KR200275719Y1

KR200275719Y1 - 고속 축류 ｃｏ₂ 가스 레이저발생장치

Info

Publication number: KR200275719Y1
Application number: KR2020020004760U
Authority: KR
Inventors: 윤문건
Original assignee: (주)코리아레이저테크
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2002-05-13

Abstract

본 고안은 CO₂가스를 레이저발생원으로 사용하는 CO₂가스 레이저발생장치에 관한 것으로, 특히 CO₂가스 저장탱크(9a)에서 공급되는 CO₂가스를 다른 보조가스와 함께 혼합하여 블로워(20)로써 센터튜브(5)를 거쳐 센터튜브(5)의 외측에 4열로 배치된 4개의 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안으로 강제유입시켜 그 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안에서 방전시킴으로써 레이저빔을 발생시키는 한편, 그 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안에서 발생한 레이저빔들은 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 선단에 배치된 각 반사미러(30a...30f)에 의해 반사되면서 출구로 집속되게 되어 있으며, 상기 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안에서 레이저빔을 발생시킨 가스는 상기 블로워(20)에 의해 가스배출관(21)을 통하여 배출된 다음 열교환기(22)에 의해 냉각된 후 새로 유입되는 혼합가스와 함께 다시 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안으로 순환하게 된다.

Description

고속 축류 ＣＯ₂가스 레이저발생장치{ Axial fast flow type CO2 gas laser resonator}

본 고안은 CO₂가스 레이저발생장치에 관한 것으로, 특히 고속의 축류 CO₂가스를 사용하여 고출력의 레이저빔을 발생시키는 레이저발생장치에 관한 것이다.

종래 CO₂가스 레이저발생장치는 통상, He, Ne 등과 같은 보조가스와 혼합한 CO₂가스를 블로워로써 가스방전관안으로 강제유입시켜 가스방전관을 통과하도록 순환시키고, 가스방전관안으로 통과하는 CO₂가스에 방전에너지를 연속적으로 공급하여 레이저빔을 발생시킨다.

상기와 같은 종래 레이저발생장치의 출력은 가스방전관의 길이에 비례하므로 레이저의 출력을 증대시키기 위해서는 가스방전관의 길이를 증가시켜야 하는 데,종래 레이저발생장치에서는 전장을 증가시키는 데에 한계가 있어 저출력 레이저를 발생시키는 데에는 적합하지만, 강판을 절단하는 절단기와 같이 고출력의 레이저가 요구되는 곳에서는 출력이 부족하여 작업공정시간이 길어지는 단점이 있다.

뿐만 아니라 가스방전을 위한 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치는 항상 큰 부하를 받기 때문에 수명이 짧고, 종래 레이저발생장치에서는 하나의 전원공급장치로써 복수개의 방전유니트에 전원을 공급하므로 그 전원공급장치가 작동정지하게 되면 장비 전체가 작동을 멈추게 되어 작업손실시간이 큰 단점이 있다.

이에 본 고안은 상기 종래 레이저발생장치가 가진 단점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 고출력의 레이저를 안정되게 발생시키면서 하나의 전원공급장치가 고장이 나더라도 나머지 다른 전원공급장치로써 전원을 공급함으로써 장비 전체의 작동정지를 막아 작업손실시간을 줄일 수 있는 레이저발생장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 유리관으로 성형되어 내부에 CO₂,N₂,He의 혼합가스가 통과하는 적어도 1개 이상의 가스방전관체와, 직류전원으로 방전시켜 상기 가스방전관체의 혼합가스로부터 레이저빔을 발생시키는 복수개의 방전전극과, 상기 가스방전관체안으로 상기 혼합가스가 축방향으로 유동하게 상기 혼합가스를 순환시키는 블로워와, 상기 가스방전관체에 방전에너지를 제공하여 복수개의 방전전극과, 상기 각 가스방전관체에서 발생한 레이저빔을 반사하여 일방향으로 집속한 다음 레이저가공기쪽으로 전사하는 복수개의 반사미러 및 상기 방전전극에 직류전원을 공급하는 전원공급장치를 구비한 축류 CO₂가스 레이저발생장치에 있어서,

양단이 각각 지지플레이트에 의해 수평으로 유지되게 설치되고, 상기 블로워의 입구와 연결되어 블로워로부터 혼합가스가 유입되는 센터튜브를 구비하고, 상기 가스방전관체는 상기 센트튜브의 외측 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치되고 각각은 상기 센트튜브의 길이방향으로 평행하게 설치되며 상기 센터튜브와 연통되어 센터튜브로부터 혼합가스가 유입되게 된 4개의 가스방전관열로 구성되며,

상기 각 가스방전관열은 상기 센터튜브 에 반경방향을 따라 연결되는 가스유입관을 통하여 센터튜브로부터 혼합가스가 유입되는 2개의 유입측 가스방전관과, 상기 2개의 유입측 가스방전관의 사이에서 이들 유입측 가스방전관과 비전도체로 만들어진 연결링을 통하여 동축으로 연통되고, 가스배출관을 통하여 상기 블로워의 입구측에 연결되는 배출측 가스방전관으로 이루어진 가스방전관 유니트가 2조씩 동축으로 접속된 구성으로 이루어진 것에 특징이 있다.

또한, 상기 전원공급장치는 상기 각 가스방전관열의 양극, 음극의 방전전극 마다 개별적으로 연결되어 각 가스방전관열마다 전원을 개별적으로 공급하도록 복수개로 이루어진 것에 특징이 있다.

따라서 상기한 바와 같은 본 고안은 가스방전관체가 센터튜브주위에 복수개 배치되고, 각각은 길이방향으로 센터튜브와 서로 평행하게 배치되므로 전장이 일정한 장치에서 최대의 출력을 생성할 수 있다. 그리고 가스방전관체마다 센터튜브와 연결되어 혼합가스를 공급받아 각각 레이저빔을 발생시킨 후, 한 곳으로 집속하여 송출하므로 고 출력을 얻을 수 있다.

특히 본 고안은 방전전극마다 개별적인 전원공급장치를 통하여 전원이 공급되므로 일부가 고장나더라도 장지 전체의 가동중단을 막을 수 있어 생산성 또는 작업능률 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 레이저발생장치의 개략적인 구성을 도시한 길이방향 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 레이저발생장치의 가스방전관열의 배치를 도시한 사시도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 프레임 3a,3b: 지지플레이트

5: 센터튜브 6: 가스공급관

7: 진공펌프 8: 가스혼합기

9a: CO₂가스 저장탱크 9b: N₂가스 저장탱크

9c: He가스 저장탱크

10: 가스방전관체 10a: 제1가스방전관열

10b: 제2가스방전관열 10c: 제3가스방전관열

10d: 제4가스방전관열 11: 브라켓트

12a,12b: 가스방전관 유니트 13: 가스유입관

14: 유입측 가스방전관 15: 연결링

16: 배출측 가스방전관 17: 양극 방전전극

18: 링형의 음극 방전전극 19a-19d: 전원공급장치

20: 블로워 21: 가스배출관

30a-30f: 반사미러

이하, 본 고안에 따른 고속 축류 CO₂가스 레이저발생장치의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1에는 본 고안에 따른 고속 축류 CO₂가스 레이저발생장치의 일실시예의 정단면도가 도시되어 있다. 본 고안에 따른 고속 축류 CO₂가스 레이저발생장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(1)상에 설치된 좌우측 지지플레이트(3a,3b)에 양단이 지지되어 수평방향으로 설치된 알루미늄합금재의 센터튜브(5)를 구비한다. 진공펌프(7)는 상기 센터튜브(5)에 연결되어 내부를 진공상태로 감압함으로써 CO₂가스 저장탱크(9a), N₂가스 저장탱크(9b), He가스 저장탱크(9c)로부터 배출되어 가스혼합기(8)에서 혼합된 혼합가스가 상기 센터튜브(5)의 내부공간안으로 원활하게 유입되게 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 센터튜브(5)로부터 공급되는 혼합가스를 통과시키면서 그 혼합가스에 고전압의 직류전원으로 방전시켜 레이저빔을 발생시키는 가스방전관체(10)를 구비하는 데, 상기 가스방전관체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 센터튜브(5)의 주위를 일정한 간격을 두고 둘러싸게 배치된 4개의 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)로 구성되고, 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)은 양쪽 각 선단이 상기 좌우측 지지플레이트(3a,3b)를 관통하여 상기 센터튜브(5)에 평행하게 배치된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)이관통된 좌우측 지지플레이트(3a,3b)의 외측에는 상기 하나의 가스방전관열에서 발생하여 송출되는 레이저빔을 다른 가스방전관열로 전반사하는 반사미러(30a...30f)가 각각 설치되어 있다.

상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)은 일렬로 연통되게 브라켓트(11)로써 서로 연결된 2조의 가스방전관 유니트(12a,12b)로 구성되고, 상기 각 가스방전관 유니트(12a,12b)는 상기 센터튜브(5)에 각각 가스유입관(13)으로써 연통되는 2개의 유입측 가스방전관(14)과, 상기 2개의 유입측 가스방전관(14)사이에 배치되어 이들 2개의 유입측 가스방전관(14)을 비전도성 재질의 연결링(15)으로써 서로 동축으로 연통시키는 배출측 가스방전관(16)으로 구성된다.

그리고 상기 각 가스유입관(13)에는 직류전원의 양극 방전전극(17)이 구비되고, 상기 유입측 가스방전관(14)과 배출측 가스방전관(16)을 서로 연통되게 동축으로 접속시키는 연결링(15)에는 링형의 음극 방전전극(18)이 설치되며, 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 방전전극(17,18)들에는 독립적으로 전원이 공급되게 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 방전전극(17,18)마다 개별의 전원공급장치(19)가 연결된다.

본 고안은 도 1에 도시된 바와 같이, CO₂가스 저장탱크(9a)와, N₂가스 저장탱크(9b), He가스 저장탱크(9c)에서 공급되는 각 가스를 가스혼합기(8)에서 혼합하여 그 혼합가스를 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안으로 강제유입시키는 동시에 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안의 가스를 강제흡입배출시킴으로써 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)내부로 혼합가스를 강제순환시키는블로워(20)를 구비한다.

상기 센터튜브(5)는 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 유입측 가스방전관(14)에 가스유입관(13)으로 연통되고, 상기 센터튜브(5)를 프레임상에 수평으로 지지하는 2개의 가스공급관(6)은 상기 센터튜브(5)와 상기 블로워(20)의 출구를 서로 연통시킨다.

그리고 상하로 서로 인접하게 배치된 가스방전관열(10a,10b)(10c,10d)의 배출측 가스방전관(16)들은 1개의 가스배출관(21)을 통하여 블로워(20)의 입구측에 연통된다.

따라서 상기 블로워(20)가 작동함에 따라 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 내부가스는 블로워(20)에 의해 가스배출관(21)을 통하여 블로워(20)안으로 강제 배출된 다음 열교환기(22)를 거쳐 냉각된 후 외부에서 블로워(20)안으로 공급되는 새로운 혼합가스와 함께 혼합되어 가스공급관(6), 센터튜브(5), 가스유입관(13)을 차례로 거쳐 유입측 가스방전관(14)안으로 유입됨으로써 계속 순환하게 되는 것이다.

한편, 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 내부를 통과하는 혼합가스는 방전전극에서 방전되면서 발생하는 에너지에 의해 레이저빔을 발생시키고, 이 레이저빔은 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 내부를 직진하다가 그 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 선단에 구비된 각 반사미러에 의해 다른 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 내부로 반사되는 과정을 순차적으로 거치면서 4열의 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)을 차례로 거친 후 출력이 증가되어 최종 가스방전관열(10d)의 출구를 통하여 조사되게 된다. 이 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 가스방전관열(10a)이 관통한 좌측 지지플레이트(3a)의 외측에는 상기 제1 가스방전관열(10a)에서 발생한 레이저빔을 제2가스방전관열(10b)측으로 전반사하는 제1반사미러(30a)가 부착설치되고, 제2 가스방전관열(10b)이 관통한 좌측 지지플레이트(3a)의 외측에는 상기 제1반사미러(30a)에서 전반사되어 오는 레이저빔을 제2 가스방전관열(10b)안으로 전반사하는 제2반사미러(30b)가 부착설치되며, 상기 제2 가스방전관열(10b)이 관통한 우측 지지플레이트(3b)의 외측에는, 제2 가스방전관열(10b)내부에서 발생한 레이저빔과 상기 제2반사미러(30b)에서 반사되어 들어오는 제1 가스방전관열(10a)의 레이저빔을 수평방향을 따라 제3 가스방전관열(10c)의 우측 선단쪽으로 전반사하는 제3반사미러(30c)가 부착설치되고, 상기 제3 가스방전관열(10c)이 관통한 우측 지지플레이트(3b)의 외측에는 상기 제2가스방전관열(10b)에서 반사되어오는 레이저빔을 상기 제3 가스방전관열(10c)안으로 전반사하는 제4반사미러(30d)가 설치되며, 상기 제3 가스방전관열(10c)이 관통한 좌측 지지플레이트(3a)의 외측에는 상기 제3가스방전관열(10c)을 관통하여 직진하는 레이저빔을 수직상방향의 제4 가스방전관열(10d)쪽으로 전반사하는 제5반사미러(30e)가 설치되며, 상기 제4 가스방전관열(10d)이 관통한 좌측 지지플레이트(3a)의 외측에는 상기 제5반사미러(30e)에 의해 전반사되어 오는 제3 가스방전관열(10c)의 레이저빔을 제4 가스방전관열(10d)안으로 전반사하는 제6반사미러(30f)가 구비된다. 그리고 상기 제4 가스방전관열(10d)이 관통한 우측 지지플레이트(3b)의 외측에는 상기 제4 가스방전관열(10d)을 통과하여 조사되는 레이저빔을 레이저가공기(도시생략함)쪽으로 통과시키거나 차단하는 셔트(31)가 구비된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안의 레이저발생장치는 진공펌프(7)가 작동하여 4열의 가스방전관열(10a,10b,10c,10d) 내부와 센터튜브(5)의 내부를 진공으로 감압시킨다. 그리고나서 CO₂가스 저장탱크(9a), N₂가스 저장탱크(9b), He가스 저장탱크(9c)에서 각각 공급되는 가스는 가스혼합기(8)에서 혼합되어 블로워(20)로 유입되고, 상기 블로워(20)는 그 혼합가스를 센터튜브(5), 가스유입관(13)을 차례로 거쳐 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 가스방전관안으로 유입시키고 가스배출관(21)을 통하여 다시 배출시킴으로써 혼합가스를 순환시키게 된다.

상기 블로워(20)에 의해 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)안으로 유입되는 혼합가스는 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)을 통과하는 도중에 방전전극(17,18)들이 방전하여 제공하는 방전에너지에 의해 레이저빔을 발생시킨 후, 가스배출관(21)을 통하여 배출되어 열교환기(22)에 냉각되고, 상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)마다 발생한 레이저빔은 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)의 선단마다 배치된 반사미러에 의해 반사되어 4개의 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)을 차례로 통과한 후 최종적으로 레이저가공기쪽으로 출력된다.

상기한 본 고안의 레이저발생장치는 한개의 센터튜브로부터 혼합가스를 공급받는 가스방전관열이 센터튜브의 외측둘레를 따라 4열배치되고, 이들 4열의 가스방전관열에서는 개별적으로 레이저빔을 발생시킨 후, 상기 4열의 가스방전관열을 차례로 거치도록 되어 있으므로 레이저발생장치의 정해진 전장에서 최대의 출력을 낼 수 있다. 그리고 상기 각 가스방전관열은 각각 개별적으로 센터튜브와 연결되어 혼합가스를 공급받고 방전하여 레이저빔을 발생시키므로 레이저의 출력을 높일 수 있다.

특히 각 가스방전관열에 구비된 방전전극들은 독립적으로 전원을 공급받도록 별개의 전원공급장치에 연결되어 있으므로 1개 혹은 부분적으로 고장이 나더라도 나머지 방전전극으로는 전원이 공급되어 레이저빔을 발생시키므로 장비의 운전정지를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims

유리관으로 성형되어 내부에 CO₂,N₂,He의 혼합가스가 통과하는 적어도 1개 이상의 가스방전관체(10)와, 직류전원으로 방전시켜 상기 가스방전관체(10)의 혼합가스로부터 레이저빔을 발생시키는 복수개의 방전전극(17,18)과, 상기 가스방전관체(10)안으로 상기 혼합가스가 축방향으로 유동하게 상기 혼합가스를 순환시키는 블로워(20)와, 상기 가스방전관체(10)에 방전에너지를 제공하여 복수개의 방전전극(17,18)과, 상기 각 가스방전관체(10)에서 발생한 레이저빔을 반사하여 일방향으로 집속한 다음 레이저가공기쪽으로 전사하는 복수개의 반사미러(30a...30f) 및 상기 방전전극(17,18)에 직류전원을 공급하는 전원공급장치(19)를 구비한 축류 CO₂가스 레이저발생장치에 있어서,

양단이 각각 지지플레이트(3a,3b)에 의해 수평으로 유지되게 설치되고, 상기 블로워(20)의 입구와 연결되어 블로워(20)로부터 혼합가스가 유입되는 센터튜브(5)를 구비하고, 상기 가스방전관체(10)는 상기 센터튜브(5)의 외측 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치되며 각각은 상기 센터튜브(5)의 길이방향으로 평행하게 설치되며 상기 센터튜브(5)와 연통되어 센터튜브(5)로부터 혼합가스가 유입되게 된 4개의 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)로 구성되며,

상기 각 가스방전관열(10a,10b,10c,10d)은 상기 센터튜브(5)에 가스유입관(13)을 통하여 센터튜브(5)로부터 혼합가스가 유입되는 2개의 유입측 가스방전관(14)과, 상기 2개의 유입측 가스방전관(14)의 사이에서 이들 유입측 가스방전관(14)을 비전도체로 만들어진 연결링(15)을 통하여 동축으로 연통시키고, 가스배출관(21)을 통하여 상기 블로워(20)의 입구측에 연결되는 배출측 가스방전관(16)으로 이루어진 가스방전관 유니트(12a,12b)가 2조씩 동축으로 접속된 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 축류 CO₂가스 레이저발생장치.
제1항에 있어서, 상기 전원공급장치(19)는 상기 각 가스방전관열(10a...10d)마다 양극, 음극의 방전전극(17,18)에 독립적으로 전원을 공급하는 복수개의 전원공급장치(19a,19b,19c,19d)로 이루어진 것을 특징으로 하는 축류 CO₂가스 레이저발생장치.