WO2010103777A1 - レーザ発振装置およびレーザ加工機 - Google Patents

レーザ発振装置およびレーザ加工機 Download PDF

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laser
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江口聡
尾松英文
林川洋之
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パナソニック株式会社
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    • H01S3/02—Constructional details
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/041—Arrangements for thermal management for gas lasers

Definitions

  • the present invention relates to a laser oscillation device and a laser processing machine for blowing laser gas to a discharge tube by a blower.
  • a conventional gas laser oscillation device is known from Patent Document 1, for example.
  • the gas laser oscillation device disclosed in Patent Document 1 generates a discharge space in a discharge tube by applying a high voltage between two electrodes provided in the discharge tube.
  • the laser gas is excited by the discharge space, and is output to the outside as laser light through a total reflection mirror and a partial reflection mirror provided at both ends of the discharge tube.
  • a gas circulation path forming a laser gas circulation path is coupled to the discharge tube, and a blower is provided inside the gas circulation path. This blower circulates the laser gas in the discharge tube and the gas circulation path.
  • the air blowing section has a rotor chamber having a gas blowing rotor provided in the gas circulation path. Furthermore, the air blower has a gear chamber having a gear for determining the rotation timing of the rotor. Further, the blower unit has a drive unit that drives the gear. The rotor and the drive unit are connected to each other by a shaft. The rotor chamber is coupled to the gas circulation path, and the laser gas flows through the rotor. The pressure of the laser gas is monitored by a gas pressure detection unit and operates so as to keep the pressure inside the gas circulation path constant.
  • the drive unit of the blower unit transmits power to the rotor of the rotor chamber by rotating a motor or the like.
  • Lubricating oil is stored in the gear chamber to lubricate bearings and gears.
  • a seal portion is provided between the rotor chamber and the gear chamber to separate the rotor chamber and the gear chamber.
  • the gear chamber is set to a lower pressure than the rotor chamber. As described above, in the technique described in Patent Document 1, the pressure in the gear chamber fluctuates at the time of acceleration and deceleration of the operation of the blower, and the oil mist is prevented from being mixed into the gas circulation path. Yes.
  • the gear chamber pressure detector connected to the gear chamber alerts the alarm chamber when the pressure in the gear chamber exceeds the specified pressure. Has been issued.
  • the predetermined pressure is set too high, a decrease in the pressure difference between the rotor chamber and the gear chamber cannot be detected properly, resulting in a decrease in output.
  • it is too low warnings frequently occur within a short period of time, resulting in a short maintenance period and high running costs.
  • the present invention provides a laser oscillation device and a laser processing machine that can detect a gap expansion of a seal portion 10c of a blower portion 10 at an appropriate time and can stably output a laser.
  • the present invention detects the pressure of a discharge chamber that discharges a laser gas therein, a blower that blows laser gas to the discharge tube, a gas circulation path that connects the discharge tube and the blower, and a pressure in a gear chamber provided in the blower
  • a gear chamber pressure detection unit, and an alarm unit that generates an alarm when the pressure detected by the gear chamber pressure detection unit is equal to or greater than a predetermined pressure It has the structure defined based on the average value of an inlet side pressure and a laser gas outlet side pressure.
  • the laser oscillation device capable of finding the gap enlargement of the seal portion at an appropriate time and capable of stable laser output.
  • the laser processing machine can be provided without increasing the running cost.
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser oscillation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a structural diagram of the air blowing section of the laser oscillation device in the present embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram showing a temporal change in the gear chamber pressure during operation in the present embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing a temporal change in laser output during operation in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the laser beam machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser oscillation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the laser oscillation device of the present embodiment includes an anode electrode 6 and a cathode electrode 7 at both ends of a discharge tube 4.
  • the anode electrode 6 and the cathode electrode 7 are connected to a high voltage power source 8 to constitute a discharge unit that excites the laser gas 2, and discharges to the laser gas 2 inside the discharge tube 4 to form a discharge space 3.
  • a gas circulation path 12 is connected to the discharge tube 4, and a heat exchanger 9, a blower 10, and a heat exchanger 11 are arranged in the middle of the gas circulation path 12.
  • the laser gas 2 circulates through the gas circulation path 12 of the laser gas 2 between the discharge unit 4 and the blower unit 10.
  • the laser gas 2 flows from the anode electrode 6 to the cathode electrode 7.
  • two discharge tubes 4 are connected to face each other, but they may be arranged in parallel and folded back by a reflecting mirror to be optically coupled.
  • the number of discharge tubes 4 may not be two as in the present embodiment, but may be one or three or more.
  • a laser resonator is configured by disposing a partial reflection mirror 13 and a total reflection mirror 14 at each end of each discharge tube 4 that is not connected.
  • a high-power laser beam 1 is output from the partial reflection mirror 13 of the laser resonator.
  • the gas circulation path 12 is connected to a gas supply source 21 via a gas supply amount adjusting unit 22 and a gas supply electromagnetic valve 23.
  • the gas circulation path 12 is also connected to the first gas exhaust path 31.
  • the first gas exhaust passage 31 is connected to the gas exhaust unit 40 via the first gas exhaust solenoid valve 32 and the gas exhaust stop solenoid valve 39.
  • the gas supply source 21 and the gas exhaust unit 40 supply the laser gas 2 and adjust the pressure.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing the blower unit 10.
  • the air blowing unit 10 includes a rotor chamber 10 a having a gas blowing rotor provided in the gas circulation path 12, a gear chamber 10 b having a gear for determining the rotation timing of the rotor, and a gear. It is comprised from the drive part 10d which drives. The rotor and the drive unit 10d are connected to each other by a shaft.
  • the rotor chamber 10a is connected to the gas circulation path 12, and the laser gas 2 flows through the rotor.
  • the second gas exhaust passage 37 is connected to the gear chamber 10 b of the blower unit 10 through the oil mist capturing unit 35.
  • the second gas exhaust passage 37 is connected to the gas exhaust unit 40 via a second gas exhaust electromagnetic valve 38 and a gas exhaust stop electromagnetic valve 39.
  • the gas circulation path 12 is provided with a gas pressure detection unit 41 for detecting the pressure of the internal laser gas 2.
  • a gear chamber pressure detection unit 42 is provided in the gear chamber 10 b of the blower unit 10 via an oil mist capturing unit 35. Output signals from the gas pressure detection unit 41 and the gear chamber pressure detection unit 42 are input to the alarm unit 43. In addition, control of each solenoid valve and each part is performed with the control apparatus which served as the alarm part 43.
  • a laser gas 2 circulates in the discharge tube 4 made of a dielectric.
  • a high voltage power supply 8 connected to the anode electrode 6 and the cathode electrode 7 provided around the discharge tube 4 generates a discharge in the discharge tube 4.
  • the laser gas 2 is excited by the discharge, and is output as laser light 1 to the outside through the total reflection mirror 14 and the partial reflection mirror 13.
  • the laser gas 2 is sent by the blower 10 into the gas circulation path 12 that forms the circulation path of the laser gas 2 together with the discharge tube 4.
  • heat exchangers 9 and 11 are arranged.
  • the gas circulation path 12, the blower 10, and the inside of the discharge tube 4 are maintained at a pressure of approximately 90 kPa near atmospheric pressure.
  • the first gas exhaust solenoid valve 32, the second gas exhaust solenoid valve 38, and the gas exhaust stop solenoid valve 39 are opened, and the atmosphere is exhausted by a vacuum pump or the like of the gas exhaust unit 40, and the pressure is about 1 kPa. Depressurize until.
  • this pressure reaches about 1 kPa
  • the operation of the blower unit 10 is started, and at the same time, the second gas exhaust solenoid valve 38 and the gas exhaust stop solenoid valve 39 are closed, and then the gas supply solenoid valve 23 is opened to release the gas.
  • Fresh laser gas 2 is supplied from the supply source 21 until the operating gas pressure is reached.
  • the gas exhaust solenoid valve 39 When the operating gas pressure is reached, the gas exhaust solenoid valve 39 is opened to exhaust the laser gas 2, and at the same time, the gas pressure detection unit 41 controls the opening and closing of the gas supply solenoid valve 23 so that the pressure becomes constant.
  • Laser gas 2 is deteriorated due to dissociation of constituent gas molecules due to discharge in discharge space 3, and a part thereof is discharged to the outside by gas exhaust unit 40. Since the pressure of the laser gas 2 is monitored by the gas pressure detection unit 41, the gas pressure detection unit 41 detects a pressure drop due to the discharge of the laser gas 2 to the outside, and the gas in which the gas supply amount is electrically controlled. A signal is sent to the supply source 21 for control. Then, the same amount of undegraded laser gas 2 as that of the discharged laser gas 2 is supplied, and the pressure in the gas circulation path 12 is kept constant.
  • the drive unit 10d transmits power to the rotor of the rotor chamber 10a as the drive unit such as a motor rotates.
  • Two rotors are arranged in the rotor chamber 10a, and the rotation timing of the two rotors is determined by the gears of the gear chamber 10b.
  • the gear chamber 10b contains lubricating oil and lubricates the bearings and gears. When oil mist generated from the lubricating oil enters the laser gas 2 circulated by the rotor, the purity of the laser gas 2 is lowered, causing a major problem in laser oscillation.
  • a seal portion 10c such as an oil seal or a dry seal is provided to separate the rotor chamber 10a and the gear chamber 10b.
  • a gap of several ⁇ m to several tens of ⁇ m is provided between the seal portion 10c and the rotating shaft of the motor so that the rotation of the shaft is not hindered.
  • the gear chamber 10b of the blower unit 10 includes a vacuum pump or the like via an electromagnetic valve controlled by a signal from an inverter that controls the rotation of the motor and an electromagnetic valve that is open during operation of the blower unit 10.
  • the gas exhaust unit 40 is used to reduce the pressure.
  • the solenoid valve is controlled to open and close by a signal from the inverter, thereby controlling the gas exhaust flow rate from the gear chamber 10b and the pressure in the gear chamber 10b to the rotor chamber 10a.
  • the pressure is controlled to be lower than the pressure.
  • the gear chamber pressure detection unit 42 connected to the gear chamber 10b via the oil mist capturing unit 35 monitors the decrease in the pressure difference between the rotor chamber 10a and the gear chamber 10b in the steady operation state as described above, and performs a predetermined pressure. When it becomes above, the alarm unit 43 generates an alarm.
  • FIG. 3A is a diagram showing a temporal change in the pressure of the gear chamber of the blower unit 10 during operation of the laser oscillation device of the present embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing a relationship of temporal change in laser output of the laser oscillation apparatus of the present embodiment.
  • the pressure in the gear chamber 10b of the blower 10 is low because the gap between the seal chamber 10c between the rotor chamber 10a and the gear chamber 10b is small.
  • the operation time elapses, as indicated by the solid line P1
  • the gap gradually expands due to wear of the seal portion 10c, aging, or the like, and the pressure in the gear chamber 10b increases along a gentle rising curve.
  • the gear chamber pressure detection unit 42 is an A point that is an average value of the laser gas inlet side 10f pressure and the laser gas outlet side 10g pressure of the blower unit 10 with the pressure of the gear chamber 10b being a predetermined reference value. Is detected, and an alarm is generated by the alarm unit 43.
  • the pressure on the rotor chamber 10a side of the seal portion 10c is substantially equal to the average pressure on the laser gas inlet side 10f and the laser gas outlet side 10g of the blower. It became possible to measure the pressure on the rotor chamber 10a side.
  • the point B of the pressure in the gear chamber 10b in FIG. 3A shows a case where the predetermined pressure reference value is set higher than the average value of the laser gas inlet side 10f pressure and the laser gas outlet side 10g pressure of the blower unit 10.
  • the pressure in the gear chamber 10b exceeds the point A and the oil mist is mixed into the laser gas 2 during the operation time TA as shown by the dotted line P2. Since the operation is continued even if it starts, the laser output decreases as shown by the dotted line Q2 in FIG. 3B.
  • the pressure in the gear chamber 10b is reduced to a pressure lower than that of the rotor chamber 10a.
  • the pressure in the vicinity of the seal portion 10c inside the rotor chamber 10a is generally an average value of the inlet pressure and the outlet pressure of the blower portion 10. Therefore, when the pressure in the gear chamber 10b becomes equal to or higher than the average value of the inlet pressure and the outlet pressure of the blower unit 10, oil mist starts to enter the rotor chamber 10a from the gear chamber 10b. Therefore, in the present embodiment, the predetermined pressure that is a reference value for generating an alarm by the alarm unit 43 is set to an average value of the inlet pressure and the outlet pressure of the blower unit 10.
  • the predetermined pressure is set low, the oil mist in the gear chamber 10b can be prevented from entering the rotor chamber 10a.
  • warnings frequently occur in a short period of time and the running cost for replacing the air blowing unit 10 increases.
  • the predetermined pressure as the average value of the laser gas inlet side 10f pressure and the laser gas outlet side 10g pressure of the blower unit 10
  • the predetermined pressure it is also possible to set the predetermined pressure to a value obtained by subtracting 1 ⁇ 2 of the fluctuation value of the pressure pulsation of the laser gas 2 from the average value of the laser gas inlet side 10f pressure and the laser gas outlet side 10g pressure of the blower unit 10. .
  • the pressure in the vicinity of the seal portion 10c inside the rotor chamber 10a is generally an average value of the inlet pressure and the outlet pressure of the blower portion 10.
  • the pressure of the laser gas 2 is not constant but has a pulsation. Therefore, when the pulsation is minimized, the pressure near the seal portion 10c may instantaneously drop below the gear chamber 10b. Therefore, the predetermined pressure is set to a value obtained by subtracting 1/2 of the fluctuation value of the pressure pulsation of the laser gas 2 from the average value of the laser gas inlet side 10f pressure and the laser gas outlet side 10g pressure of the blower unit 10, and more effectively. Oil mist can be prevented from entering.
  • the predetermined pressure is unnecessarily set low, the oil mist in the gear chamber 10b can be prevented from entering the rotor chamber 10a, but an alarm will occur frequently in a short period of time, and the running cost for replacing the blower unit 10 will be increased. Will increase. Since the pressure pulsation of the laser gas 2 is usually several hundred Hz or more, the pressure of the gear chamber 10b is reduced to 1/2 of the fluctuation value of the pressure pulsation of the laser gas 2 from the average value of the laser gas inlet side 10f pressure and the laser gas outlet side 10g pressure. Since it is a very short time of about several msec or more, the oil mist intrusion does not occur.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the laser beam machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the laser beam machine according to the present embodiment includes a machining table 63 on which a machining workpiece 64 is placed.
  • the laser processing machine of the present embodiment includes a processing machine driving unit 62 that moves at least one of the movement of the processing table 63 or the condensing unit 67 that collects the laser light.
  • the laser processing machine of the present embodiment includes a numerical control unit 61 that controls the processing machine driving unit 62, the laser oscillation device 65 described in the first embodiment, and a laser beam path 66.
  • the laser beam emitted from the laser oscillation device 65 is transmitted through a laser beam path 66 constituted by a folding mirror or the like, and is collected by a focusing unit 67.
  • the focused laser beam is irradiated onto the workpiece 64 and machining is started.
  • a command is output from the numerical control unit 61 to the processing machine driving unit 62, and at least one of the processing table 63 and the light collecting unit 67 is operated to process the workpiece 64.
  • the laser processing machine uses the laser oscillation apparatus according to the first embodiment, the output fluctuation of the laser beam due to the oil mist is eliminated, and the laser beam output power can be accurately irradiated. Furthermore, since the laser oscillation device 65 is comprehensively controlled by the numerical controller, it is possible to improve the reliability of laser processing and to prevent defective products from being mixed into the workpiece.
  • the present invention includes a discharge tube that discharges a laser gas therein, a blower that blows laser gas to the discharge tube, a gas circulation path that connects the discharge tube and the blower, and a gear provided in the blower.
  • a gear chamber pressure detection unit that detects a chamber pressure, and an alarm unit that generates an alarm when the pressure detected by the gear chamber pressure detection unit is equal to or greater than a predetermined pressure.
  • the pressure has a configuration determined based on the average value of the laser gas inlet side pressure and the laser gas outlet side pressure of the blower.
  • the present invention provides a laser oscillation device capable of detecting a gap enlargement of the seal portion at an appropriate time and generating a stable laser output when the gap of the seal portion between the rotor chamber and the gear chamber of the blower portion is enlarged.
  • the laser processing machine can be provided without increasing the running cost.
  • the influence of oil mist from the blower is reduced, and the stability and long-term reliability of the laser output can be improved without increasing the running cost, which is beneficial for various laser oscillation devices and laser processing machines. .

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Abstract

放電管（４）にレーザガス（２）を送風する送風部（１０）と、放電管（４）と送風部（１０）を接続するガス循環経路（１２）と、送風部（１０）に設けたギアー室の圧力を検出するギアー室圧力検出部（４１）と、ギアー室圧力検出部（４１）で検出した圧力が予め定めた所定圧力よりも大きい場合に警報を発生する警報部（４３）とを備え、所定圧力は、送風部（１０）のレーザガス入口側（１０ｆ）圧力とレーザガス出口側（１０ｇ）圧力の平均値に基づいて定められる構成を有する。この構成により、送風部から発生するオイルミストのガス循環経路（１２）内混入およびガス消費量の増加を防止しつつ、ランニングコストを増加させることなく安定したレーザ出力を長期間維持可能となる。

Description

レーザ発振装置およびレーザ加工機
　本発明は、レーザガスを送風部で放電管に送風するレーザ発振装置およびレーザ加工機に関する。
　従来のガスレーザ発振装置は、例えば、特許文献１で知られている。特許文献１に開示されたガスレーザ発振装置は、放電管に設けられた２つの電極間に高電圧を印加することにより、放電管内に放電空間を発生させる。放電空間によりレーザガスは励起され、放電管の両端に設けられた全反射鏡および部分反射鏡を通ってレーザ光として外部に出力される。放電管にはレーザガスの循環路を形成するガス循環経路が結合され、ガス循環経路の内部には送風部が設けられる。この送風部によりレーザガスが放電管とガス循環経路内を循環する。
　送風部は、ガス循環経路の中に設けられたガス送風用のローターを内部に有するローター室を有する。さらに、送風部は、ローターの回転タイミングを決めるギアーを内部に有するギアー室を有する。さらに、送風部は、ギアーを駆動する駆動部を有する。ローターと駆動部は、互いに軸により接続されている。ローター室はガス循環経路に結合され、ローターによりレーザガスを流す。レーザガスの圧力はガス圧力検出部により監視し、ガス循環経路内部の圧力を一定に保つように動作する。
　一方、送風部の駆動部は、モータなどが回転することにより、動力をローター室のローターに伝達する。ギアー室には、潤滑用オイルが収納され、ベアリングおよびギアーの潤滑を行っている。潤滑用オイルより発生したオイルミストのレーザガス循環経路への侵入を抑制するため、ローター室とギアー室との間にシール部が設けられ、ローター室とギアー室とを分離している。しかし、シール部と、ローターおよび駆動部を結合する軸との間には微少な隙間がある。真空拡散によりオイルミストがこの隙間を通って、ギアー室からローター室へ侵入してしまうことを防ぐため、ローター室よりギアー室の方を低圧にしている。このように、特許文献１に記載された技術では、ギアー室の圧力が、送風部の運転加速時および減速時に変動し、オイルミストがガス循環経路内に混入するのを防止する構成となっている。
　しかし、シール部と軸の隙間が磨耗や経年変化で拡大した場合には、定常運転時においてもローター室とギアー室との圧力差が減少して、オイルミストの混入を防止するための圧力差が得られなくなる場合がある。
　そのため、そのまま運転を継続すると、ギアー室で発生したオイルミストがガス循環経路内に侵入して、レーザ光の出力低下を招く。
　ローター室とギアー室との圧力差が減少するのを防止する対策として、ギアー室に接続されたギアー室圧力検出部により、ギアー室の圧力が所定の圧力以上となった場合に警報部により警報を発している。
　しかし、所定の圧力の設定が高すぎる場合には、ローター室とギアー室の圧力差の減少を適切に検知できず出力低下が発生する。逆に、低すぎる場合には短期間のうちに警報が頻発することでメンテナンス期間が短くなりランニングコストが高くなる。
特開２０００－２２２４３号公報
　本発明は、送風部１０のシール部１０ｃの隙間拡大を適切な時期に発見して、安定したレーザ出力が可能なレーザ発振装置およびレーザ加工機を提供する。
　本発明は、内部でレーザガスを放電する放電管と、放電管にレーザガスを送風する送風部と、放電管と送風部を接続するガス循環経路と、送風部に設けたギアー室の圧力を検出するギアー室圧力検出部と、ギアー室圧力検出部で検出した圧力が予め定めた所定圧力と同じか所定圧力よりも大きい場合に警報を発生する警報部とを備え、所定圧力は、送風部のレーザガス入口側圧力とレーザガス出口側圧力の平均値にもと基づいて定められる構成を有する。
　かかる構成によれば、送風部のローター室とギアー室とのシール部の隙間が拡大した場合に、シール部の隙間拡大を適切な時期に発見して、安定なレーザ出力が可能なレーザ発振装置およびレーザ加工機をランニングコストが増加することなく提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置のブロック図である。 図２は、本実施の形態におけるレーザ発振装置の送風部の構造図である。 図３Ａは、本実施の形態における運転時のギアー室圧力の時間的変化を示す図である。 図３Ｂは、本実施の形態における運転時のレーザ出力の時間的変化を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工機の構成図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図１から図４を用いて説明する。
　（実施の形態１）
　図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置のブロック図である。図１において、本実施の形態のレーザ発振装置は、放電管４の両端にアノード電極６とカソード電極７を備えている。アノード電極６とカソード電極７は高電圧電源８と接続されてレーザガス２を励起する放電部を構成し、放電管４内部のレーザガス２に放電して放電空間３を形成する。放電管４にはガス循環経路１２が接続されており、ガス循環経路１２の途中に熱交換器９、送風部１０、熱交換器１１が配置されている。放電部４と送風部１０との間のレーザガス２のガス循環経路１２をレーザガス２が循環する。本実施の形態ではアノード電極６からカソード電極７へレーザガス２を流す。また、本実施の形態では放電管４を２本向かい合わせに接続しているが並列に並べて反射鏡で折り返して光学的に連結してもよい。放電管４は、本実施の形態のように２本でなくてもよく、１本でも、また３本以上連結してもよい。
　各放電管４の連結していないそれぞれの端部には、部分反射鏡１３および全反射鏡１４を配置してレーザ共振器を構成している。レーザ共振器の部分反射鏡１３から高出力のレーザ光１が出力される。
　ガス循環経路１２はガス供給量調整部２２、ガス供給電磁弁２３を介してガス供給源２１と接続している。また、ガス循環経路１２は第１ガス排気通路３１も接続している。第１ガス排気通路３１は、第１ガス排気電磁弁３２、ガス排気停止用電磁弁３９を介してガス排気部４０に接続している。ガス供給源２１とガス排気部４０によってレーザガス２の供給と圧力調整を行っている。
　図２は送風部１０を示す構成図である。図２において、送風部１０は、ガス循環経路１２の中に設けられたガス送風用のローターを内部に有するローター室１０ａと、ローターの回転タイミングを決めるギアーを内部に有するギアー室１０ｂと、ギアーを駆動する駆動部１０ｄとから構成されている。ローターと駆動部１０ｄは、互いに軸により接続されている。ローター室１０ａはガス循環経路１２に接続され、ローターによりレーザガス２を流す。
　送風部１０のギアー室１０ｂはオイルミスト捕獲部３５を介して第２ガス排気通路３７が接続されている。第２ガス排気通路３７は、第２ガス排気電磁弁３８、ガス排気停止用電磁弁３９を介してガス排気部４０に接続されている。
　また、図１に示すように、ガス循環経路１２には内部のレーザガス２の圧力を検出するガス圧力検出部４１を設けている。送風部１０のギアー室１０ｂにはオイルミスト捕獲部３５を介してギアー室圧力検出部４２を設けている。ガス圧力検出部４１、ギアー室圧力検出部４２の出力信号が警報部４３に入力されている。なお、各電磁弁や各部の制御は警報部４３を兼ねた制御装置で行う。
　以上のように構成された本実施の形態のレーザ発振装置について、その動作を説明する。誘電体よりなる放電管４内にはレーザガス２が循環している。放電管４の周辺に設けられたアノード電極６およびカソード電極７に接続された高電圧電源８は、放電管４内に放電を発生させる。放電によりレーザガス２は励起され、全反射鏡１４および部分反射鏡１３を通って外部にレーザ光１として出力される。放電管４と共にレーザガス２の循環路を形成するガス循環経路１２の内部には、送風部１０によりレーザガス２が送られている。放電および送風部１０により上昇したレーザガス２の温度を下げるため、熱交換器９、１１が配置されている。
　運転停止状態ではガス循環経路１２、送風部１０、および放電管４の内部が大気圧近くの圧力約９０ｋＰａに保たれている。運転開始時に第１ガス排気電磁弁３２、第２ガス排気電磁弁３８およびガス排気停止用電磁弁３９を開放して、ガス排気部４０の真空ポンプなどで大気を排気して、圧力約１ｋＰａ前後まで減圧する。この圧力が約１ｋＰａ前後になったとき、送風部１０の運転を開始すると同時に、第２ガス排気電磁弁３８とガス排気停止用電磁弁３９を閉鎖後、ガス供給電磁弁２３を開放してガス供給源２１より運転ガス圧力になるまで新鮮なレーザガス２を供給する。
　運転ガス圧力になるとガス排気停止用電磁弁３９を開放してレーザガス２を排気すると同時に、ガス圧力検出部４１で一定の圧力になるようにガス供給電磁弁２３の開閉制御をする。
　レーザガス２は放電空間３での放電により組成ガスの分子が乖離して劣化するため、その一部をガス排気部４０により外部へ排出する。レーザガス２の圧力はガス圧力検出部４１により監視しているため、ガス圧力検出部４１はレーザガス２が外部へ排出されたことによる圧力低下を検知し、電気的にガス供給量を制御されるガス供給源２１に信号を送り制御する。そして、排出されたレーザガス２と同量の劣化していないレーザガス２を供給し、ガス循環経路１２内部の圧力を一定に保つように動作する。
　一方、送風部１０では、駆動部１０ｄはモータなどの駆動部が回転することにより、動力をローター室１０ａのローターに伝達する。ローター室１０ａには、２個のローターが配置されていて、ギアー室１０ｂのギアーで２個のローターの回転タイミングを決めている。ギアー室１０ｂには、潤滑用オイルが収納され、ベアリングおよびギアーの潤滑を行っている。この潤滑用オイルより発生したオイルミストが、ローターで循環させているレーザガス２中に侵入するとレーザガス２の純度が低下し、レーザ発振に大きな不具合をもたらす。そこで、オイルミストのレーザガス循環経路への侵入を抑制するため、オイルシールまたはドライシールなどのシール部１０ｃが設けられ、ローター室１０ａとギアー室１０ｂとを分離している。シール部１０ｃとモーターの回転軸の間は数μｍから数十μｍの隙間が設けられており、軸の回転を阻害しないような構成となっている。
　上述したように、シール部１０ｃと回転軸の間には数μｍから数十μｍの微少な隙間があるため、真空拡散によりオイルミストが隙間を通って、ギアー室１０ｂからローター室１０ａへ侵入してしまう。これを防ぐため、ギアー室１０ｂよりギアー室ガス排気通路１０ｅおよびオイルミストトラップなどのオイルミスト捕獲部３５を経由してガス排気部４０によって、ギアー室１０ｂよりガスを排気し、ローター室１０ａよりギアー室１０ｂの方が低圧になるように構成している。
　また、ローター室１０ａのローターを加速および減速するときには、ローター室１０ａとギアー室１０ｂの圧力バランスが一時的に崩れ、そのためシール部１０ｃを通してギアー室１０ｂの潤滑用オイルミストがガス循環経路１２中に混入して、レーザ発振に悪影響を及ぼす。
　このため、送風部１０のギアー室１０ｂは、モータを回転制御しているインバータからの信号で制御する電磁弁と、送風部１０の運転中に開いている電磁弁とを介して、真空ポンプなどのガス排気部４０で減圧にする。そして、送風部１０の運転加速時および減速時において、インバータからの信号で電磁弁を開閉制御することにより、ギアー室１０ｂからのガス排気流量を制御して、ギアー室１０ｂの圧力をローター室１０ａの圧力よりも低圧に制御している。
　しかし、シール部１０ｃとモータの回転軸の隙間が磨耗や経年変化で拡大した場合には定常運転時においてもローター室１０ａとギアー室１０ｂとの圧力差が減少して、オイルミストの混入を防止するための圧力差が得られなくなる場合がある。
　オイルミスト捕獲部３５を介してギアー室１０ｂに接続されたギアー室圧力検出部４２は、上記のような定常運転状態のローター室１０ａとギアー室１０ｂとの圧力差減少を監視し、所定の圧力以上となった場合に警報部４３により警報を発生させる。
　図３Ａは、本実施の形態のレーザ発振装置の運転時における送風部１０のギアー室の圧力の時間的変化を示す図である。図３Ｂは、本実施の形態のレーザ発振装置のレーザ出力の時間的変化の関係を示す図である。送風部１０のギアー室１０ｂの圧力は、新品の場合、ローター室１０ａとギアー室１０ｂの間のシール部１０ｃの隙間が少ないため圧力が低い状態である。運転時間の経過に伴い、実線Ｐ１で示すように、シール部１０ｃの磨耗や経年変化などで隙間が徐々に拡大して、緩やかな上昇曲線でギアー室１０ｂの圧力が上昇する。運転時間ＴＡのとき、ギアー室圧力検出部４２は、ギアー室１０ｂの圧力が、所定の基準値とした、送風部１０のレーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値であるＡ点に到達したことを検出し、警報部４３により警報を発生させる。
　本来、シール部のギア室側の圧力がロータ室側より高くなったときに警報を発すれば、効率よくオイルミストの混入を防止することが可能である。しかし、シール部１０ｃとローター間の空間が非常に微小なため、シール部１０ｃのローター室１０ａ側圧力を測定するため、ポートなどを設置して、正確に圧力を測定することには困難である。本実施の形態では、シール部１０ｃのローター室１０ａ側の圧力は送風機のレーザガス入口側１０ｆおよびレーザガス出口側１０ｇの平均圧力とほぼ等しいので、その圧力を用いることにより、間接的にシール部１０ｃのローター室１０ａ側の圧力を測定することが可能となった。
　図３Ａのギアー室１０ｂの圧力のＢ点は、所定の圧力基準値を、送風部１０のレーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値よりも高く設定した場合を示している。
　本実施の形態の場合、図３ＡのＡ点で警報を発生することにより、使用者は送風部１０のシール部隙間が大きくなっており、この状態で運転を継続するとオイルミストがレーザガス２中に混入してレーザ出力の低下を引き起こし始めることを知ることができる。そこで、レーザ出力の低下を防止するために、送風部１０を新品に交換するなどの予防措置を取ることが可能となる。したがって、図３Ｂの実線Ｑ１に示すように、運転時間ＴＡ後も、レーザ出力の低下を防止し、長期にわたり定格出力を維持することが可能となる。
　所定の圧力設定が上述した図３ＡのＢ点の場合には、点線Ｐ２に示すように、運転時間ＴＡのときにギアー室１０ｂの圧力がＡ点を超えてオイルミストがレーザガス２中に混入を始めても運転を継続するため、図３Ｂの点線Ｑ２に示すように、レーザ出力が低下する。
　ギアー室１０ｂ内のオイルミストがローター室１０ａへ侵入するのを防止するために、ギアー室１０ｂ側を減圧し、ローター室１０ａより低い圧力としていることはこれまでに説明した。本実施の形態では、ローター室１０ａ内部のシール部１０ｃ付近の圧力は、通常、送風部１０の入口圧力と出口圧力の概ね平均値となっている。そのためギアー室１０ｂの圧力が送風部１０の入口圧力と出口圧力の平均値以上になると、ギアー室１０ｂからローター室１０ａへオイルミストが侵入を始める。そのため本実施の形態では、警報部４３により警報を発生させる基準値となる所定の圧力を、送風部１０の入口圧力と出口圧力の平均値に設定している。
　なお、所定の圧力を低く設定すれば、ギアー室１０ｂ内のオイルミストのローター室１０ａへ侵入は防止できる。しかし、警報が短期間で頻発することになり、送風部１０交換のためのランニングコストが増加してしまう。このような理由により、所定の圧力を送風部１０のレーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値とすることにより、不必要なランニングコストの増加を防止し、かつレーザ出力の低下も防止することができる。
　なお、ギアー室１０ｂの圧力が送風部１０の入口圧力と出口圧力の平均値以上となると瞬間的にギアー室１０ｂ内のオイルミストがローター室１０ａへ侵入を始める。
　そこで、ギアー室１０ｂの圧力が１秒間以上、送風部１０の入口圧力と出口圧力の平均値よりも大きくなった場合に警報を出すことで、より効果的にオイルミストの侵入を防止することが可能となる。
　ところで、所定の圧力を、送風部１０のレーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値からレーザガス２の圧力脈動の変動値の１／２を引いた数値に設定することも可能である。
　これまでに説明したように、ローター室１０ａ内部のシール部１０ｃ付近の圧力は、通常、送風部１０の入口圧力と出口圧力の概ね平均値となっている。実際にはレーザガス２の圧力は一定ではなく脈動を持っている。そのため脈動が最小となった場合、瞬間的にシール部１０ｃ付近の圧力がギアー室１０ｂよりも下がる場合が起こる。そのため、所定の圧力を、送風部１０のレーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値からレーザガス２の圧力脈動の変動値の１／２を引いた数値に設定し、より効果的にオイルミストの侵入を防止できる。
　しかし、むやみに所定の圧力を低く設定すると、ギアー室１０ｂ内のオイルミストのローター室１０ａへ侵入は防止できるが、警報が短期間で頻発することになり、送風部１０交換のためのランニングコストが増加してしまう。レーザガス２の圧力脈動は通常数百Ｈｚ以上であるため、ギアー室１０ｂの圧力が、レーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値からレーザガス２の圧力脈動の変動値の１／２を引いた数値以上となるのは数ｍｓｅｃ程度とごく短時間であるので、オイルミスト侵入は発生しない。
　そのため、１０分間以上、ギアー室１０ｂの圧力がレーザガス入口側１０ｆ圧力とレーザガス出口側１０ｇ圧力の平均値からレーザガス２の圧力脈動の変動値の１／２を引いた数値以上となった場合に、警報を発することで無駄なランニングコストの増加を抑制できる。
　（実施の形態２）
　図４は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工機の構成図である。図４において、本実施の形態のレーザ加工機は、加工ワーク６４を乗せる加工テーブル６３を備えている。さらに、本実施の形態のレーザ加工機は、加工テーブル６３の移動またはレーザ光を集光する集光部６７のうち少なくとも一方を移動する加工機駆動部６２を備えている。さらに、本実施の形態のレーザ加工機は、加工機駆動部６２を制御する数値制御部６１と、実施の形態１で述べたレーザ発振装置６５と、レーザ光路６６とを備えている。
　レーザ発振装置６５より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路６６で伝送され、集光部６７により集光される。集光されたレーザ光は、加工ワーク６４に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御部６１により加工機駆動部６２に指令が出力され、加工テーブル６３または集光部６７のうち少なくとも一方を動作させて加工ワーク６４を加工する。
　本実施の形態のレーザ加工機は、実施の形態１のレーザ発振装置を用いているので、オイルミストによるレーザ光の出力変動がなくなり、レーザ光の出力パワーの正確な照射が可能となる。さらに、数値制御部によりレーザ発振装置６５が統括的に制御されことにより、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークへの不良品の混入を防止することができる。
　以上説明したように、本発明は、内部でレーザガスを放電する放電管と、放電管にレーザガスを送風する送風部と、放電管と送風部を接続するガス循環経路と、送風部に設けたギアー室の圧力を検出するギアー室圧力検出部と、ギアー室圧力検出部で検出した圧力が予め定めた所定圧力と同じか所定圧力よりよりも大きい場合に警報を発生する警報部とを備え、所定圧力は、送風部のレーザガス入口側圧力とレーザガス出口側圧力の平均値にもと基づいて定められる構成を有する。
　かかる構成によれば、ローター室とギアー室とのシール部の隙間拡大が発生してギアー室の圧力が上昇した場合でも、ギアー室圧力検出部により適切な時期にこの圧力の上昇を検出して警報を発することができる。これにより、レーザガス循環経路内にオイルミストが侵入することを防止できる。またギアー室圧力が、オイルミスト混入を防止するのに必要なローター室との圧力差を十分維持しているにも関わらず、必要以上に早期にギアー室圧力の上昇を検知して警報を発することによるメンテナンス費用の増加を防止することが可能となる。
　したがって、本発明は、送風部のローター室とギアー室とのシール部の隙間が拡大した場合に、シール部の隙間拡大を適切な時期に発見して、安定なレーザ出力が可能なレーザ発振装置およびレーザ加工機をランニングコストが増加することなく提供することができる。
　本発明によれば、送風部からのオイルミストの影響を低減し、ランニングコストが増加することなくレーザ出力の安定および長期信頼性の向上できるので、各種レーザ発振装置およびレーザ加工機に有益である。
　１　　レーザ光
　２　　レーザガス
　３　　放電空間
　４　　放電管
　６　　アノード電極
　７　　カソード電極
　８　　高電圧電源
　９，１１　　熱交換器
　１０　　送風部
　１０ａ　　ローター室
　１０ｂ　　ギアー室
　１０ｃ　　シール部
　１０ｄ　　駆動部
　１０ｅ　　ギアー室ガス排気通路
　１０ｆ　　レーザガス入口側
　１０ｇ　　レーザガス出口側
　１２　　ガス循環経路
　１３　　部分反射鏡
　１４　　全反射鏡
　２１　　ガス供給源
　２２　　ガス供給量調整部
　２３　　ガス供給電磁弁
　３１　　第１ガス排気通路
　３２　　第１ガス排気電磁弁
　３５　　オイルミスト捕獲部
　３７　　第２ガス排気通路
　３８　　第２ガス排気電磁弁
　３９　　ガス排気停止用電磁弁
　４０　　ガス排気部
　４１　　ガス圧力検出部
　４２　　ギアー室圧力検出部
　４３　　警報部
　６１　　数値制御部
　６２　　加工機駆動部
　６３　　加工テーブル
　６４　　加工ワーク
　６５　　レーザ発振装置
　６６　　レーザ光路
　６７　　集光部

Claims (5)

  1. 内部でレーザガスを放電する放電管と、前記放電管に前記レーザガスを送風する送風部と、前記放電管と前記送風部を接続するガス循環経路と、前記送風部に設けたギアー室の圧力を検出するギアー室圧力検出部と、前記ギアー室圧力検出部で検出した圧力が予め定めた所定圧力と同じか前記所定圧力よりも大きい場合に警報を発生する警報部とを備え、前記所定圧力は、前記送風部のレーザガス入口側圧力とレーザガス出口側圧力の平均値にもと基づいて定められるレーザ発振装置。
  2. 前記警報部は、前記ギアー室圧力検出部で検出した圧力が、前記送風部のレーザガス入口側圧力とレーザガス出口側圧力の平均値を１秒間または１秒間よりも長い期間超えた場合に警報を発生する請求項１記載のレーザ発振装置。
  3. 前記所定圧力は、前記送風部のレーザガス入口側圧力とレーザガス出口側圧力の平均値から前記レーザガスの圧力脈動の変動値の１／２を減算した数値を用いる請求項１記載のレーザ発振装置。
  4. 前記警報部は、前記ギアー室圧力検出部で検出した圧力が、前記送風部のレーザガス入口側圧力とレーザガス出口側圧力の平均値からレーザガスの圧力脈動の変動値の１／２を減算した数値を１０分間または１０分間よりも長い期間超えた場合に警報を発生する請求項３記載のレーザ発振装置。
  5. 加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動およびレーザ光の集光部のうち少なくとも一方を移動する加工機駆動部と、前記加工機駆動部を制御する数値制御部と、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。
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