JPH01196880A - レーザ発振装置 - 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〕 本願は加工用ＣＯ□レーザなどの高出力レーザに関し、
詳細には小型軽量化し、発振特性、信頼性、保守性を改
良したＣＯ□レーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図に従来技術によるＣＯ□レーザのレーザ発振装置
の構成を示す。図において、放電管１の両端には出力結
合鏡２と全反射鏡３が設置されている。又放電管１の外
側には２枚の金属電極４および５が取り付けられており
、その間に高周波電圧が高周波型４６によって印加され
、放電管１内に高周波グロー放電が発生してレーザ励起
が行われる。放電管１内のレーザビーム光軸を１３で、
また出力結合ｖ１２から外部に取り出されるレーザビー
ム光軸を１４でそれぞれ示す。

レーザ発振装置起動時には先ず最初に真空ポンプ１２に
よって装置内部全体が排気される。ついでバルブ１１が
開放になり所定流量のレーザガスがボンベ１０から導か
れ装置内のガス圧は規定値に達し、その後は真空ポンプ
１２の排気と補給ガス導入が続き、ガス圧は規定値に保
たれたまま、レーザガスの一部は′ｍ続して新鮮ガスに
置換されることになりガス汚染を防止する。

さらに第２図ではルーツブロワ９によってレーザガスを
装置内で循環している。この目的はレーザガスの冷却に
ある。Ｃ○２レーザでは注入電気エネルギーの約２０％
がレーザ光に変換され、他はガス加熱に消費される。所
が理論によればレーザ発振利得は絶対温度Ｔの−（３／
２）乗に比例するので発振効率を上昇させるためにレー
ザガスの強制冷却が必要である。レーザガスは約１００
ｍ／ｓｅｃの流速で放電管内を通過し矢印で示す方向に
流れ冷却器８に導かれる。ここでは主として放電による
加熱エネルギーが除去される。ルーツ部ブロワ９では圧
縮熱が発生するのでガスは放電管１に再度導かれる前に
冷却器７を通過する。

これらの冷却器７及び８は周知であるので詳細な説明は
省略する。

〔発明が解決しようとする課題〕 第２図に示す従来のレーザ発振装置では以下のような問
題点がある。

第一はルーツブロワが低速回転の容積型送風機であるの
で大きさ、重量ともに過大なものであり、レーザ発振器
そのものを過大なものにしてしまう。

第二には同じく送風に脈流がありレーザ出力がその影響
を受ける。

第三にはルーツブローワ９からは、相当量の振動が発生
し、レーザビームのボインテングスタビリテーに悪影響
を及ぼす。

第四にはルーツブローワ９には転がり軸受を使用してい
るので潤滑油成分がレーザガス中に混入して光学部品を
汚染し、出力低下やモード変形をもたらすことである。

このため高出力ＣＯ□レーザでは常時レーザガスの置換
をおこなっており運転経費のかなりの部分を占める。そ
れを行っても定期的に光学部品を交換したりクリーニン
グしたりする必要があり、メンテナンスに多大な労力を
必要としている。また、注油の必要があることもメンテ
ナンス上の問題点である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、気体放電によっ
°ζレーザ励起をする放電管、レーザ発振を行わせる光
共振器、送風機および冷却器によってレーザガスを強制
冷却させるガス循環装置等を有する気体レーザ発振装置
において、送風機がシャフトの一端に取り付けられたタ
ーボブロワ翼から構成され、該シャフトの他端に取り付
けられたタービン翼にレーザガスを流すことにより、該
シャフトを回転させるように構成したことを特徴とする
レーザ発振装置が、 提供される。

また、シャフトの軸受として、磁気軸受を使用したレー
ザ発振装置が、 提供される。

〔作用〕

放電管で高温になったレーザガスによって、タービン翼
を回転させ、そのシャフトに取りつケラれたターボブロ
ワ翼によって、レーザガスの送風を行う。従って、送風
機を駆動するための動力は不要となる。

また、送風機がターボブロワであるので、形状及び重量
が減少し、送風機の脈流がない。

さらに、軸受に磁気軸受を使用しているので、振動が少
なく、潤滑油による光学部品の汚染がなく、注油も不必
要である。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明のレーザ発振装置の一実施例の構成図を
示す。第２図と同一の構成要素には同一の符合が付して
あり、その詳細な説明は省略する。

放電管１の構造、ガス励起用高周波電源６、ガスボンベ
１０からの新鮮ガスの供給等は第２図の場合と同様であ
り、その説明は省略し、特徴的な部分のみ説明する。

レーザ発振装置の駆動開始時には真空ポンプ１２の働き
で装置全体が排気される。ついでレーザガスボンベ１０
から放電管１等の圧力が所定の圧力に達するまで新鮮ガ
スが導入される。このときタービン翼１６が回転を開始
する。

放電管ｌ内の圧力が所定の値になると放電が開始される
。放電管１から流出されるレーザガスは約３００°Ｃ程
度に加熱されており、これがタービン翼１６に吹きつけ
られて、タービンｆｆ１６及びシャツ１−１７が回転す
る。加熱されたレーザガスはタービン翼１６を駆動して
、温度が低下するが、十分温度が低下しないので、冷却
器７を使用して常温まで冷却する。常温まで冷却された
レーザガスはターボ翼１５によって加圧され、放電管１
へ導かれる。

すなわち、このレーザ発振装置では放電エネルギーの内
の一部がレーザ光に変換され、残りの一部がタービン翼
１６の駆動に使用され、その残部が熱エネルギーとして
冷却器７で放出される。従って、全体のエネルギー効率
は、従来技術に比較して一段と高められている。

また、送風機が電動機で駆動すると困難な２０万ＰＰＭ
以上の回転速度が容易に得られるので、自動車用のター
ボ過給器がそのまま使用でき、便利である。

１８ははずみ車であり、放電が断続したり、強度変化を
したりしてもシャフト１７の回転速度が変化しないため
のものであり、放電が安定して一定放電するときは不必
要なものである。

上記の運転中、真空ポンプ１２は引き続きレーザガスの
一部を排気し続ける。この排気されるガス量と同量の新
しいガスがガスボンベ１０から補給される。

さらに、シャフト２４の支持に磁気軸受を使用している
。図では能動型磁気軸受を示すが、受動型磁気軸受、あ
るいは永久磁石と電磁石を有する複合型磁気軸受であっ
ても良い。図では電磁石１９．２０と軸センサー２１．
２２を示す。ここでは磁気軸受は周知であり、その詳細
な説明は省略する。また、センサー２１．２２からの信
号を受けて、シャフトの軸芯を制御する制御装置及び補
助ヘアリングについては省略している。

磁気軸受は等は隔壁２３．２４でレーザガスと遮断され
た気密容器のなかに設置されている。なお、シャフト１
７は図示されていないラビリンスシール等でシールされ
ている。これら磁気軸受は完全にオイルフリーの構造で
ある。

ブロワの効率は、ルーツブローワをターボブロワ１５に
することにより、ルーツブロワの場合の約３５％から約
８０％に増大するので圧縮熱はそれだけ低下し、ターボ
翼１５の後段の冷却器は不要となる。

本発明は特に高周波放電励起ＣＯ□レーザに有用である
。直流放電励起の場合は一様放電を得るためにガス流に
乱流の発生を必要とするので送風機には高い圧縮比が要
求されルーツブロワが望ましい。しかし、高周波放電励
起では乱流は不必要であり、低圧縮比、大送風容量と云
うターボブロワが有効である。

磁気軸受には自動バランスと云う特徴があるので無振動
で高速回転が可能である。ただし、ターボブロワには周
速に音速上限値があるので大直径に従って回転速度をき
めればよく通常数万ＲＰＭで使用する。

第１図ではガスボンベ１０等のガスの置換装置はそのま
ま残したが気密性等を向上させることにより、ガス封止
型動作で長時間運転を行うことも可能である。

Ｃ発明の効果〕 以上説明したように本発明では、 送風機を放電管で加熱されたレーザガスで回転駆動する
ようにしたので、エネルギー効率が改善され、さらに送
風機の高速回転が可能になり、送風圧が増加し、レーザ
の発振効率が改善される。

また、送風機をターボブロワとしたので、送風機を小型
化でき、重量も減少し、装置全体が小型化できる。さら
に、部品低減によってコストダウンが実現できる。さら
に、ブロワ効率が増大し運転費が低減され、ガス置換量
を低減させ運転費用を低減し、ガスの脈流がなくなり、
レーザ出力の変動がなくなる。

さらに、軸受を磁気軸受としたので、潤滑油のオイル成
分による光学部品の汚染がなくなり、レーザ出力及びビ
ーム特性の劣化が防止できる。さらに、振動がなくなり
ポインテングスタビリテーや出力高速安定性などのビー
ム特性が改良される。

そのうえ、ポンプの注油が不必要になりメンテナンスが
簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザ発振装置の構成図、 第２図は従来のレーザ発振装置の構成図である。 １−・−−一一一−−−−・・放電管 ２−・−・−・−出力結合鏡 ３−・−・・−・・−全反射鏡 ４．５−・・−・−・・電極 ６−・−・・−・−高周波電源 ７．８−・・−・−・−冷却器 ９−・・−・・−一−−−−−−ルーツブロワ１０−・
・−・・・・−・ガスボンベ １１・−・・−−−−−一−−−−バルブ１２−−−−
−−−一・−真空ポンプ １３−−−−−−−−・−・共振器内レーザビーム光軸
１４−・−〜−−−・−・・共振器外レーザビーム光軸
１５−−−−−−−一・−・−ターボ翼１６・〜・−・
−−−一一−−−タービン翼１８・−・・−・・・−は
ずみ車 １９．２０・・・・−−−−−一−−・−磁気軸受電磁
石２１．２２−・−・〜・−・磁気センサー２３．２４
−・−・−・−隔壁 特許出願人　ファナック株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　気体放電によってレーザ励起をする放電管、レ
   ーザ発振を行わせる光共振器、送風機および冷却器によ
   ってレーザガスを強制冷却させるガス循環装置等を有す
   る気体レーザ発振装置において、送風機がシャフトの一
   端に取り付けられたターボブロワ翼から構成され、該シ
   ャフトの他端に取り付けられたタービン翼にレーザガス
   を流すことにより、該シャフトを回転させるように構成
   したことを特徴とするレーザ発振装置。
2. （２）　前記シャフトにはずみ車を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。
3. （３）　前記シャフトの軸受を磁気軸受としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。