(57)【要約】【課題】ガスレーザ発振装置において、散乱光がレーザビーム中に混入することを抑制し、レーザビームの質を高める。【解決手段】エネルギーを与えて内部に配置したレーザ媒質を励起する放電管と、前記放電管で励起されたレーザ媒質から放出されるレーザ光の光軸上に配置した少なくとも一対のミラーと、前記ミラーを保持しかつ、アライメントの調整機構を有し、前記調整機構部に光軸方向に対する傾斜角のついた溝を設けた事を特徴とし、前記傾斜角は１５〜４５ｄｅｇｒｅｅとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生する複数の放電手段と前記複数の放電手段の光軸上に配された一対の光学手段と前記レーザ媒質を循環する送風手段を備え、前記光学手段の角度調整機構部に反射防止手段溝を設けたガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記反射防止手段溝は、鋭角な傾斜角度である請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記反射防止手段の溝の材質は光吸収材からなる請求項１または２のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記反射防止手段の溝の材質はアルミニウムからなる請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
前記反射防止手段の溝の表面はカーボンが付着した請求項４記載のガスレーザ発振装置。
【請求項６】
前記反射防止手段はセラミックからなる請求項１から４のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として板金切断用途に用いられるｋＷクラスのガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図２を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。
【０００３】
この図に於いて、１０１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、１０２、１０３は前記放電管周辺に設けられた電極である。１０４は前記電極に接続された電源である。１０５は前記電極１０２、１０３間に挟まれた放電管１０１内の放電空間である。
【０００４】
１０６は全反射鏡、１０７は部分反射鏡であり、この全反射鏡１０６、部分反射鏡１０７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。１０８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【０００５】
矢印１０９はレーザガス流を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。１１０はレーザガス流路であり、１１１および１１２は放電空間１０５における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１１３はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段１１３により放電空間１０５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１１０と放電管１０１は、レーザガス導入部１１４で接続されている。
【０００６】
１１８がスペーサ本体であり、従来技術においては、放電管の近傍に配置され散乱光を抑制するための溝が設けられている。
【０００７】
図５は従来の板金切断レーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図５を参照しながら従来のレーザ加工機を説明する。
【０００８】
この図に於いて、レーザビーム８は、反射鏡３１にて反射され、ワーク３２近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ３６内部に備えられた集光レンズ３５によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク３２に照射され、切断加工が行われる。ワーク３２は加工テーブル３７上に固定されており、駆動装置３３および数値制御装置３４によって、トーチ３６はワーク３２に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工が行われる。
【０００９】
以上が従来のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機の構成である。次にその動作について説明する。
【００１０】
送風手段１１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１１０を通り、レーザガス導入部１１４より放電管１内へ導入される。この状態で電源１０４に接続された電極１０２、１０３から放電空間１０５に放電を発生させる。放電空間１０５内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡１０６および部分反射鏡１０７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム１０８が出力される。このレーザビーム１０８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２５２３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この様な従来のガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。
【００１３】
上記従来のレーザ発振装置においては、光共振器内でのレーザ光共振の際、光軸１１５に対して平行な光のみが増幅されてレーザビーム１０８として取り出され事が理想であるが、実際には反射や回折によって、光軸１１５に対して平行でない散乱光１１７が発生してしまう。散乱光１１７がレーザビーム１０８に混入することにより、レーザビーム１０８の質が低下し、例えばレーザ切断を行う際に、切断速度が低下するなどの問題があった。
【００１４】
この問題を解決するための従来の取り組みとして、アパーチャと呼ばれる中空のスペーサ１１８を配置し、中空スペーサ１１８の内側面に溝を設けることによって散乱光を遮ることでレーザビーム１０８中に散乱光が混入することを抑制する試みもなされている。
【００１５】
しかしレーザ光は発振効率を上げるアライメントと呼ばれる角度調整が行われる。アライメントは出力鏡１０７と終段鏡１０６を保持しかつ、角度を調整する調整機構を有するホルダ１１６により調整される。従って機械部品からなる光軸１１５と出力鏡１０７と終段鏡１０６の角度が必ずしも直角になることがない。
【００１６】
前述したように、光共振器内でのレーザ光共振の際、光軸１１５に対して平行な光のみが増幅されてレーザビーム８として取り出されことが理想であるが、実際には反射や回折によって、光軸１１５に対して平行でない散乱光２１が発生してしまう。またこの回折や反射の角度はアライメントにより変わってしまうため、光軸調整の度合いや部品のバラツキなどにより散乱光を抑制する十分な効果を得ることはできなかった。
【００１７】
本発明は、上述のごとき問題を鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記問題点を解決するために、エネルギーを与えて内部に配置したレーザ媒質を励起する放電管と、前記放電管で励起されたレーザ媒質から放出されるレーザ光の光軸上に配置した少なくとも一対のミラーと、前記ミラーを保持しかつ、アライメントの調整機構を有し、前記調整機構部に光軸方向に対する傾斜角のついた溝を設けた事を特徴とし、前記傾斜角は１５〜４５ｄｅｇｒｅｅとし、前記調整機構部材質をアルミニウムとし、スペーサ表面にカーボンを蒸着したあるいは前記傾斜角のついた溝材質をセラミックとした事を特徴とするガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、散乱光がレーザビーム中に混入することを抑制し、レーザビームの質を高めることができる。これによりレーザ加工における切断速度の向上や、切断幅の減少などの加工性能向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例であり請求項１に関するガスレーザ発振装置の構成図
【図２】本発明の実施例であり請求項１から６に関するガスレーザ発振装置のスペーサ詳細図
【図３】同実施の形態における溝部の光軸方向に対する傾斜角と、レーザビーム中の散乱光の吸収量との関係図
【図４】同実施の形態におけるレーザ光量とレーザビーム中の散乱光の量との関係図
【図５】従来のガスレーザ加工機の構成図
【図６】従来のガスレーザ発振装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態である。この図に於いて、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２，３は前記放電管周辺に設けられた電極、４は前記電極に接続された電源、５は前記電極２，３間に挟まれた放電管１内の放電空間、６はほぼ全反射である終段鏡、７は部分反射である出力鏡であり、この全反射鏡６，部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【００２３】
９の矢印はレーザガスの流れる方向を示しており、１００〜２００Ｔｏｒｒ程度の圧力で、軸流型ガスレーザ発振器の中を循環している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１３はレーザガスを循環させるための送風機であり、この送風機１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。
【００２４】
出力鏡６および終段鏡７は角度調整機構を有するホルダ１６に固定されており、放電空間とパイプ１８で接続されている。ホルダ１６はレーザ出力を増幅させるためのアライメントと呼ばれる角度調整を行っており光軸１５に垂直かつ互いに平行に向き合うことで、最大のレーザ出力が得られる。
【００２５】
以上がガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【００２６】
送風機１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、レーザガス導入部１４より放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２，３から放電空間５に放電を発生させる。
【００２７】
放電空間５内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡６および部分反射鏡７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８が切断・溶接に代表されるレーザ加工等の用途に用いられる。
【００２８】
全反射鏡６および部分反射鏡７によって形成された光共振器の光軸１５上に沿って放電管１が配置され、放電管１は放電管固定ホルダ１９によって保持されている。
【００２９】
また、図２に示すように、角度調整機構を有するホルダ１６にはスペーサ１７が接続されており内側のスペーサ面２０には散乱光２１を防止するための溝が設けられている。
【００３０】
溝は散乱光２１を抑制する溝は角度調整機構を有するホルダ１６に取り付けられており、アライメントによる角度調整の影響を受けないため、散乱光の入射角度がずれることなく散乱光２１を抑制することができる。
【００３１】
図３に示すように散乱光２１を防止するための溝の光軸方向に対する傾斜角は、理論上鋭角であることが望ましい。本実施の形態においてはこの傾斜角は鋭角としているが、傾斜角が鋭角になるほど深さが必要になるため、部品の構成上１５〜４５ｄｅｇｒｅｅが最も好適である。
【００３２】
またスペーサ材質は、アルミニウムとし、表面に膜厚１０μｍ以上のカーボンを蒸着するとより一層効果的である。これは反射光を極力吸収し共振空間に戻ることを防ぐ役割をするものと思われる。蒸着膜厚が１０μｍ未満であると、回折現象により、効果が低減してしまう。
【００３３】
なお、スペーサ材質はセラミックでも効果的である。これはセラミック自体がレーザ光の吸収率が高いため、散乱光の吸収が効果的に行われるからである。
【００３４】
散乱光２１を抑制する溝は大出力になる程効果が高い。光共振空間における光の増幅は大出力になる程内部エネルギーは増大する。従ってこの中に存在する回折などによって発生する散乱光の量も増加する。
【００３５】
図４は入射するレーザ光量と散乱光２１の量を示したものである。モード形状を確認するにはアクリルなどにレーザ光を照射させるバーンパターンをとるのが一般的である。通常このモード形状は正規分布のような形をしており、傾きやフリンジのないものが望ましい。
【００３６】
散乱光２１が増加するとモード形状の中に顕著に表れ、フリンジなどのシワのようなものが発生する。本実施の形態は散乱光抑制のスペーサ１７が角度調整機構部に装着され為にこれまで取りきれなかった散乱光２１を確実に減衰させる機能がある。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、アライメントによる角度調整の影響を受けず散乱光を抑制することができるため、高品質のビームモードを得ることができる為、加工性能の高いレーザ発振装置およびガスレーザ加工機として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１    放電管
２    電極
３    電極
４    電源
５    放電空間
６    全反射鏡
７    部分反射鏡
８    レーザビーム
９    レーザガスの流れる方向
１０    レーザガス流路
１１    熱交換器
１２    熱交換器
１３    送風機
１４    レーザガス導入部
１５    光軸
１６    ホルダ
１７    スペーサ
１８    パイプ
１９    放電管固定ホルダ
２０    スペーサ内面
２１    散乱光
【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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