JP2014110321A - Gas laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放電管を流れているレーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振装置において、レーザ出力を増大させる技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for increasing laser output in a gas laser oscillation device that generates laser light by discharging excitation of a laser medium flowing in a discharge tube.
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。 In general, a sheet metal processing apparatus using a gas laser oscillator is desired to be able to cut and weld different things such as a thin plate to a thick plate, or a kind of plate material, mild steel, aluminum, stainless steel, etc. without setting up.
図3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。以下、図3を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。 FIG. 3 shows an example of an axial flow type gas laser device as an example of a schematic configuration of a conventional gas laser oscillation device. Hereinafter, a conventional gas laser oscillation apparatus will be described with reference to FIG.
この図に於いて、131、141はそれぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、132、133、142,143はそれぞれ放電管131、141周辺に設けられた電極、斜線部135、145はそれぞれ電極132,133、142,143間に挟まれ放電空間である。
In this figure, 131 and 141 are discharge tubes made of a dielectric material such as glass, 132, 133, 142 and 143 are electrodes provided around the
本図において放電空間135,145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109に沿って配置される。
In this figure, the
105はほぼ全反射する終段鏡、106は部分反射する出力鏡であり、この終段鏡105,出力鏡106は光軸(一点鎖線で表わしている)109上に配置された放電空間全体の両端に配置され、光共振器を形成している。また通常電極部は数10kVの高電圧が印加され、終段鏡、出力鏡は、電極との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管151、152を設けて絶縁を行っている。
121,122の矢印はレーザ媒質ガスの流れる方向を示している。111と121はガス流変更機構、115は放電管131,141から流れ出るレーザ媒質ガスを集める排気配管ブロックであり、123は排気配管ブロック115から排出されるレーザ媒質ガスである。
The
161、162は放電電極に電圧を印加する高圧電源であり、図には示していないが、ガス流変更機構111,112から排気配管ブロック113間に10〜30kPa程度の圧力でレーザ媒質ガスを冷却循環させる熱交換器および循環ポンプが設けられている。
以上が従来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。 The above is the configuration of the conventional gas laser oscillation apparatus. Next, the operation thereof will be described.
ガス流変更機構111を通り、放電に最適化されたガス流に変更されたレーザ媒質ガス121は、放電管131内へ導入される。この状態で電極132,133から放電エネルギーを得て励起され放電空間135に放電が発生する。放電空間135内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック115に流れこみレーザ媒質ガス123となって前記循環ポンプへと戻っていく。このとき無放電管151にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間135と出力鏡106との絶縁を保持している。
The
同様にレーザ媒質ガス122は、ガス流変更機構112を通り、放電に最適化されたガス流に変更され放電管141へ導入され放電管131と同様に放電空間145を形成する。
Similarly, the
これら励起されたレーザ媒質ガスは出力鏡106および終段鏡105で形成される光共振器で共振状態となり、出力鏡106からレーザ光109が出力される。また134、144は放電の点弧をしやすくするための補助電極である。
These excited laser medium gases are resonated by an optical resonator formed by the
上記のような従来の技術を用いた場合、放電管131,141にレーザ媒質ガスを導入する位置は、ガス流変更機構111、112だけである。ガス流を変更するには、通常配管内にガス流を変化させる構成物を設置することが一般的であり、その構成物がガス流に対して抵抗となり、流量を低下させる働きとなる。従ってレーザ出力の最大値はガス流変更機構に制約を受ける。
When the conventional technique as described above is used, the gas
また電極部の印加電圧を増大させてレーザ最大出力の増大をさせる場合には、ガス温度が上昇し、特に放電管の下流側の温度が反転分布を形成させることができず、レーザ出力の最大値は制限を受ける。 In addition, when increasing the maximum laser output by increasing the voltage applied to the electrode section, the gas temperature rises, and in particular, the temperature on the downstream side of the discharge tube cannot form an inverted distribution, and the maximum laser output is increased. The value is limited.
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、レーザ出力の最大値を増大させることのできる小型で大出力のレーザ発振装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a small-sized and high-power laser oscillation device capable of increasing the maximum value of laser output in view of the above-described conventional problems.
上記目的を達成するために、本発明のガスレーザ発振装置では、ガス流整流機構より下流側の放電管に、レーザガスを流入させる流入口を設ける。これらの構成により、下流側からレーザガスが流入させることができるとともに、流入するレーザ媒質ガスは、十分に冷却されているため下流側のレーザガスの温度を低減させる効果も得られる。以上のことにより、発振効率は上昇することができ、従来と同じ電力を注入しても、高出力のレーザ光を得られることができる。また放電管には放電の開始電圧を低く、かつバラツキを少なくするための補助電極を設けていることが多い。前記、下流側のガス導入口を補助電極近傍に設けることで、放電開始時に補助電極近傍で形成された電離状態のレーザ媒質ガスが流れ易くなり、点弧が安定する。このことで、より放電管に高い電圧をかけることができるため、放電管への注入電力を上げることが可能となる。以上のことにより、同じ大きさの放電管でも高出力のレーザ光を得られることができる。 In order to achieve the above object, in the gas laser oscillation apparatus of the present invention, an inflow port through which laser gas flows is provided in a discharge tube downstream of the gas flow rectification mechanism. With these configurations, the laser gas can be introduced from the downstream side, and since the flowing laser medium gas is sufficiently cooled, the effect of reducing the temperature of the downstream laser gas can be obtained. As described above, the oscillation efficiency can be increased, and a high-power laser beam can be obtained even when the same electric power as in the conventional case is injected. In many cases, the discharge tube is provided with an auxiliary electrode for lowering the start voltage of discharge and reducing variations. By providing the downstream gas introduction port in the vicinity of the auxiliary electrode, the ionized laser medium gas formed in the vicinity of the auxiliary electrode at the start of discharge can easily flow, and the ignition is stabilized. As a result, a higher voltage can be applied to the discharge tube, so that the power injected into the discharge tube can be increased. As described above, a high-power laser beam can be obtained even with a discharge tube of the same size.
以上の本発明の構成により、同じ大きさの放電管でも高出力のレーザ光を得られることができる。これにより、高速、またはより厚い板のレーザ加工を提供することができる。また同じ出力であれば発振器を小型化することができる。 With the configuration of the present invention described above, a high-power laser beam can be obtained even with a discharge tube of the same size. Thereby, high speed or thicker plate laser processing can be provided. If the output is the same, the oscillator can be miniaturized.
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図1に発明の実施の形態を示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the invention.
図1は本発明のガスレーザ発振装置の概略構成図であり以下、図1を参照しながら説明する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas laser oscillation apparatus according to the present invention, which will be described below with reference to FIG.
この図に於いて、31、41はそれぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、32、33、42,43はそれぞれ放電管31、41周辺に設けられた電極、斜線部35、45はそれぞれ電極32,33、42,43間に挟まれ放電空間である。本図において放電空間35,45は放電管31、41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31、41は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸9に沿って配置される。
In this figure, 31 and 41 are discharge tubes made of a dielectric material such as glass, 32, 33, 42 and 43 are electrodes provided around the
5はほぼ全反射する終段鏡、6は部分反射する出力鏡であり、この終段鏡5,出力鏡6は光軸(一点鎖線で表わしている)9上に配置された放電空間全体の両端に配置され、光共振器を形成している。
また通常電極部は数10kVの高電圧が印加され、終段鏡5、出力鏡6は、電極との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管51、52を設けて絶縁を行っている。
In addition, a high voltage of several tens of kV is applied to the normal electrode portion, and the final-
21,22、23、25〜28の矢印はレーザガスの流れる方向を示している。11と12はガス流変更機構、15は放電管31,41から流れ出るレーザ媒質ガスを集める排気配管ブロックである。
The
61、62は放電電極に電圧を印加する高圧電源であり、図には示していないが、給気配管ブロック、ガス流変更機構11,12、排気配管ブロック15に10〜30kPa程度の圧力でレーザ媒質ガスを冷却循環させる熱交換器および循環ポンプが設けられている。
次にその動作について説明する。 Next, the operation will be described.
ガス流変更機構11を通ったレーザ媒質ガス25は、ガス流変更機構11により、放電に適したガス流に調整され、放電管31内へ導入される。通常放電管31に流入させるレーザ媒質ガスは、レーザの発振効率を高めるため、熱交換器で冷却されている。通常ガスの温度は20から30℃に冷却されている。この状態で電極32,33から放電エネルギーを得て励起され放電空間35に放電が発生する。
The
放電空間35内のレーザ媒質ガスは、排気配管ブロック15に流れこみレーザ媒質ガス23となって前記循環ポンプへと戻っていく。レーザ媒質ガス23は放電のエネルギーにより、一部は下述するレーザ光に変換され、残りの放電エネルギーはガスの温度上昇になる。このとき無放電管51にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間35と終段鏡5との絶縁を保持している。
The laser medium gas in the
同様にレーザ媒質ガス26は、それぞれ放電管41へ導入され放電管31と同様に放電空間45を形成する。
Similarly, the
これら励起されたレーザ媒質ガスは出力鏡6および終段鏡5で形成される光共振器で共振状態となり、出力鏡6からレーザ光9が出力される。
These excited laser medium gases are resonated by an optical resonator formed by the
高出力のレーザ出力を得るために放電エネルギーを増大させると放電管内のレーザガスの温度は上昇する。炭酸ガスレーザ発振器では約200℃を超えると反転分布の形成が困難となり、発振効率が低下し、放電エネルギーを増加させてもレーザ出力が増大しない。 When the discharge energy is increased in order to obtain a high-power laser output, the temperature of the laser gas in the discharge tube rises. In the carbon dioxide laser oscillator, when the temperature exceeds about 200 ° C., it becomes difficult to form an inversion distribution, the oscillation efficiency is lowered, and the laser output does not increase even if the discharge energy is increased.
今回の発明では、放電管31にガス流変更機構11より下流側にレーザ媒質ガスを導入するガス導入口13を設けており、レーザ媒質ガスを放電管内に流している。また放電管41においても、同様にガス導入口14を設けており、レーザ媒質ガスを放電管内に流している。
In the present invention, the
上述の様な構成をとることにより、レーザ媒質のガス経路の圧力損失が少なくなり、より多くのレーザ媒質ガスを放電管内に流すことが可能になる。また熱交換器で冷却されたレーザ媒質ガスを、ガス流変更機構下流側のガス導入口から入れることで、下流側のレーザ媒質ガスの温度が低減される。 By adopting the above-described configuration, the pressure loss in the gas path of the laser medium is reduced, and more laser medium gas can be flowed into the discharge tube. Further, the temperature of the laser medium gas on the downstream side is reduced by introducing the laser medium gas cooled by the heat exchanger from the gas inlet on the downstream side of the gas flow changing mechanism.
図2は本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置のレーザガス温度の説明図である。これからわかる様に放電管の全域でレーザ媒質ガスの反転分布が容易に形成することができる。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the laser gas temperature of the laser oscillator according to the embodiment of the present invention. As can be seen, the inversion distribution of the laser medium gas can be easily formed across the entire discharge tube.
また放電管には放電の開始電圧を低く、かつバラツキを少なくするための補助電極を設けていることが多い。前記、下流側のガス導入口13,14を補助電極34、44近傍に設けることで、放電開始時に補助電極近傍で形成された電離状態のレーザ媒質ガスが流れ易くなり、点弧が安定する。上述の構成により、本発明の構成の成立が可能である。
In many cases, the discharge tube is provided with an auxiliary electrode for lowering the start voltage of discharge and reducing variations. By providing the
本発明にかかるガスレーザ発振装置は、同じ大きさの放電管でも高出力のレーザ光を得られることができるので、高速、またはより厚い板のレーザ加工を提供することができ、また同じ出力であれば発振器を小型化することができるものであり、放電管を流れているレーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振装置等において有用である。 The gas laser oscillation apparatus according to the present invention can provide high-power laser light even with a discharge tube of the same size, so that it can provide laser processing of a high-speed or thicker plate with the same output. For example, the oscillator can be miniaturized, and is useful in a gas laser oscillation apparatus that generates laser light by exciting the laser medium flowing through the discharge tube.
5 終段鏡(全反射鏡)
6 出力鏡(部分反射鏡)
9 レーザ光
11、12 ガス流変更機構
13,14 ガス導入口
15 排気配管ブロック
21、22 レーザ媒質ガス流れ方向
23 レーザ媒質ガス排出方向
25、26 ガス流変更機構に流れるレーザ媒質ガス流
27、28 ガス導入口から流入するレーザ媒質ガス流
31、41 放電管
32,33、42,43 電極
34、44 補助電極
35、45 放電空間
51、52 無放電管
61、62 電源
105 終段鏡(全反射鏡)
106 出力鏡(部分反射鏡)
109 レーザ光の光軸
111、112 ガス流変更機構
115 排気配管ブロック
121、122 レーザ媒質ガス流れ方向
123 レーザ媒質ガス排出方向
131、141 放電管
132,133、142,143 電極
135、145 放電空間
151、152 無放電管
161、162 電源
5 Final mirror (total reflection mirror)
6 Output mirror (partial reflection mirror)
9
106 Output mirror (partial reflection mirror)
109 Laser beam
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012264038A JP2014110321A (en) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Gas laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012264038A JP2014110321A (en) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Gas laser oscillator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012264038A Pending JP2014110321A (en) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Gas laser oscillator |
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2012
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