(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ共振器と、レーザ共振器に接続されたガス循環路と、ガスを循環させるためにガス循環路中に設けられたブロワと、ブロワの吐出側のガス循環路に接続されたガス供給源と、ブロワの吸込側のガス循環路に接続されたガス排気ポンプと、ガス供給路に夫々設けられた流量・圧力調整弁および開閉弁と、ガス排気路に設けられたガス排気弁と、ブロワの吸込側に夫々接続された流量調整自在なリーク弁およびガス圧力センサと、予め定められた圧力上限値および下限値からなるガス圧力設定値と前記ガス圧力センサの検出値とを比較して、ガス循環路のガス圧力を前記ガス圧力設定値の範囲内となるように前記ガス排気弁を開閉制御するガス圧力制御器とからなるガスレーザ発振器において、前記ガス排気弁の開閉デューティ値を予め設定する開閉デューティ値設定器と、前記ガス排気弁の実際の開閉デューティ値を演算する演算器と、前記実際の開閉デューティ値と前記設定開閉デューティ値とを比較して前記実際の開閉デューティ値が前記設定値以上になったときに信号を出力する比較器と、前記出力信号により作動される表示手段とを設けたことを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記設定開閉デューティ値をＴＤ0 、実際のガス排気弁が開に保たれている時間をｔ1iおよび該ガス排気弁が開の前の閉に保たれている時間をｔ2iとしたときに下記で表わされる場合に前記表示手段が作動されてなる請求項１記載のガスレーザ発振器。
ＴＤ0 ≦ｔ1i／（ｔ1i＋ｔ2i）
【請求項３】
前記設定開閉デューティ値をＴＤ0 、実際のガス排気弁が開に保たれている時間をｔ1iおよび該ガス排気弁が閉になった時点から、開を経て次に閉となった時点までの時間をＴi としたときに下記で表わされる場合に前記表示手段が作動されてなる請求項１記載のガスレーザ発振器。
ＴＤ0 ≦ｔ1i／Ｔi 
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス循環型のガスレーザ発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ガス排気ポンプによってレーザガスを排気すると共に、新しいレーザガスを供給しつつ運転するタイプのガスレーザ発振器が提言されているが、この場合、ガス排気量とガス供給量とのバランスをとることによって、ガスレーザ発振器のガス圧力を所望の範囲内に保持させてレーザ出力の安定化を図っている。
【０００３】
図３は、従来のガスレーザ発振器を例示したブロック図である。以下、図３を参照して、従来のガスレーザ発振器について説明する。
１はレーザ共振器、２はレーザ共振器１に連通されたガス循環路にレーザガスを循環させるためのブロワであって、ブロワ２を出入りするレーザガスの流れを矢印Ｉで示し、２OUT はブロワ２のガス吐出側、２INはブロワ２のガス吸込側を示している。３はアノード電極、４はカソード電極、５は全反射鏡、６は半透過鏡、７はアノード電極３とカソード電極４との間に高電圧を印加する高電圧電源、８はガス循環路中のレーザガスを冷却する冷却器、９はブロワ２を起動するブロワ起動回路である。１０はガスノズル、１１はガス供給源、例えばガスボンベ、１２は供給ガスの圧力を調整するレギュレータ、１３はガス供給路を開閉するガス供給用開閉弁、例えば電磁弁、１４はガス供給量を調整する調整弁である。１５はガス排気ポンプ、例えば真空ポンプ、１６は所望時に多量のガスを排気させて、ガス吸込側のガス圧力を制御するためのガス排気弁、例えば電磁弁、１７は供給ガス量よりも少ないガスを常時外気にリークさせるリーク弁、１８は排気配管である。１９はブロワのガス吸込側２INのガス圧力を検出するガス圧力センサ、２０はガス排気弁１６を開閉制御するガス圧力制御器である。
【０００４】
上記構成において、アノード電極３とカソード電極４との間に高電圧電源７による高電圧を印加することにより、アノード電極３とカソード電極４との間にグロー放電３４が発生し、ＣＯ2 ，Ｎ2 ，Ｈｅ等からなるレーザガスがアノード電極３からカソード電極４に向かって矢印Ｉで示す方向に高速で流される。このようにグロー放電３４を発生してレーザの励起が行われる。全反射鏡５と半透過鏡６との間で繰返して増幅されたレーザ光Ｌが半透過鏡６を透過して外部に放出される。
【０００５】
次にガスレーザ発振器を稼動中のガスの給排気について説明する。
ガスレーザ発振器が稼動中は、ガス供給用開閉弁１３が開となり、レギュレータ１２および調整弁１４によってガスの供給圧力および供給量が適宜に調整される。又、ガスの排気はガス排気ポンプ１５を動作させて、ガス排気弁１６を閉としリーク弁１７によって常時排気量を調整するが、リーク弁１７の排気量はガスの供給量よりも僅かに少なく設定されている。
【０００６】
すなわち、ガスレーザ発振器の組立時に混入したダスト、配管内に付着していたダスト、ガスレーザ発振器の運転中にガス循環路に流出するブロワ２からのオイルミスト等は、レーザガスを汚染してレーザ出力の低下をきたす。
このため、ガス循環路に供給されるガス量に対して、少ないガスをリーク弁１７から常時リークさせて、ガス循環路内のダストやオイルミスト等を器外に排出させている。この状態でレーザ発振器を稼動させると、リーク弁１７からリークさせるガス量よりも供給されるガス量の方が多いため、発振器の稼動とともにガス循環路内のガス圧力が徐々に増加する。ガス圧力センサ１９はこのブロワのガス吸込側２INのガス圧力を検出して、ガス圧力制御器２０に信号を出力する。
【０００７】
ガス圧力制御器２０にはブロワのガス吸込側２INとブロワのガス吐出側２OUT との差圧を所望の状態に維持するための設定範囲、すなわち設定圧力上限値ＰＨおよび設定圧力下限値ＰＬからなるガス圧力設定値が予め定められている。
例えば、ブロワのガス吸込側２INのガス圧力が設定圧力上限値ＰＨになったときには、ガス圧力センサ１９がその値を検出してガス圧力制御器２０に信号を出力する。この信号が入力されたガス圧力制御器２０はガス排気弁１６を開とする。ガス排気弁１６はリーク弁１７よりも多量のガスを排気するため、ガス排気弁１６が開となると、ブロワのガス吸込側２INのガスが多量に排気されて、ブロワのガス吸込側２INのガス圧力は短時間で低下する。
これにより、ブロワのガス吸込側２INのガス圧力が設定圧力下限値ＰＬとなったときに、ガス排気弁１６が閉に制御されて、ガスを多量に排気する排気路が閉鎖される。この後、リーク弁１７から微量のガスが継続して排気されるが、上記したごとくガスの供給量の方が大きいためブロワのガス吸込側２INの圧力が再び徐々に上昇する。
この後、上記したごとく、ガス排気弁１６が適宜に開閉制御されて、ガスレーザ発振器のガスの給排気が繰り返される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス循環路内のガス圧力が設定圧力上限値ＰＨに達したときに、ガス排気弁１６を開にしてガスを排気するが、リーク弁１７に対してガス排気弁１６の排気量が多いため、ガス排気弁１６を開にした後には、短時間でガス循環路内のガス圧力が設定圧力下限値ＰＬとなる。このため、ガス排気弁１６は、開から短時間で閉に切替制御される。このように、ガス排気弁１６を開にしたガスを排気する時間が短いため、ガス排気弁１６から器外に排出されるダストやオイルミスト等が極めて少ない。
すなわち、ダストやオイルミスト等を混入したレーザガスは、実質的にはリーク弁１７から器外に常時取出される状態となっている。
ところで、ガスレーザ発振器の初期使用時には、ガス排気弁１６が開閉制御される１サイクルの間にリーク弁１７から常時リークさせているリークガス量は所望の状況であって、このように所望のリークガス量を取出すことにより、すなわち、ダストやオイルミスト等を混入したレーザガスを長時間に亘ってリークさせて器外に所望量取出すことにより、器内のレーザガスに混在するオイルミスト等を僅少量に維持させている。
【０００９】
勿論、ガスレーザ発振器内に混入したダストや、ガスレーザ発振器の運転中にガス循環路に徐々に流入するブロワ２からのオイルミスト等を混入したレーザガスがリーク弁１７から器外に取出されているが、ガスレーザ発振器の稼動に伴なって、レーザガスに混入したダストやオイルミスト等によりリーク弁１７の目詰りが徐々に生起し、これによりリークガス量が徐々に減少して、器内のレーザガス圧力の微増加化が徐々に進行する。
【００１０】
このように、リーク弁１７の目詰りが徐々に生起すると、器内のガス圧力の微増加化により、器内のガス圧力が設定圧力上限値ＰＨに到達するまでの時間、すなわち、ガス排気弁１６の閉に保たれている時間が徐々に短縮化される。
ガス排気弁１６を開閉制御する１サイクル時間において、ガス排気弁１６が開に保たれる時間、すなわち器内のガス圧力を設定圧力下限値ＰＬまでに下げる時間は、所望とするレーザ出力値や使用するガスレーザ発振器等によって一義的には断言はできないが略一定の時間であるが、リーク弁１７の目詰りが徐々に生起すると、ガス排気弁１６の閉に保たれている時間が徐々に短縮化されるために、ガス排気弁１６が開閉制御する１サイクル時間が短縮化する。
【００１１】
このように、ガス排気弁１６を開閉制御する１サイクル時間の短縮化によりリーク弁１７からオイルミスト等を排出する時間が短縮化することと合せて、リーク弁１７の目詰りが徐々に進行するために、リーク弁１７からリークされるガス量が徐々に低下して、器外に排出されるダストやオイルミスト等が少なくなる。
このため、ガスレーザ発振器の運転中にガス循環路に流出するブロワ２からのオイルミスト等が徐々にガス循環路内に残留されていくこととなり、ガスレーザ発振器の長期使用時にはレーザ出力の低下を招いて加工不良の原因となっていた。
【００１２】
そこで本発明の目的は、前述した従来技術の課題を解消するために、発振器の配管内のダスト、オイルミスト等によるリーク弁１７の目詰り状態を知得して、加工不良を解消することができるガスレーザ発振器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ共振器と、レーザ共振器に接続されたガス循環路と、ガスを循環させるためにガス循環路中に設けられたブロワと、ブロワの吐出側のガス循環路に接続されたガス供給源と、ブロワの吸込側のガス循環路に接続されたガス排気ポンプと、ガス供給路に夫々設けられた流量・圧力調整弁および開閉弁と、ガス排気路に設けられたガス排気弁と、ブロワの吸込側に夫々接続された流量調整自在なリーク弁およびガス圧力センサと、予め定められた圧力上限値および下限値からなるガス圧力設定値と前記ガス圧力センサの検出値とを比較して、ガス循環路のガス圧力を前記ガス圧力設定値の範囲内となるように前記ガス排気弁を開閉制御するガス圧力制御器とからなるガスレーザ発振器に適用される。
その特徴とするところは、ガス排気弁の開閉デューティ値を予め設定する開閉デューティ値設定器と、前記ガス排気弁の実際の開閉デューティ値を演算する演算器と、前記実際の開閉デューティ値と前記設定開閉デューティ値とを比較して前記実際の開閉デューティ値が前記設定値以上になったときに信号を出力する比較器と、前記出力信号により作動される表示手段とを設けたことである。
【００１４】
上記ガス排気弁の開閉デューティ値；ＴＤとは、ガスレーザ発振器の稼動中にガス排気弁が閉に作動される時点から、開を経て次に閉に作動される時点までを１サイクルと見倣し、この１サイクル時間に対するガス排気弁の開時間の割合を言い、例えばパーセントで取扱う。
なお、前記ガス圧力設定値およびガス排気弁の設定開閉デューティ値は、所望とするレーザ出力値や使用する高電圧電源等によって一義的には断言はできないが、実施するガスレーザ発振器が特定されれば、加工状況の仕様をセッティングすることにより、実験あるいは経験により適宜に選定することができる。
【００１５】
一方、ガスレーザ発振器内に混入したオイルミスト等は、レーザガスを汚染してレーザ出力の低下をきたす要因となるため、ブロワの吸込側のガス循環路に接続されたリーク弁からオイルミスト等を混入したレーザガスが器外に常時取出されており、前記表示手段が作動される迄は、ガス排気弁が開閉制御される１サイクル時間の間にリーク弁から常時リークさせているリークガス量は所望の状況である。このように所望のリークガス量を取出すことにより、すなわち、オイルミスト等を混入したレーザガスを長時間に亘ってリークさせて器外に所望量取出すことにより、器内のレーザガスに混在するオイルミスト等を僅少量に維持することができる。
【００１６】
上記のごとく、前記表示手段が作動される迄の間は、リーク弁から所望量のリークガス量を取出して、器内のレーザガスに混在するオイルミスト等を僅少量に維持されていることと相侯って、ガス圧力センサの検出値がガス圧力設定値の範囲内となるように、ガス排気弁の開閉制御が行なわれて、ガス圧力が制御されて、結果としてブロワの吸込側のガス循環路内が所望のガス圧力状態に維持されているため、所望とするレーザ出力により加工不良のないレーザ加工が行なえる、ガスレーザ発振器を実現することができる。
【００１７】
勿論、ガスレーザ発振器の稼動に伴なって、レーザガスに混入したオイルミスト等によりリーク弁の目詰りが徐々に生起し、リークガス量が徐々に減少して、器内のレーザガス圧力の微増加化が徐々に進行する。
【００１８】
このように、器内のガス圧力の微増加化により、器内のガス圧力が設定圧力上限値ＰＨに到達するまでの時間、すなわち、ガス排気弁を開閉制御する１サイクルにおいて、リーク弁の目詰りが徐々に生起するとガス排気弁の閉に保たれている時間が徐々に短縮化されて、ガス排気弁の開閉デューティ値が微増となる。
【００１９】
従って、レーザ出力の低下の要因となるレーザガスに混在されるオイルミスト等に着目したガス排気弁の開閉デューティ値を予め設定しておき、ガス排気弁の実際の開閉デューティ値が前記設定値以上となったときに表示手段を作動させることにより、ガスレーザ発振器が加工不良を起す状態となったことを作業者に自動的に知得させることができる。
【００２０】
なお、表示手段としては、ブザー、点滅表示器あるいは回転表示器等適宜のものを選定することができる。
勿論、表示手段が作動した時点以降は加工不良の状態であるため、表示手段が作動した時に、高電圧電源、ブロワおよび冷却器を同時に停止させたり、あるいはブロワおよび冷却器を高電圧電源の停止後、適宜に遅延して順次停止させることも有効である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例を示すブロック図であって、図３と同じ構成部品には同じ符号を付してあるが、説明は省略する。
【００２２】
図１において、２１はガス圧力制御器２０の信号によってガス排気弁１６の実際の開閉デューティ値を演算する演算器、２２はガス排気弁１６の開閉デューティ値を予め設定する開閉デューティ値設定器、２３は実際の開閉デューティ値と設定開閉デューティ値とを比較して、実際の開閉デューティ値が設定開閉デューティ値以上になったときに信号を出力する比較器、２４は比較器２３の出力信号により作動される表示手段である。
【００２３】
上記ガス排気弁１６の開閉デューティ値；ＴＤとは、ガスレーザ発振器の稼動中にガス排気弁１６が閉に作動される時点から、開を経て次に閉に作動される時点までを１サイクルと見倣し、この１サイクル時間に対するガス排気弁１６の開時間の割合を言い、例えばパーセントで取扱う。
【００２４】
図１に示される構成において、１乃至２０は図３に示される構成と同一であって、これら１乃至２０の各部の調整および動作は図３における説明と同一である。
【００２５】
すなわち、概略的にはガスレーザ発振器の稼動中には、ガス圧力および供給量が適宜に調整されたレーザガスがガス供給源１１からガス循環路に供給される。他方、排気量がガス供給量よりも僅かに少なく設定されたレーザガスが、リーク弁１７を介して常時器外に排出されている。
勿論、リーク弁１７からリークさせるガス量よりも供給されるガス量の方が多いため、発振器の稼動とともにガス循環路内のガス圧力が徐々に増加するが、ガス循環路内のガス圧力をガス圧力センサ１９により検出し、この検出値が設定圧力上限値ＰＨに達したときに、ガス圧力制御器２０によりガス排気弁１６が開に作動されて多量のガスがガス排気弁１６を経て器外に排出される。
ガス排気弁１６が開にされた後には、ガス圧力センサ１９の検出値が短時間で設定圧力下限値ＰＬとなるため、ガス圧力制御器２０によりガス排気弁１６が閉に作動される。
このようにガス循環路内のガス圧力が設定範囲内となるように、ガス圧力制御器２０によりガス排気弁１６が開閉制御される。
【００２６】
ところで、ガスレーザ発振器の稼動に伴なって、リーク弁１７の目詰りが徐々に生起するが、この状況を以下に説明する。
図２はリーク弁１７の目詰りが徐々に生起していく状況を過渡的に説明するための図であって、ガス排気弁１６の開閉状態とブロワのガス吸込側２INのガス圧力との関係を示すタイムチャートである。
図２においてＴ1a乃至Ｔ1kは、ガスレーザ発振器の稼動中にガス排気弁１６が閉に作動される時点から、開を経て次に閉に作動される時点までの夫々１サイクル時間、ｔ1a乃至ｔ1kはガス排気弁１６が夫々開に継持されている時間、ｔ2a乃至ｔ2kは上記開の前にガス排気弁１６が閉に継持されている時間である。
【００２７】
図１および図２において、１サイクルにおけるガス排気弁１６の開の値、すなわち、開閉デューティ値ＴＤは、ガス排気弁１６が開閉制御される最初の１サイクルにおいて、１サイクル時間をＴ1a、ガス排気弁１６が開のときと閉のときとをそれぞれｔ1a，ｔ2aとすると、演算器２１はこのガス排気弁１６の開閉時間をガス圧力制御器２０から入力して、開閉デューティ値ＴＤ1 を演算する。
すなわちＴＤ1 ＝ｔ1a／Ｔ1a  又は  ＴＤ1 ＝ｔ1a／（ｔ1a＋ｔ2a）となる。
上式において、ガス排気弁１６が閉となっている時間ｔ2aは、開となっている時間ｔ1aに比べて充分に長い時間であり、ガスレーザ発振器を稼動中は、ガスレーザ発振器内に混入したダストやガスレーザ発振器の運転中にガス循環路に徐々に流入するブロワ２からのオイルミスト等を混入したレーザガスは、実質的にリーク弁１７を介して器外に取出されている。
このため、ガスレーザ発振器の稼動に伴なって、レーザガスに混入したダストやオイルミスト等によりリーク弁１７の目詰りが徐々に生起し、リークガス量が徐々に減少して、器内のレーザガス圧力の微増加化が徐々に進行する。
【００２８】
このようにリーク弁１７の目詰りが徐々に生起すると、器内のガス圧力の微増加化により、器内のガス圧力が設定圧力上限値ＰＨに到達するまでの時間、すなわち、ガス排気弁１６の閉に保たれている時間が徐々に短縮される。すなわち、図２に示されるごとく、ガス排気弁１６が閉に保たれている時間ｔ2a，ｔ2b，………ｔ2kは時間の経過と共に徐々に短縮されて、例えば、時間ｔ2kはｔ2aに比べて短かい時間となるため、ガス排気弁１６の夫々の開閉デューティ値ＴＤ1 ，ＴＤ2 ，………が微増となる。
【００２９】
従って、開閉デューティ値設定器２２において、レーザ出力の低下の要因となるレーザガスに混在されるオイルミスト等に着目した、ガス排気弁１６の設定開閉デューティ値ＴＤ0 は、所望とするレーザ出力値や使用する高電圧電源７等によって一義的には断言はできないが、実施するガスレーザ発振器が特定されれば、加工状況の仕様をセッティングすることにより、実験あるいは経験により適宜に選定することができる。
ところで、演算器２１において演算されたガス排気弁１６の実際の開閉デューティ値、例えばＴＤk と上記設定開閉デューティ値ＴＤ0 とが比較器２３により比較されて、実際の開閉デューティ値ＴＤk が上記設定開閉デューティ値ＴＤ0 以上となったとき、すなわち、ＴＤ0 ≦ＴＤk となったときに、表示手段２４を作動させることにより、ガスレーザ発振器が加工不良を起す状態となったことを作業者に自動的に知得させることができる。
【００３０】
勿論、１サイクルにおけるガス排気弁１６の設定開閉デューティ値はガス排気弁１６の閉時間、すなわち換言すれば、リーク弁１７の目詰り状態に寄因する時間に関与する。すなわち上記表示手段２４が作動するまでの間は、リーク弁１７からリークされるガス量が狙いとする容量であり、このため器外に排出されるオイルミスト等が所望の状態となっていることが理解できる。
なお、表示手段２４としては、ブザー、点滅表示器あるいは回転表示器等適宜のものを選定することができる。
勿論、表示手段２４が作動した時点以降は加工不良の状態であるため、表示手段２４が作動した時に、高電圧電源７、ブロワ２および冷却器８を同時に停止させたり、あるいはブロワ２および冷却器８を高電圧電源７の停止後、適宜に遅延して順次停止させることも有効である。
【００３１】
【本発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のガスレーザ発振器は、レーザ共振器１と、レーザ共振器１に接続されたガス循環路と、ガスを循環させるためにガス循環路中に設けられたブロワ２と、ブロワ２の吐出側のガス循環路に接続されたガス供給源１１と、ブロワ２の吸込側のガス循環路に接続されたガス排気ポンプ１５と、ガス供給路に夫々設けられた流量・圧力調整弁１４および開閉弁１３と、ガス排気路に設けられたガス排気弁１６と、ブロワの吸込側に夫々接続された流量調整自在なリーク弁１７およびガス圧力センサ１９と、予め定められた圧力上限値ＰＨおよび下限値ＰＬからなるガス圧力設定値とガス圧力センサ１９の検出値とを比較して、ガス循環路のガス圧力をガス圧力設定値の範囲内となるようにガス排気弁１６を開閉制御するガス圧力制御器２０とからなるガスレーザ発振器において、ガス排気弁１６の開閉デューティ値を予め設定する開閉デューティ値設定器２２と、ガス排気弁１６の実際の開閉デューティ値を演算する演算器２１と、実際の開閉デューティ値と設定開閉デューティ値とを比較して実際の開閉デューティ値が設定値以上になったときに信号を出力する比較器２３と、出力信号により作動される表示手段２４とを設けてなるため、表示手段２４が作動されることにより、ガスレーザ発振器が加工不良を起こす状態となったことを作業者に自動的に知得させることができる。
【００３２】
さらに、表示手段２４が作動した時点以降は加工不良の状態であるため、表示手段２４が作動したときに、高電圧電源７、ブロワ２および冷却器８を同時に停止させたり、あるいはブロワ２および冷却器８を高電圧電源７の停止後、適宜に遅延して順次停止させることにより、加工不良の状態を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図。
【図２】図１の使用状況説明図。
【図３】従来例を示す図。
【符号の説明】
１  レーザ共振器
２  ブロワ
２IN  ブロワのガス吸込側
１１  ガス供給源
１２  レギュレータ
１３  ガス供給用開閉弁
１４  調整弁
１５  ガス排気ポンプ
１６  ガス排気弁
１７  リーク弁
１９  ガス圧力センサ
２０  ガス圧力制御器
２１  開閉デューティ値の演算器
２２  開閉デューティ値設定器
２３  比較器
２４  表示手段
ＰＨ  設定圧力上限値
ＰＬ  設定圧力下限値
【図１】
0003694359.tif 000002
【図２】
0003694359.tif 000003
【図３】
0003694359.tif 000004