JP2682091B2 - ガス循環式レーザ発振器のガス制御方法 - Google Patents

ガス循環式レーザ発振器のガス制御方法

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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、ガス循環式レーザ発振器のガス制御方法に
関するものである。
<従来の技術> 一般にガス循環式レーザ発振器、例えば炭酸ガスレー
ザ発振器は、He,N2およびCO2の混合ガスを封入する光学
共振器に、高電圧を印加してグロー放電を発生させ、こ
れによつて光学共振器より増幅させた光を外部に取出す
ものである。従来、例えば第4図に示されるガス循環式
レーザ発振器が用いられている。すなわち、1は光学共
振器であつて、この光学共振器1は放電管2、反射鏡3,
4,および放電電極5a,5b,6a,6bにより構成されている。
7は光学共振器1に接続されたガス循環路、8はガス循
環路中に設けられた循環ポンプ、9および10はガス循環
路中のガスを適宜に冷却するための熱交換器、11および
12はガス循環路7に夫々接続されたガス供給源およびガ
ス排気ポンプ、13および14は、ガス供給路15およびガス
排気路16に夫々設けられた開閉弁、例えば電磁切換弁、
17および18は夫々流量調節弁である。
第4図に示される装置において、ガス供給路15が遮断
され、かつガス排気路16がガス排気ポンプ12に連通する
ように電磁弁13,14を、操作した状態でガス排気ポンプ1
2を駆動する。これにより、光学共振器1およびガス循
環路7内が排気されて次第に圧力が低下する。ガス循環
路7内が所定の真空状態まで排気されたときに、電磁弁
13を開いてガス供給源11よりHe,N2およびCO2の混合ガス
をガス循環路7内に供給する。電磁弁13を開くと相前後
して循環ポンプ8を駆動させる。この後、ガス循環路7
内のガス圧力が次第に高くなるが、調整弁18が適宜に操
作されて、ガスの供給および排気が継続されている状態
で、光学共振器1内のガス圧力が所定の値に保たれる。
この状態で光学共振器1に高電圧を印加してレーザ発振
が行なわれ、必要時にシャッタ19を開いてレーザ光を加
工部に導いて、適宜にレーザ加工が行なわれている。こ
のようにレーザ発振を開始するまでに、ガス循環路内の
排気工程とガスの供給工程とによるレーザ発振準備工程
が必要である。
<発明が解決しようとする問題点> ところが、レーザ発振器の停止が翌日以降に及ぶ場合
はさておき、1日の作業時間内においては、一旦レーザ
発振器全体を停止させたときには、ロス時間である上記
発振準備工程が再度必要であると認識されていたため、
或る一連のレーザ加工を行なつた後、発振準備工程を省
いて次のレーザ加工を直ちに実施可能とするために、レ
ーザ発振器のうち放電用の高圧電源のみを停止させ、他
の各部を常にレーザ発振可能の状態に保つていた。この
結果、特に高価なレーザガスが大量に使用されることと
なり、レーザの加工費用を高騰化させていた。
<問題点を解決するための手段> 本発明の構成は、光学共振器と、光学共振器に接続さ
れたガス循環路と、ガス循環路中に設けられた循環ポン
プと、ガス循環路に夫々接続されたガス供給源およびガ
ス排気ポンプと、ガス供給・排気路に夫々設けられた開
閉弁と、該開閉弁およびポンプを制御する制御装置とを
設けたガス循環式レーザ発振器において、ガスレーザ発
振器の稼働中は循環ポンプを常時運転させると共に、レ
ーザ発振時はガスの供給・排気を行なわせ、レーザ発振
の停止からレーザ再発振の開始までの時間:T1が設定時
間:Taよりも大のときにはガスの供給・排気を停止さ
せ、かつガスの供給・排気の停止時間;T2が設定時間:Tb
よりも大となる前に設定時間:Tcの間ガスの供給・排気
を行なわせることを特徴とする。
<実施例> 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第1図は、本発明を実施するための制御例を示す線図
であつて、対象となる装置例は、第4図に示されるもの
と同様である。第1図において、(a)は循環ポンプ8
の動作状況、(b)および(c)は夫々ガス排気用電磁
弁14およびガス供給用電磁弁13の開・閉状況、(d)は
光学共振器1の電極間への高電圧の印加状況を夫々示し
ている。
同図において、まず長時間休止後、例えば前日の作業
終了により装置全体が停止後、翌日の始業時に起動する
ものとする。この場合、時刻t=t1に電源スイッチが投
入されるとガス排気用の電磁弁14が開の状態となり、例
えば電源スイッチの投入と連動するガス排気ポンプ12に
より、光学共振器1およびガス循環路7の内部の排気が
開始される。排気の進行に伴なつてガス循環路7内の圧
力が低下し、この圧力が所定の真空状態にまで排気され
たときに、ガス供給用電磁弁13を開の状態に切換えてレ
ーザ作動用ガスの供給を開始する。時刻t=t2において
ガス供給用電磁弁13を開の状態に切換えるが、この切換
えと相前後して循環ポンプ8を駆動させ、かつガス排気
用電磁弁14を閉の状態となるように切換える。供給され
たガスは循環ポンプ8の駆動によりガス循環路7内を循
環するが、排気用電磁弁14が閉の状態に切換えられてい
るため、光学共振器1内のガス圧力は直線的に上昇す
る。この後、光学共振器1内が第1の設定圧力に達した
ときに、再度排気用の電磁弁14を開いて排気を開始す
る。時刻t=t3で排気を再開した後はガスの供給と排気
とが同時に行なわれて、光学共振器1内のガス圧力は第
2の設定圧力へと収斂する。このようにして、光学共振
器1内のガス圧力が第2の設定圧力になつた時刻:t=t4
に至つて、レーザ発振の準備が完了する。上記t1からt4
までの時間:T0がレーザ発振準備工程時間である。時刻t
4以降は随時レーザ発振が可能であるが、例えば図示の
ごとく、時刻t10=t4のときに高電圧を光学共振器1の
電極間に印加してレーザを発振させる。
この後、シャッタ19を適宜に開いて、レーザ加工を行
なう。
ところで、実際に被加工物にレーザを導いて加工する
第1のレーザ加工工程と、第2のレーザ加工工程との間
の、いわゆる待ち時間が長い場合、光学共振器1に対す
る高電圧の印加を停止するが、図示の場合時刻t=t11
に高電圧の印加を停止し、この後、時刻t=t12に再度
高電圧を印加するものとする。すなわち、T1=t12−t11
で示される時間:T1が光学共振器1に対する高電圧の印
加停止時間である。この時間:T1が設定時間Taを越える
場合には、ガスの供給・排気を停止させる。例えば、時
刻t=t20にガス供給用電磁弁13を閉じて循環路7内へ
のガスの供給を停止させる。この場合、時間:T3はT3=t
20−t11である。
上記のごとくガス供給用電磁13を閉じると同時にガス
排気用電磁弁14も閉じてガスの排気を停止する。このよ
うに電磁弁13,14を同時に閉じることにより、循環路7
内は所望のガス圧力に保たれて、レーザの再発振を可能
の状態に維持する。
なお、循環路7内にガスを充填した状態で循環ポンプ
8を停止および再起動させると、特に再起動のときに循
環ポンプ8に大きな負荷がかからないようにするため
に、スローアップ制御をしなければならず、しかもガス
が一定した循環流となるまでに或る程度の時間を要す
る。このため、一度循環ポンプ8を駆動すれば、レーザ
発振器全体を停止させるまでは循環ポンプ8を駆動状態
に維持する。
一方、循環ポンプ8には油槽を設けて循環ポンプ8自
体の潤滑および冷却を行なつているが、この油槽内の油
分が循環路7中ににじみ出る。
ところで、本発明においては、光学共振器1に高電圧
を再度印加させる時、即ちレーザ再発振時にはガスの供
給および排気を行なわせるため、ガスの供給・排気によ
り循環路7内のガスは或る程度浄化される。このため、
ガスの供給・排気の停止時間が短い場合、循環路7中に
にじみ出た上記油分が僅かであるため、レーザ再発振時
に殆んど問題とはならない。しかし、ガスの供給・排気
を停止した状態で長時間に亘つて循環ポンプ8を運転す
ると、循環路7内のガスがかなり汚染され、レーザ再発
振に悪影響を及ぼす。すなわち、レーザ再発振時の初期
に、出力がおおむね安定するまでの時間、いわゆる出力
立上り時間:Tsが長くなると共に初期のレーザ出力も若
干低下する。第2図は、ガスの供給・排気を停止した状
態で循環ポンプ8を運転させる時間、いわゆるガス封じ
切り時間とガス封じ切り後に、上記のごとくレーザを再
発生させるときの出力立上り時間:Tsとの関係を示す図
である。また第3図(a)乃至(c)は、レーザ再発振
時における出力立上り時間:Tsと再発振初期におけるレ
ーザ出力との関係を示す図であつて、夫々第2図に示さ
れる(イ)乃至(ハ)に対応する図である。なお、第2
図および第3図は、第4図に示される装置において、例
えば循環路7内に充填するレーザ作動用ガスの容量を4
、ガスの供給量および排気量を夫々1/minとした定
格レーザ出力750Wの場合について示したものである。特
に第2図において、出力立上り時間:Tsに留意すれば、
例えば、Ts≦3分間とするためには、ガス封じ切り時間
を約3時間内とすればよい。
このため、第1図(b)および(c)に示されるごと
く、時刻t20の後、設定時間:Tb経過時、すなわち時刻t
=t21にガスの電磁弁13,14を開の状態に操作して、循環
路7のガスに対してガスの供給・排気を行なわせる。こ
のガスの供給・排気の時間、すなわちガスの補助交換時
間:Tcは余り長時間を必要としない。例えば、Tb=3時
間とした場合、Tc=10〜12分間位で出力立上り時間:Ts
が1分未満となるため充分である。従つて時刻t21の
後、Tc時間後にガスの供給・排気を停止させて、ガスの
補助交換を中止する。この後、ガスの供給・排気の停止
時間:T2が設定時間:Tbよりも大となる前に設定時間:Tc
の間ガスの補助交換を行なう。
時刻t=t12に光学共振器1の電極間に高電圧を再度
印加するが、この印加と同時に、あるいは時刻t12より
も僅かに前にガスの供給・排気を行なわせる。これによ
りレーザの再発振が直ちに行なわれるため、2〜3分程
度でレーザ加工を行なうことができ、しかもガスの使用
量の減少によりレーザの加工費用が低減する。
上記において、設定時間:T1はT1≧10分間位が好まし
い。勿論、T1を小さい値とすることができるが、例えば
T1を数分間程度とした場合、このT1超える時間内でレー
ザを再発振させるときには、ガスの供給・排気用の電磁
弁13,14のON−OFF時間が極めて短くなり、実際の効果が
極めて小さい割には、反つて電磁弁13,14の制御が面倒
となる。又、設定時間:T3はT3=3分間位が好ましく、
この設定時間:T3を設けることにより、光学共振器1に
対する高電圧印加の停止の前後における、光学共振器1
の内部で劣化されるガスの排気を図ることができる。こ
れにも拘わらずT3=0としても、実害は殆んど発生しな
いため、T3=0とすることにより更にガスの消費量が減
少する。
また、ガスの補助交換時およびレーザの再発振時にお
いて、まず電磁弁13を開の状態とし、この後、例えば数
十秒後に電磁弁14を開の状態とした方が好ましい。この
ように電磁弁13,14を操作すれば、仮に循環路7内のガ
ス圧力がシール部のリークにより幾分低下していたとし
ても、新らたに供給されるガスにより、低下していたガ
ス圧力を増加させることができる。
勿論、レーザ発振器全体を停止させる場合は、ポンプ
8,12を停止させると共に電磁弁13,14を閉の状態にす
る。
<発明の効果> 以上の説明で明らかなように、本発明は、特に、ガス
レーザ発振器の稼働中は循環ポンプを常時運転させると
共に、レーザ発振時はガスの供給・排気を行なわせ、レ
ーザ発振の停止からレーザ再発振の開始までの時間:T1
が設定時間:Taよりも大のときにはガスの供給・排気を
停止させ、かつガスの供給・排気の停止時間;T2が設定
時間:Tbよりも大となる前に設定時間:Tcの間ガスの供給
・排気を行なわせるため、レーザ発振の停止からレーザ
再発振の開始までの時間が長くても、ガス循環路7内が
必要がガス圧力にほぼ維持され、したがつてレーザの再
発振が直ちに行なわれて、2〜3分程度でレーザ加工を
行なうことができる。さらに、レーザ発振の停止時に
は、ガス供給停止時間を長くすることができるため、必
然的にガスの使用量が減少し、したがつてレーザの加工
費用が低減する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するための制御例を示す線図、
第2図は、本発明の要部を説明するための図であつて、
ガス封じ切り時間とレーザ再発振時の出力立上り時間と
の関係を示す図、第3図(a)乃至(c)は、レーザ再
発振時における出力立上り時間:Tsと再発振初期におけ
るレーザ出力との関係を示す図であつて、夫々第2図に
示される(イ)乃至(ハ)に対応する図、第4図は、本
発明の対象となるガス循環式レーザ発振器の構造を模式
的に示す図である。 1……光学共振器、7……ガス循環路、8……循環ポン
プ、11……ガス供給源、12……ガス排気ポンプ、13……
ガス供給用電磁弁、14……ガス排気用電磁弁、15……ガ
ス供給路、16……ガス排気路、

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学共振器と、光学共振器に接続されたガ
    ス循環路と、ガス循環路中に設けられた循環ポンプと、
    ガス循環路に夫々接続されたガス供給源およびガス排気
    ポンプと、ガス供給・排気路に夫々設けられた開閉弁
    と、該開閉弁およびポンプを制御する制御装置とを設け
    たガス循環式レーザ発振器において、ガスレーザ発振器
    の稼働中は循環ポンプを常時運転させると共に、レーザ
    発振時はガスの供給・排気を行なわせ、レーザ発振の停
    止からレーザ再発振の開始までの時間:T1が設定時間:Ta
    よりも大のときにはガスの供給・排気を停止させ、かつ
    ガスの供給・排気の停止時間;T2が設定時間:Tbよりも大
    となる前に設定時間:Tcの間ガスの供給・排気を行なわ
    せることを特徴とするガス循環式レーザ発振器のガス制
    御方法。
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