JPS62213184A

JPS62213184A - Ｃｏ２レ−ザ発振器

Info

Publication number: JPS62213184A
Application number: JP5484986A
Authority: JP
Inventors: Hideomi Takahashi; 秀臣高橋; Eiji Kaneko; 英治金子; Koichi Yasuoka; 康一安岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-19

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］（産業上の利用分野）本発明は、レーザガスを循環するＣＯ２レーザ発振器に
関するものであり、特に運転効率を向上させたものに係
る。

、　（従来の技術）レーザ加工は、１台の加工装置で、切断、穴あけ、溶接
及び表面焼入れなどの一般加工や熱処理を、高速、高精
度に非接触で行うことができ、エネルギーの制御性が高
い、加工点周辺への影響が小さい、金属、非金属、複合
材料の加工ができる、工具の摩耗や破損が起こらないな
ど、多くの優れた特徴を持っていることから、ファクト
リ−オートメーションの要素技術として注目をあびてい
る。

この様なレーザ加工を行うためのレーザ加工技術及びレ
ーザ加工装置の研究開発は、従来各種の工業分野で進め
られており、比較的出力の小さい加工装置は早くから実
用化され、例えば、精密機械部□や電子部品等の微細な
部品の加工に多数使用さ　ている。

己れに対し、近年、ＣＯ２レーザ発振器におい１・１従
来不可能１あ°た放電部分の単位長さにおけるん−ザ出
力の大幅な増大が果されたことにより、１出力１ｋｗ以
上のいわゆる大出力ＣＯ２レーザ発１振器が開発・実用
化されるに至っている。

この大出力Ｃｏ２レーザ発振器においては、Ｃｏ２ガス
を含む気体をレーザ風洞内にて送風機により高速循環さ
せ、一対の電極間でグロー放電を生じ１させ、その両端
にミラーを配置した光共振器によ１す、レーザ光を発生
させている。その際、大容積１のグロー放電を均一に安
定して点弧する必要があるため、通常は、陰極を多数の
ビン状電極として空間的に均一に分散して配置し、それ
ぞれの陰極に放電安定化用の抵抗器を接続して電流を制
限し、この目的を達している。

この様なＣＯ２レーザ発振器の従来例を第３図及び第４
図に示す。

第３図は、装置全体を示す斜視図である。同図において
、ＣＯ２ガスを含む気体を密封したレーザ風洞１内には
、放電部２が設けられ、レーザガスは、送風機３によっ
て矢印４方向に循環し、放電部２に供給されている。放
電部２で高温になったレーザガスは、熱交換器５によっ
て冷却された後、再び送風機３によって加速され、放電
部２に送られる様になっている。

放電部２においては、多数の陰極ビン２１と数本（図で
は２本）のｇ！極捧２２とが１００ｍｍ程度の一定の間
隔をもって対向配置されており、レーザ運転時には、外
部の直流高圧電源６より電流分担を一様とするバラスト
抵抗７を介して、直流の高電圧が印加されることにより
、両電極２１゜２２間にグロー族Ｍ８が発生する。

第４図は、第３図Ｚ−Ｚａによる断面図であり、放電部
２周辺の構成を示している。同図に示す様に、放電部２
の両側には、光共振器を構成する一対の鏡、即ち反射鏡
９及び半透過鏡１０が配置されている。レーザ運転時に
は、グロー放電８で励起されたＣＯ２分子により、反射
鏡９にてレーザ光１１が形成され、このレーザ光１１が
半透過鏡１０より外部へ放射される。

ところで、以上の様な構成を有する放電部２を使用した
従来のＣＯ２レーザ装置には、次に説明する様な装置全
体の大型化の問題が存在していた。

即ち、第４図に示した放電部２においては、陰極ビン２
１が高電圧になることから、放電部２の絶縁を保持して
安定した放電を行うために、陰極ビン２１が配置された
放電有効領域りの両側にビン状−極の存在しない２００
ｍｍ程度の放電無効空間Ｄ＋　、０２が不可欠となる。

この放電無効中ｎｏｌ　、Ｄ２は、同図かられかる様に
、陰極ビン２１亦なく、レーザガス流４に対する通風抵
抗が小さε１ので、その流速は、放電有効領域Ｌ０２倍
程度に速くなる。この結果、ガス流によるレーザガスめ
冷却効率が低下し、送Ｊｉｅ１３の負担を無駄に増大さ
せることとなり、送風機の機械効率を低下させるだけで
なく、送風機３が不必要に大型となり誓し−ザ発振器１
全体も無益に大きくなってしまる。

（発明が解決しようとする問題点）以上説明した様に、従来のＣＯ２レーザ発振器には、放
電部における陰極ビンの配置構成により、ガス流の流速
が不均等となり、冷却効率や礪ｖｊ、ｔＩＪ率を低下さ
せ、送風機の大型化、ひいてはレーザ発振器自体を大き
くしてしまうという問題があった。

本発明は、この様な従来技術の欠点を解決するために提
案されたものであり、その目的は、充分な絶縁耐性を保
持しながら、ガス流の無駄を生じない様な構成の放電部
を可能とすることにより、冷却効率や機械効率がよく、
コンパクトなＣＯ２レーザ発振器を提供することである
。

［発明のＩｔＪｔＣｌ（問題点を解決するための手段）本発明のＣＯ２レーザ発振器は、放電部の両側にレーザ
ガスの流れに対する絶縁物製の案内板を設けたことを特
徴とするものである。

（作用）本発明のＣＯ２レーザ発振器は、以上の様な溝成を有す
ることにより、充分な絶縁耐性を保持しながら、放電部
におけるレーザガスの無駄な流れを防止したため、冷却
効率や機械効率を向上し、且つ、装置の小型化を実現し
ている。

（実施例）以下、本発明によるＣＯ２レーザ発振器を、放電有効領
域しての放電電力密度が５Ｗ／ｃｍ３程度以上の大出力
レーザ発振器に適用した一実施例を、第１図及び第２図
に基づいて具体的に説明する。なお、第１図及び第２図
において、第３図及び第４因に示した従来技術に対応す
る部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例の構成第１図及び第２図において、陰極ビン２１は、シー１ア
風洞１の一部を構成する絶縁板１２に気密保持状態で固
着されている。陰極ビン２１の配置スペースの両側の近
接位置には、ガス流４方向に沿った向きの絶縁物製案内
板１３が設けられ、陰陽ビン２１と同様に絶縁板１２に
固着されている。

この絶縁物製案内板１３のガス流４上流側は、レーザ風
洞１の内壁側に向かって斜めに延設され、その端部をレ
ーザ風洞１の内壁面にｇＡ着されており、この上流側延
設部分には、ガス流４の一部を案内板１３とレーザ風洞
１内壁との間に形成される案内板１３背後の空間に分流
させて、同空間内のガス温度を下げるための小孔１４が
設けられている。なお、この小孔１４の寸法は、同小孔
１４内に流れ込むガス流４の分流の流速が、ガス流４の
本流の流速の１０％或いはそれより若干遅い程度となる
様に設定されている。

本実施例の作用以上の様な構成を有する本実施例の作用は次の通りであ
る。

まず、レーザ運転時の過程については、前述した従来技
術と何等変らない。即ち、レーザ運転時には、外部の直
流高圧？ｆｔ１Ｇｔ６より電流分坦を一様とするバラス
ト抵抗７を介して、直流の高電圧が印加されることによ
り、両？ｌ極２１．２２間にグロー放？［８が発生し、
このグロー放電８で励起されたＣＯ２分子により、反射
１１１９及び半透過鏡１Ｏから成る光共振器内にて発生
した光が増幅され、レーＩア光１１として半透過鏡１０
より外部へ放射される。

ところで、ここで、前記従来例で述べた通り放電部２に
は、陰極ビン２１の両側に放電無効空間Ｄ＋　、Ｄ２が
存在するが、ここには絶縁物製案内板１３が設けられて
いるため、ガス流４は、小孔１４から若干流入する以外
は、放電無効空間Ｄ＋。

Ｄ２にほとんど流入せず、その大半が放電有効領域りに
流入する。従って、従来の様に、ガス流４の流速に遅速
が生ずることはなく、送ｆｆ１機３の負担が縮小される
。従って、機械効率が良好となり、また、陰極ビン２１
の冷却効率も向上する。この結果、放ｆｆｉ効率も向上
するため、装置の小型・コンパクト化を実現できる。し
かも、絶縁物製案内板１３を使用していることから、絶
縁耐性を損わないことは勿論、この絶縁物製案内板１３
が絶縁バリＡ７の役割を果すことから、放電無効空間Ｄ
＋。

Ｄ２を縮小できる効果もある。

一方、この様に、放電無効空間Ｄｒ　、Ｄ２を案内板１
３で仕切った場合、同空間Ｄ＋　、Ｄ２内のガス温度が
上昇する。そして、ガス温度が約１３０℃をこえるとレ
ーザ光吸収が増えて放電効率が低下する＠題を生じるが
、本実施例では、案内板１３の上流側に小孔１４を設け
、本流の流速の１０％程度の流速のガス流４を流し込む
様にしているため、ガス温度の低減が計られている。な
お、この様に、放電無効空間Ｄ１．Ｄ２内に流し込むガ
ス流の流速は、１０％或いはそれより若干少ない程度と
すれば充分な効果が得られることは実証されている。

１：実施例の効果以上述べた様に、本実施例では、放電部の放電有効領域
りには充分なレーザガス流を確保し、放電無効空間Ｄ＋
　、Ｄ２には、僅かな量のガス流のみを流す構造となっ
ているので、ガス流本流における遅速を生じることはな
く、送風ｌ１１３の負担に無駄がなくなり、レーザ発振
機の総合効率を向上できる。しかも、案内板の絶縁バリ
ヤ作用により、放電部の寸法を縮小でき、装置のコンパ
クト化をも実現している。

＊他の実Ｉｊ！例なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく
、各種出力レベルのレーザ発振器に適用可能であり、例
えば、放電有効領域りでの単位体積当たりの１！ｌ電電
力密度が３ｗ／ｃｍ３程度以下のレーザ発振器に適用し
た場合には、放電無効空間Ｄ＋　、Ｄ２内におけるガス
温度の上昇は問題とならない程度であるため、案内板１
３の小孔１４が不要となる。

また、＠１図において、案内板１３は、ガス流４の上流
側にのみ配置されているが、破線１３ａで示１１に、こ
れを下流側まで延長することも可能であり、この場合、
ガス流のガイドをより効果的に行える。なお、この様に
案内板１３を下流側まで延設した場合には、案内板延設
部１３ａがレーザ光１１の経路上に掛かるため、同郡に
は、レーザ光１３ａよりも大きい孔を設ける必要がある
。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明によれば、放電有効領域であ
る陰極ビンの配置領域の両側に絶縁物製案内板を設ける
という簡単な構成の改良により、レーザガス流が放電有
効領域にのみ有効に供給されるため、送風別の負担を軽
減でき、装置の小型化を果せる上、冷却効率、放電効率
等の総合効率を向上でき、更に、案内板の絶縁バリヤ効
果からも装置の一層のコンパクト化を実現したＣＯ２レ
ーザ発振器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＣＯ２レーザ発振器の一実施例にお
ける放電部を示す断面図、第２図は、第１図におけるＡ
−Ａ線断面図、第３図は従来のレーザ発振器の装置全体
を示す断面図、第４図は、第３図におけるｚ−７線断面
図である。１・・・レーザ風洞、２・・・放電部、３・・・送風機
、４・・・ガス流、５・・・熱交換器、６・・・直流高
圧電源、６ａ・・・点弧部、８・・・グロー放電、９・
・・全反射鏡、１０・・・半透過鏡、１１・・・レーザ
光、１２・・・絶縁物板、１３・・−絶縁物製案内板、
１４・・・小孔、２１・・・陰極ビン、２２・・・陽極
棒。第１図　　　　第２図第　３　図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＣＯ＿２ガスを含む気体をレーザ風洞内にて送風
機により高速循環させ、陰陽一対の電極から成る放電部
でグロー放電を生じさせ、その両端にミラーを配置した
光共振器によりレーザ光を発生させるＣＯ＿２レーザ発
振器において、前記放電部には、放電有効領域である陰
極設置領域の両側に、その上流における放電有効領域外
側のレーザガスの流れを中央の放電有効領域に案内する
絶縁物製の案内板を設けたことを特徴とするＣＯ＿２レ
ーザ発振器。
（２）絶縁物製の案内板が、その上流部に少なくとも１
個の小孔を有するものとされ、この小孔の寸法は、ここ
から案内板外側に流れ込むガス流の流速が、放電有効領
域を流れるガス流の流速の１０％又はそれより若干遅い
程度の速度となる様に設定されたものである特許請求の
範囲第１項記載のＣＯ＿２レーザ発振器。