JPS6143489A

JPS6143489A - Ｃｏ↓２レーザ

Info

Publication number: JPS6143489A
Application number: JP16866285A
Authority: JP
Inventors: ハンス・クリンゲル
Original assignee: Trumpf SE and Co KG
Current assignee: Trumpf SE and Co KG
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1986-03-03
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: IT209153Z2; DE3428653C2; FR2568729B1; GB2163896A; IT8560424V0; DE3428653A1; GB8518622D0; FR2568729A1; JPH0624270B2; GB2163896B

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】〔技術分野〕本発明は、レーザ光線用放電区間を含む横流路と、この
横流路を画定する複数の管路面と、横流路の末端域にあ
るレーザ光線用鏡装置と、横流路に活って延びている２
個の高周波′ｒｉｉ極とを備えているＣＯ２レーザに関
する。

〔発明の背景〕

この種のレーザは分子レーザに属する。これらはほとん
ど連続的に作動する。ＣＯ□レーザと名づけられてはい
るが他の物質たとえばＮ２などがかなシ高い比率で用い
られている。そのガス混合物は、たとえば、ＣＯ２が１
０％、Ｎ２が２０％、及びＨｏが７０ｃｌ）からなるこ
とができる。

ＣＯ２レーザの効率は１５６で、他のレーザに比べて高
い。その波長は１０６マイクロメータであり、従ッて大
気「窓」内にある。よってそれを大気中で少ない減衰で
長い距離にわたって導くことができる。レーザ光線で厚
鋼板を切断しようとするときは、今日の技術の水準では
酸素雰囲気中において切断しなくてはならない。現在の
工業的生産において販売されているレーザは僅かにキロ
ワットの範囲で連続作動するにすぎないからである。

ＣＯ２レーザに用いられる分子混合物は、レーザ光線発
出の際に消耗し、発出するレーザ出力が大きければ大き
いほど消耗も速やかになる。

縦置（同軸流）レーザでは、急速な縦置を用いたとして
も、分子は比較的長く放電区間に滞留する。

一方、横流（直交流）ＣＯ，レーザは、分子の放電区間
での滞留が極めて短くて高いレーザ出力に達し得るとい
う利点がある。

しかし横流レーザは高価で、これを装備した機械は販売
に困難が伴う。価格が負担可能であったなら、このレー
ザ光線発生装置が、それにふされしい、著しく広い分野
にて据付けられることになろう。

ＣＯ２レーザが高価なのは、とくにレーザ用に作られ通
常市販されていない複雑な構成要素を用いるからである
。そのほか現在用いられているＣＯ２レーザでは、その
原理をさまざまな出力に適合させることができない。た
とえば同じ安価な原理を反復適用して、たとえば内燃機
械の場合においてエネルギー発生ユニットが実質上つね
に同じであシそのユニットを伺倍にもして出力をそれに
応じて大きくし得るように、出力をあげることは不可能
である。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、先ず、横流路を画定することができ、
次に、容易に交換可能であシ、更に、高周波電極板を設
け、最後に同じ構造上の考えをもってレーザに重複して
使用可能である単純な構成要素による構成原理を示すこ
とである。

本発明によシこの目的は、レーザ光線用放電区間を含む
横流路と、この横流路を画定する複数の管路面と、横流
路の末端域にあるレーザ光線用使装置と、横流路にそっ
て延びている２個の高周波電極とを備えている少くとも
数百ワットの出力の横流形のＣＯ２レーザにおいて、ａ
）互いに平行して向い合っている誘電材料製の薄い肉厚
の少なくとも２本の円筒形の管であってそれらの外面が
前記管路面を形成する管と、ｂ）それらの管内にある高
周波電極とを備えることによって達成される。

ここに記載のような管は、化学工業の実験工場に、美術
工芸用、低電圧照明用・高電圧照明用の材料として、抵
抗被覆・蓄電器被覆などの担体としてのセラミック部品
の形で電子工業において大量生産で存在している。それ
らの形が湾曲しているので、管が分子混合物を特定の個
所に、ノズルが行なうように、収束させる。しかし同時
に管は高周波電極を保獲する。これら電極は確かに金属
ではあるが、防電体材料が通常そうであるように１そこ
に生じる温度、放電現象その他の負荷に対しては耐性が
大きくはない。高周波電極を所望の形状に作る点には自
由度がある。これらは放電に寄与するのみであって流れ
Ｋけ影響を及ぼさないからである。

管は、罹めて厳密に製作されているが安価で、種々の肉
厚にして極めてさまざまな断面のものが、極めて厳密に
引抜き又は焼結により作られている。

円筒形状によって流入添動及び流出挙動について極めて
良い予測性が得られる。そのことはまた組立の際にも、
管が円筒形であるため管の向きの任意性についてあては
まる。

特許請求の範囲＠２項の特徴にょシ、十分に曲げに対し
て剛性であり高周波電極を絶縁し耐熱性であシ熱的にそ
の挙動が予測できる管が得られる。

特許請求の範囲第３項の特徴により、表面が桂めて滑か
な、従ってさらに研磨その他を施こすことなしに極めて
低い流れ抵抗をもつ材料が得られる。そのとき外部から
電極の姿勢について棒を制御することができ、組立の際
に中空部の内部がよく見える。

特許請求の範囲第４項の特徴によシ、たとえばパイレッ
クス・又はジュラン・ガラスとは違って、溶融しない管
が得られる。

特許請求の範囲第５項の特徴によシ、高周波電極を取付
けるため管に手を加えなくともよくなり、たとえば蒸着
技術、電解処理などによって実施できる。管に損傷たと
えば亀裂があるときも高周波電極は依然として無傷であ
シさらに継続利用することができる。

特許請求の範囲第７項の特徴によυ、電磁場の形を分子
混合物の流れの収束に適合させ、よってとくに有利な放
電区間を達成することができる。

特許請求の範囲第８項の特徴によシ、電極は管路面から
の距離がつねに同等になる。

分子混合物が横流路へ吹きこまれるとき放電区間が管路
中央から下流へ望ましくないしかたで吹きやられる。し
かし特許請求の範囲第９項の特徴によシ、放電区間が再
び上流よりに多くなυ、所望の個所に設けられるように
できる。

−特許請求の範囲第１０項の特徴によシ、流れ技術上の
観点から最適であるように管を配置でき、一方晶周波電
極によって放電区間の場所を砥ホ定められる。

特許請求の範囲第１１項の特徴によシ、放電区間の場所
を定め得るようになる。分子混合物流れが速い場合でも
、たとえば流れの方向と逆に高周波電極を移動させるこ
とで放電区間がその位置に止まっているようにすること
ができる。

特許請求の範囲第１２項の特徴により、管の回転によυ
高周波電極も動かし得るようになる。このことはたとえ
ば管が長いときに有利である。管は問題なく極めて曲げ
に対して剛性であるように作ることができる。それに反
して高周波電極はしばしば銅板条片であり固有の剛性が
低い。特許請求の範囲第１２項の特徴によシ、管はこれ
らの高周波電極も支えることができる。そうすれば、全
体をメートル単位の取扱い商品として製造することがで
きる。

特許請求の範囲第１３項の特徴によシ、簡単なしかたで
良好かつ流れに有利な緒特性を備えた二つの放電区間が
得られ、これらを二重に折返えすように用いたレーザが
得られるようＫなる。

特許請求の範囲第１４項の特徴により、この種のレーザ
に相異なる出力をもたらすのに寄与できる。横流路の幅
が広くなると、もたらされる分子混合物が増加し、同時
に高周波Ｎ、極に余分に入力が供給される場合、出力も
大きくすることができ壁体に貫通孔かないなら、管は同
時に冷却管としても用いることができる。

〔実施例〕

以下本発明の望ましい実施例について記述する。

添付図面中において、管１１は円筒形であシ外径約１（
１０）ｍｍ、肉厚約３順である。管は石英製で、その長
さが３０乃至２（１０）ｃｒＩＬである。その両端は、
管１１の長軸に垂直に広がっている図示しない装置の壁
を貫いて取付けられている。上方では管１１が保持案内
壁１２と接している。管１１内の下方内面に、銅条片１
３が晶周波Ｔ１！極として設けられ、図示しない高周波
発生器に接続される。銅条片１３は浅いといの形をして
いる。管１１内には銅条片１３をその位置に保持する星
形の非導電性のスペーサ１４がある。銅条片１３けはＩ
？ｊ周回６０°にわたって拡がっている。

管１１下方には同様の第２の管１６がある。従って両管
１１．１６の間に横流路１７が画定され、これに分子混
合物が５０乃至２（１０）ｈＰａ　（ヘクトパスカル）
の圧をもって通される。横流路１Ｔの暢は最も狭い個所
で１０乃至５０闘である。その形状は管１１．１６の円
形の周回形状によって画定される。管１６内の上方には
銅条片１８が設けてあり、銅条片１３と同様に形成され
ていて別の高周波電極として機能する。図示してはない
が同じくスペーサによってその場所に保持され、高周波
発生器の別の極に接続されている。第２図には電気力＋
１ｌ１１９が図示してあり、これらは周知のとおり銅条
片１３．ＩＢの表面に対し２１で示すように直角に終っ
ている。第２図から見てとれるとお夛、こうして極めて
有利な電気力線の形が得られ、これはまず減少しついで
増大する横流路１７の断面に適合している。

第３図においては、分子混合物が矢印２２に従って横流
路１Ｔへ流入させられるものと仮定している。分子混合
物のにれの影響がなかったなら、放電空間はＸ印２３の
記入しておるところすなわち中央平面２４にあろう。放
電空間は幾何学的鏡対称の関係上からも最も良くこの中
央平面２４上にある。何故かというと鏡対称の構造上の
理由から、最も良く中央平面２４を基準とするからであ
る。

しかし分子混合物を矢印２２に従って吹き送ると、放電
空間は下流へ破線で図示した円２６へと移る。

第２図と第３図との比紋から、第３図においては銅条片
１３．１８が矢印２２の方向とは逆に移されていて、電
気力線の重点がほぼ点２Ｔにあることが認識できる。こ
れによって、矢印２２に従っての流れに拘わらず、放電
容積がＸ印２３の位置にあるようにすることができる。

どれほど右方へ非対称に銅条片１３．１８を移動させな
くてはならないかは、もちろん横流路１７内の分子混合
物の流速によって左右される。

自立式畑条片の場合に銅条片１３の移動が望まれる際は
、第４図にＷｌｌに関連しての解決法が示されている。

ここでは幾何学的長ｌ１１２８と同軸に金属製歯車２９
が管１１の一端に設けてあυ回転可能に取付けである。

歯車２９の側面３１には銅条片１３の左端が機械的に堅
固に導電性に固定してちる。歯車２９の他の側面３２に
電気的すシ接触子３３が押圧されてあシ、これは高周波
発生器の一方の極と結合されている。軸３４がここには
図示してない案内壁１２の上方に長軸２８に平行に延び
ており、図示してない調整モータによって左回シ又は右
回υに回され得る。軸３４に回転不能に電気絶縁性歯車
３６が取付けてあシ歯車２９と係合している。歯車３６
と同じ歯車が最も右よりにもまた設けてあり、そこで歯
車２９に相当する歯車と係合している。変速比は小さく
て銅条片１３の位置を厳密に調整できるようにしである
。

管１６についても同じ調整装置が設けである。

しかしこれは電気的には同じ電位にあってはならない。

この種の装置によって、銅条片１３．１８を、たとえば
第２図に示しである位置から第３ン１に示しである位置
へ移動させることができる。

銅条片１３．１８が不安定であシスペーサが必要となる
ほど管１１．１６が長いときは、管１１を動車２９と回
転不能に結合して管１１が銅条片１３とともに回るよう
にする。もちろんそのときには、管１１の周回を側壁３
８に対してシールするパツキン３７が気密性を失なうこ
となしに回転ができるように設けられなくてはならない
。

もちろんこのことは管１１の他の末端にも、管１６の両
端にもちてはまる。

ｔ４５図の実施形式では、３本の管３９，４１．４２が
設けてあり、すべてが中央平面２４にある。それで２本
の横流路４３．４４が形成され、二つの放電区間が生じ
る。管４１内には、１２時の位置および６時の位仮に、
同じ電位にある銅条片４６゜４７が設けである。これら
は図示してない高周波発生器の一方の極に接続しである
。管３９には管１１と同様に６時の位置に銅条片４８が
、管４２には管１６と同様に１２時の位置に銅条片４９
がある。

全体の装置は電磁放射線に関して密であるシリンダ５１
内にある。下部には矢印２２の方向に分子混合物を流ざ
、ピ同時に冷却もする装置５２が設けである。分子混合
物についての外側境界壁を形成するのは内部シリンダ５
３であり、シリンダ５１の中心から外れて設けである。

その１２時の位置に空所が設けてあシその内に管３９の
下部が埋めこんである。分子混合物の流れの内側境界は
小さい内部シリンダ５４であって中心から外れて下方に
設けてあり、１２時の位置に空所がありこれにｇｆ４２
の上部が埋めこんである。さらに三日月形で外面がほぼ
円形の案内体５６がちシ、その内部に第５図のとおり管
４１がありその上部及び下部範囲がこの案内体５６から
覗いている。案内体５６は、内部シリンダ５３と５４と
の間の空間の上半部内に設けである。

第６図の最後の実施形式には４本の１）７５γ、５８゜
５９．６１が設けてあって三つの横流路が生じ、これら
が二つのレーザ光線区間６２．６３へ導く。

それでここでは二重に折返された形のレーザが得られる
。もちろん管５７．５８．５９には同じく必要な電極が
設けである。生じる光路は、第６図から見てとれる。こ
こでは１８０°の鏡６γが必要でらるが、レーザ光線区
間の位置のため鈍頭部内に収容できる。左側には末端鏡
６９と出力鏡７１とが図示しである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例の図解的な一部断面斜視図、第２図は円弧状に形成された電極の場合の電気力線の形
を示す第１図に比べて拡大した端面の説明図、第３図は第２図と同様の図であるが電極がずらされてい
る状態での説明図、第４図は電極調整及び給電を説明するだめの図解的外形
図、第５図は二つの放電区間と３本の管とを備えた実施形式
の全体配置での端面図、Ｗ、６図は第５図の装置の光路を示す図である。１１．１６，３９，４１，４２，５７，５８．５９　　
・・・ψ管、１２・・・・保持案内壁、１３．１８，４
６，４７゜４８．４９・・・・銅条片、１４・・・・ス
ペーサ、１７　、４３　、４４・・・・横流路、１９・
・・・電気力線、２９．３６・・・・歯車、３３・・・
・すシ接触子、３４・・・・軸、３７・・・・ノくツキ
ン、３８・・・・（Ｔｌｌ壁、５１・・・・シＩＪ　７
ダ、５３．５４−・・・内部シリンダ、５６・・・・案
内体、６Ｔ・・・・鏡、６８・・・・末端鏡、７１・・
・・出力鏡。４９許出１１人）ウルンプフ・ゲーエムベーノ・−・ラ
ント・コー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光線用放電区間を含む横流路と、この横流
路を画定する複数の管路面と、横流路の末端域にあるレ
ーザ光線用鏡装置と、横流路にそつて延びている２個の
高周波電極とを備えている少くとも数百ワットの出力の
横流形のＣＯ＿２レーザにおいて、ａ）互いに平行して
向い合つている誘電体材料製の薄い肉厚の少なくとも２
本の円筒形の管であつてそれらの外面が前記管路面を形
成する管と、ｂ）それらの管内にある高周波電極とを備
えることを特徴とするＣＯ＿２レーザ。
（２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記
材料はセラミックであることを特徴とするＣＯ＿２レー
ザ。
（３）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記
材料は無機ガラスであることを特徴とするＣＯ＿２レー
ザ。
（４）特許請求の範囲第３項記載のものにおいて、前記
ガラスは石英ガラスであることを特徴とするＣＯ＿２レ
ーザ。
（５）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記
高周波電極は前記管から分離された構成部分であること
を特徴とするＣＯ＿２レーザ。
（６）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記
高周波電極は前記管と一体になつていることを特徴とす
るＣＯ＿２レーザ。
（７）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記
高周波電極は凸形であり前記管路面近くに設けられてい
ることを特徴とするＣＯ＿２レーザ。
（８）特許請求の範囲第７項記載のものにおいて、前記
高周波電極は円筒形であることを特徴とするＣＯ＿２レ
ーザ。
（９）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ガス
の流れの方向に見て前記高周波電極の面積は管路中央よ
り上流の方がその下流のものより大きいことを特徴とす
るＣＯ＿２レーザ。
（１０）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前
記高周波電極は横流路に対して位置が固定されて設けら
れていることを特徴とするＣＯ＿２レーザ。
（１１）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前
記高周波電極は横流路に対して摺動可能であることを特
徴とするＣＯ＿２レーザ。
（１２）特許請求の範囲第１項乃至第１１項の何れか１
項に記載のものにおいて、前記高周波電極は前記管と回
転不能に結合してあり棒はその回転中心線を中心として
回転可能であることを特徴とするＣＯ＿２レーザ。
（１３）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、少
なくとも３本の管が設けてあり、それらのうちの２本が
それらの間に前記横流路を画定し、中間の１本以上の管
はそれぞれ２個の、他の管の方へ向けられた高周波電極
を備えており、レーザ光線の折り返しのための鏡装置が
設けてあることを特徴とするＣＯ＿２レーザ。
（１４）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前
記横流路の高さは可変であることを特徴とするＣＯ＿２
レーザ。