特許 6458275 レーザー装置及びレーザー発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6458275

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】レーザー装置及びレーザー発振器

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/097 20060101AFI20190121BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/097 A

   H01S3/00 B

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-110746(P2014-110746)

(22)【出願日】2014年5月29日

(65)【公開番号】特開2015-225983(P2015-225983A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】514135111

【氏名又は名称】マイクロプロセス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137394

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】宮岸 喜幸

(72)【発明者】

【氏名】小関 良治

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−００７６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０５６０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２５１７６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のユニットと、
前記第１のユニットに対して着脱自在に接続される第２のユニットと
を有し、
前記第１のユニットは、
レーザー発振器と、
前記レーザー発振器に電力を供給する蓄電部と
を含み、
前記第２のユニットは、
前記レーザー発振器にレーザーガスを供給するためのガス供給部と、
前記蓄電部に電力を供給する電力供給部と
を含む
レーザー装置。

【請求項2】

前記第１のユニットは、
少なくとも前記レーザー発振器を制御する第１の制御部
をさらに含み、
前記第２のユニットは、
少なくとも前記ガス供給部を制御する第２の制御部
をさらに含む
請求項１に記載のレーザー装置。

【請求項3】

前記第１のユニットは、
スパークギャップスイッチと、
レーザーガスが充填されたレーザーガスチャンバと
をさらに有し、
前記レーザーガスチャンバは、前記スパークギャップスイッチとガスを共用できるように前記スパークギャップスイッチに連結されている
請求項２に記載のレーザー装置。

【請求項4】

前記レーザーガスチャンバ内でレーザー光を発生させるための主放電電極と、
前記主放電電極間に電荷を充電する主放電用キャパシタと、
前記主放電電極間を予備電離するための予備放電電極と、
前記予備放電電極間に電荷を充電する予備放電用キャパシタと、
前記予備放電用キャパシタに接続された抵抗器と
をさらに有する
請求項３に記載のレーザー装置。

【請求項5】

共振器ミラー間の間隔を既定の距離に維持する離間部材
をさらに有し、
前記離間部材は、ソーダガラスで構成されている
請求項４に記載のレーザー装置。

【請求項6】

前記第１ユニットを移動させるための車輪と、
前記レーザー発振器で生成されたレーザー光を照射する照射口と、
前記照射口を移動させるマニピュレータと
をさらに有する請求項５に記載のレーザー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー装置及びレーザー発振器に関する。

【背景技術】

【0002】

モバイル機器に使われる小型精密金型は、耐久性を保つために細部にわたり熱処理を行っている。これによる形状変化は、ゼロディストーションである超低歪が必要とされる。
上記の要求を満たすには、パルス動作により短時間で金型表面を急速加熱しその後、拡散冷却により急冷することにより高い硬度と強度を兼ね備えた焼入れを実現できる。また、パルスのショット数を変えることにより高精度の温度制御が可能となる。よって、これに適合するレーザーは、高い吸収特性を持ち照射面に均一な硬化層深さの制御性と加工領域を持ち、省エネルギーを満たすＴＥ−ＣＯ２レーザー装置を上げることができる。
なお、特許文献１には、ハロゲン発生器を単体で着脱可能としたエキシマレーザ装置のガス供給装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−１１６２１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

小型化したレーザー装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るレーザー装置は、第１のユニットと、前記第１のユニットに対して着脱自在に接続される第２のユニットとを有し、前記第１のユニットは、レーザー発振器と、前記レーザー発振器に電力を供給する蓄電部とを含み、前記第２のユニットは、前記レーザー発振器にレーザーガスを供給するためのガス供給部と、前記蓄電部に電力を供給する電力供給部とを含む。

【0006】

好適には、前記第１のユニットは、少なくとも前記レーザー発振器を制御する第１の制御部をさらに含み、前記第２のユニットは、少なくとも前記ガス供給部を制御する第２の制御部をさらに含む。

【0007】

好適には、前記第１のユニットは、スパークギャップスイッチと、レーザーガスが充填されたレーザーガスチャンバとをさらに有し、前記レーザーガスチャンバは、前記スパークギャップスイッチとガスを共用できるように前記スパークギャップスイッチに連結されている。

【0008】

好適には、前記レーザーガスチャンバ内でレーザー光を発生させるための主放電電極と、前記主放電電極間に電荷を充電する主放電用キャパシタと、前記主放電電極間を予備電離するための予備放電電極と、前記予備放電電極間に電荷を充電する予備放電用キャパシタと、前記予備放電用キャパシタに接続された抵抗器とをさらに有する。

【0009】

好適には、共振器ミラー間の間隔を既定の距離に維持する離間部材をさらに有し、前記離間部材は、ソーダガラスで構成されている。

【0010】

好適には、前記第１ユニットを移動させるための車輪と、前記レーザー発振器で生成されたレーザー光を照射する照射口と、前記照射口を移動させるマニピュレータとをさらに有する。

【0011】

また、本発明に係るレーザー発振器は、スパークギャップスイッチと、レーザーガスが充填されたレーザーガスチャンバとを有し、前記レーザーガスチャンバは、前記スパークギャップスイッチとガスを共用できるように前記スパークギャップスイッチに連結されている。

【0012】

また、本発明に係るレーザー発振器は、レーザーガスチャンバ内でレーザー光を発生させるための主放電電極と、前記主放電電極間に電荷を充電する主放電用キャパシタと、前記主放電電極間を予備電離するための予備放電電極と、前記予備放電電極間に電荷を充電する予備放電用キャパシタと、前記予備放電用キャパシタに接続された抵抗器とを有する。

【0013】

また、本発明に係るレーザー発振器は、共振器ミラーと、前記共振器ミラー間の間隔を既定の距離に維持する離間部材とを有し、前記離間部材は、ソーダガラスで構成されている。

【発明の効果】

【0014】

レーザー装置を小型化し、使い勝手を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】レーザー加工装置１の全体構成を模式的に例示する図である。

【図2】第１ユニット１０及び第２ユニット２０に搭載された機器又は機能を説明する図である。

【図3】レーザー発振器１０８の一部を模式的に説明する図である。

【図4】第１ユニット１０における電気回路及びチャンバを模式的に例示する図である。

【図5】本例のチャンバと、比較例のチャンバとを模式的に表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、レーザー加工装置１の全体構成を模式的に例示する図である。なお、本例では、レーザー加工装置１が、小型精密金型の微小熱処理や樹脂残渣クリーニングに用いる超小型ＴＥ−ＣＯ２レーザー装置である場合を具体例として説明するが、これに限定されるものではない。
図１に例示するように、レーザー加工装置１は、第１ユニット１０と、第２ユニット２０とを有する。第１ユニット１０は、第２ユニット２０に対して、図中の着脱面において着脱自在に接続されている。
第１ユニット１０は、第１ユニットの筐体である第１筐体１００と、この第１筐体１００の上方に接続されたマニピュレータ１０２と、第１筐体１００の底面を移動可能に支持するキャスター１０４とを有する。マニピュレータ１０２の先端には、レーザー発振器（後述）により発生させたレーザー光を照射するための照射口が設けられている。作業者は、第１ユニット１０を移動させ、さらにマニピュレータ１０２を動かすことにより、作業対象位置にレーザー光を照射することができる。
第２ユニット２０は、第２ユニットの筐体である第２筐体２００と、第２筐体２００の底面を固定支持する固定脚２０２とを有する。

【0017】

図２は、第１ユニット１０及び第２ユニット２０に搭載された機器又は機能を説明する図である。
図２に例示するように、第１ユニット１０には、レーザー発振器１０６、高圧電源１０８、蓄電池１１０及び第１制御部１１２が設けられている。
第１ユニット１０において、レーザー発振器１０６は、第１ユニット１０の内部に設置され、レーザー加工に用いる赤外レーザー光を発生させる。より具体的には、レーザー発振器１０６は、第１ユニット１０が第２ユニット２０から外されているときに、レーザーガスチャンバ（後述）内で放電させ、レーザー光を発生させる。
高圧電源１０８は、蓄電池１１０から供給される電力を、高電圧の電力に変換し、レーザー発振器１０６に供給する。
蓄電池１１０は、第２ユニット２０の電力供給部２１０から供給された電力を蓄電し、蓄電した電力を高圧電源１０８に供給する。
第１制御部１１２は、蓄電池１１０からの電力で動作し、少なくともレーザー発振器１０６を制御する。

【0018】

また、第２ユニット２０には、ガス供給部２０８、電力供給部２１０及び第２制御部２１２が設けられている。
第２ユニット２０において、ガス供給部２０８は、第１ユニット１０が第２ユニット２０と接続しているときに、レーザー発振器１０８にガスを供給する。より具体的には、ガス供給部２０８は、窒素と二酸化炭素の混合乾燥ガスを、レーザー発振器１０８に供給すると共に、レーザーガスチャンバ（後述）内の減圧処理又は加圧処理を行う。
電力供給部２１０は、第１ユニット１０が第２ユニット２０と接続しているときに、蓄電池１１０に電力を供給する。より具体的には、電力供給部２１０は、外部電源から供給される電力を、蓄電池１１０に蓄電させる。
第２制御部２１２は、少なくとも電力供給部２１０を制御する。第２制御部２１２は、第１制御部１１２と協働して、装置全体を制御する。

【0019】

レーザー発振器１０８では、主放電用キャパシタ（後述）に充電し、これを短時間で放電することにより高ピークパワーのレーザーを取り出すことができる。しかし、この放電は、高い電磁波を周囲に放射やケーブルを介して伝播し制御機器の誤動作や破壊を誘発させる虞があった。そこで、上記のように、第２制御部２１２の制御系と、レーザー発振器１０８との電気系統を蓄電池１１０にて完全に分離することにより、電気ケーブル等を伝播してくる電磁ノイズを遮断できかつ、安価に実現できる。

【0020】

図３は、レーザー発振器１０８の一部を模式的に説明する図である。
図３に例示するように、レーザー発振器１０８は、レーザーガスが充填されるレーザーガスチャンバ１２０と、レーザーガスチャンバ１２０の両端に配置された２つのミラーホルダ１２２と、それぞれのミラーホルダ１２２により保持されている共振器ミラー１２４と、共振器ミラー１２４の間を既定の距離で離間させる離間部材１２６とを有する
離間部材１２６は、ソーダガラスで構成された棒状部材である。
レーザー発振を安定して発振するためには、共振器ミラー１２４の間をミクロンオーダーで一定の間隔に維持する必要があり、インバー材（鉄系の材料）で構成された共振器ロッドを使うのが一般であった。しかし、重くさびやすいのが欠点であり、近傍に高電圧の供給ラインが通るため電気絶縁性も必要となる。そこで、熱膨張係数が同等で且つ比重が半分以下の絶縁材料であるソーダガラスロッドを離間部材１２６の材料として採用し大幅な小型化を実現できた。

【0021】

図４は、第１ユニット１０における電気回路及びチャンバを模式的に例示する図である。
図４に例示するように、第１ユニット１０には、レーザーガスチャンバ１２０内でレーザー光を発生させるための主放電電極１３０と、スパークギャップスイッチ電極１３２と、主放電電極１３０間を予備電離するための予備放電電極１３４と、主放電電極１３０間に電荷を充電する主放電用キャパシタ１３６と、予備放電電極１３４間に電荷を充電する予備放電用キャパシタ１３８と、予備放電用キャパシタ１３８に接続された抵抗器１４０と、スパークギャップスイッチ電極１３２が収容されるスパークギャップ用チャンバ１４２とが設けられている。

【0022】

抵抗器１４０が、リフレッシュ抵抗として機能することにより、主放電用キャパシタ１３６から予備放電用キャパシタ１３８に電荷移行により主放電電極１３０間に安定した放電が実現する。予備放電用キャパシタ１３８内部に電荷が残ると上記の電荷移行の際に発生する予備放電電極１３４間の放電が十分でないため主放電電極１３０間に安定放電を発生することはできない。そこに、抵抗器１４０がリフレッシュ抵抗として機能することにより、予備放電用キャパシタ１３８に残留する電荷を低減でき、また、スパークギャップの安定したスイッチにも寄与できる。

【0023】

図５は、本例のチャンバと、比較例のチャンバとを模式的に表す図である。
図５に例示するように、比較例では、主放電電極が収容されたレーザーガスチャンバと、スパークギャップスイッチ電極が収容されるスパークギャップ用チャンバとが互いに分離独立していた。比較例では、スパーギャップ用チャンバに乾燥空気を送込み安定したスイッチ放電を実現していた。しかし、このために外部に圧縮空気や乾燥空気を発生させる発生器等が必要になり小型化が難しい。これを改善するため、本例では、主放電電極１３０が収容されたレーザーガスチャンバ１２０と、スパークギャップスイッチ電極１３２が収容されるスパークギャップ用チャンバ１４２とを連結させて、レーザーガスがこれらのチャンバで共用されるよう構成した。レーザーガスは、安定した乾燥ガスであるため、小型化したスパークギャップ用チャンバとレーザーガスチャンバを連結することにより外部からのガス供給をすることなく安定したスイッチとして動作させることができる。レーザーガスチャンバ１２０とスパークギャップ用チャンバ１４２とを隣接させた場合には、チャンバ壁面の一部も共用させることができ、さらなる小型化も期待できる。

【0024】

以上説明したように、本例の小型化されたレーザー加工装置１によれば、精密な温度コントロール及び面均一なビームモードが可能であることに加え、可搬性が向上し、広い応用範囲（例えば、樹脂成形時に発生する金型表面の微小残渣除去クリーニング用レーザー光源、ＣＦＲＰ・ＣＦＲＴＰの積層時の接着前表面の粗化処理用レーザー光源、レーザー誘起プラズマ分光装置用レーザー光源、コンクリート構造物の検査診断の探傷装置用レーザー光源など）が期待できる。

【符号の説明】

【0025】

１…レーザー加工装置
１０…第１ユニット
２０…第２ユニット
１０６…レーザー発振器
１１０…蓄電池
１１２…第１制御部
１２０…レーザーガスチャンバ
１２６…離間部材
１３２…スパークギャップ用チャンバ
１４０…抵抗器
２０８…ガス供給部
２１０…電力供給部
２１２…第２制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】