(57)【要約】【課題】本発明は、加工性能を向上でき、かつ安価で信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置を提供することを目的とする。【解決手段】高電圧電源４を構成するスイッチング素子５を放熱用構造物７に固定し、放熱用構造物７は高電圧電源４の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質８を内部に循環させる冷却部を有し、かつスイッチング素子５は電気回路９と接続するリード端子６が同一面に設けられ、スイッチング素子５のリード端子６の引き出し方向が鉛直、あるいは、水平に対して角度４５度から９０度未満となるように放熱用構造物７に取付けたものである。【選択図】図１
2010212561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザガスを配置した放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に電力を供給する高電圧電源を備え、前記高電圧電源を構成するスイッチング素子を放熱用構造物に固定し、前記放熱用構造物は前記高電圧電源の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質を内部に循環させる冷却部を有し、かつ前記スイッチング素子は電気回路と接続するリード端子が同一面に設けられ、前記スイッチング素子のリード端子の引き出し方向が鉛直となるように前記放熱用構造物に取付けたレーザ発振装置。
【請求項２】
内部にレーザガスを配置した放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に電力を供給する高電圧電源を備え、前記高電圧電源を構成するスイッチング素子を放熱用構造物に固定し、前記放熱用構造物は前記高電圧電源の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質を内部に循環させる冷却部を有し、かつ前記スイッチング素子は電気回路と接続するリード端子が同一面に設けられ、前記スイッチング素子のリード端子引き出し方向が水平に対して角度４５度から９０度未満となるように前記放熱用構造物に取付けたレーザ発振装置。
【請求項３】
前記リード端子に接続される電気回路の位置として、前記電気回路が前記リード端子の鉛直下以外の位置に配置された請求項１または２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記リード端子に接続される電気回路の接続配線経路として、前記接続配線経路の一部に水平に対して仰角０度以上の構成をもたせた請求項１から３の何れかに記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
前記リード端子に接続される電気回路の接続配線経路として、角度９０度以下の曲げ構成を持たせた請求項１から４の何れかに記載のレーザ発振装置。
【請求項６】
前記リード端子を複数有し、前記リード端子の全てと、前記リード端子に接続される電気回路の複数の接続配線経路のうち少なくとも電気充電部が露出している範囲において、前記リード端子と前記リード端子に接続される電気回路の複数の接続配線経路の相対位置が鉛直方向に重ならないように配置した請求項１から５の何れかに記載のレーザ発振装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子を放熱用構造物に相対的に鉛直方向に重ねて複数個に取付けた請求項１から６の何れかに記載のレーザ発振装置。
【請求項８】
加工ワークを乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ加工トーチの少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御装置と、請求項１から７のいずれかに記載の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】
本発明はレーザ媒質にガスを用いたレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ発振装置およびレーザ加工機は加工対象物を非接触でかつ熱影響が少なく加工できるという特徴から多様な材質や形状の切断や溶接等に多用されている。
【０００３】
従来、図８に示すようなスイッチング素子で構成された高電圧電源を有するレーザ発振装置が用いられていた。以下、図８を参照しながら説明する。
【０００４】
図に示すように従来のレーザ発振装置は、内部にレーザガスを配置した誘電体からなる放電管１と、この放電管１の両端に反射鏡２ａと部分反射鏡２ｂを配置して構成した光共振器２と、放電管１内のレーザガスに放電を行うために放電管１に設けた電極３と、電極３に接続して電力を供給する高電圧電源４を備えていた。
【０００５】
この高電圧電源４は商用２００Ｖ電圧などから放電励起に必要な数１０ｋＶの高電圧を得るもので、一般的にトランジスタなどのスイッチング素子３０を用いたインバータと昇圧トランスから構成される。
【０００６】
前記スイッチング素子３０は複数個使用されてインバータを構成しており、スイッチング素子３０を固定する放熱用構造物７は高電圧電源４の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質８を内部に循環させ冷却する冷却部を設けている。
【０００７】
また、このスイッチング素子３０は１個あるいは複数個をまとめて樹脂でモールドしたモジュール品が製造組立の利便性から多く利用されていた。このスイッチング素子３０のモジュール品はスイッチング素子および相互間の配線接続や制御信号を樹脂モールドすることで雰囲気から隔離するとともに、スイッチング素子３０の電気回路との接続のリード端子と放熱面の距離を結露しない程度に離し、またスイッチング素子３０のリード端子が複数ある場合はリード端子相互間の距離も離すことができ容易に電気絶縁性を確保するものである。
【０００８】
また、スイッチング素子３０を前記モジュール品を採用せず、高電圧電源を構成する場合もある（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
この場合には、放熱用構造物内に循環させる冷却媒質の配管経路中に電磁弁を設け、放熱用構造物の温度に応じて前記電磁弁を開閉し、スイッチング素子の過冷却を防ぎ、結露による電気絶縁性低下を防いでいる。
【特許文献１】実用新案登録第２５９２６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来のレーザ発振装置やレーザ加工機において、高電圧電源４のスイッチング素子３０の動作速度をより高速化しようとする場合には、動作速度の向上に伴う発熱量の増加に対処するため、スイッチング素子３０を固定する放熱用構造物７は高電圧電源４の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質８を内部に循環させ冷却する構造となり、その結果、雰囲気温度との飽和水蒸気量の差でスイッチング素子３０および放熱用構造物７表面に結露を生じ、この結露がリード端子間に付着し電気絶縁を低下させ、故障に至る可能性があるという課題を有していた。
【００１１】
また、冷却媒質の配管経路中に電磁弁を設け、放熱用構造物の温度により電磁弁を開閉し、結露を防止する場合は、電磁弁および電磁弁開閉制御回路の付加により装置が高価になり、また電磁弁の定期的メンテナンスも必要となり、実用に課題を有していた。
【００１２】
本発明は、加工性能を向上でき、かつ安価で信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記問題点を解決するために本発明は、内部にレーザガスを配置した放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に電力を供給する高電圧電源を備え、前記高電圧電源を構成するスイッチング素子を放熱用構造物に固定し、前記放熱用構造物は前記高電圧電源の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質を内部に循環させる冷却部を有し、かつ前記スイッチング素子は電気回路と接続するリード端子が同一面に設けられ、前記スイッチング素子のリード端子の引き出し方向が鉛直、あるいは、水平に対して角度４５度から９０度未満となるように前記放熱用構造物に取付けたものである。
【００１４】
この構成により、スイッチング素子のリード端子の引き出し方向が鉛直あるいは、水平に対して角度４５度から９０度未満となるように放熱用構造物に取付けられているため、冷却部による冷却時の結露で発生した水滴はリード端子に沿って滴下し水滴滞留が発生することはなく、電気絶縁確保に有効である。
【発明の効果】
【００１５】
以上の構成により本発明は、結露が発生する場合でも安価で高速動作の非モールド品スイッチング素子を故障させることなく使用でき、レーザ発振器およびレーザ加工機の加工性能を向上し、かつ安価で信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１から図６は本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の説明図で、図７は本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の説明図である。
【００１７】
（実施の形態１）
以下に本発明の実施の形態１を図１を用いて説明する。
【００１８】
なお、放電管１、光共振器２、電極３、高電圧電源４については従来と同じ構成であり、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
本実施の形態の特徴とする点について、以下に説明する。
【００２０】
図１に示すように、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５は放熱用構造物７に固定され、放熱用構造物７は高電圧電源４の雰囲気温度よりも低温の冷却媒質８を内部に循環させ冷却する構造であり、かつスイッチング素子５は電気回路との接続のためのリード端子６が同一面に設けられている形態であり、スイッチング素子５のリード端子６の引き出し方向が鉛直となるように放熱用構造物７に取付けられている。
【００２１】
以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。
【００２２】
放熱用構造物７の内部を循環する冷却媒質８の温度Ｔ１と、高電圧電源４の雰囲気温度Ｔ２は、Ｔ１＜Ｔ２の関係にあることから、スイッチング素子５の動作が停止状態などにより放熱用構造物７が冷却媒質８により十分冷却され、放熱用構造物７の表面温度Ｔ３が雰囲気温度Ｔ２に対し、Ｔ３＜Ｔ２の関係となり、かつ湿潤雰囲気であった場合には、飽和水蒸気量の差から放熱用構造物７の表面および、共に冷却状態にあるスイッチング素子５の表面に結露を生じる。
【００２３】
この結露は時間経過と共に水滴を形成し、成長して重力方向に滴下し始める。ただし、重力方向に構造体の障害があれば滞留する。
【００２４】
スイッチング素子５のリード端子６は一般的に絶縁被覆はなされていないため、前記水滴滞留が電気回路接続リード端子６近傍に発生すると電気絶縁不良を招く恐れがある。
【００２５】
しかし、本実施の形態によればスイッチング素子５のリード端子６の引き出し方向が鉛直となるように放熱用構造物７に取付けられているため、前記結露による水滴はリード端子６に沿って滴下し水滴滞留が発生することはなく、電気絶縁を確保することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
以下に本発明の実施の形態２を図２を用いて説明する。
【００２７】
なお、実施の形態１及び従来と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図２に示す本実施の形態２の特徴とする点は、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５の電気回路接続リード端子６の引き出し方向が水平に対して角度４５度から９０度未満となるように放熱用構造物７に取付けられていることである。
【００２９】
前記結露による水滴が発生した場合には、スイッチング素子５のリード端子６に沿って水滴は流れ、かつリード端子６の引き出し方向が水平に対して角度４５度から９０度未満となるように構成されていることから、リード端子６から滴下した水滴は放熱用構造物７の表面に到達し、その後は放熱用構造物７の表面に沿って水滴が流れるため、スイッチング素子５およびその周辺の電気回路への水滴滞留を防ぎ、電気絶縁を確保することができる。
【００３０】
（実施の形態３）
以下に本発明の実施の形態３を図３を用いて説明する。
【００３１】
なお、実施の形態１、２及び従来と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図３に示す本実施の形態３の特徴とする点は、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５のリード端子６に接続される電気回路の位置構成として、電気回路がスイッチング素子５のリード端子６の鉛直下以外の位置に配置、すなわち、リード端子６の鉛直下には配置禁止することである。
【００３３】
この構成により、スイッチング素子５およびリード端子６に沿って結露した水滴が流れても、電気回路に滴下することはなく、電気絶縁を確保することができる。
【００３４】
（実施の形態４）
以下に本発明の実施の形態４を図４を用いて説明する。
【００３５】
なお、実施の形態１から３及び従来と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
図４に示す本実施の形態４の特徴とする点は、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５のリード端子６に接続される電気回路９の接続配線経路の一部として、水平に対して仰角０度以上の構成を設けることである。
【００３７】
この構成により、スイッチング素子５およびリード端子６に沿って結露した水滴が流れても、接続配線経路の水平に対して仰角０度以上の構成部分で水滴は一時滞留し、その後、重力方向に滴下するため電気回路９には水滴は到達せず、電気絶縁を確保することができる。
【００３８】
（実施の形態５）
以下に本発明の実施の形態５を図５を用いて説明する。
【００３９】
なお、実施の形態１から４及び従来と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
図５に示す本実施の形態５の特徴とする点は、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５のリード端子６に接続される電気回路９の接続配線経路として、角度９０度以下の曲げ構成を設けたことである。
【００４１】
この構成により、スイッチング素子５およびリード端子６に沿って結露した水滴が流れても、接続配線経路の角度９０度以下の曲げ構成部分で水滴は一時滞留し、その後、重力方向に滴下するため電気回路９には水滴は到達せず、角度９０度以下の曲げ構成が可能な配線材料を有する場合には、電気絶縁を確保することができる。
【００４２】
なお、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５のリード端子６を複数有し、スイッチング素子５の複数のリード端子６全てと、スイッチング素子５のリード端子６に接続される電気回路の複数の接続配線経路の少なくとも電気充電部が露出している範囲について、スイッチング素子５の複数のリード端子６全てと電気回路の複数の接続配線経路全ての相対位置が鉛直方向に重ならないように配置することにより、ある一つのリード端子６に沿って結露した水滴が流れても、その他の電気回路接続リード端子６および接続される電気回路には滴下せず、電気絶縁を確保することができる。
【００４３】
また、上記各構成に対し、少なくとも結露防止を目的とした水分透過量が少ない電気絶縁物で高電圧電源４を構成するスイッチング素子５のリード端子６あるいは、リード端子６に接続される電気回路までの接続配線経路を覆うことを必要としない、すなわち結露防止の電気絶縁物質で覆わず構成することで、生産コストを下げることが可能となり、安価でかつ電気絶縁確保には支障を及ぼさないように構成できる。
【００４４】
さらに、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５のリード端子６の間隔が３ｍｍ以上である構成においては、より高密度で小型のスイッチング素子を開発、採用可能とし、かつ結露による水滴の成長においても、複数の電気回路接続リード端子６間を短絡する前に滴下し、電気絶縁を確保することができる。
【００４５】
（実施の形態６）
以下に本発明の実施の形態６を図６を用いて説明する。
【００４６】
なお、実施の形態１から５及び従来と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
図６に示す本実施の形態６の特徴とする点は、高電圧電源４を構成するスイッチング素子５を放熱用構造物７に相対的に鉛直方向に重ねて複数個に取付ける構成を上記実施の形態１から５までの構成に付加することにより、電気絶縁を確保し、かつ、高密度構成が可能で、高電圧電源４を安価に小型化ができる。
【００４８】
（実施の形態７）
以下に本発明の実施の形態７のレーザ加工機を図７を用いて説明する。
【００４９】
図７に示すように、レーザビーム１０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１０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、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事で、所定の形状の加工が行われる。
【００５０】
本実施の形態７の特徴とする点は、上述したレーザ加工機に、実施の形態１から６におけるレーザ発振装置を用いることにより、湿潤環境下にあっても安定して継続使用ができる信頼性の高いレーザ加工機が得られることである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、結露が発生する湿潤環境下にある場合でも、安価で高速動作の非モールド品スイッチング素子を故障させることなく使用できる信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置の説明図
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ発振装置の説明図
【図３】本発明の実施の形態３におけるレーザ発振装置の説明図
【図４】本発明の実施の形態４におけるレーザ発振装置の説明図
【図５】本発明の実施の形態５におけるレーザ発振装置の説明図
【図６】本発明の実施の形態６におけるレーザ発振装置の説明図
【図７】本発明の実施の形態７におけるレーザ加工機の説明図
【図８】従来のレーザ発振装置の説明図
【符号の説明】
【００５３】
１    放電管
２    光共振器
３    電極
４    高電圧電源
５    スイッチング素子
６    リード端子
７    放熱用構造物
８    冷媒
９    電気回路
１０    レーザビーム
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
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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