JP6166310B2 - レーザ発振部、空気冷却機、および除湿器を共通の冷却水にて冷却するレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ装置に関する。

レーザ光源は発熱するために、レーザ光源を冷却する機構を備えるレーザ装置が知られている。特に、高出力のレーザ装置では、レーザ光源を冷却するために冷却水を使用する。ところが、冷却水によって冷却されて温度が低下した部分に湿度の高い空気が接触すると、結露によって水滴が付着する。この水滴によりレーザ装置が故障する場合がある。

たとえば、レーザダイオードを発光源とするレーザ装置においては、微小な素子に駆動電圧が印加されるために内部の電界強度が大きくなる。レーザダイオードの電極等に水滴が付着すると、容易に短絡が生じてレーザダイオードに致命的な損傷を与える場合がある。また、炭酸ガスレーザ装置では、レーザ発振のために高電圧が印加されている。このために、レーザ装置の内部で結露が生じると、スパークが発生して電極や周辺部品が損傷する場合がある。これらの他にも、レーザ装置の各部分に水滴が付着すると、その部分に汚染や腐食が発生して、著しい信頼性の低下を招く場合がある。

特許第５６５１３９６号公報においては、レーザ光源およびファイバレーザモジュールにドライエアーを供給して除湿するファイバレーザ発振器が開示されている。特許第３３３８９７４号公報においては、レーザ発振部に設けられた第１の冷却水通路と、レーザ電源部に設けられた第２の冷却水通路と、冷却水を温調する熱交換器と、冷却水を第１の冷却水通路および第２の冷却水通路に供給するポンプとを備えるレーザ装置が開示されている。

特開２００１−３２６４１０号公報には、レーザダイオードバーを積層したスタックに当接するヒートシンクと、ヒートシンクの内部の冷媒流路に冷却水を供給する冷媒供給機構とを備える半導体レーザの冷却装置が開示されている。この冷却装置は、スタックの温度が結露発生値に近いか否かを判定して、冷媒流路への冷却流体の流量を調整している。

冷却装置としては、圧縮機を備える装置の他に、ペルチェ素子を含む装置が知られている。たとえば、特開２０１５−１２０６３号公報には、光源デバイスを含む第１領域に設置される第１ペルチェ素子と、光学窓を含む結露防止対象の第２領域に対して離れた位置に設置される第２ペルチェ素子とを有する映像出力装置が開示されている。この映像出力装置は、第１ペルチェ素子により第１領域を冷却し、第２ペルチェ素子により第２ペルチェ素子の付近の第３領域を冷却することが開示されている。

特許第５６５１３９６号公報 特許第３３３８９７４号公報 特開２００１−３２６４１０号公報 特開２０１５−１２０６３号公報

レーザ装置の内部の空間では、発熱部品から放出される熱や、環境温度の上昇に伴って外部からレーザ装置の内部に伝達される熱等により温度が上昇する。レーザ装置は、発熱部品を冷却水により冷却することができる。レーザ装置は、冷却水による冷却に伴う結露を防ぐために、乾燥して冷却された空気を装置の内部に送風する空冷の盤用クーラを備えることが知られている。盤用クーラにより、発熱部品によるレーザ装置の内部の温度上昇を抑え、更に、レーザ装置の内部の空気の露点を下げることができる。

ところが、盤用クーラと冷却水を用いる冷却装置とを併用している場合には、環境温度が上昇すると、外部から入り込む熱量が増加するのに対して、盤用クーラの冷却能力は低下する。このために、盤用クーラは、冷却能力に十分な余裕を有することが必要になる。すなわち、大型の盤用クーラが必要であり、レーザ装置が大型になる。また、空冷式のクーラは空気の取入口が必要であり、異物がレーザ装置の内部に侵入する場合がある。このために、レーザ装置の内部の保守、信頼性、または美観に問題が生じる場合がある。

また、レーザ装置を配置する環境や季節によっては、冷却水の温度が下がり過ぎる場合がある。この場合に、レーザ装置の起動時に低温の冷却水を流すと結露が発生する虞がある。このために、冷却水の温度が所定の温度まで上昇するまで、レーザ光源を駆動することができないという不便さがあった。すなわち、レーザ装置の起動に時間がかかるという問題があった。

本発明のレーザ装置は、レーザ光源で発生した熱が伝達される受熱部を含むレーザ発振部と、レーザ発振部が内部に配置された筐体と、筐体の内部の空気の熱を吸収する吸熱部を有する空気冷却機と、低温部および低温部よりも高温になる高温部を有する除湿器と、受熱部、吸熱部、および高温部に冷却水を供給する冷却水管を含む冷却水供給装置とを備える。空気冷却機および除湿器は、筐体の内部に配置されている。筐体は、内部の空間がほぼ密閉されるように密閉構造を有している。冷却水管は、受熱部、吸熱部および高温部が並列に接続されるように分岐している。冷却水供給装置は、受熱部、吸熱部および高温部に同一の温度の共通の冷却水を供給する。

上記発明においては、レーザ光源は、半導体素子を含むレーザダイオード部により構成されており、発光源または励起光源であることができる。

上記発明においては、駆動した時に発熱するレーザ光源以外の発熱部を更に備え、発熱部は、筐体の内部に配置されており、冷却水管は、冷却水が発熱部に供給されるように分岐しており、冷却水供給装置は、受熱部、吸熱部、高温部および発熱部に同一の温度の共通の冷却水を供給することができる。

上記発明においては、除湿器は、ペルチェ素子を有する電子冷却器であることができる。

上記発明においては、冷却水管は、筐体の内部で分岐して受熱部、吸熱部および高温部に冷却水を供給しており、受熱部、吸熱部および高温部から流出する冷却水が流れる分岐した管は、筐体の内部で合流していることができる。

上記発明においては、冷却水供給装置を制御する制御装置を備え、冷却水管の分岐した管は、受熱部に接続された第１の分岐管と、吸熱部に接続された第２の分岐管と、高温部に接続された第３の分岐管とを含むことができる。冷却水供給装置は、第１の分岐管に配置された第１の電磁弁と、第２の分岐管に配置された第２の電磁弁と、第３の分岐管に配置された第３の電磁弁とを含むことができる。レーザ装置の起動時に、制御装置は、第３の電磁弁を開いて除湿器を起動する制御と、除湿器が起動した後に、第１の電磁弁および第２の電磁弁を同時に開く制御または第２の電磁弁を開いた後に第１の電磁弁を開く制御と、第１の電磁弁および第２の電磁弁が開いた後に、レーザ光源への電気の供給を開始する制御とを実施することができる。また、レーザ装置の停止時に、制御装置は、レーザ光源への電気の供給を停止する制御と、レーザ光源への電気の供給を停止した後に、第１の電磁弁および第２の電磁弁を同時に閉じる制御または第１の電磁弁を閉じた後に第２の電磁弁を閉じる制御と、第１の電磁弁および第２の電磁弁が閉じた後に、第３の電磁弁を閉じて除湿器を停止する制御とを実施することができる。

上記発明においては、空気冷却機は、吸熱部に空気を流通させるファンを含み、低温部は、吸熱部にて冷却された空気が接触するように吸熱部の下流側に配置されることができる。

上記発明においては、除湿器を制御する制御装置を備え、除湿器の高温部は、筐体に熱を伝えるように筐体に連結されており、制御装置は、レーザ発振部が駆動している時に、高温部に冷却水を供給すると共に第１の駆動電圧にてペルチェ素子を駆動し、レーザ発振部が停止している時に、高温部に冷却水を供給せずに第１の駆動電圧よりも低い第２の駆動電圧にてペルチェ素子を駆動することができる。

本発明は、結露を抑制する同等の性能のレーザ装置と比較して、相対的に小型で低コストのレーザ装置を提供することができる。

実施の形態における第１のレーザ装置の概略断面図である。 比較例のレーザ装置の概略断面図である。 実施の形態におけるレーザ装置を起動するときの制御のフローチャートである。 実施の形態におけるレーザ装置を停止するときの制御のフローチャートである。 実施の形態における第２のレーザ装置の本体の概略断面図である。 実施の形態における第３のレーザ装置の本体の概略断面図である。

図１から図６を参照して、実施の形態におけるレーザ装置について説明する。図１に、実施の形態における第１のレーザ装置の概略断面図を示す。第１のレーザ装置１は、半導体レーザ装置である。レーザ装置１は、筐体５を備える。筐体５は、内部の空間がほぼ密閉されるように密閉構造を有している。

レーザ装置１は、レーザ光を発振するレーザ発振部１０を備える。レーザ発振部１０は、レーザダイオード部１１と、レーザダイオード部１１が固定された水冷板１２とを含む。レーザダイオード部１１は、半導体素子を含む発光源である。例えば、レーザダイオード部１１から放出されたレーザ光は、他の部材を加工するために他の部材に照射される。なお、レーザダイオード部１１は、励起するための光を放出する励起光源として用いられても構わない。

水冷板１２は、レーザダイオード部１１を冷却する熱交換器である。本実施の形態では、水冷板１２の表面に複数のレーザダイオード部１１が配置されている。水冷板１２は、レーザダイオード部１１で発生した熱が伝達される受熱部として機能する。水冷板１２の内部には冷却水が流れる管が配置されている。

レーザ装置１は、筐体５の内部の空気を冷却する空気冷却機１５を備える。空気冷却機１５は、吸熱ユニットである。空気冷却機１５は、筐体５の内部の空気の熱を吸収する吸熱部としてラジエータ１６を含む。ラジエータ１６は、複数のフィンおよびフィンに接続された冷却水が流れる管にて構成されている。ラジエータ１６は、冷却水により冷却される熱交換器である。

空気冷却機１５は、ラジエータ１６の近傍に配置された吸熱用ファン１７を含む。吸熱用ファン１７は、ラジエータ１６に空気を流通させるファンである。吸熱用ファン１７が駆動することにより、矢印８３に示すように空気の流れが生じる。そして、ラジエータ１６において空気の流れが生じて、筐体５の内部の空気を冷却することができる。

レーザ装置１は、筐体５の内部の空気を除湿する除湿器２１を備える。第１のレーザ装置１の除湿器２１は、電子冷却器である。本実施の形態の電子冷却器は、ペルチェ素子２２を含む。ペルチェ素子２２は、電気を供給することにより温度が低下する低温板２３と、低温板２３よりも高温になる高温板２４とを含む。低温板２３と高温板２４との間には、熱電半導体が配置されている。

低温板２３には、低温部として機能する結露用フィン２５が接続されている。高温板２４には、低温部よりも高温になる高温部として機能する水冷板２７が接続されている。水冷板２７の内部には、冷却水が流れる管が挿通している。水冷板２７は、冷却水により冷却される熱交換器である。

除湿器２１は、結露用フィン２５に空気を流通させる結露用ファン２６を含む。結露用ファン２６が駆動することにより、矢印８４に示すように空気の流れが生じる。ペルチェ素子２２が駆動することにより、結露用フィン２５の温度が低下する。結露用フィン２５の表面において空気が結露することにより、筐体５の内部の空気を除湿することができる。結露用ファン２６が駆動することにより、筐体５の内部において空気が循環する。このために、筐体５の内部の空気の全体を均一に除湿することができる。なお、結露用フィン２５に付着した水滴は滴下してドレンパンに集められる。ドレンパンに集められた水滴は、レーザ装置１の外部に排出される。

レーザ装置１は、レーザ発振部１０のレーザダイオード部１１に電気を供給する電源５５を備える。本実施の形態では、吸熱用ファン１７、結露用ファン２６、およびペルチェ素子２２には他の電源から電気が供給される。

本実施の形態においては、レーザ発振部１０、空気冷却機１５および除湿器２１は、筐体５の内部に配置されている。すなわち、密閉空間の内部に配置されている。さらに、電源５５は、筐体５の内部に配置されている。

レーザ装置１は、冷却水を供給する冷却水供給装置８を備える。冷却水供給装置８は、レーザ発振部１０、空気冷却機１５および除湿器２１に冷却水を供給する。冷却水供給装置８は、冷却水の温度を調整する温度調整機７を含む。温度調整機７は、例えば、冷却水が予め定められた温度になるように冷却水の温度を調整する。

冷却水供給装置８は、レーザ発振部１０の水冷板１２、空気冷却機１５のラジエータ１６、および除湿器２１の水冷板２７に冷却水を供給する冷却水管３６を含む。冷却水管３６は、矢印８１に示すように、温度調整機７から冷却水を供給する流入管３０を含む。

冷却水管３６は、流入管３０から分岐する分岐管を含む。本実施の形態における冷却水管３６は、水冷板１２、ラジエータ１６、および水冷板２７が並列に接続されるように分岐している。冷却水管３６は、レーザ発振部１０の水冷板１２に接続された第１の分岐管３１と、ラジエータ１６に接続された第２の分岐管３２と、除湿器２１の水冷板２７に接続されと第３の分岐管３３とを含む。また、冷却水管３６は、電源５５に接続された第４の分岐管３４を含む。

第１の分岐管３１は、水冷板１２の内部を挿通する。第２の分岐管３２は、ラジエータ１６のフィンに接続されている。第３の分岐管３３は、水冷板２７の内部を挿通する。第４の分岐管３４は、電源５５の内部を挿通する。それぞれの分岐管に冷却水が流れることにより、水冷板１２、ラジエータ１６、水冷板２７および電源５５を冷却することができる。

複数の分岐管３１〜３４は、所定の部分を冷却した後に合流する。第１の分岐管３１、第２の分岐管３２、第３の分岐管３３、および第４の分岐管３４は、流出管３５に接続されている。矢印８２に示すように、流出管３５から冷却水が流出する。冷却水は、温度調整機７にて、温度が調整された後に流入管３０に供給される。

第１の分岐管３１において、水冷板１２よりも上流側には第１の電磁弁４１が配置されている。第２の分岐管３２において、ラジエータ１６よりも上流側には第２の電磁弁４２が配置されている。第３の分岐管３３において、水冷板２７よりも上流側には、第３の電磁弁４３が配置されている。第４の分岐管３４において、電源５５よりも上流側には、第４の電磁弁４４が配置されている。このように、それぞれの分岐管には、冷却水の流路を開閉できる電磁弁４１〜４４が配置されている。電磁弁４１〜４４を開放することにより対象の部材に冷却水を供給することができる。

第１の分岐管３１において、水冷板１２から冷却水が戻る流路には第５の電磁弁４６が配置されている。第２の分岐管３２において、ラジエータ１６から冷却水が戻る流路には第６の電磁弁４７が配置されている。第３の分岐管３３において、水冷板２７から冷却水が戻る流路には、第７の電磁弁４８が配置されている。第４の分岐管３４において、電源５５から冷却水が戻る流路には、第８の電磁弁４９が配置されている。このように、それぞれの部材から戻る流路の途中に、電磁弁４６〜４９が配置されている。本実施の形態の電磁弁４６〜４９は、同一の分岐管３１〜３４に配置されている電磁弁４１〜４４と同期して開閉される。この構成により、分岐管の冷却水の流れを確実に制御することができる。なお、電磁弁４６〜４９は、配置されていなくても構わない。

本実施の形態の冷却水供給装置８は、受熱部としての水冷板１２と、吸熱部としてのラジエータ１６と、高温部としての水冷板２７に、共通の冷却水を供給するように形成されている。冷却水供給装置８は、それぞれの部材に同一の温度の冷却水を供給するように形成されている。

レーザ装置１は、制御装置６１を備える。本実施の形態の制御装置６１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory)等を含む演算処理装置によって構成されている。制御装置６１は、レーザ発振部１０と、空気冷却機１５と、除湿器２１を制御する。また、制御装置６１は、電源５５および冷却水供給装置８を制御する。特に、制御装置６１は、温度調整機７、冷却水を供給する分岐流路に配置された電磁弁４１〜４４、および冷却水が戻る分岐流路に配置された電磁弁４６〜４９を制御するように形成されている。

また、筐体５の内部には、筐体５の内部の空気の湿度を検出する湿度センサ６２が配置されている。本実施の形態においては、湿度センサ６２は、レーザ発振部１０の近傍に配置されている。湿度センサ６２によって検出される湿度の信号は、制御装置６１に送出される。

図２に、比較例のレーザ装置の概略断面図を示す。比較例のレーザ装置は、筐体５の内部の空気を盤用クーラ６６により冷却する。筐体５の内部には、レーザ発振部１０およびレーザ発振部１０に電気を供給する電源５５が配置されている。レーザ発振部１０および電源５５が駆動すると発熱する。レーザ発振部１０および電源５５は、第１の分岐管３１および第４の分岐管３４を流れる冷却水により冷却されている。しかしながら、筐体５の内部の空気の温度は上昇する。盤用クーラ６６は、筐体５の内部の空気を冷却すると共に除湿する。

盤用クーラ６６は、筐体５の外側に配置されている。盤用クーラ６６は、矢印８６に示すように筐体５の内部の空気を吸入する。盤用クーラ６６は、矢印８５に示すように、筐体５の内部に冷却および除湿した空気を供給する。盤用クーラ６６には、矢印８８に示すように外部の空気が供給される。また、盤用クーラ６６は矢印８７に示すように冷却に使用した空気を排出する。

比較例のレーザ装置では、筐体５の内部に配置された発熱する部材を冷却水により冷却する。また、筐体５の内部の空気を盤用クーラ６６により冷却および乾燥する。盤用クーラ６６は、環境温度が上昇すると、外部から流入する熱量が増加するために、盤用クーラ６６の冷却能力が低下する。このために、比較例のレーザ装置では、冷却能力に余裕を有する大型の盤用クーラ６６を採用する必要がある。この結果、レーザ装置が大型になる。

図１を参照して、本実施の形態のレーザ装置１では、筐体５の内部の空気は空気冷却機１５にて冷却する。更に、除湿器２１にて筐体５の内部の空気を除湿する。本実施の形態のレーザ装置１は、除湿のための最小限の能力の除湿器２１以外の冷却機構を必要としないため、効率の高い冷却構造を実現することができる。筐体５の内部の除湿は、冷却能力の小さい除湿器にて行うことができる。レーザ装置１は、全ての冷却を一括して循環式の冷却水供給装置８にて行うために、冷却能力の大きい盤用クーラを配置する場合に比べて小型化を図ることができる。または低コストにてレーザ装置を形成することができる。

本実施の形態の冷却水供給装置８は、レーザ光源からの熱を受けるレーザ発振部１０の水冷板１２（受熱部）、筐体５の内部の空気の温度を下げる空気冷却機１５のラジエータ１６（吸熱部）、および除湿器２１の水冷板２７（高温部）に対して、ほぼ同一の温度の冷却水を供給する。このために、結露用フィン２５が水冷板１２，２７およびラジエータ１６よりも低温になる。例えば、結露用フィン２５の温度は、水冷板１２，２７およびラジエータ１６よりも数℃以上低くなる。そして、結露用フィン２５において、選択的に結露が生じて除湿することができる。水冷板１２，２７およびラジエータ１６にて結露が生じることを抑制できる。

特に、レーザ装置１の起動時には、冷却水の温度が低い場合でも結露用フィン２５以外の部分に結露が生じることを抑制できる。レーザ装置１の周りの気温に余り影響を受けずに短時間でレーザ装置１を起動することができる。

また、環境温度が上昇した場合には、筐体５の内部の空気の温度が上昇する。比較例のレーザ装置では、環境温度が上昇した場合に、空冷式の盤用クーラ６６を使用しているために冷却能力が低下する。これに対して本実施の形態の空気冷却機１５のラジエータ１６の吸熱量は、接触する空気の温度と冷却水の温度との差にほぼ比例する。ラジエータ１６には、ほぼ一定の温度の冷却水が供給される。空気冷却機１５は、ラジエータ１６に接触する空気の温度が上昇すると、冷却能力（吸熱量）が増加する。すなわち、空気冷却機１５は、環境温度が上昇するほど冷却能力が向上する。このために、環境温度の上昇による筐体５の内部の温度上昇は効果的に抑制される。また、温度がほぼ一定の冷却水にて水冷板２７を冷却しているために、除湿器２１の結露用フィン２５の温度は殆んど上昇せずに、効果的に除湿することができる。

本実施の形態のレーザ光源は、半導体素子を含むレーザダイオード部１１により構成されている。レーザダイオード部１１およびレーザダイオード部１１の周りの密集した配線部分等に結露が生じると、短絡による焼損等の重大な損傷を生じる場合がある。本発明は、レーザダイオード部１１等を含む半導体レーザ装置に好適である。本実施の形態のレーザ装置１では、レーザダイオード部１１の熱を受ける水冷板１２よりも選択的に結露用フィン２５にて結露が生じるために、レーザダイオード部１１の破損を効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態では、電源５５が筐体５の内部に配置されている。電源５５は、駆動した時に発熱するレーザ光源以外の発熱部に相当する。冷却水管３６は、冷却水が電源５５に供給されるように分岐している。冷却水供給装置８は、水冷板１２，２７、ラジエータ１６および電源５５に共通の冷却水を供給している。レーザ光源以外の発熱する部品も直接的に水冷することによって、筐体５の内部の空気にて冷却するよりも効率的に冷却することができる。レーザ光源以外の発熱する部品に結露が生じることを抑制できる。

レーザ光源以外の発熱部としては、電源に限られず、筐体の内部で発熱する任意の部材が相当する。たとえば、熱を発する電気回路や変圧器等が発熱部に相当する。本実施の形態のレーザ装置１は、筐体５の内部で発生した熱は、筐体５の表面における自然対流や輻射による放熱を除いて、全て冷却水を用いて放熱する。このために、筐体５には空気の吸気口および排気口は不要である。筐体５に空気の吸気口および排気口を設けないことによって、レーザ装置１の内部に塵や埃等が侵入して故障することを抑制できる。また、空気の吸気口に配置するフィルタの交換等が不要になる。このように、レーザ装置１の信頼性が向上すると共に保守が容易になる。また、レーザ装置１の美観が向上する。

本実施の形態の除湿器２１は、ペルチェ素子２２を有する電子冷却器である。電子冷却器の冷却能力は余り高くないが、本実施の形態のレーザ装置１では空気の冷却の為に使用せずに除湿のために使用している。このために、電子冷却器の冷却能力で十分に除湿を行うことができる。更に、電子冷却器は、エネルギー消費量が少ない、故障が少ない、および小型であるという特長を有する。

本実施の形態の冷却水管３６は、筐体５の内部で分岐して水冷板１２，２７およびラジエータ１６に冷却水を供給している。また、水冷板１２，２７およびラジエータ１６から流出する冷却水が流れる分岐管は、筐体５の内部で合流している。この構成により、冷却水管の分岐する位置を熱交換器の近くに配置することができる。水冷板１２，２７およびラジエータ１６に供給する冷却水に温度の差が生じることを抑制できる。また、レーザ装置１を所望の場所に設置する場合に、冷却水管を接続する箇所が減少して、容易にレーザ装置１を設置することができる。

空気冷却機１５は、ラジエータ１６に空気を流通させる吸熱用ファン１７を含む。結露用フィン２５は、ラジエータ１６にて冷却された空気が接触するようにラジエータ１６よりも下流側に配置されている。すなわち、吸熱用ファン１７が駆動することにより矢印８３に示す空気の流れが生じる。この空気の流れ方向において、ラジエータ１６よりも下流側に結露用フィン２５が配置されている。ラジエータ１６を通過した空気は温度が低下して湿度が高くなっている。湿度が高い空気を除湿器２１の結露用フィン２５に接触させることができるために、結露を促進することができる。この結果、筐体５の内部を効果的に除湿することができる。

本実施の形態の筐体５は、内部の空間がほぼ密閉されるように形成されている。筐体５は、完全に密閉されていることが好ましい。しかしながら、筐体５は、除湿器２１にて除湿が可能であり、空気冷却機１５にて空気の冷却が可能であるように、十分に密閉されていれば構わない。すなわち、除湿器２１にて除湿が可能な場合等には、僅かに空気の流入または流出があっても構わない。

図３に、本実施の形態におけるレーザ装置を起動する時の制御のフローチャートを示す。図１および図３を参照して、レーザ装置１を起動する場合には、作業者が制御装置６１に起動する指令を入力する。制御装置６１は、温度調整機７を駆動して冷却水の温度の調整が可能な状態にする。温度調整機７は、矢印８１に示す様に供給する冷却水の温度が予め定められた温度に維持されるように制御される。

ステップ１０１において、制御装置６１は、第３の電磁弁４３および第７の電磁弁４８を開く。除湿器２１の水冷板２７に冷却水が供給される。なお、冷却水が流出する側に配置された電磁弁４６〜４９は常に開放されていても構わない。

ステップ１０２において、制御装置６１は、ペルチェ素子２２に通電してペルチェ素子２２を起動する。ペルチェ素子２２の低温板２３および結露用フィン２５の温度が低下する。高温板２４の温度は上昇するが、水冷板２７により高温板２４を冷却することができる。また、制御装置６１は、結露用ファン２６を駆動する。このように、制御装置６１は、除湿器２１を起動する。除湿器２１が駆動することにより、筐体５の内部の空気を除湿することができる。筐体５の内部の湿度を低下させることができる。

次に、ステップ１０３において、制御装置６１は、筐体５の内部の湿度が充分に低くなったか否かを判別する。制御装置６１は、筐体５の内部の空気の湿度が予め定められた湿度判定値未満であるか否かを判別する。筐体５の内部の空気の湿度は、湿度センサ６２にて検出することができる。湿度判定値としては、たとえば、水冷板１２およびラジエータ１６に冷却水を供給しても結露が生じない低い湿度を設定することができる。ステップ１０３において、制御装置６１は、筐体５の内部の空気の湿度が湿度判定値以上である場合には、この制御を繰り返す。筐体５の内部の空気の湿度が湿度判定値未満である場合には、ステップ１０４に移行する。

次に、ステップ１０４において、制御装置６１は、第２の電磁弁４２および第６の電磁弁４７を開く。また、制御装置６１は、吸熱用ファン１７を駆動する。このように、制御装置６１は、空気冷却機１５を駆動する。筐体５の内部の空気の冷却を開始することができる。

次に、ステップ１０５において、制御装置６１は、第１の電磁弁４１および第５の電磁弁４６を開く。この制御により、水冷板１２に冷却水を供給することができる。

ステップ１０６において、制御装置６１は、第４の電磁弁４４および第８の電磁弁４９を開いて、電源５５を起動する。そして、制御装置６１は、レーザダイオード部１１への電気の供給を開始する。すなわち、レーザ発振部１０は、レーザ光の発振を開始する。

なお、本実施の形態においては、第２の電磁弁４２を開いた後に第１の電磁弁４１を開いているが、この形態に限られず、第２の電磁弁４２と第１の電磁弁４１とは同時に開いても構わない。たとえば、空気冷却機１５とレーザ発振部１０とは同時に起動しても構わない。

本実施の形態のレーザ装置１の運転開始時の制御では、除湿器２１を最初に起動して湿度が下がった後にレーザ発振部１０の水冷板１２および空気冷却機１５のラジエータ１６に冷却水を供給する。このために、除湿器２１の結露用フィン２５以外の部分に結露が生じることを効果的に抑制することができる。特に、レーザ発振部１０に結露が生じることを効果的に抑制することができる。湿度の低い状態でレーザダイオード部１１に通電することができて、レーザ発振部１０の故障を抑制することができる。

なお、上記の制御においては、筐体５の内部の湿度が湿度判定値よりも低くなった場合に第２の電磁弁４２を開いているが、この形態に限られず、ステップ１０２におけるペルチェ素子２２の起動から予め定められた時間の経過後に、第２の電磁弁４２を開いても構わない。

図４に、本実施の形態のレーザ装置を停止する時の制御のフローチャートを示す。レーザ装置１にてレーザ光を発振している状態では、電磁弁４１〜４４，４６〜４９は開いている。そして、レーザダイオード部１１に電気が供給されている。

ステップ１１１において、制御装置６１は、レーザダイオード部１１への電気の供給を停止する。レーザ発振部１０は、レーザ光の発振を停止する。

次に、ステップ１１２において、制御装置６１は、第１の電磁弁４１および第５の電磁弁４６を閉止する。すなわち、レーザ発振部１０の水冷板１２への冷却水の供給を停止する。また、制御装置６１は、電源５５を停止して、第４の電磁弁４４および第８の電磁弁４９を閉止する。

ステップ１１３において、制御装置６１は、電気の供給を停止した後の予め定められた時間の経過後に、第２の電磁弁４２および第６の電磁弁４７を閉止する。すなわち、制御装置６１は、空気冷却機１５への冷却水の供給を停止する。また、制御装置６１は、吸熱用ファン１７を停止する。なお、ステップ１１２とステップ１１３とは、同時に行っても構わない。たとえば、空気冷却機１５とレーザ発振部１０とは同時に停止しても構わない。

次に、ステップ１１４において、制御装置６１は、第２の電磁弁４２を閉止してから予め定められた時間が経過した後に、除湿器２１のペルチェ素子２２を停止する。すなわち、ペルチェ素子２２への電気の供給を停止する。また、制御装置６１は、結露用ファン２６を停止する。

次に、ステップ１１５において、制御装置６１は、ペルチェ素子２２を停止してから予め定められた時間が経過した後に、第３の電磁弁４３および第７の電磁弁４８を閉止する。このように、制御装置６１は、除湿器２１の水冷板２７の冷却水の供給を停止する。そして、制御装置６１は、冷却水供給装置８を停止する。

本実施の形態のレーザ装置１の運転終了時の制御では、レーザ発振部１０および空気冷却機１５を停止させた後に除湿器２１を停止する。このために、除湿器２１の結露用フィン２５以外の部分に結露が生じることを効果的に抑制することができる。特に、レーザ発振部１０に結露が生じることを効果的に抑制することができる。レーザダイオード部１１の通電が停止するまで、湿度の低い状態を維持することができて、レーザ発振部１０の故障を抑制することができる。

図３および図４を参照して、電源５５に冷却水を供給する電磁弁４４，４９については、起動時には筐体５の内部の空気が湿度判定値未満になった後の任意の時期に開くことができる。また、停止時には、除湿器２１を停止する前の任意の時期に閉じることができる。たとえば、電磁弁４４，４９は、第１の電磁弁４１と同時に開閉を行うことができる。電源５５以外の発熱部に冷却水を供給する場合にも、分岐管に電磁弁を配置して、同様の制御を実施することができる。

図５に、本実施の形態における第２のレーザ装置の本体の概略断面図を示す。第２のレーザ装置２においても、制御装置および温度調整機を備えることは、第１のレーザ装置１と同様である。第２のレーザ装置２は、除湿器２１の配置が第１のレーザ装置１と異なる。第２のレーザ装置２の除湿器２１は、高温部として機能する水冷板２７が筐体５に接触している。水冷板２７は、筐体５に熱を伝えるように筐体５に連結されている。

ペルチェ素子２２の駆動電圧を下げると、冷却能力は低下するが冷却効率は向上する。除湿器２１は、筐体５に放熱するだけで除湿機能を発揮する。このために、第３の分岐管３３に冷却水を流さなくても、筐体５の内部の空気を除湿することができる。

第２のレーザ装置２においては、制御装置６１は、レーザ発振部１０が駆動している時に、水冷板２７に冷却水を供給する。この制御は、第１のレーザ装置１と同様である。制御装置６１は、第１の駆動電圧にてペルチェ素子２２を駆動する。これに対して、制御装置６１は、レーザ発振部１０が停止している時に、水冷板２７に冷却水を供給せずに第２の駆動電圧にてペルチェ素子２２を駆動する。第２の駆動電圧は、第１の駆動電圧よりも低い電圧である。

レーザ発振部１０を停止している期間にペルチェ素子２２に電気を供給することにより、筐体５の内部の空気の除湿を行うことができる。レーザ発振部１０を長期間停止している場合にも筐体５の内部の湿度を低く維持することができる。そして、レーザ装置２の起動時間を短くすることができる。また、レーザ発振部１０の停止期間中に、気候や環境の変化により、レーザ装置２の内部に結露が生じることを抑制できる。レーザ装置２の内部の結露により、部品の汚染や腐食が生じて信頼性が低下することを抑制できる。

なお、図３に示す起動時の制御を実施する場合には、ステップ１０２において、ペルチェ素子２２の駆動電圧を第２の駆動電圧から第１の駆動電圧に上昇させる制御を実施することができる。図４に示す停止時の制御を実施する場合には、ステップ１１４において、ペルチェ素子２２に印加する駆動電圧を第１の駆動電圧から第２の駆動電圧まで低下する制御を実施することができる。

第２のレーザ装置２のその他の構成、作用および効果は、第１のレーザ装置１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

図６に、本実施の形態における第３のレーザ装置の本体の概略断面図を示す。第３のレーザ装置３は、炭酸ガスレーザ装置である。第３のレーザ装置３のレーザ発振部２０は、内部に二酸化炭素が充填された放電管１３と、二酸化炭素を循環させるガス管１４とを含む。放電管１３の内部では気体が放電してレーザ光が励起される。放電管１３は、レーザ光源に相当する。

レーザ発振部２０は、放電管１３の内部で高温になった気体を冷却するための送風機としてのターボブロア１８を含む。ターボブロア１８は、ガス管１４にて放電管１３と接続されている。レーザ発振部２０は、ターボブロア１８を冷却するための水冷ジャケット１９を含む。第３のレーザ装置３では、水冷ジャケット１９がレーザ光源で発生した熱が伝達される受熱部に相当する。水冷ジャケット１９の内部には、第１の分岐管３１が挿通している。水冷ジャケット１９は、第１の分岐管３１を流れる冷却水により冷却される。

第３のレーザ装置３の空気冷却機１５は、第１のレーザ装置１の空気冷却機と同様である。空気冷却機１５は、第２の分岐管３２が接続されたラジエータ１６と、吸熱用ファン１７とを含む。

また、第３のレーザ装置３では、筐体５の内部の空気を除湿するための除湿器２１は、コンプレッサを備える循環式冷却機２９を含む。循環式冷却機２９では、冷却ヘッド２８が低温になり、圧縮した冷媒から発生する熱により高温板２４が高温になる。高温板２４は、水冷板２７に固定され、水冷板２７により冷却される。冷却ヘッド２８には、結露用フィン２５が固定されている。そして、結露用フィン２５に対向するように、結露用ファン２６が配置されている。結露用フィン２５は、除湿器２１の低温部に相当する。また、水冷板２７が高温部に相当する。水冷板２７には、第３の分岐管３３が挿通している。このように、除湿器は電子冷却器に限られず、小型の循環式冷却機等を採用することができる。

第３のレーザ装置３では、レーザ光の発振のために放電管１３に配置される電極に高い電圧が印加される。このために、筐体５の内部で結露が生じると、スパークが発生して電極や放電管１３の周辺の部品が損傷する場合がある。第３のレーザ装置３においても、結露用フィン２５にて選択的に結露を生じさせることができて、結露によりレーザ装置３の故障を抑制することができる。また、第３のレーザ装置３は、第１のレーザ装置１と同様に、小型化を図ることができる。

第３のレーザ装置３のその他の構成、作用および効果は、第１のレーザ装置１および第２のレーザ装置２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

本発明は、高出力のレーザ光を出射するために、レーザ光源で大量の熱が発生するレーザ装置に好適である。このような高出力のレーザ装置としては、板金の切断用のレーザ装置または溶接用のレーザ加工機を例示することができる。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１，２，３ レーザ装置
５ 筐体
７ 温度調整機
８ 冷却水供給装置
１０，２０ レーザ発振部
１１ レーザダイオード部
１２ 水冷板
１３ 放電管
１５ 空気冷却機
１６ ラジエータ
１７ 吸熱用ファン
１９ 水冷ジャケット
２１ 除湿器
２２ ペルチェ素子
２３ 低温板
２４ 高温板
２５ 結露用フィン
２６ 結露用ファン
２７ 水冷板
２８ 冷却ヘッド
２９ 循環式冷却機
３０ 流入管
３１ 第１の分岐管
３２ 第２の分岐管
３３ 第３の分岐管
３４ 第４の分岐管
３５ 流出管
３６ 冷却水管
４１ 第１の電磁弁
４２ 第２の電磁弁
４３ 第３の電磁弁
４４ 第４の電磁弁
４６ 第５の電磁弁
４７ 第６の電磁弁
４８ 第７の電磁弁
４９ 第８の電磁弁
５５ 電源
６１ 制御装置
６２ 湿度センサ

Claims (8)

1. レーザ光源で発生した熱が伝達される受熱部を含むレーザ発振部と、
   レーザ発振部が内部に配置された筐体と、
   前記筐体の内部の空気の熱を吸収する吸熱部を有する空気冷却機と、
   低温部および前記低温部よりも高温になる高温部を有する除湿器と、
   前記受熱部、前記吸熱部、および前記高温部に冷却水を供給する冷却水管を含む冷却水供給装置とを備え、
   空気冷却機および除湿器は、前記筐体の内部に配置されており、
   前記筐体は、内部の空間がほぼ密閉されるように密閉構造を有しており、
   冷却水管は、前記受熱部、前記吸熱部および前記高温部が並列に接続されるように分岐しており、
   冷却水供給装置は、前記受熱部、前記吸熱部および前記高温部に同一の温度の共通の冷却水を供給する、レーザ装置。
2. レーザ光源は、半導体素子を含むレーザダイオード部により構成されており、発光源または励起光源である、請求項１に記載のレーザ装置。
3. 駆動した時に発熱するレーザ光源以外の発熱部を更に備え、
   前記発熱部は、前記筐体の内部に配置されており、
   冷却水管は、冷却水が前記発熱部に供給されるように分岐しており、
   冷却水供給装置は、前記受熱部、前記吸熱部、前記高温部および前記発熱部に同一の温度の共通の冷却水を供給する、請求項１または２に記載のレーザ装置。
4. 前記除湿器は、ペルチェ素子を有する電子冷却器である、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
5. 冷却水管は、前記筐体の内部で分岐して前記受熱部、前記吸熱部および前記高温部に冷却水を供給しており、前記受熱部、前記吸熱部および前記高温部から流出する冷却水が流れる分岐した管は、前記筐体の内部で合流している、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
6. 冷却水供給装置を制御する制御装置を備え、
   冷却水管の分岐した管は、前記受熱部に接続された第１の分岐管と、前記吸熱部に接続された第２の分岐管と、前記高温部に接続された第３の分岐管とを含み、
   冷却水供給装置は、第１の分岐管に配置された第１の電磁弁と、第２の分岐管に配置された第２の電磁弁と、第３の分岐管に配置された第３の電磁弁とを含み、
   レーザ装置の起動時に、制御装置は、第３の電磁弁を開いて除湿器を起動する制御と、除湿器が起動した後に、第１の電磁弁および第２の電磁弁を同時に開く制御または第２の電磁弁を開いた後に第１の電磁弁を開く制御と、第１の電磁弁および第２の電磁弁が開いた後に、レーザ光源への電気の供給を開始する制御とを実施し、
   レーザ装置の停止時に、制御装置は、レーザ光源への電気の供給を停止する制御と、レーザ光源への電気の供給を停止した後に、第１の電磁弁および第２の電磁弁を同時に閉じる制御または第１の電磁弁を閉じた後に第２の電磁弁を閉じる制御と、第１の電磁弁および第２の電磁弁が閉じた後に、第３の電磁弁を閉じて除湿器を停止する制御とを実施する、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
7. 空気冷却機は、前記吸熱部に空気を流通させるファンを含み、
   前記低温部は、前記吸熱部にて冷却された空気が接触するように前記吸熱部の下流側に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
8. 除湿器を制御する制御装置を備え、
   除湿器の前記高温部は、前記筐体に熱を伝えるように前記筐体に連結されており、
   制御装置は、レーザ発振部が駆動している時に、前記高温部に冷却水を供給すると共に第１の駆動電圧にてペルチェ素子を駆動し、レーザ発振部が停止している時に、前記高温部に冷却水を供給せずに第１の駆動電圧よりも低い第２の駆動電圧にてペルチェ素子を駆動する、請求項４に記載のレーザ装置。

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