JP3427571B2 - 高速軸流型ガスレーザ発振器 - Google Patents

高速軸流型ガスレーザ発振器

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    • 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】金属などのレーザ加工機用のガス
レーザ発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、金属、非金属の加工にレーザ加工
機が使用されるようになっている。このレーザ加工機用
のレーザとしては高出力が必要であるので、ガスレーザ
発振器特に高速軸流型ガスレーザ発振器が多用されてい
る。この高速軸流型レーザ発振器には励起媒質であるレ
ーザガスを循環させる送風機が必要であり、従来の高速
軸流型ガスレーザ発振器の多くは、送風機としてルーツ
ブロアを使用しているが、光出力の安定性に影響を与え
るルーツブロアの振動を絶縁する為に、レーザ発振器と
ルーツブロア間を蛇腹管で接続しなければならなかっ
た。そこで近年、特開平1−189974号公報に開示
されているように、ルーツブロアより振動の少ないター
ボブロアをガスレーザ発振器のレーザガス循環用送風機
として使用することが試み始められている。
【0003】以下に特開平1−189974号公報に開
示されている従来の高速軸流型レーザ発振器を基に、マ
イクロ波励起型高速軸流型レーザ発振器について説明す
る。
【0004】図4は、従来の軸流型レーザ発振器の構成
の概略図を示すものである。図4において、7はレーザ
ガスの流路を構成する放電管で、その両端には光出力を
取り出す出力鏡1と出力鏡1と共に光を多重増幅帰還さ
せる終段鏡2が取りつけられている。6は放電管7の外
側に取り付けられレーザガスにエネルギーを供給する導
波管、5はエネルギー源となる電源である。3はレーザ
ガスを循環させるターボブロアで、レーザガスを循環さ
せるインペラ8、インペラ8を回転させるモーター14
および回転を支持する磁気軸受け12を備えている。4
はターボブロア3による圧縮熱および放電による熱を除
去する熱交換器である。なお、図中矢印はレーザガスの
流れを示すものである。
【0005】以上のように構成された従来の高速軸流型
ガスレーザ発振器についてその動作を説明する。
【0006】電源5の出力を導波管6に伝送して放電管
7内部のレーザガスにエネルギーを注入すると、放電管
7内にグロー放電が発生してレーザガスが励起され、そ
の際に生じる光は出力鏡1、終段鏡2により多重増幅帰
還され、光出力として取り出される。このとき、レーザ
発振により生じる熱及びターボブロア3による圧縮熱は
熱交換器4により除去される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ターボブロアと発振器本体の接続に、次の
ような問題点があった。
【0008】すなわち、ターボブロアと発振器本体を別
置して、蛇腹管などの接続管で連結するときは、ガス循
環系の圧損が大きくなり、大型ブロアが必要になるとい
う問題点があり、ターボブロアを発振器本体を置く光学
ベンチに吊り下げるときは、ターボブロアが重いので、
大型強固な光学ベンチを支持するフレームが必要となる
という問題点があり、ターボブロアのケーシングを強固
なものにして発振器本体をこのターボブロアのケーシン
グ上に支持する構造とするときは、ターボブロア6のケ
ーシングの熱的変形により発振器本体にも変形が生じ
て、光出力の出射方向(ビームスタビリテイ)が安定し
ない、という問題点を有していた。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、振動が少なく、安定した光出力の出射方向性を持
つ、小型の高速軸流型ガスレーザ発振器を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の高速軸流型ガスレーザ発振器は、レーザガス
の流路を構成する放電管と、この放電管においてレーザ
ガスを励起する電源と、出力鏡と終段鏡とからなる光共
振器と、前記出力鏡と前記終段鏡の少なくとも一方を支
持しかつ前記放電管の一端を支持するメインブロック
と、前記放電管の他端を支持しかつレーザガスを排気す
る排気ブロックと、前記それぞれのメインブロックと
記排気ブロックとを支持する光学ベンチと、前記放電管
内にレーザガスを供給するターボブロアとを備え、前記
ターボブロアの軸受けが磁気軸受けであり、このターボ
ブロアを前記光共振器の鉛直上方でかつ前記ターボブロ
アの吸入口を鉛直下方に配した構成である
【0011】
【作用】この構成によって、重量が重く、作動中に熱的
変形や微少振動が生じ易いターボブロアが光学ベンチの
上に設置されていても、光学ベンチならびにその上に設
置される光共振器に有害な変形や振動を与えることなく
レーザガスを循環することができる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。
【0013】図1において1は出力鏡、2は終段鏡、4
は熱交換器、5は電源、6は導波管、7は放電管、3は
ターボブロアであり、ターボブロア3はインペラ8、モ
ーター14および非接触構造の磁気軸受け12を備えて
いる。以上は図4の構成と同様のものである。図4と異
なるのは、以上の構成要素とともに、これらを支持取り
付けする構成要素を明示した点である。
【0014】すなわち、レーザガスの吸入口を有し、出
力鏡1または終段鏡2と放電管7の一端を支持するメイ
ンブロック10と、レーザガスの排出口を有し放電管7
の他端を支持する排気ブロック11と、メインブロック
10および排気ブロック11を支持する光学ベンチ9
と、光学ベンチ9を支持するレーザ発振器支持部15が
備えられている。排気ブロック11はレーザ発振器支持
部15の直上に位置している。また、ターボブロア3は
モータ14を内包する側を鉛直上向きに、インペラ8を
内包する側すなわち吸入口を鉛直下向きにして、光学ベ
ンチ9上に支持した排気ブロック11に熱交換器4を介
して接続している。16はターボブロア3の回転軸で前
述したように鉛直であり、熱交換器4、排気ブロック1
1、光学ベンチ9、レーザ発振器支持部15のすべての
重心軸と一致している。
【0015】以上のように構成された高速軸流型ガスレ
ーザ発振器について、その動作を説明する。レーザ発振
動作は図4の動作と同様であるので省略し、レーザガス
の循環について説明する。ターボブロア3により送出さ
れたレーザガスは、熱交換器4により冷却され、メイン
ブロック10を経て、放電管7に供給される。放電管7
内で励起されてレーザ発振に寄与したレーザガスは、排
気ブロック11を経て、熱交換器4により冷却され、再
びターボブロア3に戻る。
【0016】このとき、磁気軸受け12を備えたターボ
ブロア3の鉛直下方向きの吸入口は、光学ベンチ9の上
でレーザ発振器支持部15の直上に支持される排気ブロ
ック11に固定された熱交換器4に接続されているの
で、ターボブロア3の全重量は熱交換器4、排気ブロッ
ク11、光学ベンチ9を経て直接レーザ発振器支持部1
5で支持される。このため、重量が重く、作動中に熱的
変形が生じ易いターボブロアが、光学ベンチの上に設置
された排気ブロック11に直結された熱交換器4に直結
されていても、光学ベンチならびにその上に設置される
光共振器に有害な変形を与えることなくレーザガスを循
環することができる。また、ターボブロア3は振動が少
なく、蛇腹管などの接続管が必要ではないので、ガス循
環系の圧損も小さい。なお、ターボブロア3の軸受けを
接触構造の磁気軸受けとしたのは、ターボブロア3の吸
入口を鉛直下方向きに設置しても、レーザガスを汚染す
る潤滑油を排除するためであり、それとともに、ターボ
ブロア6の振動をより少なくするためでもある。
【0017】以上のように本実施例によれば、非接触構
造の磁気軸受け12を備えたターボブロア3の鉛直下方
向きの吸入口が、光学ベンチ9の上でレーザ発振器支持
部15の直上に支持される排気ブロック11に固定され
た熱交換器4に、ターボブロア3の回転軸16が熱交換
器4、排気ブロック11、光学ベンチ9、レーザ発振器
支持部15のすべての重心軸と一致するように接続され
る構成を備えることにより、光共振器に有害な変形や振
動を与えることがなく、圧損が少なく、ガス汚染も少な
いレーザガスの循環系を実現することができ、これによ
り、光出力の出射方向が安定した高速軸流型ガスレーザ
発振器を提供できる。
【0018】(参考例) 以下、本発明の参考例について図面を参照しながら説明
する。
【0019】図2および図3において、1は出力鏡、2
は終段鏡、3はターボブロア、4は熱交換器、5は電
源、6は導波管、7は放電管である。9は光学ベンチ、
10はメインブロック、11は排気ブロック、15はレ
ーザ発振器支持部、16はターボブロア3の回転軸、1
7はスライダである。以上は、レーザ発振器の熱膨脹の
方向を規制するスライダを除き図1の構成と同様のもの
である。図1と異なるのは、光学ベンチ9に、鉛直立し
たターボブロア3の回転軸を対称軸とし、かつ、両側の
メインブロックから等距離にある2つのガス吸入口と、
ガス流路とを有して、メインブロック10のガス吸入口
がこの光学ベンチ9のガス流路に連通し、熱交換器4を
光学ベンチ9のガス吸入口に接続している点および、排
気ブロック11下部にレーザ発振器支持部15を備え、
光学ベンチ9、排気ブロック11を介して、レーザ発振
器支持部15によりレーザ発振器を支持する点である。
【0020】この構成から明らかなように本参考例によ
る高速軸流型ガスレーザ発振器は、光学ベンチ9に、2
つのガス吸入口とガス流路とを有して、熱交換器4を光
学ベンチ9のガス吸入口に接続することにより、放電管
7が長いときもガス流路抵抗を小さくすることができ
る。
【0021】なお、第1の実施例および参考例におい
て、ターボブロア3は熱交換器4を介して排気ブロック
11に接続したが、インペラ8を耐熱材(例えばセラミ
ック)として熱交換器4を使用せずにターボブロア3を
排気ブロック11に直接接続してもよい。
【0022】また、ターボブロア3の回転軸16が熱交
換器4、排気ブロック11、光学ベンチ9、レーザ発振
器支持部15のすべての重心軸と一致するように接続す
るとしたが、これらのすべての重心軸が厳密に一致する
必要はなく、それぞれの重心軸がレーザ発振器支持部1
5の上にあれば、ほぼ満足する効果が得られる。なおま
た、ターボブロア3の回転軸16とその重心軸は一致す
ることが望ましいが、厳密に一致する必要はなく、不一
致のときは、ターボブロア3の回転軸16に替えて、そ
の重心軸がレーザ発振器支持部15の上にあれば、同様
の効果が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明は、磁気軸受けを持
つターボブロアを、その吸入口を鉛直下方に向けて光学
ベンチの上に設置することにより、ブロアから光共振器
に有害な変形や振動ならびに汚染を与えることが少な
い、安定した光出力の出射方向性を持つ小型の高速軸流
型ガスレーザ発振器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における高速軸流型ガス
レーザ発振器の側面図
【図2】本発明の参考例における高速軸流型ガスレーザ
発振器の上面図
【図3】本発明の参考例における高速軸流型ガスレーザ
発振器の正面図
【図4】従来の高速軸流型ガスレーザ発振器の断面図
【符号の説明】
1 出力鏡 2 終段鏡 3 ターボブロア 5 電源 6 導波管 7 放電管 9 光学ベンチ 10 メインブロック 11 排気ブロック 12 磁気軸受け
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザガスの流路を構成する放電管と、
    この放電管においてレーザガスを励起する電源と、出力
    鏡と終段鏡とからなる光共振器と、前記出力鏡と前記
    段鏡の少なくとも一方を支持しかつ前記放電管の一端を
    支持するメインブロックと、前記放電管の他端を支持し
    かつレーザガスを排気する排気ブロックと、前記それぞ
    れのメインブロックと前記排気ブロックとを支持する光
    学ベンチと、前記放電管内にレーザガスを供給するター
    ボブロアとを備え、前記ターボブロアの軸受けが磁気軸
    受けであり、このターボブロアを前記光共振器の鉛直上
    方でかつ前記ターボブロアの吸入口を鉛直下方に配し
    高速軸流型ガスレーザ発振器。
  2. 【請求項2】 ターボブロアの吸入口を排気ブロック
    、部材を介してまたは直接に接続した請求項1記載の
    高速軸流型ガスレーザ発振器。
  3. 【請求項3】 ターボブロアの回転軸または重心軸と、
    光学ベンチの重心軸が一致した請求項1または2に記載
    の高速軸流型ガスレーザ発振器。
  4. 【請求項4】 ターボブロアの回転軸および重心軸と、
    光学ベンチの重心軸が一致し、前記光学ベンチをこの光
    学ベンチの重心軸と一致する重心軸を持つレーザ発振器
    支持部で支持した請求項1または2に記載の高速軸流型
    ガスレーザ発振器。
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