JP2009224487A - ガスレーザ発振器のベーキング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーキング時に電気系統が損傷するのを防止する共に消費電力を低減する。
【解決手段】レーザガスを循環路（１３）に循環させる送風機（１４）と、循環路内のレーザガスを冷却する熱交換器（１２ａ、１２ｂ）とを具備するガスレーザ発振器（２）のベーキング方法において、ガスレーザ発振器の放電管（９）に電圧を印加せず、非放電状態で、熱交換器を冷却する冷却水の流量をガスレーザ発振器の放電運転時において熱交換器を冷却する冷却水の流量よりも低下させ、送風機の送風時に生じる送風熱のみによってガスレーザ発振器をベーキングする。さらに、循環路におけるレーザガスの温度を検出し、検出されたレーザガスの温度が所定の温度範囲内にあるように、熱交換器を冷却する冷却水の流量および／または送風機の送風量を調節してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスレーザ発振器のベーキング方法に関する。

ガスレーザ発振器の組立時または内部点検時などの発振器内部を大気に開放した後においては、発振器内部に水分および／または空気（以下、「水分等」と呼ぶ）が残留する場合がある。このような水分等が残留している場合には、ガスレーザ発振器の真空度が低下すると共にガスレーザの成分が変化するので、ガスレーザ発振器の発振効率が大幅に低下する。

通常、発振器内部を大気に開放した後においては、ガスレーザ発振器内部を加熱するベーキングを行い、それにより、発振器内部の水分等を除去している。従来技術のベーキング方法においては、ガスレーザ発振器の放電電極間で放電させ、放電により生じた熱によってガスレーザ発振器全体を加熱し、次いで放電管内のレーザガスを水分等と一緒に排出している。

特許文献１においては、放電により生じた熱を用いるベーキング時にガスレーザ発振器内に設けられた冷却手段の冷却能力を低下させることが開示されている。
特開平３−２６２１８１号公報

しかしながら、従来技術においては、放電により生じた熱をベーキングの熱源として使用している。従って、ベーキング時に放電電圧が上昇した場合または異常放電が生じた場合には、ガスレーザ発振器における電気系統、放電管、放電電極などが損傷する可能性がある。

また、放電により生じた熱を使用してベーキングを行う場合には、放電時に大量の電力が必要とされ、経済的でない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電気系統などが損傷するのを防止すると共に消費電力を低減することのできるガスレーザ発振器のベーキング方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、レーザガスを循環路に循環させる送風機と、前記循環路内のレーザガスを冷却する熱交換器とを具備するガスレーザ発振器のベーキング方法において、前記ガスレーザ発振器の放電管に電圧を印加せず、非放電状態で、前記熱交換器を冷却する冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記熱交換器を冷却する冷却水の流量よりも低下させ、前記送風機の送風時に生じる送風熱のみによって前記ガスレーザ発振器をベーキングするベーキング方法が提供される。

すなわち１番目の発明においては、放電管に電圧を印加しないので、異常放電などによりガスレーザ発振器の電気系統が損傷するのを防止できる。また、熱交換器を冷却する冷却水の流量を少なくしているので、循環路を循環するレーザガスの温度はそれほど低下しない。従って、放電を伴うことなしに、送風熱のみによって循環路を加熱してベーキングを行うことができる。さらに、放電を行っていないのでベーキング時における消費電力を低減することもできる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記循環路におけるレーザガスの温度を検出し、検出されたレーザガスの温度が所定の温度範囲内にあるように、前記熱交換器を冷却する冷却水の流量を調節するようにした。
すなわち２番目の発明においては、ガスレーザ発振器のベーキングを行いつつ、ガスレーザ発振器の部品が高温により損傷するのを避けられる。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記循環路におけるレーザガスの温度を検出し、検出されたレーザガスの温度が所定の温度範囲内にあるように、前記送風機の送風量を調節するようにした。
すなわち３番目の発明においては、ガスレーザ発振器のベーキングを行いつつ、ガスレーザ発振器の部品が高温により損傷するのを避けられる。

４番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記送風機を冷却する冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記送風機を冷却する冷却水の流量よりも低下させる。
すなわち４番目の発明においては、送風機の温度が上昇するので、ベーキング作用が促進され、ベーキング時間の短縮を図ることができる。

５番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記ガスレーザ発振器の前記放電管に設けられたミラー、放電電極、共振器機構部のうちの少なくとも一つを冷却する冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記ミラー、放電電極、共振器機構部のうちの前記少なくとも一つを冷却する冷却水の流量よりも低下させる。
すなわち５番目の発明においては、ミラー、放電電極、共振器機構部のうちの少なくとも一つの温度が上昇するので、ベーキング作用が促進され、ベーキング時間の短縮を図ることができる。

６番目の発明によれば、レーザガスを循環路に循環させる送風機を少なくとも備えるガスレーザ発振器のベーキング方法において、前記ガスレーザ発振器の放電管に電圧を印加せず、非放電状態で、前記ガスレーザ発振器に供給される冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記ガスレーザ発振器に供給される冷却水の流量よりも低下させ、前記送風機の送風時に生じる送風熱のみによって前記ガスレーザ発振器をベーキングするベーキング方法が提供される。

すなわち６番目の発明においては、放電管に電圧を印加しないので、異常放電などによりガスレーザ発振器の電気系統が損傷するのを防止できる。また、ガスレーザ発振器に供給される冷却水の流量を少なくしているので、循環路を循環するレーザガスの温度はそれほど低下しない。従って、放電を伴うことなしに、送風熱のみによって循環路を加熱してベーキングを行うことができる。さらに、放電を行っていないのでベーキング時における消費電力を低減することもできる。

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。
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。本発明におけるレーザ発振器２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。例えば、レーザ発振器２はその出力が１ｋＷ以上の軸流型炭酸ガスレーザ発振器である。

図示されるように、レーザ発振器２は、放電管９と、放電管９内のレーザガスを循環させる循環路１３とを含んでいる。これら放電管９および循環路１３には、図示しないレーザガス供給排出装置によってレーザガスが供給されている。また、レーザガス供給排出手段は、放電管９および循環路１３におけるレーザガスの圧力を調節することも可能である。

放電管９の一端には全反射ミラー６（共振器内部ミラー）が設けられており、放電管９の他端には部分透過性を有する部分反射ミラー８（出力鏡）が設けられている。全反射ミラー６の波長１０．６マイクロメートルの光に対する反射率は９９％以上である。また、部分反射ミラー８の反射率は５０％である。また、全反射ミラー６の背面にはレーザパワーセンサ５が配置されている。

全反射ミラー６および部分反射ミラー８の間に位置する放電管９は一対の放電電極７ａ、７ｂにより挟まれている。これら放電電極７ａ、７ｂは同一寸法であって、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。

図１に示されるように放電電極７ａ、７ｂはインピーダンス整合器１０を介してレーザ電源４、例えば２ＭＨｚの高周波電源に接続されている。レーザ電源４は、放電電極７ａ、７ｂに印加する電圧を調整する。図示されるように、放電管９、全反射ミラー６および部分反射ミラー８は共振器構造部１６ａ、１６ｂによって保持されている。

また、循環路１３には、レーザガスを循環させるターボブロワ１４が配置されている。循環路１３におけるレーザガスの流れに対してターボブロワ１４の上流および下流には、レーザガスを冷却する熱交換器１２ａ、１２ｂがそれぞれ配置されている。

レーザ発振器２の外部には、冷却水によってレーザ発振器２を冷却する冷却水循環システム２２が配置されている。冷却水循環システム２２から延びる主管２３は二つの配管２４、２５に分岐する。図示されるように、一方の配管２４は三つの分岐通路にさらに分岐し、これら分岐通路は熱交換器１２ａ、１２ｂおよびターボブロワ１４までそれぞれ延びている。従って、配管２４を通る冷却水は熱交換器１２ａ、１２ｂおよびターボブロワ１４を冷却する。

他方の配管２５は五つの分岐通路にさらに分岐し、これら分岐通路は全反射ミラー６、共振器構造部１６ａ、１６ｂ、放電電極７ａ、７ｂおよび部分反射ミラー８までそれぞれ延びている。従って、配管２５を通る冷却水は全反射ミラー６、共振器構造部１６ａ、１６ｂ、放電電極７ａ、７ｂおよび部分反射ミラー８を冷却できる。

図１から分かるように、これら配管２４、２５から分岐した分岐通路には、バルブ３０ａ〜３０ｈがそれぞれ設けられている。これらバルブ３０ａ〜３０ｈは電磁コイルまたはモータ等により開閉される。図示されるように、これらバルブ３０ａ〜３０ｈはインタフェースプリント回路基板１ａを介して制御部１に接続されている。

制御部１はレーザ発振器２全体の動作を制御するＣＮＣである。さらに、制御部１からの指令によってバルブ３０ａ〜３０ｈの開度が調節される。これにより、バルブ３０ａ〜３０ｈに関連づけられた部材、例えば熱交換器１２ａ等に供給される冷却水の流量Ｆが調節される。なお、バルブが全開と全閉との間においてのみ切替可能である場合には、全開と全閉とを断続的に切替えることにより、冷却水の流量Ｆが調節されるものとする。また、制御部１は、後述する閾値などの各種のデータを記憶する記憶部としての役目を果たす。

また、図示されるように、循環路１３内のレーザガスの温度を検出する温度センサ１１が循環路１３に設けられている。温度センサ１１により検出されたレーザガスの温度Ｔはインタフェースプリント回路基板１ａを介して制御部１に供給される。なお、図１においては、単一の温度センサ１１が示されているが、複数の温度センサがレーザ発振器２の各部品に配置されていて、それら部品の温度を検出するようにしてもよい。

図２は本発明に基づくレーザ発振器のベーキング動作を説明するためのフローチャートである。ベーキング動作は、立上げ時または内部点検時などにガスレーザ発振器内部を大気に開放したことによって水分等がガスレーザ発振器内部に残留しているときに行われる。以下、図２を参照しつつ、本発明のベーキング動作について説明する。

図２のステップ１０１においては、バルブ３０ａ、３０ｂを調節して、熱交換器１２ａ、１２ｂを冷却する冷却水の流量Ｆを流量Ｆ０よりも低下させる。流量Ｆ０は、レーザ発振器２が放電運転しているときに熱交換器１２ａ、１２ｂを冷却する冷却水の流量である。その結果、熱交換器１２ａ、１２ｂがそれほど冷却されなくなり、循環路１３を循環するレーザガスの温度はバルブ３０ａ、３０ｂの調節前よりも上昇するようになる。

次いで、ステップ１０２において、ターボブロワ１４から送風される空気の熱（送風熱）のみによって、レーザ発振器２の内部、特に循環路１３を加熱してベーキングを開始する。本発明においては、熱交換器１２ａ、１２ｂを冷却する冷却水の流量を予め小さくしているので、レーザガスはそれほど冷却されず、従って、ターボブロワ１４の送風熱のみによってベーキングを行うことが可能である。なお、ベーキング時には、ターボブロワ１４自体から発せられる熱をさらに利用してベーキングを行うようにしてもよい。

次いで、ステップ１０３においては、温度センサ１１によって循環路１３内におけるレーザガスの温度Ｄを検出する。そして、検出された温度Ｄが所定の閾値Ｄ１以下であるか否かが判定され（ステップ１０４）、次いで、温度Ｄが他の所定の閾値Ｄ２以上であるか否かが判定される（ステップ１０６）。なお、閾値Ｄ１、Ｄ２は正の数であり、閾値Ｄ１は閾値Ｄ２よりも大きいものとする。

ステップ１０４において、温度Ｄが閾値Ｄ１以下でないと判定された場合には、ステップ１０５に進む。ステップ１０５においては、熱交換器１２ａ、１２ｂを冷却するための冷却水の流量Ｆを所定の微量ΔＦだけ増加させる。あるいは、またはこのことと同時に、ターボブロワ１４の送風量Ｑを所定の微量ΔＱだけ減少させてもよい。その結果、レーザガスの温度Ｄは閾値Ｄ１を越えないようになり、従って、レーザ発振器２内の部品が過剰な温度（＞Ｄ１）によって破損するのを防止できる。次いで、ステップ１０３に戻って処理を繰返す。

一方、ステップ１０６において、温度Ｄが他の閾値Ｄ２以上でないと判定された場合には、ステップ１０７に進む。ステップ１０７においては、熱交換器１２ａ、１２ｂを冷却するための冷却水の流量Ｆを所定の微量ΔＦだけ減少させる。あるいは、またはこのことと同時に、ターボブロワ１４の送風量Ｑを所定の微量ΔＱだけ増加させてもよい。その結果、レーザガスの温度Ｄは閾値Ｄ２を越えるようになり、従って、ベーキングするのに必要な温度（＞Ｄ２）を確保することが可能となる。次いで、ステップ１０３に戻って処理を繰返す。

このようにステップ１０３〜ステップ１０７を繰返すことによって、レーザガスの温度Ｄは所定の温度範囲（Ｄ２≦Ｄ≦Ｄ１）内に維持されるようになる。従って、本発明においては、レーザ発振器２内の部品が破損するのを防止しつつ、ベーキングを行うことが可能となる。

次いで、ステップ１０８において、ベーキングを開始してからの経過時間Ｔが計測される。そして、ステップ１０９において経過時間Ｔが所定の閾値よりも大きいと判定された場合には、ステップ１１０に進み、そうでない場合には、ステップ１０９に戻って処理を繰返す。

最終的に、ステップ１１０においては、図示しないレーザガス供給排出装置によって循環路１３内のレーザガスを全て排出する。その後、放電管１３内に新規のレーザガスを充填し、処理を終了する。

通常は、レーザ発振器２の立上げ時には放電電圧が上昇したりまたは異常放電が生じてレーザ発振器２の電気系統、放電管９および放電電極７ａ、７ｂを損傷させる可能性がある。しかしながら、本発明においては、ベーキングの際、放電管９に電圧を印加しない。従って、本発明においては、ベーキング時に異常放電などは発生せず、従って、ガスレーザ発振器２の電気系統などが損傷することもない。さらに、本発明においては、放電管９を放電させないのでベーキング時における消費電力を低減することも可能である。

また、ステップ１０１において熱交換器１２ａ、１２ｂに対応するバルブ３０ａ、３０ｂを調節するの代わりに、またはバルブ３０ａ、３０ｂを調節するのと一緒に、ターボブロワ１４に対応するバルブ３０ｃを調節してもよい。この場合には、ターボブロワ１４を冷却する冷却水の流量が低下し、ターボブロワ１４がそれほど冷却されないようになる。従って、ステップ１０２においてベーキングを行うときに、ベーキング作用が促進され、ベーキング時間の短縮を図ることが可能となる。

あるいは、ステップ１０１において、全反射ミラー６、部分反射ミラー８、放電電極７ａ、７ｂ、共振器構造部１６ａ、１６ｂのうちの少なくとも一つ（以下、「全反射ミラー６等」と呼ぶ）に対応するバルブ３０ｄ〜３０ｈを調節してもよい。この場合には、全反射ミラー６等を冷却する冷却水の流量が低下し、全反射ミラー６等がそれほど冷却されないようになる。従って、ベーキング作用が同様に促進され、ベーキング時間の短縮をさらに図ることが可能となる。

なお、図１におけるバルブの位置を例えば主管２３の分岐点または配管２４、２５に変更し、単一のバルブの開度を変更することにより、複数の場所に供給される冷却水の流量を一度に変更するようにしてもよい。また、図１においては、レーザガスの温度Ｄを検出しているが、他の温度センサ（図示しない）によってガスレーザ発振器２の他の部位における温度を検出してもよい。この場合には、他の部位における温度に基づいて、レーザ発振器２内の部品が破損するのを防止しつつ、ベーキングを行うことが可能となる。

あるいは、ステップ１０１において、バルブ３０ａ〜３０ｈを調節することなしに、冷却水循環システム２２から供給される冷却水の流量を調節してもよい。この場合には、熱交換器１２ａ、１２ｂ、ターボブロワ１４および全反射ミラー６等を冷却する冷却水の流量が、放電運転時の冷却水の流量よりも少なくされる。

このような場合においても、熱交換器１２ａ、１２ｂ、ターボブロワ１４および全反射ミラー６等はそれほど冷却されないようになる。従って、放電を伴うことなしに、ターボブロワ１４の送風量のみによってベーキングを行うことが可能である。それゆえ、異常放電などによりレーザ発振器２の電気系統が損傷するのを防止すると共にベーキング時における消費電力を低減することが可能となる。

ところで、図３は本発明に基づく他のガスレーザ発振器の概略図である。図３におけるレーザ発振器２は、三軸直交型ガスレーザ発振器である。図３に示されるように、レーザ発振器２内には、レーザガスにより満たされていて温度センサ１１が配置されたレーザガス容器３１が配置されている。さらに、レーザガス容器３１内には、一対の放電電極７ａ、７ｂ、熱交換器１２およびターボブロワ１４がレーザガス容器３１内においてレーザガスの循環路を形成するように配置されている。

また、冷却水循環システム２２の主管２３から分岐した一つの配管２４はターボブロワ１４まで延びており、他の配管２５は熱交換器１２まで延びている。さらに、図示されるように、これら配管２４、２５にはそれぞれバルブ３０〜３０ｈと同様な構成のバルブ３０ｉ、３０ｊが設けられている。なお、既に説明した部材については、重複を避けるために再度の説明を省略する。

このような構成のレーザ発振器２においても、放電電極７ａ、７ｂに電圧を印加せず、バルブ３０ｉ、３０ｊのうちの少なくとも一方を調節して熱交換器１２および／またはターボブロワ１４が冷却され難いようにする。この状態で、放電を伴うことなしに、ターボブロワ１４の送風熱のみによってベーキングを行い、それにより、前述したのと同様な効果を得ることができるのは明らかであろう。つまり、図２に示されるベーキング動作を図３に示されるレーザ発振器２に適用することが可能である。

また、図３に示されるレーザ発振器２においても、バルブ３０ｉ、３０ｊを調節することなしに、冷却水循環システム２２からの冷却水の流量を放電運転時よりも低下させるようにしてもよい。そのような場合であっても、前述したのと同様な効果が得られることは当業者であれば、明らかであろう。

本発明に基づくガスレーザ発振器の概略図である。 本発明に基づくレーザ発振器のベーキング動作を説明するためのフローチャートである。 本発明に基づく他のガスレーザ発振器の概略図である。

符号の説明

１ 制御部
１ａ インタフェースプリント回路基板
２ レーザ発振器
４ レーザ電源
５ レーザパワーセンサ
６ 全反射ミラー
７ａ、７ｂ 放電電極
８ 部分反射ミラー
９ 放電管
１０ インピーダンス整合器
１１ 温度センサ
１２、１２ａ、１２ｂ 熱交換器
１３ 循環路
１４ ターボブロワ（送風機）
１６ａ、１６ｂ 共振器構造部
２２ 冷却水循環システム
２３ 主管
２４、２５ 配管
３０ａ〜３０ｊ バルブ
３１ レーザガス容器

Claims (6)

1. レーザガスを循環路に循環させる送風機と、前記循環路内のレーザガスを冷却する熱交換器とを具備するガスレーザ発振器のベーキング方法において、
   前記熱交換器を冷却する冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記熱交換器を冷却する冷却水の流量よりも低下させ、
   前記送風機の送風時に生じる送風熱のみによって前記ガスレーザ発振器をベーキングするベーキング方法。
2. さらに、前記循環路におけるレーザガスの温度を検出し、
   検出されたレーザガスの温度が所定の温度範囲内にあるように、前記熱交換器を冷却する冷却水の流量を調節するようにした、請求項１に記載のベーキング方法。
3. さらに、前記循環路におけるレーザガスの温度を検出し、
   検出されたレーザガスの温度が所定の温度範囲内にあるように、前記送風機の送風量を調節するようにした、請求項１に記載のベーキング方法。
4. さらに、前記送風機を冷却する冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記送風機を冷却する冷却水の流量よりも低下させる、請求項１に記載のベーキング方法。
5. さらに、前記ガスレーザ発振器の前記放電管に設けられたミラー、放電電極、共振器機構部のうちの少なくとも一つを冷却する冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記ミラー、放電電極、共振器機構部のうちの前記少なくとも一つを冷却する冷却水の流量よりも低下させる、請求項１に記載のベーキング方法。
6. レーザガスを循環路に循環させる送風機を少なくとも備えるガスレーザ発振器のベーキング方法において、
   前記ガスレーザ発振器に供給される冷却水の流量を前記ガスレーザ発振器の放電運転時において前記ガスレーザ発振器に供給される冷却水の流量よりも低下させ、
   前記送風機の送風時に生じる送風熱のみによって前記ガスレーザ発振器をベーキングするベーキング方法。

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