JP7038004B2 - 光学部品の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品の洗浄方法及び洗浄装置に関する。

従来、紫外線照射装置から照射される紫外線により、対象物に付着した有機物を分解し、洗浄を行う技術が知られている。この種の技術を開示するものとして例えば特許文献１～３がある。

特許文献１は、有機汚染物の付着した被洗浄体や有機汚染物を含む被洗浄気体が酸素ガスと共存し、波長が１８５ｎｍと２５４ｎｍの光を放射する紫外線ランプが有機汚染物と酸素ガスとに対置され、１８５ｎｍと２５４ｎｍの光の出力をＩ_１８５とＩ_２５４とした場合にＩ_１８５／Ｉ_２５４が０．０８～０．３の範囲に設定する紫外線照射装置について記載されている。

特公平４－９３７３号公報

ところで、レーザ加工機では、加工点に高エネルギー密度のレーザを照射するため、非加工材は瞬時に溶解、気化する。そのため、焦点ガラスを保護する保護ガラス等の光学部品には、高温、高速のスパッタの飛散、プラズマの発生、非加工材表面の防錆油の蒸気等が発生した有機物の汚れが付着する。飛散するスパッタがレーザヘッド内に侵入したとしても、レーザヘッド先端から高圧で排出される切断ガスにより減速され、ガラスに付着する確率を大きく低減させることは可能であるものの、ごく微量のヒュームが保護ガラスに堆積し、ガラスに曇りが生じることがある。この場合、保護ガラスの交換が必要となる。

保護ガラス等の交換作業は、手間のかかる作業であり、レーザ加工も中断する必要がある。そこで、十分な酸素雰囲気下で、保護ガラス等の光学部品に紫外線を照射するＵＶアッシングにより、レーザヘッドから光学部品を取り外すことなく有機物を分解することが考えられる。しかし、十分な酸素雰囲気下であるにもかかわらず、空気が乾燥する湿度が低い時期等に紫外線照射による十分な洗浄効果が発揮されない場合があることがわかった。

本発明は、外気の湿度に関係なく、光学部品の表面に付着した有機物をＵＶアッシングによって効率的に除去できる洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明は、ＵＶアッシングによって光学部品（例えば、後述の保護ガラス４４）の表面の有機物を除去する洗浄方法であって、湿度管理された加湿ガスを供給しつつ、前記光学部品の表面に紫外線を照射してＵＶアッシングによる洗浄を行う光学部品の洗浄方法に関する。

これにより、ＯＨラジカルを確実に生成し、光学部品の表面の有機物の除去処理を安定的にすることができる。

前記光学部品は、レーザヘッド内に配置されており、前記加湿ガスは、洗浄中のレーザヘッド（例えば、後述のレーザヘッド４０）内の湿度が３０％～９０％となるように供給されることが好ましい。

これにより、湿度が３０％以下になって反応時間が極端に短くなる事態を回避できる。また、レーザヘッド内の湿度が９０％以上となって加湿ガス中の水が結露として発生することに起因する洗浄効果の低下を防止できる。湿度が適切な範囲にないことで洗浄効果が低下したり、設備故障が発生したりする事態の発生を効果的に防止できる。

前記加湿ガスの温度が、前記レーザヘッド内の温度以下に制御されることが好ましい。

これにより、加湿に用いる水は気化潜熱を見込んでレーザヘッド内の温度より低い温度、又は一致させる様に制御加熱することで、結露の発生をより一層効果的に防止できる。

前記光学部品は、レーザヘッド内に配置されており、該レーザヘッドには切断ガスが供給される切断ガス管が接続され、前記加湿ガスを供給する加湿ガス管（例えば、後述の加湿ガス管１１０）が前記切断ガス管に接続され、ＵＶアッシングの終了後に、前記加湿ガスの供給を停止し、切断ガスにより該切断ガス管の掃気を行うことが好ましい。

これにより、清掃用の配管を別途設ける必要がなくなり、洗浄及び加工を行う構成をコンパクトにまとめることができる。これによって、切断用ガスの湿気が残留して切断面が酸化したり、切断品質が悪化したりする事態の発生を確実に防止できる。

また、前記加湿ガスには、酸素又は空気が含まれることが好ましい。

これにより、加湿ガスに含まれる酸素（又は空気中の酸素）によって、ＵＶアッシングによる有機物の分解処理を安定的に行うことができる。

また、本発明は、駆動機構（例えば、後述のコンベア駆動モータ１１）により載置されたワーク（例えば、後述のワークＷ）を搬送するワーク搬送装置（例えば、後述のコンベア１０）の上方で移動機構（例えば、後述のレーザ移動装置２０）によりＸＹＺ方向に移動可能に支持され、レーザ照射に用いられる光学部品（例えば、後述の保護ガラス４４）を内部に有するレーザヘッド（例えば、後述のレーザヘッド４０）と、前記駆動機構及び前記移動機構を制御する制御装置（例えば、後述の制御装置７０）と、を備えるレーザ加工機（例えば、後述のレーザ加工機１）の光学部品を洗浄する洗浄装置（例えば、後述の洗浄装置５）であって、前記ワーク搬送装置の上方又は前記ワーク搬送装置の側方に配置され、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光軸（例えば、後述のレーザ光軸９１）と照射する紫外線の紫外線光軸が（例えば、後述の紫外線光軸９２）平行になるように設置された紫外線照射装置（例えば、後述の紫外線照射装置５０）と、前記レーザヘッド内に加湿ガスを供給する加湿器（例えば、後述の加湿器１１２）と、を備え、前記制御装置は、前記移動機構を制御して前記レーザヘッドのレーザ照射口（例えば、後述のレーザ照射口４５）に紫外線照射口（例えば、紫外線照射口５１）を対向させた状態で前記紫外線照射装置から紫外線を前記光学部品に向けて照射する照射制御と、前記照射制御中に、前記加湿器によって加湿ガスを前記レーザヘッド内に供給する供給制御と、を行う光学部品の洗浄装置に関する。

これにより、ＯＨラジカルを確実に生成し、光学部品の表面の有機物の除去処理を安定的にすることができる。

本発明の洗浄装置によれば、外気の湿度に関係なく、光学部品の表面に付着した有機物をＵＶアッシングによって効率的に除去できる。

本発明の一実施形態に係る洗浄装置が適用されるレーザ加工機を模式的に示す平面図である。 本実施形態のレーザ加工機を模式的に示す側面図である。 本実施形態のレーザヘッドの内部構成を模式的に示す断面図である。 本実施形態のレーザヘッドが紫外線照射装置に対向する洗浄位置に移動した様子を模式的に示す拡大断面図である。 本実施形態のレーザ加工機によるレーザ加工時にＮ_２を供給する様子を模式的に示す機能ブロック図である。 本実施形態のレーザ加工機の洗浄時にＨ_２Ｏ，Ｏ_２を供給する様子を模式的に示す機能ブロック図である。 本実施形態の紫外線照射装置による洗浄処理が行われるタイミングを示す照射時間と保護ガラスの透過率の関係を示すグラフである。 本実施形態のレーザヘッドにおいて、相対的に光路径が小さく保護ガラスから加工点までの距離が長い場合の光路を示す模式図である。 本実施形態のレーザヘッドにおいて、相対的に光路径が大きく保護ガラスから加工点までの距離が短い場合の光路を示す模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る洗浄装置５が適用されるレーザ加工機１を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態のレーザ加工機１を模式的に示す側面図であり、図１のＡ－Ａ線断面図である。

図１及び図２に示すレーザ加工機１は、加工対象によって異なる形状に応じてレーザでワークＷをカット（ブランキング）して後工程に送るレーザブランキングシステムに用いられるものである。レーザ加工機１の加工対象のワークＷ（図１及び図２において図示省略）は、例えば、自動車用のサイドパネルの鋼板等である。

まず、レーザ加工機１の全体構成について説明する。本実施形態のレーザ加工機１は、コンベア１０と、レーザ移動装置２０と、レーザヘッド４０と、洗浄装置５と、を主要な構成として備える。

コンベア１０は、ワークＷを上流側から下流側（図１中のＹ軸方向）に搬送するワーク搬送装置である。コンベア１０は、コンベア駆動モータ１１の駆動力によって回転する無端ベルトによって構成される。本実施形態では、アンコイラー、レベラー（何れも図示省略）を経たワークＷがコンベア１０の上面に載置され、加工位置まで搬送される。

レーザ移動装置２０は、レーザヘッド４０をコンベア１０の上方でＸＹＺ方向に移動可能に支持する移動機構である。

本実施形態のレーザ移動装置２０は、コンベア１０の搬送方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に延びる第１フレーム２１と、コンベア１０の搬送方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する一対の第２フレーム２２と、第１フレーム２１及び第２フレーム２２の側面に掛け回された無端ベルト２５と、無端ベルト２５を駆動するサーボモータ２６，２７と、無端ベルト２５の内側で回転するプーリ２８，２９と、無端ベルト２５に固定され、レーザヘッド４０を支持する昇降機構３０と、を備える。

無端ベルト２５は、平面視において略Ｈ字状に掛け回されており、サーボモータ２６，２７の回転の組み合せにより、昇降機構３０に保持されたレーザヘッド４０が平面方向（ＸＹ方向）に移動可能になっている。本実施形態では、鎖線で示すエリア１００の内側でレーザヘッド４０によるレーザ加工が行われる。なお、エリア１００は例示であり、当該範囲にレーザ加工を行う領域が限定されるわけではない。

例えば、回転方向を同じに揃えた上で同じ速度で２つのサーボモータ２６，２７を制御することにより、無端ベルト２５がサーボモータ２６，２７の回転方向と同じ方向に移動し、昇降機構３０に保持されたレーザヘッド４０がＸ軸方向に移動する。このとき、第１フレーム２１は２つのサーボモータ２６，２７の回転速度の釣り合いによりＹ軸方向には移動しない。また、第１フレーム２１をＹ軸方向に移動させる場合は、一側のサーボモータ２６（又はサーボモータ２７）を所定の速度で時計回りに回転させ、他側のサーボモータ２７（又はサーボモータ２６）を同じ所定の速度で反時計回りに回転させる。これにより、サーボモータ２６，２７の回転方向に応じて昇降機構３０に保持されたレーザヘッド４０がＹ軸方向に移動する。このとき、所定速度の釣り合いによりレーザヘッド４０はＸ軸方向には移動しないことになる。また、サーボモータ２６，２７の回転方向及び回転速度を制御することでＸ軸方向に移動させつつＹ軸方向にも移動させることもできる。

レーザヘッド４０の上下方向（Ｚ方向）の移動は、昇降機構３０によって行われる。サーボモータ２６，２７及び昇降機構３０により、レーザヘッド４０が三次元（ＸＹＺ方向）で移動可能となっている。

次に、レーザヘッド４０の構成について説明する。レーザヘッド４０は、コンベア１０に載置搬送されるワークＷに対してレーザを照射し、予め設定された形状に切断、加工を行うためのものである。レーザを用いた切断では、ワーク（鋼板）Ｗをレーザにより局所溶解し、切断ガスとしてのＮ_２により溶湯を排除することで、ワークＷを無酸化溶断する。

図３は、本実施形態のレーザヘッド４０の内部構成を模式的に示す断面図である。図３では、後述する焦点レンズ４２によって集光されるレーザが一点鎖線で模式的に示され、切断ガスとしてのＮ_２の流れが二点鎖線で模式的に示されている。

本実施形態のレーザヘッド４０は、先端にレーザ照射口４５が形成される本体４１と、本体４１の内部に配置される焦点レンズ４２と、Ｎ_２を加工対象に誘導する流路４３と、焦点レンズ４２を保護する保護ガラス４４と、本体４１内部の焦点レンズ４２にレーザを供給する光源（図示省略）と、を備える。

焦点レンズ４２は、加工対象（切断部）にレーザを集光する光学系である。流路４３は、焦点レンズ４２によって集光されるレーザ光軸９１の同軸上に形成されている。この流路４３にガス供給源（図示省略）から供給されるＮ_２ガス（図３の二点鎖線）を流動させながらレーザ照射（図３の一点鎖線）が行われる。レーザヘッド４０は、ワークＷの加工点Ｐとの距離を一定に保ちながら、予め設定された移動軌跡に沿って移動してワークＷを所望の形状に切断する。

保護ガラス４４は、スパッタ、ヒュームや、鋼材表面から舞い上がった夾雑物等の付着を防ぎ、焦点レンズ４２の汚れに起因する集光性の悪化、切断能力の低下、焦点レンズ４２自体の溶損等の不具合の発生を防止するためのものである。保護ガラス４４は、焦点レンズ４２と加工対象の間に配置されている。本実施形態の保護ガラス４４には、石英ガラスで構成される平板状のものが用いられており、表面反射によるエネルギー損失を抑制するため、反射防止コーティングが表面に施されている。

洗浄装置５は、レーザ照射が行われてない間に保護ガラス４４に紫外線を照射し、当該保護ガラス４４の洗浄処理を行う。本実施形態の洗浄装置５は、紫外線照射装置５０と、制御装置７０と、を備える。

紫外線照射装置５０について説明する。図１に示すように、本実施形態の紫外線照射装置５０は、ワークＷの搬送経路に重ならないコンベア１０の側方に配置されている。紫外線照射装置５０による保護ガラス４４の洗浄処理を行う場合は、レーザ移動装置２０によりレーザヘッド４０が洗浄位置（図１の鎖線に示す位置）に移動する。レーザヘッド４０が洗浄位置に移動した状態で、紫外線照射装置５０による紫外線が保護ガラス４４に付着した汚れを分解するために照射される。

本実施形態では、紫外線波長２５４ｎｍ（２００～６００ｎｍの範囲）、定格２８０ＶＡ、紫外線照度３５００ｍＷ／ｃｍ２のキセノンＨｇランプを光源とした紫外線照射装置５０が用いられる。キセノンＨｇランプは、長波長ＵＶ成分が多く光ファイバ伝送が可能であり、設備への実装という点で好ましい。

図４は、本実施形態のレーザヘッド４０が紫外線照射装置５０に対向する洗浄位置に移動した様子を模式的に示す拡大断面図である。図４では、紫外線照射装置５０による紫外線光が破線で模式的に示され、加湿ガスの流れは２点鎖線で模式的に示される。

図４に示すように、洗浄位置では、レーザヘッド４０のレーザ照射口４５が紫外線照射装置５０の紫外線照射口５１に対向した状態となっており、レーザ光軸９１と紫外線光軸９２が略一致する位置関係となっている。

洗浄位置のレーザヘッド４０は、紫外線照射装置５０の紫外線照射口５１の位置が、ワークＷの加工点（加工焦点）Ｐと同じ位置又はその位置よりも保護ガラス４４側に位置している。レーザ移動装置２０によってレーザヘッド４０が洗浄位置にくるように制御される。

制御装置７０は、後述する洗浄処理開始タイミングになるとレーザ移動装置２０によってレーザヘッド４０を洗浄位置に移動させるとともに後述する加湿器１１２によって流路４３に加湿ガスを供給し（図４の２点鎖線）、Ｎ_２をレーザヘッド４０外部に排出するとともに流路４３内に酸素及び水を送り込む。

洗浄工程では、加湿ガスをレーザヘッド４０の流路４３に流しながら紫外線光が照射される。加湿ガスは、Ｈ_２ＯとＯ_２を含む流体である。レーザヘッド４０の流路４３には、Ｎ_２を供給する切断ガス管６０が接続されており、この切断ガス管６０の途中に加湿ガスを流路４３に供給するための加湿ガス管１１０が接続されている。

本実施形態では、切断ガス管６０の上流側の端部はＮ_２タンク／気化器８０に接続されている。切断ガス管６０におけるＮ_２タンク／気化器８０とレーザヘッド４０の間には、上流側から下流側の順に、Ｎ_２ガスポンプ８１、フィルター８２、電磁弁６１が配置される。加湿ガス管１１０は、切断ガス管６０における電磁弁６１とレーザヘッド４０の間に接続される。加湿ガス管１１０には、加湿ガスが流れる方向において上流側から下流側の順に、加湿器１１２、逆止弁１１３が配置される。

Ｎ_２ガスと加湿ガスの切替えは、主に電磁弁６１と加湿器１１２のオン・オフによって行われる。電磁弁６１は制御装置７０に電気的に接続されており、開閉タイミングが制御装置７０によって制御される。

制御装置７０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置等からなるコンピュータであり、レーザ加工機１の各構成に電気的に接続されている。この制御装置７０により、上述のレーザ移動装置２０によるレーザヘッド４０の移動やレーザ照射、コンベア１０の搬送、紫外線照射装置５０による洗浄処理等が制御される。

図５は、本実施形態のレーザ加工機１によるレーザ加工時にＮ_２を供給する様子を模式的に示す機能ブロック図である。レーザ加工時のワークＷをカットする工程では、電磁弁６１を開き、切断ガスとしてのＮ_２ガスがレーザヘッド４０内の流路４３に供給される。また、本実施形態では、加湿器１１２は、電磁弁１１５を有しており、レーザ加工時は当該電磁弁１１５を閉じる制御が行われる。

図６は、本実施形態のレーザ加工機１の洗浄時にＨ_２Ｏ，Ｏ_２を供給する様子を模式的に示す機能ブロック図である。洗浄装置５による洗浄工程では、電磁弁６１を閉じるとともに、加湿器１１２による加湿ガスの供給を開始する。本実施形態では、加湿器１１２は、電磁弁１１５を開き、工場等の圧縮空気供給設備１１１から供給される圧縮空気に加湿を行う。加湿器１１２としては、例えば、中空糸膜式のものが用いられる。加湿された圧縮空気は、加湿ガス管１１０から切断ガス管６０を通ってレーザヘッド４０内に供給され、該レーザヘッド４０の流路４３内に十分な水及び酸素が送り込まれる。

加湿器１１２によって供給される加湿ガスの湿度は、配管、レーザヘッド４０の温度／圧力変化等の測定結果に基づいて結露が防止できる湿度上限及び反応時間を考慮して設定される。本実施形態では、レーザヘッド４０に到達したときの加湿ガスの圧力低下による湿度低下及び温度変化による結露発生、湿度低下を考慮して、加湿器１１２の湿度設定が行われる。圧力低下は、例えば配管構成によって考慮される。本実施形態では、反応時間が極端に短くならない範囲であり、かつ結露を防止できる範囲として、湿度が３０％～９０％の範囲に納まるように流量等が調整される。また、温度は外気温に一致するように加湿器１１２又は外部装置によって調整される。

加湿ガスの供給効果について説明する。ＵＶアッシング（紫外線照射による洗浄）では、ＵＶにより、酸素、水からのヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）を生成するＯＨ生成段階と、有機物を分解する分解段階と、に分けることができる。

ＯＨ生成段階では、まず、式（１）に示すように、ＵＶにより酸素、水から生成される。
Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋ＵＶ（１８５ｎｍ）→ＯＨ 式（１）
分解段階では、式（２）に示すように、ＯＨラジカルが有機物を酸化し、気体として排出する。
ＣｘＨｘ＋ＯＨ→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ 式（２）

ＯＨラジカルの酸化力は非常に高く、ＯＨラジカル生成後、他の分子と反応し数μ秒で分解する。そのため、特定部位をアッシングさせるには、対象表面にＵＶを照射してＯＨラジカルを表面に直接生成させる必要がある。そして、式（１）～（２）の反応式から、ＵＶアッシングによる有機物分解はＯＨラジカルの生成量に律速されることがわかる。また、ＯＨラジカルの生成のパラメータは、ＵＶ強度、水分量、酸素量に絞り込むことができる。反応で水が欠乏すると、励起酸素を酸素に還元するため、ＯＨラジカルの生成能力が低下するおそれがあり、水が十分にあることが好ましい。

本実施形態では、加湿ガス管１１０には逆止弁１１３が配置されている。不具合等によってＮ_２及び加湿ガスの両方が供給されたとしても、レーザヘッド４０内に加湿ガスが供給されないように、Ｎ_２ガスの供給圧力が加湿ガスの供給圧力よりも圧倒的に高くなるように設定されている。加湿ガス管１１０内の圧力に比べてレーザヘッド４０内の圧力が相対的に低く、当該レーザヘッド４０内は大気に接続されている。

加湿ガス管１１０とレーザヘッド４０内の差圧によって逆止弁１１３が作動し、レーザ加工時にはＮ_２ガスのみがレーザヘッド４０に供給されるフェールセーフ機構が実現されている。また、洗浄工程では、電磁弁６１が閉じられるので、切断ガス管６０の上流側に水分が到達しない構成となっている。

洗浄工程終了後は、電磁弁１１５を閉じる等して加湿器１１２の動作を停止するとともに、切断ガス管６０の電磁弁６１を開いてＮ_２ガスによるパージを行って、切断ガス管６０内に残留していた加湿ガスを外部に排出する。

上述の通り、本実施形態の洗浄装置５は、洗浄工程の紫外線照射時に、加湿器１１２によって酸素及び水を十分に含む加湿ガスが供給されるので、ＵＶアッシングによる保護ガラス４４の洗浄を高効率に行うことが可能となっている。レーザヘッド４０が洗浄位置にある状態で、紫外線照射装置５０によって紫外線照射を所定時間照射し（図４の破線）、保護ガラス４４の有機物の汚れを分解処理して保護ガラス４４の透過率を回復する。紫外線照射を行う時間としては例えば４５分である。

本実施形態の制御装置７０は、紫外線照射装置５０を用いた保護ガラス４４の洗浄処理をレーザ照射によりワークＷをカットしていない時間（不稼動時間）に行うように洗浄処理のタイミングを制御している。レーザ照射時間が長くなれば透過率は低下するが、設備不稼動時に紫外線照射装置５０による洗浄によりガラス透過率が回復するのである。例えば、図７に示すように、制御装置７０は、保護ガラス４４の透過率が所定の基準以上となるように、レーザ加工処理の間の適宜のタイミングで洗浄処理が行われる。これによって寿命に到達する前に洗浄により保護ガラス４４の透過率が回復される。このように、本実施形態の制御装置７０は、加工処理を行っていない間に保護ガラス４４の洗浄を行う自動洗浄機能を有するのである。

なお、洗浄処理を開始するトリガについては、スケジュールに沿って自動で行われるものでもよいし、使用者の操作によって洗浄処理が開始される構成としてもよい。また、洗浄処理は、不稼動時間に行われるがワークＷの供給源の切替作業や使用者の休憩時間（例えば、４５分の昼休み時間）に所定の時間（例えば、設備の動作を含めて４０分／回）設定することで、保護ガラス４４の洗浄によって作業ができなくなる時間を減らすことができ、稼動率を一層向上させることができる。

以上説明した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
本実施形態のＵＶアッシングによる光学部品の洗浄方法では、湿度管理された加湿ガスを供給しつつ、保護ガラス４４の表面に紫外線を照射して当該保護ガラス４４の表面の有機物を除去する。
これにより、ＯＨラジカルを確実に生成し、光学部品の表面の有機物の除去処理を安定的にすることができる。ＵＶアッシングでは、酸素分子がＵＶ（１８５ｎｍ）により酸素原子に分解され、他の気体に衝突してオゾンを生成し、次に、オゾンをＵＶ（２５４ｎｍ）で分解し励起酸素を生成し水と反応することによりOHラジカルを生成し、このOHラジカルが有機物を酸化し気体として排出するものであるが、水が少ない状態ではOHラジカルが生成されず洗浄力が低下（ＵＶアッシング能力が低下）するおそれがある。この点、本実施形態の構成によれば、ＵＶアッシングする際にレーザヘッド４０内に湿度管理された加湿ガス（湿度管理された空気）が導入されるので、洗浄力を低下させることなく安定したアッシングが可能となる。

また、本実施形態の洗浄方法では、加湿ガスは、洗浄中のレーザヘッド４０内の湿度が３０％～９０％となるように供給される。
これにより、湿度が３０％以下になって反応時間が極端に短くなる事態を回避できる。また、レーザヘッド４０内の湿度が９０％以上となって加湿ガス中の水が結露として発生することに起因する洗浄効果の低下を防止できる。湿度が適切な範囲にないことで洗浄効果が低下したり、設備故障が発生したりする事態の発生を効果的に防止できる。

また、本実施形態の光学部品の洗浄方法では、加湿ガスの温度が、レーザヘッド４０内の温度以下に制御される。
これにより、加湿に用いる水は気化潜熱を見込んでレーザヘッド４０内の温度より低い温度、又は一致させる様に制御加熱することで、結露の発生をより一層効果的に防止できる。

また、本実施形態の光学部品の洗浄方法では、レーザヘッド４０には切断ガスが供給される切断ガス管６０が接続され、加湿ガスを供給する加湿ガス管１１０が切断ガス管６０に接続され、ＵＶアッシングの終了後に、加湿ガスの供給を停止し、切断ガスにより該切断ガス管の掃気を行う。
これにより、清掃用の配管を別途設ける必要がなくなり、洗浄及び加工を行う構成をコンパクトにまとめることができる。これによって、切断用ガスの湿気が残留して切断面が酸化したり、切断品質が悪化したりする事態の発生を確実に防止できる。

また、本実施形態の加湿ガスは、酸素を含む空気である。
これにより、加湿ガスに含まれる空気中の酸素によって、ＵＶアッシングによる有機物の分解処理を安定して行うことができる。

また、本実施形態のレーザ加工機１の光学部品としての保護ガラス４４を洗浄する洗浄装置５は、コンベア１０の側方に配置され、レーザヘッド４０から照射されるレーザ光軸９１と照射する紫外線の紫外線光軸９２が平行になるように設置された紫外線照射装置５０と、レーザヘッド４０内に加湿ガスを供給する加湿器１１２と、を備える。そして、レーザ加工機１の制御を行う制御装置７０は、レーザ移動装置２０を制御してレーザヘッド４０のレーザ照射口４５に５１を対向させた状態で紫外線照射装置５０から紫外線を保護ガラス４４に向けて照射する照射制御と、この照射制御中に、加湿器１１２によって加湿ガスをレーザヘッド４０内に供給する供給制御と、を行う。
この構成により、レーザヘッド４０の本体４１から取り出すことなく保護ガラス４４の汚れを除去し透過率を回復させることができるので、レーザ照射を行わないレーザ加工機１の不稼動時間を利用して保護ガラス４４の洗浄作業を行うことができる。保護ガラス４４の洗浄処理のための時間を大幅に短縮できるので、レーザ加工機１の稼動を停止する必要もなくなり、レーザ加工機１の稼動率を向上できる。

また、本実施形態では、紫外線照射装置５０は、レーザヘッド４０のレーザの加工点Ｐと同じ位置又はそれよりも保護ガラス４４に近い位置から保護ガラス４４に向けて紫外線を照射する。この構成により、レーザ照射によって生じる保護ガラス４４の汚れの範囲全域に確実に紫外線を照射することができ、より一層透過率を回復させることができる。

また、本実施形態では、レーザヘッド４０は、その内部にレーザとともにワークＷに向けて加工時に噴射される切断ガスとしてのＮ_２を供給する切断ガス管６０を有し、レーザ照射時にはＮ_２を供給し、紫外線照射時には切断ガスの供給を停止する。この構成により、紫外線照射時にＯＨラジカルを発生させ有機物を酸化、揮発を促進することができ、洗浄効果を更に向上させることができる。

また、本実施形態では、洗浄ガスとしての加湿ガスに酸素が含まれる。これにより、流路４３に確実に活性酸素を存在させることができ、有機物の酸化、揮発をより一層促進でき、紫外線照射時に高い洗浄効果を実現できるとともに、洗浄中のレーザヘッド４０への夾雑物の侵入を防止することができる。

次に、保護ガラス４４の汚れの付着物については、これまでの分析から、ワークＷの表面に塗布されている防錆油成分の揮発物であることがわかった。そして、その付着範囲は加工点で発生したプラズマ起因による紫外線の光路と一致していた。このため、微量にレーザヘッド４０内に侵入した防錆油の蒸気が、加工点からの紫外線の光路上に光集塵効果により堆積した結果であると考えられる。この種の汚れは、紫外線照射により分解除去できることが半導体プロセス等の紫外線アッシングとして知られている。即ち、レーザ加工時に発生する紫外線に起因する保護ガラス４４の有機物の汚れを、汚れが形成されない条件で照射される紫外線照射装置５０の紫外線照射によって洗浄するのである。

紫外線照射装置５０は、汚れが付着している範囲をカバーするように紫外線を照射する必要がある。上述の通り、コンタミ径は紫外線の光路径と略一致することから、紫外線照射装置５０の紫外線照射口５１（紫外線の起点）の位置が加工点Ｐ１（図８の場合），Ｐ２（図９の場合）又は加工点Ｐ１，Ｐ２よりも保護ガラス４４側に位置すれば汚染範囲をカバーするように紫外線を照射できる。即ち、レーザ加工機１の加工時における加工点Ｐに対応する位置又はそれよりも保護ガラス４４側の位置に紫外線照射装置５０の紫外線照射口５１が位置するようにレーザヘッド４０の洗浄位置を設定することで、付着範囲全域をカバーできることも図８及び図９の例から実証された。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、紫外線照射装置５０はコンベア１０の側方に配置されているが、この構成に限定されない。紫外線照射装置５０は、コンベア１０の上方等、他の場所であってもレーザヘッド４０が対向配置できる位置であれば、その配置場所を適宜変更することができる。

上記実施形態及び実施例では、Ｙｂファイバーレーザを用いた例を説明したがレーザの種類はこれに限定されない。例えば、リモートレーザ溶接においても本発明を適用できる。プラズマの発生と有機物ヒュームが存在すれば、数十ｎｍの膜を多層に重ねた反射防止コートを施した保護ガラスに有機物が付着し、反射防止機能が損なわれ、透過率が大幅に悪化するおそれがある。この種のレーザ加工機に本発明を適用すれば、稼動率を低下させることなく保護ガラスの透過率を基準以上に維持できる。

１ レーザ加工機
５ 洗浄装置
１０ コンベア（ワーク搬送装置）
１１ コンベア駆動モータ（駆動機構）
２０ レーザ移動装置（移動機構）
４０ レーザヘッド
４２ 焦点レンズ４２
４４ 保護ガラス（光学部品）
４５ レーザ照射口
５０ 紫外線照射装置
５１ 紫外線照射口
６０ 切断ガス管
１１０ 加湿ガス管
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. ＵＶアッシングによって光学部品の表面の有機物を除去する洗浄方法であって、
   前記光学部品は、レーザヘッド内に配置されており、該レーザヘッドには切断ガスが供給される切断ガス管が接続され、
   加湿ガスを供給する加湿ガス管が前記切断ガス管に接続され、
   湿度管理された前記加湿ガスを供給しつつ、前記光学部品の表面に紫外線を照射してＵＶアッシングによる洗浄を行い、
   ＵＶアッシングの終了後に、前記加湿ガスの供給を停止し、切断ガスにより該切断ガス管の掃気を行う光学部品の洗浄方法。
2. 前記加湿ガスは、前記レーザヘッド内の湿度が３０％～９０％となるように供給される請求項１に記載の光学部品の洗浄方法。
3. 前記加湿ガスの温度が、前記レーザヘッド内の温度以下に制御される請求項２に記載の光学部品の洗浄方法。
4. 前記加湿ガスには、酸素又は空気が含まれる請求項１から３の何れかに記載の光学部品の洗浄方法。
5. 駆動機構により載置されたワークを搬送するワーク搬送装置の上方で移動機構によりＸＹＺ方向に移動可能に支持され、レーザ照射に用いられる光学部品を内部に有するレーザヘッドと、
   前記駆動機構及び前記移動機構を制御する制御装置と、を備えるレーザ加工機の光学部品を洗浄する洗浄装置であって、
   前記ワーク搬送装置の上方又は前記ワーク搬送装置の側方に配置され、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光軸と照射する紫外線の紫外線光軸が平行になるように設置された紫外線照射装置と、
   前記レーザヘッド内に加湿ガスを供給する加湿器と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記移動機構を制御して前記レーザヘッドのレーザ照射口に紫外線照射口を対向させた状態で前記紫外線照射装置から紫外線を前記光学部品に向けて照射する照射制御と、
   前記照射制御中に、前記加湿器によって加湿ガスを前記レーザヘッド内に供給する供給制御と、を行う光学部品の洗浄装置。

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