JP2000114623A - ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電によって発生したスパッタが、発振器
内部を高速で循環しているガス流によって全反射鏡及び
部分透過鏡に付着し、放電が不安定になって、レーザ出
力を低下させることを防止するガスレーザ装置を提供す
ること。 【解決手段】 ピン状の陽極の先端と全反射鏡又は部
分透過鏡との距離をレーザ共振器、ブロワ及び循環路内
に混在するスパッタが全反射鏡及び部分透過鏡に付着す
る量が減少する長さに放電管長を延長した放電管を備え
たレーザ共振器からなるガスレーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切断、溶接、穴あ
け等の加工作業に用いられるガスレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来のガスレーザ装置の構造を
示す一部断面正面図である。同図において、１ａ及び１
ｂは石英、強化ガラス等の電気絶縁材から形成された放
電管、２は放電管１ａ及び１ｂと同様の材質からなる絶
縁管、３は直流高電圧電源、４ａ及び４ｂはアルミ等の
導電材から形成された筒状のホルダ、５ａ及び５ｂは夫
々ホルダ４ａ及び４ｂ内に設けられた円筒形状の陰極、
６ａ及び６ｂは夫々放電管１ａ及び１ｂ内に設けられた
陽極であり、それぞれ直流高圧電源３に連結されてい
る。例えば、放電管１ａのＸ１側の端部には全反射鏡７
が設けられると共に、放電管１ｂのＸ２側の端部には部
分透過鏡８が設けられている。９はレーザ媒質ガスを循
環させるためのブロワ、１０ａは放電によって温度上昇
したガスの熱を除去するための電気的に接地された熱交
換器、１０ｂはブロワ９の圧縮熱によって温度上昇した
ガスの熱を除去するための熱交換器である。放電管１ａ
及び１ｂにはレーザ媒質ガスを循環させるための循環路
１１ａ及び１１ｂが連結されている。以上により構成さ
れるガスレーザ装置において、陽極６ａ、６ｂと陰極５
ａ、５ｂとの間に夫々高電圧を印加することによって、
陽極６ａと陰極５ａ及び陽極６ｂと陰極５ｂとの間に夫
々グロー放電２０が発生する。他方、ＣＯ２、Ｎ２、Ｈ
ｅ等からなるレーザ媒質ガスは、ブロワ９の稼働によっ
て夫々陽極６ａ、６ｂから陰極５ａ、５ｂに向かって図
１に示す矢印の方向に循環する。このようにグロー放電
を発生してレーザの励起が行われる。すなわち、全反射
鏡７と部分透過鏡８との間で繰り返して増幅された後、
レーザ光が部分透過鏡８を透過して外部に放出される。

【０００３】図２は図１の放電管１ｂと循環路１１ｂと
の接続部の部分拡大図であり、レーザ媒質ガスの流入部
分を示す。なお、図１の放電管１ａと、循環路１１ａと
の接続部も同様の構成である。

【０００４】銅等の導電材で形成された絞り管１３は、
放電管１ｂと循環路１１ｂとの接続境界に位置してい
る。ピン状の陽極６ｂは、尖頭状に形成された一端が放
電管１ｂ内に挿入されており、他端は絞り管１３に連結
されている。絞り管１３には、接続線１２が接続されて
おり、この接続線１２は柔軟材１４を貫通して、直流高
圧電源３に接続されている。すなわち、絞り管１３は柔
軟材１４に密着して覆われていて、陽極６ｂがレーザ媒
質ガスの流入部分において、安定するように絞り管１３
を介して固定されている。１５は循環路１１ｂの一部を
構成する銅等の導電材で形成された循環管体フランジで
ある。この柔軟材１４は、例えば、フッ素ゴム、シリコ
ンゴム等から形成されており、この柔軟材１４によって
循環管体フランジ１５と、放電管１ｂとが気密に連通さ
れている。そして、符号３０で示す柔軟材１４の一部
分、すなわち、絞り管１３と、循環管体フランジ１５と
の隙間を設けることによって、ブロワ９からの振動の伝
達を抑制して、放電管１ｂの破損を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１及び図
２に示される従来の装置では、陽極と陰極間、即ち５ａ
−６ａ及び５ｂ−６ｂ間のグロー放電によって発生した
電子及び陽イオンは高エネルギーとなって電子は陽極６
ａ、６ｂの先端に衝突し、陽イオンは陰極５ａ、５ｂに
衝突してスパッタが放出される。ここで図２の拡大図に
よって、陰極５ｂ及び陽極６ｂの近傍の放電状態を説明
する。

【０００６】図２において、陽極６ｂはピン状であり、
尖頭状に形成されている。陰極５ｂと陽極６ｂとの間に
高電圧を印加すると放電２０が発生して、陽極６ｂの先
端の突出部に電界の集中が起きる。このとき電子は放電
２０の内部を移動して、陽極６ｂの先端に衝突し、陽極
６ｂをスパッタリングする。陽極６ｂで発生したスパッ
タは高速で循環しているガス流によって、図２に示すよ
うに放電管１ｂの内壁に付着するか、又は内壁で反射し
た後、部分透過鏡８に付着することになる。

【０００７】同様に、図２に示すように陰極５ｂの端部
に電界の集中が起き陽イオンが衝突し、陽極６ｂの先端
から拡散されるスパッタよりも多くのスパッタが陰極５
ｂの端部から放出される。こうして放出されたスパッタ
は発振器内部を高速で循環しているガス流によって図１
及び図２に示す矢印の方向に流され、その一部が陽極６
ａ、６ｂ付近のレーザガス吹込み口から吹出されて、全
反射鏡７及び部分透過鏡８に付着する。

【０００８】図１の装置において、スパッタが全反射鏡
７及び部分透過鏡８に付着すると、この付着部でレーザ
光を吸収し熱を発生する。このため、全反射鏡７又は部
分透過鏡８が熱変形を起こしてレーザ出力を低下させ
る。このため、全反射鏡７及び部分透過鏡８を定期的に
補修する必要がある。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためのもので、レーザ出力の低下を可及的に小さくする
ことができ、かつメンテナンス周期の長いガスレーザ発
振器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のガスレーザ装置
は、全反射鏡７と部分透過鏡８との間に、電気絶縁材か
ら形成された放電管１ｃ、１ｄ及び絶縁管２と、上記放
電管１ｃ、１ｄと絶縁管２とを連接するホルダ４ａ、４
ｂと夫々ホルダ４ａ、４ｂ内に設けられた円筒形状の陰
極５ａ、５ｂと、夫々放電管１ｃ、１ｄ内に設けられた
陽極６ａ、６ｂとからなるレーザ共振器と、上記陰極５
ａ、５ｂと上記陽極６ａ、６ｂとの間に電圧を印加する
直流高圧電源３と、上記レーザ共振器にレーザ媒質ガス
を送風するブロワ９と、上記レーザ共振器及び上記ブロ
ワに連通されたレーザ媒質ガスの循環路１１ａ、１１ｂ
とからなるガスレーザ装置に適用される。

【００１１】請求項１に記載したガスレーザ装置は、後
述する図３及び図４に示すように、ピン状の陽極６ａ又
は６ｂの先端と全反射鏡７又は部分透過鏡８との距離を
上記レーザ共振器、ブロワ９及び循環路１１ａ、１１ｂ
内に混在するスパッタが上記全反射鏡及び上記部分透過
鏡に付着する量が減少する長さに放電管長を延長した放
電管１ｃ又は１ｄを備えたレーザ共振器からなるガスレ
ーザ装置である。

【００１２】請求項２に記載したガスレーザ装置は、放
電管１ｄ又は１ｃ内のピン状の陽極６ａ及び６ｂの先端
と全反射鏡７及び部分透過鏡８との間に、真空用グリー
スを放電管内径よりも大きく、かつ放電管外径よりも小
さくなるように放電管内の円周方向に被膜した請求項１
に記載のガスレーザ装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、図３に示
すように、ピン状の陽極６ａ又は６ｂの先端と全反射鏡
７又は部分透過鏡８との距離が大きくなるように、放電
管長をＸ１又はＸ２の方向に延長した放電管１ｃ又は１
ｄを備えたレーザ共振器からなるガスレーザ装置であ
る。以上のような構成から、図４に示すように、高電圧
を印加してグロー放電２０を発生させると、陰極５ｂの
端部及び陽極６ｂの先端からスパッタが拡散する。拡散
したスパッタは、発振器内を高速で循環しているガス流
によって同図に示す矢印の方向に流され放電管１ｄの内
壁に付着するか、又は内壁で反射することになるが、陽
極６ｂと部分透過鏡８との間で反射したスパッタは、陽
極６ｂと部分透過鏡８との距離が長いために、数回反射
を繰返した後、多くのスパッタが部分透過鏡８に到着す
ることなく放電管１ｄの内壁に付着する。そのため、部
分透過鏡８にスパッタが付着することを減小させること
ができる。

【００１４】

【実施例】図３は本発明の実施例を示すガスレーザ装置
を示す、一部断面正面図である。図４は図３の放電管１
ｄと循環路１１ｂとの接続部の部分拡大図であり、レー
ザ媒質ガスの流入部分を示す。以下、図３及び図４を参
照して本発明のガスレーザ装置について説明する。

【００１５】図３及び図４において、１ｃ、１ｄは石
英、強化ガラス等の電気絶縁材から形成された放電管、
５ａ及び５ｂは夫々ホルダ４ａ及び４ｂ内に設けられた
円筒形状の陰極、６ａ及び６ｂは夫々放電管１ｃ及び１
ｄ内に設けられた陽極であり、それぞれ直流高圧電源３
に連結されている。その他の構成は、図１及び図２に示
した構成と同様であり説明を省略する。

【００１６】本発明のガスレーザ装置は以上のように構
成されており、図４に示すように、陽極６ｂと陰極５ｂ
との間に図３に示した高電圧電源３によって高電圧を印
加してグロー放電２０を発生させる。このとき、陰極５
ｂの端部及び陽極６ｂの先端の突出部に電界の集中が起
きる、グロー放電２０によって発生した陽イオン及び電
子は、陰極５ｂの端部及び陽極６ｂの先端に衝突しスパ
ッタとして拡散することになる。この拡散したスパッタ
は、高速に循環しているガス流によって、図４に示すよ
うに放電管１ｄの内壁に付着するか、または、内壁で反
射することになるが、陽極６ｂと部分透過鏡８との間に
は放電管１ｄの内壁に反射したスパッタが届くことがな
いように、例えば、放電管内径の１０倍程度の長さに設
定されており、１０倍よりも短くなるとスパッタの量が
徐々に増加し、逆に長くなると図４で示した放電管１ｄ
における放電２０以外の部分が長くなることになる。従
って、放電２０以外の部分に流れ込んだレーザ媒質ガス
が、レーザ光を吸収して出力低下の原因となる。又長く
なると装置全体が大型化する問題もある。以上のことか
ら、放電管長を放電管内径の１０倍前後に設定すること
が好ましく、従来の装置に比べて、部分透過鏡８にスパ
ッタが付着する量を激減させることができ、メンテナン
ス周期を従来よりも半減させることができる。

【００１７】図５は本発明の他の実施例を示した図であ
って、図４に示された実施例に付け加えて放電管１ｄの
陽極６ｂよりもＸ２の方向の内面に真空用グリース１６
を放電管内径よりも大きく、かつ放電管外径よりも小さ
くなるように放電管内の円周方向に皮膜している。この
真空用グリースを皮膜することによって、上記の陰極５
ｂの端部及び陽極６ｂの先端に衝突し拡散したスパッタ
は、図５に示すように放電管１ｄの内壁に付着するが、
内壁で反射する回数は激減して、部分透過鏡８に付着す
ることがなくなる。従って、図４よりもさらに、部分透
過鏡８が汚れる割合が激減し、メンテナンス周期の長い
ガスレーザ装置を得ることができる。

【００１８】なお、本実施例においては、図３に示す放
電管１ｄについて説明しているが、図３に示す放電管１
ｃにおいても同様に全反射鏡７が汚れる割合が激減し、
メンテナンス周期の長いガスレーザ装置を得ることがで
きることは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るガスレーザ装置は、図３に示すように、ピン状の陽
極６ａ又は６ｂと全反射鏡７又は部分透過鏡８との距離
が大きくなるように、放電管長をＸ１又はＸ２の方向に
延長した放電管１ｃ又は１ｄを備えたレーザ共振器から
なるガスレーザ装置である。以上のような構成から、グ
ロー放電によって拡散したスパッタは放電管１ｃ及び１
ｄの内壁に付着するか、又は内壁で反射することになる
が、陽極６ｂと部分透過鏡８との間で反射したスパッタ
は、陽極６ｂと部分透過鏡８との距離が長いために、数
回反射を繰返した後、多くのスパッタが部分透過鏡８に
到着することなく放電管１ｄの内壁に付着する。そのた
め、部分透過鏡８にスパッタが付着することを激減させ
て、レーザ出力の低下を可及的に小さくすることがで
き、メンテナンス周期の長いガスレーザ装置を得ること
ができる。

【００２０】又、放電管１ｃ及び１ｄの陽極６ａ及び６
ｂよりもＸ１及びＸ２の方向の内面に真空用グリースを
放電管内径よりも大きく、かつ放電管外径よりも小さく
なるように放電管内の円周方向に皮膜することによっ
て、拡散したスパッタは、放電管１ｃ及び１ｄの内壁に
付着するが、内壁で反射する回数が激減して、全反射鏡
７及び部分透過鏡８に付着することがなくなる。従っ
て、上記の真空用グリースを皮膜しない場合に比べて、
全反射鏡７及び部分透過鏡８が汚れる割合が激減し、さ
らにメンテナンス周期の長いガスレーザ装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のガスレーザ装置の構造を示す一部断面正
面図である。

【図２】図１の放電管１ｂと循環路１１ｂとの接続部の
部分拡大図であり、レーザ媒質ガスの流入部分を示す。

【図３】本発明の実施例を示すガスレーザ装置を示す、
一部断面正面図である。

【図４】図３の放電管１ｄと循環路１１ｂとの接続部の
部分拡大図であり、レーザ媒質ガスの流入部分を示す図
である。

【図５】本発明の他の実施例を示した図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 放電管 ２ 絶縁管 ３ 直流高圧電源 ４ａ、４ｂ ホルダ ５ａ、５ｂ 陰極 ６ａ、６ｂ 陽極 ７ 全反射鏡 ８ 部分透過鏡 ９ ブロワ １０ａ、１０ｂ 熱交換器 １１ａ、１１ｂ 循環路 １２ 接続線 １３ 絞り管 １４ 柔軟材 １５ 循環管体フランジ １６ 真空用グリース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F071 CC01 CC03 DD07 DD08 EE03 JJ03 JJ05 5F072 AA00 JJ03 JJ05 KK02 KK21 YY06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全反射鏡と部分透過鏡との間に、電気絶
   縁材から形成された放電管及び絶縁管と、前記放電管と
   絶縁管とを連接するホルダと、前記ホルダ内に設けられ
   た円筒形状の陰極と、前記放電管内に設けられた陽極と
   を備えたレーザ共振器と、前記陰極と前記陽極との間に
   電圧を印加する直流高圧電源と、前記レーザ共振器にレ
   ーザ媒質ガスを送風するブロワと、前記レーザ共振器及
   び前記ブロワに連通されたレーザ媒質ガスの循環路とか
   らなるガスレーザ装置において、前記陽極の先端と前記
   全反射鏡又は前記部分透過鏡との距離を、前記レーザ共
   振器、ブロワ及び循環路内に混在するスパッタが前記全
   反射鏡及び前記部分透過鏡に付着する量が減少する長さ
   に放電管長を延長した放電管を備えたレーザ共振器から
   なるガスレーザ装置。
2. 【請求項２】 放電管内の陽極と全反射鏡又は部分透過
   鏡との間に、真空用グリースを放電管内径よりも大きく
   かつ放電管外径よりも小さくなるように放電管内の円周
   方向に皮膜した請求項１に記載のガスレーザ装置。