KR100805436B1 - 레이저가공기의 빔 반사체 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저가공기용 수냉식 반사체에 관한 것으로, 레이저 가공기의 빔 경로에 배치된 빔 반사체의 반사체 본체(10)측 반사경(1)을 냉각시키기 위한 구조로서, 상기 반사경(1)의 배면측에 밀착된 냉각판(20)과; 상기 냉각판(20)에 입수구(44)와 출수구(46)를 갖고 나사 결합된 냉각판 지지체(30)와; 상기 냉각판(20)과 상기 냉각판 지지체(30)의 사이에는 입수구(44)에서 유입된 냉각수가 방사상으로 출수되어 곡선유로를 따라 순환 후 출수구(46)로 모아져 배출되는 링형 냉각챔버(50)가 구비된 것을 특징으로 한다.

반사경, 레이저광, 냉각판, 지지체, 유로, 입수구, 출수구

Description

레이저가공기의 빔 반사체 냉각구조{Reflector Cooling Structure For Laser Machine}

도 1은 레이저가공기의 개략 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공기용 빔 반사체의 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공기용 빔 반사체의 분리단면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공기용 빔 반사체의 평면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로에서의 냉각수의 흐름을 나타내는 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 냉각판 30 : 냉각판 지지체

50 : 링형 냉각챔버

본 발명은 레이저가공기용 빔 반사체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저가공기에 사용되는 반사경의 표면을 냉각수를 사용하여 반사경의 표면을 효과적 으로 냉각시켜 반사경의 수명과 레이저가공기의 성능을 향상시키는 레이저가공기의 빔 반사체 냉각구조에 관한 것이다.

도 1은 레이저가공기의 개략 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 레이저가공기는 레이저발진기(70)로부터의 레이저광(3)을 다수개의 반사경(1a ,1b,1c)을 사용하여 전송시킨다. 즉, 이러한 전송광학계에 의해 상기 레이저광(3)을 가공헤드(80)에 인도하고, 가공헤드(80) 내의 집광광학장치(85)에 의하여 상기 레이저광(3)을 고에너지밀도로 집광해서 테이블(90)상의 피가공물(100)을 조사(照射)하게 된다.

레이저 절단, 레이저 용접 등의 레이저 가공은 CO₂ 레이저, YAG 레이저, 엑시머 레이저 등 높은 에너지의 레이저광을 발진하는 장치의 출현에 의해 여러가지 재료의 절단이나 용접, 표면처리 등에 이용되고 있다. 이러한 높은 레이저에너지의 흡수로 인한 온도 상승으로 반사경의 열변형이나 굴절율의 변화가 일어나고, 초점위치가 변동하게 되는 현상이 발생한다.

최근 고정밀화 및 고속화가 요구되는 가공기술의 필요성이 증대됨에 따라 상기와 같은 원인에 의한 오차 발생은 공작기계의 가공 정밀도에 미치는 영향력이 대단히 크다고 할 수 있다. 따라서 반사경의 온도 증가를 최소화시키기 위한 방법이 요구된다.

이를 위해 반사경의 측면에 공기나 냉각수를 공급하는 등 다양한 방법들이 적용되었다. 그러나, 공랭식의 경우 본래 그 냉각작용은 수냉식에 비해 떨어지며, 수냉식에 의한 종래의 냉각방법도 수냉식 쿨링 방식을 취하고 있음에도 불구하고 냉각능력이 매우 떨어지는 문제점이 있었다. 그 원인은 반사경의 전 표면에 대하여 냉각전도를 이룰 수가 없었기 때문이다.

따라서, 레이저발진기 자체의 불안정성 외에도 레이저전송광학계에 고장이 발생한 경우에도 집광광학계에의 입사레이저광의 광축이 변화하기 때문에 종래의 레이저가공기는 집광광학장치의 집광성능이 열악화하기 쉽고 이에 따라 가공 특성이 악화되는 문제점이 초래되었다. 또한 이와 같은 경우에는 광축조정을 다시 하기 위하여 장치의 운전을 일시 정지하는 것이 필요하게 되는 문제점도 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저가공기에 사용되는 반사경의 표면을 냉각수를 사용하여 반사경의 표면을 효과적으로 냉각시켜 반사경의 수명과 레이저가공기의 성능을 향상시키는 레이저가공기의 빔 반사체 냉각구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 레이저 가공기의 빔 경로에 배치된 빔 반사체의 반사체 본체(10)측 반사경(1)을 냉각시키기 위한 구조로서,

상기 반사경(1)의 배면측에 밀착된 냉각판(20)과;

상기 냉각판(20)에 입수구(44)와 출수구(46)를 갖고 나사 결합된 냉각판 지지체(30)와;

상기 냉각판(20)과 상기 냉각판 지지체(30)의 사이에는 입수구(44)에서 유입된 냉각수가 방사상형으로 출수되어 곡선유로를 따라 순환된 후 출수구(46)로 모아 져 배출되는 링형 냉각챔버(50)가 구비되어 달성된다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 발명의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하 본 발명에 따른 레이저가공기용 수냉식 반사체의 구성에 대하여 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공기용 빔 반사체의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공기용 빔 반사체의 분리단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공기용 빔 반사체의 평면도이다. 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 반사경(1)에서는 레이저광(3)이 일면에서 입사하여 상기 레이저광(3)을 반사시킨다. 그리고, 상기 반사경(1)은 원주형 반사체 본체(10) 내에 놓여 고정되고 냉각판(20)이 상기 반사경(1)과 포개어져 밀착되어 있다. 상기 냉각판(20)의 재질은 구리 등과 같은 열전도율이 좋은 금속을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 냉각판(20)의 타면은 원통형으로 되어 있어 상기 원통 내경으로 나사와 같은 수단 등을 사용하여 다시 냉각 지지체(30)와 밀착 결합되어 있다. 또한 상기와 같은 수단 하부에는 실(seal)(54)이 더 설치되어 있다. 상기 냉각 지지체(30)는 저면 중앙에 융기되어 있는 융기부(50)가 형성되어 있고, 이 융기부(50)의 정점은 냉각지지체(30)의 배면에 점접촉되어 있다.

이 융기부(50)는 상기 냉각판(20)과의 사이에서 밀폐된 일정 공간의 링형 냉각챔버(50)를 형성한다. 이렇게 형성된 냉각챔버(50)내로 냉각수가 입수구(44)측 입수통로(34)를 통해 유입되면 호형을 그리면서 곡선유로를 따라 순환된 후 출소퉁로(36)를 통해 출수구(46)로 배출되게 되어 있다.

즉, 본 발명은 입수통로(34)에서 입수된 냉각수가 직선 경로를 선택하여 출수통로(36)로 빠져나가는 것이 아니라, 입수통로(34)에서 입수된 냉각수가 양측으로 양분되어 곡선경로를 따라 흐르면서 다시 모아여 출수통로(36)로 빠져나가게 되어 있다.

따라서 본 발명의 빔 반사체 냉각구조에서는 냉각경로를 곡선형으로 길고 넓게 가져감으로서 그 만큼 냉각 효과를 높일 수 있는 것이다.

이같이 본 발명은 직선경로를 선택하여 냉각판(20)을 냉각시키는 것이 아니라 곡선경로를 냉각수가 흘러가도록 함으로서 곡선경로화시킨 냉각챔버(50)를 갖는 것은 본 발명의 기술적 범주에 해당한다.

그리고, 상기 냉각 지지체(30)의 내부에는 상기 냉각챔버(50)와 각각 연통되는 한쌍의 입수통로(34)와 출수통로(36)가 형성되어져 있고, 상기 입수통로(34)와 상기 출수통로(36)에는 나사구멍(32a,32b)이 포함되어 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 레이저가공기용 수냉식 반사체의 작용 효과에 대하여 설명하기로 한다.

유압펌프(미도시)에 의해 냉각수가 입수구(44)를 통해 공급되면 상기 냉각수는 입수통로(34)를 타고 내려가 냉각챔버(50) 공간에서 다시 출수통로(36)를 거쳐 출수구(46)로 빠져나오게 된다.

그러나, 종래의 레이저가공기의 반사체 냉각구조를 살펴보면 상기 냉각 지지체(30)의 일측이 함몰되어 있지 않고 그냥 평평하게 되어 있었다. 따라서, 상기 입수통로(34)로부터 냉각수는 냉각판(20) 전체로 방사되지 못하고 직선 방향으로 곧바로 출수통로(36)로 빠져나가게 되어 냉각 효과가 그리 뛰어나지 못하였다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 도 2 및 도 4에서와 같이, 상기 냉각 지지체(30)의 저면에 융기부(52)를 형성시키고, 상기 융기부(52)가 상기 냉각판 (20) 배면과 점접촉하게 되어 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로에서의 냉각수의 흐름을 나타내는 상태도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 지지체(30)의 저면에 링형의 냉각챔버(50)가 형성되고 상기 융기부(52)의 중앙이 상기 냉각판(20)과 점접촉하게 됨으로써 냉각수는 상기 입수통로(34)에서 출수통로(36)로 직선 방향으로 가지 못하고 화살표 방향(38a,38b)으로 호형의 곡선유로를 따라 흘러가면서 냉각판(20)을 전체적으로 냉각시킬 수가 있게 된다.

그리고, 냉각판(20)과 냉각 지지체(30) 사이에는 실(54)을 더 구비하여 상기 냉각판(20)과 상기 냉각 지지체(30)를 보다 완벽히 밀착시킴으로써 냉각수의 유출을 방지케 하였다. 그럼으로써 냉각 효율과 반사체의 수명을 개선시는데 영향을 줄 수 있게 하였다.

또한, 상기 냉각 지지체(30) 내부에는 나사구멍(32a,32b)이 각각 형성되어 있어 상기 입수구(44)와 출수구(46)는 각각 상기 입수통로(34)와 출수통로(36)와 나사로 쉽게 결합되고 그 분리도 용이하도록 되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저가공기용 빔 반사체는, 상기 냉각 지지체의 저면에 방사상의 냉각챔버가 형성되어 냉각수가 곡선 유로를 따라 흐르면서 냉각판 전체를 효과적으로 냉각시켜준다. 즉, 반사체의 냉각 효율을 높임으로써 반사경의 수명과 레이저가공기의 성능을 향상시켜주는 효과가 있다.

비록, 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정과 변형이 가능할 것이다. 따라서 첨부된 청구의 범위는 본 고안의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (2)

1. 레이저 가공기의 빔 경로에 배치된 빔 반사체의 반사체 본체(10)측 반사경 (1)을 냉각시키기 위한 구조로서,

   상기 반사경(1)의 배면측에 밀착된 냉각판(20)과;

   상기 냉각판(20)에 입수구(44)와 출수구(46)를 갖고 나사 결합된 냉각판 지지체(30)와;

   상기 냉각판(20)과 상기 냉각판 지지체(30)의 사이에는 입수구(44)에서 유입된 냉각수가 방사상으로 출수되어 곡선유로를 따라 순환 후 출수구(46)로 모아져 배출되는 링형 냉각챔버(50)가 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 가공기의 빔 반사체 냉각구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 링형 냉각챔버(50)는 냉각판 지지체(30)의 저면 중앙에 돌출된 융기부 (52)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 레이저가공기의 빔 반사체 냉각구조.

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