JP2004207348A

JP2004207348A - レーザ発振装置およびレーザ加工機

Info

Publication number: JP2004207348A
Application number: JP2002372212A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hayashikawa; 洋之林川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ガスレーザにおける送風機の風量特性を改善し、レーザ出力の増大を図る。
【解決手段】レーザ媒体を励起する放電手段と、翼車の回転によりレーザガスを送風する送風手段と、放電手段と送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備え、翼車の回転軸と前記レーザガス流路の中心軸とは同一軸上にないように配置したり、送風手段は、遠心送風機や軸流送風機で構成したり、レーザガス流路は送風手段の吸入口に翼車の回転面に複数個平行に設けたり、レーザガス流路は送風手段の吸入口に翼車の回転面に複数個傾斜させて設けたり、送風手段の吸入口にハニカムなどの整流手段を配置することにより、送風手段の流量を増大し、レーザ出力の増大が図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送風手段を用いたレーザ発振装置およびレーザ加工機に関する物であり、特に長期に渡って安定して使用できる信頼性の高い装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、従来のガスレーザ装置の概略構成図を示す。
【０００３】
図９において、ガスレーザ装置５１には放電励起用のガスレーザ媒質を封入する気密容器５２が設けられている。
【０００４】
この気密容器５２内には陰極と陽極とからなる一対の主放電電極５３が配設され、気密容器５２内には送風手段としての貫流ファン５４と、この貫流ファン５４から送風されるガス流を主放電電極５３の間へ導く流路を気密容器５２内に形成するための複数の流路ガイド部材５５とが配設されている。そして、ガスレーザ装置５１の動作時には貫流ファン５４によって気密容器５２内の封入ガスを循環させ、流路ガイド部材５５に沿って主放電電極５３間に流れるガス流を形成させ、また、貫流ファン５４にはファン本体５６と、このファン本体５６を収容するファンケーシング５７と、ファン本体５６を回転軸５８を中心に回転駆動する。
【０００５】
また、Ｌ₁は主放電電極５３の下流側の流路の距離、Ｌ₂は主放電電極５３の上流側の流路の距離で、５７ａは貫流ファン１４のファンケーシング５７の吹出口、５７ｂは主放電電極５３の下流側のガス流が吸込み口である。
【０００６】
また、バッファタンク本体６３の他側部上面にはガス流路６６のガス流入口６４と、このガス流入口６４よりも開口面積が大きいガス流出口６５が形成されている。
【０００７】
そして、ガスレーザ装置５１の動作中は貫流ファン５４が駆動され、主放電電極５３の下流側のガス流が吸込み口５７ｂから貫流ファン５４のファンケーシング５７の内部に吸込まれ、吹出口５７ａから吹出される（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、図１０に別の従来のレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図１０を参照しながら従来のレーザ発振装置を説明する。
【０００９】
この図に於いて、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２，３は放電管周辺に設けられた電極である。４は電極に接続された電源である。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は部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。矢印９はレーザガスの流れる方向を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。
【００１０】
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手段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機、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。また送風手段１３はインバータ１３ａによって、羽根車の回転駆動周波数を制御されている。レーザガス流路１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。
【００１１】
以上が従来の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。
【００１２】
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、レーザガス導入部１４より放電管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。
【００１３】
図１１は従来のレーザ加工機の概略構成の一例を示す。
【００１４】
この図に於いて、レーザビーム８は、反射鏡１５にて反射され、ワーク１６近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ１７内部に備えられた集光レンズ１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク１６に照射され、加工が行われる。ワーク１６は加工テーブル１９上に固定されており、Ｘ軸モータ２０あるいはＹ軸モータ２１によって、トーチ１７はワーク１６に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工が行われる。
【００１５】
レーザ出力は、放電空間５を流れるレーザガスの質量流量が大きいほど、増大する。よって、いかに大きな質量流量のレーザガスを流せるかが、レーザ出力増大に関するポイントであり、そのためには送風手段１３の性能向上、およびレーザガス流路１０での圧損低減などが、技術課題として挙げられる。
【００１６】
また、図１２，１３に一般的なガスレーザ発振装置用の送風手段としての遠心送風機の構造を示す。
【００１７】
重力方向に対して、遠心送風機は、下側にモータ２２が配置され、モータ２２の回転軸は重力方向に対して鉛直方向に配置されている。回転軸の先端に、翼車２３およびディヒューザ２４が備えられている。レーザガスは、吸入口２５から重力方向の上方向より吸入され、翼車２３の回転による遠心力によって運動エネルギを与えられ、その後、ディヒューザ２４によって、運動エネルギは圧力へと変換され、吸入口２５よりも約１．５倍程度の圧力となったガスは、吐出口２６より吐き出される。
【００１８】
以上の従来のレーザ装置は、いずれも送風機の翼車の回転軸とレーザガス流路の中心軸とは同一軸上にある。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１０−２４２５４７号公報（第３−４頁、第１図）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この様な従来のレーザ発振装置、およびレーザ加工機は、下記課題を有している。
【００２１】
送風手段の役割は、循環しているレーザガスの質量流量を少しでも増加させ、レーザ出力を増大させる事にある。しかし構造上、送風手段の吸入口〜吐出口に至るまでの各所で、どうしてもある程度の圧力損失が発生する。遠心送風機自体の構造は、翼車とディヒューザとで構成された極めてシンプルなものであり、風量特性の改善にも限界があり、レーザ出力増大に関しても、一定の壁を越えられずにいた。送風手段として、遠心送風機と並んで代表的なものに軸流送風機が挙げられるが、これを用いた場合も遠心送風機と同様の課題を抱えていた。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、レーザ媒体を励起する放電手段と、翼車の回転により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の間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備え、前記翼車の回転軸と前記レーザガス流路の中心軸とは同軸上にないため、送風手段の流量が増大し、レーザ出力の増大を実現できる。
【００２３】
また、送風手段は整流手段としてハニカムとしたため、さらに送風手段の流量が増大し、レーザ出力の増大を実現できる。
【００２４】
さらに、本発明のレーザ加工機は、加工ワーク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加工トーチ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装置と、レーザ光を発生する前記レーザ発振装置とを備えたため、レーザ出力の増大を実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１，２は本発明の実施の形態であり、レーザガス流路を送風手段の吸入口に翼車の回転面に複数個平行に設けたレーザ発振装置の構成図である。
【００２６】
レーザガス流路１０は送風機１３の吸入口２５に翼車２３の回転面に平行に２個接続され、かつ送風機１３の吸入口２５においてオフセット（翼車２３の回転軸とレーザガス流路１０の中心軸とは同一軸上にない、以下同様）させて接続されている。送風機１３は吸入口方向からみて反時計回りに回転する構造となっており、吸入口２５のオフセット方向も同様に、吸入口２５から見て反時計回り方向になっている。図に示す一点鎖点はレーザガスの流れを示している。
【００２７】
また、送風機１３の吸入口２５とレーザガス流路１０との間には、両者を接続した吸入ポート２７が配置され、吸入ポート２７は翼車２３の回転面に垂直方向に配置されている。
【００２８】
上記構成において、オフセットしたレーザガス流路１０より吸入ポート２７へ進入したレーザガス流においては、吸入口２５から見て反時計回り方向に渦が発生する。この渦の持つ運動エネルギのベクトルは、翼車２３の回転方向と一致しているため、結果として翼車２３の回転を補助する役目を果たす。すなわち、オフセット無し（翼車２３の回転軸とレーザガス流路１０の中心軸とは同一軸上、以下同様）でレーザガスが進入した場合に比べ、スムーズにレーザガスが反時計回り回転に乗り、翼車２３からディヒューザ２４へと至るガスの流れが非常に効率的になる。結果として、風量特性の改善により、送風機１３の質量流量が増大し、レーザ出力の増大を実現出来る。
【００２９】
図３，４は本発明の実施の形態であり、レーザガス流路を送風手段の吸入口に翼車の回転面に複数個傾斜させて設けたレーザ発振装置の構成図である。
【００３０】
レーザガス流路１０は図３，４と同様に、送風機１３の吸入口２５に翼車２３の回転面に平行に２個接続され、かつ送風機１３の吸入口２５においてオフセットさせて接続されているが、前述の図１，２で示した構成と比べ、翼車２３の回転面に複数個傾斜させて接続されている。この場合においても、オフセット無しでレーザガスが進入した場合に比べ、スムーズにレーザガスが反時計回り回転に乗り、翼車２３からディヒューザ２４へと至るガスの流れが非常に効率的になる。結果として、風量特性の改善により、送風機１３の質量流量が増大し、レーザ出力の増大を実現出来る。
【００３１】
図５，６は送風手段の吸入ポートに、例えばハニカムなどの整流手段２８を設けたものを示したレーザ発振装置の構成図である。
【００３２】
レーザガス流路１０よりオフセットした状態で進入したレーザガスは、前述したようにスムーズにレーザガスが反時計回り回転に乗り、翼車２３からディヒューザ２４へと至るガスの流れが非常に効率的になる。但し厳密に見ればレーザガスが吸入口２５に導入される過程で、ある程度圧力損失の原因となる渦が発生してしまう。ここで吸入口２５に例えばハニカムなどの整流手段２８を挿入することで、渦の発生を抑制し、スムーズな流れを作り出す事が出来る。結果として、風量特性の改善により、送風機１３の質量流量が増大し、レーザ出力の増大を実現できる。
【００３３】
図７は、本発明の実施の形態において、前述のレーザ発振装置に関してレーザ出力特性を示した図である。また整流手段としてハニカムを備えたレーザ発振装置に関するレーザ出力特性も示している。
【００３４】
本改良によりレーザ出力の著しい増大を図れていることが判る。また整流手段無しの場合に比べ、有りの場合の方が、よりガスの流れがスムーズに流れ、効果的であるが、整流手段無しの場合でも、従来例に比べ充分な効果が得られている事がわかる。
【００３５】
図８は、本発明の実施の形態であり、送風手段として軸流送風機を用いた場合においても、遠心送風機を用いた場合と同様の効果が得られる。
【００３６】
また図１１に示した、加工ワークを乗せる加工テーブルと、加工テーブルの移動とレーザ加工トーチの少なくとも一方を移動する駆動手段と、駆動手段を制御する数値制御装置とを備えたレーザ加工機において、上述のレーザ発振装置を有することにより、送風手段の質量流量が増大により、レーザ出力の増大を実現できるレーザ加工機が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ発振装置やレーザ加工機は、ガスレーザにおける送風機の風量特性を改善出来、レーザ出力の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における第１のレーザ発振装置の平面構成図
【図２】同実施の形態における第１のレーザ発振装置の正面構成図
【図３】本発明の実施の形態における第２のレーザ発振装置の平面構成図
【図４】同実施の形態における第２のレーザ発振装置の正面構成図
【図５】本発明の実施の形態における第３のレーザ発振装置の平面構成図
【図６】同実施の形態における第３のレーザ発振装置の正面構成図
【図７】同実施の形態におけるレーザ出力特性を示した図
【図８】同実施の形態における第４のレーザ発振装置の構成図
【図９】従来におけるガスレーザ装置の構成図
【図１０】別の従来のガスレーザ装置の概略構成図
【図１１】従来のガスレーザ加工機の概略構成図
【図１２】一般的なガスレーザ発振装置用遠心送風機の平面構成図
【図１３】一般的なガスレーザ発振装置用遠心送風機の正面構成図
【符号の説明】
９レーザガスの流れる方向
１０レーザガス流路
１３送風機
２３翼車
２５吸入口
２８整流手段
２９軸流送風機

Claims

レーザ媒体を励起する放電手段と、翼車の回転により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の間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路とを備え、前記翼車の回転軸と前記レーザガス流路の中心軸とは同一軸上にないレーザ発振装置。
送風手段は、遠心送風機である請求項１記載のレーザ発振装置。
送風手段は、軸流送風機である請求項１記載のレーザ発振装置。
レーザガス流路は送風手段の吸入口に翼車の回転面に複数個平行に設けた請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
レーザガス流路は送風手段の吸入口に翼車の回転面に複数個傾斜させて設けた請求項１から４のいずれかに記載のレーザ発振装置。
送風手段は整流手段を有した請求項１から５のいずれかに記載のレーザ発振装置。
整流手段はハニカムである請求項６記載のレーザ発振装置。
加工ワーク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加工トーチ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装置と、レーザ光を発生する請求項１から７のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。