JPH03273692A - 炭酸ガスレーザ装置 - Google Patents

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、切断・溶接・表面処理等に用いられる大出力
の炭酸ガスレーザ装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、大出力の炭酸ガスレーザ装置においては、ＣＯ
２（炭酸ガス）、Ｎ２（窒素ガス）、Ｈｅ（ヘリウムガ
ス）を混合させたレーザ媒質ガスを、送風機により放電
励起部に高速循環させて、陰極・陽極間にグロー放電を
発生させ、この放電によってＣＯ２を励起し、レーザ媒
質ガスのガス流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。

ところで、この様なグロー放電中では、一部のＣＯ２分
子が分解してＣｏと０２が発生するため、Ｃ０２分子の
励起強度が低下し、レーザ出力が低下する。また、この
０２分子の影響により、グロー放電が収縮してアーク放
電が発生しゃすくなることが知られている。この様なア
ーク放電は、高温度・高電流密度であるため、レーザ発
振を不能とするばかりでなく、ＣＯ２ガスの分解をます
ます加速し、炭酸ガスレーザ装置のガスの寿命を著しく
短縮させていた。

そこで、従来より、上記の様なガス分解の対策として、
第３図に示した様な方法が用いられていた。即ち、ガス
容器１内にグロー放電電極２ａ。

２ｂが対向配置され、一方のグロー放電電極２ａは導体
３ａに固定されると同時に、電流端子４に接続されてい
る。また、他方のグロー放電電極２ｂは導体３ｂに固定
され、リード線（図示せず）により接地電位に接続され
ている。なお、ガス容器１は絶縁物から構成されている
ので、ガス容器１と電流端子４とは電気的に絶縁されて
いる。また、前記導体３ｂにはコンデンサ５が接続され
、さらに、両導体３ａ、３ｂ間にはギャップ６が形成さ
れている。このコンデンサ５及びギャップ６は、グロー
放電電極２ａ、２ｂ間のレーザガスを予備電離してグロ
ー放電を発生させるためのものである。さらに、前記ガ
ス容器１内には送風ファン７が設置され、グロー放電電
極２ａ、２ｂが形成するグロー放電部に、図中矢印８方
向にレーザガスを循環させるように構成されている。ま
た、グロー放電によって温度が上昇したレーザガスを冷
却するための熱交換器９ａ、９ｂが、前記送風ファン７
の前後に配設されている。さらに、前記ガス容器１には
、バイブ１０を介してレーザガス再生器１１が接続され
ている。このレーザガス再生器１１の内部には、レーザ
ガス再生物質１２、このレーザガス再生物質を最適な温
度条件で動作させるためのヒータコイル１３及び再生さ
れたレーザガスの温度を下げるための冷却送風機１４が
設置されている。

この様に構成された従来の炭酸ガスレーザ装置において
は、ガス容器１中のレーザガスの一部を取り出してレー
ザガス再生器１１に導き、グロー放電により分解したＣ
Ｏ２分子を再生するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した様な従来の炭酸ガスレーザ装置
には、以下に述べる様な解決すべき課題があった。即ち
、グロー放電電極２ａ、２ｂにより形成される放電部に
おいて劣化したレーザガスは、前述した様にガス容器１
内を一巡して再び放電部に戻る。この時、放電部で発生
したＣＯ，Ｏ２などは、レーザガス再生器１１の作用で
その一部がＣＯ２に再生されるが、残りのＣ０１Ｏ２な
どはそのまま放電部に戻ってくる。そのため、放電部に
おけるＣＯ２分子の励起強度が低下し、放電が不安定な
ものとなり、レーザ出力が低下する。

一方、レーザガス再生器１１に導入するレーザガス量を
増加させてレーザガス再生量を増加させれば、放電部に
循環されるＣＯ，Ｏ２などの量を減少させることができ
るが、ガス容器１内を流れるレーザガス流量と同量のレ
ーザガスを再生するには、非常に大型なレーザガス再生
器が必要となり、また、レーザガス再生器１１に接続さ
れるパイプ１０の径も非常に大きくする必要がある。そ
の結果、ガス容器１内のレーザガス流速分布が乱れ、放
電が不安定なものとなるといった欠点があった。

さらに、レーザガス再生物質１２を最適な温度条件で動
作させるために、レーザガス再生物質１２をヒータコイ
ル１３を用いて加熱する必要があり、また、その結果温
度が上昇したレーザガスを冷却するために、冷却送風機
１４を用いて冷却し、一定の温度まで冷却した後、ガス
容器１内にレーザガスを戻すので、装置が非常に大型化
していた。

本発明は、上記の様な問題点を解決するためになされた
ものであり、その目的は、グロー放電によって分解した
ＣＯ２ガス分子を容易に再生することができ、安定した
レーザ出力を得ることのできる、大出力の炭酸ガスレー
ザ装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、放電電極を対向配置したガス容器内に、送風
ファン及び熱交換器を含むガス流路を形成し、前記放電
電極によって形成される放電部にレーザガスを供給し、
このレーザガスを励起してレーザを発生させる炭酸ガス
レーザ装置において、前記放電部のガス流方向の下流側
に、レーザガス再生部を配設したことを特徴とするもの
である。

（作用） 以上の構成を有する本発明の炭酸ガスレーザ装置によれ
ば、放電で生じたＣ０１０２などの活性元素を、直接レ
ーザガス再生物質に接触させることができるため、レー
ザガスの再生反応の効率を大幅に向上することができる
。また、ガス容器の外部にレーザガス再生器を設ける必
要がないので、装置の構成が大幅に簡略化される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。なお、第３図に示した従来型と同一
の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

■第１実施例 本実施例においては、第１図に示した様に、ガス容器１
内に対向配置されたグロー放電電極２ａ。

２ｂによって形成される放電部の下流側であって、熱交
換器９ａの上流側に、レーザガス流路−杯にレーザガス
再生部であるレーザガス再生物質２０及びヒータコイル
２１が配設されている。その他の構成は第３図に示した
従来型と同一である。

この様に構成された本実施例の炭酸ガスレーザ装置にお
いては、以下に述べる様にしてＣ０２分子が再生される
。即ち、放電部より放出された高温のレーザガスは、ガ
ス容器１内のレーザガス流路断面積が増加するのに伴っ
てその温度が低下し、それと同時にガス流速も低下する
。この時、レーザガス再生物質２０はレーザガス流路中
に設けられているため、レーザガス流に対しては抵抗と
なるが、送風ファン７から最も離れた位置にある熱交換
器９ａの近傍に配設することによって、レーザガス流に
対する影響は最小限に抑えることができる。また、ガス
流速の小さい箇所では、分解ガスとレーザガス再生物質
２０との接触時間が長くなるため、再生反応が効果的に
進行する。さらに、レーザガス再生物質２０を熱交換器
９ａの上流側に設置したことにより、ヒータコイル２１
の影響で高温となったレーザガスを直ちに冷却すること
ができるため、従来の様な冷却送風機は不要とすること
ができる。

この様にして、放電部から放出されたＣＯ，Ｏ２を含む
レーザガスは、直ちにＣＯ□分子に再生されるので、ガ
ス容器１内を循環し、再び放電部に流入する時は、初期
状態と同じガス成分になっている。また、従来の様に、
ガス容器１とレーザガス再生器１１とを接続するパイプ
が不要となるため、レーザガス流速分布が乱れることも
なく、安定した放電を点弧することができる。さらに、
生成された０２分子がガス容器１内を移動する空間が限
定されて小さくなるため、ガス容器１及び容器内の構造
材料と０２分子との反応が抑制され、その結果、炭酸ガ
スレーザ装置の長寿命化が実現される。

この様に、本実施例によれば、放電部で発生するＣ０Ｓ
Ｏ２を直ちにＣＯ２分子に再生することができ、しかも
、機器の構成が簡単で安定したガス流状態を実現できる
ため、安定した放電が得られ、炭酸ガスレーザ装置の長
寿命化、高出力化が可能となる。

■第２実施例 本実施例においては、第２図に示した様に、ガス容器１
内に対向配置されたグロー放電電極２ａ。

２ｂによって形成される放電部の下流側に、レーザガス
再生部が配設されている。このレーザガス再生部は、放
電部下流側におけるレーザガス流の流線に対して平行と
なるように配設されたガス流路板２２と、その表面に付
着させたレーザガス再生物質とから構成されている。そ
の他の構成は第３図に示した従来型と同一である。

この様に構成された本実施例の炭酸ガスレーザ装置にお
いては、以下に述べる様にしてＣＯ２分子が再生される
。即ち、一般に、放電部においては高速のガス流を必要
とするため、放電部の上流側近傍及び下流側近傍の流路
断面積は、熱交換器９ａ、９ｂなどが配設されている部
位に比べて非常に小さくなっている。そのため、放電部
の下流側近傍にレーザガス再生物質を配設することは、
ガス流に対して大きな抵抗となるため望ましいものでは
ない。そこで、本実施例においては、放電部下流側にお
けるレーザガス流の流線に対して平行となるようにガス
流路板２２を設置し、その表面にレーザガス再生物質を
付着することによって、ガス流に対する抵抗を増大させ
ることなく、放電部の下流側にレーザガス再生部を形成
したものである。また、放電部から放出された直後のガ
ス温度は高く、このガスが直ちにレーザガス再生物質に
接触するため、レーザガス再生部にヒータコイルを配設
する必要がない。

この様に、本実施例においても、第１実施例と同様に、
分解ガスを速やかにＣＯ２分子に再生することができ、
しかも、機器の構成が簡単で安定したガス流状態を実現
できるため、安定した放電が得られ、炭酸ガスレーザ装
置の長寿命化、高出力化が可能となる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、放電部のガス流方
向の下流側に、レーザガス再生部を配設することによっ
て、グロー放電によって分解したＣＯ２ガス分子を容易
に再生することができ、安定したレーザ出力を得ること
のできる、大出力の炭酸ガスレーザ装置を提供するがで
きる。

【図面の簡単な説明】

ｊｌｉ１図は本発明の炭酸ガスレーザ装置の第１実施例
を示す断面図、第２図は本発明の第２実施例を示す断面
図、第３図は従来の炭酸ガ／レーザ装置の一例を示す断
面図である。 １・・・ガス容器、２ａ、２ｂ・・・グロー放電電極、
３ａ、３ｂ・・・導体、４・・・電流端子、５・・・コ
ンデンサ、６・・・ギャップ、７・・・送風ファン、８
・・・ガス流方向、９ａ、９ｂ・・・熱交換器、１０・
・・パイプ、１１・・・レーザガス再生器、１２・・・
レーザガス再生物質、１３・・・ヒータコイル、１４・
・・冷却送風機、２０・・・レーザガス再生物質、２１
・・・ヒータコイル、２２・・・ガス流路板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 放電電極を対向配置したガス容器内に、送風ファン及び
   熱交換器を含むガス流路を形成し、前記放電電極によっ
   て形成される放電部にレーザガスを供給し、このレーザ
   ガスを励起してレーザを発生させる炭酸ガスレーザ装置
   において、 前記放電部のガス流方向の下流側に、レーザガス再生部
   を配設したことを特徴とする炭酸ガスレーザ装置。