(57)【要約】【課題】ガス排気系にある絞りの経時的な詰まりを防止することにより、装置全体の寿命延長を図り、長期に渡って高い信頼性を確保する。【解決手段】本装置の運転停止前に、真空容器中に大気圧近傍までレーザガスの供給を行った後、真空ポンプを駆動させ、主排出弁を閉じ、副排出機構と直列に設けられた絞りを介してのみ、一定時間ガスを排出し、その後主排出弁を開け、通常排気弁を開くことで、通常排気弁と直列に設けられた絞りを介して、一定時間ガスを排出することを特徴とする。【選択図】図１
2013021093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器に封入されたレーザガスと、レーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路と、前記送風手段内でレーザガスを流動させる送風部を回転させる駆動部と、前記送風部と前記駆動部とを分離する隔壁部と、前記レーザガス流路にレーザガスを供給するガス供給機構と、前記レーザガス流路からレーザガスを排出する主排出機構及び当該主排出機構の流路を開閉する主排出弁と、前記送風手段の駆動部からレーザガスを排出する副排出機構及び当該副排出機構と直列に設けられた絞りと、前記主排出機構および前記副排出機構が接続された下流に配置された通常排気弁及び当該通常排気弁と直列に設けられた絞りと、前記通常排気弁及び前記絞りの下流に配置された真空ポンプを備え、
ガスレーザ発振装置の運転停止前に、真空容器中に大気圧近傍までレーザガスの供給を行った後、前記真空ポンプを駆動させ、前記主排出弁を閉じたまま前記通常排気弁を開き、副排出機構と直列に設けられた絞りを介して、一定時間ガスを排出する機能を備えたガスレーザ発振装置。
【請求項２】
真空容器に封入されたレーザガスと、レーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路と、前記送風手段内でレーザガスを流動させる送風部を回転させる駆動部と、前記送風部と前記駆動部とを分離する隔壁部と、前記レーザガス流路にレーザガスを供給するガス供給機構と、前記レーザガス流路からレーザガスを排出する主排出機構及び当該主排出機構の流路を開閉する主排出弁と、前記送風手段の駆動部からレーザガスを排出する副排出機構及び当該副排出機構と直列に設けられた絞りと、前記主排出機構および前記副排出機構が接続された下流に配置された通常排気弁及び当該通常排気弁と直列に設けられた絞りと、前記通常排気弁及び前記絞りの下流に配置された真空ポンプを備え、
ガスレーザ発振装置の運転停止前に、真空容器中に大気圧近傍までレーザガスの供給を行った後、前記真空ポンプを駆動させ、前記主排出弁を開け、前記通常排気弁を開くことで、前記通常排気弁と直列に設けられた絞りを介して、一定時間ガスを排出する機能を備えたガスレーザ発振装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスレーザ発振装置を備えたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として板金切断用途に用いられるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図４を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。
【０００３】
この図において、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２、３は前記放電管周辺に設けられた電極である。４は前記電極に接続された電源である。５は前記電極２、３間に挟まれた放電管１内の放電空間である。６は全反射鏡、７は部分反射鏡であり、この全反射鏡６、部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。
【０００４】
矢印９はレーザガス流を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と送風手段の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１３はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。
【０００５】
図５は従来の板金切断レーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図５を参照しながら従来のレーザ加工機を説明する。
【０００６】
この図において、レーザビーム８は、反射鏡１５にて反射され、ワーク１６近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ１７内部に備えられた集光レンズ１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク１６に照射され、切断加工が行われる。ワーク１６は加工テーブル１９上に固定されており、Ｘ軸モータ２０あるいはＹ軸モータ２１によって、トーチ１７はワーク１６に対して相対的に移動することで、所定の形状の加工が行われる。
【０００７】
以上が従来のガスレーザ発振装置およびレーザ加工機の構成である。次にその動作について説明する。
【０００８】
図４において、送風手段１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、レーザガス導入部１４より放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２、３から放電空間５に放電を発生させる。放電空間５内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡６および部分反射鏡７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【０００９】
次に図６を参照して説明する。
【００１０】
レーザガスは放電により解離するため経時的に劣化してくるため、劣化したレーザガスを排出し、新鮮なレーザガスを供給する必要がある。そのためレーザガス発振装置からは、レーザガスが常時一定量排出され、同時に供給している。
【００１１】
一方、駆動部２２内には駆動部の潤滑用にオイル３３が入っており、オイルミストが隔壁部２４を通過して送風手段１３へ進入しないように、常時、送風手段１３よりも駆動部２２の方が、減圧された状態を保つ必要がある。このため、駆動部２２から副排出機構２６を介してレーザガスを排出している。すなわち主排出機構２５、および副排出機構２６の二つの排出機構を備えており、これらのガス排出経路は、真空ポンプ２７に接続されている。
【００１２】
レーザガス流路中のガス圧はガス圧センサ２８によって常時監視されており、ガス圧センサ２８、およびガス供給機構２９は、制御装置３０に接続されている。ガス供給機構２９を制御装置３０によって制御することにより、二つの排出機構から排出された分を補う形でガス供給機構２９によって新鮮なレーザガスを外部より供給し、レーザガス流路中のガス圧は、常時一定に保たれている。
【００１３】
ところが、副排出機構２６は、駆動部２２からオイルミストの混入したガスを通過させるため、配管中に液化したオイルが付着および固化し、経時的に配管が詰まってくる。
【００１４】
そこで、主排出弁３２は通常開いたままの状態であるが、運転中に一定時間、主排出弁３２閉じると、真空ポンプ２７からの排出は、副排出機構２６の経路のみとなる。このとき、副排出機構２６の経路がオイルミストなどによりほとんど完全に目詰まりを起こしている場合、主排出弁３２を閉じると、真空ポンプ２７からのガス排出量は、大きく減少する。
【００１５】
そこで、主排出弁３２を開いている時と閉じた時とでの、真空ポンプ２７からのガス排出量を制御装置３０で監視し、相互に比較する、あるいは所定の値と比較することで、副排出機構２６の目詰まりを検出出来る。このときに制御装置３０からアラームを発し、使用者に副排出機構２６内の清掃を促すことで、駆動部２２内のオイル３３から発したオイルミストがレーザガス流路１０中に侵入することを未然に防止する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−１２８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来技術の一例で述べたように、副排出機構は、送風手段の駆動部からオイルミストの混入したガスを通過させるため、配管中に液化したオイルが付着および固化し、経時的に配管が詰まってくる。
【００１８】
特に排出ガス量のバランスをとるために、副排気機構には副排気絞りを設けた場合、この絞り部分がどうしても詰まりやすい。配管が詰まると副排出機構の排出量が減少するため、駆動部からのガス排出が不充分となり、駆動部と送風部との圧力差が減少し、駆動部内のオイルミストが真空拡散により送風部に侵入してしまう。
【００１９】
オイルミストがレーザガス循環部のレーザガス中に侵入するとレーザガスの純度が低下し、レーザ発振に大きな不具合をもたらすことになる。
【００２０】
特許文献１に記載の発明では、かかる異常が発生した場合にアラームを発生できるように詰まりを検出するものの、詰まりそのものを防止する効果は無い。
【００２１】
また、真空ポンプにつながる排気管部分も、開閉を制御する弁や流量を制限する絞りを設けることがあり、かかる絞りもオイルミストの混入したガスを通過させるため、経時的に詰まってくる傾向にある。この絞りが詰まると、レーザガス流路１０全体からのガス排出が出来なくなるため、劣化したレーザガスの入れ替えが出来ず、レーザ発振効率の低下によるレーザ出力低下が発生することになる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記問題点を解決するために、本発明のガスレーザ発振装置は、
真空容器に封入されたレーザガスと、レーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と前記送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路と、前記送風手段内でレーザガスを流動させる送風部を回転させる駆動部と、前記送風部と前記駆動部とを分離する隔壁部と、前記レーザガス流路にレーザガスを供給するガス供給機構と、前記レーザガス流路からレーザガスを排出する主排出機構及び当該主排出機構の流路を開閉する主排出弁と、前記送風手段の駆動部からレーザガスを排出する副排出機構及び当該副排出機構と直列に設けられた絞りと、前記主排出機構および前記副排出機構が接続された下流に配置された通常排気弁及び当該通常排気弁と直列に設けられた絞りと、前記通常排気弁及び前記絞りの下流に配置された真空ポンプを備え、
ガスレーザ発振装置の運転停止前に、真空容器中に大気圧近傍までレーザガスの供給を行った後、前記真空ポンプを駆動させ、前記主排出弁を閉じたまま前記通常排気弁を開き、副排出機構と直列に設けられた絞りを介して、一定時間ガスを排出する機能を備えたものである。
【００２３】
さらに、ガスレーザ発振装置の運転停止前に、真空容器中に大気圧近傍までレーザガスの供給を行った後、前記真空ポンプを駆動させ、前記主排出弁を開け、前記通常排気弁を開くことで、前記通常排気弁と直列に設けられた絞りを介して、一定時間ガスを排出する機能を備えたものである。
【００２４】
また、上述のガスレーザ発振装置を備えたレーザ加工機である。
【発明の効果】
【００２５】
上記の構成により、オイルミストなどが原因となる配管中の絞りの詰まりを防止することが可能となり、長期に渡って高い信頼性を確保出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る送風手段と、レーザガスの供給・排出・圧力制御系の詳細な構成図
【図２】本発明の実施形態に係る装置の停止動作の一例を示すシーケンスチャート
【図３】本発明の実施形態に係る装置の特徴的な停止動作の一例を示すシーケンスチャート
【図４】従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図
【図５】従来技術に係るレーザ加工機の構成図
【図６】従来技術に係る送風手段周辺の詳細な構成図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明を実施するための形態について、其の一例を図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１に本発明のガスレーザ発振装置のうち、レーザガスを送風する送風手段とレーザガスの供給・排出・圧力制御系の詳細な構成図を示す。なお、ガスレーザ発振装置全体の概略構成は図４で示す従来技術に係る一例と同様であり、また、ガスレーザ発振装置を備えたレーザ加工機の概略構成も図５で示す従来技術に係る一例と同様である。
【００２９】
ガスレーザ発振装置の動作時において、レーザガスは、大気圧の半分以下の圧力に減圧された状態で真空容器に封入されている。図４で示されているように、レーザガスは放電管１の周辺に備えられた電極２、３による放電で励起される。かかる放電空間５や熱交換器１１、１２を通る循環経路（レーザガス流路１０）内を送風手段１３によってレーザガスは循環させられている。
【００３０】
図１において、送風手段１３にはレーザガスを流動させる送風部２３を回転させる駆動部２２があり、送風部２３と駆動部２２とを分離するために隔壁部２４が設けられている。
【００３１】
ガス供給機構２９はレーザガス流路１０にレーザガスを供給している。ガス供給機構２９からのレーザガスの供給は供給弁３１を制御することで行われる。
【００３２】
また、このレーザガス流路１０からレーザガスを排出する主排出機構２５も設け、主排出機構２５の流路を開閉する主排出弁３２を設置する。送風手段１３の駆動部２２からはレーザガスを排出する副排出機構２６を設け、副排出機構２６と直列に副排気系絞り３８を設置する。
【００３３】
主排出機構２５と副排出機構２６は合流し、その下流に排気弁部３６を配置し排気弁部３６の更に下流には真空ポンプ２７を設置し、真空ポンプ２７を適時駆動してレーザガスを排気させることができる。
【００３４】
なお排気弁部３６には、通常排気弁３５とそれに直列に絞り３７を設置して所定流量のレーザガスの排気を制御する通常排気経路と、急速排気弁３４を設置して通常排気経路に対し並列に排気抵抗が十分に小さい急速排気経路を設ける。
【００３５】
レーザガスが循環する要所にはセンサを設けてガスの圧力を監視している。ガス圧センサ２８はレーザガス流路１０におけるガスの圧力を測定する。駆動部ガス圧センサ３９は、送風手段１３の駆動部２２内のガスの圧力を測定する。制御装置４０は、これらのセンサの測定値を監視するとともに、真空ポンプ２７のオンオフ動作や複数設置されている弁の開閉動作を制御している。
【００３６】
ガスレーザ発振装置の運転開始から運転停止ための動作までを、図１の構成図と図２のシーケンシャルチャートを参照しながら説明する。
【００３７】
装置運転開始前の停止中の状態では、レーザガス流路１０は大気圧近く、すなわち約１００ｋＰａまでレーザガスが充填された状態になっている。
【００３８】
装置運転開始時には、まず真空ポンプ２７が起動し、急速排気弁３４および主排出弁３２が開く。このことによりレーザガス流路１０中のレーザガスが一旦大気中へ排出される。
【００３９】
レーザガス流路１０の圧力は、ガス圧センサ２８によって監視され、圧力が２ｋＰａまで減圧されると、急速排気弁３４が閉じ、供給弁３１が開き、ガス供給機構２９を介して、新たなレーザガスが供給される。同時に送風手段１３の運転が開始する。
【００４０】
レーザガス流路１０の圧力が約１０ｋＰａまで上がった時点で、供給弁３１は一旦閉じられ、同時に通常排気弁３５が開く。ここよりレーザガス流路１０中のレーザガスが絞り３７および副排気系絞り３８を介して、一定量排出される状態になる。
【００４１】
このときの排出量は、起動時に急速排気弁３４を介して排出されるガス量に比べると、わずかな量であり、１時間あたり２０〜３０リットル程度である。排出されたガス量に応じて、その分のガスの供給が供給弁３１の開閉によって行われる。レーザガス流路１０中の圧力は、ガス圧センサ２８によって常時監視され、制御装置３０によって、平均的な圧力が一定値に保たれるように供給弁３１を間欠的に開閉している。
【００４２】
図２に示すシーケンスチャートは運転停止ための動作までの一連の動作を示している。
【００４３】
レーザ発振装置の運転中には、主排出弁３２および通常排気弁３５は開き、レーザガス流路１０中は、大気圧の半分以下、例えば３０ｋＰａ程度に減圧された状態を維持している。通常排気弁３５は常時開であり、制御装置４０によって供給弁３１が開閉され、３０ｋＰａ程度の一定圧力制御を行っている。
【００４４】
レーザ発振装置を停止させる時、次回運転時に供え、レーザガス流路１０中への外部よりの大気侵入を防ぐため、大気圧近傍までレーザガスを充填する。すなわち真空ポンプ２７は停止させ、通常排気弁３５は閉じられ、供給弁３１は開いた状態が維持され、ガス供給機構２９を介して、レーザガス流路１０中へレーザガスが供給される。このとき主排出弁３２は運転中と同様に開いたままである。
【００４５】
ガス圧センサ２８によってレーザガス流路１０中の圧力が監視されているので、大気圧近傍になった時点で供給弁３１を閉じ、主排出弁３２も閉じれば、レーザ発振装置は完全に停止することができる。
【００４６】
次に、上述の停止動作に加え本発明の特徴的動作について説明する。装置の構成は上述と同じ図１に示し、装置の運転中から停止まで動作を図３のシーケンスチャートで示す。
【００４７】
レーザ発振装置の運転中には、主排出弁３２および通常排気弁３５は開き、レーザガス流路１０中は、大気圧の半分以下、例えば３０ｋＰａ程度に減圧された状態を維持している。
【００４８】
レーザ発振装置を停止させる時、次回運転時に供え、レーザガス流路１０中への外部よりの大気侵入を防ぐため、大気圧近傍までレーザガスを充填する。すなわち真空ポンプ２７は停止させ、通常排気弁３５は閉じられ、供給弁３１は開いた状態が維持され、ガス供給機構２９を介して、レーザガス流路１０中へレーザガスが供給される。
【００４９】
ガス圧センサ２８によってレーザガス流路１０中の圧力が監視され、大気圧近傍になった時点で供給弁３１は閉じられ、主排出弁３２も閉じられ、レーザ発振装置は停止する。ここまでは上述の動作と同じである。
【００５０】
ここで再度、真空ポンプ２７を起動し、主排出弁３２を閉じたまま、通常排気弁３５を開く。真空ポンプ２７の排気性能は吸引するガスの圧力が高い程、能力が増す傾向にあり、大気圧近傍では、通常レーザ発振装置が動作している約３０ｋＰａに対して、数倍以上の排気能力を示す。
【００５１】
この大量のガス排気が、まず副排気系絞り３８を通過することになる。
【００５２】
数秒から数十秒間、本動作を行った後、次に主排出弁３２を開く。主排出弁３２を開くまでは、排気対象は副排出機構２６だけであるが、主排出弁３２が開くと、主排出機構２５も排気対象となり、大気圧近傍の圧力と相まって、さらに大量ガス排気が、絞り３７を介して行われる。
【００５３】
数秒から数十秒間、本動作を行った後に、主排出弁３２および通常排気弁３５が閉じられ、真空ポンプ２７が停止し、レーザ発振装置が完全停止する。
【００５４】
上記一連の動作の狙いは、絞り３７および副排気系絞り３８に対して、通常運転時には通過することのない量の、大量のガスを短時間で通過させることで、絞りの中に残留したオイル成分を完全に排出することにある。
【００５５】
前述の通り、副排出機構２６は、駆動部２２からオイルミストの混入したガスを通過させるため、副排気系絞り３８には、液化したオイル分が残量する。下流にある絞り３７も同様である。中に液化したオイルが残量したまま、レーザ発振装置を停止させると、停止中に冷えたオイルが次第に固化し、壁面に堆積され、徐々に絞りのガス通過経路を塞いでいく。
【００５６】
ここで上記一連の動作により、絞りの中に残留したオイル成分を、装置の停止前に排出してしまうことにより、絞りの経時的な詰まりを防止することが可能となる。
【００５７】
なお、絞りを通るガスの大量排出動作は数秒から数十秒の限られた時間だけの動作であるので、レーザガス流路１０内からの排気量は限られているので、上述のように、その後すぐに完全停止させてもよいし、レーザガス流路１０中の圧力を上げる停止動作（図３の停止動作２）を再度行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によって、ガス排気系にある絞りの経時的な詰まりを防止することが可能となり、装置全体の寿命延長を図り、長期に渡って高い信頼性を確保出来るガスレーザ発振装置およびレーザ加工機として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１    放電管
２    電極
３    電極
４    電源
５    放電空間
６    全反射鏡
７    部分反射鏡
８    レーザビーム
９    レーザガスの流れる方向
１０    レーザガス流路
１１    熱交換器
１２    熱交換器
１３    送風手段
１４    レーザガス導入部
１５    反射鏡
１６    ワーク
１７    トーチ
１８    集光レンズ
１９    加工テーブル
２０    Ｘ軸モータ
２１    Ｙ軸モータ
２２    駆動部
２３    送風部
２４    隔壁部
２５    主排出機構
２６    副排出機構
２７    真空ポンプ
２８    ガス圧センサ
２９    ガス供給機構
３０    制御装置
３１    供給弁
３２    主排出弁
３３    オイル
３４    急速排気弁
３５    通常排気弁
３６    排気弁部
３７    絞り
３８    副排気系絞り
３９    駆動部ガス圧センサ
４０    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013021093.tif 000007
【図６】
2013021093.tif 000008