(57)【要約】【課題】加工ワークによって連続波が良い場合や、逆にパルス発振が良い場合があり、同一ワークでも加工形状によって使い分ける必要がある。発振モードの選択肢として連続波とパルス発振しかないため、中間的な入熱制御の設定ができないという課題があった。【解決手段】連続波とパルス発振が重畳された発振を可能とするため、制御回路それぞれに異なる指令を入力するようにし、ガス流が対向する放電管を対として同一の制御回路で制御された高電圧印加を行い、安定した放電を維持し、安定なレーザ出力でパルス重畳を実現する。  さらに出力ミラーと終段ミラー近傍の放電部に優先的にパルス発振を割り当てることで、ミラー表面にコーティングされた誘電体多層膜への影響を軽減し、ミラー寿命を延ばす効果を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放電管に対し連続波を発振させるための高電圧印加とパルス発振させるための断続的高電圧印加をそれぞれ任意に設定する事を特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項２】
ガス流が対向する放電管を対として同一の高電圧印加を行なわせる事を特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
電源は、放電管の対ごとに制御回路を有し、放電電流、繰り返し周波数、デューティ比を制御することを特徴とする請求項２記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
パルス発振を行なう放電管の対が、出力ミラーおよび終段ミラー近傍を優先的に選択する事を特徴とする請求項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】
本発明は主として板金等の加工用途に用いられるｋＷクラスのガスレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図５を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。
【０００３】
図５に於いて、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２、３は前記放電管周辺に設けられた電極である。４は前記電極に接続された電源である。５は電源に発振指令を与える制御回路、６は前記電極２、３間に挟まれた放電管１内の放電空間である。７は終段ミラー、８は出力ミラーであり、この終段ミラー７、出力ミラー８は前記放電空間６の両端に固定配置され、光共振器を形成している。９は前記出力ミラー８より出力されるレーザビームである。
【０００４】
矢印１０はレーザガスの流れる方向を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。１１はレーザガス流路であり、１２および１３はレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１４はレーザガスを循環させるための送風機であり、この送風機１４により放電空間６にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１１と放電管１は、レーザガス導入部１５で接続されている。
【０００５】
以上が従来のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機の構成である。次にその動作について説明する。
【０００６】
送風機１４より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１１を通り、レーザガス導入部１５より放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２、３から放電空間６に放電を発生させる。放電空間６内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは終段ミラー７および出力ミラー８により形成された光共振器で共振状態となり、出力ミラー８からレーザビーム９が出力される。このレーザビーム９がレーザ加工等の用途に用いられる。
【０００７】
図５では説明の簡単化のために光共振器を１列で説明したが、実際のガスレーザ発振装置では、レーザ発振器の出力に応じて放電管１の本数が８本から１８本も必要であり、直列に配置することはできない。そのため、光共振器を複数の列に折り返して配置する。光共振器の各列の間は、折り返しミラーで光学的に接続されている。
【０００８】
電源４は、直流の高電圧を発生し、制御回路５からの指令によって連続または断続的に電圧を発生することができる。レーザガスの励起は、電源４の高電圧印加時に起こるものであり、連続的に放電を行なえばＣＷ発振と呼ばれる連続波を出力し、断続的放電を行なった場合には発生するレーザビーム９はパルス発振となる。
【０００９】
発振したレーザビーム９を外部光学系１６で伝送し、集光レンズ１７で加工ワーク１８に集光して主に切断加工を行なう。
【００１０】
ガスレーザによる加工は、熱加工であり、加工ワーク１８の微小な領域にレーザビーム９を集光することで、加工ワーク１８の微小領域の温度を融点まで一気に高める。
【００１１】
加工ワーク１８の加工特性に応じて連続波（ＣＷ）で加工を行なったり、パルス発振で加工を行なったりする。連続波では、レーザ出力の増減で入熱制御を行い、パルス発振においては、レーザ出力以外に、パルスの繰り返し周波数とデューティ比をパラメータとして条件を設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６１−２７１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この様な従来のガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。
【００１４】
加工ワークによって連続波が良い場合や、逆にパルス発振が良い場合があり、同一ワークでも加工形状によって使い分ける必要がある。しかしながら、従来のガスレーザ発振装置は、必ずしも入熱制御を行いやすいものではなかった。
【００１５】
すなわち、発振モードの選択肢として連続波とパルス発振でしか無く、中間的な入熱制御が設定できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記問題点を解決するために、複数の放電管に対し連続波を発振させるための高電圧印加とパルス発振させるための断続的高電圧印加をそれぞれ任意に設定することを特徴とし、ガス流が対向する放電管を対として同一の高電圧印加を行なわせる事を特徴とし、電源は、放電管の対ごとに制御回路を有し、放電電流、繰り返し周波数、デューティ比を制御することを特徴とし、パルス発振を行なう放電管の対が、出力ミラーおよび終段ミラー近傍を優先的に選択する事を特徴とするガスレーザ発振装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に示す構成によれば、連続波とパルス発振が重畳された発振が可能となり、加工ワークに対してより細やかな条件出しが可能となる。
【００１８】
また、ガス流が対向する放電管を対として同一の制御回路で制御された高電圧印加を行なうため、ガス流のバランスが阻害されず、安定した放電を維持でき、レーザ出力を安定にすることができる。
【００１９】
出力ミラーと終段ミラー優先的にパルス発振に選択することで、放電部から放射される副次的紫外光線が相対的に減り、ミラー表面にコーティングされた誘電体多層膜への影響を軽減できるため、ミラー寿命を延ばす効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態におけるガスレーザ発振装置の平面図
【図２】本発明の実施形態におけるガスレーザ発振装置の正面図
【図３】本発明の実施形態におけるレーザ加工を行うワークの一例を示す模式図
【図４】本発明の実施形態におけるレーザ出力の一例を示すタイムチャート
【図５】従来のガスレーザ発振装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施形態におけるガスレーザ発振装置の平面図であり、図２はその正面図である。
【００２２】
本実施形態においては、ガスレーザ発振器の光共振器が３列構成であり、１列に４本の放電管が備わっている構成を一例として説明する。
【００２３】
図１、図２において、光共振器の折り返しは２枚の折り返し鏡７１を組み込んだ折り返しブロック７２で接続されている。光共振器の両端には、それぞれ終段ミラー７、出力ミラー８が固定配置されている。放電管１は２本が対をなし、カソードブロック３１に接続されている。
【００２４】
放電管１のレーザガス導入部１５は電極２を組み込んだアノード２１に接続されている。レーザガスはレーザガス導入部１５と接続したアノード２１から放電管１に入り、電極２および３の間の放電空間６で電源４からの高電圧印加で励起される。
【００２５】
光共振器によって共振状態になり、レーザビーム９を放出したレーザガスは、電極３を組み込んだカソードブロック３１で集合され熱交換器１２で熱除去され、経路Ａを通して送風機１４に戻される。
【００２６】
送風機１４はレーザガスを圧縮して送り出す。圧縮されたレーザガスは高温となるため熱交換器１３で冷却される。放電管１が複数あるため、送風機１４の吹出口は２ヶ所設けられそれぞれに熱交換器１３が設けられている。それぞれの熱交換器１３を出たレーザガスはレーザガス流路１１を経て分岐ブロック１０１で分岐され配管１０２を通してレーザガス導入部１５に送られる。
【００２７】
電極２は、高電圧であり、ミラーブロックとの間には絶縁管２２が設けられている。中央部の電極２同士の間も絶縁管２３が設けられ、放電が干渉しないように離されている。
【００２８】
電源４は、１放電区に１つずつ設けられており、２つの電源を組として１つの制御回路５１〜５６で制御される。
【００２９】
出力ミラー８に近い側から放電区６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとし、最も遠い終段ミラー７側の放電区６６ａ、６６ｂに制御回路５１〜５６を割り当てる。
【００３０】
制御回路５１〜５６は、それぞれに放電電流、繰り返し周波数、デューティ比を制御することができる。デューティ比指令を１００％とすれば連続発振が得られる。
【００３１】
本実施形態では、これまで同一指令で動作させていた制御回路５１〜５６をそれぞれに制御可能とした。
【００３２】
図３は本実施形態におけるレーザ加工を行うワークの一例を示す模式図であり、図４はかかる加工を行う場合のレーザ出力の一例を示すタイムチャートである。
【００３３】
時間ｔ０からｔ１の部分は、一定出力が連続で続く連続波発振であり、時間ｔ２の部分でくしの歯状の出力波形のパルス発振であり、時間ｔ３の部分は連続波成分が三分の一とパルス発振成分が三分の二とを重畳した出力波形を有している。
【００３４】
このような制御は、三角形の頂点のような鋭角に曲がった部分を切断するときに有効である。すなわち、加工ワーク１８をｔ０位置から切り出す場合、ｔ０からｔ１までは連続波で切断加工を行なう。鋭角部分を切断するｔ１から一時的にパルス発振に切替え、鋭角部分から遠ざかる過程でｔ２から連続波発振成分を付加する。そしてｔ３位置からは連続波発振に戻すことで、熱影響の小さな鋭角切断が可能となる。
【００３５】
部分的にパルス発振を行なう場合は、放電部６１ａｂ、放電部６６ａｂを優先的にパルス発振に割り当てる。放電部は、低圧力下でのガス放電であり、多量の紫外線が輻射されている。放電管の材質を石英とすると放電部から輻射される紫外線によって、放電管の周辺の大気に含まれる酸素が分解、再結合してオゾンになるほどに強力な紫外線である。放電管の材質として紫外線を通しにくい材質を選定するが、出力ミラー８、終段ミラー７は紫外線に晒される。ミラーは誘電体多層膜でコーティングされているため、強力な紫外線によって影響を受ける。コーティング技術の進歩によって紫外線に対する耐光強度は増しているが、影響を皆無にすることはできない。
【００３６】
本発明では、優先的にパルス発振をこれらミラーの近傍の放電部に割り当てるため、放電部から輻射される紫外線量を相対的に小さくすることができる。そのため、ミラーの誘電体多層膜に対する影響を抑え、ミラー寿命を延ばす効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によるガスレーザ発振装置は、複数の放電管に対し連続波を発振させるための高電圧印加とパルス発振させるための断続的高電圧印加をそれぞれ任意に設定する事で、連続発振とパルス発振の２通りの発振形態しかなかったレーザ発振器が、連続発振にパルスが重畳した発振形態を有することが可能となる。
【００３８】
また、ガス流が対向する放電管を対として同一の高電圧印加を行なわせることで、放電管内圧力分布を左右均等とし、放電を安定化させることができるため、レーザ出力の安定化が図られる。電源は、放電管の対ごとに制御回路を有し、放電電流、繰り返し周波数、デューティ比を制御することで誤動作を未然に防止することができる。
【００３９】
更に、パルス発振を行なう放電管の対が、出力ミラーおよび終段ミラー近傍を優先的に選択する事で、放電部から放射される副次的紫外光線が相対的に減り、ミラー表面にコーティングされた誘電体多層膜への影響を軽減できるため、ミラー寿命を延ばすことが可能となるため、高い信頼性を有し、主として板金等の加工用途に用いられるｋＷクラスのガスレーザ発振装置として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１    放電管
２    電極
３    電極
４    電源
５    制御回路
６    放電空間
７    終段ミラー
８    出力ミラー
９    レーザビーム
１０    レーザガスの流れる方向
１１    レーザガス流路
１２    熱交換器
１３    熱交換器
１４    送風機
１５    レーザガス導入部
１６    外部光学系
１７    集光レンズ
１８    加工ワーク
２１    アノード
２２、２３    絶縁管
３１    カソードブロック
５１〜５６    制御回路
６１ａ〜６６ｂ    放電区
７１    折り返し鏡
７２    折り返しブロック
１０１    分岐ブロック
１０２    配管
１０３    レーザ波形
１８１    加工軌跡
【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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