JP2002134811A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

ガスレーザ発振装置

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JP2002134811A JP2000322255A JP2000322255A JP2002134811A JP 2002134811 A JP2002134811 A JP 2002134811A JP 2000322255 A JP2000322255 A JP 2000322255A JP 2000322255 A JP2000322255 A JP 2000322255A JP 2002134811 A JP2002134811 A JP 2002134811A
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暢男 新野
Hidefumi Omatsu
英文 尾松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】長期間に渡って安定したレーザ出力を維持し高
品質の加工性能を得ることができるガスレーザ発振装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】レーザガスを循環させるための送風機1
a、1bを2台具備し、レーザガスを循環させるための
ガス配管経路11a〜11dを具備し、配管経路の一部
に電極3a〜3d、4a〜4dを配置し、電極3a〜3
d、4a〜4dに接続された高電圧電源5a〜5dによ
りレーザガスを放電励起し、レーザ光を発する光共振器
7、8を備えたガスレーザ発振装置であって、送風機1
a、1bのレーザガス排出部を配管11fで接続した構
成とした。消耗部品の経時劣化などによるレーザ出力の
低下を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスレーザ発振装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下に従来のガスレーザ発振装置につい
て説明する。図3は従来のガスレーザ発振装置を示すも
のである。図3において、la、1bは送風機、2a、
2b、2c、2dは放電管、3a、3b、3c、3d、
4a、4b、4c、4dは放電管2a、2b、2c、2
dの近辺に設置した電極である。5a、5b、5c、5
dは電極3a、3b、3c、3d、4a、4b、4c、
4dにそれぞれ接続した高電圧電源、6は放電空間であ
る。7は全反射鏡、8は部分透過鏡であり、光共振器を
構成する。9a、9b、9c、9dは熱交換器、10は
部分透過鏡8から取り出されるレーザビーム、11a、
11b、11c、11d、11eはレーザガス配管、1
2a、12b、12c、12dはレーザガス、13は真
空ポンプ、14はレーザガスボンベ、15は排出流量調
整器、16は供給流量調整器、17は制御部、18は信
号線、19は圧力検出器である。
【0003】以上のように構成されたガスレーザ発振装
置について、その動作を説明する。送風機1a、1bに
よりレーザガス配管11a、11b、11c、11dを
通し、放電管2a、2b、2c、2dにレーザガス12
a、12b、12c、12dを強制的に循環させる。こ
のとき送風機1aから排出されたレーザガス12a、1
2bはレーザガス配管11a、11bを通過して放電管
2a、2bに流れ、送風機1bから排出されたレーザガ
ス12c、12dはレーザガス配管11c、11dを通
過して放電管2c、2dにそれぞれ流れている。送風器
1a、1bの配管経路は放電管2b、2cの電極4b、
3c側に設けられた配管11eで接続され、放電管2
a、2b、2c、2d内の圧力を等しくさせる構造とし
ている。
【0004】電極3a、3b、3c、3d、4a、4
b、4c、4dは放電管2a、2b、2c、2dの近辺
のレーザガス循環系内部に設置されており、このとき高
電圧電源5a、5b、5c、5dに接続された電極3
a、3b、3c、3d、4a、4b、4c、4dから放
電空間6に高電圧がそれぞれ印加され放電管2a、2
b、2c、2dの内部にグロー放電を発生させる。
【0005】レーザガス12a、12b、12c、12
dは送風機1a、1bから圧縮されて排出され高温とな
っているため送風機1a、1bの下流側に配置された熱
交換器9b、9dにより冷却されている。また放電空間
6を通過した後のレーザガス12a、12b、12c、
12dも放電エネルギが印加され高温になるため同様に
熱交換器9a、9cによって冷却されている。
【0006】グロー放電により励起されたレーザガス1
2a、12b、12c、12dはレーザ発振し全反射鏡
7および部分反射鎖8の間をレーザビームが往復しなが
ら増幅され共振状態となる。この共振状態から全反射鏡
7、部分透過鏡8間のレーザビームの一部が部分透過鏡
8よりレーザビーム10として共振器外部へ取り出され
る。このレーザビーム10が金属切断、溶接などの加工
に用いられる。
【0007】レーザガス12a、12b、12c、12
dはその一部が排出流量調整器15を通じ真空ポンプ1
3によってレーザ発振装置外部へ取り出され廃棄され
る。廃棄されたレーザガスと同量の新しいレーザガスを
ボンベ14から供給流量調整器16を通してガスレーザ
発振装置内部へ供給することにより内部圧力が一定にな
るよう維持している。内部圧力は圧力検出器19によっ
て検出され、信号が制御部17に送られる。制御部17
内においてあらかじめ設定されている圧力となるように
供給流量調整器15、排出流量調整器16の両者または
片方を制御している。
【0008】このようなガスレーザ発振装置では、全反
射鏡7と部分透過鏡8の間にてレーザビームが発生する
ので、この軸上には部品を配置できず全反射鏡7と部分
透過鏡8の間を空間として確保する必要があった。その
ため軸上に配置されている放電管2b、2c間も必然的
に空間的に接続されており、そのことが結果的にレーザ
ガス配管11eで接続される構造となっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成では放電管2a、2bと2c、2dにそれぞれ流れ
るレーザガス12a、12bと12c、12dの流量に
差が生じるといった問題が存在した。
【0010】放電管2a、2b、2c、2d内を流れる
レーザガス流量は送風機1a、1bの吸入側と吐排出側
の差圧によって決定される。従来例のガスレーザ発振装
置においては送風機1aと1bの吸入側はT字配管によ
り互いを接続した後に圧力検出器19に接続されてい
る。このため送風機1a、1bの吸入側は直接接続され
ているので、レーザガス圧力はほぼ同等となっていた。
しかし送風機1a、1bの排出側近辺では配管を接続す
る構造とはなっておらず、そのため送風機1a、1bの
排出部におけるレーザガス圧力は個体差によるばらつき
などの要因により異なっていた。放電管2b、2c間は
レーザガス配管11eで接続されているものの、送風機
1a、1bの排出部からはレーザガス配管11b、11
cを介在させ離れた位置に配置されているため送風機1
a、1bの排出部のレーザガス圧力を同等にするまでの
効果は得られなかった。
【0011】このように吸入側の圧力は等しくても排出
側の圧力が異なるため、送風機1a、1bの差圧に違い
が生じていた。この差圧の違いにより送風機1a、1b
の排出するレーザガス流量が同等とならず、放電管2
a、2bと2c、2dにそれぞれ流れるレーザガス12
a、12bと12c、12dの流量に差を生じることと
なっていた。各放電管内を流れるレーザガス流量に差が
生じていると、レーザ出力が不安定となる現象を発生す
る。通常のガスレーザ発振装置において各放電管に印加
される高電圧、電流は同等となるように制御されてい
る。これは印加される高電圧に大きな差があると、本来
放電すべき放電空間6以外の個所で放電が発生してしま
うという問題を防止するためである。各放電管にはほぼ
同等の高電圧、電流が加えられることとなるが、このと
きレーザガス流量が少ないと熱容量が小さいためレーザ
ガスの温度上昇を起こし、レーザ発振に必要な負温度分
布状態が崩れレーザ出力の低下を引き起こしやすくなっ
ていた。特にガスレーザ発振装置を長期間使用すると、
電極3a、3b、3c、3d、4a、4b、4c、4d
の磨耗、全反射鏡7、部分透過鏡8の反射率低下などの
消耗品の経時劣化が進んでくる。消耗品の劣化によるレ
ーザ出力の低下分を補うため、放電管に加える電流を増
大させた場合に、前記の理由によりレーザガス流量の少
ない放電管は逆にレーザ出力を低下させることとなって
いた。
【0012】このような原因によりレーザ出力の低下が
発生すると、金属切断においてその良好な切断が不可能
になるなど加工に悪影響を及ぼす。レーザ出力を安定し
て維持することは金属切断、溶接などの加工を行ううえ
において重要な要素であり、その出力の低下は加工品の
品質を低下させ不良を発生する原因となっていた。
【0013】ガスレーザ発振装置を使用するユーザから
はより長期間、安定した加工品質を維持したいという要
望があるが、従来のガスレーザ発振装置では上記の理由
から実現することが困難であった。
【0014】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので長期間、安定した加工品質を維持することが可能な
ガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のガスレー
ザ発振装置は、レーザガスを封入し共軸上に配置された
一対の放電管と、前記レーザガスを放電励起する電極を
有する電源と、この一対の放電管の互いに反対側の端部
に配置されてレーザ光を発生させる光共振器と、前記一
対の放電管にそれぞれ個別に接続されて各レーザガスを
それぞれ循環するための一対の配管経路と、この一対の
配管経路にそれぞれ設けられて前記レーザガスを循環さ
せる一対の送風機とを備え、前記一対の放電管および前
記一対の配管経路からなる一対の循環路間を連通するも
のであって、前記送風機の吸入側を連通する吸入側配管
と、前記送風機の排出側を連通する排出側配管とを有す
ることを特徴とするものである。
【0016】請求項1記載のガスレーザ発振装置によれ
ば、一対の循環経路の送風機の吸入側と排出側の差圧に
違いがなくなり、レーザガス流量が同等となるため、レ
ーザ出力を安定化でき、送風機の差圧が等しくない場合
の使用時間に対するレーザ出力の低下を抑制することが
可能となり、高品質の加工性能を長期間維持できるガス
レーザ発振装置を実現できる優れた効果を奏するもので
ある。
【0017】請求項2記載のガスレーザ発振装置は、請
求項1において、吸入側配管が、一対の放電管を連通す
るものである。
【0018】請求項2記載のガスレーザ発振装置によれ
ば、請求項1と同様な効果がある。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図1を参照しながらその動作を説明する。図3に示す
従来例と同じ構成の部分については説明を省略する。
【0020】図1において、図3との相違点として、本
発明では送風機1a、1bの排出部をレーザガス配管1
1fで接続する構成を有している。排出部同士を直接接
続しているため、両者のレーザガス圧力を同じにするこ
とが可能となっている。吸入部の圧力はもともと同じで
あるから、2台の送風機1a、1bの吸入、排出間の差
圧は等しくなるため送風機1a、1bの排出するレーザ
ガス流量が同等となる。各放電管2a〜2dのレーザガ
ス流が同じであるため、印加する高電圧、電流は全ての
放電管の負温度分布を崩さないしきい値レベルまで上げ
ることができ、効率よく安定したレーザ出力を取り出す
ことができる。
【0021】図2はガスレーザ発振装置の使用時間に対
するレーザ出力の変化を表したものである。例として出
力2kwのガスレーザ発振装置を取り上げている。曲線
Aは従来例、曲線Bは本発明の実施例である。図2から
分かるように、従来例曲線Aは1000時間を経過した
あたりからレーザ出力が低下し始めているが、本発明の
実施例曲線Aでは3000時間を経過してもレーザ出力
の低下はほとんど見られない。従来例ではレーザ出力の
低下が早いため短期間で加工品質の悪化を招いていた。
これに対し本発明例では使用時間に対するレーザ出力の
低下率を従来例より減少しているため、長期間にわたっ
て高品質の加工性能を維持することが可能となる。
【0022】なお、本発明において、送風機は各配転経
路について2台以上でもよく、また放電管および配管経
路からなる循環経路も2以上でもよい。
【0023】
【発明の効果】請求項1記載のガスレーザ発振装置によ
れば、一対の循環経路の送風機の吸入側と排出側の差圧
に違いがなくなり、レーザガス流量が同等となるため、
レーザ出力を安定化でき、送風機の差圧が等しくない場
合の使用時間に対するレーザ出力の低下を抑制すること
が可能となり、高品質の加工性能を長期間維持できるガ
スレーザ発振装置を実現できる優れた効果を奏するもの
である。
【0024】請求項2記載のガスレーザ発振装置によれ
ば、請求項1と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のガスレーザ発振装置の
構成図である。
【図2】ガスレーザ発振装置の使用時間とレーザ出力の
相関図である。
【図3】従来例のガスレーザ発振装置の構成図である。
【符号の説明】
1a 送風機 1b 送風機 2a 放電管 2b 放電管 2c 放電管 2d 放電管 3a 電極 3b 電極 3c 電極 3d 電極 4a 電極 4b 電極 4c 電極 4d 電極 5a 高電圧電源 5b 高電圧電源 5c 高電圧電源 5d 高電圧電源 6 放電空間 7 全反射鏡 8 部分反射鏡 9a 熱交換器 9b 熱交換器 9c 熱交換器 9d 熱交換器 10 レーザビーム 11a レーザガス配管 11b レーザガス配管 11c レーザガス配管 11d レーザガス配管 11e レーザガス配管 12a レーザガス 12b レーザガス 12c レーザガス 12d レーザガス 13 真空ポンプ 14 レーザガスボンベ 15 供給流量調整器 16 排出流量調整器 17 制御部 18 信号線 19 出力検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾松 英文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山本 敦樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F071 EE04 EE08 JJ05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザガスを封入し共軸上に配置された
    一対の放電管と、前記レーザガスを放電励起する電極を
    有する電源と、この一対の放電管の互いに反対側の端部
    に配置されてレーザ光を発生させる光共振器と、前記一
    対の放電管にそれぞれ個別に接続されて各レーザガスを
    それぞれ循環するための一対の配管経路と、この一対の
    配管経路にそれぞれ設けられて前記レーザガスを循環さ
    せる一対の送風機とを備え、前記一対の放電管および前
    記一対の配管経路からなる一対の循環路間を連通するも
    のであって、前記送風機の吸入側を連通する吸入側配管
    と、前記送風機の排出側を連通する排出側配管とを有す
    ることを特徴とするガスレーザ発振装置。
  2. 【請求項2】 吸入側配管は、一対の放電管を連通する
    ものである請求項1記載のガスレーザ発振装置。
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