JP2017124423A - レーザ加工システム及びレーザ光供給方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ発振装置(L1)は、レーザ光を出力するN個のレーザモジュール(12)と、それぞれに対応して設けられ各レーザモジュール(12)から出力されたレーザ光が入力される入力ポート(13a),N個の出力ポート(13c,13d),及び入力ポート(13a)に入力されたレーザ光をN個の出力ポート(13c,13d)それぞれに選択誘導するN個の誘導部(13e,13f)を有するN個のスイッチャ(13)と、それぞれが各N個のスイッチャ(13)から出力されたN系統のレーザ光を合成して一系統にするN個の光合成器(31)と、N個の光合成器(31)とN台のレーザ光照射装置(M1a,M2a)とを接続するN本の光ファイバ(31a,32a)とを備えた。
【選択図】図1
Description
例えば、レーザ溶接装置におけるレーザ溶接トーチやレーザ切断装置におけるレーザ加工ヘッドは、ワークに対してレーザ光を照射するレーザ光照射装置であって、各装置に一つ又は複数備えられる。
また、レーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置を、その運用効率を高めるべく、複数のレーザ光照射装置で共有化する技術が検討されている。
しかしながら、複数のレーザ光照射装置を同時稼動させるべくレーザ光を同時的に供給する場合には、レーザ発振装置から出力されたレーザ光をビームスプリッタで分割して供給することになり、供給できるレーザ光の最高強度が低くなる、という問題が生じる。
1) N(N:2以上の整数)台のレーザ光照射装置と、
前記N台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
を備え、
前記レーザ発振装置は、
レーザ光を出力するN個のレーザモジュールと、
前記N個のレーザモジュールそれぞれに対応して設けられ、各前記レーザモジュールから出力されたレーザ光が入力される入力ポートと、N個の出力ポートと、前記入力ポートに入力された前記レーザ光を前記N個の出力ポートそれぞれに選択的に誘導するN個の誘導部と、を有するN個のスイッチャと、
それぞれが各前記N個のスイッチャから出力されたN系統のレーザ光を合成して一系統にするN個の光合成器と、
前記N個の光合成器と前記N台のレーザ光照射装置とを一対一で接続するN本の光ファイバと、
を備えたことを特徴とするレーザ加工システムである。
2) N(N:2以上の整数)台のレーザ光照射装置と、
前記N台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
を備え、
前記レーザ発振装置は、
レーザ光を出力するN個のレーザモジュールと、
前記N個のレーザモジュールの内のK(KはN未満の正の整数)個のレーザモジュールに対応して設けられ、各前記K個のレーザモジュールから出力されたレーザ光が入力される入力ポートと、N個の出力ポートと、前記入力ポートに入力された前記レーザ光を前記N個の出力ポートそれぞれに選択的に誘導するN個の誘導部と、を有するK個のスイッチャと、
さらに、
2≦Kの場合、
それぞれが各前記K個のスイッチャから出力されたK系統のレーザ光を一系統に合成するN個の光合成器と、
前記N個の光合成器と、前記N台のレーザ光照射装置と、を一対一で接続するN本の光合成器接続用光ファイバと、
前記K個のスイッチャに非対応の(N−K)個の前記レーザモジュールと、前記N個の光合成器の内の(N−K)個の光合成器と、を一対一で接続するK本のレーザモジュール接続用光ファイバと、
を備え、
K=1の場合、
前記K個のスイッチャから出力されたK系統のレーザ光と、前記(N−K)個の前記レーザモジュールの内の一つから出力されたK系統のレーザ光と、を一系統に合成する(N−K)個の光合成器と、
前記(N−K)個の光合成器と、前記N台のレーザ光照射装置の内の(N−K)台のレーザ光照射装置と、を一対一で接続する(N−K)本の光合成器接続用光ファイバと、
前記K個のスイッチャにおけるN系統の出力の内のK系統と、前記N台のレーザ光照射装置の内の前記光合成器と接続されていないK台と、一対一で接続するK本のスイッチャ接続用光ファイバと、
を備えていることを特徴とするレーザ加工システムである。
3) N(N:2以上の整数)台のレーザ光照射装置と、
前記N台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
を備え、
前記レーザ発振装置は、レーザ光を出力するM(Nを越える整数)個のレーザモジュールと、
前記M個のレーザモジュールそれぞれに対応して設けられ、前記レーザモジュールから出力されたレーザ光が入力される入力ポートと、N個の出力ポートと、前記入力ポートに入力された前記レーザ光を前記N個の出力ポートそれぞれに選択的に誘導するN個の誘導部と、を有するM個のスイッチャと、
それぞれが各前記M個のスイッチャから出力されたM系統のレーザ光を一系統に合成するN個の光合成器と、
前記N個の光合成器と前記N台のレーザ光照射装置とを一対一で接続するN本の光ファイバと、
を備えたことを特徴とするレーザ加工システムである。
4) 前記スイッチャから出力されたレーザ光を前記光合成器に入力させる光ファイバを備えていることを特徴とする1)〜3)のいずれか一つに記載のレーザ加工システムである。
5) 一台のレーザ発振装置からN(Nは2以上の整数)台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ光供給方法であって、
レーザ発振装置に第1〜第NなるN個のレーザモジュールを設けておき、前記第1のレーザモジュールから出力されたレーザ光をN系統に選択的に振り分けると共に、前記N系統のレーザ光の内のk(1≦k≦N)番目の系統のレーザ光を、第2のレーザモジュールから出力されN系統に選択的に振り分けたレーザ光の内の(N−k+1)番目の系統のレーザ光と合成して前記N台のレーザ光照射装置の内のk番目のレーザ光照射装置に供給することを特徴とするレーザ光供給方法である。
実施例1のレーザ加工システムST1(以下、加工システムST1)の構成を、ブロック図である図1と模式図である図2を参照して説明する。
レーザ加工システムST1は、N台(N:2以上の整数)のレーザ加工装置と1台のレーザ発振装置とを含んで構成されている。
実施例1において、レーザ発振装置は、レーザ加工装置と同数のN個のレーザ発振モジュールを有する。
加工システムST1は、二台のレーザ加工装置M1,M2と、その二台のレーザ加工装置M1,M2に共有されるレーザ発振装置L1と、加工システム全体を制御する制御装置CTと、を含んで構成されている。
レーザ発振装置L1は、レーザ溶接トーチM1a及びレーザ加工ヘッドM2aからワーク(図示せず)に対して照射するレーザ光Lzwの元となるレーザ光を供給する。
制御装置CTは、加工システムST1の全体の動作を制御する。
レーザモジュール体L11とレーザモジュール体L21は、同じ構成を有し、図1では、左右対称に記載されている。以下、代表としてレーザモジュール体L11について詳述する。
スイッチャ13は、一つの入力ポート13a及び二つの出力ポート13c,13dを有する。
レーザモジュール12とスイッチャ13の入力ポート13aとは、光ファイバ12aで接続されており、レーザモジュール12で生成されたレーザ光Lz12は、光ファイバ12aを介してスイッチャ13に入力される。
スイッチャ13は、コリメートレンズ13bを通過した平行レーザ光Lzbを、二つの出力ポート13c,13dのいずれかに選択的に導くための誘導部13e,13fを有する。誘導部13e,13fは、平行レーザ光Lzbの経路に沿って誘導部13eが上流側となるように並設されている。
反射鏡13e1と反射鏡13f1とは、制御装置CTの制御の下、エアシリンダなどを用いた駆動部(図示せず)の動作によって、平行レーザ光Lzbの光路に進入した進入位置と、光路から退避した退避位置と、の間で独立して個別に移動する。
反射鏡13e1は、平行レーザ光Lzbの光路内に進入した状態Aで、平行レーザ光Lzbを全反射し出力ポート13cに向け偏向する。
反射鏡13f1は、平行レーザ光Lzbの光路内に進入した状態Bで、平行レーザ光Lzbを全反射し出力ポート13dに向け偏向する。
誘導部13fは、反射鏡13f1によって偏向された平行レーザ光Lzbを出力ポート13dに収束誘導するレンズ13f2を有する。
状態Bでは、平行レーザ光Lzbは、反射鏡13f1によって偏向され、出力ポート13dに誘導される。
スイッチャ23は、スイッチャ13と同じ機能を有し、動作は制御装置CTにより制御される。
スイッチャ13及びスイッチャ23のいずれか一方から出力されたレーザ光は、光合成器31及び光合成器32のいずれか一方を通るようになっている。
そして、光合成器31を通ったレーザ光は、レーザ光照射装置M1aに供給され、光合成器32を通ったレーザ光はレーザ光照射装置M2aに供給される。
出力ポート13cは、光合成器31と光ファイバ13c1で接続されている。
出力ポート13dは、光合成器32と光ファイバ13d1で接続されている。
出力ポート23cは、光合成器32と光ファイバ23c1で接続されている。
出力ポート23dは、光合成器31と光ファイバ23d1で接続されている。
また、スイッチャ13の出力ポート13dから出力されたレーザ光と、スイッチャ23の出力ポート23cから出力されたレーザ光と、が、光合成器32で合成されてレーザ加工ヘッドM2aに供給可能である。
すなわち、光合成器31,32は、それぞれ入力された二系統のレーザ光を合成し、一系統のレーザ光にして出力する。
図2(a)〜(c)それぞれは、説明容易のため、スイッチャ13,23が共に同じ状態となっている例を示しているが、それぞれ独立的に状態遷移可能とされている。すなわち、スイッチャ13がA状態でスイッチャ23がB状態、或いはその逆の状態、に設定可能である。
図3は、スイッチャ13,23のそれぞれの状態と、レーザモジュール12,22の出力ON/OFFの状態と、の組み合わせに応じた、レーザ光照射装置M1a,M2aに供給されるレーザ光の内容について、白丸及び黒丸などで示したものである。
合成されたレーザ光は、モード6では、レーザ光照射装置M1aに供給され、モード9では、レーザ光照射装置M2aに供給される。
また、モード3及びモード12のように、二つのレーザ光照射装置M1a,M2aに同時供給されるレーザ光Lz12,Lz22を、逆にできる。
また、モード2及びモード8と、モード7及びモード10と、に示されるように、レーザ光照射装置M2aのみに供給されるレーザ光を、レーザ光Lz12とレーザ光Lz22とで逆にできる。
そのため、供給できるレーザ光の最高強度が低くなることがなく、レーザ光照射装置M1a,M2aを高能力化できる。
そして、出力ポート13c,23dからのレーザ光を光合成器31で合成してレーザ光照射装置M1aに供給し、出力ポート13d,23cからのレーザ光を光合成器32で合成してレーザ光照射装置M2aに供給するようになっている。
また、レーザモジュール体L11,L12の内の一方が故障した際に、他方のレーザモジュール体で代用できる場合があるので、レーザ光照射装置の稼働効率の低下を抑制できる。
本発明の実施例の形態に係るレーザ加工システムの実施例2であるレーザ加工システムST2(以下、加工システムST2)の構成を、図4及び図5を参照して説明する。
加工システムST2も、N台(N:2以上の整数)のレーザ加工装置と1台のレーザ発振装置とを含んで構成されている。
また、レーザ発振装置は、レーザ加工装置と同数のN個のレーザ発振モジュールを有する。
図4は、実施例1における図1に相当するブロック図であり、図5は、実施例1における図2に相当し、加工システムST2における状態D〜Fを説明するための模式図である。
すなわち、加工システムST2は、二台のレーザ加工装置M1,M2と、その二台のレーザ加工装置M1,M2に共有されるレーザ発振装置L51と、加工システム全体を制御する制御装置CTと、を含んで構成されている。
レーザ発振装置L51は、レーザ溶接トーチM1a及びレーザ加工ヘッドM2aがワーク(図示せず)に対し照射するレーザ光Lzwを供給する。
制御装置CTは、加工システムST2の全体の動作を制御する。
レーザモジュール体L61は、実施例1の加工システムST1におけるレーザモジュール体L21と構成は同じである。
出力ポート63dと光合成器71とは、光ファイバ63d1で接続されている。
従って、レーザ光Lz62は、状態Dにおいてレーザ加工ヘッドM2aに供給され、状態Eにおいてレーザ溶接トーチM1aに供給される。
また、状態Eにおいて、レーザ光Lz62は、レーザモジュール52からレーザ光Lz52が出力されている場合、光合成器71においてそのレーザ光Lz52と合成されてレーザ溶接トーチM1aに供給される。
すなわち、光合成器71は、入力された二系統のレーザ光を合成し、一系統のレーザ光として出力する。
図6は、スイッチャ63の状態と、レーザモジュール52,53の出力ON/OFFの状態と、の組み合わせに応じた、レーザ光照射装置M1a,M2aに供給されるレーザ光の内容について、白丸及び黒丸などで示したものである。
また、モード21及びモード24と、モード25と、に示されるように、レーザ光照射装置M1aのみに供給されるレーザ光を、レーザ光Lz52とレーザ光Lz62とのいずれか一方に選択できる。
そのため、供給できるレーザ光の最高強度が低くなることがなく、レーザ光照射装置M1a,M2aを高能力化できる。
そして、レーザモジュール52から出力されたレーザ光と出力ポート63dから出力されたレーザ光とを光合成器71で合成してレーザ光照射装置M1aに供給し、出力ポート63cからのレーザ光を、光ファイバ63c1を通してレーザ光照射装置M2aに供給するようになっている。
各加工装置には、レーザ光照射装置M1a〜M3aが備えられている。
加工システムST2Aは、レーザ発振装置L51A及び制御装置CTを有する
レーザ発振装置L51Aは、三つのレーザモジュール52A,62A,72Aと、二つのスイッチャ63A,73Aと、三つの光合成器71Aa〜71Acを有する。
光合成器71Aa〜71Acとレーザ光照射装置M1a〜M3aとは、それぞれ光ファイバF71a〜F71cにより一対一に接続されている。
スイッチャ63Aは、レーザモジュール62Aからのレーザ光Lz62Aを、図示しない誘導部により、制御装置CTの制御の下、選択的に出力ポート63Aa〜63acに誘導する。
スイッチャ73Aは、レーザモジュール72Aからのレーザ光Lz72Aを、図示しない誘導部により、制御装置CTの制御の下、選択的に出力ポート73Aa〜73acに誘導する。
出力ポート63Ab及び出力ポート73Abは、光合成器71Abに光ファイバにより接続されている。
出力ポート63Ac及び出力ポート73Acは、光合成器71Acに光ファイバにより接続されている。
すなわち、光合成器71Aaは、入力された三系統のレーザ光を合成し、一系統のレーザ光としてレーザ光照射装置M1aに供給する。
また光合成器71Aa,71Acは、入力された二系統のレーザ光を合成し、一系統のレーザ光としてそれぞれレーザ光照射装置M2a,M3aに供給する。
加工システムST3においても、各レーザモジュール体は、N個の出力ポートと、出力するレーザ光をN個の出力ポートに選択的に振り分けるスイッチャと、を有する。
図8において、加工システムST3は、レーザ発振装置L81と、レーザ加工装置としての二台のレーザ加工装置M1及びレーザ加工装置M2と、制御装置CTと、を含んで構成されている。
各レーザモジュール体LA1〜LA3は、同じ構成を有する。
例えば、レーザモジュール体LA1〜LA3は、実施例1のレーザモジュール体L11と同様に、それぞれ、レーザモジュール91a〜93a及びスイッチャ91b〜93bを有する。
スイッチャ92bは、レーザモジュール92aから出力されたレーザ光Lz92を、制御装置CTに制御された誘導部S2a,S2bの動作により、出力ポート92b1,92b2に選択的に振り分ける。
スイッチャ93bは、レーザモジュール93aから出力されたレーザ光Lz93を、制御装置CTに制御された誘導部S3a,S3bの動作により、出力ポート93b1,93b2に選択的に振り分ける。
出力ポート91b2,92b2,93b2から出力されたレーザ光は、それぞれ光ファイバF1b,F2b,F3bを通って光合成器95で合成される。合成されたレーザ光は、光ファイバ95aを通ってレーザ光照射装置M2aに供給される。
従って、レーザ光Lz91〜Lz93のいずれか一つをONとしたとき、各スイッチャ91b〜93bの状態Fと状態Gとの組み合わせにより、そのレーザ光のレーザ光照射装置M1a,M2aへの供給モードとして、図9及び図10に示されるモード101〜モード156の56通りが得られる。
詳しくは、供給されるレーザ光がレーザモジュール91aから出力されたレーザ光Lz91の場合に白丸、レーザモジュール92aから出力されたレーザ光Lz92の場合に黒丸、レーザモジュール93aから出力されたレーザ光Lz93の場合に三角、としてある。星印はレーザ光の供給がないことを示している。
また、モード数が多いので、図9では、一部(モード101〜116、149〜156)のみを表示してある。
一つの組み合わせについて、レーザ光の出力ON/OFFから7通りのモードが得られる。
また、一方のレーザ光照射装置に供給されるレーザ光を、レーザモジュール91a〜93aの、いずれか一つのレーザ光及びいずれか二つのレーザ光の合成光、に設定したときに、他方のレーザ光照射装置に、残りのレーザモジュールからのレーザ光を同時的に供給することができる。
そのため、供給できるレーザ光の最高強度が低くなることがなく、レーザ光照射装置M1a,M2aを高能力化できる。
そのため、レーザ光照射装置M1a,M2aは、加工可能なレーザ加工の種類が増え汎用性が向上する。
レーザ発振装置に第1〜第NなるN個のレーザモジュールを設けておき、前記第1のレーザモジュールから出力されたレーザ光をN系統に選択的に振り分けると共に、N系統の内のk(1≦k≦N)番目の系統のレーザ光を、第2のレーザモジュールから出力されN系統に選択的に振り分けた内の(N−k+1)番目の系統のレーザ光と合成して前記N台のレーザ光照射装置の内のk番目のレーザ光照射装置に供給することを特徴とするレーザ光供給方法である。
制御装置CTは、レーザ発振装置L1,L51,L81内に備えられていてもよい。
レーザ光の合成を、空間伝播されたレーザ光を鏡等の光学素子を用いて行ってもよいが、光合成素子を用いて各実施例及び変形例の構成で合成を行う方が、各レーザ光の光軸及び位相を高度に合わせた合成が可能であり、取扱いも容易で、設置位置も限定されず、高い自由度で各部材のレイアウトが可能になり、好ましい。
12a,13c1,13d1,22a,23c1,23d1,31a,32a、52a,71a,52a,63c1,63d1,F1a〜F3a,F1b〜F3b,94a,95a 光ファイバ
13,23,63,91b〜93b スイッチャ
13a,23a,63a 入力ポート
13b,23b,63b コリメートレンズ
13c,13d,23c,23d,63c,63d,91b1〜93b1,91b2〜93b2 出力ポート
13e,13f,23e,23f,63e,63f,S1a〜S3a,S1b〜S3b 誘導部
13e1,13f1,23e1,23f1,63e1,63f1 反射鏡
13e2,13f2,23f2,23f2 レンズ
13g,23g,63g ビームダンパ
31,32,71,94,95 光合成器
CT 制御装置
Lza 発散レーザ光、 Lzb 平行レーザ光
LZw,Lz12,Lz22,Lz52,Lz62,Lz91〜Lz93 レーザ光
L1,L51,L81 レーザ発振装置
L11,L21,L61,LA1〜LA3 レーザモジュール体
M1,M2 レーザ加工装置
M1a レーザ溶接トーチ(レーザ光照射装置)
M2a レーザ加工ヘッド(レーザ光照射装置)
ST1,ST2,ST3 加工システム(レーザ加工システム)
Claims (5)
- N(N:2以上の整数)台のレーザ光照射装置と、
前記N台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
を備え、
前記レーザ発振装置は、
レーザ光を出力するN個のレーザモジュールと、
前記N個のレーザモジュールそれぞれに対応して設けられ、各前記レーザモジュールから出力されたレーザ光が入力される入力ポートと、N個の出力ポートと、前記入力ポートに入力された前記レーザ光を前記N個の出力ポートそれぞれに選択的に誘導するN個の誘導部と、を有するN個のスイッチャと、
それぞれが各前記N個のスイッチャから出力されたN系統のレーザ光を合成して一系統にするN個の光合成器と、
前記N個の光合成器と前記N台のレーザ光照射装置とを一対一で接続するN本の光ファイバと、
を備えたことを特徴とするレーザ加工システム。 - N(N:2以上の整数)台のレーザ光照射装置と、
前記N台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
を備え、
前記レーザ発振装置は、
レーザ光を出力するN個のレーザモジュールと、
前記N個のレーザモジュールの内のK(KはN未満の正の整数)個のレーザモジュールに対応して設けられ、各前記K個のレーザモジュールから出力されたレーザ光が入力される入力ポートと、N個の出力ポートと、前記入力ポートに入力された前記レーザ光を前記N個の出力ポートそれぞれに選択的に誘導するN個の誘導部と、を有するK個のスイッチャと、
さらに、
2≦Kの場合、
それぞれが各前記K個のスイッチャから出力されたK系統のレーザ光を一系統に合成するN個の光合成器と、
前記N個の光合成器と、前記N台のレーザ光照射装置と、を一対一で接続するN本の光合成器接続用光ファイバと、
前記K個のスイッチャに非対応の(N−K)個の前記レーザモジュールと、前記N個の光合成器の内の(N−K)個の光合成器と、を一対一で接続するK本のレーザモジュール接続用光ファイバと、
を備え、
K=1の場合、
前記K個のスイッチャから出力されたK系統のレーザ光と、前記(N−K)個の前記レーザモジュールの内の一つから出力されたK系統のレーザ光と、を一系統に合成する(N−K)個の光合成器と、
前記(N−K)個の光合成器と、前記N台のレーザ光照射装置の内の(N−K)台のレーザ光照射装置と、を一対一で接続する(N−K)本の光合成器接続用光ファイバと、
前記K個のスイッチャにおけるN系統の出力の内のK系統と、前記N台のレーザ光照射装置の内の前記光合成器と接続されていないK台と、一対一で接続するK本のスイッチャ接続用光ファイバと、
を備えていることを特徴とするレーザ加工システム。 - N(N:2以上の整数)台のレーザ光照射装置と、
前記N台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ発振装置と、
を備え、
前記レーザ発振装置は、レーザ光を出力するM(Nを越える整数)個のレーザモジュールと、
前記M個のレーザモジュールそれぞれに対応して設けられ、前記レーザモジュールから出力されたレーザ光が入力される入力ポートと、N個の出力ポートと、前記入力ポートに入力された前記レーザ光を前記N個の出力ポートそれぞれに選択的に誘導するN個の誘導部と、を有するM個のスイッチャと、
それぞれが各前記M個のスイッチャから出力されたM系統のレーザ光を一系統に合成するN個の光合成器と、
前記N個の光合成器と前記N台のレーザ光照射装置とを一対一で接続するN本の光ファイバと、
を備えたことを特徴とするレーザ加工システム。 - 前記スイッチャから出力されたレーザ光を前記光合成器に入力させる光ファイバを備えていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ加工システム。
- 一台のレーザ発振装置からN(Nは2以上の整数)台のレーザ光照射装置にレーザ光を供給するレーザ光供給方法であって、
レーザ発振装置に第1のレーザモジュール〜第NのレーザモジュールなるN個のレーザモジュールを設けておき、前記第1のレーザモジュールから出力されたレーザ光をN系統に選択的に振り分けると共に、前記N系統のレーザ光の内のk(1≦k≦N)番目の系統のレーザ光を、第2のレーザモジュールから出力されN系統に選択的に振り分けたレーザ光の内の(N−k+1)番目の系統のレーザ光と合成して前記N台のレーザ光照射装置の内のk番目のレーザ光照射装置に供給することを特徴とするレーザ光供給方法。
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JP (1) | JP6691707B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019046919A (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-22 | 株式会社ナ・デックス | レーザ光合成装置 |
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2016
- 2016-01-14 JP JP2016004992A patent/JP6691707B2/ja active Active
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JP2019046919A (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-22 | 株式会社ナ・デックス | レーザ光合成装置 |
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JP6691707B2 (ja) | 2020-05-13 |
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