(57)【要約】【課題】比較的コンパクトな構成で独立した２本以上のレーザビームを個別に所望の出力で発生することができ、また各レーザビームをその品質を個別に調整して発生することができる３軸直交型のガスレーザ発振器を得ること。【解決手段】レーザ媒質である混合ガスを充填した１つの真空容器１内に、長軸と短軸とを有する２つの板状電極を対向配置した電極対２，３及び対応する光共振器２５ａ，２５ｂで構成される２つの独立したレーザ発振系が上下方向に所定間隔を置いて並んで配置され、前記独立したレーザ発振系の各々における放電ギャップに短軸方向から混合ガスを冷却しながら循環供給する送風機１０、熱交換器１１及びガスダクト１２が配置される。電極対２，３への投入電力を互いに独立に制御する。光共振器２５ａ，２５ｂ各々の構成部品は発生するレーザビーム２６ａ，２６ｂが所望の品質となるように選択する。【選択図】        図１
2008091444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質である混合ガスを充填した１つの容器内に、
長軸と短軸とを有する２つの板状電極の対向配置間隙である放電ギャップに投入電力に応じた励起放電を形成する放電電極対と、前記放電電極対の長軸方向を挟んで対向配置される全反射鏡及び部分反射鏡によって前記励起放電に基づくレーザ発振を行い前記部分反射鏡から外部にレーザビームを射出する光共振器とからなる独立したレーザ発振系の少なくとも２つが収容され、かつ全てのレーザ発振系が前記放電電極対の対向配置方向に並んで配置され、
前記独立したレーザ発振系の各々における前記放電ギャップに供給する前記混合ガスを短軸方向の一端側から他端側に向かって通過するガス流として冷却しながら循環させるガス循環供給手段が配置されている
ことを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記独立したレーザ発振系の各々における前記光共振器は、レーザ発振モードを規定する横モード制限用アパーチャを備え、各々で発生するレーザビームが互いにほぼ同じビーム品質となるように、或いは互いに異なる所望のビーム品質となるように、前記全反射鏡と前記部分反射鏡と前記横モード制限用アパーチャとを選択して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
前記独立したレーザ発振系での各発振動作を制御する制御手段は、各々における前記放電電極対への電力投入タイミング、電力投入時間幅及び投入電力量を互いに独立に制御することを特徴とする請求項１または２に記載のガスレーザ発振器。
【請求項４】
複数本のレーザビームを射出するレーザ光源である請求項１に記載のガスレーザ発振器と、
前記ガスレーザ発振器が射出する複数本のレーザビームを各々２次元走査して１つまたは２つ以上の被加工物に集光・照射する光学システムと、
前記ガスレーザ発振器が内蔵する複数の独立したレーザ発振系の各発振動作態様及び前記光学システムでのレーザビーム毎の２次元走査態様を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とするレーザ加工システム。
【請求項５】
前記ガスレーザ発振器が内蔵する複数の独立したレーザ発振系における各光共振器は、前記被加工物の加工特性に応じたビーム品質のレーザビームを射出できるように、構成部品である全反射鏡、部分反射鏡及びレーザ発振モードを規定する横モード制限用アパーチャを選択して構成されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記ガスレーザ発振器が内蔵する複数の独立したレーザ発振系における各放電電極対への電力投入タイミング、電力投入時間幅及び投入電力量を前記被加工物の加工特性に応じて互いに独立に制御することを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ加工システム。
【請求項７】
前記ガス循環供給手段における送風機及び熱交換器は、前記放電電極対の対向配置方向の一端側に配置されている、または、前記放電電極対の対向配置方向に並んで配置される２以上の前記放電電極対における２つの放電電極対の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、３軸直交型と称されるガスレーザ発振器及び前記３軸直交型のガスレーザ発振器を用いて複数軸での同時加工を実施するレーザ加工システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のレーザ加工システムの構成例を示すブロックである。レーザ加工システムでは、加工品質は言うまでもなく、高生産性が求められるので、例えば図８に示すように、レーザ光源が射出する１本のレーザビームを複数本（図８に示す例では２本）に振り分けて被加工物であるワーク（図８に示す例では２つのワーク）に照射し、複数軸（図８に示す例では２軸）での同時加工を可能にする構成が採用される場合がある。
【０００３】
図８に示すレーザ加工システムは、レーザ光源として１本のレーザビーム４６を射出するレーザ発振器４０と、ワーク４２ａ，４２ｂがそれぞれ載置される２つのワークテーブル４１ａ，４１ｂと、レーザ発振器４０の射出レーザビーム４６を２つのワークテーブル４１ａ，４１ｂ上にそれぞれ載置されるワーク４２ａ，４２ｂに伝送する光学システム４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、これらの各要素を制御する制御装置４４とを備えている。
【０００４】
動作について説明する。レーザ発振器４０は、ここでは、ガスレーザ発振器であるが、制御装置４４からレーザ発振の条件（タイミングや強度、時間幅）の制御を受けながらレーザ発振を行い、レーザビーム４６を光学システム４３ａに出力する。
【０００５】
光学システム４３ａは、制御装置４４の制御下に、レーザ発振器４０の射出レーザビーム４６をエネルギー分割方式あるいは時分割方式によって光学システム４３ｂへの経路と光学システム４３ｃへの経路との２方向に振り分ける。なお、エネルギー分割方式とは、入射するレーザビームをそのエネルギーを分割して２つの経路に振り分ける方法である。また、時分割方式とは、入射するレーザビームを音響光学偏向素子などの光学的スイッチング素子を用いて時間的に２つの経路に振り分ける方法である。
【０００６】
光学システム４３ｂは、制御装置４４の制御下に、光学システム４３ａから入射するレーザビーム４６ａを整形するとともに、２次元走査してワークテーブル４１ａ上に載置されるワーク４２ａに集光照射するレーザビーム４７ａを生成する。同様に、光学システム４３ｃは、制御装置４４の制御下に、光学システム４３ａから入射するレーザビーム４６ｂを整形するとともに、２次元走査してワークテーブル４１ｂ上に載置されるワーク４２ｂに集光照射するレーザビーム４７ｂを生成する。
【０００７】
ここで、レーザ加工システムの評価項目として重要な加工品質及び生産性は、図８に示す構成例で言えば次のように決定される。
【０００８】
すなわち、加工品質は、レーザ発振器４０や光学システム４３（ａ，ｂ，ｃ）によって決定されるワーク４２（ａ，ｂ）に照射するレーザビームの空間的ビームモードや、単位時間当たりに照射するレーザパルスエネルギーやビーム照射休止時間などの時間的なビーム照射方法などによって決定される。
【０００９】
また、生産性は、レーザ発振器４０や光学システム４３（ａ，ｂ，ｃ）での出力ロスにより決定されるワーク４２（ａ，ｂ）へのレーザ出力や、光学システム４３（ａ，ｂ，ｃ）やそれを制御する制御装置４４によって決定されるビーム照射位置の移動速度、ワーク４２（ａ，ｂ）を保持しているワークテーブル４１（ａ，ｂ）の移動速度、一度にビーム照射するビーム本数などによって決定される。
【００１０】
このように、レーザ加工システムの性能上重要な加工品質及び生産性は、いずれもレーザ発振器４０及び光学システム４３（ａ，ｂ，ｃ）によって決定されているといっても過言ではない。レーザ発振器４０について言えば、高出力化が求められているので、次に、高出力化を可能にするガスレーザ発振器として、３軸直交型と称されているガスレーザ発振器について説明する。
【００１１】
図９及び図１０は、従来の３軸直交型ガスレーザ発振器の構成例を示す概念図である。なお、図９は、光軸方向に沿った断面図であり、図１０は、光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【００１２】
図９及び図１０において、真空容器５０には、レーザ媒質である混合ガスが充填されている。この真空容器５０内に、図示例で言えば真空容器５０内の高さ方向の上段側に、所定の長さ（長軸）と幅（短軸）と肉厚とを有する板状の放電電極５１ａ，５１ｂが所定の放電ギャップを置いて対向配置されている。
【００１３】
この対をなす放電電極５１ａ，５１ｂに対して、その長軸方向の一端側に半透境である部分反射鏡（ＰＲ）５２が配置され、他端側に全反射鏡（ＴＲ）５３が配置され、さらに放電電極５１ａ，５１ｂの長軸方向他端側と全反射鏡５３との間にレーザ発振の発振モードを規定する横モード制限用アパーチャ５４が介挿されている。つまり、放電電極５１ａ，５１ｂの長軸方向がレーザ光軸方向になっている。
【００１４】
そして、真空容器５０内の高さ方向の下段側に、送風機５５と熱交換器５６とが配置され、送風機５５と放電電極５１ａ，５１ｂの放電ギャップとの間にガスダクト５７が設けられている。このガスダクト５７によって、送風機５５が高速に吹き出すレーザ媒質である混合ガスのガス流５８ａを放電電極５１ａ，５１ｂの放電ギャップに短軸方向である真横方向から供給し、その放電ギャップを通過したガス流４８ｂを送風機５５に取り込む循環ガス供給路が形成されている。熱交換器５６は、帰還するガス流５８ｂの経路途中に設けられている。
【００１５】
以上の構成において、放電電極５１ａ，５１ｂに高周波電力を印加することで、その電極間（放電ギャップ）に励起放電６０が形成され、部分反射鏡５２と横モード制限用アパーチャ５４と全反射鏡５３とで構成される光共振器によってレーザ発振が行われ、部分反射鏡５２からレーザビーム６１が真空容器５０の外部に出力される。
【００１６】
このとき、投入電力が大きいと、励起されるガス温度が高くなり、励起効率が低下するので、放電電極５１ａ，５１ｂの放電ギャップ内の高温ガスを送風機５５、ガスダクト５７及び熱交換器５６によって常に冷却しながら真横方向に流しきるようにしている。これによって、光共振器内では、励起放電６０が常に高い発振効率の得られる状態に保たれるので、安定して高いレーザ出力が得られる。
【００１７】
このように、図９及び図１０に示す構成のガスレーザ発振器は、放電方向とガス流方向とレーザ光軸方向とがそれぞれ直交していることから「３軸直交型」なる呼称が付されているが、高出力に向いたガスレーザ発振器として知られている。
【００１８】
ところで、図９及び図１０に示す構成において、更なる高出力化を実現するには、放電体積を大きくする方法、或いは、放電電力密度を大きくする方法の何れかの方法が必要である。放電体積を大きくするには、レーザ発振器全体を大きくすればよい。一方、放電電力密度を大きくするには、投入電力を大きくするための電源開発が必要となる。技術的な困難さなどの理由から、レーザ発振器全体を大きくする措置を採ることになる。
【００１９】
しかし、この措置は、小型化の要請に逆行するので、従来では、レーザ発振器の巨大化を防ぎ、比較的コンパクトな構成で高出力化を狙うことのできる３軸直交型ガスレーザ発振器が提案されている（例えば、特許文献１，２等）。以下にその概要を示す。
【００２０】
例えば、特許文献１では、図１１及び図１２に示す構成の３軸直交型ガスレーザ発振器が開示されている（以降、「改良例１」という）。なお、図１１は、光軸方向に沿った断面図であり、図１２は、光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【００２１】
図１１及び図１２において、真空容器５０内の高さ方向の上段側に、３つの放電電極７０ａ，７０ｂ，７０ｃを所定の放電ギャップを置いていわばサンドイッチ形式に重ねて配置されている。そして、一方の対をなす放電電極７０ｂ，７０ａに対しては、その長軸方向一端側に全反射鏡（ＴＲ）７１が配置され、その長軸方向他端側に折り返しミラー７２ａを配置されている。また、他方の対をなす放電電極７０ｂ，７０ｃに対しては、その長軸方向一端側に半透境である部分反射鏡（ＰＲ）７３が配置され、その長軸方向他端側に折り返しミラー７２ｂが折り返しミラー７２ａと傾いた状態で対面するように配置されている。
【００２２】
そして、真空容器５０内の高さ方向の下段側に、送風機５５と熱交換器５６とが配置され、送風機５５と放電電極６０ｂ，６０ａ及び放電電極６０ｂ，６０ｃの各放電ギャップとの間にガスダクト７５が設けられている。このガスダクト７５によって、送風機５５が高速に吹き出すレーザ媒質である混合ガスのガス流７６をガス流７６ａ，７６ｂに２分岐して放電電極７０ｂ，７０ａ及び放電電極７０ｂ，７０ｃの各放電ギャップに同じ向きの真横方向から供給し、それぞれの放電ギャップを通過したガス流７７ａ，７７ｂを１つの帰還ガス流７７として送風機５５に取り込む循環ガス供給路が形成されている。熱交換器５６は、帰還ガス流７７の経路途中に設けられている。
【００２３】
以上の構成において、真ん中の放電電極７０ｂを共通電極（高電位）とし、両側の放電電極７０ａ，７０ｃを低電位とし、一方の対をなす放電電極７０ｂ，７０ａ間と他方の対をなす放電電極７０ｂ，７０ｃ間とに高周波電力をそれぞれ印加することで、それらの電極間（放電ギャップ）に励起放電７８ａ，７８ｂがそれぞれ形成され、部分反射鏡７３と折り返しミラー７２ａ，７２ｂと全反射鏡７１とで構成される１つの光共振器によってレーザ発振が行われ、部分反射鏡７３からレーザビーム７９が真空容器５０の外部に出力される。
【００２４】
この改良例１によれば、図９及び図１０に示す構成に比して光軸方向に２倍の励起放電空間を形成して光共振を発生させ得るので、比較的コンパクトな構成で、図９及び図１０に示す構成よりも更に高出力化が図れる。
【００２５】
次に、例えば、特許文献２では、図１３及び図１４に示す構成の３軸直交型ガスレーザ発振器が開示されている（以降、「改良例２」という）。なお、図１３は、光軸方向に沿った断面図であり、図１４は、光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【００２６】
図１３及び図１４において、真空容器５０内の高さ方向の上段側に、一方の対をなす放電電極８０ａ，８０ｂと他方の対をなす放電電極８１ａ，８１ｂとが同一平面上に所定の間隔を置いてそれらの長軸方向を平行にして配置されているとともに、放電電極８０ａ，８０ｂと放電電極８１ａ，８１ｂとの間のガス流路に冷却器８２が配置されている。
【００２７】
この一方の対をなす放電電極８０ａ，８０ｂに対しては、その長軸方向一端側に半透境である部分反射鏡（ＰＲ）８３が配置され、その長軸方向他端側に折り返しミラー８４ａが配置され、また、他方の対をなす放電電極８１ａ，８１ｂに対しては、その長軸方向一端側に全反射鏡（ＴＲ）８５が配置され、その長軸方向他端側に折り返しミラー８３ａと傾いた状態で対面する折り返しミラー８３ｂが配置されている。
【００２８】
そして、真空容器５０内の高さ方向の下段側に、送風機５５と熱交換器５６とが配置され、送風機５５と放電電極８１ａ，８１ｂ及び放電電極８２ａ，８２ｂの各放電ギャップとの間に図９及び図１０と同様構成のガスダクト５７が設けられている。なお、図示例では、送風機５５の吐出ガス流５８ａは、ガスダクト５７によって、放電電極８０ａ，８０ｂａの放電ギャップ→冷却器８２→放電電極８１ａ，８１ｂの放電ギャップと流れて、放電電極８１ａ，８１ｂの放電ギャップからガス流５８ｂとなって送風機５５に帰還する。
【００２９】
以上の構成において、一方の対をなす放電電極８０ａ，８０ｂ間と他方の対をなす放電電極８１ａ，８１ｂ間とに同じ極性の高周波電力をそれぞれ印加することで、それらの電極間（放電ギャップ）に励起放電８６ａ，８６ｂがそれぞれ形成され、部分反射鏡（ＰＲ）８３と折り返しミラー８４ａ，８４ｂと全反射鏡（ＴＲ）８５とで構成される１つの光共振器によってレーザ発振が行われ、部分反射鏡（ＰＲ）８３からレーザビーム８７が真空容器５０の外部に出力される。
【００３０】
この改良例２によれば、図９及び図１０に示す構成に比してガス流方向（短軸方向）に２倍の励起放電空間を形成して光共振を発生させ得るので、比較的コンパクトな構成で、図９及び図１０に示す構成よりも更に高出力化が図れる。
【００３１】
【特許文献１】特開平７−１４２７８６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２１８４３４号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
しかしながら、上記した改良例１や改良例２では、３軸直交型ガスレーザ発振器の巨大化を防ぎ、比較的コンパクトな構成で高出力化を図ることができるが、１本のレーザビーム出力が大きくなるために、光共振器のミラーへの負荷が高くなることはもちろん、それをレーザ光源とするレーザ加工システムにおいてワークにレーザビームを伝達する光学システムでの光学部品への負荷も高くなり、全体的に安定性や寿命が悪くなるという問題がある。
【００３３】
また、従来の３軸直交型ガスレーザ発振器は、１本のレーザビームを出力する構成であるので、それの１台をレーザ光源とする多軸のレーザ加工システムを構成するには、ビーム本数をエネルギー分割方式や時分割方式で２以上に増やすことになる。図８では、１本の射出レーザビームを２本に分割し、それぞれに対して１つのワークを対応させた場合を示したが、ビーム本数に対し同時に加工するワーク数が少ない場合には、生産性の向上が図れない場合が起こる。
【００３４】
すなわち、エネルギー分割方式を用いた多軸のレーザ加工システムにおいて、１つのワークにそれぞれの加工パターンが異なる複数のレーザビームを照射する場合、例えば、加工パターンが異なる２本のレーザビームを１つのワークに照射する場合、２本中１本のレーザビームは光路中のダンパーで受ける必要が生ずるが、この捨てているレーザビーム数が多くなると、生産性向上の妨げになる。
【００３５】
一方、時分割方式を用いた多軸のレーザ加工システムにおいては、レーザ発振器のパルス繰り返し応答速度が光学システムの位置決め最大速度に対して２倍程度の応答速度がないと、ビーム照射において待ち時間が発生するので、生産性向上の妨げになる。
【００３６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、比較的コンパクトな構成で独立した２本以上のレーザビームを個別に所望の出力で発生することができ、また各レーザビームをその品質を個別に調整して発生することができる３軸直交型のガスレーザ発振器を得ることを目的とする。
【００３７】
また、この発明は、レーザ光源に上記発明による３軸直交型のガスレーザ発振器を用いて加工品質が良好で、かつ生産性の高い多軸のレーザ加工システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
上述した目的を達成するために、この発明にかかるガスレーザ発振器は、レーザ媒質である混合ガスを充填した１つの容器内に、長軸と短軸とを有する２つの板状電極の対向配置間隙である放電ギャップに投入電力に応じた励起放電を形成する放電電極対と、前記放電電極対の長軸方向を挟んで対向配置される全反射鏡及び部分反射鏡によって前記励起放電に基づくレーザ発振を行い前記部分反射鏡から外部にレーザビームを射出する光共振器とからなる独立したレーザ発振系の少なくとも２つが収容され、かつ全てのレーザ発振系が前記放電電極対の対向配置方向に並んで配置され、前記独立したレーザ発振系の各々における前記放電ギャップに供給する前記混合ガスを短軸方向の一端側から他端側に向かって通過するガス流として冷却しながら循環させるガス循環供給手段が配置されていることを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、１つの容器内に独立したレーザ発振系を少なくとも２つ備えるが、各レーザ発振系は、サイズを大きくしなくてよいので、比較的コンパクトな構成でマルチビームを出力できる３軸直交型のガスレーザ発振器が得られる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、比較的コンパクトな構成で独立した２本以上のレーザビームを出力することができる３軸直交型のガスレーザ発振器が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に図面を参照して、この発明にかかる３軸直交型のガスレーザ発振器及び多軸のレーザ加工システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１による３軸直交型のガスレーザ発振器の構成を示す概念図である。なお、図１は、光軸方向に沿った断面図であり、図２は、光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【００４３】
図１及び図２において、レーザ媒質である混合ガスが充填されている真空容器１内に、図示例で言えば真空容器１内の高さ方向の上段側に、第１の電極対２である放電電極２ａ，２ｂ及び第２の電極対３である放電電極３ａ，３ｂが、その長軸方向を同じ向きに揃えて各電極対における放電電極の対向配置方向に適宜間隔を置いて並べて配置されている。
【００４４】
なお、放電電極２ｂと放電電極３ａとの間は、最大電位差を考慮した絶縁距離を実験などによって求め、安全率を考慮し、それ以上の間隔となるように配置している。具体的には、例えば、放電電極２ｂと放電電極３ａとの間隔は、放電電極２ａ，２ｂ間の放電ギャップ、及び、放電電極３ａ，３ｂ間の放電ギャップの１．５〜２倍以上を確保した配置としている。但し、放電電極２ｂと放電電極３ａとの間隔は、放電電極２ｂと放電電極３ａとの間に絶縁材を挿入したり、高圧ガスを封入したりして絶縁性を高めることで、縮めることが可能である。
【００４５】
この放電電極２ａ，２ｂ及び放電電極３ａ，３ｂに対して、その長軸方向の一端側に半透境である部分反射鏡（ＰＲ）４，５がそれぞれ配置され、その他端側に全反射鏡（ＴＲ）６，７がそれぞれ配置されている。また、放電電極２ａ，２ｂの長軸方向他端側と全反射鏡（ＴＲ）６との間に横モード制限用アパーチャ８が配置され、放電電極３ａ，３ｂの長軸方向他端側と全反射鏡（ＴＲ）７との間に横モード制限用アパーチャ９が配置されている。
【００４６】
要するに、第１の電極対２（放電電極２ａ，２ｂ）と、第１の光共振器２５ａ（部分反射鏡（ＰＲ）４、全反射鏡（ＴＲ）６及び横モード制限用アパーチャ８）とは独立した１つのレーザ発振系を構成している。同様に、第２の電極対３（放電電極３ａ，３ｂ）と、第１の光共振器２５ｂ（部分反射鏡（ＰＲ）５、全反射鏡（ＴＲ）７及び横モード制限用アパーチャ９）とは独立した１つのレーザ発振系を構成している。
【００４７】
そして、真空容器１内の高さ方向の下段側に送風機１０と熱交換器１１とが配置され、送風機１０と放電電極２ａ，２ｂ及び放電電極３ａ、３ｂの各放電ギャップとの間にガスダクト１２が設けられている。このガスダクト１２によって、送風機１０が高速に吹き出すレーザ媒質である混合ガスのガス流１５をガス流１５ａ，１５ｂに２分岐して放電電極２ａ，２ｂ及び放電電極３ａ、３ｂの各放電ギャップに同じ向きの真横方向から供給し、それぞれの放電ギャップを通過したガス流１６ａ，１６ｂを１つの帰還ガス流１６として送風機１０に取り込む循環ガス供給路が形成されている。熱交換器１１は、帰還ガス流１６の経路途中に設けられている。
【００４８】
次に、図１に示す３軸直交型ガスレーザ発振器の動作を説明する。まず、図３は、図１に示すガスレーザ発振器における２対の放電電極と、高周波電源と、制御装置との関係を説明する図である。また、図４は、レーザ出力態様の一例を説明するタイムチャートである。
【００４９】
図３に示すように、放電電極２ａ，２ｂ及び放電電極３ａ，３ｂは、それぞれ独立した高周波電源２０ａ，２０ｂに接続されている。高周波電源２０ａ，２０ｂは、それぞれ制御装置２１の制御下に独立して動作する。すなわち、高周波電源２０ａは、制御装置２１からの制御信号２２ａに従って放電電極２ａ，２ｂに高周波電力を投入する。また、高周波電源２０ｂは、制御装置２１からの制御信号２２ｂに従って放電電極３ａ，３ｂに高周波電力を投入する。
【００５０】
具体的には、例えば図４に示すように、高周波電源２０ａ，２０ｂは、制御信号２２ａ，２２ｂから、電力投入のタイミングだけでなく、投入電力の時間幅や電力密度の指令を受けて電力投入を行う。
【００５１】
これによって、第１の電極対２（放電電極２ａ，２ｂ）及び第２の電極対３（放電電極３ａ，３ｂ）では、それぞれ独立した高周波電力による励起放電２４ａ，２４ｂが形成されるので、第１の光共振器２５ａ（部分反射鏡（ＰＲ）４，横モード制限用アパーチャ８及び全反射鏡（ＴＲ）６）と、第２の光共振器２５ｂ（部分反射鏡（ＰＲ）５，横モード制限用アパーチャ９及び全反射鏡（ＴＲ）７）とにおいて、それぞれ独立した内容のレーザ発振が行われ、部分反射鏡（ＰＲ）４，５から真空容器１の外部にそれぞれ独立した内容のレーザビーム２６ａ，２６ｂが出力される。
【００５２】
この場合、ガス循環供給系では、励起放電２４ａ，２４ｂの各放電分布が、極力同一となるように、つまりガス流分布に差が出ないように、ガスダクト１２の形状を最適化している。具体的には、第１の電極対２（放電電極２ａ，２ｂ）間及び第２の電極対３（放電電極３ａ，３ｂ）間をそれぞれ流れるガス流の圧力損失が同等となるように、特に、各電極間へのガス供給口は、供給するガス流１５ａ，１５ｂの圧力が均等になるように大きな開口形状とし、また各電極間の通過ガス１６ａ，１６ｂを取り込み帰還ガス流１６とするガス流路では、損失が大きくならないように、かつ層流となるように滑らかな形状としている。
【００５３】
このように、第１の電極対２及び第１の光共振器２５ａと、第２の電極対３及び第２の光共振器２５ｂとを、それぞれ独立したレーザ発振系として構成したので、（１）レーザビーム２６ａ，２６ｂの各ビームモードを同一にすること、或いは、異ならせることが可能となり、また、（２）レーザビーム２６ａ，２６ｂの各強度をほぼ同じにすること、或いは、異ならせることが可能となる。
【００５４】
（１）レーザビーム２６ａ，２６ｂの各ビームモードを同一にするには、第１の光共振器２５ａと第２の光共振器２５ｂとを同じ仕様スペックで構成すればよい。この場合に、励起放電２４ａ，２４ｂの放電分布間に、第１の電極対２や第２の電極対３の形状等に起因したばらつき、或いは、ガス流に起因したばらつきがあるために、レーザ加工システムのレーザ光源として用いた場合にレーザビーム２６ａ，２６ｂの各ビームモードが加工品質に影響を与える程度に異なる場合には、横モード制限用アパーチャ８，９を微調整することで、レーザビーム２６ａ，２６ｂの各ビームモードを同一にすることが可能である。
【００５５】
したがって、レーザビーム２６ａ，２６ｂの各ビームモードを異ならせる場合には、第１の光共振器２５ａと第２の光共振器２５ｂとを異なる仕様スペックで構成すればよい。これによって、レーザ加工システムのレーザ光源として用いた場合に異なる加工に対して好適なビームモードを選択することが可能となる。ビームモードは、アパーチャ径を変化させたり、部分反射鏡や全反射鏡の曲率を変化させたりすることで変えることができる。一般的に、アパーチャを小さくするほど、反射鏡の曲率を大きくする（つまりフラットにする）するほど、ビームモードの次数が小さくなる。
【００５６】
具体的には、第１の光共振器２５ａ及び第２の光共振器２５ｂの各設定を異ならせて、第１の光共振器２５ａでのビームモードの次数を第２の光共振器２５ｂでの次数よりも高くした状態でレーザ加工システムのレーザ光源として用いた場合に、モード次数の高いほうが良い加工品質を得ることができるワークにはレーザビーム２６ａを照射し、モード次数が低く集光性の良いほうが良い加工品質を得ることができるワークにはレーザビーム２６ｂを照射する、といった使い分けが可能となる。
【００５７】
（２）また、レーザビーム２６ａ，２６ｂの各強度をほぼ同じにするには、励起放電２４ａ，２４ｂがほぼ同じ強度を維持するように、高周波電源２０ａ，２０ｂの各投入電力量を互いに関係付けて設定すればよい。この場合に、第１の電極対２や第２の電極対３の各電極間に掛かる負荷のばらつきなどによって励起効率が異なる場合や、第１の光共振器２５ａや第２の光共振器２５ｂのばらつきによって光励起効率が異なる場合には、高周波電源２０ａ，２０ｂを微調整することで、最終的に出力されるレーザ出力をほぼ同じにすることができる。
【００５８】
したがって、レーザビーム２６ａ，２６ｂの各強度を異ならせるには、励起放電２４ａ，２４ｂが異なる強度を維持するように、高周波電源２０ａ，２０ｂの各投入電力量を互いに独立に設定すればよい。これによって、レーザ加工システムのレーザ光源として用いた場合に、異なる加工に対して好適なレーザ出力を選択することが可能となる。
【００５９】
具体的には、例えば、高周波電源２０ａの投入電力量を高周波電源２０ｂの投入電力量よりも大きくすることで、大きなレーザ出力が必要な加工にはレーザビーム２６ａを照射し、レーザ出力を小さくしたほうが良い加工にはレーザビーム２６ｂを照射する、といった使い分けが可能となる。
【００６０】
以上のように、この実施の形態１によれば、２つの独立した光共振器における各光共振領域内では、それぞれ励起放電が常に高い発振効率の得られる状態に保たれ、かつそれぞれ独立して出力される２本のレーザビームは、ほぼ同一のビーム品質、或いは、任意のビーム品質で発生することができるので、２本の安定して高いレーザ出力を得ることや、発生する２本のレーザビームの品質を所望の品質に調整することができるマルチ出力の３軸直交型ガスレーザ発振器が提供できる。
【００６１】
また、１本のレーザビーム出力で高出力化を図った従来の３軸直交型ガスレーザ発振器と比較して、光学部品への熱負荷を少なくすることができるので、安定性ないしは信頼性を向上させることができ、長命化が図れる。
【００６２】
また、２本の安定した高いレーザ出力は、各々のレーザ発振系のサイズを従来の改良例１，２のように特に大きくすることなく得ることができるので、比較的コンパクトに構成することができ、かつコストパフォーマンスの優れたマルチ出力の３軸直交型ガスレーザ発振器を得ることが可能となる。
【００６３】
実施の形態２．
図５及び図６は、この発明の実施の形態２による３軸直交型のガスレーザ発振器の構成を示す概念図である。なお、図５は、光軸方向に沿った断面図であり、図６は、光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【００６４】
図５及び図６に示すように、この実施の形態２による３軸直交型のガスレーザ発振器では、真空容器１内の高さ方向の上段側に、第１の電極対２である放電電極２ａ，２ｂ及び第１の光共振器２５ａが配置され、下段側に、第２の電極対３である放電電極３ａ，３ｂ及び第２の光共振器２５ｂが配置され、それらの間に、送風機１０及び熱交換器１１が配置され、送風機１０と放電電極２ａ，２ｂ及び放電電極３ａ、３ｂの各放電ギャップとの間にガスダクト２７が設けられている。
【００６５】
ガスダクト２７によるガス流路は、送風機１０から第１の電極対２を経由して送風機１０に戻るガス流２８ａ，２９ａの流路と、送風機１０から第２の電極対２を経由して送風機１０に戻るガス流２８ｂ，２９ｂの流路とからなる。
【００６６】
このような実施の形態２による配置構成によっても実施の形態１と同様の作用効果が得られる。加えて、２つの電極対は、電気的にも、機械的にも完全に独立したものとすることができる。但し、放電電極２ｂ及び放電電極３ａと送風機１０及び熱交換器１１との間の絶縁距離を確保するために、実施の形態１に示した配置と比較して、全体的に高さ方向に巨大化する可能性がある。
【００６７】
なお、実施の形態１，２では、２本のレーザビームの出力方向は、同一方向としたが、互いに逆向きであってもよい。これは、２つの光共振器での部分反射鏡及び全反射鏡の配置関係を互いに逆にすることで、簡単に実現することができる。
【００６８】
また、実施の形態１，２では、２本のレーザビームを出力する構成を示したが、さらに３本以上のレーザ出力を得る構成も同様の考えで実現することができる。
【００６９】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による多軸のレーザ加工システムの構成を示すブロックである。図７に示すレーザ加工システムは、実施の形態１または２に示した３軸直交型ガスレーザ発振器３０をレーザ光源とし、この３軸直交型ガスレーザ発振器３０の射出レーザビーム３６ａ，３６ｂを１つのワークテーブル３１上に載置されるワーク３２に伝送する光学システム３３ａ，３３ｂと、これらの各要素を制御する制御装置３４とを備えている。
【００７０】
動作について説明する。３軸直交型ガスレーザ発振器３０が備える独立した２つのレーザ発振系は、制御装置３４から独立したレーザ発振の条件（タイミングや強度、時間幅）の制御を受けながら独立したレーザ発振を行い、２本のレーザビーム３６ａ，３６ｂを発生する。レーザビーム３６ａは光学システム３３ａに出力され、レーザビーム３６ｂは光学システム３３ｂに出力される。
【００７１】
光学システム３３ａは、制御装置３４の制御下に、入射するレーザビーム３６ａを整形するとともに、２次元走査してワークテーブル３１上に載置されるワーク３２に集光照射するレーザビーム３７ａを生成する。
【００７２】
同様に、光学システム３３ｂは、制御装置３４の制御下に、入射するレーザビーム４６ｂを整形するとともに、２次元走査してワークテーブル３１上に載置されるワーク３２に集光照射するレーザビーム３７ｂを生成する。
【００７３】
この実施の形態３によれば、２軸での同時加工を行うレーザ加工システムのレーザ光源に、実施の形態１，２に示した２本のレーザビームを出力できる１台のガスレーザ発振器（３軸直交型ガスレーザ発振器）を用いるので、ガスレーザ発振器とワークとの間に設ける光学システムの構成が簡素化される。つまり、システムを比較的コンパクトに構成することができ、メンテナンスの容易化などコストパフォーマンスの優れたレーザ加工システムを得ることが可能となる。
【００７４】
加えて、光学部品における熱負荷は、従来例のように１本の高強度のレーザビームを伝送させる光学システムと比較して少なくすることができるので、光学システムの信頼性が向上し、長命化が図れる。
【００７５】
そして、実施の形態１にて説明したように、ガスレーザ発振器が出力する２本のレーザビームは、各々独立に制御できるので、１つのワークに２本のレーザビームを照射する場合に、各々のレーザビーム照射パターンが異なるような場合においても、エネルギー分割方式や時分割方式を用いることなく、所望の２軸加工を同時に実施することができる。したがって、良好な加工品質を得ることが可能で、また最大限に生産性を向上させることが可能となる。
【００７６】
なお、実施の形態３では、２本のレーザビームを１つのワークに照射する場合を示したが、レーザビームの本数並びにワークの数が異なっていても、例えば、１本のレーザビームを２本に分光し、合計４ビームで２ワークを加工するような場合においても、エネルギー分割方式や時分割方式を用いることなく、それぞれのワークにおいて所望の２軸加工を同時に実施することができるので、同様に、良好な加工品質を得ることが可能で、また最大限に生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、この発明にかかる３軸直交型のガスレーザ発振器は、比較的コンパクトな構成で独立した２本以上のレーザビームを個別に所望の出力で発生し、また各レーザビームをその品質を個別に調整して発生するのに有用であり、特に、多軸での同時加工を行うレーザ加工システムのレーザ光源に好適である。
【００７８】
また、この発明にかかるレーザ加工システムは、多軸での同時加工を良好な加工品質と高い生産性の下で実施するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の実施の形態１による３軸直交型のガスレーザ発振器の構成を示す光軸方向に沿った断面図である。
【図２】図１に示すガスレーザ発振器の光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【図３】図１に示すガスレーザ発振器における２対の放電電極と、高周波電源と、制御装置との関係を説明する図である。
【図４】図１に示すガスレーザ発振器のレーザ出力態様の一例を説明するタイムチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２による３軸直交型のガスレーザ発振器の構成を示す光軸方向に沿った断面図である。
【図６】図５に示すガスレーザ発振器の光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるレーザ加工システムの構成を示すブロック図である。
【図８】従来のレーザ加工システムの構成例を示すブロック図である。
【図９】従来の３軸直交型ガスレーザ発振器の構成例を示す光軸方向に沿った断面図である。
【図１０】図９に示す３軸直交型ガスレーザ発振器の光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【図１１】図９に示す３軸直交型ガスレーザ発振器に対する改良例（その１）を示す光軸方向に沿った断面図である。
【図１２】図１１に示す３軸直交型ガスレーザ発振器の光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【図１３】図９に示す３軸直交型ガスレーザ発振器に対する改良例（その２）を示す光軸方向に沿った断面図である。
【図１４】図１３に示す３軸直交型ガスレーザ発振器の光軸に垂直な方向に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  真空容器
２  第１の電極対２
２ａ，２ｂ  放電電極
３  第２の電極対
３ａ，３ｂ  放電電極
４，５  部分反射鏡（ＰＲ）
６，７  全反射鏡（ＴＲ）
８，９  横モード制限用アパーチャ
１０  送風機
１１  熱交換器
１２  ガスダクト
１５，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６  ガス流
２０ａ，２０ｂ  高周波電源
２１  制御装置
２１ａ，２１ｂ  制御信号
２４ａ，２４ｂ  励起放電
２５ａ  第１の光共振器
２５ｂ  第２の光共振器
２６ａ，２６ｂ  レーザビーム
３０  ３軸直交型ガスレーザ発振器
３１  ワークテーブル
３２  ワーク（被加工物）
３３ａ，３３ｂ  光学システム
３４  制御装置
３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ  レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008091444.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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