JP2786960B2 - ガスレーザ装置 - Google Patents
ガスレーザ装置Info
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- JP2786960B2 JP2786960B2 JP32082791A JP32082791A JP2786960B2 JP 2786960 B2 JP2786960 B2 JP 2786960B2 JP 32082791 A JP32082791 A JP 32082791A JP 32082791 A JP32082791 A JP 32082791A JP 2786960 B2 JP2786960 B2 JP 2786960B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は放電管内にレーザガスを
循環させてレーザ発振を行うガスレーザ装置に関し、特
に放電管内のレーザガス圧力を制御するガスレーザ装置
に関する。
循環させてレーザ発振を行うガスレーザ装置に関し、特
に放電管内のレーザガス圧力を制御するガスレーザ装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】放電管内にレーザガスを循環させてレー
ザ発振を行うガスレーザ装置は、運転中放電によって劣
化したレーザガスを排気し、常時新しいレーザガスを放
電管内に供給している。従来のガスレーザ装置では、こ
のレーザガスの供給量と排気量とを調節して、放電管内
のレーザガス圧力を一定に保持するように制御してい
た。
ザ発振を行うガスレーザ装置は、運転中放電によって劣
化したレーザガスを排気し、常時新しいレーザガスを放
電管内に供給している。従来のガスレーザ装置では、こ
のレーザガスの供給量と排気量とを調節して、放電管内
のレーザガス圧力を一定に保持するように制御してい
た。
【０００３】図３はレーザガス圧力Ｐを一定にした場合
の放電管内のレーザガス温度Ｔとレーザ出力Ｗとの理論
的な特性を示す図である。図からも分かるように、レー
ザ出力Ｗはレーザガス温度Ｔが低いほど高出力を得るこ
とができる。これは次式（１）に示すボイル・シャルル
の法則で説明することができる。
の放電管内のレーザガス温度Ｔとレーザ出力Ｗとの理論
的な特性を示す図である。図からも分かるように、レー
ザ出力Ｗはレーザガス温度Ｔが低いほど高出力を得るこ
とができる。これは次式（１）に示すボイル・シャルル
の法則で説明することができる。
【０００４】 ＰＶ＝ｎＲＴ ・・・・・（１） ここで、Ｖは放電管内の容積、ｎは容積Ｖ内のレーザガ
ス分子のモル数、Ｒは気体定数である。放電管内の容積
Ｖは常に一定なので、レーザガス圧力Ｐを一定にすると
ｎＲＴ＝一定となる。このため、放電管内のレーザガス
分子のモル数ｎはレーザガス温度Ｔに反比例することが
分かる。レーザ出力Ｗは、放電管内のレーザガス分子の
密度、すなわちモル数ｎに比例するので、レーザガス温
度Ｔとは反比例する。こうして、図３の特性が示され
る。
ス分子のモル数、Ｒは気体定数である。放電管内の容積
Ｖは常に一定なので、レーザガス圧力Ｐを一定にすると
ｎＲＴ＝一定となる。このため、放電管内のレーザガス
分子のモル数ｎはレーザガス温度Ｔに反比例することが
分かる。レーザ出力Ｗは、放電管内のレーザガス分子の
密度、すなわちモル数ｎに比例するので、レーザガス温
度Ｔとは反比例する。こうして、図３の特性が示され
る。
【０００５】図３の理論特性に基づくと、レーザガスを
冷却するほどレーザ出力Ｗを大きくすることができる。
しかし、レーザガス温度Ｔが低下し過ぎると、ガスレー
ザ装置が凍結し、光学部品が結露するという現象が生じ
る。水滴はレーザ光を吸収してしまうので、結局は出力
が低下してしまうことになる。従来、このような現象を
防止する方法としては、除湿器等を用いる方法があった
が、保守が困難であったりコスト高となっていた。その
ため、一般にはレーザガス温度Ｔが室温程度となるよう
にその冷却制御を行っていた。
冷却するほどレーザ出力Ｗを大きくすることができる。
しかし、レーザガス温度Ｔが低下し過ぎると、ガスレー
ザ装置が凍結し、光学部品が結露するという現象が生じ
る。水滴はレーザ光を吸収してしまうので、結局は出力
が低下してしまうことになる。従来、このような現象を
防止する方法としては、除湿器等を用いる方法があった
が、保守が困難であったりコスト高となっていた。その
ため、一般にはレーザガス温度Ｔが室温程度となるよう
にその冷却制御を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザガス温
度Ｔは常時微少変化するため、それに応じてレーザ出力
も変化して不安定になるという問題点があった。図４は
レーザガス圧力Ｐおよびレーザガス温度Ｔに対するレー
ザ出力Ｗの特性を示す図である。ここで、Ｔ１，Ｔ２お
よびＴａはレーザガス温度Ｔの値であり、Ｔ１＜Ｔａ＜
Ｔ２とする。また、Ｔａは冷却制御の設定温度である。
度Ｔは常時微少変化するため、それに応じてレーザ出力
も変化して不安定になるという問題点があった。図４は
レーザガス圧力Ｐおよびレーザガス温度Ｔに対するレー
ザ出力Ｗの特性を示す図である。ここで、Ｔ１，Ｔ２お
よびＴａはレーザガス温度Ｔの値であり、Ｔ１＜Ｔａ＜
Ｔ２とする。また、Ｔａは冷却制御の設定温度である。
【０００７】従来は、レーザガス温度Ｔが常に設定温度
Ｔａに保持されているものとして、レーザガス圧力Ｐを
レーザ出力Ｗが最大値Ｗａとなるときの値Ｐａに保持す
るように制御していた。しかし、実際には、運転中のレ
ーザガス温度Ｔは設定温度Ｔａを中心に微少変化する。
このため、レーザガス圧力Ｐを一定値Ｐａにしたままで
は、レーザガス温度ＴがＴ１またはＴ２というように変
動すると、レーザ出力Ｗの値もＷ１，Ｗ２というように
変動してしまい、安定した出力が得られなくなるという
問題点があった。
Ｔａに保持されているものとして、レーザガス圧力Ｐを
レーザ出力Ｗが最大値Ｗａとなるときの値Ｐａに保持す
るように制御していた。しかし、実際には、運転中のレ
ーザガス温度Ｔは設定温度Ｔａを中心に微少変化する。
このため、レーザガス圧力Ｐを一定値Ｐａにしたままで
は、レーザガス温度ＴがＴ１またはＴ２というように変
動すると、レーザ出力Ｗの値もＷ１，Ｗ２というように
変動してしまい、安定した出力が得られなくなるという
問題点があった。
【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、変化するレーザガス温度に対応して常に最適
なレーザ出力を得ることのできるガスレーザ装置を提供
することを目的とする。
のであり、変化するレーザガス温度に対応して常に最適
なレーザ出力を得ることのできるガスレーザ装置を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、放電管内にレーザガスを循環させてレー
ザ発振を行うガスレーザ装置において、前記レーザガス
のレーザガス温度を検出するレーザガス温度検出手段
と、前記レーザガス温度に比例して前記レーザガスのレ
ーザガス圧力を制御するレーザガス圧力制御手段と、を
有することを特徴とするガスレーザ装置が提供される。
決するために、放電管内にレーザガスを循環させてレー
ザ発振を行うガスレーザ装置において、前記レーザガス
のレーザガス温度を検出するレーザガス温度検出手段
と、前記レーザガス温度に比例して前記レーザガスのレ
ーザガス圧力を制御するレーザガス圧力制御手段と、を
有することを特徴とするガスレーザ装置が提供される。
【００１０】
【作用】レーザガス温度検出手段により検出したレーザ
ガス温度に比例してレーザガス 圧力が制御するので、レ
ーザガス分子の密度は一定になり、レーザガス温度が変
動してもレーザガス出力は一定となる。
ガス温度に比例してレーザガス 圧力が制御するので、レ
ーザガス分子の密度は一定になり、レーザガス温度が変
動してもレーザガス出力は一定となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例のガスレーザ装置の構
成を示すブロック図である。ガスボンベ１からは、１〜
２ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力のレーザガスが出力される。こ
のレーザガスは、１次フィルタ２、ガス流量弁３、よび
２次フィルタ４を経てチャンバー５内に導入される。
明する。図１は本発明の一実施例のガスレーザ装置の構
成を示すブロック図である。ガスボンベ１からは、１〜
２ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力のレーザガスが出力される。こ
のレーザガスは、１次フィルタ２、ガス流量弁３、よび
２次フィルタ４を経てチャンバー５内に導入される。
【００１２】チャンバー５は放電管５１、送風機５２、
冷却器５３および５４から構成されている。送風機５２
にはルーツブロワ等が使用され、放電管５１内のレーザ
ガスを冷却器５３および５４を通して循環させる。冷却
器５３は、放電管５１でレーザ発振を行って高温となっ
たガスを冷却するための冷却器である。一方、冷却器５
４は、送風機５２による圧縮熱を除去するための冷却器
である。
冷却器５３および５４から構成されている。送風機５２
にはルーツブロワ等が使用され、放電管５１内のレーザ
ガスを冷却器５３および５４を通して循環させる。冷却
器５３は、放電管５１でレーザ発振を行って高温となっ
たガスを冷却するための冷却器である。一方、冷却器５
４は、送風機５２による圧縮熱を除去するための冷却器
である。
【００１３】冷却器５４には、冷却水循環装置６から冷
却水が供給される。冷却水循環装置６は、冷却器５４を
通って熱交換された高熱の冷却水を冷却して再び冷却器
５４に供給する。冷却水循環装置６は、熱交換された冷
却水の温度を図示されていない温度センサにより検知
し、その検知信号を制御装置７に送る。また、制御装置
７からも冷却温度指令信号等が冷却水循環装置６に送ら
れる。冷却水循環装置６は、この冷却温度指令信号に従
って冷却水温度を制御する。なお、冷却器５３にも図示
されていない冷却水循環装置から冷却水が供給されてい
る。あるいは、冷却水循環装置６によりこれを兼ねても
よい。
却水が供給される。冷却水循環装置６は、冷却器５４を
通って熱交換された高熱の冷却水を冷却して再び冷却器
５４に供給する。冷却水循環装置６は、熱交換された冷
却水の温度を図示されていない温度センサにより検知
し、その検知信号を制御装置７に送る。また、制御装置
７からも冷却温度指令信号等が冷却水循環装置６に送ら
れる。冷却水循環装置６は、この冷却温度指令信号に従
って冷却水温度を制御する。なお、冷却器５３にも図示
されていない冷却水循環装置から冷却水が供給されてい
る。あるいは、冷却水循環装置６によりこれを兼ねても
よい。
【００１４】チャンバー５には、流量調整バルブ８を介
して排気ポンプ９が接続されている。この排気ポンプ９
により、起動時には例えば３０Ｔｏｒｒの圧力まで真空
排気され、また、運転中も放電によって劣化するレーザ
ガスが常時排気される。なお、流量調整バルブ８は、手
動動作によりガスの絶対流量が１±０．２ｌ／ｍｉｎに
なるように設定されている。
して排気ポンプ９が接続されている。この排気ポンプ９
により、起動時には例えば３０Ｔｏｒｒの圧力まで真空
排気され、また、運転中も放電によって劣化するレーザ
ガスが常時排気される。なお、流量調整バルブ８は、手
動動作によりガスの絶対流量が１±０．２ｌ／ｍｉｎに
なるように設定されている。
【００１５】チャンバー５には圧力センサ１０が取り付
けられている。この圧力センサ１０にはキャパシタンス
マノメータ型が使用され、放電管５１内のレーザガス圧
力を検出し、その検出信号を制御装置７に送る。
けられている。この圧力センサ１０にはキャパシタンス
マノメータ型が使用され、放電管５１内のレーザガス圧
力を検出し、その検出信号を制御装置７に送る。
【００１６】また、チャンバー５には温度センサ１１が
取り付けられている。この温度センサ１１は、例えば冷
却器５４と放電管５１との間の供給路の外部に取り付け
られている。温度センサ１１は、供給路から伝わるレー
ザガスの温度を間接的に検出し、その検出信号を制御装
置７に送る。制御装置７は、圧力センサ１０および温度
センサ１１からの各信号に基づいてガス流量弁３の開度
を調整し、放電管５１内のレーザガス圧力を制御する。
取り付けられている。この温度センサ１１は、例えば冷
却器５４と放電管５１との間の供給路の外部に取り付け
られている。温度センサ１１は、供給路から伝わるレー
ザガスの温度を間接的に検出し、その検出信号を制御装
置７に送る。制御装置７は、圧力センサ１０および温度
センサ１１からの各信号に基づいてガス流量弁３の開度
を調整し、放電管５１内のレーザガス圧力を制御する。
【００１７】次に、制御装置７によるレーザガス圧力の
具体的な制御方法について説明する。制御装置７は温度
センサ１１からの検出信号を受け、予め記憶されたデー
タに基づいてレーザガス温度Ｔを推定し検知する。制御
装置７は、この検知したレーザガス温度Ｔに応じてガス
流量弁３のバルブ開度を調整し、レーザガス圧力Ｐを制
御する。
具体的な制御方法について説明する。制御装置７は温度
センサ１１からの検出信号を受け、予め記憶されたデー
タに基づいてレーザガス温度Ｔを推定し検知する。制御
装置７は、この検知したレーザガス温度Ｔに応じてガス
流量弁３のバルブ開度を調整し、レーザガス圧力Ｐを制
御する。
【００１８】図２はこのレーザガス圧力Ｐの制御を行う
ためのレーザガス温度Ｔに対するレーザガス圧力Ｐの特
性を示す図である。この特性は上述の式（１）のボイル
・シャルルの法則に基づいて説明することができる。式
（１）のボイル・シャルルの法則は、次式（２）に書き
直すことができる。
ためのレーザガス温度Ｔに対するレーザガス圧力Ｐの特
性を示す図である。この特性は上述の式（１）のボイル
・シャルルの法則に基づいて説明することができる。式
（１）のボイル・シャルルの法則は、次式（２）に書き
直すことができる。
【００１９】 Ｐ＝ｎＲＴ／Ｖ ・・・・・（２） 放電管５１内では体積Ｖは一定なので、Ｐ∝ｎＲＴとな
る。ところで、レーザ出力Ｗは、放電管５１内のレーザ
ガス分子の密度に比例する。したがって、レーザ出力Ｗ
を一定にするためには、放電管５１内のレーザガス分子
の密度、すなわちモル数ｎが一定であることが条件とな
る。このことから、レーザガス圧力Ｐと温度Ｔとの関係
は、図２のようにＰ∝ＲＴであることが条件となる。
る。ところで、レーザ出力Ｗは、放電管５１内のレーザ
ガス分子の密度に比例する。したがって、レーザ出力Ｗ
を一定にするためには、放電管５１内のレーザガス分子
の密度、すなわちモル数ｎが一定であることが条件とな
る。このことから、レーザガス圧力Ｐと温度Ｔとの関係
は、図２のようにＰ∝ＲＴであることが条件となる。
【００２０】制御装置７は、通常はレーザガス温度Ｔを
室温程度のＴｘ、例えばセ氏２５度となるように冷却水
循環装置６を制御する。このときのレーザガス圧力Ｐｘ
は、約４５Ｔｏｒｒに保持される。運転中にレーザガス
温度Ｔが変動した場合には、圧力Ｐを図２の特性に基づ
く値に変化させる。これにより、放電管５１内のレーザ
ガス密度は一定に保持され、安定したレーザ出力Ｗが得
られる。
室温程度のＴｘ、例えばセ氏２５度となるように冷却水
循環装置６を制御する。このときのレーザガス圧力Ｐｘ
は、約４５Ｔｏｒｒに保持される。運転中にレーザガス
温度Ｔが変動した場合には、圧力Ｐを図２の特性に基づ
く値に変化させる。これにより、放電管５１内のレーザ
ガス密度は一定に保持され、安定したレーザ出力Ｗが得
られる。
【００２１】なお、本実施例では、温度センサ１１をレ
ーザガスの供給路の外部に取り付け、レーザガス温度Ｔ
を間接的に検出するようにしたが、温度センサ１１を供
給路もしくは放電管５１の内部に取り付け、直接検出す
るようにしてもよい。あるいは、冷却水循環装置６から
の冷却水の温度信号に基づいて検出することも可能であ
る。
ーザガスの供給路の外部に取り付け、レーザガス温度Ｔ
を間接的に検出するようにしたが、温度センサ１１を供
給路もしくは放電管５１の内部に取り付け、直接検出す
るようにしてもよい。あるいは、冷却水循環装置６から
の冷却水の温度信号に基づいて検出することも可能であ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、レーザ
ガス温度に比例してレーザガス圧力を制御するようにし
たので、レーザガス分子の密度は一定になり、レーザガ
ス温度が変動してもレーザガス出力は一定となる。
ガス温度に比例してレーザガス圧力を制御するようにし
たので、レーザガス分子の密度は一定になり、レーザガ
ス温度が変動してもレーザガス出力は一定となる。
【図１】本発明の一実施例のガスレーザ装置の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】レーザガス圧力の制御を行うためのレーザガス
温度に対するレーザガス圧力の特性を示す図である。
温度に対するレーザガス圧力の特性を示す図である。
【図３】レーザガス圧力を一定にした場合の放電管内の
レーザガス温度とレーザ出力との理論的な特性を示す図
である。
レーザガス温度とレーザ出力との理論的な特性を示す図
である。
【図４】レーザガス圧力およびレーザガス温度に対する
レーザ出力の特性を示す図である。
レーザ出力の特性を示す図である。
５ チャンバー ６ 冷却水循環装置 ７ 制御装置 １０ 圧力センサ １１ 温度センサ ５１ 放電管 ５３，５４ 冷却器
Claims (5)
- 【請求項１】 放電管内にレーザガスを循環させてレー
ザ発振を行うガスレーザ装置において、 前記レーザガスのレーザガス温度を検出するレーザガス
温度検出手段と、 前記レーザガス温度に比例して前記レーザガスのレーザ
ガス圧力を制御するレーザガス圧力制御手段と、 を有することを特徴とするガスレーザ装置。 - 【請求項２】 前記レーザガス温度検出手段は、前記放
電管の外部に取り付けられる外部温度センサと、前記外
部温度センサからの外部温度信号に基づいて前記レーザ
ガス温度を間接的に検知する第１のレーザガス温度間接
検知手段と、から構成されることを特徴とする請求項１
記載のガスレーザ装置。 - 【請求項３】 前記レーザガス温度検出手段は、前記レ
ーザガスの供給路の内部に取り付けられる内部温度セン
サと、前記内部温度センサからの内部温度信号により前
記レーザガス温度を直接検知するレーザガス温度直接検
知手段と、から構成されることを特徴とする請求項１記
載のガスレーザ装置。 - 【請求項４】 前記レーザガス温度検出手段は、前記レ
ーザガスを冷却する熱交換器に供給される冷却媒体温度
を検出する冷却媒体温度検出手段と、前記冷却媒体温度
検出手段からの冷却媒体温度信号に基づいて前記レーザ
ガス温度を間接的に検知する第２のレーザガス温度間接
検知手段とから構成されることを特徴とする請求項１記
載のガスレーザ装置。 - 【請求項５】 前記冷却媒体温度検出手段は、前記熱交
換器に前記冷却媒体を循環供給する冷却媒体循環装置内
の温度センサであることを特徴とする請求項４記載のガ
スレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32082791A JP2786960B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | ガスレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32082791A JP2786960B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | ガスレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160470A JPH05160470A (ja) | 1993-06-25 |
| JP2786960B2 true JP2786960B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=18125680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32082791A Expired - Fee Related JP2786960B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | ガスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2786960B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7046705B2 (en) * | 2001-09-28 | 2006-05-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gas laser transmitter |
| DE102010030141B4 (de) * | 2010-06-16 | 2012-04-19 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Gaslaser und Betriebsverfahren dafür |
-
1991
- 1991-12-05 JP JP32082791A patent/JP2786960B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05160470A (ja) | 1993-06-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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