JP2014007352A - Gas laser oscillator - Google Patents
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Abstract
【課題】軸流型ガスレーザ発振装置において、放電管内のレーザガス流速を上げ、且つレーザガス流を均一化し、放電を安定化させるため、レーザガスの流れを阻害するオリフィスが設けられており、レーザ出力を増大させる妨げとなっていた。
【解決手段】ガス流速を上げ、且つレーザガス流を均一化するために、ガス絞り体のオリフィスを備えた軸流型ガスレーザ発振装置において、前記オリフィスのガス流上流側と下流側をバイパスしたガス流路を設け、バイパスガス流路の断面積を、その断面積とオリフィスの複数穴の総面積とを足し合わせた面積が、放電管の断面積と同等かそれ以上に設定する。
【選択図】図1An axial flow type gas laser oscillation apparatus is provided with an orifice for hindering the flow of laser gas to increase the laser gas flow velocity in the discharge tube, to make the laser gas flow uniform and to stabilize the discharge, and to increase the laser output. It was a hindrance.
In an axial flow type gas laser oscillation apparatus having an orifice of a gas restrictor in order to increase a gas flow rate and to make a laser gas flow uniform, a gas flow bypassing the upstream and downstream sides of the gas flow of the orifice A passage is provided, and the cross-sectional area of the bypass gas flow path is set to be equal to or larger than the cross-sectional area of the discharge tube by adding the cross-sectional area and the total area of the plurality of orifice holes.
[Selection] Figure 1
Description
本発明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およびガスレーザ加工機に関するものである。 The present invention relates to a kW class axial flow type gas laser oscillation apparatus and gas laser processing machine mainly used for sheet metal cutting.
従来の軸流方ガスレーザ発振装置900を図7に沿って説明する。
A conventional axial gas
この図に於いて、901はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、902、903は前記放電管周辺に設けられた電極である。906は前記電極に接続された電源である。
In this figure,
907は前記電極902、903間に挟まれた放電管901内の放電空間である。908は全反射鏡、909は部分反射鏡であり、この全反射鏡908、部分反射鏡909は前記放電空間907の両端に固定配置され、光共振器を形成している。910は前記部分反射鏡909より出力されるレーザビームである。
矢印911はレーザガス流を示しており、ガスレーザ発振装置の中を循環している。912はレーザガス流路であり、913および914は放電空間907における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換器、915はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段915により放電空間907にて約100m/sec程度のガス流を得ている。
An
レーザガス流路912と放電管901はガス導入部905で接続されており、ガス導入部近傍にはレーザガスの絞り体のオリフィス904が設置される。
The laser
この絞り体のオリフィスの穴径は放電を安定化させるために、放電管901の断面積よりも小さくなるように設定されており、レーザガスがオリフィスを通過する際、レーザガス流量が低減される構成になっていた(例えば、特許文献1を参照)。
In order to stabilize the discharge, the hole diameter of the orifice of this throttle body is set to be smaller than the cross-sectional area of the
この様な絞り体のオリフィスを有した、従来のガスレーザ発振装置では下記の課題を有している。 The conventional gas laser oscillation apparatus having such an orifice of the throttle body has the following problems.
オリフィスによって、レーザ放電管内のガス流速を上げ、かつガス流の均一化を図ることが出来るが、このオリフィスの複数の穴の総面積はレーザ放電管の断面積よりも小さく設定されるため、ガス流路を流れてきたガスがオリフィスを通過して、レーザ放電管内に流入されるときにガス流量が低減させられてしまい、レーザ出力の増大の妨げとなっている。 The orifice can increase the gas flow velocity in the laser discharge tube and make the gas flow uniform, but the total area of the holes in the orifice is set smaller than the cross-sectional area of the laser discharge tube. When the gas flowing through the flow path passes through the orifice and flows into the laser discharge tube, the gas flow rate is reduced, which hinders increase in laser output.
本発明は、上記問題点を解決するために、内部にレーザガスを流すとともにレーザガスを励起させる放電管と、前記放電管に接続され、レーザガスを放電管へ導入するレーザガス導入部と、前記レーザガス導入部へレーザガスを供給するレーザガス流路と、前記放電管とレーザガス導入部の間またはレーザガス導入部の放電管との接続部分近傍に配置されたオリフィスを備え、前記レーザガス流路から前記放電管内にオリフィスを介さず、ガスを導入するバイパスガス流路を設け、バイパスの断面積とオリフィスの複数の穴の総面積を足し合わせた面積が、レーザ放電管の断面積と同等かそれ以上となっているものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a discharge tube for flowing a laser gas therein and exciting the laser gas, a laser gas introduction unit connected to the discharge tube and introducing the laser gas into the discharge tube, and the laser gas introduction unit A laser gas flow path for supplying a laser gas to and an orifice arranged between the discharge tube and the laser gas introduction section or in the vicinity of a connection portion between the discharge tube of the laser gas introduction section, A bypass gas flow path for introducing gas is provided, and the total cross-sectional area of the bypass and the total area of the orifice holes is equal to or greater than the cross-sectional area of the laser discharge tube. It is.
本発明により、レーザ放電管内のガス流速を上げ、かつガス流の均一化させるためのオリフィスを有しながら、ガス流量を低減させることなく、ガスをレーザ放電管に効率よく導入することが可能となり、従来例に比べ大幅なレーザ出力の増大が実現することが出来る。 The present invention makes it possible to efficiently introduce gas into the laser discharge tube without increasing the gas flow rate while having an orifice for increasing the gas flow rate in the laser discharge tube and making the gas flow uniform. Thus, a significant increase in laser output can be realized as compared with the conventional example.
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。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
(実施の形態)
図1に本発明の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。
(Embodiment)
FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of an axial flow type gas laser oscillation apparatus of the present invention.
軸流型ガスレーザ発振装置100は、放電管101、ピン状の陽極102及びリング状の陰極103、電源106、全反射鏡108、部分反射鏡109、レーザガス流路112、レーザガス絞り体のオリフィス104、レーザガス流路112と放電管101を繋ぐガス導入部105、オリフィス104を介さずに放電管101にガスを導入できるバイパスガス流路113、バイパスガス流路113と放電管を繋ぐガス導入部114、熱交換機115、116、送風手段117を、その構成として具備する。
The axial flow type gas
放電管101はガラスなどの誘電体で形成されている。ピン状の陽極102とリング状の陰極103は放電管101周辺に設けられ、各電極102、103には電源106が接続される。また、オリフィス104はピン状の陽極102近傍に設置される。そして、陽極102と陰極103の間に挟まれた放電管101内に放電空間107が形成される。全反射鏡108と部分反射鏡109は放電空間107の両端に固定配置され、光共振器を形成している。矢印110は部分反射鏡109より出力されるレーザビームを象徴的に表現したものである。
The
矢印111はレーザガス流を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中のレーザガス流路112、及びバイパスガス流路113を循環している。熱交換機115および熱交換機116は放電空間107における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げる。送風手段116はレーザガスを循環させるためのものであり、この送風手段117により放電空間107にて約100m/sec程度のガス流を得ている。
An
以上が本発明のガスレーザ発振装置100の構成である。次にその動作について説明する。
The above is the configuration of the
送風手段117より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路112、及びバイパスガス流路113を通り、レーザガス導入部105、114より放電管101内へ導入される。この状態で電源104に接続された電極102、103から放電空間107に放電を発生させる。
The laser gas sent out from the
放電空間107内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡108および部分反射鏡109により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡109からレーザビーム110が出力される。このレーザビーム108がレーザ加工等の用途に用いられる。
The laser gas in the
軸流型ガスレーザ発振装置の構成上、ガス導入部105、114は放電管101に対して略直角に配置され、レーザガス流路112は放電管101内のガス流に対して平行にレーザガスが流れる部分が設けられるのが一般的である。図2にガス導入部近傍の構成の一例を詳細に示す。
Due to the configuration of the axial flow type gas laser oscillation device, the
本図において、112aは放電管101に対し略直角なレーザガス流路、112bは放電管101内のガス流に対して平行なレーザガス流路であり、113aはバイパスガス流路113のオリフィス104よりも下流側にあるガス入口、118はバイパスガス流路の出口付近に設けられる邪魔板を示している。
In this figure, 112a is a laser gas flow path substantially perpendicular to the
図2に示すオリフィス104は、樹脂系プラスチックなどの絶縁体で形成され、レーザガスの流れを阻害する部分とレーザガスを通す複数の穴から構成されており、その複数の穴の総面積はレーザ放電管の断面積よりも小さく設定されている。
The
また、オリフィス104のガス下流側近傍のピン状の陽極102の先端は、オリフィスと同じか多少下流側で、図3のように複数穴の内の1つの穴の中心と同軸上に配置される。
Further, the tip of the pin-
また、このように配置されたピン状の陽極102とオリフィス104はガス導入部105よりも同じか多少下流側に配置され、放電管内に突出していない。そのため、レーザビームによる損傷を受けることはない。
Further, the pin-
このピン状の陽極からは大量にプラズマが発生し、ピンの真上に火柱状のプラズマ流119が作られる。この火柱上のプラズマ流119を起点にして、放電空間107内にグロー放電が形成させる。放電管101内に発生するグロー放電は、前記オリフィスの穴径をレーザ管断面積よりも小さくすることによる絞り効果によって、火柱状のプラズマ流付近のガス流速を上げ、かつ、オリフィスの複数穴形状効果によって、放電管101内のガス流を均一化させることで、安定化させることが出来る。
A large amount of plasma is generated from the pin-like anode, and a fire column-
また、バイパスガス流路113には柔軟性のあるフッ素樹脂製のホースなどを用いると便利で、オリフィス104のガス流上流側と下流側をバイパスするように設置される。バイパス流路113の断面積は、この断面積とオリフィス104の複数の穴の総面積を足し合わせた面積が、放電管の断面積と同等か、もしくは、それ以上になるように設定される。
Further, it is convenient to use a flexible fluororesin hose or the like for the
このように設定されたバイパスガス流路113を持つことで、レーザガスがオリフィス104を通過し、放電管に流入するときに低減させられたガス流量を補い、放電管へ流入するトータルガス流量を増大させることが可能となる。
By having the bypass
さらに、バイパスガス流路113のレーザガス出口付近に邪魔板118をレーザビームによる損傷を受けないようにガス導入部114よりも同じか下流側に設ける。この邪魔板によって、バイパスガス流路113を通過するガスを、滑らかに放電管に流入させることで、オリフィス104を通過したガスが放電管内で作る均一なガス流を乱すことなく、ガス流量を増やすことが出来る。
Further, a
なお、バイパスガス流路のオリフィス下流側の入口113aは、図4のように、放電管に平行にガスが流れているガス流路中に設置された入口113b、もしくは、図5のように、熱交換器116に設けられた入口113cでも同様の効果が得られる。
Incidentally, the
従来の軸流型レーザガス発振装置は、バイパスガス流路を持たないため、オリフィスを通過してガスが放電管に流れる時に、ガス流量が低減され、放電によるガスへの電気注入量が上がらず、レーザ出力が制限されるという問題があった。 Since the conventional axial flow type laser gas oscillation device does not have a bypass gas flow path, when the gas flows through the orifice and flows into the discharge tube, the gas flow rate is reduced, and the amount of electric injection into the gas due to the discharge does not increase, There was a problem that the laser output was limited.
本発明においては、放電を安定化させるオリフィスを有しながら、オリフィスによって低減されるガス流量を補うためのバイパスガス流路を持つため、ガス流量を低減させることなく、ガスを放電管に流すことができ、レーザ出力を増大させることが可能であり、軸流型ガスレーザ発振装置に用いて、非常に優れた構成と言える。 In the present invention, while having an orifice for stabilizing the discharge, a bypass gas flow path for supplementing the gas flow rate reduced by the orifice is provided, so that the gas can flow to the discharge tube without reducing the gas flow rate. It is possible to increase the laser output, and it can be said that the structure is very excellent when used for an axial flow type gas laser oscillation device.
次に、図7は本発明の実施の形態におけるガスレーザ加工機の構成図である。本発明のガスレーザ発振装置100より出力されたレーザビーム110を反射ミラー120によりトーチ121内部に具備された集光レンズ122まで誘導し、集光レンズ121により集光されたレーザビーム110を加工ワーク123に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。
Next, FIG. 7 is a block diagram of the gas laser processing machine in the embodiment of the present invention. The
加工ワーク123はテーブル124に搭載されており、X軸モータ125、Y軸モータ126により集光レンズ122を移動させることにより、加工ワーク123を任意の形状に加工している。なお、図7では集光レンズ122を動力125、126より移動させているが、テーブル124側にX軸モータ125、Y軸モータ126を接続して移動させても同様の効果を得ることができる。
The processed
本発明によるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、放電安定化のためのオリフィスを備えながら、ガス流量を低減させないようにする事が可能であり、レーザ出力を増大することが出来るガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機として有用である。 The gas laser oscillation device and the gas laser processing machine according to the present invention include an orifice for stabilizing the discharge, and can prevent the gas flow rate from being reduced, and can increase the laser output. Useful as a processing machine.
101 放電管
102 ピン状の陽極
103 リング状の陰極
104 オリフィス
105 ガス導入部
106 電源
107 放電空間
108 全反射鏡
109 部分反射鏡
110 レーザビーム
111 レーザガスが流れる方向
112 レーザガス流路
112a 放電管に略直角なレーザガス流路
112b 放電管に略平行なレーザガス流路
113 バイパスレーザガス流路
113a バイパスレーザガス流路の入口
113b バイパスレーザガス流路の入口
113c バイパスレーザガス流路の入口
114 ガス導入部
115 熱交換器
116 熱交換器
117 送風機
118 邪魔板
119 火柱状のプラズマ流
120 反射ミラー
121 トーチ
122 集光レンズ
123 ワーク
124 加工テーブル
125 X軸モータ
125 Y軸モータ
901 放電管
902 電極
903 電極
904 オリフィス
905 ガス導入部
906 電源
907 放電空間
908 全反射鏡
909 部分反射鏡
910 レーザビーム
911 レーザガスの流れる方向
912 レーザガス流路
913 熱交換器
914 熱交換器
915 送風機
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記放電管にガスを送り込む第1のガス流路と第2のガス流路を設け、
前記第1のガス流路の前記放電管への導入部には、1または複数の穴を形成したオリフィスと、前記オリフィスの穴の一つに配置したピン状の電極を設け、
前記第2のガス流路の前記放電管への導入部は、前記放電管のレーザガスの流れる方向を基準にして、前記第1のガス流路の導入部の後方に位置するように配置したガスレーザ発振装置。 A gas laser oscillation device in which a discharge tube for exciting a laser gas and a flow path for circulating the laser gas while flowing the laser gas inside the discharge tube are formed,
Providing a first gas flow path and a second gas flow path for sending gas to the discharge tube;
The introduction portion of the first gas flow path to the discharge tube is provided with an orifice in which one or a plurality of holes are formed, and a pin-shaped electrode disposed in one of the holes in the orifice,
The gas laser arranged such that the introduction portion of the second gas flow path to the discharge tube is positioned behind the introduction portion of the first gas flow passage with reference to the flow direction of the laser gas in the discharge tube. Oscillator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012143730A JP2014007352A (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Gas laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012143730A JP2014007352A (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Gas laser oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=50104812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2012143730A Pending JP2014007352A (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Gas laser oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2014007352A (en) |
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2012
- 2012-06-27 JP JP2012143730A patent/JP2014007352A/en active Pending
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