CN101064408A - 气体激光器振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供可缓和振荡器箱体的真空状态时的应力，具有用于维护的面积大、容易制造的盖构件的气体激光器振荡器。具有闭塞气体激光器振荡器(100)的箱体(11)的开口部的盖构件(12)，在盖构件(12)形成朝箱体内部侧隆起的作为曲面部的圆顶形状部(31)，在盖构件(12)的4个端边与圆顶形状部(31)间的区域形成朝箱体主构造(11)的内部侧突出的作为凸起部的三角形凸构造部(32)，在盖构件(12)的端边形成朝箱体外部侧突出的侧壁(33)。

Description

气体激光器振荡器

技术领域

本发明涉及一种气体激光器振荡器的箱体构造，特别是涉及一种正交激励型气体激光器振荡器。

背景技术

在已有技术的正交激励型气体激光器振荡器中，具有封入了CO₂气体等激光器介质气体的密闭构造的振荡器箱体，在振荡器箱体内设有激光器介质气体放电激励用的放电电极、对激光器介质气体进行冷却的热交换器、及使激光器介质气体循环的送风器。另外，在振荡器箱体的两端配置有构成气体激光器共振器的反射镜光学系统。在CO₂气体激光器等气体激光器的连续振荡中，为了将发射激光的气体分子激励(泵激)到受激发射所需要的能级，一般使用由放电时的电子碰撞激励的放电激励。在该场合，为了获得稳定的放电，需要使振荡器箱体内部为30～60torr的真空状态，所以，气体激光器振荡器的振荡器箱体需要具有可保持真空状态的气密性能。

另外，由于需要定期地对配置于振荡器箱体内部的放电电极、热交换器、送风机、及反射镜光学系统等进行维护，所以，需要使得维护作业者可容易地从振荡器箱体的外部接近。为此，在振荡器箱体设有较宽的开口部，安装有可用于闭塞开口部的可拆卸的盖构件。

气体激光器振荡器的盖构件需要承受使振荡器箱体内部为真空状态时的负荷，保持能够维持真空状态的气密性能，而且使得可容易地维护振荡器箱体的内部设备地扩大外形面积。作为盖构件，使用平板形状的盖构件(例如参照专利文献1)。另外，为了提高盖构件的强度，通过在与盖构件的面垂直的方向设置多个加强构件(肋)，从而抑制盖构件的变形(例如参照专利文献2)。另外，通过在长方体的耐压箱体的1个面设置倾斜部，从而分散应力，形成为抑制箱体的侧面板构件的变形的构造，从而减小对盖构件的负荷(例如参照专利文献3)。

[专利文献1]

日本特开2003-318467号公报(第4页，图1)

[专利文献2]

日本特开平10-2418号公报(第3页，图1～3)

[专利文献3]

日本特开2002-245905号公报(第2～3页，图1)

对于已有技术的气体激光器振荡器，在如专利文献1那样将盖构件形成为平板的场合，需要可承受对振荡器箱体内部进行减压时发生的应力地增大盖构件的平板板厚。在该场合，当考虑到维护性时，最好作业者可按2人左右安装、拆卸盖构件。然而，由于盖构件的重量变大，所以，存在难以安装、拆卸盖构件的问题。为此，也可使用铝等具有强度的轻质材料形成盖构件。然而，这些轻质材料存在一般比钢铁材料昂贵的问题。

另外，在如专利文献2那样设置加强构件使盖构件的强度提高的场合，即使使用钢铁等廉价的材料，也可减小盖构件的板厚，减轻盖构件的重量。然而，需要通过焊接、螺钉固定等相对盖构件固定加强构件，所以，存在盖构件的制造工序复杂、制造费用高的问题。另外，在如专利文献3那样相对盖构件设置倾斜部的场合，由于成为与振荡器箱体凸缘的接合面的盖构件的接合面需要是平面形状的，所以，如不使用焊接多个构件的制造方法，则难以进行制作。

发明内容

本发明就是为了解决上述那样的问题而作出的，其目的在于获得一种气体激光器振荡器，该气体激光器振荡器可缓和振荡器箱体的真空状态时的应力，具有用于维护的面积大、容易制造的盖构件。

本发明的气体激光器振荡器具有箱体和闭塞箱体的开口部的盖构件；其特征在于：盖构件具有曲面部和侧壁；该曲面部朝箱体的内部侧或外部侧隆起；该侧壁形成于盖构件的端边，朝箱体的内部侧或外部侧突出。

本发明的气体激光器振荡器由于具有曲面部和侧壁，该曲面部朝箱体的内部侧或外部侧隆起，该侧壁形成于盖构件的端边并朝箱体的内部侧或外部侧突出，所以，在减压时作用于盖构件的应力均匀地分散，即使减小盖构件的板厚，增大盖构件的面积，也可缓和振荡器箱体在真空状态时的应力。另外，可容易地制造盖构件。

附图说明

图1为示出本发明实施形式1的气体激光器振荡器的整体构成的透视图。

图2为本发明实施形式1的盖构件的外形图。

图3为本发明实施形式1的圆顶形状部的截面图。

图4为本发明实施形式1的三角形凸构造部的截面图。

图5为示出盖构件的板厚与应力值和位移量的关系的曲线图。

图6为示出不形成三角形凸构造部的场合的应力集中部的概念图。

图7为示出形成本发明实施形式1的三角形凸构造部的场合的应力集中部的概念图。

图8为示出不形成侧壁的场合的螺栓的固定部周围的状态的示意图。

图9为不形成侧壁的场合的气体激光器振荡器的箱体的透视图。

图10为示出形成了本发明实施形式1的侧壁的场合的螺栓固定部周围的状态的示意图。

图11为示出本发明实施形式2的盖构件的外形图。

图12为示出本发明实施形式3的盖构件的外形图。

图13为本发明实施形式3的圆顶形状部的截面图。

具体实施方式

实施形式1

图1为示出用于实施本发明的实施形式1的气体激光器振荡器100的整体构成的透视图。在图1中，气体激光器振荡器100由作为气体激光器振荡器100的箱体的箱体主构造11、气体激光器振荡器100的盖构件12、及O形密封圈13构成。箱体主构造11为搭载电极和反射镜等气体激光器振荡器100的构成设备的构造物。箱体主构造11通过焊接接合钢铁、不锈钢等金属板材而形成。另外，形成了O形密封圈槽22和螺钉孔23的凸缘21及用于抑制箱体主构造11的变形的肋24和开口部支承构件25，按焊接接合和螺钉连接中的至少任一方的方法接合于箱体主构造11。

在本实施形式中，在将O形密封圈13配置到O形密封圈槽22后，封闭箱体主构造11的开口部地配置盖构件12，将螺钉连接(螺栓连接)到螺钉孔23，从而接合箱体主构造11与盖构件12。此时，通过由凸缘21和盖构件12夹住O形密封圈13将其压扁，从而确保气体激光器振荡器100的气密性能。即，气体激光器振荡器100的箱体成为耐压容器。

下面，说明盖构件12的构造。图2为用于实施本发明实施形式1的盖构件12的外形图，图2(a)为正面图，图2(b)为侧面图。盖构件12用于封闭箱体主构造11的开口部，其外形大体为四边形，具有4个端边。在本实施形式中，盖构件12由1片钢铁、铝、或不锈钢等的金属板材形成。在盖构件12由冲压等方法形成准部分球面形状的圆顶形状部31和配置于圆顶形状部31周围的4个部位的三角形凸构造部32。

圆顶形状部31为朝箱体主构造11的内部侧隆起的曲面部。圆顶形状部31作为耐压容器使内侧凸起地形成，为了避免与箱体主构造11的开口部支承构件25的干涉，配置于左右2个部位。圆顶形状部31的外形即盖构件12的平面部与曲面部的边界线的形状对应于箱体主构造11的开口部形状，可为圆形，也可为椭圆形，或组合曲线与直线的形状。在本实施形式中，圆顶形状部31的外形为用2条直线连接2个半圆的轨道状。

三角形凸构造部32形成于盖构件12的4个端边与作为曲面部的圆顶形状部31间的区域，为突出到箱体主构造11内部侧的凸起部。三角形凸构造部32的面积比圆顶形状部31小。三角形凸构造部32与圆顶形状部31同样，作为耐压容器使内部侧凸起地形成。三角形凸构造部32形成于盖构件12的四角部分。在本实施形式中，由于形成2个圆顶形状部31，所以，在由平行的2个端边和2个圆顶形状部31的外缘围住的平面部也形成三角形凸构造部32。如图1所示那样，三角形凸构造部32形成于8个部位。三角形凸构造部32也可使耐压容器的外部侧凸起地形成。

在盖构件12的4个端边，形成突出到箱体主构造11外部侧的侧壁33。在本实施形式中，侧壁33通过朝箱体主构造11的外部侧将盖构件12的4个端边折曲90度而形成。侧壁33可朝箱体主构造11的外部侧突出地形成，也可朝箱体主构造11内部侧突出地形成。例如，也可不是所有的侧壁33突出到箱体主构造11的外部侧地形成，而是侧壁33的一部分突出到箱体主构造11的内部侧地形成。侧壁33也可由被螺钉连接或焊接接合于4个端边的金属构件形成。另外，在盖构件12的外周部按与设于凸缘21的螺钉孔23相同的节距形成螺栓连接用的贯通孔34。

图3为本实施形式1的圆顶形状部31的A-A截面图。在为了获得激光器输出而将气体激光器振荡器100的箱体内部形成为真空状态的场合，对箱体主构造11和盖构件12的外面作用大气压。为此，在盖构件12与凸缘21的接触面，由凸缘21抑制盖构件12的变形，但在与箱体主构造11的凸缘21以外的开口部对应的部分，盖构件12产生变形。如图3所示那样，为了抑制盖构件12的变形，在盖构件12形成作为朝箱体主构造11的内部侧(低压侧)隆起的曲面部的圆顶形状部31和突出到箱体主构造11外部侧(高压侧)的侧壁33。在4个端边中的1个端边形成从侧壁33的端部进一步朝盖构件12的中央侧突出的第2侧壁33a。由第2侧壁33a可进一步防止盖构件12的变形。另外，由于盖构件12的端边的突出部朝向盖构件12的中央侧，所以，作业者不易接触到突出的第2侧壁33a的前端，在安装时和拆卸时容易移动盖构件12。

图4为本实施形式1的三角形凸构造部32的B-B截面图。如图4所示那样，在盖构件12形成朝箱体主构造11的内部侧(低压侧)突出的三角形凸构造部32。在本实施形式中，圆顶形状部31的最大突出量为30mm左右，侧壁33的高度为15～20mm左右，三角形凸构造部32的最大突出量为10mm左右。这些数值为一例，可根据箱体主构造11的大小、盖构件12的板厚等决定。

在这里，比较盖构件为平板构造的场合与具有圆顶形状的构造的场合，说明各场合的变形的不同。在平板构造的场合，当将盖构件看成周边固定的圆形平板时，施加到盖构件的最大应力值σ_P如式(1)那样表示，盖构件的最大位移量u_P如式(2)那样表示。

[式1]

${\mathrm{\σ}}_p=\frac{3{\mathrm{pa}}^2}{4{t_p}^2}---\left(1\right)$

[式2]

$u_p=\frac{3{\mathrm{pa}}^4(1-{\mathrm{\υ}}^2)}{16{{\mathrm{Et}}_p}^3}---\left(2\right)$

另外，在圆顶形状的场合，当将盖构件看成薄壁球壳时，施加到盖构件的最大应力值σ_s如式(3)那样表示，盖构件的最大位移量u_s如式(4)那样表示。

[式3]

${\mathrm{\σ}}_s=\frac{\mathrm{pr}}{2t_s}---\left(3\right)$

[式4]

$u_s=\frac{{\mathrm{pr}}^2(1-\mathrm{\υ})}{2{\mathrm{Et}}_s}---\left(4\right)$

其中，p为作用于盖构件的压力，t为盖构件的板厚，E为板材的杨氏模量，υ为板材的泊松比，a为圆形平板的半径，r为球壳的半径。

图5为示出盖构件的板厚与应力值和位移量的关系的曲线图。图5所示关系根据式(1)～式(4)计算出。该曲线图表示了这样的关系，即，为了在盖构件为平板构造的场合和具有圆顶形状的构造的场合使应力值和位移量相同，需要在具有圆顶形状的构造的场合相对平板构造的场合具有什么样的程度的板厚。其中，以材料相同为前提。在图5中，tp为具有圆顶形状的构造的盖构件的板厚，ts为具有圆顶形状的构造的盖构件的板厚。另外，横轴为板厚tp，纵轴为用于使应力值和位移量分别相同的板厚ts与板厚tp的比tp/ts。

根据图5的曲线图可以看出，例如为了使壁厚10mm的平板的应力值与具有圆顶形状的盖构件12的应力值为相同程度，使具有圆顶形状的盖构件12的壁厚为平板的1/6的壁厚即壁厚1.7mm即可。在将具有圆顶形状的构造适用于盖构件12的场合，与仅是平板构造的场合相比，可在使强度同等的同时，大幅度地薄壁化、轻质化。当将具有圆顶形状部31的盖构件12安装于箱体主构造11时，使箱体主构造11的外部侧(高压侧)隆起地安装圆顶形状部31即可。在该场合，与为了不由气压差使圆顶形状部31产生压曲而使圆顶形状部31朝箱体主构造11的内部侧(低压侧)突起地安装的场合相比，需要增大盖构件12的壁厚，或减小球壳面的曲率。

下面，说明形成了三角形凸构造部32的效果。图6为示出在盖构件12不形成三角形凸构造部32的场合的应力集中部43的概念图。图7为示出在盖构件12形成三角形凸构造部32的场合的应力集中部44的概念图。在图6和图7中，用阴影线示出的接合部41为凸缘21与开口部支承构件25的接触部。通过接合部41与凸缘21和开口部支承构件25的接触，抑制盖构件12的变形。另一方面，在与箱体主构造11的开口部对应的接合面41以外的非接合部42，当使气体激光器振荡器100的箱体内部为真空状态时，在外壁面作用大气压而产生变形。

如图6所示那样，圆顶形状部31的投影形状大体为椭圆形，但在如本实施形式那样气体激光器振荡器100的箱体为长方体形的场合，为了尽可能大地扩大拆卸盖构件12时的开口面积，箱体主构造11的开口部的投影形状大体为长方形。此时，与箱体主构造11的开口部对应的盖构件12的非接合部42中的、圆顶形状部31周围的四角存在平面部分。如图5所示那样比较具有圆顶形状的构造与平板形状的构造可知，由于平板形状构造的变形量增大，所以，在平面部的应力得到缓和。为此，在圆顶形状部31与接合部41最接近的8个部位的应力集中部43产生应力集中。另一方面，如图7所示那样，当在非接合部42形成三角形凸构造部32时，圆顶形状部31周围的四角的变形量减小，应力集中部44分散到16个部位，所以，应力集中部44的各应力值下降。因此，通过形成三角形凸构造部32，可进一步使盖构件12薄壁化。三角形凸构造部32也可朝箱体主构造11的外部侧突出地形成。在该场合，圆顶形状部31朝箱体主构造11的内部侧隆起，三角形凸构造部32朝箱体主构造11的外部侧突出，但可缓和应力集中。

下面，说明在盖构件12的4个端边形成侧壁33的效果。图8为示出不在盖构件112形成侧壁的场合的螺栓51的固定部周围的状态的示意图。盖构件112在夹住O形密封圈13的状态下由螺栓51连接到凸缘21。在气体激光器振荡器的箱体内部为真空状态的场合，朝被推压到凸缘21的方向对盖构件112作用大气压153。另一方面，朝从凸缘21抬起的方向对盖构件112施加由O形密封圈13产生的反力154。由该2个力的作用，在由螺栓51连接的部分以外，盖构件112成为从凸缘21浮起的状态。特别是在2个螺栓51的中间，盖构件112如由虚线示出的变形后的盖构件152那样以浮起了位移量d的状态变形。

图9为在盖构件112未形成侧壁的场合的气体激光器振荡器的箱体的透视图。在气体激光器振荡器的箱体内部为真空状态的场合，在由螺栓51连接的部分以外，盖构件112成为从凸缘21浮起的状态，所以，产生按各螺栓51的连接部位的节距起伏的那样的变形。另外，在盖构件112成为浮起状态的部位，O形密封圈13的压扁量不足，存在产生气密泄漏的可能性。

另一方面，图10为示出在盖构件12形成侧壁33的场合的螺栓固定部周围的状态的示意图。在侧壁33形成于盖构件12的场合，侧壁33相对起伏变形成为支承构件，所以，在由螺栓51连接的部分以外，可防止盖构件12从凸缘21浮起。这样，可减小盖构件12的变形量，抑制气密泄漏，与不形成侧壁33的场合相比，可使盖构件12薄壁化。

如上述那样，由于在盖构件12形成朝箱体的内部侧隆起的作为曲面部的圆顶形状部31，在盖构件12的端边形成朝箱体外部侧突出的侧壁33，所以，可抑制盖构件12的变形，可减小盖构件12的板厚。另外，即使增大盖构件12的面积，也可缓和振荡器箱体的真空状态时的应力。圆顶形状部31和侧壁33全部可通过1片的板的冲压加工、弯曲加工形成，在生产率、质量方面，与平板构件相比，也可确保相同性能。

实施形式2

图11为示出用于实施本发明的实施形式2的盖构件61的外形图。图11(a)为盖构件61的正面图，图11(b)为侧面图。在图11中，与实施形式1不同之处在于未形成三角形凸构造部。在图11中，采用与图2相同符号的部分相同或与其相当，这在说明书的全文都一样。另外，在说明书全文中表示的构成要素的状态不过是例示，不限于这些记载。

盖构件61用于闭塞箱体主构造11的开口部，外形为大致四方形，具有4个端边。在本实施形式中，盖构件61由1片钢铁、铝、或不锈钢等的金属板材形成。在盖构件61上由冲压等方法形成准部分球面形状的圆顶形状部62。圆顶形状部62为朝箱体主构造11的内部侧隆起的曲面部。圆顶形状部62使作为耐压容器的内侧凸起地形成，为了避免与箱体主构造11的开口部支承构件25的干涉，配置于左右2个部位。在盖构件61的4个端边形成朝箱体主构造11的外部侧突出的侧壁63。侧壁63通过朝箱体主构造11的外部侧将盖构件61的4个端边折曲90°而形成。另外，在4个中的1个端边上形成进一步从侧壁63的端部朝盖构件61中央侧突出的第2侧壁63a。在盖构件61的外周部按与设于凸缘21的螺钉孔23相同的节距形成螺栓连接用的贯通孔64。圆顶形状部62也可朝箱体主构造11的外部侧隆起。

按照这样的构成，与未形成圆顶形状部62和侧壁63的平板构造的场合相比，可减小盖构件61的壁厚。

实施形式3

图12为示出用于实施本发明的实施形式3的盖构件71的外形图。在图12中，与实施形式1不同之处在于具有圆顶支承部74。另外，图13为图12所示盖构件71的C-C截面图。

盖构件71用于闭塞箱体主构造11的开口部，外形为大致四方形，具有4个端边。在本实施形式中，盖构件71由1片钢铁、铝、或不锈钢等的金属板材形成。在盖构件71由冲压等方法形成作为曲面部的准部分球面形状的圆顶形状部72和配置于圆顶形状部72周围4个部位的三角形凸构造部76。在盖构件71的4个端边形成朝箱体主构造11的外部侧突出的侧壁73。侧壁73通过朝箱体主构造11的外部侧将盖构件71的4个端边折曲90°而形成。另外，在4个中的1个端边形成进一步从侧壁73的端部朝盖构件71中央侧突出的第2侧壁73a。在盖构件71的外周部按与设于凸缘21的螺钉孔23相同的节距形成螺栓连接用的贯通孔75。

圆顶支承部74通过接触于箱体主构造11的凸缘21，从而使圆顶形状部72受到的应力分散到不易变形的盖构件71的平面部。圆顶支承部74为被螺钉连接或焊接接合到盖构件71的平面部一部分和作为曲面部的圆顶形状部72的一部分的支承部。圆顶支承部74的两端分别接合到盖构件71的平面部的一部分和圆顶形状部72的一部分。在本实施形式中，相对一个圆顶形状部72形成4个圆顶支承部74。按照这样的构成，在气体激光器振荡器100的箱体内部为真空状态的场合，相对要使圆顶支承部74朝箱体主构造11的内部侧变形的应力，由圆顶支承部74施加朝箱体主构造11的外部侧的拉力，可缓和盖构件71的应力。按照这样的构成，可减小盖构件71的壁厚。

Claims (6)

1.一种气体激光器振荡器，具有箱体，和

闭塞上述箱体的开口部的盖构件；

其特征在于：

上述盖构件具有曲面部和侧壁；该曲面部朝上述箱体的内部侧或外部侧隆起；该侧壁形成于上述盖构件的端边，朝上述箱体的内部侧或外部侧突出。

2.根据权利要求1所述的气体激光器振荡器，其特征在于：

上述盖构件具有形成于上述盖构件的端边与曲面部间的区域、面积比上述曲面部小的凸起部。

3.根据权利要求2所述的气体激光器振荡器，其特征在于：

凸起部为大致三角形，形成于盖构件的四角。

4.根据权利要求1所述的气体激光器振荡器，其特征在于：

侧壁通过折曲盖构件的端边而形成。

5.根据权利要求1所述的气体激光器振荡器，其特征在于：

侧壁由受到螺钉连接或焊接接合的金属构件形成。

6.根据权利要求1所述的气体激光器振荡器，其特征在于：

具有被螺钉连接或焊接接合到盖构件的平面部的一部分和曲面部的一部分的支承部。

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