JPH025585A

JPH025585A - レーザ発振装置

Info

Publication number: JPH025585A
Application number: JP63156157A
Authority: JP
Inventors: Norio Karube; 規夫軽部; Tsutomu Funakubo; 舟久保　勤
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-06-24
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1990-01-10
Also published as: DE68909215D1; DE68909215T2; EP0393194A4; EP0393194A1; WO1989012921A1; US5060238A; EP0393194B1

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ＣＯ□レーザに用いられるターボブロワの改
良に関する。

〔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が設置されているゆ又放電管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ｌ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ｌ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ｌＯ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。ＣＯｚ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３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。

第三はルーツブロワ９からは、相当量の振動が発生し、
レーザビームのポインテングスタビリテーに悪影響を及
ぼす。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ル
ーツブロワを使用したレーザ発振装置を提供することを
目的とする。

〔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、送風機及び冷却機によってレーザガスを強制冷却
させるガス循環装置などから構成されるレーザ発振装置
において、前記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、かつ、前記ターボ翼駆動用電動機のス
テータが水冷あるいは空冷された物体との熱接触によっ
て、前記ターボ翼駆動用電動機のロータが該ロータ及び
前記ステーク間を流れるガスとの接触によって冷却され
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、ターボ翼駆動用電動機のステータを熱接触によっ
て冷却し、ロータを冷却するためにレーザガスをロータ
とステータ間に導き、ロータをレーザガスの流れで冷却
し、電動機の発熱を制限している。

〔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。

本発明の特徴は、第３図におけるルーツブロワ９の代わ
りにターボブロワ１５が使用されていることである。タ
ーボブロワ１５はルーツブロワ９に比べ効率が格段に高
いので圧縮熱は無視できて、第３図の後段の冷却器７は
省略することができる。

第１図では冷却器７はないが、場合によっては設けるこ
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１７に
取り付けられておりレーザガスきょう体とは別のきょう
体１８中に設置された電動機を構成するロー・夕１９及
びステーク２０によって約１０万ＲＰＭの高速回転数で
回転さｔｌ。

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１〜で体積が小さくなっている。軸受２１．２２は
グリースベアリングの転がり軸受などである。

本発明では電動機の発熱が問題となる。１０万ＰＰＭの
高速回転では電動機効率は通常７５％程度であるので出
力２ＫＷの電動機でば５００Ｗの）員失がありロータ１
９及びステータ２０の発熱の原因になる。ステータ２０
は図に示すようにきよう体１８の壁に密着させ、その壁
を水冷管２５４こよって冷却すれば間接冷却が可能であ
る。

これも、一対してロータ１９は大気よりも希薄なレーザ
ガス中でしかも高速回転（−７でいるので冷却が国運で
ある。ロータ１９の発熱はシャフト１７に伝わるので、
シャツｌ−１’７の膨張による翼クリアランスの狂い、
ベアリングの破１１、グリースの蒸発、電動機効率の低
下、電動機の破損などの原因を作る。

本発明ではロータの冷却をレーザガスの一間を通過・せ
しめて強制冷却によってｊ′Ｔｆ′）せでいる。出力Ｉ
ＫＷのＣＯ７し・−ザでは発振効率が２０％の時には１
／−ザ装置としては４ＫＷの熱損失があり、これはター
ボ翼１６によって移動される全１７〜ザガス流、によっ
て運ばれている。従って全ガス流の１０％をこの電動機
冷却に用いでやれば発熱量４００Ｗ程度の冷却は可能で
ある。実際にはロータ１９に発生ずる損失は電動機全損
失の約【２％程度であるのできよう体１８に流ず流Ｖは
さらにこの１／１０程度でよい。ロータ冷却に用いたガ
スは再度ブロワの入り口２Ｇにもどすが途中グリース成
分を除去す−るフィルター２３と流量をコントロールす
る流量制御；１１バルブ２４を経由させる。この時オイ
ル成分による光学部品のＩｒｊ少を防止することが出来
る。

本発明では、ターボブロワ１５以夕（の部分は第３図の
構成と同じであるが、２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り低下し、後段の
冷却器は省略できるか、あるいはルーツブロワを使用し
たときよりはるかに小型のものでよい。

もし、ターボブロワのターボ翼の材料をセラミンク等の
耐熱材料にすれば冷却器８は省略でき、後段（第３回の
冷却器７の位置）に冷却器８と同容用のものを設置すれ
ばよい。

本発明は特に高周波放電励起Ｃ０，１／−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乙こガス
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、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
置のロス１−ダウンが可能になる。さらに、ブロワ効率
が増大１１、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７、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、ターボ翼駆動用電動機を冷却するよ・）にしたの
で、ターボ翼を高速回転でき、し・−ザガスを十分冷却
でき、レーザ発振装器の発振効率を上げることができる
。

【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図はターボブロワの構造図、第３図は従来のＣＯ２ｖ−ザのレーザ発振装置の構成図
である。１−−−一−−＝−放電管２−・−−一−−−−−−−−出力結合鏡３−−−−・
　−全反射鏡４．５−−−−一〜−一一電極７．２１．６−−−−−−・−・−−−ｍ−高周波電源８−−−−
−・・・・−−−−−一冷却器９−・・−・・・・−・
・−ルーツブロワｏ−−−−−・−・−・ガスボンベ１−・−−−−−・−一−−−−−バルブ２−・−−−
一−−−−−−−−−真空ポンプ３−−−−−−−−−
−一・・−共振器内レーザビーム光軸４−・−・−・−
・−共振器外レーザビーム光軸５・・・−・−・・−一
−−−−ターボプロワ６・−・−・・・−ターボ翼７−・・−・−−−−−一・・・−シャフト８・−−−
−−・−−−−−−一駆動系きょう体９・−−−−−−
−−・−・−電動機ロータ０・−・＝−・−−−−−−
１動機ステータ２−・−一−−−・・−・−・−軸受

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、送風機及び冷却機によって
レーザガスを強制冷却させるガス循環装置などから構成
されるレーザ発振装置において、前記送風機がレーザガ
ス中で回転するターボ翼から構成され、かつ、前記ター
ボ翼駆動用電動機のステータが水冷あるいは空冷された
物体との熱接触によって、前記ターボ翼駆動用電動機の
ロータが該ロータ及び前記ステータ間を流れるガスとの
接触によって冷却されることを特徴とするレーザ発振装
置。