 위치로부터 어긋나 버린다. 광공진기의 광축이 어긋나면, 레이저발진기의 후단에 배치되어 있는 빔정형광학계 등으로의 레이저빔의 입사위치에도 어긋남이 발생한다. 빔정형광학계로의 입사위치가 어긋나면, 가공면에 있어서의 빔프로파일이 붕괴되어 버려, 가공품질이 저하되어 버린다.

본 발명의 목적은, 챔버가 열변형되어도, 레이저빔의 경로에 어긋남이 발생하기 어려운 레이저장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 관점에 의하면,

레이저매질가스 및 광공진기를 수용하는 챔버와,

상기 챔버를 지지하는 가대를 갖고,

상기 챔버는, 1개소에서, 상기 가대에 대한 상기 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있으며,

상기 가대에 대한 상기 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소 이외에서는, 상기 챔버가 상기 가대에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 레이저장치가 제공된다.

챔버가 열변형되어도, 가대는 그 변형의 영향을 받기 어렵다. 이로써, 챔버의 자세의 변동이 경감되어, 레이저빔의 경로의 어긋남도 발생하기 어려워진다.

도 1은, 본 실시예에 의한 레이저장치, 및 레이저장치로부터 출력된 레이저빔으로 가공을 행하는 가공장치의 개략도이다.
도 2는, 실시예에 의한 레이저장치의 측면도이며, 레이저발진기에 대해서는 단면을 나타낸 도이다.
도 3은, 실시예에 의한 레이저장치의 광축에 수직인 단면도이다.
도 4는, 실시예에 의한 레이저장치의 챔버 및 가대의 평면도이다.
도 5의 5A 및 5B는, 각각 도 4의 일점쇄선 5A-5A 및 일점쇄선 5B-5B에 있어서의 단면도이다.
도 6의 6A는, 실시예에 의한 레이저장치의 공진기베이스의 평면도이며, 도 6의 6B 및 6C는, 각각 도 6의 6A의 일점쇄선 6B-6B 및 일점쇄선 6C-6C에 있어서의 단면도이다.
도 7의 7A 및 7B는, 각각 비교예에 의한 레이저장치의 개략평면도 및 개략단면도이다.

도 1~도 7의 7B를 참조하여, 실시예에 의한 레이저장치에 대하여 설명한다.

도 1은, 실시예에 의한 레이저장치(10), 및 레이저장치(10)로부터 출력된 레이저빔으로 가공을 행하는 가공장치(80)의 개략도이다. 공통베이스(100)에, 레이저장치(10) 및 가공장치(80)가 고정되어 있다. 공통베이스(100)는, 예를 들면 바닥이다.

레이저장치(10)는, 공통베이스(100)에 고정된 가대(11)와, 가대(11)에 지지된 레이저발진기(12)를 포함한다. 가공장치(80)는, 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)를 포함한다. 스테이지(82) 위에 가공대상물(90)이 지지된다. 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)는, 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 레이저발진기(12)로부터 출력된 레이저빔이, 빔정형광학계(81)에 의하여 빔프로파일이 정형되어, 가공대상물(90)에 입사된다.

도 2는, 레이저장치(10)의 측면도이며, 레이저발진기(12)에 대해서는 단면을 나타낸 도이다. 레이저발진기(12)는, 레이저매질가스 및 광공진기(20) 등을 수용하는 챔버(15)를 포함한다. 챔버(15)가, 4개소에서 가대(11)에 지지되어 있다. 즉, 가대(11)는, 4개소에서 챔버(15)로부터의 하중을 받는다. 도 2에서는, 챔버(15)가 가대(11)에 지지되어 있는 개소를 삼각형(30)으로 나타내고 있다. 도 2는, 삼각형(30)에 의하여 챔버(15)가 가대(11)에 지지되어 있는 개소를 모식적으로 나타내고 있을 뿐이며, 삼각형(30)은 가대(11)가 챔버(15)를 지지하는 지지구조의 형상을 나타내고 있는 것은 아니다. 가대(11)는, 4개의 가대다리(13)에 의하여 공통베이스(100) 위에 지지된다. 도 2는, 가대다리(13)를 모식적으로 삼각형으로 나타내고 있으며, 가대다리(13)의 형상을 나타내고 있는 것은 아니다. 다만, 이후에 설명하는 방전전극 지지부재(23) 및 광공진기 지지부재(27)도, 도 2에서는 모식적으로 나타나 있다.

다음으로, 레이저발진기(12)의 구성에 대하여 설명한다. 챔버(15)에 레이저매질가스가 수용된다. 챔버(15)의 내부공간이, 상대적으로 상측에 위치하는 광학실(16)과, 상대적으로 하측에 위치하는 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16)과 블로어실(17)은, 상하구획판(18)으로 구획되어 있다. 다만, 상하구획판(18)에는, 레이저가스를 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 유통시키는 개구가 마련되어 있다. 블로어실(17)의 측벽으로부터 광학실(16)의 저판(底板)(19)이 광공진기(20)의 광축(20A)의 방향으로 뻗어 있고, 광학실(16)의 광축방향의 길이가, 블로어실(17)의 광축방향의 길이보다 길어져 있다. 챔버(15)는, 저판(19)에 의하여, 또는 저판(19)에 고정된 부재를 통하여 가대(11)에 지지된다.

광학실(16) 내에, 한 쌍의 방전전극(21) 및 한 쌍의 공진기미러(25)가 배치되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 각각 방전전극 지지부재(22, 23)를 통하여 저판(19)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 상하방향으로 간격을 두고 배치되며, 양자의 사이에 방전영역(24)이 획정(劃定)된다. 방전전극(21)은 방전영역(24)에 방전을 발생시킴으로써, 레이저매질가스를 여기시킨다. 이후에 도 3을 참조하여 설명하는 바와 같이, 방전영역(24)을 도 2의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 레이저매질가스가 흐른다.

한 쌍의 공진기미러(25)는, 광학실(16) 내에 배치된 1개의 공진기베이스(26)에 고정되어 있다. 공진기베이스(26)는, 4개의 광공진기 지지부재(27)를 통하여 저판(19)에 지지되어 있다. 공진기미러(25)는, 방전영역(24)을 통과하는 광축(20A)을 갖는 광공진기(20)를 구성한다. 광공진기(20)의 광축(20A)을 일 방향(도 1에 있어서 좌방향)으로 연신시킨 연장선과 광학실(16)의 벽면의 교차개소에, 레이저빔을 투과시키는 광투과창(28)이 장착되어 있다. 광공진기 내에서 여진된 레이저빔이 광투과창(28)을 투과하여 외부로 방사된다.

블로어실(17)에 블로어(29)가 배치되어 있다. 블로어(29)는, 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 레이저매질가스를 순환시킨다.

도 3은, 실시예에 의한 레이저장치의 광축(20A)(도 2)에 수직인 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 챔버(15)의 내부공간이 상하구획판(18)에 의하여, 상방의 광학실(16)과 하방의 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16) 내에, 한 쌍의 방전전극(21), 광공진기(20)(도 2)를 지지하는 공진기베이스(26)가 배치되어 있다. 방전전극(21)의 사이에 방전영역(24)이 획정된다.

광학실(16) 내에 구획판(40)이 배치되어 있다. 구획판(40)은, 상하구획판(18)에 마련된 개구(18A)부터 방전영역(24)까지의 제1 가스유로(41), 방전영역(24)부터 상하구획판(18)에 마련된 다른 개구(18B)까지의 제2 가스유로(42)를 획정한다. 레이저매질가스는, 방전영역(24)을, 광축(20A)(도 2)에 대하여 직교하는 방향으로 흐른다. 방전방향은, 레이저매질가스가 흐르는 방향, 및 광축(20A)의 양방에 대하여 직교한다. 블로어실(17), 제1 가스유로(41), 방전영역(24), 및 제2 가스유로(42)에 의하여, 레이저매질가스가 순환하는 순환로가 형성된다. 블로어(29)는, 이 순환로를 레이저매질가스가 순환하도록, 화살표로 나타낸 레이저매질가스의 흐름을 발생시킨다.

블로어실(17) 내의 순환로에, 열교환기(43)가 수용되어 있다. 방전영역(24)에서 가열된 레이저매질가스가 열교환기(43)를 통과함으로써 냉각되고, 냉각된 레이저매질가스가 방전영역(24)에 재공급된다.

상하구획판(18)에, 블로어실(17)로부터 광학실(16)로 레이저가스를 유출시키는 유출구멍(44)이 마련되어 있다. 블로어(29)에 의하여 제1 가스유로(41)를 향하는 레이저매질가스의 일부가, 유출구멍(44)을 통과하여 광학실(16)로 유출된다. 유출구멍(44)에는, 파티클을 제거하는 필터(45)가 마련되어 있다. 예를 들면, 필터(45)는 유출구멍(44)을 막고 있고, 블로어실(17)로부터 광학실(16)로 유출되는 레이저매질가스가, 필터(45)를 통과함으로써 여과된다.

다음으로, 도 4~도 5의 5B를 참조하여, 챔버(15)를 가대(11)에 지지하는 구조에 대하여 설명한다.

도 4는, 챔버(15) 및 가대(11)의 평면도이다. 도 5의 5A 및 5B는, 각각 도 4의 일점쇄선 5A-5A 및 일점쇄선 5B-5B에 있어서의 단면도이다. 평면시(平面視)에 있어서, 광축(20A)의 방향에 관하여 블로어실(17)의 양측에 저판(19)이 마련되어 있다. 챔버(15)의 2개의 저판(19)의 각각으로부터, 광축(20A)으로부터 멀어지는 두 방향으로 피지지부(32)가 돌출되어 있다. 피지지부(32)는, 챔버(15)와 일체적으로 형성해도 되고, 피지지부(32)를 볼트 등으로 챔버(15)에 장착하여 고정해도 된다. "일체적으로 형성"이란, 분리 불가능하게 형성하는 것을 의미하고, 예를 들면 용접 등에 의한 접속이나, 단일부재로 형성하는 것 등을 의미한다. 다만, 저판(19)의 일부분을 피지지부(32)로서 이용해도 된다. 2개의 저판(19)의 각각에 마련된 2개의 피지지부(32)는, 광축방향에 관하여 동일한 위치에 배치되어 있다. 즉, 4개의 피지지부(32)가, 직사각형의 4개의 정점(頂點)에 대응하는 위치에 배치되어 있다.

가대(11)의 4개의 지지부(31)가, 평면시에 있어서 피지지부(32)의 각각과 중첩되는 위치에 마련되어 있다. 지지부(31)는, 가대(11)의, 광축(20A)에 평행한 2개의 프레임으로부터 광축(20A)을 향하여 돌출되어 있다. 지지부(31)는, 가대(11)와 일체적으로 형성해도 되고, 지지부(31)를 볼트 등으로 가대(11)에 장착하여 고정해도 된다. 다만, 가대(11)의 일부분을 지지부(31)로서 이용해도 된다. 지지부(31)의 각각은, 피지지부(32)로부터의 하중을 받는다. 즉, 챔버(15)는 4개소에서 가대(11)에 지지되어 있다. 지지부(31)와 피지지부(32)의 사이에 마찰력저감부재(36)(도 5의 5A, 5B)가 삽입되어 있다. 즉, 챔버(15)를 지지하는 개소에 있어서, 가대(11)는 마찰력저감부재(36)를 통하여 챔버(15)를 지지하고 있다. 마찰력저감부재(36)는, 마찰력저감부재(36)를 배치하지 않고, 지지부(31)와 피지지부(32)가 직접 접촉하는 경우보다 마찰력을 저감시킨다. 마찰력저감부재(36)로서, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등이 이용된다.

4개의 피지지부(32) 중 1개의 피지지부(32)(도 4에 있어서 좌하(左下)의 피지지부(32))는, 볼트(33)로 지지부(31)에 고정되어 있다. 이로써, 피지지부(32)의, 지지부(31)에 대한 수평방향의 위치가 구속된다. 즉, 1개소에 있어서, 가대(11)에 대한 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속되어 있다. 다만, 가대(11)에 대하여 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소에 있어서는, 챔버(15)와 가대(11)의 사이에 마찰력저감부재(36)를 배치하지 않아도 된다.

가대(11)에 대하여 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소 이외의 3개소에, 가대(11)에 고정된 측벽부(31A) 및 천개부(天蓋部)(31B)(도 5의 5A, 5B)가 마련되어 있다. 측벽부(31A)는, 피지지부(32)의 선단면에 대향하고, 천개부(31B)는, 피지지부(32)의 상면에 대향한다. 도 4에 있어서, 천개부(31B)는 지지부(31)와 대략 중첩되어 있다. 측벽부(31A) 및 천개부(31B)는, 가대(11)와 일체적으로 형성해도 되고, 볼트 등으로 가대(11)에 장착하여 고정해도 된다.

피지지부(32)와 천개부(31B)의 사이에, 코일스프링 등의 탄성부재(34)가 배치되어 있다. 탄성부재(34)는, 피지지부(32)를 지지부(31)에 대하여, 하중이 가해지는 방향과 동일한 방향으로 누른다. 이로써, 챔버(15)가 가대(11)를 향하여 눌린다.

광축(20A)에서 보아, 지지부(31)에 고정된 피지지부(32)와는 반대측에 배치되어 있는 2개의 피지지부(32)(도 4에 있어서 상측, 도 5의 5A 및 도 5에 있어서 우측의 피지지부(32))에 있어서는, 피지지부(32)의 선단면과 측벽부(31A)의 사이에 공극이 확보되어 있다. 이 때문에, 피지지부(32)는 지지부(31)에 대하여, 광축(20A)과 평행한 방향 및 직교하는 방향의 두 방향으로 이동 가능하다. 즉, 2개소에 있어서, 챔버(15)가 가대(11)에 대하여 수평인 두 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.

광축(20A)에서 보아, 지지부(31)에 고정된 피지지부(32)와 동일한 측에 배치되어 있는 피지지부(32)(도 4에 있어서 우하(右下), 도 5의 5B에 있어서 좌측의 피지지부(32))에 있어서는, 피지지부(32)의 선단면과 측벽부(31A)의 사이에 마찰력저감부재(36)가 끼워져 있다. 광축(20A)의 방향에 관하여 이 피지지부(32)와 동일한 위치에 배치되어 있는 또 하나의 피지지부(32)에 있어서는, 피지지부(32)의 선단면과 측벽부(31A)의 사이에, 탄성부재(35)가 배치되어 있다. 탄성부재(35)는, 피지지부(32)를, 광축(20A)을 사이에 두고 반대측의 측벽부(31A)로 누르고 있다. 다만, 피지지부(32)의 선단면과 탄성부재(35)의 사이에, 마찰력저감부재(36)가 배치되어 있다.

광축(20A)에서 보아, 지지부(31)에 고정된 피지지부(32)와 동일한 측에 배치되어 있는 피지지부(32)(도 5의 5B에 있어서 좌측의 피지지부(32))의 선단면과 측벽부(31A)의 사이에 공극은 확보되어 있지 않다. 이 때문에, 이 피지지부(32)는, 지지부(31)에 대하여, 광축(20A)에 직교하는 방향의 위치가 구속된다. 다만, 광축(20A)에 평행한 방향에 관해서는, 피지지부(32)는 자유롭게 이동 가능하다. 즉, 가대(11)에 대한 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소를 중심으로 하여 챔버(15)가 수평면 내에서 회전방향으로 변위하지 않도록, 1개소에 있어서, 챔버(15)의 회전방향의 위치가 구속되어 있다.

다음으로, 도 6의 6A~6C를 참조하여, 공진기베이스(26)를 챔버(15)에 지지하는 구조에 대하여 설명한다.

도 6의 6A는, 공진기베이스(26)의 평면도이며, 도 6의 6B 및 6C는, 각각 도 6의 6A의 일점쇄선 6B-6B 및 일점쇄선 6C-6C에 있어서의 단면도이다. 공진기베이스(26)는, 광축(20A)의 방향으로 긴 평판이다. 공진기베이스(26)의 양단(兩端) 근방의 상면에 공진기미러(25)가 고정되어 있다.

평면시에 있어서 공진기베이스(26)에 내포되는 위치에, 4개의 광공진기 지지부재(27A, 27B, 27C, 27D)가 배치되어 있다. 광공진기 지지부재(27A, 27B)의 각각은 단차를 가진 핀이며, 평면시에 있어서 광축(20A)에서 보아 동일한 측에 배치되어 있다. 광공진기 지지부재(27A, 27B)의 중심을 통과하는 직선은, 광축(20A)과 평행이다. 다른 2개의 광공진기 지지부재(27C, 27D)는, 단차가 마련되어 있지 않은 핀이며, 각각 평면시에 있어서 광축(20A)에 관하여 광공진기 지지부재(27A, 27B)의 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 즉, 4개의 광공진기 지지부재(27A~27D)는, 직사각형의 4개의 정점에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 4개의 광공진기 지지부재(27A~27D)의 하단은, 저판(19)에 매립되어 저판(19)에 고정되어 있다.

공진기베이스(26)에, 원형구멍(51) 및 긴 구멍(52)이 마련되어 있다. 원형구멍(51) 및 긴 구멍(52)은, 각각, 평면시에 있어서 광공진기 지지부재(27A, 27B)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 긴 구멍(52)은, 평면시에 있어서 광축(20A)에 평행한 방향으로 긴 형상을 갖는다. 광공진기 지지부재(27A, 27B)의 각각의 단차보다 상방의 부분이, 원형구멍(51) 및 긴 구멍(52)에 삽입되어 있다. 공진기베이스(26)는, 광공진기 지지부재(27A, 27B)의 단차부분, 및 광공진기 지지부재(27C, 27D)의 상단면에 의하여, 하중이 가해지는 방향으로 지지되어 있다.

공진기베이스(26) 중 원형구멍(51)의 주위의 부분은, 광공진기 지지부재(27A)에 대하여 수평면 내의 위치가 구속되어 있다. 긴 구멍(52)에 삽입된 광공진기 지지부재(27B)는, 공진기베이스(26)에 대하여 광축(20A)에 평행한 1차원 방향으로 이동 가능하다. 광공진기 지지부재(27C, 27D)는, 공진기베이스(26)에 대하여 수평면 내의 두 방향으로 이동 가능하다. 즉, 공진기베이스(26)는, 챔버(15)에 대하여 1개소에 있어서 수평방향의 위치가 구속되고, 다른 3개소에 있어서는 수평방향의 위치가 구속되어 있지 않다.

다음으로, 도 7의 7A 및 7B에 나타낸 비교예와 비교하면서, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.

도 7의 7A 및 7B는, 각각 비교예에 의한 레이저장치의 개략평면도 및 개략단면도이다. 비교예에 있어서는, 챔버(15)의 4개의 피지지부(32)의 모두가, 가대(11)의 4개의 지지부(31)에 볼트(33)로 고정되어 있다. 도 7의 7B에 있어서, 지지부(31)와 피지지부(32)의 페어를 모식적으로 삼각형(30)으로 나타내고 있다. 레이저발진기(12)를 동작시키면, 방전에 의하여 레이저매질가스의 온도가 상승한다. 그 결과, 챔버(15)의 온도도 상승하여, 챔버(15)가 열팽창한다. 도 7의 7A 및 7B에 있어서, 열팽창 후의 각 구성부분을 파선으로 나타내고 있다. 다만, 도 7의 7A 및 7B에서는 이해를 용이하게 하기 위하여, 열팽창에 의한 변형량을 실제의 변형량보다 극단적으로 크게 나타내고 있다.

도 3에 나타낸 단면에 있어서, 방전영역(24)보다 하류측의 레이저매질가스의 온도가, 상류측의 레이저매질가스의 온도보다 높아진다. 이 때문에, 챔버(15)의 2개의 측면의 온도상승폭에 차가 발생하고, 챔버(15)의 측면의 열팽창량에도 차가 발생한다. 이 때문에, 도 7의 7A에 나타낸 바와 같이, 챔버(15)의 일방의 측면(도 7의 7A에 있어서 상측의 측면)이, 타방의 측면보다 크게 팽창하여, 챔버(15)에 변형이 발생한다. 챔버(15)의 변형에 의하여, 가대(11)에도 변형이 발생한다.

가대(11)에 변형이 발생하면, 가대(11)에 지지되어 있는 챔버(15)의 저판(19)의 자세가 변화한다. 저판(19)에 지지되어 있는 공진기베이스(26)의 자세도 변화하고, 그 결과, 광축(20A)의 위치 및 방향이 변화한다. 광축(20A)의 위치 및 방향의 변화에 따라, 레이저발진기(12)(도 1)로부터 출력되는 레이저빔의 경로가 변화하기 때문에, 빔정형광학계(81)(도 1)로의 레이저빔의 입사위치가 초기의 위치로부터 어긋난다. 이로써, 가공대상물(90)의 표면에 있어서의 빔프로파일이 붕괴되어, 가공불량이 발생하기 쉬워진다.

이에 대하여 상기 실시예에서는, 4개의 피지지부(32)(도 4) 중 1개만이, 지지부(31)에 고정되어 있고, 나머지의 3개의 피지지부(32)는, 지지부(31)에 대하여 수평방향으로 이동 가능하다. 즉, 챔버(15)가 지지되어 있는 4개소 중 1개소에 있어서, 가대(11)에 대한 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속되어 있으며, 나머지 3개소에 있어서는, 가대(11)에 대하여 챔버(15)가 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 피지지부(32)와 지지부(31)의 사이에 마찰력저감부재(36)가 배치되어 있기 때문에, 지지부(31)에 대하여 피지지부(32)가 수평방향으로 이동하기 쉽다. 이 때문에, 챔버(15)가 열팽창했을 때의 가대(11)의 변형이 억제된다. 가대(11)의 변형이 발생하기 어렵기 때문에, 가대(11)의 변형에 기인하는 광축(20A)의 어긋남도 발생하기 어렵다.

또, 도 4에 있어서 우하의 피지지부(32)는, 광축(20A)에 대하여 평행한 방향에 관해서는 이동 가능하지만, 광축(20A)에 대하여 직교하는 방향의 위치는 구속되어 있다. 이 때문에, 지지부(31)에 고정된 피지지부(32)를 중심으로 한 회전방향의 자세를 구속할 수 있다.

또한, 지지부(31)에 고정되어 있는 피지지부(32)(도 4)와, 광축(20A)에 대하여 직교하는 방향의 위치가 구속되어 있는 피지지부(32)를 연결하는 직선이, 광축(20A)에 평행이다. 이 때문에, 챔버(15)가 열팽창해도, 챔버(15)의 회전방향의 자세는 실질적으로 변화하지 않는다.

피지지부(32)가 지지부(31)에 고정되어 있지 않은 개소에 있어서, 피지지부(32)가 탄성부재(34)에 의하여 지지부(31)에 눌려 있다. 이 때문에, 챔버(15)의 연직방향의 위치가 안정된다는 우수한 효과가 얻어진다.

공진기베이스(26)(도 6의 6A~6C)는, 광공진기 지지부재(27A)로 지지되어 있는 개소에 있어서만 수평면 내에서 챔버(15)에 고정되어 있고, 다른 광공진기 지지부재(27B, 27C, 27D)로 지지되어 있는 개소에서는, 수평방향의 이동이 허용되어 있다. 이 때문에, 공진기베이스(26)는, 챔버(15)의 변형의 영향을 받기 어렵고, 광축(20A)의 어긋남도 발생하기 어렵다.

또, 공진기베이스(26)의, 광공진기 지지부재(27B)로 지지되어 있는 개소는, 광축(20A)에 직교하는 방향의 위치가 구속되어 있다. 이 때문에, 공진기베이스(26)의 수평면 내에서의 회전방향의 위치가 구속된다.

실제로, 상기 실시예에 의한 레이저장치와, 도 7의 7A~7B에 나타낸 비교예에 의한 레이저장치의 빔경로의 위치안정성에 대하여 비교실험을 행했다. 이하, 비교실험의 내용에 대하여 설명한다.

실시예에 의한 레이저장치와 비교예에 의한 레이저장치의 각각을, 펄스의 반복주파수 및 출력이 다른 2개의 발진조건으로 동작시켰다. 챔버의 온도가 안정된 상태에서, 광공진기의 출력단(端)으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 위치에 있어서의 빔스폿을 검출하여, 2개의 발진조건에 있어서의 빔스폿의 위치의 어긋남양을 계측했다. 펄스의 반복주파수가 높고, 출력도 큰 조건으로 동작시킨 경우에는, 펄스의 반복주파수가 낮고, 출력도 낮은 조건으로 동작시킨 경우보다, 챔버가 고온이 된다.

본 실시예에 의한 레이저장치에 있어서의 빔스폿의 어긋남양은, 비교예에 의한 레이저장치에 있어서의 빔스폿의 어긋남양의 1/4~1/3 정도였다. 이 비교실험으로부터, 상기 실시예에 의한 구조의 레이저장치의 레이저빔의 경로의 위치는, 챔버의 열변형의 영향을 받기 어려운 것을 알 수 있다.

다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.

상기 실시예에서는, 챔버(15)의 피지지부(32), 및 가대(11)의 지지부(31)를, 각각 4개로 하고 있지만, 2개로 해도 되고, 3개 또는 5개 이상으로 해도 된다. 즉, 가대(11)가 챔버(15)를 2개소, 3개소, 또는 5개소 이상에서 지지해도 된다. 챔버(15)를 2개소에서 지지하는 경우에는, 예를 들면, 도 4에 있어서 좌측에 위치하는 2개의 피지지부(32)를 연결하는 가늘고 긴 영역에서 챔버(15)를 지지하고, 우측에 위치하는 2개의 피지지부(32)를 연결하는 가늘고 긴 영역에서 챔버(15)를 지지하면 된다. 이 경우, 가대(11)의 대응하는 지지부(31)도, 평면시에 있어서 가늘고 긴 형상이 된다. 챔버(15)를 지지하는 좌측의 가늘고 긴 영역의 일방의 단부(端部) 근방의 1개소에서 챔버(15)를 가대(11)에 볼트 등으로 고정하면 된다. 챔버(15)를 지지하는 좌측의 가늘고 긴 영역 중, 볼트 등으로 고정되어 있지 않은 영역에 있어서는, 가대(11)에 대한 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속되지 않는다. 또, 챔버(15)를 지지하는 우측의 가늘고 긴 영역에 있어서는, 그 전역에서 챔버(15)가 가대(11)에 대하여 수평방향으로 이동 가능하다.

챔버(15)를 3개소에서 지지하는 경우에는, 예를 들면, 도 4에 있어서 좌측의 2개의 피지지부(32)를 연결하는 1개의 가늘고 긴 영역과, 우측의 2개의 피지지부(32)로 챔버(15)를 지지하면 된다. 또는, 도 4에 있어서 우측의 2개의 피지지부(32)를 연결하는 1개의 가늘고 긴 영역과, 좌측의 2개의 피지지부(32)로 챔버(15)를 지지하면 된다. 챔버(15)를 5개소 이상에서 지지하는 경우에는, 예를 들면, 도 4에 있어서 상측 또는 하측의 2개의 피지지부(32)의 사이에, 새롭게 피지지부 및 지지부를 마련하면 된다.

즉, 가대(11)가 챔버(15)를 복수 개소에서 지지하도록 해도 된다. 이 경우, 복수의 피지지부(32) 중 하나의 피지지부(32)를, 대응하는 지지부(31)에 대하여 수평방향의 위치가 구속된 고정피지지부로 하면 된다. 즉, 1개소에 있어서, 가대(11)에 대한 챔버(15)의 수평방향의 위치를 구속하면 된다.

복수의 피지지부(32) 중 고정피지지부 이외의 피지지부(32)는, 대응하는 지지부(31)에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 하면 된다. 즉, 챔버(15)의 수평방향의 위치가 구속된 지지개소 이외의 지지개소에 있어서는, 챔버(15)가 가대(11)에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 하면 된다. 고정피지지부 이외의 복수의 피지지부(32) 중 하나의 피지지부(32)에 있어서는, 대응하는 지지부(31)에 대하여, 고정피지지부를 중심으로 한 수평면 내에 있어서의 회전방향의 위치를 구속하는 구성으로 하면 된다. 즉, 1개의 지지개소에 있어서는, 수평면 내에 있어서의 챔버(15)의, 고정피지지부를 중심으로 한 회전방향의 위치를 구속하면 된다.

상기 실시예는 예시이며, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.

10 레이저장치
11 가대
12 레이저발진기
13 가대다리
15 챔버
16 광학실
17 블로어실
18 상하구획판
18A, 18B 개구
19 저판
20 광공진기
20A 광축
21 방전전극
22, 23 방전전극 지지부재
24 방전영역
25 공진기미러
26 공진기베이스
27, 27A, 27B, 27C, 27D 광공진기 지지부재
28 광투과창
29 블로어
31 지지부
31A 측벽부
31B 천개부
32 피지지부
33 볼트
34, 35 탄성부재
36 마찰력저감부재
40 구획판
41 제1 가스유로
42 제2 가스유로
43 열교환기
44 유출구멍
45 필터
51 원형구멍
52 긴 구멍
80 가공장치
81 빔정형광학계
82 스테이지
90 가공대상물
100 공통베이스

Claims

레이저매질가스 및 광공진기를 수용하는 챔버와,
상기 챔버를 지지하는 가대를 갖고,
상기 챔버는, 1개소에서, 상기 가대에 대한 상기 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있으며,
상기 가대에 대한 상기 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소 이외에서는, 상기 챔버가 상기 가대에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 레이저장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버가 상기 가대에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 개소에 있어서, 하중이 가해지는 방향과 동일한 방향으로 상기 챔버를 누르는 탄성부재를 더 갖는 레이저장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 챔버가 상기 가대에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 개소에 있어서, 상기 가대는, 마찰력을 저감시키는 마찰력저감부재를 통하여 상기 챔버를 지지하고 있는 레이저장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 챔버가 상기 가대에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 개소 중 1개의 개소에 있어서, 상기 가대에 대한 상기 챔버의 수평방향의 위치가 구속되어 있는 개소를 중심으로 한 수평면 내에 있어서의 상기 챔버의 회전방향의 위치가 구속되어 있는 레이저장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광공진기는,
한 쌍의 공진기미러와,
상기 챔버에 지지되어, 상기 한 쌍의 공진기미러를 고정하는 공진기베이스를 갖고,
상기 공진기베이스는, 3개 이상의 복수의 개소에서 하중이 가해지는 방향으로 지지되며, 지지된 복수의 개소 중 1개소에 있어서는 수평방향의 위치가 구속되고, 다른 복수의 개소에 있어서는, 수평방향의 위치가 구속되어 있지 않은 레이저장치.