JPS6120382A - ガス流形レ−ザ装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高出力で小形のガス流形レーザ装置に関する
。

〔発明の背景〕

ガスレーザ、特に、ＣＯ，レーザの高出力化を図るため
、放電部を高速（数１０”／ｓ）で通過するレーザガス
を循環させて、レーザガスの温度上昇を抑制する方法が
とられている。また、高出力でしかも安定した出力を得
るには、放電部で、乱流状態で、均一な流速分布が得ら
れるようにすることが必要である。

従来の高出力Ｃ０２レーザ装置では、第４図に示すよう
に、上・下に配置された放電部６と送風機１６を吐出側
流路１３及び吸込側流路１４によって結合した閉ループ
を構成しておシ、送風機１６には、軸流形または斜流形
送風機を用いている。

放電部６の流路断面は、通常、矩形断面であるため、吐
出側および吸込側流路の断面も矩形をなしている。しか
し、送風機１６の吐出口１８、吸込口は、第５図に示す
ように、円環状をなしており、送風機１６と吐出側流路
１３とが不連続な断面によって接続されている。このた
め、送風機の出・入口、特に、急拡大となる吐出側で圧
力損失が大きくなる。また、このようなレーザ装置を小
形にすると、吐出側流路１３および吸入側流路１４の曲
がりや拡大、縮小は急激となり、圧力損失が増し、更に
大形の送風機を必要とする。このように、第１図に示す
ような、軸流形または斜流形送風機を用いたレーザ装置
では、高出力でしかも小形化を達成するのは限界に達し
ている。

ＣＯ２レーザ装置は切断や溶接等に利用されるが、その
場合、加工装置は、第６図に示すように、ガス流形レー
ザ装置本体２１、電源２２、光学補機２３、ＸＹテーブ
ル２４、ＮＣ制岬盤２５、空冷チラー２６等から構成さ
れる。そして、装置全体の据付面積を少なくするため、
図のようにレーザ装置本体を電源の上部に設置した構成
がとられる。これは、据付面積が同一なら、レーザビー
ム軸方向に長い方が、放電部の励起域が広くとれ、高出
力のレーザが得られるためである。第４図に示したよう
な送風機１６に軸流形または斜流形送風機を用いた装置
を、第６図のような構成にして出力を増す場合、レーザ
ビーム軸５の方向に配置する送風機の数を殖やして、循
環ガスの流量を増加せねばならない。しかし、前述のよ
うに、送風機の吐出口形状と循環流路断面形状が異なり
、急拡大となり、第７図に示すように、隣り合う送風機
関１６に形成される空間により、送風機吐出口で、逆流
やよどみ域が生じ、圧力損失は大にな夛また、吐出側流
路断面における流れの分布が不均一になシ、放電部のレ
ーザの励起に対して好ましくない状態となる。

送風機に軸流形または斜流形送風機を用いると送風機の
駆動モータ１７は、循環ガス中に置かれるため、発熱に
よシ、レーザガスの温度が上昇するという欠点があった
。今、仮に、駆動モータ１７を気密容器１外に出したと
しても：軸流形、斜流形送風機では、レーザビーム軸と
直交する方向に駆動軸が配置されるため、レーザビーム
軸に直交する面の寸法が駆動モータの分だけ増し、装置
の小形化を図るうえで好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、レーザガス循環用送風機に、構造の簡
単な貫流送風機を適用して、高出力で小形のガス流形レ
ーザ装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、貫流送風機の流れが羽根車の回転軸に対して
垂直な面内を流れる二次元流であり、軸方向に均一な流
速分布が得られ、また、吐出口が矩形断面のため、吐出
側流路が矩形断面のときは、吐出口での圧力損失がきわ
めて少ないこと、さらに、軸方向に羽根車の幅を増すと
軸方向の流速分布を不均一にすることなく羽根車の幅に
比例して流量が殖せることと、駆動モータは流体中にさ
らされないこと等の利点に着目し、レーザビーム軸方向
に羽根車の回転軸を設置し、更に、貫流送風機の浸種を
平板で、後壁を円筒面状の曲板で形成する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によシ説明する。気密
容器１内に配置され陰極２、陽極３および安定抵抗４よ
りなる放電部６の下方に置かれた貫流送風機７は、羽根
車８と、縮少流路１１の入口端よシ下刃に直線状に延び
た浸種９と、気密容器１と羽根車８との間に置かれた後
壁１０と、回転軸１２の方向に垂直な気密容器の二側面
とから成り、図中の矢印方向に羽根車８が回転すると、
図面左側の吸込側よりレーザガスを吸込み、羽根車内を
貫流して、吐出側・＼流出する。吐出されたレーザガス
は、浸種９と気密容器内壁とから成る吐出側流路１３を
経て、縮少流路１１で増速され放電部６を通過する。放
電部を通過したレーザガスは、吸込側拡大流路１４で減
速され、熱交換器１５によって冷却され、羽根車吸込側
へ戻る。

浸種９は、先端が羽根車の回転軸１２を中心に水平位置
より反時計回り［４０°ＶＣ位置し、羽根車との間隙が
３〜１８ｍになるように配置する。

後壁１０は、羽根車内周上、水平位置より反時計回りに
６０°の位置に中心を持ち、羽根車の直径を半径とする
円弧より成る。羽根車は、羽根車の半径をＲとすると気
密容器の吐出側内壁より、Ｒ（ｓｉｎ３０°＋２）の距
離に位置し、後壁１０の円弧の吐出側巻き始め位置け、
円弧が気密容器の内壁と接する点で、円弧角は１２０°
となるように配置する。羽根車は、反時計方向に回転し
、羽根車の羽根は第３図に示すように、外周羽根角度β
。

が２５〜３０°となる前向き羽根である。

羽根車の吸込側には、吸込側流路のコーナ部３１と羽根
車との間に熱交換器１５が設けてあシ、浸種９に対して
約１５〜２０°傾けて取付けられる。

第２図は、第１図の■−■矢視断面である。

羽根車の駆動は、気密容器外に設置されたモータ３２に
よシ行なう。モータと羽根車とは、カップリング３３を
介して接続されており、羽根車の軸が気密容器を貫通す
る部分には、オイルシール３４が配置されている。また
、羽根車には、軸方向に一１二箇所補強用のリング３５
がはめこまれる。

羽根車の軸は、駆動側、被駆動側に別れ、それぞれ両端
の円形側板に取シ付けられている。

本実施例によれば、貫流送風機７ｉ１ｔ、羽根車８と平
板で形成される浸種９と、曲板で形成される後壁１０と
から構成されるため、構造が簡単化され、しかも、放電
部下方の送風機の主要部分は羽根車のみであるため、従
来装置に比し、高さおよび幅を縮めることができ、小形
化が図れる。

さらに、浸種９は貫流送風機のケーシングを形成し、吐
出側流路１３の流路壁をも形成しているため、送風機の
出口断面と吐出側流路断面の形状が連続しているため、
吐出側での圧力損失がきわめて少ない。

出力をさらに高める場合には、羽根車の軸１２の方向に
羽根車８の幅を延長すれば流量は容易に増し、しかも、
貫流送風機は回転軸に垂直な面で二次元流れであるため
、レーザビーム軸５の方向に均一な速度分布を持つ流れ
が得られ、出力の増加および出力の安定性に大きく寄与
する。

また、送風機の吸込側は従来装置に比し、広い空間が得
られるので、熱交換器１５の面積を広く取れ、レーザガ
スを効率良く冷却できる。

駆駆動モータ３２は、レーザビーム軸５の方向に設置す
るため、レーザビーム軸に垂直方向の面積を広げること
なく駆動モータ３２を気密容器外に設置できるため、駆
動モータの発熱によるレーザガスの温度上昇を除去でき
、しかも、装置の小形化が図れる。また、駆動軸が気密
容器を貫通する部分にオイルシール３４を用いることに
より、気密容器のレーザガスの封止機構を簡単化できる
。

流量を増すために、貫流送風機の軸方向の幅を増すと、
送風機の構造上、高速回転に耐え難いものとなるが、軸
方同数箇所に補強用リング３５をはめこむことによシ、
羽根車の幅の増加に伴う強度低下を防ぐことができ、高
速回転にも耐えうる。

第８図は、放電部用入口の曲シ部に、円弧状のガイド４
１を設置したもので、曲シ部での流体損失を低減するこ
とによシさらに流量を増し、レーザの出力が増加する。

また、熱交換器１５を吐出側にも設置し、送風機を通過
したガスの送風機より与えられるエネルギ分の温度上昇
を除却し、ガス温度の低いレーザガスを放電部に送風し
、レーザ出力を高める。

第９図は、吐出側流路１３が直線状となるように、放電
部６と送風機７を配置し、高さ方向の寸法は増すが横方
向の寸法は第１図に示す装置よりもさらに短かくするこ
とができ、小形化を図ることができる。この配置では、
吐出側流路１３に曲り部を含まないため、曲りによる圧
力損失及び曲りによる流速分布の不拘−及び、曲り部内
側コーナにおける流れの剥離による圧力損失と流速の乱
れをなくすことができ、流量の増加と放電に好ましい流
れを実現でき、レーザ出力が増し、安定性が向上する。

また、第１０図では、貫流送風機７を二台用いることに
より、羽根車の軸方向の寸法を増す。二台の羽根車によ
り羽根車の幅をかせぐことに゛より、羽根車のたわみ等
に起因する高速回転での振動及び強度低下を防ぎ大流量
を達成できる。さらに、第１０図中、′破線で示すよう
に、羽根車を貫通する軸を用いることにより、羽根車の
回転強度を増すこともできる。

なお、図中１９は斜流形送風機の静翼、２０は同動翼で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザガス循環に貫流送風機を適用し
、そのケーシングを簡単化したので、レーザ装置の小形
化および構造の簡単化が図れ、レーザの高出力化に有利
な構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略図、第２図は第１図
の■−■矢視断面図、第３図は羽根形状力概略図、第４
図は従来のレーザ装置の概略図、第５図は第４図のｖ−
ｖ線断面図、第６図はレーザ加工装置の概略図で（ａ）
は立面図、（ｂ）は正面図、第７図は高出力レーザ装置
の送風機部分の概略図で（ａ）は立面図、（ｂ）は側面
図、第８図ないし第１Ｏ図は本発明の他の実施例の概略
図である。 １・・・気密容器、５・・・レーザビーム軸、６・・・
放電部、７・・・貫流送風機、１１・・・縮小流路、１
３・・・吐出伸率１図 ■← 翳３図 もｔ４−図 −ｖ 弔口図 （α）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザガスが封入された気密容器、この気密容器内
   に、グロー放電を発生し、前記レーザガスを励起する陽
   極および陰極を有する放電部、この放電部に前記レーザ
   ガスを循環する送風機、この送風機から前記放電部への
   吐出側流路および縮少流路と、前記放電部から前記送風
   機へ戻る吸込側拡大流路、この吸込側拡大流路につづい
   て設けられ、通過する前記レーザガスを冷却する熱交換
   器より成るガスレーザ装置において、 前記レーザガスを循環する前記送風機として貫流送風機
   を用いたことを特徴とするガス流形レーザ装置。 ２、円形側板と、この円形側板に平行な断面で円弧形状
   をなし、前記円形側板の周方向に配置された複数枚の羽
   根とによって全体が円筒形に形成された羽根車と、この
   羽根車の前記円形側板に平行な断面、すなわち、前記羽
   根車の回転軸に直交する断面で吐出側と吸込側を分離し
   、吐出側流路の一方の壁を形成する渦壁と、前記吐出側
   流路の他方の壁を形成する後壁とから成るケーシングか
   ら構成される貫流送風機の前記羽根車の前記回転軸に直
   交する断面で直線形状をなす平板よりなる渦壁と、前記
   羽根車の前記回転軸に直交する断面で円弧形状をなす曲
   板よりなる後壁とによってケーシングを構成することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス流形レーザ
   装置。 ３、レーザビームの軸方向に直交する前記気密容器の断
   面で、前記放電部と前記送風機を上・下に配置し、前記
   放電部の上流側の縮少流路入口端より、羽根車の方向へ
   直線的に渦壁が位置するように貫流送風機を配置したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のガス流形レーザ装置。 ４、レーザビームの軸方向に直交する前記気密容器の断
   面で、前記吐出側流路および前記縮少流路が直線状にな
   るよう、前記貫流送風機および前記放電部流路を配置し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のガス流形レーザ装置。 ５、前記送風機の駆動軸を、前記レーザビーム軸と同方
   向にとり、駆動モータを前記レーザビーム軸方向の前記
   気密容器外に設置し、オイルシールによって容器内を気
   密に封止することを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項、第３項または第４項に記載のガス流形レーザ装
   置。