JP2002217476A - 光軸移動型レーザ加工機におけるガスレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気中の粉塵による出力ミラーの汚染を低減
させる光軸移動型レーザ加工機におけるガスレーザ発振
器の提供。 【解決手段】 光軸移動型レーザ加工機３におけるガス
レーザ発振器１において、前記光軸移動型レーザ加工機
の光軸カバー２５に連結した発振器カバー１１を設け、
前記ガスレーザ発振器に該ガスレーザ発振器の出力ミラ
ー７の大気側表面７ａを含む集塵室２９を備えた集塵器
３５を設け、前記集塵室内の空気を前記発振器カバー内
へ排出することを特徴とする光軸移動型レーザ加工機に
おけるガスレーザ発振器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光軸移動型レーザ加
工機におけるガスレーザ発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば図２に示す如き炭酸ガスレーザ発
振器１００では、真空容器１０１内にレーザ媒質１０３
を含んだ混合ガスを封入し、このレーザ媒質１０３をグ
ロー放電によって励起し、誘導放出されるレーザ光ＬＢ
を放電部を挟むリアミラー１０５と出力ミラー１０７と
からなる光共振器により増幅して、増幅されたレーザ光
ＬＢの一部を出力ミラー１０７から外部へ取り出す様に
構成してある。

【０００３】上述のリアミラー１０５と出力ミラー１０
７は、鏡面側が対向する様にして真空容器１０１に固定
してある。また、通常、リアミラー１０５と出力ミラー
１０７はその姿勢をマイクロメータ（図示省略）などに
よって微調整可能に設けてある。

【０００４】真空容器を用いたガスレーザの場合、光共
振器を構成するリアミラー１０５と出力ミラー１０７の
鏡面側は普通真空容器内に配置されているが、レーザ光
を取り出す出力ミラー１０７は真空側と大気側との境界
に位置しており、出力ミラー１０７の鏡面でない側は大
気に接触した状態に在る。

【０００５】前記炭酸ガスレーザ発振器１００から出力
されたレーザ光ＬＢは、光軸移動型レーザ加工機１０２
に固定された第１ミラー１０９によってＸ軸方向へ折り
曲げられ、次いで加工ヘッド位置決め装置１１１に設け
た第２ミラー１１３に導かれ、第２ミラー１１３で再度
直角に折り曲げられてＹ軸方向（Ｘ軸方向に直角）へ進
行し、第３ミラー１１５に導かれ、第３ミラー１１５に
よって加工ヘッド１１７の集光レンズ１１９に導かれる
様に設けてある。

【０００６】なお、上述の第２ミラー１１３は、通常前
記第３ミラー１１５および集光レンズ１１９と共に一体
的にＸ軸方向へ移動位置決め自在のＸ軸キャリッジ上に
設けられており、第３ミラー１１５と集光レンズは、第
２ミラー１１３に対してＹ軸方向へ一体的に移動位置決
め自在のＹ軸キャリッジ上に設けられている。

【０００７】従って、上述のＸ−Ｙキャリッジを移動位
置決めすることにより、被加工材Ｗ上の所望する位置に
レーザ光ＬＢを照射することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記真空容器１０１内
は、不純物（特に粉塵）の管理が行いやすいが、出力ミ
ラー１０７の接触する大気側は、レーザ加工機１０２に
よる切断加工から発生する粉塵が非常に多く、不純物が
出力ミラー１０７に近づかないようにすることは困難で
ある。従ってレーザ発振器を構成するミラーの中で最も
汚染されては困る出力ミラー１０７が最も汚染されやす
い環境に在る。

【０００９】出力ミラー１０７の汚染を嫌うのは、エネ
ルギー密度の大きいレーザ光が出力ミラー１０７を透過
するので、出力ミラーの表面が汚染していると、その部
分がレーザエネルギーを吸収して発熱する。その結果出
力ミラー１０７が膨張して熱レンズ効果を引き起こし屈
折率が変化することになる。この屈折率の変化はレーザ
光の伝搬特性を変化させ、最終的にはレーザ加工の性能
を低下させることになるからである。

【００１０】これらの対策として、ガスレーザ発振器１
００の全体を比較的密閉度の高い発振器カバー１２１で
覆い粉塵の侵入を防止する。さらに発振器カバー１２１
内部にクリーンエアーを注入し、カバー内部を常時大気
圧より若干高い圧力（正圧）に保ち、より効果を高める
などが実施されてはいる。

【００１１】また、外部光路（発振器外部の光路）に
も、汚染を嫌うミラー（109,113,115）や、集光レンズ
１１９などがあり、同様に光軸カバー１２３を設けてい
る。さらに粉塵の侵入防止効果を高めるために、光軸カ
バー１２３内にもクリーンエアーを注入することもあ
る。

【００１２】しかし、発振器カバー１２１を設ける方法
においては、発振器カバー１２１の密閉度を上げる努力
がなされているが、発振器カバー１２１の外部からカバ
ー内部に電源ケーブルや発振器冷却用のホースなどの出
し入れするものが多く、真空容器１０１の様に密閉度を
上げることは非常に困難である。

【００１３】さらに、発振器カバー１２１には、ガスレ
ーザ発振器１００から出力されたレーザ光ＬＢを外部光
路に導くための開口部１２５が必要でありこの部分は密
閉することができない。

【００１４】また図２に示す様に、外部ミラー（113,11
5 ）が移動する光軸移動タイプのレーザ加工機１０２に
おいては、レーザ光の照射位置をＹ軸方向（図２では左
右方向）へ移動させる場合、第３ミラー１１５と集光レ
ンズ１１９とが一体的にＹ軸方向へ移動させる。なお、
光軸カバー１２３は蛇腹またはテレスコピック筒体等か
らなり伸縮自在に設けてある。

【００１５】上述の構成において、例えば高速度で外部
ミラー（113,115 ）を左方向へ移動させる場合には、光
軸カバー１２３内の空気が圧縮されて内部の圧力が瞬間
的に上昇し、同様に外部ミラー（113,115 ）を右方向へ
移動させる場合には内部圧力が瞬間的に減少する。

【００１６】この発振器カバー１２１内の圧力変化は、
カバー構成のうち最も密閉性の悪い部分からカバー内外
への空気の流通となって現れる。すなわち、外部ミラー
（113,115 ）を左右に移動させるたびに、光軸カバー１
２３と発振器カバー１２１をつなぐ開口部１２５を介し
て外部の粉塵を含んだ空気が出力ミラー１０７の周囲を
流通し、出力ミラー１０７を汚染させる要因となってい
る。

【００１７】上述の出力ミラー１０７の汚染状況につい
てもう少し詳細に述べる。

【００１８】レーザ加工時に加工ヘッド１１７を右方へ
急速に移動させるとき、すなわち、外部ミラー（113,11
5 ）を急速に右方（図２において）へ移動させるとき、
例えば発振器カバー１２１のリアミラー１０５付近の隙
間から粉塵を含む外気が吸い込まれ、外気中の粉塵が第
１ミラー１０９付近まで侵入する。

【００１９】次に、外部ミラー（113,115 ）を急速に左
方へ移動させるときは、光軸カバー１２３に侵入した外
気中に浮遊する粉塵が空気と共に出力ミラー１０７に吹
き付けられることになる。

【００２０】出力ミラー１０７に吹き付けられた粉塵
は、出力ミラー１０７の表面でレーザ光ＬＢで焼かれて
その残留物が出力ミラー１０７の表面に強固に付着す
る。

【００２１】上述の如き状態がレーザ加工中に繰り返さ
れて出力ミラー１０７の汚染が進行する。汚染が進行す
るとついには出力ミラー１０７の破損に至ることもあ
る。

【００２２】本発明は上述の如き問題を解決するために
なされたものであり、本発明の課題は、空気中の粉塵に
よる出力ミラーの汚染を低減させた光軸移動型レーザ加
工機におけるガスレーザ発振器を提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する手
段として請求項１に記載の光軸移動型レーザ加工機にお
けるガスレーザ発振器は、光軸移動型レーザ加工機にお
けるガスレーザ発振器において、前記光軸移動型レーザ
加工機の光軸カバーに連結した発振器カバーを設け、前
記ガスレーザ発振器に該ガスレーザ発振器の出力ミラー
の大気側表面を含む集塵室を備えた集塵器を設け、前記
集塵室内の空気を前記発振器カバー内へ排出することを
要旨とするものである。

【００２４】請求項２に記載の光軸移動型レーザ加工機
におけるガスレーザ発振器は、請求項１に記載の光軸移
動型レーザ加工機におけるガスレーザ発振器において、
前記集塵器の集塵室に前記出力ミラーからのレーザ光が
通過可能な空気取入口を設け、該空気取入口から取り入
れた空気を前記出力ミラーからのレーザ光の光軸にほぼ
直交する方向へ吸引することを要旨とするものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
よって説明する。

【００２６】図１は本発明に係るレーザ加工機における
ガスレーザ発振器１の基本的な構成を示すと共に、光軸
移動タイプのレーザ加工機３に本発明に係るガスレーザ
発振器１を結合した例を示したものである。

【００２７】ガスレーザ発振器１は公知の３軸直交タイ
プの炭酸ガスレーザ発振器であり、真空容器４内にはレ
ーザ媒質ＣＯ₂を含む混合ガス（ＣＯ₂,Ｎ₂,Ｈe）が封入
してある。

【００２８】混合ガスは放電電極５（ａ，ｂ）の間を高
速で循環する様に設けてあり、この放電電極５（ａ，
ｂ）の間を通過するレーザ媒質がグロー放電により励起
され、レーザ光が誘導放出される。レーザ媒質を挟んで
左右（図１において）には、出力ミラー７とリアミラー
９とで光共振器が構成してある。出力ミラー７とリアミ
ラー９とは鏡面側を対向させて真空容器４に位置調整可
能に設けてある。

【００２９】上述の出力ミラー７とリアミラー９の間を
レーザ光が往復する間にレーザ光が増幅されて、出力ミ
ラー７を介してそのうちの一部がレーザ光出力として取
り出される。前記ガスレーザ発振器１の全体は比較的密
閉度の高い発振器カバー１１で覆ってある。

【００３０】上述の出力ミラー７から出たレーザ光ＬＢ
は、レーザ加工機３に固定された第１ミラー１３によっ
て、Ｘ軸方向へ折り曲げられ、次いで第２ミラー１５に
導かれ、この第２ミラー１５で再度直角に折り曲げられ
てＹ軸方向（Ｘ軸方向に直角）へ進行し、第３ミラー１
７に導かれ、第３ミラー１７によって加工ヘッド１９の
集光レンズ２１に導かれる様に設けてある。

【００３１】上述の第１〜第３ミラー（13,15,17）間の
光路、すなわち外部光路（発振器外部の光路）は、レー
ザ加工ヘッド位置決め装置２３上に設けてあり、第２ミ
ラー１５は、通常は第３ミラー１７および集光レンズ２
１と共に一体的にＸ軸方向へ移動位置決め自在のＸ軸キ
ャリッジ（図示せず）上に設けてあり、第３ミラー１７
と集光レンズ２１は前記第２ミラー１５に対してＹ軸方
向へ一体的に移動位置決め自在のＹ軸キャリッジ（図示
せず）上に設けてある。

【００３２】また、前記外部光路には蛇腹またはテレス
コピック筒体等からなる伸縮自在の光軸カバー２５が設
けてある。この光軸カバー２５の第１ミラー１３側は前
記発振器カバー１１に連結してある。

【００３３】従って、上述のＸ−Ｙキャリッジを適宜に
移動位置決めすることにより、被加工材Ｗ上の所望する
位置にレーザ光ＬＢを照射することができる。

【００３４】前記レーザ発振器３の前方（図１において
左方）に出力ミラー７の大気側表面７ａを含む集塵室２
９が設けてある。この集塵室２９の前側壁３１には、前
記出力ミラー７からのレーザ光ＬＢが通過可能な空気取
入口３３を設けると共に、前記出力ミラー７からのレー
ザ光ＬＢの光軸にほぼ直交する方向へ空気を吸引する集
塵器３５が設けてある。

【００３５】上述の集塵器３５には、集塵室２９内の空
気をフィルター３７を介して吸引して前記発振器カバー
１１内へ排出するための排気ファン３９が設けてある。

【００３６】上記構成の集塵器３５において、排気ファ
ン３９を作動させれば、集塵器３５は、発振器カバー１
１内の空気を空気取入口３３から取り入れてフィルター
３７で濾過された空気を発振器カバー１１内へ排出す
る。このときの空気の循環経路はほぼ矢印Ｃで示すよう
になる。

【００３７】次に、レーザ加工機３でレーザ加工を行っ
ているときの発振器カバー１１内の空気の流通状態につ
いて説明する。

【００３８】レーザ加工時に加工ヘッド１９を左方へ移
動させるときには、光軸カバー２５内に侵入した粉塵を
含む空気が出力ミラー７の方へ流れて発振器カバー１１
内に流入する。そして、発振器カバー１１内に流入した
この粉塵を含む空気の一部は、発振器カバー１１内の比
較的に清浄な空気と共に空気取入口３３から集塵室２９
内へ取り込まれる。集塵室２９内に流入しなかった残余
の粉塵を含む空気は、発振器カバー１１内に拡散する。

【００３９】集塵室２９に流入する空気の圧力は、集塵
器３５の排気ファン３９により発生する圧力よりは小さ
いため、流入した空気は出力ミラー７の大気側表面７ａ
に到達する以前にほとんどが排気ファン３９に吸引さ
れ、粉塵をフィルター３７で濾過された清浄な空気が発
振器カバー１１内に排出される。

【００４０】また、加工ヘッド１９を右方へ移動させる
ときには、多くは集塵器３５で濾過されて比較的に清浄
な発振器カバー１１内の空気が第１ミラー１３の方へ流
れる。

【００４１】本発明によれば、出力ミラー７の大気側表
面７ａは粉塵がほとんど含まれない清浄な空気中に保持
され、加工ヘッド移動時に生じる空気の流れが出力ミラ
ー７の大気側表面まで及ぶことが少ないため汚れが生じ
にくい。

【００４２】また、発振器カバー１１内に集塵器３５を
設けたのでフィルター３７の目詰まりも少なく、フィル
ター３７の交換周期が長くなるというメリットもある。

【００４３】

【発明の効果】請求項１、請求項２の発明によれれば、
光軸移動型レーザ加工機におけるガスレーザ発振器にお
いて、出力ミラーの大気側表面をレーザ加工時に生じる
粉塵から保護することができる。

【００４４】従って、出力ミラー表面の汚染による熱レ
ンズ効果の発生がおさえられ、熱レンズ効果に起因する
レーザ加工性能の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光軸移動型レーザ加工機における
ガスレーザ発振器の基本的な構成例。

【図２】従来の光軸移動型レーザ加工機におけるガスレ
ーザ発振器の基本的な構成例。

【符号の説明】

１ ガスレーザ発振器 ３ レーザ加工機 ４ 真空容器 ５（ａ，ｂ） 放電電極 ７ 出力ミラー ７ａ 出力ミラーの大気側表面 ９ リアミラー １１ 発振器カバー １３ 第１ミラー １５ 第２ミラー １７ 第３ミラー １９ 加工ヘッド ２１ 集光レンズ ２３ レーザ加工ヘッド位置決め装置 ２５ 光軸カバー ２９ 集塵室 ３１ 前側壁 ３３ 空気取入口 ３５ 集塵器 ３７ フィルター ３９ 排気ファン ＬＢ レーザ光 Ｗ 被加工材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸移動型レーザ加工機におけるガスレ
   ーザ発振器において、前記光軸移動型レーザ加工機の光
   軸カバーに連結した発振器カバーを設け、前記ガスレー
   ザ発振器に該ガスレーザ発振器の出力ミラーの大気側表
   面を含む集塵室を備えた集塵器を設け、前記集塵室内の
   空気を前記発振器カバー内へ排出することを特徴とする
   光軸移動型レーザ加工機におけるガスレーザ発振器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光軸移動型レーザ加工
   機におけるガスレーザ発振器において、前記集塵器の集
   塵室に前記出力ミラーからのレーザ光が通過可能な空気
   取入口を設け、該空気取入口から取り入れた空気を前記
   出力ミラーからのレーザ光の光軸にほぼ直交する方向へ
   吸引することを特徴とする光軸移動型レーザ加工機にお
   けるガスレーザ発振器。