JPH01189975A - 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Ｃｏｔ　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ＣＯ，レーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に従来のＣＯ□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３図ではルーツプロワ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。Ｃｏｔ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
レーザ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。

ルーツプロワ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３図に示す従来のレーザ発振装置では以下のような問
題点がある。

第一はルーツプ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。

第二は同じく送風に脈流がありレーザ出力がその影響を
受ける。

第三はルーツブローワ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ーワ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ＣＯｚ　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
テナンス上の問題点である。

〔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、 ターボブロワで構成され、軸受が磁気軸受である送風機
と、 レーザガスを強制冷却させる冷却器と、装置内を排気し
、レーザガスの一部を常時、あるいは間欠的に置換する
真空ポンプと、を具備し、前記冷却器、前記ターボブロ
ワ及び前記真空ポンプが一体に、あるいは前記冷却器、
前記ターボブロワ及び前記真空ポンプの複数個が一体に
構成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。

さらに、ターボブロワ、冷却器、真空ポンプ等を一体に
しているので、装置全体が小型化し、重量も減少する。

〔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１図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３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、ガスボンベ１０からの新
鮮ガスの供給等は第３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。

特に、本発明の特徴は、第３図における冷却器７．８、
ルーツブロワ９ならびに真空ポンプ１２の代りにこれら
の全機能を単独の装置に複合化したガス処理部１５を設
けたので装置構成は大幅に簡略化されている。

第２図にこのガス処理部の詳細な構成を示す。

レーザ発振装置起動時にはバルブ２７が開放状態にあり
真空ポンプ２３の働きでレーザ発振装置全体はガス処理
部入り口近傍に設けられた排気口２９から排気される。

しかる後にバルブ２７が閉じ、装置内部にはガスボンベ
１０から所定の圧力まで導入される。

次にレーザガスは矢印ＡからＢの方向に流れる。

先ず最初にガス冷却器２８によって放電による加熱エネ
ルギーが除去される。ついでガスは遠心翼１６にいたり
その大半は左方の出口から矢印の方向に加圧されて送風
される。その時一部のガスはラビリンスシール２４を通
過し真空ポンプ２３によって排出口３０から大気中に排
気される。この排気されるガス量と同量の新らしいガス
がガスボンベ１０から補給されるのは第３図の場合と同
じである。ここでは遠心翼１６が示されているが斜流翼
であっても軸流翼であっても構わない。遠心翼１６はシ
ャフトに取り付けたモータ１７．１８によって敵方ＲＰ
Ｍ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、シャフトの支持に磁気軸受を使用している。図
では能動型磁気軸受を示すが、受動型磁気軸受、あるい
は永久磁石と電磁石を有する複合型磁気軸受でもよい。

図では電磁石１９．２０と軸センサー２１．２２を示す
。ここでは磁気軸受は周知であるので、その詳細は省略
する。また、センサー２１．２２からの信号を受けて、
シャフトの軸芯を制御する制御装置及び補助ベアリング
についても省略している。

磁気軸受及び駆動モータは気密容器のなかに設置されて
いる。これら磁気軸受は完全にオイルフリーの構造であ
る。

本発明では、ガス処理部１５以外の部分は第３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、第２図ではブ
ロワ後段の冷却器は省略しである。あるいは前段に示し
た冷却器２８を後段に設置しても良い。この時はターボ
翼１６がセラミックなどの耐熱材料で作られていると良
い。

本願は特に高周波放電励起ＣＯ２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には最適である。一方高周
波放電励起では乱流は不必要であり、低圧縮比、大送風
容量と云うターボプロワの特徴が有効になる。

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。但しターボブロワには周速に
音速上限値があるので、翼直径に従って回転速度をきめ
ればよく通常敵方ＲＰＭで使用する。

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
置のコスト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、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、
ボインテング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。

さらに、ターボブロワ、冷却器、真空ポンプを一体にし
、ターボブロワと真空ポンプを同一モータで回転してい
るので、装置全体が小型化し、重量も減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザ発振装置の構成図、 第２図はガス処理部の詳細図、 第３図は従来のガスレーザ装置の構成図である。 ｌ−・−一−−−・−放電管 ２−・−ｍ−−−・・−・・−出力結合鏡３−・−・−
・−全反射鏡 ６・・−一一一−−−−−−−−−高周波電源７．８−
−−−−−−−−一冷却器 ９−一−−−・−・−−−一一一ルーツブロワｉ　ｏ−
−−−−−・−−−−−−・−ガスボンベ１２−−−−
−−−−−−−−一真空ポンプ１３−−−−−−−−−
−−一放電管内レーザビーム光軸１４−・・・−・−−
一一−−−−−レーザビーム光軸１５−−−−−−−−
−−−−−−ガス処理部１６・・−−一一−−−−−−
−−−遠心翼１７．１８−モータ １９．２〇−磁気軸受用電磁石 ２１．２２−磁気軸受センサー ２３・−−−−−・−・−・−真空ポンプ２４−ｍ−−
−・−ｍ−−−−・−ラビリンスシール２８−−−−・
−−−ｍ−−・−冷却器特許出願人　ファナソク株式会
社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖 第１図

Claims (8)

【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、 ターボブロワで構成され、軸受が磁気軸受である送風機
   と、 レーザガスを強制冷却させる冷却器と、 装置内を排気し、レーザガスの一部を常時、あるいは間
   欠的に置換する真空ポンプと、 を具備し、前記冷却器、前記ターボブロワ及び前記真空
   ポンプが一体に、あるいは前記冷却器、前記ターボブロ
   ワ及び前記真空ポンプの複数個が一体に構成されている
   ことを特徴とするレーザ発振装置。
2. （２）　前記ターボブロワと前記真空ポンプが同一モー
   タで駆動され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）　前記ターボブロワの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。
4. （４）　前記ターボブロワの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。
5. （５）　前記ターボブロワの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。
6. （６）　前記磁気軸受が能動型磁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。
7. （７）　前記磁気軸受が受動型磁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。
8. （８）　前記磁気軸受が永久磁石と電流磁石とを有する
   複合型磁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。