JP2004028554A - レーザ加工機用冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ加工機に備わるレーザ発振器の冷却水を冷却するためのシステムを簡易化して、稼動コストを低く抑えるとともに、地球環境に悪影響を与えるおそれもないレーザ加工機用冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却水ＷＲを冷却水用ポンプ９によってタンク３とレーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌとの間で循環させてレーザ発振器Ｌを冷却する冷却水循環経路２と、冷水用ポンプ４によって井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧを送水する冷水経路１とを備えるとともに、この２つの経路の間に熱交換器５を介在させる。この熱交換器５は、冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲを、冷水経路１を通って送られてきた地下水ＷＧと熱交換させて所定の温度に冷却する。
【選択図】 図１
【解決手段】冷却水ＷＲを冷却水用ポンプ９によってタンク３とレーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌとの間で循環させてレーザ発振器Ｌを冷却する冷却水循環経路２と、冷水用ポンプ４によって井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧを送水する冷水経路１とを備えるとともに、この２つの経路の間に熱交換器５を介在させる。この熱交換器５は、冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲを、冷水経路１を通って送られてきた地下水ＷＧと熱交換させて所定の温度に冷却する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工機用冷却装置に関し、特に、レーザ加工機に備わるレーザ発振器の冷却水を冷却するためのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機は、加工機に備わるレーザ発振器でレーザ光を発生させ、このレーザ光を発振器内のミラーやレンズ等の光学部品によって反射・収束させて、被加工物の表面を熱加工するものである。このようなレーザ加工機のレーザ発振器は、レーザ光を発生させるときや収束させるときに高温の熱を発生するため、レーザを安定して発振できるように冷却装置によって常に冷却されている。
【０００３】
図３は、従来のレーザ加工機用冷却装置を示す図である。図３において、５０はレーザ加工機用冷却装置であり、レーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌを冷却する。この冷却装置５０は、タンク５３に貯留された冷却水ＷＲを所定温度に冷却する冷凍サイクル５１と、冷却水ＷＲをレーザ発振器Ｌとタンク５３との間で循環させる冷却水循環経路５２とを備えている。また、冷却水循環経路５２は、レーザ発振器Ｌの光学部品以外の各部を冷却する機器用冷却経路５２ａと、レーザ発振器Ｌ内のミラーやレンズ等の光学部品（図示省略）を冷却するミラー用冷却経路５２ｂとの２経路に分岐されている。
【０００４】
冷凍サイクル５１は、圧縮器５４、熱交換器で構成されるミラー用冷却水再熱器５５、凝縮器５６、電磁弁５７ａ、５７ｂ、キャピラリーチューブ５８、冷却器５９、冷媒ストレーナ６０ａ、６０ｂ、アキュムレータ６１を設置していて、フロン等の冷媒を循環させている。なお、各機器の間はパイプやホース等の管路６２ａ〜６２ｄで接続されている。この冷凍サイクル５１において冷媒は、まず圧縮器５４で圧縮されて高温高圧のガスに変化する。ガスに変化した冷媒は、ミラー用冷却水再熱器５５と管路６２ａを通って凝縮器５６へ送られ、ここで放熱しながら液化する。液化した冷媒は、冷媒ストレーナ６０ａと電磁弁５７ａとキャピラリーチューブ５８と管路６２ｃとを通って冷却器５９へ送られる。なお、冷媒はミラー用冷却水再熱器５５から管路６２ｂと電磁弁５７ｂと管路６２ｃとを通って、直接冷却器５９へ送られることもある。また、冷却器５９に送られる冷媒の流量は、後述する機器用冷却経路５２ａに設けられた温度センサ６５の検出結果に基いて、制御装置６３が電磁弁５７ａ、５７ｂの開閉を制御することで調整される。冷却器５９へ送られた冷媒は、ここで冷却水循環経路５２を循環する冷却水ＷＲから熱を奪いながら気化する。そして、気化した冷媒は、管路６２ｄと冷媒ストレーナ６０ｂとアキュムレータ６１とを通って圧縮器５４へ戻され、ここで再び圧縮される。
【０００５】
冷却水循環経路５２は、経路中にポンプＰを設置しているとともに、冷却器５９の内部を通っていて、ポンプＰの下流側で機器用冷却経路５２ａとミラー用冷却経路５２ｂとの２経路に分岐している。分岐した一方のミラー用冷却経路５２ｂは、ミラー用冷却水再熱器５５の内部を通っている。なお、機器用冷却経路５２ａとミラー用冷却経路５２ｂとの各機器の間はパイプやホース等の管路６４ａ〜６４ｅで接続されている。この冷却水循環経路５２において冷却水ＷＲは、最初に、ポンプＰによってタンク５３から機器用冷却経路５２ａとミラー用冷却経路５２ｂにそれぞれ送られる。機器用冷却経路５２ａに送られた冷却水ＷＲは、管路６４ａを通ってレーザ加工機Ｍへ送られ、レーザ発振器Ｌの各部を冷却する。このとき、冷却水ＷＲはレーザ発振器Ｌの各部から熱を奪うため、温度が上昇する。なお、管路６４ａを通る冷却水ＷＲの温度は温度センサ６５によって検出され、制御装置６３へ送信される。そして、温度が上昇した冷却水ＷＲは、管路６４ｂを通って冷却器５９へ送られ、ここで冷凍サイクル５１の冷媒が気化することによって所定温度（１５〜２５℃）に冷却された後、タンク５３へ戻される。
【０００６】
一方、ミラー用冷却経路５２ｂに送られた冷却水ＷＲは、管路６４ｃと定流量弁６６と▲１▼の経路を通ってミラー用冷却水再熱器５５へ送られ、ここで圧縮器５４から流出した高温高圧の冷媒によって室温に加熱される。そして、室温に加熱された冷却水ＷＲは、▲２▼の経路と管路６４ｄを通ってレーザ加工機Ｍへ送られ、レーザ発振器Ｌの内部にあるミラーやレンズ等の光学部品を冷却する。このとき、冷却水ＷＲは光学部品から熱を奪うため、温度が上昇する。温度が上昇した冷却水ＷＲは、管路６４ｅを通って機器用冷却経路５２ａに流れる冷却水ＷＲと合流し、上述したように冷却器５９へ送られて所定温度（１５〜２５℃）に冷却された後、タンク５３へ戻される。
【０００７】
以上のように、冷却水ＷＲをタンク５３からレーザ加工機Ｍへ送り、レーザ発振器Ｌを冷却して温度が上昇した冷却水ＷＲを、冷凍サイクル５１の冷却器５９で所定温度に冷却した後、タンク５３へ戻して再びレーザ加工機Ｍへ送ることにより、レーザ発振器Ｌが常に冷却され、レーザは安定した発振動作を行う。このような冷却装置は、たとえば下記の特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第２８８０４２４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ加工機用冷却装置５０においては、レーザ発振器Ｌを冷却して温度が上昇した冷却水ＷＲを冷却器５９によって冷却しているが、冷却水ＷＲを冷却器５９で冷却するには圧縮機５４や凝縮器５６、アキュムレータ６１などを備えた大掛かりなシステムからなる冷凍サイクル５１が必要となり、また圧縮機５４や凝縮器５６を稼動させるのに大電力を必要とするため、多大な稼動コストがかかるという問題がある。さらに、冷凍サイクル５１の冷媒としてフロン等の冷媒を用いるため、オゾン層の破壊など地球環境に対して悪影響を及ぼすおそれもある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、レーザ加工機に備わるレーザ発振器の冷却水を冷却するためのシステムを簡易化して、稼動コストを低く抑えるとともに、地球環境に悪影響を与えるおそれもないレーザ加工機用冷却装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置では、低温度の地下水を冷水用ポンプによって井戸から汲み上げて送水する冷水経路が備わっているとともに、この冷水経路と、レーザ発振器の冷却水を循環させる冷却水循環経路との間に熱交換器が介在されている。この熱交換器は、冷却水循環経路を通って送られてきた冷却水を、冷水経路を通って送られてきた地下水と熱交換させて冷却する。
【００１２】
このようにすることで、レーザ発振器を冷却して温度が上昇した冷却水を、熱交換器で冷水用ポンプによって送られてきた地下水と熱交換させて冷却するため、従来の冷凍サイクルのような大掛かりなシステムを設ける必要がなく、冷却水の冷却システムを簡易化し、機器の消費電力を低減してレーザ加工機用冷却装置の稼動コストを低く抑えることが可能となる。また、フロン等の冷媒を用いる必要がないため、地球環境に悪影響を及ぼすおそれもない。さらに、地下水の利用は費用がかからないため、水にかかるコストを削減することができる。また、地下水は低温度であり、１年間を通じて温度が殆ど変化しないので、井戸から汲み上げた温度のままで熱交換器へ送り、熱交換器で冷却水を安定して冷却することができる。
【００１３】
また、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、冷却水循環経路に熱交換器によって冷却された冷却水の温度を検出する温度センサを設けるとともに、冷水経路に地下水の送水流量を調整する流量調整バルブを設け、温度センサの検出した冷却水の温度に基いて、流量調整バルブによって地下水の送水流量を調整するのが好ましい。
【００１４】
このようにすることで、熱交換器に送られる地下水の送水流量が調整されるとともに、冷却水と地下水との間で交換される熱の量が調整されるため、冷却水の冷却温度を自在にコントロールすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、冷却水循環経路は、熱交換器によって冷却された冷却水を複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器のそれぞれに個別に循環させるように分岐していてもよい。
【００１６】
複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器を冷却する場合、従来は、各加工機ごとに図３のような冷却装置を取り付けて、それぞれの冷却装置を稼動させなければならないため、膨大な稼動コストがかかっていたが、上記のように熱交換器によって冷却された冷却水を複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器のそれぞれに個別に循環させることで、１台の冷却装置で複数のレーザ発振器を冷却するため、全体としてレーザ加工機用冷却装置の稼動コストを一層低く抑えることが可能となる。
【００１７】
また、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、冷水経路は、冷水用ポンプによって井戸から汲み上げて熱交換器へ送水した後の地下水を、汲み上げた井戸とは別の場所に排水し、この場所から地盤中を浸透させて前記井戸に戻すのが好ましい。
【００１８】
井戸から地下水を多量に汲み上げると、周辺の地盤が沈下するおそれがあるが、上記のように地下水を汲み上げた井戸とは別の場所に排水して地盤中に浸透させることで、周辺の地盤が沈下するのを防止することができる。また、地下水を地盤中に浸透させて汲み上げた井戸に戻すことで、熱交換器で上昇した地下水の温度を浸透の過程で元の低温度に冷却することができるので、井戸に戻した地下水を井戸から汲み上げた温度のまま熱交換器へ送っても、熱交換器で冷却水を安定して冷却することが可能となる。これにより、地下水を冷却させるために別の冷却装置等を設けることなく、地下水を冷水経路と地盤との間で循環させて再利用することができる。
【００１９】
さらに、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、汲み上げた井戸とは別の場所に別の井戸を設け、この別の井戸に冷水用ポンプによって熱交換器へ送水した後の地下水を排水するのが好ましい。
【００２０】
このようにすると、熱交換器へ送水した後の地下水を別の井戸に全て回収することができるとともに、地盤中に浸透させ易くすることができ、地下水を汲み上げた井戸に効率良く戻すことが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図を参照しながら説明する。図１は、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置を示す図である。図１において、１００はレーザ加工機用冷却装置であり、レーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌの各部やミラーおよびレンズ等の光学部品（図示省略）を冷却する。なお、本実施形態におけるレーザ加工機Ｍは、炭酸ガスレーザを用いたレーザ加工機である。冷却装置１００は、井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧを送水する冷水経路１と、タンク３に貯留された冷却水ＷＲを複数のレーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌとタンク３との間で循環させる冷却水循環経路２と、冷水経路１と冷却水循環経路２との間に介在する熱交換器５とを備えている。
【００２２】
冷水経路１は、経路中に冷水用ポンプ４を設置しているとともに、熱交換器５の内部を通っている。冷水用ポンプ４は井戸ＷＥから地下水ＷＧを汲み上げ、汲み上げた地下水ＷＧを熱交換器５へ送った後、排水溝ＵＣへ排水する。４ａはポンプ４から送り出される地下水ＷＧの送水流量を示す流量計である。井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧの温度は場所によって多少の違いはあるが１５〜２０℃程度の低温度であり、１年間を通じて殆ど温度変化しない（温度変化は±１℃程度）。このため、地下水ＷＧを井戸ＷＥから汲み上げた温度のままで熱交換器５に送ると、熱交換器５はこの地下水ＷＧと、後述するように冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲとを熱交換させて、冷却水ＷＲを所定温度（２２〜３０℃）に冷却する。このとき、地下水ＷＧは冷却水ＷＲから熱を奪うため、温度が上昇する。なお、井戸ＷＥ、ポンプ４、熱交換器５、排水溝ＵＣのそれぞれの間はパイプやホース等の管路６ａ〜６ｅで接続されている。また、管路６ａ〜６ｄにあるＶはバルブ、管路６ａにあるＢは逆止弁、管路６ｃにあるＴは温度計である。
【００２３】
７は地下水ＷＧの送水流量を調整する比例式のロータリーバルブからなる流量調整バルブであり、このバルブ７の開閉は制御装置８によって制御される。制御装置８は後述する温度センサ１１ａが検出した冷却水ＷＲの温度に基いてバルブ７を制御し、地下水ＷＧの排水溝ＵＣへの送水流量を調整して、熱交換器５で冷却される冷却水ＷＲの温度をコントロールする。たとえば、温度センサ１１ａが検出した冷却水ＷＲの温度が所定温度以上であれば、制御装置８はバルブ７の開度を大きくして、地下水ＷＧの送水流量を多くする。このようにすると、熱交換器５で冷却水ＷＲと地下水ＷＧとの間で交換される熱の量が増え、冷却水ＷＲの温度が低下して行く。一方、温度センサ１１ａが検出した冷却水ＷＲの温度が所定温度未満であれば、制御装置８はバルブ７の開度を小さくして、地下水ＷＧの送水流量を少なくする。このようにすると、熱交換器５で冷却水ＷＲと地下水ＷＧとの間で交換される熱の量が減り、冷却水ＷＲの温度が上昇する。
【００２４】
上述した冷水経路１において地下水ＷＧは、以下のように井戸ＷＥから排水溝ＵＣへ送られる。最初に、地下水ＷＧはポンプ４によって井戸ＷＥから管路６ａを通って汲み上げられ、管路６ｂと管路６ｃを通って熱交換器５へ送られる。熱交換器５へ送られた地下水ＷＧは、ここで冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲと熱交換させられる。このとき、地下水ＷＧは冷却水ＷＲから温度を奪うため温度が上昇し、冷却水ＷＲは所定温度に冷却される。そして、温度が上昇した地下水ＷＧは、管路６ｄを通ってバルブ７で送水流量を調整された後、管路６ｅを通って排水溝ＵＣへ排水される。
【００２５】
冷却水循環経路２は、経路中に冷却水用ポンプ９を設置しているとともに、熱交換器５の内部を通っている。冷却水用ポンプ９はタンク３内の冷却水ＷＲを吸引し、吸引した冷却水ＷＲを熱交換器５、レーザ発振器Ｌ、タンク３の順序で循環させる。９ａはポンプ９から送り出される冷却水ＷＲの送水流量を示す流量計である。ポンプ９によって送り出された冷却水ＷＲは、熱交換器５に送られ、この熱交換器５で前述した地下水ＷＧと熱交換させられて所定温度に冷却される。また、冷却水循環経路２は熱交換器５の下流側で複数のレーザ加工機Ｍ（本実施形態では４台）に備わるレーザ発振器Ｌのそれぞれへ冷却水ＷＲを個別に循環させるために分岐していて、分岐したそれぞれの経路は、各レーザ発振器Ｌの内部を通った後、タンク３の内部に通じている。なお、ポンプ９、熱交換器５、レーザ発振器Ｌ、タンク３のそれぞれの間はパイプやホース等の管路１０ａ〜１０ｉで接続されている。また、それぞれの管路１０ａ〜１０ｉにあるＶはバルブ、管路１０ａにあるＳは冷却水ＷＲに含まれる不用物を除去するストレーナ、管路１０ｂにあるＢは逆止弁、管路１０ａと管路１０ｂにあるＤは冷却水用ポンプ９の振動を吸収するダンパー、管路１０ｂと管路１０ｃにあるＴは温度計である。１１ａは熱交換器５で冷却された冷却水ＷＲの温度を検出する温度センサであり、この温度センサ１１ａは検出した冷却水ＷＲの温度を制御装置８へ送信する。
【００２６】
１１ｂはタンク３内の冷却水ＷＲの温度を検出する温度センサであり、この温度センサ１１ｂは検出した冷却水ＷＲの温度を制御装置８へ送信する。１２はタンク１内の冷却水ＷＲを加熱するヒータであり、このヒータ１２への通電は制御装置８によって制御される。制御装置８は温度センサ１１ｂの検出した冷却水ＷＲの温度に基いてヒータ１２に通電される電流を制御し、冬場などにおいてタンク３内の冷却水ＷＲを所定温度未満に低下させないように維持している。なお、このタンク３内の冷却水ＷＲの所定温度としては、たとえば７〜１５℃に設定されている。１３はタンク３内の冷却水ＷＲの水量を検出する水量検出器であり、この水量検出器１３は検出した冷却水ＷＲの水量を制御装置８へ送信する。１４はタンク３に冷却水ＷＲを供給するための給水管路であり、この給水管路１４の給水口１４ａの開閉はタンク３の内部に備えられたボールタップ１５によって行われる。１６はタンク３内の冷却水ＷＲを排水溝ＵＲへ排出するための排水管路である。
【００２７】
１７は冷却水ＷＲに含まれる不純物を分解して冷却水ＷＲを純水化する純水器であり、この純水器１７で定期的に冷却水ＷＲを純水化することで、冷却水循環経路２の各機器や管路１０ａ〜１０ｉを腐食させたりおよび不純物等を付着させたりすることなく、長期間にわたって安定して冷却水ＷＲを循環させることができる。１８はタンク３内の冷却水ＷＲを管路１９ａへ通して純水器１７へ送る純水用ポンプであり、この純水用ポンプ１８は純水器１７で純水化された冷却水ＷＲを管路１９ｂへ通して、再びタンク３へ戻している。なお、ポンプ１８の起動は制御装置８によって制御される。
【００２８】
上述した冷却水循環経路２において冷却水ＷＲは、以下のようにタンク３とレーザ発振器Ｌとの間を循環する。最初に、冷却水ＷＲはポンプ９によってタンク３から管路１０ａを通って吸引され、管路１０ｂを通って熱交換器５へ送られる。熱交換器５へ送られた冷却水ＷＲは、ここで冷水経路１を通って送られてきた地下水ＷＧと熱交換させられて所定温度に冷却される。そして、所定温度に冷却された冷却水ＷＲは、管路１０ｃを通り、管路１０ｃから分岐させられて管路１０ｄ、１０ｆ、１０ｈのそれぞれを通った後、それぞれの管路１０ｄ、１０ｆ、１０ｈに接続されている各レーザ加工機Ｍへ送られ、各レーザ加工機Ｍのレーザ発振器Ｌの各部を冷却する。このとき、冷却水ＷＲはレーザ発振器Ｌの各部から熱を奪うため、温度が上昇する。温度が上昇した冷却水ＷＲは、各レーザ加工機Ｍから管路１０ｅ、１０ｇ、１０ｉを通ってタンク３内へ戻された後、再びポンプ９によってタンク３内から吸引され、熱交換器５へ送られて所定温度に冷却される。そして、所定温度に冷却された冷却水ＷＲは、再びそれぞれのレーザ加工機Ｍへ送られ、各レーザ加工機Ｍのレーザ発振器Ｌの各部を冷却する。このように、熱交換器５で地下水ＷＧと熱交換させて所定温度に冷却した冷却水ＷＲを、レーザ加工機Ｍへ送ることにより、レーザ発振器Ｌが常に冷却され、レーザを安定して発振させることができる。
【００２９】
以上のようにすることにより、レーザ発振器Ｌを冷却して温度が上昇した冷却水ＷＲを、熱交換器５で冷水用ポンプ４によって送られてきた地下水ＷＧと熱交換させて冷却するため、図３に示した従来の冷凍サイクル５１のような大掛かりなシステムを設ける必要がなく、レーザ加工機Ｍの冷却水循環経路２にポンプ４や熱交換器５等からなる簡単な冷水経路１を付設するだけでよい。この結果、冷却水ＷＲの冷却システムを簡易化できるとともに、圧縮器や凝縮器を含まないので消費電力を大幅に低減してレーザ加工機用冷却装置１００の稼動コストを低く抑えることが可能となる。また、冷却装置１００はフロン等の冷媒を用いる必要がないため、地球環境に悪影響を及ぼすおそれもない。さらに、井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧを冷水経路１に送水することにより、地下水ＷＧの利用は費用がかからないため、水にかかるコストを削減することができる。また、地下水ＷＧの温度は低温度であり、１年間を通じて温度が殆ど変化しないので、井戸ＷＥから汲み上げた温度のままで熱交換器５へ送り、熱交換器５で冷却水ＷＲを安定して冷却することができる。
【００３０】
また、熱交換器５によって冷却された冷却水ＷＲの温度を温度センサ１１ａで検出し、この検出した冷却水ＷＲの温度に基いて、流量調整バルブ７によって地下水ＷＧの送水流量を調整することにより、熱交換器５に送られる地下水ＷＧの送水流量が調整されるとともに、冷却水ＷＲと地下水ＷＧとの間で交換される熱の量が調整されるため、冷却水ＷＲの冷却温度を自在にコントロールすることが可能となる。さらに、熱交換器５によって冷却された冷却水ＷＲを複数のレーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌのそれぞれに個別に循環させるように冷却水循環経路２が分岐していることにより、１台の冷却装置１００で複数のレーザ発振器Ｌを冷却するため、全体としてレーザ加工機用冷却装置１００の稼動コストを一層低く抑えることが可能となる。
【００３１】
以上述べた実施形態においては、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを、単に排水溝ＵＣへ排水しているが、本発明はこれのみに限定するものではなく、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを排水した後、地盤中を浸透させて汲み上げた井戸ＷＥに戻すようにしてもよい。図２は、この場合のレーザ加工機用冷却装置を示す図である。図中、図１と同一部分については同一符号を付してある。図２において、地下水ＷＧを汲み上げるための井戸ＷＥから所定距離離れた別の場所には、井戸ＷＥと同程度の深度の別の井戸ＷＥａが設けられている。この別井戸ＷＥａは、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを排水し、地盤中に浸透させて汲み上げた井戸ＷＥに戻すためのものである。なお、このような機能を備えたものとしては、井戸に限らず、地盤を所定深度に掘削して形成した掘削孔等であってもよい。上記の別井戸ＷＥａに地下水ＷＧを排水するように、管路６ｅに接続管ＳＰを介して管路６ｆを接続し、冷水経路１ａを形成する。
【００３２】
上記の冷水経路１ａにおいて地下水ＷＧは、以下のように井戸ＷＥから別井戸ＷＥａへ送られる。最初に、地下水ＷＧはポンプ４によって井戸ＷＥから管路６ａを通って汲み上げられ、管路６ｂと管路６ｃを通って熱交換器５へ送られる。熱交換器５へ送られた地下水ＷＧは、ここで冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲと熱交換させられる。このとき、地下水ＷＧは冷却水ＷＲから温度を奪うため温度が上昇し、冷却水ＷＲは所定温度に冷却される。そして、温度が上昇した地下水ＷＧは、管路６ｄを通ってバルブ７で送水流量を調整された後、管路６ｅと管路６ｆとを通って別井戸ＷＥａへ排水される。この後、地下水ＷＧは、別井戸ＷＥａから地盤中に浸透して行き、井戸ＷＥにしみ込んで戻る。そして、再びポンプ４によって汲み上げられ熱交換器５へ送られる。
【００３３】
井戸ＷＥから地下水ＷＧを多量に汲み上げると、周辺の地盤が沈下するおそれがあるが、上記のように地下水ＷＧを別井戸ＷＥａに排水して地盤中に浸透させることで、周辺の地盤が沈下するのを防止することができる。また、地下水ＷＧを地盤中に浸透させて汲み上げた井戸ＷＥに戻すことで、熱交換器５で上昇した地下水ＷＧの温度を浸透の過程で元の低温度（１５〜２０℃）に冷却することができるので、井戸ＷＥに戻した地下水ＷＧを井戸ＷＥから汲み上げた温度のまま熱交換器５へ送っても、熱交換器５で冷却水ＷＲを安定して冷却することが可能となる。これにより、地下水ＷＧを冷却させるために別の冷却装置等を設けることなく、地下水ＷＧを冷水経路１ａと２つの井戸ＷＥ、ＷＥａに挟まれた地盤との間で循環させて、再利用することができる。さらに、地下水ＷＧを汲み上げた井戸ＷＥとは別井戸ＷＥａに排水することで、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを別井戸ＷＥａに全て回収することができるとともに、地盤中に浸透させ易くすることができ、地下水ＷＧを井戸ＷＥに効率良く戻すことが可能となる。
【００３４】
また、上記実施形態では、冷却水を純水化するための純水器１７を冷却水循環経路２の経路外に設置し、ポンプ１８によってタンク３内の冷却水ＷＲを純水器１７に送って定期的に純水化する場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定するものではない。純水器１７を冷却水循環経路２の経路中に設置し、冷却水ＷＲがレーザ発振器Ｌとタンク３との間を循環するときに、常時冷却水ＷＲを純水器１７に送って純水化させてもよい。このようにすることで、冷却水ＷＲを純水器１７に送るためのポンプ１８や管路１９ａ、１９ｂを必要とせず、冷却装置１００のシステムを一層簡易化することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、冷却水ＷＲの冷却温度を自在にコントロールするために、温度センサ１１ａで検出した冷却水ＷＲの温度に基いて、流量調整バルブ７によって地下水ＷＧの送水流量を調整する場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定するものではない。これ以外にも、冷水用ポンプ４によって地下水ＷＧの送水流量を調整したり、冷却水用ポンプ９によって冷却水ＷＲの熱交換器５への送水流量を調整してもよい。このようにすることで、流量調整バルブ７による場合と同様に、冷却水ＷＲの冷却温度を自在にコントロールできる。
【００３６】
さらに、上記実施形態では、冷却対象であるレーザ発振器として、炭酸ガスレーザを用いたレーザ発振器を例に挙げているが、本発明はこれのみに限定するものではなく、ＹＡＧレーザやエキシマレーザ等を用いたレーザ発振器にも適用することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ発振器を冷却して温度が上昇した冷却水を、熱交換器で冷水用ポンプによって送られてきた地下水と熱交換させて冷却するため、従来の冷凍サイクルのような大掛かりなシステムを設ける必要がなく、冷却水の冷却システムを簡易化してレーザ加工機用冷却装置の稼動コストを低く抑えることが可能となる。また、フロン等の冷媒を用いる必要がないため、地球環境へ与える悪影響も防止することができる。さらに、地下水の利用は費用がかからないため、水にかかるコストを削減することができる。また、地下水は低温度であり、１年間を通じて温度が殆ど変化しないので、井戸から汲み上げた温度のままで熱交換器へ送り、熱交換器で冷却水を安定して冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置を示す図である。
【図２】他の実施形態におけるレーザ加工機用冷却装置を示す図である。
【図３】従来のレーザ加工機用冷却装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 冷水経路
１ａ 冷水経路
２ 冷却水循環経路
３ タンク
４ 冷水用ポンプ
５ 熱交換器
７ 流量調整バルブ
９ 冷却水用ポンプ
１１ａ 温度センサ
１００ レーザ加工機用冷却装置
Ｍ レーザ加工機
ＷＥ 井戸
ＷＥａ 別の井戸
ＷＧ 地下水
ＷＲ 冷却水
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工機用冷却装置に関し、特に、レーザ加工機に備わるレーザ発振器の冷却水を冷却するためのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機は、加工機に備わるレーザ発振器でレーザ光を発生させ、このレーザ光を発振器内のミラーやレンズ等の光学部品によって反射・収束させて、被加工物の表面を熱加工するものである。このようなレーザ加工機のレーザ発振器は、レーザ光を発生させるときや収束させるときに高温の熱を発生するため、レーザを安定して発振できるように冷却装置によって常に冷却されている。
【０００３】
図３は、従来のレーザ加工機用冷却装置を示す図である。図３において、５０はレーザ加工機用冷却装置であり、レーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌを冷却する。この冷却装置５０は、タンク５３に貯留された冷却水ＷＲを所定温度に冷却する冷凍サイクル５１と、冷却水ＷＲをレーザ発振器Ｌとタンク５３との間で循環させる冷却水循環経路５２とを備えている。また、冷却水循環経路５２は、レーザ発振器Ｌの光学部品以外の各部を冷却する機器用冷却経路５２ａと、レーザ発振器Ｌ内のミラーやレンズ等の光学部品（図示省略）を冷却するミラー用冷却経路５２ｂとの２経路に分岐されている。
【０００４】
冷凍サイクル５１は、圧縮器５４、熱交換器で構成されるミラー用冷却水再熱器５５、凝縮器５６、電磁弁５７ａ、５７ｂ、キャピラリーチューブ５８、冷却器５９、冷媒ストレーナ６０ａ、６０ｂ、アキュムレータ６１を設置していて、フロン等の冷媒を循環させている。なお、各機器の間はパイプやホース等の管路６２ａ〜６２ｄで接続されている。この冷凍サイクル５１において冷媒は、まず圧縮器５４で圧縮されて高温高圧のガスに変化する。ガスに変化した冷媒は、ミラー用冷却水再熱器５５と管路６２ａを通って凝縮器５６へ送られ、ここで放熱しながら液化する。液化した冷媒は、冷媒ストレーナ６０ａと電磁弁５７ａとキャピラリーチューブ５８と管路６２ｃとを通って冷却器５９へ送られる。なお、冷媒はミラー用冷却水再熱器５５から管路６２ｂと電磁弁５７ｂと管路６２ｃとを通って、直接冷却器５９へ送られることもある。また、冷却器５９に送られる冷媒の流量は、後述する機器用冷却経路５２ａに設けられた温度センサ６５の検出結果に基いて、制御装置６３が電磁弁５７ａ、５７ｂの開閉を制御することで調整される。冷却器５９へ送られた冷媒は、ここで冷却水循環経路５２を循環する冷却水ＷＲから熱を奪いながら気化する。そして、気化した冷媒は、管路６２ｄと冷媒ストレーナ６０ｂとアキュムレータ６１とを通って圧縮器５４へ戻され、ここで再び圧縮される。
【０００５】
冷却水循環経路５２は、経路中にポンプＰを設置しているとともに、冷却器５９の内部を通っていて、ポンプＰの下流側で機器用冷却経路５２ａとミラー用冷却経路５２ｂとの２経路に分岐している。分岐した一方のミラー用冷却経路５２ｂは、ミラー用冷却水再熱器５５の内部を通っている。なお、機器用冷却経路５２ａとミラー用冷却経路５２ｂとの各機器の間はパイプやホース等の管路６４ａ〜６４ｅで接続されている。この冷却水循環経路５２において冷却水ＷＲは、最初に、ポンプＰによってタンク５３から機器用冷却経路５２ａとミラー用冷却経路５２ｂにそれぞれ送られる。機器用冷却経路５２ａに送られた冷却水ＷＲは、管路６４ａを通ってレーザ加工機Ｍへ送られ、レーザ発振器Ｌの各部を冷却する。このとき、冷却水ＷＲはレーザ発振器Ｌの各部から熱を奪うため、温度が上昇する。なお、管路６４ａを通る冷却水ＷＲの温度は温度センサ６５によって検出され、制御装置６３へ送信される。そして、温度が上昇した冷却水ＷＲは、管路６４ｂを通って冷却器５９へ送られ、ここで冷凍サイクル５１の冷媒が気化することによって所定温度（１５〜２５℃）に冷却された後、タンク５３へ戻される。
【０００６】
一方、ミラー用冷却経路５２ｂに送られた冷却水ＷＲは、管路６４ｃと定流量弁６６と▲１▼の経路を通ってミラー用冷却水再熱器５５へ送られ、ここで圧縮器５４から流出した高温高圧の冷媒によって室温に加熱される。そして、室温に加熱された冷却水ＷＲは、▲２▼の経路と管路６４ｄを通ってレーザ加工機Ｍへ送られ、レーザ発振器Ｌの内部にあるミラーやレンズ等の光学部品を冷却する。このとき、冷却水ＷＲは光学部品から熱を奪うため、温度が上昇する。温度が上昇した冷却水ＷＲは、管路６４ｅを通って機器用冷却経路５２ａに流れる冷却水ＷＲと合流し、上述したように冷却器５９へ送られて所定温度（１５〜２５℃）に冷却された後、タンク５３へ戻される。
【０００７】
以上のように、冷却水ＷＲをタンク５３からレーザ加工機Ｍへ送り、レーザ発振器Ｌを冷却して温度が上昇した冷却水ＷＲを、冷凍サイクル５１の冷却器５９で所定温度に冷却した後、タンク５３へ戻して再びレーザ加工機Ｍへ送ることにより、レーザ発振器Ｌが常に冷却され、レーザは安定した発振動作を行う。このような冷却装置は、たとえば下記の特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第２８８０４２４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ加工機用冷却装置５０においては、レーザ発振器Ｌを冷却して温度が上昇した冷却水ＷＲを冷却器５９によって冷却しているが、冷却水ＷＲを冷却器５９で冷却するには圧縮機５４や凝縮器５６、アキュムレータ６１などを備えた大掛かりなシステムからなる冷凍サイクル５１が必要となり、また圧縮機５４や凝縮器５６を稼動させるのに大電力を必要とするため、多大な稼動コストがかかるという問題がある。さらに、冷凍サイクル５１の冷媒としてフロン等の冷媒を用いるため、オゾン層の破壊など地球環境に対して悪影響を及ぼすおそれもある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、レーザ加工機に備わるレーザ発振器の冷却水を冷却するためのシステムを簡易化して、稼動コストを低く抑えるとともに、地球環境に悪影響を与えるおそれもないレーザ加工機用冷却装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置では、低温度の地下水を冷水用ポンプによって井戸から汲み上げて送水する冷水経路が備わっているとともに、この冷水経路と、レーザ発振器の冷却水を循環させる冷却水循環経路との間に熱交換器が介在されている。この熱交換器は、冷却水循環経路を通って送られてきた冷却水を、冷水経路を通って送られてきた地下水と熱交換させて冷却する。
【００１２】
このようにすることで、レーザ発振器を冷却して温度が上昇した冷却水を、熱交換器で冷水用ポンプによって送られてきた地下水と熱交換させて冷却するため、従来の冷凍サイクルのような大掛かりなシステムを設ける必要がなく、冷却水の冷却システムを簡易化し、機器の消費電力を低減してレーザ加工機用冷却装置の稼動コストを低く抑えることが可能となる。また、フロン等の冷媒を用いる必要がないため、地球環境に悪影響を及ぼすおそれもない。さらに、地下水の利用は費用がかからないため、水にかかるコストを削減することができる。また、地下水は低温度であり、１年間を通じて温度が殆ど変化しないので、井戸から汲み上げた温度のままで熱交換器へ送り、熱交換器で冷却水を安定して冷却することができる。
【００１３】
また、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、冷却水循環経路に熱交換器によって冷却された冷却水の温度を検出する温度センサを設けるとともに、冷水経路に地下水の送水流量を調整する流量調整バルブを設け、温度センサの検出した冷却水の温度に基いて、流量調整バルブによって地下水の送水流量を調整するのが好ましい。
【００１４】
このようにすることで、熱交換器に送られる地下水の送水流量が調整されるとともに、冷却水と地下水との間で交換される熱の量が調整されるため、冷却水の冷却温度を自在にコントロールすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、冷却水循環経路は、熱交換器によって冷却された冷却水を複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器のそれぞれに個別に循環させるように分岐していてもよい。
【００１６】
複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器を冷却する場合、従来は、各加工機ごとに図３のような冷却装置を取り付けて、それぞれの冷却装置を稼動させなければならないため、膨大な稼動コストがかかっていたが、上記のように熱交換器によって冷却された冷却水を複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器のそれぞれに個別に循環させることで、１台の冷却装置で複数のレーザ発振器を冷却するため、全体としてレーザ加工機用冷却装置の稼動コストを一層低く抑えることが可能となる。
【００１７】
また、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、冷水経路は、冷水用ポンプによって井戸から汲み上げて熱交換器へ送水した後の地下水を、汲み上げた井戸とは別の場所に排水し、この場所から地盤中を浸透させて前記井戸に戻すのが好ましい。
【００１８】
井戸から地下水を多量に汲み上げると、周辺の地盤が沈下するおそれがあるが、上記のように地下水を汲み上げた井戸とは別の場所に排水して地盤中に浸透させることで、周辺の地盤が沈下するのを防止することができる。また、地下水を地盤中に浸透させて汲み上げた井戸に戻すことで、熱交換器で上昇した地下水の温度を浸透の過程で元の低温度に冷却することができるので、井戸に戻した地下水を井戸から汲み上げた温度のまま熱交換器へ送っても、熱交換器で冷却水を安定して冷却することが可能となる。これにより、地下水を冷却させるために別の冷却装置等を設けることなく、地下水を冷水経路と地盤との間で循環させて再利用することができる。
【００１９】
さらに、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置においては、汲み上げた井戸とは別の場所に別の井戸を設け、この別の井戸に冷水用ポンプによって熱交換器へ送水した後の地下水を排水するのが好ましい。
【００２０】
このようにすると、熱交換器へ送水した後の地下水を別の井戸に全て回収することができるとともに、地盤中に浸透させ易くすることができ、地下水を汲み上げた井戸に効率良く戻すことが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図を参照しながら説明する。図１は、本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置を示す図である。図１において、１００はレーザ加工機用冷却装置であり、レーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌの各部やミラーおよびレンズ等の光学部品（図示省略）を冷却する。なお、本実施形態におけるレーザ加工機Ｍは、炭酸ガスレーザを用いたレーザ加工機である。冷却装置１００は、井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧを送水する冷水経路１と、タンク３に貯留された冷却水ＷＲを複数のレーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌとタンク３との間で循環させる冷却水循環経路２と、冷水経路１と冷却水循環経路２との間に介在する熱交換器５とを備えている。
【００２２】
冷水経路１は、経路中に冷水用ポンプ４を設置しているとともに、熱交換器５の内部を通っている。冷水用ポンプ４は井戸ＷＥから地下水ＷＧを汲み上げ、汲み上げた地下水ＷＧを熱交換器５へ送った後、排水溝ＵＣへ排水する。４ａはポンプ４から送り出される地下水ＷＧの送水流量を示す流量計である。井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧの温度は場所によって多少の違いはあるが１５〜２０℃程度の低温度であり、１年間を通じて殆ど温度変化しない（温度変化は±１℃程度）。このため、地下水ＷＧを井戸ＷＥから汲み上げた温度のままで熱交換器５に送ると、熱交換器５はこの地下水ＷＧと、後述するように冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲとを熱交換させて、冷却水ＷＲを所定温度（２２〜３０℃）に冷却する。このとき、地下水ＷＧは冷却水ＷＲから熱を奪うため、温度が上昇する。なお、井戸ＷＥ、ポンプ４、熱交換器５、排水溝ＵＣのそれぞれの間はパイプやホース等の管路６ａ〜６ｅで接続されている。また、管路６ａ〜６ｄにあるＶはバルブ、管路６ａにあるＢは逆止弁、管路６ｃにあるＴは温度計である。
【００２３】
７は地下水ＷＧの送水流量を調整する比例式のロータリーバルブからなる流量調整バルブであり、このバルブ７の開閉は制御装置８によって制御される。制御装置８は後述する温度センサ１１ａが検出した冷却水ＷＲの温度に基いてバルブ７を制御し、地下水ＷＧの排水溝ＵＣへの送水流量を調整して、熱交換器５で冷却される冷却水ＷＲの温度をコントロールする。たとえば、温度センサ１１ａが検出した冷却水ＷＲの温度が所定温度以上であれば、制御装置８はバルブ７の開度を大きくして、地下水ＷＧの送水流量を多くする。このようにすると、熱交換器５で冷却水ＷＲと地下水ＷＧとの間で交換される熱の量が増え、冷却水ＷＲの温度が低下して行く。一方、温度センサ１１ａが検出した冷却水ＷＲの温度が所定温度未満であれば、制御装置８はバルブ７の開度を小さくして、地下水ＷＧの送水流量を少なくする。このようにすると、熱交換器５で冷却水ＷＲと地下水ＷＧとの間で交換される熱の量が減り、冷却水ＷＲの温度が上昇する。
【００２４】
上述した冷水経路１において地下水ＷＧは、以下のように井戸ＷＥから排水溝ＵＣへ送られる。最初に、地下水ＷＧはポンプ４によって井戸ＷＥから管路６ａを通って汲み上げられ、管路６ｂと管路６ｃを通って熱交換器５へ送られる。熱交換器５へ送られた地下水ＷＧは、ここで冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲと熱交換させられる。このとき、地下水ＷＧは冷却水ＷＲから温度を奪うため温度が上昇し、冷却水ＷＲは所定温度に冷却される。そして、温度が上昇した地下水ＷＧは、管路６ｄを通ってバルブ７で送水流量を調整された後、管路６ｅを通って排水溝ＵＣへ排水される。
【００２５】
冷却水循環経路２は、経路中に冷却水用ポンプ９を設置しているとともに、熱交換器５の内部を通っている。冷却水用ポンプ９はタンク３内の冷却水ＷＲを吸引し、吸引した冷却水ＷＲを熱交換器５、レーザ発振器Ｌ、タンク３の順序で循環させる。９ａはポンプ９から送り出される冷却水ＷＲの送水流量を示す流量計である。ポンプ９によって送り出された冷却水ＷＲは、熱交換器５に送られ、この熱交換器５で前述した地下水ＷＧと熱交換させられて所定温度に冷却される。また、冷却水循環経路２は熱交換器５の下流側で複数のレーザ加工機Ｍ（本実施形態では４台）に備わるレーザ発振器Ｌのそれぞれへ冷却水ＷＲを個別に循環させるために分岐していて、分岐したそれぞれの経路は、各レーザ発振器Ｌの内部を通った後、タンク３の内部に通じている。なお、ポンプ９、熱交換器５、レーザ発振器Ｌ、タンク３のそれぞれの間はパイプやホース等の管路１０ａ〜１０ｉで接続されている。また、それぞれの管路１０ａ〜１０ｉにあるＶはバルブ、管路１０ａにあるＳは冷却水ＷＲに含まれる不用物を除去するストレーナ、管路１０ｂにあるＢは逆止弁、管路１０ａと管路１０ｂにあるＤは冷却水用ポンプ９の振動を吸収するダンパー、管路１０ｂと管路１０ｃにあるＴは温度計である。１１ａは熱交換器５で冷却された冷却水ＷＲの温度を検出する温度センサであり、この温度センサ１１ａは検出した冷却水ＷＲの温度を制御装置８へ送信する。
【００２６】
１１ｂはタンク３内の冷却水ＷＲの温度を検出する温度センサであり、この温度センサ１１ｂは検出した冷却水ＷＲの温度を制御装置８へ送信する。１２はタンク１内の冷却水ＷＲを加熱するヒータであり、このヒータ１２への通電は制御装置８によって制御される。制御装置８は温度センサ１１ｂの検出した冷却水ＷＲの温度に基いてヒータ１２に通電される電流を制御し、冬場などにおいてタンク３内の冷却水ＷＲを所定温度未満に低下させないように維持している。なお、このタンク３内の冷却水ＷＲの所定温度としては、たとえば７〜１５℃に設定されている。１３はタンク３内の冷却水ＷＲの水量を検出する水量検出器であり、この水量検出器１３は検出した冷却水ＷＲの水量を制御装置８へ送信する。１４はタンク３に冷却水ＷＲを供給するための給水管路であり、この給水管路１４の給水口１４ａの開閉はタンク３の内部に備えられたボールタップ１５によって行われる。１６はタンク３内の冷却水ＷＲを排水溝ＵＲへ排出するための排水管路である。
【００２７】
１７は冷却水ＷＲに含まれる不純物を分解して冷却水ＷＲを純水化する純水器であり、この純水器１７で定期的に冷却水ＷＲを純水化することで、冷却水循環経路２の各機器や管路１０ａ〜１０ｉを腐食させたりおよび不純物等を付着させたりすることなく、長期間にわたって安定して冷却水ＷＲを循環させることができる。１８はタンク３内の冷却水ＷＲを管路１９ａへ通して純水器１７へ送る純水用ポンプであり、この純水用ポンプ１８は純水器１７で純水化された冷却水ＷＲを管路１９ｂへ通して、再びタンク３へ戻している。なお、ポンプ１８の起動は制御装置８によって制御される。
【００２８】
上述した冷却水循環経路２において冷却水ＷＲは、以下のようにタンク３とレーザ発振器Ｌとの間を循環する。最初に、冷却水ＷＲはポンプ９によってタンク３から管路１０ａを通って吸引され、管路１０ｂを通って熱交換器５へ送られる。熱交換器５へ送られた冷却水ＷＲは、ここで冷水経路１を通って送られてきた地下水ＷＧと熱交換させられて所定温度に冷却される。そして、所定温度に冷却された冷却水ＷＲは、管路１０ｃを通り、管路１０ｃから分岐させられて管路１０ｄ、１０ｆ、１０ｈのそれぞれを通った後、それぞれの管路１０ｄ、１０ｆ、１０ｈに接続されている各レーザ加工機Ｍへ送られ、各レーザ加工機Ｍのレーザ発振器Ｌの各部を冷却する。このとき、冷却水ＷＲはレーザ発振器Ｌの各部から熱を奪うため、温度が上昇する。温度が上昇した冷却水ＷＲは、各レーザ加工機Ｍから管路１０ｅ、１０ｇ、１０ｉを通ってタンク３内へ戻された後、再びポンプ９によってタンク３内から吸引され、熱交換器５へ送られて所定温度に冷却される。そして、所定温度に冷却された冷却水ＷＲは、再びそれぞれのレーザ加工機Ｍへ送られ、各レーザ加工機Ｍのレーザ発振器Ｌの各部を冷却する。このように、熱交換器５で地下水ＷＧと熱交換させて所定温度に冷却した冷却水ＷＲを、レーザ加工機Ｍへ送ることにより、レーザ発振器Ｌが常に冷却され、レーザを安定して発振させることができる。
【００２９】
以上のようにすることにより、レーザ発振器Ｌを冷却して温度が上昇した冷却水ＷＲを、熱交換器５で冷水用ポンプ４によって送られてきた地下水ＷＧと熱交換させて冷却するため、図３に示した従来の冷凍サイクル５１のような大掛かりなシステムを設ける必要がなく、レーザ加工機Ｍの冷却水循環経路２にポンプ４や熱交換器５等からなる簡単な冷水経路１を付設するだけでよい。この結果、冷却水ＷＲの冷却システムを簡易化できるとともに、圧縮器や凝縮器を含まないので消費電力を大幅に低減してレーザ加工機用冷却装置１００の稼動コストを低く抑えることが可能となる。また、冷却装置１００はフロン等の冷媒を用いる必要がないため、地球環境に悪影響を及ぼすおそれもない。さらに、井戸ＷＥから汲み上げた地下水ＷＧを冷水経路１に送水することにより、地下水ＷＧの利用は費用がかからないため、水にかかるコストを削減することができる。また、地下水ＷＧの温度は低温度であり、１年間を通じて温度が殆ど変化しないので、井戸ＷＥから汲み上げた温度のままで熱交換器５へ送り、熱交換器５で冷却水ＷＲを安定して冷却することができる。
【００３０】
また、熱交換器５によって冷却された冷却水ＷＲの温度を温度センサ１１ａで検出し、この検出した冷却水ＷＲの温度に基いて、流量調整バルブ７によって地下水ＷＧの送水流量を調整することにより、熱交換器５に送られる地下水ＷＧの送水流量が調整されるとともに、冷却水ＷＲと地下水ＷＧとの間で交換される熱の量が調整されるため、冷却水ＷＲの冷却温度を自在にコントロールすることが可能となる。さらに、熱交換器５によって冷却された冷却水ＷＲを複数のレーザ加工機Ｍに備わるレーザ発振器Ｌのそれぞれに個別に循環させるように冷却水循環経路２が分岐していることにより、１台の冷却装置１００で複数のレーザ発振器Ｌを冷却するため、全体としてレーザ加工機用冷却装置１００の稼動コストを一層低く抑えることが可能となる。
【００３１】
以上述べた実施形態においては、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを、単に排水溝ＵＣへ排水しているが、本発明はこれのみに限定するものではなく、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを排水した後、地盤中を浸透させて汲み上げた井戸ＷＥに戻すようにしてもよい。図２は、この場合のレーザ加工機用冷却装置を示す図である。図中、図１と同一部分については同一符号を付してある。図２において、地下水ＷＧを汲み上げるための井戸ＷＥから所定距離離れた別の場所には、井戸ＷＥと同程度の深度の別の井戸ＷＥａが設けられている。この別井戸ＷＥａは、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを排水し、地盤中に浸透させて汲み上げた井戸ＷＥに戻すためのものである。なお、このような機能を備えたものとしては、井戸に限らず、地盤を所定深度に掘削して形成した掘削孔等であってもよい。上記の別井戸ＷＥａに地下水ＷＧを排水するように、管路６ｅに接続管ＳＰを介して管路６ｆを接続し、冷水経路１ａを形成する。
【００３２】
上記の冷水経路１ａにおいて地下水ＷＧは、以下のように井戸ＷＥから別井戸ＷＥａへ送られる。最初に、地下水ＷＧはポンプ４によって井戸ＷＥから管路６ａを通って汲み上げられ、管路６ｂと管路６ｃを通って熱交換器５へ送られる。熱交換器５へ送られた地下水ＷＧは、ここで冷却水循環経路２を通って送られてきた冷却水ＷＲと熱交換させられる。このとき、地下水ＷＧは冷却水ＷＲから温度を奪うため温度が上昇し、冷却水ＷＲは所定温度に冷却される。そして、温度が上昇した地下水ＷＧは、管路６ｄを通ってバルブ７で送水流量を調整された後、管路６ｅと管路６ｆとを通って別井戸ＷＥａへ排水される。この後、地下水ＷＧは、別井戸ＷＥａから地盤中に浸透して行き、井戸ＷＥにしみ込んで戻る。そして、再びポンプ４によって汲み上げられ熱交換器５へ送られる。
【００３３】
井戸ＷＥから地下水ＷＧを多量に汲み上げると、周辺の地盤が沈下するおそれがあるが、上記のように地下水ＷＧを別井戸ＷＥａに排水して地盤中に浸透させることで、周辺の地盤が沈下するのを防止することができる。また、地下水ＷＧを地盤中に浸透させて汲み上げた井戸ＷＥに戻すことで、熱交換器５で上昇した地下水ＷＧの温度を浸透の過程で元の低温度（１５〜２０℃）に冷却することができるので、井戸ＷＥに戻した地下水ＷＧを井戸ＷＥから汲み上げた温度のまま熱交換器５へ送っても、熱交換器５で冷却水ＷＲを安定して冷却することが可能となる。これにより、地下水ＷＧを冷却させるために別の冷却装置等を設けることなく、地下水ＷＧを冷水経路１ａと２つの井戸ＷＥ、ＷＥａに挟まれた地盤との間で循環させて、再利用することができる。さらに、地下水ＷＧを汲み上げた井戸ＷＥとは別井戸ＷＥａに排水することで、熱交換器５へ送水した後の地下水ＷＧを別井戸ＷＥａに全て回収することができるとともに、地盤中に浸透させ易くすることができ、地下水ＷＧを井戸ＷＥに効率良く戻すことが可能となる。
【００３４】
また、上記実施形態では、冷却水を純水化するための純水器１７を冷却水循環経路２の経路外に設置し、ポンプ１８によってタンク３内の冷却水ＷＲを純水器１７に送って定期的に純水化する場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定するものではない。純水器１７を冷却水循環経路２の経路中に設置し、冷却水ＷＲがレーザ発振器Ｌとタンク３との間を循環するときに、常時冷却水ＷＲを純水器１７に送って純水化させてもよい。このようにすることで、冷却水ＷＲを純水器１７に送るためのポンプ１８や管路１９ａ、１９ｂを必要とせず、冷却装置１００のシステムを一層簡易化することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、冷却水ＷＲの冷却温度を自在にコントロールするために、温度センサ１１ａで検出した冷却水ＷＲの温度に基いて、流量調整バルブ７によって地下水ＷＧの送水流量を調整する場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定するものではない。これ以外にも、冷水用ポンプ４によって地下水ＷＧの送水流量を調整したり、冷却水用ポンプ９によって冷却水ＷＲの熱交換器５への送水流量を調整してもよい。このようにすることで、流量調整バルブ７による場合と同様に、冷却水ＷＲの冷却温度を自在にコントロールできる。
【００３６】
さらに、上記実施形態では、冷却対象であるレーザ発振器として、炭酸ガスレーザを用いたレーザ発振器を例に挙げているが、本発明はこれのみに限定するものではなく、ＹＡＧレーザやエキシマレーザ等を用いたレーザ発振器にも適用することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ発振器を冷却して温度が上昇した冷却水を、熱交換器で冷水用ポンプによって送られてきた地下水と熱交換させて冷却するため、従来の冷凍サイクルのような大掛かりなシステムを設ける必要がなく、冷却水の冷却システムを簡易化してレーザ加工機用冷却装置の稼動コストを低く抑えることが可能となる。また、フロン等の冷媒を用いる必要がないため、地球環境へ与える悪影響も防止することができる。さらに、地下水の利用は費用がかからないため、水にかかるコストを削減することができる。また、地下水は低温度であり、１年間を通じて温度が殆ど変化しないので、井戸から汲み上げた温度のままで熱交換器へ送り、熱交換器で冷却水を安定して冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザ加工機用冷却装置を示す図である。
【図２】他の実施形態におけるレーザ加工機用冷却装置を示す図である。
【図３】従来のレーザ加工機用冷却装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 冷水経路
１ａ 冷水経路
２ 冷却水循環経路
３ タンク
４ 冷水用ポンプ
５ 熱交換器
７ 流量調整バルブ
９ 冷却水用ポンプ
１１ａ 温度センサ
１００ レーザ加工機用冷却装置
Ｍ レーザ加工機
ＷＥ 井戸
ＷＥａ 別の井戸
ＷＧ 地下水
ＷＲ 冷却水
Claims (5)
- タンクに貯留された冷却水を冷却水用ポンプによって前記タンクとレーザ加工機に備わるレーザ発振器との間で循環させて前記レーザ発振器を冷却する冷却水循環経路を備えたレーザ加工機用冷却装置において、
低温度の地下水を冷水用ポンプによって井戸から汲み上げて送水する冷水経路と、
前記冷却水循環経路と前記冷水経路との間に介在する熱交換器と、を設け、
前記熱交換器は、前記冷却水循環経路を通って送られてきた前記冷却水を、前記冷水経路を通って送られてきた前記地下水と熱交換させて冷却することを特徴とするレーザ加工機用冷却装置。 - 請求項１に記載のレーザ加工機用冷却装置において、
前記冷却水循環経路に前記熱交換器によって冷却された冷却水の温度を検出する温度センサを設けるとともに、前記冷水経路に前記地下水の送水流量を調整する流量調整バルブを設け、
前記温度センサの検出した前記冷却水の温度に基いて、前記流量調整バルブによって前記地下水の送水流量を調整することを特徴とするレーザ加工機用冷却装置。 - 請求項１または請求項２に記載のレーザ加工機用冷却装置において、
前記冷却水循環経路は、前記熱交換器によって冷却された冷却水を複数のレーザ加工機に備わるレーザ発振器のそれぞれに個別に循環させるように分岐していることを特徴とするレーザ加工機用冷却装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工機用冷却装置において、
前記冷水経路は、前記冷水用ポンプによって井戸から汲み上げて前記熱交換器へ送水した後の地下水を、汲み上げた井戸とは別の場所に排水し、この場所から地盤中を浸透させて前記井戸に戻すことを特徴とするレーザ加工機用冷却装置。 - 請求項４に記載のレーザ加工機用冷却装置において、
汲み上げた井戸とは別の場所に別の井戸を設け、この別の井戸に前記冷水用ポンプによって前記熱交換器へ送水した後の地下水を排水することを特徴とするレーザ加工機用冷却装置。
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