(57)【要約】【課題】ミラーと放電手段の空間を結合する絶縁接合部の温度上昇を抑制して、絶縁接合部内部への放電移行を防止し、放電空間により高い高電圧を印加し、注入エネルギーを上げて、効率よく大出力のレーザビームを得ることができるガスレーザ発振装置を提供する。【解決手段】レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザ媒体であるレーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段とを接続するレーザガス循環経路と、前記放電手段の軸上に配置された少なくとも２枚以上のミラーと、ミラーと放電手段の空間を絶縁かつ結合する接続部を有したレーザ発振装置において、前記接続部を冷却する構成を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザ媒体であるレーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段とを接続するレーザガス循環経路と、前記放電手段の軸上に配置された少なくとも２枚以上のミラーと、ミラーと放電手段の空間を絶縁かつ結合する接続部を有したガスレーザ発振装置において、前記接続部を外部より送風により冷却する冷却手段を具備したガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記冷却手段として、ファンを設置し前記ファンより発せられる送風によって空冷としたことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記冷却手段として、ファンを設置し前記ファンより発せられる送風による空冷とし、前記ファン自体は接合部から離れた場所に設置され、離れたファンからダクトを介して空冷することを特徴とする請求項２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記冷却手段として、ファンを設置し前記ファンより発せられる送風による空冷とし、前記接続部の表面に凹凸を設けることにより接続部の表面積を増加させた構造としたことを特徴とする請求項２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
前記冷却手段として、ファンを設置し前記ファンより発せられる送風による空冷とし、前記接続部の表面にフィンを設けることにより接続部の表面積を増加させた構造としたことを特徴とする請求項２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項６】
前記冷却手段として、前記接合部の周囲に冷却ジャケットを配置し、前記冷却ジャケット内部には冷却媒質を循環させることで前記接合部を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項７】
加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生する請求項１から６のいずれかに記載のガスレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。
【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、溶接などの用途に用いられる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】
図７に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図７を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。
【０００３】
この図において、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２、３は前記放電管周辺に設けられた電極である。４は前記電極に接続された電源である。
【０００４】
５は前記電極２、３間に挟まれた放電管１内の放電空間である。６は全反射鏡、７は部分反射鏡であり、この全反射鏡６、部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【０００５】
矢印９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。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５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、１３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１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。
【０００６】
レーザガス流路１０と放電管１は接続されており、放電管１内部を前記ガス流が流れている。放電管１に設けられた電極２、３には放電のため高電圧が印加されるため、放電管１と全反射鏡６、部分反射鏡７の間は、絶縁接合部１４により接続されている。また放電管１自身も、絶縁保持体１５により保持されている。
【０００７】
以上が従来のガスレーザ発振装置の構成である。次にその動作について説明する。
【０００８】
送風手段１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２、３から放電空間５に高電圧を印加して放電を発生させる。放電空間５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６および部分反射鏡７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７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【０００９】
レーザガス流９内には、電極２、３の磨耗粉などの不純物が微量ながら含まれて循環している。そのため、レーザガス流９が全反射鏡６、部分反射鏡７近傍を流れると、前記不純物がミラー表面に付着して、レーザ発振効率の低下などを引き起こすため、レーザガス流９が全反射鏡６、部分反射鏡７近傍を流れない構成としていた。具体的には、全反射鏡６、部分反射鏡７と放電管１を絶縁接合部１４により接続しているが、絶縁接合部１４にはレーザガス流９を流さない構成としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−０４８８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来のガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。
【００１２】
放電空間５と異なり、絶縁接合部１４内部にはレーザガスが循環しないため、熱がこもりやすく温度上昇しやすいという傾向があった。
【００１３】
ガスレーザ発振装置を運転すると、放電空間５においてレーザガスに放電エネルギーが注入されるため、約２００℃の高温になる。
【００１４】
この放電空間５で発生した熱が伝熱、輻射などにより、絶縁接合部１４に伝わり、絶縁接合部１４の温度も上昇する。
【００１５】
また、全反射鏡６と部分反射鏡７の間をレーザビームが往復して共振状態となっているが、このときミラー表面にて発生する散乱光が、絶縁接合部１４に当たることでも、絶縁接合部１４の温度が上昇する。このようにして絶縁接合部１４の温度が上昇すると、絶縁接合部１４内部空間において放電開始電圧が低下し、放電しやすくなっていた。
【００１６】
本来であれば、放電空間５で放電することで適切な共振状態を得ることができるが、上記のような理由により、絶縁接合部１４内部が高温になり放電開始電圧が低下すると、こちらに放電が移行するという問題が発生していた。
【００１７】
放電が移行すると絶縁接合部１４内部の温度が急激に上昇し、全反射鏡６、部分反射鏡７などの周辺部材の耐熱温度を超え、損傷を発生させることとなっていた。
【００１８】
またこれらの損傷を防止するため、絶縁接合部１４内部に放電が移行すると、この状態を検知して、自動的に電源４からの高電圧の供給を停止するという制御を行っていた。
【００１９】
ガスレーザ発振装置において、板金切断、溶接などの用途を拡大するため、顧客から大出力化を求められている。そのためには、放電空間５に供給する電源４からの電圧を高くすることによって、より大きなエネルギーを注入することが有力な手段の一つである。
【００２０】
しかしその場合、電圧が高くなることで、前記のような絶縁接合部１４内部への放電移行が発生しやすくなるという課題が存在していた。放電移行を防止するため、絶縁接合部１４の長さを長くするという方法も考えられるが、その場合ガスレーザ発振装置のサイズが大きくなる、あるいは絶縁接合部１４内部をレーザビームが通過するときの損失が大きくなるなどといった問題点があり、有効な方法ではなかった。
【００２１】
このような問題点を解決するために、特許文献１のように、絶縁接合部１４近傍外部から内部へＨｅなどのガスを注入することで電極２を冷却し放電安定化を図る、あるいは絶縁接合部１４内部のガス混合比を変えることで放電移行しにくくするなどの方策を採ってきた。これら方策により、ある程度の効果は得られたが、顧客からのより大出力化の要望を実現するには不十分であり、より大きな効果を得ることのできる構成を求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、上記問題点を解決するために、レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザ媒体であるレーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段とを接続するレーザガス循環経路と、前記放電手段の軸上に配置された少なくとも２枚以上のミラーと、ミラーと放電手段の空間を絶縁かつ結合する接続部を有したレーザ発振装置において、前記接続部を外部より送風により冷却する冷却手段を具備したレーザ発振装置、およびガスレーザ加工機である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に示す構成により、前記絶縁接合部の温度上昇を緩和させ、放電移行を防止することが可能となる。そのため放電空間により高い高電圧を印加し、注入エネルギーを上げることができ、効率よく大出力のレーザビームを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の発明にかかる実施の形態におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図２】第２の発明にかかる実施の形態におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図３】第３の発明にかかる実施の形態におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図４】第４の発明にかかる実施の形態におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図５】第５の発明にかかる実施の形態におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図６】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
【図７】従来の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】
【００２５】
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。なお背景技術として説明した構成と同じものに関しては同一の符号を付し、その説明も省略するものとする。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態の一例であり第１の発明に関するガスレーザ発振装置の構成図である。
【００２７】
絶縁接合部１４に冷却風２４を当てることにより温度上昇を防止する構成としている。冷却風２４は、絶縁接合部１４周囲の空間を確保することによる自然対流の送風や、レーザ発振装置内部全体を冷却している送風の流れを引き込みなどにより、実現している。
【００２８】
第２の発明にかかるガスレーザ発振装置について図２をもとに説明する。図２において、絶縁接合部１４の近傍にファン２３を設けた構成としている。ファン２３により発生させた冷却風２４を絶縁接合部１４に当てることにより、効率よく冷却することが可能となる。
【００２９】
第３の発明にかかるガスレーザ発振装置について図３をもとに説明する。図３において、ファン２３を１個以上配置し、ファン２３で発生した冷却風２４が熱交換器２５を通過する構成とし、冷却風２４の一部をダクト２８を用いて、絶縁接合部１４に導いて冷却風２４を絶縁接合部１４に当てる構成としている。
【００３０】
通常のガスレーザ発振装置では、装置内部を冷却するため、ファン２３と熱交換器２５を組み合わせて使用し、発生した冷却風２４でガスレーザ発振装置内部全体を冷却している。その冷却風２４の一部をダクト２８のような送風経路を利用することで絶縁接合部１４に当てることで、新たなファン２３の設置が不要となり低コストで絶縁接合部１４の温度上昇を防止することが可能となる。
【００３１】
第４の発明にかかるガスレーザ発振装置について図４をもとに説明する。請求項２において、絶縁接合部１４を冷却するため近傍にファン２３を設けたが、冷却効率を上げるため、絶縁接合部１４の表面積を増加させた構成としている。
【００３２】
絶縁接合部１４の表面積を増加させる方法としては、図４のように表面に凹凸などの形状をつける方法や、冷却フィンのような襞を設ける方法などがあり、いずれも表面積を増加させることで、絶縁接合部１４の温度上昇を効率よく防止することが可能となる。
【００３３】
第５の発明にかかるガスレーザ発振装置について図５をもとに説明する。図５において、絶縁接合部１４の周囲に、冷却ジャケット２６を配置し、冷却ジャケット２６内部には冷却媒質２７を循環させる構成としている。
【００３４】
冷却媒質２７により絶縁接合部を強制的に冷却することで、絶縁接合部１４の温度上昇を効率よく防止することが可能となる。
【００３５】
冷却媒質２７の材質としては、絶縁用オイルなどの液体やドライエアーなどの気体を用いることができる。また冷却媒質２７を使用せず、冷却ジャケット２６にペルチェ素子などを組込み、冷却することも可能である。
【００３６】
図６に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を示す。
【００３７】
レーザビーム８を反射ミラー２２によりトーチ１７内部に具備された集光レンズ１８まで誘導し、集光レンズ１８により集光されたレーザビーム８を加工ワーク１６に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。加工ワーク１６はテーブル１９に搭載されており、動力２０、２１により集光レンズ１８を移動させることにより、加工ワーク１６を任意の形状に加工している。図６では集光レンズ１８を動力２０、２１により移動させているが、テーブル１９側に動力２０、２１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】
【００３８】
本発明にかかるガスレーザ発振装置は、絶縁接合部の温度上昇を緩和させ放電移行を防止することで、放電空間により高い高電圧を印加し注入エネルギーを上げることができ、効率よく大出力のレーザビームを得ることが可能となるものであり、主として板金切断、溶接などの用途に用いられるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に等において有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１    放電管
２    電極
３    電極
４    電源
５    放電空間
６    全反射鏡
７    部分反射鏡
８    レーザビーム
９    レーザガス流
１０    レーザガス流路
１１    熱交換器
１２    熱交換器
１３    送風手段
１４    絶縁接合部
１５    絶縁保持体
１６    加工ワーク
１７    トーチ
１８    集光レンズ
１９    テーブル
２０    動力
２１    動力
２２    反射ミラー
２３    ファン
２４    冷却風
２５    熱交換器
２６    冷却ジャケット
２７    冷却媒質
２８    ダクト
【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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