JPH0225082A

JPH0225082A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH0225082A
Application number: JP17378388A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kubota; 尚樹久保田; Hiroaki Sasaki; 弘明佐々木; Yoshihisa Miyazaki; 宮崎　善久; Noboru Nakano; 昇中野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1990-01-26

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、ガスレーザ装置に係り、特に、貫流ファンを
用いてレーザ媒質ガスを循環させるガスレーザ装置を小
型化するのに好適な装置に関する。

〈従来の技術〉一般に、レーザ媒質ガスを外部大気と隔絶゛する密閉容
器内に、レーザ媒質ガスをＷ１環するファンと冷却する
熱交換器とを有するガスレーザ装置は、レーザ媒質ガス
を密閉容器内に封じ切り、特に、循環を必要としないレ
ーザ装置例えば１ｉｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンイオンレ
ーザ等に比べて高出力であることから、産業上の利用分
野で用いられている。

例えば、炭酸ガスレーザは、金属や樹脂材料の切断、溶
接、マーキング加工に、またエキシマレーザは大気汚染
を観測するレーザレーダやマーキング加工に用いられて
いる。最近は、両レーザともレーザメスとして医療の分
野にも用いられている。

ところで、ガスレーザ装置は単独ではなく他の装置と組
み合わされて初めて様々な用途に用いることができるも
のであるため、ガスレーザ装置自体が大きければ、それ
を泪いた装置はさらに大きいものとなり、設置スペース
も太き（なってしまうため、小型化の要請が強まってい
る。

すなわち、ガスレーザ装置自体がコンパクトであればあ
る程、それを用いた装置もコンパクトになり設置スペー
スも小さくて済むようになり、かつ装置製作コストも低
減できるメリットがある。

また、レーザ光光路長も短かくできる可能性があるので
、空気中でエネルギーが減衰するレーザ光、例えばエキ
シマレーザ光等の出力ロスを低減できるメリットも生ず
るのである。

高出力ガスレーザ装置は、上述のように主放電電極間の
アーク放電を除去するためにレーザ媒質ガスの循環を必
要とし、また、不要な熱を除去するために熱交換器を必
要とする。

第８図（ａ）、　（ｂ）に、貫流ファンを用いた従来装
置の概略を示す、密閉容器７内に主放電電極１と予Ｗｉ
電離電極２で構成される放電部１０や貫流ファン３、熱
交換器４などが設置されている９貫流ファン３は、カッ
プリング５を介してモータ６により回転駆動される。な
お、密閉容器の両端は、側板８．８’、９．９’で覆わ
れている。

貫流ファン３から吐出されたレーザ媒質ガスは、気密容
器７の内壁７ａと舌部と呼ばれるファンケージ１１で画
成される流路空間を流れて放電部１ｏへ流入する。放電
部１０において、レーザ媒質ガスは放電により励起され
、側板８に取付けられた全没゛射ミラーＩ２と、側板９
に取付けられた出力ミラー１３とで光共振して、レーザ
光１４として出力ミラー１３から取り出される。

放電部１０で加熱されたレーザ媒質ガスは、熱交換器４
によって冷却され、貫流ファン３に吸引される。

この貫流ファン３を用いたガスレーザ装置は、放電領域
の長手方向に均一な流速を有するレーザ媒質ガスの流れ
を作ることが容易であるから、均一なグロー放電を得る
ことが可能である（例えば、特開昭６１−２５２６７８
号公報参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、貫流ファン３の効率は、ファン’ｙ−−
シｌｌの形状に大きく左右されるため、その形状は例え
ば「ジャーナル　メカニカル　サイエンス（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　５ｃｉｅｎｃｅ）　Ｖｏ
ｌ、１２．　ｋ６゜Ｐ４２１　（１９７０）　Ｊに示さ
れる形から大幅に変ることはなく、ファンケージ１１は
貫流ファン３の寸法に適したある程度の大きさを有する
ものでなくてはならない。

さらに、熱交換器４は、図示するように、ファンケージ
１１の外側に配されるのが通常であり、したがって密閉
容器７の大きさは、貫流ファン３と熱交換器４を加えた
大きさにより制限される。それ故、敢て小型化を試みる
と貫流ファン３と熱交換器４を小さくせざるを得す、そ
のような状態下ではガス流速が低下し、アーク放電の割
合が増大して、レーザ出力が低下してしまうことになる
。

すなわち、従来のガスレーザ装置においては、その構造
上からして小型化を図るには限度がある。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであ
って、レーザ出力を維持しながら小型化されたガスレー
ザ装置を提供することを目的とす〈課題を解決するため
の手段〉本発明は、レーザ媒質ガスが封入された気密容器と、こ
の気密容器内に、前記レーザ媒質ガスを励起する放電部
と、この放電部に前記レーザ媒質ガスを循環する貫流フ
ァンとからなるガスレーザ装置において、前記貫流ファ
ンの内部に熱交換器を設けたことを特徴とするガスレー
ザ装置である。

ここで、前記熱交換器として冷却管を用いてもよい。

さらに、前記冷却管の配列をレーザ媒質ガスの流れに沿
って前記貫流ファンの吸込側から吐出側に複数列設ける
ようにしてもよい。

〈作　用〉本発明によれば、貫流ファンと熱交換器とを一体化した
ので、ガスレーザ装置を大幅に小型化することができる
。

また、熱交換器として冷却管を用い、この冷却管の配列
をレーザ媒質ガスの流路に沿うように複数列設けるよう
にした場合には、レーザ媒質ガス中に発生する渦流が貫
流ファンの内部に入り込むことがない。

〈実施例〉以下に、本発明の実施例について、図面を参照して詳し
く説明する。

第１図は、本発明に係るガスレーザ装置の実施例を示す
（ａｌ側断面図、（ｂ）Ａ−Ａ矢視断面である。

なお、図中、従来例と同一部材は同一符号を付して説明
を省略する。

図において、２１は、例えばプレートフィンタイプの熱
交換器であり、円盤状のフィンに冷却管２２が複数本通
して構成され、貫流ファン３の内面に取付けられる。

２３は永久磁石、２４はコイルであり、これらを−対と
して貫流ファン３の両側端部の周縁部に複数ずつ取付け
て同期電動機を構成し、ベアリング２５を介して、貫流
ファン３を回転駆動する。

ここで、これら永久磁石２３．コイル２４をテフロンな
どの耐薬品性に優れた樹脂でコーテングするようにすれ
ば、レーザ媒質ガスの種類に依らず装置を実現すること
ができる。この場合には貫流ファン３の駆動軸を密閉容
器７Ａの側壁を介して設置することがないので密閉容器
７Ａの気密性を高度に保つことができ、圧力差を保ちつ
つ回転運動を伝達するカップリングも不要となる。

このように熱交換器２１を貫流ファン３の内部に配する
ことにより、従来密閉容器７中で熱交換器４が占めてい
た空間を削除することができ、したがって、ガスレーザ
装置を小型化することができる０例えば同一直径の貫流
ファン３を用いたガスレーザ装置に本発明を適用すると
、密閉容器７Ａの容量を従来の約１／２とすることがで
きる。

なお、上記実施例において、熱交換器２１を円盤状のプ
レートフィンタイプとして説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、単に冷却管２２のみ、あるい
はフィンチューブなどいかような型式の熱交換器を用い
ても構わない。

また、貫流ファン３の駆動方法についても、上記実施例
に限定されるものではない。

すなわち、放電部１０の長さが短かく、貫流ファン３の
長さが短かくてもよい第２図のような場合には、貫流フ
ァン３の片側をカップリング５を介してモータ６に連結
し、もう一方の側はフリーにするかまたはベアリング２
５を配して支持し駆動するようにすればよい。このとき
、熱交換器２１は、側板９に固定するようにすればよい
。

また、放電部１０の長さが長く、長い貫流ファン３を使
用しなければならない場合には、第３図に示すように、
貫流ファン３の両側もしくは片側にプーリ２６（または
ギヤ）を装着し、ベアリング２５を用いて密閉容器７Ａ
中に新たに設けた側板２７に固定する。そして、プーリ
２６．ベルト２８を介してモータ６の回転を貫流ファン
３に伝達して駆動するようにすればよい、このとき、熱
交換器２１は、密閉容器７Ａの側板８および９に固定す
るようにすればよい。

次に、貫流ファン３中への効果的な熱交換器２１の配し
方について説明する。

貫流ファン３に対しレーザ媒質ガスは第４図に示すよう
に、ファンの羽根を２回横切る形で流れ、ファンケージ
１４の吹出し口付近の羽根上に渦２９が生じる。この渦
２９は、ケーシング形状がよくない場合や、吹出し口を
絞った場合に、第４図（ト））に示すように、貫流ファ
ン３中に入り込み、ファン中のガス流れを妨げることが
知られている。

第５図は、本発明に用いた密閉容器７Ａ中に配した貫流
ファン３によって生じるレーザ媒質ガスの流れを示した
ものであるが、渦２９が貫流ファン３の中に入り込んで
いる。

そこで、第５図のレーザ媒質ガスの流動分布にもとづい
て、例えば第６図に示すように、冷却管２２の配置を貫
流ファン３を横切ってレーザ媒質ガスを案内するような
配列にする。このような配列とされる冷却管２２で構成
される熱交換器２１を用いれば、第７図に示すように、
渦２９を貫流ファン３とファンケージ１４の間に固定し
、貫流ファン３の中には入り込まないようにすることが
でき、レーザ媒質ガスを多く安定に流すことができる。

このように貫流ファン３中の熱交換器２１の形状を工夫
することによって、生ずる渦２９の位置を貫流ファン３
の性能をよく引き出す場所に移動・固定することができ
るので、高効率な貫流ファンの運転と安定したガス流の
発生を実現しながら装置を小型化することができる。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によれば、熱交換器を質流
ファンの内部に収納する構成としたので、熱交換器を設
置するためのスペースを省略することができ、したがっ
て、ガスレーザ装置の大きさをその機能をなんら損うこ
となく大幅に小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す（ａＪ側断面図。（ハ）Ａ−Ａ矢視断面図、第２図、第３図は、他の実施
例を示す側断面図、第４図、第５図は、貫流ファン内の
レーザ媒質ガスの流動状態を示す模式図、第６図は、本
発明の熱交換器の一例を示す斜視図、第７図は、貫流フ
ァン内のレーザ媒質ガスの流動状態を示す模式図、第８
図は、従来例を示す（ａ）側断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ矢視
断面図である。１・・・主放電電極、３・・・貫流ファン、５・・・カップリング、７・・・密閉容器、１１・・・ファンケージ２１・・・熱交換器、２３・・・永久磁石、２５・・・ベアリング、２８・・・ベルト、

Claims

【特許請求の範囲】

１．レーザ媒質ガスが封入された気密容器と、この気密
容器内に、前記レーザ媒質ガスを励起する放電部と、こ
の放電部に前記レーザ媒質ガスを循環する貫流ファンと
からなるガスレーザ装置において、前記貫流ファンの内
部に熱交換器を設けたことを特徴とするガスレーザ装置
。
２．前記熱交換器を冷却管としたことを特徴とする請求
項１記載のガスレーザ装置。
３．前記冷却管の配列をレーザ媒質ガスの流れに沿って
前記貫流ファンの吸込側から吐出側に複数列設けるよう
にしたことを特徴とする請求項２記載のガスレーザ装置
。