JPS6326290A

JPS6326290A - ガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPS6326290A
Application number: JP61168058A
Authority: JP
Inventors: Akira Aoyanagi; 青柳　章; Shigeru Kawaguchi; 川口　滋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1988-02-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は大出力ガスレーザ装置に係り、特に集光レンズ
の温度上昇を緩和したガスレーザ装置に関する。

（従来の技術）ＣＯ２レーザ加工機等の大出力ガスレーザ装置は、エネ
ルギーの高密度性、微小スポット、制御の容易性等の優
れた特徴を有することから、盛んに開発が進められてお
り、近年では、急速な性能の向上、用途の拡大、及び−
層の大出力化が実現されるに至っている。

この様な人出ノ〕ガスレーザ装置に使用されるガスレー
ザ発振器では、送風機によりレーザ媒質ガスを放電励起
部に高速循環させてグロー放電により励起し、レーザ媒
質ガスのガス流方向と直交する方向に光軸を有する光共
振器の作用でレーザ出力を取り出している。この種のガ
スレーザ発振器の例を第７図に示す。（東芝レビュー３
９巻２＠（１９８４）に示された方式）第７図に示す様に、レーザ風洞１の内部には放電励起部
２と熱交換器３及び送風機４がある。放電励起部２は、
複数個に分割したピン状陰極５とこれに対向配置した棒
状陽極６から成る放電部、及びこの電極間に循環させる
レーザ媒質ガスのガス流７の方向と直角方向に光軸を配
置した光共振器Ｆ３ａ、Ｆ３Ｔｏとで構成している。ま
た各ピン状陰極５にはグロー放電を並列して安定点弧さ
せるために抵抗性インピーダンス９を接続している。レ
ーザ媒質ガスとしては、例えば、ＣＯ２、Ｎ２、Ｈｅガ
スを含む混合ガスを約５０Ｔｏｒｒ程度の圧力で使用す
る。また、放電励起部を循環させるレーザｆｉＴｆ１ガ
スのガス流７の速度は数’ｌ　Ｏｍ／Ｓ程度である。

動作時においては、ガスレーザ発振器１０外部の電源１
１から上記抵抗性インピーダンス９を介しピン状陰極５
、棒状陽極５間に数１０００Ｖ以上の高電圧を印加して
第８図に示す様に両電極５゜６間にグ［１−放電１２を
発生させ、この放電エネルギーによってレーザ媒質ガス
を励起する。この時、光共振器Ｂａ、６ｂの作用により
レーザ発振が起こり、レーザ媒質ガスのガス流７方向及
び放電方向と直角方向にレーザ光１３が出力される。

第９図は、以上の様なガスレーザ発振器を使用したガス
レーザ装置の要部を示す図である。同図において、ガス
レーザ発振器１０から出力されたレーザ光１３は、反射
鏡１４、集光レンズ１５を経て対象物（例えば、加工機
においては加工物）１６に照射される。なお、図中１７
はレンズの冷却手段を兼ねたレンズ支持体、１８はガイ
ドである。

ところで、数ＫＷ以上に及び大出力ガスレーザ装置にお
いては、レーザ光１３は集光レンズ１５による収束以前
の段階ですでに相当な光エネルギー密度となる。従って
、レーザ光１３の光路に配置される反射鏡１４、集光レ
ンズ１５等の光学部品は、相当な孔エネルギーのレーザ
光１３で照射されるため、これらの光学部品にいかに吸
収率の小さな材料を使ったとしても、その莫大な温度上
昇は避けられない。特に、その背面全体で冷却可能な反
射鏡１４に比べ、集光レンズ１５は、レンズ支持体１７
によってわずかにその外縁部を冷却できるのみであるた
め、過度の湿度上昇の恐れが極めて大きい。従って、大
出力のレーザ光１３の長時間照射を行った場合等には、
集光レンズ１５の熱ひずみによって焦点が変化し、その
結果レーザ出力が低下してしまったり、また、集光レン
ズ１５の焼損等、種々の不具合を招く恐れがある。

そこで、この様な過度の温度上昇を防止する一つの手段
として、レーザ照射時間を制限し、冷却のために一定時
間発搬を休止することが考えられるが、この場合には、
ガスレーザ装置の可動率が大幅に低下してしまう。

（発明が解決しようとする問題点）上記の様に、従来のガスレーザ装置には、集光レンズの
温度上昇により、焦点が変化したり、レンズが焼損する
等の不都合を生じる恐れがめった。

本発明は、この様な問題点を解決するために提案された
ものでおり、その目的は、集光レンズの温度上背を緩和
することにより、焦点の変化やレンズの焼損等の不都合
をなくし、出力の安定化、信頼性の向上を果したガスレ
ーザ装置を提供することである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明によるガスレーザ装置は、集光レンズを複数個の
レンズから構成し、且つこれらのレンズを、光路と直交
する平面上にて水平移動可能に設けたことを特徴として
いる。

（作用）本発明は、以上の様な構成を有することにより、レンズ
を移動させることでレンズ表面に照射されるレーザ光の
エネルギーを分散できるため、集光レンズの温度上昇の
緩和を実現している。

（実施例）以下、本発明によるガスレーザ装置の実施例を図面を参
照して具体的に説明する。なお、第９図に示した従来例
と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。

■第１実施例本実施例の構成第１図に示す実施例は、集光レンズを２個の円筒レンズ
２１．２２から構成し、この円筒レンズ２１．２２を直
交配置したものである。各円筒レンズ２１．２２は、そ
れぞれアーム２３．２４によりアクチュエータ２５．２
６に連結され、レーザ光１３と交わる範囲内で矢印２７
．２８の方向に往復動する様になっている。なお、矢印
りはレーザ光１３の進行方向である。

本実施例の作用次に本実施例の作用を説明する。

まず、一方の円筒レンズ２１を通過したレーザ光１３は
、第２図に示す様に、想定のスクリーン２９上に一つの
焦点（線）３０を結ぶ。この関係は、円筒レンズ２１が
長手方向に移動しても、レーザ光１３の光束が、円筒レ
ンズ２１上におる限り、保たれる。

また、以上のことは他方の円筒レンズ２２についても全
く同様である。

従って、２個の円筒レンズ２１．２２を適当な位置関係
において正しい焦点を結ぶ様に設計、配置すれば、１個
の凸レンズと同様、規定位置に焦点を結ぶことができる
。即ち、第１図の構成°を有する本実施例において、以
上の様に設計配置すれば、設定位置に焦点を結びながら
、しかもアクチュエータ２５．２６で円筒レンズ２１．
２２を往復動作させることにより、レーザ光１３のエネ
ルギーを円筒レンズ２１．２２の全長に渡って分散させ
られる。

この様に、本実施例によれば、従来の固定型のレンズに
おいて集中しがちであったレーザ光のエネルギーを分散
できるため、長時間のレーザ照射を行っても、円筒レン
ズ２１．２２の温度上昇が緩和され、熱ひずみによる焦
点の変化や焼損等の不都合を防止できる。従ってレーザ
出力の安定化及び装置の信頼性の向上を実現できる。

なお、本実施例において、円筒レンズの寸法や駆動方法
等は適宜選択可能である。

■第２実施例本実施例の構成第３図に示す実施例は、集光レンズを、３個の凸レンズ
３１〜３３から構成し、これらの凸レンズ３１〜３３を
レンズ支持体３４にて一列且つ一体に連結固定して集光
レンズ体３５を構成し、この集光レンズ体３５を、アー
ム３６を介してアクチュエータ３７に連結している。そ
して、アクチュエータ３７は、各凸レンズ３１〜３３を
レーザ光１３の光路で市るガイド１８上に交互に移動ざ
ゼる様に、その動作を設定されている。なお、図中矢印
３８は、集光レンズ体３５、即ち凸レンズ３１〜３３の
動作方向を示しており、また、第４図は本実施例の要部
を示す平面図である。

本実施例の作用本実施例は以上の様な構成を有することにより、一定量
又は一定時間の照射の後に適宜アクチュエータ３７によ
り集光レンズ体３５、即ち凸レンズ３１〜３３を移動さ
せ、ガイド１８上の凸レンズを交換することができる。

従って、例えば、一定のエネルギー量を有するレーザ照
射を一定時間行った場合、本実施例における各凸レンズ
３１〜３３の各照射時間（照射エネルギー量）は単一の
集光レンズ１５の３分の１となり、温度上昇を効果的に
緩和できる。従って前記実施例と同様の効果を得られる
。

また、本実施例においては、以下に述べる理由により可
動率を向上できるという効果も得られる。

即ち、従来のガスレーザ装置においては、温度上昇を抑
えるために短時間のレーザ照射の後、充分な休止冷却時
間を確保することでレンズを初期温度に戻し、これを１
照射サイクルとしてレーザ照射を行う方法が採られてい
るが、この駆動方法においでは、第５図（Ａ＞に示す様
に、照射時間Ｔ１に比べ休止時間Ｔ２がはるかに長くな
るため、可動率が低下する問題がおる。なお、第５図（
Ａ＞において、４１はレーザ照射の有無（ＯＮｌｏＦＦ
＞、４２はレンズ表面の温度を示しており、また、Ｔは
１照射サイクル時間、Ｔ１はレーザ照射時間、Ｔ２は休
止時間である。同図に示す様に、レンズ表面の温度４２
はレーザ照射により急激に上昇し、照射の休止により徐
々に下降して初期温度に戻る。

また、第５図（Ｂ）は、本実施例において、第５図（Ａ
＞と同様の関係を示すグラフでおる。即ち、本実施例に
おいては、凸レンズ３１〜３３を順次切換えて使用する
ため、各レンズごとの１照射サイクル時間は従来同様下
でおるが、全体としての１照射サイクル時間はＴの１／
３のＴ３となる。従って、各レンズあたりの照射時間は
、従来同様Ｔｚであるから、各レンズ表面温度４２ａ〜
４２Ｇの変化は従来と同様でおる。

従って、本実施例によれば、レンズの温度上昇を緩和で
きる一方、一定の時間内において、従来に比べ３倍の照
射時間を確保でき、換言すれば、ガスレーザ装置の能力
としての可動率を３倍に向上できるという効果も得られ
る。

＊他の実施例なお、本実施例の変形例としては、第６図に示す様に、
シャフト４３により回転する円板状のレンズ支持体４４
を設け、このレンズ支持体４４上に凸レンズ４５〜４７
を配置する様な構成等が可能である。なお、図中４８は
シャフト４３に連結され、同シャフト４３を回転させる
アクチュエータである。

また、凸レンズの数は３個に限らず最低限２個以上であ
れば、何個でも同様の効果を１ワられる。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明によれば、集光レンズを複数
個の移動可能なレンズにて構成することにより、レンズ
に照射されるレーザ光のエネルギーを分散して、集光レ
ンズの温度上昇を緩和できるため、レーザ出力を安定化
し、信頼性を向上した優れたガスレーザ装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明によるガスレーザ装置の第
１実施例を示す斜視図、第３図及び第４図は、第２実施
例を示す側面図と要部平面図、第５図（Ａ＞（Ｂ）はレ
ーザ照射状態とレンズ表面温度との経時的関係を示すグ
ラフ、第６図は第２実施例の変形例を示す要部平面図、
第７図及び第８図は従来のガスレーＩＪ’装置に使用さ
れるガスレーザ発振器を示す斜視図、第９図は従来のガ
スレーザ装置を示す側面図である。１０・・・ガスレーザ発振器、１３・・・レーザ光、１
４・・・反射鏡、１５・・・集光レンズ、１６・・・対
象物、１７．３４．４４・・・レンズ支持体、１８・・
・ガイド、２１．２２・・・円筒レンズ、２３，２４，
３６・・・アーム、２５．２６．３７・・・アクチュエ
ータ、３１〜３３．４５〜４７・・・凸レンズ。趣、／第３図第４図ＴＩＭＥ−チｊ１５ｍ（Ａ）ＴＩＭＥ　−〉第　５　　ＷＡ　　（Ｂ）第６図６Ｑ第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＣＯ＿２等を含むレーザ媒質ガスを封入したガス
レーザ発振器の内部で発振させたレーザ光を、ガスレー
ザ発振器の外部に出力し、反射鏡、集光レンズを介して
対象物に照射するガスレーザ装置において、前記集光レンズを複数個のレンズから構成し、且つこれ
らのレンズを、レーザ光の光路と直交する平面上にて水
平移動可能に設けたことを特徴とするガスレーザ装置。
（２）集光レンズを、複数個の凸レンズを光路と直交す
る平面上に配置し一体化した集光レンズ体とし、且つこ
の集光レンズ体を直線駆動又は回転駆動することにより
、各凸レンズを交互に光路上に移動させるものとした特
許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
（３）ＣＯ＿２等を含むレーザ媒質ガスを封入したガス
レーザ発振器の内部で発振させたレーザ光を、ガスレー
ザ発振器の外部に出力し、反射鏡、集光レンズを介して
対象物に照射するガスレーザ装置において、前記集光レンズを、２個の円筒レンズを直交配置して構
成し、且つ各円筒レンズを、光路と交わる範囲内におい
てそれぞれ長手方向に往復動させるものとしたガスレー
ザ装置。