JPS63307789A

JPS63307789A - 軸流形ガスレ−ザ発振器

Info

Publication number: JPS63307789A
Application number: JP14338687A
Authority: JP
Inventors: Koichi Masuda; 浩一増田; Shigenori Fujiwara; 藤原　重徳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1988-12-15

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）本発明は軸流形のガスレーザ発振器に係り、特にその出
力リップルを減少したものに関する。

（従来の技術）従来より用いられている軸流形ガスレーザの構成につい
て第２図を参照して説明する。放電管１にはアノード電
極２とカソード電極３からなる放電電極が２組対称的に
配設されて放電部を形成しており、それぞれに高電圧電
源４からバラスト抵抗５を介して電流が供給される。ま
た放電管１の両端には出力ミラー６．リアミラー７が配
設されて光共振器を形成している。さらに、放電管１の
両端部分のアノード電極２近傍と中央部のカソード電極
間とは略Ｅ字形の循環管体８により連結されてガス循環
路が形成され、この循環管体８にはガスを循環させるた
めのガス循環ブロア９などの送風機や、ガスを冷却する
熱交換器１０が配設されている。

この様に構成される軸流形ガスレーザ発振器は、ガス流
方向と放電方向とレーザの発振軸が同軸であるため光軸
方向から見た時に、その放電及びその放電によって形成
されるゲイン分布が同心状で対称性がよく、従ってレー
ザ光の対称性よくなり、このレーザ光を用いて加工を行
なう場合に方向性がなくなり加工性能が良いとされてる
。

そしてこの様な軸流形ガスレーザ発振器においては、従
来、放電電流、電動機の出力あるいは駆動電力等を含め
た発振器全体の総合効率として考えて、ガスの流速を９
０ｍ／ｓｅｅ程度に設定していた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、実際にこのレーザ光により切断加工をお
こなった場合には、方向性には問題ないが、切断面粗さ
が横流形レーザ発振器などに比べて劣る。例えば、Ｓ２
Ｏ材の切断加工においては板厚１．６ｍｍの切断では横
流形レーザ発振器を用いた場合に切断粗さが４〜７μｍ
であったのに対し、軸流形ガスレーザ発振器を用いた場
合の切断粗さは１０〜２０μｍになってしまうという問
題があった。

そこで本発明の目的は、切断面の面粗さを良好にできる
レーザ光を出力可能な軸流形ガスレーザ発振器を提供す
ることにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上述した切断加工時の切断面粗さを悪くする原因として
次の事項が考えられる。

（１）レーザ光の方向変動（２）レーザ発振横モードの変動（３）レーザ光の出力パワーの変動そこで、（１）、（２）については回転ワイヤ一方式の
レーザ光のモード観測装置を用いてその短時間的な変動
を調べたが、切断面粗さに影響を及ぼすと思われる様な
大きな変化や変動は見られなかった。しかしながら、（
３）については応答速度の十分に速いセンサーを用いて
レーザ光の出力波形を測定することにより、第３図に示
す様な短時間的な出力変動が有ることが確認された。第
３図に示した波形図はレーザ出力がＩＫＷ程度のもので
あるが、周期が５００〜１０００Ｈｚ、出力変動が１２
０〜１５０Ｗ程度となっている。

また、切断面の断面及び上面、切断溝外観を調査するこ
とによってもレーザ光の方向変動や横モードの変動がほ
とんど見られず、レーザの出力変動による切断材料の溶
は込み量の差によってのみ切断粗さが悪くなることが分
った。これ等のレーザ出力変動の原因としては、つぎの
様なことが考えられる。

（Ａ）放電入力の変動（Ｂ）放電空間のゲインの変動（Ｃ）ガス温度の上昇によるガスのレーザ光の吸収ここで（Ａ）、（Ｂ）については現象を完全に分離する
ことは困難であるが次の方法によりその変動を確認した
。

すなわち放電人力の変動を確認するため、電流値を一定
に制御した状態にして短時間の変動を観測した。一方、
放電入力自身の変動を確認するために放電時に発生する
グロー光及び異常グロー光の強度も測定した。この結果
両者はほぼ同様の変動が確認され、放電電圧の変化が放
電部の入力及びゲインを変動させていることが分った。

さらに、この放電部の電圧とレーザ光の出力変動（光リ
ップル）の周波数分析を行った結果、周波数的にランダ
ムな、いわゆる白色ノイズと呼ばれている周波数分布で
両者の変動が関係していることが分った。

以上の様な測定の結果従来の軸流形ガスレーザ発振器で
は放電電圧の時間的にランダムな変動及びゲインの変動
により光リップルが生じ、この先リップルがレーザ光出
力の１０％以上を占めているレーザ光で切断した場合に
切断面が悪くなることが分った。

この様な放電電力の変動する原因は以下の様に考えられ
る。すなわち、軸流形ガスレーザ発振器の様に高速でガ
スを循環させるタイプのものは放電部の単位体積当りの
放電密度が７〜ＩＯＷ／ｃｍ３で、他の横流形ガスレー
ザ発振器などに比べて非常に高く、放電も不安定である
。これより、この不安定性から放電中に局所的な収縮部
、すなわち微少アーク状放電が生じ放電部の電圧及びゲ
インが変動すると考えられていた。また、このような放
電の不安定性による微少アークは空間的にも時間的にも
ランダムに発生することが十分考えられ、計測された放
電電圧の変動及び光リップルの傾向と非常によく合って
いる。

この微少アーク状放電の発生による光リップルの発生の
メカニズムは次の様に考えられる。

微少アーク発生からその成長までにはある程度の時間が
必要であることは容易に推測できる。また、高速軸流形
ガスレーザ発振器においては放電部の電極間をレーザガ
スが高速で通過するため、放電によって生ずるイオンも
微少アークもレーザガスとともに流されると考えられる
。この様子を第４図に示す。同図（ａ）に示すようにガ
ス流の上流側電極であるアノード２で発生した微少アー
ク１１は、ガス流に流されて次第に同図（ｂ）に示す様
に成長する。そして、下流側の電極であるカソード３に
達する頃には同図＜Ｃ＞の様にかなり大きくなる。一方
、ガス流の下流側付近で微少アークが発生した場合には
成長しないうちに放電部を通過してしまい、この様にラ
ンダムに発生する微少アークによって放電部の放電電圧
及びゲインが変動し、光リップルが生ずると考えられる
。

これより本発明では、この微少アークの発生に注目し、
この微少アークの発生を減少させるか、もしくは発生し
た微少アークを消滅させるために放電部の流速を速くす
ることによってガス流による放電部の撹はんやイオンの
吹流しを増加させ、放電の収縮のような不安定性の成長
を押え、光リップルを減少させる様にしたことに特徴を
有する。

（作　用）上述した様に、放電部の流速を速くすることによって、
ガス流による放電部の撹はんやイオンの吹流しを増加さ
せ、放電の収縮のような不安定性の成長を押え、光リッ
プルを減少させることができるので、切断加工時の切断
面粗さを良好にすることができる。

（実施例）以下本発明の実施例を第１図を参照して説明する。なお
、軸流形ガスレーザ発振器の構成は第２図に示したもの
と同様とする。第１図は第２図に示した軸流形ガスレー
ザ発振器のガス循環用ブロアを可変速駆動して放電管１
内を流れるガスの流速を変化させた場合のガス流速と光
り・ソプル量との関係を示すグラフである。同図におい
てＯ印は実測値で実線はその近似曲線を表している。こ
の図から明らかに分るように従来のガス流速９０ｍ　／
　ｓｅｅに比べて約１００ｍ／ｓｅｅでは光り・ンプル
量がかなり減少しており、１００ｍ／ｓｅｅを越えると
略一定の値に安定している。そして、この時の光リップ
ル量は第３図（ｂ）に示される様にかなり少いものとな
っている。ここで、ガスの流速は例えば放電部面後にお
けるガスの温度変化の相関から求めることができる。

この様に本発明の実施例によれば、軸流形ガスレーザ発
振器のガス循環用ブロアを高速駆動して放電管１内を流
れるガスの流速を１００ｍ／ｓｅｅ以上にすることによ
り、レーザガス流による放電部のガスの撹はんやイオン
の吹き流しを増大させ、微少アーク、すなわち放電の収
縮のような不安定性の成長を押えることにより、光リッ
プル量をレーザ出力の１０％以内に減少させることが可
能になった。従って、これより、横流形ガスレーザ発振
器から出力されるレーザ光を利用した場合と同等の切断
面粗さまで切断性能を向上できた。

なお、上述した実施例ではガス循環用ブロアを高速駆動
することによりガス流速を速くしたが、この他ガス流速
を速くする方法としては、ガス循環用ブロアの容量を拡
大したり、あるいは放電管１の管径を小さくするなど本
発明の要旨を変更しない範囲で種々実施可能であること
はもちろんである。

［発明の効果］以上説明した通り本発明によれば、軸流形ガスレーザ発
振器の放電管内を流れるガスの流速を１００ｍ／ｓｅｅ
以上にすることにより、出力レーザ光に含まれる光リッ
プル量を大幅に減少させることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス流速と光リップル量の関係を説明する図、
第２図は軸流形ガスレーザの構成説明図、第３図は従来
の軸流形ガスレーザの光リップルを説明する図、第４図
は微少アークの成長を説明する図である。１・・・放電管、　２・・・アノード電極、３・・・カ
ソード電極、６・・・出力ミラー７・・・リアミラー、
９・・・ガス循環用ブロア、１０・・・熱交換器。代理人　弁理士　則　近　　憲　佑同　　第子丸　健第１図第２図。（ユン　禰−・八、プル第３図（ｂ）（Ｑ）第４４

Claims

【特許請求の範囲】

相対向する様に配設された反射鏡並びに陽極と陰極とか
ら成る少なくとも一組の放電電極を有する放電管と、前
記放電電極の近傍で前記放電管に接続されその放電管と
ともにガス循環路を構成する循環管体と、前記ガス循環
路にレーザ媒質としてのガスを供給するガス供給装置と
、このガス供給装置から供給されるガスを前記ガス循環
路内で循環させる送風機とを具備して成り、前記放電管
内のガス流速を１００ｍ／ｓｅｃ以上としたことを特徴
とする軸流形ガスレーザ発振器。