ガスレーザ発振装置
【課題】本発明は、循環ポンプを使用せず、厚板切断に優れ、メンテナンス性にも優れたガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内部にレーザガスを配置した少なくとも２つの放電管２５，２６と、放電管２５，２６に設けた電極２１〜２４と、電極２１〜２４に放電の電力を供給する高圧電源３１，３２を備え、放電管２５，２６をレーザ光の進行方向に並列に並べ、放電管２５，２６の間にレーザガスを通す流路として平行平板４１を設け、平行平板４１の内部に冷媒を配置するとともに高圧電源３１，３２は放電管２５，２６の電極２１〜２４を交互に放電する。
【解決手段】内部にレーザガスを配置した少なくとも２つの放電管２５，２６と、放電管２５，２６に設けた電極２１〜２４と、電極２１〜２４に放電の電力を供給する高圧電源３１，３２を備え、放電管２５，２６をレーザ光の進行方向に並列に並べ、放電管２５，２６の間にレーザガスを通す流路として平行平板４１を設け、平行平板４１の内部に冷媒を配置するとともに高圧電源３１，３２は放電管２５，２６の電極２１〜２４を交互に放電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部にレーザガスを配置した放電管を備えたガスレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスレーザ発振器を用いた板金加工装置は薄板から厚板、または板材の種類、軟鋼、アルミニウム、ステンレス等、異なるものを無段取りで切断、溶接できることが望まれている。
【０００３】
図４に従来のガスレーザ発振装置の概略構成の一例として軸流型ガスレーザ装置の例を示す。
【０００４】
以下、図４を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。
【０００５】
図４において、従来のガスレーザ発振装置は、ガラスなどの誘電体よりなる放電管１３２，１４３を備え、それぞれ放電管１３１，１４１の周辺には電極１３２，１３３，１４２，１４３を配置して、これらの電極１３２、１３３、１４２，１４３には数１０ｋＶの電圧を印加する高圧電源１３５，１４５を接続している。
【０００６】
このように電極１３２，１３３、１４２，１４３に数１０ｋＶの高電圧を印加すると図中に斜線で示すように電極１３２，１３３，１４２，１４３間に挟まれた放電空間１３４，１４４が生成される。
【０００７】
なお、本図において放電空間１３４，１４４は放電管１３１，１４１と区別するために斜線にて表わしている。このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管１３１，１４１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１９１に沿って配置している。
【０００８】
また、放電管１３１，１４１の両端、すなわち放電空間全体の両端には、全反射する終段鏡１０５と部分反射する出力鏡１０６を光軸（一点鎖線で表わしている）１９１上に配置して光共振器を形成している。
【０００９】
なお、上述したように電極１３２，１３３，１４２，１４３には数１０ｋＶの高電圧が印加されるので、終段鏡１０５と出力鏡１０６と電極１３２，１３３，１４２，１４３との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管１５１，１６１を設けて絶縁を行っている。
【００１０】
また、図中の矢印はレーザガスの流れる方向を示していて、レーザガスは、放電管１３１，１４１にレーザガスを分配して送り込む給気配管ブロック１１１，１１２を通って放電管１３１，１４１内部に供給され、放電管１３１，１４１から流れ出るレーザガスを集める排気配管ブロック１１３から排出される。
【００１１】
この給気配管ブロック１１１，１１２、排気配管ブロック１１３には１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザガスを冷却循環させる循環ポンプ１６２と、放電により温度上昇したレーザガスを冷却する熱交換器１７３と、循環ポンプ１６２の動作により圧縮されて温度上昇したレーザガスを冷却する熱交換器１７１，１７２を配置したレーザガス循環路が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２６７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような従来のガスレーザ発振装置は、放電管部のレーザガスを冷却させるために、レーザガスを高速で循環させる循環ポンプ１６２と熱交換器１７１，１７２，１７３が必要となる。この循環ポンプ１６２は回転機器であり、メンテナンス時に定期的な交換が発生する。そして循環ポンプ１６２は高額な場合が多く、ユーザにとって負担になっていた。
【００１４】
また、循環ポンプを使用しない、拡散冷却方式のガスレーザ発振装置としてスラブレーザがあるものの、その構造上、不安定型発振器になるため、低次のビームモードしか得られず、厚板の切断性能に難点があった。
【００１５】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、循環ポンプを使用せず、厚板切断に優れ、メンテナンス性にも優れたガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、内部にレーザガスを配置した少なくとも２つの放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に放電の電力を供給する高圧電源を備え、前記放電管をレーザ光の進行方向に並列に並べ、前記放電管の間に前記レーザガスを通す流路を設け、前記流路に冷却部を配置するとともに前記高圧電源は前記放電管の電極を交互に放電するものである。
【００１７】
この構成により、片側の放電管で放電を行うと、その熱膨張のため放電を行わない放電管方向にレーザガスが流路を通って移動する。その際、レーザガスは冷却部で冷却される。そして放電管の放電を交互に行うことにより、レーザガスが流路を交互に行き来する際に冷却されるので、従来のような循環ポンプを必要とせずにレーザ発振を続けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、循環ポンプを用いることなくレーザガスの移動を行う際に冷却することができる。また、放電空間を広くとれることから、安定型共振器を構成することが可能となり、低次から高次のビームモードを選択することができる。これにより、循環ポンプを使用しないことで、メンテナンスコストを低減し、薄板から厚板までの切断性能を確保できるレーザ発振装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の概略構成図
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向の要部断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の放電のタイミングの相関を説明する説明図
【図４】従来のガスレーザ発振装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の概略構成を示す図で、図２は図１のＡ−Ａ矢視方向の要部断面図である。
【００２１】
図に示すガスレーザ発振装置は、セラミックなどの誘電体よりなる放電管２５，２６を備え、その放電管２５，２６の周辺には電極２１〜２４を配置して、これらの電極２１〜２４には電圧を印加する高圧電源３１，３２を接続し、この高圧電源３１，３２の放電制御を制御装置３３で行っている。
【００２２】
このように電極２１〜２４に数１０ｋＶの高電圧を印加すると図中の波線部２７のように電極間に挟まれた放電空間を生成できる。
【００２３】
また、電極にはさまれた放電管を２本一組として持ち、放電管２５，２６は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１７（一点鎖線で表わしている）に沿って、すなわちレーザ光の進行方向に並列に並べ配置している。
【００２４】
図において放電空間２７は放電管２５と区別するために斜線にて表わしている。
【００２５】
また、放電管２５，２６は、内部のレーザガスが通るように流路として、金属等の熱伝導性の良い部材からなり、レーザガスとしてＣＯ２を用いる場合には間の距離を２ｍｍ以下とした平行平板４１を介して接続しており、放電管２５，２６の両端はウィンドウ１１〜１４が設置され、放電管２５，２６と平行平板４１内部は密閉空間とし内部にレーザガスを充填している。
【００２６】
図中の矢印６はレーザガスの流れる方向を示している。
【００２７】
この平行平板４１は内部に冷媒を通す冷媒通路を設けており、この冷媒はクーラー４２で順次冷却しながら循環するように構成している。
【００２８】
そして、ガスレーザ発振装置の光学系としては、全反射する終段鏡３と部分反射する出力鏡２を光軸１７上に配置された放電空間全体の両端に配置し、また、全反射鏡４，５でレーザ光を折り返すことで光共振器を形成している。
【００２９】
以上が本実施の形態のガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【００３０】
放電管２５内のレーザガスは電極２１，２２から放電エネルギーを得て励起され放電空間２７に放電が発生する。放電空間２７内のレーザガスは、放電エネルギーを受けガス温度が上昇すると共に熱膨張し、放電を行っていない放電管２６に比べて放電管２５内の圧力が高まり、放電管２５のレーザガスが放電管２６の方向に平行平板４１を通って移動する。この時、平行平板４１は冷媒により冷却されているのでレーザガスが冷却され、冷却されたレーザガスは片方の放電管２６に流れ込む。
【００３１】
次に図３に示すように予め放電管のガス温度が温度分布を崩さないように設定した時間、より好ましくは放電周期を３ｍｓｅｃ以下とするように放電管２５の放電を消した後、放電管２６内のレーザガスに電極２３，２４間で放電を行う。
【００３２】
放電管２６側が放電することで放電管内のレーザガスが放電エネルギーを受けガス温度が上昇すると共に熱膨張し、上述したようにレーザガスが、今度は矢印６とは反対方向に流れ、平行平板４１を通過する時に冷却され、冷却されたレーザガスは放電管２５に導入される。
【００３３】
この片側のみの放電を繰り返すことにより、片側の放電管が放電している状態とすることができる。
【００３４】
これら励起されたレーザガスは部分透過鏡２および全反射鏡３，４，５で形成される光共振器で共振状態となり、部分透過鏡２からレーザ光１が出力される。このレーザ光１は図３に示す様にいずれかの放電管が放電していることで、連続光（ＣＷ光）を生成することが可能であり、また同時に全ての放電を消灯することによりパルス光を生成することも可能である。
【００３５】
また構成によっては部分透過鏡２、全反射鏡３，４，５を大気中に配置することも可能なため、メンテナンス時に行うミラークリーニングはミラーの着脱を伴わずに行うことができ、クリーニング後のミラー調整が不要となりメンテナンス時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では冷媒の冷却と循環にクーラー４２を用いたが、平行平板４１の寸法や材質によればクーラー４２を削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のガスレーザ発振装置は、循環ポンプを使用せず、厚板切断に優れ、メンテナンス性にも優れたガスレーザ発振装置として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ レーザ光
２ 部分透過鏡
３，４，５ 全反射鏡
１１，１２，１３，１４ ウィンドウ
２１，２２，２３，２４ 電極
２５，２６ 放電管
２７ 放電空間
３１，３２ 高圧電源
３３ 制御装置
４１ 平行平板
４２ クーラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部にレーザガスを配置した放電管を備えたガスレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスレーザ発振器を用いた板金加工装置は薄板から厚板、または板材の種類、軟鋼、アルミニウム、ステンレス等、異なるものを無段取りで切断、溶接できることが望まれている。
【０００３】
図４に従来のガスレーザ発振装置の概略構成の一例として軸流型ガスレーザ装置の例を示す。
【０００４】
以下、図４を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。
【０００５】
図４において、従来のガスレーザ発振装置は、ガラスなどの誘電体よりなる放電管１３２，１４３を備え、それぞれ放電管１３１，１４１の周辺には電極１３２，１３３，１４２，１４３を配置して、これらの電極１３２、１３３、１４２，１４３には数１０ｋＶの電圧を印加する高圧電源１３５，１４５を接続している。
【０００６】
このように電極１３２，１３３、１４２，１４３に数１０ｋＶの高電圧を印加すると図中に斜線で示すように電極１３２，１３３，１４２，１４３間に挟まれた放電空間１３４，１４４が生成される。
【０００７】
なお、本図において放電空間１３４，１４４は放電管１３１，１４１と区別するために斜線にて表わしている。このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管１３１，１４１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１９１に沿って配置している。
【０００８】
また、放電管１３１，１４１の両端、すなわち放電空間全体の両端には、全反射する終段鏡１０５と部分反射する出力鏡１０６を光軸（一点鎖線で表わしている）１９１上に配置して光共振器を形成している。
【０００９】
なお、上述したように電極１３２，１３３，１４２，１４３には数１０ｋＶの高電圧が印加されるので、終段鏡１０５と出力鏡１０６と電極１３２，１３３，１４２，１４３との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管１５１，１６１を設けて絶縁を行っている。
【００１０】
また、図中の矢印はレーザガスの流れる方向を示していて、レーザガスは、放電管１３１，１４１にレーザガスを分配して送り込む給気配管ブロック１１１，１１２を通って放電管１３１，１４１内部に供給され、放電管１３１，１４１から流れ出るレーザガスを集める排気配管ブロック１１３から排出される。
【００１１】
この給気配管ブロック１１１，１１２、排気配管ブロック１１３には１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザガスを冷却循環させる循環ポンプ１６２と、放電により温度上昇したレーザガスを冷却する熱交換器１７３と、循環ポンプ１６２の動作により圧縮されて温度上昇したレーザガスを冷却する熱交換器１７１，１７２を配置したレーザガス循環路が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２６７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような従来のガスレーザ発振装置は、放電管部のレーザガスを冷却させるために、レーザガスを高速で循環させる循環ポンプ１６２と熱交換器１７１，１７２，１７３が必要となる。この循環ポンプ１６２は回転機器であり、メンテナンス時に定期的な交換が発生する。そして循環ポンプ１６２は高額な場合が多く、ユーザにとって負担になっていた。
【００１４】
また、循環ポンプを使用しない、拡散冷却方式のガスレーザ発振装置としてスラブレーザがあるものの、その構造上、不安定型発振器になるため、低次のビームモードしか得られず、厚板の切断性能に難点があった。
【００１５】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、循環ポンプを使用せず、厚板切断に優れ、メンテナンス性にも優れたガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、内部にレーザガスを配置した少なくとも２つの放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に放電の電力を供給する高圧電源を備え、前記放電管をレーザ光の進行方向に並列に並べ、前記放電管の間に前記レーザガスを通す流路を設け、前記流路に冷却部を配置するとともに前記高圧電源は前記放電管の電極を交互に放電するものである。
【００１７】
この構成により、片側の放電管で放電を行うと、その熱膨張のため放電を行わない放電管方向にレーザガスが流路を通って移動する。その際、レーザガスは冷却部で冷却される。そして放電管の放電を交互に行うことにより、レーザガスが流路を交互に行き来する際に冷却されるので、従来のような循環ポンプを必要とせずにレーザ発振を続けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、循環ポンプを用いることなくレーザガスの移動を行う際に冷却することができる。また、放電空間を広くとれることから、安定型共振器を構成することが可能となり、低次から高次のビームモードを選択することができる。これにより、循環ポンプを使用しないことで、メンテナンスコストを低減し、薄板から厚板までの切断性能を確保できるレーザ発振装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の概略構成図
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向の要部断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の放電のタイミングの相関を説明する説明図
【図４】従来のガスレーザ発振装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の概略構成を示す図で、図２は図１のＡ−Ａ矢視方向の要部断面図である。
【００２１】
図に示すガスレーザ発振装置は、セラミックなどの誘電体よりなる放電管２５，２６を備え、その放電管２５，２６の周辺には電極２１〜２４を配置して、これらの電極２１〜２４には電圧を印加する高圧電源３１，３２を接続し、この高圧電源３１，３２の放電制御を制御装置３３で行っている。
【００２２】
このように電極２１〜２４に数１０ｋＶの高電圧を印加すると図中の波線部２７のように電極間に挟まれた放電空間を生成できる。
【００２３】
また、電極にはさまれた放電管を２本一組として持ち、放電管２５，２６は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１７（一点鎖線で表わしている）に沿って、すなわちレーザ光の進行方向に並列に並べ配置している。
【００２４】
図において放電空間２７は放電管２５と区別するために斜線にて表わしている。
【００２５】
また、放電管２５，２６は、内部のレーザガスが通るように流路として、金属等の熱伝導性の良い部材からなり、レーザガスとしてＣＯ２を用いる場合には間の距離を２ｍｍ以下とした平行平板４１を介して接続しており、放電管２５，２６の両端はウィンドウ１１〜１４が設置され、放電管２５，２６と平行平板４１内部は密閉空間とし内部にレーザガスを充填している。
【００２６】
図中の矢印６はレーザガスの流れる方向を示している。
【００２７】
この平行平板４１は内部に冷媒を通す冷媒通路を設けており、この冷媒はクーラー４２で順次冷却しながら循環するように構成している。
【００２８】
そして、ガスレーザ発振装置の光学系としては、全反射する終段鏡３と部分反射する出力鏡２を光軸１７上に配置された放電空間全体の両端に配置し、また、全反射鏡４，５でレーザ光を折り返すことで光共振器を形成している。
【００２９】
以上が本実施の形態のガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【００３０】
放電管２５内のレーザガスは電極２１，２２から放電エネルギーを得て励起され放電空間２７に放電が発生する。放電空間２７内のレーザガスは、放電エネルギーを受けガス温度が上昇すると共に熱膨張し、放電を行っていない放電管２６に比べて放電管２５内の圧力が高まり、放電管２５のレーザガスが放電管２６の方向に平行平板４１を通って移動する。この時、平行平板４１は冷媒により冷却されているのでレーザガスが冷却され、冷却されたレーザガスは片方の放電管２６に流れ込む。
【００３１】
次に図３に示すように予め放電管のガス温度が温度分布を崩さないように設定した時間、より好ましくは放電周期を３ｍｓｅｃ以下とするように放電管２５の放電を消した後、放電管２６内のレーザガスに電極２３，２４間で放電を行う。
【００３２】
放電管２６側が放電することで放電管内のレーザガスが放電エネルギーを受けガス温度が上昇すると共に熱膨張し、上述したようにレーザガスが、今度は矢印６とは反対方向に流れ、平行平板４１を通過する時に冷却され、冷却されたレーザガスは放電管２５に導入される。
【００３３】
この片側のみの放電を繰り返すことにより、片側の放電管が放電している状態とすることができる。
【００３４】
これら励起されたレーザガスは部分透過鏡２および全反射鏡３，４，５で形成される光共振器で共振状態となり、部分透過鏡２からレーザ光１が出力される。このレーザ光１は図３に示す様にいずれかの放電管が放電していることで、連続光（ＣＷ光）を生成することが可能であり、また同時に全ての放電を消灯することによりパルス光を生成することも可能である。
【００３５】
また構成によっては部分透過鏡２、全反射鏡３，４，５を大気中に配置することも可能なため、メンテナンス時に行うミラークリーニングはミラーの着脱を伴わずに行うことができ、クリーニング後のミラー調整が不要となりメンテナンス時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では冷媒の冷却と循環にクーラー４２を用いたが、平行平板４１の寸法や材質によればクーラー４２を削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のガスレーザ発振装置は、循環ポンプを使用せず、厚板切断に優れ、メンテナンス性にも優れたガスレーザ発振装置として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ レーザ光
２ 部分透過鏡
３，４，５ 全反射鏡
１１，１２，１３，１４ ウィンドウ
２１，２２，２３，２４ 電極
２５，２６ 放電管
２７ 放電空間
３１，３２ 高圧電源
３３ 制御装置
４１ 平行平板
４２ クーラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザガスを配置した少なくとも２つの放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に放電の電力を供給する高圧電源を備え、前記放電管をレーザ光の進行方向に並列に並べ、前記放電管の間に前記レーザガスを通す流路を設け、前記流路に冷却部を配置するとともに前記高圧電源は前記放電管の電極を交互に放電するガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記放電管の放電周期を３ｍｓｅｃ以下とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記流路として平行平板で構成し、前記平行平板間の距離を２ｍｍ以下とした請求項１または２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項１】
内部にレーザガスを配置した少なくとも２つの放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に放電の電力を供給する高圧電源を備え、前記放電管をレーザ光の進行方向に並列に並べ、前記放電管の間に前記レーザガスを通す流路を設け、前記流路に冷却部を配置するとともに前記高圧電源は前記放電管の電極を交互に放電するガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記放電管の放電周期を３ｍｓｅｃ以下とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記流路として平行平板で構成し、前記平行平板間の距離を２ｍｍ以下とした請求項１または２記載のガスレーザ発振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１１９５７２（Ｐ２０１１−１１９５７２Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７７２９５（Ｐ２００９−２７７２９５）
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]