(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極間の放電によりレーザ媒質を励起し、これにより発生した光を共振器ミラーにより共振、増幅し、外部にレーザビームを放出するレーザ発振装置において、
前記レーザ媒質を封入する筐体と、
前記筐体内に設置された、前記レーザ媒質を循環させるブロワと、
前記筐体内に設置された、前記レーザ媒質を熱交換により冷却する熱交換器とを備え、
前記熱交換器を分割して複数配置する際に、各列を分離してかつ前記レーザ媒質の流路中心方向に対して同方向に傾けて配置するとともに、各列間を流れ安定化板により連結することを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
前記熱交換器を前記ブロワの近傍に設置することを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記筐体内の前記レーザ媒質の流路をコーナ部分を持つ構成とし、前記コーナ部分に前記熱交換器を設置することを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記複数配置される各々の熱交換器を、一列のみからなる熱交換器または一列のみからなる熱交換器を二つ以上組み合わせて構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ媒質の冷却を効果的に行うことができる、レーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、例えば特開昭６０−２５４６８４号公報に開示された、従来の３軸直交型のレーザ発振装置を示す斜視図である。また、図９はこのレーザ発振装置の断面図、図１０はこのレーザ発振装置の電極部分の断面図である。
図８および図９において、１ａ、１ｂは一対の相対する放電電極、２は例えばガスレーザの場合はレーザガスよりなるレーザ媒質、３はレーザ媒質２を封入する筺体、４はレーザ媒質２を循環させるブロワ、５はレーザ媒質２を熱交換により冷却する熱交換器である。６は部分反射鏡、７、８、９は全反射鏡で、それぞれ筺体３の長手方向に配置され、共振器ミラーを構成している。全反射鏡８はわずかに下向きに傾斜し、全反射鏡７はわずかに上向きに傾斜しており、共振光路はＺ字状に形成されている。１０は部分反射鏡６および全反射鏡８を含む第１のレーザビーム反射手段、１１は全反射鏡７および全反射鏡９を含む第２のレーザビーム反射手段である。なお、１２はレーザビーム、１３はレーザ媒質２の流路中心方向である。また、図１０において、１４ａ、１４ｂは金属電極、１５は高周波交流電源、１６は放電である。
【０００３】
次に、前記のように構成されたレーザ発振装置の動作について説明する。図１０において、高周波交流電源１５により金属電極１４ａ、１４ｂの間に電圧を印加すると、放電電極１ａ、１ｂの間に放電１６が発生する。この放電１６により、レーザ媒質２が励起され、これにより発生した光は共振器ミラーにより共振される。図８の全反射鏡９で反射されたレーザビーム１２は全反射鏡８に到達する。全反射鏡８はわずかに下方に傾斜しているので、レーザビーム１２は、前記の全反射鏡９から全反射鏡８へのレーザビーム１２の光軸よりわずかに下方に傾いて全反射鏡７に達する。全反射鏡７はわずかに上方に傾斜しているので、レーザビーム１２は最初の光軸と平行になって部分反射鏡６に到達する。部分反射鏡６に達したレーザビーム１２の一部はそのままレーザビーム１２となって外部に出力され、残りのレーザビーム１２は前記の経路と逆の経路を通って全反射鏡９まで戻る。このようなプロセスが繰り返され、レーザビーム１２は放電電極１ａ、１ｂ間の放電部（図１０のＡ）の空間を往復する間に増幅されて、部分反射鏡６から外部に出力される。
一方、図９において、励起後のレーザ媒質２は放電電極１ａ、１ｂの間から熱交換器５、ブロワ４を通り、レーザ媒質２の矢印方向に循環する。通常、この熱交換器５は、図８、図９のように、レーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾かずに設置されており、高温となったレーザ媒質２は、熱交換器５の複数列、複数段の冷却フィン付き冷却管との熱交換により冷却される構成となっている。
【０００４】
図１１は、特開昭６２−２１９９８６号公報に開示された、従来のレーザ発振装置を示す断面図であり、図９と同一部分には同一符号を付している。図において、１７は冷却管、１８は冷却フィン、１９はレーザ媒質２の流れを円滑化するための流れ制御板、２０は整流板である。
熱交換器５は冷却管１７に冷却フィン１８を付けて構成されると共に、ブロワ４の上流側および下流側に配置されており、ブロワ４の上流側の熱交換器５及びブロワ４の下流側の熱交換器５により、放電電極１ａ、１ｂ間の放電により高温となったレーザ媒質２の温度を低減させる。
また、ブロワ４、熱交換器５、放電電極１ａ、１ｂとの間に適宜配置された流れ制御板１９により、レーザ媒質２の流れを円滑化する。さらに、整流板２０は内部に冷却用通路を持ち、熱交換器５から出たレーザ媒質２の内側と外側との速度の均一化を図ると共に、レーザ媒質２を冷却する構成を持っている。
【０００５】
図１２は、特開昭５８−１００４７６号公報に開示された、従来のレーザ発振装置を示す断面図であり、図９と同一部分には同一符号を付している。図において、２３は隔壁、２４はレーザ媒質２の衝突部である。
レーザ媒質２は、隔壁２３の間を通り、衝突部２４に衝突後、２対の放電電極１ａ、１ｂ間の放電部方向に左右対称に分流され、熱交換器５を通りブロワ４に送り込まれる。このように、放電部を通過して温度が上昇したレーザ媒質２の流れを２分割し、それぞれの流れに対して熱交換器を配置し、レーザ媒質の温度を低減する構成を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ発振装置には、生産性向上等の理由から大出力化の要求が強く、この要求に応えるためには放電電力を上げる必要がある。しかし、放電電力を上げるとレーザ媒質がさらに高温となり、この高温のレーザ媒質を冷却するためには大形の熱交換量の大きな熱交換器が必要となる。したがって、熱交換器が高価になると共に、熱交換器の大形化により熱交換器を収納する筐体も大形化し、大幅なコスト上昇が避けられないという問題があった。
しかし、前記のような従来技術では、レーザ媒質を熱交換により冷却する熱交換器自体の改善に係る具体的な構成、配置等についての開示がなく、したがって、前記の問題解決を図ることができる熱交換器を備えたレーザ発振装置を得ることができなかった。
【０００７】
この発明は前記の課題を解決するためになされたもので、レーザ媒質を効果的に冷却できる熱交換器を備えたレーザ発振装置を得ることを目的とする。
【０００８】
また、筐体内の放電電極、ブロワ、共振器ミラー等のレイアウトおよび熱交換器に要求される必要な熱交換量に応じて、熱交換器の最適配置が可能になる熱交換器を備えたレーザ発振装置を得ることを目的とする。
【０００９】
さらに、メンテナンス性の改善を図ることができる熱交換器を備えたレーザ発振装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、省スペース化を図ることができる熱交換器を備えたレーザ発振装置を得ることを目的とする。
【００１１】
さらにまた、トータルコストを低減することができる熱交換器を備えたレーザ発振装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るレーザ発振装置は、レーザ媒質を封入する筐体と、前記筐体内に設置された前記レーザ媒質を循環させるブロワと、前記筐体内に設置された前記レーザ媒質を熱交換により冷却する熱交換器とを備え、前記熱交換器を分割して複数配置する際に、各列を分離してかつ前記レーザ媒質の流路中心方向に対して傾け配置するとともに、各列間を流れ安定化板により連結するものである。
【００１４】
第２の発明に係るレーザ発振装置は、第１の発明に係るレーザ発振装置に係るレーザ発振装置において、前記熱交換器を前記ブロワの近傍に設置するものである。
【００１５】
第３の発明に係るレーザ発振装置は、第１の発明に係るレーザ発振装置〜第２の発明に係るレーザ発振装置のいずれかにおいて、前記筐体内の前記レーザ媒質の流路をコーナ部分を持つ構成とし、前記コーナ部分に前記熱交換器を設置するものである。
【００１６】
第４の発明に係るレーザ発振装置は、第１の発明に係るレーザ発振装置〜第３の発明に係るレーザ発振装置のいずれかにおいて、前記複数配置される各々の熱交換器を、一列のみからなる熱交換器または一列のみからなる熱交換器を二つ以上組み合わせて構成するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図1はこの発明の実施の形態１のレーザ発振装置を示す断面図であり、図において、１ａ、１ｂは一対の相対する放電電極、２は例えばガスレーザの場合はレーザガスよりなるレーザ媒質、３はレーザ媒質２を封入する筺体、４はレーザ媒質２を循環させるブロワ、１２はレーザビーム、１３はレーザ媒質２の流路中心方向、１００はレーザ媒質２を熱交換により冷却する熱交換器である。このレーザ発振装置の動作は図８〜１０に示した従来の技術と同様である。
図１において、熱交換器１００はレーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾けて配置されている。また、熱交換器１００はブロワ４と共に筐体３の下部に並べて配置されている。このように、レーザ媒質２を循環させるブロワ４とレーザ媒質２を冷却する熱交換器１００とを近傍に配置することにより、メンテナンス作業時等の作業性が良く、レーザ媒質２の冷却を行う主要要素である、熱交換器およびブロワのメンテナンス性を改善することができる。
【００１９】
次に、この熱交換器１００の構成について説明する。図２は熱交換器１００の構成の一例を示した断面図であり、１７は冷却管、１８は冷却フィンである。なお、参考のために従来の熱交換器５の例も図中に示している。熱交換器１００はレーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾けて配置されているため、図に示すようにレーザ媒質２の流路の高さ（図中Ｂ）を変えることなく、従来例に比べて一列当たりの冷却管１７の数を増加させることができ、レーザ媒質２を効果的に冷却することが可能になる。また、冷却管の配管の構成については、図２の例以外にも、例えば図３に示す構成等の多数の方法が考えられるが、いずれにしても熱交換器１００はレーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾けて配置され、レーザ媒質２による冷却管及び冷却フィンのぬれ面積、すなわち冷却面積を拡大できるため、レーザ媒質２の効果的な冷却が可能となる。
ここで、レーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾けて配置する熱交換器１００を構成する場合に、例えば図２の（ｂ）に示すように一列ずつ製作し、必要に応じてこれらを複列に組み合わせて使用することにより、レーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾けて配置された複列の熱交換器１００を一体にて製作する場合に比べて、製作コストを低減できる。
【００２０】
また、図４は熱交換器１００の別の構成例を示したものであり、図４の（ａ）に示すように複列構成の熱交換器が密着して連結されていてもよいし、図４の（ｂ）に示すように複列構成の熱交換器は各列を分離して配置されていてもよい。さらに、複列構成の熱交換器を分離する構成にする場合において、分離するのは図４の（ｂ）のような２列（１列、２分割）に限らず、３列以上の任意の構成で分離してもよい。
このような構成により、筐体３内の放電電極１ａ、１ｂ、ブロワ４、共振器ミラー等のレイアウトおよび熱交換器に要求される必要な熱交換量に応じて、熱交換器１００の最適配置が可能になる。
【００２１】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２の熱交換器１００の構成を示す断面図であり、図において、１０１は冷却管、１０２は冷却フィンである。この熱交換器１００がレーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾いて配置されている点、および熱交換器１００を用いるレーザ発振装置の構成、動作等は実施の形態１と同様である。
【００２２】
図５において、参考のために従来の熱交換器５の例も示しているが、熱交換器１００の冷却管１０１の径を従来の熱交換器５の冷却管１７の径よりも小さしているため、図５の（ａ）に示すように多数の冷却管が配置できると共に熱交換器１００の一列の幅（図中Ｃ）を小さくすることができる。
また、図５の（ｂ）に示すように、一列の幅が小さいため、冷却能力をより向上させるために多数の熱交換器の列を並べても、大きなスペースを必要としない。
【００２３】
したがって、このような冷却能力の高い熱交換器１００を備えたレーザ発振装置をよりコンパクトに構成することができる。
【００２４】
さらに、例えば図５の（ｃ）に示すように、必要な冷却能力を維持できる範囲内で熱交換器１００の一列の冷却管の数を減らす構成にすれば、レーザ媒質２に対する流体抵抗（圧力損失）を低減でき、圧力上昇がより小さいブロワを採用することができる。ひいては、レーザ発振装置のトータルコストを低減することができる。
【００２５】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３の熱交換器１００の構成を示す断面図であり、この熱交換器１００がレーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾いて配置されている点、および熱交換器１００を用いるレーザ発振装置の構成、動作等は実施の形態１と同様である。
図６においては、例えば筐体３の断面が矩形の場合を示しており、このような場合には循環するレーザ媒質２の流路は、コーナ部分（図中Ｄ）を持っている。このような場合に、流路中心方向１３に対して傾いて配置された熱交換器１００をコーナ部分に配置すれば、実施の形態１、実施の形態２で示した冷却特性等を維持しつつ、より省スペース化を図ることができる。
【００２６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４の熱交換器１００の構成を示す断面図であり、熱交換器１００を分割し、間隔をあけて配置する場合を示している。また、図において、１０３は流れ安定化板である。この熱交換器１００がレーザ媒質２の流路中心方向１３に対して傾いて配置されている点、および熱交換器１００を用いるレーザ発振装置の構成、動作等は実施の形態１と同様である。
流れ安定化板１０３は、レーザ媒質２の流れを乱すことがない様に、分割された熱交換器１００の間を連結するものであり、この流れ安定化板を設けることにより、すきまを塞ぐことができるため、圧力損失を低減することができる。したがって、圧力上昇がより小さいブロワを採用することができる。ひいては、レーザ発振装置のトータルコストを低減することができる。
【００２７】
以上の実施の形態の説明において、冷却管１７、１０１は円管である場合を示したが他の形状であってもよく、冷却フィン１８、１０２についても形状は製作上、スペース上等の観点から、様々な形状を採用できる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明に係るレーザ発振装置は、レーザ媒質を封入する筐体と、前記筐体内に設置された前記レーザ媒質を循環させるブロワと、前記筐体内に設置された前記レーザ媒質を熱交換により冷却する熱交換器とを備え、前記熱交換器を前記レーザ媒質の流路中心方向に対して傾けて配置したため、冷却面積を拡大することができ、レーザ媒質を効果的に冷却することができる効果がある。
【００３０】
第２の発明に係るレーザ発振装置は、第１の発明に係るレーザ発振装置に係るレーザ発振装置において、前記熱交換器を前記ブロワの近傍に設置したため、メンテナンス作業時の作業性が良くなり、第１の発明と同様の効果を奏すると共に、前記レーザ媒質の冷却を行う主要要素である、熱交換器およびブロワのメンテナンス性を改善することができる。
【００３１】
第３の発明に係るレーザ発振装置は、第１の発明に係るレーザ発振装置〜第２の発明に係るレーザ発振装置のいずれかにおいて、前記筐体内の前記レーザ媒質の流路をコーナ部分を持つ構成とし、前記コーナ部分に前記熱交換器を設置したため、第１の発明の効果〜第２の発明の効果のいずれかと同様の効果を奏すると共に、より省スペース化を図ることができる効果がある。
【００３２】
第４の発明に係るレーザ発振装置は、第１の発明に係るレーザ発振装置〜第３の発明に係るレーザ発振装置のいずれかにおいて、前記複数配置される各々の熱交換器を、一列のみからなる熱交換器または一列のみからなる熱交換器を二つ以上組み合わせて構成したため、第１の発明の効果〜第３の発明の効果のいずれかと同様の効果を奏すると共に、前記熱交換器の製作コストを低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１のレーザ発振装置を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における熱交換器の構成を示す断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１における熱交換器に用いる冷却管の別の配管例を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態１における熱交換器の別の構成を示す断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態２の熱交換器の構成を示す断面図である。
【図６】  この発明の実施の形態３の熱交換器の構成を示す断面図である。
【図７】  この発明の実施の形態４の熱交換器の構成を示す断面図である。
【図８】  従来のレーザ発振装置の例を示す斜視図である。
【図９】  従来のレーザ発振装置の例を示す断面図である。
【図１０】  従来のレーザ発振装置の電極部分の断面図である。
【図１１】  従来のレーザ発振装置の例を示す断面図である。
【図１２】  従来のレーザ発振装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ  放電電極、２  レーザ媒質、３  筺体、４  ブロワ、５  従来の熱交換器、６  部分反射鏡、７、８、９  全反射鏡、１２  レーザビーム、１３レーザ媒質２の流路中心方向、１４  金属電極、１５  高周波交流電源、１６放電、１７、１０１  冷却管、１８、１０２  冷却フィン、１００  この発明の熱交換器、１０３  流れ安定化板。
【図１】
0003767213.tif 000002
【図２】
0003767213.tif 000003
【図３】
0003767213.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003767213.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003767213.tif 000008
【図８】
0003767213.tif 000009
【図９】
0003767213.tif 000010
【図１０】
0003767213.tif 000011
【図１１】
0003767213.tif 000012
【図１２】
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