氣體激光振蕩裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的氣體激光振蕩裝置具有放電部、鼓風(fēng)部以及激光氣體路徑。放電部激勵(lì)激光氣體介質(zhì)，鼓風(fēng)部輸送激光氣體。激光氣體路徑形成激光氣體在放電部與鼓風(fēng)部之間的循環(huán)路徑。鼓風(fēng)部具有葉輪部、驅(qū)動(dòng)部、以及設(shè)置在葉輪部與驅(qū)動(dòng)部之間的中間室。在葉輪部上配置有通過驅(qū)動(dòng)部經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)葉片。中間室被氣體阻隔構(gòu)件局部分隔出主空間和氣體緩沖空間。
【專利說明】
氣體激光振蕩裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及主要在金屬板切斷用途中使用的kW級(jí)軸流式氣體激光振蕩裝置，特別是涉及在激光氣體的循環(huán)路徑中設(shè)置的鼓風(fēng)部。
【背景技術(shù)】
[0002]使用圖7以及圖8對(duì)專利文獻(xiàn)I所記載的現(xiàn)有的激光振蕩裝置進(jìn)行說明。
[0003]圖7是示出現(xiàn)有的激光振蕩裝置的簡(jiǎn)圖。如圖7所示那樣，現(xiàn)有的激光振蕩裝置具有放電管101、輸出耦合鏡102、全反射鏡103、電極104、105、高頻電源106、冷卻器107、氣瓶108、閥109、真空栗110、禍輪式鼓風(fēng)機(jī)(Turbo Blower)120。現(xiàn)有的激光振蕩裝置以如下方式進(jìn)行激光的振蕩。
[0004]經(jīng)由閥109將氣瓶108內(nèi)的激光氣體導(dǎo)入至激光振蕩裝置。然后，一邊利用冷卻器107對(duì)激光氣體進(jìn)行冷卻，一邊利用渦輪式鼓風(fēng)機(jī)120使激光氣體以經(jīng)由放電管101的方式循環(huán)。然后，通過高頻電源106對(duì)電極104以及電極105施加電壓，在放電管101內(nèi)激勵(lì)激光氣體，使激光振蕩。振蕩后的激光在輸出耦合鏡102與全反射鏡103之間往復(fù)，能量增加，從而透過輸出耦合鏡102向外部輸出。
[0005]圖8是示出現(xiàn)有的渦輪式鼓風(fēng)機(jī)120的剖視圖。如圖8所示那樣，現(xiàn)有的渦輪式鼓風(fēng)機(jī)120具有渦輪葉片121、轉(zhuǎn)子122、定子123、軸承124、125、開口 126、中間室127、迷宮式密封件(Labyrinth Seal) 128、129、排氣管130、閥131?，F(xiàn)有的渦輪式鼓風(fēng)機(jī)120以如下方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0006]被軸承124、125支承并安裝有轉(zhuǎn)子122的軸通過定子123而旋轉(zhuǎn)，使安裝于軸前端的渦輪葉片121進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由此，吸入渦輪葉片121的上方的激光氣體，并向渦輪葉片121的側(cè)方排出激光氣體，由此使激光氣體循環(huán)。同時(shí)，通過經(jīng)由閥131從排氣管130排出中間室127的氣體，防止軸承124、125的油混入激光氣體中。
[0007]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)I:日本特開平1-205585號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在現(xiàn)有的激光振蕩裝置中，由于中間室127與激光氣體的循環(huán)路徑通過開口126而連接，因此中間室127內(nèi)的氣流所含有的微小脈動(dòng)(壓力變動(dòng))傳遞至激光氣體。由此，供給至放電管101的激光氣體也發(fā)生脈動(dòng)(壓力變動(dòng))，使振蕩的激光含有微小振動(dòng)。
[0011]為了解決上述課題，本發(fā)明的氣體激光振蕩裝置具有放電部、鼓風(fēng)部、以及激光氣體路徑。放電部激勵(lì)激光氣體介質(zhì)，鼓風(fēng)部輸送激光氣體。激光氣體路徑形成激光氣體在放電部與鼓風(fēng)部之間的循環(huán)路徑。鼓風(fēng)部具有葉輪部、驅(qū)動(dòng)部、以及設(shè)置在葉輪部與驅(qū)動(dòng)部之間的中間室。在葉輪部上配置有旋轉(zhuǎn)葉片，該旋轉(zhuǎn)葉片通過驅(qū)動(dòng)部經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。中間室被氣體阻隔構(gòu)件局部分隔出主空間和氣體緩沖空間。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的氣體激光振蕩裝置，能夠輸出振動(dòng)少的高質(zhì)量的激光束。
【附圖說明】
[0013]圖1是示出實(shí)施方式的軸流式氣體激光振蕩裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0014]圖2是示出實(shí)施方式的鼓風(fēng)部的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0015]圖3是示出實(shí)施方式的中間室的剖視圖。
[0016]圖4是示出實(shí)施方式的靜葉片的立體圖。
[0017]圖5是示出氣體緩沖空間的有無所引起的激光氣體的壓力變動(dòng)(a)與激光束的振動(dòng)率(b)的圖。
[0018]圖6是示出實(shí)施方式的激光加工裝置的簡(jiǎn)圖。
[0019]圖7是示出現(xiàn)有的激光振蕩裝置的簡(jiǎn)圖。
[0020]圖8是示出現(xiàn)有的渦輪式鼓風(fēng)機(jī)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下，參照附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。
[0022](實(shí)施方式)
[0023]圖1是示出本實(shí)施方式的軸流式氣體激光振蕩裝置I的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0024]如圖1所示那樣，軸流式氣體激光振蕩裝置I具有放電管2、電極3、4、電源5、全反射鏡6、部分反射鏡7、激光氣體流路8 (激光氣體路徑)、熱交換器9、10、鼓風(fēng)部11、以及激光氣體導(dǎo)入部12。
[0025]作為放電部的放電管2由玻璃等電介質(zhì)形成。電極3與電極4設(shè)置在放電管2周邊，通過與電極3、4連接的電源5被施加高電壓。由此，夾在電極3與電極4之間的放電管2內(nèi)形成放電空間13，激勵(lì)激光氣體而振蕩出激光。即，放電管2與電極3、4構(gòu)成放電部。全反射鏡6與部分反射鏡7固定配置在放電空間13的兩端，形成光諧振器。振蕩出的激光在全反射鏡6與部分反射鏡7之間諧振，由此能量增加，作為激光束14透過部分反射鏡7而輸出。
[0026]激光氣體流15示出軸流式氣體激光振蕩裝置I中的激光氣體流路8的循環(huán)方向。熱交換器9以及熱交換器10使因放電空間13中的放電與鼓風(fēng)部的運(yùn)轉(zhuǎn)而溫度上升了的激光氣體的溫度下降。鼓風(fēng)部11使激光氣體在放電管2以及激光氣體流路8內(nèi)循環(huán)。
[0027]這樣，激光氣體流路8形成激光氣體在放電管2與鼓風(fēng)部11之間的循環(huán)流路。通過鼓風(fēng)部11所進(jìn)行的激光氣體的循環(huán)，在放電空間13中得到約10m/秒左右的氣體流。激光氣體流路8與放電管2在激光氣體導(dǎo)入部12連接。
[0028]由鼓風(fēng)部11送出的激光氣體通過激光氣體流路8，從激光氣體導(dǎo)入部12向放電管2內(nèi)導(dǎo)入。然后，激光氣體被與電源5連接的電極3、4施加電壓，在放電空間13中產(chǎn)生放電。
[0029]放電空間13內(nèi)的激光介質(zhì)即激光氣體獲得該放電能量而被激勵(lì)。從被激勵(lì)的激光氣體產(chǎn)生的激光在由全反射鏡6以及部分反射鏡7形成的光諧振器中成為諧振狀態(tài)，從部分反射鏡7輸出激光束14 ο激光束14用于焊接、切斷等激光加工。
[0030]接下來，使用圖2具體說明鼓風(fēng)部11ο圖2是示出本實(shí)施方式的鼓風(fēng)部11的結(jié)構(gòu)的剖視圖。鼓風(fēng)部11是離心式的鼓風(fēng)部，具有葉輪部20、驅(qū)動(dòng)部30以及中間室40。
[0031]在葉輪部20中，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)葉片22旋轉(zhuǎn)，使激光氣體在激光氣體流15的方向上循環(huán)。具體地說，從旋轉(zhuǎn)葉片22的上方的激光氣體流路8抽吸激光氣體，向旋轉(zhuǎn)葉片22的右側(cè)的激光氣體流路8排出激光氣體。在旋轉(zhuǎn)葉片22的周圍配置渦旋構(gòu)件(scrol I)23，旋轉(zhuǎn)葉片22進(jìn)行40000RPM(Revolut1ns Per Minute)以上的高速旋轉(zhuǎn)，由此在激光氣體流路8中產(chǎn)生約400m/分以上的激光氣體流15。
[0032]在驅(qū)動(dòng)部30上連接真空栗31，通過真空栗31從驅(qū)動(dòng)部30排出激光氣體。需要說明的是，圖1中雖未圖示，但向激光氣體流路8中導(dǎo)入了新的激光氣體，以補(bǔ)充被真空栗31排出的激光氣體，并且進(jìn)行激光氣體的更換。另外，通過真空栗31使激光氣體從葉輪部20經(jīng)由中間室40流向驅(qū)動(dòng)部30。由此，防止驅(qū)動(dòng)部30的油混入激光氣體流路8。另外，在驅(qū)動(dòng)部30中，在旋轉(zhuǎn)軸21上安裝有作為永磁鐵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子32，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子32的周圍以隔開間隔的方式配置有作為電磁鐵的電動(dòng)機(jī)定子33。通過使電流流過電動(dòng)機(jī)定子33而在電動(dòng)機(jī)定子33的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3 2旋轉(zhuǎn)。由此，固定于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3 2的旋轉(zhuǎn)軸21旋轉(zhuǎn)，固定于旋轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)葉片22在葉輪部20內(nèi)旋轉(zhuǎn)。另外，旋轉(zhuǎn)軸21被配置在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子32的上下的軸承34保持，軸承34以及電動(dòng)機(jī)定子33固定于殼體35。
[0033]在葉輪部20與驅(qū)動(dòng)部30之間設(shè)置有中間室40，中間室40與葉輪部20被與旋轉(zhuǎn)葉片22相比開□稍大的靜葉片41分隔。另外，旋轉(zhuǎn)葉片22也可以位于比靜葉片41靠上的位置，旋轉(zhuǎn)葉片22的下部也可以位于靜葉片41的開口部分，旋轉(zhuǎn)葉片22的下部也可以經(jīng)由靜葉片41的開口部分而位于中間室40的內(nèi)部。另外，靜葉片41具有將中間室40的內(nèi)部空間分隔成中央的主空間42與周邊的氣體緩沖空間43的阻斷壁41a(氣體阻隔構(gòu)件)。需要說明的是，阻斷壁41a并不是將主空間42與氣體緩沖空間43完全分離，而是通過阻斷壁41a的下方的開口 44使主空間42與氣體緩沖空間43連接。另外，氣體緩沖空間43配置為包圍主空間42的整周，但并不局限于此，也可以局部配置。通過采用這樣的構(gòu)造，產(chǎn)生在主空間42產(chǎn)生的激光氣體流45、經(jīng)由開口 44向氣體緩沖空間43流入的激光氣體流46、以及從氣體緩沖空間43向驅(qū)動(dòng)部30流出的激光氣體流47。
[0034]關(guān)于中間室40，使用圖3以及圖4進(jìn)一步具體說明。圖3是示出本實(shí)施方式的中間室40的剖視圖。圖4是示出本實(shí)施方式的靜葉片41的立體圖。如圖3所示那樣，中間室40具有直徑Rl與高度Hl的空間(將主空間42與氣體緩沖空間43合并后的空間整體)。并且，如圖3以及圖4所示那樣，中間室40具有包括直徑R2的開口和高度H2的阻斷壁41a的靜葉片41。在本實(shí)施方式中，直徑R2相對(duì)于直徑Rl的比率例如優(yōu)選為60 %?90 %，進(jìn)一步優(yōu)選為70 %?80 %。另外，高度H2相對(duì)于高度Hl的比率例如優(yōu)選為70%?95%，進(jìn)一步優(yōu)選為85%?94%。換言之，優(yōu)選主空間42與氣體緩沖空間43的邊界的70%?95%被分離，進(jìn)一步優(yōu)選為邊界的85 %?94%被分離。即，優(yōu)選主空間42與氣體緩沖空間43的邊界的30 %?5 %被開口(空間彼此相連)，進(jìn)一步優(yōu)選邊界的15%?6%被開口。另外，氣體緩沖空間43的體積例如優(yōu)選為將主空間42與氣體緩沖空間43合并后的空間整體的體積的5%?40%，進(jìn)一步優(yōu)選為8%?20%。另夕卜，直徑R2約為15cm?25cm，高度H2為15mm?25_。并且，通過將在開口 44處與主空間42連接的氣體緩沖空間43設(shè)置于中間室40，氣體緩沖空間43對(duì)在中間室40產(chǎn)生的激光氣體的氣流所帶來的脈動(dòng)(壓力變動(dòng))進(jìn)行緩和，使激光氣體流路8中流動(dòng)的激光氣體的脈動(dòng)減少。由此，從放電管2輸出的激光束14的振動(dòng)得到緩和。
[0035]接下來，使用圖5說明本實(shí)施方式的效果。圖5是示出氣體緩沖空間43的有無所引起的激光氣體的壓力變動(dòng)(a)與激光束的振動(dòng)率(b)的圖。如圖5的(a)所示，可知存在氣體緩沖空間的情況下的激光氣體的壓力變動(dòng)(約0.03kPa)約為不存在氣體緩沖空間的情況下的激光氣體的壓力變動(dòng)(約0.1OkPa)的三分之一以下。另外，如圖5的(b)所示，可知存在氣體緩沖空間的情況下的激光束的振動(dòng)率(約1.0%)約為不存在氣體緩沖空間的情況下的激光束的振動(dòng)率(約5.0 % )的五分之一。這樣，通過在中間室40中設(shè)置氣體緩沖空間43，由此激光氣體的壓力變動(dòng)能夠大幅減少，能夠大幅緩和所輸出的激光束14的振動(dòng)。
[0036]接下來，使用圖6對(duì)本實(shí)施方式的激光加工裝置50進(jìn)行說明。圖6是示出本實(shí)施方式的激光加工裝置的簡(jiǎn)圖。
[0037]如圖6所示那樣，激光加工裝置50具有軸流式氣體激光振蕩裝置1、反射鏡51、激光頭52以及加工臺(tái)57。從軸流式氣體激光振蕩裝置I輸出的激光束14通過反射鏡51 (光學(xué)構(gòu)件)被引導(dǎo)至激光頭52。在圖6中，反射鏡51設(shè)有一個(gè)，但也能夠通過多個(gè)反射鏡使反射后的激光束14的方向二維地移動(dòng)。被引導(dǎo)至激光頭52的激光束14通過激光頭52內(nèi)的透鏡53而聚光。聚光后的激光束14的焦點(diǎn)匯聚于搭載在加工臺(tái)57上的加工構(gòu)件56，從而對(duì)加工構(gòu)件56進(jìn)行加工(切斷或者焊接)。另外，激光頭52能夠通過X軸驅(qū)動(dòng)部54以及Y軸驅(qū)動(dòng)部55在加工臺(tái)57的上方的XY平面內(nèi)二維地移動(dòng)。
[0038]本實(shí)施方式的激光加工裝置50能夠利用從軸流式氣體激光振蕩裝置I輸出的振動(dòng)率小的激光束14更加準(zhǔn)確且更加快速地以更美觀的加工面對(duì)加工構(gòu)件56進(jìn)行加工。
[0039]工業(yè)實(shí)用性
[0040]本發(fā)明的氣體激光振蕩裝置能夠輸出振動(dòng)少的高質(zhì)量的激光束，作為氣體激光振蕩裝置是有用的。
[0041 ]附圖標(biāo)記說明
[0042]I軸流式氣體激光振蕩裝置
[0043]2放電管
[0044]3、4電極
[0045]5電源
[0046]6全反射鏡
[0047]7部分反射鏡
[0048]8激光氣體流路
[0049]9、10熱交換器
[0050]11鼓風(fēng)部
[0051 ] 12激光氣體導(dǎo)入部
[0052]13放電空間
[0053]14激光束
[0054]15激光氣體流
[0055]20葉輪部
[0056]21旋轉(zhuǎn)軸
[0057]22旋轉(zhuǎn)葉片
[0058]23渦旋構(gòu)件
[0059]30驅(qū)動(dòng)部
[0060]31真空栗[0061 ]32電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子
[0062]33電動(dòng)機(jī)定子
[0063]34軸承
[0064]35殼體
[0065]40中間室
[0066]41靜葉片
[0067]41a阻斷壁
[0068]42主空間
[0069]43氣體緩沖空間
[0070]44開口
[0071]45、46、47激光氣體流
[0072]50激光加工裝置
[0073]51反射鏡
[0074]52激光頭
[0075]53透鏡
[0076]54X軸驅(qū)動(dòng)部
[0077]55Y軸驅(qū)動(dòng)部
[0078]56加工構(gòu)件
[0079]57加工臺(tái)
[0080]R1、R2直徑
[0081]101放電管
[0082]102輸出耦合鏡
[0083]103全反射鏡
[0084]104電極
[0085]105電極
[0086]106高頻電源
[0087]107冷卻器
[0088]108氣瓶
[0089]109閥
[0090]HO真空栗
[0091 ]120渦輪式鼓風(fēng)機(jī)
[0092]121渦輪葉片
[0093]122轉(zhuǎn)子
[0094]123定子
[0095]124U25 軸承
[0096]126開口
[0097]127中間室
[0098]128、129 迷宮式密封件
[0099]130排氣管
[0100]131 閥
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體激光振蕩裝置，具備: 放電部，其激勵(lì)激光氣體； 鼓風(fēng)部，其輸送所述激光氣體；以及 激光氣體路徑，其形成所述激光氣體在所述放電部與所述鼓風(fēng)部之間的循環(huán)路徑， 所述鼓風(fēng)部具有葉輪部、驅(qū)動(dòng)部、以及設(shè)置在所述葉輪部與所述驅(qū)動(dòng)部之間的中間室， 在所述葉輪部上配置有旋轉(zhuǎn)葉片，該旋轉(zhuǎn)葉片通過所述驅(qū)動(dòng)部經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)， 所述中間室被氣體阻隔構(gòu)件局部分隔出主空間和氣體緩沖空間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體激光振蕩裝置，其中， 所述主空間與所述氣體緩沖空間的邊界的70%?95%被所述氣體阻隔構(gòu)件分離。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光振蕩裝置，其中， 在與所述旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)，所述氣體緩沖空間以包圍所述主空間的方式配置。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氣體激光振蕩裝置，其中， 所述氣體緩沖空間的體積是所述主空間的體積與所述氣體緩沖空間的體積的合計(jì)的5%?40%。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣體激光振蕩裝置，其中， 所述葉輪部的內(nèi)部空間、所述中間室的所述主空間、以及所述驅(qū)動(dòng)部的內(nèi)部空間相連， 所述驅(qū)動(dòng)部的內(nèi)部空間的壓力比所述葉輪部的內(nèi)部空間的壓力低。
【文檔編號(hào)】H01S3/03GK106030932SQ201580001846
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日
【發(fā)明人】林川洋之, 本宮均
【申請(qǐng)人】松下知識(shí)產(chǎn)權(quán)經(jīng)營(yíng)株式會(huì)社