JPH08335737A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】スラブ１の上にはＸｅフラッシュランプ４ａが
配置され、スラブ１の下にはＫｒアークランプ４ｂが配
置されている。Ｘｅフラッシュランプ４ａはパルス電源
６ａと接続されており、Ｋｒアークランプ４ｂは直流電
源６ｂと接続されている。それぞれの電源を動作させる
と、Ｘｅフラッシュランプ４ａからパルス状の励起光が
放射され、Ｋｒアークランプ４ｂからは連続的に励起光
が放射されスラブ１を励起する。したがってレーザ光７
はパルス成分と連続成分との両方を含むようになる。 【効果】パルスと連続波の両方の成分がどちらも均一な
強度分布であるレーザ光が取り出されるため、溶接に用
いるならば、レーザ光の照射部全体に渡って溶接割れを
抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ溶接のための固体
レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ溶接では、高出力のＣＯ
₂ レーザやＹＡＧレーザなどが用いられ、利用されるレ
ーザ光は連続波とパルスの両方がある。低入熱で高速な
溶接を行う場合などには、連続波を用いることが多く、
また、厚板などに深い溶け込み溶接を行う場合などに
は、パルスを用いることが多い。

【０００３】また、従来、パルスと連続波の両方が合わ
さったような波形のレーザ光を発生できる固体レーザ装
置がレーザ溶接に利用されることもあった。図３に示し
たこの種の固体レーザ装置２００では、レーザ媒質であ
るロッド１１を励起するために２本の励起ランプを用い
て、その内１本にＸｅフラッシュランプ１４ａを用いて
パルス的に励起し、もう１本にＫｒアークランプ１４ｂ
を用いて連続的に励起する構造であった。これによる
と、パルスのみを用いて溶接する場合に比べて、溶接割
れを抑制しやすくなると考えられている。尚、図３にお
ける１２は全反射鏡、１３は出力鏡である。このような
固体レーザ装置に関しては、例えば、特開平2−119281
号公報で開示されている。

【０００４】一方、スラブ状のレーザ媒質（以下、スラ
ブ）を用いた固体レーザはスラブレーザと呼ばれる。ス
ラブの励起光源である励起ランプなどは、スラブの両側
に配置され、スラブの両側から励起光を照射する構成を
とる場合がある。だだし、図８に示したように、スラブ
１７の片側に励起ランプ１６が配置される場合もある
が、この場合も、スラブ１７の両側から励起光が照射さ
れるように、スラブ１７に対して励起ランプ１６の反対
側に反射板１８が配置されていた。これにより、励起ラ
ンプ１６から放射された励起光の内、スラブ１７を通過
したものは、反射板１８で反射して、再びスラブ１７に
照射される。したがって、従来のスラブレーザでは、一
般に、スラブの両側から励起光が照射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】パルスと連続波の両方
が合わさった波形のレーザ光を発生できる従来の固体レ
ーザ装置では、以下に示すように、均一な強度分布が得
られないことが問題であった。図３に示した従来の固体
レーザ媒質２００では、Ｘｅフラッシュランプ１４ａか
らの励起光が照射されるロッド１１では、その断面内で
Ｘｅフラッシュランプ１４ａに近い側が強く励起され、
その結果、発振するレーザ光１５におけるパルス成分
は、図４に示したような強度分布になる。一方、Ｋｒア
ークランプ１４ｂからの励起光が照射されるロッド１１
では、その断面内でＫｒアークランプ１４ｂに近い側が
強く励起され、その結果、発振するレーザ光１５におけ
る連続波の成分は、図５に示したような強度分布にな
る。すなわち、レーザ光１５のパルスと連続波とのそれ
ぞれの成分の強度分布が一致しなくなり、レーザ光１５
を溶接に用いても、レーザ光が照射される部分の中で
は、局部的にパルスの影響が強くなって溶接割れが生じ
ることがあった。

【０００６】本発明の目的は、パルスと連続波の両方の
成分を含み、しかもそれぞれの強度分布がどちらも均一
なレーザ光を発生できる固体レーザ装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】目的を達成するために、
レーザ媒質中でレーザ光が全反射を繰り返しながら進む
スラブをレーザ媒質として用いて、かつ連続励起光源と
パルス励起光源とをスラブに対して互いに反対側に配置
させたものである。

【０００８】

【作用】レーザ媒質中でレーザ光が全反射を繰り返しな
がら進むスラブでは、スラブ内を進むレーザ光は、スラ
ブの厚み方向の位置が変化するように進む。尚、ここ
で、厚み方向とは、スラブの断面の長方形の短辺方向と
平行な方向であり、一般にスラブに照射される励起光の
進行方向である。その結果、図８に示したような励起光
を反射させる反射板１８を用いないことで、スラブ内部
での励起光の強度分布が厚み方向に関して極端に不均一
になっても、共振器から取り出されるレーザ光では、厚
み方向で均一な強度分布になる。したがって、反射板１
８を用いずに、スラブの片側のみに連続励起光源を配置
させるならば、発振する連続波のレーザ光は厚み方向で
均一な強度分布になる。同様に、反射板１８を用いず
に、スラブの片側のみにパルス励起光源を配置させるな
らば、発振するパルスのレーザ光も厚み方向で均一な強
度分布を有することになる。したがって、連続励起光源
とパルス励起光源とをスラブに対して互いに反対側に配
置するならば、それぞれの励起光源はスラブの片側のみ
に配置されることになるが、以上の理由から、厚み方向
で均一な強度分布のパルス成分と連続波の成分を有する
レーザ光が発振する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１０】図１は本発明の一実施例である固体レーザ
装置１００の説明図である。固体レーザ装置１００で
は、レーザ媒質としてスラブ１が用いられ、全反射鏡２
と出力鏡３とでレーザの共振器が構成されている。スラ
ブ１内を進むレーザ光は、太線７′で示した光軸のよう
に、ジグザグに全反射を繰り返すため、厚み方向の位置
が変化する。尚、厚み方向とは、図１に示したように、
スラブ１の断面の長方形の短辺の方向であり、また、幅
方向とは、スラブ１の断面の長方形の長辺の方向であ
り、さらに、長さ方向とは、スラブ１からレーザ光が入
出射する方向のことである。

【００１１】スラブ１の上にはパルス励起光源であるＸ
ｅフラッシュランプ４ａが配置され、スラブ１の下には
連続励起光源であるＫｒアークランプ４ｂが配置されて
いる。すなわち、Ｘｅフラッシュランプ４ａとＫｒアー
クランプ４ｂとはスラブ１に対して互いに反対側に配置
されている。また、Ｘｅフラッシュランプ４ａは、電力
線５ａ，５ａ′とで、パルス電源６ａと接続されてお
り、Ｋｒアークランプ４ｂは、電力線５ｂ，５ｂ′と
で、直流電源６ｂと接続されている。これにより、それ
ぞれの電源を動作させると、Ｘｅフラッシュランプ４ａ
からパルス状の励起光が放射され、この内、厚み方向で
下側に進むものはスラブ１の上側の励起面からスラブ１
内に吸収され、スラブ１を励起する。また、Ｋｒアーク
ランプ４ｂからは、連続的に励起光が放射され、この
内、厚み方向で上側に進むものはスラブ１の下側の励起
面からスラブ１内に吸収され、スラブ１を励起する。し
たがって、パルス状に励起されたスラブ１からパルス状
のレーザ光が発生し、また同時に連続的に励起されたス
ラブ１から連続波のレーザ光が発生する。その結果、出
力鏡３から取り出されるレーザ光７は、図２に示したレ
ーザ光７の波形図からわかるように、パルス成分と連続
成分との両方を含むようになる。

【００１２】本発明では、レーザ光はレーザ媒質である
スラブ１中の励起面で全反射を繰り返すため、スラブ１
中における厚み方向の励起光の強度分布による影響が平
均化される。その結果、パルス状の励起光によってスラ
ブ１内の厚み方向で上側が強く励起されても、発振する
レーザ光７におけるパルス成分の強度分布は、厚み方向
で均一になる。また、連続的な励起光によってスラブ１
の厚み方向で下側が強く励起されても、発振するレーザ
光７における連続波の成分の強度分布も、厚み方向で均
一になる。したがって、レーザ光７におけるパルス成分
と連続成分との両成分は、どちらも厚み方向で均一な強
度分布になる。これによって、固体レーザ装置１００か
ら取り出されたレーザ光７を伝搬させて、ミラー８で反
射させて、レンズ９で集光させた部分では、パルス成分
と連続波の成分の両方の効果を受け、厚みの大きなアル
ミ板１０ａと１０ｂとを突合せ溶接する際に、溶接割れ
が生じにくくなった。

【００１３】尚、本実施例の固体レーザ装置１００で
は、パルス励起光源としてＸｅフラッシュランプ４ａが
利用され、連続励起光源としてＫｒアークランプ４ｂが
利用されているが、パルス励起光源と連続励起光源のど
ちらにも半導体レーザを利用してもよい。すなわち、半
導体レーザでは、動作源である電流を流す形態により、
連続的にもパルス的にもどちらにも動作できるからであ
る。

【００１４】次に、本発明の他の実施例として、スラブ
を４本の励起ランプで励起する場合、図６に示したスラ
ブ３１の長さ方向の断面図のように、スラブ３１の上側
にパルス励起光源であるＸｅフラッシュランプ３２ａ，
３２ａ′を配置し、スラブ３１の下側に連続励起光源で
あるＫｒアークランプ３２ｂ，３２ｂ′を配置してもよ
い。この場合は、図１に示した固体レーザ装置１００と
同様の理由から、発振レーザ光におけるパルス成分と連
続波の成分のどちらもスラブ３１の厚み方向で均一な強
度分布になる。

【００１５】あるいはまた、図７に示したように、スラ
ブ３３の上側にパルス励起光源であるＸｅフラッシュラ
ンプ３４ａと連続励起光源であるＫｒアークランプ３４
ｂとを配置し、スラブ３３の下側にもパルス励起光源で
あるＸｅフラッシュランプ３４ａ′と連続励起光源であ
るＫｒアークランプ３４ｂ′とを配置させてもよい。た
だし、この実施例では、スラブ３３に対してＸｅフラッ
シュランプ３４ａの反対側にＫｒアークランプ３４ｂ′
を配置し、スラブ３３に対してＫｒアークランプ３４ｂ
の反対側にＸｅフラッシュランプ３４ａ′を配置したも
のであり、図６に示した実施例に比べて、以下に説明す
る問題がない。図６では、パルス励起光源であるＸｅフ
ラッシュランプが２本ともスラブの片側に配置され、ま
た連続励起光源であるＫｒアークランプも２本ともスラ
ブの片側に配置されている。これによると、例えば、レ
ーザ光における連続波の成分の平均出力が、パルス成分
の平均出力よりも遥かに高くなるように発振させようと
するならば、スラブ３１の片側のみにＫｒアークランプ
からの励起光が強く照射される。その結果、スラブ３１
で熱膨張による応力が厚み方向で不均一に生じることに
なり、スラブ３１が反ったりすることがあった。これに
対して、図７に示した実施例では、Ｘｅフラッシュラン
プもＫｒアークランプもスラブ３３に対してどちらも両
側に１本ずつあるため、連続波の成分の平均出力と、パ
ルス成分の平均出力が大幅に異なっても、スラブ３１が
反るようなことはない。

【００１６】

【発明の効果】本発明によると、パルスと連続波の両方
の成分がどちらも均一な強度分布であるレーザ光が取り
出されるため、溶接に用いるならば、レーザ光の照射部
全体にわたって溶接割れを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体レーザ装置の説明図。

【図２】本発明の固体レーザ装置のレーザ光の波形図。

【図３】従来の固体レーザ装置の説明図。

【図４】従来の固体レーザ装置のレーザ光の強度分布
図。

【図５】従来の固体レーザ装置のレーザ光の強度分布
図。

【図６】本発明の他の実施例を示した断面図。

【図７】本発明の他の実施例を示した断面図。

【図８】従来のスラブレーザの説明図。

【符号の説明】

１…スラブ、２…全反射鏡、３…出力鏡、４ａ…Ｘｅフ
ラッシュランプ、４ｂ…Ｋｒアークランプ、５ａ，５
ａ′，５ｂ，５ｂ′…電力線、６ａ…パルス電源、６ｂ
…直流電源、７…レーザ光、７′…光軸、８…ミラー、
９…レンズ、100…固体レーザ装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に励起光を放射できる連続励起光源
   と、パルス的に励起光を放射できるパルス励起光源とを
   有する固体レーザ発振器において、レーザ媒質中でレー
   ザ光が全反射を繰り返しながら進むスラブ状固体レーザ
   媒質をレーザ媒質として用い、前記連続励起光源と前記
   パルス励起光源とを前記スラブ状固体レーザ媒質に対し
   て互いに反対側に配置させることを特徴とする固体レー
   ザ装置。
2. 【請求項２】前記連続励起光源がアークランプであり、
   前記パルス励起光源がフラッシュランプであり、前記ス
   ラブ状固体レーザ媒質に対する片側に第１のアークラン
   プと第１のフラッシュランプが配置され、前記スラブ状
   固体レーザ媒質に対して前記第１のアークランプの反対
   側に第２のフラッシュランプが配置され、かつ前記スラ
   ブ状固体レーザ媒質に対して前記第１のフラッシュラン
   プの反対側に第２のアークランプが配置される請求項１
   に記載の固体レーザ装置。