JPH021193A

JPH021193A - レーザ発振装置

Info

Publication number: JPH021193A
Application number: JP5015188A
Authority: JP
Inventors: Norio Karube; 規夫軽部
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1990-01-05
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2690098B2

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〕本発明は加工用ＣＯ□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Ｃｏｔレーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

第７図に従来技術によるＣＯ，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ｌ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７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。この目的はレーザガスの冷却に
ある。ＣＯ□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。ど
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７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。

第二には同じく送風に脈流があリレーザ出力“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、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Ｗｉ　Ｌｔ装置等から構成される気体レー
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
、該ターボ翼の駆動系がレーザガスきょう体とは独立の気
密された駆動系きょう体内に設置され、該レーザガスき
ょう体と該駆動系きょう体がラビリンスシールによって
、隔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。

ターボ翼の駆動系がターボ翼とは独立の気密な駆動系き
ょう体に設置され、ラビリンスシールで隔離されている
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構成図を示す。第７
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１
５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は省略するこ
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す。ここではターボ
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はシャフトに取り付
けられており、レーザガスきょう体３６とは別の駆動系
きょう体２２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が使用される。

転がり軸受ではオイルが、空気軸受では空気がシャフト
とレーザガスきょう体３６との開口２１からレーザガス
中に混入゛してしまうので、本発明ではレーザガスきょ
う体３６と駆動系きょう体２２間をラビリンスシール２
３によって分離している。

第２図では半径流型のラビリンスシールを示したが、こ
れは軸流型のものでもよい。駆動系きょう体２２はレー
ザガスがレーザガスきょう体３６内と同じ圧力で封入さ
れていてもよい。この時には駆動系軸受からのオイル成
分は、ラビリンスシール２３だけの働きでレーザガスに
混入するのを妨げる。さらに完全を期するためには、駆
動系きょう体２２を別のポンプ２４で排気するようにす
ればよい。この時駆動系軸受１９．２０がらのオイル成
分は完全に駆動系きょう体２２の外部に排出されるので
レーザガスが汚染されることはない。

レーザガスは少量ずつラビリンスシール２３を経て排出
されるのでこの分を新鮮ガスで補給してレーザガス圧力
が一定になるようにする。第２図のような半径流型では
遠心力によってレーザガスの流失は妨げられる。

第３図に軸流型のネジ型ラビリンスシールを有するター
ボブロワの例を示す。図において、ラビリンスシールは
ネジ２５で構成されている。ラビリンスシール２５は回
転とともに駆動系きょう体２２からレーザきよう体に向
かってガス流が起きる構造であり、これがレーザガスの
流失を妨げるので、非接触シールであるのにレーザガス
の流失がないか、大幅に低減される。

第４図に他のターボブロワの構成を示す。この構成では
レーザガスきょう体３６と、駆動系きょう体２２の間に
中間室２７が介在し、中間室２７はレーザガスきょう体
３６とはラビリンスシール２３によって、また駆動系き
ょう体２２とはラビリンスシール２６によって隔離され
ている。駆動系きょう体２２は前記したように真空状態
でもレーザガスが充填されていてもよい。たとえば真空
状態であるとしよう。中間室２７はガス導入管２９、バ
ルブ３０からレーザガスより与圧のレーザガスが充填さ
れていてもよい。この時ラビリンスシール２３にはレー
ザきよう体２２に向かって僅かなガス流が発生する。ま
たラビリンスシール２６には駆動系きょう体２２に向か
ってのガス流がある。従って、軸受け１９．２０のオイ
ル成分がレーザガスに流入することはない。

また、中間室２７は真空ポンプ２８によって排気されて
もよい。この時にはレーザガスはラビリンスシール２３
を経て排気されるので、その分を新鮮ガスで補給する。

またオイル成分は中間室２７を経て外部に排出されるの
でレーザガスが汚染されることはない。

軸受１９，２０は前記したように転がり、あるいは空気
軸受から構成されるが、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、第３図、第４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、コスト的
には同−翼を複数個使用することが望ましい。

第５図にレーザ出力２ＫＷ程度のターボブロワの構造を
示す。図において、３２はターボブロワであり、軸受等
は第４図と同じであるので省略しである。、なお、図中
の矢印はレーザガスの流れる方向を示す。

シャフトの上下にターボ翼１６．３１が２個取り付けら
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
上有利である。１７はロータ、１８はステータであり、
２７ａ、２７ｂは中間室である。

ここでは、ターボ翼を同一シャフトに取りつけることに
より、スラスト方向の荷重変動を打ち消しあい、スラス
ト荷重は一定のｆｆ１ｆｆｉ荷重だけになるので安定性
が増大するという長所がある。

第６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、３５はターボブロワであり、軸受
等は第４図とほぼ同様であるので省略しである。ここで
は、第５図のユニットを２個並列に配置した構造として
いる。ターボＲ１６及び３１はロータ１７ａ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
３３及び３４はロータ１７ｂとステータ１８ｂで構成さ
れるモータで駆動されている。２７ａ、２７ｂ。

２７ｃ、２７ｄ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。

本発明ではターボブロワの構造を除いてはほぼ第７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８０％に増大するので圧縮熱はそれだ
け低下し、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。

もし質材料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７図の冷却器７の位置）に冷却器
８と同一の容置のものを設置すればよい。

本発明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。−刃高
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１１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（なる。

また、送風機の駆動系をレーザガスきょう体とは独立の
きょう体として、さらに両者をラビリンスシールで隔離
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
図、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図は軸流型のネジ型ラビリンスシールを有するター
ボブロワの構造図、第４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５図はレーザ出力２ＫＷ程度のターボブロワの構造図
、第６図はレーザ出力４ＫＷ程度のターボブロワの構造図
、第７図は従来のＣＯ□レーザのレーザ発振装置の構成図
である。１−・−・−・・・−・・・−放電管２−・−・・・・−・・・出力結合鏡３−・・−・・−−−−−ｍ−全反射鏡４．５・−・−
・−・電極６・−一−−−−−−−−・・−高周波電源７、計・・
・−・−・・−冷却器９−・・−・・−・・−ルーツブロワ０・・−・・・−・・−ガスボンベ２−−−−−−−−−−−−−一真空ポンプ３−−−−
−−−−−−−・・共振器内レーザビーム光軸４−−−
−−−−−−−−−−−一共振器外レーザビーム光軸５
−・−・・−・−ターボブロワ６−−−−−−−−−・・−ターボ翼７−−−−・−−−−−・−ロータ８−・−・−・・−・・−ステータｏ−−−−−−・・・・・・−軸受１−・−・−・−・開口２−−−−−−−・−・−・−駆動系きょう体３−−−
−−−・・−・−・−半径流ラビリンスシール４−−−
−−−−−・−・・・真空ポンプ５・−・・・−・−−
−−一−ネジ型ラビリンスシール６−・−−−−−・−
−−−一半径型ラビリンスジールアー・−・−・・・−
中間室８−−−−−−−・・−・−・−・真空ポンプ９−・−
・−−−−一・・・ガス導入管０・・・−−−−ｍ−・
・・・−バルブ１−−−−−−−・・−−−−−−一タ
ーボ翼２−・−−一一一−・−一−−−−ターボブロワ
４−−−−−−・−−−−一・−ターボ翼５−・−・−
−−−−−ｍ−・ターボブロワ６−−−−−・・−・−
−一−−レーザガスきよう体特許出願人　ファナック株
式会社代理人　　　弁理士　　服部毅巖第２図第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（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から構成
され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、　該ターボ翼の駆動系がレーザガスきょう体とは独立の
気密された駆動系きょう体内に設置され、　該レーザガ
スきょう体と該駆動系きょう体がラビリンスシールによ
って、隔離されていることを特徴とするレーザ発振装置
。
（２）レーザ励起が高周波気体放電によって行われるこ
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）レーザ発振器の構成が軸流型ＣＯ＿２レーザであ
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）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。
（５）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。
（６）前記ラビリンスシールがネジ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）前記ラビリンスシールの回転がレーザガスの流失
を妨げる方向に働くように構成したことを特徴とする特
許請求の範囲第５項又は６項記載のレーザ発振装置。
（８）前記駆動系きょう体が真空ポンプによって排気さ
れ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。
（９）前記駆動系きょう体がレーザガスで充満されてい
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。
（１０）前記駆動系の軸受に転がり軸受を用いることを
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
。
（１１）前記駆動系の軸受に空気軸受を用いることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。
（１２）前記ラビリンスシールが２組の要素からなり、
前記ラビリンスシールの中間に中間室があることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。
（１３）前記中間室が真空ポンプによって排気されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のレー
ザ発振装置。
（１４）前記中間室にレーザガスきょう体よりも高圧の
レーザガスが充満されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１２項記載のレーザ発振装置。