(57)【要約】【課題】長期停止時のガス循環部分への大気及び水分の侵入、大気中へのレーザガスの侵出などによるレーザガス組成変化による放電乱れを抑制する大出力に適したガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザガスを用い、起動中にレーザガスを給気するボンベ１４と、レーザガスを排気する真空ポンプ１５と、ボンベ１４から給気するレーザガス量および真空ポンプ１５で排気するレーザガス量を制御する制御部１６を備え、制御部１６は、起動時にレーザガスを真空ポンプ１５で排出後、ボンベ１４から大気圧近傍まで給気した後、再度レーザガスを真空ポンプ１５で排出後、動作ガス圧までボンベ１４から給気するシーケンスとして、起動時の真空ポンプ１５で排出するガス圧を、起動時のガス圧より低く、かつ、再度真空ポンプ１５で排出するガス圧よりも高くするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを用い、起動中に前記レーザガスを給気するボンベと、前記レーザガスを排気する真空ポンプと、前記ボンベから給気するレーザガス量および前記真空ポンプで排気するレーザガス量を制御する制御部を備え、前記制御部は、起動時に前記レーザガスを前記真空ポンプで排出後、前記ボンベから大気圧近傍まで給気した後、再度レーザガスを前記真空ポンプで排出後、動作ガス圧まで前記ボンベから給気するシーケンスとして、起動時の前記真空ポンプで排出するガス圧を、起動時のガス圧より低く、かつ、前記再度真空ポンプで排出するガス圧よりも高くするガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記制御部に停止時間を観測するタイマーを設け、停止時間が設定時間以上となった場合にのみ、前記制御部は、起動時に前記レーザガスを前記真空ポンプで排出後、前記ボンベから大気圧近傍まで給気した後、再度レーザガスを前記真空ポンプで排出後、動作ガス圧まで前記ボンベから給気する請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記停止期間が設定時間以上になった場合に、前記制御部は、起動時に前記レーザガスを前記真空ポンプで排出後、前記ボンベから大気圧近傍まで給気した後、再度レーザガスを前記真空ポンプで排出後、動作ガス圧まで前記ボンベから給気するか、または起動時に前記レーザガスを前記真空ポンプで排出後、動作ガス圧まで前記ボンベから給気するかを選択する選択手段を設けた請求項２記載のガスレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起動時のレーザガスの排気、給気を行うガスレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
板金加工装置に搭載されるガスレーザ発振装置は薄板の高速切断や軟鋼、アルミニウム、ステンレス等の厚板の切断、溶接を目的大として使われ大出力化が行われてきている。
【０００３】
図６に一般的なガスレーザ発振装置の概略構成の一例として軸流型ガスレーザ装置の例を示す。以下、図３を参照しながらガスレーザ発振装置を説明する。
【０００４】
図に示す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３１、４１を設け、それぞれの放電管３１、４１の両端に電極３２、３３、４２、４３を設けている。
【０００５】
この電極３２と３３、電極４２と４３には高圧電源６３、６２を接続して高電圧を印加するように構成していて、それぞれの放電管３１、４１には放電空間３４、４４（図中斜線部分）が形成される。
【０００６】
このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管３１、４１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸９１に沿って配置される。
【０００７】
また、放電管３１、４１を挟むように、ほぼ全反射する終段鏡５と部分反射する出力鏡６を、光軸９１（一点鎖線で表わしている）上に配置された放電空間３４、４４の両端に配置され、光共振器を形成している。
【０００８】
また通常、電極部は数１０ｋＶの高電圧が印加されるので、終段鏡５、出力鏡６は、電極３３、４３との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管５１、６１を設けて絶縁を行っている。
【０００９】
なお、放電管３１、４１にはレーザガスを矢印２１，２２の方向に流している。そのため放電管３１，４１にレーザガスを分配して送り込む給気配管ブロック１２、１１を接続し、放電管３１，４１から流れ出るレーザガスを集める排気配管ブロック１３を接続している。
【００１０】
このように放電管３１、４１にレーザガスを循環させるために循環ポンプ７をレーザガスの循環路に設けていて、このレーザガスの循環路には冷却循環させるための熱交換器８を設けている。
【００１１】
このようにして給気配管ブロック１１，１２、排気配管ブロック１３に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザガスを循環するようにしている。
【００１２】
なお、上記のレーザ発振装置の各構成部品はＯリング等の真空シール部材を介し接続され、レーザガス循環部と大気とを切り離している。
【００１３】
また劣化したレーザガスを排出し、新しいレーザガスと入れ替えるために、レーザガスを供給するためのレーザガスのボンベ１４と、放電により解離したガスを排出するための真空ポンプ１５を設けていて、これらボンベ１４、真空ポンプ１５からのレーザガス量を電磁弁で制御する制御部１６を設けていて、放電管３１、４１の内部圧力を制御している。
【００１４】
以上が一般的なガスレーザ発振装置の構成であり、次に動作について説明する。
【００１５】
給気配管ブロック１１、１２を通ったレーザガスは、放電管３１、４１内へ導入される。この状態で電極３２、３３、４２，４３から放電エネルギーを得て励起され放電空間３４、４４に放電が発生する。放電空間３４、４４内のレーザガスは、排気配管ブロック１３に流れこみレーザガスの流れ２３となって熱交換器８、循環ポンプ７へと戻っていく。
【００１６】
このとき無放電管５１、６１にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間３４、４４と終段鏡５、出力鏡６との絶縁を保持している。
【００１７】
これら励起されたレーザガスは出力鏡６および終段鏡５で形成される光共振器で共振状態となり、出力鏡６からレーザ光９が出力される。
【００１８】
次に図６を用いて、従来のレーザ発振装置のレーザガスの起動シーケンスを説明する。ガスレーザ発振装置の停止時には大気圧程度のレーザガスが充填されている。起動すると真空ポンプ１５が動作、制御部１６が真空ポンプ１５と繋がっている電磁弁を開き０．５〜２ｋＰａ程度の圧力までレーザガスを排出する。その後、ボンベ１４からレーザガスを動作ガス圧の１０〜３０ｋＰａになるようボンベ１４に繋がっている電磁弁を制御部１６が制御して供給する。その後、通常運転時はボンベ１４からレーザガスを一定量供給しながら真空ポンプ１５で一定量のレーザガスを排出し、制御部１６により放電管３１、４１内の圧力を保持するように構成している。
【００１９】
なお、停止期間中にガス循環経路内壁に吸着した水分を除去するために起動後の一定時間放電をすることで熱を加え、一定時間レーザガスの消費量を５倍程度に増加させて良好なレーザ発振を行うものもあった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−５６２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このような従来のガスレーザ発振装置では、大出力化等により、装置が大型化した場合、真空シール部が増えるため、ガス循環系への大気及び水分の侵入量が増加する。
【００２１】
またレーザガスの一部部成分、特にヘリウムガスなどの分子量の小さいガスの侵出量の増加も起こる。特に停止期間が土日休止などの長期になるとこの傾向は大きくなるので、起動直後のレーザガス循環部分のレーザガスの組成が設定値と変わり、放電乱れが発生しレーザ出力が低下し、場合によっては、放電開始電圧が高くなり、立上げ直後の高電圧投入時に放電管に放電せず無放電管５１に放電、または大気中を通り筐体への放電、つまり地絡が発生する場合がある。
【００２２】
従来は、この様な状況を回避するために、立上げ時に加工機の使用者が状況を見ながら、レーザガスの入れ替えを手動で実施する必要があった。
【００２３】
また、特許文献１に示すものも、起動直後のガスの組成の変化に対する放電乱れを抑制する効果は少なかった。
【００２４】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、長期停止時のガス循環部分への大気及び水分の侵入、大気中へのレーザガスの侵出などによるレーザガス組成変化による放電乱れを抑制する大出力に適したガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明のガスレーザ発振装置では、レーザガスを用い、起動中に前記レーザガスを給気するボンベと、前記レーザガスを排気する真空ポンプと、前記ボンベから給気するレーザガス量および前記真空ポンプで排気するレーザガス量を制御する制御部を備え、前記制御部は、起動時に前記レーザガスを前記真空ポンプで排出後、前記ボンベから大気圧近傍まで給気した後、再度レーザガスを前記真空ポンプで排出後、動作ガス圧まで前記ボンベから給気するシーケンスとして、起動時の前記真空ポンプで排出するガス圧を、起動時のガス圧より低く、かつ、前記再度真空ポンプで排出するガス圧よりも高くするものである。
【００２６】
この構成により、レーザガスの消費量を抑えながら、かつ、時間も短縮しながら起動時のレーザガスの組成を保つことができる。
【００２７】
なお、制御部に設けたタイマーでガスレーザ発振装置の停止期間を測定し、停止時間が設定値以上となった場合に、起動時に従来のガス置換に、更にもう一回の粗引きのガス置換を追加することで、上記構成の効果に加えてレーザガスの使用量を削減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、これらの構成により常に長期停止後の起動時であっても、停止中のガス循環経路中のレーザガスの組成変化が排除され、放電開始電圧の安定化及び放電状態の安定化により、安定したレーザ出力を得ることができる。安定した加工性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００３０】
（実施の形態）
図１は、本発明の起動時のガスレーザ発振装置の概略構成図で、図に示す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３１、４１を設け、それぞれの放電管３１、４１の両端に電極３２、３３、４２、４３を設けている。
【００３１】
この電極３２と３３、電極４２と４３には高圧電源６３、６２を接続して高電圧を印加するように構成していて、それぞれの放電管３１、４１には放電空間３４、４４（図中斜線部分）が形成される。
【００３２】
このように通常は電極にはさまれた放電管が複数本あり、放電管３１、４１は一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸９１に沿って配置される。
【００３３】
また、放電管３１、４１を挟むように、ほぼ全反射する終段鏡５と部分反射する出力鏡６を、光軸９１（一点鎖線で表わしている）上に配置された放電空間３４、４４の両端に配置され、光共振器を形成している。
【００３４】
また通常、電極部は数１０ｋＶの高電圧が印加されるので、終段鏡５、出力鏡６は、電極３３、４３との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管５１、６１を設けて絶縁を行っている。
【００３５】
なお、放電管３１、４１にはレーザガスを矢印２１，２２の方向に流している。そのため放電管３１，４１にレーザガスを分配して送り込む給気配管ブロック１２、１１を接続し、放電管３１，４１から流れ出るレーザガスを集める排気配管ブロック１３を接続している。
【００３６】
このように放電管３１、４１にレーザガスを循環させるために循環ポンプ７をレーザガスの循環路に設けていて、このレーザガスの循環路には冷却循環させるための熱交換器８を設けている。
【００３７】
このようにして給気配管ブロック１１，１２、排気配管ブロック１３に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザガスを循環するようにしている。
【００３８】
なお、上記のレーザ発振装置の各構成部品はＯリング等の真空シール部材を介し接続され、レーザガス循環部と大気とを切り離している。
【００３９】
また劣化したレーザガスを排出し、新しいレーザガスと入れ替えるために、レーザガスを供給するためのレーザガスのボンベ１４と、放電により解離したガスを排出するための真空ポンプ１５を設けていて、これらボンベ１４、真空ポンプ１５からのレーザガス量を電磁弁で制御する制御部１６を設けていて、放電管３１、４１の内部圧力を制御している。
【００４０】
ここまでの構成は従来のものと同じ構成であるが、本実施の形態の特徴とする点は、起動時に制御部１６がレーザガスを真空ポンプ１５で排出後、ボンベ１４から大気圧近傍まで給気した後、再度レーザガスを真空ポンプ１５で排出後、動作ガス圧までボンベ１４から給気するシーケンスとして、起動時の真空ポンプ１５で排出するガス圧を、起動時のガス圧より低く、かつ、再度真空ポンプ１５で排出するガス圧よりも高くする点である。
【００４１】
制御部１６は、毎回の起動時にこのシーケンスを行うこともできるが、長期停止後の起動でない場合、上述したシーケンスを行わなくてもレーザガスの組成が保たれている場合がある。
【００４２】
そこで、本実施の形態では制御部１６に停止時間を測定するタイマー１６ａを設けている。
【００４３】
次にその動作について説明する。
【００４４】
図２に、本実施の形態での起動時のチャートを示す。起動信号が制御部１６に入力すると、タイマー１６ａで計測されていた停止時間と設定値とが比較される。停止時間が設定値より小さい場合は、図６に示す従来の起動シーケンスに従い起動する。逆に停止時間が設定値より大きい場合は、図３に示した起動シーケンスに従い起動する。
【００４５】
次に図３に示した起動シーケンスについて説明する。
【００４６】
ガスレーザ発振装置の停止時には大気圧程度のレーザガスが充填されている。起動すると真空ポンプ１５が動作し、真空ポンプ１５に繋がった電磁弁を開いて１０ｋＰａ程度の圧力までレーザガスを排出し、その後真空ポンプ１５に繋がった電磁弁を閉じてボンベ１４に繋がった電磁弁を開いて大気圧程度までレーザガスを供給する。その後ボンベ１４に繋がった電磁弁を閉じて真空ポンプ１５に繋がった電磁弁を開き、再度０．５〜２ｋＰａ程度の圧力までレーザガスを排出し他後、ボンベ１４に繋がった電磁弁を開いてからレーザガスを動作ガス圧の１０〜３０ｋＰａになるよう供給する。その後、通常運転時はボンベ１４に繋がった電磁弁と真空ポンプ１５に繋がった電磁弁の双方を制御部１６で制御して、レーザガスを供給する一方でレーザガスを排出し、放電管３１、４１内の圧力を保持するようにしている。
【００４７】
このように起動時のシーケンスとして、起動時の前記真空ポンプで排出するガス圧を、起動時のガス圧より低く、かつ、再度真空ポンプで排出するガス圧よりも高くすることにより、単に２回とも０．５〜２ｋＰａ程度の圧力までレーザガスを排出するのに比べて消費するレーザガスの量を削減することができるとともに、起動までの時間を短縮することができる。
【００４８】
なお、最初の真空ポンプで排出するときのガス圧を低めに設定して再度真空ポンプで排出するときのガス圧を高めに設定することも考えられるが、単にレーザガスの給排出のシーケンスだけでなく、放電を開始するシーケンスも一連のシーケンスとして含まれるので、停止時間が設定値より小さい場合のことを考慮して、放電開始前のシーケンスを同一となるように設定することが、装置の制御の観点から好ましい。
【００４９】
図４に本実施の形態の効果を示す。
【００５０】
図に示すように、停止時間が増加すると従来のガスレーザ発振装置では起動時のレーザ出力が低下していくのに比べて、本実施の形態では、停止時間にあまり影響されずに起動直後のレーザ出力を保つことができる。
【００５１】
なお、短期停止後の起動時には従来通りのガス置換１回の起動シーケンスで放電乱れが発生しないため、従来の起動シーケンスを用い、起動時間やレーザガスの消費量を増やすことなく、長期停止後の起動時には上述した起動シーケンスを用いるので安定したレーザ出力を容易に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかるレーザ発振装置は、レーザ出力及びレーザモードの安定化を図れるガスレーザ発振装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態におけるガスレーザ発振装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるガスレーザ発振装置の起動シーケンスの説明図
【図３】本発明の実施の形態におけるガスレーザ発振装置の起動シーケンスの説明図
【図４】本発明の実施の形態と従来のガスレーザ発振装置における停止時間とレーザ出力の相関を示す説明図
【図５】従来のガスレーザ発振装置の概略構成図
【図６】従来のガスレーザ発振装置の起動シーケンスの説明図
【符号の説明】
【００５４】
１４    ボンベ
１５    真空ポンプ
１６    制御部
１６ａ    タイマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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