(57)【要約】【課題】レーザ加工機システムに組み合わされたガスレーザ発振器において、システムの稼働中に共振器のパラメータを容易に変更することができるガスレーザ発振器の提供。【解決手段】出力ミラー７とリアミラー５からなる光共振器を備えたガスレーザ発振器１において、前記出力ミラーと前記リアミラーとの間に口径の異なる複数のアパチャー穴を備えたアパチャーディスク１７を回転位置決め自在に設け、前記複数のアパチャー穴から所望する口径のアパチャー穴を自在に選択することを特徴とするガスレーザ発振器。【選択図】    図１
2004172363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力ミラーとリアミラーからなる光共振器を備えたガスレーザ発振器において、前記出力ミラーと前記リアミラーとの間に口径の異なる複数のアパチャー穴を備えたアパチャーディスクを回転位置決め自在に設け、前記複数のアパチャー穴から所望する口径のアパチャー穴を自在に選択できることを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
請求項１に記載のガスレーザ発振器において、前記光共振器に出力ミラー回転ディスクとリアミラー回転ディスクとを回転割り出し可能に設け、前記出力ミラー回転ディスクの回転軸心から適宜な距離に設定した円軌道上に曲率の相違する複数の出力ミラーを適宜な回転角度をおいて配置すると共に、前記リアミラー回転ディスクの適宜な距離に設定した円軌道上に曲率の相違する複数のリアミラーを適宜な回転角度をおいて配置して設け、前記複数の出力ミラーの中から適宜な曲率の出力ミラーを自在に選択すると共に、前記複数のリアミラーの中から適宜な曲率のリアミラーを自在に選択することを特徴とするガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスレーザ発振器に関する。さらに詳細にはシステムとして稼働中のガスレーザ発振器の出力およびビームの品質等の特性を変更することが可能なガスレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスレーザ発振器における出力およびビームの品質等の特性を決定するパラメータには、出力ミラーの曲率およびリアミラーの曲率、並びに発振ビームの径を制限するアパチャー穴径などがある。
【０００３】
上述のパラメータは理論的に導き出されるものであるが、最終的にはレーザ加工システムに組み合わされた実機により評価決定されている。例えば、レーザ加工機と組み合わされる場合には、そのレーザ加工機に要求される切断能力に適したレーザビーム特性を有する発振器となるようにパラメータを決定している。
【０００４】
２枚の凹面鏡で光共振器を構成したガスレーザ発振器においては、発振ビーム径を制限するアパチャーをリアミラーの直前に設けている（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８７８０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ加工機において、切断速度の向上や切断面の品質の改善をはかる場合、ノズルや集光レンズ等の切断に関連する部品を吟味するだけでなく、レーザビームの特性を被加工材により適した状態にすることは有効な手段である。
【０００７】
しかし、レーザ加工機システムに組み込まれた従来のガスレーザ発振器において、システムの稼働中に共振器のパラメータを変更するには、ガスレーザ発振器の出力ミラー、リアミラー並びにアパチャーを交換する必要があるが、一般的にシステムの稼働中における交換は不可能である。
【０００８】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、レーザ加工機システムに組み込まれたガスレーザ発振器において、システムの稼働中に共振器のパラメータを容易に変更することができるガスレーザ発振器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載のガスレーザ発振器は、出力ミラーとリアミラーからなる光共振器を備えたガスレーザ発振器において、前記出力ミラーと前記リアミラーとの間に口径の異なる複数のアパチャー穴を備えたアパチャーディスクを回転位置決め自在に設け、前記複数のアパチャー穴から所望する口径のアパチャー穴を自在に選択できることを要旨とするものである。
【００１０】
請求項２に記載のガスレーザ発振器は、請求項１に記載のガスレーザ発振器において、前記光共振器に出力ミラー回転ディスクとリアミラー回転ディスクとを回転割り出し可能に設け、前記出力ミラー回転ディスクの回転軸心から適宜な距離に設定した円軌道上に曲率の相違する複数の出力ミラーを適宜な回転角度をおいて配置すると共に、前記リアミラー回転ディスクの適宜な距離に設定した円軌道上に曲率の相違する複数のリアミラーを適宜な回転角度をおいて配置して設け、前記複数の出力ミラーの中から適宜な曲率の出力ミラーを自在に選択すると共に、前記複数のリアミラーの中から適宜な曲率のリアミラーを自在に選択することを要旨とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るガスレーザ発振器の説明図である。図１に示すように、総括的に示すガスレーザ発振器１の光共振器は低圧のガスレーザ媒体Ｇを充填した容器３内に設けたリアミラー５と出力ミラー７で構成してある。
【００１３】
リアミラー５と出力ミラー７の間には、リアミラー５と出力ミラー７間のガスレーザ媒体Ｇを放電により励起するための放電電極９（ａ，ｂ）が設けてある。この放電電極９（ａ，ｂ）はＮＣ装置１１により制御された電源装置１３に接続されており、加工条件に合わせたレーザ出力にコントロールできるようになっている。
【００１４】
なお、前記容器３内のガスレーザ媒体Ｇは、図示省略の熱交換機で冷却された後、送風機１４により容器３内へ循環供給されるように設けてある。
【００１５】
図２、図３を参照するに、前記リアミラー５と出力ミラー７のほぼ中間には、口径の異なる複数のアパチャー穴１５（ａ，ｂ）を回転軸心Ｃから半径Ｄ／２に設定した円軌道１６上に設けたアパチャーディスク１７が回転位置決め自在に設けてある。
【００１６】
図２に示すように、上述のアパチャーディスク１７は前記ＮＣ装置１１により制御されるサーボモータ１９により回転位置決め自在に設けてある。
【００１７】
図４に示すように、前記リアミラー５は、曲率の相違する複数のリアミラー５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をリアミラー回転ディスク２１の回転軸心Ｃから半径Ｄ／２に設定した円軌道２３上に適宜な回転角度（実施例では９０度間隔）をおいて配置してある。
【００１８】
また、リアミラー回転ディスク２１は前記ＮＣ装置１１により制御されるサーボモータ（図示省略）により回転位置決め自在に設けてある。
【００１９】
図５に示すように、前記リアミラー５と同様に、出力ミラー７は、曲率の相違する複数の出力ミラー７（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を出力ミラー回転ディスク２５の回転軸心Ｃから半径Ｄ／２に設定した円軌道２７上に適宜な回転角度（実施例では９０度間隔）をおいて配置してあり、前記ＮＣ装置１１により制御されるサーボモータ（図示省略）により回転位置決め自在に設けてある。
【００２０】
上記構成において、レーザ加工システムの稼働中に、レーザ発振器から出力されるレーザビームＬＢの特性を被加工材の加工に適した特性に変更する場合には、アパチャーディスク１７を回転させて適宜な口径を有したアパチャー穴１５に変更する。これにより、光共振器内で発生するビームの径が変化する。
【００２１】
例えば、より小径のアパチャー穴を選択した場合には、光共振器内で発生するビーム径がより小さくなるので低次モードを主としたビーム品質となる。ビーム品質が低次モードになるほど、ビームの直進性がよくなるので共振器の両端に位置するリアミラーと出力ミラーの曲率もより平面に近づけることが可能となる。なお、出力レーザビームＬＢの発散角はθ２で示してある。
【００２２】
リアミラーと出力ミラーの曲率がより平面に近づくほど発生するレーザビームの品質（モード次数）はより低次となり相乗効果を生み出す。
【００２３】
逆に、より大径のアパチャー穴を選択した場合には、出力されるレーザビームのパワーを高くすることが可能となる。その一方で、ビーム品質はより高次成分の割合が増加するのでビームの直進性が悪くなる（発散角はθ１（＞θ２））。
【００２４】
そのため、出力の安定性を確保するためにリアミラーと出力ミラーの曲率をより大きくすることが必要となる。
【００２５】
上述の説明において、リアミラーと出力ミラーの曲率を変更するときには、出力ミラー回転ディスクとリアミラー回転ディスクを回転させて、選択したアパチャー穴径に適合した適宜な曲率のリアミラーと出力ミラーとに容易に変更することができる。
【００２６】
例えば、本発明に係るガスレーザ発振器を備えたレーザ加工システムによれば、システムの稼働中においても、被加工材の加工に最適なレーザ発振器のパラメータに変更設定することが極めて容易にできる。
【００２７】
具体的なレーザ加工例で説明すれば、薄板（３ｍｍ以下）の切断加工においては、焦点において、より小さいスポット径を作りだし、高エネルギー密度で焦点深度の深いレーザビームが有効である。
【００２８】
従って、アパチャーディスクからより小径のアパチャー穴を選択すると共に、このアパチャー穴に適した適合した、より小さい曲率のリアミラーと出力ミラーとを選択することになる。これにより、高速でかつシャープな切断が可能となる。
【００２９】
厚板（９ｍｍ以上）の切断加工においては、より大径のアパチャー穴を選択すると共に、より大きい曲率のリアミラーと出力ミラーとを選択することになる。これにより、集光特性は低下するが厚板に適したスポット径を得ることができ、より安定した切断が可能となる。
【００３０】
図６は、共振器長が長いガスレーザ発振器１’の実施の形態を示したものであり、前記図１のガスレーザ発振器１におけるリアミラー５と出力ミラー７との間に２枚のベンドミラーＢＭ１、ＢＭ２を配置し、共振器の光路をコの字形にした例である。なお、前記ガスレーザ発振器１と同一の構成部品には同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１または請求項２の発明によれば、レーザ加工機システムに組み込まれたたガスレーザ発振器において、システムの稼働中に共振器の出力およびビームの品質等の特性を決定する出力ミラーの曲率およびリアミラーの曲率並びに発振ビームの径を制限するアパチャー穴径などのパラメータを容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスレーザ発振器の説明図。
【図２】アパチャーディスクのアパチャー穴径と出力ビームＬＢの直進性との関係を説明する図。
【図３】アパチャーディスク１７の詳細図。
【図４】リアミラー回転ディスクの詳細図。
【図５】出力ミラー回転ディスクの詳細図。
【図６】本発明に係るガスレーザ発振器の別の実施形態の説明図。
【符号の説明】
１  ガスレーザ発振器
３  容器
５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）  リアミラー
７（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）  出力ミラー
９（ａ，ｂ）  放電電極
１１  ＮＣ装置
１３  電源装置
１４  送風機
１５（ａ，ｂ）  アパチャー穴
１６  円軌道（アパチャーディスク）
１７  アパチャーディスク
１９  サーボモータ
２１  リアミラー回転ディスク
２３  円軌道（リアミラーディスク）
２５  出力ミラー回転ディスク
２７  円軌道（出力ミラーディスク）
ＬＢ  レーザビーム
Ｇ    レーザガス媒体
θ１、θ２  発散角
【図１】
2004172363.tif 000003
【図２】
2004172363.tif 000004
【図３】
2004172363.tif 000005
【図４】
2004172363.tif 000006
【図５】
2004172363.tif 000007
【図６】
2004172363.tif 000008