(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを励起する放電部と、
前記レーザガスを送風する送風部と、
前記放電部と前記送風部との間の前記レーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備え、
前記送風部は、翼車部と、駆動部と、前記翼車部と前記駆動部との間に設けられた中間室とを有し、
前記翼車部には、前記駆動部によって回転軸を介して回転される回転翼が配置され、
前記中間室は、主空間とガスダンパ空間とがガス遮蔽部材によって部分的に仕切られており、
前記翼車部の内部の空間と、前記中間室の前記主空間と、前記駆動部の内部の空間とはつながっており、
前記回転軸に垂直な平面において、前記ガスダンパ空間は前記主空間を囲むように配置されているガスレーザ発振装置。
【請求項２】
レーザガスを励起する放電部と、
前記レーザガスを送風する送風部と、
前記放電部と前記送風部との間の前記レーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備え、
前記送風部は、翼車部と、駆動部と、前記翼車部と前記駆動部との間に設けられた中間室とを有し、
前記翼車部には、前記駆動部によって回転軸を介して回転される回転翼が配置され、
前記中間室は、主空間とガスダンパ空間とがガス遮蔽部材によって部分的に仕切られており、
前記翼車部の内部の空間と、前記中間室の前記主空間と、前記駆動部の内部の空間とはつながっており、
前記駆動部の内部の空間の圧力を前記翼車部の内部の空間の圧力よりも低くする真空ポンプを前記駆動部に接続したガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記回転軸に垂直な平面において、前記ガスダンパ空間は前記主空間を囲むように配置されている請求項２に記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記主空間と前記ガスダンパ空間との境界は、前記ガス遮蔽部材によって７０％〜９５％が分離されている請求項１〜３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
前記ガスダンパ空間の体積は、前記主空間の体積と前記ガスダンパ空間の体積との合計の５％〜４０％である請求項１〜４のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主として板金切断用途に用いられる、ｋＷクラスの軸流型ガスレーザ発振装置に関し、特にレーザガスの循環経路に設けられた送風部に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された従来のレーザ発振装置について、図７および図８を用いて説明する。
【０００３】
図７は、従来のレーザ発振装置を示す概略図である。図７に示すように、従来のレーザ発振装置は、放電管１０１と、出力結合鏡１０２と、全反射鏡１０３と、電極１０４、１０５と、高周波電源１０６と、冷却器１０７と、ガスボンベ１０８と、バルブ１０９と、真空ポンプ１１０と、ターボブロワ（Ｔｕｒｂｏ  Ｂｌｏｗｅｒ）１２０とを有する。従来のレーザ発振装置によるレーザ光の発振は、以下のように行われる。
【０００４】
バルブ１０９を介してガスボンベ１０８内のレーザガスをレーザ発振装置に導入する。そして、冷却器１０７でレーザガスを冷却しながら、放電管１０１を経由するように、ターボブロワ１２０でレーザガスを循環させる。そして、電極１０４および電極１０５に高周波電源１０６によって電圧を印加して放電管１０１内でレーザガスを励起させ、レーザ光を発振させる。発振されたレーザ光は、出力結合鏡１０２と全反射鏡１０３との間を往復してエネルギーが増加し、出力結合鏡１０２を透過して外部に出力される。
【０００５】
図８は、従来のターボブロワ１２０を示す断面図である。図８に示すように、従来のターボブロワ１２０は、ターボ翼１２１と、ロータ１２２と、ステータ１２３と、軸受１２４，１２５と、開口１２６と、中間室１２７と、ラビリンスシール（Ｌａｂｙｒｉｎｔｈ  Ｓｅａｌ）１２８，１２９と、排気管１３０と、バルブ１３１とを有する。従来のターボブロワ１２０は、以下のように駆動する。
【０００６】
軸受１２４，１２５に支えられ、ロータ１２２が取り付けられたシャフトが、ステータ１２３によって回転され、シャフト先端に取り付けられたターボ翼１２１が回転する。これにより、ターボ翼１２１の上方のレーザガスが吸入され、ターボ翼１２１の側方にレーザガスが排出されることで、レーザガスが循環される。同時に、バルブ１３１を介して排気管１３０から中間室１２７のガスを排出することによって、軸受１２４，１２５のオイルがレーザガスに混入することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２０５５８５号公報
【発明の概要】
【０００８】
従来のレーザ発振装置は、中間室１２７とレーザガスの循環経路とは開口１２６によってつながっているため、中間室１２７内の気流に含まれている微小な脈動（圧力変動）が、レーザガスに伝わる。これにより、放電管１０１に供給されるレーザガスも脈動（圧力変動）し、発振されるレーザ光に微小な振動が含まれてしまう。
【０００９】
上記課題を解決するために、本開示のガスレーザ発振装置は、放電部と、送風部と、レーザガス経路とを有する。放電部はレーザガス媒体を励起し、送風部はレーザガスを送風する。レーザガス経路は、放電部と送風部との間のレーザガスの循環経路を形成する。送風部は、翼車部と、駆動部と、翼車部と駆動部との間に設けられた中間室とを有する。翼車部には、駆動部によって回転軸を介して回転される回転翼が配置される。中間室は、主空間とガスダンパ空間とがガス遮蔽部材によって部分的に仕切られている。さらに、回転軸に垂直な平面において、ガスダンパ空間は主空間を囲むように配置されている。
【００１０】
また、本開示の他のガスレーザ発振装置は、放電部と、送風部と、レーザガス経路とを有する。放電部はレーザガス媒体を励起し、送風部はレーザガスを送風する。レーザガス経路は、放電部と送風部との間のレーザガスの循環経路を形成する。送風部は、翼車部と、駆動部と、翼車部と駆動部との間に設けられた中間室とを有する。翼車部には、駆動部によって回転軸を介して回転される回転翼が配置される。中間室は、主空間とガスダンパ空間とがガス遮蔽部材によって部分的に仕切られている。さらに、翼車部の内部の空間と、中間室の前記主空間と、駆動部の内部の空間とはつながっている。さらに、駆動部の内部の空間の圧力は、翼車部の内部の空間の圧力よりも低い。
【００１１】
本開示のガスレーザ発振装置により、振動が少ない高品質なレーザビームを出力することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態の送風部の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、実施の形態の中間室を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態の静翼を示す斜視図である。
【図５】図５は、ガスダンパ空間の有無によるレーザガスの圧力変動（ａ）とレーザビームの振動率（ｂ）を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態のレーザ加工装置を示す概略図である。
【図７】図７は、従来のレーザ発振装置を示す概略図である。
【図８】図８は、従来のターボブロワを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態の軸流型ガスレーザ発振装置１の概略構成を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、軸流型ガスレーザ発振装置１は、放電管２と、電極３、４と、電源５と、全反射鏡６と、部分反射鏡７と、レーザガス流路８（レーザガス経路）と、熱交換器９、１０と、送風部１１と、レーザガス導入部１２とを有する。
【００１６】
放電部である放電管２は、ガラスなどの誘電体により形成されている。電極３と電極４とは放電管２周辺に設けられ、電極３、４に接続された電源５によって高電圧が印加される。これにより、電極３と電極４との間に挟まれた放電管２内に、放電空間１３が形成され、レーザガスが励起されてレーザ光が発振される。すなわち、放電管２と電極３，４とが放電部を構成している。全反射鏡６と部分反射鏡７とは放電空間１３の両端に固定配置され、光共振器を形成している。発振されたレーザ光は全反射鏡６と部分反射鏡７との間で共振されることによってエネルギーが増加し、レーザビーム１４として、部分反射鏡７を透過して出力される。
【００１７】
レーザガス流１５は、軸流型ガスレーザ発振装置１の中のレーザガス流路８の循環方向を示す。熱交換器９および熱交換器１０は、放電空間１３における放電と送風部の運転とにより温度上昇したレーザガスの温度を下げる。送風部１１は、レーザガスを放電管２およびレーザガス流路８内で循環させる。
【００１８】
このようにレーザガス流路８は、放電管２と送風部１１との間のレーザガスの循環流路を形成する。送風部１１によるレーザガスの循環により放電空間１３において約１００ｍ／秒程度のガス流が得られる。レーザガス流路８と放電管２とは、レーザガス導入部１２において接続されている。
【００１９】
送風部１１により送り出されたレーザガスは、レーザガス流路８を通り、レーザガス導入部１２から放電管２内へ導入される。そしてレーザガスは、電源５に接続された電極３、４によって電圧が印加されて、放電空間１３において放電を発生させる。
【００２０】
放電空間１３内のレーザ媒体であるレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起される。励起されたレーザガスから発生したレーザ光は全反射鏡６、および部分反射鏡７により形成された光共振器において共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム１４が出力される。レーザビーム１４は、溶接や切断などのレーザ加工に用いられる。
【００２１】
次に、図２を用いて、送風部１１について、具体的に説明する。図２は、本実施の形態の送風部１１の構成を示す断面図である。送風部１１は遠心式の送風部であり、翼車部２０と駆動部３０と中間室４０とを有する。
【００２２】
翼車部２０では、回転軸２１に設けられた回転翼２２が回転してレーザガス流１５の方向にレーザガスを循環させる。具体的には、回転翼２２の上方のレーザガス流路８からレーザガスを吸引し、回転翼２２の右側のレーザガス流路８へレーザガスを排出する。回転翼２２の周囲には、スクロール２３が配置され、回転翼２２が４００００ＲＰＭ（Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ  Ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅ）以上の高速回転をすることで、レーザガス流路８に約４００ｍ／分以上のレーザガス流１５が発生する。
【００２３】
駆動部３０には、真空ポンプ３１が接続され、真空ポンプ３１によって駆動部３０からレーザガスが排出される。なお、図１では図示していないが、レーザガス流路８には、新しいレーザガスが導入されており、真空ポンプ３１によって排出された分のレーザガスを補うとともに、レーザガスの交換を行っている。また、真空ポンプ３１によって、レーザガスが翼車部２０から中間室４０を経由して駆動部３０に流れるようになっている。これにより、駆動部３０のオイルがレーザガス流路８に混入することが防止されている。また、駆動部３０では、回転軸２１に、永久磁石であるモータロータ３２が取り付けられており、モータロータ３２の周囲には、間隔をあけて、電磁石であるモータステータ３３が配置されている。モータステータ３３に電流を流すことによってモータステータ３３の内側に磁界を発生させ、モータロータ３２を回転させる。これにより、モータロータ３２に固定された回転軸２１が回転し、回転軸２１に固定された回転翼２２が翼車部２０内で回転する。また、回転軸２１は、モータロータ３２の上下に配置された軸受３４によって保持されており、軸受３４およびモータステータ３３はケーシング３５に固定されている。
【００２４】
翼車部２０と駆動部３０との間には中間室４０が設けられており、中間室４０と翼車部２０とは、回転翼２２よりも少し大きく開口された静翼４１で仕切られている。また、回転翼２２は、静翼４１よりも上に位置していても構わないし、回転翼２２の下部が静翼４１の開口部分に位置していても構わないし、回転翼２２の下部が静翼４１の開口部分を介して中間室４０の内部に位置していても構わない。また、静翼４１は、中間室４０の内部の空間を、中央の主空間４２と周辺のガスダンパ空間４３とに仕切る遮断壁４１ａ（ガス遮蔽部材）を有している。なお、遮断壁４１ａは、主空間４２とガスダンパ空間４３とを完全に分離するわけではなく、主空間４２とガスダンパ空間４３とは遮断壁４１ａの下の開口４４によってつながっている。また、ガスダンパ空間４３は、主空間４２の全周を囲むように配置されているが、これに限らず、局所的に配置されていても構わない。このような構造にすることによって、主空間４２に発生するレーザガス流４５と、開口４４を介してガスダンパ空間４３に流れ込むレーザガス流４６と、ガスダンパ空間４３から駆動部３０へ流れ出すレーザガス流４７とが発生する。
【００２５】
中間室４０について、図３および図４を用いてさらに具体的に説明する。図３は、本実施の形態の中間室４０を示す断面図である。図４は、本実施の形態の静翼４１を示す斜視図である。図３に示すように、中間室４０は、直径Ｒ１と高さＨ１の空間（主空間４２とガスダンパ空間４３とを合わせた空間全体）を有している。そして、図３および図４に示すように、中間室４０は直径Ｒ２の開口と、高さＨ２の遮断壁４１ａとを有する静翼４１を有している。本実施の形態において、直径Ｒ１に対する直径Ｒ２の比率は、例えば、６０％〜９０％が好ましく、７０％〜８０％がさらに好ましい。また、高さＨ１に対する高さＨ２の比率は、例えば、７０％〜９５％が好ましく、８５％〜９４％がさらに好ましい。言い換えると、主空間４２とガスダンパ空間４３との境界は、７０％〜９５％が分離されていることが好ましく、８５％〜９４％が分離されていることがさらに好ましい。すなわち、主空間４２とガスダンパ空間４３との境界は、３０％〜５％が開口されている（空間同士がつながっている）ことが好ましく、１５％〜６％が開口されていることがさらに好ましい。また、ガスダンパ空間４３の体積は、例えば、主空間４２とガスダンパ空間４３とを合わせた空間全体の体積の５％〜４０％が好ましく、８％〜２０％がさらに好ましい。また、直径Ｒ２は約１５ｃｍ〜２５ｃｍであり、高さＨ２は１５ｍｍ〜２５ｍｍである。そして、開口４４で主空間４２とつながったガスダンパ空間４３を中間室４０に設けることで、ガスダンパ空間４３が中間室４０で発生するレーザガスの気流による脈動（圧力変動）を緩和し、レーザガス流路８を流れるレーザガスの脈動が低減される。これにより、放電管２から出力されるレーザビーム１４の振動が緩和される。
【００２６】
次に、図５を用いて、本実施形態の効果を説明する。図５は、ガスダンパ空間４３の有無によるレーザガスの圧力変動（ａ）とレーザビームの振動率（ｂ）を示す図である。図５の（ａ）に示すように、ガスダンパ空間がある場合のレーザガスの圧力変動（約０．０３ｋＰａ）は、ガスダンパ空間がない場合のレーザガスの圧力変動（約０．１０ｋＰａ）の約３分の１以下であることがわかる。また、図５の（ｂ）に示すように、ガスダンパ空間がある場合のレーザビームの振動率（約１．０％）は、ガスダンパ空間がない場合のレーザビームの振動率（約５．０％）の約５分の１であることがわかる。このように、中間室４０にガスダンパ空間４３を設けることで、レーザガスの圧力変動が大幅に低減でき、出力するレーザビーム１４の振動を大幅に緩和することができる。
【００２７】
次に、図６を用いて、本実施の形態のレーザ加工装置５０について説明する。図６は、本実施の形態のレーザ加工装置を示す概略図である。
【００２８】
図６に示すように、レーザ加工装置５０は、軸流型ガスレーザ発振装置１と、反射鏡５１と、レーザヘッド５２と、加工台５７とを有する。軸流型ガスレーザ発振装置１から出力されたレーザビーム１４は、反射鏡５１（光学部材）によって、レーザヘッド５２に導かれる。図６では、反射鏡５１は１枚であるが、複数の反射鏡によって、反射されたレーザビーム１４の方向を２次元に移動させることができる。レーザヘッド５２に導かれたレーザビーム１４は、レーザヘッド５２内のレンズ５３によって集光される。集光されたレーザビーム１４は、加工台５７に搭載された加工部材５６で焦点を結び、加工部材５６を加工（切断、または、溶接）する。また、レーザヘッド５２は、Ｘ軸駆動部５４およびＹ軸駆動部５５によって、加工台５７の上方において、ＸＹ平面内で２次元に移動できるものである。
【００２９】
本実施の形態のレーザ加工装置５０は、軸流型ガスレーザ発振装置１から出力された、振動率が小さいレーザビーム１４によって、加工部材５６をより正確に、より早く、より綺麗な仕上がりで加工することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本開示によるガスレーザ発振装置は、振動の少ない高品質なレーザビームを出力することが出来、ガスレーザ発振装置として有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１    軸流型ガスレーザ発振装置
２    放電管
３，４    電極
５    電源
６    全反射鏡
７    部分反射鏡
８    レーザガス流路
９，１０    熱交換器
１１    送風部
１２    レーザガス導入部
１３    放電空間
１４    レーザビーム
１５    レーザガス流
２０    翼車部
２１    回転軸
２２    回転翼
２３    スクロール
３０    駆動部
３１    真空ポンプ
３２    モータロータ
３３    モータステータ
３４    軸受
３５    ケーシング
４０    中間室
４１    静翼
４１ａ    遮断壁
４２    主空間
４３    ガスダンパ空間
４４    開口
４５，４６，４７    レーザガス流
５０    レーザ加工装置
５１    反射鏡
５２    レーザヘッド
５３    レンズ
５４    Ｘ軸駆動部
５５    Ｙ軸駆動部
５６    加工部材
５７    加工台
Ｒ１，Ｒ２    直径
１０１    放電管
１０２    出力結合鏡
１０３    全反射鏡
１０４    電極
１０５    電極
１０６    高周波電源
１０７    冷却器
１０８    ガスボンベ
１０９    バルブ
１１０    真空ポンプ
１２０    ターボブロワ
１２１    ターボ翼
１２２    ロータ
１２３    ステータ
１２４，１２５    軸受
１２６    開口
１２７    中間室
１２８，１２９    ラビリンスシール
１３０    排気管
１３１    バルブ
【図１】
0006454877.tif 000002
【図２】
0006454877.tif 000003
【図３】
0006454877.tif 000004
【図４】
0006454877.tif 000005
【図５】
0006454877.tif 000006
【図６】
0006454877.tif 000007
【図７】
0006454877.tif 000008
【図８】
0006454877.tif 000009