JPH02207580A

JPH02207580A - 炭酸ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH02207580A
Application number: JP2752189A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murase; 洋村瀬; Hiroshi Miura; 宏三浦; Tadashi Hibino; 正日比野; Koichi Yasuoka; 康一安岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1990-08-17

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、金属の切断や溶接及び同位体分離等に用いら
れる大出力の炭酸ガスレーザ装置に関するものである。

（従来の技術）炭酸ガスレーザ装置は、高効率で高出力が得られるため
、金属の切断や溶接に広く用いられている。また、最近
、炭酸ガスレーザの発振する特定の波長の光を用いた炭
素の同位体分離や、他の原子の同位体分離への応用が注
目されている。

上記の様な炭酸ガスレーザ装置ｊよ、ＣＯ２（炭酸ガス
）、Ｎ２（窒素ガス）、Ｈｅ（ヘリウムガス）を混合さ
せたレーザ媒体ガス中で、グロー放電を発生させ、この
放電によりｃｏ２を励起し、レーザ光を得るものである
。

ところで、この様なグロー放電によって、一部のＣＯ２
分子が分解してｃｏと０２が発生することにより、ガス
が劣化し、レーザ出力が低下することが知られでいる。

また、ガスが劣化すると、安定したグロー放電が維持で
きなくなり、アーク放電が発生しやすくなることが知ら
れている。この様なアーク放電は高密度、高温であるた
め、し−ザ発振を不能とするばかりでなく、電極に損傷
を与え、ガスの劣化をますます加速し、炭酸ガスレーザ
装置の寿命を著しく低下させていた。

そこで、従来から上記の様なガス劣化の対策として、第
７図に示した様な方法がとられていた。

即ち、ガス容器１内にグロー放電電極２ａ、２ｂが対向
配置され、このグロー放電電極２ａは導体３ａに固定さ
れると同時に、リード線４に接続されている。また、リ
ード線４はブッシング５によりガス容器１と絶縁を保ち
、ガス容器１の外部に引き出され、図示されていないパ
ルス電源に接続されている。一方、グロー放電電極２ｂ
は導体３ｂに固定され、図示されていないリード線によ
り接地電位に接続されている。さらに、コンデンサ６　
ａ　、６　ｂ　ｓギャップ７はグロー放電を発生させる
ための予備電離を行う装置である。また、ガス容器１内
には、風洞８が設置され、送風ファン９によってガス流
を発生して、グロー放電電極２ａ。

２ｂが形成する放電部に新鮮なガスを供給できるように
構成されている。なお、風洞８は、その内部を流れるガ
スに十分なガス流速を与え、層流となるように、送風フ
ァン９によるガス流が放電部を通り再び送風ファン９に
戻るように構成されている。さらに、ガス容器１には、
ガスパイプ１１を介してガス再生器１０が接続され、劣
化したガスを再生できるように構成されている。

なお、本出願人らの研究によれば、ガス劣化が引き起こ
すアーク放電は、ＣＯ２が分解して発生する０２が原因
ではなく、０２がさらに分解して生成される０３　　（
オゾンガス）に起因することが判明している。即ち、０
３は他のガスに比較して、電子の吸着係数が極めて大き
く、グロー放電時に発生する電子をすばや（吸着して、
移動度の小さい、重い負イオンをすばやく形成するため
、わずかな量の０３により安定したグロー放電を維持す
ることができなくなり、アーク放電に移行すると考えら
れる。また、０３は活性ガスであるが、かなり安定で、
消滅して０２になるまでにかなりの時間を要することが
知られている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、第７図に示した様な従来の炭酸ガスレー
ザ装置においては、以下に述べる様な解決すべき課題が
あった。即ち、グロー放電電極２ａ、　２ｂで形成され
る放電部で劣化したガスは、速やかに風洞８内を一巡し
て短時間の間に再び放電部に戻ってくる。そのため、放
電部で発生した０３は消滅することなく再び放電部に戻
ってくることになる。この場合、ガス容器１に設けられ
たガス再生器１０によって０３を除去することも考えら
れるが、送風ファン９によって発生するガス流に匹敵す
るガス流量を、ガス再生器１０により処理するためには
、極めて巨大なガス再生器が必要となる。また、この点
は、レーザ出力を大きくすればするほど深刻な問題とな
っていた。

特に、最近、レーザ発振効率を高めるために、レーザ媒
体ガスの圧力を大気圧以上にしたパルス炭酸ガスレーザ
（ＴＥＭＡ）が注目され、開発が進められているが、高
ガス圧下ではグロー放電が不安定になりやすく、ごく微
量の０３が存在してもアーク放電に移行してしまう。従
って、この様な装置において、ガス再生器により０３を
除去することは、現実的に不可能であった。

本発明は以上の欠点を解消するために提案されたもので
、その目的は、アーク放電の発生確率を低減し、ガス劣
化を防止した、高出力、高効率、長寿命の炭酸ガスレー
ザ装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）請求項１の発明は、放電電極を設置した容器内に、送風
ファンを含むガス流路である風洞を設置し、放電電極に
よって形成される放電部にレーザガスを供給する炭酸ガ
スレーザ装置において、前記風洞に、ガス流路の出口に
当たる第１の開口部と、ガス流路の入口に当たる第２の
開口部を形成し、前記第１の開口部を容器の上部に、ま
た、第２の開口部を容器の下部に設置したことを特徴と
するものである。

また、請求項２の発明は、放電電極を設置した容器内に
、炭素を主成分とする固体を配設したことを特徴とする
ものである。

（作用）請求項１に記載の炭酸ガスレーザ装置によれば、風洞に
設けたガス流の出口である第１の開口部から、容器上部
にガスを放出することにより、そのガスが容器下部に達
するまでに０３を自然消滅させることができる。

また、請求項２に記載の炭酸ガスレーザ装置によれば、
容器内部に炭素を主成分とする固体を配設することによ
り、０３を速やかに０２に変換することができ、アーク
放電の原因となる０３を効果的に除去することができる
。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図乃至第６図を参照して
具体的に説明する。なお、第７図に示した従来型と同一
の部材には同一の符合を付して、説明は省略する。

■第１実施例本実施例においては、第１図に示した様に、風洞２０に
２つの開口部２１．２２を設け、ガス流路の出口に当た
る第１の開口部２１をガス容器１の上部に設置し、ガス
流路の入口に当たる第２の開口部２２をガス容器１の下
部に設置する。そして、送風ファン９によって発生する
ガス流１６は、風洞２０内を層流となって流れ、グロー
放電電極２ａ、２ｂから構成される放電部にガスを供給
した後、第１の開口部２１からガス容器１内の上部空間
に放出されるように構成されている。

この様な構成を有する本実施例の炭酸ガスレーザ装置に
おいては、風洞２０の第１の開口部２１からガス容器内
に放出された高温ガスは、ガス容器１内で徐々に冷却さ
れながら、遅い速度でガス容器１の下部に移動し、風洞
２０の第２の開口部２２に達した時に再び風洞２０内に
吸込まれる。

この様に、風洞内のガス流速に比較して、ガス容器１内
におけるガス流速は極めて遅くすることができ、また、
グロー放電で加熱された高温ガスは、ガス容器１の上部
に停滞しやすいので、グロー放電を経験したガスは、経
験した順にガス容器１の下部に移動する。従って、グロ
ー放電を経験したガスが再び放電部に戻るまでには、長
い時間を要し、０３は自然消滅しやすくなる。また、ガ
ス容器１内に設置された種々の構造物の表面積はかなり
大きく、これらの表面に接触する機会も多くなるため、
活性な０３が固体表面の作用で０２に変換されやすくな
る。その結果、送風ファンによって放電部に送り込まれ
るガスは、０３を含まないガスとすることができる。

以上の様な作用を示す本出願人らの研究結果を第２図に
示した。即ち、第２図は一定時間間隔でパルス電圧を印
加し、パルスレーザ出力を得るパルス炭酸ガスレーザ装
置におけるアーク放電発生状況を示す図であり、横軸に
印加したパルス電圧の総数、即ち、総数電数（ショツト
数）をとり、縦軸に発生したアーク放電の累積回数をと
っている。なお、縦軸に対して横軸は圧縮した目盛りと
なっている。また、本実験においては、ガス再生器は使
用せず、ガスはガス容器１内に封じ切りとしている。ま
た、ガスはＣＯ２：Ｎ２　：Ｈｅ＝１：１：８なる標準
的な組成のものを用いた。

第２図中、曲線Ａが第７図に示した従来の炭酸ガスレー
ザ装置を用いた場合の結果であり、曲線Ｂが第１図に示
した本実施例の炭酸ガスレーザ装置を用いた場合の結果
である。曲線Ｂにおいては、アーク放電の発生率はかな
り低下し、しかも、アーク放電によるガス劣化が少ない
ため、ガスの寿命が長くなっていることがわかる。

この様に、本実施例によれば、効果的に０３を除去し、
アーク放電を防止することができるので、電極の損傷も
低減でき、炭酸ガスレーザ装置の長寿命化、高効率化及
び高出力化が実現できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、一般に炭素を主成分とする固体、例えば活性炭は、
０３を速やかに０２に変換する作用を有するため、第３
図乃至第５図に示した様に、ガス流の発生している適切
な箇所に活性炭３０を設置することにより、０３を効果
的に除去することができ、より効果的である。即ち、第
３図は活性炭３０を風洞２０の第１の開口部２１の近傍
に設置したものであり、第４図はガス容器１の内壁に活
性炭３０をコーティングしたものであり、また、第５図
は、ガス容器１の中央部に活性炭３０を設置したもので
ある。なお、第４図に示したガス容器１の内壁ばかりで
なく、ガス容器１内に配設される種々の構造物の表面に
活性炭をコーティングしても良い。

■第２実施例本実施例においては、第６図に示した様に、従来から用
いられている風洞８内に活性炭３０が配設されている。

この様な構成を有する本実施例の炭酸ガスレーザ装置に
おいても、活性炭３０の作用によって０３は速やかに０
２に変換されるので、アーク放電の発生率を効果的に低
減することができる。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、容器内に配設される
ガス流路である風洞に、ガス流路の出口に当たる第１の
開口部と、ガス流路の入口に当たる第２の開口部を形成
し、第１の開口部を容器の上部に、また、第２の開口部
を容器の下部に設置するか、あるいは、放電電極を設置
した容器内に、炭素を主成分とする固体を配設するとい
う簡単な手段によって、アーク放電の発生確率を低減し
、ガス劣化を防止した、高出力、高効率、長寿命の炭酸
ガスレーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭酸ガスレーザ装置の第１実施例を示
す主要部の断面図、第２図は第１図に示した炭酸ガスレ
ーザ装置の作用を示す図、第３図乃至第５図は本発明の
他の実施例を示す断面図、第６図は本発明の第２実施例
を示す断面図、第７図は従来の炭酸ガスレーザ装置の主
要部を示す断面図である。１・・・ガス容器、２ａ、２ｂ・・・グロー放電電極、
３ａ、３ｂ・・・導体、４・・・リード線、５・・・ブ
ッシング、５ａ、５ｂ・・・コンデンサ、７・・・ギャ
ップ、８・・・風洞、９・・・送風ファン、１０・・・
ガス再生器、１１・・・ガスパイプ、１６．１７・・・
ガス流、２０・・・風洞、２１・・・第１の開口部、２
２・・・第２の開口部、３０・・・活性炭。ｉネ資了−クロｔ（第２図第図第図第第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放電電極を設置した容器内に、送風ファンを含む
ガス流路である風洞を設置し、放電電極によって形成さ
れる放電部にレーザガスを供給する炭酸ガスレーザ装置
において、前記風洞に、ガス流路の出口に当たる第１の開口部と、
ガス流路の入口に当たる第２の開口部が形成され、前記
第１の開口部が前記容器の上部に、また、第２の開口部
が容器の下部に設置されていることを特徴とする炭酸ガ
スレーザ装置。
（２）放電電極を設置した容器内に、炭素を主成分とす
る固体を配設したことを特徴とする炭酸ガスレーザ装置
。