JPH0751803Y2 - レーザ発振装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、発生するレーザ光の脈動を低減したレーザ発
振装置に関し、レーザ光による切断加工等に適用して好
適なものである。

〈従来の技術〉 従来のレーザ発振装置の一例を第６図に示したように、
レーザガスを圧送循環させるための循環ポンプ11の吐出
口側には、該ポンプ11によって昇温したレーザガスを冷
却する熱交換器12が連結されている。熱交換器12の出口
管13は途中で３本の分岐管に分かれると共に、これらの
分岐管のうちの２本の分岐管14は、略直線状に形成され
た放電管15の両端部途中に連結されている。

前記分岐管のうち残る分岐管16はさらに２本の分岐管17
に分岐し、これらの分岐管17は、前記放電管15と略平行
に配された略直線状の放電管18の両端部途中に連結され
ている。さらに該放電管18と前述した放電管15との夫々
の図中左端部は連結管19によって連結されていると共
に、これら放電管15,18の中央部20も排出管21によって
連結されている。

また、放電管15,18内の中央部20には、夫々高圧電源22
に結線された陽極23が設けられ、且つ放電管15,18の両
端部の夫々には、電力制御装置24を介して結線された高
圧電源の陰極25が設けられている。従ってこれらの電極
23,25に高電圧が印加されると、循環ポンプ11により放
電管15,18内に圧送されていたヘリウム、窒素、炭酸ガ
ス等のレーザガス内にて放電が起こり、以ってレーザ光
が発生する。

こうして発生したレーザ光26は、図中下方の放電管15の
右端部に設けられた全反射鏡27、及び連結管19の両端部
に夫々設けられた折り返し鏡28、及び図中上方の放電管
18の右端部に設けられた出力鏡29の夫々によって構成さ
れる光路を多重的に往復することにより増幅され、その
一部が部分的な透過部を有する出力鏡29を透過して図中
右方側へと放出される。放出されたレーザ光26はさらに
円偏光装置30を経て取り出され、切断加工等種々の作業
に供される。

また、排出管21の中間部には、レーザガスを冷却するた
めの熱交換器31の入口側が連結されていると共に、該熱
交換器31の出口側は戻り管32を介して循環ポンプ11の入
口側に連結されている。従って、循環ポンプ11より熱交
換器12、分岐管14,17を経て放電管15,18の夫々に流入し
たレーザガスは、これら放電管15,18内におけるレーザ
発生に供された後、排出管21に流れ込み、さらに熱交換
器31、戻り管32を経て循環ポンプ11に戻されることにな
る。

さらに、熱交換器12の出口管13には、前述したレーザガ
スの循環経路内にレーザガスを供給するための供給管33
が連結され、その途中にはバルブ34が設けられている。
また循環ポンプ11と熱交換器12とを結ぶ管路35には、前
述した供給管33からのレーザガスの供給に伴い、前記循
環経路内よりレーザガスを排出する等のための排出管36
が連結され、その中間部には排出ポンプ37とパルプ38が
設けられている。

〈考案が解決しようとする課題〉 容積型ポンプの１回転当りの吐出回数をｎ、また該ポン
プの回転数をｍ（rps）とすれば、該ポンプにより吐出
される流体の圧力には、第７図に示すようなmn（Hz）の
脈動が発生し、さらにはこのmn（Hz）を基本周波数とし
てさらに高次（２次,3次…）の周波数もポンプ特性、配
管特性等に応じて発生し得る。

このような容積型ポンプを、第６図に示した如き従来の
レーザ発振装置の循環ポンプ11として用いると、該循環
ポンプ11により発生する脈動は放電管15,18内レーザガ
スにまで及ぶことになる。このため、該レーザガス中の
放電により発生するレーザ光の強度も、レーザガスの圧
力変動に伴って第８図に示すように脈動する。

従って、こうして発生したレーザ光により、例えば被加
工物の切断を行うような場合、該レーザ光の脈動によっ
て切断面そのものも脈動して、良好な切断面を形成する
ことができないという問題があった。

〈課題を解決するための手段〉 本考案によるレーザ発振装置は、レーザガスを用いてレ
ーザ光を発生させるレーザ発振器と、該レーザ発振器に
前記レーザガスを供給し且つ循環させる循環ポンプとを
備えたレーザ発振装置において、前記レーザ発振器と前
記循環ポンプとの間に脈動の基本周波数及び高次（2,3,
4,…）周波数の振幅を低減させる共鳴室、拡張室及び多
孔管とから構成された脈動減衰装置を設けたことを特徴
とするものである。

〈作用〉 循環ポンプより圧送されたレーザガスは、脈動減衰装置
に送られ、ここでレーザガスの圧力脈動が除かれた後に
レーザ発振器へと送られて脈動のない安定した一定強度
のレーザ光発生のために供される。

〈実施例〉 以下、本考案によるレーザ発振装置の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、従来の技術と同一の部
材には同一の符号を付して表すと共に、重複する詳細な
説明は省略する。

即ち、この一実施例を第１図に表したように、循環ポン
プ11の吐出側と熱交換器12の入口側とを結ぶ管路35の途
中には、循環ポンプ11の作動に伴い発生するレーザガス
の脈動を減衰させるための脈動減衰装置41が介装されて
いる。

該脈動減衰装置41の拡大断面図を第２図に示したよう
に、主に基本周波数（前記mn Hz）の脈動を減衰させる
ための共鳴室42の図中下方には、該共鳴室42と隔壁43を
隔てて主に高次（２次以上）の周波数の脈動を減衰させ
るための拡張室44が一体的に形成されている。拡張室44
内には、図中上下に配され且つ一端側が隔壁43を貫通し
て共鳴室42側に開口すると共に他端側が循環ポンプ11に
連通する管路35の末端に連結される挿入管45が設けられ
ている。さらに該挿入管45は、圧送されてきたレーザガ
スを拡張室44内に放出するための放出孔46が多数穿設さ
れた多孔管となっている。

また共鳴室42内には、図中上下に配され且つ一端側が隔
壁43を貫通して拡張室44内に開口すると共に他端側が熱
交換器12に連通する管路35の末端に直結される挿入管47
が設けられている。従って、循環ポンプ11より脈動を伴
った状態で圧送されたレーザガスは、挿入管45を経て共
鳴室42に至り、ここで脈動の基本周波数が主に取り除か
れ、さらに該レーザガスは放出孔46より放出されて拡張
室44内で膨張することによって、主に高次（２次,3次
…）の周波数の脈動が取り除かれ、こうしてほとんどの
脈動周波数が消失した状態でレーザ発振器側へと送られ
るのである。

以下、本実施例による脈動の低減効果A_TTを概算すると
次のようになる。

即ち、まず共鳴室42による低減効果A_TT(1)ついては、レ
ーザガス中の音速をＣ、挿入管45の断面積をS_n、挿入管
45の内径をd_n、その長さをl_n、共鳴室42の内容積をV_R、
修正係数α、入口側の管路35の断面積をS_eとすれば、周
波数ｆ（Hz）の脈動に対して次の低減効果A_TT(1)が得ら
れる。

ここでβ，f_rは 次に、拡張室44による低減効果A_TT(2)については、拡張
室44の断面積をS_t、その長さをl_tとすれば、周波数ｆ
（Hz）の脈動に対して次の低減効果A_TT(2)が得られる。

A_TT(2)＝10log｛１＋（m²−１）sln kl_t｝（dB） ここで、 該A_TT(2)及び前述したA_TT(1)及びこれらの和である全体
の低減効果A_TTを図示したのが第３図である。

このようにレーザガスの脈動に対して、著しく低減効果
を実現し得る脈動減衰装置41の出口圧力の実験値を示し
たのが第４図であり、顕著な低減効果を有することが実
証されている。従ってこの極めて脈動の少ないレーザガ
スにより発生するレーザ光の強度も、第５図に示す如く
極めて安定した状態に維持されており、以てこのような
レーザ光を用いてする被加工物の切断等においては、非
常に良好な切断面が形成されるのである。

ところで脈動減衰装置41の構成は本実施例にのみ限定さ
れるものではなく、要するに循環ポンプ11により発生す
る脈動を効果的に低減し得るものであればよい。

〈考案の効果〉 本考案のレーザ発振装置によれば、レーザガスを用いて
レーザ光を発生させるレーザ発振器と、該レーザ発振器
にレーザガスを供給し且つ循環させる循環ポンプとの間
に、該循環ポンプの作動により生ずるレーザガスの脈動
を減衰させるための脈動減衰装置を設けたことにより、
レーザガスが多孔管を経て共鳴室に流入する際に脈動の
基本周波数が主に取り除かれると共にレーザガスが多孔
管の放出孔より拡張室に放出されて拡張室内で膨張する
ことにより主に高次（2,3,4…）周波数の脈動が取り除
かれることによって、 レーザ発振器に供給されるレーザガスの脈動が低減さ
れ、従って該レーザ発振器から発生するレーザ光の強度
が極めて安定した状態に維持されるので、該レーザ光を
用いて行う種々の加工に係る加工面精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるレーザ発振装置の一実施例を表す
概略構成図、第２図は該一実施例に係る脈動減衰装置の
概略構成図、第３図は脈動の低減効果を表すグラフ、第
４図は脈動減衰装置の出口圧力を表すグラフ、第５図は
出力されるレーザ光の強度を表すグラフ、第６図は従来
のレーザ発振装置の一例を表す概略構成図、第７図は容
積型ポンプの吐出圧力を表すグラフ、第８図は従来のレ
ーザ発振器により出力されるレーザ光の強度を表すグラ
フである。 図面中、11は循環ポンプ、12,31は熱交換器、14,17は分
岐管、15,18は放電管、22は高圧電源、23は陽極、24は
電力制御装置、25は陰極、26はレーザ光、27は全反射
鏡、28は折り返し鏡、29は出力鏡、30は円偏光装置、32
は戻り管、33は供給管、35は管路、36は排出管、41は脈
動減衰装置、42は共鳴室、43は隔壁、44は拡張室、45,4
7は挿入管、46は放出孔である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 河村 隆 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 重工業株式会社京都精機製作所内 (72)考案者 渡邊 亮 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 重工業株式会社京都精機製作所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザガスを用いてレーザ光を発生させる
   レーザ発振器と、該レーザ発振器に前記レーザガスを供
   給し且つ循環させる循環ポンプとを備えたレーザ発振装
   置において、前記レーザ発振器と前記循環ポンプとの間
   に脈動の基本周波数及び高次（2,3,4,…）周波数の振幅
   を低減させる共鳴室、拡張室及び多孔管とから構成され
   た脈動減衰装置を設けたことを特徴とするレーザ発振装
   置。