(57)【要約】【課題】アシストガスのレーザ発振器内への混入や戻り光によるレーザ発振器の温度上昇による障害の発生を防止することを目的とする。【解決手段】レーザ加工機のレーザ発振器１において、レーザ発振器１の出力ミラー５からレーザ光出口１Ａまでの内部空間１３にアシストガスが入り込むことを防止するために、内部空間１３に空気を供給するエアーパージを備えた。【選択図】　　　図１
2004130324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工機のレーザ発振器において、
上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間にアシストガスが入り込むことを防止するために、上記内部空間に空気を供給するエアーパージを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
レーザ加工機のレーザ発振器において、
上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間に火災センサを備え、
上記レーザ発振器の稼動中、上記火災センサが火災の発生を検知したときに、警報を出力しまたは上記レーザ発振器の稼動を停止する制御手段を備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３】
アシストガスとして酸素を用いるレーザ加工機のレーザ発振器において、
上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間の酸素濃度を検出可能な酸素センサを備え、
上記レーザ発振器の稼動中、上記酸素センサが検出した酸素濃度が所定の値を超えたときに、警報を出力しまたは上記レーザ発振器の稼動を停止する制御手段を備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４】
レーザ加工機のレーザ発振器において、
上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間に設けられ、ワークを加工しているときに上記ワークで反射されて上記内部空間に戻ってきた光を、上記戻ってきた光と交差する方向に反射可能な反射手段と；
上記反射手段によって反射した光が到達する部位の温度を計測可能な温度センサと；
上記レーザ発振器の稼動中、上記部位の温度が所定の温度以上になったことを上記温度センサが検出したときに、警報を出力しまたは上記レーザ発振器の稼動を停止する制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工機のレーザ発振器に係り、特に、レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間に、エアーパージや火災センサ等を備えたレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来のレーザ発振器１００を用いたレーザ加工機の概略構成を示す図である。
【０００３】
従来のレーザ発振器１００は、リアミラーと出力ミラーとこれらの各ミラー間に設けられたレーザ媒質とこのレーザ媒質を励起するためのエネルギー源である励起電源とによって上記出力ミラーから出射するレーザ光を作り出すレーザ共振器を備え、上記出力ミラーと上記レーザ発振器１００のレーザ光出口１００Ａとの間には、このレーザ光出口１００Ａからのレーザ光の出射を一時的に遮断するためのシャッターユニットが設けられている。
【０００４】
レーザ発振器１００の外部には、ミラー１０２が設けられており、レーザ光出口１００Ａから出射されたレーザ光ＬＢは、このレーザ光ＬＢの進行方向に長く設けられた光軸パイプ１０４Ａ内を進行し、ミラー１０２で、上記光軸パイプ１０４Ａが長く設けられている方向とは、たとえばほぼ直角な方向に反射され、上記光軸パイプ１０４Ａとはほぼ直角な方向に長く設けられた光軸パイプ１０４Ｂ内を進行する。
【０００５】
光軸パイプ１０４Ｂの終端部には、集光レンズ１０６が設けられており、この集光レンズ１０６によって、上記光軸パイプ１０４Ｂ内を進行してきたレーザ光ＬＢが集光され、この集光されたレーザ光ＬＢが、光軸パイプ１０４Ｂの一端部側（ワークＷ側の一端部側）に設けられたノズル１０８からワークＷに照射され、このワークＷにたとえば切断等の加工を施すようになっている。
【０００６】
集光レンズ１０６とノズル１０８との間の光軸パイプ１０４Ｂの側壁には、ワークＷを加工するときに使用されるアシストガスを供給するためのアシストガス供給孔１１０が設けられている。
【０００７】
また、光軸パイプ１０４Ｂの内壁と集光レンズ１０６の外周との間は、シール材１１２によって、気密性が確保され、アシストガス供給孔１１０から供給されたアシストガスが、光軸パイプ１０４Ａ、１０４Ｂで形成されたレーザ光ＬＢの光路であって、上記集光レンズ１０６よりも上記レーザ発振器１００側に存在する光路内や上記レーザ発振器１００内に入り込まないようになっている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
川澄博道著「レーザ加工技術」日刊工業新聞社、昭和６１年７月１０日、ｐ３２の図２．３０（ａ）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザ加工機の長年の使用により、たとえばワークＷの加工箇所から受ける熱により、上記シール材１１２が劣化し、光軸パイプ１０４Ｂの内壁と集光レンズ１０６の外周との間の気密性が失われると、アシストガス供給孔１１０から供給されたアシストガスが、シール材１１２から漏れて、光軸パイプ１０４Ｂ、１０４Ａ内を通って、密閉度の高いレーザ発振器１００内に入りこみ、不具合が発生するおそれがある。
【００１０】
たとえば、上記アシストガスが酸素である場合、レーザ発振器１００内の酸素濃度が上昇し、上記レーザ発振器１００内に設けられている上記レーザ発振器１００の構成部品が酸化によって正常に機能しなくなるという不具合が発生する場合がある。
【００１１】
また、ワークＷを加工した際に、このワークＷで乱反射されたレーザ光ＬＢが戻り光を形成し、この戻り光が、光軸パイプ１０４Ｂ、１０４Ａ内を通って、上記レーザ発振器１００内に侵入し、レーザ発振器１００の温度が上昇し、上記レーザ発振器１００内に設けられている上記レーザ発振器１００の構成部品がダメージを受けて正常に機能しなくなるという不具合が発生する場合がある。
【００１２】
ここで、レーザ加工機のレーザ発振器において、アシストガスのレーザ発振器内への混入や戻り光によるレーザ発振器の温度上昇によっても、レーザ発振器に障害が発生しないようにすることが重要である。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、アシストガスのレーザ発振器内への混入や戻り光によるレーザ発振器の温度上昇による障害の発生を防止することができるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、レーザ加工機のレーザ発振器において、上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間にアシストガスが入り込むことを防止するために、上記内部空間に空気を供給するエアーパージを備えたレーザ発振器である。
【００１５】
請求項２に記載の本発明は、レーザ加工機のレーザ発振器において、上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間に火災センサを備え、上記レーザ発振器の稼動中、上記火災センサが火災の発生を検知したときに、警報を出力しまたは上記レーザ発振器の稼動を停止する制御手段を備えたレーザ発振器である。
【００１６】
請求項３に記載の本発明は、アシストガスとして酸素を用いるレーザ加工機のレーザ発振器において、上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間の酸素濃度を検出可能な酸素センサを備え、上記レーザ発振器の稼動中、上記酸素センサが検出した酸素濃度が所定の値を超えたときに、警報を出力しまたは上記レーザ発振器の稼動を停止する制御手段を備えたレーザ発振器である。
【００１７】
請求項４に記載の本発明は、レーザ加工機のレーザ発振器において、上記レーザ発振器の出力ミラーからレーザ光出口までの内部空間に設けられ、ワークを加工しているときに上記ワークで反射されて上記内部空間に戻ってきた光を、上記戻ってきた光と交差する方向に反射可能な反射手段と、上記反射手段によって反射した光が到達する部位の温度を計測可能な温度センサと、上記レーザ発振器の稼動中、上記部位の温度が所定の温度以上になったことを上記温度センサが検出したときに、警報を出力しまたは上記レーザ発振器の稼動を停止する制御手段とを備えたレーザ発振器である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工機のレーザ発振器１の概略構成を示す図である。
【００１９】
レーザ発振器１は、筐体３を備え、この筐体３の内部の一端部側には、従来のレーザ発振器１００とほぼ同様に、出力ミラー５、リアミラー７、レーザ媒質９、励起電源（図示せず）で構成されたレーザ共振器１１が設けられている。
【００２０】
筐体３の他端部側には、レーザ共振器１１で生成され、出力ミラー５から出射されたレーザ光ＬＢを、レーザ発振器１の外部に出射するためのレーザ光出口１Ａが設けられている。
【００２１】
そして、レーザ発振器１のレーザ光出口１Ａと、レーザ加工機が加工するワークＷとの間には、図２に示す上記従来のレーザ加工機とほぼ同様に、光軸パイプ１０４Ａ、ミラー１０２、アシストガス供給孔１１０と集光レンズ１０６を備えた光軸パイプ１０４Ｂが設けられ、レーザ光出口１Ａから出射されたレーザ光ＬＢが、上記光軸パイプ１０４Ａ、１０４Ｂ、ミラー１０２、集光レンズ１０６で形成される光路を通って、ワークＷまで到達しワークＷに照射され、ワークＷに加工を施すようになっている。
【００２２】
また、上記従来のレーザ加工機とほぼ同様に、光軸パイプ１０４Ｂの内壁と集光レンズ１０６の外周との間は、シール材１１２によって、気密性が確保され、アシストガス供給口１１０から供給されたアシストガスが、レーザ発振器１側には流れ込まないようになっている。
【００２３】
レーザ発振器１の筐体３の内部であって、レーザ共振器１１の出力ミラー５とレーザ光出口１Ａとの間には内部空間１３が設けられ（形成され）ている。なお、上記内部空間１３は、たとえば、出力ミラ−５からレーザ光出口１Ａに向かって順に設けられている、光軸パイプ１５Ａとシャッターユニット１７の筐体１９と光軸パイプ１５Ｂとによって形成されている。
【００２４】
すなわち、筐体３の内壁であってレーザ光出口１Ａの外周縁に、筒状の光軸パイプ１５Ｂの一端部側が上記レーザ光出口１Ａを囲うように接続されて固定されている。また、シャッターユニット１７の筐体１９の一端部側の壁に設けられた貫通孔の外周縁に、上記光軸パイプ１５Ｂの他端部側が、上記筐体１９の一端部側の壁に設けられた貫通孔を囲うように接続されて固定されている。
【００２５】
さらに、シャッターユニット１７の筐体１９の他端部側の壁に設けられた貫通孔の外周縁に、光軸パイプ１５Ａの一端部側が上記筐体１９の他端部側の壁に設けられた貫通孔を囲うように接続されて固定され、出力ミラー５の一端部側の面（レーザ光ＬＢが出射（発射）される面）に、光軸パイプ１５Ａの他端部側が接続されて固定されている。
【００２６】
なお、上記各部材同士の接続部分は気密性が保たれている。つまり、内部空間１３と、内部空間１３以外の空間との間では、レーザ光出口１Ａを除いて、空気等が流通できないようになっている。
【００２７】
また、レーザ発振器１では、上記内部空間１３に、アシストガスが入り込むことを防止するために、上記内部空間１３に空気を供給するエアーパージが設けられている。なお、上記エアーパージは、図１に示すエアー供給部２１から、上記内部空間１３に、たとえば大気圧やアシストガスの供給圧力よりも僅かに圧力の高い清浄な圧縮エアーを供給することによって行われる。
【００２８】
また、シャッターユニット１７の筐体１９の内部には、ダンパーブロック２３が一体的に設けられ、このダンパーブロック２３には、出力ミラー５から出射されたレーザ光ＬＢの光路となる貫通孔２３Ａが形成されている。
【００２９】
ダンパーブロック２３には、レーザ発振器１から発射したレーザ光ＬＢでワークＷを加工しているときに、上記ワークＷで反射されて内部空間１３に戻ってきた光を、この戻ってきた光Ｂと交差する方向（たとえばほぼ直角な方向）に反射可能な反射手段の例である反射面２３Ｂが形成されている。
【００３０】
上記反射面２３Ｂは、レーザ光出口１Ａと対向する側にほぼ平面状に設けられ、上記戻ってきた光Ｂと所定の角度（たとえば４５°の角度）で交差している。また、上記反射面２３Ｂは、上記貫通孔２３Ａの周りを囲うように形成されている。
【００３１】
さらに、詳しく説明すると、レーザ共振器１１から発射されたレーザ光ＬＢの断面形状がたとえばほぼ円形である場合、上記レーザ光ＬＢでワークＷを加工しているときに、上記ワークＷで反射されて内部空間１３に戻ってくる光Ｂの断面形状もほぼ円形になる。また、上記レーザ光ＬＢと上記戻り光Ｂとの軸心は互いにほぼ一致しており、しかも、上記戻り光Ｂの直径は上記レーザ光ＬＢの直径のほぼ２倍になっている。
【００３２】
そこで、上記反射面２３Ｂは、上記戻り光Ｂをできるだけ反射できるように、上記戻り光Ｂの外周を囲い、上記戻り光Ｂの断面よりも大きく形成されている。
【００３３】
また、ダンパーブロック２３には、貫通孔２３Ａと上記反射面２３Ｂの箇所で連通し、上記貫通孔２３Ａに対してほぼ直角に設けられた貫通孔２３ＢＣが形成されている。上記貫通孔２３Ｃの出口側には、レーザ光ＬＢの吸収装置であるダンパー２５が設けられている。
【００３４】
さらに、ダンパーブロック２３の反射面２３Ｂの近傍には、ワークＷに照射するレーザ光ＬＢを一時的に遮断するときに使用するシャッター２７が設けられている。シャッター２７は、ダンパーブロック２３の反射面２３Ｂに対向する側に、出力ミラー５から出射され、貫通孔２３Ａ内を進行してきたレーザ光ＬＢを反射して、レーザ光ＬＢがレーザ出口１Ａから出射されないようにするための反射面を具備する。この反射面で反射されたレーザ光は、貫通孔２３Ｃを通ってダンパー２５に到達し、ダンパー２５で吸収される。
【００３５】
また、シャッター２７は、たとえば、図１の紙面に対して垂直な方向に、図示しないアクチュエータによって移動自在に設けられており、シャッター２７の反射面が、貫通孔２３Ａ、２３Ｃを塞いでいるときは、レーザ光ＬＢはダンパー２５を照射して吸収され、シャッター２７の反射面が、貫通孔２３Ａ、２３Ｃを塞いでいないときは、レーザ光ＬＢはレーザ光出口１Ａから出射されてワークＷを加工できるようになっている。
【００３６】
また、ダンパーブロック２３の反射面２５Ｂによって反射された戻り光Ｂが到達する部位には、この部位の温度を計測可能な温度センサ２９が設けられている。より詳細には、たとえば、シャッターユニット１７の筐体１９の上記部位に、反射面２３Ｂで反射された戻り光Ｂを吸収することによって温度が上昇する受光部材３１が設けられ、上記温度センサ２９が上記受光部材３１の温度を計測できるようになっている。
【００３７】
また、上記内部空間１３内（たとえば、シャッターユニット１７の筐体１９の内壁）には、上記内部空間１３内の酸素濃度を検出（計測）可能な酸素センサ３３や、レーザ発振器１で火災が発生したことを検知可能な火災センサ３５が設けられている。なお、火災センサ３５として、内部空間１３内の温度を検出可能な温度センサ、内部空間１３内の輻射熱を計測可能なセンサ、内部空間１３内の煙の発生を、たとえば透過型光センサによって検出可能な煙センサ、内部空間１３内の炭化水素の濃度を検出可能なセンサ等を考えることができる。
【００３８】
また、レーザ発振器１を制御する制御手段の例である制御部３７は、上記レーザ発振器１の稼動中に、上記反射面２３Ｂで反射された上記戻り（反射光）Ｂで照射されている部位である上記受光部材３１の温度が所定の温度以上になったことを温度センサ２９が検出し、この検出した旨の信号を上記温度センサ２９から受け取ったときに、図示しない警報出力部から警報を出力し、または上記レーザ発振器１の稼動を停止する（たとえば、レーザ媒質９を励起するためのエネルギー源である励起電源の稼動を停止する）ものである。
【００３９】
また、上記制御部３７は、上記レーザ発振器１の稼動中に、火災の発生を火災センサ３５が検知し、この検知した旨の信号を上記火災センサ３５から受け取ったときに、図示しない警報出力部から警報を出力し、または上記レーザ発振器１の稼動を停止する（たとえば、レーザ媒質９を励起するためのエネルギー源である励起電源を停止する）ものである。
【００４０】
また、上記制御部３７は、上記レーザ発振器１の稼動中に、内部空間１３の酸素濃度が所定の値（たとえば２５％）を超えたことを酸素センサ３３が検出し、この検出した旨の信号を上記酸素センサ３３から受け取ったときに、図示しない警報出力部から警報を出力し、または上記レーザ発振器１の稼動を停止する（たとえば、レーザ媒質９を励起するためのエネルギー源である励起電源の稼動を停止する）ものである。
【００４１】
レーザ発振器１によれば、このレーザ発振器１が使用されているレーザ加工機の長年の使用により、レーザ発振器１の出口１ＡとワークＷとの間で光路を形成している光軸パイプ１０４Ｂ（図２参照）と、上記光路中に設けられた集光レンズ（図２参照）との間のシール材１１２（図２参照）が劣化し、光軸パイプ１０４Ｂの内壁と集光レンズ１０６の外周との間の気密性が失われ、さらに、集光レンズ１０６とノズル１０８（図２参照）との間に設けられたアシストガス供給孔１１０からアシストガスが供給されていても、エアー供給部２１でレーザ発振器１の内部空間１３をエアーパージしているので、上記劣化したシール材１１２を通過して、アシストガスが内部空間１３や、レーザ光出口１Ａと集光レンズ１０６との間の光路に漏れ出すおそれが無くなる。
【００４２】
そして、アシストガス供給孔１１０から供給されたアシストガスが、シール材１１２から漏れて、光軸パイプ１０４Ｂ、１０４Ａ内を通って、レーザ発振器１内に入りこみ、不具合が発生することを防止することができる。
【００４３】
ここで、上記エアーパージの圧力は、アシストガスの圧力よりも僅かに高いことが望ましい。
【００４４】
なお、上記シール材１１２から漏れ出したアシストガスが、レーザ発振器１の内部空間１３に入り込まないように、たとえば、レーザ光出口１Ａを、ジンクセレナイド（ＺｎＳｅ）等で形成された透過光学系物質で塞ぐことも考えられるが、この透過光学系は一般的に高価であり、しかも、レーザ光ＬＢを長時間に亘って透過させることによって経年変化（劣化）し、レーザ光ＬＢがワークＷに的確に照射されなくなるおそれがあるが、レーザ発振器１では、上述のような透過光学系を使用していないので、装置の構成を簡素化し価格の上昇を押さえることができると共に、経年変化による不安定なレーザ加工の発生を回避することができる。
【００４５】
また、上記アシストガスが酸素である場合、レーザ発振器１内の酸素濃度が上昇し、上記レーザ発振器１内に設けられている上記レーザ発振器１の構成部品が酸化によって正常に機能しなくなるおそれを回避することができると共に、レーザ発振器１内の酸素濃度が高くなって、上記レーザ発振器１内に設けられている電気接点で発生する火花が、たとえば上記レーザ発振器１内のケーブル等の構成部材に引火し、上記レーザ発振器１で火災が発生するという事態を回避することができる。
【００４６】
また、レーザ発振器１によれば、レーザ発振器１の稼動中に、火災センサ３５が火災の発生を検知したときに、警報が出力されるので、上記警報に基づいてオペレータがただちにレーザ発振器１の消化作業することができ、レーザ発振器１の延焼を防ぐことができる。一方、レーザ発振器１の稼動中に、火災センサ３５が火災の発生を検知したときに、レーザ発振器１の稼動が自動的に停止されるので、レーザ発振器１内に、たとえば、レーザ共振器１１等から、熱エネルギが供給されることがなくなり、上記発生した火災が鎮火しやすくなる。
【００４７】
また、レーザ発振器１によれば、レーザ発振器１の稼動中に、酸素センサ３３が所定の濃度以上の酸素濃度を検出したときに、警報が出力されるので、上記警報に基づいて、オペレータがただちにレーザ発振器１の稼動を停止することができ、レーザ発振器１の酸素濃度の上昇による火災等の不具合の発生を未然に防ぐことができる。一方、レーザ発振器１の稼動中に、酸素センサ３３が所定の酸素濃度以上の酸素濃度を検出したときに、レーザ発振器１の稼動が自動的に停止されるので、レーザ発振器１の酸素濃度の上昇による火災等の不具合の発生を未然に防ぐことができる。
【００４８】
さらに、レーザ発振器１によれば、このレーザ発振器１を用いたレーザ加工機でワークＷを加工しているときに、上記ワークＷで乱反射されたレーザ光が戻り光Ｂを形成し、この戻り光Ｂが、光軸パイプ１０４Ｂ、１０４Ａ内を通って、上記レーザ発振器１内に侵入しても、上記戻り光Ｂを反射し、この反射先に受光部材３１を設け、この受光部材３１の温度が所定の温度以上の温度になったことを温度センサ２９が検出したときに、警報が出力されるので、上記警報に基づいて、オペレータがただちにレーザ発振器１の稼動をたとえば停止し、また出力を減少させることができ、レーザ発振器１の温度の上昇による不具合（たとえば、火災の発生や、上記レーザ発振器１内に設けられている上記レーザ発振器１の構成部品が熱によるダメージを受けて正常に機能しなくなる弊害）の発生を未然に防ぐことができる。
【００４９】
一方、同様に、上記戻り光Ｂによって、受光部材３１の温度が所定の値以上の温度になったことを温度センサ２９が検出したときに、レーザ発振器１の稼動が自動的に停止されるので、レーザ発振器１の温度の上昇による不具合の発生を未然に防ぐことができる。
【００５０】
なお、上記受光部材３１は、戻り光Ｂの照射エネルギーを蓄積する（換言すれば時間で積分する）ので、戻り光Ｂの強度が時間によって変動しても、内部空間１３等、レーザ発振器１内の、戻り光Ｂに起因する温度上昇を正確に検出することができる。
【００５１】
また、酸素センサ３３は一般的に経年変化によって劣化しやすいので、このような劣化しやすい酸素センサを使用している場合には、たとえば、新品の酸素センサを取り付けてからの時間を制御部３７がカウントし、上記時間が所定の時間（たとえば１年間）を超えた場合、上記酸素センサを新品に交換すべき旨の注意を、図示しない表示手段等で出力表示すれば、この表示基づいてオペレータが上記酸素センサを新品酸素センサに忘れずに交換でき、酸素センサ３３の機能を常に維持することができる。
【００５２】
さらに、レーザ光発振器１において、このレーザ光発振器１の内部空間１３に常時エアーパージするのではなく、レーザ発振器１の稼動中だけエアーパージすうように、制御部３７で制御してもよいし、酸素センサ３３が所定の値以上の酸素濃度を検出したときに、エアーパージをするように、制御部３７で制御してもよい。
【００５３】
このように制御すれば、エアー供給部２１が内部空間１３に常にエアーを供給する必要がなくなるので、エアーパージ用のエアーの消費量を削減することができ、レーザ発振器１のランニングコストを低くおさえることができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ発振器１において、アシストガスのレーザ発振器内への混入や戻り光によるレーザ発振器の温度上昇による障害の発生を未然に防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ加工機のレーザ発振器の概略構成を示す図である。
【図２】従来のレーザ発振器を用いたレーザ加工機の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１　レーザ発振器
１Ａ　レーザ光出口
５　出力ミラー
１３　内部空間
２１　エアー供給部
２３Ｂ　反射面
２９　温度センサ
３３　酸素センサ
３５　火災センサ
３７　制御部
Ｂ　戻り光
ＬＢ　レーザ光
Ｗ　ワーク
【図１】
2004130324.tif 000003
【図２】
2004130324.tif 000004