JPH06216450A

JPH06216450A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH06216450A
Application number: JP748593A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Morita; 泰之森田; Tsutomu Funakubo; 勤舟久保; Kenji Mitsui; 賢治三井
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】金属加工等に使用され、放電管にレーザガス
を循環させながらレーザ発振を行なうガスレーザ装置に
関し、レーザガス内に混入して光学部品を汚染するオイ
ルや塵埃等を効率的に捕捉する。【構成】真空排気装置３０とレーザガス循環系３の間
の配管３３に、真空排気装置３０からの逆拡散オイルを
効率的に取り除くためのオイル用フィルタ３１が設けら
れ、さらにそのオイル用フィルタ３１の手前側に粒子用
フィルタ３２が設けられる。真空排気装置３０から真空
容器内へ逆拡散してゆく真空排気装置３０用オイルはこ
のオイル用フィルタ３１で捕捉されるため、真空容器内
へは侵入しない。さらに、このオイル用フィルタ３１か
ら遊離して流出する濾材の微粒子はこれと直列に接続さ
れている粒子用フィルタ３２により高精度で捕捉され、
真空容器内へ侵入することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属加工等に使用され、
放電管にレーザガスを循環させながらレーザ発振を行な
うガスレーザ装置に関する。

【０００２】大出力ガスレーザ装置は出力の長期安定
性、保守頻度低減のため内部で使用される光学部品の汚
染を極力防止する必要がある。中でも真空排気装置内で
使用しているオイルや、真空容器内で使用しているオイ
ル、真空容器内から発生する塵埃等により光学部品が汚
染される可能性が高いため、これらのオイルや塵埃を効
率的に捕捉して光学部品の汚染を防止する必要がある。

【０００３】

【従来の技術】従来例として高周波励起高速軸流型ＣＯ
₂ガスレーザ装置を例に取り、図４を用いて説明する。
図中、１００は高周波励起高速軸流型ＣＯ₂ガスレーザ
装置（以下、「ガスレーザ装置」という）であり、レー
ザガスが、送風機２とレーザガス循環系３、放電管５内
を循環する。

【０００４】送風機２から吐出したレーザガスは、送風
機２で受けた圧縮熱を取り去るために、熱交換器４によ
り冷却され、常に一定温度に制御されて放電管５に入
る。ここで、レーザ用電源６による高周波放電によって
励起されたレーザガスは熱交換器７により再び冷却さ
れ、送風機２にもどる。

【０００５】このガスレーザ装置１００においては、レ
ーザガスの流速は放電管５内において１００〜３００ｍ
／ｓにも達する。放電管５における高周波放電を安定化
するために、レーザガスの圧力は１０〜１００torr程度
の低真空状態に保たれている。放電管５は両端の全反射
鏡８及び出力鏡９によってファブリペロー型発振器を構
成しており、放電により発生したレーザ光を増幅して一
部を外部に出力する。

【０００６】出力されたレーザ光はベンダーミラー１０
で方向を変えレーザ加工機１１に入り、ワークを加工す
る。これらのガスレーザ装置１００及びレーザ加工機１
１はすべて数値制御装置１２が内部に記憶しているプロ
グラムに沿って制御している。ところで、ＣＯ₂ガス
レーザ装置に使用されるレーザガスは、通常ヘリウム、
窒素、二酸化炭素等から成る混合レーザガスであり、そ
の成分比、純度等がガスレーザ装置の性能、特性等に大
きく影響するため、常にレーザガスを所定の成分、純度
に保つ必要がある。

【０００７】レーザガスが常時充填されているレーザガ
ス循環系３は真空容器となっているものの、内壁面から
の放出レーザガス、微小なリーク等により、放電管５で
のレーザ発振が稼働していなくても内部のレーザガスは
劣化していく。そのために、ガスレーザ装置１００の性
能を長期間維持するために、その起動に際して、劣化し
たレーザガスを真空排気装置３０で一旦初期排気し、そ
の後所定の圧力に達するまで新鮮なレーザガスをガスボ
ンベ４０から充填した後、レーザガスの循環を開始し、
レーザ発振を始める様にシーケンスが組まれている。

【０００８】さらに、ガスレーザ装置１００が定常稼働
している状態でも、放電によりレーザガスが解離し劣化
するため、常時低真空状態のレーザガス循環系から、真
空排気装置３０を使用して一定量のレーザガスを定常排
気し、またガスボンベ４０から新鮮なレーザガスを同量
供給している。

【０００９】また、真空排気装置３０に使用しているオ
イルがレーザガス循環系３等の真空容器側へ逆拡散する
のを防止するため、真空排気装置３０とレーザガス循環
系３との間の配管３３にオイル用フィルタ３１を設置し
てある。このオイル用フィルタ３１０は濾材が流出して
真空容器内へ侵入するのを避けるため、ガラス繊維、Ｐ
ＴＦＥメンブランやポリプロピレン製フィラメント等を
利用したフィルタが使われている。

【００１０】レーザガス循環に使用している送風機２に
は通常、まゆ型の２つのロータが同期回転しながらレー
ザガスを吸排気するルーツブロアが使用される。ルーツ
ブロアはモータ室２１、ロータ室２２及びギア室２３の
３室から構成され、これらには２つのロータ２５ａ、２
５ｂを回転させる軸２６ａ、２６ｂが貫通している。ギ
ア室２３には潤滑のためギアオイル２４がみたされてお
り、ロータ室２２に繋がる軸２６ａ、２６ｂの部分はオ
イルシール２７ａ、２７ｂでシールされている。さら
に、ギア室２３の圧力がロータ室２２よりも高いとギア
オイル２４がロータ室２２へ流出する可能性があるた
め、ギヤ室２３と配管３３のオイル用フィルタ３１手前
との間を排気管４１で接続し、ギア室２３を真空排気装
置３０で真空排気している。また、モータ室２１から
はモータ表面からの塵埃の発生や、絶縁ワニスからの汚
染物質の放出があり、これらがロータ室２２へ侵入する
と光学部品を汚染や出力の低下等をおこすため、モータ
室２１に繋がる軸２６ａ、２６ｂの部分にもオイルシー
ル２７ｃ、２７ｄを設け、その侵入を防止している。さ
らに、ギア室２３と同様、モータ室２１と配管３３のオ
イル用フィルタ３１０手前との間を排気管４２で接続
し、モータ室２１を真空排気装置３０で真空排気してい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、真空排気装
置３０は、起動時の真空排気時間を短くするために、大
気圧状態での排気速度が大きく、またガスレーザ装置１
００の真空圧力に見合う到達圧力、及び稼働中のレーザ
ガス定常排気のために、真空状態での排気速度等を鑑み
て決定されなければならない。

【００１２】しかし、この種の真空排気装置３０はその
真空部のシール、及び慴動部の潤滑のために、ガス通路
にオイルが存在するオイルポンプがほとんどであり、そ
の避けられない性質として真空排気装置３０用オイルが
真空容器側へ逆拡散する。特に、ガスレーザ装置１００
の真空排気装置３０は、その起動時の真空排気のみなら
ず、稼働中も常時レーザガスの定常排気をおこなってい
る為、真空排気装置３０の稼働時間が長くなることは避
けられず、それに伴いオイルの逆拡散も発生しやすい状
況にあった。

【００１３】また、送風機２のギア室２３に使用してい
るオイルや、モータ室２１から発生する塵埃等は、上述
したように、オイルシール２７ａ等や真空排気で真空容
器内への侵入を防止しているが、それでもなお真空容器
内に侵入するものがあり、光学部品を汚染することがあ
った。例えば、オイルや塵埃等を排気管４１、４２を経
由して真空排気しても、その一部が配管３３を通って真
空容器側に逆拡散するのは避けられず、それによる出力
鏡９等の光学部品の汚染を防止することができなかっ
た。

【００１４】このように、真空容器内にある出力鏡９や
全反射鏡８等の光学部品が、上記のオイルや塵埃に汚染
されると、出力の低下、加工性能の悪化、最悪の場合に
はこれら光学部品の破損を引き起こす原因となってい
た。ガスレーザ装置１００に用いられる光学部品は非常
に高価であり、また、交換もしくは洗浄して再使用する
場合でも、（１）ガスレーザ装置１００及びレーザ加工機１１を長
時間停止しなければならない。（２）レーザガス循環系３を開放しなければならず、新
たな塵の混入が避けられない。（３）ベンダーミラー１０、レーザ加工機１１等も含め
た光学系の再調整が必要であり、多くの時間と熟練を要
する。等の問題があり、真空排気装置３０用オイルの逆拡散
や、塵埃の侵入を減少させ光学部品の長寿命化をはかる
ことはガスレーザ装置１００にとって非常に重要な課題
であった。

【００１５】上記の様な問題を解決するために、オイル
を使用しない真空排気装置を使用する試みも行われてき
たが、オイルを使用しない真空排気装置の種類が限られ
ているため、その排気速度、到達圧力がガスレーザ装置
１００の使用範囲とうまく合致せず、使用は出来るもの
の非常に高価であったり、逆に安価ではあるものの全く
使用できなかったりするものが殆どであった。更に、こ
れらオイルを使用しない真空排気装置のなかには、その
内部の消耗部品が、真空排気装置以上に保守に手間のか
かるものも少なくない。

【００１６】また、従来例でも簡単に述べたように真空
排気装置３０の手前にオイル用フィルタ３１０を使用し
て、オイルの逆拡散を防止する方法もとられてきたが、
現在入手可能なオイルを効率良く吸着するフィルタは、
活性炭の様な微粒子を濾紙で封入して、その微粒子の表
面でオイルを吸着する構造をとるため、その微粒子がフ
ィルタを離れて流出することが避けられず、これが逆に
真空容器内へ侵入し光学部品をかえって汚染する。その
為、従来例の様にガラス繊維等を利用したフィルタを使
用してきたが、この種のフィルタは元来粒子状の異物を
物理的に捕捉する機構のため、ミスト状となって逆拡散
する真空排気装置３０用のオイルは、効率的に捕捉する
ことができなかった。

【００１７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、レーザガス内に混入して光学部品を汚染する
オイルや塵埃等を効率的に捕捉することができるガスレ
ーザ装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、放電管にレーザガスを循環させながらレ
ーザ発振を行なうガスレーザ装置において、前記レーザ
ガスが循環するガス配管部と、前記レーザガスを排気す
るガス排気部と、前記ガス配管部と前記ガス排気部との
間に設けられ前記レーザガスを汚染する２種類以上の汚
染物質を捕捉する汚染物質捕捉部と、を有することを特
徴とするガスレーザ装置が、提供される。

【００１９】また、レーザガス循環用の送風機のギヤ室
からの排気を行なう排気管が、前記ガス排気部と前記汚
染物質捕捉部との間に接続されているガスレーザ装置
が、提供される。

【００２０】さらに、レーザガス循環用の送風機のモー
タ室からの排気を行なう排気管が、前記ガス排気部と前
記汚染物質捕捉部との間に接続されているガスレーザ装
置が、提供される。

【００２１】

【作用】レーザガスが循環するガス配管部と、レーザガ
スを排気するガス排気部との間に、レーザガスを汚染す
る２種類以上の汚染物質を捕捉する汚染物質捕捉部を設
けた。ただし、ここでいうガス配管部とは、送風機、熱
交換器、放電管などレーザガスが循環する全ての部分を
さす。

【００２２】このため、例えばガス排気部で使用される
オイルがガス配管部側に逆拡散していっても、そのオイ
ルは、汚染物質捕捉部内に設けたオイルを捕捉するのに
適したフィルタで効率よく捕捉される。

【００２３】また、汚染物質捕捉部には、他の種類の汚
染物質を捕捉するフィルタも設けられている。このた
め、例えば上記のオイル捕捉用フィルタに特有の微粒子
がそのフィルタから流出したとしても、その微粒子は汚
染物質捕捉部内で効率よく捕捉される。

【００２４】すなわち、オイルや微粒子等の２種類以上
の汚染物質が発生しても、それぞれの汚染物質を確実に
捕捉することができるフィルタで効率よく捕捉すること
ができる。したがって、それらの汚染物質がガス配管部
内に侵入することもなく、ガスレーザ装置内の光学部品
を汚染することも防止することができる。

【００２５】また、レーザガス循環用送風機のギヤ室か
らの排気を、ガス排気部と汚染物質捕捉部との間に設け
た排気管を経由して行なうようにした。このため、ギヤ
室で使用しているオイルが、送風機側からガス配管部に
拡散していこうとしても、そのオイルは、上記排気管に
吸引されてガス排気部から排気される。たとえガス排気
部から逆拡散しようとしても汚染物質捕捉部に設けたオ
イル捕捉用フィルタで確実に捕捉される。

【００２６】さらに、レーザガス循環用送風機のモータ
室からの排気を、ガス排気部と汚染物質捕捉部との間に
設けた排気管を経由して行なうようにした。このため、
モータ室で発生した塵埃が、送風機側からガス配管部に
拡散していこうとしても、その塵埃（微粒子）は、上記
排気管に吸引されてガス排気部から排気される。たとえ
ガス排気部から逆拡散しようとしても汚染物質捕捉部に
設けた微粒子捕捉用フィルタで確実に捕捉される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明のガスレーザ装置の全体構成を示
す図である。上記従来例で示した図４と同じ構成部分に
は、同一符号を付して説明を省略する。

【００２８】本発明のガスレーザ装置１は、真空排気装
置３０と真空容器であるレーザガス循環系３の間の配管
３３に、真空排気装置３０からの逆拡散オイルを効率的
に取り除くためのオイル用フィルタ３１が設けられ、さ
らにそのオイル用フィルタ３１の手前（レーザガス循環
系３側）に粒子用フィルタ３２が設けられる。すなわ
ち、配管３３にオイル用フィルタ３１と粒子用フィルタ
３２が直列に接続されている。粒子用フィルタ３２は、
真空排気装置３０からの逆拡散オイルを効果的に吸着す
ることは出来ないが、塵埃やオイル用フィルタ３１から
流出してくる濾材は効果的に捕捉することができる。

【００２９】本実施例では、オイル用フィルタ３１に粒
状活性炭を不織布で封入したフィルタを使用している。
その他に、特殊活性アルミナ、モレキュラーシーブ等を
使用することも可能である。また、粒子用フィルタ３２
にガラス繊維を利用したフィルタを使用している。その
他に、ＰＴＦＥメンブラン、ポリプロピレン製フィラメ
ント等の濾材を使用することも可能である。

【００３０】真空排気装置３０から真空容器内へ逆拡散
してゆく真空排気装置３０用オイルはこのオイル用フィ
ルタ３１で捕捉されるため、真空容器内へは侵入しな
い。さらに、このオイル用フィルタ３１から遊離して流
出する濾材の微粒子はこれと直列に接続されている粒子
用フィルタ３２により高精度で捕捉され、真空容器内へ
侵入することはない。

【００３１】このように、種類の異なるフィルタ３１と
３２を直列に接続する事により、互いの欠点を補いなが
ら真空排気装置３０用オイル、及び塵埃等を除去するこ
とができる。オイルを効率よく取り除く事が可能なオイ
ル用フィルタ３１は、一般にその濾材の一部が微粉末と
なってフィルタ本体から遊離しやすく、真空排気装置３
０から逆拡散してきたオイルは取り除けるものの、これ
ら濾材の微粉末が真空容器内に侵入して光学部品を汚染
する可能性もある。そこで、この逆拡散オイルを吸着す
ることのできるオイル用フィルタ３１と、このオイル用
フィルタ３１から流出してきた濾材粒子を高精度で取り
除きかつ濾材の流出のほとんどない粒子用フィルタ３２
を直列に接続した。このため、濾材の真空容器への侵入
を防ぎながら、効率的に真空排気装置３０用オイルの逆
拡散を防止することができる。これにより、真空排気装
置３０から逆拡散してゆくオイルは取り除かれ、光学部
品の汚染が減少し、保守頻度が低減し長寿命化がはから
れる。

【００３２】このオイル用フィルタ３１と粒子用フィル
タ３２は、通常のフィルタの使用方法と異なり、流体の
流れる方向と捕捉するものが流れる方向が逆である。つ
まり、レーザガスは真空排気により、レーザガス循環系
３から真空排気装置３０の方へ流れるが、オイルや濾材
の微粒子は真空排気装置３０のほうからレーザガス循環
系３の方へ流れる。このため、オイル用フィルタ３１及
び粒子用フィルタ３２は、そのレーザガスが流れる方向
を十分に考慮して設計されている。

【００３３】また、このオイル用フィルタ３１と粒子用
フィルタ３２が排気抵抗となり、初期排気時間が長くな
る可能性があるため、可能な限り排気抵抗が小さくなる
ように設計されている。その場合、排気抵抗は濾過精度
と大きく関係し、一般的に濾過精度を落とせば排気抵抗
が小さくなり排気時間が短くなるが、これではオイルや
塵埃を効率良く捕捉することが出来ないため、総合的に
判断し選定する必要がある。

【００３４】図２は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。この実施例でのガスレーザ装置１ａでは、２個のオ
イル用フィルタ３１ａ、３１ｂと同じく２個の粒子用フ
ィルタ３２ａ、３２ｂを使用し、各々を並列に接続して
ある。フィルタの種類や大きさは図１の実施例と同じで
ある。このような並列接続にすることにより、フィルタ
を設けることによる排気抵抗増大を防止することがで
き、配管を太くしたり、フィルタを長くして排気抵抗を
減らす必要もなくなる。これにより、第１の実施例と同
じ濾過精度を維持しながら、真空排気時間を短縮するこ
とができる。

【００３５】図３は本発明の第３の実施例を示す図であ
る。この実施例でのガスレーザ装置１ｂにおいて、第１
の実施例との相違点は、送風機２のギア室２３の排気管
４５、及びモータ室２１の排気管４６がオイル用フィル
タ３１と真空排気装置３０の間に接続されている点であ
る。

【００３６】ギヤ室２３で使用しているオイルは、送風
機２側からレーザガス循環系３に侵入しようとしても、
そのオイルは排気管４５側に吸引されて真空排気装置３
０から排気される。たとえ真空排気装置３０から逆拡散
しようとしてもその逆拡散方向に設けられたオイル用フ
ィルタ３１で確実に捕捉され、レーザガス循環系３等の
真空容器側に侵入することがない。

【００３７】同様に、モータ室２１で発生した塵埃が、
送風機２側からレーザガス循環系３に侵入しようとして
も、その塵埃は排気管４６側に吸引されて真空排気装置
３０から排気される。たとえ真空排気装置３０から逆拡
散しようとしてもその逆拡散方向に設けられた粒子用フ
ィルタ３２で確実に捕捉され、レーザガス循環系３等の
真空容器側に侵入することがない。

【００３８】この実施例は、新たな部品を使用すること
がなく排気管の接続位置を変更するだけなので、非常に
安価に実施することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ガス配
管部とガス排気部との間に、レーザガスを汚染する２種
類以上の汚染物質を捕捉する汚染物質捕捉部を設けた。
このため、例えばガス排気部で使用されるオイルがガス
配管部側に逆拡散していっても、そのオイルは、汚染物
質捕捉部内に設けたオイルを捕捉するのに適したフィル
タで効率よく捕捉され、また例えば上記のオイル捕捉用
フィルタに特有の微粒子がそのフィルタから流出したと
しても、その微粒子は汚染物質捕捉部内で効率よく捕捉
される。

【００４０】すなわち、オイルや微粒子等の２種類以上
の汚染物質が発生しても、それぞれの汚染物質を確実に
捕捉することができるフィルタで効率よく捕捉すること
ができる。したがって、それらの汚染物質がガス配管部
内に侵入することもなく、ガスレーザ装置内の光学部品
を汚染することも防止することができ、保守頻度の低
減、寿命の長期化が可能となった。

【００４１】また、レーザガス循環用送風機のギヤ室か
らの排気を、ガス排気部と汚染物質捕捉部との間に設け
た排気管を経由して行なうようにした。このため、ギヤ
室で使用しているオイルが、送風機側からガス配管部に
拡散していこうとしても、そのオイルは、上記排気管に
吸引されてガス排気部から排気され、たとえガス排気部
から逆拡散しようとしても汚染物質捕捉部に設けたオイ
ル捕捉用フィルタで確実に捕捉される。

【００４２】さらに、レーザガス循環用送風機のモータ
室からの排気を、ガス排気部と汚染物質捕捉部との間に
設けた排気管を経由して行なうようにした。このため、
モータ室で発生した塵埃が、送風機側からガス配管部に
拡散していこうとしても、その塵埃（微粒子）は、上記
排気管に吸引されてガス排気部から排気され、たとえガ
ス排気部から逆拡散しようとしても汚染物質捕捉部に設
けた微粒子捕捉用フィルタで確実に捕捉される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスレーザ装置の全体構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図４】ガスレーザ装置の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ガスレーザ装置２送風機３レーザガス循環系４熱交換器５放電管６レーザ用電源７熱交換器８全反射鏡９出力鏡１０ベンダーミラー１１レーザ加工機１２数値制御装置２１モータ室２２ロータ室２３ギア室２４ギアオイル３０真空排気装置３１，３１ａ，３１ｂオイル用フィルタ３２，３２ａ，３２ｂ粒子用フィルタ３３配管４３，４４，４５，４６排気管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電管にレーザガスを循環させながらレ
ーザ発振を行なうガスレーザ装置において、前記レーザガスが循環するガス配管部と、前記レーザガスを排気するガス排気部と、前記ガス配管部と前記ガス排気部との間に設けられ、前
記レーザガスを汚染する２種類以上の汚染物質を捕捉す
る汚染物質捕捉部と、を有することを特徴とするガスレーザ装置。
【請求項２】前記汚染物質捕捉部は２種類以上のフィ
ルタから成ることを特徴とする請求項１記載のガスレー
ザ装置。
【請求項３】前記２種類以上のフィルタは直列に接続
され、前記ガス排気部側のフィルタはガス排気部用オイ
ルを捕捉し、前記ガス配管部側のフィルタは前記ガス排
気部側のフィルタから流出してくる微粒子を捕捉するこ
とを特徴とする請求項２記載のガスレーザ装置。
【請求項４】前記２種類以上のフィルタは並列に接続
されることを特徴とする請求項２記載のガスレーザ装
置。
【請求項５】レーザガス循環用の送風機のギヤ室から
の排気を行なう排気管が、前記ガス排気部と前記汚染物
質捕捉部との間に接続されていることを特徴とする請求
項１記載のガスレーザ装置。
【請求項６】レーザガス循環用の送風機のモータ室か
らの排気を行なう排気管が、前記ガス排気部と前記汚染
物質捕捉部との間に接続されていることを特徴とする請
求項１記載のガスレーザ装置。