JPS58151083A - 横流型ガスレ−ザ装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、横流型ガスレーザ装置に関する。

［発明の技術的！ｌ？Ｉ］ 大出力のレーザ装置は、銅板の切断、溶接、金属の熱処
理等の種々の加工分野に多用されている。

このような用途に用いられるレーザ装置の一つには、横
流型ガスレーザ装置がある。この装置は、放電電極間に
ガス放電を生じさせ、放電部に気体、例えば、炭酸ガス
を含むレーザガスを強制循環させる方式のものである。

従来この種の検流型ガスレーザ装置しては、第１図に示
すように構成されたものがある。すなわち、レーザ装置
の放電部１が、陽極２と陰極３のと放電電極で構成され
、放電部１と陽極２と陰極３の間に生じた放電を、一対
の共振器ミラー４によってレーザ光５を励起発射する。

なお、レーザガスは、放電部１において紙面に垂直な方
向に流れる。

この放電部１には、３相交流電ｓ６が、ＳＣＲライン制
御回路７、トランス８、整流回路９を介して接続されて
おり、整流回路９と陽極２間には放電安定化用抵抗１０
が挿入され、また陰極３と整流回路９間には放電電流検
出用抵抗１１が挿入されている。

この放電電流検出用抵抗１１の＾電位端１２は、演算増
幅器１３の一方の入力端子に接続され、位相制御回路１
４を軽てＳＣＲライン制−回路７に接続され、放電電流
の制御のためのフィードバック回路１５を形成している
。

さらに演算増幅器１３の他方の入力端子すなわち制御端
子１６には、比較用基準電圧を発生する出力可変モード
設定回路１７が接続されている。

このように構成されたし！ザ装冒は、トランス８にＳＣ
Ｒライン制御回路７を介して、位相制御による電力制御
された３相交流電源６が供給され、トランス８によって
昇圧され、整流回路９で整流と平滑が行なわれた直流電
圧が陽極２に加えられ、放電部１が放電してレーザ光５
が発射される。

一方、放電電流検出用抵抗１１の高電位端１２には放電
電流に比例した電圧が発生し、この電圧と出力可変モー
ド設定回路１７の出力電圧とが演算増幅器１３に入力さ
れ、その差に相当する電圧が位相＄制御回路１４へ加え
られる。

位相制御回路１４は、ＳＣＲライン制御回路７のＳＣＲ
を点孤導通させるパルスを発生する。このパルスの位相
は、演算増幅器１３の出力に応じて麦化する。

バックさせて、常に一定の放電電流が得られるようにな
っている。なお、出力可変モード設定回路１７のボリュ
ウム１８を調整してその出力電圧を変えてやれば、放電
電流を可変することができる。

［背景技術の問題点］ 従来このようなガスレーザ装置を各種の加工作業に用い
る場合、消費電力を節約するため加工が終了すると電源
を切って放電を止め、また加工を開始するときには再び
放電を開始させている。

しかしながら上述のような検流型ガスレーザ装置にあっ
ては、放電により多量の熱が発生し、その発生する熱量
はときには１０キロワツトにもおよび、たとえ熱交換器
による放熱を行なったとしても、レーザ装置各部が室温
から所定温度にまで上昇して安定するまでには、レーザ
出力が安定しない。そのため、加工の度にレーザ装置の
電源を入れてから安定して使用可能になるまでに、長時
間を要するという欠点があった。

また従来の装置において、電源を切らずにビームシャッ
タを用いてレーザ光を遮断して待機させ、即座にレーザ
加工を開始できるようにしたものもある。しかしながら
この場合には、動作状態においてビームシャッタでレー
ザ光を遮断するだけであるから、待機状態においても消
費電力が動作状態とあまり変わらず、電力をむだに消費
する難点がある。

［発明の目的］ 本発明は以上の欠点を解消するためになされたもので、
使用停止時の消費電力が少なく使用時の放電立ち上りの
早い横流型ガスレーザ装置を提供することを目的とする
。

［発明の概要］ この目的を達成するために本発明は、放電安定化用フィ
ードバック回路を有する検流型ガスレーザ装置において
、放電電流を可変設定する出力可変モード設定回路と、
前記レーザ装置の放電電極間にグロー放電を維持し得る
範囲の中の比較的低電流値に放電電流を固定するスタン
バイモード設定回路と、前記両設定回路のいずれか一方
を前記フィードバック回路の制御端子に接続する動作モ
ード切換スイッチとを具備することを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下本発明の詳細な説明する。なお従来と共通する部分
には同一の符号を付す。

まず本発明の横流型ガスレーザ装置の実施例を説明する
前に、横流型ガスレーザ装置における特徴を検討する。

一般に、ガスレーザ装置の放電は、グロー放電によって
行なわれる。これは、放電がグロー放電からアーク放電
に移行してしまうと、ガス温度が上昇しすぎて、分子励
起状態のいわゆる「反転分布」が生じなくなってレーザ
発振しなくなるためである。

第２図は、横流型ガスレーザ装置におけるグロー放電と
アーク放電との関係を放電電極の電流−電圧特性で示し
たものである。図において、レーザ放電部には正規グロ
ー放電領域、すなわち電流が１１の点Ａから電流が１２
の点Ｂまでの間の領域では、電流−電圧特性は図のよう
に定電圧特性を示す。そして電流が１２以上になると、
電圧が上昇した後下降し、アーク放電に変化することを
示している。

また一方、レーザ出力Ｐは、第３図に示すように、放電
電流■の増大に比例して増加する。従って、第２図に示
す定電圧特性の領域においては、第３図中のＥ点に放電
電流１を減少させるならば、所定の放電を保ちながらレ
ーザ出力を低下させることが可能となって、良好な検流
型ガスレーザ装置が得られることとなる。なお第３図中
り点は加工動作時の放電電流点、０点は従来のビームシ
ャッタを用いる場合の待機時の放電電流点である。

第４図は本発明の一実施例を示すブロック図である。図
において、レーザ装置の放電部１は、複数の陽極２と１
つの陰極３との放電電極で構成され、レーザガスが放電
部１において紙面に垂直な方向に流れている。そして放
電部１′と陽極２間に生じた放電を用い、放電部１に近
設配置された一対の共振器ミラー４によってレーザ光５
を励起させ、図中右方向に出力する。

この放電部１には、３相交流電源６が、ＳＣＲライン制
御回路７、トランス８、整流回路９を介して直列接続さ
れている。

また、整流回路９と各陽極２とを接続する回路には、放
電安定化用抵抗１０が挿入され、また陰極３と整流回路
９とを接続する回路には放電電流検出用抵抗１１が挿入
されている。

この放電電流検出用抵抗１１の高電位端１２には、２人
力演算増幅器１３の一方の入力端子に接続され、その出
力は位相制御回路１４を経てＳＣＲライン制御回路７に
接続されており、演算増幅器１３と位相制御回路１４に
よって放電電流の制御のためのフィードバック回路１５
を形成している。

さらにこのフィードバック回路１５の制御端子１６、す
なわち演算増幅器１３の、他方の入力端子には、動作モ
ード切換スイッチ２０の可動端子が接続され、このスイ
ッチ２０の一方の固定端子には比較用！！！準電圧を発
生する出力可変モード設定回路１７が接続されており、
また、他方の固定端子にはスタンバイモード設定回路２
１が接続されている。

出力可変モード設定回路１７は、装置の動作放電電流を
設定する回路であって、放電電源電圧を分圧する可変抵
抗器の可動端子を出力端子としている。またスタンバイ
モード設定回路２１は、前記第２図における正規グロー
放電領域において放電ＩＮ流を低下させる低基準電圧を
設定する回路であり、電源とその電源電圧を分圧出力す
る抵抗からなっている。

次に、このように構成されたレーザ装置の動作を駅用す
る。なお演算増幅器１３の他方の出力端子には出力可変
モード設定回路１７を接続しておく。

まず、トランス８にはＳＣＲライン制御回路７を介して
１位相制御による電力制御された３相交流電源６が供給
され、トランス８によって昇圧され、整流回路って３相
ブリツジ整流と平滑が行なわれ、陽極２と陰極３の間に
直流電圧が加えられ、放電部１が放電し、レーザ光５が
出力される。

一方、放電電流検出用、抵抗１１の＾電位端１２には放
電電流に比例した電圧が発生し、この電圧と出力可変モ
ード設定回路１７の出力電圧とが演梓増幅器１３に入力
され、その差に相当する電圧が位相制御回路１４へ加え
られる。

位相制御回路１４は、ＳＣＲライン１１１１１回路７の
ＳＣＲを点弧導通させるパルスを発生する。このパルス
の位相は、演算増幅器１３の出力に応じて変化する。す
なわち放電電流が設定値より小さく演算増幅器１３の出
力電圧が高くなった場合には、ＳＣＲの導通角を大きく
し、シランス８へ供給する電力量を増加させ、その逆の
場合には減少させる。そのため常に一定の放電電流が得
られ、＠置が安定して動作する。

次に動作モード切換スイッチ２ｏを切換えて、演算増幅
器１３の他方の入力端子にスタンバイモード設定回路２
１を接続する。すると、演算増幅器１３の基準電圧が低
下するのでフィードバック（ロ）路１５を介してＳＣＲ
ライン制御回路７が制御され、グロー放電が停止しない
範囲で放電電流が低下する。そのため、レーザ光５の出
力が低下するので加工を停止することができるし、消費
電力も低下する。しかも、装置はグｎ−放電状態となっ
ているので、スイッチ２０を切換えて動作を開始させる
場合にも即座に安定した放電状態を得ることができる。

なお、上述の本発明の装置においては、動作時Ｊ５よび
停止時における出力可変モード設定回路およびスタンバ
イモード設定回路の基準電圧は、可変抵抗器などを用い
て任意に調整可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の横流型ガスレーザ装置は、
出力可変モード設定回路と、レーザ装置の放電電極間に
グロー放電を維持し得る低電８１値に放電電流を固定す
るスタンバイモード設定回路を備え、両設定回路をフィ
ードバック回路の制御端子に切換可能に接続してなるの
で、加工停止時寸なわもスタンバイモードにおいても最
小の放電電流で動作し、レーザ風洞等の各構成部材の温
度が、レーザ加工に使用している際の状態と比較して大
きな差がなくなり、再び動作を開始させても立ち上り特
性が極めて良好である。

また消費電力は、スタンバイモード時において大幅に低
下するので、消費電力を大幅に節約することが可能とな
る。特に、横流型炭酸ガスレーザ装置は、放電効率が約
１０％といわれている。従って放電入力はレーザ出力の
約１０倍程度必要であり、第３図中Ｃ点とＥ点の電流比
はほぼ５分の１から４分の１であり、３ｋｗのレーザ装
置では、６〜７ｋｗでスタンバイできることとなる。こ
れに対し、従来の横流型ガスレーザ装置は、ビームシャ
ッタによってレーザ光を遮断して待機する場合において
、出力可変モード設定回路１７のボリュウム１８を調整
しても第２図Ｃ点での設定しかできないので消費電流が
多く、不経済であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の検流型炭酸ガスレーザ装置を示すブロッ
ク図、第２図はその放電電極の放電電流−Ｖ斤特性図、
第３図はレーザ出カー放電電流特竹図、第４図は本発明
の横流型ガスレーザ装置の一実施例を示すブロック図で
ある。 １・・・・・・・・・放電部 ２・・・・・・・・・陽　極 ３・・・・・・・・・陰　極 １１・・・・・・・・・放電電流検出用抵抗１５・・・
・・・・・・放電安定化用フィードバック回路１６・・
・・・・・・・制御端子 １７・・・・・・・・・出力可変モード設定回路２０・
・・・・・・・・スタンバイモード設定回路（７３１７
）　　代理人弁理士　則近憲佑（ほか１名） 第１図 竿２ｒ７１ 枚＊１禿

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放電安定化用フィードバック回路を有する検流型ガスレ
   ーザ装置において、放電電流を可変設定する出力可変モ
   ード設定回路と、前記レーザ装置の放電電極間にグロー
   放電を維持し得る範囲の中の比較的低電流値に放電電流
   を固定するスタンバイモード設定回路と、前記両設定回
   路のいずれか一方を前記フィードバック回路の制御端子
   に接続する動作モード切換スイッチとを具備することを
   特徴とする横流型ガスレーザ装置。