(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザガスを流す放電管と、前記放電管に接続したレーザガス流路と、前記レーザガス流路中に配置した送風機と、前記レーザガス流路にレーザガスを供給する供給機構と、前記レーザガス流路からレーザガスを排出する排出機構を備え、前記レーザガス流路中で前記放電管から流れるレーザガスを送風機が吸入する側にレーザガスの温度を測定する温度センサを設け、前記温度センサの信号に基づいて、前記レーザガスが通常の温度よりも低いときに通常のときのレーザガス圧よりも低く、前記レーザガスが通常の温度になったときに通常のレーザガス圧にレーザガス流路中のレーザガス圧を調整する調整手段を設けたガスレーザ発振装置。
【請求項２】
調整手段として、供給機構と排出機構を制御する制御装置を用いる請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
内部にレーザガスを流す放電管と、前記放電管に接続したレーザガス流路と、前記レーザガス流路中に配置した送風機と、前記レーザガス流路中で前記放電管から流れるレーザガスを送風機が吸入する側にレーザガスの温度を測定する温度センサを設け、前記温度センサの信号に基づいて、前記レーザガスが通常の温度よりも低いときに通常のときの送風機の駆動周波数よりも低く、前記レーザガスが通常の温度になったときに通常の送風機の駆動周波数に駆動周波数を調整する調整手段を設けたガスレーザ発振装置。
【請求項４】
調整手段として、送風機を制御するインバータを用いる請求項３記載のガスレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送風機を用いたガスレーザ発振装置に関する物であり、特に長期に渡って安定して使用できる信頼性の高いガスレーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３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３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】
この図に於いて、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。６は全反射鏡、７は部分反射鏡であり、この全反射鏡６、部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。矢印９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。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１３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１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。また前記送風機１３はインバータ１３ａによって、羽根車の回転駆動周波数を制御されている。レーザガス流路１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。
【０００４】
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。
【０００５】
送風機１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、レーザガス導入部１４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５に放電を発生させる。放電空間５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全反射鏡６および部分反射鏡７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【０００６】
レーザガスは放電により解離するため経時的に劣化してくる。よって常時、ガス排出機構１５によってレーザガスの一部をレーザガス流路１０より排出し、排出された分を補う形でガス供給機構１６によって新鮮なレーザガスを外部より供給している。レーザガス供給路中のガス圧はガス圧センサ１７によって常時監視されており、前記ガス圧センサ１７、ガス排出機構１５およびガス供給機構１６は、ガス圧制御装置１８に接続されている。前記ガス排出機構１５およびガス供給機構１６を前記ガス圧制御装置１８によって制御する事により、レーザガス流路中のガス圧は、常時一定に保たれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この様な従来の軸流型ガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。
【０００８】
図４に一般的な送風機のモータ電流特性を示す。
【０００９】
送風機の吸入ガス圧が高ければ高いほど、送風機のモータ電流は上昇する。これは、ガス圧が高いほうが、単位体積当たりのガス質量が増大し、そのため単位時間辺りに送風機が搬送するガスの質量流量が増大するため、モータの仕事量が増えることによるものである。一方、送風機の吸入ガス温度が低ければ低いほど、送風機のモータ電流は上昇する。これはガス温度が低い方が、単位体積当たりのガス質量が増大し、そのため単位時間辺りに送風機が搬送するガスの質量流量が増大するため、モータの仕事量が増えることによるものである。また送風機駆動周波数が高いほど、送風機の羽根車の回転数が増え、モータの仕事量が増えるため、送風機のモータ電流は上昇する。
【００１０】
一般に送風機のモータ電流が上昇すると、モータの発熱も増大し、モータ温度は上昇する。モータ温度が上昇した状態で長時間使用を継続すると、モータコイルなどの部分劣化が進行するため、出来るだけモータ電流値を抑えて送風機を使用する事が、長期的な信頼性の面から望ましい。
【００１１】
通常レーザガス流路中のガス圧は、送風機のモータ電流値の上昇を抑えた範囲で最大限の質量流量が得られるように、例えば２０ｋＰａ程度の圧力で一定値に制御されている。また送風機の吸入ガス温度は、送風機の圧縮熱や放電の熱により加熱されたレーザガスの温度と、熱交換器の冷却能力とのバランスより、通常運転時には約４０〜５０℃程度になるように設定されている。
【００１２】
常に上記の状態で送風機が運転されていれば、モータ電流値はある範囲以下、例えば約３６Ａ以下に抑えられるため、特に問題は無い。
【００１３】
問題が発生するのは、特に冬場などでガスレーザ発振装置の周囲温度が低下した状態においてである。通常、ガスレーザ発振装置は、夜間は停止し、昼間のみ運転する事が一般的である。冬場の夜間停止時には、周囲温度が例えば５〜１０℃まで低下する。よって朝、ガスレーザ発振装置の運転を開始した時点では、ガスレーザ発振装置内のレーザガス温度も５〜１０℃程度の温度になっている。この状態で送風機の運転がなされると、送風機の吸入ガス温度低下のため、一時的にモータ電流値が上昇し、通常３６Ａ程度のものが、４０Ａ程度まで上昇してしまう。
【００１４】
送風機の吸入ガス温度制御に関して詳細を説明すると、ガス温度は単に熱交換器にて冷却することのみの制御しか行っていない。すなわち熱交換器はガス温度と外部より導入した冷却水との間にて熱交換を行うようになっており、通常外部より導入する冷却水の温度は１５〜２０℃前後に設定されているため、１５〜２０℃以上の温度のガスを冷却する事は出来るが、逆に５〜１０℃程度のガスを加熱する事は出来無い。通常使用状態では、ガスは送風機の圧縮熱や放電部での放電の熱により過熱されるため、仮にガス温度が５〜１０℃近く低温状態で運転を開始しても、約１０〜２０分後には４０〜５０℃程度の、想定したあたりの温度に落ち着き、それに伴い送風機のモータ温度も低下し、問題無い状態になる。しかし、逆に起動直後の約１０〜２０分間は、想定した値よりも高いモータ電流値で送風機が使用されることになり、これが毎日繰り返される事により、送風機のモータコイルなどの部分劣化が進み、長期的な信頼性が得られなくなる恐れがあった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、内部にレーザガスを流す放電管と、前記放電管に接続したレーザガス流路と、前記レーザガス流路中に配置した送風機と、前記レーザガス流路にレーザガスを供給する供給機構と、前記レーザガス流路からレーザガスを排出する排出機構を備え、前記レーザガス流路中で前記放電管から流れるレーザガスを送風機が吸入する側にレーザガスの温度を測定する温度センサを設け、前記温度センサの信号に基づいて、前記レーザガスが通常の温度よりも低いときに通常のときのレーザガス圧よりも低く、前記レーザガスが通常の温度になったときに通常のレーザガス圧にレーザガス流路中のレーザガス圧を調整する調整手段を設けたものである。また、調整手段として、供給機構と排出機構を制御する制御装置を用いる。
【００１６】
あるいは内部にレーザガスを流す放電管と、前記放電管に接続したレーザガス流路と、前記レーザガス流路中に配置した送風機と、前記レーザガス流路中で前記放電管から流れるレーザガスを送風機が吸入する側にレーザガスの温度を測定する温度センサを設け、前記温度センサの信号に基づいて、前記レーザガスが通常の温度よりも低いときに通常のときの送風機の駆動周波数よりも低く、前記レーザガスが通常の温度になったときに通常の送風機の駆動周波数に送風機の駆動周波数を調整する調整手段を設けたものである。また、調整手段として、送風機を制御するインバータを用いるガスレーザ発振装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明の一実施例であるレーザ発振装置の構成図である。なお、図３と同一部材とは同一番号を付し説明を省略する。
【００１８】
送風機１３のレーザガス吸入側に吸入ガス温度を測定するための温度センサ１９が設置されており、前記温度センサ１９はガス圧制御装置１８に接続されている。
【００１９】
この構成における動作を図２（ａ）を用いて説明する。
【００２０】
レーザ発振装置起動時より温度センサ１９によって、送風機の吸入ガス温度は常時監視されている。例えば冬場の朝一立上げ時を想定すると、ガスレーザ発振装置の運転を開始した時点では、ガスレーザ発振装置内のレーザガス温度も５〜１０℃程度の温度になっており、温度センサによってこのガス温度が検出される。この温度センサの温度情報を受けて、ガス圧制御装置内の処理により、自動的にレーザガス流路中のガス圧制御の値が約１．３ｋＰａ程度、下げられる。すなわち送風機の吸入ガス圧は通常２０ｋＰａ程度であるが、この値が１８．７ｋＰａ程度まで下げられる事になる。この状態で送風機が運転されると、本来は吸入ガス温度が低い（通常４０〜５０℃→５〜１０℃）のため、モータ電流値が上昇（通常３６Ａ→４０Ａ）するはずであるが、その分、吸入ガス圧が下げられている（通常２０ｋＰａ→１８．７ｋＰａ）のため、モータの負荷は相殺され、結果的にモータ電流値は、通常値の３６Ａ程度に保たれる。
【００２１】
レーザ運転が継続され、送風機の吸入ガス温度が徐々に上昇し、ある値（４０℃以上）を越えた時点で、レーザガス流路中のガス圧制御の値は通常の値（２０ｋＰａ）に戻される。本動作により、例えば冬場の朝一立上げ時などの送風機のモータ電流値が上昇し易い状況においても、モータ電流値は常時一定値以下に保たれるため、モータ温度上昇によりモータの部品劣化が抑えられ、長期的に信頼性の高いレーザガス発振装置を提供出来る。
【００２２】
ここで懸案される事項はレーザガス流路中のガス圧を下げる事によるレーザ出力の低下である。レーザガス流路中のガス圧が下がると言う事は、放電部のガス圧が下がる、すなわち放電部を流れるレーザガスの質量流量が低下するということである。レーザ発振装置より取り出されるレーザビームの出力は、放電部を流れるレーザガスの質量流量に比例するため、ガス圧が下がると、レーザ出力も低下する。但しレーザ発振の原理上、レーザガスの温度が低下すると、レーザ発振効率は上昇し、レーザ出力が上昇すると特性がある。すなわちレーザガス温度が低い時には、ガス圧を下げる事によってレーザ出力が下がっても、それを補う形でレーザ発振効率上昇によるレーザ出力の上昇が起きる為、結果的に相殺され、通常時とほとんど変わらないレーザ出力特性が得られる。
【００２３】
図２（ｂ）は本発明の他の実施例である送風機吸入ガス温度に応じて送風機駆動周波数を制御するレーザ発振装置のシーケンスチャート図である。この場合も前述した送風機吸入ガス温度に応じてガス圧を制御する方式と同様の思想であり、温度センサの温度情報を受けて、ガス圧制御装置内の処理により、自動的に送風機駆動周波数が約５０Ｈｚ程度下げられる。すなわち送風機の駆動周波数は通常７００Ｈｚ程度であるが、この値が６５０Ｈｚ程度まで下げられる事になる。この状態で送風機が運転されると、本来は吸入ガス温度が低い（通常４０〜４５℃→５〜１０℃）ため、モータ電流値が上昇（通常３６Ａ→４０Ａ）するはずであるが、その分、駆動周波数が下げられている（通常７００Ｈｚ→６５０Ｈｚ）ため、モータの負荷は相殺され、結果的にモータ電流値は、通常値３６Ａ程度に保たれる。
【００２４】
レーザ運転が継続され、送風機の吸入ガス温度が徐々に上昇し、ある値（４０℃以上）を越えた時点で、送風機駆動周波数は通常の値（７００Ｈｚ）に戻される。
【００２５】
本動作により、例えば冬場の朝一立上げ時などの送風機のモータ電流値が上昇し易い状況においても、モータ電流値は常時一定値以下に保たれるため、モータ温度上昇によりモータの部品劣化が抑えられ、長期的に信頼性の高いレーザガス発振装置を提供出来る。
【００２６】
ここで懸案される事項は送風機駆動周波数を下げる事によるレーザ出力の低下である。駆動周波数が下がると言う事は、送風機の風量が低下する、すなわち放電部を流れるレーザガスの質量流量が低下するということである。レーザ発振装置より取り出されるレーザビームの出力は、放電部を流れるレーザガスの質量流量に比例するため、送風機駆動周波数が下がると、レーザ出力も低下する。但しレーザ発振の原理上、レーザガスの温度が低下すると、レーザ発振効率は上昇し、レーザ出力が上昇すると特性がある。すなわちレーザガス温度が低い時には、送風機駆動周波数を下げる事によってレーザ出力が下がっても、それを補う形でレーザ発振効率上昇によるレーザ出力の上昇が起きる為、結果的に相殺され、通常時とほとんど変わらないレーザ出力特性が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明により、長期に渡って安定して使用できる信頼性の高いガスレーザ発振装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるレーザ発振装置の構成図
【図２】（ａ）同レーザ発振装置の送風機吸入ガス温度に応じてガス圧を制御するシーケンス図
（ｂ）本発明の他の実施例であるレーザ発振装置の送風機吸入ガス温度に応じて送風機駆動周波数を制御するレーザ発振装置のシーケンス図
【図３】従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成図
【図４】一般的な送風機のモータ電流特性を示した図
【符号の説明】
１      放電管
２      電極
３      電極
４      電源
５      放電空間
６      全反射鏡
７      部分反射鏡
８      レーザビーム
９      レーザガスの流れる方向
１０    レーザガス流路
１１    熱交換器
１２    熱交換器
１３    送風機
１３ａ  インバータ
１４    レーザガス導入部
１５    ガス排出機構
１６    ガス供給機構
１７    ガス圧センサ
１８    ガス圧制御装置
１９    温度センサ
【図１】
0003846247.tif 000002
【図２】
0003846247.tif 000003
【図３】
0003846247.tif 000004
【図４】
0003846247.tif 000005