JPH05102554A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents
ガスレーザ発振装置Info
- Publication number
- JPH05102554A JPH05102554A JP3258926A JP25892691A JPH05102554A JP H05102554 A JPH05102554 A JP H05102554A JP 3258926 A JP3258926 A JP 3258926A JP 25892691 A JP25892691 A JP 25892691A JP H05102554 A JPH05102554 A JP H05102554A
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- cooling
- discharge tube
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 集光レンズを交換することなく被加工物(ワ
ーク)の板厚に応じて、常に良好な切断ができるレーザ
ビームを発生するガスレーザ発振装置を提供する。 【構成】 絶縁体からなる少なくとも1本の放電管2
と、その放電管2内に設けられた対となった金属電極
3,4と、その対となった金属電極3と4の間に放電を
発生させるための高圧電源5と、放電管2内にレーザガ
スを流すための送風機と、放電管2の両端に配置し共振
器を形成する終段ミラー8と水冷式または強制空冷式の
出力ミラー9と、レーザ出力信号発生器15と、出力ミ
ラー9を冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部また
は冷却風制御部16とを備える。
ーク)の板厚に応じて、常に良好な切断ができるレーザ
ビームを発生するガスレーザ発振装置を提供する。 【構成】 絶縁体からなる少なくとも1本の放電管2
と、その放電管2内に設けられた対となった金属電極
3,4と、その対となった金属電極3と4の間に放電を
発生させるための高圧電源5と、放電管2内にレーザガ
スを流すための送風機と、放電管2の両端に配置し共振
器を形成する終段ミラー8と水冷式または強制空冷式の
出力ミラー9と、レーザ出力信号発生器15と、出力ミ
ラー9を冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部また
は冷却風制御部16とを備える。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種材料の加工,溶接
および熱処理に用いる、被加工物の厚さに応じて集光レ
ンズを交換する必要がないガスレーザ発振装置に関す
る。
および熱処理に用いる、被加工物の厚さに応じて集光レ
ンズを交換する必要がないガスレーザ発振装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ガスレーザ発振装置は、放電管に設けた
金属電極間の放電によりレーザガスを励起し、放電管の
両端に設けたミラーによって形成された共振器によりレ
ーザ光を発生させ、出力ミラーから出射されたレーザ光
を集光レンズを用いて集光し、各種材料を加工,溶接お
よび熱処理を行う。
金属電極間の放電によりレーザガスを励起し、放電管の
両端に設けたミラーによって形成された共振器によりレ
ーザ光を発生させ、出力ミラーから出射されたレーザ光
を集光レンズを用いて集光し、各種材料を加工,溶接お
よび熱処理を行う。
【0003】以下、図面を参照して従来のガスレーザ発
振装置を用いたレーザ加工装置の一例について説明す
る。図5に従来のレーザ加工装置を示す。図5におい
て、1はガスレーザ発振装置であり、主に以下の部分に
より構成されている。すなわち2はガラス等の誘電体か
らなる2本の放電管、3と4は放電管2の内部に設けら
れた対となった金属電極、5は金属電極3および4に接
続された高圧電源、6はレーザガスの入口、7はレーザ
ガスの出口、8は終段ミラー、9は出力ミラー、10は
出力ミラー9を冷却する冷却水回路、11はガスレーザ
発振装置1の出力ミラー9から出力されたレーザビー
ム、12はレーザビーム11を被加工物(以下ワークと
いう)14に導く全反射ミラー、13はレーザビーム1
1を集光する集光レンズである。
振装置を用いたレーザ加工装置の一例について説明す
る。図5に従来のレーザ加工装置を示す。図5におい
て、1はガスレーザ発振装置であり、主に以下の部分に
より構成されている。すなわち2はガラス等の誘電体か
らなる2本の放電管、3と4は放電管2の内部に設けら
れた対となった金属電極、5は金属電極3および4に接
続された高圧電源、6はレーザガスの入口、7はレーザ
ガスの出口、8は終段ミラー、9は出力ミラー、10は
出力ミラー9を冷却する冷却水回路、11はガスレーザ
発振装置1の出力ミラー9から出力されたレーザビー
ム、12はレーザビーム11を被加工物(以下ワークと
いう)14に導く全反射ミラー、13はレーザビーム1
1を集光する集光レンズである。
【0004】以上のような構成のレーザ加工装置につい
て、その動作および加工原理について説明する。まず図
示されていない送風機により放電管内にレーザガスを流
し、対となった金属電極3および4間に高圧電源5から
高電圧を印加し、放電管2内で対となった金属電極3お
よび4間で放電を発生させる。放電により放電空間が励
起され、放電空間のエネルギーは出力ミラー9と終段ミ
ラー8によって形成された光共振器で共振状態となり、
増幅されて出力ミラー9からレーザビーム11が出力さ
れる。出力ミラー9ではレーザビーム11が通過すると
きレーザ光の一部が吸収される。出力ミラー9が過度に
レーザ光を吸収すると熱レンズ効果と呼ばれる現象、す
なわち出力ミラー9内に温度差が発生し、凸状に変形し
レンズ効果を持つ。このためレーザビーム11の径が小
さくなることが知られており、レーザビーム11の径が
変化しないように、可能な限り冷却水により冷却してい
る。レーザビーム11は全反射ミラー12により集光レ
ンズ13に誘導され、図4に示すように集光レンズ13
の焦点距離で集光される。この集光したレーザ光を綱板
等のワーク14に照射して切断加工を行う。この集光さ
れたレーザ光はスポット径と焦点深度という2つの指標
で表され、通常、スポット径は約0.2mm、エネルギー
密度が106〜107J/cm2に達する範囲すなわち焦点
深度は数mm以上となり、厚さ数mmの鉄板等を溶融し切断
することが可能となる。一般に、レーザ加工において
は、薄板切断にはスポット径の小さいもの、厚板切断で
は焦点深度の大きいものが良いとされている。
て、その動作および加工原理について説明する。まず図
示されていない送風機により放電管内にレーザガスを流
し、対となった金属電極3および4間に高圧電源5から
高電圧を印加し、放電管2内で対となった金属電極3お
よび4間で放電を発生させる。放電により放電空間が励
起され、放電空間のエネルギーは出力ミラー9と終段ミ
ラー8によって形成された光共振器で共振状態となり、
増幅されて出力ミラー9からレーザビーム11が出力さ
れる。出力ミラー9ではレーザビーム11が通過すると
きレーザ光の一部が吸収される。出力ミラー9が過度に
レーザ光を吸収すると熱レンズ効果と呼ばれる現象、す
なわち出力ミラー9内に温度差が発生し、凸状に変形し
レンズ効果を持つ。このためレーザビーム11の径が小
さくなることが知られており、レーザビーム11の径が
変化しないように、可能な限り冷却水により冷却してい
る。レーザビーム11は全反射ミラー12により集光レ
ンズ13に誘導され、図4に示すように集光レンズ13
の焦点距離で集光される。この集光したレーザ光を綱板
等のワーク14に照射して切断加工を行う。この集光さ
れたレーザ光はスポット径と焦点深度という2つの指標
で表され、通常、スポット径は約0.2mm、エネルギー
密度が106〜107J/cm2に達する範囲すなわち焦点
深度は数mm以上となり、厚さ数mmの鉄板等を溶融し切断
することが可能となる。一般に、レーザ加工において
は、薄板切断にはスポット径の小さいもの、厚板切断で
は焦点深度の大きいものが良いとされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
加工においてはワークの厚みが1mm以下の薄板から19
mmの厚板までの加工を要求される。一方、光学理論で
は、図4に示すように、 (1)スポット径は集光レンズに入るレーザビームの径
により定まり、焦点深度はスポット径に反比例する。す
なわち、レーザビーム径が大きいとスポット径は小さ
く、焦点深度は浅くなる。
加工においてはワークの厚みが1mm以下の薄板から19
mmの厚板までの加工を要求される。一方、光学理論で
は、図4に示すように、 (1)スポット径は集光レンズに入るレーザビームの径
により定まり、焦点深度はスポット径に反比例する。す
なわち、レーザビーム径が大きいとスポット径は小さ
く、焦点深度は浅くなる。
【0006】(2)スポット径は集光レンズの焦点距離
に比例する。の2点が明確に証明され、公知である。
に比例する。の2点が明確に証明され、公知である。
【0007】したがって、最適に加工するためにはワー
クに合わせて、薄板切断の場合には集光レンズの焦点深
度の小さいもの、厚板切断の場合には焦点深度の大きい
ものに交換して使用しなければならないという問題があ
った。
クに合わせて、薄板切断の場合には集光レンズの焦点深
度の小さいもの、厚板切断の場合には焦点深度の大きい
ものに交換して使用しなければならないという問題があ
った。
【0008】本発明はこのような従来の問題を解決する
もので、集光レンズを交換することなくワークの板厚に
応じて、常に良好な切断ができるレーザビームを発生す
るガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
もので、集光レンズを交換することなくワークの板厚に
応じて、常に良好な切断ができるレーザビームを発生す
るガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のガスレーザ発振
装置は、絶縁体からなる少なくとも1本の放電管と、そ
の放電管内に設けられた対となった金属電極と、その対
となった金属電極間に放電を発生させるための高圧電源
と、放電管内にレーザガスを流すための送風機と、放電
管の両端に配置され共振器を形成する終段ミラーと水冷
式の出力ミラーと、レーザ出力信号発生器と、出力ミラ
ーを冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部とを備え
たものである。
装置は、絶縁体からなる少なくとも1本の放電管と、そ
の放電管内に設けられた対となった金属電極と、その対
となった金属電極間に放電を発生させるための高圧電源
と、放電管内にレーザガスを流すための送風機と、放電
管の両端に配置され共振器を形成する終段ミラーと水冷
式の出力ミラーと、レーザ出力信号発生器と、出力ミラ
ーを冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部とを備え
たものである。
【0010】
【作用】本発明は、出力ミラーに温度分布が発生すれば
熱レンズ効果と呼ばれるレーザビームの径が小さくなる
現象が発生することを利用したものであり、熱レンズ効
果により変化したレーザビーム径とスポット径および焦
点深度の関係を図4に示している。すなわち、図4にお
いて13は集光レンズであり、φAは熱レンズ効果が生
じていないときのレーザビーム径、φBは熱レンズ効果
が生じているときのレーザビーム径であり、レーザビー
ム径が小さい場合にスポット径が大きくなり焦点深度が
大きくなることを示している。
熱レンズ効果と呼ばれるレーザビームの径が小さくなる
現象が発生することを利用したものであり、熱レンズ効
果により変化したレーザビーム径とスポット径および焦
点深度の関係を図4に示している。すなわち、図4にお
いて13は集光レンズであり、φAは熱レンズ効果が生
じていないときのレーザビーム径、φBは熱レンズ効果
が生じているときのレーザビーム径であり、レーザビー
ム径が小さい場合にスポット径が大きくなり焦点深度が
大きくなることを示している。
【0011】上記した構成により、レーザ出力により出
力ミラーの冷却能力を変化させ、この熱レンズ効果を故
意に発生させて利用することにより、ワークの板厚に応
じて薄板には小さなスポット径、厚板に対しては大きな
焦点深度が得られるレーザビーム径とすることにより切
断性能の向上がはかれる。
力ミラーの冷却能力を変化させ、この熱レンズ効果を故
意に発生させて利用することにより、ワークの板厚に応
じて薄板には小さなスポット径、厚板に対しては大きな
焦点深度が得られるレーザビーム径とすることにより切
断性能の向上がはかれる。
【0012】
【実施例】以下、本発明のガスレーザ発振装置の一実施
例について説明する。図1は本発明のガスレーザ発振装
置を用いたレーザ加工装置の一実施例の要部構成を示し
ている。
例について説明する。図1は本発明のガスレーザ発振装
置を用いたレーザ加工装置の一実施例の要部構成を示し
ている。
【0013】図1において従来例を示す図5と同じ部分
については同じ符号を付して説明は省略し、異なる点に
ついて説明する。図1において、15はレーザ出力設定
信号発生器、16は出力ミラー部を冷却する冷却水の流
量をレーザ出力設定器15の信号により制御する冷却水
制御部であり、その他の構成は図5と同じである。
については同じ符号を付して説明は省略し、異なる点に
ついて説明する。図1において、15はレーザ出力設定
信号発生器、16は出力ミラー部を冷却する冷却水の流
量をレーザ出力設定器15の信号により制御する冷却水
制御部であり、その他の構成は図5と同じである。
【0014】このような構成のレーザ加工装置において
は、出力ミラー9は P=レーザ出力×吸収率 で表される熱量Pを吸収するため、十分な冷却を行わな
いとレーザ出力により出力ミラー9の温度分布が変化す
る。冷却方法により一律には定まらないが、図2に出力
3kWで試験した、出力ミラー9から4mの地点での冷却
水量とレーザビーム径の関係および冷却水量と出力ミラ
ー9の温度の関係を実測した一例を示す。出力3kWで行
った試験においては、出力ミラー9の冷却水量を低下さ
せることにより熱レンズ効果が観察された。また出力ミ
ラー9の寿命は表面温度で推定できるが、冷却水を停止
しても温度上昇の限界は70℃程度であり、出力ミラー
9の使用限界の100℃までには、余裕があることが確
認された。
は、出力ミラー9は P=レーザ出力×吸収率 で表される熱量Pを吸収するため、十分な冷却を行わな
いとレーザ出力により出力ミラー9の温度分布が変化す
る。冷却方法により一律には定まらないが、図2に出力
3kWで試験した、出力ミラー9から4mの地点での冷却
水量とレーザビーム径の関係および冷却水量と出力ミラ
ー9の温度の関係を実測した一例を示す。出力3kWで行
った試験においては、出力ミラー9の冷却水量を低下さ
せることにより熱レンズ効果が観察された。また出力ミ
ラー9の寿命は表面温度で推定できるが、冷却水を停止
しても温度上昇の限界は70℃程度であり、出力ミラー
9の使用限界の100℃までには、余裕があることが確
認された。
【0015】図3には本発明のガスレーザ発振装置にお
ける、出力ミラー9から4mの地点でのレーザ出力とレ
ーザビーム径の関係の実測結果を示している。図3によ
れば、冷却能力が低い場合にはレーザ出力が1.5kW以
下ではレーザビーム径は大きく、かつ一定であり、出力
が大きくなるにしたがいレーザビーム径は次第に小さく
なる。光学理論では前述したように、レーザビーム径が
小さくなればスポット径は大きくなり焦点深度は大きく
なることが判明している。したがって、図3は冷却能力
によってレーザ出力が一定となるレーザ出力の範囲が異
なることを示しており、レーザ出力が大きい範囲では、
同じレーザ出力でも出力ミラー9の冷却状態によって焦
点深度を変えることができることを示している。
ける、出力ミラー9から4mの地点でのレーザ出力とレ
ーザビーム径の関係の実測結果を示している。図3によ
れば、冷却能力が低い場合にはレーザ出力が1.5kW以
下ではレーザビーム径は大きく、かつ一定であり、出力
が大きくなるにしたがいレーザビーム径は次第に小さく
なる。光学理論では前述したように、レーザビーム径が
小さくなればスポット径は大きくなり焦点深度は大きく
なることが判明している。したがって、図3は冷却能力
によってレーザ出力が一定となるレーザ出力の範囲が異
なることを示しており、レーザ出力が大きい範囲では、
同じレーザ出力でも出力ミラー9の冷却状態によって焦
点深度を変えることができることを示している。
【0016】以上の結果によれば、出力レーザ値の設定
信号により出力ミラー9部の冷却能力を変化させる冷却
水制御部16を設けたガスレーザ発振装置1を製作すれ
ば、冷却水量により出力ミラー9の温度を変化させて集
光されたレーザ光のスポット径および焦点深度を変える
ことが可能となり、レーザ加工装置の切断性能を向上さ
せることができる。すなわち、 (1)小さなレーザ出力を使用する薄板の領域では出力
ミラー9での熱の吸収は少なく熱レンズ効果は生じない
ので、レーザビーム径は大きく小さなスポット径を得る
ことができ、薄板の切断に適している。
信号により出力ミラー9部の冷却能力を変化させる冷却
水制御部16を設けたガスレーザ発振装置1を製作すれ
ば、冷却水量により出力ミラー9の温度を変化させて集
光されたレーザ光のスポット径および焦点深度を変える
ことが可能となり、レーザ加工装置の切断性能を向上さ
せることができる。すなわち、 (1)小さなレーザ出力を使用する薄板の領域では出力
ミラー9での熱の吸収は少なく熱レンズ効果は生じない
ので、レーザビーム径は大きく小さなスポット径を得る
ことができ、薄板の切断に適している。
【0017】(2)大きなレーザ出力を使用する厚板の
領域では、出力ミラー9での熱吸収が大きく、熱レンズ
効果が生じてレーザビーム径が小さくなり、大きな焦点
深度が得られ、冷却水量をレーザ出力に応じて制御する
ことにより各板厚の厚板の切断に適した焦点深度とする
ことができる。
領域では、出力ミラー9での熱吸収が大きく、熱レンズ
効果が生じてレーザビーム径が小さくなり、大きな焦点
深度が得られ、冷却水量をレーザ出力に応じて制御する
ことにより各板厚の厚板の切断に適した焦点深度とする
ことができる。
【0018】以上、説明したガスレーザ発振装置は出力
ミラー9が水冷式であったが、出力ミラー9の冷却は強
制空冷によるものであっても上記と同等の結果が得られ
る。ただし、この場合は上記実施例における出力ミラー
9を冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部16が、
出力ミラー9を冷却する冷却風量を制御する冷却風制御
部となる。
ミラー9が水冷式であったが、出力ミラー9の冷却は強
制空冷によるものであっても上記と同等の結果が得られ
る。ただし、この場合は上記実施例における出力ミラー
9を冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部16が、
出力ミラー9を冷却する冷却風量を制御する冷却風制御
部となる。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、ワーク
が薄板の領域ではレーザ出力が小さく熱レンズ効果は生
じないためレーザビームは大きく、薄板の切断に適した
小さなスポット径が得られる。ワークが厚板の領域では
レーザ出力が大きく熱レンズ効果が生じるためレーザビ
ームは小さくなり、大きな焦点深度が得られるが、本発
明により、出力ミラーを冷却し、レーザ出力に応じて冷
却の程度を制御することによりレーザビーム径を調整
し、各板厚の厚板の切断に適した大きさの焦点深度が得
られる。このように、ワークの板厚に応じてレーザ出力
とともに出力ミラーの冷却の程度を変化させることによ
り、各板厚に適したスポット径と焦点深度が得られ、切
断性能の向上が果たせる。
が薄板の領域ではレーザ出力が小さく熱レンズ効果は生
じないためレーザビームは大きく、薄板の切断に適した
小さなスポット径が得られる。ワークが厚板の領域では
レーザ出力が大きく熱レンズ効果が生じるためレーザビ
ームは小さくなり、大きな焦点深度が得られるが、本発
明により、出力ミラーを冷却し、レーザ出力に応じて冷
却の程度を制御することによりレーザビーム径を調整
し、各板厚の厚板の切断に適した大きさの焦点深度が得
られる。このように、ワークの板厚に応じてレーザ出力
とともに出力ミラーの冷却の程度を変化させることによ
り、各板厚に適したスポット径と焦点深度が得られ、切
断性能の向上が果たせる。
【図1】本発明のガスレーザ発振装置を用いたレーザ加
工装置の一実施例の要部構成図
工装置の一実施例の要部構成図
【図2】冷却水量と出力ミラー温度との関係および冷却
水量とレーザビーム径との関係を示す特性図
水量とレーザビーム径との関係を示す特性図
【図3】レーザ出力とレーザビーム径との関係を示す特
性図
性図
【図4】レーザビーム径とスポット径および焦点深度の
関係を示す集光レンズ部の断面図
関係を示す集光レンズ部の断面図
【図5】従来のガスレーザ発振装置を用いたレーザ加工
装置の要部構成図
装置の要部構成図
1 ガスレーザ発振装置 2 放電管 3,4 金属電極 5 高圧電源 8 終段ミラー 9 出力ミラー 15 レーザ出力信号発生器 16 冷却水制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/041
Claims (2)
- 【請求項1】絶縁体からなる少なくとも1本の放電管
と、その放電管内に設けられた対となった金属電極と、
その対となった金属電極間に放電を発生させるための高
圧電源と、放電管内にレーザガスを流すための送風機
と、放電管の両端に配置し共振器を形成する終段ミラー
と水冷式の出力ミラーと、レーザ出力信号発生器と、出
力ミラーを冷却する冷却水量を制御する冷却水制御部と
を設けたガスレーザ発振装置。 - 【請求項2】水冷式の出力ミラーに代えて強制空冷式の
出力ミラーを備えるとともに、冷却水制御部に代えて出
力ミラーを冷却する冷却風量を制御する冷却風制御部を
備えた請求項1記載のガスレーザ発振装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3258926A JP2712937B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | ガスレーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3258926A JP2712937B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | ガスレーザ発振装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05102554A true JPH05102554A (ja) | 1993-04-23 |
JP2712937B2 JP2712937B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=17326962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3258926A Expired - Fee Related JP2712937B2 (ja) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | ガスレーザ発振装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2712937B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010212565A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Panasonic Corp | レーザ発振装置とレーザ加工機 |
JP2010247233A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-11-04 | Universal Seikan Kk | レーザー加工装置 |
KR101414542B1 (ko) * | 2010-09-14 | 2014-07-02 | 가부시키가이샤 아마다 | 레이저 가공 장치, 및 레이저 가공 장치의 제어 방법 |
WO2018205407A1 (zh) * | 2017-05-11 | 2018-11-15 | 南通卓锐激光科技有限公司 | 一种集成镜片绝缘冷却结构的多管二氧化碳激光器 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6017973A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ−発振器 |
JPS62243382A (ja) * | 1986-04-15 | 1987-10-23 | Komatsu Ltd | レ−ザ発振器 |
-
1991
- 1991-10-07 JP JP3258926A patent/JP2712937B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6017973A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ−発振器 |
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JP2010247233A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-11-04 | Universal Seikan Kk | レーザー加工装置 |
KR101414542B1 (ko) * | 2010-09-14 | 2014-07-02 | 가부시키가이샤 아마다 | 레이저 가공 장치, 및 레이저 가공 장치의 제어 방법 |
WO2018205407A1 (zh) * | 2017-05-11 | 2018-11-15 | 南通卓锐激光科技有限公司 | 一种集成镜片绝缘冷却结构的多管二氧化碳激光器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2712937B2 (ja) | 1998-02-16 |
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