(57)【要約】　　　（修正有）【課題】粉塵などの不純物がレーザ駆動部に付着することにより発生する損傷、劣化を防止し、長期間に渡って安定したレーザ出力を維持することのできるレーザ発振装置を提供する。【解決手段】少なくともレーザ光を発生する駆動部１と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体５を備え、前記駆動部１と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓１１を有したレーザ装置、このレーザ装置から出射されたレーザ光１０によりワークを加工するレーザ加工機。【選択図】　図１
2004130337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともレーザ光を発生する駆動部と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体を備え、前記駆動部と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓を有したレーザ装置。
【請求項２】
保護窓はガラス部材である請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
ガラス部材は石英である請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
保護窓を冷却する冷却手段を有した請求項１から３のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項５】
レーザ装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機であって、前記レーザ装置は、少なくともレーザ光を発生する駆動部と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体を備え、前記駆動部と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓を有し、前記保護窓を通過したレーザ光により前記ワークが加工されるレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ装置とレーザ加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に従来のレーザ装置について説明する。図４は従来のレーザ装置の構成を示すものである。
【０００３】
図４において１０１はレーザ駆動部、１０２はシャッタ部、１０３は電源、１０４は冷却装置、１０５は筐体、１０６はレンズ、１０７はノズル、１０８はガスボンベ、１０９はレーザ駆動部１０１のビーム出口、１１０はビーム出口から出射されたレーザ光である。
【０００４】
以上のように構成されたレーザ装置について、その動作について説明する。
【０００５】
まず、レーザ駆動部１０１に電源１０３、冷却装置１０４を接続する。レーザ駆動部１０１に電源１０３から電気エネルギーが供給される。レーザ駆動部１０１内部で電気エネルギーによりレーザ発振が起こり、レーザ光が発生する。発生したレーザ光はビーム出口１０９から、レーザ駆動部１０１外部へ出射される。
【０００６】
このとき電気エネルギーのうちレーザ光に変換されない部分は熱となり、レーザ駆動部１０１が発熱するため、冷却装置１０４から冷媒がレーザ駆動部１０１に供給され冷却される。そして、レーザ駆動部１０１の熱を吸収し温度が上昇した冷媒は冷却装置１０４に戻り冷却された後、再びレーザ駆動部１０１に供給され、以下、これが繰り返される。
【０００７】
レーザ装置にはシャッタ１０２がビーム出口１０９のレーザ光１１０の光軸上に設けられている。シャッタ１０２は可動式になっており、レーザ光１１０を筐体１０５外部へ出したくない場合には、レーザ光１１０の光軸上に配置されレーザ光１１０を吸収する。レーザ光１１０を筐体１０５外部へ出すときには、シャッタ１０２を光軸上から移動させる構造となっている。
【０００８】
そしてレーザ光１１０がレンズ１０６を通過し集光された後、ワークに照射され溶接、切断などの加工を行う。また加工用途に応じて、レーザ光１１０の照射と同時に加工補助用のガスをガスボンベ１０８からワークに吹き付けることで、加工性能を高める手法などが行われている。そのときガスを効率良く吹き付けるため、ノズル１０７が設けられている。上記シャッタ１０２、レンズ１０６などの部品を一括してレーザ光学部と称している。
【０００９】
これらレーザ駆動部１０１、シャッタ１０２、レンズ１０６、ノズル１０７は一括して筐体１０５内部に設けられていた。立体物などの複雑な形状のワークの加工にも対応するため、産業用ロボットのアーム先端にレーザ駆動部１０１などを具備した筐体１０５を取りつけたレーザ加工機とすることで複雑加工を可能にしていた。
【００１０】
また従来例として、レンズ１０６と加工ワークとの間に保護窓を設ける構成（例えば特許文献１参照）もなされてきたが、レンズ１０６はレーザ光１１０が通過することで温度上昇、劣化するため定期的に交換をする必要があった。そのためレンズ１０６交換時には筐体１０５内に不純物が侵入していた。
【００１１】
【特許文献１】
特許第３２１９０７７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のレーザ装置の構成では、シャッタ１０２やレンズ１０６などのメンテナンス中に筐体１０５内部に不純物が侵入し、レーザ駆動部１０１に付着、寿命を低下させるといった問題点が存在した。
【００１３】
通常、レーザ装置でワークを加工する場合、レンズ１０６にはワーク加工時に発生するスパッタ、ヒュームなどによりレンズ１０６表面に汚れが付着する。レンズ１０６に汚れが付着すると集光性が悪化するので、加工性能が低下する。
【００１４】
また、レンズ１０６自身のレーザ光吸収率も増加するので温度が上昇し、耐熱温度を超えると破損に至るなどの損傷を受けることとなる。これらを防止するためにレンズ１０６表面は常に清浄な状態にする必要があり、定期的にレンズ１０６を筐体１０５から取り外して、表面をクリーニングするなどのメンテナンスを行っていた。
【００１５】
また、シャッタ１０２は可動式のため摺動部があり、シャッタ１０２が動作を繰り返すことにより摺動部が劣化するため、定期的に交換する必要があった。シャッタ１０２にはレーザ光１１０を吸収するための受光部が設けられているが、その受光部もレーザ光１１０の照射により劣化するため、定期的に交換するなどのメンテナンスが必要であった。
【００１６】
このようにシャッタ１０２、レンズ１０６は定期的に取り外しなどのメンテナンスが必要な部品であるが、その際にレーザ装置周囲の粉塵などの不純物が筐体１０５内部へ侵入していた。侵入した不純物は筐体１０５内部の各部品に付着し、レーザ駆動部１０１にも付着する。レーザ駆動部１０１は内部に、高い清浄度を必要とする精密な構成部品を有している。これら構成部品、特にレーザ駆動部１０１の光学部品に粉塵などの不純物が付着すると、局部的な歪み、割れといった問題が発生していた。
【００１７】
レーザ駆動部１０１とシャッタ１０２、レンズ１０６を別々の筐体に入れる、あるいは両者の距離を離すなどの方法による粉塵対策も検討がなされてきた。
【００１８】
しかし、いずれの方法もレーザ装置のサイズが大きくなるといった課題があり、産業用ロボットなどレーザ加工装置のアームの先端にレーザ装置が取りつかないという新たな問題が発生していた。また、取りついた場合でもレーザ装置寸法が大きくなるので、加工装置アームの可動範囲が小さくなるなどの不具合が発生した。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のレーザ装置は、少なくともレーザ光を発生する駆動部と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体を備え、前記駆動部と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓を有しているため、光学部のメンテナンス時に筐体内に侵入した不純物がレーザ駆動部に付着することはなく、レーザ駆動部の劣化を防止し安定したレーザ光を長期間に渡って維持できるという作用を有するものである。
【００２０】
また、本発明のレーザ加工機は、レーザ装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機であって、前記レーザ装置は、少なくともレーザ光を発生する駆動部と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体を備え、前記駆動部と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓を有し、前記保護窓を通過したレーザ光により前記ワークが加工されるため、光学部のメンテナンス時に筐体内に侵入した不純物がレーザ駆動部に付着せずレーザ駆動部の劣化が低減され、安定した加工性能を長期間に渡って維持できるという作用を有するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
（実施の形態）
図１は本実施の形態におけるレーザ装置を示すものである。
【００２３】
図１において１はレーザ駆動部、２はシャッタ部、３は電源、４は冷却装置、５は筐体、６はレンズ、７はノズル、８はガスボンベ、９はレーザ駆動部１のビーム出口、１０はビーム出口から出射されたレーザ光、１１は保護窓である。
【００２４】
以上のように構成されたレーザ装置について、その動作について説明する。
【００２５】
まず、レーザ駆動部１に電源３、冷却装置４を接続する。レーザ駆動部１に電源３から電気エネルギーが供給される。レーザ駆動部１内部で電気エネルギーによりレーザ発振が起こり、レーザ光が発生する。発生したレーザ光はビーム出口９から、レーザ駆動部１外部へ出射される。このとき電気エネルギーのうちレーザ光に変換されない部分は熱となり、レーザ駆動部１が発熱するため、冷却装置４から冷媒がレーザ駆動部１に供給され冷却する。レーザ駆動部の熱を吸収し温度が上昇した冷媒は冷却装置４に戻り冷却された後、再びレーザ駆動部１に供給される。
【００２６】
レーザ装置にはシャッタ２がビーム出口９のレーザ光１０の光軸上に設けられている。シャッタ２は可動式になっており、レーザ光１０を筐体５外部へ出したくない場合には、レーザ光１０の光軸上に配置されレーザ光１０を吸収する。レーザ光１０を筐体５外部へ出すときには、シャッタ２を光軸上から移動させる構造となっている。
【００２７】
そしてレーザ光１０がレンズ６を通過し集光された後、ワークに照射され溶接、切断などの加工を行う。また加工用途に応じて、レーザ光１０の照射と同時に加工補助用のガスをガスボンベ８からワークに吹き付けることで、加工性能を高める手法などが行われている。そのときガスを効率良く吹き付けるため、ノズル７が設けられている。
【００２８】
本実施の形態では、レーザ駆動部１と、シャッタ２やレンズ６部分との間には保護窓１１とを設け、レーザ駆動部１と、シャッタ２やレンズ６などの光学部を遮断することにより、不純物の侵入によるレーザ駆動部１の劣化を低減できる。
【００２９】
シャッタ２やレンズ６などの光学部は定常的にメンテナンスを行う必要があるため、その際に不純物が筐体５内部に入ってくる。しかし上記構成により、レーザ駆動部１は保護窓１１により前記光学部と遮断されているため、侵入してきた不純物がレーザ駆動部に付着することはない。
【００３０】
なお、上記のメンテナンス時は、筐体５が分割されるようにしておけば、より容易に光学部のメンテナンスができる。
【００３１】
このようにすることにより、レーザ駆動部１に不純物が付着することによる局部的な歪み、割れといった問題の発生を防止することができる。保護窓１１に不純物が付着することはあるが、定期的に表面の清掃、または交換することで対応することが可能であり、不純物の侵入によるレーザ装置の劣化、損傷を最小限にとどめることができる。
【００３２】
この効果について図２を用いて説明する。図２はレーザ装置から出射されるレーザ出力の経時変化についての、従来と本実施の形態との比較図である。
【００３３】
従来は光学部のメンテナンス時に侵入した粉塵などの不純物により、レーザ駆動部１が損傷、劣化するため、長期間に渡ってレーザ出力を維持することが困難であった。しかし本実施の形態では、保護窓１１により、レーザ駆動部１が保護されるため、レーザ出力が安定する。また、保護窓１１に不純物が付着することでレーザ出力の低下が発生する場合もあるが、保護窓１１の表面清掃、交換により、レーザ出力は復帰する。保護窓１１の交換によって発生する場合のコストは、レーザ駆動部１を交換する場合と比較して、はるかに安価である。そのため使用者にとって、ランニングコストが低減できるといった利点が存在する。
【００３４】
レーザ駆動部１から出てきたレーザ光１０が保護窓１１を通過するが、保護窓１１自体に吸収される分が存在する。吸収により温度が上昇するため、保護窓１１には耐熱性が要求される。そのため、保護窓１１の材質としては石英などのガラス材質のような耐熱性の高い材料を使用するのが適している。
【００３５】
また発振するレーザの波長により材料の吸収率は変わるので、耐熱性だけでなく、保護窓１１には吸収率の低い材料を選定することも重要である。例えば、波長が１０μｍ前後の赤外領域のレーザだと、これら波長に対して吸収率の低いポリエチレンなどを保護窓１１の材料として使用することも有効である。
【００３６】
保護窓１１はレーザ光１０に対して吸収率が低い場合においても、吸収分は存在するため温度が上昇する。温度が耐熱限界を超えると保護窓１１の損傷にいたる場合がある。耐熱限界を超えない場合でも、高温で使用すると保護窓１１の劣化が促進されるので交換周期が短くなるなどの問題が発生するが、保護窓１１を冷却することで、これら問題を防止することができる。
【００３７】
図３は保護窓１１の冷却方法を表したものである。１２は保護窓１１を保持するためのホルダ、１３は冷媒の配管である。レーザ装置の冷却装置４から配管１３を分岐させ冷媒がホルダ１２にも流れる構成としている。保護窓１１の熱はホルダ１１に伝わり、その熱を冷媒が吸収、冷却する構造としている。
【００３８】
また請求項４記載のように、レーザ駆動部１とシャッタ２、レンズ６などの光学部を保護窓１１で遮断した構成のレーザ装置を有すレーザ加工機により、レーザ駆動部の劣化が低減され、安定した切断、溶接などの加工性能を長期間に渡って維持することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のレーザ装置によれば、少なくともレーザ光を発生する駆動部と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体を備え、前記駆動部と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓を有したため、光学部のメンテナンス時に筐体内に侵入した不純物がレーザ駆動部に付着することはなく、レーザ駆動部の劣化を防止し安定したレーザ光を長期間に渡って維持できるという作用を有するものである。
【００４０】
また、本発明のレーザ加工機によれば、レーザ装置から出射されたレーザ光によりワークを加工するレーザ加工機であって、前記レーザ装置は、少なくともレーザ光を発生する駆動部と、少なくとも前記レーザ光を伝播する光学部とを収納した筐体を備え、前記駆動部と前記光学部とは取り外し可能であり、前記駆動部に保護窓を有し、前記保護窓を通過したレーザ光により前記ワークが加工されることで、長期間に渡り安定した切断、溶接などの加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ装置の構成図
【図２】同実施の形態と従来のレーザ出力経時変化比較図
【図３】同実施の形態における保護窓冷却図
【図４】従来におけるレーザ装置の構成図
【符号の説明】
１　レーザ駆動部
４　冷却装置
５　筐体
６　レンズ
１０　レーザ光
１１　保護窓
【図１】
2004130337.tif 000003
【図２】
2004130337.tif 000004
【図３】
2004130337.tif 000005
【図４】
2004130337.tif 000006