JPH0738177A - ガスレーザ共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスレーザ共振器の外部の空気圧による形状
歪が小さい構造とし、レーザ出力を安定させる。 【構成】 メインパイプ１４で連結した１対のメインフ
ランジ５に放電管８の端部を保持したガスレーザ共振器
において、メインパイプ１４の内部を分割してレーザガ
スを導入するインレット配管９とレーザガスを排出する
アウトレット配管１１とすることにより、熱交換器１０
を含めて、レーザガスの循環経路の配置形状が対称性を
有するので、レーザ共振器に与えられる外部の空気圧に
よる応力が相殺されての形状歪が小さくなり、レーザ出
力が安定する。また、温度センサ１５によりレーザガス
の導入温度と排出温度を検出し、その温度差が３℃以下
となるように熱交換器１０の冷媒流量を制御することに
より、さらにレーザ出力の低下が減少して安定となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業材料を溶接、切断ま
たは熱処理などを行うレーザ加工機に登載されるレーザ
発振器におけるガスレーザ共振器の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ光により超硬材料の精密加
工や熱処理が広く行われるとともに、その出力の増大と
ともに大型工作機械にも用いられ、レーザ光の安定性が
ますます重要課題となっている。

【０００３】以下、従来のガスレーザ共振器について図
面を参照しながら説明する。図５は従来のガスレーザ共
振器の構成を示す要部斜視図であり、また、図６（ａ）
と図６（ｂ）は、それぞれレーザガスの流通経路を示す
要部上面図と要部側面図である。図５において、１は出
力鏡、２は出力鏡１を保持する出力鏡ホルダ、３は終端
鏡、４は終端鏡３を保持する終端鏡ホルダ、５は放電管
８にレーザガスを分配するメインフランジ、６は放電管
ホルダ、７は放電管８を通過したレーザガスを集合させ
るセンターブロック、８は放電管、９はレーザガスを導
入するインレット配管、１０はレーザガスの熱を外部に
取り出すための熱交換器、１１はレーザガスを排出する
アウトレット配管、１２は放電管８を折り返すための折
り返しブロック、１３は折り返しミラー、１４は放電管
８を保持するメインパイプである。 上記構成要素の相
互関係と動作について説明する。図５において２点鎖線
で示したように、レーザガスはインレット配管９とメイ
ンフランジ５とを通って放電管８に分配され、放電によ
り加熱されたのち、センターブロック７で集合して熱交
換器１０に送られ、アウトレット配管１１から排出され
る。一方、レーザ光は放電管８内の放電により発生し、
出力鏡１と折り返し鏡１３と終端鏡３とで形成された光
共振器で増幅され、その一部が出力鏡１から取り出され
る。このレーザ出力はレーザガスの温度により変化する
ため、レーザガスの温度は非常に重要な因子である。放
電によりレーザガスに注入されたエネルギーの一部はレ
ーザ光として外部に取り出されるが、大部分はレーザガ
スの加熱に消費される。したがって、放電管８を通過し
たレーザガスを熱交換器１０で冷却してレーザ出力の安
定化を図っている。なお、レーザガスは大気圧よりも低
く、ガス放電に適した低気圧に保たれながら、外部のガ
ス循環装置（図示せず）によりインレット配管９からア
ウトレット配管１１までの循環経路を通って循環してい
る。また、光共振のための出力鏡１と終端鏡３とは平行
になるように調整して保持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のガス
レーザ共振器では、図５に示したように、レーザガスを
循環させるインレット配管９とアウトレット配管１１
は、メインフランジ５、メインパイプ１４および放電管
８よりなるガスレーザ共振器の主要部分の外側に接続さ
れている。レーザガスの気圧は外部の空気圧よりも低い
ため、ガスレーザ共振器の各表面は同じ単位面積当りの
空気圧で圧縮されるように加圧される。図５および図６
に示した従来例の構成においては、メインフランジ５は
インレット配管９に対して開口部を備えているので、メ
インフランジ５に対する総合圧力は、図６（ａ）に矢印
で示したように、インレット配管９に向かう圧力とな
る。また同様に、センタブロック７に対する総合圧力
は、図６（ｂ）に矢印で示したように、アウトレット配
管１１に向かう圧力となる。これらの圧力は放電管８に
対して曲げ応力となり、ガスレーザ共振器の形状が歪む
という根本的な課題がある。この形状歪はレーザ光の反
射経路長と反射鏡の平行度とを変化させるのでレーザ光
の出力を低下させるが、この形状歪の大きさは温度に依
存するので、結果として、レーザ光出力が温度に依存し
て不安定なものとなる。この課題を解決するため、放電
管８を保持するメインパイプ１４やメインフランジ５の
剛性を上げて光共振器の形状歪を少なくする方法が従来
から採用さているが、それだけでは不充分であるという
課題があった。

【０００５】本発明は上記の課題を解決するもので、ガ
スレーザ共振器に加わる外気圧力の影響を排除し、安定
したレーザ出力を得ることができるガスレーザ共振器を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、メインパイプで連結されて互いに対向す
る１対のメインフランジと、前記メインフランジで端部
を保持された１個以上の放電管とを備えたガスレーザ共
振器において、前記メインパイプの内部を２分割してレ
ーザガスを外部から導入する導入用配管と外部に排出す
る排出用配管とし、前記導入用配管の入り口から前記放
電管を経由して前記排出用配管の出口に至る前記レーザ
ガスの流通経路の配置形状が対称性を有するようにした
ガスレーザ共振器である。

【０００７】

【作用】本発明は上記の構成において、１対のメインフ
ランジを連結するメインパイプの内部を分割してレーザ
ガスの導入用配管と排出用配管を構成し、その導入用配
管と排出用配管とメインフランジとを通ってレーザガス
が循環する。このとき、レーザガスの流通経路の配置形
状の対称性は、メインフランジに及ぼす外気圧の応力を
相殺し、光共振器の形状歪を低減する。

【０００８】

【実施例】（実施例１）以下、本発明のガスレーザ共振
器の一実施例について図面を参照しながら説明する。図
１は本実施例の構成を示す要部斜視図であり、また、図
２は本実施例におけるレーザガスの流通経路と、共振器
に加わる外気圧力とを示す要部上面図である。なお、図
５および図６に示した従来例と同じ構成要素には同一番
号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が従来例
と異なる点は、インレット配管９とアウトレット配管１
１とで放電管８を保持するメインパイプ１４を構成する
とともに、熱交換器１０は各放電管ごとに設け、また、
レーザガスの温度を各放電管ごとに検出する温度センサ
１５と、センタブロックとメインパイプとを熱的に絶縁
する熱絶縁板１６とを備え、かつ、ガスレーザ共振器に
おけるレーザガスの流通経路の構成が対称形となるよう
に配置したことにある。

【０００９】上記構成においてその動作を説明する。図
１において２点鎖線で示したように、メインパイプ１４
のガス入口から導入されたレーザガスは、メインフラン
ジ５と、メインパイプ１４の上部を構成するインレット
配管９とを通って放電管８に流入し、放電管８によって
加熱されたレーザガスはセンターブロック７で集合して
熱交換器１０に流出し、メインパイプ１４の下部を構成
するアウトレット配管１１を通ってガス出口から流出す
る。このとき、熱絶縁板１６はセンターブロック７がレ
ーザガスの熱により加熱され、その熱がメインパイプ１
４に伝導することを防止し、メインパイプ１４の熱によ
る歪を抑えている。温度センサ１５は第１の温度センサ
と第２の温度センサとで構成されインレット配管９のガ
ス入口と各熱交換器１０の出口とに夫々設置され、導入
されるレーザガスの温度と熱交換器から排出されたレー
ザガスの温度とを検出し、両者の温度差が所定値以上に
大きくならないように、制御装置（図示せず）により熱
交換器１０に流れる冷却水または冷却油などの冷却媒体
の流量制御を行う。

【００１０】図２に矢印で示したように、メインフラン
ジ５に加わる外部空気による圧力はメインパイプ１４に
おけるインレット配管９とアウトレット配管１１とに対
する開口部の方向の圧力であるが、それらは互いに反対
方向になって相殺される。また、センタブロック７に加
わる圧力も同様に相殺される。したがって、ガスレーザ
共振器には応力が加わらず、形状歪が発生しない。

【００１１】図３は従来例のガスレーザ共振器と本実施
例のガスレーザ共振器におけるレーザガスの圧力とガス
レーザ共振器の歪変位との関係を比較して示す特性図で
ある。なお、縦軸に示す歪変位は、メインフランジの中
央部と両端部とで測定した曲がり量である。図から明ら
かなように、本実施例によるガスレーザ共振器の形状歪
は従来の構成に比較して非常に小さく、真空外力に対す
る変形の面で優れた特性を示す。

【００１２】図４は本実施例のガスレーザ共振器を用い
た場合の、インレット配管中のレーザガスの温度とアウ
トレット配管中のレーザガスの温度との温度差と、レー
ザ出力の低下率との関係を示す特性図である。図に示し
たように、前記の温度差が３℃以内であれば出力の低下
は僅かで済むことが明らかになった。したがって、温度
センサ１５により温度差を前記温度差を検出し、その温
度差が３℃以下になるように、熱交換器１０の冷媒の流
量を制御することにより、レーザ出力の低下を小さく保
つことができる。

【００１３】以上のように本実施例のガスレーザ共振器
によれば、メインフランジ５を保持しているメインパイ
プ１４の内部を上下に２分割してインレット配管とアウ
トレット配管とすることにより、熱交換器を含めてレー
ザガスの流通経路の配置形状が対称性を持ち、外気圧に
よる応力が相殺されてガスレーザ共振器の形状歪を除去
するとともに、温度センサを設けてレーザガスの導入温
度と排出温度との温度差を検出し、その温度差が３度Ｃ
以下になるように熱交換器１０の冷却媒体の流量を制御
することにより、レーザ出力が低下したり変動しない、
安定なレーザ共振器を実現できる。

【００１４】なお、本実施例ではメインパイプの内部を
上下に分割してインレット配管とアウトレット配管とし
たが、たとえば左右に分割してもよく、また、熱交換器
の制御は冷却媒体の流れの断続で行ってもよいことは言
うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明は、メインパイプで連結されて互いに対向する１対の
メインフランジと、前記メインフランジで端部を保持さ
れた１個以上の放電管とを備えたガスレーザ共振器にお
いて、前記メインパイプの内部を２分割してレーザガス
を外部から導入する導入用配管と外部に排出する排出用
配管とし、前記導入用配管の入り口から前記放電管を経
由して前記排出用配管の出口に至る前記レーザガスの流
通経路の配置形状が対称性を有するようにしたことによ
り、外気圧でレーザガスの流通経路に発生する応力が光
共振器の形状を歪ませることが少なくなり、レーザ出力
の安定したガスレーザ共振器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスレーザ共振器の一実施例の構成を
示す要部斜視図

【図２】本発明のガスレーザ共振器の一実施例における
レーザガスの流通経路と、外気圧による応力とを示す要
部上面図

【図３】レーザガスの圧力とガスレーザ共振器の形状歪
の量との関係を、本発明のガスレーザ共振器と従来のガ
スレーザ共振器とで比較して示す特性図

【図４】本発明のガスレーザ共振器において、インレッ
ト配管中のレーザガス温度とアウトレット配管中のレー
ザガス温度との温度差と、レーザ出力の低下率との関係
を示す特性図

【図５】従来のガスレーザ共振器の構成を示す要部斜視
図

【図６】（ａ）は従来のガスレーザ共振器におけるレー
ザガスの流通経路と、外気圧による応力とを示す要部上
面図 （ｂ）は同要部側面図

【符号の説明】

１ 出力鏡 ３ 終端鏡 ５ メインフランジ ８ 放電管 ９ インレット配管（導入用配管） １１ アウトレット配管（排出用配管） １４ メインパイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メインパイプで連結されて互いに対向す
   る１対のメインフランジと、前記メインフランジで端部
   を保持された１個以上の放電管とを備えたガスレーザ共
   振器において、前記メインパイプの内部を２分割してレ
   ーザガスを外部から導入する導入用配管と外部に排出す
   る排出用配管とし、前記導入用配管の入口から前記放電
   管を経由して前記排出用配管の出口に至る前記レーザガ
   スの流通経路の配置形状が対称性を有するようにしたガ
   スレーザ共振器。
2. 【請求項２】 放電管から流出したレーザガスの熱を外
   部に放出させる熱交換器と、放電管に流入するレーザガ
   スの温度を検出する第１の温度センサと、前記熱交換器
   から排出されるレーザガスの温度を検出する第２の温度
   センサとを備え、第１の温度センサと第２の温度センサ
   とにより検出したレーザガスの流入温度と排出温度との
   温度差が３℃以下になるように前記熱交換器の冷却媒体
   の流量を制御するようにした請求項１記載のガスレーザ
   共振器。