JPH02166784A - ガス循環式レーザ発振器のガス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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　、Ｎ　２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、これによっ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は光学共振器であって
、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
ずるように電磁弁１３．１４を、操作した状態でガス排
気ポンプ１２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ＣＯｚ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、−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、成
る一連のレーザ加工を行なった後、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っていた。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。

く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
あって、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、時刻を−ｔｌに電源スィッチが投
入されるとガス排気用の電磁弁１４が開の状態となり、
例えば電源スィッチの投入と連動するガス排気ポンプ１
２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。排気の進行に伴なってガス循環路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が閑の状態に
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
スの供給ど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
った時刻：ｔ−ｔ４に至って、レーザ発振の準備が完了
する。上記ｔ１からｔ４までの時間：Ｔｏがレーザ発振
準備工程時間である。時刻ｔ４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ｔ　１０−　
ｔ　４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、実際に波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　−ｔ　
１１に高電圧の印加を停止し、この後、時刻ｔ　−ｔ　
１２に再度高電圧を印加するものとする。すなわち、Ｔ
１−ｔ１２−ｔｌｌで示される時間：Ｔ工が光学共振器
１に対する高電圧の印加停止時間である。この時間：Ｔ
！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　−ｔ　２０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−ｔ２０−１１１
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成る程度の時間を要する。こ
のため、−度循環ボンブ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ｓ自体
の潤滑および冷却を行なっているが、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内のガスは成る程度浄化される。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互って循環ポンプ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
上り時間二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二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って、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４ｇ、ガスの供給量および排気量を夫々１１　／ｍｊ
ｎとした定格レーザ出カフ５０Ｗ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：Ｔ
ｓ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　−ｔ　２１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二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。従って時刻ｔ２１の後、１０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　−ｔ　１２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ｔ１
２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、設定時間二ＴｌはＴ１≧１０分間位が好
ましい。勿論、Ｔ五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を超える
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０Ｎ−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、反って電
磁弁１３゜１４の制御が面倒となる。又、設定時間：Ｔ
３はＴ３−３分間位が好ましく、この設定時間二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二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二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内が必要なガス圧力にほぼ維持され、したがって
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、したがっ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、本発明の詳細な説明するための図であって、
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（ｅ）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って、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、 ・・・ガス供給路、 ・・・ガス排気路、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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：Ｔ＿１が設定時間：Ｔ＿ａ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；Ｔ＿２が設定時間：Ｔ＿ｂ
   よりも大となる前に設定時間：Ｔ＿ｃ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。