(57)【要約】【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１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを励起させる放電管と、前記放電管の内部にレーザガスを流すとともにレーザガスを循環させる流路を形成したガスレーザ発振装置であって、
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。
【請求項２】
前記オリフィスに形成した穴の総面積と、前記第２のガス流路の前記放電管への導入部の面積の総和が、前記放電管の断面積よりも大きい請求項１に記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記第２のガス流路の前記放電管への導入部を、少なくとも対向する２ヶ所に設けた請求項１または２に記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記第２のガス流路の前記放電管への導入部を、全周にわたるスリット形状とした請求項１または２に記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
前記第１のガズ流路と前記第２のガス流路が、レーザガスを冷却する熱交換器から直接に分岐している請求項１から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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１１１１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るガスレーザ発振装置の構成図
【図２】本発明に係る放電管へのガス導入部の詳細図
【図３】オリフィスとピン電極の配置の一例を示す配置図
【図４】本発明に係る放電管へのガス導入部の詳細図
【図５】本発明に係る放電管へのガス導入部の詳細図
【図６】本発明のガスレーザ発振装置を用いたガスレーザ加工機の構成図
【図７】従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
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。
【符号の説明】
【００３７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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