JPS6028285A - 気体レ−ザ - Google Patents

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】 産業上の利用分野： て　本発明は放電管を有する気体レーザとくに高た　連
軸流ガス輸送形気体レーザに関する。

このような気体レーザの場合レーザ出力を上が　昇する
ため、放電管内径は放電管のガス入口孔と出口孔の間の
圧力降下を最小にして最高のレーザガススループットを
保証し、かつレーザガスの渦流によって放電管内のとく
に端部ヘッド内でも放電の均一性を保証しなければなら
ない。

従来の技術および発明が解決しようとする問題点； この要求を充足するため高速ガス流気体レーザの場合、
放電管内側断面をレーザガス流直径に応じて形成し、レ
ーザガス放電の均一性を流れの案内手段によって可能に
することは公知である。この場合レーザガス放電は端部
ヘッド内に配置したリング電極を介して行われる。

最適の管径を有し、リング電極へのレーザガス流入を最
適にしたこの公知放電管構造は完全な均一化が達成され
ない欠点を有する。

西独公開特許公報第３０２７３２１号から安定化された
渦流を有する低速ガス流形レーザが公知であシ、この場
合放電管内に少なくとも１つのフィンリングが放電管お
よびガス流の縦軸と同心に配置される。

実験の結果、放電管内に配置したこのようなフィンリン
グは前記高速ガス流形気体レーザの場合レーザ出力上昇
の効果がないことが明らかになった。

本発明の目的は放電管長１ｍ当りのレーザ出力を構造サ
イズを同じに維持して上昇することである。

もう１つの目的はレーザガス放電の均一化によって光線
品質を改善することである。

問題点を解決するための手段。

この目的は特許請求の範囲第１項記載の特徴を有する気
体レーザによって解決される。

本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲第２項〜第２
８項に記載される。

作　用： 本発明によシ達成される利点はとくに放電管内側断面の
突然の不連続的拡大および拡大部に配置した絞シによっ
て、接線方向にレーザガスが流入し、ガス分配装置がス
リットを備えている場合、放電管全長にわたり気体放電
が均一化され、しだがって放電管長１ｍ当りの気体レー
ザ最大出力がこれまでの５００ワツトから１０００ワツ
トへ構造ユニットをほとんど拡大することなく上昇する
ことにある。本発明による出力の時間的安定化の結果と
して加工速度上昇のほかにとくに溶接結果の品質および
再現性の改善ならびにミラー汚れの減少が達成される。

実施例・ 第１図には軸流ガス輸送レーザが１０で示される。レー
ザ１０は主として２つのレーザ放電管１１からなυ、こ
れらは２つの端部ヘッド１２に支持され、結合ヘッド２
０を介して互いに結合している。端部ヘッド】２および
結合ヘッド２０は図示゛されていない高圧源に接続され
る。

高圧源のプラス極は端部ヘッド１２の内部空間１３と、
高圧源のマイナス極は結合ヘッド２０の内部空間１３と
結合する。とくに有利に端部ヘッド１２または結合ヘッ
ド２０はアルミニウムから製造される。

レーザミラーは１５および１６で示される。

導管１７を介してレーザ１０に連続的にレーザガスがガ
ス源１８から供給される。レーザガスはこの場合とくに
ヘリウムーチッ素−２酸化炭素混合物である。放電管１
１内の平均圧力約７　Ｑ　ｍｂａｒを維持するため、放
電管１１は真空ポンプ１９と結合する。

端部ヘッド１２にそれぞれレーザガス入口孔２１．２２
が備えられる。さらに結合ヘッド２０はとくに中心にレ
ーザガス出口孔２３を有する。

ガス入口孔２１．２２およびガス出口孔２３は導管２４
，２５．２６を介してレーザガス冷却輸送ユニット２７
と結合する。冷却輸送ユニット２７はとくにルーツブロ
アとして形成されたブロア２９を有する。端部ヘッド１
２ヘレーザガスが接線方向に流入し、結合ヘッド２０で
吸出すことによってレーザミラー族＠１５，１６と反対
の流れ方向が達成され、したがって減結合板およびミラ
ー１５．１６の汚染の危険が低下する。

端部ヘッド１２に放電管端３０．３１と相対して管３３
として形成したそれぞれ１つのガス分配管３２が備えら
れる。ガス分配管３２はノブとして形成され、その自由
端３６の先端縁３７は縦断面でガス入口孔２１．２２の
中心軸３８と一致するように配置される。放電管中心軸
４゜と一致する中心軸３９を有するガス分配管３２はジ
ブの自由端３６にとくにそれぞれ３つのスリット孔４１
を備える。スリット孔４】はとくに先端縁３７から１４
箇離れてガラス管３３に設けられる。中心軸３９と直角
にガス分配管３２の円周に配置したスリット４１０幅は
有利に１゜−であり、先端縁３７とレーザガス放電管Ｉ
Ｊの端面４２との距離は同様１０＋ａｍである。

さらに第１図に示すようにガス輸送レーザ１゜の全体は
構造ユニットとして形成され、共通のケーシング４３内
に配置される。構造ユニットのケーシング４３に切断ヘ
ッド４４が固定され、この中でミラーおよび他の光学装
置を介してレーザ光線が加工する素材へ集光される。

第２図には矢印で示す端部ヘッド１２への接線方向のレ
ーザガス流入および放電管１１が断面で略示される。こ
の場合レーザガスは端部ヘラＦ１２へ導管２４，２５．
２６を介して゛、そこから放電管１１へ輸送される。こ
の接線方向のレーザガス流入４５によりスリットを有す
るガス分配管３２とも関連して端部ヘッドＪ２内の均一
化が達成される。放電はへ・ツ・ド内部全空間１３内に
均一に発生する。他面接線方向のガス流入４５により必
然的にガスが旋回するので、放電は管端へ向って収れん
する。レーザガスのこの必然的角運動量４６によって生
ずる旋回によシ放電管１１内にマクロ渦流４７を形成さ
せる流速の小さいゾーンが発生する。第３図に示すよう
に放電管１１はマクロ渦流４７の波長によって決定され
る２つの位置に不連続的な突然の放電管断面拡大部４８
（カルノーディフューザ）を有する。

経験的研究により放電管長さ４９を６００または４６０
咽に選択した場合、端部ヘッド支持壁５１と第１放電管
断面拡大部４８の前端面５２の間の距離５０として５０
団が得ｒ、れた。放電管ディフューザ部５７に設けた放
電管断面拡大部４′８の有利な長さ５３として４．０　
＋ｍｈｌが得られた。第１および第２デイフユーザ５７
の間の距離５４は２２０ｍｍが有利である。放電管１１
の内径５５が２８祁の場合、放電管断面拡大部の内径は
４０間である。

とくに有利なディフューザ材料として安定性または熱伝
導の点から金属、セラミックまたはガラスが有利なこと
が明らかになった。

第３図に示すディフューザ５７は隣接するレーザ放電管
部分５８を１体に形成される。

ディフューザ５７を交換可能に放電管１１と結合し、作
業条件およびマクロ渦流４７が変化する際、距離５０．
５４ならびに放電管部分５８およびディフューザ５７の
構造的形成をこの新しい作業条件に簡単に適合させうる
ことは明らかである。

突然の不連続的放電管断面拡大部４８によって非常に強
い渦流が形成され、それによってガス放電が放電管１１
の全長にわたって均一化され、したがってレーザ出力が
上昇する。

突然の不連続的放電管断面拡大部４８にとくにレーザガ
ス流れ方向に対し１５〜３０°のＩＪ−ド角６２で絞り
５９が配置される。第３および４図に示すように、絞シ
５９はレーザガス流れ方向６０で後部範囲６１にディフ
ューザ５７と固定結合される。

もちろん絞シ５９をディフューザ５７に交換および調節
可能に配置するのも有利である。この場合最初の実験で
明らかになったように絞シ５９のＩＪ　−ｐ角ならびに
ディフューザ５７０周縁における高さおよび位置を調節
可能に形成するのがとくに有利である。とくに第４図か
ら明らかなように、ディフューザ５７はとくに金属、ガ
ラスまたはセラミック材料からなる５つの絞りを備える
。

発明の効果： ２つの放電管１１を有する本発明による前記軸流ガス輸
送レーザ１０により同じ構造サイズおよび同じ放電管長
でこれまでの５００ワツトから１０００ワツトへの出力
上昇が達成された。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸流ガス輸送レーザの構造を示す断面図、第２
図は接線方向のレーザガス流入を示す端部ヘッドの断面
図、第３図は放電管の縦断面図、第４図はディフューザ
の絞り配置を示す斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ　放電管を有する気体レーザにおいて、レーザガスの
   貫流する放電管（１１）が少々くとも１つの突然不連続
   的に変化する放電管断面拡大部（４８）を有することを
   特徴とする気体レーザ。 ２、放電管断面拡大部（４８）が角運動量（４６）およ
   び質量スループットに応じて放電管（１１）に配置され
   ている特許請求の範囲第１項記載の気体レーザ。 ３、拡大した放電管断面（４８）が放電管（１１）の内
   側断面（５５）の１２〜１６倍である特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の気体レーザ。 ４　放電管ディフューザ部分（５７）の拡大した放電管
   断面（４８）が４０ｍｍの長さを有する特許請求の範囲
   第１項から第３項までのいずれか１項に記載の気体レー
   ザ。 ５、ディフューザ（５７）が隣接する放電管部分（５８
   ）と１体に形成されている特許請求の範囲第１項から第
   ４項までのいずれか】項に記載の気体レーザ。 ６、ディフューザ（５７）が隣接する放電管部分（５８
   ）と交換可能に結合されている特許請求の範囲第１項か
   ら第５項寸でのいずれか１項に記載の気体レーザ。 ７、　ディフューザ（５７）の材料が金属である特許請
   求の範囲第１項から第６項寸でのいずれか１項に記載の
   気体レーザ。 ８、　ディフューザ（５７）の材料がセラミックである
   特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に
   記載の気体レーザ。 ９　ディフューザ（５７）の材料がガラスである特許請
   求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の
   気体レーザ。 １０、レーザガスの質流する放電管が少なくとも〕つの
   突然不連続的に変化する断面拡大部を有する、放電管を
   有する気体レーザにおいて、ディフューザ（５７）内に
   絞、ＩＤ（５９）が配置されていることを特徴とする気
   体レーザ。 １１、絞り（５９）がレーザガス流れ方向（６０）に対
   し１５〜３０°のリード角（６２）で捩れて配置されて
   いる特許請求の範囲第１０項記載の気体レーザ。 １２、絞り（５９）がレーザガスの流れ方向（６０）で
   ディフューザ（５７）の後部範囲（６１）に配置されて
   いる特許請求の範囲第１０項または第１１項記載の気体
   レーザ。 １３、絞シ（５９）がディフューザ（５７）内に固定的
   に配置されている特許請求の範囲第１０項から第１２項
   までのいずれか１項に記載の気体レーザ。 １４、絞シ（５９）がディフューザ（５７）内に交換可
   能に配置されている特許請求の範囲第１０項から第Ｊ２
   項咬でのいずれか１項に記載の気、体レーザ。 １５、絞シ（５９）がディフューザ（５７）内に調節可
   能に配置されている特許請求の範囲第１０項から第１４
   項までのいずれか１項に記載の気体レーザ。 １６、絞り（５９）のリード角が調節可能である特許請
   求の範囲第１５項記載の気体レーザ。 １７、　絞シ（５９）がディフューザ（５７）の周縁に
   位置摺動可能に配置されている特許請求の範囲第１５項
   記載の気体レーザ。 １８、絞υ（５９）がディフューザ（５７）の中心軸（
   ４０）に対し高さ調節可能に配置されている特許請求の
   範囲第１５項記載の気体レーザ。 １９、絞Ｄ（５９）が金属、ガラス、セラミック材料ま
   たはこれらの材料またはこれらの材料の組合せからなる
   特許請求の範囲第１０項から第１８項までのいずれか１
   項に記載の気体レーザ。 ２０、ディツユ−４″（５７）内に５つの絞シ（５９）
   が配置されている特許請求の範囲第１０項から第１９項
   までのいずれか１項に記載の気体レーザ。 ２１、レーザガスの貫流する放電管が少なくと１つの突
   然不連続的に変化する放電管断面１大部を有する、放電
   管を有する気体レーザ（おいて放電管（１１）が接線方
   向のレーザス入口孔（２Ｌ　２２）またはレーザガス１
   口孔（２３）を有する端部ヘラｌ’（１２，２０に接続
   していることを特徴とする気体レー・２２１つの端部ヘ
   ッド（１２）内にガス分配配置（３２）が備えられてい
   る特許請求の範［第２１項記載の気体レーザ。 ２３　ガス入口孔（２１，２２）の中心軸（３）がガス
   分配装置（３２）の自由端（３６の末端縁（３７）の平
   面内にある特許請求の範囲第２１項または第２２項記載
   の気体レーザ。 ２４　ガス分配装置（３２）が管（３３）とし形成され
   ている特許請求の範囲第２２項ま１は第２３項記載の気
   体レーザ。 ２５、ガス分配装置ｔ（３２）の中心軸（３９）：放電
   管中心軸（４０）と一致している特許績も　請求の範囲
   第２２項から第２４項までのいずれ広　か１項に記載の
   気体レーザ。 で　２６．末端縁（３７）と放電管（１１）の端面（ガ
   　４２）の距離（５４）が３〜２０ｍｍである特出　許
   請求の範囲第２３項から第２５項までのい）　ずれか１
   項に記載の気体レーザ。 デ。２７　ガス分配装置（３２）が非電導性材料から挨
   　なる特許請求の範囲第２２項から第２６項ま用　での
   いずれか１項に記載の気体レーザ。 ２８．２つの端部ヘッド（１２）に高圧電位が印８　加
   されている特許請求の範囲第２１項から第）　２７項ま
   でのいずれか１項に記載の気体レーＤ　ザ。