JP7266183B2 - レーザ装置及びレーザ装置の除湿管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、除湿器を有するレーザ装置及びその除湿管理方法に関する。

従来、大出力のレーザ装置では、温度上昇による性能低下を防止するため、内部のレーザ光源や光学部品を水冷して温度を安定化させる構成が採用されている。一方、レーザ装置の温度が所定以下になると、内部で結露が生じ、レーザ光が結露水に吸収されたり散乱されたりして、レーザ出力が安定しないという問題があった。

そこで、特許文献１には、レーザ発振器内部の光学部品を冷却するとともに、当該光学部品の表面にドライエアーを吹き付けることで、結露を防止する技術が提案されている。

特開平０４－３５６９８１号公報

ところで、結露を防止するために、装置内部の露点を結露点より低い所定の管理基準以下となるように管理することが一般に行われている。また、特許文献１に開示された従来の構成では、内部の結露防止を目的としているが、露点管理についての言及はされていない。

一方、レーザ装置、特にレーザ発振器内の露点を単に結露点よりも低くなるように管理するのみではレーザ出力が安定しない場合があることが本願発明者等の解析によりわかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、内部での結露を防止するとともに、レーザ出力の変動が抑制されたレーザ装置及びその除湿管理方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器の内部を除湿するための除湿器と、前記除湿器の運転を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ発振器の内部の水蒸気圧を前記レーザ発振器の内部に単分子層よりも多く水分子が吸着した状態の第１の水蒸気圧以上で、かつ前記レーザ発振器の内部で結露が生じ始める第２の水蒸気圧よりも低くするように前記除湿器を制御することを特徴とする。

この構成によれば、レーザ発振器内での結露を防止するとともに、レーザ光の出力変動を抑制することができ、レーザ装置の性能を安定させることができる。

また、本発明に係るレーザ装置の除湿管理方法は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器の内部を除湿するための除湿器とを備えたレーザ装置の除湿管理方法であって、前記レーザ発振器の内部の水蒸気圧を、前記レーザ発振器の内部に単分子層よりも多く水分子が吸着した状態の第１の水蒸気圧以上で、かつ前記レーザ発振器の内部で結露が生じ始める第２の水蒸気圧よりも低くなるようにすることを特徴とする。

この方法によれば、レーザ発振器内での結露を防止するとともに、レーザ光の出力変動を抑制することができ、レーザ装置の性能を安定させることができる。

以上説明したように、本発明に係るレーザ装置及びレーザ装置の除湿管理方法によれば、レーザ発振器内での結露を防止するとともに、レーザ光の出力変動を抑制することができ、レーザ装置の性能を安定させることができる。

本発明の実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。 水分の吸着等温曲線を示す図である。 レーザ発振器の内部雰囲気の露点と水分子吸着量及びレーザ出力との関係を示す図である。 実施形態１に係るレーザ装置の除湿管理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係るレーザ発振器の内部雰囲気の露点と水分子吸着量及びレーザ出力との関係を示す図である。 実施形態２に係るレーザ装置の除湿管理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［レーザ装置の構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ装置の構成の模式図を示し、レーザ装置１００は、レーザ発振器１０と除湿器１１と制御部９とで構成されている。

レーザ発振器１０は、レーザモジュール１とビーム結合器２と集光光学ユニット３とを有しており、集光光学ユニット３には光ファイバ４が接続され、後述するレーザ光ＬＢを図示しないレーザ光出射部に導光する。

レーザモジュール１は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオードまたはレーザアレイからなり、レーザモジュール１内で波長合成されたレーザ光が各レーザモジュール１からそれぞれ出射される。また、レーザモジュール１の内部にそれぞれ温湿度センサＴＨＳが配設されている。

ビーム結合器２は、複数のレーザモジュール１からそれぞれ出射されたレーザ光を一つのレーザ光（以下、レーザ光ＬＢという）に結合して集光光学ユニット３に出射する。具体的には、各々のレーザ光の光軸を近接又は一致させるとともに、互いの光軸が平行になるように結合する。なお、レーザ光ＬＢの波長域は例えば９００ｎｍ～１μｍの間にある。

集光ユニット３は、内部に配設された集光レンズ（図示せず）によって、入射されたレーザ光ＬＢのビーム径を所定の倍率で縮小し、光ファイバ４に入射する。また、集光ユニット３は図示しないコネクタを有し、コネクタには伝送ファイバ４の入射端が接続されている。

レーザモジュール１とビーム結合器２と集光光学ユニット３とはそれぞれ連通しており、これらの内部（以下、レーザ発振器１０の内部と言うことがある。）の雰囲気は、露点が所定の範囲なるように調整されている。レーザ発振器１０の内部の除湿管理については後で詳述する。

レーザ発振器１０をこのような構成とすることで、レーザ光出力が数ｋＷを超える高出力のレーザ装置１００を得ることができる。なお、本実施形態では、４つのレーザモジュール１がレーザ発振器１０に搭載されているが、特にこれに限定されない。レーザモジュール１の搭載個数は、レーザ装置１００に要求される出力仕様や、個々のレーザモジュール１の出力仕様によって適宜変更されうる。

なお、図示しないが、レーザ発振器１０の内部には、集光光学ユニット３内の集光レンズを含め、数個～十数個の光学部品が配設されている。

除湿器１１は、エアーポンプ６とデシケータ７とドライエアー分配器５とを有しており、エアーポンプ６とデシケータ７とドライエアー分配器５とは配管８を介して直列に接続されている。また、ドライエアー分配器５から複数分岐した配管８は、複数のレーザモジュール１のそれぞれに接続されている。エアーポンプ６から吐出された気流は、配管８を介してデシケータ７に流入される。デシケータ７の内部には図示しない吸着剤であるデシカントが配設されており、デシケータ７に流入した気流中の水分がデシカントに吸収されて、水分含有量が低下した気流がデシケータ７から吐出される。デシケータ７から吐出された気流は、ドライエアー分配器５と配管８とを介して、レーザモジュール１の内部に流入する。前述したように、レーザ発振器１０の各部は連通しているため、水分含有量が低下した気流がレーザ発振器１０の内部、具体的には各レーザモジュール１とビーム結合器２と集光光学ユニット３の内部を流れ、配管８及びドライエアー分配器５を介してエアーポンプ６の吸気口に流入する。

このように、エアーポンプ６を作動して、除湿器１１とレーザ発振器１０の内部との間で気流を循環させることで、レーザ発振器１０の内部の湿度及び露点は一定の飽和値に到るまで低下する。なお、本実施形態において、エアーポンプ６から吐出する気流は大気であるが、不活性ガスの窒素ガス等であってもよい。

制御部９は、レーザ発振器１０と除湿器１１とに接続されており、具体的には、レーザ発振器１０の内部に配設された温湿度センサＴＨＳの出力信号を受け取って、レーザ発振器１０の内部雰囲気の露点を算出する。露点はレーザモジュール１毎に算出してもよいし、４つの温湿度センサＴＨＳの出力信号のそれぞれに基づいて、平均値または代表値あるいは最も高い値をレーザ発振器１０の内部雰囲気の露点として算出するようにしてもよい。また、制御部９は、除湿器１１の運転を制御する。具体的には、エアーポンプ６に制御信号を出力して、エアーポンプ６の運転、例えば作動開始や停止を制御する。

なお、制御部９は、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御するようにしてもよい。具体的には、レーザ発振器１０に接続された図示しない電源に対して出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することにより、各々のレーザモジュール１のレーザ発振制御を行ってもよい。各々のレーザモジュール１に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュール１毎にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。

［本願発明に到った知見］
図２は、水分の吸着等温曲線を示し、図３は、レーザ発振器の内部雰囲気の露点と水分子吸着量及びレーザ出力との関係を示す。

図２に示すように、物体の表面に吸着する水分子吸着量は、物体が置かれた雰囲気中の水蒸気圧の上昇とともに増加する。物体の表面には水分が吸着してない、正確には単分子層未満で水分が吸着している状態から、雰囲気中の水蒸気圧を上昇させると、水分子吸着量は増加するが、ある値より水蒸気圧が高くなると水分子吸着量の変化量は小さくなる。さらに、水蒸気圧を上昇させると、再び水蒸気圧が上昇し始め、飽和水蒸気圧に達する。つまり、水分が物体の表面に液層として成長する、いわゆる結露状態となる。

ここで、物体の表面に水分子が単分子層以下で吸着している領域を第１の領域、水分子が単分子層よりも多く吸着しているが、液層として成長するには到らない、つまり、結露はしていない領域を第２の領域とする。

図３の上側は、図２の横軸を露点Ｗに代えてプロットしたものであり、第４の露点ＷＩＬから第１の露点Ｗ１Ｈまでの領域が上記第１の領域に相当し、第２の露点Ｗ２Ｌから第３の露点Ｗ２Ｈまでの領域が上記第２の領域に相当する。なお、第１の露点Ｗ１Ｈは、第１の領域における露点Ｗの上限値に対応し、第２の露点Ｗ２Ｌは、第２の領域における露点Ｗの下限値に対応している。なお、第１の露点Ｗ１Ｈは、第１の領域における水蒸気圧の上限値に対応した値である。第２の露点Ｗ２Ｌは、第２の領域における水蒸気圧の下限値に対応した値である。第３の露点Ｗ２Ｈは、第２の領域における水蒸気圧の上限値に対応し、レーザ発振器１０の内部で結露が生じ始める結露点に相当する。また、第４の露点Ｗ１Ｌは、第１の領域における水蒸気圧の下限値よりも低い水蒸気圧に対応した値である。また、以降の説明において、第２の領域における水蒸気圧の下限値を第１の水蒸気圧と、第２の領域における水蒸気圧の上限値を第２の水蒸気圧と、それぞれ呼ぶことがある。

従って、露点Ｗが第１の露点Ｗ１Ｈ以下であるときは、レーザ発振器１０の内部には単分子層以下で吸着している状態である。また、露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌ以上で、かつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低いときは、レーザ発振器１０の内部には、水分子が単分子層よりも多く吸着しているが、結露はしていない状態である。

ただし、実際には、第１～第３の露点Ｗ１Ｈ，Ｗ２Ｌ，Ｗ２Ｈは、レーザ装置１００の除湿管理時に使用する設定値であり、上記の上限値や下限値や結露点とは直接的には一致していない。温湿度センサＴＨＳの設置位置のばらつきや測定精度等を考慮して、第１及び第２の露点Ｗ１Ｈ，Ｗ２Ｌは、物理的な上限値や下限値から所定のマージンを持って設定するようにしている。本実施形態では、第１の露点Ｗ１Ｈを－１２℃、第２の露点Ｗ２Ｌを＋５℃に設定しているが、特にこれに限定されず、レーザ発振器１０の個体差等によって適宜変更されうる。

また、第４の露点Ｗ１Ｌは、除湿器１１の性能限界に近い状態までレーザ発振器１０の内部を除湿した場合の露点であり、本実施形態では、－３０℃に設定されているが、特にこれに限定されない。

一方、図３の下側に示すように、レーザ発振器１０の内部雰囲気の露点Ｗ（以下、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗと呼ぶことがある。）が、第１の領域にあるときと第２の領域にあるときとで、レーザ出力が変化するという現象を本願発明者等は見出した。露点Ｗが第１の領域にあるときのレーザ出力Ｌ２に対して、露点Ｗが第２の領域にあるときのレーザ出力Ｌ１は５％程度低下している。レーザ発振器１０の内部雰囲気の変化に応じて、このようなレーザ出力の変動が生じると、種々の不具合を生じることがある。例えば、レーザ発振器１０を金属等の加工用光源として用いる場合、出力が５％低下すると加工不良を引き起こすおそれがある。

このレーザ出力の低下に関して、本願発明者等は以下のように考えた。一般に、水の光吸収率には波長依存性があり、波長が７００ｎｍ以上になると、光は水に実質的に吸収され始める。しかし、露点Ｗが第１の領域にあるときには、物体の表面に吸着する水分は単分子層以下であり、吸着水分によるレーザ光ＬＢの損失は起こらないと考えてよい。

一方、露点Ｗが第２の領域にあるときには、物体の表面には、結露には到らないものの、ある程度の量の水分が吸着している。この吸着水分にレーザ光ＬＢの一部が吸収され、結果としてレーザ出力が低下していると考えられる。前述したように、レーザ発振器１０の内部には、レーザ光ＬＢが入射し、あるいは透過する光学部品が複数配設されている。レーザ光ＬＢが各々の光学部品を透過する際に、レーザ光ＬＢの損失が生じ、その累計として５％程度の出力低下が生じていると考えられた。

このように、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが第１の領域と第２の領域の間にあるとき、例えば、図３に示す露点Ｗ０であるときは、露点Ｗのわずかな変動によって、レーザ光ＬＢの出力が変動してしまい、上記の不具合を生じることとなる。

そこで、本願発明者等は、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗに着目し、露点Ｗが所定の範囲になるように制御することで、上記の不具合を解消する技術を提案する。

なお、実際にレーザ装置１００を運転するにあたって、上記の露点Ｗ０は、レーザ発振器１０毎に変動する場合があり、その範囲は予め実験して求めるようにしている。ただし、レーザ発振器１０の容積や内部配置等の仕様によって、露点Ｗ０の範囲は概ね決まることが多いため、レーザ発振器１０の仕様毎に露点Ｗ０の範囲をデータベース化しておき、これに基づいて第１の露点Ｗ１Ｈや第２の露点Ｗ２Ｌを設定するようにしてもよい。

［レーザ装置の除湿管理手順］
図４は、本実施形態に係るレーザ装置の除湿管理手順を示す。なお、以下に示す手順において、制御部９が入力された値等に基づいて種々の判断を行う。

まず、除湿器１１を運転して、レーザ発振器１０の内部の除湿を開始し（ステップＳ１）、露点Ｗを測定する（ステップＳ２）。前述したように、露点Ｗは、温湿度センサＴＨＳの出力信号に基づいて、制御部９で演算処理が実行されて算出される。なお、露点Ｗの測定は所定のタイミング毎に実行される。

測定された露点Ｗが第３の露点Ｗ２Ｈ以上か否かを判断する（ステップＳ３）。この判断及び以降のステップでの判断は制御部９でなされる。ステップＳ３での判断結果が肯定的であれば、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ３での判断結果が否定的であれば、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４での判断結果が肯定的であれば、除湿器１１が正常に運転されていると判断できるから、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４での判断結果が否定的であれば、除湿器１１が正常に運転されていない、あるいは除湿器１１の除湿能力が許容範囲を超えて低下していると判断できるため、レーザ発振器１０の内部で結露を生じるおそれがあるとして、制御部９は、警告信号を出力する（ステップＳ１７）。また、警告信号出力後、所定の期間を経過すると、制御部９は、デシケータ７内のデシカントを交換するように別の警告信号を出力する（ステップＳ１８）。

ステップＳ４での判断結果が否定的であれば、ステップＳ５に進んで、測定された露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌ以上でかつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低いかどうかを判断する。

ステップＳ５での判断結果が肯定的であれば、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６での判断結果が肯定的であれば、ステップＳ７に進む。一方、ステップＳ６での判断結果が否定的であれば、制御部９は、結露リスクを知らせるための警告信号を出力する（ステップＳ１７）。また、警告信号出力後、所定の期間を経過すると、制御部９は、デシカント交換を促すための警告信号を出力する（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ５での判断結果が否定的であれば、ステップＳ８に進む。

ステップＳ７では、測定された露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌよりも低いかどうかを判断する。ステップＳ７での判断結果が肯定的であれば、ステップＳ８に進む。一方、ステップＳ７での判断結果が否定的、つまり、露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌ以上である場合、何らかの理由でレーザ発振器１０の内部の露点Ｗが上昇したとも考えられるため、ステップＳ１４に進んで除湿を継続するとともに、ステップＳ６に戻って、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する。

ステップＳ８では、再度、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する。ステップＳ８での判断結果が否定的であれば、ステップＳ１７に進み、所定の期間経過後にステップＳ１８に進む。

一方、ステップＳ８での判断結果が肯定的であれば、ステップＳ９に進んで、測定された露点Ｗが第１の露点Ｗ１Ｈ以上でかつ第２の露点Ｗ２Ｌよりも低いかどうかを判断する。ステップＳ９での判断結果が否定的であれば、ステップＳ１０に進む。また、ステップＳ９での判断結果が肯定的である場合、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが前述した第１の領域と第２の領域との間にあり、レーザ出力が不安定となるため、ステップＳ１５に進んで除湿を継続するとともに、ステップＳ８に戻って、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する。

ステップＳ１０では、測定された露点Ｗが第４の露点Ｗ１Ｌ以上でかつ第１の露点Ｗ１Ｈよりも低いかどうかを判断する。ステップＳ１０での判断結果が肯定的であれば、ステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ１０での判断結果が否定的である場合、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが第４の露点Ｗ１Ｌよりも低い、つまり、除湿器１１の性能限界に近い状態までレーザ発振器１０の内部が除湿されているとして、除湿を停止する（ステップＳ１３）。なお、除湿停止後、所定の期間を経過すると、ステップＳ１に戻って、再度、除湿を開始する。

ステップＳ１１では、再度、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する。ステップＳ１１での判断結果が否定的であれば、ステップＳ１８に進み、制御部９は、デシカント交換を促すための警告信号を出力する。

一方、ステップＳ１１での判断結果が肯定的である場合、測定された露点Ｗが第４の露点Ｗ１Ｌよりも低いかどうかを判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２での判断結果が肯定的であれば、ステップＳ１３に進んで除湿を停止し、所定の期間経過後にステップＳ１に戻って、再度、除湿を開始する。また、ステップＳ１２での判断結果が否定的であれば、ステップＳ１６に進んで除湿を継続するとともに、ステップＳ１１に戻って、所定の時間経過後に露点Ｗが低下しているかどうかを判断する。

なお、ステップＳ１７及びステップＳ１８において、制御部９からの警告信号に基づいて、レーザ装置１００を操作する作業者にレーザ発振器１０の内部で結露を生じるおそれがあること及びデシカントの交換時期が来ていることが報知される。実際には、図示しない表示部に警告画面が表示されるか、または、図示しない音声出力部から警告音または警告音声が出力されて、作業者に交換時期の到来を知らせるようにする。

また、レーザ共振器１０の内部の露点Ｗが＋１５℃以上になった場合にも、制御部９は、デシケータ７内のデシカントを交換するように警告信号を出力する。実際の第３の露点Ｗ２Ｈは、温湿度センサＴＨＳの設置位置のばらつきや測定精度等を考慮して、この値よりも低い値、例えば、＋１３℃に設定されている。従って、温湿度センサＴＨＳで測定された露点Ｗが温湿度センサＴＨＳの設置位置のばらつきや測定精度等を考慮して、実際の値より低い値に設定されている場合での第３の露点Ｗ２Ｈとなるときには、レーザ発振器１０の内部では結露は生じていない。なお、図示しないレーザ発振器１０の冷却温度等に応じて、警告信号を出力する露点の下限値や第３の露点Ｗ２Ｈの設定値は適宜修正される。

なお、上記の除湿管理手順において、除湿器１１を運転して、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが第１の領域まで十分に低下している場合、制御部９は露点Ｗが第１の領域であることを作業者に通知し、作業者はレーザ出力が第１の領域でのレーザ出力となることを確認する。またはレーザ出力の補正が必要な場合はレーザ出力を補正する。また、レーザ出力が第２の領域より大きくなる第１の領域内で露点Ｗを制御するようにしてレーザ発振を行う。また、除湿器１１のデシケータ７内のデシカントの除湿能力が低下して、第１の領域まで露点Ｗを低下できないが、第２の領域内には露点Ｗを維持させることは十分に可能な場合、制御部９は露点Ｗが第２の領域であることを作業者に通知し、作業者はレーザ出力が第２の領域でのレーザ出力となることを確認する。またはレーザ出力の補正が必要な場合はレーザ出力を補正する。また、レーザ出力が第１の領域より小さくなる第２の領域内で露点Ｗを制御するようにしてレーザ発振を行う。

言いかえると、レーザ発振器１０は、内部の露点が第１の露点Ｗ１Ｈよりも低いか、あるいは、第２の露点Ｗ２Ｌ以上でかつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低い場合に、外部にレーザ光ＬＢを出射可能に構成されている。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１００は、レーザ発振器１０と、その内部を除湿するための除湿器１１と、除湿器１１の運転を制御する制御部９と、を備えている。

制御部９は、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗを当該内部に単分子層以下の水分子が吸着した状態の第１の露点Ｗ１Ｈより低くするか、あるいは、露点Ｗをレーザ発振器１０の内部に単分子層よりも多く水分子が吸着した状態の第２の露点Ｗ２Ｌ以上で、かつレーザ発振器１０の内部で結露が生じ始める第３の露点Ｗ２Ｈよりも低くするように除湿器１１を制御する。

また、本実施形態のレーザ装置１００の除湿管理方法は、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗを、レーザ発振器１０の内部に単分子層以下の水分子が吸着した状態の第１の露点Ｗ１Ｈより低くなるように、あるいは、レーザ発振器１０の内部に単分子層よりも多く水分子が吸着した状態の第２の露点Ｗ２Ｌ以上で、かつレーザ発振器１０の内部で結露が生じ始める第３の露点Ｗ２Ｈよりも低くなるようにする。

このようにすることで、レーザ発振器１０の故障要因となる結露を防止するとともに、吸着水分による吸収に起因したレーザ光ＬＢの出力変動を抑制することができ、レーザ装置１００の性能を安定させることができる。

除湿器１１は、内部に吸着剤であるデシカントを有するデシケータ７と、デシケータ７に接続されたエアーポンプ６と、を含み、デシケータ７とエアーポンプ６とレーザ発振器１０とを接続する配管８とデシケータ７とを介して、レーザ発振器１０の内部とエアーポンプ６との間で気流を循環させてレーザ発振器１０の内部を除湿している。

このようにすることで、簡便な構成でレーザ発振器１０の内部を除湿することができる。

除湿器１１を運転させて、所定の時間経過後に露点Ｗの低下が見られない場合は、制御部９は作業者に対して警告を報知する。

このようにすることで、レーザ発振器１０の内部での結露リスクやデシケータ７内のデシカントの交換時期の到来を作業者に確実に知らせることができる。

また、露点Ｗは、レーザ発振器１０の内部に配設された温湿度センサＴＨＳの出力信号に基づいて、制御部９で算出されるようにしてもよい。

また、レーザ装置１００において、レーザ発振器１０は、内部の露点が第１の露点Ｗ１Ｈよりも低いか、あるいは、第２の露点Ｗ２Ｌ以上でかつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低い場合に、外部にレーザ光ＬＢを出射可能に構成されている。

このようにすることで、レーザ光ＬＢの出力を長期に亘って安定化でき、レーザ装置１００の信頼性を向上させることができる。

また、レーザ装置１００の除湿管理方法において、除湿器１１を運転させて、レーザ発振器１０の内部を除湿するステップと、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗを測定するステップと、露点Ｗが第１の露点Ｗ１Ｈ以上で、かつ第２の露点Ｗ２Ｌよりも低いか否かを判断し、判断結果が肯定的であれば、レーザ発振器１０の内部の除湿を継続するステップと、露点Ｗが第１の露点Ｗ１Ｈよりも低い第４の露点Ｗ１Ｌよりも低ければ、除湿器１１の動作を停止するステップと、を備えている。

このようにすることで、レーザ光ＬＢの出力が変動する露点Ｗの範囲を避けて、レーザ装置１００を運転でき、その性能を安定させるとともに、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗをそれ以上低下させる必要が無い時点で除湿器１１の動作を停止することで、レーザ装置１００の運転コストを低減するとともに、デシカントの交換時期を長くして、生産性が低下するのを抑制できる。

（実施形態２）
図５は、本実施形態に係るレーザ発振器の内部雰囲気の露点の露点と水分子吸着量及びレーザ出力との関係を示し、図６は、レーザ装置の除湿管理手順を示す。

前述したように、レーザ発振器１０の内部に吸着する水分は、レーザ光ＬＢを吸収してレーザ出力の低下を引き起こす。

一方、物体表面に付着する水分子は当該表面に発生する静電気を抑制する働きがある。従って、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが図３に示す第１の領域にあると、光学部品の表面に吸着した水分子は単分子層以下であり、当該表面は静電気が発生しやすい状態となり、微小なホコリ等が吸着されやすくなる。

しかし、レーザ装置１００が、金属加工等を行う大出力のレーザ装置である場合、レーザ発振器１０の内部に配置された光学部品にわずかなホコリや汚れがあっても、これらがレーザ光ＬＢを吸収し焼き付いて、光学部品が損傷してしまい、レーザ装置１００及びレーザ発振器１０の重大な故障要因となるおそれがある。また、通常、レーザ発振器１００の組み立ては、清浄度（クリーン度）が管理されたクリーンルーム内で行われる。しかしクリーンルーム内の清浄度が低い場合、微小なホコリ等を十分に排除することは困難である。つまり、レーザ発振器１００の組み立て時の清浄度が不十分な場合、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが第１の領域にあると、レーザ装置１００及びレーザ発振器１０に故障が発生するおそれがある。

そこで、図５に示すように、第２の露点Ｗ２Ｌの設定値を第２の領域における露点Ｗの下限値よりも高い値に設定し、かつ、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗを第２の露点Ｗ２Ｌ以上で、かつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低い状態に管理することで、レーザ発振器１０の内部での結露や静電気の発生を防止しつつ、レーザ光ＬＢの出力変動を抑制することができ、レーザ装置１００の性能を安定させることができる。言い換えると、第２の露点Ｗ２Ｌの設定値を第２の領域における水蒸気圧の下限値に対応する値よりも高い値に設定し、かつ、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗを第２の露点Ｗ２Ｌ以上で、かつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低い状態に管理することで、レーザ発振器１０の内部での結露や静電気の発生を防止しつつ、レーザ光ＬＢの出力変動を抑制することができ、レーザ装置１００の性能を安定させることができる。なお、本実施形態における第２の露点Ｗ２Ｌの設定値に対応する水蒸気圧も第１の水蒸気圧と呼ぶことがある。

また、図６に示すように、この場合の除湿管理手順は図４に示す手順に比べて簡素化される。図６に示すステップＳ２１～Ｓ２７は、図４に示すステップＳ１～Ｓ７と同様であるので説明を省略する。また、図６に示すステップＳ２８，Ｓ２９は、図４に示すステップＳ１３，Ｓ１４と同様であり、図６に示すステップＳ３０，Ｓ３１は、図４に示すステップＳ１７，Ｓ１８と同様であるので説明を省略する。

本実施形態に示す除湿管理手順と、実施形態１に示す除湿管理手順とでは、除湿を停止するタイミングが異なり、本実施形態では、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌよりも低くなった場合に、除湿を停止している（ステップＳ２８）。

つまり、露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌよりも低くなり、レーザ光ＬＢの出力変動が起こりやすい露点、例えば図５に示す、レーザ出力が変動する範囲である、露点Ｗが第１の露点Ｗ１Ｈ以上でかつ第２の露点Ｗ２Ｌより低い範囲（第１の領域と第２の領域の間の範囲）の露点Ｗ０に到達する可能性があるため、除湿器１１の作動を継続させる必要が無いと判断して、制御部９は除湿器１１による除湿を停止させ（ステップＳ２８）、所定の時間経過後に、ステップＳ２１に戻って、レーザ発振器１０の内部の除湿を再開する。

本実施形態によれば、露点Ｗが第２の露点Ｗ２Ｌよりも低くなると、除湿器１１の運転を停止するようにしているので、レーザ発振器１０の内部、特に、図示しない光学部品の表面に所定量の水分が吸着した状態を維持でき、静電気の発生を防止することができる。このことにより、光学部品にホコリ等が吸着するのを抑制し、ホコリ等がレーザ光ＬＢを吸収することに起因した光学部品の損傷を防止できる。

また、レーザ発振器１０の内部の露点Ｗを第２の露点Ｗ２Ｌ以上で、かつ第３の露点Ｗ２Ｈよりも低い状態になるように制御部９が除湿器１１を制御することで、レーザ装置１００の性能を安定させることができる。また、第２の露点Ｗ２Ｌを、単分子層よりも多く表面に水分が吸着する第２の領域の下限値よりも高い値に設定しているため、光学部品の表面に所定量の水分が吸着した状態を確実に維持して、静電気の発生を抑制できる。

なお、本実施形態におけるレーザ光ＬＢの出力は、実施形態１におけるレーザ光ＬＢの出力に対して約５％低下するものの、レーザ光ＬＢの出力変動を抑制することができる。

（その他の実施形態）
実施形態１，２において、温湿度センサＴＨＳはレーザモジュール１内に配設するようにしたが、ビーム結合器２や集光光学ユニット３にそれぞれ配設されていてもよい。

レーザ発振器１０内のレーザ光源はレーザモジュール１でなくてもよく、また、単一であってもよい。また、デシケータ７内の吸着剤はゼオライト系材料でも他のタイプの材料でもよい。

本発明に係るレーザ装置は、内部の結露を防止し、レーザ出力の変動を抑制できるため、金属加工等に用いられる大出力のレーザ装置に適用する上で有用である。

１ レーザモジュール
２ ビーム結合器
３ 集光光学ユニット
４ 光ファイバ
５ ドライエアー分配器
６ エアーポンプ
７ デシケータ
８ 配管
９ 制御部
１０ レーザ発振器
１１ 除湿器
１００ レーザ装置
ＴＨＳ 温湿度センサ
Ｗ１Ｈ 第１の露点
Ｗ２Ｌ 第２の露点
Ｗ２Ｈ 第３の露点
Ｗ１Ｌ 第４の露点

Claims (6)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器の内部を除湿するための除湿器と、
   前記除湿器の運転を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記レーザ発振器の内部の水蒸気圧を前記レーザ発振器の内部に単分子層よりも多く水分子が吸着した状態の第１の水蒸気圧以上で、かつ前記レーザ発振器の内部で結露が生じ始める第２の水蒸気圧よりも低くするように前記除湿器を制御することを特徴とするレーザ装置。
2. 請求項１に記載のレーザ装置において、
   前記除湿器は、内部に吸着剤を有するデシケータと、前記デシケータに接続されたエアーポンプと、を含み、
   前記デシケータと前記エアーポンプと前記レーザ発振器とを接続する配管と前記デシケータとを介して、前記レーザ発振器の内部と前記エアーポンプとの間で気流を循環させて前記レーザ発振器の内部を除湿することを特徴とするレーザ装置。
3. 請求項１または２に記載のレーザ装置において、
   前記除湿器を運転させて、所定の時間経過後に前記レーザ発振器の内部の水蒸気圧の低下が見られない場合は、前記制御部は作業者に対して警告を報知することを特徴とするレーザ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
   前記レーザ発振器が、前記第１の水蒸気圧以上でかつ前記第２の水蒸気圧よりも低い場合に、外部にレーザ光を出射可能に構成されていることを特徴とするレーザ装置。
5. レーザ発振器と、前記レーザ発振器の内部を除湿するための除湿器とを備えたレーザ装置の除湿管理方法であって、
   前記レーザ発振器の内部の水蒸気圧を、前記レーザ発振器の内部に単分子層よりも多く水分子が吸着した状態の第１の水蒸気圧以上で、かつ前記レーザ発振器の内部で結露が生じ始める第２の水蒸気圧よりも低くなるようにすることを特徴とするレーザ装置の除湿管理方法。
6. 請求項５に記載のレーザ装置の除湿管理方法において、
   前記除湿器を運転させて、所定の時間経過後に前記レーザ発振器の内部の水蒸気圧の低下が見られない場合は、作業者に対して警告を報知することを特徴とするレーザ装置の除湿管理方法。

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