JPH0376181A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents
ガスレーザ発振装置Info
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- JPH0376181A JPH0376181A JP21140689A JP21140689A JPH0376181A JP H0376181 A JPH0376181 A JP H0376181A JP 21140689 A JP21140689 A JP 21140689A JP 21140689 A JP21140689 A JP 21140689A JP H0376181 A JPH0376181 A JP H0376181A
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- Japan
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- laser beam
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/034—Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
- H01S3/0343—Aerodynamic windows
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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。
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］
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザ溶接やレーザ切断などに使用される大
出力のガスレーザ発振装置に関する。
出力のガスレーザ発振装置に関する。
（従来の技術）
最近、ガスレーザ発振装置には、レーザ溶接やレーザ切
断などに大出力のガスレーザ発振器が用いられている。
断などに大出力のガスレーザ発振器が用いられている。
ところで、このようにガスレーザ発振器は、その出力が
大きくなると、これにつれてレーザ出力部に接続される
出力取り出し窓が非常に高いエネルギー密度のレーザ光
（レーザビーム）にさらされる。例えば、レーザ出力部
に接続される出力取り出し窓をＺｎ Ｓｅなどの固体で
形成すると、上述の非常に高いエネルギー密度のレーザ
光により溶融され損傷してしまう。
大きくなると、これにつれてレーザ出力部に接続される
出力取り出し窓が非常に高いエネルギー密度のレーザ光
（レーザビーム）にさらされる。例えば、レーザ出力部
に接続される出力取り出し窓をＺｎ Ｓｅなどの固体で
形成すると、上述の非常に高いエネルギー密度のレーザ
光により溶融され損傷してしまう。
そこで、このような問題点を解決するため、空力窓が提
案されている。ここで、空力窓は、ガスレーザ特有の組
成と圧力を有するレーザガスを外部の大気と分離してレ
ーザ室に閉じ込め、このレーザ室で発生したレーザ光を
劣化させることなくレーザ照射部より取り出せるように
空気力学的な窓を形成したものである。
案されている。ここで、空力窓は、ガスレーザ特有の組
成と圧力を有するレーザガスを外部の大気と分離してレ
ーザ室に閉じ込め、このレーザ室で発生したレーザ光を
劣化させることなくレーザ照射部より取り出せるように
空気力学的な窓を形成したものである。
第４図は、このような空力窓を使用したガスレ−ザ発振
装置の一例を示すもので、ガスレーザ発振器１のレーザ
出力部１ａに屈曲した形状の空力窓（窓ダクト）２の基
端部を接続している。この空力窓（窓ダクト）２は筒状
をなすもので、その内部の両端部にレーザ光を反射する
反射鏡３ａ。
装置の一例を示すもので、ガスレーザ発振器１のレーザ
出力部１ａに屈曲した形状の空力窓（窓ダクト）２の基
端部を接続している。この空力窓（窓ダクト）２は筒状
をなすもので、その内部の両端部にレーザ光を反射する
反射鏡３ａ。
３ｂを配設するとともに、中間部に所定の間隔をおいて
オリフィス４ａを有する一対のオリフィス板４を配設し
、これらオリフィス板４の間をキャビン５に形成してい
る。また、キャビン５が位置される空力窓（窓ダクト）
２側面に、外部からキャビン５に侵入する空気を排気す
る排気口６を設け、この排気口６に排気管７を介して真
空ポンプ８を接続している。一方、空力窓（窓ダクト）
２の先端部側には、図示しないが対物レンズを有するレ
ーザ照射部を設けており、このレーザ照射部を介してワ
ークに対してレーザビームを照射するようにしている。
オリフィス４ａを有する一対のオリフィス板４を配設し
、これらオリフィス板４の間をキャビン５に形成してい
る。また、キャビン５が位置される空力窓（窓ダクト）
２側面に、外部からキャビン５に侵入する空気を排気す
る排気口６を設け、この排気口６に排気管７を介して真
空ポンプ８を接続している。一方、空力窓（窓ダクト）
２の先端部側には、図示しないが対物レンズを有するレ
ーザ照射部を設けており、このレーザ照射部を介してワ
ークに対してレーザビームを照射するようにしている。
しかして、このようなガスレーザ発振装置では、ガスレ
ーザ発振器１より出力されるレーザ光Ｂが空力窓（窓ダ
クト）２に導入され、反射ｍ ３ ａ 。
ーザ発振器１より出力されるレーザ光Ｂが空力窓（窓ダ
クト）２に導入され、反射ｍ ３ ａ 。
３ｂを介して図示しないレーザ照射部よりワークに照射
されようになる。
されようになる。
（発明が解決しようとする課題）
このものは、空力窓（窓ダクト）２をレーザ光Ｂが通過
している状態で、オリフィス板４のオリフィス４ａを通
して大気がキャビン５内部に流入されるが、この場合の
キャビン５の内部圧力は、レーザ室内に大気が流入して
レーザガスの組成を変化させることがないように排気口
６より排気管７を介して真空ポンプ８により排気され、
低く保たれているため、オリフィス板４のオリフィス４
ａを通してキャビン５内部に流入される大気は、キャビ
ン５内部との圧力差により超音速に加速される。すると
、キャビン５内部に進んだところで、複雑に衝撃波によ
る膨脂波、圧縮波が発生し、レーザ光Ｂの質を低下させ
るようになる。ここで、オリフィス４ａの近くで発生す
る衝撃波の様子を第５図に示すと、衝撃波ａに対して膨
脂波すおよび圧縮波Ｃが交互に現れ、これらによって引
き起こされる空気の粗密により、その中を通るレーザ光
が屈折されるようになる。このことは、レーザ光により
レーザ切断、レーザ溶接を行う場合、最終的にレーザ光
をレンズなどで一点に集束させるようになるが、衝撃波
、膨脂波、圧縮波による影響で一点に集束させることが
できなくなりレーザ光のエネルギーを有効に利用するこ
とができないなど、レーザ光の質を著しく劣化させ、レ
ーザ切断やレーザ溶接に悪影響を及ぼす欠点があった。
している状態で、オリフィス板４のオリフィス４ａを通
して大気がキャビン５内部に流入されるが、この場合の
キャビン５の内部圧力は、レーザ室内に大気が流入して
レーザガスの組成を変化させることがないように排気口
６より排気管７を介して真空ポンプ８により排気され、
低く保たれているため、オリフィス板４のオリフィス４
ａを通してキャビン５内部に流入される大気は、キャビ
ン５内部との圧力差により超音速に加速される。すると
、キャビン５内部に進んだところで、複雑に衝撃波によ
る膨脂波、圧縮波が発生し、レーザ光Ｂの質を低下させ
るようになる。ここで、オリフィス４ａの近くで発生す
る衝撃波の様子を第５図に示すと、衝撃波ａに対して膨
脂波すおよび圧縮波Ｃが交互に現れ、これらによって引
き起こされる空気の粗密により、その中を通るレーザ光
が屈折されるようになる。このことは、レーザ光により
レーザ切断、レーザ溶接を行う場合、最終的にレーザ光
をレンズなどで一点に集束させるようになるが、衝撃波
、膨脂波、圧縮波による影響で一点に集束させることが
できなくなりレーザ光のエネルギーを有効に利用するこ
とができないなど、レーザ光の質を著しく劣化させ、レ
ーザ切断やレーザ溶接に悪影響を及ぼす欠点があった。
本発明は、上記事情−に鑑みてなされたもので、衝撃波
、膨脂波、圧縮波によるレーザ光の質の劣化を防止し得
、レーザ切断やレーザ溶接への悪影響を皆無にできるガ
スレーザ発振装置を提供することを目的とする。
、膨脂波、圧縮波によるレーザ光の質の劣化を防止し得
、レーザ切断やレーザ溶接への悪影響を皆無にできるガ
スレーザ発振装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題を解決するための手段）
本発明は、ガスレーザ発振器に、該ガスレーザ発振器よ
り発生されるレーザ光をレーザ照射部側に導く筒状の空
力窓を接続し、この空力窓内部に上記ガスレーザ発振器
側にオリフィス板を配置するとともに該オリフィス板に
対抗して該オリフィス板側が大径となるような円錐状の
ノズルを有するノズル板を配置して、これら間でキャビ
ンを形成し、このキャビンに上記ノズル板の円錐状ノズ
ルを通して流入される大気を排気手段により排気するよ
うな構成になっている。
り発生されるレーザ光をレーザ照射部側に導く筒状の空
力窓を接続し、この空力窓内部に上記ガスレーザ発振器
側にオリフィス板を配置するとともに該オリフィス板に
対抗して該オリフィス板側が大径となるような円錐状の
ノズルを有するノズル板を配置して、これら間でキャビ
ンを形成し、このキャビンに上記ノズル板の円錐状ノズ
ルを通して流入される大気を排気手段により排気するよ
うな構成になっている。
（作用）
本発明は、空力窓内部に設けられるキャビンのレーザ照
射部側の仕切りとして円錐状のノズルを有するノズル板
を設け、このノズル内に垂直衝撃波を発生させるように
したことにより、空力窓を通るレーザ光に対する衝撃波
の影響を除去し、レーザ光の質の劣化を防止できるよう
にしている。
射部側の仕切りとして円錐状のノズルを有するノズル板
を設け、このノズル内に垂直衝撃波を発生させるように
したことにより、空力窓を通るレーザ光に対する衝撃波
の影響を除去し、レーザ光の質の劣化を防止できるよう
にしている。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面にしたがい説明する。
第１図は、同実施例の側断面であり、上述した第４図と
同一部分には同符号を付して示している。
同一部分には同符号を付して示している。
この場合、ガスレーザ発振器１のレーザ出力部１ａに屈
曲した形状の空力窓（窓ダクト）２の基端部を接続して
いる。この空力窓（窓ダクト）２は筒状をなすもので、
その内部の両端部にレーザ光を反射する反射ｆｆ１３ａ
、３ｂを配設している。
曲した形状の空力窓（窓ダクト）２の基端部を接続して
いる。この空力窓（窓ダクト）２は筒状をなすもので、
その内部の両端部にレーザ光を反射する反射ｆｆ１３ａ
、３ｂを配設している。
また、空力窓（窓ダクト）２内部の中間部にオリフィス
４ａを有するオリフィス板４と、このオリフィス板４に
対抗して円錐状のノズル９ａを有するノズル板９を所定
間隔をおいて配設し、これらオリフィス板４とノズル板
９の間をキャビン５に形成している。この場合、ノズル
板９の円錐状ノズル９ａは、第２図に示すようにオリフ
ィス板４側が大径になるように形成している。
４ａを有するオリフィス板４と、このオリフィス板４に
対抗して円錐状のノズル９ａを有するノズル板９を所定
間隔をおいて配設し、これらオリフィス板４とノズル板
９の間をキャビン５に形成している。この場合、ノズル
板９の円錐状ノズル９ａは、第２図に示すようにオリフ
ィス板４側が大径になるように形成している。
そして、キャビン５が位置される空力窓（窓ダクト）２
側面に、排気口６を設け、この排気口６に排気管７を介
して真空ポンプ８を接続している。
側面に、排気口６を設け、この排気口６に排気管７を介
して真空ポンプ８を接続している。
この真空ポンプ８は、外部よりキャビン５内部に流入し
た空気を排気するためのもので、その内部圧力をレーザ
室の圧力より低くなるように維持して、大気がレーザ発
振器１のレーザ室に流入してレーザガスの組成を変化さ
せるのを防止するようにしている。この場合、レーザ室
の圧力、つまりレーザガスの圧力は、例えば、連続発振
が可能な大出力の炭酸ガスレーザの場合で、大気の１／
２０〜１／１０程度になるから、この圧力よりキャビン
５の圧力は低く維持される。
た空気を排気するためのもので、その内部圧力をレーザ
室の圧力より低くなるように維持して、大気がレーザ発
振器１のレーザ室に流入してレーザガスの組成を変化さ
せるのを防止するようにしている。この場合、レーザ室
の圧力、つまりレーザガスの圧力は、例えば、連続発振
が可能な大出力の炭酸ガスレーザの場合で、大気の１／
２０〜１／１０程度になるから、この圧力よりキャビン
５の圧力は低く維持される。
一方、空力窓（窓ダクト）２の先端部側には、図示しな
いが対物レンズを有するレーザ照射部を設けており、こ
のレーザ照射部を介してワークに対してレーザビームを
照射するようにしている。
いが対物レンズを有するレーザ照射部を設けており、こ
のレーザ照射部を介してワークに対してレーザビームを
照射するようにしている。
しかして、このように構成したガスレーザ発振装置では
、ガスレーザ発振器１のレーザ出力部１ａよりレーザ光
Ｂが出力されると、このレーザ光Ｂは、空力窓（窓ダク
ト）２に導入される。すると、まず、反射ａ３ａで反射
され、オリフィス板４のオリフィス４ａを通ってキャビ
ン５内部に達し、さらにノズル板９の円錐状ノズル９ａ
を通って反射鏡３ｂで反射され、図示しないレーザ照射
部よりワークに照射されようになる。
、ガスレーザ発振器１のレーザ出力部１ａよりレーザ光
Ｂが出力されると、このレーザ光Ｂは、空力窓（窓ダク
ト）２に導入される。すると、まず、反射ａ３ａで反射
され、オリフィス板４のオリフィス４ａを通ってキャビ
ン５内部に達し、さらにノズル板９の円錐状ノズル９ａ
を通って反射鏡３ｂで反射され、図示しないレーザ照射
部よりワークに照射されようになる。
この場合、第２図に示すように、キャビン５内部には、
ノズル板９のノズル９ａを通って外部より空気が流入さ
れるようになるが、ノズル９ａから吸い込まれる大気は
、大気とキャビン５の圧力の差により超音速に加速され
る。しかし、この場合のノズル９ａは、キャビン５側が
大径をなす円錐状からなるので、その中間で垂直衝撃波
が発生するものの亜音速に減速され、キャビン５内に流
入されるようになる。これにより、キャビン５内部より
ノズル９ａを通って反射鏡３ｂ側に放出されるレーザ光
Ｂに対して衝撃波が突き当たるが、ここでの衝撃波は前
後で大きな密度の違いがあるもののレーザ光Ｂが垂直に
当り、しかも、衝撃波自身非常に薄いものなので、レー
ザビームＢが乱れることがなくなる。また、衝撃波によ
り膨脹波、圧縮波も発生することがないので、これらに
よってもレーザ光Ｂが乱れることもなくなる。
ノズル板９のノズル９ａを通って外部より空気が流入さ
れるようになるが、ノズル９ａから吸い込まれる大気は
、大気とキャビン５の圧力の差により超音速に加速され
る。しかし、この場合のノズル９ａは、キャビン５側が
大径をなす円錐状からなるので、その中間で垂直衝撃波
が発生するものの亜音速に減速され、キャビン５内に流
入されるようになる。これにより、キャビン５内部より
ノズル９ａを通って反射鏡３ｂ側に放出されるレーザ光
Ｂに対して衝撃波が突き当たるが、ここでの衝撃波は前
後で大きな密度の違いがあるもののレーザ光Ｂが垂直に
当り、しかも、衝撃波自身非常に薄いものなので、レー
ザビームＢが乱れることがなくなる。また、衝撃波によ
り膨脹波、圧縮波も発生することがないので、これらに
よってもレーザ光Ｂが乱れることもなくなる。
ここで、ノズル９ａの形状および衝撃波の発生する位置
は、次のようにして計算される。
は、次のようにして計算される。
この場合、大気の圧力をＰＯ１垂直衝撃波の直後（垂直
衝撃波のレーザ室側）の圧力をＰ２、垂直衝撃波の直前
（垂直衝撃波の環レーザ室側）のマツハ数をＭｌとする
と、大気圧力と垂直衝撃波の直後の圧力との間には以下
の関係がある。
衝撃波のレーザ室側）の圧力をＰ２、垂直衝撃波の直前
（垂直衝撃波の環レーザ室側）のマツハ数をＭｌとする
と、大気圧力と垂直衝撃波の直後の圧力との間には以下
の関係がある。
Ｐ２／ＰＯ−＋２ＫＭ１２−（ｋ−１）ｌ ／（Ｋ＋１
）（１＋（Ｋ−１）旧２／２）Ｋ／（Ｋ−１）ここで、
Ｋは空気の比熱比である。
）（１＋（Ｋ−１）旧２／２）Ｋ／（Ｋ−１）ここで、
Ｋは空気の比熱比である。
一方、ノズル９ａのスロット９ｂの面積をＡｓ。
衝撃波の発生する部分９ｃの面積をＡｔとすると、Ａｔ
ＳＡｓ 、、Ｍｌとの間には以下の関係が成り立つ。
ＳＡｓ 、、Ｍｌとの間には以下の関係が成り立つ。
Ａｌ／Ａｓ−１／Ｍｌ・
（ｉ（ｇ−１）Ｍ１２＋２１７（［＋１）］（Ｋ＋ｌ）
／［２ｆＫ−１）］しかして、垂直衝撃波直後の圧力Ｐ
２はキャビン５の圧力と略同じであるので、これら２式
からマツハ数Ｍｌをパラメータとしてキャビン圧力、衝
撃波発生部のノズル面積の関係が得られることになる。
／［２ｆＫ−１）］しかして、垂直衝撃波直後の圧力Ｐ
２はキャビン５の圧力と略同じであるので、これら２式
からマツハ数Ｍｌをパラメータとしてキャビン圧力、衝
撃波発生部のノズル面積の関係が得られることになる。
ここで、キャビン内圧力を横軸に、衝撃波発生部の面積
とスロート部の面積の比を縦軸に取ると第３図の関係が
得られる。この図からモ判るようにノズル９ａの出口部
の面積は、衝撃波の発生する部分の面積より大きければ
よいことになる。
とスロート部の面積の比を縦軸に取ると第３図の関係が
得られる。この図からモ判るようにノズル９ａの出口部
の面積は、衝撃波の発生する部分の面積より大きければ
よいことになる。
［発明の効果］
本発明によれば、ガスレーザ発振器に、該ガスレーザ発
振器より発生されるレーザ光をレーザ照射部側に導く筒
状の空力窓を接続し、この空力窓内部に上記ガスレーザ
発振器側にオリフィス板を配置するとともに該オリフィ
ス板に対抗して該オリフィス板側が大径となるような円
錐状のノズルを有するノズル板を配置して、これら間で
キャビンを形成し、このキャビンにノズル板の円錐状ノ
ズルを通して外部より流入される大気を排気手段により
排気するようにしたので、空力窓内部に設けられるキャ
ビンのレーザ照射部側の仕切りとして設けられたノズル
板の円錐状のノズルにより、このノズル内に垂直衝撃波
を発生させるようにでき、空力窓を通るレーザ光に対す
る衝撃波の影響を除去し、レーザ光の質の劣化を防止で
きるようになり、衝撃波、膨脂波、圧縮波によるレーザ
光の質の劣化を防止し、レーザ切断やレーザ溶接を効率
よく行うことができるようになる。
振器より発生されるレーザ光をレーザ照射部側に導く筒
状の空力窓を接続し、この空力窓内部に上記ガスレーザ
発振器側にオリフィス板を配置するとともに該オリフィ
ス板に対抗して該オリフィス板側が大径となるような円
錐状のノズルを有するノズル板を配置して、これら間で
キャビンを形成し、このキャビンにノズル板の円錐状ノ
ズルを通して外部より流入される大気を排気手段により
排気するようにしたので、空力窓内部に設けられるキャ
ビンのレーザ照射部側の仕切りとして設けられたノズル
板の円錐状のノズルにより、このノズル内に垂直衝撃波
を発生させるようにでき、空力窓を通るレーザ光に対す
る衝撃波の影響を除去し、レーザ光の質の劣化を防止で
きるようになり、衝撃波、膨脂波、圧縮波によるレーザ
光の質の劣化を防止し、レーザ切断やレーザ溶接を効率
よく行うことができるようになる。
第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図は同
実施例の要部を拡大して示す側断面図、第３図は同実施
例を説明するための図、第４図は従来のガスレーザ発振
装置の一例を示す側断面図、第５図は同装置の動作を説
明するための図である。 １・・・ガスレーザ発振器、２・・・空力窓（窓ダク）
） 、３ａ、３ｂ・・・反射鏡、４・・・オリフィス板
、５・・・キャビン、６・・・排気口、７・・・排気管
、８・・・真空ポンプ、９・・・ノズル板、９ａ・・・
ノズル。
実施例の要部を拡大して示す側断面図、第３図は同実施
例を説明するための図、第４図は従来のガスレーザ発振
装置の一例を示す側断面図、第５図は同装置の動作を説
明するための図である。 １・・・ガスレーザ発振器、２・・・空力窓（窓ダク）
） 、３ａ、３ｂ・・・反射鏡、４・・・オリフィス板
、５・・・キャビン、６・・・排気口、７・・・排気管
、８・・・真空ポンプ、９・・・ノズル板、９ａ・・・
ノズル。
Claims (1)
- ガスレーザ発振器と、このガスレーザ発振器に接続さ
れるとともに該ガスレーザ発振器より発生されるレーザ
光をレーザ照射部側に導く筒状の空力窓と、この空力窓
内部に上記ガスレーザ発振器側にオリフィス板を配置す
るとともに該オリフィス板に対抗して該オリフィス板側
が大径となるような円錐状ノズルを有するノズル板を配
置しこれら間で形成されるキャビンと、このキャビンに
上記ノズル板の円錐状ノズルを通して流入される大気を
排気する排気手段とを具備したことを特徴とするガスレ
ーザ発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21140689A JPH0376181A (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | ガスレーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21140689A JPH0376181A (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | ガスレーザ発振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0376181A true JPH0376181A (ja) | 1991-04-02 |
Family
ID=16605432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21140689A Pending JPH0376181A (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | ガスレーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0376181A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06114284A (ja) * | 1992-10-06 | 1994-04-26 | Nippon Spindle Mfg Co Ltd | 粗大物破砕機における破砕ローラ |
-
1989
- 1989-08-18 JP JP21140689A patent/JPH0376181A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06114284A (ja) * | 1992-10-06 | 1994-04-26 | Nippon Spindle Mfg Co Ltd | 粗大物破砕機における破砕ローラ |
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