JPS6342533Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、レーザ光学系が受ける熱的影響を軽
減させた気体レーザ加工装置に関するものであ
る。

気体レーザ加工装置は、例えば、第１図の原理
図に示すように、レーザ光L₀を発生さる光共振
器１０、発生したレーザ光を被加工物Ｗに導く光
学系を含む被加工具２０、光共振器１０に高電圧
を供給してグロー放電をさせるための高電圧供給
装置３０、グロー放電による励起・光放出・緩和
作用をするレーザ発振媒質としての気体を循環さ
せるためのガス循環装置４０および加工具２０と
被加工物Ｗとを相対的に移動させるための移動機
構５０等から構成されている。光共振器１０はレ
ーザ媒質である気体をはさんで対向する反射鏡１
１とレーザー光L₀を光共振器１０の外部に取り
出し得る半透過鏡１２、高電圧供給装置３０に接
続されてグロー放電を起させる電極１３乃至１６
および光共振器管１７から構成されている。被加
工具２０は光共振器１０から取り出されたレーザ
光L₁を被加工物Ｗに導くための反射鏡２１およ
び集束レンズ２２から構成されている。

ガス循環装置４０は、ダクト４６乃至４８、ダ
クトの途中に挿入された図示していない熱交換器
たとえばラジエータ、ガス循環用のブロワなどか
ら構成されている。また、ダクト４６乃至４８
は、図示していないガス供給源またはガス再生装
置から新鮮なガスを供給するガス供給口４１、図
示していない真空ポンプによりガス供給前の大気
の排気およびグロー放電作用により発生した不純
ガスを含む循環ガスの一部を排気するガス排気口
４２、光共振器管１７へのガス流入口４３，４４
および光共振器管からのガス流出口４５とを備え
ている。これらの上記構成部品は、第２図の構成
図に示すように、ガス循環装置などの収容台枠６
０の内部およびベンチ支持台６１，６２上の光学
ベンチ６３の上部に取付けられている。

通常、光学ベンチ６３は長手方向に対して微細
であるが伸縮自在に支持されている。即ち、例え
ば光学ベンチ６３は支持台６１に長手方向に対し
て固定されている。一方、光学ベンチ６３は支持
台６２により、上下方向には固定的であるが、長
手方向に対しては移動自在に支持されている。

これらの上記構成において、第１図に示すよう
に、まず、ガス排気口４２から大気を排気した後
に、ガス供給口４１からレーザ媒質気体例えば
CO₂とHeとN₂との混合ガスを供給してダクト４
６乃至４８および光共振器１０の内部に充填し、
ブロワで循環させる。つぎに、電極１３と１４お
よび電極１５と１６間に高電圧を印加すると各電
極間でグロー放電D₁およびD₂が生じ、混合ガス
が励起され、続いてレーザ光を誘起した後、He
と衝突緩和して基底状態に復帰する。この誘起さ
れたレーザ光L₀は半透過鏡１２から取り出され、
加工具２０の反射鏡２１および集束レンズ２２を
透過して被加工物Ｗに照射される。この光共振器
１０から取り出されるレーザ光の出力値およびモ
ードは、光学部品の精度および特性、電極の材質
および形状等に大きく左右されるので、当然、設
計上および製作上、特別な注意が払われている。
特に光共振器１０内の反射鏡１１の中心軸と半透
過鏡１２の中心軸と光共振器１０の光学系中心軸
Ｃとの中心軸（以下、光学系中心軸という。）が
同時に一致するように取付けられ、かつ保持され
ることが必要である。これらの中心軸がずれる
と、レーザ光の発振効率が低下して出力が減少す
るだけでなく、エネルギー密度分布が径方向に分
散した集束性の劣るモード波になつてしまう。し
たがつて、従来の気体レーザ加工装置において
は、反射鏡１１、半透過鏡１２などの設計および
製作上、特別な考慮が払われ、気体レーザ加工装
置の動作前においては、上記の光学系中心軸Ｃが
互いに一致するように整合されていた。

しかし、このような気体レーザ加工装置におい
ては、発熱部分が多く、その熱影響によつて前述
した第２図の光学ベンチ６３が局部的に膨張する
ために、光学ベンチ６３に熱歪みが発生する。こ
の熱歪みの原因としては、第２図に示すような配
置の気体レーザ加工装置においては、光学ベンチ
６３の中央上面部が、グロー放電によつて高温に
なつた混合ガスの影響をうけて温度上昇し、中央
裏面部との間で温度差を生じ、光学ベンチの中央
付近が両端部よりも上方にわん曲するように変形
するために、光学系の各中心軸がずれてレーザ光
の発振効率が低下するだけでなく、モードも径方
向のエネルギー密度が分散した集束性が劣る形状
になる。また、熱歪みの他の原因としては、光学
ベンチの下方では、ガス循環装置特にブロワ、真
空ポンプ、各部の電源装置などの発熱の影響を受
けて温度上昇することになる。しかし、加工装置
の定常運転状態では光学ベンチの上方の温度上昇
が下方よりも大であつて、上方と下方との熱膨張
の差により、第２図に示すような配置の気体レー
ザ加工装置においては、光学ベンチの中央付近が
両端よりも上方にわん曲するように変形する。こ
れらの変形は、レーザ加工装置の構成部品の配
置、構成部品の冷却状態などによつて相違するだ
けでなく、同じ加工装置であつても、使用条件、
使用開始後の時間経過による熱伝導状態によつて
一定しない。

したがつて、従来の気体レーザ加工装置におい
ては、加工開始後熱変形が生じないような短時間
で加工作業を完了してしまうか、逆に、長時間の
加工作業を必要とするときは、加工開始前に光学
ベンチの熱歪による光学中心軸のずれを予測して
光学系中心軸をずらしておいて、加工装置の運転
を開始して熱伝導により光学ベンチの熱変形が略
一定になつて光学系の各中心軸が一致した状態に
なつてから、実際の加工作業を開始することが行
われていた。そのために前者においては、長時間
の加工作業が出来ず、また後者においては、加工
装置が大形化するほど熱変形が略一定になるまで
の時間が長くなり30分から１時間に及ぶ場合があ
り、加工作業までの待期時間が大になるだけでな
く、加工作業開始までの装置の運転経費の損失も
大であつた。

本考案は、反射鏡、半透過鏡、放電電極を含む
光共振器を光学ベンチ上に支持した気体レーザ加
工装置において、光学ベンチの上面に沿つて光共
振器の軸方向に第１の気体通路を設けるととも
に、光学ベンチの下面に沿つて光共振器の軸方向
に第２の気体通路を設け、第１の通路の軸方向の
中央部流入口→第１および第２の夫々の両端部→
第２の通路の軸方向の中央部排気口に外気を通過
させることによつて光学ベンチの上下面の温度上
昇を均一化させ、長時間の加工作業を能率的に行
うことができる気体レーザ加工装置を提供したも
のである。

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。本考案の加工装置においては、原理的な構成
は第１図および第２図と同様であるので説明を省
略する。第３図および第４図において、光学ベン
チ６３の上方に光共振器１０を包囲するように第
１のカバ３を設けることにより、光学ベンチ６３
とこの第１のカバ３との間に第１の気体通路１を
形成するとともに、光学ベンチの下方にカバ４を
設けることにより、光学ベンチ６３とこの第２の
カバ４との間に第２の気体通路２を形成する。

この第１の気体通路１の軸方向の中央部に外気
流入口１０１を穿設して送風機Faを外気が吸引
される方向に配設する。さらに第１および第２の
気体通路１，２の夫々の両端部に貫通孔１０２，
１０３，２０２，２０３を穿設して、夫々の両端
部の貫通孔１０２と２０２および１０３と２０３
とを連通させ、かつ第２の気体通路２の軸方向の
中央部に排気口２０１を穿設する。上記１０１〜
１０３，２０１〜２０３および送風機Faにより
流入口から排気口に外気を流通させる外気流通機
構が構成される。

上記構成において、送風機Faを駆動させると、
第１の気体通路１の中央部から流入された外気が
光学ベンチ６３の上面に沿つて両端部に流れ、こ
の後、光学ベンチ６３の下面に沿つて両端部から
第２の気体通路の中央部の排気口２０１へと流れ
る。

即ち、加工装置において温度上昇により最もわ
ん曲する光学ベンチ６３の中央上面部に、流入さ
れた外気が最初に接触するため中央上面部が効率
よく冷却される。しかもこの後、流入された空気
が第１および第２の両端部を経て、第２の気体通
路２の中央部の排気口２０１へと流通するため、
光学ベンチ６３の上下面は熱的に略均一化され
る。

なお、両端の貫通孔の連設部１０２と２０２、
１０３と２０３に夫々送風機Fb，Fcを設けたり、
排気口２０１に送風機Fdを設ければ、より円滑
な外気の流通を図ることができる。勿論外気が流
入口１０１を経て排気口２０１に流通すればよい
ため、送風機Fa〜Fdを適宜に配設することがで
きる。

このように、大気および送風機を使用すると、
取扱いが簡単である。

なお、一般的に冷却水による冷却が行なわれて
いるが、給排水管工事が面倒であること、給排水
管が作業の邪魔となること、レーザ加工作業にお
いては漏水がきらわれているためその原因となる
排水管の補修に特に留意しなければならないこと
および冷却水管の表面に必然的に結露が発生しこ
の結露の除去が極めて困難であるため、高電圧を
用いる共振器の取付用の光学ベンチに冷却水管を
使用すれば事故や故障を誘発することとにより冷
却水での冷却方法は回避される傾向にある。

以上のように、本考案によれば、光学ベンチの
上面に沿つて光共振器の軸方向に第１の気体通路
を設けるとともに、光学ベンチの下面に沿つて光
共振器の軸方向に第２の気体通路を設け、第１の
通路の軸方向の中央部流入口→第１および第２の
夫々の両端部→第２の通路の軸方向の中央部排気
口に外気を通過させることによつて光学ベンチの
上下面の温度上昇を均一化させ、長時間の加工作
業を能率的に行うことができる気体レーザ加工装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な気体レーザ加工装置の原理
図、第２図は、一般的な気体レーザ加工装置の構
成図、第３図は本考案の装置の実施例において収
容台枠の上方の内部構造を示す正面図、第４図は
第３図のＡ−Ａ断面矢視図である。 １…第１の流体通路、２…第２の流体通路、１
０…光共振器、１１…反射鏡、１２…半透過鏡、
６３…光学ベンチ、Fa〜Fd…送風機。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 反射鏡および半透過鏡を含む光共振器を光学ベ
   ンチ上に支持した気体レーザ加工装置において、
   前記光学ベンチの上面に沿つて光共振器の軸方向
   に設けられた第１の気体通路と、前記光学ベンチ
   の下面に沿つて光共振器の軸方向に設けられた第
   ２の気体通路と、前記第１の気体通路の軸方向の
   中央部に外気流入口を設け、前記第１および第２
   の気体通路の夫々の両端部を連通する連通路を設
   けると共に前記第２の気体通路の軸方向の中央部
   に排気口を設けて前記流入口から排気口に外気を
   流通させる外気流通機構とを備えた気体レーザ加
   工装置。