(57)【要約】【課題】冷えた状態でも補助放電を維持し、暖かい状態でも電気シャッタを実現する。【解決手段】ガスレーザ発振器（２０）は、放電管（２１、２２）と、主放電電極（２３、２４）と、補助電極（３１、３２）と、レーザを出力する出力鏡（３０）と、出力鏡からのレーザ出力を遮断する機械式シャッタ（３５）とを含む。レーザ出力がゼロである状態で補助放電を維持するためのベース放電指令は、機械式シャッタの閉鎖時には第一指令値に設定され、機械式シャッタの開放時には前記第一指令値よりも小さい第二指令値に設定されるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが循環する複数の放電管と、
該複数の放電管に対応して配置されていて、前記レーザガスを放電励起するための主放電を開始させる複数の主放電電極と、
該複数の主放電電極に隣接して配置されていて、前記主放電が開始する出力よりも低い状態で前記レーザガス中に補助放電を開始させる複数の補助電極と、
前記複数の放電管において発振されたレーザを出力する出力鏡と、
該出力鏡からのレーザ出力を遮断する機械式シャッタと、を具備し、
レーザ出力がゼロである状態で前記補助放電を維持するためのベース放電指令は、前記機械式シャッタの閉鎖時には第一指令値に設定され、前記機械式シャッタの開放時には前記第一指令値よりも小さい第二指令値に設定されるようにした、ガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記第一指令値は主放電消滅レベルの最大値と最小値との間の値であり、
前記第二指令値は主放電消滅レベルの最小値と補助放電消滅レベルの最大値との間の値であるようにした、請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ電源の調整レベルを制御するガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品位な穴明け加工や安定した切断加工を行うために、高周波放電励起ガスレーザ発振器が使用されている。ガスレーザ発振器は、レーザガスが循環する複数の放電管と、複数の放電管に対応して配置されていてレーザガスを放電励起するための主放電を開始させる複数の主放電電極と、複数の主放電電極に隣接して配置されていて主放電が開始する出力よりも低い状態で前記レーザガス中に補助放電を開始させる複数の補助電極とを主に含んでいる。
【０００３】
ここで、図３Ａから図３Ｃは、指令電圧と放電管電圧との関係Ｘを示す図である。これら図面において横軸はレーザ電源への指令電圧を示しており、縦軸は放電管の電圧を示している。
【０００４】
図３Ａにおいて、放電管電圧は、０ｋＶから点Ｐまでは急峻に線形増加し、点Ｐに達するとなだらかに線形増加する。この点Ｐは、主放電消滅レベルＶ１に対応しており、放電管電圧がこの値よりも小さいと、主放電が消滅する。放電管電圧が主放電消滅レベルＶ１を越えると、主放電が開始してレーザが出力されるようになる。図３Ａから分かるように、補助放電消滅レベルＶ２は主放電消滅レベルＶ１よりも小さい。
【０００５】
ここで、レーザ出力が０Ｗの状態で補助放電を維持するのに必要な指令をベース放電指令と呼ぶ。図３Ａにおいては、主放電消滅レベルＶ１と補助放電消滅レベルＶ２との間に対応する領域Ｚ１においてベース放電指令が調整される。そして、ガスレーザ発振器が要求するレーザパワーに応じて定まるレーザ出力指令は、ベース放電指令に加算されて、出力指令装置からレーザ電源に出力される。
【０００６】
ガスレーザ発振器が冷えて、例えばレーザガス温度が７℃から４７℃程度になると、図３Ｂに破線で示されるように、関係Ｘは上方向にシフトし、これに伴って主放電消滅レベルＶ１および補助放電消滅レベルＶ２もそれぞれ主放電消滅レベルＶ１ｍａｘおよび補助放電消滅レベルＶ２ｍａｘまで上昇する。このため、ベース放電指令を補助放電消滅レベルＶ２に設定している場合には、補助放電が消滅する可能性がある。
【０００７】
このような状態で、レーザ電源への指令電圧を高くすると、レーザ電源と放電負荷との間のインピーダンスの整合がとれない事態が生じうる。その結果、放電管には過大な電圧が印加されると共に、レーザ電源には過大な電流が流れ、放電管およびレーザ電源が破損する可能性がある。
【０００８】
これに対し、ガスレーザ発振器が暖められて、例えばレーザガス温度が１２７℃以上になると、図３Ｃに一点鎖線で示されるように、関係Ｘは下方向にシフトし、これに伴って主放電消滅レベルＶ１および補助放電消滅レベルＶ２はそれぞれ主放電消滅レベルＶ１ｍｉｎおよび補助放電消滅レベルＶ２ｍｉｎまで下降する。主放電消滅レベルＶ１が主放電消滅レベルＶ１ｍｉｎまで下降した場合には、レーザ出力が０Ｗになるように制御したとしても、主放電が消滅しないようになる。
【０００９】
このような状態で、ガスレーザ発振器の出力鏡の前方に備えられた機械式シャッタを開放すると、レーザ光がワークに不要に出力されてワーク表面がケガかれる可能性がある。通常、機械式シャッタの開閉速度は数秒程度と比較的遅いので、このような加工不良が生じないようにベース放電の調整レベルを設定する。このようなベース放電の調整レベルの設定を電気シャッタと呼ぶ。電気シャッタは、特許文献１および特許文献２にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第3157470号公報
【特許文献２】特開昭58-15643号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、補助放電の維持のための調整レベルと電気シャッタを実現するための調整レベルとは互いに相反関係にある。従って、ガスレーザ発振器が冷えた状態であっても補助放電を維持しつつ、ガスレーザ発振器が暖かい状態であっても電気シャッタを実現するのは困難である。
【００１２】
また、特許文献１では、レーザ出力指令をゼロとした瞬間に、ベース放電指令を所定値だけ低下させる必要がある。さらに、ＣＮＣから通信用ＩＣに送信されるレーザ出力指令とベース放電指令とは非同期で、且つ、それぞれの処理回路の遅延時間も異なる。このため、同期をとるための回路、例えばラッチ回路が必要となり、コスト増や、制御するためのソフトウェアの処理も複雑になる。
【００１３】
さらに、レーザ出力指令とベース放電指令との間で完全同期がとれない場合には、指令が不連続になり、その結果、ワークの加工不良が発生する可能性がある。また、特許文献１ではベース放電指令を所定値から下降させることにより、電気シャッタを実現している。このため、下降量や時間の設定によっては、電気シャッタの効果が得られない場合や、補助放電が消滅する可能性もある。
【００１４】
さらに、特許文献２の構成では、主放電用の電源と、補助電極用の電源とを設けて、これらを独立して制御している。この場合には、補助電極用の電源を別途準備する必要があり、費用が増すという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷えた状態であっても補助放電を維持しつつ、暖かい状態であっても電気シャッタを実現することのできるガスレーザ発振器を低費用で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】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、レーザガスが循環する複数の放電管と、該複数の放電管に対応して配置されていて、前記レーザガスを放電励起するための主放電を開始させる複数の主放電電極と、該複数の主放電電極に隣接して配置されていて、前記主放電が開始する出力よりも低い状態で前記レーザガス中に補助放電を開始させる複数の補助電極と、前記複数の放電管において発振されたレーザを出力する出力鏡と、該出力鏡からのレーザ出力を遮断する機械式シャッタと、を具備し、レーザ出力がゼロである状態で前記補助放電を維持するためのベース放電指令は、前記機械式シャッタの閉鎖時には第一指令値に設定され、前記機械式シャッタの開放時には前記第一指令値よりも小さい第二指令値に設定されるようにした、ガスレーザ発振器が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第一指令値は主放電消滅レベルの最大値と最小値との間の値であり、前記第二指令値は主放電消滅レベルの最小値と補助放電消滅レベルの最大値との間の値であるようにした。
【発明の効果】
【００１７】
１番目および２番目の発明においては、機械式シャッタの閉鎖時、つまり、レーザ加工しないときにはベース放電指令を第一指令値に設定し、機械式シャッタの開放時、つまり、レーザ加工するときにはベース放電指令を第二指令値に設定している。このため、発振器が冷えた状態でも補助放電を維持することができ、発振器が暖まった状態でも電気シャッタを実現して加工不良の発生を防止できる。また、ラッチ回路や補助電極用の電源が不要であるので、ガスレーザ発振器を比較的低費用で提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に基づくガスレーザ発振器の略図である。
【図２】本発明に基づくガスレーザ発振器の機械式シャッタおよびベース放電指令のタイムチャートである。
【図３Ａ】レーザ電源への指令電圧と放電管電圧との関係を示す図である。
【図３Ｂ】ガスレーザ発振器が冷えた状態におけるレーザ電源への指令電圧と放電管電圧との関係を示す他の図である。
【図３Ｃ】ガスレーザ発振器が暖められた状態におけるレーザ電源への指令電圧と放電管電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
【００２０】
図１は本発明に基づくガスレーザ発振器の概略図である。本発明におけるガスレーザ発振器２０は放電励起型である比較的高出力のガスレーザ発振器である。ガスレーザ発振器２０から出力されるレーザ光は、図示しないレーザ加工装置においてワーク（図示しない）を加工するのに使用される。
【００２１】
図示されるように、ガスレーザ発振器２０のレーザガス循環路２５は放電管２１、２２を含んでいる。このレーザガス循環路２５はレーザガス圧制御システム３３に接続され、レーザガス圧制御システム３３において、レーザガスを供給、排出することにより、レーザガス循環路２５の圧力を制御する。
【００２２】
また、レーザガス循環路２５にはターボブロワ２６が配置され、ターボブロワ２６の上流および下流には熱交換器２７、２８がそれぞれ配置されている。さらに、ガスレーザ発振器２０は冷却水循環システム３４に接続されている。これにより、レーザガス循環路２５内のレーザガス、特に放電管２１、２２内のレーザガスなどが適宜冷却される。
【００２３】
図１に示されるように、一方の放電管２１の一端には部分反射鏡のリア鏡２９（共振器内部ミラー）が設けられており、他方の放電管２２の他端には部分反射鏡の出力鏡３０が設けられている。出力鏡３０はＺｎＳｅから形成されており、出力鏡３０の内面は部分反射コーティングされると共に出力鏡３０の外面は反射防止コーティングされている。また、リア鏡６の背面にはレーザパワーセンサ３６が配置されている。
【００２４】
前述した二つの放電管２１、２２はリア鏡２９および出力鏡３０の間の光共振空間内に位置している。各放電管２１、２２は一対の主放電電極２３、２４によりそれぞれ挟まれている。これら主放電電極２３、２４は金属メタライズされているか、または金属部材が取付けられているものとする。主放電電極２３、２４はレーザガスを放電励起するための主放電を開始する。
【００２５】
さらに、補助電極３１、３２がそれぞれ主放電電極２３、２４から各放電管２１、２２のレーザガスの上流側に配置されている。これら補助電極３１、３２は主放電が開始する出力よりも低い状態で前記レーザガス中に補助放電を開始する。
【００２６】
補助電極３１、３２と放電管２１、２２の主放電電極２３、２４にはマッチングユニットを介して同じ電圧が印加される。補助電極３１、３２による補助放電は、通常、主放電電極２３、２４に印加される電圧よりも低い電圧で放電するため、主放電電極２３、２４間の主放電が消滅した場合であっても、補助放電は維持される。このように補助放電が維持される場合には、レーザ電源への指令が急峻に高められたとしても放電管電圧が過剰に上昇するのを回避し、レーザ電源の破損を防止することができる。
【００２７】
図１に示されるように主放電電極２３、２４および補助電極３１、３２はそれぞれマッチングユニット１５、１６を介してレーザ電源１１、１２に接続されている。二つのレーザ電源１１、１２は共通の出力指令装置１０に接続されている。さらに、出力指令装置１０は、ＣＮＣ５に接続されている。また、レーザパワーセンサ３６も出力指令装置１０に接続されており、その検出値が出力指令装置１０に供給される。
【００２８】
さらに、図１に示されるように、出力鏡３０の前方には、機械式シャッタ３５が配置されている。出力鏡３０からレーザ光が出力されるときには、出力指令装置１０が機械式シャッタ３５を開放させ、それにより、レーザ光がワーク（図示しない）に到達してワークを加工することができる。出力鏡３０からレーザ光を出力しないときには、出力指令装置１０は機械式シャッタ３５を閉鎖する。機械式シャッタ３５の開閉タイミングは、出力指令装置１０がＣＮＣ５の動作プログラムの内容に基づいて判断するものとする。
【００２９】
図２は本発明に基づくガスレーザ発振器の機械式シャッタおよびベース放電指令のタイムチャートである。以下、図２および前述した図３Ａから図３Ｃを参照しつつ、本発明のガスレーザ発振器２０の動作について説明する。
【００３０】
動作プログラムの内容に基づいて出力指令装置１０が現在はレーザ加工すべきでないと判断する場合には、機械式シャッタ３５は閉鎖された状態にある。機械式シャッタ３５が閉鎖されているときには、レーザ光は出力されていないので、ガスレーザ発振器２０の温度は比較的低いと推察される。従って、図３Ｂに示されるように、主放電消滅レベルＶ１は主放電消滅レベルＶ１ｍａｘまで上昇している。
【００３１】
それゆえ、この場合には、ベース放電指令Ｖを主放電消滅レベルＶ１ｍａｘと主放電消滅レベルＶ１ｍｉｎとの間の所定の第一指令値Ａ１に設定する。図２等から分かるように、主放電消滅レベルＶ１ｍｉｎは、補助放電消滅レベルＶ２ｍａｘよりも大きい。従って、ベース放電指令Ｖを第一指令値Ａ１に設定すれば、ガスレーザ発振器２０が冷えた状態であっても、余裕を持って補助放電を確保でき、補助放電が消滅するのを防止できる。当然のことながら、図示しない実施形態においては、第一指令値Ａ１が主放電消滅レベルＶ１ｍａｘと、補助放電消滅レベルＶ２ｍａｘとの間の値であってもよい。
【００３２】
そして、出力指令装置１０が現在はレーザ加工すべきである判断した場合には、機械式シャッタ３５を開放し、レーザ光をガスレーザ発振器２０から出力してワーク（図示しない）を加工する。機械式シャッタ３５が開放しているときには、レーザ光が出力されているので、ガスレーザ発振器２０の温度は比較的高いと推察される。従って、図３Ｃに示されるように、主放電消滅レベルＶ１は主放電消滅レベルＶ１ｍｉｎまで下降している。
【００３３】
それゆえ、この場合には、ベース放電指令Ｖを主放電消滅レベルＶ１ｍｉｎと補助放電消滅レベルＶ２ｍａｘとの間の所定の第二指令値Ａ２に設定する。第二指令値Ａ２は前述した第一指令値Ａ１よりも小さい。従って、ベース放電指令Ｖを第二指令値Ａ２に設定すれば、ガスレーザ発振器２０が暖まった状態であっても、電気シャッタを確実に実現することができる。
【００３４】
このように本発明においては、機械式シャッタ３５の閉鎖時、つまり、レーザ加工しないときにはベース放電指令Ｖを第一指令値Ａ１に設定し、機械式シャッタ３５の開放時、つまり、レーザ加工するときにはベース放電指令Ｖを第二指令値Ａ２に設定している。このため、ガスレーザ発振器２０が冷えた状態でも補助放電を維持することができ、ガスレーザ発振器２０が暖まった状態でも電気シャッタを実現して加工不良の発生を防止できる。
【００３５】
さらに、本発明においては、ベース放電指令Ｖとレーザ出力指令とが同期するためのハードウェアおよびソフトウェアが不要であり、また補助電極用の電源も不要である。このため、本発明においては、ガスレーザ発振器２０を比較的低費用で提供できる。
【００３６】
さらに、本発明においては、ガスレーザ発振器２０の温度を検出する温度センサを用いることなしに、第一設定値および第二設定値が選択されるようにしている。従って、ガスレーザ発振器２０が、より簡易な構成になり、追加の費用が抑えられるのが分かるであろう。なお、温度センサの検出値が所定の閾値よりも小さい場合には第一設定値を選択すると共に、所定の閾値以上である場合には第二設定値を選択するようにしてもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
５    ＣＮＣ
１０    出力指令装置
１１、１２    レーザ電源
１５、１６    マッチングユニット
２０    レーザ発振器
２１、２２    放電管
２３、２４    主放電電極
２５    レーザガス循環路
２６    ターボブロワ
２７、２８    熱交換器
２９    リア鏡
３０    出力鏡
３１、３２    補助電極
３３    レーザガス圧制御システム
３４    冷却水循環システム
３５    機械式シャッタ
３６    レーザパワーセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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