CN106532411B - 激光振荡器 - Google Patents

Abstract

激光振荡器包括用于冷却介质气体的换热器。换热器包括在介质气体与冷却介质之间进行热交换的冷却部、固定于框体的筒状构件以及异物收集容器。筒状构件以自冷却部流出的介质气体在沿着筒状构件的外表面移动之后改变行进的朝向而流入入口部的方式配置。异物收集容器用于收集自介质气体的流动脱离的异物。

Description

激光振荡器

技术领域

本发明涉及一种包括冷却介质气体的换热器的激光振荡器。

背景技术

在二氧化碳气体激光振荡器等使用介质气体的气体激光振荡器中，介质气体以高速进行循环。在气体激光振荡器中，可能存在异物混入介质气体中的情况。异物包括组装时混入的细小的尘埃、灰尘、颗粒、因放电管中的激励放电而产生的石英的粉末、以及由以高速进行循环的介质气体而产生的气体流路的壁面的磨损粉末等。

在构成共振器的部分反射镜、全反射镜的表面施加有有助于激光束的振荡的涂层。当异物附着于部分反射镜、全反射镜等的光学部件的表面时，该异物吸收激光束并产生热。而且，可能引起激光输出的下降、因异物的烧结而导致的光学部件的劣化等。因此，在气体激光振荡器安装有用于自介质气体分离并收集颗粒状的物质的集尘器。作为集尘器采用旋风式等方式。在旋风式的集尘器中，能够通过使气体旋转从而将介质气体中含有的尘埃、灰尘离心分离。

在日本特开2003-283008号公报中，公开有一种包括用于收集气体介质中的颗粒状异物的集尘机构的激光振荡器。在该集尘机构中，含有颗粒状的异物的介质气体在旋转部的配管的内部自上向下一边旋转一边移动。此时，比重大于介质气体的比重的异物被离心分离，落下至集尘部并堆积。

在介质气体进行循环的激光振荡器中，在因放电等而激励了介质气体的能量中，未转换为激光的剩余的能量成为介质气体的热量。另外，介质气体在鼓风机中被压缩时温度上升。在激光振荡器安装有换热器，用以冷却因放电、鼓风机的驱动而温度上升的介质气体。

在日本特开2006-116472号公报中公开有一种包括换热器的旋风分离器。在该公报中公开有如下内容：在筒状外壳的外周配设使气体流通的夹套，向该夹套导入气体并在气体与高温的废气之间进行换热。

在光学部件的表面附着异物而使激光输出下降的情况下，将光学部件拆卸并进行清扫。或者，需要更换光学部件。在重新安装光学部件时，需要对光轴调整等熟练的技术和大量的时间。另外，对于输出较大的激光，在对附着有异物的光学部件照射激光束时，可能导致异物烧结。另外，存在因异物吸收激光束、产生局部的升温而导致光学部件的涂层破损的情况。该情况下，也需要更换光学部件，并需要熟练的技术和大量的时间。因此，优选的是，自介质气体尽可能地去除异物。

然而，配置于介质气体以高速进行循环的激光振荡器的集尘单元和换热器大型或高价。在日本特开2003-283008号公报所公开的激光振荡器中，分别配置有换热器和集尘器。因此，需要配置换热器和集尘器的较大的空间。另外，由于需要用于连接换热器和集尘器的配管，因此，需要配置配管的空间。另外，需要进行连接换热器和集尘器的作业。日本特开2006-116472号公报所公开的旋风分离器具有冷却气体的功能。然而，在筒状外壳的外周配置使气体流通的夹套的结构中，气体的冷却能力较小。

发明内容

本发明的激光振荡器包括：气体流路，其供对激光束进行放大的介质气体循环；鼓风机，其配置于气体流路，该鼓风机用于使介质气体循环；以及换热器，其配置于气体流路，该换热器用于冷却介质气体。换热器包括框体、用于在介质气体与冷却介质之间进行换热的冷却部、固定于框体的筒状构件以及用于收集介质气体中含有的异物的异物收集容器。筒状构件的内部的流路的入口部与框体的内部的空间连通，筒状构件的内部的流路的出口部连接于气体流路。冷却部以自冷却部流出的介质气体朝向筒状构件的外表面流动的方式配置。筒状构件以自冷却部流出的介质气体在沿着筒状构件的外表面移动之后改变行进的朝向而流入入口部的方式配置。异物收集容器配置于与筒状构件的入口部相对的位置，形成为能够收集自介质气体的流动脱离的异物。

在上述发明中，能够是，冷却部具有形成为板状的介质气体流通部和形成为板状的冷却介质流通部交替层叠而成的结构。

在上述发明中，能够是，换热器的框体包括两个以上的介质气体的吸入口，筒状构件形成为圆筒状，在外表面包括用于使介质气体旋转的旋转促进部。

在上述发明中，能够是，异物收集容器包括用于抑制异物的飞散的飞散抑制构件，另外，该异物收集容器形成为能够自框体拆卸。

附图说明

图1是实施方式的激光振荡器的概略图。

图2是实施方式的换热器的概略剖视图。

图3是实施方式的换热器的冷却部的放大概略剖视图。

图4是实施方式的飞散抑制板的立体图。

图5是实施方式的其他的筒状构件的立体图。

具体实施方式

参照图1至图5说明实施方式的激光振荡器。本实施方式的激光振荡器为利用介质气体激励光的气体激光振荡器。

图1中表示本实施方式的激光振荡器的概略图。激光振荡器1包括激励光的光学共振器14、和使介质气体循环的气体流路11a～11d。激光振荡器1包括鼓风机12，该鼓风机12用于向气体流路11a～11d供给介质气体。通过使鼓风机12驱动，而使介质气体在气体流路11a～11d中循环。另外，激光振荡器1包括换热器13，该换热器13配置于气体流路，用于冷却介质气体。换热器13能够配置于气体流路的任意的位置。

光学共振器14包括使介质气体产生放电的放电管15、以及部分反射镜16和全反射镜17。部分反射镜16和全反射镜17为配置于放电管15的两侧的端部的光学部件。光学共振器14利用部分反射镜16和全反射镜17使光共振。放电管15包含对介质气体进行放电的放电电极15a。放电电极15a连接于电源单元18。电源单元18例如通过供给高频电力，从而在放电管15的内部产生放电。

通过使激光束在放电管15的内部被激励的介质气体中往返移动，从而增大激光束的输出。激光束的一部分自部分反射镜16被取出。这样的激光束能够应用于金属加工、树脂加工。

鼓风机12具有使介质气体以高速进行循环的功能。换热器13去除在鼓风机中压缩气体时产生的压缩热量。另外，换热器13去除因放电而产生的热量。

在光学共振器14的放电管15中放电后的介质气体经由气体流路11a流入鼓风机12。介质气体在鼓风机12中被加压。自鼓风机12流出的介质气体经由气体流路11b流入换热器13。在本实施方式中，形成有多个气体流路11b。介质气体在换热器13中被冷却。自换热器13流出的介质气体经由气体流路11c流入气体流路11d。介质气体经由气体流路11d被供给到光学共振器14的放电管15。由此，介质气体在激光振荡器1的内部进行循环。

图2中表示本实施方式的换热器的概略剖视图。本实施方式的换热器13为板式的换热器。换热器13包括作为外侧的壳体的框体21、和用于进行介质气体与冷却介质之间的换热的冷却部22。换热器13包括固定于框体的筒状构件23、和用于收集介质气体中含有的异物的异物收集容器24。

本实施方式的筒状构件23形成为圆筒状。筒状构件23的内部的空间成为气体流路。筒状构件23的气体流路的入口部23a与框体21的内部的空间连通。另外，筒状构件23的内部的流路的出口部23b连接于气体流路11c。本实施方式的筒状构件23配置于框体21的平面形状的大致中央部分。

图3中表示本实施方式的冷却部的概略剖视图。冷却部22具有低温流体层和高温流体层层叠而成的结构。本实施方式的冷却部22形成为长方体状。冷却部22包括供介质气体流通的介质气体流通部31、和供冷却介质流通的冷却介质流通部32。冷却部22通过介质气体流通部31和冷却介质流通部32交替层叠而构成。另外，在本实施方式的冷却部22中，介质气体流通部31和冷却介质流通部32以较薄地延伸的方式形成为板状。介质气体沿介质气体流通部31的延伸方向行进。在图3所示的例子中，在介质气体流通部31，介质气体沿着与纸面垂直的方向流通。

在本实施方式的冷却部22，形成有多个介质气体流通部31。作为冷却部22，并不限定于该方式，还可以是一个冷却部22形成有一个介质气体流通部31。另外，在本实施方式中，以隔着筒状构件23的方式，在筒状构件23的两侧配置有冷却部22。在框体21上根据冷却部22的个数形成有多个介质气体的吸入口21a。在本实施方式中，在框体21上形成有两个介质气体的吸入口21a。

冷却介质流通部32连接于冷却介质供给装置。冷却介质供给装置具有冷却冷却介质的功能。冷却介质供给装置形成为连续地向冷却介质流通部32供给冷却介质。

参照图2，异物收集容器24配置于与筒状构件23的入口部23a相对的位置。在异物收集容器24与筒状构件23的入口部23a之间形成空间。异物收集容器24利用作为紧固构件的螺栓25固定于框体21。通过松弛螺栓25，能够将异物收集容器24自框体21拆卸。由此，异物收集容器24以能够装卸的方式形成于框体21。通过将异物收集容器24自框体21拆卸，能够容易地废弃被收集到异物收集容器24的异物。

本实施方式的冷却部22以自冷却部22流出的介质气体朝向筒状构件23的外表面流动的方式配置。即，冷却部22以介质气体流通部31的延伸方向相对于筒状构件23的轴线大致垂直的方式配置。筒状构件23以自冷却部22流出的介质气体与筒状构件23的外表面相碰撞的方式靠近冷却部22地配置。在本实施方式中，介质气体自两个冷却部22朝向筒状构件23流通。

箭头81表示垂直方向的下朝向。如箭头82所示，介质气体经由气体流路11b流入冷却部22。如箭头83所示，介质气体在冷却部22中流通而被冷却。自冷却部22流出的介质气体碰撞筒状构件23的外表面而改变朝向。在图2所示的例子中，介质气体的移动方向从横向方向(箭头83的方向)改变为下方向(箭头84的方向)。介质气体沿着筒状构件23的外表面移动。然后，如箭头85所示，介质气体在筒状构件23的入口部23a的附近改变朝向。在图2所示的例子中，在介质气体的行进的朝向改变为横向方向之后，流入筒状构件23的入口部23a。然后，如箭头86所示，介质气体经由筒状构件23的内部而流入气体流路11c。

对于介质气体的行进方向反转的部分，在惯性力或离心力的作用下，异物被甩落。即，异物自介质气体的流动脱离。特别是，在介质气体行进的朝向从下朝向变化为上朝向时，在惯性力和重力的作用下，异物自介质气体被甩落。从介质气体中被甩落的异物被收集至异物收集容器24。

本实施方式的换热器13使介质气体自配置于筒状构件23的侧方的多个冷却部22朝向筒状构件23流出。在框体21的内部，产生朝着多个朝向的介质气体的流动。使向多个方向流动的介质气体彼此相碰撞，而且，通过设置旋转促进部，而能够形成旋涡流。该情况下，在异物上除了作用有惯性力和重力以外，还作用有离心力。其结果，能够高效地使异物自介质气体的流动脱离并进行收集。

由此，本实施方式的换热器除了换热的功能以外还具有集尘的功能。另外，本实施方式的换热器具有冷却部和集尘器一体化而成的结构。因此，不需要连接换热器和集尘器的配管。能够减少构成激光振荡器的结构部件。其结果，能够减轻构件的制造、组装所需的作业。另外，能够使激光振荡器小型化。

本实施方式的换热器的冷却部采用了板式的冷却部(换热部)。在板式的冷却部中，介质气体借助隔壁而使得与冷却用流体相邻的面积增大。因此，板式的冷却部的换热能力提高。另外，作为冷却介质能够使用气体或液体的任一者。板式的冷却部能够根据激光输出变更所层叠的板的层数、层之间的间隔。因此，能够根据激光输出容易地构成具有适当的换热能力的换热器。本实施方式的换热器能够构成具有较高的换热能力和集尘功能的小型的激光振荡器。

另外，在本实施方式中，通过在冷却部22中使介质气体经过层状的介质气体流通部31，从而整流介质气体。因此，能够使介质气体的行进的朝向平滑地变化。另外，在设置旋转促进部而使介质气体绕筒状构件23旋转的情况下，能够使介质气体平滑地绕筒状构件23旋转。

图4中表示本实施方式的异物收集容器的飞散抑制板的立体图。参照图2和图4，异物收集容器24包括用于抑制被收集到异物收集容器24的内部的异物再次飞散的、作为飞散抑制构件的飞散抑制板27。本实施方式的飞散抑制板27形成为圆板状。飞散抑制板27作为异物收集容器24的盖发挥功能。

飞散抑制板27包括狭缝部27b，该狭缝部27b为细长地延伸的开口部。本实施方式的狭缝部27b形成为沿飞散抑制板27的半径方向延伸。飞散抑制板27具有倾斜部27a，该倾斜部27a的高度如箭头91所示地沿周向逐渐降低。在倾斜部27a的端部形成有狭缝部27b。倾斜部27a和狭缝部27b能够通过将圆板的一部分切断并弯折而形成。

本实施方式的筒状构件23形成为圆筒形状。介质气体沿着筒状构件23的外表面流动，在为了使介质气体流入筒状构件的入口部而改变介质气体的朝向时，异物落下至飞散抑制板27的表面。对于本实施方式的飞散抑制板27，如箭头91所示，尘埃、灰尘等异物沿着介质气体的流动在飞散抑制板27的表面上移动。然后，异物自狭缝部27b落下至异物收集容器24的内部。

由于异物收集容器24配置有飞散抑制板27，因此，异物收集容器24的内部成为封闭的空间，不会在内部产生介质气体的较大的流动。另外，由于异物收集容器24的上部被飞散抑制板27覆盖，因此，能够抑制异物自异物收集容器24流出。另外，由于飞散抑制板27形成为板状，因此，具有表面难以附着异物这样的特性。像这样，异物收集容器24具备飞散抑制板27，从而能够有效地抑制异物自异物收集容器24再次飞散。作为飞散抑制构件并不限定于飞散抑制板，能够采用用于抑制异物飞散的任意的构件。例如，作为飞散抑制构件，还可以在异物收集容器的内部配置用于吸附异物的吸附件。

另外，由于飞散抑制板27的狭缝部27b形成为沿径向延伸，因此，能够高效地使沿着周向移动的异物落下至异物收集容器24的内部。另外，飞散抑制板27包括高度沿周向逐渐降低的倾斜部27a，从而能够高效地将异物引导至狭缝部27b。另外，狭缝部的个数、延伸方向能够以任意的方式形成。例如，飞散抑制板还可以是以规定的间隔形成有使异物落下的圆孔的板状构件。

本实施方式的筒状构件具有截面形状为圆形的圆筒形状，但并不限定于该方式，截面形状还可以形成为四边形等其他的形状。

图5中表示本实施方式的其他的筒状构件的立体图。其他的筒状构件28包括形成为圆筒状的主体部28c、和用于引导介质气体的流动方向的引导部28d。引导部28d形成为板状，且固定于主体部28c。引导部28d形成为自主体部28c的外表面竖立设置。引导部28d以螺旋状固定于主体部28c。引导部28d作为用于使介质气体旋转的旋转促进部发挥功能。

参照图2和图5，本实施方式的换热器13使自冷却部22流出的介质气体朝向筒状构件28的外表面流动。如箭头92所示，介质气体以沿着引导部28d的延伸方向流动的方式被引导。在主体部28c的周围，在自出口部28b朝向入口部28a的方向上产生旋涡流。其结果，在异物上除了作用有惯性力以外还作用有离心力。因此，能够更高效地将异物自介质气体去除。

本实施方式的换热器13以筒状构件23的延伸方向与铅垂方向平行的方式配置。筒状构件23的入口部23a配置于铅垂方向的下侧，出口部23b配置于铅垂方向的上侧。通过采用该结构，当介质气体在入口部23a的附近改变流动时，在惯性的作用再加上重力的作用下，能够将尘埃、灰尘等的异物引导至异物收集容器24。

另外，换热器13能够以筒状构件23的延伸方向朝向任意的方向的方式配置。例如，换热器13还可以以筒状构件23沿水平方向延伸的方式配置。

本实施方式的冷却部利用板式的换热部构成，但并不限定于该方式，冷却部能够采用可在介质气体与冷却介质之间进行换热的任意的结构。例如，作为冷却部，还可以采用具有供冷却介质流通的多个管的多管式的换热部。

根据本发明，能够提供一种包括具有收集异物的功能的换热器的激光振荡器。

上述的实施方式能够进行适当组合。在上述的各图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。另外，上述的实施方式为示例，并不用于限定发明。另外，在实施方式中，还包含权利要求书所示的实施方式的变更。

Claims (3)

1.一种激光振荡器，其特征在于，

该激光振荡器包括：

气体流路，其供对光进行放大的介质气体循环；

鼓风机，其配置于所述气体流路，该鼓风机用于使介质气体循环；以及换热器，其配置于所述气体流路，该换热器用于冷却介质气体，

换热器包括框体、用于在介质气体与冷却介质之间进行换热的冷却部、筒状构件以及用于收集介质气体中含有的异物的异物收集容器，其中，所述筒状构件固定于框体，

筒状构件的内部的流路的入口部与框体的内部的空间连通，筒状构件的内部的流路的出口部连接于所述气体流路，

冷却部具有形成为板状的介质气体流通部和形成为板状的冷却介质流通部交替层叠而成的结构，该冷却部以介质气体流通部的延伸方向相对于筒状构件的轴线大致垂直的方式配置，且以自介质气体流通部流出的介质气体朝向筒状构件的外表面流动的方式配置，

筒状构件以自冷却部流出的介质气体在沿筒状构件的外表面移动之后改变行进的朝向而流入入口部的方式配置，

异物收集容器配置于与筒状构件的入口部相对的位置，形成为能够收集自介质气体的流动脱离的异物。

2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其中，

所述换热器的框体包括两个以上的介质气体的吸入口，

筒状构件形成为圆筒状，在外表面包括用于使介质气体旋转的旋转促进部。

3.根据权利要求1或2所述的激光振荡器，其中，

所述异物收集容器包括用于抑制异物的飞散的飞散抑制构件，而且，该异物收集容器形成为能够自框体拆卸。