JP2010212564A - ガスレーザ発振装置とガスレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的にガスレーザ発振装置を構成する部品の共用化と最適化を実現することにより、無駄な過剰設計の省略、個別最適によるマスメリット減少の防止の両立を実現し、安価な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】内部でレーザガス４を放電する放電管５と、放電管５へレーザガス４を送風する送風手段となる送風機１と、レーザガス４を冷却するための熱交換器２ａ，２ｂと、放電管５と送風手段となる送風機１と熱交換器２ａ，２ｂを接続する配管３を備え、熱交換器２ａ，２ｂを迂回するバイパス１５ａ，１５ｂを設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明はガスレーザ発振装置とガスレーザ加工機に関するものである。

近年、ガスレーザ発振装置ならびにガスレーザ加工機は、レーザ光の品質が良いことから、金属材料や樹脂、木材などの非金属材料にいたるまで、切断、溶接・溶着、スクライビングといった広範囲に渡る加工に応用されてきている。

特にガス溶断、プラズマ切断、金属バイトによる切断加工、型を用いた抜き加工などと比較し、ガスレーザ加工は高精度、高品質、金型不要など、多くの長所を備えており、幅広い業界に導入されつつある。

そのような中で、より幅広い産業分野への導入、多岐に渡る業種、材料へのガスレーザ加工の適用が渇望されている。

ガスレーザ加工は、ガス溶断、プラズマ切断などに関して品質、性能的には凌駕していたが、他の工法と比較し装置自身が高額であるという点が課題であった。ガスレーザ加工の普及のためには、ガスレーザ発振装置のイニシャル、ランニング双方の低コスト化が望まれていた。

このような従来のレーザ発振装置は、レーザガスを通過させるための配管の一部分を並列とする構成を有してはいたものの、その目的はレーザガス内部に存在する不純物を除去することであり、並列の配管それぞれに種類の異なるトラップが設けられていた（例えば特許文献１参照）。

図１６は従来のガスレーザ発振装置を示す構成図で、この図に示したガスレーザ発振装置は、送風機１０１、熱交換器１０２ａ，１０２ｂ、配管１０３、配管１０３内部を循環するレーザガス１０４、放電管１０５、放電管１０５に設けた電極１０６、電極１０６に接続した電源１０７、部分透過鏡１０８、全反射鏡１０９、レーザガス１０４の供給器１１０、供給器１１０から配管１０３内へ流入するレーザガス１０４の調整装置１１１、レーザガス１０４の排出装置１１２、配管１０３内部の圧力検出装置１１３、制御部１１４を備えている。

図に示すとおり、送風機１０１から出てきたレーザガス１０４は、圧縮され高温となっているため、熱交換器１０２ａにより冷却される。熱交換器１０２ｂ通過後、レーザガス１０４は配管１０３で接続されている放電管１０５に流入する。放電管１０５には電極１０６を介して電源１０７が接続されており、電源１０７により放電管１０５内を通過するレーザガス１０４に高電圧が印加され放電が発生する。放電の電気エネルギーによりレーザガス１０４が励起され反転分布となり光を発し、部分透過鏡１０８と全反射鏡１０９の間を光が往復することによりレーザ発振状態となる。発生したレーザ光の一部は部分透過鏡１０８から外部へと取り出され、レーザ加工に用いられる。

放電管１０５で放電エネルギーにより高温となったレーザガス１０４は熱交換器１０２ｂにより冷却され、送風機１０１に戻る。レーザガス１０４は配管１０３内部を循環するうちに、放電エネルギーや電極１０６の磨耗粉などにより劣化する。そのためレーザガス１０４は、その一部が排出装置１１２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１０４と同量の新しいレーザガス１０４を供給器１１０から調整装置１１１を通して配管１０３内部へ供給し、配管１０３内部の圧力が一定となるように圧力検出装置１１３により、制御部１１４を介して調整装置１１１を制御している。
特開平６‐２８３７８１号公報（図１）

しかし、図１６に示す従来のガスレーザ発振装置では、熱交換器１０２ａ，ｂは同じ種類のものを使用していた。この熱交換器に要求される冷却能力は使用される箇所により異なり、送風機１０１の圧縮熱によるレーザガス１０４の温度上昇と、放電管１０５内部での電気エネルギーによる温度上昇では値が異なるので、本来であれば熱交換器ごとに必要最低限の冷却能力を個別に設計することが望ましいが、その場合では熱交換器を多種類、そろえる必要がある。

そして熱交換器の種類が増えると、部品の共通共用化が妨げられることとなっていた。この場合、部品が共用化されていないためマスメリットが出にくく、結果として熱交換器自身のコストが高くついていた。またメンテナンスなどの面においても、部品点数が増えることにより維持管理工数が増加し、メンテナンス費用などのランニングコストも増大する。そのため実際には、各場所で使用される熱交換器は共用化されており、その性能はもっとも冷却能力を必要とされる場所に応じて設計されることとなっていた。

しかし、このような設計では、場所によっては熱交換器の能力が過剰設計となる部分も存在し、必要機能の最適化という観点から見た場合には効率が悪くなっていた。このように部品共用化と各構成部品の最適化という２つの要素を考慮しているものの、部品共用化を比較的優先して従来のガスレーザ発振装置は設計されていた。

また、熱交換器の熱交換能力を向上させるためには、レーザガスと熱交換器内部の接触面積を増加させることが必要であるが、その場合、接触面積の増加はレーザガスの循環系の圧力損失の増加をもたらす。圧力損失の増加による影響は、レーザガスの流量を低下させ、結果としてレーザ出力が減少するという課題も引き起こしていた。このように従来のガスレーザ発振装置は、部品共用化と各構成部品最適化を考慮しながら設計するものの、レーザガスの冷却と流量増加という２つの要素を、最適化された状態での両立が困難であり、結局、いくつか存在する必要機能を満たすことができる最も厳しい部分に合わせて設計することとなり、結果として過剰設計となる部分が多く存在していた。そして、それら過剰設計がコスト高となって装置に反映されることとなっていた。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、より低コスト化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。

上記課題を解決するために本発明は、内部でレーザガスを放電する放電管と、前記放電管へ前記レーザガスを送風する送風手段と、前記レーザガスを冷却するための熱交換器と、前記放電管と前記送風手段と前記熱交換器を接続する配管を備え、前記熱交換器を迂回するバイパスを設け、前記バイパスに流量調整手段を設けたものである。

そしてこのように、レーザガスを流量調整手段で必要な分のみ熱交換器を通過させ、それ以外のレーザガスをバイパスする構成としているため、熱交換器での圧力損失の発生を低減でき、レーザガスの流量を増加できるため、レーザ出力の増大を効率よく図ることができ、ガスレーザ発振装置を構成する部品の共用化と最適化の両立を実現することができる。

以上のように、本発明は、効率的にガスレーザ発振装置を構成する部品の共用化と最適化の両立を実現することにより、無駄な過剰設計の省略、個別最適によるマスメリット減少の防止を同時に実現でき、ガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機を低コスト化することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態１のガスレーザ発振装置の構成図で、図に示す実施の形態１のガスレーザ発振装置は、送風機１、熱交換器２ａ，２ｂ、配管３、レーザガス４、放電管５、電極６、電源７、部分透過鏡８、全反射鏡９、レーザガス４の供給器１０、供給器１０から配管３へ流入するレーザガス４の流量の調整装置１１、レーザガス４の排出装置１２、配管３内部の圧力検出装置１３、制御部１４、熱交換器２ａ，２ｂと並列に配管されたバイパス１５ａ，１５ｂを備えている。

図に示すとおり、電源７と電極６により形成される放電空間にレーザガス４を循環供給させる送風機１から出てきたレーザガス４は、圧縮され高温となっているため、熱交換器２ａにより冷却される。熱交換器２ａ通過後、レーザガス４は配管３で接続されている放電管５に流入する。しかし、その際、レーザガス４の全てが熱交換器２ａを通過して冷却されるのではなく、一部はバイパス１５ａにより熱交換器２ａを通らずに放電管５に流れる。

放電管５には電極６を介して電源７が接続されており、電源７により放電管５内を通過するレーザガス４に高電圧が印加され放電が発生する。放電の電気エネルギーによりレーザガス４が励起され反転分布となり光を発し、部分透過鏡８と全反射鏡９の間を光が往復することによりレーザ発振状態となる。発生したレーザ光の一部は部分透過鏡８から外部へと取り出され、レーザ加工に用いられる。

放電管５で放電エネルギーにより高温となったレーザガス４は熱交換器２ｂにより冷却され、送風機１に戻る。しかし、この場合においても、レーザガス４の全てが熱交換器２ｂを通過して冷却されるのではなく、一部はバイパス１５ｂにより熱交換器２ｂを通らずに送風機１に戻る。

レーザガス４は配管３内部を循環するうちに、放電エネルギーや電極６の磨耗粉などにより劣化する。そのためレーザガス４は、その一部が排出装置１２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４と同量の新しいレーザガス４を供給器１０から調整装置１１を通して配管３内部へ供給し、配管３内部の圧力が一定となるように圧力検出装置１３により、制御部１４を介して調整装置１１を制御している。

このように本実施の形態１は、内部でレーザガス４を放電する放電管５と、放電管５へレーザガス４を送風する送風手段となる送風機１と、レーザガス４を冷却するための熱交換器２ａ，２ｂと、放電管５と送風手段となる送風機１と熱交換器２ａ，２ｂを接続する配管３を備え、熱交換器２ａ，２ｂを迂回するバイパス１５ａ，１５ｂを設けたものである。

さて、従来のガスレーザ発振装置では、熱交換器２ａ，２ｂをレーザガス４が通過する際に圧力損失が発生し、その損失によりレーザガス４の流量が低下してレーザ出力の減少が発生する場合があった。通常、放電管５内部を通過するレーザガス４の温度があるしきい値を超えると、反転分布状態が崩れレーザ発振を維持できなくなる。そのため熱交換器２ａ，２ｂによりレーザガス４を冷却しているが、レーザガス４の温度はしきい値を超えない範囲に設定すればよく、冷却しすぎても得られる効果は少なかった。むしろ熱交換器２ａ，２ｂによる必要以上の冷却は、前述のようなレーザガス４の圧力損失を引き起こし、逆にレーザ出力を低下させることになっていた。

これに対して本発明の実施の形態１では、熱交換器２ａ，２ｂに並列に配管されたバイパス１５により、レーザガス４の一部を熱交換器２ａ，２ｂを通過させずバイパスする構成としているため、圧力損失の発生を低減でき、レーザガス４の流量が増加するため、レーザ出力の増大を効率よく図ることができる。

なお、レーザガス４の一部は熱交換器２ａ，２ｂを通過しないため、レーザガス４全体としてみた場合には温度が上がることになるが、反転分布を維持可能な範囲内であれば問題ない。

このように構成することで、レーザガス４の冷却と流量増加という、レーザ出力維持に必要な２つの要素を最適化された状態で両立することが可能となる。

そして、バイパス１５ａ，１５ｂは、その断面積を個別に任意に設計することができ、必要に応じて熱交換器ごとに、バイパスを通過するレーザガス４の流量を調整できるため、よりきめ細かな最適化を実現することができる。

このように、上記構成により、従来と同じ出力のガスレーザ発振装置を実現する場合において、熱交換器２ａ，２ｂの無駄な過剰設計を省略可能であり、また熱交換器２ａ，２ｂの共用化のマスメリットを得ることができ、その結果ガスレーザ発振装置を低コストに実現することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図２を用いて説明する。

なお、本実施の形態２において実施の形態１と同様な構成については図１と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態２の特徴とする点は、バイパス１５ａ，１５ｂの途中に流量調整手段１６を設けたことである。

実施の形態１では、バイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量は、バイパス１５ａ，１５ｂの断面積で決定していた。そのため一度、構成したあとではバイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４流量を調節することは困難であった。

これに対して、本実施の形態２では、バイパス１５ａ，１５ｂの途中に流量調整手段１６を設けることにより、ガスレーザ発振装置運転中においてもバイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量を調整することが可能となる。

そのためガスレーザ発振装置の運転状態に合わせた細かな流量調整ができ、レーザガス４の冷却と流量増加という２つの要素を、より最適化された状態で実現できる。

図３は、ガスレーザ発振装置の放電管５に注入される電気入力と、入力から実際にレーザ光として取り出すことができる割合を表すレーザ発振効率の相関図である。

図に示すように、通常、電気入力が小さい領域では発振効率が低い。つまり無駄な電気入力が必要になり、ランニングコストの増加をもたらしている。しかし、この場合、電気入力は少ないのでレーザガス４の温度は低い。このような場合において、本実施の形態２のように、バイパス１５ａ，１５ｂ途中に設けた流量調整手段１６により、例えば電気入力が小さい領域ではバイパス１５ａ，１５ｂを通過する流量を増加させることにより、配管３全体を流れるレーザガス４の流量を増加させ、発振効率を向上させることが可能であり、その結果、ランニングコストを低減できる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図３を用いて説明する。

なお、本実施の形態３において実施の形態１、２と同様な構成については図１、２と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態３の特徴とする点は、配管３の途中にレーザガス４の温度を検出する温度検出装置１７を設けたことである。

温度検出装置１７により、レーザガス４の温度が上昇した場合には、流量調整手段１６によりバイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４流量を減少させ、温度を下げるように作用させる。

逆にレーザガス４の温度が減少した場合には、流量調整手段１６によりバイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４流量を増加させ、配管３内部全体を流れる流量を増加するよう作用させる。

このように上述した実施の形態２で述べたバイパス１５途中の流量調整手段１６を温度検出装置１７の検出結果によって制御することにより、より最適化された運転状態のガスレーザ発振装置を実現でき、ランニングコストを低減することが可能となる。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図５を用いて説明する。

なお、本実施の形態４において実施の形態１から３と同様な構成については図１から４と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態４の特徴とする点は、放電管５から配管３へのレーザガス４の流出部分に温度検出装置１７を設けたことである。

実施の形態３で述べたようにレーザガス４の温度を温度検出装置１７で検出することにより、ガスレーザ発振装置の運転状態を最適化することが可能となったが、本実施の形態４のように温度検出装置１７の位置を、放電管５の流出部分に設けることで、より運転状態の最適化精度を高めることができる。

すなわち、レーザガス４の温度でもっとも高温となる部分は、放電管５内部の下流であり、その部分の温度が発振状態に必要なしきい値を超えないようにする必要がある。そのため放電管５の流出部分のレーザガス温度を監視することにより、より限界に近い状態での運転を行うことができ、ランニングコストを一層、低減することが可能となる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について、図６を用いて説明する。

なお、本実施の形態５において実施の形態１から４と同様な構成については図１から５と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態５の特徴とする点は、流量調整手段１６、１８をバイパス１５および熱交換器２ａ，２ｂと接続した配管３の部分の双方に配置した、すなわち、流量調整手段１８を熱交換器と接続した配管に追加して配置したことである。

上述した実施の形態２ではバイパス１５側にしか流量調整手段１６が設けられていなかった。この場合だと流量調整手段１６を全開にした場合においても、バイパス１５側を流れるレーザガス４の流量はバイパス１５と熱交換器２ａ，２ｂの配管抵抗の比率によって流量が決まるので、流量の調整範囲には制限があった。しかし本実施の形態５のように、バイパス１５の分岐後の熱交換器２ａ，２ｂ通過側の配管３に流量調整手段１８を設けることにより、バイパス１５側と熱交換器２ａ，２ｂ側を流れるレーザガス４の比率の調整範囲を拡大することが可能となり、よりガスレーザ発振装置の運転状態を最適化することができる。

（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６について、図７を用いて説明する。

なお、本実施の形態６において実施の形態１から５と同様な構成については図１から６と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態６の特徴とする点は、バイパス１５ａ、１５ｂに、レーザガス４に含まれている不純物を除去する不純物除去装置１９を設けたことである。

ガスレーザ運転状態最適化のため、レーザガス４がバイパス１５ａ、１５ｂ側を流れた場合において、不純物除去装置１９を通過させることにより、レーザガス４内部に存在する不純物を除去することが可能となる。

ガスレーザ発振装置は、運転中の電極６の磨耗粉や、供給器１０内に存在する不純物、メンテナンス時に配管３を開放することにより混入する周囲の塵埃などにより、レーザガス４内に不純物を包含している。これら不純物は、運転中にその一部が部分透過鏡８、全反射鏡９表面に付着し、反射率の低下によりレーザ出力の減少を引き起こしていた。本実施の形態６のようにバイパス１５ａ、１５ｂの途中に不純物除去装置１９を設けることにより、これら不純物を捕集し上記レーザ出力の減少を防止することが可能となる。

なお、不純物除去装置１９をレーザガス４が流れる主部分である熱交換器２ａ，２ｂ側に配置した場合、不純物除去装置１９で発生する圧力損失が大きくレーザガス４の流量に与える影響が大きかったが、本実施の形態６のようにバイパス１５ａ、１５ｂ側に不純物除去装置１９を設けることにより、圧力損失の発生を最小限に抑えることができる。

（実施の形態７）
以下、本発明の実施の形態７について、図８を用いて説明する。

本実施の形態７は、実施の形態６で説明した不純物除去装置１９として、メッシュ状のフィルタを用いるものである。

これにより、メッシュの開口径以上の不純物は通過できず、この部分にてレーザガス４中の不純物を捕集できる。

なお、このメッシュ自体は、たとえば金属製の網などを利用することができ、そのような網は広く流通しているため、安価なコストで調達することができる。

（実施の形態８）
以下、本発明の実施の形態８について、図９を用いて説明する。

本実施の形態８は、実施の形態７のメッシュ状フィルタの開口径を１５０ミクロン以下とするものである。

図１０は部分透過鏡８表面に付着した不純物の直径と、付着後２４時間後のレーザ出力低下率の相関を表したものである。この結果より、不純物の直径が１５０ミクロンを越えるとレーザ出力が低下することが判る。これは部分透過鏡８の表面に損傷が発生し、反射率が低下するためである。不純物の直径１５０ミクロンが、部分透過鏡８の損傷しきい値であるため、不純物捕集用メッシュ状フィルタの開口径を１５０ミクロン以下とすることで、これら不純物を採取しレーザ出力の低下を防止できる。

（実施の形態９）
以下、本発明の実施の形態９について説明する。

本実施の形態９は、実施の形態６、７のメッシュ状フィルタの材質をステンレスとするものである。

メッシュ状フィルタはレーザガス４と接する箇所であるため、化学的に安定した材質を選定する必要がある。ステンレスであれば耐食性があり、また一般に広く普及しているため安価なコストで調達することが可能となる。

（実施の形態１０）
以下、本発明の実施の形態１０について、図１１を用いて説明する。

本実施の形態１０は、実施の形態６の不純物除去装置１９として、小部屋と前記小部屋に接続した管路からなるトラップ構造を用いたものであり、具体的には、小部屋となるポケット型のトラップ２０と、このトラップ２０とバイパス１５とを接続する管路２０ａからなる。

実施の形態７のようなフィルタ式とする方法も不純物を捕集する上で有効であるが、フィルタ方式の場合、フィルタが目詰まりしてくるため定期的な交換が必要になる。本実施の形態１０のようなトラップ方式の場合は、レーザガス４の流れを利用して不純物を１箇所に集める構成としているため、フィルタのような目詰まりによる定期交換が不要になる。トラップ式でも定期的に集められた不純物を廃棄することが必要であるがトラップ自身は再利用可能であり、フィルタのような部品交換が不要のため、ランニングコストを低減できる。

トラップ方式としては前記ポケット型のトラップ２０のほかに、遠心分離を利用したサイクロン型なども有効である。

（実施の形態１１）
以下、本発明の実施の形態１１について説明する。

本実施の形態１１は、実施の形態６において、通常運転時以外の場合は、熱交換器２ａ，２ｂと接続した配管３の部分に配置した流量調整手段１８を全閉とし、レーザガス４の全流量が不純物除去装置１９を通過するようにしたものである。

実施の形態６の構成を有するガスレーザ発振装置において、バイパス１５ａ，１５ｂ側および熱交換器２ａ，２ｂ側の双方に流量調整手段１６、１８を設けることにより、レーザガス４全てがバイパス１５ａ，１５ｂ側へ流すことが可能となった。このとき、さらに実施の形態６記載の不純物除去装置１９をバイパス１５ａ，１５ｂに設けることにより、レーザガス４の全量が不純物除去装置１９を通過することになる。

なお、この場合は、レーザガス４が熱交換器２を通過せず冷却されないため、レーザ通常運転時ではこのような運転は実施できないが、たとえば数百時間おきにメンテナンスとして定期的にこのような動作を行うことにより、配管３内部に残留している不純物を効率よく不純物除去装置１９で捕集でき、部分透過鏡８や全反射鏡９の表面をクリーニングする期間を延長することができる。

（実施の形態１２）
以下、本発明の実施の形態１２について、図１２を用いて説明する。

なお、本実施の形態１２において実施の形態１から１１と同様な構成については図１から１１と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態１２の特徴とする点は、放電管５に設けた電極６に接続した電源７と、電源７を制御する放電制御部２７を設け、放電制御部２７が電源７に放電を開始するレーザ出力指令信号により、バイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量調整を流量調整手段１６で行うことである。

この放電制御部２７と流量調整手段１６は流量調整信号線２１で接続している。

図３にあるように電気入力が少ない領域では発振効率が低下するため、バイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量を増加させることが効果的であった。通常、電気入力はレーザ出力指令信号にある程度比例している。そのため、レーザ出力信号を発する放電制御部２７により、レーザ出力信号に応じて流量調整手段１６を制御し、バイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量を増減することで、より効果的にレーザ運転状態を最適化できる。

（実施の形態１３）
以下、本発明の実施の形態１３について、図１３を用いて説明する。

なお、本実施の形態１３において実施の形態１から１２と同様な構成については図１から１２と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態１３の特徴とする点は、放電管５の内部で発生する放電の電流信号により、バイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量調整を流量調整手段１６で行うことである。

具体的には、電極６、電源７間の配線途中に放電電流検出装置２２を設けて、放電管５の内部で発生する放電の電流信号を検出する。

上述した実施の形態２では流量調整手段１６によりバイパス１５を通過するレーザガス４の流量を変化させることが可能となり、特に図３にあるように電気入力が少ない領域では発振効率が低下するため、バイパス１５ａ，１５ｂを通過するレーザガス４の流量を増加させることが効果的であった。また、実施の形態１２では流量調整手段１６をレーザ出力信号によって制御していた。しかし厳密には、レーザガス４の状態や部分透過鏡８、全反射鏡９表面状態などにより、レーザ出力が同一でもレーザ出力指令信号が異なる場合が存在した。一方、電気入力自体は放電管５内を流れる放電電流に比例しているため、本実施の形態１３のように放電電流検出装置２２により検出された放電電流に応じて流量調整手段１６を制御し、バイパス１５を通過するレーザガス４流量を増減することで、より効果的にレーザ運転状態を最適化できる。

（実施の形態１４）
以下、本発明の実施の形態１４について、図１４を用いて説明する。

なお、本実施の形態１４において実施の形態１から１３と同様な構成については図１から１３と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態１４の特徴とする点は、送風機１の入口側と放電管５との間に配置した熱交換器２ｂと、送風機１の出口側と放電管５との間に配置した熱交換器２ａのうち、送風機１の出口側と放電管５との間に配置した熱交換器２ａにのみにバイパス１５ａを配置したことである。

レーザガス４の反転分布維持可能な温度しきい値を必要としているのは放電管５下流側においてであり、温度維持のためには放電管５に流入してくるレーザガス温度を制御すればよい。つまりレーザガス４の流量と温度という２つの要素の両立を最も必要としているのが、放電管５の流入部になる。

そのため本実施の形態１４では、バイパス１５ａを送風機１の出口側と放電管５との間に配置した熱交換器２ａにのみ設けた構成とすることで、構成を簡素化できるので、安価なガスレーザ発振装置を実現することができる。

（実施の形態１５）
以下、本発明の実施の形態１５について説明する。

本実施の形態１５の特徴とする点は、送風機１と放電管５の間に熱交換器を複数設け、送風機１の出口側かつ放電管５の最も近くに設けられている熱交換器のみにバイパス１５ａを配置したことである。

すなわち、実施の形態１４において、バイパス１５ａを送風機１出口側と放電管５との間に配置した熱交換器２ａにのみ設けた構成としていたが、レーザガス４温度を制御するのに最も必要としているのが放電管５の流入部であるためである。この熱交換器が送風機１から放電管５までの間に複数個、直列に存在する場合には、最も放電管５に近い熱交換器のみにバイパス１５を設ける構成により、安価なガスレーザ発振装置を実現できる。

（実施の形態１６）
以下、本発明の実施の形態１６について、図１５を用いて説明する。

図１５は本発明の実施の形態１６のガスレーザ加工機の構成を説明する図で、上述した実施の形態１から１５の何れかのレーザ発振装置２３と、レーザ発振装置２３からのレーザ光２８を被加工物２６へ集光する集光手段２５とを有するもので、このレーザ光２８の光路には、レーザ光２８の進行方向を変更する全反射鏡２４を配置して、レーザ光２８を集光手段２５と被加工物２６に導くように構成している。

ガスレーザ発振装置２３から出たレーザ光２８は全反射鏡２４により集光手段２５に導かれる。集光手段２５により集光されたレーザ光は被加工物２６に照射され、切断、溶接などが行われる。

本発明のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、低コスト化することができるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機として有用である。

本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態２におけるガスレーザ発振装置の構成図 放電管５への電気入力とレーザ発振効率の相関図 本発明の実施の形態３におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態４におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態５におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態６におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態７における不純物除去装置１９の詳細図 本発明の実施の形態８における不純物除去装置として用いるメッシュフィルタの詳細図 部分透過鏡８表面の付着不純物直径と付着後２４時間後のレーザ出力低下率の相関図 本発明の実施の形態１０におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態１２におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態１３におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態１４におけるガスレーザ発振装置の構成図 本発明の実施の形態１６におけるガスレーザ加工機の構成図 従来のガスレーザ発振装置の構成図

１ 送風機
２ 熱交換器
３ 配管
４ レーザガス
５ 放電管
６ 電極
７ 電源
８ 部分透過鏡
９ 全反射鏡
１０ 供給器
１１ 調整装置
１２ 排出装置
１３ 圧力検出装置
１４ 制御部
１５ バイパス
１６ 流量調整手段
１７ 温度検出装置
１８ 流量調整手段
１９ 不純物除去装置
２０ ポケット型トラップ
２１ 流量調整信号線
２２ 放電電流検出装置
２３ ガスレーザ発振装置
２４ 全反射鏡
２５ 集光手段
２６ 被加工物
２７ 放電制御部
２８ レーザ光

Claims (15)

1. 内部でレーザガスを放電する放電管と、前記放電管へ前記レーザガスを送風する送風手段と、前記レーザガスを冷却するための熱交換器と、前記放電管と前記送風手段と前記熱交換器を接続する配管を備え、前記熱交換器を迂回するバイパスを設け、前記バイパスに流量調整手段を設けた請求項１記載のガスレーザ発振装置。
2. 前記配管内部を通過するレーザガスの温度を検出する温度検出装置を設け、前記温度検出装置の信号によりバイパスを通過するレーザガスの流量を前記流量調整手段で制御する請求項１記載のガスレーザ発振装置。
3. 前記放電管から前記配管へのレーザガスの流出部分に前記温度検出装置を設けた請求項２記載のガスレーザ発振装置。
4. 前記流量調整手段を前記バイパスおよび前記熱交換器と接続した配管の部分の双方に配置した請求項１記載のガスレーザ発振装置。
5. 前記バイパスに、前記レーザガスに含まれている不純物の除去装置を設けた請求項４記載のガスレーザ発振装置。
6. 前記不純物の除去装置として、メッシュ状のフィルタを用いた請求項５記載のガスレーザ発振装置。
7. 前記メッシュ状のフィルタの開口径を１５０ミクロン以下とした請求項６記載のガスレーザ発振装置。
8. 前記メッシュ状のフィルタの材質をステンレスとした請求項６または７記載のガスレーザ発振装置。
9. 前記不純物の除去装置として、小部屋と前記小部屋に接続した管路からなるトラップ構造を用いた請求項５記載のガスレーザ発振装置。
10. 通常運転時以外の場合は、前記熱交換器と接続した配管の部分に配置した流量調整手段を全閉とし、前記レーザガスの全流量が前記不純物の除去装置を通過する請求項５記載のガスレーザ発振装置。
11. 前記放電管に設けた電極に接続した電源と、前記電源を制御する放電制御部を設け、前記放電制御部が前記電源に放電を開始するレーザ出力指令信号により、前記バイパスを通過する前記レーザガスの流量調整を前記流量調整手段で行う請求項１記載のガスレーザ発振装置。
12. 前記放電管の内部で発生する放電の電流信号により、前記バイパスを通過する前記レーザガスの流量調整を前記流量調整手段で行う請求項１記載のガスレーザ発振装置。
13. 前記熱交換器として、前記送風機の入口側と前記放電管との間に配置した熱交換器と、前記送風機の出口側と前記放電管との間に配置した熱交換器を備え、前記送風機の出口側と前記放電管との間に配置した熱交換器にのみに前記バイパスを配置した請求項１記載のガスレーザ発振装置。
14. 前記熱交換器として、前記送風機と前記放電管の間に複数設け、前記送風機の出口側かつ前記放電管の最も近くに設けられている熱交換器のみに前記バイパスを配置した請求項１記載のガスレーザ発振装置。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載のレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置からのレーザ光を被加工物へ集光する集光手段とを有するガスレーザ加工機。

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