JPS62216283A - 三軸直交形ガスレ−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】 （産業上の利用分野） 本発明は小型で、かつレーザビームの形状が対称モード
をとる三軸直交形のガスレーザ装置に関するものである
。

（従来の技術） 代表的な三軸直交形のガスレーザ発振器の例を第３図及
び第４図によって説明する。図において、■はレーザ媒
質であるガス（以下、レーザガスという。）を封入と大
気と隔絶するための密閉容器で、普通ステンレス製であ
り、２は放電電極に放電に要する電力を注入するための
電源であり、一対の電極ホルダ３．４に保持されて前記
密閉容器１内に鉛直面に沿って相対向して配設されてい
る。

この放電電極の長手方向両側部には全反射鏡７及び部分
反射鏡８をもつ共振器が設けられる。また、これらの部
材の下方には送風機ＩＯと熱交換器１１が並設され、更
にダクト１２によりレーザガス６の通路を形成している
。

なお、同図中１３は電極冷却用の配管を示し、電極用冷
媒としては通常純水が使われる。以上の構成において、
放電部５内で高温とされたレーザガス６は第４図の矢印
で示す如くダクト１２内を流れて熱交換器１１で低温に
され、送風機１０によりダクト１２に案内されて放電部
５へと積極的に送り込まれる。このように、レーザガス
６は送風機１０→放電部５→熱交換器１１→送風Ｎ＆１
０と回流することになる。

そして、レーザガス６は放電部５内で放電により励起さ
れて、その遷移時にレーザ光を発する。

このレーザ光は全反射鏡７から部分反射鏡８を通ってレ
ーザビーム９として外部に取り出される。

ところで、このような三軸直交形ガスレーザ装置は、一
般に大電力が投入できるために大出力を期待できるが、
レーザビームのモードパターン、即ち断面形状が非対称
となり易く、その結果同装置を加工［川として使用する
場合には、アパーチャーを用いてシングルモードを（υ
ようとするため出力が半分以下に低下するという欠点が
あった。

上記レーザビームの断面形状が非対称となり易いのは、
三軸直交形ガスレーザ装置ではガス流とレーザ光とが直
交するために同一ビーム中でもガスの流れの上流側と下
流側では分子の励起のされ易さが異なるためであって、
レーザビームの断面における強度分布は如何にしても対
称になり難い。

このような非対称なモードの場合、切断加工にあっては
切断方向により同一出力で切断時間が異なるなどの不具
合が生じ、また溶接にあっては溶は込み深さが異なり、
浅くなる等の問題が生じる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の三軸直交形ガスレーザ装置は発振さ
れるレーザビームの断面形状が非対称となり易いために
、加工用として使用する場合、出力の低下することは分
っていてもアパーチャーを入れ゛ζシングルモードを得
ているものであり、これを改善するためには加工機本体
の性能を上げざるを得ずコストアンプにつながるもので
あった。

本発明は、これらの点を踏まえて開発されたもので、レ
ーザビームの断面形状を対称形にし、更に加えて構造を
簡単にして装置の小型化を可能にした三軸直交形のガス
レーザ装置を提供しようとするものである。

（問題を解決するための手段） このため、本発明は密閉容器と、該密閉容器内に配設さ
れる共振器及び同共振器間に対向配置された一対の電極
を有する放電部からなり、該放電部にはその長手方向全
域に亘って羽根部材が設けられ、前記放電部と羽根部材
とを光軸の近傍を回転軸線として積極的に回転するよう
にしたことを特徴とする三軸直交形ガスレーザ装置を構
成とし、これを上記問題点の解決手段とするものである
。

（作用） 密閉容器内で放電部と羽根部材を一体にして適宜駆動装
置により回転させると、羽根部材の作用によりガス流を
発生させると共に、その流れの方向を放電電極間に向け
、放電部を通り抜けたガスは密閉容器の内壁に接触しつ
つ放電部との相対的な流れとなって再び羽根部材の作用
を受けて放電部内へと流れ込む。

密閉容器を冷却すると、該容器の内壁に接触する高温ガ
スは熱交換されることになり、また前記羽根部材自体も
冷却フィンとして機能する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例である三軸直交形
ガスレーザ装置を示し、第１図は同装置を透視した立体
モデル図であり、第２図は同装置をビーム光に直交する
面からみたときの各部材の作動状態と流体の流れ方向を
示したものである。

両図において、２０は全体が有底円筒体として構成され
た密閉容器であり、その壁体の内部に通水させてラジェ
ータとしての機能を持だセでいる。

該密閉容器２０内には、その両底部中央に近く夫々全反
射鏡２１と部分反射鏡２２が配設固定される。

２３．２４は夫々放電電極を保持する一対の電極ホルダ
であって、各電極ホルダ２３．２４はその長手方向両側
端を２枚のドーナツ状円板２８．２９に適宜手段をもっ
て固着一体化している。３０は前記２枚のドーナツ状円
板２８．２９間に懸架固定されたインバーロッドで、ド
ーナツ円板２８．２９同志の相対的な位置変動を防いで
いる。

一方、前記一対の電極ホルダ２３．２４のいずれかの中
方向側輪には、その長手方向全域に亘り第１の羽根部材
２５が延設され、また両電極ボルダ２３．２４の各非対
向面の１１１方向中央にもその長手方向全域に亘って夫
々第２の羽根部材２６．２７が突設されている。

前記第１の羽根部材２５はその延設方向の湾曲されて形
成され、前記第２の羽根部材２６．２７は平板状であっ
て、その平面部には複数の通気窓が形成されている。

ここで、前記電極ボルダ２３．２４、各羽根部材２５．
２６．２７はいずれも絶縁体で構成され、このうち羽根
部材２６．２７及び電極ホルダ２３．２４は更に熱伝導
小の大きいものが要求される。また、ドーナツ状円板２
８．２９及びインバーロッド３０は金属を使用しても良
い。

そして、これら各部材の組立体Ａは、例えば両ドーナツ
状円板２８．２９の中央孔部を取り囲むよ・）にして円
筒部材を突設し、該突設部を軸受を介して密閉容器２０
内に架設された柱状部材に支持させるか、或は同密閉容
器２０の両底部壁に軸受けを介して支持される。

また、前記一方のドーナツ状円板の外周面には■溝・歯
等が形成され、前記組立体Ａはベルト・ヂエーン・歯車
等を介してモータにより駆動回転される。勿論、この場
合、前記■溝・歯等を直接ドーナツ状円板本体に形成す
る必要はなく、例えば前記円筒部材の外周に形成するこ
とも可能である。

なお、前記組立体Ａの組付けにあたっては、第２図に示
す如く前記電極ホルダ２３．２４を組立体Ａの回転軸線
に対し、レーザガスの上流側に僅かに偏倚させるとよい
。即ち、放電領域を回転軸線である光軸に対してレーザ
ガスの上流側に僅かに偏倚さ・Ｕ′ることを意味する。

ここで、その理由を第５図及び第６図によって説明する
と、相対向する電極間に作られる放電領域にあって、電
極の端からレーザガスの流れ方向に偏倚量Ｘをとると（
第５図）、電極の中心からずれた成る偏倚点でレーザガ
スの励起密度が最大となることが分かっている。（第６
図）。

本実施例では、前記理由により」１記回転軸線をこの励
起分布のピーク値付近にもってきて、レーザ出力を効率
的にかつ最大に取り出そうとするものである。

以下、その作用を説明すると、密閉容器２０の壁内には
冷却水が流されて、常時容器内を低温に保とうとしてい
る。いま、この状態で放電電極に外部から電力を投入し
つつ、モータにより組立体Ａを第２図の２線矢印の如く
回転させると、レーザガスは第１の羽根部材２５の回転
方向の湾曲した面に案内されて放電領域内へと流入する
。ここで、レーザガスは励起され、レーザ光を発生させ
放電領域外へと高温ガスとなって流出する。この高温に
されたレーザガスは周囲の冷却されたガス中に混入しつ
つ密閉容器２０の内壁部と接触して冷却されると同時に
、第２の羽根部材２６．２７とも接触して冷却される。

冷却されたレーザガスは再び第１の羽根部材２５に接触
案内されて放電領域へと送り込まれる。前記第２の羽根
部材２６．２７はレーザガスの冷却の外に、放電電極の
冷却機能をも兼ね備えている。

ここで、レーザガスの冷却効率につき考察すると、本発
明では密閉容器２０の全内面に冷却機能を与えており、
レーザガスはこの冷却面と随時接触を繰り返すため、従
来の如く熱交換器を短詩間通ずものとは異なり冷却効率
は一段と高められることになる。

なお、上記実施例の他に電極ホルダ２３．２４とインバ
ーロッド３０を直接結合固定することも考えられる。

即し、インバーロッド３０を電極ホルダ２３．２４に夫
々貫通し螺合により固定するか、或は両者間にアームを
介して相互を固設すれば良い。

一方、出力されるレーザビームは放電領域が光軸を回転
軸として回転する結果、そのモードパターンが対称形を
とるようになり、本実施例装置を加工用に適用する場合
、ビームの移動方向に何らの考慮を払う必要がなく、高
精度の加工を可能とする。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明によると、放電領域を
光軸を中心に回転させるようにしたためレーザビームの
モードは対称モードとなり、加工方向の制限を受けるこ
となく、如何なる加工にあっても高精度の加工が期待で
きる。

また、密閉容器自体に熱交換機能をもたせ、更には、回
転する電極に羽根部材が一体とされたいるため、従来の
三軸直交形ガスレーザ装置の如く密閉容器内に熱交換器
、送風機、ダクト及び各部材（電極、送風機等）の冷却
用配管を無くすことができ、その結実装置を大中に小型
化できるものである。

更に、羽根部材の形状、配置等を好適なものとすれば、
従来の送風機に比較して同一電力によって放電領域を流
れるガス量を増大さゼることができ、従って回転軸線（
光軸）をレーザガスの励起密度分布の最大値付近に持っ
てきたことと相俟ってレーザ出力を大中に増大さ（るこ
とが可能となり、結果的に消費エネルギーの低減にもつ
ながるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である三軸直交形ガスレーザ装
置の概略を示す透視全体構造図、第２図は同装置の作動
状態を示す光軸に直交する断面図、第３図は従来の三軸
直交形ガスレーザ装置の概要を示す正面図、第４図は同
側断面図、第５図及び第６図は同種装置における放電領
域内でのレーザガス励起密度分布の説明図である。 図の主要部分の説明

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密閉容器と、該密閉容器内に配設される一対の共振器及
   び同共振器間に対向配置された一対の電極を有する放電
   部からなり、該放電部にはその長手方向全域に亘って羽
   根部材が設けられ、前記放電部と羽根部材とを光軸の近
   傍を回転軸線として積極的に回転するようにしたことを
   特徴とする三軸直交形ガスレーザ装置。