JP4965466B2 - レーザ発振器 - Google Patents
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Description
ー82の倣い変形を防止している。なお、81はレーザ光、84は支持台、86は取付ネジ、87,88は調整用ネジ、89は冷却水通路、90は防塵用部材である。また、図14の共振器においても、特許文献2に開示された超高精度平面加工を、ミラー冷却板55,56のミラー接触面側に施し、ミラーの倣い変形を低減することが、一般的になされている。
点接触しているため、伝熱面積が非常に小さく、レンズ97の冷却性能が不足する。また、光学素子がZnSe等の比較的柔らかい材質の場合、突起部95周辺に集中する応力によって、凹んだり、屈折率が部分的に変化したりするため、光学的に有効な領域(例えば光ビームが通過する領域)と3点接触の突起部分を離す必要があり、結果的に光学素子の直径が大きくなり、大幅なコストアップとなる。
図1はこの発明の実施の形態1によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のB−B断面図、その(b)は(a)のA−A断面図である。ミラー3は冷却フランジ4の面8に当接され、冷却フランジ4の面8は平面度1μm以下の超高精度加工が施されている。冷却フランジ4は小さな部品のため、加工装置の制約を受けずに容易に超高精度平面加工ができる。また、超高精度平面加工は、部品の最も高い面しか加工できないが、冷却フランジ4の加工面8は最も高い面のため加工は可能である。7はOリングである。
図4は実施の形態2によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のD−D断面図、その(b)は(a)のC−C断面図である。なお、各図を通じて、同一符号は同一または相当部分を示す。実施の形態1のOリング7に代わって、コイルバネ10を介してフランジ押さえ1でミラー3を冷却フランジ4にお押圧するようにしたものである。
図5は実施の形態3によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のF−F断面図、その(b)は(a)のE−E断面図である。ミラー3を冷却フランジ4に押圧するのは、弾性部材ではなく、ボルト11でミラー3を冷却フランジ4に押圧するようにしたものである。フランジ押さえ1にねじ孔を加工しておき、ボルト11を締め付けることで、ミラー3を冷却フランジ4に押しつけている。
図6は実施の形態4によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のH−H断面図、その(b)は(a)のG−G断面図である。フランジ押さえ1とベース2との締結をボルト5ではなく、クランプ12(締結部材)で挟み込むようにしたものである。
図7は実施の形態5によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のJ−J断面図、その(b)は(a)のI−I断面図である。フランジ押さえ1と冷却フランジ4間の3ヶ所の突起13(13a,13b,13c)を冷却フランジ4側に設けたものである。また、冷却フランジ4とベース2間の3ヶ所の突起14(14a,14b,14c)を冷却フランジ4側に設けたものである。突起13、14はミラーが接触する面8よりも低くしている。超高精度平面加工は、最も高い面しか加工できないためである。
図8は実施の形態6によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のL−L断面図、その(b)は(a)のK−K断面図である。ミラー3にボルト11(11a,11b,11c)を通す孔を加工しておき、冷却フランジ4にネジ穴加工をしておく。ボルト11(11a,11b,11c)を締め付けることでミラー3を冷却フランジ4に押しつけている。また、突起6aとボルト5a,11a、突起6bとボルト5b,11b、突起6cとボルト5c,11cは、それぞれ冷却フランジの同一半径方向上に配置され、120°間隔で3半径方向に配置されている。
図9は実施の形態7によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のN−N断面図、その(b)は(a)のM−M断面図である。図9のレーザ発振器では、突起の先端面を球面状にしたものである。図10および図11は先端面が平面状と球面状の場合の接触状態を説明する図である。突起の先端面が平面状の場合は図10のように、加工誤差によって、フランジ押さえ21の突起22とベース25の突起24の先端平面と冷却フランジ23の平面との平行度にズレが生じる。このときF7とf7の間に最大で接触面先端の直径分のズレl3が発生し、冷却フランジにはF7×l3の大きさの曲げモーメントが作用する。その結果、冷却フランジ23及びミラーが変形することになる。
図12は実施の形態8によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のS−S断面図、その(b)は(a)のR−R断面図である。レーザ発振器内部の気密性を保つため、フランジ押さえ1と冷却フランジ4の間、冷却フランジ4とベース2の間にそれぞれOリング26,27を挟んだものである。この例では、Oリング26に対する第一のOリング溝はフランジ押さえ1側に設けている。Oリング27に対する第二のOリング溝はベース2側に設けている。しかし、Oリング溝は、冷却フランジ4側に設けてよい。Oリング26の第一のOリング溝の周囲面(フランジ押さえ1の面)とそれに対向する冷却フランジ4の面の間には隙間29を設けて、フランジ押さえ1と冷却フランジ4は突起6だけで接触している。Oリング27の第ニのOリング溝の周囲面(ベース2の面)とそれに対向する冷却フランジ4の面の間には隙間30を設けて、冷却フランジ4とベース2は突起9だけで接触している。
し、3点接触ではなくなるため、冷却フランジ4がフランジ押さえ1やベース2に倣い変形するが、隙間を設けることで、倣い変形を防止している。なお、隙間は、フランジ押さえ1やベース2の僅かな変形量より大きければよく、数十μm程度とした。これはOリングの線径に対して十分小さいため、圧力差によってOリングが溝からはみ出すことはない。
図13は実施の形態9によるレーザ発振器のミラーの取付け構造を示し、その(a)は(b)のU−U断面図、その(b)は(a)のT−T断面図である。実施の形態8をさらに改良して、ミラー3と冷却フランジ4の間にOリング28を加え、ミラー3の側面に冷却水の流路を作ることで、ミラー3の側面を直接水冷し冷却性能を向上させたものである。フランジ押さえ1と冷却フランジ4並びに冷却フランジ4とベース2との間のOリング26、27については、実施例8と同様に隙間29,30を設け、倣い変形を防止している。
3 ミラー 4 冷却フランジ
5 ボルト 6 フランジ押さえの突起
7 Oリング 8 超高精度平面加工面
9 ベースの突起 10 コイルバネ
11 ボルト 12 クランプ
13 冷却フランジのフランジ押さえ側突起
14 冷却フランジのベース側突起 15 冷却水路
23 冷却フランジ 24 ベースの突起
25 ベース 26 Oリング
27 Oリング 28 Oリング
29 隙間 30 隙間
31 貫通孔 51 全反射ミラー
52 拡大ミラー 53 ミラー押さえ
54 ミラー押さえ 55 ミラー冷却板
58 透過ミラー 59 レーザ媒質
60 アパーチャ 61 筐体
62 レーザビーム 63 レーザビーム
64 ボルト 65 Oリング
81 レーザ光 82 ミラー
83 ベンドブロック 84 支持台
85 ミラー取付用平面部 86 取付ネジ
89 冷却水通路 90 防塵用部材
91 保持部材(押環) 92 保持部材(押環)
93 湾曲面 94 湾曲面
95 突起部 96 鏡筒
97 レンズ
Claims (9)
- 光学素子を冷却フランジに当接して前記光学素子を冷却し、前記冷却フランジをフランジ押さえとベースで挟んで前記冷却フランジを固定するレーザ発振器において、
前記光学素子はミラー又はレンズであり、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジは両者のいずれかに設けた3カ所の突起で接触し、前記3カ所の突起は三角形の頂点に配置され、
前記冷却フランジと前記ベースは両者のいずれかに設けた3カ所の突起で接触し、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジが前記突起で接触する3点と前記冷却フランジと前記ベースが前記突起で接触する3点が互いに向かい合う位置に配置され、
前記冷却フランジを挟んだ前記フランジ押さえと前記ベースを締結部材で締結固定し、
前記6個の突起が接触する面は、前記締結部材による締結力の方向に垂直な位置関係にあることを特徴とするレーザ発振器。 - 光学素子を冷却フランジに当接して前記光学素子を冷却し、前記冷却フランジをフランジ押さえとベースで挟んで前記冷却フランジを固定するレーザ発振器において、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジは両者のいずれかに設けた3カ所の突起で接触し、前記3カ所の突起は三角形の頂点に配置され、
前記冷却フランジと前記ベースは両者のいずれかに設けた3カ所の突起で接触し、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジが前記突起で接触する3点と前記冷却フランジと前記ベースが前記突起で接触する3点が互いに向かい合う位置に配置され、
前記冷却フランジを挟んだ前記フランジ押さえと前記ベースを締結部材で締結固定すると共に、
前記フランジ押さえで前記光学素子を前記冷却フランジに押圧して前記光学素子を保持するようにしたことを特徴とするレーザ発振器。 - 前記フランジ押さえで前記光学素子を前記冷却フランジに押圧して前記光学素子を保持するようにしたことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振器。
- 前記フランジ押さえと前記冷却フランジが前記突起で接触する3点は正三角形の頂点に配置されるようにしたことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振器。
- 光学素子を冷却フランジに当接して前記光学素子を冷却し、前記冷却フランジをフランジ押さえとベースで挟んで前記冷却フランジを固定するレーザ発振器において、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジのいずれかに設けた第一Oリング溝にOリングを設けて、前記フランジ押さえと前記冷却フランジを前記Oリングによって気密保持すると共に、前記第一のOリング溝の周囲面と前記第一のOリンク溝の周囲面に対向する面との間に隙間を設け、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジは両者のいずれかに設けた3カ所の突起で接触し、前記3カ所の突起は三角形の頂点に配置され、
前記冷却フランジと前記ベースのいずれかに設けた第ニのOリング溝にOリングを設けて、前記冷却フランジと前記ベースを前記Oリングによって気密保持すると共に、前記第二のOリング溝の周囲面と前記第二のOリンク溝の周囲面に対向する面との間に隙間を設け、
前記冷却フランジと前記ベースは両者のいずれかに設けた3カ所の突起で接触し、
前記フランジ押さえと前記冷却フランジが前記突起で接触する3点と前記冷却フランジと前記ベースが前記突起で接触する3点が互いに向かい合う位置に配置され、
前記冷却フランジを挟んだ前記フランジ押さえと前記ベースを締結部材で締結固定するように構成されたことを特徴とするレーザ発振器。 - 前記フランジ押さえと前記冷却フランジのいずれかに設けた第一Oリング溝にOリングを設けて、前記フランジ押さえと前記冷却フランジを前記Oリングによって気密保持すると共に、前記第一のOリング溝の周囲面と前記第一のOリンク溝の周囲面に対向する面との間に隙間を設け、
かつ、前記冷却フランジと前記ベースのいずれかに設けた第ニのOリング溝にOリングを設けて、前記冷却フランジと前記ベースを前記Oリングによって気密保持すると共に、前記第二のOリング溝の周囲面と前記第二のOリンク溝の周囲面に対向する面との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振器。 - 3ヶ所の前記突起の先端面は球面状であることを特徴とする請求項1記載のレーザ発振器。
- 前記締結部材はボルトであり、前記冷却フランジを挟んだ前記フランジ押さえと前記ベースを、前記冷却フランジ外周の外側に配置される前記ボルトで締結するようにしたことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振器。
- 前記締結部材はボルトであり、前記冷却フランジには前記ボルトの直径より大きい貫通孔を設け、前記冷却フランジを挟んだ前記フランジ押さえと前記ベースを前記貫通孔を貫通する前記ボルトで締結するようにしたことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振器。
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