(57)【要約】    【課題】  用途に応じてレーザを使い分けることが可能な端面励起型のレーザ装置を提供する。    【解決手段】  １段目に光ファイバ１からの出射光を平行光にするＬＤダイレクトヘッド８を配置し、２段目にＬＤダイレクトヘッド８からのレーザ光を端面励起するＬＤ励起ヘッド９を配置し、３段目にＬＤ励起ヘッド９からのレーザ光の波長を変換する波長変換ヘッド１０の３つユニット体を互いに着脱可能でかつロケット状に連結し、さらに４段目として出力ミラー３０を有しかつ励起レーザを出力する出力ヘッド１１を設け、さらに、ＬＤダイレクトヘッド８に配管コネクタ１２を設け、波長変換ヘッド１０に配管コネクタ２４を設け、本体内にレーザ励起媒体２０の端面から側面を通ってレーザ結晶２２の側面を通る水路１８，２２，２４を形成して配管コネクタ１２，２４を連結し、この水路１８，２２，２４に冷却水を通すことにより、内部の発熱を抑える。【選択図】    図１
2005051068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバによってレーザ電源と接続され、前記光ファイバから出射されたレーザ光を平行光にする光学部材を有するレーザ導入部と、このレーザ導入部から出射されたレーザ光を励起させるレーザ励起媒体を有するレーザ励起部と、レーザ光から励起レーザ光を透過させる出力ミラーを有するレーザ出力部と、液体の冷却媒体を導入する冷却媒体導入部と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出部と、装置本体内に前記冷却媒体導入部と前記冷却媒体排出部とを連結する冷却媒体通路とを有するレーザ装置において、
前記レーザ励起部からのレーザ光の波長を変換して出力するレーザ結晶を有し、かつ前記レーザ励起部と前記レーザ励起部との間に着脱可能な波長変換部を設けたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記レーザ導入部、前記レーザ励起部および前記波長変換部をそれぞれユニット体とし、各ユニット体を多段ロケット状に着脱可能に連結し、連結した際に、前記光学部材、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶が前記光ファイバの光軸上に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
基本波にてレーザ励起を行う場合は、前記波長変換部の代わりに前記レーザ出力部を前記レーザ励起部に直接取り付けたことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
高調波出力のレーザ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記レーザ励起部を取り付け、前記レーザ結晶として非線形結晶を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
【請求項５】
短パルス出力のレーザ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記レーザ励起部を取り付け、前記レーザ結晶としてＱ素子を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする請求項２項記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記出力部の出力ミラー保持体における光軸センタを中心に４分配された位置で、かつ一方の対角線上の２つの位置においておのおの対象に前記出力部の取付先に螺合する押しネジを設け、他方の対角線上における一方の位置にばねを介して先端が球状のボールプランジャを設け、他方の位置にプッシュ・プルの球面細目ネジを設け、前記出力ミラーと前記レーザ励起媒体の端面を平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように各押しネジとボールプランジャを回転させて、前記レーザ出力部を調整することを特徴とする請求項３，４または５記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記冷却媒体通路内に前記レーザ励起媒体を配置し、前記光学部材に対向する前記レーザ励起媒体の端面を冷却媒体の流れに対して略直角方向に対向させたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記冷却媒体導入部を前記レーザ導入部に設け、前記冷却媒体排出部を前記波長変換部に設け、前記冷却媒体通路を通過する冷却媒体により、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶の側面部を直接冷却させることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記冷却媒体通路における前記レーザ導入部と前記波長変換部との連結部分をノズル状に形成し、前記レーザ励起媒体の端面に対してジェット噴流を放射することを特徴とする請求項７または８記載のレーザ装置。
【請求項１０】
冷却媒体を、純度が１〜１０マイクロジーメンスに低下させた不活性純水としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ励起媒体における前記光学部材に対向する端面に、水と反応しにくい水中の発振波長にて全反射するＨＲコートをイオンアシスト法によって膜付けしたことを特徴とする請求項１１項記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記レーザ励起部と前記波長変換部との連結部分において、冷却媒体を装置内部に供給した場合に、前記レーザ励起媒体の前記波長変換部側の端面と、前記レーザ結晶の前記レーザ励起部側の端面との間に冷却媒体による層を形成させることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記レーザ励起媒体または前記レーザ結晶自体における励起レーザ光が通過する面に、耐水の水中内ＡＲコートを施したことを特徴とする請求項７〜１２記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記光ファイバからの出射光を、前記光ファイバ径の２倍以下のビームサイズのコリメート光に変換する手段を有し、このコリメート光をホモジナイザを介して均質ビームにすることを特徴とする請求項１〜１１記載のレーザ装置。
【請求項１５】
レーザ励起媒体またはレーザ結晶の端面に、予めサブミクロン以下の亜鉛メッキ処理によって光の波長より小さな凹凸を形成してなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項１６】
標準サイズ化された筐体を上、下２段の空間に区切り、下段には光ファイバにてレーザ出力されるファイバＬＤレーザと、ＬＤ駆動装置と、液体冷却媒体の冷却機とを収納し、上段と下段との仕切りとしてベースを設け、このベースの上に、請求項１〜１５のいずれか１項記載のレーザ装置と、このレーザ装置を用いてレーザ加工される被加工物と前記レーザ装置とを相対位置移動させる可動ステージとを配置し、前記光ファイバおよび前記冷却機の配管を前記レーザ装置に接続してなることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来のランプ励起に代わって、高出力半導体レーザ（以下ＬＤまたはレーザと省略）を用いてＬＤダイレクト加工や、高効率・高出力のＬＰ励起、波長変換、短パルス変換を共通・共用化してシステマチックに構成するレーザ装置およびレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は一般的な従来レーザ装置の外観を示す斜視図であり、５０は光ファイバ、５１はＹＡＧレーザ発生装置、５２はレーザ共振器を示し、ＹＡＧレーザ発生装置５１とレーザ共振器５２とは、光ファイバ５０によって光学的に接続されており、ＹＡＧレーザ発生装置５１において発生した励起レーザは光ファイバ５０を介してレーザ共振器５２から出力される。
【０００３】
ところで、数十Ｗ以上のパワーのあるレーザは、たとえ励起レーザとなっても、レーザ媒体および結晶熱冷却を行うために装置が必要となるため大掛かりな装置となり、小型化を図るにしても、励起後光ファイバを使用する程度しかなく、牛やタンスのように大きなレーザ装置が、子牛や小タンスになったぐらいのサイズメリットしかなかった。
【０００４】
そこで、本発明者は、従来、特許文献１に記載されている水中発振を提案し、高出力・高安定な端面励起型レーザ装置を実現した。
【０００５】
図４は従来の端面励起型レーザ装置の内部構成を示す説明図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図である。
【０００６】
ＬＤスタック６１は波長８０８ｎｍ、定格５０Ｗ、１ｃｍ×１ミクロンの発光面を有する複数のＬＤバー６２とＦＡＳＴレンズ６３を積層して構成され、同一光軸方向にラインコリメートされている。ＬＤスタック６１から出射される複数のラインコリメート光６４をダウンコリメータ６５により、ビームサイズを小さくし、前記ＬＤバー６２の配列方向と垂直な尾根を有するシリンドリカルレンズ６６と、シリンドリカルレンズ６６を通過して得られる長方形ＬＤ光６７を、透明ウインドウ６８を介してＹＡＧロッド６９端面に照射する。
【０００７】
ＹＡＧロッド６９のＬＤ励起部は水没しており、配管コネクタ７０よりジェット水流７１をＹＡＧロッド６９のＬＤ励起部に照射し、高効率の水冷をしている。
【０００８】
ＹＡＧロッド６９のＬＤ励起部端面には、レーザ発振波長１０６４ｎｍのワイドレンジ全反射コートと８０８ｎｍのワイドレンジＡＲ（ANTI-REFLECTION：反射防止）コートがイオンアシスト法により複合コートされており、緻密かつ堅固で、水による波長シフトや、コート膜の劣化を極めて小さくしている。
【０００９】
またＹＡＧロッド６９の側面は側面研磨を施し、端面から入射したＬＤ光を側面研磨面の全反射作用を利用して完全に閉じ込めることにより、ＬＤ励起効率をあげている。ＹＡＧロッド６９は、外周が４５度テーパで、内周がＹＡＧロッド６９の外周と同曲率な硬質材料であるアルミからなる２つ割りして台形円錐体７２を、回転リングネジ７３で締め付けており、ジェット水流をＬＤ照射部にあてても、ふらつかないことにより、短時間変動の小さい安定したレーザ発振を実現している。
【００１０】
なお、ＹＡＧロッド６９はステンレスの円筒７４内に配置し、円筒７４の端面７５は垂直に研磨されており、光軸センタ７６を中心に２分配された位置の研磨面にタップ穴７７が設けられている。
【００１１】
出力ミラー８０の保持体７８は、光軸センタ７６を中心に４分配された位置で、おのおの対照にボールプランジャ７９と、六角穴付ボルト８２を配置し、出力ミラー８０とＹＡＧロッド６９の全反射コート面８３を平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように六角穴付ボルト８２とボールプランジャ７９の締め付け力を調整する。その後、初期クリープがおさまるまで数日間放置し、再度クリープによる出力低下を微調整後、再び１日放置し、初期クリープがおさまった後、完成品とすることにより、時間経過による出力変動を減らしている。
【００１２】
なお、出力ミラー８０の出力コート面は曲率が１ｍから５ｍ程度の凹面の方がレーザ発振効率もあがり、またアライメント機構のクリープによる影響を受けにくく好適である。
【００１３】
さらに、保持体７８における出力ミラー８０の光軸センタ上にアクロマ集光レンズ８１を配置して、レーザ溶接用に一般的に用いられる出射鏡筒形状にした後、ＬＤスタック６１も搭載して、ファイバレスな高集光溶接器を実現している。
【００１４】
ところで、レーザは切断用，接合用，調整用と種々な用途があるが、対象となるワークの吸収波長や、材質によりレーザのパワー、波長、照射時間等多くのパラメータに対し、レーザを使い分ける必要があった。これらの使い分けが出来ない装置であれば、高価なレーザ加工装置を購入しても、加工条件やワーク材料、形状が変われば装置が使えなくなったり、さらに、生産が終われば有休資産にしたり廃棄するなど、結果として、ロスが大きくなるおそれがあった。
【００１５】
このように、近年、用途に応じてレーザを使い分けるとともに、特に、卓上レーザ加工の実験から生産ができ、さらに、即座にＬＤダイレクトからＬＤ励起加工、グリーン・紫外レーザ加工、ミリ、マイクロ、ナノ、ピコ秒照射時間切り替えが可能なヘッド交換器共通プラットフォームが望まれている。
【特許文献１】特開２００３−２３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、用途に応じてレーザを使い分けるように構成する場合には、次の３つの点が問題となる。
【００１７】
１つは小型のレーザアライメント機構の超小型とクリープの影響を受けないアライント機構の安定化である。この問題に対して本発明者は、特許文献１に記載されている水超小型、高精度なレーザミラーアライメント機構を考案しており、サイズが従来より１桁以上小型にすることができた。しかし、この機構はネジの微妙な締め付けのサジ加減が必要なため、熟練者でないとできない問題があった。特に、レーザの波長を切り換えるごとに調整の必要が生ずるため、容易かつ簡単な調整機構が望まれる。
【００１８】
２つ目は熱の問題である。この問題に対しても、特許文献１に記載されている水没による水中発振方式により、サイズが従来より１桁以上小型にすることができた。しかし、従来の水没型端面励起型ＬＤ励起レーザ装置は、ＹＡＧロッド端面全てを均質にＬＤ励起レーザ光を照射するものでなかったため、破壊閾値を大きくすること困難であった。また、端面励起にて破壊閾値と効率を上げるには、平行なＬＤレーザビームが必要であるが、従来における集光レンズのビームウエストを利用するような場合には、ＬＤビームが平行な距離が短くて効率が理論最大限までとれず、またＹＡＧ等のレーザ媒体均質な温度上昇が困難であった。
【００１９】
また、特許文献１におけるレーザ媒体の冷却方式は高速ジェット水流が励起端面を狙うものではなかったため、更なる高出力化が困難であった。
【００２０】
３つ目はレーザ媒体や関連結晶さらに光学部品に設けたコートの水に対する耐久性劣化の問題である。通常、レーザ媒体はリアの反射鏡にＨＡＲＤ  ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮすなわちＨＲコートと呼ばれる多層膜コートや、出力ミラーに部分通過ミラーコート、さらに共振器内に配置されているレーザ媒体にはＡＮＴＩ−ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮすなわち反射防止コートがされているが、これらの従来のレーザコートでは、数ヶ月しか水没状態での耐久性はなく、水没どころか、湿度の高い状態での使用も不可である。
【００２１】
本発明は、上記従来のような問題点をすべて解決するばかりでなく、卓上レーザ工作機、すなわち、卓上レーザ旋盤を始め、卓上レーザフライス、ドリルＭＬＦすなわち、ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ  ＬＡＢＯ  ＦＡＣＴＯＲＹ標準レーザプラットフォームとして、共通、共用可能な、さらに高出力な小型出射鏡筒型ＬＤ励起のレーザ装置およびレーザ加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、光ファイバによってレーザ電源と接続され、前記光ファイバから出射されたレーザ光を平行光にする光学部材を有するレーザ導入部と、このレーザ導入部から出射されたレーザ光を励起させるレーザ励起媒体を有するレーザ励起部と、レーザ光から励起レーザ光を透過させる出力ミラーを有するレーザ出力部と、液体の冷却媒体を導入する冷却媒体導入部と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出部と、装置本体内に前記冷却媒体導入部と前記冷却媒体排出部とを連結する冷却媒体通路とを有するレーザ装置において、前記レーザ励起部からのレーザ光の波長を変換して出力するレーザ結晶を有し、かつ前記レーザ励起部と前記レーザ励起部との間に着脱可能な波長変換部を設けたことを特徴とする。
【００２３】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記ＬＤ導入部、前記ＬＤ励起部および前記波長変換部をそれぞれユニット体とし、各ユニット体を多段ロケット状に着脱可能に連結し、連結した際に、前記光学部材、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶が前記光ファイバの光軸上に配置されることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、基本波にてＬＤ励起を行う場合は、前記波長変換部の代わりに前記ＬＤ出力部を前記ＬＤ励起部に直接取り付けたことを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明において、高調波出力のＬＤ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記ＬＤ励起部を取り付け、前記レーザ結晶として非線形結晶を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする。
【００２６】
請求項５に係る発明は、請求項２項に係る発明において、短パルス出力のＬＤ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記ＬＤ励起部を取り付け、前記レーザ結晶としてＱ素子を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする。
【００２７】
請求項６に係る発明は、請求項３，４または５に係る発明において、前記出力部の出力ミラー保持体における光軸センタを中心に４分配された位置で、かつ一方の対角線上の２つの位置においておのおの対象に前記出力部の取付先に螺合する押しネジを設け、他方の対角線上における一方の位置にばねを介して先端が球状のボールプランジャを設け、他方の位置にプッシュ・プルの球面細目ネジを設け、前記出力ミラーと前記レーザ励起媒体の端面を平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように各押しネジとボールプランジャを回転させて、前記ＬＤ出力部を調整することを特徴とする。
【００２８】
請求項７に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記冷却媒体通路内に前記レーザ励起媒体を配置し、前記光学部材に対向する前記レーザ励起媒体の端面を冷却媒体の流れに対して略直角方向に対向させたことを特徴とする。
【００２９】
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明において、前記冷却媒体導入部を前記ＬＤ導入部に設け、前記冷却媒体排出部を前記波長変換部に設け、前記冷却媒体通路を通過する冷却媒体により、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶の側面部を直接冷却させることを特徴とする。
【００３０】
請求項９に係る発明は、請求項７または８に係る発明において、前記冷却媒体通路における前記ＬＤ導入部と前記波長変換部との連結部分をノズル状に形成し、前記レーザ励起媒体の端面に対してジェット噴流を放射することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずれか１項に係る発明において、冷却媒体を、純度が１〜１０マイクロジーメンスに低下させた不活性純水としたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に係る発明において、前記レーザ励起媒体における前記光学部材に対向する端面に、水と反応しにくい水中の発振波長にて全反射するＨＲコートをイオンアシスト法によって膜付けしたことを特徴とする。
【００３３】
請求項１２に係る発明は、請求項７〜１１のいずれか１項に係る発明において、前記ＬＤ励起部と前記波長変換部との連結部分において、冷却媒体を装置内部に供給した場合に、前記レーザ励起媒体の前記波長変換部側の端面と、前記レーザ結晶の前記ＬＤ励起部側の端面との間に冷却媒体による層を形成させることを特徴とする。
【００３４】
請求項１３に係る発明は、請求項７〜１２に係る発明において、前記レーザ励起媒体または前記レーザ結晶自体における励起レーザ光が通過する面に、耐水の水中内ＡＲコートを施したことを特徴とする。
【００３５】
請求項１４に係る発明は、請求項１〜１３に係る発明において、前記光ファイバからの出射光を、前記光ファイバ径の２倍以下のビームサイズのコリメート光に変換する手段を有し、このコリメート光をホモジナイザを介して均質ビームにすることを特徴とする。
【００３６】
請求項１５に係る発明は、請求項１〜１４のいずれか１項係る発明において、レーザ励起媒体またはレーザ結晶の端面に、予めサブミクロン以下の亜鉛メッキ処理によって光の波長より小さな凹凸を形成してなることを特徴とする。
【００３７】
請求項１６に係る発明は、標準サイズ化された筐体を上、下２段の空間に区切り、下段には光ファイバにてレーザ出力されるファイバＬＤレーザと、ＬＤ駆動装置と、液体冷却媒体の冷却機とを収納し、上段と下段との仕切りとしてベースを設け、このベースの上に、請求項１〜１５のいずれか１項記載のレーザ装置と、このレーザ装置を用いてレーザ加工される被加工物と前記レーザ装置とを相対位置移動させる可動ステージとを配置し、前記光ファイバおよび前記冷却機の配管を前記レーザ装置に接続してなることを特徴とする。
【００３８】
このように構成したことにより、用途に合わせて波長変換部を選択し、装置本体に装着することにより、用途に合う励起レーザを簡単に得ることが可能になる。
【００３９】
また、この場合における問題点として３点ほど上述したが、これら３つの問題に対しては、下記の３つ解決策が主なポイントである。
【００４０】
１つ目の超小型レーザアライメント機構については、プッシュ・プルの球面細目ネジと、ボールプランジャを用いることにより、超小型でクリープなく、簡単調整で安定する。さらに小型シンプルであるため、他のレーザ結晶の位相整合等のアライメントにも活用できる。
【００４１】
２つ目の熱の問題に対しては、複数のＬＤ励起照射位置集中ジェットによる、更なる冷却効率改善によるパワーＵＰを実現するとともに、この排水を他のレーザ結晶の側面冷却に用いて全体の冷却能力ＵＰにより、更なる超小型パワーＵＰを実現している。
【００４２】
３つ目のコート剥離の問題については、通常のレーザコートの上に、イオンアシストやイオンクラスター等でさらに緻密な膜を形成してレーザコートの耐久性を向上させる他、さらに、レーザ膜＋耐水性保護膜コートのハイブリットや、逆にＡＲコートをなくして水没またはオイルによるＡＲレスオプチカルコンタクトによる反射率低下を積極的に活用して解決している。
【発明の効果】
【００４３】
以上、説明したように構成された本発明によれば、波長変換部をレーザ装置本体に対して着脱可能に構成したことにより、用途に応じて必要なレーザを得ることが可能になる。
【００４４】
また、プッシュ・プルの球面細目ネジと、ボールプランジャを用いることにより、出力部の取付先に対してボールプランジャのばねによる加圧力以外は作用しないために、クリープの発生を防止しするとともに、簡単な調整でかつ安定したアライメントが実現する。さらに小型シンプルであるため、他のレーザ結晶の位相整合等のアライメントにも活用できる。
【００４５】
また、複数のＬＤ励起照射位置に冷却媒体を当てることにより、さらなる冷却効率の改善が可能となり、その結果、レーザの出力パワーをＵＰさせることを実現するとともに、この冷却媒体を他のレーザ結晶の側面冷却に用いて全体の冷却能力ＵＰにより、更さらなる超小型を実現可能になる。
【００４６】
また、レーザ膜＋耐水性保護膜コートのハイブリッドと、ＡＲレスオプチカルコンタクトとにより、コート耐久性向上させることが可能になり、数年以上の実用耐久性を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
図１は本実施形態の装置を備えたレーザ加工装置の構成を示す説明図である。
【００４９】
まず、レーザ加工装置について説明する。図２に示すように、標準サイズ化されたチラー内蔵筐体４は上下２段の空間に区切られており、この上下の区切り間が光ファイバ１によって繋がれている。下段には、光ファイバ１にレーザ出力するＬＤ光源を内蔵したＬＤ電源２、各種の制御を行うコントローラ３および図示しないＬＤ駆動装置および純水冷水機が収納されている。上段と下段との仕切り用にベース５が設けられており、このベース５の上に、光ファイバ１と結合されるＭＬＦレーザヘッド６、このＭＬＦレーザヘッド６を用いてレーザ加工される被加工物７、およびＭＬＦレーザヘッド６と被加工物７とを相対位置移動させる図示しない可動ステージが搭載されている。
【００５０】
図２は図１のＭＬＦレーザヘッドの概略を示す構成図であり、図２（ａ）は外観を示す上面図、図２（ｂ）は内部構成を示す側面図である。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、ＭＬＦレーザヘッド６は、１段目にＬＤダイレクトヘッド８，２段目にＬＤ励起ヘッド９，３段目に波長変換ヘッド１０の３つユニット体を互いに着脱可能でかつロケット状に連結し、さらに４段目として励起レーザを出力する出力ヘッド１１を傾き調整可能に設けた構成である。ヘッド８〜１０は、それぞれ円筒状のホルダ１３〜１５に各種部品を取り付けて構成したものであり、仮にホルダ１３〜１５をロケット状に連結した場合、その中心孔同士が連結されてホルダ１３〜１５を貫通する貫通孔となり、後述するが、ＬＤダイレクトヘッド８に接続された光ファイバ１の出射光が前記貫通孔を通過するようになる。
【００５２】
ＬＤダイレクトヘッド８において、ホルダ１３の内部には光ファイバ支持部１７が設けられており、ホルダ１３の端面の中心に光ファイバ１の先端部が固定される。この光ファイバ１の両側部に配管コネクタ１２が設けられており、ホルダ１３の内部には配管コネクタ１２，１２の孔部に連結される水路１８，１８が形成されており、水路１８，１８は、ホルダ１３の他方の端面側において中心孔に連結されている。また、光ファイバ支持部１７にセルフォックコリメートレンズ１６が光ファイバ１のレーザ光の出射端面に対向して設けられており、光ファイバ１から出射されるレーザ光の光軸センターを基本軸とし、この軸を中心に垂直な面になるように、セルフォックコリメートレンズ１６が配置されている。
【００５３】
ＬＤ励起ヘッド９において、ホルダ１４の中心軸上にはレーザ励起媒体２０が設けられており、このレーザ励起媒体２０とホルダ１４の中心孔との空間が水路２１となり、ＬＤダイレクトヘッド８とＬＤ励起ヘッド９とを、Ｏリング２５を介して連結した場合、基本軸上にレーザ励起媒体２０が配置され、レーザ励起媒体２０の一方の端面がセルフォックコリメートレンズ１６に対向する。ＬＤ励起ヘッド９本体を中心軸に対して垂直方向の断面を想定した場合、内部が４分割されており、対角の２つが支持部、他の対角の２つが水路２１となる。なお、前記支持部はステンレス等の剛体によって構成されている。また、レーザ励起媒体２０の支持部にスパイラル状に凹部を形成し、この凹部を水路２１とするように構成しても良い。
【００５４】
レーザ励起媒体２０としてはＹＡＧやＹＡＰ，ＹＶＯ４等が適用され、セルフォックコリメートレンズ１６に対向するレーザ励起媒体２０の端面は、基準軸に対して面垂直な鏡面となっている。この端面には、水と反応しにくくしかも水中の発振波長にて全反射するＨＲコートがイオンアシスト法によって強化して膜付けされている。このＨＲコートに対してさらに耐久性・長寿命を要求する場合には、上から水とより反応しにくい水中の発振波長によって励起するＬＤ波長に対して透過性を有する防水強化膜によって補強すると良い。
【００５５】
また、ホルダ１４の中心孔は、ＬＤダイレクトヘッド８側の口径よりも波長変換ヘッド１０側の口径の方が大きくなるように緩やかに口径を変化させている。そのため、ＬＤダイレクトヘッド８とＬＤ励起ヘッド９との連結部分にはノズル部１９が形成されるようになる。
【００５６】
波長変換ヘッド１０において、ホルダ１５にはレーザ結晶２２が中心軸上に設けられており、レーザ結晶２２とホルダ１５の中心孔との空間が水路２１となる。この水路の出口がホルダ１５の側面部に形成されており、前記出口に配管コネクタ２４が設けられている。そして、ＬＤ励起ヘッド９と波長変換ヘッド１０とを、Ｏリング２５を介して連結した場合、水路２１と水路２３が連結されるとともに、基本軸上にレーザ結晶２２が配置され、レーザ結晶２２の端面がレーザ励起媒体２０の他方の端面に対向する。そのため、後に詳述するが、配管コネクタ１２から冷却水がＭＬＦレーザヘッド６に供給された場合、冷却水は、セルフォックコリメートレンズ１６、レーザ励起媒体２０およびレーザ結晶２２を水没させて配管コネクタ２４から排出される。波長変換ヘッド１０本体を中心軸に対して垂直方向の断面を想定した場合、ＬＤ励起ヘッド９本体と同様に内部が４分割されており、対角の２つが支持部、他の対角の２つが水路２１となる。なお、前記支持部はステンレス等の剛体によって構成されている。また、レーザ結晶２２の支持部にスパイラル状に凹部を形成し、この凹部を水路２１とするように構成しても良い。
【００５７】
また、レーザ励起媒体２０の他方の端面にはＡＲコートの膜が形成されておらず、レーザ励起媒体２０と水没させた場合に波長変換ヘッド１０のレーザ結晶２２とは、冷却水にてオプチカルコンタクトされるようになり、冷却水がＡＲコートの代用となる。なお、レーザ励起媒体２０およびレーザ結晶２２を水没させた際に、レーザ励起媒体２０の他方の端面が水没しないような構成であれば、イオンアシスト法によってＡＲコートを形成すると良い。
【００５８】
波長変換ヘッド１０におけるＬＤ励起ヘッド９の反対側には出力ヘッド１１が配置され、波長変換ヘッド１０のホルダ１５におけるＬＤ励起ヘッド９との対向面の反対側の端面は、基本軸に対して垂直になるように研磨されており、このホルダ１５の反対側端面には基準軸を中心に２分配された位置にタップ穴２６が形成されている。
【００５９】
出力ヘッド１１は出力ミラー３０、出力ミラー保持体３１を備えており、この出力ミラー保持体３１は、タップ穴２６，２６に対応させて細ピッチでかつ頭付きの押しねじ３２，３２によって、波長変換ヘッド１０に取り付けられる。また、出力ミラー保持体３１における基準軸を中心に９０°方向でかつ点対象に４分配された位置において、１組の対角位置には押しねじ３２が設けられるが、残る２分配された位置の一方には、プッシュ・プルの球面細目ネジである細ピッチセットビス３３が設けられ、他方にはボールプランジャ３４がばね３５を介して設けられる。
【００６０】
そして、押しねじ３２に対応してボールプランジャ３４と細ピッチセットビス３３との押合いバランスによって出力ミラー３０面の基準軸に対する傾きが調整される。具体的には、出力ミラー保持体３１にボールプランジャ３４と押しねじ３２を配置しておき、出力ミラー３０とレーザ励起媒体２０の全反射コート面とを平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように押しねじ３２、細ピッチセットビス３３とを回転させて、先端が球状のボールプランジャ３４を揺動させることにより調整する。このような調整機構により、波長変換ヘッド１０に対してばね３５による加圧以外はかからないようになるため、ねじの締め付け力によるクリープが生じないようになる。
【００６１】
次に、冷却動作について説明する。
【００６２】
配管コネクタ１２から供給された冷却水は、光ファイバ１の光軸に沿って流れるようになり、レーザ励起媒体２０の端面に向けて放射される。この時、ＬＤダイレクトヘッド８の水路１８はＬＤ励起ヘッド９側に向かって細くなっており、ノズル状に形成されているため、レーザ励起媒体２０の端面にはジェット噴流が放射されて直接冷却される。レーザ励起媒体２０の端面の冷却後の冷却水は、レーザ励起媒体２０の側面を通って水冷した後、さらにレーザ結晶２２を直接冷却しながら排出される。なお、セルフォックコリメートレンズ１６と光ファイバ１との間に空間を設け、この空間に冷却水を通すようにしても良い。
【００６３】
次に、ＭＬＦレーザヘッドの動作について説明する。
【００６４】
光ファイバ１から出射されたレーザ光は、セルフォックコリメートレンズ１６によって光ファイバ１の径の２倍以下のビームサイズなるコリメート光に変換しておく。そして、このコリメート光がレーザ励起媒体２０のＨＲコートされた端面に照射され、ＬＤ励起光となり、出力ヘッド１１をから励起されたレーザ光が出力される。
【００６５】
基本波にてＬＤ励起を行う場合には２つの方法がある。すなわち、冷却水を供給する場合としない場合であり、冷却水を供給しない場合には、ＬＤ励起ヘッド９に対して出力ヘッド１１を直接連結して、励起レーザを出力させる。冷却水を供給する場合には、レーザ結晶２２が外されている波長変換ヘッド１０をＬＤ励起ヘッド９に連結し、さらに、この波長変換ヘッド１０に出力ヘッド１１を連結させる。なお、冷却水を供給する場合には排水穴を有する出力ヘッド１１を使用する必要がある。
【００６６】
高調波出力のＬＤ励起を行う場合は、４段目に出力ヘッド１１を配置し、３段目にレーザ結晶２２として非線形結晶を内蔵した波長変換ヘッド１０を配置し、レーザ結晶２２を水没させる。
【００６７】
短パルス出力のＬＤ励起を行う場合は、４段目に出力ヘッド１１を配置し、３段目にレーザ結晶２２としてＱ素子を内蔵した波長変換ヘッド１０を配置し、レーザ結晶２２を水没させる。
【００６８】
以上、本実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は、上述したものに限るものではない。例えば、図２に示す例では、光ファイバ１のセルフォックコリメートレンズ１６を接続したが、または光ファイバ１の出射端をレンズ加工して、光ファイバ径の２倍以下のビームサイズなるコリメート光に変換してもよい。また、このコリメート光は、ホモジナイザを介して均質ビームにし、ＬＤレーザ露光等のＬＤ直接加工に用いる他、ＬＤ励起を共用しても良い。
【００６９】
また、冷却媒体として水を使用したが、オイルであっても良い。
【００７０】
さらに、レーザ励起媒体２０レーザ結晶２２に対してのＨＲコートまたはＡＲコートを施す場合には、水と反応しにくい膜材料をイオンアシストコートした後にさらに平坦化処理することにより、緻密かつ強力な膜を形成することが可能になる。さらにより強固な膜が必要な場合は、結晶端面を予めサブミクロン以下の亜鉛メッキ処理、すなわちジントラプロセス等で結晶表面を亜鉛と結晶の結合体で光の波長より小さな凸凹を形成して、ＡＲないしＨＲコートを行うことにより、水分による剥離を防止し、波長シフトの影響を極力減らすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明のレーザ装置を有する加工装置を示す斜視図
【図２】本発明の第１実施形態としてのレーザ装置を示す上面図および側面図
【図３】従来のＹＡＧレーザの概観図
【図４】従来の端面励起型のレーザ装置の構成図
【符号の説明】
【００７２】
１  光ファイバ
２  ＬＤ電源
３  コントローラ
４  チラー内蔵筐体
５  ベース
６  ＭＬＦレーザヘッド
７  被加工物
８  ＬＤダイレクトヘッド
９  ＬＤ励起ヘッド
１０  波長変換ヘッド
１１  出力ヘッド
１２，２４  配管コネクタ
１３，１４，１５  ホルダ
１６  セルフォックコリメートレンズ
１７  光ファイバ支持部
１８，２１，２３  水路
２０  レーザ励起媒体
２２  レーザ結晶
２５  Ｏリング
２６  タップ穴
３０  出力ミラー
３１  出力ミラー保持体
３２  押しねじ
３３  細ピッチセットビス
３４  ボールプランジャ
３５  ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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