特許 5829311 ガス容器の密閉性を推定可能なガスレーザ発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5829311

(24)【登録日】2015年10月30日

(45)【発行日】2015年12月9日

(54)【発明の名称】ガス容器の密閉性を推定可能なガスレーザ発振器

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/00 20060101AFI20151119BHJP

   H01S 3/036 20060101ALI20151119BHJP

   H01S 3/097 20060101ALI20151119BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/00 G

   H01S3/036

   H01S3/097 Z

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-125409(P2014-125409)

(22)【出願日】2014年6月18日

【審査請求日】2015年6月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】本田 昌洋

【審査官】 廣崎 拓登

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５３４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１２５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０３６５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００ − ３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザガスが循環するガス容器と、
前記レーザガスの循環経路に配置される放電管と、
電源出力指令を出力する出力指令部と、
前記放電管において放電を開始させるように、前記電源出力指令に応じた放電管電圧を前記放電管に印加する電源部と、
前記放電管電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源出力指令を徐々に増大させたときの前記電圧検出部の検出値に基づいて、前記放電管において放電が開始したか否かを判定する放電開始判定部と、
前記放電管電圧を印加してから、前記放電開始判定部によって放電が開始したと判定されるまでの放電開始時間が、予め定められる第１の閾値を超えたときに、前記ガス容器の密閉性が低下したことを判定する密閉性判定部と、
を備える、ガスレーザ発振器。

【請求項2】

前記密閉性判定部によって前記ガス容器の密閉性が低下したと判定された判定回数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記記憶部に記憶された前記判定回数が予め定められる第２の閾値を超えたときに、ガスレーザ発振器を停止させるようにした、請求項１に記載のガスレーザ発振器。

【請求項3】

前記放電開始時間と、前記密閉性判定部によって前記ガス容器の密閉性が低下したと判定された判定回数と、のうちの少なくともいずれか一方を表示する表示装置をさらに備える、請求項１又は２に記載のガスレーザ発振器。

【請求項4】

前記電源部の出力電流を検出する電流検出部をさらに備えており、
前記出力指令部は、前記電流検出部の検出値が予め定められる第３の閾値を超えたときに、前記電源出力指令を一旦低下させるとともに、その後、徐々に増大させるように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のガスレーザ発振器。

【請求項5】

前記電流検出部の検出値が前記第３の閾値を超えた回数をリトライ回数として記憶する第２の記憶部をさらに備えており、
前記リトライ回数が予め定められる第４の閾値を超えたときに、レーザガスの圧力を一旦低下させてから放電を開始するように構成される、請求項４に記載のガスレーザ発振器。

【請求項6】

前記放電管電圧を印加してから前記放電開始判定部によって放電が開始したと判定されることなく所定時間が経過したときに、レーザガスの圧力を一旦低下させてから放電を開始するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のガスレーザ発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザガスを媒質としてレーザを発振するガスレーザ発振器に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザガスを媒質としてレーザを発振するガスレーザ発振器において、レーザガスを収容するガス容器の密閉性を確保することは重要である。例えば、ガス容器の密閉性が低い場合、大気又は水分がレーザガスに混入して、レーザガス組成が変化する。その結果として所望のレーザ出力が得られないことがあり、加工不良ないし加工時間の増大につながる。また、レーザ電源側と放電負荷（マッチングユニット、電極、放電管及び放電空間内のレーザガス）側のインピーダンスの整合がとれなくなり、レーザ電源に過大な電流が流れ、また、放電管に過大な電圧が印加されることがある。その結果、電源装置又は放電管が破損したり、又はガスレーザ発振器が異常を検知してアラーム停止したりすることがある。

【0003】

特許文献１には、ガスレーザ発振器の電源を切る前のガス圧と、次に電源を入れる時のガス圧と、を比較することによってレーザガスの漏れを検知できるガス漏れ検知装置を備えたガスレーザ発振器が開示されている。また、特許文献１には、ガス圧を正確に測定するために、レーザガスの温度を測定する温度センサを使用することが開示されている。

【0004】

特許文献２には、定常運転時よりもレーザガスの圧力が低い状態で電源部から出力される電流値に基づいて、レーザガス組成の異常を判定できるように構成されたガスレーザ発振器が開示されている。

【0005】

特許文献３には、レーザガスの圧力と、レーザガスを循環させるターボブロワに供給される電力と、の間の関係性に基づいて、レーザガスの種類を判定するレーザガス判定手段と、判定結果に応じてガスレーザ発振器の異常を判断する異常判断手段と、を備えたガスレーザ発振器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】実用新案登録第２５６１５１０号公報

【特許文献2】特開２００８−１５３２８１号公報

【特許文献3】特開２００８−４７７３号公報

【特許文献4】特開２０１１−２２２５８６号公報

【特許文献5】特開２０１４−５３４２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載された公知技術では、十分に長時間にわたってガスレーザ発振器を停止させないとガス容器の密閉性を推定できない。また、Ｏリングの劣化など、使用とともに徐々に進行する密閉性の低下を推定できない。また、ガス圧を正確に測定するために温度センサが必要となり、コスト増大の要因になっていた。

【0008】

特許文献２及び特許文献３に記載された公知技術では、測定の度にレーザガスを排気し、その後レーザガスを再度供給する必要がある。それにより、レーザガスの消費量が多くなり、結果としてコストが増大する。また、ガス容器の密閉性低下の程度が非常に小さい場合、それに応じたＤＣ電流値又はターボブロワの電力の変化量は小さく、測定誤差を無視できない。そのため、ガスレーザ組成の変化を正確に判定できない場合がある。

【0009】

ところで、特許文献４及び特許文献５には、ステップ状に増大する電源出力指令に応じた電圧を放電管に印加するように構成されたガスレーザ発振器において、電源出力指令に対する放電管の電圧変化の割合に基づいて、放電管において放電が開始されたか否かを判定する技術が開示されている。

【0010】

本発明者は、レーザガス組成が変化すると、すなわち、ガス容器の密閉性が低下すると、放電が起こりにくくなって放電開始までの所要時間（以下、「放電開始時間」と称する。）が増大することに着目し、放電開始時間に基づいてガス容器の密閉性を推定できるガスレーザ発振器を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願の１番目の発明によれば、レーザガスが循環するガス容器と、前記レーザガスの循環経路に配置される放電管と、電源出力指令を出力する出力指令部と、前記放電管において放電を開始させるように、前記電源出力指令に応じた放電管電圧を前記放電管に印加する電源部と、前記放電管電圧を検出する電圧検出部と、前記電源出力指令を徐々に増大させたときの前記電圧検出部の検出値に基づいて、前記放電管において放電が開始したか否かを判定する放電開始判定部と、前記放電管電圧を印加してから、前記放電開始判定部によって放電が開始したと判定されるまでの放電開始時間が、予め定められる第１の閾値を超えたときに、前記ガス容器の密閉性が低下したことを判定する密閉性判定部と、を備える、ガスレーザ発振器が提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係るガスレーザ発振器は、前記密閉性判定部によって前記ガス容器の密閉性が低下したと判定された判定回数を記憶する記憶部をさらに備え、前記記憶部に記憶された前記判定回数が予め定められる第２の閾値を超えたときに、ガスレーザ発振器を停止させる。
本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明に係るガスレーザ発振器は、前記放電開始時間と、前記密閉性判定部によって前記ガス容器の密閉性が低下したと判定された判定回数と、のうちの少なくともいずれか一方を表示する表示装置をさらに備える。
本願の４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明に係るガスレーザ発振器は、前記電源部の出力電流を検出する電流検出部をさらに備えており、前記出力指令部は、前記電流検出部の検出値が予め定められる第３の閾値を超えたときに、前記電源出力指令を一旦低下させるとともに、その後、徐々に増大させるように構成される。
本願の５番目の発明によれば、４番目の発明に係るガスレーザ発振器は、前記電流検出部の検出値が前記第３の閾値を超えた回数をリトライ回数として記憶する第２の記憶部をさらに備えており、前記リトライ回数が予め定められる第４の閾値を超えたときに、レーザガスの圧力を一旦低下させてから放電を開始するように構成される。
本願の６番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明に係るガスレーザ発振器において、前記放電管電圧を印加してから前記放電開始判定部によって放電が開始したと判定されることなく所定時間が経過したときに、レーザガスの圧力を一旦低下させてから放電を開始するように構成される。

【0012】

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るガスレーザ発振器によれば、放電開始時間に基づいてガス容器の密閉性が低下したか否かを判定する。それにより、ガス容器の密閉性を迅速かつ精度よく推定できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態に係るガスレーザ発振器の構成図である。

【図2】ガスレーザ発振器の機能ブロック図である。

【図3】ガスレーザ発振器が待機状態から復帰する際の工程の流れを示すフローチャートである。

【図4】復帰動作を実行する際の放電管電圧及びＤＣ電流の特性の例を示す図である。

【図5】復帰動作を実行する際の放電管電圧及びＤＣ電流の特性の別の例を示す図である。

【図6】復帰動作を実行する際の放電管電圧及びＤＣ電流の特性の別の例を示す図である。

【図7】アラーム停止判定機能を実装したガスレーザ発振器における復帰動作の工程の流れを示すフローチャートである。

【図8】変形例に係るガスレーザ発振器における復帰動作の工程の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は、本発明の理解を助けるために縮尺を適宜変更して記載されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が複数の実施形態にわたって使用される。

【0016】

図１は、一実施形態に係るガスレーザ発振器１の構成図である。ガスレーザ発振器１は、ガスレーザ発振器１を制御するＣＮＣ（コンピュータ数値制御装置）２と、レーザ媒質としてのレーザガスを循環させるガス循環システム３と、レーザガスの循環経路に配置された共振器４と、共振器４を構成する放電管４１に電力を供給する電源部５と、ＣＮＣ２及び電源部５との間に介在するインターフェイス部６と、種々の情報を視覚的に表示する表示装置７と、を備えている。

【0017】

ガス循環システム３は、レーザガスの循環経路を形成するガス容器３１を備えている。ガス容器３１の内部空間３１１はレーザガスで満たされている。レーザガスは、例えば二酸化炭素、窒素、ヘリウムなどを所定の組成比で混合したものである。ガス容器３１の内部空間３１１は、連結ホルダ３３を介して互いに連結された一対の放電管４１によって形成される放電空間３２に連通している。

【0018】

ガス循環システム３は、吸込部を連結ホルダ３３の近位に有するターボブロワ３５を備えている。レーザガスは、図中に矢印で示されるように、ターボブロワ３５によってガス容器３１の内部空間３１１及び放電空間３２を循環するようになっている。ターボブロワ３５の上流側（吸込部側）及び下流側（吐出部側）には、レーザガスを冷却する熱交換器３４がそれぞれ配置されている。

【0019】

ガス循環システム３は、冷却水循環システム３６と、ガス圧制御システム３７と、をさらに備えている。冷却水循環システム３６は、熱交換器３４及びガス容器３１を冷却する冷却水を循環させる機能を有する。ガス圧制御システム３７は、レーザガスを外部からガス容器３１内に導入し、或いはレーザガスをガス容器３１から外部に排出することによって、レーザガスの圧力を制御する機能を有する。冷却水循環システム３６及びガス圧制御システム３７は、ＣＮＣ２又は別個の制御装置（図示せず）によって制御される。

【0020】

共振器４は、一対の放電管４１と、レーザガスの流れに対して一方の放電管４１の上流側に配置された部分反射鏡であるリア鏡４４と、他方の放電管４１の上流側に配置された部分反射鏡である出力鏡４５と、を備えている。放電管４１は主電極４２を備えており、電源部５から所定の電圧が主電極４２に印加されたときに、放電空間３２において放電が起きるようになっている。また、各々の放電管４１の上流には、主電極４２を介した放電を補助する補助電極４３が設けられており、ガスレーザ発振器１の運転時には、主電極４２とともに電源部５から電力の供給を受けるようになっている。

【0021】

放電空間３２において放電が起きると、レーザガスが励起されて光を発生する。発生された光は、リア鏡４４と出力鏡４５との間で反射を繰り返しながら、誘導放出によって増幅される。十分に増幅されたレーザ光は、その一部が出力鏡４５を通過して外部に放出される。レーザ光は、例えばレーザ加工を実行するのに利用される。出力鏡４５の出力側には、機械シャッタ４６が設けられており、必要に応じてレーザ光を遮断できるようになっている。また、共振器４は、レーザ出力を検出するパワーセンサ４７をさらに備えている。パワーセンサ４７の検出値は、インターフェイス部６のモニタ部６２に入力される。

【0022】

電源部５は、出力指令部６１から入力される電源出力指令に応じて、各々の放電管４１に高周波電力を供給する機能を有する。電源部５は、電源ユニット５１と、マッチングユニット５３と、を備えている。図示された実施形態では、一対の放電管４１に対して、電源ユニット５１及びマッチングユニット５３がそれぞれ設けられているものの、それらの構成及び作用効果は互いに同一であるので、一方の電源ユニット５１及びマッチングユニット５３についてのみ説明することとする。

【0023】

電源ユニット５１は、インターフェイス部６の出力指令部６１から入力される電源出力指令に応じたＤＣ電流を出力する。出力指令部６１は、ＣＮＣ２からの制御信号に応じて電源出力指令を作成する。電源ユニット５１から出力されるＤＣ電流は高周波電力に変換され、マッチングユニット５３に入力される。マッチングユニット５３は、電源部５側の出力インピーダンスと、放電負荷側の入力インピーダンスとを整合させ、電源出力指令に応じた電圧（以下、「放電管電圧」と称する。）を放電管４１に印加する。

【0024】

電源ユニット５１は、電源ユニット５１によって出力されるＤＣ電流を検出する電流検出部５２を備えている。また、マッチングユニット５３は、放電管電圧を検出する電圧検出部５４を備えている。電流検出部５２及び電圧検出部５４の検出値は、インターフェイス部６のモニタ部６２にそれぞれ入力される。

【0025】

図２は、ガスレーザ発振器１の機能ブロック図である。図示されるように、ＣＮＣ２は、放電開始判定部２１と、リトライ処理部２２と、密閉性判定部２３と、記憶部２４と、を備えている。ＣＮＣ２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むハードウェア構成を有している。以下、簡単のため、１つの放電管４１について説明するものの、当業者であれば、任意の数の放電管を備えたガスレーザ発振器にも同様の概念を適用できることを容易に認識するであろう。

【0026】

放電開始判定部２１は、ガスレーザ発振器１を待機状態から復帰させる際に、放電管４１において放電が開始されたか否かを判定する。一実施形態において、放電開始判定部２１は、電源出力指令をステップ状に増大させたときに、電圧検出部５４によって検出される放電管電圧の変化量が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、放電開始を判定する。

【0027】

リトライ処理部２２は、ガスレーザ発振器１の復帰動作の実行中に、電源ユニット５１から出力されるＤＣ電流が所定の閾値を超えたときに、電源出力指令を一旦低下させてから、電源出力指令をステップ状に増大させ工程を再実行する（リトライ処理）。具体的には、一実施形態において、リトライ処理部２２は、電流検出部５２の検出値が所定の閾値を超えたときに、リトライ処理を実行する。

【0028】

密閉性判定部２３は、放電開始時間に基づいて、ガス容器３１の密閉性が低下したか否かを判定する。一実施形態において、放電開始時間は、放電管４１に放電管電圧を印加してから、放電管４１において放電が開始するまでに要する時間である。放電が開始したか否かは、例えば放電開始判定部２１によって判定される。

【0029】

記憶部２４は、必要に応じて種々の情報を記憶する。例えば、記憶部２４は、密閉性判定部２３がガス容器３１の密閉性の低下を判定した回数を記憶する。また、一実施形態において、記憶部２４は、リトライ回数を記憶するように構成されてもよい。記憶部２４は、ガスレーザ発振器１に供給される電力が遮断されても記憶情報を保持できるように、不揮発性メモリによって各情報を記憶する。或いは、記憶部２４は、ガスレーザ発振器１の電源とは独立した電源によって動作可能な外部の記憶装置と協働して情報を記憶できるように構成されてもよい。

【0030】

表示装置７は、ＬＣＤなどの公知の構成を有する表示装置であり、必要に応じて種々の情報を表示する。表示装置７は、例えばＣＮＣ２の制御プログラム又はパラメータなどを表示する一般的な表示装置である。一実施形態において、表示装置７は、例えば密閉性判定部２３がガス容器３１の密閉性の低下を判定した回数を表示するように構成されてもよい。また、一実施形態において、表示装置７は、ＣＮＣ２に記憶された放電開始時間を表示するように構成されてもよい。

【0031】

図３は、一実施形態に係るガスレーザ発振器１において、ガス容器３１の密閉性を判定する密閉性判定機能を説明する図である。本実施形態において、密閉性の判定は、ガスレーザ発振器１を待機状態から復帰させる際に実行される。したがって、図３のフローチャートは、ガスレーザ発振器１が待機状態から復帰する際の工程の流れを示している。

【0032】

待機状態からの復帰動作は、ＣＮＣ２に所定の制御信号が入力されることによって開始する。なお、「待機状態」とは、出力指令部６１からの電源出力指令がゼロであり、放電管４１において放電が起きていない状態を意味する。復帰動作が開始されると、ステップＳ３０１においてリトライ回数Ｍがゼロに設定される。また、放電開始時間を計測するタイマが起動される。

【0033】

ステップＳ３０２では、出力指令部６１が電源出力指令Ｃ１（０）を所定の時間Δｔにわたって出力する。また、ステップ回数Ｎがゼロに設定される。

【0034】

ステップＳ３０３では、電流検出部５２が電源出力指令Ｃ１（０）に応じて電源ユニット５１から出力されるＤＣ電流Ｉ（０）を検出するとともに、電圧検出部５４が放電管４１に印加される放電管電圧Ｖ（０）を検出する。ＤＣ電流Ｉ（０）及び放電管電圧Ｖ（０）はモニタ部６２に入力されるとともに、ＣＮＣ２の記憶部２４に記憶される。

【0035】

ステップＳ３０４においてステップ回数ＮにＮ＋１が代入された後、出力指令部６１は、ステップＳ３０５において、直前の電源出力指令Ｃ１（Ｎ−１）にΔＣ１を加算した電源出力指令Ｃ１（Ｎ）を所定の時間Δｔにわたって出力する。このように、本実施形態において、出力指令部６１は、所定の周期（Δｔ）毎に電源出力指令をΔＣ１だけステップ状に増大させるように構成される。

【0036】

ステップＳ３０６では、電流検出部５２及び電圧検出部５４が、電源出力指令Ｃ１（Ｎ）に対応するＤＣ電流Ｉ（Ｎ）及び放電管電圧Ｖ（Ｎ）を検出する。それらＤＣ電流Ｉ（Ｎ）及び放電管電圧Ｖ（Ｎ）はモニタ部６２に入力されるとともに、ＣＮＣ２の記憶部２４に記憶される。

【0037】

ステップＳ３０７では、ＣＮＣ２の放電開始判定部２１が、放電管４１において放電が開始されたか否かを判定する。放電開始判定は、現在の放電管電圧Ｖ（Ｎ）と直前の放電管電圧Ｖ（Ｎ−１）との間の差が所定の閾値ＴＨ５よりも小さくなったか否かに基づいて実行される。電源出力指令を所定の増加分だけステップ状に増大させた場合、電源出力指令に対する放電管電圧の変化割合は、放電開始前よりも放電開始後の方が小さくなることが分かっている。したがって、電源出力指令を増大させる度に放電管電圧の変化量を閾値ＴＨ５と比較することによって、放電が開始されたか否かを判定できる。特許文献４及び特許文献５を併せて参照されたい。閾値ＴＨ５は、ガスレーザ発振器１が正常に稼働しているときの電源出力指令に対する放電管電圧の変化量に基づいて適宜決定される。

【0038】

ステップＳ３０７における判定が否定された場合、ステップＳ３０８に進み、過電流判定が実行される。過電流判定は、ＤＣ電流Ｉ（Ｎ）が所定の閾値ＴＨ３（第３の閾値）を超えたか否かに基づいて実行される。過電流判定は、ＤＣ電流Ｉ（Ｎ）が過大となってガスレーザ発振器１がアラーム停止するのを防止するために実行される。したがって、閾値ＴＨ３は、例えばアラーム停止されるべきＤＣ電流の値よりも小さい値に設定される。

【0039】

ステップＳ３０８における判定が否定された場合、ステップＳ３０４に戻り、電源出力指令をΔＣ１だけ増大する処理が再度実行される。ステップＳ３０４〜ステップＳ３０７までの処理は、ステップＳ３０７及びステップＳ３０８のいずれか一方における判定が肯定されるまで繰返し実行される。

【0040】

ステップＳ３０７における判定が肯定されると、ステップＳ３０９に進み、出力指令部６１が、補助電極４３による補助放電を維持し、かつ主電極４２による主放電を生じさせない（すなわち、レーザ出力が０Ｗである）ように決定される電源出力指令Ｃ２を出力する。次いで、ステップＳ３１０において、復帰動作を開始してから放電の開始を判定するまでに要した時間として放電開始時間ＴＳが取得される。

【0041】

図４は、復帰動作を実行した場合における放電管電圧及びＤＣ電流の特性の例を示している。図４は、ステップＳ３０８における判定が肯定されることなく、ステップＳ３０７における放電開始判定が肯定された場合の電源出力指令、放電管電圧及びＤＣ電流の互いの関係性を示している。図４において、電源出力指令、放電管電圧及びＤＣ電流は、実線、点線、破線でそれぞれ示されている。

【0042】

前述したように、ステップ状に増大される電源出力指令に応じて、放電管電圧及びＤＣ電流はそれぞれ増大する。そして、復帰動作を開始してから時間ＴＳを経過した時点において、放電管電圧の変化量ΔＶが閾値ＴＨ５よりも小さくなり、放電開始判定部２１は放電の開始を判定する（すなわち、ステップＳ３０７の判定が肯定される）。図４に示される例の場合、放電が比較的短時間で円滑に開始される。したがって、ガス容器３１の密閉性は十分に高いと推定できる。

【0043】

再び図３を参照し、ステップＳ３０８における判定が肯定された場合、ステップＳ３１１に進み、リトライ処理部２２がリトライ処理を実行する。ステップＳ３１１では、リトライ回数ＭにＭ＋１が代入される。続いてステップＳ３１２に進み、ガス圧低下判定が実行される。

【0044】

ガス圧低下判定は、リトライ回数Ｍが所定の閾値ＴＨ４（第４の閾値）を超えたか否かに基づいて実行される。正常な状態であれば、リトライ処理を所定回数繰り返せば放電が開始される。しかしながら、レーザガス組成が変化したりした場合には、放電を開始しないままリトライ回数Ｍが閾値ＴＨ４を超えることがある。このような場合、ガス圧低下処理を実行して放電を確実に開始させるようになっている。

【0045】

他方、ステップＳ３１２の判定が否定されると、ステップＳ３０２に戻り、出力指令部６１は、電源出力指令Ｃ１（０）（初期値）を出力する。

【0046】

図５は、復帰動作を実行した場合における放電管電圧及びＤＣ電流の特性の第２の例を示している。図５は、時間ＴＲにおいてリトライ処理が実行されるとともに、時間ＴＳにおいて放電開始判定部２１が放電の開始を判定した場合の例を示している。すなわち、時間ＴＲにおいてＤＣ電流が閾値ＴＨ３を超える（ステップＳ３０８における判定が肯定される）とともに、リトライ処理の実行に伴って、出力指令部６１が電源出力指令Ｃ１（０）を再び出力することが分かるであろう。図５に示される例のようにリトライ処理を実行する必要がある場合、比較的軽度の密閉性の低下が起きていると推定できる。また、リトライ処理の実行回数が増大するのに従って、密閉性の低下が進んでいることを推定できる。例えば、リトライ回数の実行回数が所定回数を超えた場合、放電管４１などで使用されるＯリングが劣化しており、交換の必要があると推定できる。

【0047】

図３に戻り、ステップＳ３１２の判定が肯定されると、ステップＳ３１３に進み、放電を確実に開始できるようにガス圧低下処理が実行される。ガス圧制御システム３７がガス容器３１内のレーザガスを外部に排出し、通常時のガス圧ＰよりもΔＰだけ低い圧力Ｐ’までガス圧を低下させる。

【0048】

ステップＳ３１４において、出力指令部６１は、稼働時にレーザ出力が０Ｗになるように設定される電源出力指令Ｃ２を出力する。ガス圧がＰ’まで低下した状態で電源出力指令Ｃ２が付与されると、放電が確実に開始されることが経験的に分かっている。換言すると、ガス圧低下処理を実行した後のレーザガス圧Ｐ’は、電源出力指令Ｃ２が付与されたときに放電が確実に開始されるガス圧に設定される。

【0049】

放電が開始された後、ステップＳ３１５において、ガス圧制御システム３７は、レーザガスをガス容器３１内に供給し、ガス圧を通常動作時のガス圧（ガス圧低下処理を実行する前のレーザガス圧）Ｐまで増大させる。

【0050】

次いで、ステップＳ３１０に進み、放電開始時間ＴＳが取得される。ガス圧低下処理を実行することにより放電を開始させた場合、放電開始時間ＴＳは、ステップＳ３１２の判定が肯定されるまでの時間に、ステップＳ３１３〜Ｓ３１５を実行するのに要する時間（ガス容器３１の容積に応じて定まる時間）を加えた合計の時間とみなせる。

【0051】

図６は、復帰動作を実行した場合における放電管電圧及びＤＣ電流の特性の第３の例を示している。図５は、時間ＴＲ（１）、ＴＲ（２）、・・・ＴＲ（ｉ）においてリトライ処理がそれぞれ実行されるとともに、時間ＴＳにおいて放電が開始されたとみなす場合の例を示している。図６の例では、時間ＴＲ（ｉ）において、リトライ回数Ｍが閾値ＴＨ４を超える（ステップＳ３１２における判定が肯定）とともに、ガス圧低下処理の実行に伴って、ガス圧制御システム３７によってガス圧がΔＰだけ低下していることが分かるであろう。図６に示される例のようにガス圧低下処理を実行する必要がある場合、比較的重度の密閉性の低下が起きていると推定できる。例えば、ガス容器３１に亀裂が生じていたり、又はガス圧制御システム３７によって制御される弁に不具合が生じていたりする可能性があると推定できる。

【0052】

図３に戻り、放電開始時間ＴＳが取得されると、ステップＳ３１６に進み、密閉性判定部２３が、ガス容器３１の密閉性が低下したか否かを判定する。密閉性判定は、放電開始時間ＴＳが所定の閾値ＴＨ１（第１の閾値）を超えたか否かに基づいて実行される。

【0053】

ステップＳ３１６における判定が肯定されると、ステップＳ３１７に進み、ガス容器３１の密閉性の低下を判定した後、復帰動作を完了する。他方、ステップＳ３１６における判定が否定されると、ステップＳ３１７をバイパスして復帰動作を完了する。

【0054】

本実施形態に係るガスレーザ発振器１は下記の利点を有する。
（１）ガスレーザ発振器１を待機状態から復帰させる度にガス容器３１の密閉性が低下したか否かを判定する。それにより、ガスレーザ発振器１を完全に停止させることなくレーザ加工を実行し続ける場合であっても、ガス容器３１の密閉性を推定できる。例えば、長時間にわたって一連のレーザ加工を実行する際に、ガスレーザ発振器１が一時的に待機状態になってから復帰するタイミングを利用して、ガス容器３１の密閉性を推定できるようになる。また、Ｏリングの劣化などに起因して、ガスレーザ発振器の稼働中に徐々に進行するガス容器の密閉性の低下を判定できるようになり、密閉性監視の信頼性を向上できる。

【0055】

（２）放電開始時間ＴＳに基づいてガス容器３１の密閉性を推定することによって、密閉性低下の程度が非常に小さい場合でも、密閉性が低下したことを判定できる。さらに、放電開始時間の長さに応じて密閉性の低下の程度をある程度推定できるので、密閉性低下の要因を推定できる。例えば、ステップ回数Ｎが増大した結果、又はリトライ処理を実行した結果、放電開始時間ＴＳが増大するのに従って、Ｏリングなどの封止部材の劣化が進行していることを推定できる。また、リトライ回数Ｍが増大してガス圧低下処理が必要になる程度まで放電開始時間ＴＳが増大した場合、ガス容器３１その他の配管設備に不具合が生じていることを推定できる。さらに、レーザガス組成の変化を検出するために従来使用されていた温度センサが不要になるので、コストを削減できる。

【0056】

（３）本実施形態によれば、レーザガスを交換することなくガス容器３１の密閉性の低下を判定できる。そのため、短時間で、例えば０．５秒〜２秒で密閉性の判定を実行できるので、ガスレーザ発振器１のダウンタイムを短縮できる。また、レーザガスの消費量を抑制できる。

【0057】

（４）ガスレーザ発振器１は、密閉性判定部２３がガス容器３１の密閉性の低下を判定した回数、又は放電開始時間ＴＳを表示装置７に表示するように構成される。ガスレーザ発振器１は、要求される修復作業の内容を表示装置７にさらに表示するように構成されてもよい。例えば、表示装置７には、Ｏリングの交換が必要であること、ガス容器３１などに不具合がある虞があること、などの警告情報が表示されてもよい。操作者は、表示装置７に表示された情報に基づいて必要な保守作業又は修復作業を実行できる。さらに、操作者は、場合によっては、表示装置７に表示された情報に基づいて修復が必要な箇所を推定できる。例えば、レーザガスを収容するボンベを交換した直後に放電開始時間ＴＳが増大した場合、操作者は、交換したボンベに不具合が生じていると推定できる。

【0058】

図７は、別の実施形態に従ってアラーム停止判定機能を実装したガスレーザ発振器１における復帰動作の工程の流れを示すフローチャートである。ステップＳ７０１では、図３を参照して説明した方法に従って放電開始時間ＴＳを取得する。すなわち、ステップＳ７０１は、図３のステップＳ３１０に相当する。図７では、簡単のため、放電開始時間ＴＳを取得する以前の工程を省略している。ステップＳ７０２及びステップＳ７０３の処理は、図３のステップＳ３１６及びステップＳ３１７と同様である。また、ステップＳ７０２における判定が否定されたときは、図３の場合と同様に復帰動作を完了するようになっている。

【0059】

本実施形態においては、ステップＳ７０３においてガス容器３１の密閉性の低下を判定した場合、ステップＳ７０４において、密閉性低下判定回数（以下、「判定回数」と称する。）ＸにＸ＋１を代入する。判定回数Ｘは、例えばＣＮＣ２の記憶部２４によって記憶される。記憶部２４は、ガスレーザ発振器１に供給される電力が遮断されても判定回数Ｘを保持できるように不揮発性メモリ又は外部記憶装置によって判定回数Ｘを記憶する。なお、判定回数Ｘは、保守工程又は修復工程によって密閉性低下の原因が解消された時点でリセットされる。

【0060】

次いでステップＳ７０５に進み、アラーム停止判定が実行される。アラーム停止判定は、判定回数Ｘが所定の閾値ＴＨ２（第２の閾値）を超えたか否かに基づいて実行される。ステップＳ７０５の判定が肯定された場合、ガス容器３１の密閉性が顕著に低下していて、放電管４１の故障などの不具合を引起す虞があるとみなし、ガスレーザ発振器１をアラーム停止させる。他方、ステップＳ７０６の判定が否定された場合、復帰動作を完了する。

【0061】

本実施形態によれば、密閉性の低下の程度が顕著に大きい場合に、ガスレーザ発振器１をアラーム停止させられるようになる。したがって、レーザガスの組成が変化した結果として過大な電流又は電圧が印加され、ガスレーザ発振器１が破損するのを防止できる。また、アラーム停止判定は、密閉性判定と同様に、待機状態から復帰する度に実行されるので、ガスレーザ発振器１が無人運転しているときでも事故の発生を防止できる。

【0062】

図８は、変形例に係るガスレーザ発振器１における復帰動作の工程の流れを示すフローチャートである。本変形例においては、ステップＳ８１０におけるガス圧低下判定が、リトライ回数Ｍではなく、復帰動作を開始してからの経過時間ＴＥに基づいて実行される。すなわち、経過時間ＴＥが所定の閾値ＴＨ６を超えたときに、ステップＳ８１１に進み、ガス圧低下処理を実行する。ステップＳ８１０以外の工程は図３に関連して前述した実施形態と同様であるので、説明を省略する。

【0063】

この変形例に係るガスレーザ発振器１においても、経過時間ＴＥが閾値ＴＨ６を超えたときにガス圧低下処理が実行される。したがって、レーザガス組成が変化して放電が起こりにくい状態であっても、ガス圧を低下させることによって、放電を確実に開始できるので、ダウンタイムの発生を防止できる。

【0064】

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

【符号の説明】

【0065】

１ ガスレーザ発振器
２ ＣＮＣ
２１ 放電開始判定部
２２ リトライ処理部
２３ 密閉性判定部
２４ 記憶部（記憶部、第２の記憶部）
３ ガス循環システム
３１ ガス容器
３２ 放電空間
３４ 熱交換器
３５ ターボブロワ
３６ 冷却水循環システム
３７ ガス圧制御システム
４ 共振器
４１ 放電管
４２ 主電極
４３ 補助電極
４４ リア鏡
４５ 出力鏡
４６ 機械シャッタ
４７ パワーセンサ
５ 電源部
５１ 電源ユニット
５２ 電流検出部
５３ マッチングユニット
５４ 電圧検出部
６ インターフェイス部
６１ 出力指令部
６２ モニタ部
７ 表示装置

【要約】

【課題】ガス容器の密閉性を推定可能なガスレーザ発振器を提供する。
【解決手段】ガスレーザ発振器は、電源出力指令を出力する出力指令部と、放電管において放電を開始させるように、電源出力指令に応じた放電管電圧を放電管に印加する電源部と、放電管電圧を検出する電圧検出部と、電源出力指令を徐々に増大させたときの電圧検出部の検出値に基づいて、放電管において放電が開始したか否かを判定する放電開始判定部と、放電管電圧を印加してから、放電開始判定部によって放電が開始したと判定されるまでの放電開始時間が、予め定められる第１の閾値を超えたときに、ガス容器の密閉性が低下したことを判定する密閉性判定部と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】