JPS61133680A - 気体レーザ発生器及び該発生器の操作法 - 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】 本発明は気体レーザ発生器と該発生器の操作方法とに係
る。との気体レーザ発生器は、−１つの軸線方向に光共
振空胴を形成するための手段と、 −前記軸線方向の空胴内に配置される放電管と、−前記
管内にレーザガスを導入する手段と、−レーザガスを管
の外部へ排出させる手段と、−各々が中央開口を有し、
前記管内に導入されたレーザガスと接触するように前記
軸線に沿って配置される第１及び第２電極と、 −前記管内に収容されたレーザガス中で前記２つの電極
相互間□に、放電を生起させ、この放電によって前記空
胴内で振動し且つこれら第１及び第２電極の中央開口を
通過する軸方向レーザ放射線を形成すべく前記第１及び
第２電極に夫々異なる電位を与える手段と、 −前記空胴から前記レーザ放射線の一部分を送出させて
レーザビームを形成するための手段とを備えるタイプの
発生器である。

この種のレーザ発生器は第００１５２９７号の番号で公
開された欧州特許出願に開示されている。この先行技術
の発生器ではレーザガスが第１電極の中央開口ととの電
極の複数の周縁開口とを介して管内へ軸方向に導入され
る。との発生器は比放電力、即ち放電において発生し得
る最大電力を放電量で割シ算した値が比較的小さい値に
限定され、その結果この種のレーザ発生器の光学出力も
限定されるという欠点を有する。

本発明の目的は前記欠点を解消して出力が大きく効率が
高い極めて簡単な贋造の気体レーザ発生器を実現すると
とにある。

そのため本発明は、前記タイプの気体レーザ発生器であ
って、管内にレーザガスを導入するための前記手段が第
１電極内に設けられた複数のガス注入路からカシ、これ
ら注入路の注入軸線が前記空胴の軸線と交差し、第２電
極方向に延び且つ空胴の軸線に対してほぼ４５°に等し
い角度傾斜し、これら注入路の個数及び断面積が管内へ
のレーザガス注入を少なくとも音速に等しい速度で実施
せしめ得るように選択されるような気体レーザ発生器を
提供する。

本発明のレーザ発生器の別の特徴として、管内へのレー
ザガス導入手段は第１電極に設けられるチャンバをも有
し得、とのチャンバはレーザガス源に接続され得ると共
に、前記注入路を介して放電管内部スペースに連通し得
る。この発生器は更に１第１電極内に冷却用液を流すた
めの手段も備え得る。

好ましい一実施例では、この発生器は更に、−第２電極
と全く同等であって管の中央部に第２電極と共に配置さ
れ、管内に導入されたレーザガスと接触する第３電極と
、 −第１電極に類似しておシ、第１電極と反対側の管先端
部に配置され、管内に導入されたレーザガスと接触し、
管の中央部に向かう注入軸線を有する第４電極 とをも有する。

との具体例では第１及び第２電極に夫々２つの異なる電
位を与える手段が第３電極を第２電極と同じ電位にし且
つ第４電極を第１電極と同じ電位にすることもできる。

また、レーザガスを管外へ排出するための手段が、第２
及び第３電極間に位置する管の開口に第１通路を介して
連結される入口と、レーザガスをガス注入路に供給すべ
く第２及び第３通路を介して第１及び第４電極に夫々連
結される出口とを有するポンプで構成される。

との具体例では２つの熱交換器を夫々第２及び第３通路
上に配置することもできる。

本発明はとのようなレーザ発生器の操作方法にも係る。

この方法は前ｔＣ注入路の上流のレーザガスの圧力を管
内のレーザガス圧力よシ少々くとも５０チ高くしておき
％２つの異なる電位を第１及び第２電極に夫々与え、そ
れｋよってとれら電極相互間で管内に注入されたレーザ
ガス中に放電を生起させることからなる。

以下添付図面に基づき非限定的外特定具体例を数例挙げ
て本発明をよシ詳細に説明する。

第１図には全体的に軸線２を中心とする円筒体形状の絶
縁管１が示されている。この管１の両端は夫々凸面鏡３
及び凹面鏡４で閉鎖されている。

これら２つの鏡の反射面は軸線２に沿って不安定な光空
胴共振器が形成されるように互に向かい合う。

管１の両端部には２つの環状電極５及び６が軸線２に対
し調心した状態で固定される。これらの電極は鋼、ニッ
ケル又は他の導電性金属で形成し得る。

電極５は管路を介してレーザガス源８に連通し得る環状
内部チャンバ７を有する。レーザガスは例えば二酸化炭
素（Ｃｏりと窒素（Ｎりとヘリウム（Ｈｅ）との混合物
で構成し得る。

前記チャンバ７からは９及び１０の如きガス注入路が電
極５の内側円筒面まで伸長する。これら注入路は１１及
び１２の如き注入軸線、即ち電極６方向に伸び且つ前記
共振空胴の軸線２に対してほぼ４５°に等しい角度傾斜
する軸線を規定する。

電極５は流体循環システム１５に接続される内部通路１
３及び１４をも有する。電極６は内部チャンバも通路も
かい簡単カ金属リングで構成し得、スイッチ１６を介し
て高電圧発生器１７の正端子に電気的に接続される。発
生器１７の負端　電極５は接地される。管１の外側円督
形表面には電極６と反射鏡４との間に開口が設けられ、
この開口は管路（図示せず）を介してポンピングシステ
ム１８に連結される。電極５と鏡３との間では管１内に
環状平面反射体１９が配置される。この反射体１９は軸
線２に沿い且つ該軸線に対し４５°傾斜した状態で配置
される。管１の外側円筒壁面には電極５と鏡３との間に
、反射体１９によって反射する光束を管の外へ送出する
ための窓２０が設けられる。

第１図に示した前述の如きレーザ発生器は次のように操
作する。

レーザガスを供給すべくレーザガス源８をチャンＡ７に
連結し、通路９及び１０を介して注入軸線１１及び１２
に従い管１内にレーザガスを注入せしめる。一方、ポン
ピングシステム１８によって注入されたレーザガスを管
外へ排出させる。注入路９，１０の数及び断面積は管内
へのガスの注入が少なくとも音速に等しい速度で行なわ
れるように選択する。そのためには前記注入路の上流の
ザガスの圧力よシ少なくとも５０チ高くしておかなけれ
ばならない。前述の先行技術のレーザの操作ではカソー
ドの上流と下流との間のガス圧比が約１．１５から１の
間である。

スイッチ１６を閉鎖すると電極６は電極５より高い電位
に設定され、そのためこれら２つの電極間で管１内を流
動するレーザガス中に放電が生じる。その結果電極５及
び６の中央開口を貫通する軸線２を持つ円筒状スペース
において鏡３及び４相互間の光空胴共振器内で振動する
レーザ放射線が形成される。前記スペースの直径は電極
の内径に該嶋する。この放射線のエネルギの一部は、鐘
３及び４間で振動する該放射線を通過させるに足る内部
断面積を有する環状反射体１９によって採取される。図
面から明らか外ように、鏡３の外径は競４の外径よシ小
さい。鏡１９によって採取さチャンバ７内のレーザガス
の圧力を管１内のし一ら送出され、環状レーザビーム２
１を構成する。

冷却システム１５は水の如き冷却用流体を通路１３及び
１４内に流すためのものである。

注入軸線が管の軸線に対して４５°傾斜し、且つガスの
注入が超音速で行なわれるため、管内に社ガスの急速な
流れが乱流状態で生じ、その結果均質放電が生じる。と
の放電はまた先行技術のレーザよシ明らかに高いガス圧
で生起し得る。

前述の如く流量が大きいと管内のレーザガスの加熱度も
低下する。流動水によるガス注入電極の冷却は放電のア
ーク発生の回避に役立ち、従って電極の耐用期間を長く
する。共振器の２つの鐘も放電領域の外側に位置するた
め耐用期間が長い。

（以下余白） れるレーザ放射線のビームは窓２０を介して管か１２一 本発明のレーザ発生器を用いれば比放電力の大きい放電
が得られる。この比放電力は直径５０■の放電管を用い
た場合に先行技術で得られる値の約３倍である。従って
本発明では、よ妙小型であり力から高い出力、又は先行
技術の発生器と同程度の出力を有するレーザ発生器を実
現するととができる。

次表に、窒素と４〜６％の二酸化炭素と５０１のヘリウ
ムとの混合物を用いる本発明のレーザ発生器４つの性能
を表わす数値を示した。この表から明らかなように、例
えばチャン／セフ内で測定される如き注入路の上流のレ
ーザガスの圧力ＰＯ対放電領域内のレーザガスの圧力Ｐ
１の比は放電管の直径が大きくなるにつれて増加する傾
向にあり、−力比放電力は放電管の直径が小さくなるに
つれて増加する傾向にある。

第２図は円錐形部分２３を介してよシ大きい直径の円筒
状先端部材２４に連結された小径放電管２２を有する軸
線３５のレーザ管を、軸方向部分断面図で示している。

注入路付電極２５は先端部材２４内に、これと同軸的に
配置される。との電極の注入チャンバ２６は軸線３５を
中心とする回転円筒体形状のスペースであシ、電極の外
側円筒形表面に面して開放されている。電極２５の外側
円筒形表面と先端部材２４の内側円筒形表面との間には
チャンバ！ｔ２６を密封すべく２つのＯリング２７及び
２８が配置される。先端部材２４にはチャン／？２６内
にレーザガスを導入するための開口２９が設けられる。

チャンバ９２６からは８つの通路、例えば３０及び３１
が伸長し、電極２５の平面状壁面３２を貫通して放電管
２２に連通ずる。

これらの通路は、レーザ管の軸線３５に対して４５°傾
斜し且つ管の他端に配置されるもう一方の電極（図示せ
ず）の方向に延びる注入軸線３３及び３４を規定する。

放電の発生に必要な電圧を印加するためには、導線（図
示せず）を先端部材２４に気密的に挿入して電極２５に
接続する。

第３図は放電管２２に面する正面から見た電極２５を示
している。この図では８つの注入路が軸線３５を中心に
等間隔をおいて配置されている。

これら通路の注入軸線は第２図に符号３６で示した頂点
を有する円錐体の表面上に位置する。この頂点はこの円
錐体の軸線でもある軸線３５上にある。図面では中断さ
れている部材２４部分は、実際には第１図の如く共振器
の鏡を収容すべく延在している。

第４図に示した変形例では、注入路付電極３７が比較的
大きい直径の放電管３８に固定されている。とれらの管
３８及び電極３７は軸線３９を中心にして同軸的に配置
される。電極３７は基本的に環状であシ、管３８の先端
を収容するための円筒状凹部４０を有する。電極３７と
管３８との間の気密性は０リング４１によって得られる
。電極３７は、開口（図示せず）を介してレーザガス源
に連通ずるように形成され得る環状チャンバ４２を有す
る。チャンバ４２からは４３及び４４の如き注入路が電
極３７の内側円筒形表面まで貫通して設けられる。これ
らの通路は、４５°の角度をもって主軸線３９と交差す
る４５及び４６の如き注入軸線を規定する。これら種々
の注入路は、夫々の軸線が軸線３９を中心とする仮想回
転円錐体の表面上に位置するように、軸線３９の周ＤＫ
等距離をおいて配置される。尚、前記円錐体は軸線３９
上の点４７を頂点とする。電極３７の面のうち凹部４０
のある面の反対（ＩＲＫ位置する面には、０リングで密
封される同様の凹部を介して、共振器の鏡を備えた管（
図示せず）を固定し得る。

第５図は気体レーザ発生器全体を簡略に示している。と
の発生器は２つの環状電極４９及び５０が中央部に同軸
的に載置された極めて長い絶縁放電管４８を有する。前
記電極は夫々抵抗５１及び５２を介して高電圧発生器５
３の正極に電気的に　　・接続され、この発生器５３の
負極は当該装置のアースに接続される。管４８の両端に
は２つの鏡即ち第１図の鏡４及び３の如き凹面＠５４及
び凸面鏡５５が夫々配置され、管４Ｂの軸線方向に不安
定光共振器を形成する。管の先端部では夫々！［５４及
び５５の近傍に第１図の電極５に類似した２つの注入路
付電極５６及び５７が載置される。これら電極５６及び
５７の注入軸線は管の中央部に向けて傾斜する。電極５
６及び５７は当該装置のアースに接続される。管の軸線
に対して４５°傾斜し且つ電極５７と鐘５５との間の空
胴に配置される環状鏡５８は、管内で振動する光の一部
分を反射し、管の窓５９を介して管外へ送出せしめ、そ
れによって環状レーザビーム６０を形成するのく使用さ
れる。電極４９及び５０相互間で管４８の中央に設けら
れた開口からは絶縁管路６１が真空ポンプ６２の入口寸
で伸長する。このポンプの出口は２つの管路６３及び６
４に連通し、これら管路は夫々注入路付電極５６及び５
７に連通する。管路６３及び６４には２つの熱交換器６
５及び６６が夫々具備される。管路６３及び６４は例え
ば金属製であってよく、ポンプ６２と共に装置のアース
に接続し得る。

第５図の気体レーザ発生器は下記の如く操作する。

先ずこのガス循環回路からガスを除去する。次いで二酸
化炭素と窒素とヘリウムとの混合気の如きレーザガスを
とのシステム内に導入する。次にポンプ６２を始動させ
て、レーザガスが矢印７１〜７４に従い該システム内を
循環し且つ電極５６及び５７を介して電極５６の軸線６
７．６８及び電極５７の軸線６９．７０の如き注入軸線
に従い管４８の中央部方向へ超音速で注入されるように
する。電極４９及び５０に印加して管４８内に２つの放
電、即ち電極５６及び４９間の放電と電極５フ及び５０
間の放電とを同時に生起せしめる。

その結果共振器の鏡５４及び５５相互間に振動レーザグ
ローが発生し、鏡５８によって仁の放射線のエネルギの
一部分が採取されて窓５９から管外へ送出されるレーザ
ビーム６０を構成する。

この具体例はゲインが１よシ大きい不安定空胴を使用し
たい場合に用いると有利である。−例として、直径５６
ＰＩ、有効長１６０ｃｍの放電管を有するこの種のＣヘ
レーザは２．５　ＫＷのレーザ出力を出すととができる
。

本発明の気体レーザ発生器は溶接機切断機又は熱処理機
などで使用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ発生器の一興体例を示す長手方
向簡略断面図、第２図は小径レーザ管に適用した本発明
のレーザ発生器の注入路付電極の一具体例を示す軸方向
平面によゐ断面図、第３図は第２図の注入路付電極の正
面図、第４図は大径レーザ管に適用した本発明のレーザ
発生器の注入路付電極の別の具体例を示す軸方向平面に
よる断面図、第５図は本発明のレーザ発生器の好ましい
具体例を示す長手方向簡略断面図である。 １、２２．３８．４８・・・放電管、３．５５・・・凸
面鏡、４．５４・・・凹面鏡、　８・・・ガス源、５、
６．２５．３７．４９．５０．５６．５７…電極、７、
２６．４２・３Ｊ状内部ｆ’Ｌ’７Ａ、９．１０．３０
゜３１．４３．４４・・・注入路、１５・・・冷却シス
テム、１６・・・スイッチ、　１７．５３・・・高電圧
発生器、１８・・・ポンピングシステム、　　１９．５
Ｒ・・・環状平面反射体、　　加、５９・・・窓、２７
，２８．４１・・・０リング、６２・・・真空ポンプ、
　６５．６６・・・熱交換器。 出願人　コ７−二４・ジエネラｌｃ、ヂ゛Ｌ２ト９３−
テ代Ｎ人　弁理士用　口　義　雄

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１） −１つの軸線方向に光共振器を形成するた めの手段と、 −前記軸線方向の前記共振器内に配置される放電管と、 −前記管内にレーザガスを導入する手段と、−レーザガ
   スを管の外部へ吸い出す手段 と、 −各々が中央開口を有し、前記管内に導入 されたレーザガスと接触するように前記軸線に沿って配
   置される第１及び第２電極と、 −前記管内に収容されたレーザガス中で前 記２つの電極相互間に放電を生起させ、この放電によっ
   て前記共振器の空胴内で振動し且つこれら第１及び第２
   電極の中央開口を通過する軸方向レーザ放射線を形成す
   べく前記第１及び第２電極に夫々異なる電位を与える手
   段と、 −前記空胴から前記レーザ放射線の一部分を送出させて
   レーザビームを形成するための手段とを備えるタイプの
   気体レーザ発生器であって、管内にレーザガスを導入す
   るための手段が第１電極に設けられた複数のガス注入路
   からなり、これら注入路の注入軸線が前記共振器の軸線
   と交差し、第２電極方向に延び且つ共振器の軸線に対し
   て約４５°の角度傾斜し、これら注入路の個数及び断面
   積が管内へのレーザガス注入を少なくとも音速に等しい
   速度で実施せしめるように選択される気体レーザ発生器
   。
2. （２）管内へレーザガスを導入するための手段が更に第
   １電極に設けられたチャンバを含み、このチャンバがレ
   ーザ源に連結され且つ前記注入路を介して放電管内部ス
   ペースに連通する特許請求の範囲第１項に記載のレーザ
   発生器。
3. （３）第１電極に冷却用液を流すための手段も具備され
   る特許請求の範囲第１項に記載のレーザ発生器。
4. （４） −第２電極と全く同等であって管の中央部に第２電極と
   共に配置され、管内に導入されたレーザガスと接触する
   第３電極と、 −第１電極に類似しており、第１電極と反対側の管先端
   部に配置され、管内に導入されたレーザガスと接触し、
   管の中央部に向かう注入路軸線を有する第４電極 とをも備え、第１及び第２電極に夫々異なる電位を与え
   る前記手段が第３電極を第２電極と同じ電位にし且つ第
   ４電極を第１電極と同じ電位にすることもでき、管から
   レーザガスを吸い出す前記手段がポンプからなり、この
   ポンプの 入口が第１管路を介して第２及び第３電極相互間に位置
   する管の開口に接続され、出口が第１及び第４電極のガ
   ス注入路にレーザガスを供給すべく第２管路及び第３管
   路を介して夫々第１電極及び第４電極に接続される特許
   請求の範囲第１項に記載のレーザ発生器。
5. （５）第２管路及び第３管路上に夫々載置される２つの
   熱交換器をも備える特許請求の範囲第４項に記載のレー
   ザ発生器。
6. （６）前記注入路の上流のレーザガス圧力を管内のレー
   ザガス圧力より少なくとも５０％大きくしておき、２つ
   の異なる電位を夫々第１電極及び第２電極に与え、それ
   によって管内のレーザガス中でこれら電極間の放電を生
   起せしめることからなる特許請求の範囲第１項に記載の
   レーザ発生器の操作法。