JP2757227B2 - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

ガスレーザ発振装置

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JP2757227B2 JP2116156A JP11615690A JP2757227B2 JP 2757227 B2 JP2757227 B2 JP 2757227B2 JP 2116156 A JP2116156 A JP 2116156A JP 11615690 A JP11615690 A JP 11615690A JP 2757227 B2 JP2757227 B2 JP 2757227B2
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修三 吉住
昭男 田中
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均 本宮
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高電圧放電によりレーザビームを発生する
ガスレーザ発振装置に関するものであり、特に、加工時
間の短縮を図ることのできるガスレーザ発振装置に関す
る。
従来の技術 従来のガスレーザ発振装置の一例を第6図に示す。第
6図において、1はガラスなどの誘電体からなる放電管
であり、2,3は放電管1の内部に設けられた電極であ
る。4は電極2,3に接続された高電圧電源であり、たと
えば約30kVの電圧を両電極2,3間に印加している。5は
電極2,3間にはさまれた放電管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は部分反射鏡7から放電管
1の軸方向に出力されるレーザビームである。9はレー
ザガスを放電管1へ供給するための送気管であり、レー
ザガスはこの軸流型ガスレーザ装置の中を矢印10方向に
循環している。11,12は放電管1内部の放電空間5にお
いて放電等により温度上昇したレーザガスの温度を下げ
るための熱交換器である。13はレーザガスを循環させる
ための送風機であり、放電空間5で約100m/sec程度のガ
ス流を発生させる。
次に前記従来の軸流型ガスレーザ発生装置の動作につ
いて説明する。まず一対の電極2,3に高電圧電源4から
高電圧を印加し、放電空間5にグロー状の放電を発生さ
せる。放電空間5を通過するレーザガスは、この放電エ
ネルギを得て励起され、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。
第7図は、前記ガスレーザ発生装置における高電圧電
源4の構成を示すブロック図である。高電圧電源4は、
外部からのレーザ出力設定信号14に対応する周波数を出
力する基本動作部15と、この基本動作部15からの出力周
波数を高電圧に昇圧する高電圧高周波トランス部16と、
この高電圧を直流平滑する高電圧整流平滑回路部17と、
外部パルス信号18により、基本動作部15の出力周波数を
オン,オフするパルス動作部19とから構成されている。
次に前記高電圧源4の動作について説明する。基本動
作部15は、商用電源から交流200Vを入力されてこれを整
流平滑した後、外部からのレーザ出力設定信号14を受
け、その信号に対応する周波数を出力する。基本動作部
15から出力された周波数は、高電圧高周波トランス部16
により高電圧に昇圧され、高電圧整流平滑回路部17を経
て、直流高電圧約30kVとなって出力される。
CW(連続波)動作時の基本動作部15の出力周波数とレ
ーザ出力との関係は第8図に示すとおりであり、出力周
波数を制御することによりレーザ出力を可変できるが、
出力周波数を上げすぎるとレーザ出力が飽和してしまう
ため、実際には飽和点よりも下の周波数を使用してい
る。
また、外部パルス信号18によりパルス動作部19を動作
させ、基本動作部15の出力をオン,オフすることによ
り、等価的に高電圧の直流出力電圧もオン,オフし、パ
ルス動作が可能である。
発明が解決しようとする課題 このようなガスレーザ発振装置から発振されたレーザ
光により材料を切断加工する場合、まず初めにピアシン
グと呼ばれる穴明けを行なってから切断を行なう。しか
しながら、従来のガスレーザ発振装置では、ピアシング
時間が長く、加工時間の短縮が困難であるという問題が
あった。
本発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたものであり、加工時間の短縮を可能としたガス
レーザ発振装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、前記目的を達成するために、高電圧電源
を、外部からのレーザ出力設定信号に対応する周波数を
出力する基本動作部と、この基本動作部からの出力周波
数を高電圧に昇圧する高電圧高周波トランス部と、高電
圧を直流平滑する高電圧整流平滑回路部と、外部パルス
信号により基本動作部の出力周波数をオン,オフさせる
パルス動作部と、外部パルス信号により基本動作部の出
力周波数のデューティ比を高電圧電源によるエネルギ注
入開始からレーザガスが放電管を通過するのに必要とす
る時間内においてN倍とするデューティ比変換部または
出力周波数を高電圧電源によるエネルギ注入開始からレ
ーザガスが放電管を通過するのに必要とする時間内にお
いてN倍とする周波数変換部とを備えたものである。
作用 本発明は、前記構成により、高電圧電源によりピアシ
ング動作時間内に最大CW出力のN倍のレーザ出力を発生
させることができ、ピアシング時間の短縮を実現して加
工時間全体の短縮を図ることができる。
実施例 第1図は、本発明の第1の実施例を示すガスレーザ発
振器における高電圧電源のブロック図であり、第7図に
示した従来例と同一の要素には同じ符号が付してある。
すなわち、高電圧電源4は、外部からのレーザ出力設定
信号14に対応する周波数を出力する基本動作部15と、基
本動作部15からの出力周波数を高電圧に昇圧する高電圧
高周波トランス部16と、この高電圧を直流平滑する高電
圧整流平滑回路部17と、外部パルス信号18により基本動
作部15の出力周波数をオン,オフするパルス動作部19
と、外部パルス信号18により基本動作部15の出力周波数
のデューティ比を高電圧電源によるエネルギ注入開始か
らレーザガスが放電管を通過するのに必要とする時間内
においてN倍とするデューティ比変換部20とで構成され
ている。
次に前記第1の実施例の動作について説明する。基本
動作部15は、商用電源から交流200Vを入力されてこれを
整流平滑した後、外部からのレーザ出力設定信号14を受
け、その信号に対応する周波数を出力する。基本動作部
15から出力された周波数は、高電圧高周波トランス部16
により高電圧に昇圧され、高電圧整流平滑回路部17を経
て、直流高電圧約30kVとなって出力され、CWによるレー
ザの発振が行なわれる。また、外部パルス信号18は、基
本動作部15の出力周波数の1/10以下であり、この外部パ
ルス信号18により基本動作部15の出力周波数をオン,オ
フすることにより、等価的に高電圧の直流出力電圧もオ
ン,オフすることができ、パルス動作が可能となる。
レーザ出力とピアシング時間の関係は、第2図に示す
ように、レーザ出力が大きいほどピアシング時間が短く
なる。したがって、ピアシング時間を短くするために
は、レーザ出力を大きくすればよいことが分かる。
基本動作部15の出力周波数とレーザ出力の間には、第
8図に示したように飽和点が存在する。また、第3図に
示すように、基本動作部15の出力周波数固定時のデュー
ティ比とレーザ出力との関係は、放電管へのエネルギ注
入時間が、放電管の長さやガス圧力等にもよるが、一般
的には約3ミリ秒以下であれば、従来飽和点にあったレ
ーザ出力以上の出力までもが比較関係にあることが判明
した。これは、放電空間を通過するレーザガスに関係す
るものであると考えられる。
一般に、エネルギ注入時間がレーザガスが放電管を通
過する時間内であれば、レーザ出力は注入エネルギに比
例して大きくなるが、通過時間以上においてエネルギを
適正値以上注入すれば、却って放電がアーク状に移行
し、レーザ出力が得られなくなることが知られている。
そこでレーザガスが放電管を通過するのに必要とする前
記3ミリ秒以下の時間内に基本動作部15の出力周波数の
デューティ比をN倍すれば、N倍のレーザ出力が得られ
ることが分かる。ここで、Nの値は、高電圧電源4の基
本動作部15内のスイッチング素子の特性と最大CW出力時
のスイチング周波数とにより決まり、通常はN=2が好
ましいが、スイチング素子の相違やCW出力値の取り方に
よって、それぞれ最適の値が存在する。
デューティ比変換部20に外部パルス信号18を与える
と、ピアシング時においてはデューティ比変換部20で
は、各パルスの立ち上がりを検出し、各パルスごとに初
めの3ミリ秒以下の間だけ、基本動作部15の出力周波数
のデューティ比をN倍とすることができ、この間のレー
ザ出力もN倍となり、ピアシング時間を短くすることが
できる。
第4図は本発明の第2の実施例を示しており、前記第
1の実施例と異なる点は、デューティ比変換部20が、外
部パルス信号18により基本動作部15の出力周波数を高電
圧電源4におけるエネルギ注入開始からレーザガスが放
電管を通過するのに必要とする時間内においてN倍とす
る周波数変換部21に代わっていることであり、その他の
構成は前記第1の実施例と同じなので、重複した説明を
省略する。
第5図に示すように、基本動作部15の出力周波数とレ
ーザ出力との関係は、放電管へのエネルギ注入時間が、
放電管の長さやガス圧力等によよるが、一般的には3ミ
リ秒以下であれば、従来飽和点にあったレーザ出力以上
の出力までもが比例関係にあることが明らかになった。
このため、前記第1の実施例同様に、レーザガスが放電
管を通過するのに必要とする前記3ミリ秒以下の時間内
に基本動作部15の出力周波数をN倍すれば、N倍のレー
ザ出力が得られることになる。このNの値は、高電圧電
源4の基本動作部15内のスイチング素子の特性と最大CW
出力時のスイチング周波数とにより最大値が決まり、通
常はN=2が好ましいが、スイチング素子の相違やCW出
力値の取り方によって、最適の値が存在する。
周波数変換部21に外部パルス信号18を与えると、ピア
シング時においては周波数変換部21では、各パルスの立
ち上がりを検出し、各パルスごとに初めの3ミリ秒以下
の間だけ、基本動作部の出力周波数をN倍とすることが
でき、この間のレーザ出力もN倍となり、ピアシング時
間を短くすることができる。
発明の効果 以上のように、本発明のガスレーザ発振装置の高電圧
電源は、外部からのレーザ出力設定信号に対応する周波
数を出力する基本動作部と、外部パルス信号により基本
動作部の出力周波数をオン,オフさせるパルス動作部
と、外部パルス信号により基本動作部の出力周波数のデ
ューティ比を高電圧電源によるエネルギ注入開始からレ
ーザガスが放電管を通過するのに必要とする時間内にお
いてN倍とするデューティ比変換部または出力周波数を
高電圧電源によるエネルギ注入開始からレーザガスが放
電管を通過するのに必要とする時間内においてN倍とす
る周波数変換部を備えているので、ピアシング動作時に
最大CW出力のN倍のレーザ出力を得ることができ、加工
時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すガスレーザ発振装
置における高電圧電源のブロック図、第2図はレーザ出
力とピアシング時間との関係を示すグラフ、第3図は本
発明の第1の実施例における基本動作部の出力周波数固
定時のデューティ比とレーザ出力との関係を示すグラ
フ、第4図は本発明の第2の実施例を示す高電圧電源の
ブロック図、第5図は本発明の第2の実施例における基
本動作部の出力周波数とレーザ出力との関係を示すグラ
フ、第6図は従来のガスレーザ発振装置の一例を示す概
略構成図、第7図は同ガスレーザ発振装置における高電
圧電源のブロック図、第8図は従来の基本動作部の出力
周波数とレーザ出力との関係を示すグラフである。 1……放電管、2,3……電極、4……高電圧電源、5…
…放電空間、6……全反射鏡、7……部分反射鏡、8…
…レーザビーム、9……送気管、10……レーザガスの流
れ方向、11,12……熱交換器、13……送風機、14……出
力設定信号、15……基本動作部、16……高電圧高周波ト
ランス部、17……高電圧整流平滑回路部、18……外部パ
ルス信号、19……パルス動作部、20……デューティ比変
換部、21……周波数変換部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 勤 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 本宮 均 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 唐崎 秀彦 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 大西 正史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁体からなる放電管内を光軸方向に送風
    機によりレーザガスを流し、前記放電管の両端に設けら
    れた電極間に高電圧電源を接続し、前記放電管内に放電
    を発生させ、この放電をレーザ励起源として前記放電管
    の軸方向にレーザビームを発生するガスレーザ発振装置
    において、前記高電圧電源が、外部からのレーザ出力設
    定信号に対応する周波数を出力する基本動作部と、前記
    基本動作部からの出力周波数を高電圧に昇圧する高電圧
    高周波トランス部と、前記高電圧を直流平滑する高電圧
    整流平滑回路部と、外部パルス信号により前記基本動作
    部の出力周波数をオン,オフするパルス動作部と、前記
    外部パルス信号により前記基本動作部の出力周波数のデ
    ューティ比を高電圧電源によるエネルギ注入開始からレ
    ーザガスが放電管を通過するのに必要とする時間内にお
    いてN倍とするデューティ比変換部とを備えたことを特
    徴とするガスレーザ発振装置。
  2. 【請求項2】高電圧電源によるエネルギ注入開始から3
    ミリ秒以内においてデューティ比をN倍とする請求項1
    記載のガスレーザ発振装置。
  3. 【請求項3】デューティ比変換部の代わりに、外部パル
    ス信号により基本動作部の出力周波数を高電圧電源によ
    るエネルギ注入開始からレーザガスが放電管を通過する
    のに必要とする時間内においてN倍とする周波数変換部
    を備えた請求項1記載のガスレーザ発振装置。
  4. 【請求項4】高電圧電源によるエネルギ注入開始から3
    ミリ秒以内において出力周波数をN倍とする請求項3記
    載のガスレーザ発振装置。
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