(57)【要約】【課題】レーザガスの混合比不良が発生した場合でも放電開始電圧を上昇させずに放電を円滑にし、安定したレーザ発振装置を提供する。【解決手段】ガス圧力検出手段３５からの信号を入力し、ガス供給手段２１からのガス供給量とガス排気手段３３からのガス排出量と高電圧電源８を制御する放電制御手段３６を設け、放電制御手段３６は、高電圧電源８の放電を開始する前にガス供給手段２１からのガス供給よりもガス排気手段３３からのガス排気量を増加させて運転ガス圧を所定の圧力まで低下させて高電圧電源８に放電を開始させ、放電を開始した後、ガス供給手段２１からのガス供給よりもガス排気手段３３からのガス排気量を減少させて運転ガス圧に復帰させることにより、安定したレーザ出力の制御を行うことが出来る。【選択図】図１
2010212553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒体であるレーザガスを励起する放電手段として高電圧電源と、前記レーザガスを循環させる送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するガス循環経路と、前記ガス循環路にレーザガスを供給するガス供給手段と、前記ガス循環経路からレーザガスを排気するガス排気手段と、前記ガス循環経路のガス圧力を検出するガス圧力検出手段とを備え、前記ガス圧力検出手段からの信号を入力し、前記ガス供給手段からのガス供給量と前記ガス排気手段からのガス排出量と前記高電圧電源を制御する放電制御手段を設け、前記放電制御手段は、前記高電圧電源の放電を開始する前に前記ガス供給手段からのガス供給よりも前記ガス排気手段からのガス排気量を増加させて運転ガス圧を所定の圧力まで低下させて前記高電圧電源に放電を開始させ、放電を開始した後、前記ガス供給手段からのガス供給よりも前記ガス排気手段からのガス排気量を減少させて運転ガス圧に復帰させるレーザ発振装置。
【請求項２】
前記放電制御手段は、運転開始時の前記高電圧電源の放電を開始する前にのみ前記ガス供給手段からのガス供給よりも前記ガス排気手段からのガス排気量を増加させて運転ガス圧を所定の圧力まで低下させる請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記放電制御手段は、運転ガス圧力の変更中に前記高電圧電源の出力を変更しない請求項１または２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記放電制御手段は、運転の停止時間を計測する時間計測部と、所定の停止時間以下の場合に運転ガス圧力を低下させずに放電を開始する停止時間判定部を有した請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ媒質を放電励起させてレーザ光を発生するレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ発振装置の構成を図５を用いて説明する。
【０００３】
図に示した従来のレーザ発振装置は、部分反射鏡１３より出力されるレーザ光１、レーザガス２、アノード電極６とカソード電極７にはさまれた放電空間３、ガラスなどの誘電体よりなる放電管４、アノード電極６、カソード電極７、アノード電極６とカソード電極７に接続した高電圧電源８、レーザガスの温度を下げる熱交換器９、レーザガスを循環する送風手段１０、ガス循環経路１２、光共振器を構成する部分反射鏡１３、光共振器を構成する全反射鏡１４、レーザガスを供給するガス供給手段２１、レーザガスの供給量を調節するガス供給量調節手段２２、ガス供給電磁弁２３、オイルミスト捕獲手段３１、ガス排気電磁弁３２、ガス排気手段３３、ガス圧力検出手段３５を備えている。
【０００４】
その構成は、放電管４の両端にアノード電極６とカソード電極７を配置し、これらアノード電極６とカソード電極７は高電圧電源８と接続して放電管４内部のレーザガス２を放電するようにしている。この放電管４にはガス循環経路１２を接続していて、このガス循環経路１２の途中に熱交換器９、送風機１０、熱交換器９を配置してレーザガス２が循環するように構成しており、この例ではアノード電極６からカソード電極７へレーザガス２を流すようにしている。なお、放電空間３および送風手段１０の圧縮熱により上昇したレーザガスの温度は熱交換器９で適宜下げるようにしている。
【０００５】
この各放電管４を連結していないそれぞれの端部には部分反射鏡１３と全反射鏡１４を配置して光共振器を構成している。
【０００６】
なお、送風手段１０の駆動部分からはオイルミスト捕獲手段３１、ガス排気電磁弁３２を経由して内部のガスを排出するためのガス排気手段３３と接続しており、また、ガス循環経路１２にもガス排気電磁弁３２を経由して内部のガスを排出するためのガス排気手段３３と接続している。
【０００７】
そして、ガス循環経路１２中のレーザガス圧を検出するガス圧力検出手段３５をガス循環経路１２に接続しており、また、ガス循環経路１２にはガス供給電磁弁２３、ガス供給量調節手段２２を経由してガス供給手段２１と接続している。以上が従来のレーザ発振装置の構成であり、その動作について説明する。
【０００８】
放電管４の周辺に設けられたアノード電極６とカソード電極７に接続された高電圧電源８によって、放電管４内に放電空間３を発生させる。この放電エネルギーによりレーザガス２は励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡１４および部分反射鏡１３により形成された光共振器で共振状態となり、部分透過鏡１３からレーザ光１として出力される。
【０００９】
また、レーザ発振装置は、運転停止状態ではガス循環経路１２、送風手段１０、および放電管４の内部が大気圧近くの圧力約９０ｋＰａに保たれていて、運転開始時にガス排気電磁弁３２を開放して、ガス排気手段３３の真空ポンプなどでガスを排気して、ガス圧力約１ｋＰａ前後まで真空引きをする。
【００１０】
ガス圧力が約１ｋＰａ前後になったとき、送風手段１０の運転を開始すると同時に、ガス排気電磁弁３２を閉じた後、ガス供給電磁弁２３を開放してガス供給手段２１より運転ガス圧力になるまで新鮮なレーザガスを供給する。
【００１１】
運転ガス圧力になるとガス排気電磁弁３２を開放してガスを排気すると同時にガス圧力検出手段３５で一定のガス圧力になるようにガス供給電磁弁２３の開閉制御をする。
【００１２】
前記ガス圧力検出手段３５で検出したガス圧力が所定の運転ガス圧力に到達した後、高電圧電源８よりアノード電極６とカソード電極７間に高電圧が供給され、放電管４は放電を開始する。
【００１３】
しかし、ガス供給手段２１とレーザ発振装置間のガス配管継手などのガス漏れや経年変化でレーザ発振装置内のガス循環経路１２などに真空リークが発生した場合、レーザガスの混合比不良が生じて、放電開始電圧が一時的に上昇して、放電管が放電を開始しない場合や放電が不安定になる場合があった。
【００１４】
このように、レーザガスの混合比不良が発生した場合でも放電開始電圧を上昇させずに放電を円滑にするため、放電管での放電を開始する直前に交流電源でレーザガスに予備電離を生じさせて、異常放電の防止や放電の安定化を図った発明が知られている（特許文献１参照）。
【００１５】
この特許文献１に記載された発明では、放電管の近傍に放電を開始する直前にレーザガスの予備電離をする電極および交流電源が配置されていて、放電管の放電を開始する直前に、交流電源より予備電離用の電極に交流電圧を供給して、レーザガスに予備電離を生じさせ、放電が円滑に行わせている。
【特許文献１】特開平９−２１４０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、上述した予備電離用の交流電源を備えた従来のレーザ発振装置では、放電管のアノード電極の近傍に予備電離用の電極を配置しているため、放電管のアノード電極に印加される高電圧に対する絶縁距離を十分に確保する必要が有り、放電管の構造が大型するという問題があった。
【００１７】
また、予備電離用の交流電源は、各放電管ごとに個別に設置する必要があるため、放電管が複数ある場合、交流電源もその放電管の数だけ必要で装置の大型化と同時にコストアップになるという欠点もあった。
【００１８】
また、ガス供給手段とレーザ発振装置間のガス配管継手などのガス漏れや経年変化でレーザ発振装置内のガス循環経路などに真空リークが発生した場合、レーザガスの混合比不良が生じて、放電開始電圧が一時的に上昇して、放電管が放電を開始しない場合や放電が不安定になる場合、さらに高電圧配線の絶縁劣化や異常放電による機器の破損等に至るという問題があった。
【００１９】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、放電管の構造を簡素化すると同時に装置全体の小型化および低コスト化およびレーザガスの混合比不良による放電開始電圧の一時的な上昇を抑制した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】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、レーザ媒体であるレーザガスを励起する放電手段として高電圧電源と、前記レーザガスを循環させる送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するガス循環経路と、前記ガス循環路にレーザガスを供給するガス供給手段と、前記ガス循環経路からレーザガスを排気するガス排気手段と、前記ガス循環経路のガス圧力を検出するガス圧力検出手段とを備え、前記ガス圧力検出手段からの信号を入力し、前記ガス供給手段からのガス供給量と前記ガス排気手段からのガス排出量と前記高電圧電源を制御する放電制御手段を設け、前記放電制御手段は、前記高電圧電源の放電を開始する前に前記ガス供給手段からのガス供給よりも前記ガス排気手段からのガス排気量を増加させて運転ガス圧を所定の圧力まで低下させて前記高電圧電源に放電を開始させ、放電を開始した後、前記ガス供給手段からのガス供給よりも前記ガス排気手段からのガス排気量を減少させて運転ガス圧に復帰させるものである。
【００２１】
この構成により予備電離用の交流電源や予備電離用の電極を新たに追加する必要が無く、放電管の構造の簡素化すると同時に装置全体を小型化することが出来る。
【００２２】
また、レーザガスの混合比不良が発生した場合でもガス圧力を低減することにより放電開始電圧の抑制が図れ、長期に渡ってレーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることが出来る。
【００２３】
また、本発明のレーザ加工機は、加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ発振装置を具備したものである。
【００２４】
この構成により、数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御され、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークの不良品の混入を防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明は、予備電離用の交流電源や予備電離用の電極を新たに追加する必要が無く、放電管の構造の簡素化すると同時に装置全体を小型化することが出来る。
【００２６】
また、レーザガスの混合比不良が発生した場合でも放電開始電圧の上昇が抑制され、長期に渡ってレーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置の構成図である。
【００２９】
なお、従来例と同じ構成要素には同一番号を付与している。
【００３０】
図１に示す本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置は、部分反射鏡１３より出力されるレーザ光１、レーザ媒体であるレーザガス２、アノード電極６とカソード電極７にはさまれた空間の放電空間３、ガラスなどの誘電体よりなる放電管４、アノード電極６、カソード電極７、アノード電極６とカソード電極７に接続された高電圧電源８、レーザガス温度を下げる熱交換器９、レーザガスを循環させる送風手段１０、ガス循環経路１２、光共振器を構成する部分反射鏡１３、光共振器を構成する全反射鏡１４、ガス循環路１２にレーザガス２を供給するガス供給手段２１、ガスの供給量を調節するガス供給量調節手段２２、ガス供給電磁弁２３、オイルミスト捕獲手段３１、ガス排気電磁弁３２、ガス循環経路１２からレーザガス２を排気するガス排気手段３３、ガス循環経路１２のガス圧力を検出するガス圧力検出手段３５、ガス圧力検出手段３５からの信号を入力し、ガス供給手段２１からのガス供給量とガス排気手段３３からのガス排出量と高電圧電源８を制御する放電制御手段３６、照射指令部３７を備えている。
【００３１】
その構成は、放電管４の両端にアノード電極６とカソード電極７を配置し、これらアノード電極６とカソード電極７は高電圧電源８と接続して、レーザガス２を励起する放電手段として構成し、放電管４内部のレーザガス２を放電するようにしている。この放電管４には放電手段と送風手段１０との間のレーザガス２の循環経路を形成するガス循環経路１２を接続していて、このガス循環経路１２の途中に熱交換器９、送風機１０、熱交換器９を配置してレーザガス２が循環するように構成しており、この例ではアノード電極６からカソード電極７へレーザガス２を流すようにしている。なお、放電空間３および送風手段１０の圧縮熱により上昇したレーザガスの温度は熱交換器９で適宜下げるようにしている。
【００３２】
この各放電管４を連結していないそれぞれの端部には部分反射鏡１３と全反射鏡１４を配置して光共振器を構成している。
【００３３】
なお、送風手段１０の駆動部分からはオイルミスト捕獲手段３１、ガス排気電磁弁３２を経由して内部のガスを排出するためのガス排気手段３３と接続しており、また、ガス循環経路１２にもガス排気電磁弁３２を経由して内部のガスを排出するためのガス排気手段３３と接続している。
【００３４】
また、ガス循環経路１２中のレーザガス圧を検出するガス圧力検出手段３５をガス循環経路１２に接続しており、ガス循環経路１２にはガス供給電磁弁２３、ガス供給量調節手段２２を経由してガス供給手段２１と接続している。
【００３５】
そして、高電圧電源８にはその動作を制御する放電制御手段３６と接続し、この放電制御手段３６には照射指令部３７からの信号を入力するように接続している。
【００３６】
また、放電制御部３６にはガス圧力検出手段３５からの信号も入力するようにしており、ガス供給電磁弁２３、ガス排気電磁弁３２、ガス排気手段３３に信号を出力するようにしている。
【００３７】
以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。
【００３８】
このレーザ発振装置の放電管４内にレーザガス２が循環しており、高電圧電源８で放電管４内に放電して放電空間３を発生させる。この放電エネルギーによりレーザガス２は励起され、その励起されたレーザガス２は全反射鏡１４および部分反射鏡１３により形成された光共振器で共振状態となり、部分透過鏡１３からレーザ光１として出力される。
【００３９】
なお、放電空間３および送風手段１０の圧縮熱により上昇したレーザガスの温度を熱交換器９で下げている。
【００４０】
レーザ発振装置の概略動作は、運転停止状態ではガス循環経路１２、送風手段１０、および放電管４の内部が大気圧近くの圧力約９０ｋＰａに保たれていて、運転開始時にガス排気電磁弁３２を開放して、ガス排気手段３３の真空ポンプなどでガスを排気して、ガス圧力約１ｋＰａ前後まで真空引きをする。
【００４１】
ガス圧力が約１ｋＰａ前後になったとき、送風手段１０の運転を開始すると同時に、ガス排気電磁弁３２を閉じた後、ガス供給電磁弁２３を開放してガス供給手段２１より運転ガス圧力になるまで新鮮なレーザガスを供給する。
【００４２】
運転ガス圧力になるとガス排気停止電磁弁３２を開放してガスを排気すると同時にガス圧力検出手段３５で一定の圧力になるようにガス供給電磁弁２３の開閉制御をする。
【００４３】
図２は本実施の形態の運転開始時におけるガス圧力の時間的変化の関係図である。
【００４４】
図２を参照しながら放電制御手段３６の詳細な動作ついて説明する。
【００４５】
運転停止時、ガス循環経路１２内のレーザガス（放電管４内のレーザガス）は、約９０ｋＰａ前後に保たれていて、運転開始信号が入力されるとガス排気手段３３により排気され、ガス圧力は徐々に低下し、ガス圧力が約１ｋＰａ前後になった時、ガス供給手段２１より新鮮なレーザガスが供給され、運転ガス圧力の図中Ａ点まで供給される。
【００４６】
放電制御手段３６は、前記運転ガス圧力のＡ点に到達した後、照射指令部３７から高電圧オン信号が入力されるとガス供給電磁弁２３、ガス排気電磁弁３２、ガス排気手段３３に信号を出力してガス圧力を所定のガス圧力の図中Ｂ点まで一旦低下させ、高電圧電源８からアノード電極６とカソード電極７間に高電圧を印加する。、そして、放電管４で放電が開始されると、ガス圧力を元の運転ガス圧力に復帰させて、準備完了となり照射指令部３７からのパワー指令の受付を可能にする。
【００４７】
このように、放電を開始する直前に運転ガス圧を所定の圧力まで低下させた後に放電を開始し、放電開始電圧の上昇を抑制しているため、ガス供給手段２１からのガス配管継手の接続不良などによるレーザガスの混合比不良が発生した場合でも放電への影響を低減できる。
【００４８】
また、放電制御手段３６は、運転開始時の初回の高電圧オン信号を内部に記憶して置き、運転中に高電圧がオフされた場合でも２回目以降の高電圧オンの再投入時は運転ガス圧力を変更することなく、高電圧オン信号で放電を開始することが可能になっている。
【００４９】
この２回目以降の高電圧オン時の放電開始電圧は、レーザガスの混合比が安定しているため、放電が円滑に行なわれ電圧上昇は少ない。
【００５０】
このように、２回目以降の高電圧オンの再投入時、運転ガス圧力の変更時間を省略することができ、高電圧オンより放電開始時までの時間の短縮が図れ、操作性の向上および作業性がより向上する。
【００５１】
さらに、放電制御手段３６は、運転ガス圧力の変更中、照射司令部３７からのパワー指令を受付けないインターロック機能を設けて有り、誤ってパワー指令が出力された場合でも不安定なパワー出力を排除することが可能となっている。
【００５２】
また、図示しないが放電制御手段３６には、運転の停止時間を計測する時間計測部と、計測した時間が所定の停止時間以下の場合に運転ガス圧力を低下させずに放電を開始する停止時間判定部を設け、運転停止時間の監視を行なっている。そして、停止時間が長い場合のみ運転ガス圧力を低下させて放電を開始することによりガス配管経路のガス漏れによるレーザガス混合比不良を排除できる。また、短時間の停止時には、準備完了までの時間短縮が図れ、操作性の向上と作業性がさらに向上する。
【００５３】
図３は本実施の形態のガス圧力と放電開始電圧の関係を示す図である。
【００５４】
図３のように、ガス圧力と放電開始電圧の関係は、ほぼ比例関係で、ガス圧力が高くなると放電開始電圧も高くなる傾向が有る。運転ガス圧力が図中Ｃ点の場合、放電開始電圧は図中Ｅ点でガス圧力を図中Ｄ点に低下させた場合、放電開始電圧は図中Ｆ点まで低下する関係となっている。
【００５５】
このように所定の運転ガス圧力のＣ点よりガス圧力をＤ点に３０％低下させた場合、放電開始電圧もＥ点よりＦ点に約３０％低減されることになるので、上述した動作を行うことにより低い放電開始電圧で放電を開始することができる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザガスの混合比不良が発生した場合でも運転ガス圧を所定の圧力まで低下させた後に放電を開始し、放電開始電圧の上昇を抑制しているため、放電管の未放電や放電の不安定、さらに高電圧配線の絶縁劣化や異常放電による機器の破損を防止することが可能で、レーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることが出来る。
【００５７】
また、予備電離用の交流電源や予備電離用の電極を新たに追加することなく、放電管の構造の簡素化すると同時に装置全体を小型化することによりコストパフォーマンスの良い構成が出来る。
【００５８】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。
【００５９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の構成図を示している。
【００６０】
レーザ加工機は、加工ワーク４４を乗せる加工テーブル４３と、加工テーブル４３の移動またはレーザ光を集光する集光手段４７の少なくとも一方を移動する駆動手段４２と、前記駆動手段４２を制御する数値制御手段４１と、上述した実施の形態１に示すレーザ発振装置４５と、レーザ光路４６とにより構成されている。
【００６１】
レーザ発振装置４５より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路４６で伝送され集光手段４７により集光されて、加工ワーク４４に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御手段４１により駆動手段４２に指令が出力され、加工テーブル４３または集光手段４７の少なくとも一方を動作させて加工ワーク４４を加工される。
【００６２】
上記レーザ加工機によれば、レーザガス混合比などの影響を防止して、レーザ光の出力パワーの正確な照射が可能となる。さらに数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御されことにより、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークへの不良品の混入を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のレーザ発振装置およびレーザ加工機は、放電開始電圧の上昇が抑制でき、長期に渡ってレーザ出力の安定化と信頼性の向上できるレーザ発振装置およびレーザ加工機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１での運転開始時におけるガス圧力の時間的変化の関係図
【図３】本発明の実施の形態１におけるガス圧力と放電開始電圧の関係図
【図４】本発明の実施の形態２におけるレーザ加工機の構成図
【図５】従来のレーザ発振装置の構成図
【符号の説明】
【００６５】
１    レーザ光
２    レーザガス
３    放電空間
４    放電管
６    アノード電極
７    カソード電極
８    高電圧電源
９    熱交換器
１０    送風手段
１２    ガス循環経路
１３    部分反射鏡
１４    全反射鏡
２１    ガス供給手段
２２    ガス供給量調節手段
２３    ガス供給電磁弁
３１    オイルミスト捕獲手段
３２    排気電磁弁
３３    ガス排気手段
３５    ガス圧力検出手段
３６    放電制御手段
３７    照射指令部
【図１】
2010212553.tif 000003
【図２】
2010212553.tif 000004
【図３】
2010212553.tif 000005
【図４】
2010212553.tif 000006
【図５】
2010212553.tif 000007