JPH05327067A

JPH05327067A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH05327067A
Application number: JP4126094A
Authority: JP
Inventors: Fumio Matsuzaka; 文夫松坂; Yuko Kanazawa; 祐孝金沢
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低電圧で安定且つ大出力のレーザ装置を提供
する。【構成】レーザガスのガス流路３内に配置された高電
圧電極６と、上記高電圧電極６両側に対向し上記流路３
壁に配置された一対の接地側電極５，５とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ媒質となるガス
を電極間に満たし、高周波放電によりレーザ励起を行う
ガスレーザ装置に係り、特に、低電圧で安定且つ大出力
のレーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、各種レーザ加工に使用されるガ
スレーザ装置においては、圧力が１０Ｔｏｒｒ〜２００
Ｔｏｒｒ程度のレーザガスをレーザ媒質とし、このレー
ザ媒質が満たされた電極間に高周波放電することによ
り、レーザ励起を行うと共に、レーザガスを流動して放
電に伴うガス温度上昇を抑制している。

【０００３】図３は、この目的に適う従来のガスレーザ
装置５０の例を示している。このガスレーザ装置５０
は、放電電界方向、レーザガス流方向及びレーザ光軸方
向が各々直交する三軸直交型レーザ装置である。

【０００４】図示するように、レーザガスを収容する金
属製真空容器５１は、角型の筒の始端と終端とが閉じ合
わされて形成され、筒内５２に送風機５３、放電部５
４、熱交換器５５が順に設けられている。送風機５３
は、レーザガス流を発生させるために設けられ、図中矢
印Ａで示す方向に流路が形成される。熱交換器５５は、
放電により上昇したガス温度を吸収するために設けら
れ、熱交換器５５で熱を奪われたレーザガスが再び送風
機５３で循環される。放電部５４は、高周波放電により
レーザ励起を行うために設けられている。

【０００５】放電部５４には、金属電極５６と誘電体板
５７とが、組み合わされそれぞれ高周波電源５８の電圧
側、接地側に設けられている。これら金属電極５６及び
誘電体板５７は、平行に対向させて設けられる。誘電体
板５７は金属真空容器５１に保持され、その外側に金属
電極５６が取り付けられている。金属電極５６の大きさ
よりも誘電体板５７の大きさが大きいのは、金属電極５
６と金属真空容器５１との絶縁を図るためである。ま
た、誘電体板５７は、所定の厚さを有すると共にシール
性を有し、レーザガスを封入するための金属真空容器５
１の外殻の一部を形成している。

【０００６】発振周波数が１ＭＨz 〜１００ＭＨz 程度
の電圧が高電圧側金属電極５６ａに印加されると共に接
地側電極５６ｂ並びに上記金属真空容器５１は接地され
る。金属電極５６より誘電体板５７を介して高周波電流
が流れ、放電部５４に満たされたレーザガス中で放電が
点弧され、この高周波放電によってレーザ励起が行われ
る。励起されたエネルギは、光共振器（図示せず）の作
用によって、紙面と垂直の方向にレーザ光として取り出
される。

【０００７】誘電体板５７は、電気的には、金属電極５
６と直列にコンデンサを接続した場合と同様の作用をす
る。即ち、高周波電流の局所的な集中を防ぎ、放電の均
一化を図る役割を果たしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
レーザ装置で、大きなレーザ光出力を得るには、レーザ
ガスを多く流す必要がある。このためにレーザガス流路
を太くすることが考えられる。レーザガス流路を太くす
るには、図３の放電ギャップｄを大きくすることが考え
られる。

【０００９】例えば、図２は、従来の２倍の放電ギャッ
プを形成したものである。図１の放電ギャップがｄであ
るのに対して、図２では２ｄとなっている。この放電ギ
ャップに従来通りの電流を放電させるためには、２倍の
電圧が印加されなければならない。しかし、このように
して放電電圧が高くなると、高周波放電が電極間だけで
なく、高電圧側電極５６ａと接地電位の金属容器５１と
の間で起こることがある。図に示すように、レーザガス
流に伴ってガスイオン５９が流れるので、レーザガス流
の下流側では、誘電体板５７の内側表面から金属容器５
１へのコロナ放電が起きやすい。このように電極から電
極以外への不要な放電が発生すると、エネルギが損失す
ると共に放電が不安定になり、良好なレーザ発振が実現
できないことがある。このような問題を防ぐためには、
誘電体板５７の大きさを大きくし、電極と金属容器との
絶縁距離を稼ぐことが考えられるが、前述したように誘
電体板５７は、真空容器の外殻の一部を形成しており、
金属部分に比べて強度上の問題がある。従って、誘電体
板５７の大きさを大きくすることはできないことにな
り、大出力化が図れない。

【００１０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、低電圧で安定且つ大出力のレーザ装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザガスのガス流路内に配置された高電
圧電極と、上記高電圧電極両側に対向し上記流路壁に配
置された一対の接地側電極とを備えたものである。

【００１２】

【作用】上記構成により、高電圧電極と接地電極との放
電ギャップは、レーザガス流路の放電ギャップ方向の間
隔の略半分になる。従って、電圧を一定のままでレーザ
ガス流路の放電ギャップ方向の間隔を倍にすれば、従来
に比べてレーザガス流路が倍に拡大されると共に倍の電
流を流すことができる。

【００１３】また、高電圧側電極が金属真空容器から空
間的に隔てられているので、イオン流に沿って放電する
ことがない。これにより、電極以外への不要な放電が防
止され安定に放電ができることになる。

【００１４】従って、低電圧で安定且つ大出力のレーザ
装置が実現できる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１６】図１には、本発明に係るレーザ装置の放電
部１が示されている。金属真空容器５１及び、これに連
なる図示されない部分は、従来例で説明した図５のレー
ザ装置と同様のものであり、送風機５３、熱交換器５
５、高周波電源５８等を備えている。

【００１７】図１に示されるように、放電部１には誘電
体板２が対向させて設けられている。誘電体板２は、金
属真空容器５１の外殻の一部を構成し、金属真空容器５
１に連続させて一体的に固定されている。金属真空容器
５１及び誘電体板２で囲まれる空間内には、矢印Ａ方向
のレーザガス流路３が形成されている。レーザガス流路
３の内径は２ｄであり、誘電体板２の向き合う方向及び
これに直角な奥行き方向で、共に従来の２倍の内径に形
成されている。

【００１８】誘電体板２には、それぞれその外側に凹部
４が設けられている。凹部４は、誘電体板２においては
レーザガス流の上流寄りに位置されており、凹部４から
金属真空容器５１までの距離は上流側で短く下流側で長
くなるよう形成されている。これらの凹部４には、それ
ぞれ接地側電極５となる金属電極５が嵌装されている。
接地側電極５は、互いに対向していることになる。

【００１９】また、金属真空容器５１も接地されてい
る。

【００２０】放電部１のレーザガス流路３内には、接地
側電極５間の中間に位置されて高電圧側電極６が設けら
れている。高電圧側電極６の断面形状は、両接地側電極
５に対して対称に形成されている。この断面形状をレー
ザガス流に沿って述べると、まず、その先端部は接地側
電極５の端部の下方に位置され、これより上流側で急激
に隆起して厚さを増し、直ぐに頂部６ａとなる。そこか
ら下流側に向かって緩やかに傾斜して厚さを減じ、接地
側電極５の反対の端部の下方で終端している。また、奥
行き方向には、同じ断面形状のまま延出され、その両端
が金属真空容器５１の側面に絶縁物を介して保持されて
いる。高周波電源５８から高電圧側電極６への配線は、
図では概念的に示されているが、金属真空容器５１の側
面から挿通され、上記絶縁物の中を通して施されてい
る。高電圧側電極６の周囲は、均等な厚さの誘電体層７
で覆われている。

【００２１】高電圧側電極６の断面形状は流体内での抵
抗を減少する形状である。また、接地側電極５からの距
離は、隆起の頂部より下流側に行くに従って、拡がって
いることになる。高電圧側電極６と接地側電極５とは、
下流側ほど静電容量が小さい構造を形成している。

【００２２】高電圧側電極６の下流側に位置されて、レ
ーザガス流路３には、レーザミラー８が設けられてい
る。レーザミラー８は、レーザガス流路３の内径２ｄの
直径を有する円形に形成され、レーザガス流に直交し且
つ放電方向に直交する方向に臨んで設けられている。

【００２３】次に実施例の作用を述べる。

【００２４】まず、レーザガス流路３の内径が大きく形
成されているので、断面積が非常に大きくなり、大量の
レーザガスを最適な圧力で循環させることができる。ま
た、レーザミラー８の直径も大きい。従って、レーザ出
力を大きくすることが可能になる。

【００２５】一方、高電圧側電極６が接地側電極５間の
中間に位置されているので、電圧側電極６の両側に距離
ｄの放電ギャップが形成される。どちらも同じ電圧で放
電をさせることができ、放電電流は互いに等しい。放電
により高電圧側電極６の両側のレーザガスは励起され
る。励起されたレーザガスは、高電圧側電極６の下流側
でレーザミラー８に直交する光軸に沿ってレーザ光を発
生する。

【００２６】この時、高周波電源５８から印加する放電
電圧は、図２の従来方式のまま放電ギャップを大きくし
た場合の約半分の電圧でよい。高電圧側電極６の両面か
ら放電する電流は、従来の略倍の電流となる。即ち、電
圧を高くしなくても放電電流が多くなる。また、電圧を
高くしないので、不要な放電が増加することを防止でき
る。

【００２７】高電圧側電極６がレーザガス流路３の中央
に位置されているので、高電圧側電極６の近傍から発生
するイオン５９の流れは、レーザガス流の中央を流れる
ことになる。このイオン流の下流には、金属真空容器５
１等の接地電位部分が無いので、イオン流に起因する金
属真空容器５１への放電が無くなる。即ち、イオン流に
よる放電損失がなくなる。

【００２８】高電圧側電極６の形状が、流体内での抵抗
を減少する形状であるため、レーザガス流は、高電圧側
電極６に沿って流れる。このため高電圧側電極６がレー
ザガス流中にあってもレーザガス流を阻害することがな
い。また、高電圧側電極６はその翼状形状により、レー
ザガス流の乱れを抑制し、その結果レーザを安定させる
ことができる。

【００２９】レーザガスが放電部１を通過すると放電に
より温度が上昇するため、膨脹してガス濃度が稀薄にな
る。このため、下流側ほど放電しやすくなる。ところ
が、接地側電極５から高電圧側電極６までの距離は、隆
起の頂部６ａより下流側に行くに従って拡がり、下流側
ほど静電容量が小さい構造なので、下流側ほど放電しに
くい。結局、レーザガスの温度が上昇して下流側ほど放
電しやすくなった場合、ちょうど均一な放電電流が得ら
れることになる。

【００３０】以上説明したように、本発明に係る放電部
１は、電圧を高くしなくてもレーザガス流路を拡大して
レーザガス流量を多くできると共に放電電流を多くでき
るので、レーザ出力が大きくなる。また、不要な放電が
なくなり、且つ均一な放電が得られるので、安定にレー
ザ出力が得られる。即ち、低電圧で安定且つ大出力のレ
ーザ装置が実現できることになる。

【００３１】

【発明の効果】

（１）従来と同程度の低電圧のままで大出力が得られる
ので、大出力のレーザ装置を簡単な構造で構成できる。

【００３２】（２）下流側への放電が防止されるので、
放電が安定になり、大出力かつ高効率のレーザ光の取り
出しが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すレーザ装置の放電部の
構成図である。

【図２】従来例の放電ギャップを大きくした場合を示す
放電部の構成図である。

【図３】一般的なレーザ装置の概略図である。

【符号の説明】

１放電部２誘電体板３レーザガス流路５接地側電極６高電圧側電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザガスのガス流路内に配置された高
電圧電極と、上記高電圧電極両側に対向し上記流路壁に
配置された一対の接地側電極とを備えたことを特徴とす
るレーザ装置。