(57)【要約】【解決手段】  レーザ発振器１は、レーザガスのガス通路１２の途中に流路切り換え手段２７を備えている。レーザ光Ｌを発振しない状態では流路切り換え手段２７の流路切り換え板３５によりレーザガスがフィルタ３２を通過するようにガス通路１２を循環させる。そのため、レーザガス中のパーティクル３０はフィルタ３２によって効率的に捕捉される。他方、レーザ光Ｌを発振しない時には、図３に示すように流路切り換え板３５によりレーザガスがフィルタ３２を通過しないようにしてガス通路１２内を循環させる。【効果】  レーザガス中のパーティクル３０を効率的に捕捉することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが放電電極間に形成される放電空間を通過して循環するガス通路を備えたガスレーザ発振器において、
上記ガス通路の途中に、レーザガス中のパーティクルを捕捉する捕捉手段を有する捕捉通路と捕捉手段を有さない非捕捉通路とを設けるとともに、レーザガスが一方の通路を通過して循環するように流路を切り換える流路切り換え手段を設けたことを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
上記流路切り換え手段は、レーザ発振の停止時にレーザガスを上記捕捉通路に通過させることを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したガスレーザ発振器と、該ガスレーザ発振器及びレーザ加工機の作動を制御する制御装置とを備えたレーザ加工機において、
上記制御装置は、レーザ加工機から入力される信号に基づいて上記流路切り換え手段を切り換え制御することを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスレーザ発振器とそれを備えたレーザ加工機に関し、より詳しくは、レーザガスからパーティクル（粉塵）を除去するようにしたガスレーザ発振器とそれを備えたレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザガスを封入したガス容器内に主電極と、主電極間の放電空間にレーザガスを流すとともに、ガス容器内でレーザガスを循環するためのファン又はブロアとを設けた放電励起タイプのガスレーザ発振器は公知である（例えば特許文献１、特許文献２）。
こうした従来のガスレーザ発振器においては、放電によってパーティクルと称される電極材の酸化粉が発生し、それがレーザガス中に浮遊することは知られている。このパーティクルが共振器を構成する一対のミラーに付着すると、それらの透明性が落ちるとともに、そのパーティクルにレーザ光が吸収されて出力が低下するとともに両ミラーが加熱されて損傷することがあった。また、パーティクルが電極に付着して突起状となると、そこに放電電流が集中して電極が損傷したり、レーザガス中を浮遊するパーティクルが多いと、パーティクルを伝って電極以外に電流が流れることによって放電エネルギーが奪われてレーザ光の出力が低下するという問題が生じる。
そこで、従来ではガスレーザ発振器のガス通路に付着したパーティクルを除去するために定期的にメンテナンスが行われている。このような現状を考慮すると、ガスレーザ発振器内で発生して浮遊するパーティクルを除去することができれば、レーザガスの寿命を延ばすことができるとともに、メンテナンス間隔を長くすることができ、ランニングコストを低減することが可能となる。
【特許文献１】特開平３−２５５６８０号公報
【特許文献２】特許第２９３６２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来、上述したガスレーザ発振器において、レーザガスからパーティクルを除去するための提案がなされている。より詳細には、上記特許文献１のレーザ発振器においては、レーザガスの循環流路の途中を仕切り部材で内外２つの流路に区分し、外側の流路にパーティクルを捕捉するためのダストフィルタを設けている。しかしながら、この特許文献１の装置においては、上記ダストフィルタによってレーザガスの流れに抵抗がかかるので、レーザガスの循環の流れが悪くなり、しかも多くのレーザガスは上記ダストフィルタを設けていない内側の流路を流れることになる。そのため、この特許文献１の装置においては、ダストフィルタによるパーティクルの捕捉率が悪いという欠点があった。
他方、上記特許文献２の装置においては、レーザチャンバに接続した小径の外部配管を介してレーザガスの一部を吸引し、外部配管の途中に配置されたフィルタによってパーティクルを除去した後、レーザチャンバに戻すようにしている。しかしながら、この特許文献２の装置においては、上記外部配管へはレーザガスの一部しか取り込むことができないため、パーティクルの捕捉率が悪いという欠点があった。また、この特許文献２の装置においては、レーザガスの一部を上記外部配管に取り込むためのポンプをレーザチャンバ内のレーザガス循環用ブロアとは別に設けなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、レーザガスが放電電極間に形成される放電空間を通過して循環するガス通路を備えたガスレーザ発振器において、
上記ガス通路の途中に、レーザガス中のパーティクルを捕捉する捕捉手段を有する捕捉通路と捕捉手段を有さない非捕捉通路とを設けるとともに、レーザガスが一方の通路を通過して循環するように流路を切り換える流路切り換え手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載した本発明は、上記請求項１の構成を前提として、上記流路切り換え手段は、レーザ発振の停止時にレーザガスを上記捕捉通路に通過させることを特徴とするものである。
さらに、請求項３に記載した本発明は、請求項１又は請求項２に記載したガスレーザ発振器と、該ガスレーザ発振器及びレーザ加工機の作動を制御する制御装置とを備えたレーザ加工機において、
上記制御装置は、レーザ加工機から入力される信号に基づいて上記流路切り換え手段を切り換え制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
上述した構成によれば、レーザガスが循環するガス通路の途中に、捕捉手段を有する捕捉通路と捕捉手段を有さない非捕捉通路を設けて、捕捉通路にレーザガスを通過させるだけでレーザガス中から効率的にパーティクルを除去することができる。また、レーザ光を発振する際にはレーザガスが非捕捉通路を通過して循環している状態でレーザ光を発振させることで、出力が低下することなくレーザ光を発振することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１において１はレーザ加工機であり、このレーザ加工機１は板状の被加工物２を所要の形状に切断加工できるようになっている。
レーザ加工機１は、被加工物２を支持して水平面のＸ軸方向に移動可能な加工テーブル３と、この加工テーブル３を跨いで配置された門型フレーム４と、この門型フレーム４に取り付けられて上記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能な加工ヘッド５と、上記門型フレーム４の隣接位置に配置されてレーザ光Ｌを発振するガスレーザ発振器６とを備えている。上記加工テーブル３は図示しない第１駆動機構によってＸ軸方向に移動されるようになっており、上記加工ヘッド５は門型フレーム４に配置された図示しない第２駆動機構によってＹ軸方向に移動できるようになっている。
また、レーザ加工機１は制御装置７を備えており、この制御装置７は、上記第１駆動機構と第２駆動機構およびガスレーザ発振器６の作動を制御できるようになっている。制御装置７は、作業者によって操作される操作盤７Ａを備えており、作業者がこの操作盤７Ａを操作して所要の事項を制御装置７に入力できるようになっている。この制御装置７には、加工対象となる被加工物２の材質や加工形状および寸法等の加工データに応じた加工プログラムが予め設定されて保存されている。
【０００７】
そして、作業者がガスレーザ発振器６をレーザ光Ｌが発振可能な状態にするとともに加工テーブル３上に板状の被加工物２を載置して位置決め保持させたら、操作盤７Ａを操作して被加工物２を加工するために必要な事項を制御装置７に入力し、加工を開始させる。制御装置７は予め設定された加工プログラムに基づいてガスレーザ発振器６および上記両駆動機構の作動を制御する。すなわち、制御装置７は先ず両駆動機構を作動させて加工ヘッド５を被加工物２における加工開始点に相対移動させ、その後、ガスレーザ発振器６からレーザ光を発振して被加工物２に照射させるとともに、両駆動機構を介して加工ヘッド５と加工テーブル３とを相対移動して被加工物２を所要の形状に切断加工するようになっている。
【０００８】
しかして、本実施例は、軸流型のガスレーザ発振器６を以下のように構成することで、レーザガス中のパーティクルを効率的に除去できるようにしたものである。すなわち、図２の概略構成図に示すように、ガスレーザ発振器６は、同一構造を有する２本の円筒状をしたプラズマチューブ１１と、レーザガスが各プラズマチューブ１１内を通過して循環するガス通路１２を備えている。
上記２本のプラズマチューブ１１は軸方向において一列となるように配設されており、それら両プラズマチューブ１１の互いに対向する端部は共通の支持部材としての中央マニホールド１３によって支持されている。フロント側（図面上の左側）のプラズマチューブ１１の他端は支持部材としてのフロントマニホールド１４によって支持されており、他方、リア側（図面上の右側）のプラズマチューブ１１の他端はリアマニホールド１５によって支持されている。
フロントマニホールド１４のフロント側の端面には出力ミラーとしてのフロントミラー１６が取り付けられており、リアマニホールド１５のリア側の端面にはリアミラー１７が取り付けられている。これらのフロントミラー１６とリアミラー１７は相互に対向して配置されており、プラズマチューブ１１内で発振されたレーザ光Ｌはフロントミラー１６とリアミラー１７の間で共振されてから一部がフロントミラー１６を透過して外部へ出射されるようになっている。
【０００９】
上記プラズマチューブ１１のそれぞれには、軸方向において相互に対向する位置に一対の放電電極２１、２２が二組直列に配置されており、一対の放電電極２１，２２間に放電空間が形成されている。各一対の放電電極のうち一方をグランド側の放電電極２１として各プラズマチューブ１１の両端部側に、すなわち各マニホールド１３〜１５側にそれぞれ配置してあり、かつ他方の非グランド側の放電電極２２を各プラズマチューブ１１の軸方向の中央部に配置している。本実施例では、グランド側の放電電極２１を陽極としてあり、非グランド側の放電電極２２を陰極としている。なお、グランド側の放電電極２１を陰極とし、非グランド側の放電電極２２を陽極としてもよい。
上記各一対の放電電極２１、２２は図示しない配線を介して、電源としての直流高電圧回路に接続してあり、各プラズマチューブ１１内の放電電極２１，２２間にレーザガスを流通させた状態で各一対の放電電極２１、２２間に主電圧を印加することにより、各一対の放電電極２１，２２間で主放電を行なわせてレーザガスを励起してレーザ光Ｌを発振させるようになっている。そして、各放電電極２１，２２間で発振されたレーザ光Ｌは、前述したようにフロントミラー１６を透過してプラズマチューブ１１の外部へ出射され、その後、上記導光手段８を介して加工ヘッド５へ導かれてから被加工物２に照射されるようになっている。
なお、各一対の放電電極２１，２２間にはレーザ光Ｌを発振させないときには低電圧の予備電離電圧を印加するようにしている。
【００１０】
また、ガスレーザ発振器６は、上記各マニホールド１３〜１５に一端を接続された各パイプ２３〜２５と、中央のパイプ２４の他端と接続された送風手段としてのブロア２６と、端部のパイプ２３，２５の他端と接続された流路切り換え手段２７、２７と、ブロア２６と各流路切り換え手段２７，２７との間を連絡する各連絡パイプ２８、２８と、各パイプ２３〜２５の途中に配置されてレーザガスを冷却する各熱交換器２９とを備えている。
【００１１】
上記制御装置７によりブロア２６が作動されると、両方の連絡パイプ２８，２８の２方向に向けてレーザガスが送り出されるようになっている。このブロア２６によって、レーザガスはブロア２６よりもフロント側（左側）の連絡パイプ２８と、フロント側の流路切り換え手段２７内と、パイプ２３とそれに配置された熱交換器２９と上記フロントマニホールド１４とを介してフロント側のプラズマチューブ１１にレーザガスが供給される。また、レーザガスはブロア２６よりもリア側の連絡パイプ２８と、リア側（右側）の流路切り換え手段２７と、パイプ２５とそれに設けた熱交換器２９およびリアマニホールド１５とを介してリア側のプラズマチューブ１１に供給されるようになっている。
そして、各プラズマチューブ１１に供給されて、その内部を軸方向に沿って流通したレーザガスは、中央マニホールド１３からパイプ２４を介して熱交換器２９を通ってブロア２６内に流入し再び各連絡パイプ２８，２８へ送出されるようになっている。
つまり、上記両プラズマチューブ１１と各マニホールド１３〜１５と上記各パイプ２３〜２５と各連絡パイプ２８、各熱交換器２９、各流路切り換え手段２７およびブロア２６の内部空間によって、ガス通路１２が構成されている。
【００１２】
次に、フロント側とリア側の流路切り換え手段２７、２７は構成が同じであって、それらの配置方向が逆になるだけなので、フロント側の流路切り換え手段２７の構成のみを説明する。すなわち、図３〜図５に示すように、フロント側に位置する流路切り換え手段２７は、内部に空間を有する箱形のハウジング３１と、このハウジング３１内に設けられてレーザガス中のパーティクル３０を捕捉するフィルタ３２と、ハウジング３１内を通過するレーザガスが上記フィルタ３２を有する捕捉通路３３とフィルタ３２を有しない非捕捉通路３４とのどちらかを通過するように切り換えるための流路切り換え板３５と、流路切り換え板３５を揺動する駆動源となるロータリーエアシリンダ３６とを備えている。このロータリーエアシリンダ３６は上記制御装置７によって作動を制御されるようになっている。
流路切り換え板３５はロータリーエアシリンダ３６によりフィルタ３２の出口を塞ぐとともに連絡パイプ２８からパイプ２３へ連通する非捕捉通路３４を形成する位置（図３参照）と上記非捕捉通路３４を塞ぐとともに、フィルタ３２の入口へレーザガスを導く捕捉通路３３を形成する位置（図４参照）とに揺動されるようになっている。
フロント側の流路切り換え手段２７は以上のように構成されており、前述したように、リア側の流路切り換え手段２７はフロント側と逆の配置で同様に構成されている。
【００１３】
レーザ加工機１は以上のように構成されており、さらに制御装置７は上記ガスレーザ発振器６の作動を次のように制御するようになっている。ガスレーザ発振器６を立ち上げる際には、流路切り換え板３５によりレーザガスが捕捉通路３３を通過するように位置させておく。
そのため、ブロア２６によってガス通路１２内を循環して流通するレーザガスは、全て両方の流路切り換え手段２７，２７のフィルタ３２を通過することになり、その際にレーザガス中にパーティクル３０が存在すればフィルタ３２によって捕捉される。なお、フィルタ３２によってレーザガスの流通速度は低下するが、この時点では放電電極２１，２２に主電圧は印加されておらず、レーザ光Ｌは発振されていないので問題は生じない。
【００１４】
次に、作業者により上記加工テーブル３に被加工物２が載置されてから位置決めされ、上記加工プログラムによる加工を実行するために操作盤７Ａの自動モードボタンが押されると、制御装置７は、両方の流路切り換え手段２７，２７のロータリーエアシリンダ３６を同期して作動させて、各流路切り換え板３５をレーザガスが非捕捉通路３４を通過するように揺動させる。そのため、ブロア２６によって送出されているレーザガスは、フィルタ３２を通過することなく非捕捉通路３４を通過してガス通路１２を循環する。この場合、レーザガスはフィルタ３２を通過することなくハウジング３１内を流通していくので、前述したようにレーザガスをフィルタ３２に通過させる場合と比較すると、レーザガスの流通速度は速くなっている。
【００１５】
このように、両方の流路切り換え手段２７，２７の非捕捉通路３４を介してレーザガスがガス通路１２を循環している状態において、制御装置７は予め設定した加工プログラムを実行する。そして、制御装置７は、加工プログラムを実行するなかで、レーザ光を発振するための指令により図示しない電源から放電電極２１、２２に主電圧を印加させるので、両プラズマチューブ１１、１１内の放電空間でレーザガスが主放電励起されてレーザ光Ｌが発振されて前述したようにフロントミラー１６からレーザ光Ｌが外部に向けて出射される。
その後、レーザ光Ｌは、導光手段８と加工ヘッド５を介して被加工物２に照射されてレーザ加工が開始され、さらに上記両駆動機構を介して加工ヘッド５と被加工物２が水平面のＸ軸方向とＹ軸方向に相対移動されるので、被加工物２が所要の形状に切断加工される。また、制御装置７は加工プログラムのレーザ発振を停止するための指令により放電電極２１，２２への主電圧の印加を停止し、レーザ光Ｌの発振を停止させる。このようにして、加工プログラムが最後まで実行されて、加工テーブル３上の被加工物２に対する加工が終了したら、制御装置７は、ブロア２６を作動させた状態において両方の流路切り換え板３５をレーザガスが捕捉通路３３を通過するように揺動させる。そのため、全てのレーザガスは両方の流路切り換え手段２７，２７の捕捉通路３３とそのフィルタ３２を通過してガス通路１２を循環するようになっている。それにより、レーザガス中にパーティクル３０がある場合には、両方の流路切り換え手段２７，２７のフィルタ３２によって捕捉されるようになっている。
このように、加工プログラムを自動で実行している間は、放電空間を流通するレーザガスの速度が落ちないようにレーザガスは非捕捉通路３３を通過させ、それ以外の段取り時間などには捕捉通路３２を通過させるようにする。
【００１６】
なお、レーザ加工機１を手動モードでレーザ発振させる場合には、作業者が操作盤７ＡのレーザＯＮボタンを押す。すると、先ず、両方の流路切り換え手段２７、２７の流路切り換え板３５が揺動される。それにより、両方の流路切り換え手段２７，２７の非捕捉通路３４を介してレーザガスが流通するようになる。そして、その数秒後に放電空間を流通するレーザガスの流通速度が所定の流速に達したら、放電電極２１、２２に電源から主電圧が印加されて主放電が行われ、レーザ光Ｌが発振される。
【００１７】
以上のように、本実施例のレーザ加工機１のガスレーザ発振器６は、流路切り換え手段２７，２７を備えており、被加工物２に切断加工を施す時、つまりレーザ光Ｌを発振する際には、レーザガスは両方の流路切り換え手段２７，２７の非捕捉通路３４を通って循環する。他方、被加工物２に切断加工を施さない時、つまりレーザ光Ｌを発振しない時には、全てのレーザガスは流路切り換え手段２７，２７の捕捉通路３３とそこのフィルタ３２を通過して循環する。
そのため、被加工物２に切断加工を施す際にレーザガスはフィルタ３２によって流通速度が低下しないため、プラズマチューブ１１，１１内で発振されるレーザ光Ｌの出力が低下する恐れがない。
他方、切断加工をしていない状態では、全てのレーザガスはフィルタ３２を通過して循環して流通するため、レーザガス中に存在するパーティクル３０をフィルタ３２によって効率的に捕捉することができる。このようにパーティクル３０を捕捉する際にはフィルタ３２が抵抗となってレーザガスの流通速度が遅くなるが、この状態ではレーザ光Ｌは発振されていないのでレーザ光Ｌの出力が低下するという問題は生じない。
【００１８】
次に、図６は本発明の第２実施例を示したものであり、この第２実施例は、パレットチェンジャ５１を備えたレーザ加工機１に本発明のガスレーザ発振器６を用いたものである。この第２実施例のガスレーザ発振器６や加工テーブル３とそれをＸ軸方向に移動させる第１駆動機構の構成、加工ヘッド５とそれをＹ軸方向に移動させる第２駆動機構の構成は上記第１の実施例と同じである。
パレットチェンジャ５１は、被加工物２を載置して保持する複数のパレットＰを備えており、パレットチェンジャ５１の作動は制御装置７に制御されるようになっている。制御装置７は、パレットチェンジャ５１の作動を制御して、加工テーブル３に被加工物２を保持したパレットＰを搬入し、切断加工の終了後に加工テーブル３からパレットＰを搬出した後に、新たなパレットＰを加工テーブル３に搬入するようになっている。
本第２実施例においては、パレットチェンジャ５１による加工テーブル３へのパレットＰの搬入出作動と関連させて、制御装置７によりガスレーザ発振器６の流路切り換え手段２７，２７の作動を制御するようになっている。
【００１９】
すなわち、現場の作業者は制御装置７の操作盤７Ａを操作して、レーザ発振器６を作動させ、図４に示すようにレーザガスが流路切り換え手段２７、２７の捕捉通路３３を通過するようにしておく。
この後、作業者は、操作盤７Ａにより連続加工のためのプログラムを設定し、レーザ加工機１を自動運転モードにする。
この後、パレットチェンジャ５１側の第１のパレットＰに作業者により被加工物２が載置され、その後に作業者は操作盤７ＡによりパレットＰへの被加工物２のセット完了ボタンを押す。
この時点で、加工テーブル３へのパレットＰの受け入れ準備が終了していれば、パレットチェンジャ５１によって第１のパレットＰが加工テーブル３上に搬入されて位置決めされる。すると、制御装置７は、図示しないセンサによってパレットＰが加工テーブル３上に搬入されたことを認識できるので、制御装置７は図３に示すようにレーザガスが流路切り換え手段２７，２の非捕捉通路３４を通過するように流路切り換え板３５を揺動させる。
この後、制御装置７は予め設定された自動モードの加工プログラムに従って上述した第１の実施例と同様に被加工物２に対して所要の切断加工を施す。
【００２０】
この間にパレットチェンジャ５１側の第２のパレットＰに被加工物２が作業者によって載置され、作業者は被加工物２のセット完了ボタンを押しておく。
そして、加工テーブル３上の第１のパレットＰに対する切断加工が終了したら、制御装置７はガスレーザ発振器６の流路切り換え手段２７、２７をレーザガスが捕捉通路３３を通過するように切り換える。
その後、パレットチェンジャ５１により加工テーブル３から第１のパレットＰが搬出された後に第２のパレットＰが加工テーブル３に搬入されて位置決めされたら、制御装置７は流路切り換え手段２７、２７を図４に示すようにレーザガスが非捕捉通路３４を通過するように切り換える。このように、パレット交換の間には、レーザガスが捕捉通路３３を通過しているので、第１のパレットＰでの加工時に発生してレーザガス中に浮遊するパーティクル３０はフィルタ３２によって除去される。その後、制御装置７は第２のパレットＰ上の被加工物２に対して切断加工を施す。このような第２実施例においても、上述した第１の実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
なお、上記本発明は二軸直交型あるいは三軸直交型のレーザ発振器にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】図１に示したガスレーザ発振器６の概略構成図。
【図３】図２に示した要部の断面図。
【図４】図２の要部の異なる状態を示す断面図。
【図５】図４のＶ―Ｖ線に沿う断面図。
【図６】本発明の第２実施例を示す全体の構成図。
【符号の説明】
【００２２】
１‥レーザ加工機                      ２‥被加工物
６‥ガスレーザ発振器                  １１‥プラズマチューブ
１２‥ガス通路                        ２３，２４、２５‥パイプ
２７‥流路切り換え手段                ２８‥連絡パイプ
３０‥パーティクル                    ３２‥フィルタ
３３‥捕捉通路                        ３４‥非捕捉通路
【図１】
2010123665.tif 000003
【図２】
2010123665.tif 000004
【図３】
2010123665.tif 000005
【図４】
2010123665.tif 000006
【図５】
2010123665.tif 000007
【図６】
2010123665.tif 000008