JP2010212557A - ガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機 - Google Patents
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Abstract
【課題】外気温によらず運転開始直後よりミラー角度を一定に保つことで、常に高品質のレーザビームを生成し、安定したレーザ加工を実現する。
【解決手段】調整板の冷却部材取り付け部の厚みをそれ以外の部分の該2倍以上の寸法とし、支点および角度調整ネジ取り付け部の厚みおよび長さは同一とし、前記支点および角度調整ネジの材質は、調整板材質の熱膨張率よりも小さくする。また調整板に備えられた温度センサと、冷媒量制御手段とを備え、温度センサの検出信号に応じて、冷媒量を制御、または放電開始後一定時間の間は冷媒量を絞った状態で流し、一定時間後に通常流量の冷媒を流す制御を行なう事を特徴とするガスレーザ発振装置またはガスレーザ加工機である。
【選択図】図1
【解決手段】調整板の冷却部材取り付け部の厚みをそれ以外の部分の該2倍以上の寸法とし、支点および角度調整ネジ取り付け部の厚みおよび長さは同一とし、前記支点および角度調整ネジの材質は、調整板材質の熱膨張率よりも小さくする。また調整板に備えられた温度センサと、冷媒量制御手段とを備え、温度センサの検出信号に応じて、冷媒量を制御、または放電開始後一定時間の間は冷媒量を絞った状態で流し、一定時間後に通常流量の冷媒を流す制御を行なう事を特徴とするガスレーザ発振装置またはガスレーザ加工機である。
【選択図】図1
Description
本発明は主として板金等の加工用途に用いられるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関するものである。
図3に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図3を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。
図3に示す従来の軸流型ガスレーザ発振装置は、ガラスなどの誘電体よりなる放電管101、前記放電管101の周辺に設けたリング状の電極102、103、前記電極102、103に接続した電源104、前記放電管101内の電極102、103間に挟まれた部分であり前記電源104から電極102、103に通電を行うことにより放電を行う放電空間105、全反射鏡106、部分反射鏡107を有し、この全反射鏡106、部分反射鏡107は前記放電空間105の両端に位置するように前記放電管101を支持する構成部材に固定配置され、光共振器を形成している。
また、図3に示す従来の軸流型ガスレーザ発振装置は、前記部分反射鏡107より出力されるレーザビーム108、レーザガスの流れる方向の矢印109を有しており、このレーザガスは矢印109の方向にレーザガス流路110を流れ、レーザガス導入部114、放電管101内の放電空間105、熱交換機111、送風手段113、熱交換機112、レーザガス流路110の順に軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。
前記熱交換機111および112は放電空間105における放電と送風手段113の内部に配置した送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げる。送風手段113は放電空間105にて約100m/sec程度のガス流を得るように送風している。レーザガス流路110と放電管101は、レーザガス導入部114で接続されている。
図4にレーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図4を参照しながらレーザ加工機を説明する。
この図に於いて、上述した従来の軸流型ガスレーザ発振装置から出力したレーザビーム108をワーク116方向へ進行方向を反射鏡115で反射することにより変更し、トーチ117内部に備えられた集光レンズ118によって前記レーザビーム108を高密度のエネルギビームに集光して、ワーク116に照射する。
なお、ワーク116は加工テーブル119上に固定されており、トーチ117をX軸モータ120あるいはY軸モータ121によって、ワーク116に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工を行うように構成している。
このような従来の軸流型ガスレーザ発振装置では、送風手段113より送り出したレーザガスは、レーザガス流路110を通り、レーザガス導入部114より放電管101内へ導入される。この状態で電源104に接続された電極102、103から放電空間105に放電を発生させる。放電空間105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106および部分反射鏡107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108が出力される。このレーザビーム108がレーザ加工等の用途に用いられる。
以上が従来のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機の構成である。次にその動作について説明する。
送風手段113より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路110を通り、レーザガス導入部114より放電管101内へ導入される。この状態で電源104に接続された電極102、103から放電空間105に放電を発生させる。放電空間105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106および部分反射鏡107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108が出力される。このレーザビーム108がレーザ加工等の用途に用いられる。
図5に従来の軸流型ガスレーザ発振装置におけるミラー調整部の詳細図を、図6に従来の軸流型ガスレーザ発振装置における光学ベンチ部分の概略構成を示す。
部分反射鏡107および全反射鏡106は調整板122に取り付けられ、調整板122はフランジ123に対して、角度調整可能な状態で取り付けられている。
調整板122には角度調整ネジ124が2箇所とピン状の支点125が1箇所取り付けられ、調整板122とフランジ123とはバネ126にて結合されている。バネ126によって角度調整ネジ124および支点125は受け121に押し当てられ、固定されている。
部分反射鏡側および全反射鏡側それぞれのフランジ123はパイプ128にて相互に結合され、互いに平行になるように配置されている。またパイプ128で結合されたフランジ123は光学ベンチ29にて放電管101と共に保持されている。調整板122の角度調整によりミラー角度が平行に調整される。パイプ128は熱膨張率のきわめて小さいカーボンファイバなどの材料から成り、外気温の変化に関わらず、ミクロンオーダーでミラー平行度を一定に保てるように構成されている。
また調整板122には冷却部材130が備えられ、ミラーの発熱を奪い、ミラー自体の温度面での保護と同時に、調整板122の熱バランスをある一定範囲に押さえる役割を果たしている。
正常なレーザ出力を得るためには、部分反射鏡107および全反射鏡106とが平行な状態に調整され、且つ外気温変化などの外乱によらず、常に一定の平行度に保たれる必要がある(例えば特許文献1参照)。
また、このようなミラー調整部として、マイクロメータを用いるもの(例えば特許文献2参照)、温度を検出して結露を防止するためにミラー近傍の冷却を制御するもの(例えば特許文献3、4参照)、調整ネジおよびミラー近傍の冷却を行うもの(例えば特許文献5参照)があった。
特開平6−140692号公報
特開昭60−198878号公報
特開昭55−24475号公報
特開昭63−140587号公報
特開昭62−156890号公報
この様な従来のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、下記の課題を有している。
調整板122は以下の複数の機能を同時に満たす必要がある。第1にミクロンオーダーでの角度調整機能、第2に外気温が0〜50℃程度変化した場合でも角度変化を数ミクロン以下に抑制する機能、第3に発熱体であるミラーの熱を除去する機能、第4にミラーの少なくとも片側を真空状態に保つ機能である。
これらの機能は単独で実現する事は、さほど困難では無いが、同時に実現しようとする事は容易では無い。
上述した従来構造では調整板122を構成する材料は熱膨張率差を避けるため出来るだけ同じ材料が選定されている。しかし特に外気温が0度近く、あるいは50度近くの条件でレーザ発振装置を運転させた場合、調整板122は過渡的な温度変化にさらされ、高温部と低温部とでの熱膨張の違いがどうしても発生し、角度変化を生じてしまう。
本発明は、上記問題点を解決するために、レーザガスを励起する放電手段と、前記放電手段で励起されたレーザガスを挟むように対向配置した部分反射鏡と全反射鏡と、前記部分反射鏡または全反射鏡を保持する調整板と、前記調整板を保持するフランジと、前記調整板に設けて前記調整板と前記フランジの距離を保つ支点と、前記調整板と前記フランジの間に配置して互いに引き合う方向に付勢するバネと、前記調整板に係合して前記調整板と前記フランジの距離を調整可能な角度調整ネジと、前記調整板に設けた冷却部材を備え、前記調整板の形状として、前記角度調整ネジおよび支点を取り付ける部分のフランジ方向の厚みを同一とし、かつ、前記調整板の冷却部材取り付け部分のフランジ方向の厚みを、前記調整板の端面から前記角度調整ネジおよび支点を取り付ける部分までの厚みの約2倍以上の寸法とし、前記支点および角度調整ネジの長さを同一とし、前記支点および角度調整ネジの材質を調整板材質の熱膨張率よりも小さくしたものである。
また、前記調整板に温度センサを設け、前記温度センサからの信号を入力する制御装置と、前記制御装置に接続し、前記冷却部材への冷媒量を制御する冷媒量制御手段を設け、前記温度センサの検出信号に応じて前記冷却部材への冷媒量を制御するものである。
本発明により、外気温によらず運転開始直後よりミラー角度を一定に保つことが可能となり、常に高品質のレーザビームを生成し、安定したレーザ加工が可能となるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機を提供できる。
以下に本発明の実施の形態1を図面によって説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の例でありレーザ発振装置の部分反射鏡または全反射鏡の取り付け部分の構成図である。
図1は本発明の実施の形態1の例でありレーザ発振装置の部分反射鏡または全反射鏡の取り付け部分の構成図である。
なお、ガスレーザ発振装置の概略構成は図3、図6に示す従来のものと変わらず、部分反射鏡または全反射鏡の取り付け部分が異なるので、ガスレーザ発振装置の概略構成については、説明を省略する。
図に示す実施の形態1のレーザ発振装置は、調整板1を有し、部分反射鏡2が調整板1の溝にはめ込まれ、ミラー押さえ3で調整板1と挟み持つようにして保持している。
この調整板1は、フランジ4に対して対向するように配置しており、その対向配置するために、調整板1とフランジ4の距離を一定に保つ支点5を調整板1にネジ止めにて取り付けており、この支点5の先端に受け6を当てるように、受け6をフランジ4に設けている。
そして、調整板1の支点5とバランスを取る位置、例えば調整板1の中心から支点5を開始点として120度毎に2箇所、角度調整ネジ7を係合させている。
この角度調整ネジ7は先端をフランジ4に設けた受け6に当てており、角度調整ネジ7の調整板1からの突出量を調整して、部分反射鏡2の角度を調整するようにしている。
この調整板1とフランジ4の間には引き合う方向に付勢するバネ8を設けている。
そして、調整板1の支点5、角度調整ネジ7の内側部分に冷却部材10を設けている。
なお、フランジ4と調整板1には、レーザビームを通過させる穴4a、1aを設けていて、その穴4aと1aの間をつなぐシリンダ9を配置している。
また、フランジ4の穴4aと調整板1の穴1aのシリンダ9が当たる部分には溝を設けて、その溝にOリングを配置して気密を保つようにしている。
さらに、調整板1の穴1aの部分反射鏡2の入る部分にも溝を設けて、その溝にOリングを配置して気密を保つようにしている。
そして、調整板1の形状として、角度調整ネジ7および支点5を取り付ける部分のフランジ4方向の厚みtを同一とし、かつ、調整板1の冷却部材10の取り付け部分のフランジ4方向の厚みを、調整板1の端面から角度調整ネジ7および支点5を取り付ける部分までの厚みTの約2倍以上の寸法とし、支点5および角度調整ネジ7の長さを同一とし、支点5および角度調整ネジ7の材質を調整板1の材質の熱膨張率よりも小さくしたものである。
具体的には支点5および角度調整ネジ7の材質は鉄系材料を使用し、一方調整板1の材質はアルミ系材料を使用しているため、調整板1に比べて、支点5および角度調整ネジ7の熱膨張率の方が小さく設定されている。
このように調整板1の冷却部材10の取り付け部分は、ミラー発熱部にもっとも近い部位でもあるが、他の部分よりも厚みを大きくする事で熱容量を増やし、温度変化がゆるやかになるように設定されている。
また支点5および角度調整ネジ7の取り付け部分については、構造上、当該部分の調整板1の厚さよりも支点5および角度調整ネジ7の長さの方が長く設定される事になる。調整板1の温度が変化するに伴い支点5および角度調整ネジ7にも温度勾配が発生するが、調整板1に比べて熱膨張率の低い材料を用いる事で、支点5および角度調整ネジ7の膨張もしくは収縮により長さのアンバランスを最小限に抑える事が可能となる。
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2の例であり、ガスレーザ発振装置の構成図である。
図2は本発明の実施の形態2の例であり、ガスレーザ発振装置の構成図である。
基本的には図1に示す実施の形態1と同じ構成をとるので、同一符号を付し、同一構成部分の説明を省略する。
本実施の形態2では、調整板1に温度センサ11を設け、冷却部材10へ冷媒を導入する冷媒経路12の途中に冷媒量制御手段13を設けている。
温度センサ11および冷媒量制御手段13は、共に制御装置14に接続され、温度センサ11の信号に応じて冷媒量制御手段13を駆動し、冷媒量を可変させることが出来るようになっている点が実施の形態1と異なる。
なお、機械運転開始後の調整板1の過渡的な温度変化について、最も大きな要因はミラーの発熱と冷却部材10による冷却のアンバランスである。
ミラー発熱量は運転時の設定条件によって都度異なり、ミラー発熱が少ない場合でも冷却は過剰に行なわれ、調整板温度が低下し過ぎる事が起こり得る。しかし本実施の形態では調整板1に温度センサ11を備えており、温度センサ11の検出信号に応じて、制御装置14が冷却部材10への冷媒量の制御を行う冷媒量制御手段13を駆動して冷媒量を変え、過冷却や冷却不足を防止して、調整板1の温度を適正値に制御する事が可能となる。
また、調整板1の熱勾配を最小に抑えるためには、温度変化を最小にする必要がある。特に問題になるのは前述したとおり、冷却部材10による調整板1の過冷却である。これを防止する有効な方法として、調整板1の温度変化を最小に抑える事が出来るように冷却部材10への冷媒量を制御する必要がある。特に冷媒の流し始めがもっとも温度勾配は発生しやすいため、流し始めの流量は絞り、徐々に定常流量に戻していく制御が望ましい。
以上の実施の形態において、角度調整ネジ7としては、マイクロメータなどの汎用部品を使用することも可能である。すなわちマイクロメータは一般的に鉄系材料で作られるため、本発明における角度調整ネジの材料要件を満たし、且つ長さ調整の機能も保有するためである。
(実施の形態3)
以上の構成の本発明の実施の形態にかかるガスレーザ発振装置は、図4に示すガスレーザ加工機に使用可能であり、その概略構成を図4を参照しながら説明する。
以上の構成の本発明の実施の形態にかかるガスレーザ発振装置は、図4に示すガスレーザ加工機に使用可能であり、その概略構成を図4を参照しながら説明する。
この図に於いて、上述したガスレーザ発振装置から出力したレーザビーム108をワーク116方向へ進行方向を反射鏡115で反射することにより変更し、トーチ117内部に備えられた集光レンズ118によって前記レーザビーム108を高密度のエネルギビームに集光して、ワーク116に照射する。
なお、ワーク116は加工テーブル119上に固定されており、トーチ117をX軸モータ120あるいはY軸モータ121によって、ワーク116に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工を行うように構成している。
本発明は、極めて簡単な構造により、外気温によらず運転開始直後より安定したレーザ加工が可能となるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機を提供できるため、産業上有用である。
1 調整板
2 部分反射鏡
4 フランジ
5 支点
7 角度調整ネジ
8 バネ
10 冷却部材
11 温度センサ
13 冷媒量制御手段
14 制御装置
115 反射鏡
116 ワーク
117 トーチ
118 集光レンズ
119 加工テーブル
120 X軸モータ
121 Y軸モータ
2 部分反射鏡
4 フランジ
5 支点
7 角度調整ネジ
8 バネ
10 冷却部材
11 温度センサ
13 冷媒量制御手段
14 制御装置
115 反射鏡
116 ワーク
117 トーチ
118 集光レンズ
119 加工テーブル
120 X軸モータ
121 Y軸モータ
Claims (8)
- レーザガスを励起する放電手段と、前記放電手段で励起されたレーザガスを挟むように対向配置した部分反射鏡と全反射鏡と、前記部分反射鏡または全反射鏡を保持する調整板と、前記調整板を保持するフランジと、前記調整板に設けて前記調整板と前記フランジの距離を保つ支点と、前記調整板と前記フランジの間に配置して互いに引き合う方向に付勢するバネと、前記調整板に係合して前記調整板と前記フランジの距離を調整可能な角度調整ネジと、前記調整板に設けた冷却部材を備え、前記調整板の形状として、前記角度調整ネジおよび支点を取り付ける部分のフランジ方向の厚みを同一とし、かつ、前記調整板の冷却部材取り付け部分のフランジ方向の厚みを、前記調整板の端面から前記角度調整ネジおよび支点を取り付ける部分までの厚みの約2倍以上の寸法とし、前記支点および角度調整ネジの長さを同一とし、前記支点および角度調整ネジの材質を調整板材質の熱膨張率よりも小さくしたガスレーザ発振装置。
- レーザガスを励起する放電手段と、前記放電手段で励起されたレーザガスを挟むように対向配置した部分反射鏡と全反射鏡と、前記部分反射鏡または全反射鏡を保持する調整板と、前記調整板を保持するフランジと、前記調整板に設けて前記調整板と前記フランジの距離を保つ支点と、前記調整板と前記フランジの間に配置して互いに引き合う方向に付勢するバネと、前記調整板に係合して前記調整板と前記フランジの距離を調整可能な角度調整ネジと、前記調整板に設けた冷却部材を備え、前記調整板に温度センサを設け、前記温度センサからの信号を入力する制御装置と、前記制御装置に接続し、前記冷却部材への冷媒量を制御する冷媒量制御手段を設け、前記温度センサの検出信号に応じて前記冷却部材への冷媒量を制御するガスレーザ発振装置。
- 前記制御装置は、前記冷媒量制御手段を制御して放電開始前は前記冷却部材へ冷媒を流さず、放電開始後一定時間の間は冷媒量を絞った状態で前記冷却部材へ流し、一定時間後に通常流量の冷媒を前記冷却部材へ流す制御を行なう事と特徴とした請求項2記載のガスレーザ発振装置。
- 前記角度調整ネジは、差動構造をしたネジまたはマイクロメータであり、前記支点は前記マイクロメータと同等の熱膨張率を持つ材料から成る事を特徴とする請求項1から3の何れかに記載のガスレーザ発振装置。
- レーザガスを励起する放電手段と、前記放電手段で励起されたレーザガスを挟むように対向配置した部分反射鏡と全反射鏡と、前記部分反射鏡または全反射鏡を保持する調整板と、前記調整板を保持するフランジと、前記調整板に設けて前記調整板と前記フランジの距離を保つ支点と、前記調整板と前記フランジの間に配置して互いに引き合う方向に付勢するバネと、前記調整板に係合して前記調整板と前記フランジの距離を調整可能な角度調整ネジと、前記調整板に設けた冷却部材を備え、前記調整板の形状として、前記角度調整ネジおよび支点を取り付ける部分のフランジ方向の厚みを同一とし、かつ、前記調整板の冷却部材取り付け部分のフランジ方向の厚みを、前記調整板の端面から前記角度調整ネジおよび支点を取り付ける部分までの厚みの約2倍以上の寸法とし、前記支点および角度調整ネジの長さを同一とし、前記支点および角度調整ネジの材質を調整板材質の熱膨張率よりも小さくしたガスレーザ発振装置を用い、ワークを載置するテーブルと、前記ガスレーザ発振装置から出力したレーザビームを前記ワークの方向に進行方向を変更する光学手段と、前記レーザビームを高密度のエネルギビームに集光する集光手段を内部に配置したトーチと、前記ワークとトーチを相対移動させる駆動手段を備えたガスレーザ加工機。
- レーザガスを励起する放電手段と、前記放電手段で励起されたレーザガスを挟むように対向配置した部分反射鏡と全反射鏡と、前記部分反射鏡または全反射鏡を保持する調整板と、前記調整板を保持するフランジと、前記調整板に設けて前記調整板と前記フランジの距離を保つ支点と、前記調整板と前記フランジの間に配置して互いに引き合う方向に付勢するバネと、前記調整板に係合して前記調整板と前記フランジの距離を調整可能な角度調整ネジと、前記調整板に設けた冷却部材を備え、前記調整板に温度センサを設け、前記温度センサからの信号を入力する制御装置と、前記制御装置に接続し、前記冷却部材への冷媒量を制御する冷媒量制御手段を設け、前記温度センサの検出信号に応じて前記冷却部材への冷媒量を制御するガスレーザ発振装置を用い、ワークを載置するテーブルと、前記ガスレーザ発振装置から出力したレーザビームを前記ワークの方向に進行方向を変更する光学手段と、前記レーザビームを高密度のエネルギビームに集光する集光手段を内部に配置したトーチと、前記ワークとトーチを相対移動させる駆動手段を備えたガスレーザ加工機。
- 前記制御装置は、前記冷媒量制御手段を制御して放電開始前は前記冷却部材へ冷媒を流さず、放電開始後一定時間の間は冷媒量を絞った状態で前記冷却部材へ流し、一定時間後に通常流量の冷媒を前記冷却部材へ流す制御を行なう事と特徴とした請求項6記載のガスレーザ加工機。
- 前記角度調整ネジは、差動構造をしたネジまたはマイクロメータであり、前記支点は前記マイクロメータと同等の熱膨張率を持つ材料から成る事を特徴とする請求項5から7の何れかに記載のガスレーザ加工機。
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---|---|---|---|---|
CN106067653A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-11-02 | 天津英光光电科技有限责任公司 | 一种新型双色激光器 |
CN116191180A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-05-30 | 济南森峰激光科技股份有限公司 | 一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106067653A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-11-02 | 天津英光光电科技有限责任公司 | 一种新型双色激光器 |
CN116191180A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-05-30 | 济南森峰激光科技股份有限公司 | 一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置 |
CN116191180B (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-04 | 济南森峰激光科技股份有限公司 | 一种光纤激光器点阵光束输出阵列装置 |
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