JPH06101597B2 - 軸方向のガス流を有するガス輸送レーザー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸方向のガス流とハウジング内の中心に配置さ
れた放電パイプとを有するガス輸送レーザー装置に関す
る。

CO₂レーザーの効率は温度が上がるにつれて低下する。
温度をできるだけ低く保持するために、熱せられたレー
ザーガス混合体は再循環装置によってレーザー領域から
排除され、冷却レーザーガス混合体と代わる（App.Phy
s.Lett.15.1969.91）。活性レーザーガス混合体を迅速
に循環させるために、ベンチレータ又はルーツブロアー
のような効率のよいブロアーが使用される。しかし、こ
のタイプの対流レーザーの場合、放電パイプに沿ってか
なり高い圧力降下がある時にのみ、十分高い流速が保持
され得る。したがって、放電パイプに沿った放電条件は
均一ではない。装置全体の体積と重量に好ましくない影
響を有する高パワーのブロアーが必要とされる。

周知の対流レーザー装置では、放電パイプの中のガス混
合体は適切に形成された水冷式の案内翼を介して螺旋通
路を循環する（西ドイツ特許出願公開明細書第2916408
号）。その混合体は短時間だけレーザーの活性区域に存
在し、そして循環中、発生した熱を消散させるのに十分
な時間を有している。各々の螺旋案内翼は１つの共通軸
に配設された穴を有している。

これらの穴を通して、レーザーガス混合体を励起するた
めにガス放電が起こる。

この装置の長所は、かなり低い循環速度を必要とするだ
けであることと、レーザー共振器の縦配列によって良好
なモード品質が得られることである。しかし、ガス流は
放電パイプの外へ簡単に吹き出されるので、ガス放電を
同じ位置に保持するのはむずかしいと思われる。好まし
い作用条件はある放電のためのパラメータで保持される
だけであり、したがって、このレーザータイプの強度を
制御するのは困難である。

従来の対流レーザーのこれらの欠点は、レーザーチャン
バが冷却管として形成され、しかも循環タービン内に同
心的に配置されている装置によって解決され得る（西ド
イツ特許出願公開明細書第3121372号）。こうして、縦
方向のガス流を有する普通のガス輸送レーザーに比べ
て、かなりの進歩が達成される。しかし、このレーザー
は多大な技術的労力を払わなければ実施できないという
のが真実である。外側軸受の場合の直径が大きいこと、
および固定部分に対して可動部分の回転速度が高いこと
によって、軸受の製造に特に費用がかかる。循環コンプ
レッサは特殊構造を示す。タービン翼が外側回転シリン
ダーに装着されているローターの製造も困難である。

したがって、本発明の目的は、レーザーガスにおける温
度上昇が効果的におさえられると共に、従来の装置の構
造的欠点を回避する、効率の高いレーザー放射を発生さ
せるための対流レーザー装置を開発することである。

本発明によれば、ラジアルブロアーがガスを循環させる
ために配置されており、その軸の延長上には放電パイプ
が接近して配置されていて、しかもその放電パイプはレ
ーザーガスの冷却部分として作用する環状通路によって
包囲されている。

熱交換パイプが環状通路内に放電パイプの軸と平行に配
設されている。この熱交換パイプは円形リング状で回転
対称形に設計された貯水槽に連結されている。この貯水
槽はくさび形の断面を有するのが好ましい。本発明の特
殊変形に従って、貯水層は放電パイプを同心的に包囲
し、しかも放電パイプに接近しているリング形電極を有
している。このリング形電極はラジカルブロアーに接近
して装着されるのが好ましく、しかもラジアルブロアー
のカバープレートとして作用するように設計されてい
る。ラジアルブロアーと反対側の放電パイプの端部には
スロットジェットが設けられており、このスロットジェ
ットを通って冷却されたレーザーガスが放電パイプの中
に流れ込む。この領域には、分布された陽極、すなわち
好ましくはいくつかのピン電極の形をした電極も装着さ
れている。ラジアルブロアーの駆動装置はレーザーガス
で作用するガス軸受を備えている。好適実施例に従っ
て、２つのラジアルブロアーが１つのモータで駆動され
るように、２つ以上のこのタイプのレーザー装置を１つ
の光学軸上に装着することができる。

このため、ラジアルブロアーはレーザー放射フィールド
を通すための中央開口を有していなければならない。

本発明のその他の詳細、特徴及び効果は下記説明と特許
請求の範囲に記載されており、又、概略図面から明白で
ある。

第１図のレーザー装置には、ラジアルブロアー（１）が
レーザーガスを再循環させるのに使用されている。二つ
のモジュールを形成している両装置は互いに側方がラジ
アルブロアー（１）の位置で連結されている。ラジアル
ブロアー（１）は高周波の３相モータ又は直流モータで
あるモータ（２）で駆動される。

ラジアルブロアー（１）の駆動装置は各々ガス軸受
（３）（例えばG.J.Wattによる球状軸受）を有してい
る。ガス軸受（３）の作動ガスはレーザーガス混合体で
あるのが好ましい。ガス混合体は例えば約７バールでガ
ス取入口（４）から球状軸受の中に圧入される。レーザ
ーガスは軸受を出てレーザーチャンバの中に入ったとき
膨張する。約100ミリバールのレーザーの作動圧はここ
には図示されていない真空ポンプによって保持され、こ
の真空ポンプはガス排出口（５）に接続されている。

ラジアルブロアー（１）の回転速度は15,000回／分以上
の範囲内が好ましい。こうして、150m/秒以上の放電パ
イプにおける必要な流速が約150mmのタービン直径で得
られる。

ラジアルブロアー（１）は、放電パイプに同心配置され
かつ冷却部として作用するように設計されている環状通
路（６）の中で作動する。本発明に従って、この目的で
いくつかの熱交換パイプが配設されている。冷却リブを
有する熱交換パイプ（８）の好適実施例が第２図に図示
されており、第２図では第１図の一点鎖線Ａ−Ａ′によ
る断面が示されている。この実施例では６本の熱交換パ
イプ（８）が、環状通路（６）内に配置されている。こ
れらの熱交換パイプ（８）は放電パイプの軸に平行であ
る。熱交換パイプのその他の変種も同様に可能である。
適切な構造では、もっと多い数の又は少ない数の熱交換
パイプが同様に環状通路（６）内に配置されてもよい。

特に好ましい実施例に従って、熱交換パイプ（８）は貯
水槽（９）に連結され、そして給水口（10）と排水口
（11）を有して冷却システムを形成している。

貯水槽（９）は円形リング状に設計されており、好まし
くはくさび形の断面を有し、しかもスリーブのように放
電パイプ（７）を取囲んでいる。この構造では、貯水槽
はラジアルブロアー（１）のカバープレートとして作用
するようにも設計されている。

陰極（12）は好ましくは円形貯水槽（９）に装着され、
環状電極として形成されている。従って、冷却が良好に
行なわれると同時にハウジングに接地されている。

中でラジアルブロアー（１）が運転している環状通路
（６）はガス流を偏向させ、それを熱交換パイプ（８）
を横切って通過させる。冷却されたレーザーガスはその
後、いくつかのスロットジェット（13）を通って放電パ
イプ（７）の中に流れ込む。スロットジェット（13）
は、放電パイプの中で回転流が形成されるように配列さ
れるのが好ましい。スロットジェットが放電パイプの外
周に切線方向に通じているこのタイプの配列が、第２図
に図示されている。

均一に放電させるために、放電システムの陽極は分割さ
れている。別々の前置抵抗を介して電源（15）に接続さ
れている６個またはそれ以上のピン陽極（14）を使用す
るのが好ましい。

第１図に図示した二つのモジュールでは、放電パイプ
（７）は開口を通して適切なラジアルブロアー（１）に
通じており、しかもレーザーミラー（16）と（17）で閉
鎖されている。さらに、出力を高めるためにこれらの二
つのモジュールのいくつかを光学軸に沿って直列に装着
することも可能である。この場合、モジュールは上述の
様に結合され、又端部フランジにはレーザーミラーが配
設される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う２つのレーザー装置を結合させて
成形した２つのモジュールの縦断面図であり、第２図は
第１図に示した装置をＡ−Ａ′で切った断面図であり、
第３図は第１図に示した装置をＢ−Ｂ′で切った断面図
である。 （１）……ラジアルブロアー （２）……モータ （３）……軸受 （４）……ガス取入口 （５）……ガス排出口 （６）……環状通路 （７）……放電パイプ （８）……熱交換パイプ （９）……貯水槽 （10）……給水口 （11）……排水口 （12）……陰極 （13）……スロットジェット （14）……ピン陽極 （15）……電源 （16）、（17）……レーザーミラー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ラジアルブロアー（１）がガスを循環させ
   るために配設され、放電パイプ（７）がその軸の延長上
   に接近して配置され、放電パイプ（７）が、レーザーガ
   スの冷却部として作用する環状通路（６）によって同心
   的に取囲まれていることを特徴とする、軸方向のガス流
   とハウジング内の中心に配置された放電パイプとを有す
   るガス輸送レーザー装置。
2. 【請求項２】少なくとも２本、好ましくは４本乃至６本
   の熱交換パイプ（８）が環状通路（６）内に放電パイプ
   （７）の軸と平行に装着され、熱交換パイプ（８）は、
   好ましくはくさび形断面をなし円形リング状の貯水槽
   （９）に接続していることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載のレーザー装置。
3. 【請求項３】貯水層（９）は、放電パイプ（７）を取囲
   んでおり、しかもそれにはリング形陰極（12）が放電パ
   イプ（７）に接近して配設されていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第２項に記載のレーザー装置。
4. 【請求項４】貯水槽（９）がラジアルブロアー（１）の
   カバープレートとして作用することを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のレーザ
   ー装置。
5. 【請求項５】ラジアルブロアー（１）に対し反対側の放
   電パイプの端部にスロットジェット（13）が配設されて
   おり、それを通ってレーザーガスが放電パイプの中に流
   れ込むことを特徴とする、特許請求の範囲第１項乃至第
   ４項のいずれかに記載のレーザー装置。
6. 【請求項６】陽極が放電パイプ（７）の周囲領域に配置
   されたいくつかのピン陽極（14）から成り、それらのピ
   ン電極は分離された前置抵抗を介して電源（15）に接続
   されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項乃
   至第５項のいずれかに記載のレーザー装置。
7. 【請求項７】ラジアルブロアー（１）の駆動装置はレー
   ザーガスによって供給されるガス軸受（３）を有してい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項乃至第６項
   のいずれかに記載のレーザー装置。
8. 【請求項８】２つのラジアルブロアー（１）が１つのモ
   ータシャフトに連結されて少なくとも２つのレーザー装
   置を互いに結合させ、モータシャフトと同様にラジアル
   ブロアー（１）に中央開口が配設され、その開口を通し
   て２本の放電パイプ（７）が連結されることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載
   のレーザー装置。
9. 【請求項９】レーザー共振器はガス案内ハウジングの外
   側に軸方向に配置されたレーザーミラー（16、17）を介
   して形成されることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項乃至第８項のいずれかに記載のレーザー装置。