JPS62174989A - ガスレ−ザ発生装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放電部本体にガス流を供給するガス流入口耐相
を改良したガスレーザ発生装置に関する。

〔従来の技術〕

最近、ルーツブロアを用いた小形で高出力の高速軸流形
ガスレーザが開発され、レーザ加工に供されている。小
形で高出力化を図るにはレーザ媒質の高ガス圧化が必要
であり、高ガス圧で安定なグロー放電を得るために、レ
ーザ媒質をノズルまたは細隙から高速で噴出し、急膨張
させる手段が採られている０例えば特開昭４９−１２２
９９７号、特開昭５８−１７８５７９号、特開昭６０−
７０７８６号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの従来技術の高ガス圧中の放電では、レーザ出力
のゆらぎつまり変動するという問題があった。レーザ出
力の変動とは、レーザ出力の大きさが変動するとともに
強度分布も変動するものである。変動はビームアナライ
ザで測定した結果、変動の周波数は数１０Ｈｚから数ｋ
Ｈｚであり２１　ｋ　Ｈｚ付近の成分が多く、変動しな
い場合を約１０とすれば、変動の大きさは約５にも達し
、レーザ出力が変動をする欠点があった。

本発明の目的は、レーザ出力を安定させるガスレーザ発
生装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のガスレーザ発生装
置は、放電部本体の一部をガス流入口側方向に膨らみ部
を突出し、膨らみ部内に電極を有するガス流入口を突出
する。

〔作用〕

ガス流入口から放電部本体に噴出されたガス媒質は、噴
出ガス媒質に沿って電極からの焔を形成しながら放電部
本体に衝突して分流し、分流ガス媒体がガス流入口と衝
突し、ガス流入口内のガス媒質と衝突することがなく、
ガス媒質および焔が揺れ動きにくく安定しているので、
レーザ出力を安定させることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図ないし第２図より説明す
る。

放電管本体１は両端に反射ミラー２ａと出力ミラー２ｂ
とを有し、これらのミラー２ａ、２ｂとの反対側放電管
本体中央側にリング形状の陰極３ａ、３ｂを配設してい
る。放電管本体１の両端と中央とは、ガス流通路４に連
通している。ガス流通路４はガス流入口５とガス流出口
６とを形成している。ガス媒質７たとえばＣＯｚ　ｔ　
Ｎ　ｚ　ｖＨｅはガス流通路内を矢印方向Ｘに流通し、
ガス流入口５に設けた陽極８と陰極３ａ、３ｂとの間に
高圧直流電源９Ａ、９Ｂを印加すれば１両電極間に形成
されたグロー放電領域１０内を通過するガス媒質７は、
レーザ光１１に変換される。レーザ光１１は出力ミラー
２ｂより外部に取出される。

グロー放電領域内で暖められたガス媒質７は、ガス流出
口６より再びガス流通路４に循環する。ガス媒質７は第
１熱交換器１２Ａで冷却され、ブロア１３たとえばルー
ツブロアで第２熱交換器１２Ｂに送られる。第１および
第２熱交換器１２Ａ。

１２Ｂとブロア１３とは、ガス流通路４の中央管４Ａに
配設されている。第２熱交換器１２Ｂで冷却されたガス
媒質７は、ガス流通路４を通ってガス流入口５より膨張
室１４に噴出される。

膨張室１４は放電管本体１の一部をガス流入方向とこれ
とは反対方向とに膨らまして楕円形状に形成している。

膨張室１４のガス流入口附近の下側膨らみ部１５とこれ
と反対側の上側膨らみ部１６とを形成している。両膨ら
み部は放電管本体１の中心軸とほぼ軸対称に形成されて
いる。下膨らみ部１５は放電管本体内面ＩＡより外側に
膨らますつまり突出して形成している。下側膨らみ部１
５のガス流入口５はノズル１７を植設している。

ノズル１７は内部にガス流通路４と連通ずる中空穴１８
を形成している。中空穴１８は内部に棒状の陽極８を配
置している。陽極８の下端はＬ字形状に折曲げて、ノズ
ル１７又はガス流通路４の内側に取付けている。ノズル
１７および陽極８の一部は、下側膨らみ部内に突出して
いる。

ノズル１７および陽極８の突出寸法は、ノズル１７およ
び陽極８の一部が放電管本体内面ＩＡより、放電管本体
つまりレーザ光路側に突出しない程度の長さ寸法である
。陽極８の先端はノズル１７の先端より放電管本体内面
側に接近するように配置されているが、陽極８とノズル
１７との先端を同じ高さに形成してもよい。

次に５中空穴１８のガス媒質７は膨張室１４に噴出する
。噴出ガス媒質７は陽極８に点弧している４２０を上方
に引伸し、ロウツクの炎のような形状を形成すると共に
、噴出ガス媒質７はノズル１７から他方の上側膨らみ部
１６の天井面１６Ａに向うにしたがい直径寸法を順次細
さくしたポテンシャルコア２１を形成すると共に、天井
面１６に衝突し、２方向に分流する。−下側の分流ガス
媒質７Ａは、グロー放電領域側に流通し、他方側の分流
ガス媒質７Ｂは膨張室内面を周回して、下側膨らみ部１
５の内面に沿ってノズル１７に衝突し、ノズル１７の周
囲を迂回してグロー放電領域１０に向って流れる。この
結果、分流ガス媒質７Ｂは下側膨らみ部内でガス媒質７
又はポテンシャルコア２１に衝突する割合が少なく、ガ
ス媒質７又はポテンシャルコア２１も揺れ動くことがな
いから、焔２０も揺れ動くことなく細く、長く、真直に
伸びるので、グロー放電領域１０も振幅することなく安
定し、出力ミラー２ｂより照射されたレーザ光１１は、
変動が少なく常にレーザ光出力は安定している。本発明
者達の観察によれば、レーザ光の変動は従来の変動率が
約１０であるのに対して１本発明の変動率は約１に低減
することができた。

また陽極８およびノズル７の先端は、放電管本体内面Ｉ
Ａと同じか、又はそれより下側に配置すれば、レーザ光
路を邪魔することなく、レーザ光出力を低下させること
がない。

特に、陽極８の先端は、ノズル１７の先端より放電管本
体内面側近くに配置すれば、グロー放電領域１０の一部
がノズル７の先端をナメにくくなり、ノズル先端部が熱
的に破損しにくくなり、ノズル１７の寿命を長くするこ
とができると共に。

グロー放電領域１０の一部が安定し、レーザ光出力を向
上させることができる。

すなわち、陽極８およびノズル１７の先端としｖｉ：３
ｍＣＡ）　ｊｆ＠　３囚ＣＢ）　ニ示ｔ　ｍ　＜、横軸
Ｈ／ｄは陽極８の先端をノズル１７の先端面１７Ａより
順次前した時の寸法である。縦軸ΔＲＬ、／Ｒ１゜は、
レーザ光の平均出力ＰＬとレーザ光の変動幅ΔＲＬとの
関係を示すものである。Ｈ／ｄとΔＲｔ。

／ＲＬ、との関係は ０＜Ｈ／ｄ＜０．２　　　　　　　・・・（１）の範囲
であることが望ましい。

この理由は、Ｈ／ｄ＝０．２　以上になれば１分流ガス
媒質７Ｂの悪影響を受けて、ΔＲＬ、／ＲＬ＝０．０５
　以上となり、変動幅が大きくなり、変動幅の大きいレ
ーザ光で被加工物をレーザ加工たとえば清新すると切断
面に凸凹が生じ、使用できない。また、Ｈ／ｄの値が零
以下、つまり陽極８がノズルより外側に突出しない内部
に収納されている時は、陽極８で生じたグロー放電の一
部がノズルに接触すると、グロー放電がゆれて、結局レ
ーザ光出力が不安定になると共に、ノズルが熱破損を生
ずる。

第４図（Ａ）ないしくＤ）により本発明の他の実施例を
説明する。

同図（Ａ）はノズル１７の外側にノズル１７Ａを設け、
ノズル１７とノズル１７Ａとの間に更に中空穴１８Ａを
形成し、中空穴１８，１８Ａを増加して、ガス流入口５
におけるガス流の全圧力損失を低減でき、ガス流量が増
加してレーザ光出力をより高出力化できると共に、更に
、周辺部からのガス流がポテンシャルコア２１の外周を
流れ。

ポテンシャルコアを乱れにくくする効果がある。

同図（Ｂ）は放電管本体１のガス流入口５附近のみを外
側に突出して膨らみ部１５を形成した場合である。同図
（Ｃ）は膨張室１４Ａを矩形形状に形成した場合である
。同図（Ｄ）は陽極８が中空穴１８の途中まで延びてい
る場合である。いずれの場合も上述と同様な効果を達成
することができる。このように、膨張室は流入口側に膨
らみ部を設けることにより本発明は達成できるが、放電
管の中心軸とほぼ軸対称な球、卵形、その他の楕円体に
した方がより効果は大きい。また、ノズルの形状は円筒
形状が最も効果は大きい。また、ノズルの形状は円筒形
状が最も特性が優れていたが、内周もしくは外周にテー
バをつけても効果があり断面形状は円以外でも良い。

壱仁−ヰ−は 以上のように１本発明のガスレーザ発生装置によれば、
レーザ光出力を安定させることができる。

また、ノズル１７はレーザ光路を妨害しない範囲で、放
電管本体内面に突出してもよい。この場合、ノズル近傍
の放電管本体の内径は、グロー放電領域側の放電管本体
の内径より大きい方が好ましい。

［発明の効果〕 以上のように１本発明のガスレーザ発生装置によれば、
レーザ光出力を安定させることができる。

置の側　　　　　　　　　　　　　　　−断面図、第３
図（・Ａ）ないし同（Ｂ）は本発明のレーザ光の変動特
性図および陽極の側断面図、第４図（Ａ）ないしくＤ）
は本発明の他の実施例である膨張室附近の側断面図であ
る。

１・・・放電管本体、３ａ、３ｂ、８・・・電極、５・
・・ガス流入口、６・・・ガス流出口、７・・・ガス媒
質、１４・・・膨張室、１５・・・膨らみ部、１７・・
・ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極を有する放電管本体に設けたガス流入口から流
   出口に向つて流れるガス媒質が、電極間で発生したグロ
   ー放電領域を通過する時にレーザ光を発生する装置にお
   いて、上記放電管本体の一部をガス流入口方向に突出し
   た膨らみ部と、膨らみ部内に突出したガス流入口と、ガ
   ス流入口近傍に配置した電極とを具備したことを特徴と
   するガスレーザ発生装置。 ２、ガス流入口とガス流入口内に配置した電極と、ガス
   流入口端から放電管本体内面方向に突出した時の電極の
   高さ寸法をＨ、ガス流入口の内径をｄとすれば、Ｈとｄ
   とは ０＜Ｈ／ｄ＜０．２ の範囲にすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のガスレーザ発生装置。 ３、ガス流入口とガス流入口内に配置された電極との突
   出寸法を、放電管本体内面の下側に配置することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発生装置
   。 ４、ガス流入口とガス流入口内に配置された電極と、電
   極先端をガス流入口端より上方に突出させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発生装置
   。 ５、上記膨らみ部の形状を半楕円形状に形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のガス
   レーザ発生装置。 ６、上記膨らみ部と反対側放電管本体内面をガス流入口
   と反対側に突出した膨らみ部とから成る膨張室を形成し
   、膨張室の形状を楕円形状とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載のガスレーザ発生装置
   。 ７、上記ガス流入口はレーザ光路を妨害しない程度に放
   電管本体内面に突面することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のガスレーザ発生装置。