JPH01205585A - 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、信頼性、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６図に従来技術によるＣＯ２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Ｉ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電源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６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［］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。

とごろが理論によればレーザ発振利得は絶対温度Ｔの−
（３／２）東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。レーザガスば約
１００ｍ／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
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６図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。

第三にはルーツブロワ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
及ぼす。

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
行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。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明では」二記課題を解決するために、気体放電によ
ってレーリ２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、送風機がレーザガス中で回転するターボ翼
から構成され、該ターボ翼を回転させる駆動系が外部大
気中に設置され、 前記ターボ翼と前記駆動系が、前記レーザガスと大気中
の双方からラビリンスシールで隔離された中間室の存在
によって、分離されていることを特徴とするレーザ発振
装置が、 提供される。

〔作用〕

送風機がターボブロワであり、形状及び重量が減少し、
送風機の脈流がない。

送風機のターボ翼が駆動系と中間室で隔離されているの
で、駆動系の軸受からの油分等が混入しない。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を圃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構成図を示す。第６
図に示す従来技術との同一要素には同一・の符号が付し
てあり、その説明は省略し、特徴的な部分のみの説明を
する。ルーツブロワ９の代りに第１図ではターボブロワ
１５が用いられている。

ターボブロワ１５はルーツブロワよりも効率が格段に高
いので圧縮熱は無視できて後段の冷却器７ば省略するこ
とができる。第１図では省略しであるが、場合によって
は設置することもできる。

第２図にターボブロワの構造図を示ず。こごではターボ
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ばシャツ１−に取り
付げられており大気中に設置されたロータ１７、ステー
タ１８から構成されるモータによって約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
。

軸受１９．２０は転がり軸受か空気軸受のどちらでも良
い。転がり軸受ではオイルが、空気軸受では空気がンヤ
フＩ・のためのレージ２ガスきょう体の開口２１からレ
ーナガス中に混入してしまうので、本発明では中間室２
２を設け、更にシャツ１へと一体構造のディスクとその
両側にラビリンスノール２３．２４を設けてレーザガス
を大気と隔離している。このためにターボ翼が高速回転
中にはレーザガスきょう体内部と大気間のコンダクタン
スは極めて小さなものになっている。

レーザ発振装置が停止中にはレーザガスきょう体内は大
気圧になっている。装置運転開始とともにタービン翼１
６が回転を開始し、レーザガスきょう体内には図には示
されていない真空ポンプによって同時に排気される。運
転の仕方として番ｊ、以下のような２通りの方法がある
。

第一の方法では中間室２２も排気管２５とハルツ２６を
経て図には示されていない真空ポンプによって同時に排
気される。その後中間室２２は排気状態が維持されるが
、レーザガスきょう体内には所定圧のレーザガスが充填
され装置の稼働が開始される。稼働状態ではレーザガス
の一部はラビリンス２３を通じて中間室２２に流入し真
空ポンプによって大気中に排出される。そのためレーザ
ガスきょう体内には同量のレーザガスが導入されて所定
圧力を維持しようとする。中間室２２には大気もラビリ
ンス２４を通じて若干導入されるがこれも真空ポンプに
よって排気される。何れにしでもレーザガスきょう体に
周辺の大気が混入することはないのでレーザガスのオイ
ル汚染は発生しない。

第二の方法は中間室２２に大気圧に近い与圧のレーザガ
スを導入しておく方法である。この時はレーザ稼働中は
レーザガスがラビリンス２３を通してレーザガスきょう
体内に導入され、それと同量のレーザガスが同きょう体
内から排気される。

中間室２２は周辺の大気より与圧があるのでラビリンス
２４を通じてオイル成分が混入することはない。

この様に第一、第二いずれの方法でもレーザガスを清浄
に維持することが出来る。第２図の軸受１９．２０は前
記した様に転がり軸受、あるいは空気軸受から構成され
る。両者共に周知の技術であるのでここではその詳細の
説明は省略する。

第２図のターボブロワは出力ＩＫＷ程度のレーザ発振装
置に適用されるが、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Ｉ−的には同−翼を複
数個使用することが望ましい。

第３図にレーザ出力２ＫＷ程度のクーボブロワの構造を
示す。図において、２７はクーボブロワであり、軸受等
は第２図と同しであるので省略しである。なお、Ｍ中の
矢印はレーザガスの流れる方向を示す。

シャツＩ−の上下にターボ翼］６．２８が２個取りイ」
けられている。この構成で高価なのは軸受と駆動用モー
タであるので、軸受と駆動モータを１個とした構成はコ
スト−ヒ有利である。１７はロー夕、１８はステータで
ある。

ここでは、ターボ翼を同一シャツ１−に取りつけるごと
により、スラスト方向の荷重変動を打ち消しあい、スラ
ス１−荷重は一定の重量荷重だげ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図
を示す。図において、２９はターポフｌ′Ｊワであり、
軸受等は第２図とほぼ同様であるので省略しである。こ
こでは、第３Ｍのコーニソ１〜を２個並列に配置した構
造としている。ターボ翼１６及び２８はロータ１．７　
ａとステータ１８ａで構成されるモータで駆動されてい
る。ターボ翼３０及び３１はロータ１７１〕とステータ
１８ｂで構成されるモータで駆動されている。２２ａ、
２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは中間室である。なお、矢印は
レーザガスの流れる方向を示す。

第５図は他のラビリンスシールを有するターボブロワの
構造図を示す。第２図と同一要素には同一の符号がイ」
シてあり、その説明は省略する。

第２図の構造との相違点はラビリンスシール２２．２３
が第２図では軸流型であり、第５図では半径流型である
ことである。シャツＩ−の構造は半径流型の方が単純で
あるが、軸受からの突出し距離が長くなる。

本発明ではクーボブロワの構造を除いてほぼは第６図の
構成と同じであるか、ブロワの効率はルーツブロワの場
合の約３５％から８０％に増大するのて圧縮熱はそれた
げ低−ドし、後段の冷却器は省略できるか、はるかに小
型のものでよい。

もし翼月月をセラミックなど耐熱材料にすれば冷却器８
は省略でき、後段（第６図の冷却器７の位置）に冷却器
８と同一の客用のものを設置すればよい。

本発明は特に高周波放電励起００２レーザに有用である
。直流放電励起の場合番４１−様放電を得るためにガス
流に乱バｔ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Ｉ−１的には最適であ
る。−刃高周波放電励起では乱流し：１不必要であり、
低圧縮比、大送風容量と云うターホブロワの特徴が有効
になる。

〔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
置のコストタウンが可能になる。さらに、ブロワ効率が
増大し、運転費が低減され、ガス置換量を低減し運転費
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。

また、レーザガスきょう体と外部を中間室で隔離したの
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。

【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
間、 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図はレーリ′出力４ＫＷ程度のクーボブロワの構造
図、 第５図は他のラビリンスシールを有するターボブロワの
構造図、 第６図は従来のＣＯ２レーザのレーザ発振装置の構成間
である。 ］−−−−−−−−−−−−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−−−＝−
一−−−−真空ポンプ １３−−一−−−−−−−−−−−共振器内し−ザヒー
ム光軸１４−−−−−−−−−−−−−−−共振器外レ
ーザヒーム光軸１５−−−−−−−ターボブロワ １６−−−−　　ターボ翼 １７−−−−−−−−−−−ロータ １、８−−−−−−−−−−−ステータ１９．２０−−
−−−−−−−−軸受 ２１−−−−−−−−−−−−−開口 ２２−−−−−−−−−−−−−−中間室２３．２４−
−−−−−−−−−−−ラビリンスシール２５−−−−
＝−一〜−一−−−排気管２７．２９−−一−−−−−
−−−−−−−ターボブロワ２８．３０−−−−−−−
−−−−−−ターボ翼３１−−−−−−−−−−−一タ
ーボ翼特許出願人　ファナノク株式会社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖

Claims (7)

【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、送風機がレーザガス中で
   回転するターボ翼から構成され、該ターボ翼を回転させ
   る駆動系が外部大気中に設置され、 前記ターボ翼と前記駆動系が、前記レーザガスと大気中
   の双方からラビリンスシールで隔離された中間室の存在
   によって、分離されていることを特徴とするレーザ発振
   装置。
2. （２）前記中間室が真空ポンプによって排気される構成
   となっ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）前記中間室が大気圧以上の圧力のレーザガスで充
   満される構造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。
4. （４）前記駆動系の軸受が転がり軸受であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。
5. （５）前記駆動系の軸受が空気軸受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。
6. （６）前記ラビリンスシールが軸流型であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。
7. （７）前記ラビリンスシールが半径流型であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。