JPH02502773A - ガスレーザ装置、方法およびそのためのタービン圧縮機 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 ガスレーザ装置、方法および そのためのタービン圧縮機 技術分野 本発明は改良されたガスレーザ装置、ガスのレーザ発振（１ａｓ１ｎｇ）方法お よびそれに用いるタービン型圧縮機に関する。さらに詳しくは、本発明はレーザ チニーブを通る閉ループ丙をレーザガス中での音速に近い速度でガスが循環せし められる改良された高速軸流（ｆａｓｔ　ａｘｌａｌＮｏｗ）ガスレーザ装置に 関する。

既知の高速軸流ガスレーザ装置においては、一般にガスはルーツブロワを用いて レーザを通過移動せしめられる。ルーツブロワは、ギヤおよび駆動モータによっ てお互いに同調して動かされる２個のロータを用いることを特徴としている。代 表的には前記ロータは３，８００ｒｐｍの速度で回転する。このような速度で稼 動する単段のルーツブロワまたはポンプを備えたガスレーザは、ブロワのアウト プットが吐出圧において２４０ヘルツの変動を有するので、レーザのある適用分 野にとっては不利益を生ずる。

ブロワの出口圧におけるこういった脈動または反射（ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔ　ｔ ｏｎ）は、結果として、レーザ放出における対応する変動または不安定を生じ、 さらにそれによって、レーザ出力の不安定を生ずる。レーザ出力におけるこのよ うな変動は、たとえば繊細な型彫りＲｌｎｅ　ｅｎｇｒａｖｌｎｇ）、切断、溶 接などの多くの適用分野において受入れられないもの、である。このような圧力 変動を回避するためにルーツブロワの吐出流が減衰せしめられる（ｄａｍｐｅｎ ｅｄ）ばあい、ブロワおよび関連するガスレーザの存効な出力または効率の低下 が生ずる。また、ルーツブロワに伴う振動もレーザ自体に伝達されて現実に出力 レーザビームを振動させ、不利益を生ずる。

代表的なルーツブロワに通常採用されるギヤおよびベアリングは潤滑を必要とす る。この目的のために用いられるグリースや油はブロワおよび関連するレーザ双 方の運転にとって重大な問題点を育する。すなわち、前記油がルーツブロワのポ ンピング・チャンバ内に漏れ込んだばあい、入った油はブロワのインペラーの突 出部（ローブ）上に止まって堆積し、ローブと周囲のポンプ・ハウジングとのあ いだの微小隙間を閉塞し、ローブをポンプ・ハウジング内で動かなくしてしまう 。レーザガス中に漏れ込んだ油は、レーザチニーブ内で蒸発し、それによって放 出安定性に影響を与える。レーザの光学要素上に付着した油の蒸気は結果として レーザの性能を劣化させ、光学機器の寿命を短縮する。このような事態の発生を 防止するために、ルーツブロワにおいてはポンピング・チャンバに隣接して真空 チャンバが設けられている。該真空チャンバにおいては、ポンピング・チャンバ よりも高い真空度が維持され、それによってギヤおよびベアリングから漏れたい かなる油もポンピング・チャンバではなくこれらの高真空度チャンバに引込まれ 、それによってブロワとレーザとの正常な状態が維持される。このような保護の ための高真空度チャンバはブロワのコストを付加的に増加させ、また該高真空度 チャンバの故障時には依然として汚染が発生しうる。

また、ルーツブロワはかなり大きなその寸法および重量のために不利益を生ずる 。さらに、ルーツブロワ内のブロワの回転シャフトのまわりに設けられたりツブ シールは頻繁な点検保守作業を要する。８００〜１０００時間の運転ごとに熟練 した技師がリップシールの点検保守を行なうためにブロワの運転を停止しなけれ ばならない。熟練した技師の労務費のみならずこの種の作業に伴うダウンタイム は関連する製造操作のコストを増加させる。

発明の開示 本発明の目的は、従来のルーツブロワを採用した既知のガスレーザ装置および方 法における前述の不都合を回避する改良されたガスレーザ装置、ガスのレーザ発 振方法およびそれに用いるタービン型圧縮機を提供することにある。さらに詳し くは、本発明の目的は連続的で安定した放出および出力を有するガスレーザ装置 を提供し、繊細な型彫り、切断、溶接などの遂行を可能ならしめることにある。

本発明の他の目的は、圧縮機内でのレーザガス中への潤滑油汚染の問題が圧縮機 に隣接した特殊な高真空度チャンバを設けることなく解消される改良されたガス レーザ装置、ガスのレーザ発振方法およびそれに用いるタービン型圧縮機を提供 することにある。

本発明のさらに他の目的は、従来用いられているルーツブロワと比較して圧縮機 の寸法および重量が低減されており、圧縮機が長寿命を有し、かつルーツブロワ に要求されるリップシールの頻繁な点検保守作業を必要としない、改良されたガ スレーザ装置、ガスのレーザ発振方法およびそれに用いるタービン型圧縮機を提 供することにある。

本発明のこれらのおよび他の目的は本発明のガスレーザ装置によって達成される のであり、本発明のガスレーザ装置はレーザガス用流路を定める手段と、装置内 を流れるガス°を励起してガスをレーザ発振せしめる手段と、前記流路に沿って ガスを流すためのタービン型圧縮機とからなり、該圧縮機は少なくとも０．８の ヘッド係数を存し、圧縮機の入口圧力が大気圧の１／ｌよりも低い状態で流路の 少なくとも一部に沿ってレーザガス中での音速の少なくとも１／２の速度でガス を流すのに充分な圧縮比で運転しうるちのである。前記流路を定める手段はレー ザ装置を通ってガスを循環せしめる少なくとも本質的な（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌ ｙ）閉ループを形成するものである。該閉ループは圧縮機を含んでいる。

圧縮機の特定の圧力比（ｓｐｅｃｔｒｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒａｔｌｏ）　ｐ ｒはレーザ装置に用いられるガスまたはガス混合物、およびガス混合物の成分の 混合比に依存する。開示された実施例における、ヘリウム、チッ素および二酸化 炭素の混合ガスについては、たとえば入口圧力が５０Ｔｏｒｒと　１００Ｔｏｒ ｒとのあいだで、圧力比が少なくともｔ、ｓ：　　１で、圧縮機を通過する質量 流量が毎分数百立方フィート以上のオーダーで運転可能である。

本発明の開示された好ましい実施例においては、レーザチニーブを通してガスを 流すためのタービン型圧縮機は再生圧縮機（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ｃｏｌ ｌｐｒｅｓｓｏｒ）であって、軸のまわりに回転可能なインペラーを含み、該イ ンペラーは、インペラー先端またはその近傍からインペラーの内側にインペラー 半径の約５０％を超えない距離で延びる略放射状のブレードを有している。イン ペラーのブレードと軸方向反対側には固定された環状通路を定める手段が設けら れ、ガスが該通路内をインペラーの回転方向に周に沿って流れるために通路への 連通のための入口および出口が設けられている。環状通路の入口と出口とのあい だを遮断するためにダムが設けられている。このダムはインペラーとのあいだに わずかなすき間を有している。

開示された実施例においては、再生圧縮機は２段圧縮機でそれぞれの段は単一の インペラーの反対側に位置している。圧縮機の第１段と第２段のあいだには中間 冷却器が設けられており、第１段で圧縮されたガスがさらに圧縮されるために第 ２段に入る前に冷却される。中間冷却器は複数の同心状チニーブで形成された熱 交換器を含み、該熱交換器においては、隣接するチニーブのあいだの複数の通路 がガスおよび冷媒をそれぞれ流し、ガスが該熱交換器を通過しながら冷却される ような熱交換が行なわれる。圧縮機ハウジングの両側およびその半径方向外側ま たは周囲表面もまた、内部に設けられた通路を通って循環する冷媒によって冷却 され、ガスが圧縮されながら冷却されるようになっている。とりわけ圧縮機がき わめて低圧で運転されるばあい、有効な冷却および効率的な圧縮機運転のために このことはとくに重要である。圧縮熱を除去するために必要なガス冷却の約５０ ％は圧縮機ハウジング内に組入れられた冷却によって行なわれる。このことは、 中間段冷却を有効にし、それによって結果と特表千２−５０２７７３　（６） して圧縮効率が高められる。

再生圧縮機のインペラーは圧縮機のドライブシャフト上のシャフトに沿った第１ の位置に回転自在に支持されている。インペラーはドライブシャフトの長手方向 軸まわりに、インペラーの周速度がレーザガスに対する音速のかなりの部分（ｓ ｕｂｓｔａｎｔｊａｌ　ｆｒａｃｔｉｏｎ）または前記音速に近い値となるよう な高速で回転せしめられる。このように、圧縮機内のガスは加速されてインペラ ー・ブレードの先端で圧縮機内のガス中での音速に近づき、それによって摩擦損 失が最小にされる。開示された実施例においては、回転速度は約１０．０ＯＯｒ ｐ＋ｇである。

潤滑されたベアリング手段は、少なくとも第１の位置から間隔があけられたシャ フトに沿った第２の位置でドライブシャフトを回転自在に支持する。正圧流体シ ール手段が、ベアリング手段からの潤滑油がドライブシャフトに沿ってインペラ ーに向つて移動しレーザガスを汚染することを防止するために設けられる。前記 流体シール手段には、 ドライブシャフトの第１の位置と第２の位置のあいだでシャフトと共に回転する ようにシールされて取付けられたはめ合いリング、 シャフトまわりに位置して該はめ合いリングの対向するそれぞれの側と接触する ためのそれぞれの摺動面を有する、間隔をおいて配置された一対の環状の静止部 材、および ベアリング手段からの潤滑油がドライブシャフトに沿ってインペラーに向かって 移動するのを防ぐために、圧縮機の運転中に摺動面とはめ合いリングのあいだお よびドライブシャフトに沿って圧縮機内のガス圧力をやや上回る圧力下で流体ま たはバッファガスを方向づける手段を含んでいる。本発明の好ましい実施例にお いては、レーザガスに対して非汚染性のバッファガスが、周囲ガスがレーザガス 中に漏れ込むことを防止し、レーザガスの損失に対する補填（メイクアップ）ガ スとしての役割を果たすために、レーザガス中に移動することが許容される。

好ましくは、バッファガスはレーザに用いられるガスと同種のものである。

圧縮機の開示された実施例において、ドライブシャフトとインペラーは約１０， ０００ｒｐｍの速度で回転せしめられ、また圧縮機の各段においてインペラーは 特徴的に３０個のブレードを有しているので、圧縮機の吐出圧力は連続的で安定 している。したがって、さらに連続的で安定なレーザ放出とレーザ出力とがもた らされる。本発明の再生圧縮機の寸法および重量もまた、代表的なルーツブロワ のそれよりも小さく、それによりてガスレーザ装置の寸法および重量が低減され つる。前記再生圧縮機はまた、比較的長い寿命を有し、低い頻度の点検保守作業 しか必要としない。本発明では特定のシール配置が採用さ、れているので、レー ザを汚染するおそれなく、圧縮機中にガス、磁気、ボールまたはローラベアリン グを用いることができる。さらに、ルーツブロワにおいて必要である２個のロー タおよびギヤの必要性は本発明の再生圧縮機においては回避される。

本発明の高速軸流ガスレーザにおけるガスのレーザ発振方法は、ヘッド係数が少 なくとも０．８でレーザ内のガスの流路の少なくとも一部に沿って該ガス中での 音速の少なくともｌ／２の速度でガスを流すのに充分な圧縮比で運転するタービ ン型圧縮機中でガスを圧縮する工程と、圧縮機で圧縮されたガスをレーザ内の前 記ガスの流路に沿って流す工程と、前記ガスをレーザ発振させるために励起する 工程とからなっている。前記ガスはレーザを通って閉ループ内で循環せしめられ る。前記圧縮機は前記ガスのための閉ループ流路の一部を形成する。好ましくは 、レーザ内の流路の少なくとも一部に沿って、ガスは音速に近いかまたは音速を 超えさえする速度で移動せしめられる。前記方法はさらに、ガスが装置の閉ルー プを通って移動しているときに再生圧縮機内での圧縮の前、途中および後のいず れにおいてもガスを冷却する工程、および正圧流体シールを用いて圧縮機内の潤 滑油がレーザガス中に移動しないように積極的にシールする工程を含んでいる。

シールの加圧流体は損失したレーザガスの補填のために圧縮される前記ガス中に 移動することが許容される。

本発明のこれらのおよび他の目的、特徴および利点は、単なる例示のために本発 明のいくつかの実施態様を示す添付図面と関連させた、以下の記載からより明瞭 になるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明のガスレーザ装置の概略図；第２図は第３図に示されるごとき円 形流路を有する片側再生圧縮機の■−■線概略断面図； 第３図は第２図に示される圧縮機の右側を示す部分断面側面図； 第４図は第２図および第３図に示される圧縮機の一部を示す第２図の■−ＩＶ線 断面図； 第５図は矩形流路を有する両側再生圧縮機の部分断面概略図； 第６図は本発明の好ましい実施例にかかわる２段両側再生圧縮機の部分断面側面 図； 第７図は第６図に示される圧縮機の第６図において右側からみた端面図； 第８図は圧縮機の第１設入口を示す、第７図の■−■線断面図； 第９図は第６図に示される圧縮機を左側からみた圧縮機の端面図： 第１０図は第２設入口を示す、第９図のＸ−Ｘ線断面図；第１１図は熱交換器ま たは中間冷却器の端面を示す、第６図のＸＩ−ＸＩＸ線断面図 Ｎ１２図は内部に冷却水分配孔を備えたベアリング・ハウジングを示す、第６図 のｘｎ−ｘｎ線断面図；第１３図は第６図に示される圧縮機の第１段ポリニート の外側を示す側面図； 第１４図はガス入口を示す、第１３図のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図； 第１５図はガス出口を示す、Ｎ１３図のＸＶ−ＸＶ線断面図； 第１Ｂ図は第１３図に示される第１段のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図； 第１７図は第１段ポリニートの内側の側面図；第１８図は第１段ポリニート内の 通路の一部を示す、第１７図のＸ■−Ｘ■線断面図； 第１９図は第１７図のＸＩＸ−ＸＸＸ線断面図；第２０図は流路を示す、第１７ 図のｘｘ−ｘｘｉ断面図；第２１図は第６図に示される圧縮機の第２段ポリニー トの外側の側面図； 第２２図は第２１図に示される第２段ポリニートのＸＸ■−ｘｘｎ線断面図； 第２３図は第６図に示される圧縮機の第１段ポリニ−ト内の外側の側面図； 第２４図は第２３図に示される水マニホールドのＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図； 第２５図は第２３図に示される水マニホールドのガス出口のｘｘｖ−ｘｘｖ線断 面図； 第２６図は第２３図に示される水マニホールドのガス入口用開口のＸＸＶＩ−Ｘ ＸＶＩ線断面図；第２７図はガス入口を示す、第２３図のＸＸ■−ＸＸ■線断面 図； 第２８図は内部の水流路逃がしを示す、第２３図の水マニホールドの第１段の内 側の側面図； Ｎ２９図は第２段ポリニ−ルドの外側の側面図：第３０図は第２９図に示される 水マニホールドのＸＸＸ−ＸＸＸ線断面図； 第３１図は内部の水流路逃がしを示す、Ｎ２９図の水マニホールドの内側の側面 図； 第３２図は第６図に示される圧縮機のシャフトの部分断面側面図： ｊｆｆ３３図はその多角形形状を示す第３２図のシャフトの右端面図； 第３４図は第６図に示される圧縮機のベアリング・ハウジングの長手方向軸に沿 った断面図： 第３５図はＮ３４図に示されるベアリング・ハウジングの右端面図； 第３６図は第３４図に示されるベアリング・ハウジングの左端面図； 第３７図は第６図に示される圧縮機のインペラーの側面図； 第３８図は第３７図のインペラーの部分を通る、ＸＸＸ■−ＸＸＸ■ＸＸ間図； 第３９図は第３７図に示されるインペラーのｘｘｘ■−ＸＸＸ■線断面図； 第４０図は第３９図に示されるインペラーのシャフト受は開口部の形状を示す、 矢印Ａの方向からみた図；および第４１図は第６図の圧縮機における加圧流体シ ールの部分を示す部分断面側面図である。

発明を実施するための最良の形態 ここで図面を参照すると、第１図には本発明のガスレーザ装置ｌが概略的に図示 されている。その装置はレーザチューブないしレーザガスの高速軸流流路を定め る他の構造物２と、装置内を流れるガスを電気的に励起させてレーザチューブ内 でガスをレーザ発振させるために配列される少なくとも２個の電極３．４と、ガ スをレーザチューブ内に通すためのタービン型圧縮機５とを有している。該圧縮 機は少なくとも０．８の圧縮ないしヘッド係数を有し、レーザガスを少なくとも レーザの流路に沿ってそのレーザガス中での音速の少なくとも１／２の速度で流 すのに充分な圧縮比で運転できるものである。レーザガスは約８０％のヘリウム と約２０％のチッ素とのガス混合物（少量の炭酸ガス含有）としうる。レーザチ ューブ２および圧縮機５は、ガスをガスレーザおよび圧縮機を通して再循環させ るだめの実質的に閉じたループ６の一部を構成している。タービン型圧縮機５へ 流入し、また該圧縮機から流出する循環ガスを冷却するために、タービン型圧縮 機のそれぞれの側の閉ループ６内に熱交換器７．８が設け゛られている。ガスレ ーザの運転に必要な低圧、たとえば５０〜２００　Ｔｏｒｒの範囲内の圧力に維 持するために、前記閉ループ６と流体的に連通して真空ポンプ９が配置されてい る。ループ６内でレーザ発振されるガスを供給しかつ交換（ｒｅｐｌａｃｅ）す るために、ガス混合物タンク１０が閉ループ６と選択的に連通するように設けら れている。

ループ内のレーザガスの交換は、後述するように、圧縮機内の正圧流体シールに よって、圧縮機の運転中にも行なわれる。圧縮機の圧力ないしヘッド係数Ｗは各 段ごとに少なくとも　０．８であり、式： により定まる。ここで ｇ　−３２，２（ｆｔ／５ｅｃ２）、 Ｕ−圧縮機のインペラーチップ速度（ｆｔ／５ｅｃ）、γ−比熱比 Ｒ−ガス定数（ｆｔ／″Ｆ） ＴＩ　−人口温度（°Ｒ） Ｐｌ　−人力圧力（ｐｓｆａ） Ｐｌ−出口圧力（ｐｓｉａ） であり、本発明の圧縮機ではたとえばヘッド係数が単に約０．５〜０．７でしか ない単段の遠心圧縮機に比して圧縮機を低速で運転するが、より高いガスの圧力 かえられる。

本発明の圧縮機の低い運転速度では、遠心力が、およびそれにより応力が、高速 のばあいよりもきわめて小さく、単段の遠心圧縮機に比して寿命が長くなり、メ ンテナンスが少なくてすむことになる。本発明の好ましい実施例では、各段が約 ３．０のヘッド係数を有する２段再生圧縮機である。

前述のごとくガスレーザ装置１は、ガスがレーザチューブ２内を、または少なく ともその一部を、レーザガス中での音速の少なくともｌ／２の速度で、好ましく は音速に近い速度で移動する高速軸流レーザである。ガスの音速（ＶＳ）は、ｖ ｓｍｎＲＴであり、ここでｎはガス混合物の断熱指数（ｉｓｅｎｔｒｏｐｉｅ　 ｅｘｐｏｎｅｎｔ）　、Ｒは各成分のガス定数、およびＴは絶対温度である。前 記ヘリウム、チッ素および二酸化炭素のガス混合物の音速（ＶＳ）は約５６ｈ／ 　ｓｅｃであり、純粋なヘリウムについては１２００ｍ／ｓｅｃである。ガスを 圧縮機５から、レーザチューブ２のすぐ上流にあってガスを加速するノズルに通 すことによってレーザチューブ内のガスを高速化することができる。−例として 、直径１８關のレーザチューブに対して、タービン圧縮機から、レーザチューブ ２のすぐ上流の流路内に配置されて特表平２−５０２７７３　（７） おり当該チューブ中に開口する直径９　ｍ＋＊のノズルを備えた直径１９關の導 管を通してガスを供給すると、ガス流れの速度をそのガス中での音速の少なくと も１／２に、好ましくは音速に近い、あるいはそれを超える速度まで増大させる ことができる。ノズルは、レーザチューブによって生ずる程度を超えて、閉ルー プ６中の移動ガスの圧力降下量を増大させ、それにより圧縮機の入口圧力が９０ Ｔｏｒｒで、圧縮機を通る流量が約３００ｆｔ”　／ｌ１ｉｎのもとで、約８０ ％のヘリウム、約２０％のチッ素および微量の二酸化炭素からなるガス混合物を 用いたとき、圧縮機の入口圧力に対する圧縮機の出口圧力の圧縮比がたとえば１ ６７：１となる。さらに一般的には、圧縮機の圧縮比（ｐｒ）はレーザに用いら れるガス混合物およびそのガス混合物の成分の混合比に依存する。圧縮比ｐｒは 、ｎをガス混合物の断熱指数とするとき、ｐｒ＝　（２／　ｎ＋１））　ｅｘｐ （ｎ／ｎ−１）と表わされる。その圧縮比は制限要因となる質量流量密度（ｋｇ ／５ｅｃ−ｒｒ？）に影響する。本発明のタービン型圧縮機においては３００　 ｆｔ３　ｍまたはそれ以上の流量が達成され、その一方で圧縮機のサイズが小さ く、市販のガスレーザのキャビネットに入れることができる。

本明細書で用いられている「レーザチューブ」という表現は、図示されるような 等径のチューブに限定することを意図するものでなく、たとえばテーバ状のチュ ーブなど他の幾何学的形状のものをも包含する。レーザガスの励起のタイプもま た変えられる。たとえば直流電気励起、高周波励起（ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅ ｎｃｙ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ＞、および／または化学的および熱的ボンピング のような他のポンピングの形態を用いることができる。

前述したヘッド係数、圧縮比、入口圧力および質量流量の運転特性を有する本発 明の好ましい実施例にかかわるタービン型圧縮ａ１５は、前述のごとき再生圧縮 機であるのが好ましい。ガスレーザ装置に再生圧縮機を用いると、たとえば遠心 圧縮機に比して、圧縮機の圧縮段数を少なくすることができ、低速で要求する圧 縮比かえられるように運転することができ、そのため高い耐久性、低い初期コス トおよび長い運転寿命を備えた複雑さの少ない機械を提供できることがわかった 。圧縮機はまた前述した市販のレーザに用いるために比較的コンパクトにできる 。第２〜４図に示すように、再生圧縮機１１は軸Ａ−Ａまわりに回転することが できるインペラーを有し、該インペラーはその先端またはその近傍から最大限イ ンペラーの半径の５０％まで内側に延びる略放射状のブレードエ３を備えている 。インペラーのブレード１３に対し軸方向で反対の側にインペラーハウジングの ポリニート１４があり、そのハウジングは圧縮すべきガスを通路１５に連通ずる ために設けられる入口１６および出口１７を備えた固定された環状通路１５を構 成している。ガスの周方向の流れは、通路内でインペラーの回転方向、第３図の 矢印Ｂ方向に生ずる。ダムないしストリッパ１８は環状通路１５を入口および出 口のあいだで遮断するために設けられている。ダムはインペラー１２とのあいだ にわずかなすき間を有している。第２〜４図に図示された再生圧縮機は円形流路 を備えた片側圧縮機である。第５図には圧縮機の第１段および第２段が単一のイ ンペラー１９のそれぞれの側に配置された２段再生圧縮機が図示されている。ガ スはインペラー１９の一方の側のブレードで圧縮されるように入口２０を通って 環状通路に入り、そこで矩形の通路２２を通り、インペラー１９の第２の側のブ レードで圧縮される第２段へ入り、その後出口２１を通って移動する。

本発明の好ましい形態によれば、タービン型圧縮機は第６〜４１図に詳細に示さ れるように２段両側再生圧縮機である。圧縮機２３は、インペラー２４を有し、 インペラーはその先端またはその近傍から最大限インペラーの半径の５０％だ゛ け内側に延びる基本的に放射状のブレード２５を備えている（とくに第３７〜４ ０図参照）。さらに詳しくは、インペラーのそれぞれの側に特徴的に３０の゛ブ レードが設けられ、それらのブレードは間隔をあけて、反対側の面のブレード同 志の間の途中に配置されている。それらのブレードは低密度レーザガスに必要な 圧縮のために、前方に４０″　±５°だけ傾斜している。望まれるブレードの傾 斜角度はガス混合物およびその中での音速に依存しており、それゆえ変化する。

インペラーはアルミ合金鋳物Ａ　３５８．０テンパー（丁ｅ＋５ｐｅｒ）Ｔ６、 または他の適切な材料から形成されている。その中心には第４０図に示されるよ うに多角形状の開口部となるように中心孔２６が機械で穿孔されている。インペ ラーは、回転できるように第３２〜３３図に示すようにドライブシャフト２８の 対応する形状にされた端部２７上に設けられている。インペラーは第６図に示さ れるようなリング１９およびファスナー３０によってドライブシャフト２８の端 部２７上に保持されている。ドライブシャフト２８の多角形状に形成された端部 の丸い突出部およびインペラー２４中の補完的な形状の孔は、シャフトまわりの 負荷や応力を分散させると共にキーやスプラインの必要性をなくしている。

ドライブシャフト２８は第３４〜３６図に示されるようにベアリングハウジング ３１内に高速ベアリング３２．３３によって回転自在に支持されている。ドライ ブシャフト２８は、モータの出力軸上およびドライブシャフト２８の自由端上に それぞれ設けられている有歯プーリ３５．３Ｂおよびそれらのブーりまわりに張 られた高トルクドライブベルト３７とからなる駆動連結部を介してモータ３４に よって高速で、約１ｏ、ｏｏｏｒｐａで、と＜　ｌ：９．９０８ｒｐｌの高速で 回転される。

直接駆動をも用いることができる。要求される回転速度は、インペラーの周速が 音速のかなりの部分ないし音速に近い速度であるべきであることを知って、与え られたインペラーの直径とレーザガスにおける音速とから計算しうる。インペラ ーの直径は開示された実施例において′は約１３インチである。ドライブシャフ ト２８にはナツト３８が、ベアリングを備えたシャフトにあらかじめ負荷（ｐｒ ｅｌｏａｄ）を与えるように、およびシステムをバランスさせるように設けられ 、それによりその危険速度（ｃｒｉｔｉｃａｌ　５ｐｅｅｄ）が運転速度よりも 、係数で１．４またはそれ以上高くされる。ベアリング３１．３２にそれぞれグ リス給油するためにグリス給油口３９．４０がベアリングハウジング３１に形成 されている。それとは異なり、給油式ベアリングに代えて、ガスベアリングなど の他のタイプのベアリングを用いることができる。ベアリングハウジング内には 、給水口４１．排水口４２および通水路４３がハウジング、ベアリングおよびシ ャフトを冷却するために設けられている。

インペラー２４は、静止している水冷のインペラーハウジング４４内で高速で回 転される。静止側の第１および第２段ポリニート４５および４６は第６図に示さ れるようにファスナ４７によってインペラーハウジング４４に密封して連結され ている。水用マニホールド４７．４８は圧縮機を冷却するためにそれぞれ第１お よび第２段のポリニートの外側表面上に設けられている。冷却水は第２段の水用 マニホールド４８内の給水口４９（第９図参照）から、第２段のポリニ）４Ｂに 隣接するマニホールド４８の表面にある環状通路５１を通って循環される。第３ ０〜３１図に示されるように半径方向に間隔をあけて、通路５１内にマニホール ド４８まわりに設けられた複数枚のウェブ５２はそれを通して水を通過させ、マ ニホールドと隣接するポリニートとのあいだに相対的な間隔を維持する。給水口 ４９の一方の側にある連続したウェブ５３は、冷却水を強制的に環状通路５１ま わりに通過させて出口に、あるいは隣接するポリニート、インペラーハウジング ４４および第１段のポリニート４５を通過させて第１段の水用マニホールド４７ 内の環状冷却通路５４へと水を搬送するための通路に、通させる。

入ってくる冷却水は同じように、好ましくは第１段のポリニートを冷却するため にこれに隣接する環状通路５４を経由させて、そこで出口５５を通って出ていく 。圧縮機は前述したようにきわめて低い圧力で作動する。そのことは圧縮機を通 るガスが低密度となるので、圧縮機の冷却を困難にする。基本的に圧縮機の両側 およびその半径方向の外側またはその外周面の全体の表面を前述した方法で冷却 することにより、充分な冷却を行なうことができる。圧縮の熱を除却するために 要求されるガス冷却の約５０％が圧縮機のハウジング内に組み込まれた冷却によ って取り除かれる。このことは圧縮効率を向上させる段間冷却の効果を与える。

追加の段間冷却は後述するように中間冷却器６１内で達成される。

第１および第２段のポリニート４５．４Ｂのそれぞれには、第１３〜２２図でそ れぞれ５６．５７で示される環状通路が形成されている。第１段のポリニー）４ ５の通路５６は圧縮すべきレーザガス用の入口５８を有している。ダム５９は環 状通路を入口と出口６３とのあいだで通路５Ｂから遮断している。

ダムはガスを入口から通路５６の全長にわたって出口まで流させるようにインペ ラーとのあいだにわずかなすき間を有している。環状通路５Ｂを入口から出口ま °で通過するガスは隣接して回転しているブレードとの相互作用をするあいだに 圧縮される。圧縮機は、チャンネル内の流れがインペラーのブレードの通路にそ の内径部から入り、遠心作用により先端で高速の接線速度で流れ出るので、その 効果から多段遠心であると考えられる。そして、インペラーの速度よりも小さい 平均速度で流れている静止チャンネル内に残っているガスに対し、モーメントを 与える。ガスはそこで半径方向内向きに流れ、内径部でインペラーに再度流入す る。入口および出口間の周縁まわりに（ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｐｅｒｅｐｈｅｒ ｙ）に生ずる圧力はモーメント交換（ｓｏｓｅｎｔｕｍ　ｅｘｃｈａｕｇｅ）に よって支えられる。

第１段ボリュート内で出口６２まで達した圧縮ガスは、中間冷却器６１を通って 搬送される（第６図および第１１図参照）。中間冷却器は複数の同心状チューブ ６２．６３．６４および６５によって形成される熱交換器を有している。冷却水 はチューブ６２内および２個のチューブ８３．６４のあいだで循環され、他方、 圧縮レーザガスはチ、ニープロ２．６３のあいだおよびチューブ６４．８５のあ いだを冷媒との熱交換のために通される。水は入口６６および出口６７によって 、中間冷却器を通して循環される。

中間冷却器６１内で冷却されたレーザガスは圧縮機の第２段の入口６３まで搬送 され、圧縮機内の環状通路５７を通って移動し、圧縮され、さらに第２段出口６ ９を通過する。

圧縮機２３からの圧縮ガスは熱交換器８を通って循環され、そこでガスレーザ２ を通る閉ループ６内へ移動する前に冷却される。レーザ２を励起させるガスは第 ２段に戻される前に熱交換器７を通る（両側再生圧縮機２３）。圧縮機の運転パ ラメータまたは能力の一実施例として、熱交換器７から受は取った、レーザ２内 のガスとして作用するヘリウムーチッ素−二酸化炭素レーザガス（Ｈｅ−Ｎｚ　 −ＣＯ２１ａｓｅｒ　ｇａｓ）が、圧縮機２３の第１段の入口へ入ったときに、 実際の圧力（ａｃｔｕａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）　１．７６４ｐｓｉ（約９１Ｔ ｏｒｒ）で９０′Ｆまで冷却される。そのガスは実際流量３０２ｆｔ”　／ｌ１ ｉｎで流れている。圧縮機の第１段で圧縮された後、出口６０から出るガスは実 際圧力２．５６２ｐｓｉで、温度２７２下、および実際流量２７６ｆｊ”　／ｉ １ｎである。中間冷却器６１内で冷却された結果として、圧縮機の第２段の入口 に入ってくるガスは温度１８５″Ｆ１実際圧力２．４３４ｐｓｉ、および実際流 量２５８　ｆ’ｔ’　／ｉ１ｎである。圧縮機の第２段はレーザガスの圧力をさ らに上げて、第２段の出口で実際圧力３．３５５ｐｓｉまで上げる。そのときの 温度は３３２下、実際の流量は２２８ｆｔ’　／＋１ｎである。圧縮ガスはそこ で熱交換器に通され、ガスレーザ２を通過させるために温度が３３２下から約９ ０丁まで下降させられる。ガスレーザを通じての圧力降下は、ガスの要求される 質量流量およびレーザ内でのガスの高速のために、実質的に５２〜６０Ｔｏｒｒ のオーダーである。前述したように、ガスの速度はノズルによって、音速の少な くともｌ／２まで、好ましくは実質的にこれよりも速く、レーザガス内における 音速（５ＢＯｍ／５ｅｃ）に近い速度まで加速される。もちろん本発明の圧Ｈａ およびレーザについては、当業者にとって明白なように他の運転パラメータが可 能である。

本発明のタービン型圧縮機の圧力の出力は従来のルーツブロワよりも高い周波数 パルスを伴う。それゆえ、本発明のガスレーザ装置のレーザ放出安定性およびレ ーザパワー出力（１ａｓｅｒ　ｐｏｗｅｒ　ｏｕｔｐｕｔ）は、従来のルーツブ ロワを採用するガスレーザ装置に比して実質的により均一でありまたは安定して いる。本発明のタービン型圧縮機の寸法および重量もルーツブロワに比して小さ く、かつ振動の大きさも減少されている。

ベアリング３２．３３用潤滑剤からレーザガスの汚染を防ぐため、本発明ではベ アリングからの潤滑剤が、インペラーの方向にドライブシャフトに沿って移動す るのを防ぐべく流体シール７０が設けられている。流体シール７０は、シャフト と共に回転するように、ベアリング２３とインペラー２４とのあいだのドライブ シャフト２８にシールされて設けられるタングステンカーバイドのはめ合いリン グ７１を備えている。低摩擦摺動面を有する、一対の環状の間隔をあけた静止カ ーボン部材７２．７３が前記はめ合いリングのそれぞれの面上に配置され、バネ ７４．７５によって当該はめ合いリング７１に対して可撓的（ｙｌｅｌｄａｂｌ ｙ）に付勢されている。はめ合いリング７１はドライブシャフト２８とのあいだ に０．００Ｌインチよりも小さいすき間を形成する直径の中心孔を有し、それに よりシャフト上に圧入されうる。シャフトのはめ合いリング７１の下の位置に形 成された環状溝内に挿入されたＯリング７Ｂは、はめ合いリングとシャフトとの あいだの相対的な回転に抵抗するように作用する。リング７１の、部材７２．７ ３と隣接する両面には、それぞれ部材７２．７３の対向する力の半径方向外側の 位置から、リング７１および部材７２．７３の対向して接触する面のあいだの位 置まで延び拡がるように形成されたスパイラル溝を有している。ドライブシャフ トおよびリング７１が回転するあいだ、リング７１の面に形成されたスパイラル 溝は、リング７１と部材７２．７３のあいだのシールハウジング内からガスをボ ンピングし、前記部材７２および７３を、リング７１かられずかな距離、典型的 には５０Ｘ　１０−’インチだけ離す。部材７２．７３はバネ７４．７５の付勢 力に抗してリング７１から離れる。静止したリング状の部材７２．７３は第１図 に示すように流体シール７０のハウジング７７内にシールするように支持されて いる。０リング７Ｂ、　７９はシールを補助している。バッファガス（レーザ内 で用いられるガスと同じでよい）は入口８０を通って流体シール７０に供給され る。バッファガスは圧縮機、閉ループ６およびレーザチューブ２内のガスよりも 、わずかに、たとえば数ｐｓ１高い圧力にされている。バッファガスの流量は小 さく、たとえばｌ　ｆｔ’　／ｉ１ｎまたはそれ以下である。

その少量のバッファガスははめ合いリングおよび部材７２．７３の隣接する摺動 面の範囲内でハウジング７７内へにじみ出ることができ、インペラーと圧縮機の 第２段のポリュートとのあいだのギャップ８１内に、および流体シール７０のハ ウジング７７とドライブシャフト２８とのあいだのギャップ８２内に、シャフト とリング７１とが回転しているあいだに前述のリングから部材７２．７３を離す 動きをするリング内の溝の粘性剪断タイプのポンプ作動によって強制的に注入さ れる。ギャップＢ１を通じてレーザ内に入るバッファガスの流れは、必要なレー ザ補填ガスを減少させ、レーザガスを汚染するギャップ８１を通じた大気の流入 を防止する。ギャップ８２内の正の（ｐｏｓ！ｔｉｖｅ）ガス圧力はベアリング からシャフトに沿ってインペラ一方向に向う潤滑剤の流れをも防止する。要すれ ばレーザのための補填ガスをより多く供給させるため、より高いガス流量を採用 することができる。シャフトのまわりにはリップ付きのシールは必要でない。バ ッファガスはベアリングを通過するが、潤滑剤を運ぶことはない。かかる構成に より、本発明のベアリングは少なくともＢＬＯの等級でよく、ルーツブロワのよ うなリップ付きシールを何度も交換する作業は不要である。それらはレーザガス の潤滑剤による汚染の問題を除いたうえで達成されるのである。

前記のことから、本発明の高速軸流レーザ中でガスをレーザ発振させる方法は５ ０〜１００Ｔｏｒｒまたはそれより低い圧縮機入口圧力のもとで、少なくとも０ ．８のヘッド係数で、かつレーザ内のガス流路の少なくとも一部分に沿って、ガ ス中での音速の少なくとも１／２の速度でガスを流すのに充分な圧力比で稼動す るタービン型圧縮機中でガスを圧縮する工程と、前記圧縮機によって圧縮された ガスをガス流路に沿って運び、それをレーザ発振させるためにガスを励起させる 工程とからなっている。その方法は閉ループ中の前記圧縮機およびレーザを通っ てガスを再循環させる工程を含んでいる。ガスは好ましくは前記レーザチューブ の少なくとも一部分に沿って、かつ前記ガス中での音速に近い速度すなわち５Ｂ Ｏｔａ／ｓｅｃで運ばれる。タービン型圧縮機は前述のように約１０．０００ｒ ｐｍの速度で作動され、好ましくは０．８またはそれより大きい圧力ないしヘッ ド係数を有する圧縮機である。本発明の実施例においては、とくに前記圧縮機が 、圧縮機の各段が約３の圧縮係数を有する２段の両側再生圧縮機である。

そのガスは圧縮機中での圧縮の段間で冷却されると共に、ガスレーザ装置の閉ル ープ内を通る通路内で圧縮する前、圧縮中および圧縮した後にも冷却される。さ らに前記方法は圧縮機内でレーザガスの動きに抗して流体シールによって積極的 に（ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）潤滑剤をシールする工程と、レーザ補給ガスを前記 レーザにシールして供給する工程とを有する。圧縮機のインペラーは自軸まわり にそのドライブシャフト上で、インペラーの周速がガスの音速またはそれに近い 速度のかなりの部分となる速度で回転される。

本発明の実施例は数例のみを図示、説明したが、本発明はそれらに限定されるも のではなく、当業者にとって公知の種々の変更や改変を加えてもよいことは理解 されるだろう。それゆえ我々はここで図示され、説明された細部に限定されるこ とを望むものではなく、添付の請求の範囲によって包含されるすべての変更およ び改変を含むことを意図している。

ＦＩＧ、　／ １′ ＦＩＧ、　　／３ ＦＩＧ、　／４　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　１５Ｈθ２２　　　　　　 　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、２４ＦＩＧ、　３４ ＦＩＧ、　３θ　　　　　　　　　ＦＩＧ、　４０Ｆ／θ　３９ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）１特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　ｇ　８１００８４３ ２発明の名称 補正された請求の範囲 １、（補正後）レーザガスの流路を構成する手段と、装置内を前記流路に沿って 流れるガスを励起してガスをレーザ発振せしめる手段と、前記流路に沿ってガス を流すための再生圧縮機とからなり、前記再生圧縮機は少なくとも０．８の圧力 ないしヘッド係数を有しており、かつ前記流路の少なくとも一部分に沿って前記 レーザガス中での音速の少なくとも１／２の速度で前記ガスを流すための圧力比 で稼動することができるガスレーザ装置。

２、（補正後）流路を構成する前記手段が、前記レーザ装置を通ってガスを再循 環させるための本質的な閉ループを形成しており、該ループが前記圧縮機を含ん でなる請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。

３、（補正後）前記再生圧縮機が、略放射状のブレードを存しており、軸のまわ りに回転自在のインペラーと、該インペラーのブレードの軸方向の反対側にあっ て、入口および出口を有する固定された環状通路を形成する手段とからなり、前 記ブレードはインペラーの先端またはその近傍からインペラーの内側へインペラ ーの半径の約５０％の距離まで最大限体びており、かつ前記入口および出口は前 記ガスを前記通路に連通せしめ、通路の周辺にインペラーの回転方向に前記ガス を流すべく設けられてなる請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。

４、（補正後）入口と出口のあいだの環状通路を遮断するためのダムが設けられ ており、該ダムがインペラーとのあいだにわずかなすき間を有してなる請求の範 囲　　。

第３項記載のガスレーザ装置。

５、（補正後）前記再生圧縮機が単段圧縮機である請求の範囲第１項記載のガス レーザ装置。

６、（補正後）前記再生圧縮機が少なくとも２段からなる請求の範囲第１項記載 のガスレーザ装置。

７、（補正後）前記圧縮機の第１段および第２段が単一のインペラーの両側にそ れぞれ配置されてなる請求の範囲第６項記載のガスレーザ装置。

８、（補正後）前記第１段で圧縮されたガスがさらに圧縮されるために第２段に 入る前に該ガスを冷却するべく、中間冷却器が前記圧縮機の第１段と第２段のあ いだに設けられてなる請求の範囲第６項記載のガスレーザ装置。

９、（補正後）前記中間冷却器が複数の同心状チニーブで形成された熱交換器を 含んでおり、隣接するチューブ間の空間が、それぞれ前記ガス、および該ガスが 熱交換器を通るあいだにこのガスを冷却するための熱交換用冷却流体を運んでな る請求の範囲第８項記載のガスレーザ装置。

１Ｏ１（補正後）前記圧縮機の両側のほぼ全面および圧縮機の半径方向外側また は周囲の表面を冷却して、圧縮時におけるガスを冷却する手段が設けられてなる 請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。

１１、（補正後）前記圧縮機により圧縮されるべきガスを冷却するために該圧縮 機の上流に第１の熱交換器が設けられており、かつ前記圧縮機によって圧縮され たガスが前記レーザチューブに流入する前に当該ガスを冷却するために圧縮機と レーザチューブのあいだの流路に第２の熱交換が設けられてなる請求の範囲第１ 項記載のガスレーザ装置。

１２、（補正後）前記圧縮機が、 ドライブシャフトと、 該シャフトと共に回転するために当該シャフト上の第１の位置に取り付けられた インペラーと、前記ドライブシャフト上の第２の位置で当該ドライブシャフトを 回転自在に支持するベアリング手段と、前記ドライブシャフトおよび該シャフト 上のインペラーを回転自在に駆動させるための手段と、前記ベアリング手段から の潤滑剤がドライブシャフトに沿ってインペラーへ移動するのを防ぐために、前 記ベアリング手段とインペラーの中間に設けられた正圧流体シール手段 とからなる再生圧縮機である請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。

１３、（補正後）前記流体シール手段がインペラーハウジングに隣接して配置さ れており、前記シールの正圧流体がレーザガスに対して非汚染性のガスであり、 このガスが周囲ガスがレーザガス中に侵入するのを防ぎかつレーザに補填ガスを 供給すべく前記レーザガス中に入り込んでもよい請求の範囲第１２項記載のガス レーザ装置。

１４、（補正後）前記シャフトを駆動させるための手°段が約１０．０００ｒｐ ｍの速度でシャフトを回転させてなる請求の範囲第１２項記載のガスレーザ装置 。

１５、（補正後）前記流体シール手段が、前記シャフトと共に回転するために、 前記ドライブシャフトの第１の位置と第２の位置のあいだにシールされて取り付 けられたはめ合いリングと、該はめ合いリングの対向するそれぞれの側と接触す る指動面をそれぞれ存する、間隔をおいて配置された一対の静止部材と、 圧縮機が稼動しているあいだ、前記ベアリング手段からの潤滑剤が前記ドライブ シャフトに沿って前記インペラーに移動するのを防ぐために、圧縮機内のガスよ りも高圧の流体を前記滑動面とはめ合いリングのあいだ、およびシャフトに沿っ て方向づける手段を含んでなる請求の範囲第１２項記載のガスレーザ装置。

１６、（補正後）前記圧縮機が、軸のまわりに回転自在のインペラーと、該イン ペラーを、その周速が、ここに、ｎ：ガスの断熱指数 Ｒ：各成分のガス定数 Ｔ：絶対温度 で表わされるガスに対する音速ＶＳの少なくともかなりの部分である速度で回転 させる手段とからなる請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。

１７、（補正後）圧縮機の圧力比ｐ「がレーザ装置に用いられるガス混合物およ び該ガス混合物の成分の混合比に依存しており、圧力比が ｐ　ｒ　−（２／（ｎ＋１））ｅｘｐ（ｎ／（ｎ−１））ここに、ｎ：ガス混合 物の断熱指数 で表わされる請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。

１８、（補正後）前記ガス混合物が本質的にヘリウム、チッ素および二酸化炭素 からなる請求の範囲第１７項記載のガスレーザ装置。

１９、（補正後）少なくとも０．８のヘッド係数で、かつガス流路の少なくとも 一部分に沿って、ガス中での音速の少なくとも１／２の速度でガスを流しうる圧 力比で稼動する再生圧縮機中でガスを圧縮する工程、前記圧縮機によって圧縮さ れたガスを高速軸流レーザ中のガス流路に沿って運ぶ工程、および前記ガスをレ ーザ発振させる工程 からなる高速軸流レーザ中でガスをレーザ発振させる方法。

２０、（補正後）前記圧縮機を含む閉ループ中で前記レーザを通つてガスを再循 環させる工程をさらに含む請求の範囲第１９項記載のガスをレーザ発振させる方 法。

２１、（補正後）前記流路の少なくとも一部分に沿って、かつ前記ガス中での音 速に少なくとも近い速度でガスが運ばれてなる請求の範囲第１９項記載のガスを レーザ発振させる方法。

２２、（補正後）前記タービン型圧縮機が約１０．０００ｒｐｍの速度で作動さ れる請求の範囲第１９項記載のガスをレーザ発振させる方法。

２３、（補正後）前記ガスが前記圧縮機の２段で圧縮される請求の範囲第１９項 記載のガスをレーザ発振させる方法。

２４、（補正後）前記圧縮機中での圧縮の段間で冷却する工程を特徴とする請求 の範囲第２３項記載のガスをレーザ発振させる方法。

２５、（補正後）前記再生圧縮機が単段圧縮機である請求の範囲第１９項記載の ガスをレーザ発振させる方法。

２６、（補正後）前記ガスを圧縮機内で圧縮する前、圧縮中および圧縮後にガス を冷却する工程を特徴とする請求の範囲第１９項記載のガスをレーザ発振させる 方法。

２７、（補正後）潤滑剤のレーザガス中への移動を防止すべく、潤滑剤と圧縮機 を通って動くレーザガスとのあいだに、圧縮機が稼動しているあいだ正の流体圧 力を維持す゛ることによって、圧縮機中の潤滑剤がレーザガス中に移動するのを 積極的にシーリングする工程を有する請求の範囲第１９項記載のガスをレーザ発 振させる方法。

２８、（補正後）前記圧の流体を維持するのに使われる流体がレーザガスに対し て非汚染性であり、汚染性のガスが侵入するのを防止するとともにレーザの追加 のガスとして、前記レーザガス中に入り込んでもよい請求の範囲第２７項記載の ガスをレーザ発振させる方法。

２９、（補正後）前記ガスが本質的にヘリウム、チッ素および二酸化炭素からな るガス混合物である請求の範囲第１９項記載のガスをレーザ発振させる方法。

３０、（補正後）前記圧縮機が軸のまわりに回転自在のインペラーからなり、該 インペラーが圧縮工程時にここに、ｎ：ガスの断熱指数 Ｒ：各成分のガス定数 Ｔ：絶対温度 で表わされるガスに対する音速ＶＳのかなりの部分である速度で回転される請求 の範囲第１９項記載のガスをレーザ発振させる方法。

３１、（補正後）軸のまわりに回転自在であって、ガスを圧縮するための複数の ブレードを有するインペラーと、該インペラーのブレードに面しており、入口お よび出口を存する通路を形成する手段と、 ガスを圧縮するために前記インペラーおよび該インペラー上のブレードを回転さ せる手段 とからなり、前記入口および出口は圧縮されるべきガスを前記通路に連通させる ために該通路中に設けられており、前記圧縮機が、圧縮機への入口圧力が大気圧 の１７３よりも低い状態で高速軸流レーザ中のガス中での音速の少なくとも１／ ２の速度でガスを流すのに充分な圧力比で稼動することができるタービン型圧縮 機。

３２、（補正後）前記圧縮機が再生圧縮機であり、前記インペラーのブレードは 該インペラーの先端またはその近傍からインペラーの内側へインペラーの半径の 約５０％の距離まで最大限延びている略放射状のブレードであり、かつ前記通路 が固定された環状通路であり、インペラーの回転方向に当該通路の周辺にガスを 流す請求の範囲Ｍ３１項記載の圧縮機。

３３、（補正後）前記入口および出口が圧縮されるべきガスを通路に連通させる ために環状通路中に設けられており、前記入口と出口のあいだの環状通路をふさ ぐためのダムが設けられており、かつ該ダムがインペラーとのあいだにわずかな すき間を有してなる請求の範囲第３２項記載の圧縮機。

３４、（補正後）前記再生圧縮機が単段圧縮機である請求の範囲第３２項記載の 圧縮機。

３５、（補正後）前記再生圧縮機が少なくとも２段からなる請求の範囲第３３項 記載の圧縮機。

３６、（補正後）前記圧縮機の第１段および第２段が単一のインペラーの両側に それぞれ配置されてなる請求の範囲第３５項記載の圧縮機。

３７、（補正後）前記第１段で圧縮されたガスがさらに圧縮されるために第２段 に入る前に該ガスを冷却するべく、中間冷却器が前記圧縮機の第１段と第２段の あいだに設けられてなる請求の範囲第３５項記載の圧縮機。

３８、（補正後）前記中間冷却器が複数の同心状チニーブで形成された熱交換器 を含んでおり、隣接するチューブ間の空間が、それぞれ前記ガス、および該ガス が熱交換器を通るあいだにガスを冷却するための熱交換用冷却流体を運んでなる 請求の範囲第３８項記載の圧縮機。

３９、（補正後）前記インペラーを回転自在に駆動するための前記手段が、 回転するためにその第１の位置で前記インペラーが取り付けられてなるドライブ シャフトと、前記ドライブシャフト上の第２の位置で当該ドライブシャフトを回 転自在に支持するベアリング手段と、前記ベアリング手段からの潤滑剤がドライ ブシャフトに沿ってインペラーへ移動するのを防ぐために、前記第１の位置と第 ２の位置の中間に配置された正圧流体シール手段 とからなる請求の範囲第３２項記載の圧縮機。

４０、（補正後）前記流体シール手段が、前記シャフトと共に回転するために、 前記ドライブシャフトの第１の位置と第２の位置のあいだにシールされて取り付 けられたはめ合いリングと、該はめ合いリングの対向するそれぞれの側と接触す る摺動面をそれぞれ有する、間隔をおいて配置された一対の静止部材と、 圧縮機が稼動しているあいだ、前記ベアリング手段からの潤滑剤が前記ドライブ シャフトに沿って前記インペラーに移動するのを防ぐために、圧縮機内のガスよ りも高圧の流体を前記滑動面とはめ合いリングのあいだ、およびシャフトに沿っ て方向づける手段を含んでなる請求の範囲第３９項記載の圧縮機。

４１、（補正後）前記流体シール手段がインペラーハウジングに隣接して配置さ れており、前記シールの正圧流体がレーザガスに対して非汚染性のガスであり、 このガスが圧縮されるべきガスの補填ガスとして前記通路中に入り込んでもよく 、これにより周囲ガスがガス中に侵入するのが防止されてなる請求の範囲第３９ 項記載の圧縮機。

４２、（補正後）前記シャフトを駆動させるための手段が約１０，０００ｒｐ＋ ＊の速度でシャフトを回転させてなる請求の範囲第３１項記載の圧縮機。

４３、（補正後）前記圧縮機が、軸のまわりに回転自在のインペラーと、該イン ペラーを、その周速が、ここに、ｎ：ガスの断熱指数 Ｒ：各成分のガス定数 Ｔ：絶対温度 で表わされるガスに対する音速ＶＳの少なくともかなりの部分である速度で回転 させる手段とからなる請求の範囲第３１項記載の圧縮機。

４４、（補正後）圧縮機の圧力比ｐ「がレーザ装置に用いられるガス混合物およ び該ガス混合物の成分の混合比に依存しており、圧力比が ｐ　ｒ　−（２／（ｎ＋１））ｅｘｐ（ｎ／（ｎ−１））ここに、ｎ；ガス混合 物の断熱指数 で表わされる請求の範囲第３１項記載の圧縮機。

４５、（補正後）前記ガスがヘリウム、チッ素および二酸化炭素の混合物である 請求の範囲第３１項記載の圧縮機。

４６、（補正後）前記圧縮機の両側のほぼ全面、および圧縮機の半径方向外側ま たは周囲の表面を冷却する手段が設けられてなる請求の範囲第３１項記載の圧縮 機。

国際調査報告 ｍ＋＊＋ｍｍｍ１ａ＊ｅｍａ＋、ｓ＋　Ｎ＠ＰＣτ／ｐ５Ｆｌε／ｎＬ’ｐ４ｔ

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザガスの流路を構成する手段と、装置内を流れるガスを励起してガスを レーザ発振せしめる手段と、前記流路に沿ってガスを流すためのタービン型圧縮 機とからなり、前記圧縮機は少なくとも０．８の圧力ないしヘッド係数を有して おり、かつ前記流路の少なくとも一部分に沿って前記レーザガス中での音速の少 なくとも１／２の速度で前記ガスを流すのに充分な圧力比で稼動することができ るガスレーザ装置。
2. ２．流路を構成する前記手段が、前記レーザ装置を通ってガスを再循環させるた めの本質的な閉ループを形成しており、該ループが前記圧縮機を含んでなる請求 の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
3. ３．前記圧縮機が再生圧縮機である請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
4. ４．前記再生圧縮機が、略放射状のプレードを有しており、軸のまわりに回転自 在のインペラーと、該インペラーのプレードの軸方向の反対側にあって、入口お よび出口を有する固定された現状通路を形成する手段とからなり、前記プレード はインペラーの先端またはその近傍からインペラーの内側へインペラーの半径の 約５０％の距離まで最大限伸びており、かつ前記入口および出口は前記ガスを前 記通路に連通せしめ、通路の周辺にインペラーの回転方向に前記ガスを流すべく 設けられてなる請求の範囲第３項記載のガスレーザ装置。
5. ５．入口と出口のあいだの環状通路を遮断するためのダムが設げられており、該 ダムがインペラーとのあいだにわずかなすき間を有してなる請求の範囲第４項記 載のガスレーザ装置。
6. ６．前記再生圧縮機が単段圧縮機である請求の範囲第３項記載のガスレーザ装置 。
7. ７．前記再生圧縮機が少なくとも２段からなる請求の範囲第３項記載のガスレー ザ装置。
8. ８．前記圧縮機の第１段および第２段が単一のインペラーの両側にそれぞれ配置 されてなる請求の範囲第７項記載のガスレーザ装置。
9. ９．前記第１段で圧縮されたガスがさらに圧縮されるために第２段に入る前に該 ガスを冷却するぺく、中間冷却器が前記圧縮機の第１段と第２段のあいだに設げ られてなる請求の範囲第７項記載のガスレーザ装置。
10. １０．前記中間冷却器が複数の同心状チューブで形成された熱交換器を含んでお り、隣接するチューブ間の空間が、それぞれ前記ガス、および該ガスが熱交換器 を通るあいだにこのガスを冷却するための熱交換用冷却流体を運んでなる請求の 範囲第９項記載のガスレーザ装置。
11. １１．前記圧縮機の両側のほぼ全面および圧縮機の半径方向外側または周囲の表 面を冷却して、圧縮時におけるガスを冷却する手段が設けられてなる請求の範囲 第１項記載のガスレーザ装置。
12. １２．前記圧縮機により圧縮されるペきガスを冷却するために該圧縮機の上流に 第１の熱交換器が設けられており、かつ前記圧縮機によって圧縮されたガスが前 記レーザチューブに流入する前に当該ガスを冷却するために圧縮機とレーザチュ ーブのあいだの流路に第２の熱交換が設けられてなる請求の範囲第１項記載のガ スレーザ装置。
13. １３．前記圧縮機が、 ドライプシャフトと、 該シャフトと共に回転するために当該シャフト上の第１の位置に取り付けられた インペラーと、前記ドライブシャフト上の第２の位置で当該ドライプシャフトを 回転自在に支持するベアリング手段と、前記ドライプシャフトおよび該シャフト 上のインペラーを回転自在に駆動させるための手段と、前記ペアリング手段から の潤滑剤がドライプシャフトに沿ってインペラーへ移動するのを防ぐために、前 記ペアリング手段とインペラーの中間に設げられた正圧流体シール手段 とからなる再生圧縮機である請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
14. １４．前記流体シール手段がインペラーハウジングに隣接して配置されており、 前記シールの正圧流体がレーザガスに対して非汚染性のガスであり、このガスが 周囲ガスがレーザガス中に侵入するのを防ぎかつレーザに補填ガスを供給すべく 前記レーザガス中に入り込んでもよい請求の範囲第１３項記載のガスレーザ装置 。
15. １５．前記シャフトを駆動させるための手段が約１０，０００ｒｐｍの速度でシ ャフトを回転させてなる請求の範囲第１３項記載のガスレーザ装置。
16. １６．前記流体シール手段が、 前記シャフトと共に回転するために、前記ドライプシャフトの第１の位置と第２ の位置のあいだにシールされて取り付けられたはめ合いリングと、該はめ合いリ ングの対向するそれぞれの側と接触する摺動面をそれぞれ有する、間隔をおいて 配置された一対の静止部材と、 圧縮機が稼動しているあいだ、前記ペアリング手段からの潤滑剤が前記ドライブ シャフトに沿って前記インペラーに移動するのを防ぐために、圧縮機内のガスよ りも高圧の流体を前記滑動面とはめ合いリングのあいだ、およびシャフトに沿っ て方向づける手段を含んでなる請求の範囲第１３項記載のガスレーザ装置。
17. １７．前記圧縮機が、軸のまわりに回転自在のインペラーと、該インペラーを、 その周速が、 ＶＳ＝√ｎＲＴ ここに、ｎ：ガスの断熱指数 Ｒ：各成分のガス定数 Ｔ：絶対温度 で表わされるガスに対する音速ＶＳの少なくともかなりの部分である速度で回転 させる手段とからなる請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
18. １８．圧縮機の圧力比ｐｒがレーザ装置に用いられるガス混合物および該ガス混 合物の成分の混合比に依存しており、圧力比が ｐｒ−（２／（ｎ＋１））ｅｘＰ（ｎ／（ｎ−１））ここに、ｎ：ガス混合物の 断熱指数 で表わされる請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
19. １９．前記ガス混合物が本質的にヘリウム、チッ素および二酸化炭素からなる請 求の範囲第１７項記載のガスレーザ装置。
20. ２０．少なくとも０．８のヘッド係数で、かつガス流路の少なくとも一部分に沿 って、ガス中での音速の少なくとも１／２の速度でガスを流すのに充分な圧力比 で稼動するタービン型圧縮機中でガスを圧縮する工程、前記圧縮機によって圧縮 されたガスを高速軸流レーザ中のガス流路に沿って運ぶ工程、および前記ガスを レーザ発振させる工程 からなる高速軸流レーザ中でガスをレーザ発振させる方法。
21. ２１．前記圧縮機を含む閉ループ中で前記レーザを通ってガスを再循環させる工 程をさらに含む請求の範囲第２０項記載のガスをレーザ発振させる方法。
22. ２２．前記流路の少なくとも一部分に沿って、かつ前記ガス中での音速に少なく とも近い速度でガスが運ばれてなる請求の範囲第２０項記載のガスをレーザ発振 させる方法。
23. ２３．前記タービン型圧縮機が約１０，０００ｒｐｍの速度で作動される請求の 範囲第２０項記載のガスをレーザ発振させる方法。
24. ２４．前記ガスが再生圧縮機中で圧縮される請求の範囲第２０項記載のガスをレ ーザ発振させる方法。
25. ２５．前記圧縮機が少なくとも２段を有する請求の範囲第２４項記載のガスをレ ーザ発振させる方法。
26. ２６．前記ガスが圧縮機中での圧縮の段間で冷却される請求の範囲第２５項記載 のガスをレーザ発振させる方法。
27. ２７．前記再生圧縮機が単段圧縮機である請求の範囲第２４項記載のガスをレー ザ発振させる方法。
28. ２８．前記ガスを圧縮機内で圧縮する前、圧縮中および圧縮後にガスを冷却する 工程をさらに有する請求の範囲第２０項記載のガスをレーザ発振させる方法。
29. ２９．潤滑剤のレーザガス中への移動を防止すべく、潤滑剤と圧縮機を通って動 くレーザガスとのあいだに、圧縮機が稼動しているあいだ正の流体圧力を維持す ることによって、圧縮機中の潤滑剤がレーザガス中に移動するのを積極的にシー リングする工程を有する請求の範囲第２０項記載のガスをレーザ発振させる方法 。
30. ３０．前記正の流体を維持するのに使われる流体がレーザガスに対して非汚染性 であり、汚染性のガスが侵入するのを防止するとともにレーザ中のガスの補填ガ スとして、前記レーザガス中に入り込んでもよい請求の範囲第２９項記載のガス をレーザ発振させる方法。
31. ３１．前記ガスが本質的にヘリウム、チッ素および二酸化炭素からなるガス混合 物である請求の範囲第２０項記載のガスをレーザ発振させる方法。
32. ３２．前記圧縮機が軸のまわりに回転自在のインペラーからなり、該インペラー が圧縮時に ＶＳ＝√ｎＲＴ ここに、ｎ：ガスの断熱指数 Ｒ：各成分のガス定数 Ｔ：絶対温度 で表わされるガスに対する音速ＶＳのかなりの部分である速度で回転される請求 の範囲第２０項記載のガスをレーザ発振させる方法。
33. ３３．軸のまわりに回転自在であって、ガスを圧縮するための複数のプレードを 有するインペラーと、該インペラーのプレードに面しており、入口および出口を 有する通路を形成する手段と、 ガスを圧縮するために前記インペラーおよび該インペラー上のプレードを回転さ せる手段 とからなり、前記入口および出口は圧縮されるぺきガスを前記通路に連通させる ために該通路中に設けられており、前記圧縮機が、圧縮機への入口圧力が大気圧 の１／３よりも低い状態で高速軸流レーザ中のガス中での音速の少なくとも１／ ２の速度でガスを流すのに充分な圧力比で稼動することができるタービン型圧縮 機。
34. ３４．前記圧縮機が再生圧縮機であり、前記インペラーのプレードは該インペラ ーの先端またはその近傍からインペラーの内側へインペラーの半径の約５０％の 距離まで最大限延びている略放射状のプレードであり、かつ前記通路が固定され た環状通路であり、インペラーの回転方向に当該通路の周辺にガスを流す請求の 範囲第３３項記載の圧縮機。
35. ３５．前記入口および出口が圧縮されるぺきガスを通路に連通させるために環状 通路中に設けられており、前記入口と出口のあいだの環状通路をふさぐためのダ ムが設けられており、かつ該ダムがインペラーとのあいだにわずかなすき間を有 してなる請求の範囲第３４項記載の圧縮機。
36. ３６．前記再生圧縮機が単段圧縮機である請求の範囲第３４項記載の圧縮機。
37. ３７．前記再生圧縮機が少なくとも２段からなる請求の範囲第３４項記載の圧縮 機。
38. ３８．前記圧縮機の第１段および第２段が単一のインペラーの両側にそれぞれ配 置されてなる請求の範囲第３７項記載の圧縮機。
39. ３９．前記第１段で圧縮されたガスがさらに圧縮されるために第２段に入る前に 該ガスを冷却するぺく、中間冷却器が前記圧縮機の第１段と第２段のあいだに設 けられてなる請求の範囲第３７項記載の圧縮機。
40. ４０．前記中間冷却器が複数の同心状チューブで形成された熱交換器を含んでお り、隣接するチューブ間の空間が、それぞれ前記ガス、および該ガスが熱交換器 を通るあいだにガスを冷却するための熱交換用冷却流体を運んでなる請求の範囲 第３８項記載の圧縮機。
41. ４１．前記インペラーを回転自在に駆動するための前記手段が、 回転するためにその第１の位置で前記インペラーが取り付けられてなるドライプ シャフトと、前記ドライプシャフト上の第２の位置で当該ドライプシャフトを回 転自在に支持するぺアリング手段と、前記ぺアリング手段からの潤滑剤がドライ ブシャフトに沿ってインペラーへ移動するのを防ぐために、前記第１の位置と第 ２の位置の中間に配置された正圧流体シール手段 とからなる請求の範囲第３４項記載の圧縮機。
42. ４２．前記流体シール手段が、 前記シャフトと共に回転するために、前記ドライプシャフトの第１の位置と第２ の位置のあいだにシールされて取り付けられたはめ合いリングと、該はめ合いリ ングの対向するそれぞれの側と接触する摺動面をそれぞれ有する、間隔をおいて 配置された一対の静止部材と、 圧縮機が稼動しているあいだ、前記ぺアリング手段からの潤滑剤が前記ドライプ シャフトに沿って前記インペラーに移動するのを防ぐために、圧縮機内のガスよ りも高圧の流体を前記滑動面とはめ合いリングのあいだ、およびシャフトに沿っ て方向づける手段を含んでなる請求の範囲第４１項記載の圧縮機。
43. ４３．前記流体シール手段がインペラーハウジングに隣接して配置されており、 前記シールの正圧流体がレーザガスに対して非汚染性のガスであり、このガスが 圧縮されるべきガスの補填ガスとして前記通路中に入り込んでもよく、これによ り周囲ガスがガス中に侵入するのが防止されてなる請求の範囲第４１項記載の圧 縮機。
44. ４４．前記シャフトを駆動させるための手段が約１０．０００ｒｐｍの速度でシ ャフトを回転させてなる請求の範囲第３３項記載の圧縮機。
45. ４５．前記圧縮機が、軸のまわりに回転自在のインペラーと、該インペラーを、 その周速が、 ＶＳ−▲数式、化学式、表等があります▼ここに、ｎ：ガスの断熱指数 Ｒ：各成分のガス定数 Ｔ：絶対温度 で表わされるガスに対する音速ＶＳの少なくともかなりの部分である速度で回転 させる手段とからなる請求の範囲第３３項記載の圧縮機。
46. ４６．圧縮機の圧力比ｐｒがレーザ装置に用いられるガス混合物および該ガス混 合物の成分の混合比に依存しており、圧力比が ｐｒ−（２／（ｎ＋１））ｅｘＰ（ｎ／（ｎ−１））ここに、ｎ：ガス混合物の 断熱指数 で表わされる請求の範囲第３３項記載の圧縮機。
47. ４７．前記ガスがヘリウム、チッ素および二酸化炭素の混合物である請求の範囲 第３３項記載の圧縮機。
48. ４８．前記圧縮機の両側のほぼ全面、および圧縮機の半径方向外側または周囲の 表面を冷却する手最が投げられてなる請求の範囲第３３項記載の圧縮機。