(57)【要約】【課題】補助電極が放電管の外周にレーザガスと直接接触せずに設けられていたため、電界強度が弱く、放電開始電圧のばらつきが大きくなり放電が不安定になる問題があった。【解決手段】放電管３１、４１内のレーザガスを放電励起するための直流高圧電源６２、６３と、直流高圧電源６２、６３と接続された電極３２、３３、４２、４３と、放電の点弧を補助する補助電極２、７２を備え、放電管４１、３１に貫通穴１、７１を設け、補助電極２、７２と電極４２、３２間を高耐圧抵抗８、７８で接続し補助電極２、７２を直接レーザガスに接触させることで、電界強度を強め放電の安定化を実施できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管内のレーザガスを放電励起するための直流高圧電源と、前記直流高圧電源のプラスとマイナスにそれぞれ接続された複数の電極と、放電の点弧を補助する補助電極を備え、前記放電管の一部に穴を設け、前記穴の位置に前記補助電極を配置し、前記直流高圧電源のプラス側と前記補助電極を抵抗を介して接続し、前記直流高圧電源のマイナス側を接地したガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記補助電極と前記電極の間に接続した抵抗を複数並列に設置した請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
前記補助電極と前記電極の間に接続した抵抗を放電管近傍に設置した請求項１または２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
前記補助電極はプラス側の前記電極と接続した請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
前記補助電極の材料として銅を使用した請求項１から４のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項６】
前記補助電極は前記電極のうちプラス側の前記電極とマイナス側の前記電極の中央よりマイナス側の前記電極側に設置した請求項１から５のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【請求項７】
前記補助電極と前記電極の間に接続した抵抗の抵抗値を放電管に流れる電流値に対して０．１〜１％の電流値を前記補助電極に流すように設定した請求項１から６のいずれかに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、放電管内のレーザガスを放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスレーザ発振器を用いた板金加工装置は薄板から厚板、または板材の種類、軟鋼、アルミニウム、ステンレス等、異なるものを無段取りで切断、溶接できることが望まれている。
【０００３】
このような板金加工装置に用いられる従来の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図３に示す。以下、図３を参照しながら従来のガスレーザ発振装置を説明する。
【０００４】
この図に示す従来のガスレーザ発振装置は、それぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管１３１、１４１を備え、電極１３２、１３３、１４２，１４３をそれぞれ放電管１３１、１４１周辺に設け、放電管１３１、１４１の内部に電極１３２，１３３、１４２，１４３間に挟まれた斜線部１３４、１４４で示す放電空間を形成するようにしている。
【０００５】
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１３１、１４１を一点鎖線で表わしたレーザ光の光軸１０９に沿って配置している。
【０００６】
光軸（一点鎖線で表わしている）１０９上に配置された放電空間全体の両端にほぼ全反射する終段鏡１０５と部分反射する出力鏡１０６を配置し、これら終段鏡１０５と出力鏡１０６とで光共振器を形成している。また通常電極部は数１０ｋＶの高電圧が印加され、終段鏡、出力鏡は、電極との間にガラスなどの誘電体からなる無放電管１５１、１６１を設けて絶縁を行っている。
【０００７】
放電管１３１、１４１にはレーザガスが流れており、レーザガスの流れる方向１２１，１２２を矢印で示していて、放電管１３１，１４１にレーザガスを分配して送り込む給気配管ブロック１１１、１１２と放電管１３１，１４１から流れ出るレーザガスを集める排気配管ブロック１１３を放電管１３１、１４１に接続している。そして、この給気配管ブロック１１２、１１２、排気配管ブロック１１３を図示しない熱交換器と循環ポンプからなるレーザガス循環路と接続して、給気配管ブロック１１１，１１２、排気配管ブロック１１３に１０〜３０ｋＰａ程度の圧力でレーザガスを冷却循環している。
【０００８】
また、電極１３２、１３３には電圧を印加する直流高圧電源１６１と、電極１４２、１４３には電圧を印加する直流高圧電源１６２を接続している。
【０００９】
以上が従来のガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【００１０】
給気配管ブロック１１１を通ったレーザガス１２１は、放電管１４１内へ導入される。この状態で電極１４２，１４３から放電エネルギーを得て励起され放電空間１４４に放電が発生する。放電空間１４４内のレーザガスは、排気配管ブロック１１３に流れこみレーザガス１２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。このとき無放電管１５１にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間１４４と終段鏡１０５との絶縁を保持している。また補助電極１６３を設けることにより放電開始時の点弧を確実に行っている。（例えば特許文献１参照）
同様にレーザガス１２２は、それぞれ放電管１３１へ導入され放電管１４１と同様に放電空間１３４を形成する。また補助電極１７２を設けることにより放電開始時の点弧を確実に行っている。
【００１１】
これら励起されたレーザガスは出力鏡１０６および終段鏡１０５で形成される光共振器で共振状態となり、出力鏡１０６からレーザ光１０９が出力される。
【特許文献１】特開平２−２６７９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のような従来のレーザ発振装置の場合、放電管１３１、１４１の外周にスパイラル状の補助電極１７２、１６３を設けているため、放電開始電圧のばらつきが大きく、場合によっては放電管１３１、１４１に放電せず無放電管１６１、１５１に放電する場合がある。その場合、放電管１３１、１４１は放電しないためレーザガスに放電エネルギーを供給することができずレーザ出力の低下の発生および、無放電管１５１、１６１の温度上昇が発生し、無放電管１５１、１６１の溶融といった不具合が発生する。
【００１３】
そこで放電管１３１、１４１に確実に放電空間１３４、１４４を形成するために、無放電管長を延ばし無放電管のインピーダンスをあげ発振器を大型化するか、放電管のガス圧を下げ放電管の開始電圧を下げレーザ出力を低減させなければならなかった。
【００１４】
また、放電管の外周に補助電極１６３、１７２を設けているため、誘電体からなる放電管を介し補助電極とレーザガス間に電界が発生するために、経時的に放電管が劣化し短時間で放電管を交換する必要があった。
【００１５】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、放電開始電圧の絶対値及びばらつきを低減し、小型で大出力の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】
【００１６】
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は、放電管内のレーザガスを放電励起するための直流高圧電源と、前記直流高圧電源のプラスとマイナスにそれぞれ接続された複数の電極と、放電の点弧を補助する補助電極を備え、前記放電管の一部に穴を設け、前記穴の位置に前記補助電極を配置し、前記直流高圧電源のプラス側と前記補助電極を抵抗を介して接続し、前記直流高圧電源のマイナス側を接地したものである。
【００１７】
この構成により、放電開始時に電極及び補助電極近傍に電離状態が容易に形成され、点弧が確実に行われる。また放電管を介して補助電極間とレーザガス間に電界がかからないため、放電管の劣化はほとんどなく短時間で交換する必要がない。これにより放電の安定したガスレーザ発振装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明のレーザ発振装置は放電開始時の点弧は確実に行うことができ、径時的な放電管の補助電極部の劣化を低減することが可能である。これにより、より長期に安定したレーザ加工を提供するとともに、メンテナンス期間をより長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態の一例におけるガスレーザ発振装置の概略構成図であり、以下、図１を参照しながら説明する。
【００２０】
この図に於いて実施の形態の一例におけるガスレーザ発振装置は、それぞれガラスなどの誘電体よりなる放電管３１、４１を備えていて、これら放電管３１には、放電管４１に設けられた電極３２、３３、４２、４３を設けていて、放電管３１、４１内部には電極３２，３３に挟まれた放電空間３４と、同様に電極４２、４３に挟まれた放電空間４４を形成するようにしている。
【００２１】
また、電極３２、３３には電圧を印加する直流高圧電源６１と、電極４２、４３には電圧を印加する直流高圧電源６２を接続している。そして、直流高圧電源６１は、電極３２をプラス、電極３３をマイナスとするように接続し、かつ、マイナス側を接地し、また、直流高圧電源６２は、同様に電極４２をプラス、電極４３をマイナスとするように接続し、かつ、マイナス側を接地している。
【００２２】
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。
【００２３】
光軸（一点鎖線で表わしている）９上に配置された放電空間全体の両端にほぼ全反射する終段鏡５と部分反射する出力鏡６を配置し、これら終段鏡５と出力鏡６とで光共振器を形成している。また通常電極部は数１０ｋＶの高電圧が印加され、終段鏡、出力鏡は、電極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。
【００２４】
放電管３１、４１にはレーザガスが流れており、レーザガスの流れる方向２１，２２を矢印で示していて、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１１、１２と放電管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を放電管３１、４１に接続している。そして、この給気配管ブロック１１、１２、排気配管ブロック１３を図示しない熱交換器と循環ポンプからなるレーザガス循環路と接続して、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冷却循環している。
【００２５】
また、放電管４１には貫通穴１があいており、その外周に補助電極２を設置している。この補助電極２は高耐圧抵抗８を介しプラス側の電極４２と接続されている。また補助電極２はＯリング３、Ｏリング押さえ４で押えられていて、Ｏリング３によりシールを行い放電管４１の貫通穴１から放電管４１への大気の流入を防止している。
【００２６】
この構成と同様に放電管３１にも貫通穴７１があけており、その外周に補助電極７２を設置している。この補助電極７２は高耐圧抵抗７８を介しプラス側の電極３２と接続されている。また補助電極７２はＯリング７３、Ｏリング押さえ７４で押えられていて、Ｏリング７３によりシールを行い放電管３１の貫通穴７１から放電管３１への大気の流入を防止している。
【００２７】
上述の様な構成をとることにより、補助電極２、７２とレーザガスとの間に放電管４１、３１が存在せず、補助電極２、７２とレーザガスが直接接触しているので、補助電極近傍の電界強度は強くなり、放電開始電圧はより低く抑えることができばらつきも低減され安定した放電を達成することができる。
【００２８】
また高耐圧抵抗８、７８の抵抗値は図２に示すとおり高耐圧抵抗値を減少すればするほど放電の点弧特性はよくなるが、高耐圧抵抗での損失を抑えるため放電管に流れる放電電流値の０．１〜１％程度になる様に選定する。
【００２９】
上述の様に高耐圧抵抗値を選定した場合、容量の関係から太く長くなる場合が多く、放電管近傍に設置することが不可能で電気絶縁をした設置場所を新たに設ける必要が発生する場合がある。これらの問題を解決するために、抵抗値のより高いものを選定し複数並列に設置することで、より細く短いものを選定することが可能となり放電管近傍に設置でき、放電管はラジエータなどにより空冷されているため抵抗の冷却も同時に行うことができる。
【００３０】
また、補助電極２、７２はプラス側の電極４２、３２と接続し、補助電極２、７２の材料として銅を使用し、その配置はプラス側の電極４２、３２とマイナス側の電極４３、３３の中央よりマイナス側の電極４３、３３側に設置している。
【００３１】
以上が本実施の形態のガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【００３２】
給気配管ブロック１１を通ったレーザガス２１は、放電管３１内へ導入される。この状態で電極４２，４３から放電エネルギーを得て励起され放電空間４４に放電が発生する。放電空間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２３となって前記循環ポンプへと戻っていく。このとき無放電管５１にはガスの流れはなく、放電は発生せず放電空間４４と終段鏡０５との絶縁を保持している。
【００３３】
同様にレーザガス２２は、それぞれ放電管３１へ導入され放電管４１と同様に放電空間３４を形成する。
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。
【００３４】
以上のように、補助電極２、７２とレーザガスとの間に放電管４１、３１が存在せず、補助電極２、７２とレーザガスが直接接触しているので、補助電極近傍の電界強度は強くなり、放電開始電圧はより低く抑えることができばらつきも低減され安定した放電を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のガスレーザ発振装置によれば、安定したレーザ加工を提供でき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】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の概略構成図
【図２】高耐圧抵抗値と放電開始電圧との相関図
【図３】従来のレーザ発振装置の概略構成図
【符号の説明】
【００３７】
１、７１    貫通穴
２、７２    補助電極
８、７８    高耐圧抵抗
３１、４１    放電管
３２、４２    プラス側の電極
３３、４３    マイナス側の電極
６２、６３    直流高圧電源
【図１】
2010212548.tif 000003
【図２】
2010212548.tif 000004
【図３】
2010212548.tif 000005