JP2015222791A - 送風機を備えるレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】より安価且つ高精度に空転状態の送風機の回転数を推定可能な技術が求められている。【解決手段】レーザ発振器１０は、共振器部１２と、レーザ媒質流路１４と、送風機１６と、駆動部１８と、制御部２０と、レーザ媒質流路１４の予め定められた位置２６におけるレーザ媒質の圧力を計測する圧力計２４と、圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力と、位置２６におけるレーザ媒質の圧力と送風機１６の回転数との予め定めた関係とに基づいて、送風機１６の回転数を推定する回転数推定部３６とを備える。制御部２０は、送風機１６への電力供給が停止されて送風機１６が空転しているときに、回転数推定部によって推定された回転数で送風機１６の運転を再開するように、駆動部１８を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、送風機を備えるレーザ発振器に関する。

送風機を備えるレーザ発振器において、タコジェネレータやエンコーダといった回転検出装置を用いて、空転状態の送風機の回転数を検出し、送風機の運転再開時に送風機へ送信する回転指令値を、検出された回転数に一致させる技術が知られている（例えば、特許文献１〜３）。

特開平３−２１８０８３号公報 特開平３−２４６９８２号公報 特開平４−２２１８１号公報

レーザ発振器の消費電力を低減する観点からは、送風機の駆動部への電力供給を停止し、送風機の運転を停止させることが望ましい。この場合、送風機は空転することになる。空転状態の送風機の運転を迅速に再開させるためには、運転を再開する時に空転している送風機の回転数を検出する必要がある。

しかしながら、従来技術によれば、送風機の回転数を検出するためにエンコーダ等の回転検出装置を要することから、レーザ発振器の製造コストの増加に繋がる。したがって、より安価且つ高精度に空転状態の送風機の回転数を推定可能な技術が求められている。

本発明の一態様において、レーザ発振器は、レーザ光を生成する共振器部と、共振器部にレーザ媒質を導入するとともに、該共振器部から該レーザ媒質を排出させるレーザ媒質流路と、レーザ媒質流路にレーザ媒質を流動させる送風機と、送風機を駆動する駆動部と、レーザ発振器は、駆動部を制御する制御部と、レーザ媒質流路の予め定められた位置におけるレーザ媒質の圧力を計測する圧力計とを備える。

また、レーザ発振器は、予め定められた位置におけるレーザ媒質の圧力と送風機の回転数との間の予め定めた関係と、圧力計によって計測されたレーザ媒質の圧力とに基づいて、送風機の回転数を推定する回転数推定部を備える。制御部は、送風機への電力供給が停止されて送風機が空転しているときに、回転数推定部によって推定された回転数で送風機の運転を再開するように、駆動部を制御する。

レーザ発振器は、停電時に制御部に電力を供給可能な無停電電源をさらに備えてもよい。レーザ発振器は、予め定めた関係を記憶する記憶部をさらに備えてもよい。上記予め定めた関係は、レーザ発振器の複数の運転モードの各々に対応する複数の関係を含んでもよい。

レーザ発振器は、送風機への電力供給が停止されたときに圧力計によって計測されたレーザ媒質の圧力と、送風機への電力供給が停止されたときのレーザ媒質の圧力制御目標値とを照らし合わせて、運転モードを判別する運転モード判別部と、複数の関係の中から、運転モード判別部によって判別された運転モードに対応する関係を選択する関係選択部を備えてもよい。回転数推定部は、関係選択部によって選択された関係に基づいて、送風機の回転数を推定してもよい。

レーザ発振器は、送風機が空転しているか否かを検知する空転検知部をさらに備えてもよい。空転検知部によって、送風機の空転の終了が検知されたときに、制御部は、駆動部を制御して、回転数推定部によって推定された回転数で送風機の運転を再開してもよい。

レーザ発振器は、停電および復電を検知する停電検知部をさらに備えてもよい。制御部は、停電検知部によって復電が検知されたときに、駆動部を制御して、回転数推定部によって推定された回転数で送風機の運転を再開してもよい。レーザ発振器は、レーザ媒質流路を密閉する密閉機構をさらに備えてもよい。密閉機構は、レーザ媒質流路と連通する他の流路を開閉可能に閉鎖するバルブ機構を有してもよい。制御部は、送風機への電力供給が停止されている間に、バルブ機構を閉鎖してもよい。

レーザ発振器は、レーザ媒質の温度を計測する温度計と、温度計によって計測されたレーザ媒質の温度に基づいて、圧力計によって計測されたレーザ媒質の圧力を補正する第１の補正部とをさらに備えてもよい。回転数推定部は、第１の補正部によって補正された圧力に基づいて、送風機の回転数を推定してもよい。

レーザ発振器は、レーザ媒質の流量を計測する流量計と、流量計によって計測されたレーザ媒質の流量に基づいて、圧力計によって計測されたレーザ媒質の圧力を補正する第２の補正部とをさらに備えてもよい。回転数推定部は、第２の補正部によって補正された圧力に基づいて、送風機の回転数を推定してもよい。

本発明の一実施形態に係るレーザ発振器のブロック図である。 図１に示すレーザ発振器のうち、共振器部、レーザ媒質流路、および送風機のみを示す概略図である。 送風機の異なる３つの運転状態における、レーザ媒質流路内の位置の各々のレーザ媒質の圧力と、該位置との関係を示すグラフである。 送風機の回転数と、レーザ媒質流路内の予め定められた位置におけるレーザ媒質の圧力との間の関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るレーザ発振器のブロック図である。 レーザ発振器の異なる３つの運転モードの各々に対応する３つの異なる関係を示すグラフであって、図４に対応する。 本発明のさらに他の実施形態に係るレーザ発振器のブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るレーザ発振器のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るレーザ発振器１０について説明する。レーザ発振器１０は、共振器部１２、レーザ媒質流路１４、および送風機１６を備える。共振器部１２は、その内部にレーザ媒質が充填されており、互いに対向配置された放電電極（図示せず）を有する。放電電極に予め定められた交流電圧が印加されると、レーザ媒質が励起され、レーザ光が生成される。レーザ媒質としては、例えば炭酸ガスが挙げられる。

レーザ媒質流路１４は、共振器部１２の内部と連通している。具体的には、レーザ媒質流路１４は、共振器部１２のレーザ媒質入口１２ａとレーザ媒質出口１２ｂに接続された閉ループの流路管によって構成されている。レーザ媒質流路１４は、レーザ媒質入口１２ａを介して共振器部１２にレーザ媒質を導入するとともに、レーザ媒質出口１２ｂを介しいて共振器部１２からレーザ媒質を排出させる。

送風機１６は、レーザ媒質流路１４内に設けられている。具体的には、送風機１６は、レーザ媒質流路１４内に配置された、複数の羽根を含む回転体と、該回転体を回転駆動するモータ（ともに図示せず）とを有する。送風機１６は、この回転体を回転させてレーザ媒質流路１４内のレーザ媒質に圧力変動を生じさせ、レーザ媒質を図１中の矢印１５に示す方向へ流動させる。

レーザ発振器１０は、駆動部１８、制御部２０、記憶部２２、および圧力計２４をさらに備える。駆動部１８は、送風機１６を駆動する。具体的には、駆動部１８は、例えば高周波インバータから構成され、送風機１６に内蔵されたモータに交流信号を送信し、該交流信号の周波数に応じた回転数で、送風機１６の回転体を回転駆動する。

制御部２０は、駆動部１８を制御する。具体的には、制御部２０は、駆動部１８に回転指令を送信し、駆動部１８は、制御部２０から受信した回転指令に応じて、送風機１６を駆動する。記憶部２２は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等により構成される、電気的に消去および記録が可能な不揮発性メモリである。

制御部２０は、記憶部２２と通信し、記憶部２２にデータを記録し、または記憶部２２からデータを消去する。圧力計２４は、レーザ媒質流路１４内における予め定められた位置２６に設置されている。圧力計２４は、制御部２０からの指令に応じて、レーザ媒質流路１４内の位置２６におけるレーザ媒質の圧力を計測し、圧力に関するデータを制御部２０へ送信する。制御部２０は、圧力計２４から受信した圧力データを記憶部２２に記憶する。

本実施形態に係るレーザ発振器１０は、圧力計２４によって得られたレーザ媒質の圧力を用いて、送風機１６の回転数を推定する。この推定方法の原理について、図２〜図４を参照して以下に説明する。図２には、レーザ媒質流路１４内における、異なる４箇所の位置Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤが示されている。

位置Ａは、送風機１６の吐出口近傍の位置である。本稿では、この位置Ａが、上記の位置２６に対応するものとして説明する。一方、位置Ｄは、送風機１６の吸入口近傍の位置である。また、位置Ｂは、レーザ媒質の流動方向において、位置Ａの下流側、且つ共振器部１２の上流側に位置し、位置Ｃは、レーザ媒質の流動方向において、共振器部１２の下流側、且つ位置Ｄの上流側に位置している。

図３は、送風機１６の異なる３つの運転状態における、レーザ媒質流路１４内の位置Ａ〜Ｄの各々のレーザ媒質の圧力Ｐと、位置Ａ〜Ｄとの関係を示すグラフである。図３の実線２８は、送風機１６が、所定の回転速度で通常運転しているときの、レーザ媒質の圧力Ｐと、レーザ媒質流路１４内における位置Ａ〜Ｄとの関係を示している。実線２８に示すように、送風機１６が通常運転しているとき、位置Ａにおけるレーザ媒質の圧力が最も高くなっており、次いで、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄの順に、レーザ媒質の圧力Ｐが小さくなっている。

一方、破線３２は、送風機１６が停止しているとき（すなわち、回転数がゼロ）の、レーザ媒質の圧力Ｐと、位置Ａ〜Ｄとの関係を示している。送風機１６が停止しているときは、レーザ媒質の圧力Ｐは、位置Ａ〜Ｄにおいて略一定の圧力となる。

二点鎖線３０は、送風機１６が、実線２８に示す通常運転状態から、破線３２に示す停止状態まで減速している途中、または、破線３２に示す停止状態から実線２８に示す通常運転状態まで加速している途中の状態における、レーザ媒質の圧力Ｐと位置Ａ〜Ｄとの関係を示している。

このように、送風機１６を停止状態（回転数ゼロ）から通常運転状態（所定の回転数）とするのに伴って、位置Ａ〜Ｄにおけるレーザ媒質の圧力Ｐは、破線３２→二点鎖線３０→実線２８へと変化する。すなわち、送風機１６の回転数と、レーザ媒質流路１４内のレーザ媒質の圧力Ｐとは、互いに相関関係を有している。

図４に、送風機１６の回転数Ｒと、位置Ａ（すなわち位置２６）におけるレーザ媒質の圧力Ｐとの間の関係を示す。図４に示すように、送風機１６の回転数Ｒを増加させると、レーザ媒質の圧力Ｐも非線形的に増加する。この関係に基づいて、レーザ媒質の圧力Ｐから、送風機１６の回転数Ｒを推定することが可能となる。

例えば、レーザ媒質の圧力ＰがＰ１（またはＰ２）である場合、送風機１６が回転数Ｒ１（またはＲ２）で駆動されているものと推定することができる。本実施形態に係るレーザ発振器は、図４に示す回転数Ｒと圧力Ｐとの間の関係を記憶部２２に予め記憶し、該関係と、圧力計２４により計測される位置２６の圧力Ｐとに基づいて、送風機１６の回転数Ｒを推定する。なお、この機能については、後述する。

次に、図１および図４を参照して、レーザ発振器１０の機能について説明する。制御部２０は、レーザ発振器１０の消費電力を低減する観点から、レーザ発振器１０の運転状況に応じて、送風機１６への電力供給を停止させ、送風機１６の運転を停止する。

例えば、制御部２０は、使用者から送風機１６の運転停止命令を受け付けたとき、または、記憶部２２に予め定められた運転プログラムに従って、送風機１６への電力供給を停止させる。一例として、制御部２０は、共振器部１２におけるレーザ光の生成の停止に連動して、送風機１６への電力供給を停止させる。送風機１６への電力供給を停止させると、送風機１６の回転体は、空転することになる。送風機１６への電力供給が停止されている間、送風機１６の回転数は、時間の経過とともに徐々に減速していく。

送風機１６への電力供給を停止した後、制御部２０は、レーザ発振器１０の運転状況に応じて、送風機１６の運転を再開すべく、駆動部１８を介して、送風機１６への電力供給を再開する。ここで、送風機１６の運転を再開する時点で送風機１６が空転している場合、送風機１６の回転を迅速に制御するためには、制御部２０は、空転している送風機１６の回転数に一致した回転数で、送風機１６の運転を再開させる必要がある。

このために、まず、制御部２０は、送風機１６の運転再開時の、位置２６におけるレーザ媒質の圧力を、圧力計２４から取得する。次いで、制御部２０は、図４に示す、位置２６における送風機１６の回転数Ｒとレーザ媒質の圧力Ｐとの関係に係るデータを、記憶部２２から読み出す。

次いで、制御部２０は、圧力計２４から取得した圧力を、図４に示す関係に適用し、運転再開時の送風機１６の回転数Ｒｅを推定する。このように、本実施形態においては、制御部２０は、圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力と、記憶部２２に記憶された関係とに基づいて、送風機１６の回転数Ｒｅを推定する回転数推定部３６（図１）として機能する。

送風機１６の回転数Ｒｅを推定した後、制御部２０は、推定した回転数Ｒｅに一致する回転指令を駆動部１８に送信し、駆動部１８を介して、送風機１６が回転数Ｒｅで運転開始するように制御する。ここで、送風機１６の運転の態様としては、送風機１６の回転速度を加速させること、および送風機１６の回転速度を減速させることを含む。

例えば、送風機１６の回転速度を加速する場合、制御部２０は、まず回転数Ｒｅで送風機１６を回転駆動した後、該回転数Ｒｅから送風機１６の回転数を順次加速させる。一方、送風機１６の回転速度を減速させる場合、制御部２０は、まず回転数Ｒｅで送風機１６を回転駆動した後、該回転数Ｒｅから送風機１６の回転数を順次減速させる。

上述のように、本実施形態においては、圧力計２４によって計測された圧力を用いて、運転再開時に空転している送風機１６の回転数を推定する。ここで、通常のレーザ発振器においては、レーザ光の生成を制御するために、レーザ発振器内のレーザ媒質の圧力を監視し制御するための圧力計が設置されている。

本実施形態によれば、エンコーダ等の追加の装備を用いることなく、レーザ発振器に通常装備されている圧力計を利用することによって、空転状態の送風機１６の回転数を推定することができる。そして、制御部２０は、空転時の回転数に同期させつつ送風機１６の運転を再開することができる。この構成によれば、レーザ発振器１０の製造コストを低減しつつ、空転中の送風機１６に対する迅速且つ安全な運転再開（すなわち、加速または減速）を実現することができる。

また、本実施形態によれば、送風機１６の運転を迅速に再開できるので、送風機１６へ供給される電力を、レーザ発振器１０の運転状況に応じて、頻繁に停止させることが可能となる。これにより、レーザ発振器１０の消費電力を削減することができる。

次に、図５を参照して、本発明の他の実施形態に係るレーザ発振器４０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。レーザ発振器４０は、共振器部１２、レーザ媒質流路１４、送風機１６、駆動部１８、記憶部２２、圧力計２４、制御部４２、および空転検知部４４を備える。

制御部４２は、駆動部１８を制御する。空転検知部４４は、送風機１６が空転しているか否かを検知する。例えば、空転検知部４４は、電圧計、電流計、および／または電力計を含み、送風機１６に供給されている電圧、電流、および／または電力を検出することによって、送風機１６が空転しているか否かを検知する。

一具体例として、空転検知部４４は、送風機１６に供給されている電圧がゼロとなったことを検出したときに、送風機１６が空転しているものと判断し、制御部４２に、送風機１６が空転している旨を示す空転信号を送信する。

一方、空転検知部４４は、送風機１６に供給されている電圧が、ゼロから、予め定められた電圧まで上昇したことを検出したときに、送風機１６の空転が終了した旨を示す空転終了信号を送信する。制御部４２は、空転検知部４４からの空転信号および空転終了信号によって、送風機１６が空転しているか否かを判断できる。

また、他の具体例として、空転検知部４４は、送風機１６に供給されている電圧がゼロとなった時点から、予め定められた時間（例えば１秒）を経過したときに、送風機１６が空転しているものと判断し、制御部４２に、送風機１６が空転している旨を示す空転信号を送信する。一方、空転検知部４４は、送風機１６に供給されている電圧が、ゼロから、予め定められた電圧まで上昇した時点から、予め定められた時間（例えば１秒）を経過したときに、送風機１６の空転が終了した旨を示す空転終了信号を送信する。

次に、図５および図６を参照して、レーザ発振器４０の機能について説明する。上述の実施形態と同様に、制御部４２は、レーザ発振器４０の消費電力を低減する観点から、レーザ発振器４０の運転状況に応じて、送風機１６への電力供給を停止し、送風機１６の運転を停止する。このとき、空転検知部４４は、送風機１６が空転していることを検知する。

ここで、本実施形態においては、制御部４２は、送風機１６の運転停止時におけるレーザ発振器４０の運転モードを判別し、該運転モードに対応する、回転数Ｒと圧力Ｐとの間の関係を選択することによって、空転状態の送風機１６の回転数をより高精度に推定する。この機能について、以下に説明する。

図６は、レーザ発振器４０の異なる３つの運転モードの各々に対応する、位置２６におけるレーザ媒質の圧力Ｐと、送風機１６の回転数Ｒとの間の関係を示す。実線５２は、レーザ発振器４０が通常モードで運転をしている場合の関係を示す。この通常モードにおいては、レーザ発振器４０は、共振器部１２で第１のパワーを有するレーザ光を生成する。例えば、レーザ発振器４０をレーザ加工機に適用した場合を想定すると、レーザ加工機によってワークを通常のレーザパワーでレーザ加工するとき、レーザ発振器４０は、この通常モードで運転される。

二点鎖線５４は、レーザ発振器４０が高出力モードで運転をしている場合の関係を示す。この高出力モードにおいては、レーザ発振器４０は、共振器部１２で第１のパワーよりも大きな第２のパワーを有するレーザ光を生成する。例えば、レーザ発振器４０をレーザ加工機に適用した場合を想定すると、レーザ加工機によってワークを通常よりも高いレーザパワーでレーザ加工するとき、レーザ発振器４０は、この高出力モードで運転される。

一点鎖線５６は、レーザ発振器４０が待機モードとなっている場合の関係を示す。この待機モードにおいては、レーザ発振器４０は、共振器部１２におけるレーザ光の生成を停止している。例えば、レーザ発振器４０をレーザ加工機に適用した場合を想定すると、レーザ加工機がワークの取り換え等によりワークに対するレーザ加工を待機しているとき、レーザ発振器４０は、この待機モードにされる。

図６に示すように、レーザ発振器４０の運転モードによって、レーザ媒質の圧力Ｐと送風機１６の回転数Ｒとの間の関係は異なる。したがって、レーザ媒質の圧力Ｐから送風機１６の回転数Ｒを高精度に推定するためには、その時点でのレーザ発振器４０の運転モードを把握することが必要となる。

そこで、本実施形態においては、制御部４２は、圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力に基づいて、レーザ発振器４０の運転モードを判別する。具体的には、制御部４２は、空転検知部４４によって送風機１６の空転が検知されたときに、圧力計２４からレーザ媒質の圧力を取得し、取得した圧力値を、運転モードの各々に対して設定された圧力制御目標値と照らし合わせる。この圧力制御目標値は、記憶部２２に予め記憶されている。

例えば、レーザ発振器４０を通常モードで運転する場合、位置２６におけるレーザ媒質の圧力制御目標値は、第１の目標値αに設定される。また、レーザ発振器４０を高出力モードで運転する場合、位置２６におけるレーザ媒質の圧力制御目標値は、第２の目標値βに設定される。また、レーザ発振器４０を待機モードで運転する場合、位置２６におけるレーザ媒質の圧力制御目標値は、第３の目標値γに設定される。

制御部４２は、圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力が、第１〜第３の目標値のいずれに該当するかを判断し、これにより、レーザ発振器４０の運転モードを判別する。例えば、制御部４２は、計測されたレーザ媒質の圧力が、第１の目標値αの±１０％内にある場合、レーザ発振器４０が通常モードで運転されていたものと判断する。このように、制御部４２は、レーザ媒質の圧力に基づいて、レーザ発振器４０の運転モードを判別する運転モード判別部４８（図５）として機能する。

次いで、制御部４２は、判別した運転モードに対応する関係を選択する。例えば、レーザ発振器４０の運転モードが通常モードであると判別されたとき、制御部４２は、記憶部２２に予め記憶されている、図６の実線５２、二点鎖線５４、および一点鎖線５６に示す３つの関係の中から、実線５２の関係を選択し、そのデータを記憶部２２から読み出す。このように、制御部４２は、複数の関係の中から、レーザ発振器４０の運転モードに対応する関係（実線５２の関係）を選択する関係選択部５０（図５）として機能する。

次いで、制御部４２は、レーザ発振器４０の運転状況に応じて、送風機１６の運転を再開すべく、送風機１６への電力供給を再開する。このとき、空転検知部４４は、送風機１６の空転が終了したことを検知する。そして、制御部４２は、この時点におけるレーザ媒質の圧力を、圧力計２４から取得する。

そして、制御部４２は、取得した圧力を、上述のように選択した図６の実線５２に示す関係に適用する。これにより、制御部４２は、運転再開時の送風機１６の回転数Ｒｅを推定する。このように、制御部４２は、レーザ媒質の圧力と、選択した関係（実線５２の関係）とに基づいて、送風機１６の回転数Ｒｅを推定する回転数推定部４６（図５）として機能する。そして、制御部４２は、推定した回転数Ｒｅに一致する回転指令を駆動部１８に送信し、該回転数Ｒｅで送風機１６を運転させるように制御する。

このように、本実施形態によれば、圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力に基づいて、レーザ発振器４０の運転モードを判別し、該運転モードに対応した回転数Ｒと圧力Ｐとの関係に基づいて、送風機１６の回転数を推定することができる。これにより、送風機１６の回転数をより高精度に推定することができる。その結果、空転状態の送風機１６の運転をより安全且つ迅速に再開することができる。

次に、図７を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係るレーザ発振器６０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。レーザ発振器６０は、共振器部１２、レーザ媒質流路１４、送風機１６、駆動部１８、記憶部２２、圧力計２４、制御部６２、停電検知部６４、および無停電電源６６を備える。

停電検知部６４は、レーザ発振器６０全体に供給される主電力の停電および復電を検知する。なお、停電検知部６４は、レーザ発振器６０の一部（例えば駆動部１８および／または送風機１６を含む部分）で発生した停電／復電を検知するものであってもよい。無停電電源６６は、停電が発生したときに、少なくとも制御部６２に対して電力を供給することができる非常用電源である。

停電が発生した場合、送風機１６への電力供給が停止され、その結果、送風機１６は、空転することになる。その後、レーザ発振器６０の電力が復電した場合、空転している送風機１６を安全且つ迅速に制御するためには、復電時の送風機１６の回転数で送風機１６の運転を再開する必要がある。

次に、本実施形態に係るレーザ発振器６０の機能について説明する。制御部６２は、停電検知部６４によって停電が検知されたとき、直近（例えば、停電の直前または直後）に圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力を取得する。そして、制御部６２は、上述の運転モード判別部４８として機能して、取得した圧力に基づいて、レーザ発振器６０の運転モードを判別する。次いで、制御部６２は、上述の関係選択部５０として機能して、判別した運転モードに対応する、回転数Ｒと圧力Ｐとの間の関係を選択する。

停電後に、停電検知部６４によって復電が検知されたとき、制御部６２は、直近に圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力を取得する。そして、制御部６２は、上述の回転数推定部４６として機能して、選択された関係に基づいて、復電時の送風機１６の回転数Ｒｅを推定する。

そして、制御部６２は、推定した回転数Ｒｅに一致する回転指令を駆動部１８に送信し、該回転数Ｒｅで送風機１６の運転を再開するように制御する。このように、本実施形態によれば、レーザ発振器６０の運転中に不意に停電が発生し、その後に復電した場合に、復電時に空転している送風機１６を、安全且つ迅速に制御することができる。また、本実施形態によれば、無停電電源６６が設けられていることから、復電後の制御部６２の起動時間を待つことなく、レーザ発振器６０を迅速に再起動することができる。

なお、上述のレーザ発振器４０および６０においては、運転モードとして、通常モード、高出力モード、および待機モードの３つの運転モードがある場合について述べた。しかしながら、これら３つの運転モードの他に、複数の運転モードが存在してもよい。

例えば、さらなる運転モードとして、待機モードから通常モード（または、通常モードから待機モード）へ移行している間の状態、および、通常モードから高出力モード（または、高出力モードから通常モード）へ移行している間の状態に相当する移行モードが設定されてもよい。

レーザ発振器４０、６０がこのような移行モードとなっているとき、レーザ媒質の圧力Ｐと送風機１６の回転数Ｒとの間の関係は、図６に示す３つの関係とは異なるものとなる。したがって、レーザ媒質の圧力Ｐから送風機１６の回転数Ｒを高精度に推定するためには、移行モードに対応する圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係を記憶部２２に予め記憶する必要がある。

一具体例として、待機モードと通常モードとの間の移行モードとして、第１移行モードと第２移行モードが設定される。例えば、第１移行モードは、レーザ媒質の状態が待機モードに近くなっている移行モードであり、第２移行モードは、レーザ媒質の状態が、第１移行モードよりも通常モードに近くなっている移行モードである。この場合、記憶部２２は、第１移行モードおよび第２移行モードに対応する、圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係をそれぞれ記憶する。

第１移行モードに対応する、圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係は、図６の実線５２と一点鎖線５６との間の領域に位置し、且つ、一点鎖線５６により近いグラフとなり得る。また、第２移行モードに対応する、圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係は、図６の実線５２と一点鎖線５６との間の領域に位置し、且つ、第１移行モードのグラフよりも実線５２に近いグラフとなり得る。

同様にして、通常モードと高出力モードとの間の移行モードとして、第３移行モードおよび第４移行モードが設定される。例えば、第３移行モードは、レーザ媒質の状態が通常モードに近くなっている移行モードであり、第４移行モードは、レーザ媒質の状態が、第３移行モードよりも高出力モードに近くなっている移行モードである。この場合、記憶部２２は、第３移行モードおよび第４移行モードに対応する、圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係をそれぞれ記憶する。

第３移行モードに対応する、圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係は、図６の実線５２と二点鎖線５４との間の領域に位置し、且つ、実線５２により近いグラフとなり得る。また、第４移行モードに対応する、圧力Ｐと回転数Ｒとの間の関係は、図６の実線５２と二点鎖線５４との間の領域に位置し、且つ、第３移行モードのグラフよりも二点鎖線５４に近いグラフとなり得る。

以下、レーザ発振器６０において第１〜第４移行モードが設定された場合の動作について説明する。制御部６２は、停電検知部６４によって停電が検知されたとき、直近に圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力を取得する。次いで、制御部６２は、運転モード判別部４８として機能して、取得した圧力値を、停電時に設定されていた圧力制御目標値と照らし合わせる。

ここで、移行モード時に停電が発生した場合においては、停電時に設定されていた圧力制御目標値とは、運転モードの移行先の圧力制御目標値である。具体的には、通常モードから高出力モードへ移行させているときに停電が発生した場合は、高出力モードの圧力制御目標値（第２の目標値β）が設定されている。同様に、通常モードから待機モードへ移行させているときに停電が発生した場合は、待機モードの圧力制御目標値（第３の目標値γ）が設定されている。

通常モードから高出力モードへ移行させているときに停電が発生したとすると、制御部６２は、取得した圧力値と、第２の目標値Ｂとを照らし合わせる。このとき、取得した圧力値が、第２の目標値Ｂ（またはＢの±１０％）とはなっていないことから、制御部６２は、運転モードが通常モードと高出力モードの間の移行モードであると判断できる。

次いで、制御部６２は、取得した圧力値と第２の目標値Ｂとの差δ_Ｐを演算する。そして、制御部６２は、該差δ_Ｐに基づいて、第３移行モードおよび第４移行モードのうちのいずれかを判別する。

例えば、制御部６２は、該差δ_Ｐが予め定められた第１の範囲（ｘ１≦δ_Ｐ≦ｘ２）内にある場合、第３移行モードと判別する一方、該差δ_Ｐが第２の範囲（ｘ３≦δ_Ｐ≦ｘ４、且つ、ｘ４＜ｘ１）内にある場合、第４移行モードと判別する。

次いで、制御部６２は、関係選択部５０として機能して、判別した運転モードに対応する関係を選択する。例えば、制御部６２は、第３移行モードであると判別したとき、記憶部２２に予め記憶されている複数の関係の中から、第３移行モードに対応する関係を選択し、そのデータを記憶部２２から読み出す。

そして、制御部６２は、停電検知部６４によって復電が検知されたとき、直近に圧力計２４によって計測されたレーザ媒質の圧力を取得し、回転数推定部４６として機能して、第３移行モードに対応する関係に基づいて、復電時の送風機１６の回転数Ｒｅを推定する。

このように、通常モード、高出力モード、および待機モードに加えて、複数の移行モードを設定することによって、仮に、レーザ発振器４０、６０の移行モード時に停電等が発生したとしても、復電時に送風機１６の運転を安全且つ迅速に再開することができる。

次に、図８を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係るレーザ発振器７０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。レーザ発振器７０は、共振器部１２、レーザ媒質流路１４、送風機１６、駆動部１８、記憶部２２、圧力計２４、温度計７２、および制御部７４を備える。

温度計７２は、レーザ媒質流路１４内の予め定められた位置７６に設置されており、レーザ媒質流路１４内のレーザ媒質の温度を計測し、温度に係るデータを制御部７４に送信する。制御部７４は、受信した温度に係るデータを記憶部２２に記憶する。制御部７４は、上述の実施形態と同様の回転数推定部３６の機能を有し、駆動部１８を制御する。

本実施形態においては、レーザ媒質流路１４と連通するレーザ媒質供給用流路８０およびレーザ媒質排出用流路８２が設けられている。レーザ媒質供給用流路８０は、レーザ発振器７０の外部に設置されたレーザ媒質供給源に接続されており、該レーザ媒質供給用流路８０を介して、レーザ媒質が、レーザ媒質供給源から、レーザ媒質流路１４に供給される。また、レーザ媒質流路１４内のレーザ媒質は、レーザ媒質排出用流路８２を介して、レーザ媒質流路１４の外部に排出される。

レーザ発振器７０は、レーザ媒質流路１４を外部から密閉するための密閉機構８４をさらに備える。本実施形態においては、密閉機構８４は、バルブ機構であって、レーザ媒質供給用流路８０を開閉可能なバルブ８６と、レーザ媒質排出用流路８２を開閉可能なバルブ８８と、バルブ８６および８８を駆動するバルブ開閉器９０とを有する。バルブ開閉器９０は、制御部７４からの指令に応じて、バルブ８６および８８を開閉させる。

レーザ発振器７０は、レーザ媒質供給用流路８０およびレーザ媒質排出用流路８２の各々における、レーザ媒質の流量を計測する流量計９２をさらに備える。流量計９２は、計測した流量に係るデータを、制御部７４へ送信する。制御部７４は、受信した流量に係るデータを記憶部２２に記憶する。

次に、本実施形態に係るレーザ発振器７０の機能について説明する。上述の実施形態と同様に、制御部７４は、レーザ発振器７０の消費電力を低減する観点から、レーザ発振器７０の運転状況に応じて、送風機１６への電力供給を停止し、送風機１６の運転を停止する。このとき、制御部７４は、バルブ開閉器９０に指令を送り、バルブ８６および８８を閉鎖し、レーザ媒質流路１４を密閉する。

次いで、送風機１６の運転を再開するとき、制御部７４は、直近に圧力計２４によって計測された圧力を取得し、図４に示す回転数Ｒと圧力Ｐとの関係とを記憶部２２から読み出す。そして、制御部７４は、回転数推定部３６として機能して、圧力と関係と基づいて、送風機１６の回転数を推定する。

ここで、本実施形態においては、制御部７４は、送風機１６の回転数をより高精度に推定するために、温度計７２によって計測されたレーザ媒質の温度と、流量計９２によって計測されたレーザ媒質の流量とに基づいて、圧力計２４によって計測された圧力の値を補正する。この機能について、以下に説明する。

図４に示す回転数Ｒと圧力Ｐとの関係は、レーザ媒質流路１４内のレーザ媒質の温度に応じて変化する。したがって、より高精度に送風機１６の回転数を推定するためには、レーザ媒質流路１４内のレーザ媒質の温度に応じて、圧力計２４によって計測された圧力の値を補正し、補正した圧力値に基づいて、送風機１６の回転数を推定する必要がある。例えば、記憶部２２は、レーザ媒質の温度と、該温度における圧力補正値との対応関係を示すデータテーブルを、予め記憶する。

制御部７４は、該データテーブルと、温度計７２によって計測されたレーザ媒質の温度とを用いて、圧力計２４によって計測された圧力の値を補正する。そして、制御部７４は、補正した圧力値を上記関係に適用して、送風機１６の回転数を推定する。このように、本実施形態においては、制御部７４は、レーザ媒質の温度に基づいて、計測されたレーザ媒質の圧力を補正する第１の補正部９４として機能する。

また、図４に示す回転数Ｒと圧力Ｐとの関係は、レーザ媒質流路１４内に供給／排出されるレーザ媒質の流量に応じて変化する。したがって、より高精度に送風機１６の回転数を推定するためには、レーザ媒質流路１４に供給／排出されるレーザ媒質の流量に応じて、圧力計２４によって計測された圧力の値を補正し、補正した圧力値に基づいて、送風機１６の回転数を推定する必要がある。

例えば、記憶部２２は、レーザ媒質流路１４に供給／排出されるレーザ媒質の流量と、該流量における圧力補正値との対応関係を示すデータテーブルを、予め記憶する。制御部７４は、該データテーブルと、流量計９２によって計測された流量とを用いて、圧力計２４によって計測された圧力の値を補正する。そして、制御部７４は、補正した圧力値を上記関係に適用して、送風機１６の回転数を推定する。このように、本実施形態においては、制御部７４は、レーザ媒質の流量に基づいて、計測されたレーザ媒質の圧力を補正する第２の補正部９６として機能する。

上述のように、本実施形態においては、レーザ媒質の温度および流量に基づいて、推定した送風機１６の回転数を補正することによって、空転時の送風機１６の回転数をより高精度に推定することができる。

また、本実施形態によれば、制御部７４は、送風機１６の運転を停止させたときに、密閉機構８４によってレーザ媒質流路１４を密閉する。これにより、レーザ媒質流路１４内におけるレーザ媒質の圧力変動を低減させることができる。その結果、圧力計２４によってレーザ媒質の圧力を正確に計測することが可能となるので、空転する送風機の回転数をより高精度に推定することができる。

なお、上述の実施形態においては、位置２６（すなわち、位置Ａに相当する）に圧力計２４を設置し、該位置２６における回転数Ｒと圧力Ｐとの関係（図４の関係）に基づいて、送風機１６の回転数を推定した場合について述べた。しかしながら、これに限らず、圧力計２４は、例えば図２に示す位置Ｂ、Ｃ、およびＤを含む、如何なるレーザ媒質流路１４の位置に設置されてもよい。この場合、記憶部２２は、圧力計２４が設置される位置における、回転数Ｒと圧力Ｐとの関係を記憶する。

また、上述の実施形態においては、流量計９２が、レーザ媒質供給用流路８０およびレーザ媒質排出用流路８２に設置される場合について述べた。しかしながら、これに限らず、流量計９２は、レーザ媒質流路内の如何なる位置に設置されてもよい。

また、図５に示すレーザ発振器４０に、図７に示す停電検知部６４を組み合わることも可能である。この場合、空転検知部４４は、例えば送風機１６の電圧を監視し、停電検知部６４は、レーザ発振器６０の主電力を監視する。そして、制御部４２は、空転検知部４４および停電検知部６４から送信される信号に基づいて送風機１６の空転を判断し、次いで、空転状態の送風機１６の運転を再開する。

また、説明の便宜上、レーザ発振器１０、４０、６０、および７０は、互いに異なる構成要素（空転検知部４４、運転モード判別部４８、関係選択部５０、停電検知部６４、温度計７２、密閉機構８４、流量計９２、第１の補正部９４、第２の補正部９６）を各々に備えるものとして説明した。しかしながら、レーザ発振器は、これら構成要素を全て備えてもよいし、または、これら構成要素の如何なる組み合わせを備えてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る。しかしながら、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０，４０，６０，７０ レーザ発振器
１２ 共振器部
１４ レーザ媒質流路
１６ 送風機
１８ 駆動部
２０，４２，６２，７４ 制御部
２２ 記憶部
２４ 圧力計
４４ 空転検知部
６４ 停電検知部
６６ 無停電電源
８４ 密閉機構

Claims (10)

1. レーザ発振器であって、
   レーザ光を生成する共振器部と、
   前記共振器部にレーザ媒質を導入するとともに、該共振器部から該レーザ媒質を排出させるレーザ媒質流路と、
   前記レーザ媒質流路に前記レーザ媒質を流動させる送風機と、
   前記送風機を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記レーザ媒質流路の予め定められた位置における前記レーザ媒質の圧力を計測する圧力計と、
   前記予め定められた位置における前記レーザ媒質の圧力と前記送風機の回転数との間の予め定めた関係と、前記圧力計によって計測された前記レーザ媒質の圧力と、に基づいて、前記送風機の回転数を推定する回転数推定部と、を備え、
   前記制御部は、前記送風機への電力供給が停止されて前記送風機が空転しているときに、前記回転数推定部によって推定された前記回転数で前記送風機の運転を再開するように、前記駆動部を制御する、レーザ発振器。
2. 停電時に前記制御部に電力を供給可能な無停電電源をさらに備える、請求項１に記載のレーザ発振器。
3. 前記予め定めた関係を記憶する記憶部をさらに備える、請求項１または２に記載のレーザ発振器。
4. 前記予め定めた関係は、前記レーザ発振器の複数の運転モードの各々に対応する複数の関係を含み、
   前記レーザ発振器は、
   前記送風機への電力供給が停止されたときに前記圧力計によって計測された前記レーザ媒質の圧力と、前記送風機への電力供給が停止されたときの前記レーザ媒質の圧力制御目標値と、を照らし合わせて、前記運転モードを判別する運転モード判別部と、
   前記複数の関係の中から、前記運転モード判別部によって判別された前記運転モードに対応する前記関係を選択する関係選択部と、をさらに備え、
   前記回転数推定部は、前記関係選択部によって選択された前記関係に基づいて、前記送風機の回転数を推定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
5. 前記送風機が空転しているか否かを検知する空転検知部をさらに備え、
   前記空転検知部によって、前記送風機の空転の終了が検知されたときに、前記制御部は、前記駆動部を制御して、前記回転数推定部によって推定された前記回転数で前記送風機の運転を再開する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
6. 停電および復電を検知する停電検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記停電検知部によって復電が検知されたときに、前記駆動部を制御して、前記回転数推定部によって推定された前記回転数で前記送風機の運転を再開する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
7. 前記レーザ媒質流路を密閉する密閉機構をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
8. 前記密閉機構は、前記レーザ媒質流路と連通する他の流路を開閉可能に閉鎖するバルブ機構を有し、
   前記制御部は、前記送風機への電力供給が停止されている間に、前記バルブ機構を閉鎖する、請求項７に記載のレーザ発振器。
9. 前記レーザ媒質の温度を計測する温度計と、
   前記温度計によって計測された前記レーザ媒質の温度に基づいて、前記圧力計によって計測された前記レーザ媒質の圧力を補正する第１の補正部と、をさらに備え、
   前記回転数推定部は、前記第１の補正部によって補正された前記圧力に基づいて、前記送風機の回転数を推定する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
10. 前記レーザ媒質の流量を計測する流量計と、
    前記流量計によって計測された前記レーザ媒質の流量に基づいて、前記圧力計によって計測された前記レーザ媒質の圧力を補正する第２の補正部と、をさらに備え、
    前記回転数推定部は、前記第２の補正部によって補正された前記圧力に基づいて、前記送風機の回転数を推定する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ発振器。

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