JPH08236837A

JPH08236837A - ガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPH08236837A
Application number: JP6488195A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Ueno; 保上埜; Ichizo Yazawa; 一蔵矢澤
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスレーザ装置の長期間の停止時、又は周
囲の湿度が高い状況下でのガスレーザ装置の停止時にお
けるガスレーザ装置内への水分の浸入を可及的に少なく
し、放電前のガス交換を繰り返し行うことなく、加工準
備時間を短縮すること。【構成】レーザ共振器と、レーザ共振器に配設され
た電極間に電圧を印加する電源３と、レーザ共振器にレ
ーザ媒質ガスを送風するブロワ９と、レーザ共振器とブ
ロワとを接続する循環路１１ａ，１１ｂとを配設したガ
スレーザ装置において、循環路１１ａ，１１ｂの少なく
とも一部をシリコンゴムよりも水分透過率の低い柔軟材
１４で構成したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切断、溶接、穴あけ等
の加工作業に用いられるガスレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、本発明の対象とするガスレーザ
装置の構造を示す、一部断面正面図である。同図におい
て、１ａ及び１ｂは石英、強化ガラス等の電気絶縁材か
ら形成された放電管、２は放電管１ａ及び１ｂと同様の
材質からなる絶縁管、３は直流高電圧電源、４ａ及び４
ｂはアルミ等の導電材から形成された筒状のホルダ、５
ａ及び５ｂは夫々ホルダ４ａ及び４ｂ内に設けられた円
筒形状の陰極、６ａ及び６ｂは夫々放電管１ａ及び１ｂ
内に設けられた陽極であり、それぞれ直流高圧電源３に
連結されている。なお、安全上、各陽極６ａ及び６ｂは
電気的に接地されている。例えば、放電管１ａのＸ₁側
の端部には全反射鏡７が設けられると共に、放電管１ｂ
のＸ₂側の端部には部分透過鏡８が設けられている。９
はレーザ媒質ガスを循環させるためのブロワ、１０ａは
放電によって温度上昇したガスの熱を除去するための電
気的に接地された熱交換器、１０ｂはブロワ９の圧縮熱
によって温度上昇したガスの熱を除去するための熱交換
器である。放電管１ａ及び１ｂにはレーザ媒質ガスを循
環させるための循環路１１ａ及び１１ｂが連結されてい
る。以上により構成されるガスレーザ装置において、陽
極６ａ，６ｂと陰極５ａ，５ｂとの間に夫々高電圧を印
加することによって、陽極６ａと陰極５ａ及び陽極６ｂ
と陰極５ｂとの間に夫々グロー放電が発生される。他
方、ＣＯ₂、Ｎ₂、Ｈｅ等からなるレーザ媒質ガスは、
ブロワ９の稼働によって夫々陽極６ａ，６ｂから陰極５
ａ，５ｂに向かって符号２０で示す矢印の方向に循環さ
れる。このようにグロー放電を発生してレーザの励起が
行われる。すなわち、全反射鏡７と部分透過鏡８との間
で繰り返して増幅された後、レーザ光が部分透過鏡８を
透過して外部に放出される。

【０００３】図２は図１の放電管１ｂと循環路１１ｂと
の接続部の部分拡大図であり、レーザ媒質ガスの流入部
分を示す。なお、図１の放電管１ａと、循環路１１ａと
の接続部も同様の構成である。

【０００４】銅等の導電材で形成された絞り管１３は、
放電管１ｂと循環路１１ｂとの接続境界に位置してい
る。ピン状の陽極６ｂは、尖頭状に形成された一端が放
電管１ｂ内に挿入されており、他端は絞り管１３に連結
されている。絞り管１３には、接続線１２が接続されて
おり、この接続線１２は柔軟材１４を貫通して、直流高
圧電源３に接続されている。すなわち、絞り管１３は柔
軟材１４に密着して覆われていて、陽極６ｂがレーザ媒
質ガスの流入部分において、安定するように絞り管１３
を介して固定されている。１５は循環路１１ｂの一部を
構成する銅等の導電材で形成された循環管体フランジで
ある。この柔軟材１４は、例えば、シリコンゴムから形
成されており、この柔軟材１４によって循環管体フラン
ジ１５と、放電管１ｂとが気密に連通されている。そし
て、符号３０で示す柔軟材１４の一部分、すなわち、絞
り管１３と、循環管体フランジ１５との隙間（以下、振
動抑制部という）を設けることによって、ブロワ９から
の振動の伝達を抑制して、放電管１ｂの破損を防止して
いる。

【０００５】ところで、柔軟材１４の配設部以外の循環
系路は、例えば、絶縁管２と熱交換器１０ａとの接続部
は、ボルト、ナット等によって締め付けられて固定され
ている。そして、図示を省略したフランジ、ガスケット
等の適宜の部品を介して気密に連通されている。（以
下、共振器、循環路等のレーザ媒質ガスが循環する流通
路を循環系路という。）

【０００６】通常、ガスレーザ装置の作動時には、循環
系路内の圧力が、外気の圧力よりも低い状態で運転を行
う。このことは、柔軟材１４の接続部及び他の循環系路
の接続部をより密着させることとなる。そのために、循
環系路内の気密性がより高められる。

【０００７】なお、柔軟材１４の接続部付近は、図示を
省略した、適宜の冷却装置によって冷却されているた
め、柔軟材１４が、ガスレーザ装置の作動時における放
電熱によって、劣化、傷み等を伴う心配はない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、共振器内で
増幅されたレーザ光は部分透過鏡８を透過して外部に放
出されるが、この共振器内の放電状態は、循環系路の内
部を循環するレーザ媒質ガスの純度に対応して変化す
る。このため、仮に、ガスレーザ装置の循環系路内に外
気中の水分が侵入したとすれば、レーザ媒質ガスの純度
が低下されて、放電状態を悪化させることとなる。

【０００９】前述したように、ガスレーザ装置の作動時
には、循環系路内は外部に対して気密に保たれているた
め問題は発生しない。しかしながら、ガスレーザ装置を
一旦停止すると以下のような問題が発生する。すなわ
ち、ガスレーザ装置を停止すると、柔軟材１４の接続部
付近に設けられた冷却装置も停止するが、装置の停止後
も冷却効果は惰性的に継続されて、柔軟材１４の温度が
低下する。このため、ガスレーザ装置の作動時と停止後
との温度変化によって、ガスレーザ装置の停止時間の経
過と共に柔軟材１４の外周部に結露が増加される。この
結露の水分は、シリコンゴムからなる柔軟材１４を徐々
に透過して、循環系路内へ侵入することとなる。

【００１０】ところで、従来、シリコンゴムからなる柔
軟材１４が使用されていて、このシリコンゴムはある程
度の水分透過率を有するものであるから、ガスレーザ装
置を長期間停止する程、シリコンゴムからなる柔軟材１
４から外気中の水分が透過して、ガスレーザ装置内へ浸
入する恐れがあり、この透過した水分がガスレーザ装置
の循環系路の内壁に付着することとなる。又、ガスレー
ザ装置内へ浸入する水分量は、ガスレーザ装置の停止時
間及びガスレーザ装置の周囲の湿度に依存する。したが
って、ガスレーザ装置を長時間停止させた時、又は周囲
の湿度が高い状況下でガスレーザ装置を停止させた時に
は、循環系路の内壁に水分が付着する恐れがあり、この
付着した水分はレーザ媒質ガスに混入して、レーザ媒質
ガスの純度を低下させることとなる。

【００１１】そこで、高電圧を印加して放電させる前に
純度の低下したレーザ媒質ガスを除去すると共に、新鮮
なレーザ媒質ガスを循環系路内に封入する工程（以下、
放電前のガス交換という）を実施している。しかし、こ
の放電前のガス交換を行った場合でも、循環系路の内壁
に付着した水分量が多いときには、水分を完全に取り除
くことは極めて困難であり、幾分かの水分が循環系路の
内壁に残存することとなる。このため、放電前のガス交
換を行った後に、高電圧を印加して放電させた場合、循
環系路の内壁に残存していた水分が徐々に蒸発して、レ
ーザ媒質ガスの純度を低下させることとなる。

【００１２】ところで、ガスレーザ装置の作動中におい
ては、循環系路内の気密性を損なわない程度に、放電に
よって不純物を含んだレーザ媒質ガスと新鮮なレーザ媒
質ガスとを一定の圧力のもとで、除々に交換しており、
（以下、放電時のガス交換という）この放電時のガス交
換によって、循環系路の内壁に残存していた水分は、除
々に取り除かれることとなる。しかし、放電時のガス交
換によって水分が完全に取り除かれて放電状態が安定す
るまでには時間がかかり、残存する水分量が多い程、長
時間を要するという問題があった。

【００１３】以下、放電前のガスの交換を行い、高電圧
を印加した後、放電時のガス交換によって共振器内の放
電状態が安定するまでに要する経過時間を「加工準備時
間」という。又、「放電状態の安定」とは、定格出力時
の出力変動の範囲が出力値に対して±２％の範囲内とな
ることである。

【００１４】例えば、外気の湿度が６０％程度の環境状
態において、シリコンゴムからなる柔軟材１４を使用し
た場合、ガスレーザ装置を１６時間程度停止させたとき
には、加工準備時間に４５分間程度要していた。すなわ
ち、放電前のガス交換に要する時間をＴ₁、高電圧を印
加した後、放電時のガス交換によって放電状態が安定す
るまでに要する時間をＴ₂、加工準備時間をＴ₃（＝Ｔ
₁＋Ｔ₂）とすると、Ｔ₁＝５分、Ｔ₂＝４０分、Ｔ₃
＝４５分である。

【００１５】通常、ガスレーザ装置を再起動する際に
は、放電前のガス交換の回数は１回として再起動させて
いるが、加工準備時間を短縮する必要があるときには、
放電前のガス交換を繰り返して実施している。すなわ
ち、放電前のガス交換を繰り返して実施することによっ
て、循環系路の内壁に残存する水分量を極力少なくすれ
ば放電時のガス交換によって放電状態が安定するまでに
要する時間を短縮することができる。例えば、上記例に
対して、放電前のガス交換を３回行った場合、放電時の
ガス交換によって放電状態が安定するまでに要する時間
Ｔ₂は８分程度となる。この場合、加工準備時間Ｔ3
は、Ｔ₃＝３Ｔ₁＋Ｔ₂＝３×５分＋８分＝２３分となり、前述した場合に比べて、加工準備時間が２２分
短くなり、半分近く時間を短縮することができる。しか
し、放電前のガス交換を繰り返し行うとレーザ媒質ガス
の消費量が増大することとなり、経済的でない。

【００１６】本発明の目的は、ガスレーザ装置の長期間
の停止時、又は周囲の湿度が高い状況下でのガスレーザ
装置の停止時におけるガスレーザ装置内への水分の浸入
を可及的に少なくし、放電前のガス交換を繰り返し行う
ことなく、加工準備時間を短縮することができるガスレ
ーザ装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、レーザ共
振器と、レーザ共振器に配設された電極間に電圧を印加
する電源と、レーザ共振器にレーザ媒質ガスを送風する
ブロワと、レーザ共振器及びブロワに連通されたレーザ
媒質ガスの循環路とからなるガスレーザ装置に適用され
る、その特徴とするところは、上記循環路の少なくとも
一部に、シリコンゴムよりも水分透過率の低い柔軟材を
配設させることである。

【００１８】第２の発明は、レーザ共振器と、レーザ共
振器に配設された電極間に電圧を印加する電源と、レー
ザ共振器にレーザ媒質ガスを送風するブロワと、レーザ
共振器及びブロワに連通されたレーザ媒質ガスの循環路
とからなるガスレーザ装置に適用される、その特徴とす
るところは、上記循環路の少なくとも一部に、シリコン
ゴムよりも水分透過率の低い高分子材料をコーティング
させることである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。なお、ガスレーザ装置は、図１と同様の構
成であり、同一の符号を付してあるが説明を省略し要部
について説明する。（実施例１）図２は本発明の第１の実施例を示す、放電
管１ｂと循環路１１ｂとの接続部の部分拡大図である。
図２において、柔軟材１４はフッ素ゴムにより形成され
ている。その他の構成は従来技術と同様である。

【００２０】フッ素ゴムよりなる柔軟材１４を用いた場
合、フッ素ゴムは水分透過率が極めて低く、従来のごと
くシリコンゴムを用いたときに比べて水分透過率が例え
ば０．５％に低下する。このため、ガスレーザ装置内に
浸入してくる水分量が著しく低減される。図３は、外気
の湿度と、加工準備時間との関係を示している。図３に
おいて、柔軟材１４としてシリコンゴムを用いた従来の
場合と、フッ素ゴムを用いた本発明の場合とについて、
ガスレーザ装置を停止してから放電前のガス交換を行う
前までの時間（以下、停止時間という）を１６時間と
し、かつ、放電前のガス交換を１回として加工準備時間
が測定されている。

【００２１】例えば、湿度が２０％程度の場合は、加工
準備時間は、柔軟材１４としてフッ素ゴムを用いた本発
明のときは１４分程度となり、シリコンゴムを用いた従
来のときは４２分程度となる。すなわち、フッ素ゴムを
用いれば加工準備時間は２８分短縮される。又、湿度が
６０％程度の場合は、加工準備時間は、柔軟材１４とし
てフッ素ゴムを用いた本発明のときは１５分程度とな
り、シリコンゴムを用いた従来のときは４５分程度とな
る。すなわち、フッ素ゴムを用いれば加工準備時間は３
０分短縮される。同様に、梅雨時等の９０％近い湿度の
環境状態において加工準備時間は、柔軟材１４としてフ
ッ素ゴムを用いた本発明のときは１６分程度となり、シ
リコンゴムを用いた従来のときは５０分程度となる。す
なわち、フッ素ゴムを用いれば加工準備時間は３４分短
縮される。

【００２２】図３に示すように、フッ素ゴムよりなる柔
軟材１４を用いた本発明の場合、加工準備時間が、シリ
コンゴムを用いた従来の場合に比べて大幅に短縮され
る。又、外気の湿度が大きい程、その加工準備時間の差
が大きくなり、従来と比較して加工準備時間がさらに短
縮されるため能率的である。

【００２３】図４は、ガスレーザ装置の停止時間と、加
工準備時間との関係を示している。図４において、柔軟
材１４としてシリコンゴムを用いた従来の場合とフッ素
ゴムを用いた本発明の場合とについて、放電前のガス交
換は１回として、相対湿度６０％の環境内における加工
準備時間が測定されている。

【００２４】ガスレーザ装置を１０時間程度停止させた
場合は、加工準備時間は、柔軟材１４としてフッ素ゴム
を用いた本発明のときは１５分程度となり、シリコンゴ
ムを用いた従来のときは３５分程度となる。すなわち、
フッ素ゴムを用いれば加工準備時間は２０分短縮され
る。又、ガスレーザ装置を４０時間程度停止させた場
合、例えば、休日の翌朝等は、加工準備時間は、柔軟材
１４としてフッ素ゴムを用いた本発明のときは２０分程
度となり、シリコンゴムを用いた従来のときは８０分程
度となる。すなわち、フッ素ゴムを用いれば加工準備時
間は６０分短縮される。同様に、長期休暇の翌朝等で、
例えば、停止時間が６０時間程度の場合は、加工準備時
間は、柔軟材１４としてフッ素ゴムを用いた本発明の場
合２３分程度となり、シリコンゴムを用いた従来の場合
１００分程度となる。すなわち、フッ素ゴムを用いれば
加工準備時間は７７分短縮される。

【００２５】図４に示すように、ガスレーザ装置の停止
時間が長い程、加工準備時間が増大する。しかし、フッ
素ゴムよりなる柔軟材１４を用いた本発明の場合、加工
準備時間が、シリコンゴムを用いた従来の場合に比べて
大幅に短縮される。又、ガスレーザ装置の停止時間が長
い程、その加工準備時間の差が大きくなり、従来と比較
して加工準備時間がさらに短縮されるため能率的であ
る。従って、湿度の高い状態でのガスレーザ装置の停
止、又はガスレーザ装置の長時間停止を行った場合にお
いても、柔軟材１４としてフッ素ゴムを用いた本発明の
場合は、ガスレーザ装置内に浸入してくる水分量が著し
く低減されるため、従来のシリコンゴムを用いたときに
対して、加工準備時間を短縮することができる。

【００２６】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
を示す、放電管１ｂと循環路１１ｂとの接続部の部分拡
大図である。図５において、シリコンゴムからなる従来
の柔軟材１４の外面、すなわち外気に面している側面に
は、フッ素樹脂１６が覆い被るようにコーティングされ
ている。図５の他の構成部品は、図１及び図２に示した
構成部品と同様であり同一の符号を付してあるが説明を
省略する。

【００２７】シリコンゴムからなる柔軟材１４にフッ素
樹脂をコーティングすることによって、コーティングさ
れたフッ素樹脂１６が外気中の水分の透過量を激減さ
せ、結果として外気中の水分が、柔軟材１４を透過する
量を低減している。すなわち、フッ素樹脂１６をコーテ
ィングすることによって、シリコンゴムからなる従来の
柔軟材１４を単体として使用する場合に比べて、実施例
１と同様に、加工準備時間を短縮することができる。
又、天然ゴムからなる柔軟材１４にフッ素樹脂１６をコ
ーティングすることによって加工準備時間を短縮するこ
とができる。さらに、実施例２におけるフッ素樹脂を用
いる方が、本発明の実施例１におけるフッ素ゴムを単体
として用いるよりも安価であり、経費の低減となる。

【００２８】又、シリコンゴムからなる柔軟材１４の内
面、要するに、循環管体フランジ１５、絞り管１３等に
面している側面に、フッ素樹脂１６をコーティングした
場合と、シリコンゴムからなる柔軟材１４の振動抑制部
にのみ、フッ素樹脂１６をコーティングした場合と、シ
リコンゴムからなる柔軟材１４の表面全体をフッ素樹脂
１６で覆い被せるようにコーティングした場合とは、柔
軟材１４の外面にフッ素樹脂１６をコーティングしたと
きと同様に、水分透過率が低減するのは言うまでもな
い。

【００２９】そして、従来と同様に、２５分乃至３０分
の加工準備時間を許容する場合、シリコンゴムよりも水
分透過率の低い、本発明に係る柔軟材１４を配設したガ
スレーザ装置においては、停止時間が極端に長くないと
きには透過する水分量が少ないために、「放電前のガス
交換」作業を省略することができる。

【００３０】勿論、フッ素ゴム又はフッ素樹脂の代わり
にブチルゴム又はブチル樹脂を用いた場合、フッ素ゴム
又はフッ素樹脂に比べて水分透過率が大きくなるが、従
来のようにシリコンゴムを用いるときよりも水分透過率
が低減することとなり実用に供することができる。

【００３１】なお、上記実施例で示した加工準備時間等
の所要時間は、ガスレーザ装置におけるレーザ媒質ガス
の容量の違い、機械的構造の違い等、装置の機種の違い
によって異なることは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】本発明のガスレーザ装置において、循環
管体フランジ１５と放電管１ａ及び１ｂとを接続してい
る柔軟材１４に、水分透過率の低い材質の例えばフッ素
ゴムを用いること、又は従来のシリコンゴムからなる柔
軟材１４に、水分透過率の低い高分子材料をコーティン
グすることによって、ガスレーザ装置内に浸入する水分
量が著しく低減される。従って、長時間に渡るレーザ装
置の停止、及び周囲の湿度の高い状態でのガスレーザ装
置の停止を行った際においても、水分透過量が著しく低
減されて、ガスレーザ装置内に付着する水分量が低減さ
れる。この状態でガスレーザ装置を再起動させる場合、
従来のように放電前のガス交換を繰り返し行う必要がな
いため加工準備時間を短縮することができ、しかもレー
ザ媒質ガスの消費量が低減できる。さらに、放電状態が
安定するまでに要する時間が短縮されるので、能率よく
レーザ加工が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とするガスレーザ装置の構成を示
す一部断面正面図である。

【図２】図１の放電管と循環路との接続部の部分拡大図
である。

【図３】第１の実施例を示す、外気の湿度と加工準備時
間との関係図である。

【図４】第１の実施例を示す、レーザ装置の停止時間と
加工準備時間との関係図である。

【図５】第２の実施例を示す、放電管と循環路との接続
部の部分拡大図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ放電管２絶縁管３直流高圧電源４ａ、４ｂホルダ５ａ、５ｂ陰極６ａ、６ｂ陽極７全反射鏡８部分透過鏡９ブロワ１０ａ、１０ｂ熱交換器１１ａ、１１ｂ循環路１２接続線１３絞り管１４柔軟材１５循環管体フランジ１６フッ素樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ共振器と、前記レーザ共振器に配
設された電極間に電圧を印加する電源と、前記レーザ共
振器にレーザ媒質ガスを送風するブロワと、前記レーザ
共振器及び前記ブロワに連通されたレーザ媒質ガスの循
環路とからなるガスレーザ装置において、前記循環路の
少なくとも一部に、シリコンゴムよりも水分透過率の低
い柔軟材を配設してなるガスレーザ装置。
【請求項２】前記柔軟材は、前記レーザ共振器と前記
循環路とが交差するレーザ媒質ガスの流入路に設けられ
てなる請求項１に記載のガスレーザ装置。
【請求項３】前記柔軟材は、フッ素ゴムからなる請求
項１又は２に記載のガスレーザ装置。
【請求項４】前記柔軟材は、ブチルゴムからなる請求
項１又は２に記載のガスレーザ装置。
【請求項５】レーザ共振器と、前記レーザ共振器に配
設された電極間に電圧を印加する電源と、前記レーザ共
振器にレーザ媒質ガスを送風するブロワと、前記レーザ
共振器及び前記ブロワに連通されたレーザ媒質ガスの循
環路とからなるガスレーザ装置において、前記循環路の
少なくとも一部に、シリコンゴムよりも水分透過率の低
い高分子材料をコーティングしてなるガスレーザ装置。
【請求項６】前記高分子材料は、前記レーザ共振器と
前記循環路とが交差するレーザ媒質ガスの流入路に設け
た、柔軟材にコーティングされてなる請求項５に記載の
ガスレーザ装置。
【請求項７】前記高分子材料は、フッ素樹脂からなる
請求項５又は６に記載のガスレーザ装置。