JPH01205584A - レーザ発振装置 - Google Patents

レーザ発振装置

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JPH01205584A
JPH01205584A JP3020488A JP3020488A JPH01205584A JP H01205584 A JPH01205584 A JP H01205584A JP 3020488 A JP3020488 A JP 3020488A JP 3020488 A JP3020488 A JP 3020488A JP H01205584 A JPH01205584 A JP H01205584A
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JP
Japan
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turbo
blower
oscillation device
bearing
laser oscillation
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JP3020488A
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English (en)
Inventor
Norio Karube
規夫 軽部
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Lasers (AREA)

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〕 本発明は加工用CO2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、信転性、保守性を
改良したCO2レーザ発振装置に関する。
〔従来の技術〕
第5図に従来のCO2レーザのレーザ発振装置の構成図
を示す。図において、放電管10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#6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
鏡2から外部に取り出される同ビーム光軸を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ホンへ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継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5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。CO2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。と
ころ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
レーデガスの強制冷却が必要である。レーザガスは約1
00m/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。
ルーツブロワ9では圧縮熱が発生するのでガスは放電管
】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5回に示す従来のレーザ発振装置では以下のような課
題がある。
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、重量ともに大きく、レーザ発振器そのものが
大きなものになる。
第二は同しく送風に脈流がありレーザ出力がその影響を
受ける。
第三はルーツブロワ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
ばず。
第四にはルーツブロワ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CO2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
ンス上の問題となる。
〔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
てレーザ励起をする放電管、レーザ発振を行わせる光共
振器等を有する気体レーザ発振装置において、 送風機がターボブロワで構成され、該送風機の軸受がス
ラスI・方向についての1軸制御磁気軸受であることを
特徴とするレーザ発振装置が、提供される。
さらに、2個のターボ翼をスラスト方向が逆方向にがか
るよに配置したレーザ発振装置が、提供される。
〔作用〕
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。
また、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。
さらQこ、ターボ翼をスラスト方向が逆方向にががるよ
うに配置したので、スラスト方向の力がバランスして、
安定性が増す。
〔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1Mに本発明のレーザ発振装置の一実施例の全体構成
図を示す。第5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
、ガス励起用の高周波電源6、ガスホンへ10からの新
鮮ガスの供給等は第5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。
本発明の特徴は、第5同におけるルーツブロワ9の代わ
りにターボブロワ15が使用されていることである。タ
ーボブロワ15はルーツブロワ9に比べ効率が格段に高
いので圧縮熱は無視できて、第5図の後段の冷却器7は
省略することができる。
第1図では冷却器7はないが、場合によっては設けるこ
ともできる。
第2図にターホブロワの構造図を示す。ここではターボ
翼16は遠心翼が示されているが、斜流翼であっても、
軸流翼であってもよい。ターボ翼16はシャフトに取り
付けたロータ17とステーク18から構成されるモーフ
によって、約10万PPMの高速回転数で回転される。
そのため低速のルーツブロワに比較して回転数に逆比例
して体積が小さくなっている。
さらに、シャフトの支持にスラストベアリングの1軸制
御磁気軸受を使用している。この1軸制御磁気軸受を採
用したのは、次に掲げる技術的根拠からである。
第1にラジアルへアリング磁気軸受ではロータ」二の磁
性鉄板の遠心破壊が原因で、通常6万RPMを越えるこ
とは困難である。これには複雑な軸構造に起因して第3
次危険速度を越えられないという点もある。これに対し
てスラストベアリング1軸制御の場合はこれらのいずれ
の原因も除去することができる。
第2はコスト的な要請であって、センサーなどの価格が
価格構成の大きな要素となるので、制御軸数を低減する
ことは価格上有意義である。第2図ではロータ17を垂
直に保持している。
ターボ翼16は約55To r rという低圧のレーザ
ガス中で回転するのでラジアル方向には略荷重はかから
ない。従って、上下2個のスラストへアリングの剛性に
よってラジアル方向の軸保持がなされる。
第2図では上部金属ディスク21は2個のコイル19.
20によって位置が制約される。下部金属ディスク24
は同様にコイル22.23によって位置が制約される。
軸センサー25は軸のスラスト方向の位置を検出してコ
イル電流を制御する。
ここではシャフトの上下二位置にスラストベアリング磁
気軸受を設置した例を示したが、電磁石による制御は上
下いずれか一方にして残りは永久磁石の反発力を利用し
てラジアル方向の保持を行ってもよい。その場合には永
久磁石側では制御力に対抗する軸方向の引張り力を、同
しく永久磁石で与える必要がある。
以上の説明では磁気軸受そのものは既知であるので磁気
軸受の制御装置及び補助ヘアリングについては省略しで
ある。また、磁気軸受及びロータ17、ステータ18等
は隔壁31で密閉された機密容器のなかに設置されてい
る。なお、隔壁31とシャツ1−のあいだはラビリンス
シール等で隔離されている。これらの磁気軸受は完全に
オイルフリーの構造である。なお、図中の矢印はレーザ
ガスの流れる方向を示す。
第2し1のターボブロワは出力IKW程度のレーザ発振
装置に適用できる。さらに高出力化のためには大型のタ
ーボ翼を使用してもよいが、コスト的に同一のターボ翼
を複数枚使用することが有効である。
第3図に出力2KW程度のレーザ発振装置用のクーボブ
ロワの構造を示す。図において、26はターボブロワで
あり、磁気軸受等は第2図と同じであるので省略してい
る。なお、図中の矢印はレーザガスの流れる方向を示す
ンヤフl−の上下にターボ翼16.27が設けられてい
る。ここでは、磁気軸受が高価であるので、磁気軸受を
増やさずターボ翼のみを増やすことはコスI〜的に有利
である。17はロータ、18はステークである。
ここでは、ターボ翼を同一シャツl−に取りつけること
により、スラス1〜方向の荷重変動を打ち消しあい、ス
ラスト荷重は−・定の重量荷重だけになるので安定性が
増大するという長所がある。
第4図にレーザ出力4KW程度のターボブロワの構造を
示す。Vにおいて、28はターボブロワであり、第3閲
に示すターボブロワを2個並列に配置した構造になって
いる。図では、ターボ翼16及び27をモータ17a及
び18aで、ターボ翼29及び30をモータ171〕及
び18bT:駆動している。図では、磁気軸受は省略し
ている。なお、回申の矢印はレーザガスの流れる方向を
示す。
本発明では、ターボブロワ15以外の部分は第5図の構
成と同じであるが、ブロワの効率はルーツブロワの場合
の約35%から、ターボブロワにすることにより約80
%に増大するので圧縮熱はそれだけ低下し、後段の冷却
器は省略できるか、あるいはルーツブロワを使用したと
きよりはるかに小型のものでよい。
もし、クーボブロワのターボ翼の材料をセラミック等の
耐熱祠料にすれば冷却器8は省略でき、後段(第5図の
冷却器7の位置)に冷却器8と同容量のものを設置すれ
ばよい。
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この目的乙こば最適である。一方
晶周波放電励起では乱流ば不必要であり、低圧縮比、大
送風容量と云うターボブロワの特徴か有効になる。
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。
ここではガスの置換装置はそのまま残したが気密性その
他の改良がはかられればガス封止型動作での運転も可能
である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明では、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。また、部品点数の減少により、装
置のロス1−ダウンが可能になる。さらに、ブロワ効率
が増大し、運転費が低滅され、ガス置換量を低減し運転
費用を低減し、カスの脈流がなくなり、レーザ出力の変
動がなくなる。
また、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、
ボインテンク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、保守が簡略化
される。
ターボ翼をスラスト荷重が逆方向にかかるように構成し
たので、スラスト荷重を互いに打ち消しあい、安定性が
増す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のレーザ発振装置の一実施例の全体構成
図、 第2図はレーザ出力IKW程度のターボブロワの構造図
、 第3図はレーザ出力2KW程度のターボブロワの構造図
、 第4図はレーザ出力4KW稈度のターボブロワの構造図
、 第5図ば従来のC02レーザのレーザ発振装置の構成図
である。 1−−−−−−−−−一−−放電管 2−−−−−−−−−−−出力結合鏡 3−一−−−−−−−−全反射鏡 4.5−−−一−−−−電極 6−−−−−−−−−−−−−−高周波電源7.8−−
−−−−−−冷却器 9−−−−−−−−−−−−ルーツブロワ10−−−−
− −ガスボンへ 12−−−−−−−−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1、5−−−−−−−−−ターボブロワ16−−−
−−−−− ターボ翼 17.18−−−−−−−−−−−−モータ19.20
−−−−−−−−−−磁気軸制御用コイル21−−−−
−−−−−− 金属性ディスク22.23−−−−−−
−−−磁気軸受制御用コイル24−−−−−−−−−−
一金属ディスク25−−−−=−−−センサー 26−−−−−−−−−− クーボブロワ27−−−−
−−−−ターボ翼 28−−一−−−−−−一ターボブロワ29.30−−
−−−−−−−−ターボ翼31−−−−−−−−−−隔
壁 特許出願人 ファナンク株式会社 代理人   弁理士  服部毅巖 第5図

Claims (11)

    【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等を有する気体レーザ発振装
    置において、 送風機がターボブロワで構成され、該送風機の軸受がス
    ラスト方向についての1軸制御磁気軸受であることを特
    徴とするレーザ発振装置。
  2. (2)前記ターボブロワが、1個のターボ翼から構成さ
    れている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)前記ターボブロワが、同一シャフトに逆方向にス
    ラスト荷重がかかるように設けられた2個のターボ翼を
    有する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。
  4. (4)前記ターボブロワが、同一シャフトに逆方向にス
    ラスト荷重がかかるように設けられた2個のターボ翼を
    有するユニットを並列に配置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。
  5. (5)前記ターボブロワのターボ翼が同一の大きさを有
    することを特徴とする特許請求の範囲第3項又は第4項
    記載のレーザ発振装置。
  6. (6)前記磁気軸受が上下二位置に電磁石を有するスラ
    ストベアリング磁気軸受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。
  7. (7)前記磁気軸受が上下二位置のうち一方を電磁石を
    有するスラストベアリング磁気軸受とし、他方を永久磁
    石のラジアルベアリング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。
  8. (8)前記ターボブロワのターボ翼がセラミックである
    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。
  9. (9)前記ターボブロワのターボ翼が遠心翼であること
    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。
  10. (10)前記ターボブロワのターボ翼が斜流翼であるこ
    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。
  11. (11)前記ターボブロワのターボ翼が軸流翼であるこ
    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。
JP3020488A 1988-02-12 1988-02-12 レーザ発振装置 Pending JPH01205584A (ja)

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