(57)【要約】  本発明は、レーザービームを発生するためのレーザー発振器（１）、レーザービームを通すレーザーヘッド（３）、レーザー発振器（１）とレーザーヘッド（３）との間でレーザービームを伝えるための光学路（２）、およびメインガスパイプ（８）を介して流体を流通可能にレーザーヘッド（３）へ接続されたガス供給源（９）を有するレーザー機械設備に関する。さらに、第２パイプ（１８）が上記ガス供給源（９）をレーザー発振器（１）へ流体を流通可能に接続する。それゆえに、上記設備は、レーザー発振器（１）およびヘッド（３）に共通のガス供給源を有する。ガスは、好ましくは、窒素である。
2013520025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを発生するためのレーザー発振器（１）と、
レーザービームを通すレーザーヘッド（３）と、
上記レーザー発振器（１）と上記レーザーヘッド（３）との間でレーザービームを伝えるための光学路（２）と、
メインガスパイプ（８）によって流体を流通可能にレーザーヘッド（３）へ接続されたガス供給源（９）と、を有し、
上記ガス供給源（９）を上記レーザー発振器（１）へ流体を流通可能に接続する第２パイプ（１８）をさらに有することを特徴とするレーザー機械加工設備。
【請求項２】
上記ガス供給源（９）は、少なくとも９００リッター、好ましくは少なくとも３０００リッターの容量を有する貯蔵容器であることを特徴とする請求項１に記載の設備。
【請求項３】
上記第２パイプ（１８）に沿って配置され、上記発振器（１）内へ導入される前に、上記ガス供給源（９）からくるガスの圧力を減少することができるようにする、ガス拡張装置（２０）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の設備。
【請求項４】
上記ガス供給源（９）は、液体窒素貯蔵容器であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の設備。
【請求項５】
上記ガス供給源（９）は、メインパイプ（８）によって、上記レーザーヘッド（３）および上記光学路（２）へ流体を流通可能に接続されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の設備。
【請求項６】
上記ガス供給源（９）と上記メインパイプ（８）或いは上記第２パイプ（１８）との間に配置されたガス気化器（１０）、および／或いは、水蒸気、炭化水素、および酸素の中から選択された少なくとも１つの不純物を除去できるようにデザインされたフィルター或いは吸着剤を有するガス精製装置（１１）、を有することを特徴とする請求項３乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の設備。
【請求項７】
上記発振器（１）には、さらに、１つ或いはそれ以上のガスシリンダー（１１）から来る少なくともＣＯ２およびヘリウム或いはＣＯ２／Ｈｅ混合物が供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の設備。
【請求項８】
上記レーザー発振器は、ＣＯ２タイプの発振器であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の設備。
【請求項９】
上記レーザー発振器（１）、上記光学路（２）、および上記レーザーヘッド（３）は、建物の内側に配置され、上記ガス供給源（９）は、上記建物の外に配置され、上記シリンダーは、好ましくは、上記建物の内側にあることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の設備。
【請求項１０】
ガス供給源（９）からくるガスとともに、レーザー発振器（１）、レーザーヘッド（３）、および上記レーザー発振器（１）と上記レーザーヘッド（３）との間でレーザービームを伝えるための光学路（２）を有するレーザー機械加工設備を供給するための方法であって、
ａ）上記ガス供給源（９）からくるガスのいくらかが、上記ガス供給源（９）を上記レーザーヘッド（３）へ接続するメインガスパイプ（８）内、および上記ガス供給源（９）を上記レーザー発振器（１）へ接続する第２パイプ（１８）内で運ばれ、
ｂ）上記レーザーヘッド（３）が、上記メインパイプ（８）からくるガスを供給され、
上記発振器が、上記第２パイプからくるガスを供給されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
上記メインパイプ（８）からのガスは光学路（２）内へ導入されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記ガスは窒素であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記ガスの圧力は、上記光学路（２）、上記発振器（１）、および／或いは上記レーザーヘッド（３）内へ導入される前に調節されることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記ガス供給源は、少なくとも９００リッター、好ましくは少なくとも３０００リッターの容量を有する貯蔵容器（９）であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
上記発振器（１）には、さらに、１つ或いはそれ以上のガスシリンダー（１１）からくる酸素およびＣＯ２或いはＣＯ２／Ｈｅ混合物が供給されることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のうちいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、レーザービームを用いた溶接や切断などの分野に関し、より正確には、同じガス供給源、特に窒素供給源から供給される、レーザー発振器、光学路、およびレーザーヘッドを有するレーザー機械加工設備に関する。
【０００２】
図１および図２に示すように、ＣＯ２タイプのレーザー機械、すなわちレーザービームを発生するレーザー発振器１、ビームを伝える光学路或いは空洞２、および１つの部材或いは複数の部材にビームを収束するレーザーヘッド３を備えたレーザー機器の動作の間、２つの方法でガスが供給される。すなわち：
・一方では、レーザー切断で使用される、例えば、窒素、酸素、或いはそれらの混合物、或いはレーザー溶接で使用される、アルゴン、ヘリウム、窒素、或いはそれらの混合物のような、いわゆる“プロセス”ガスが、通常、“容積”タイプ、すなわち大容量の貯蔵容器９、或いはコンテナタイプ、すなわち制限された容積のガス保持容器、一般にガスシリンダー、の供給源や貯蔵物から来る。これらの“プロセス”ガスは、主に収束ヘッドへ供給するが、レーザーの光学路へも供給可能である。しかしながら、この光学路は、圧縮された空気も供給されるであろうことに気付くべきである。文献ＵＳ−Ａ−２００６／０８８０７３は、このタイプのレーザー設備について教示している。
【０００３】
・他方では、“レーザー光を発する”ためのガスが非常に高い純度、すなわち通常少なくとも９９．９９９％の体積比率による純度を有する必要があることから、レーザー装置の発振器１へ供給してレーザービームの発生に使用される窒素のようないわゆる“レーザー光を発する”ためのガスが、コンテナタイプ、すなわちガスシリンダー１１の貯蔵物或いは供給源から来る。文献ＵＳ−Ａ−６，２１５，８０８は、複数の発振器を備えたこのタイプのレーザー設備について教示している。
【０００４】
産業規模で生じる問題は、現在、プロセスガスとしておよびレーザー光を発するためのガスとして使用されるガスが同じタイプのガス、例えば窒素である場合、確かな純度の内訳、すなわち一方の供給がレーザー光を発するためのガスのための“コンテナ”タイプである必要があり、他方の供給がプロセスガスのための“容積”タイプである必要がある内訳を満足するため、図１および図２に図式化するように、２つの分離した同じガスの貯蔵物が使用されることである。
【０００５】
しかしながら、このことは、レーザー設備の大きな複雑さを引き起こし、それゆえに、直接的なさらなるコストやユーザーのための動作時間の損失を引き起こす。さらに、現場に固定されてレーザー発振器１への供給のみに使用される専用のガスシリンダーの供給を必要とする。
【０００６】
この問題の解決を与えることが本発明の目的である。
【０００７】
より正確には、本発明は、レーザービームを発生するためのレーザー発振器と、レーザービームを通すレーザーヘッドと、レーザー発振器とレーザーヘッドとの間でレーザービームを伝えるための光学路と、メインガスパイプによって流体を流通可能にレーザーヘッドへ接続されたガス供給源と、を有し、ガス供給源をレーザー発振器へ流体を流通可能に接続する第２パイプをさらに有することを特徴とするレーザー機械加工設備に関する。
【０００８】
言い換えると、本発明によると、ガス状或いは液状の形でガスを貯蔵する容器のような大きな容量の共通のガス供給源が、機械加工に使用されるレーザーヘッドおよびレーザービームを発生するために使用されるレーザー発振器の両方へ与えられる。
【０００９】
“レーザー機械加工”が、レーザービームを使う、溶接、切断、マーキング、或いは他の作業の動作を意味するつもりであることが強調されるべきである。
【００１０】
この場合によると、この発明の設備は、１つ或いはそれ以上の以下の特性を有しても良い：
・ガス供給源は、少なくとも９００リッター、都合よくは少なくとも３０００リッター、好ましくは少なくとも７５００リッターの容量を有する貯蔵容器である。  
・第２パイプに沿って配置され、発振器内へ導入される前に、ガス供給源からくるガスの圧力を減少することができるようにするガス拡張装置を有する。  
・ガス供給源は、液体窒素貯蔵容器である。  
・ガス供給源は、メインパイプによって、レーザーヘッドおよび光学路へ流体を流通可能に接続されている。  
・ガス供給源とメインパイプ或いは第２パイプとの間に配置されたガス気化器を有する。言い換えると、気化器とも呼ばれる熱交換器は、容器出口に配置され、容器からくる液体窒素を気化可能にし、後でメインパイプおよび第２パイプ内で運ばれるガス状窒素を得る。  
・水蒸気、炭化水素、および酸素の中から選択された少なくとも１つの不純物を除去できるようにデザインされたフィルター或いは吸着剤を有するガス精製装置は、第２パイプおよび／或いはメインパイプに沿って配置される。このような装置は、ガスの純度が常に応ずることを保証できるようにする安全装置の機能を果たす。  
・発振器には、さらに、１つ或いはそれ以上のガスシリンダー（１１）から来る少なくともＣＯ２およびヘリウム或いはＣＯ２／Ｈｅ混合物が供給される。  
・レーザー発振器は、ＣＯ２タイプの発振器である。  
・レーザー発振器、光学路、およびレーザーヘッドは、建物の内側に配置され、ガス供給源は、建物の外側に配置される。  
・本発明は、ガス供給源からくるガスとともに、レーザー発振器、レーザーヘッド、およびレーザー発振器とレーザーヘッドとの間でレーザービームを伝えるための光学路を有するレーザー機械加工設備を供給するための方法に関し、
ａ）ガス供給源からくるガスのいくらかが、上記ガス供給源を上記レーザーヘッドへ接続するメインパイプ内、および上記ガス供給源を上記レーザー発振器へ接続する第２パイプ内で運ばれ、
ｂ）上記レーザーヘッドが、上記メインパイプからくるガスを供給され、
発振器が、上記第２パイプからくるガスを供給されることを特徴とする。
【００１１】
この場合によると、本発明の方法は、１つ或いはそれ以上の以下の特性を有しても良い：
・メインパイプからのガスは光学路内へ導入される。  
・ガスは窒素であり、好ましくは液状の形で貯蔵される。  
・ガスの圧力は、光学路、発振器、および／或いはレーザーヘッド、或いは光学路内へ導入される前に調節される。特に、ガスの圧力は、発振器或いは光学路内へ導入される前に減少される。  
・ガス供給源は、少なくとも９００リッター、好ましくは少なくとも３０００リッターの容量を有する貯蔵容器である。  
・発振器には、さらに、１つ或いはそれ以上のガスシリンダー（１１）からくるヘリウムおよびＣＯ２或いはＣＯ２／Ｈｅ混合物が供給される。  
・ガスの中に存在しやすい酸素、炭化水素、および水蒸気タイプの不純物の少なくともいくらかは、特に、発振器内へ導入されるガスの高い純度を確保するように除去される。  
・発振器内に導入された窒素は、体積比で少なくとも９９．９９９％の純度を有する。  
・窒素は、ガス供給源から液状の形態で引き出されて気化される。  
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、添付した図面の参照を伴う実施例の以下の説明からより明確に理解されるであろう。
【図１】図１は、従来技術によるところのＣＯ２タイプのレーザー設備を図式化する。
【図２】図２は、従来技術によるところのＣＯ２タイプのレーザー設備を図式化する。
【図３】図３は、本発明によるところのレーザー設備を図式化する。
【図４】図４は、本発明によるところのレーザー設備を図式化する。
【００１３】
図１および図２は、従来技術によるところの、ＣＯ２タイプのレーザービームを用いた例えばレーザー切断或いはレーザー溶接の作業のための設備の図を示す。
【００１４】
図に見られるように、ＣＯ２タイプのレーザー発生器すなわち発振器１は、レーザービームを発生できるようにする。このレーザービームは、続いて、光学路或いは空洞２を通ってレーザーヘッド３へ伝えられる。レーザーヘッド３では、フォーカスレンズ４或いはフォーカスミラー（レーザー溶接において、ミラーがレンズの指向および収束の目的を有する）或いは同様のものによって、機械加工される１つ或いはそれ以上の部分６の厚さ内へ或いは表面に近接してレーザービームが収束される。単純のため、以下、光学的収束装置はレンズ４とみなされるであろう。
【００１５】
レンズ４は、単一の焦点を有する例えば単焦点レンズであり、或いは複焦点、例えばビームを２つの異なる焦点へ収束する二焦点レンズであっても良い。
【００１６】
レンズ４は、その中の圧力が一般に同一ではないことから、光学路２を機械的および流体的にレーザーヘッド３から切り離すことを可能にする。
【００１７】
レーザー発振器は、例えば、ＬＡＳＡＬ（商標）銘柄１の窒素、ＬＡＳＡＬ（商標）銘柄２の二酸化炭素（ＣＯ２）、ＬＡＳＡＬ（商標）銘柄４のヘリウムなどの、レーザー光を発するためのガスの３つのシリンダー１１によって与えられる；ＬＡＳＡＬ（商標）銘柄のガスはエアリキードによって売られている。いくらかのケースでは、発振器は、窒素（Ｎ２）、ヘリウム、およびＣＯ２、或いはＣＯなどの他の成分を含むガス状の混合物が供給される。
【００１８】
さらに、出口が気化器或いは熱交換器１０へ流体を流通可能に接続された“容量”タイプの窒素貯蔵容器９は、１つ或いはそれ以上のガスパイプ８および専用の入口１３、１２を介して、それぞれ、ガス状の窒素をレーザーヘッド３および光学路２へ供給することを可能にする。入口１３、１２は、図２に示されるように、一般に、ガス供給キャビネット５に配置される。
【００１９】
図２に見られるように、レーザーヘッド３は、通常、機械加工される１つの部分或いは複数の部分が配置された機械加工テーブル１に関して動くことができるバー１４によって運ばれ、これら全ての部材が保護する囲い１５内に配置される。
【００２０】
このタイプの従来の設備は、ガス供給におけるその複雑さの問題を起こす。
【００２１】
本発明は、図３および図４に示された方法で、図１および図２の設備の構造を簡単にすることを提案する。改良されない設備の部分が以下に説明される必要がないことが示されるべきであり、それらに関する全ての詳細のため図１および図２が参照され、上で与えられた説明がなされる。
【００２２】
図３に示されるように、レーザー光を発するための加圧されたガス、すなわち、窒素、ヘリウム、およびＣＯ２によって、レーザービームを発生するために使用される、一般にＣＯ２レーザー供給源として参照される、発生器或いはＣＯ２タイプのレーザー発振器１は、本発明によると、図１および図２に示すように、レーザー光を発するガスのシリンダー１１からではなく、液体窒素貯蔵器９から直接くる窒素が供給される。レーザー光を発する他のガス、すなわちＣＯ２およびヘリウムの供給は、これらのガスをそれぞれ収容したシリンダー１１、或いはガス状の混合物を収容したシリンダーの助けの前に実行され、最終混合物の構成は使用されるレーザーによる。これらシリンダー１１は、さらに、流れおよび／或いは圧力調節器を備え、特に、一体にされた拡張器を備えたタップバルブ、および圧力計を備え、可能であれば、これら調節部材を保護するために使用される保護カバーも備えている。
【００２３】
その結果として、本発明によると、液体窒素貯蔵容器９は、レーザーヘッド３のみならず発振器１、および随意に光学路２へ、当該貯蔵容器９から来る“大量”の窒素を供給可能にする。窒素は、貯蔵容器９から液体の形で引き出されて、一方で枝分かれしたライン８を介してレーザーヘッド３へ伝えられ、およびもう一方でライン８に接続されすなわちライン８の枝である追加のライン１８を介してレーザー発振器１へ伝えられる前に、気化器１０内で気化される。
【００２４】
随意に、いくらかの窒素は、光学路２内へ伝えられても良く、レーザー発振器１の出口でレーザービームを回収するために使用され、レンズや収束ミラーのようなレーザーノズルおよび収束装置４を有するレーザーヘッド３ほど遠くへ伝える。それゆれに、レーザービームは、例えば溶接或いは切断される１つ或いは複数の部分６を打つ前に、レーザーヘッド３内で収束されつつ通過され、ヘッド３は、さらに、容器９から来る窒素が供給される。
【００２５】
光学路２は、ミラーおよび／或いはレンズのような光学部材を備えた通路によって、一般に、形成される。
【００２６】
ガス供給源或いは容器ラインは、好ましくは、大きな容量、すなわち少なくとも９００リッター、好ましくは少なくとも３０００リッターの窒素の容量を有する貯蔵容器である。
【００２７】
一般に、この容器１は、残りの設備、すなわち主にレーザー発振器１、光学路２、およびレーザーヘッド３、同様に、機械加工される１つの或いは複数の部分６が載せられる支持テーブル７、および保護囲み１５が取り付けられた建物の外に配置される。
【００２８】
このことは、大容量容器９が空或いは空に近くなったとき、タンカーによって窒素をその場所に運んで容器９を満たすことによって、或いは、特に、容器が“レンジャー”タイプの可動容器である場合、空の容器１を他の満タンの容器と置き換えることによって、容器９をより簡単に満たすためである。
【００２９】
光学路２、レーザーヘッド３、およびレーザー発振器１内のガスの所定の作動圧力が一般に異なり、メインパイプ８および／或いは第２パイプ１８に沿ってガス拡張器のような１つ或いはより多くのガス拡張装置２０を与えることが好ましい。
【００３０】
拡張装置２０は、ガスが、光学路２、ヘッド３、或いは発振器１内へ導入される前に、メインパイプ８或いは第２パイプ１８内を流れるガスの圧力を減少できるようにデザインされるべきである。
【００３１】
一般に、メインパイプ８によって運ばれたガスは、１５バールと３２バールの間の圧力、例えばほぼ２５バール程度の圧力であり、一方、光学路内において、空気中の粒子が入ることを防止するため、ガスは超過圧力である。レーザー発振器の供給は、１バールと１５バールの間の相互圧力を有する。
【００３２】
さらに、図４は、設備が、第２パイプ１８に沿って、好ましくは拡張器２０と発振器１の出口との間に配置された、フィルターのような、精製装置２１を有することの事実を除いて、図３と同様であり、発振器１内へ導入されるレーザー光を発するためのガス、すなわち窒素の所定の高い純度を確保できる。
【図１】
2013520025.tif 000003
【図２】
2013520025.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013520025.tif 000006
【国際調査報告】
2013520025.tif 000007
2013520025.tif 000008
2013520025.tif 000009
2013520025.tif 000010