(57)【要約】【課題】従来、レーザ管へのレーザガスの流量は整流部で決定され、流量の制限によってレーザ出力の最大値が制限を受け、また、流入口が上流側１箇所のみであるため、下流側の温度上昇度が大きく、注入電力を上げると反転分布の形成が困難となりレーザ出力の増大が困難であった。【解決手段】放電管を流れているレーザ媒質を放電励起することでレーザ光を発生させるガスレーザ発振装置において、前記放電管内の前記レーザ媒質を放電励起するための電源と、前記電源と接続された電極と、前記レーザ媒質を放電に最適化されたガス流に変更し前記放電管に導入するガス流変更機構を備え、前記ガス流変更機構の下流側にガス流変更機構とは別にガス導入口を設けた。【選択図】図１
2014110321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひとつ又は複数の放電管を有し、前記放電管を流れているレーザ媒質を放電励起することでレーザ光を発生させるガスレーザ発振装置であって、前記放電管内の前記レーザ媒質を放電励起するための電源と、前記電源と接続された電極と、前記レーザ媒質を放電に最適化されたガス流に変更し前記放電管に導入するガス流変更機構を備え、前記ガス流変更機構の下流側にガス流変更機構とは別にガス導入口を設けたガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記ガス導入口を放電管全長の半分より下流側に設けたことを特徴としたガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記ガス導入口を放電の点弧を補助する補助電極近傍に設けた請求項１または２記載のガスレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管を流れているレーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振装置において、レーザ出力を増大させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスレーザ発振器を用いた板金加工装置は薄板から厚板、または板材の種類、軟鋼、アルミニウム、ステンレス等、異なるものを無段取りで切断、溶接できることが望まれている。
【０００３】
図３に従来のガスレーザ発振装置の概略構成の一例として軸流型ガスレーザ装置の例を示す。以下、図３を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。
【０００４】
この図に於いて、１３１、１４１はそれぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、１３２、１３３、１４２，１４３はそれぞれ放電管１３１、１４１周辺に設けられた電極、斜線部１３５、１４５はそれぞれ電極１３２，１３３、１４２，１４３間に挟まれ放電空間である。
【０００５】
本図において放電空間１３５，１４５は放電管１３１、１４１と区別するために斜線にて表わしている。このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管１３１、１４１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１０９に沿って配置される。
【０００６】
１０５はほぼ全反射する終段鏡、１０６は部分反射する出力鏡であり、この終段鏡１０５，出力鏡１０６は光軸（一点鎖線で表わしている）１０９上に配置された放電空間全体の両端に配置され、光共振器を形成している。また通常電極部は数１０ｋＶの高電圧が印加され、終段鏡、出力鏡は、電極との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管１５１、１５２を設けて絶縁を行っている。
【０００７】
１２１，１２２の矢印はレーザ媒質ガスの流れる方向を示している。１１１と１２１はガス流変更機構、１１５は放電管１３１，１４１から流れ出るレーザ媒質ガスを集める排気配管ブロックであり、１２３は排気配管ブロック１１５から排出されるレーザ媒質ガスである。
【０００８】
１６１、１６２は放電電極に電圧を印加する高圧電源であり、図には示していないが、ガス流変更機構１１１，１１２から排気配管ブロック１１３間に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザ媒質ガスを冷却循環させる熱交換器および循環ポンプが設けられている。
【０００９】
以上が従来のガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【００１０】
ガス流変更機構１１１を通り、放電に最適化されたガス流に変更されたレーザ媒質ガス１２１は、放電管１３１内へ導入される。この状態で電極１３２，１３３から放電エネルギーを得て励起され放電空間１３５に放電が発生する。放電空間１３５内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック１１５に流れこみレーザ媒質ガス１２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。このとき無放電管１５１にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間１３５と出力鏡１０６との絶縁を保持している。
【００１１】
同様にレーザ媒質ガス１２２は、ガス流変更機構１１２を通り、放電に最適化されたガス流に変更され放電管１４１へ導入され放電管１３１と同様に放電空間１４５を形成する。
【００１２】
これら励起されたレーザ媒質ガスは出力鏡１０６および終段鏡１０５で形成される光共振器で共振状態となり、出力鏡１０６からレーザ光１０９が出力される。また１３４、１４４は放電の点弧をしやすくするための補助電極である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２−２６７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のような従来の技術を用いた場合、放電管１３１，１４１にレーザ媒質ガスを導入する位置は、ガス流変更機構１１１、１１２だけである。ガス流を変更するには、通常配管内にガス流を変化させる構成物を設置することが一般的であり、その構成物がガス流に対して抵抗となり、流量を低下させる働きとなる。従ってレーザ出力の最大値はガス流変更機構に制約を受ける。
【００１５】
また電極部の印加電圧を増大させてレーザ最大出力の増大をさせる場合には、ガス温度が上昇し、特に放電管の下流側の温度が反転分布を形成させることができず、レーザ出力の最大値は制限を受ける。
【００１６】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、レーザ出力の最大値を増大させることのできる小型で大出力のレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のガスレーザ発振装置では、ガス流整流機構より下流側の放電管に、レーザガスを流入させる流入口を設ける。これらの構成により、下流側からレーザガスが流入させることができるとともに、流入するレーザ媒質ガスは、十分に冷却されているため下流側のレーザガスの温度を低減させる効果も得られる。以上のことにより、発振効率は上昇することができ、従来と同じ電力を注入しても、高出力のレーザ光を得られることができる。また放電管には放電の開始電圧を低く、かつバラツキを少なくするための補助電極を設けていることが多い。前記、下流側のガス導入口を補助電極近傍に設けることで、放電開始時に補助電極近傍で形成された電離状態のレーザ媒質ガスが流れ易くなり、点弧が安定する。このことで、より放電管に高い電圧をかけることができるため、放電管への注入電力を上げることが可能となる。以上のことにより、同じ大きさの放電管でも高出力のレーザ光を得られることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の本発明の構成により、同じ大きさの放電管でも高出力のレーザ光を得られることができる。これにより、高速、またはより厚い板のレーザ加工を提供することができる。また同じ出力であれば発振器を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置のレーザガス温度の状態を示すグラフ
【図３】従来の技術におけるレーザ発振装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１に発明の実施の形態を示す。
【００２１】
図１は本発明のガスレーザ発振装置の概略構成図であり以下、図１を参照しながら説明する。
【００２２】
この図に於いて、３１、４１はそれぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、３２、３３、４２，４３はそれぞれ放電管３１、４１周辺に設けられた電極、斜線部３５、４５はそれぞれ電極３２，３３、４２，４３間に挟まれ放電空間である。本図において放電空間３５，４５は放電管３１、４１と区別するために斜線にて表わしている。このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管３１、４１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸９に沿って配置される。
【００２３】
５はほぼ全反射する終段鏡、６は部分反射する出力鏡であり、この終段鏡５，出力鏡６は光軸（一点鎖線で表わしている）９上に配置された放電空間全体の両端に配置され、光共振器を形成している。
【００２４】
また通常電極部は数１０ｋＶの高電圧が印加され、終段鏡５、出力鏡６は、電極との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管５１、５２を設けて絶縁を行っている。
【００２５】
２１，２２、２３、２５〜２８の矢印はレーザガスの流れる方向を示している。１１と１２はガス流変更機構、１５は放電管３１，４１から流れ出るレーザ媒質ガスを集める排気配管ブロックである。
【００２６】
６１、６２は放電電極に電圧を印加する高圧電源であり、図には示していないが、給気配管ブロック、ガス流変更機構１１，１２、排気配管ブロック１５に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザ媒質ガスを冷却循環させる熱交換器および循環ポンプが設けられている。
【００２７】
次にその動作について説明する。
【００２８】
ガス流変更機構１１を通ったレーザ媒質ガス２５は、ガス流変更機構１１により、放電に適したガス流に調整され、放電管３１内へ導入される。通常放電管３１に流入させるレーザ媒質ガスは、レーザの発振効率を高めるため、熱交換器で冷却されている。通常ガスの温度は２０から３０℃に冷却されている。この状態で電極３２，３３から放電エネルギーを得て励起され放電空間３５に放電が発生する。
【００２９】
放電空間３５内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック１５に流れこみレーザ媒質ガス２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。レーザ媒質ガス２３は放電のエネルギーにより、一部は下述するレーザ光に変換され、残りの放電エネルギーはガスの温度上昇になる。このとき無放電管５１にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間３５と終段鏡５との絶縁を保持している。
【００３０】
同様にレーザ媒質ガス２６は、それぞれ放電管４１へ導入され放電管３１と同様に放電空間４５を形成する。
【００３１】
これら励起されたレーザ媒質ガスは出力鏡６および終段鏡５で形成される光共振器で共振状態となり、出力鏡６からレーザ光９が出力される。
【００３２】
高出力のレーザ出力を得るために放電エネルギーを増大させると放電管内のレーザガスの温度は上昇する。炭酸ガスレーザ発振器では約２００℃を超えると反転分布の形成が困難となり、発振効率が低下し、放電エネルギーを増加させてもレーザ出力が増大しない。
【００３３】
今回の発明では、放電管３１にガス流変更機構１１より下流側にレーザ媒質ガスを導入するガス導入口１３を設けており、レーザ媒質ガスを放電管内に流している。また放電管４１においても、同様にガス導入口１４を設けており、レーザ媒質ガスを放電管内に流している。
【００３４】
上述の様な構成をとることにより、レーザ媒質のガス経路の圧力損失が少なくなり、より多くのレーザ媒質ガスを放電管内に流すことが可能になる。また熱交換器で冷却されたレーザ媒質ガスを、ガス流変更機構下流側のガス導入口から入れることで、下流側のレーザ媒質ガスの温度が低減される。
【００３５】
図２は本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置のレーザガス温度の説明図である。これからわかる様に放電管の全域でレーザ媒質ガスの反転分布が容易に形成することができる。
【００３６】
また放電管には放電の開始電圧を低く、かつバラツキを少なくするための補助電極を設けていることが多い。前記、下流側のガス導入口１３，１４を補助電極３４、４４近傍に設けることで、放電開始時に補助電極近傍で形成された電離状態のレーザ媒質ガスが流れ易くなり、点弧が安定する。上述の構成により、本発明の構成の成立が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかるガスレーザ発振装置は、同じ大きさの放電管でも高出力のレーザ光を得られることができるので、高速、またはより厚い板のレーザ加工を提供することができ、また同じ出力であれば発振器を小型化することができるものであり、放電管を流れているレーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振装置等において有用である。
【符号の説明】
【００３８】
５    終段鏡（全反射鏡）
６    出力鏡（部分反射鏡）
９    レーザ光
１１、１２    ガス流変更機構
１３，１４    ガス導入口
１５    排気配管ブロック
２１、２２    レーザ媒質ガス流れ方向
２３    レーザ媒質ガス排出方向
２５、２６    ガス流変更機構に流れるレーザ媒質ガス流
２７、２８    ガス導入口から流入するレーザ媒質ガス流
３１、４１    放電管
３２，３３、４２，４３    電極
３４、４４    補助電極
３５、４５    放電空間
５１、５２    無放電管
６１、６２    電源
１０５    終段鏡（全反射鏡）
１０６    出力鏡（部分反射鏡）
１０９    レーザ光の光軸
１１１、１１２    ガス流変更機構
１１５    排気配管ブロック
１２１、１２２    レーザ媒質ガス流れ方向
１２３    レーザ媒質ガス排出方向
１３１、１４１    放電管
１３２，１３３、１４２，１４３    電極
１３５、１４５    放電空間
１５１、１５２    無放電管
１６１、１６２    電源
【図１】
2014110321.tif 000003
【図２】
2014110321.tif 000004
【図３】
2014110321.tif 000005