(57)【要約】複数のレーザモジュール（１０，１１）と、レーザモジュール（１０，１１）から出力された光ビームを合成するビーム合波器と、レーザモジュール（１０，１１）へ給電する電源と、を備えたレーザ発振装置（１）であって、レーザモジュールは、複数のレーザダイオード（４０）と、レーザダイオード（４０）を冷却する冷却板（４１）と、冷却板へ冷却媒体を供給する配管と、配管を流れる冷却媒体の圧力を検出する圧力センサ（２７）及び流量を検出する流量センサ（２８）と、圧力センサ（２７）及び流量センサ（２８）の値に基づいて冷却媒体を所定の圧力及び流量に調整する調整機構（２５）と、を備えている。
2018216274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザモジュールと、前記複数のレーザモジュールからそれぞれ出力された光ビームを合成するビーム合波器と、前記複数のレーザモジュールへ給電する電源と、を備えたレーザ発振装置であって、
前記複数のレーザモジュールの各々は、
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードを冷却する冷却板と、
前記冷却板へ冷却媒体を供給する配管と、
前記配管を流れる冷却媒体の圧力を検出する圧力センサ及び流量を検出する流量センサと、
前記圧力センサ及び流量センサの値に基づいて前記冷却媒体を所定の圧力及び流量に調整する調整機構と、
を備えている、レーザ発振装置。
【請求項２】
複数のレーザモジュールと、前記複数のレーザモジュールからそれぞれ出力された光ビームを合成するビーム合波器と、前記複数のレーザモジュールへ給電する電源と、を備えたレーザ発振装置であって、
前記複数のレーザモジュールの各々は、
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードを冷却する冷却板と、
前記冷却板へ冷却媒体を供給する配管と、
前記配管の入口側及び出口側のそれぞれに設置された圧力センサと、
前記圧力センサの値に基づいて前記冷却媒体を所定の圧力に調整する調整機構と、
を備えている、レーザ発振装置。
【請求項３】
前記電源を制御する電源制御部をさらに備え、
前記圧力センサ及び前記流量センサの検出値が予め設定された許容範囲を逸脱すると、前記電源制御部は警告出力し、または前記複数のレーザモジュールへの給電を停止するように構成されている、請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記電源を制御する電源制御部をさらに備え、
前記圧力センサの検出値が予め設定された許容範囲を逸脱すると、前記電源制御部は警告出力し、または前記複数のレーザモジュールへの給電を停止するように構成されている、請求項２記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のレーザ発振装置を備えている、レーザ加工装置。
【請求項６】
複数のレーザモジュールと、前記複数のレーザモジュールからそれぞれ出力された光ビームを合成するビーム合波器と、前記複数のレーザモジュールへ給電する電源と、前記電源を制御する電源制御部と、を備えたレーザ発振装置であって、
前記複数のレーザモジュールの各々は、
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードを冷却する冷却板と、
前記冷却板へ冷却媒体を供給する配管と、
前記配管を流れる冷却媒体の圧力を検出する圧力センサ及び流量を検出する流量センサと、
を備え、
前記圧力センサ及び前記流量センサの検出値が予め設定された許容範囲を逸脱すると、前記電源制御部は警告出力し、または前記複数のレーザモジュールへの給電を停止するように構成されている、レーザ発振装置。
【請求項７】
複数のレーザモジュールと、前記複数のレーザモジュールからそれぞれ出力された光ビームを合成するビーム合波器と、前記複数のレーザモジュールへ給電する電源と、前記電源を制御する電源制御部と、を備えたレーザ発振装置であって、
前記複数のレーザモジュールの各々は、
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードを冷却する冷却板と、
前記冷却板へ冷却媒体を供給する配管と、
前記配管の入口側及び出口側のそれぞれに設置された圧力センサと、
を備え、
前記圧力センサの検出値が予め設定された許容範囲を逸脱すると、前記電源制御部は警告出力し、または前記複数のレーザモジュールへの給電を停止するように構成されている、レーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主として切断や溶接などの加工に用いられるレーザ発振装置およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０には、板金切断のためのレーザ加工装置の一例の概略の構成が例示されている。レーザ加工装置は、レーザ発振装置１０１と、加工ヘッド１０３と、加工テーブル１０７と、レーザ制御装置１１０などを備えている。【０００３】
レーザ発振装置１０１は、レーザビーム１３０を出射する。レーザビーム１３０は、プロセスファイバ１０２に導光され、プロセスファイバ１０２を伝搬した後に、プロセスファイバ１０２のレーザビーム出射側に接続された加工ヘッド１０３に導かれる。【０００４】
加工ヘッド１０３は、コリメータレンズ１０４、集光レンズ１０５を備えている。レーザビーム１３０は集光レンズ１０５によって高密度のエネルギービームに集光された後にワーク１０６に照射されて、ワーク１０６の切断加工を行う。【０００５】
ワーク１０６は加工テーブル１０７上に固定されている。加工ヘッド１０３は、Ｘ軸モータ１０８あるいはＹ軸モータ１０９でワーク１０６に対して相対的に移動する。加工ヘッド１０３によってワーク１０６が所定の形状に加工される。【０００６】
レーザ発振装置１０１、Ｘ軸モータ１０８およびＹ軸モータ１０９は、レーザ制御装置１１０によって互いに同期を取りながら制御される。加工時にはワーク１０６の種類に応じて窒素ガス（Ｎ２）や酸素ガス（Ｏ２）などのアシストガス１１１が供給される。【０００７】
板金加工用のレーザ加工装置として、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ発振装置、ＹＡＧレーザ発振装置、ファイバレーザ発振装置などをレーザ光源として用いたものが知られている。ファイバレーザ発振装置は、ＹＡＧレーザ発振装置よりも光品質に優れ、発振効率が極めて高い等の利点を有する。このため、ファイバレーザ発振装置を用いたファイバレーザ加工装置は、産業用、特に板金加工用（切断または溶接等）に利用されている。【０００８】
ところで、特許文献１には、半導体レーザと、半導体レーザを冷却する水冷ヒートシンクを備えた半導体レーザモジュールが開示されている。【０００９】
当該水冷ヒートシンクは、内部に水路が設けられ、冷媒の出入り口である２つの孔を有する。ベースは水冷ヒートシンクの孔に対応して２つの貫通孔を有する。半導体レーザモジュールは、水冷ヒートシンクの孔とベースに形成された貫通孔との結合部にＯリングを備える。２つの貫通孔の中点に設けられた１本のネジによって、水冷ヒートシンクがベースと押え板に挾持されるように固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１６−２１４５２号公報
【発明の概要】
【００１１】
近年では、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）発振装置をレーザ光源として用いるＤＤＬ加工装置が開発されている。ＤＤＬ加工装置は、共振器内に回折格子等の複数の光学素子を配置し、当該光学素子を用いて複数のレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）からの多波長（multiple-wavelength）のレーザ光を重畳し、伝送ファイバを用いて加工ヘッドまで伝送するように構成されている。そして、上述したように伝送ファイバの端面から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ及び集光レンズなどによりワーク上に集光されて照射される。
【００１２】
図８Ａに、板金切断用のレーザ加工装置に用いられるレーザ発振装置の一例の概略の構成を示す。
【００１３】
ダイレクトダイオードレーザ発振器（レーザ発振装置）１０１は複数のレーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄ、ビーム合波器１１４、電源１１５を備えている。
【００１４】
レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄは、それぞれ、内部に備えた複数のレーザダイオードから得られるレーザビームを合波した１本のレーザビームを出射する。レーザビームの光強度は、各レーザモジュールに接続された電源１１５から供給される電力により調整される。ここで、各レーザモジュールの最大光強度は１ｋＷ程度である。
【００１５】
各レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄから出射されたレーザビームは、反射ミラー１１６とビームスプリッター１１７を備えたビーム合波器１１４へ入射される。レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄはそれぞれ直交した偏光つまり、一方がＰ偏光、他方がＳ偏光といった態様で入射される。
【００１６】
ビーム合波器１１４へ入射されたレーザビームは偏光毎に反射ミラー１１６により空間合成される。この際、各反射ミラー１１６はレーザビームが互いに干渉しないように配置される。
【００１７】
図８Ｂに示すように、各レーザモジュールから入射されるレーザビームの断面ビーム形状は、レーザダイオードの特性により楕円形状（図８ＡのＥ−Ｅ線断面）となる。そのため、図８Ｃに示すように、空間合成後のビーム形状は楕円がレーザビームの本数分並んだ形状（図８ＡのＦ−Ｆ線断面、Ｇ−Ｇ線断面）となる。
【００１８】
次に、偏光毎に空間合成されたレーザビームはビームスプリッター１１７により偏波合成される。偏波合成は直交する偏光同士での合成であるため、それらの光軸を重ねることができる。
【００１９】
そのため、偏波合成された後のレーザビームの断面形状は偏波合成前と変わらない（図８ＡのＨ−Ｈ線断面）。この偏波合成されたビームがレーザ発振装置１０１からレーザビーム１３０として出力される。
【００２０】
光共振しているとき、レーザダイオードは非常に大きな発熱をするため、一般的には水冷されている。図８Ａ中、符号１５２ａ〜１５２ｄ，１５３ａ〜１５３ｄはレーザダイオードを冷却するために各レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄに流れる入力（ＩＮ）側冷却水及び出力（ＯＵＴ）側冷却水を示す。
【００２１】
図８Ａに示す例では、１ｋＷのレーザモジュールを８台備えた態様となりレーザ発振装置１０１としての最大出力は８ｋＷとなる。ただし、レーザ発振装置１０１としての所望の出力に応じてレーザモジュールの数を増減させることで、低出力から高出力の所望のレーザ発振装置１０１を実現することが可能となる。
【００２２】
また、各レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄは、電源１１５に対して直列に接続されている。電源１１５は、各レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄへ同じ大きさの電流を流すことで、レーザビーム１３０の光強度を調整する。つまり、図８Ａの構成で４ｋＷの出力を得る場合、８つのレーザモジュールをそれぞれ最大出力１ｋＷの５０％である５００Ｗの出力で駆動すればよい。
【００２３】
図９Ａ，図９Ｂには、図８Ａで示したレーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ（１１２），１１３ａ〜１１３ｄ（１１３）の概略の内部構造が示されている。レーザモジュール１１２，１１３は、複数のレーザダイオード１５０と多波長のレーザ光に対してスペクトルビーム結合を行う光学素子とで形成される。
【００２４】
各レーザモジュールは、多波長λ１，λ2，λ3，…λｎのレーザ光１５４を、全反射ミラー１５５、集光レンズ１５６及び回折格子１５７を用いて重畳して１本のレーザ光１５８として出力する。各レーザモジュールは小型化のため、全反射ミラー１５５を用いて、小さな空間内で光共振及びレーザ光１５４の重畳を行える構成となっている。
【００２５】
レーザモジュール１１２ａ〜１１２ｄ，１１３ａ〜１１３ｄから出射されたレーザ光１５８はビーム合波器１１４によって偏波合成及び空間合成される。合成されたレーザビーム１３０が切断加工や溶接に利用される。
【００２６】
ところで、レーザダイオードが光発振するときには非常に大きな発熱があるため、レーザダイオードを冷却するための構造が必須となる。
【００２７】
上述した特許文献１に記載された冷却構造は、レーザダイオードを個別に冷却するための構造である。このような冷却構造を複数のレーザダイオードにそれぞれ適用すると個々に冷却構造を備えるために膨大なコストが嵩むことになる。
【００２８】
そこで、図９Ｂに示すように、一括して複数個のレーザダイオード１５０を冷却するような冷却構造が想定される。具体的には、１枚の冷却板１５１上にレーザモジュールを構成する複数個のレーザダイオード１５０が配置される。冷却板１５１内部に形成された冷却流路１５９に所定温度の冷却水が所定水量供給される。図９Ｂ中、符号１５２は配管入口（ＩＮ）側の冷却水、符号１５３は配管出口（ＯＵＴ）側の冷却水を示す。
【００２９】
ところで、ワークの加工性能を左右する一つのパラメータとしてビーム品質が存在する。一般的に加工用レーザビームのビーム品質はＢＰＰ（Beam Parameter Product）というパラメータで表現される。ＢＰＰが小さいほど集光スポット径が小さく、焦点深度の短い光に集光される。逆にＢＰＰが大きい程、集光スポット径が大きく、焦点深度の長い光に集光される。ＢＰＰの値を左右するのは光源となるレーザダイオードおよびレーザダイオードから出射された後の光学素子のアライメントに依存する。
【００３０】
そのため、レーザダイオードの配置や、光学素子の配置のアライメントは慎重に行われる。特にレーザダイオードは水冷ヒートシンク上に配置される。そのため、市場で使用される条件と同じ水量、水圧で水冷ヒートシンクに注水した状態でレーザダイオードのアライメントが行われる。
【００３１】
しかし、事後的にＢＰＰが悪化してワークの加工性能が劣化する場合がある。例えば、レーザ発振装置に対する市場での冷却水の供給条件が、製造時のアライメントの条件と異なった場合である。また、例えば、市場でレーザ発振装置を長期に使用した場合の配管詰まりなどによって冷却水の供給条件が初期の設定条件と異なった場合である。
【００３２】
本開示は、安定したＢＰＰを確保し、安定した加工性能を維持することが可能なレーザ発振装置およびレーザ加工装置を提供する。
【００３３】
本開示の一態様のレーザ装置は、複数のレーザモジュールと、複数のレーザモジュールからそれぞれ出力された光ビームを合成するビーム合波器と、複数のレーザモジュールへ給電する電源と、を備えたレーザ発振装置であって、複数のレーザモジュールの各々は、複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードを冷却する冷却板と、冷却板へ冷却媒体を供給する配管と、配管を流れる冷却媒体の圧力を検出する圧力センサ及び流量を検出する流量センサと、圧力センサ及び流量センサの値に基づいて冷却媒体を所定の圧力及び流量に調整する調整機構と、を備えている。
【００３４】
本開示の一態様によれば、冷却板に供給する冷却水の水圧などを調整できる。これにより、安定したＢＰＰを確保し、安定した加工性能を維持することが可能なレーザ発振装置およびレーザ加工装置を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施の形態を示すレーザ発振装置の説明図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＥ−Ｅ線断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１ＡのＦ−Ｆ線、Ｇ−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、レーザ発振装置に組み込まれるレーザモジュールの構成図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態を示すレーザモジュールの冷却水の配管系統図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態を示すレーザモジュールの冷却水の配管系統図である。
【図５】図５は、第３の実施の形態を示すレーザモジュールの冷却水の配管系統図である。
【図６】図６は、第４の実施の形態を示すレーザモジュールの冷却水の配管系統図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態における調整器の操作手順を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、レーザ発振装置の一例の説明図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８ＡのＥ−Ｅ線断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８ＡのＦ−Ｆ線、Ｇ−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、レーザ発振装置に組み込まれるレーザモジュールの一例の構成図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】図１０は、従来のレーザ加工装置の全体説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本開示の技術を適用したレーザ発振装置およびレーザ加工装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３７】
［第１の実施の形態］
図１Ａに示すように、レーザ発振装置１は複数のレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄ、ビーム合波器１２および電源１３を備えている。ビーム合波器１２は複数枚の反射ミラー１４と単一のビームスプリッター１５で構成されている。
【００３８】
レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄは、それぞれ、内部に備えた複数のレーザダイオードから出射されるレーザビームを１本に合波したレーザビーム３ａ〜３ｈを出射する。レーザビーム３ａ〜３ｈの光強度は電源１３からレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄに供給される電力の値により調整される。ここで各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄの最大強度は１ｋＷ程度である。
【００３９】
各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザビーム３ａ〜３ｈはビーム合波器１２へ入射される。ここでレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄはそれぞれ直交した偏光、つまり一方がＰ偏光、他方がＳ偏光といった態様でビーム合波器１２へ入射される。
【００４０】
入射されたレーザビーム３ａ〜３ｈは偏光毎に反射ミラー１４により空間合成される。この際、レーザビーム３ａ〜３ｈが互いに干渉しないように反射ミラー１４は配置される。図１ＡのＥ−Ｅ線断面である図１Ｂに示すように、各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄから入射されるレーザビーム３ａ〜３ｈの断面形状はレーザダイオードの特性により楕円形状となる。そのため、図１ＡのＦ−Ｆ線断面、Ｇ−Ｇ線断面である図１Ｃに示すように、空間合成後のビーム形状は楕円がレーザビームの本数分並んだ態様となる。
【００４１】
次に、Ｐ偏光およびＳ偏光の偏光毎に空間合成されたレーザビームは、ビームスプリッター１５により偏波合成される。偏波合成は直交する偏光同士での合成となるため、それらの光軸を重ねることができる。そのため、図１ＡのＨ−Ｈ線断面である図１Ｃに示すように、偏波合成された後のレーザビーム形状は偏波合成前と変わらない。
【００４２】
この偏波合成されたビームがレーザ発振装置１のレーザビーム２として出射される。そのため、出力されるレーザビーム２の最外径は図１Ｃに示す破線のようになる。
【００４３】
各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄは直列に接続されている。電源１３が各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄへ同じ大きさの電流を流すことで、各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄが同レベルの出力のレーザビームを出射することができる。本実施形態では１ｋＷのレーザモジュールを８個接続した構成となり、レーザビーム２の光強度は最大８ｋＷとなる。ただし、レーザモジュールの数は８個に限定されるものではなく、レーザ発振装置１に要求される最大出力に応じてその数を増減することができる。
【００４４】
図２Ａ，図２Ｂには、レーザ発振装置１に組み込まれたレーザモジュール１０（１０ａ〜１０ｄ），１１（１１ａ〜１１ｄ）のうちの一つのレーザモジュールの構成が示されている。図２Ａには、レーザ発振装置１に一つのレーザモジュールしか描かれていないが、実際には複数のレーザモジュール１０，１１が組み込まれている。
【００４５】
レーザモジュール１０，１１は、複数のレーザダイオード４０と多波長のレーザ光に対してスペクトルビーム結合を行う光学素子とで形成される。
【００４６】
各レーザモジュール１０，１１は、多波長λ１，λ2，λ3，…λｎのレーザ光４２を、全反射ミラー４３、集光レンズ４４および回折格子４５を用いて重畳して１本のレーザ光４６として出力する。各レーザモジュールは小型化のため、全反射ミラー４３を用いて、小さな空間内で光共振及びレーザ光４２の重畳を行える構成となっている。
【００４７】
重畳されたレーザ光４６はレーザモジュール１０，１１から出射され、上述したように、他のレーザモジュールから出射されたレーザ光と偏波合成及び空間合成される。合成されたレーザビーム２（図１Ａ参照）がワークの切断加工や溶接に利用される。また、レーザダイオード４０が光発振するときには非常に大きな発熱があるため、レーザ発振装置１には各レーザダイオード４０を冷却するための冷却構造が設けられている。
【００４８】
具体的には、レーザ発振装置１は、冷却板４１と、配管２６ａ，２６ｂと、圧力センサ２７と、流量センサ２８と、調整器２５を備えている。冷却板４１は、各レーザダイオード４０を冷却する。配管２６ａ，２６ｂは、冷却板４１の冷却流路４７へ冷却媒体を供給する。圧力センサ２７は、配管２６ａ，２６ｂを流れる冷却媒体としての水の圧力を検出する。流量センサ２８は、配管２６ａ，２６ｂを流れる水の流量を検出する。調整器２５は、圧力センサ２７及び流量センサ２８の値に基づいて冷却媒体を所定の圧力及び流量に自動調整する。冷却水はレーザ発振装置１とは別に設置される冷却水循環装置（以下、「チラー」と記す。）２０によって供給される。
【００４９】
チラー２０から設定された水温の冷却水が常にレーザ発振装置１に供給される。レーザモジュール１０，１１の入力（ＩＮ）側に調整バルブ２４ａと圧力センサ２７が設けられる。レーザモジュール１０，１１の出力（ＯＵＴ）側に調整バルブ２４ｂと流量センサ２８が設けられる。調整バルブ２４ａ，２４ｂ、圧力センサ２７および流量センサ２８は調整器２５に電気的に接続されている。
【００５０】
図１Ａ，図２Ａ，図２Ｂの符号４（４ａ〜４ｈ）は、レーザダイオード４０を冷却するための各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄへの入力（ＩＮ）側冷却水を示す。符号５（５ａ〜５ｈ）は、各レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄからの出力（ＯＵＴ）側冷却水を示す。
【００５１】
冷却板４１上にレーザモジュール１０，１１を構成する複数個のレーザダイオード４０が配置される。冷却板４１内部に冷却水を通流させる冷却流路４７が形成されている。冷却水は仕様で定まる所定の冷却能力を得るため規定水温に一定に保つようチラー２０で制御されている。
【００５２】
また、レーザモジュール１０，１１に流れる冷却水は圧力センサ２７及び流量センサ２８と調整器２５によって、レーザモジュール１０，１１を組み立てる際に調整されるレーザダイオード４０のアライメント条件と同じ水圧、水量に保たれる。
【００５３】
図３には、レーザモジュール１０，１１の冷却のための配管系統が示されている。レーザ発振装置１とチラー２０が配管ホース２１ａ，２１ｂで接続される。８つのレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄは、それぞれ８系統の配管６ａ〜６ｈを介して注水側のマニホールド２９ａに接続される。さらに、８つのレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄは、それぞれ８系統の配管７ａ〜７ｈを介して排水側のマニホールド２９ｂに接続される。
【００５４】
レーザ発振装置１はレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄ以外にも多くの発熱体を有する。安定した装置の稼働のためにそれらの発熱体の冷却も必要となる。そのため、レーザ発振装置１は、レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄ以外の発熱体にも冷却水を送水できるように、チラー２０と接続する基端側にマニホールド２２ａ，２２ｂを備える。
【００５５】
符号２３ａ，２３ｂはレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄ以外の発熱体を冷却する冷却系統である。マニホールド２９ａ，２９ｂとマニホールド２２ａ，２２ｂはそれぞれ配管２６ａ，２６ｂで接続される。マニホールド２２ａとマニホールド２９ａを接続する配管２６ａに水圧をモニターする圧力センサ２７と、調整バルブ２４ａが接続される。マニホールド２２ｂとマニホールド２９ｂを接続する配管２６ｂに配管中を流れる冷却水量をモニターする流量センサ２８と、調整バルブ２４ｂが接続されている。
【００５６】
このように、圧力センサ２７及び流量センサ２８は、マニホールド２２ａ，２２ｂ及びマニホールド２９ａ，２９ｂをそれぞれ接続する配管２６ａ，２６ｂに備えることが好ましいが、これらの配管２６ａ，２６ｂ以外の配管に備えることも可能である。ただし、マニホールド２２ａ，２２ｂを備える場合には、マニホールド２２ａ，２２ｂよりもレーザモジュール１０ａ〜１０ｄ，１１ａ〜１１ｄ側の配管に備えることが好ましい。
【００５７】
圧力センサ２７と流量センサ２８と調整バルブ２４ａ，２４ｂは、バルブ開閉量を制御する調整器２５に信号ケーブル３０を介して接続される。圧力センサ２７及び流量センサ２８の検出値にはレーザダイオード４０の仕様に応じた上下限の閾値が設けられる。調整器２５は、圧力センサ２７及び流量センサ２８の検出値がそれぞれの上下限の閾値を超えると、閾値内に収まるようにバルブ開度の調整量を計算する。調整器２５は、さらに、調整バルブ２４ａ，２４ｂに、計算された調整量を出力しバルブの開度をフィードバック制御する。この様な制御により、レーザダイオード４０を冷却する冷却板４１の冷却流路４７を流れる冷却水の水圧と水量を自動で仕様値の範囲内に制御することが可能となる。
【００５８】
調整器２５は、記憶部と、入力部と、演算部と、出力部とを備えた半導体集積回路で構成される。記憶部は、上下限の閾値や異常閾値を記憶する。入力部は、圧力センサ２７と流量センサ２８からの信号を入力する。演算部は、調整バルブ２４ａ，２４ｂに対する調整量を演算導出する。出力部は、調整バルブ２４ａ，２４ｂを駆動する制御信号を出力する。調整器２５は、圧力センサ２７及び流量センサ２８の値に基づいて冷却媒体を所定の圧力及び流量に調整する調整機構として機能する。
【００５９】
次に、調整バルブ２４ａ，２４ｂを制御する調整器２５の動作について、図７に示すフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００６０】
先ず処理のループ回数を示すカウンタのカウント値をインクリメント、つまり１加算する（Ｓ５０）。ループ回数の初期値は０に設定されている。このカウント値が設定回数より少なければ（Ｓ５１，ＹＥＳ）、圧力センサ２７の読み込みのステップＳ５２へと移る。
【００６１】
冷却水の圧力センサ２７の値を読み込み（Ｓ５２）、この圧力センサ２７の読み込み値が設定された上下限値内に入っているかを判定する（Ｓ５４）。読み込み値が設定された上下限値内に入っていない場合は（Ｓ５４，ＮＯ）、水圧の仕様中央値と読み込み値との差分を計算し（Ｓ５５）、その差分からレーザモジュールの入力（ＩＮ）側の調整バルブ２４ａの稼働量を計算し（Ｓ５６）、その稼働量を調整バルブ２４ａに出力する（Ｓ５７）。ステップＳ５７が終了するとステップＳ５０に戻る。
【００６２】
レーザモジュールの入力（ＩＮ）側の圧力が設定された上下限内になると（Ｓ５４，ＹＥＳ）、流量センサ２８の値の読み込みが行われる（Ｓ５８）。次に、流量センサ２８の読み込み値が設定された上下限値内に入っているかを判定する。読み込み値が設定された上下限値内に入っていない場合は（Ｓ５９，ＮＯ）、水量の仕様中央値と読み込み値との差分を計算し（Ｓ６０）、その差分からレーザモジュールの出力（ＯＵＴ）側の調整バルブ２４ｂの稼働量を計算し（Ｓ６１）、その稼働量を調整バルブ２４ｂに出力する（Ｓ６２）。
【００６３】
圧力センサ２７の読み込み値と流量センサ２８の読み込み値の両方が上下限値内に入っていれば処理を終了する。但し、調整幅が広すぎるなどの場合には、何度ループを回しても設定上下限値に入らない可能性もあるため、ステップＳ５１でのループ回数のカウント値が設定回数より多くなれば（Ｓ５１，ＮＯ）、調整不能としてアラームを出力して（Ｓ５３）、カウント値を０にリセットして処理を終了する。この場合は、保守作業者が呼ばれて適切な運転状態をなるように対処することになる。
【００６４】
例えば、チラー２０とレーザモジュール１０，１１の入力（ＩＮ）との間で目詰まりした場合にはレーザモジュールの入力（ＩＮ）側、出力（ＯＵＴ）側の水圧ともに低下する。この場合には、調整器２５は、まず入力（ＩＮ）側の調整バルブ２４ａをオープンし、設定圧力中央値（水圧の仕様中央値）になるように入力（ＩＮ）側の調整バルブ２４ａを調整する調整量の信号を出力する。
【００６５】
次に調整器２５は、出力（ＯＵＴ）側の調整バルブ２４ｂをオープンし、設定流量中央値（水量の仕様中央値）になるように調整を行う。上記調整後に調整器２５は再度センサモニタ値（圧力センサ２７の読み込み値及び流量センサ２８の読み込み値）の確認を行なう。センサモニタ値が仕様上下限以内なら調整作業は完了となる。センサモニタ値がまだ仕様上下限の範囲外なら、調整器２５は、上記調整作業を繰り返し行ない、調整バルブ２４ａ，２４ｂの調整を行なう。
【００６６】
また、圧力センサ２７と流量センサ２８の間で目詰まりした場合には、レーザモジュール１０，１１の入力（ＩＮ）側の圧力が上昇し、レーザモジュール１０，１１の出力（ＯＵＴ）側の圧力は低下する。この場合には、調整器２５は、まず入力（ＩＮ）側の調整バルブ２４ａをクローズし、設定圧力中央値になるように調整する。次に、調整器２５は、出力（ＯＵＴ）側の調整バルブ２４ｂをオープンし、設定流量中央値になるように調整を行う。上記調整後に調整器２５は再度センサモニタ値の確認を行う。センサモニタ値が仕様上下限以内なら調整作業は完了となる。センサモニタ値がまだ仕様上下限の範囲外なら、調整器２５は、上記調整作業を繰り返し行ない、調整バルブ２４ａ，２４ｂの調整を行なう。
【００６７】
また、レーザモジュール１０，１１の出力（ＯＵＴ）とチラー２０との間が目詰まりした場合には、レーザモジュール１０，１１の入力（ＩＮ）側、出力（ＯＵＴ）側の水圧ともに上昇する。この場合には、調整器２５は、入力（ＩＮ）側の調整バルブ２４ａをクローズし、設定圧力中央値になるように調整する。次に調整器２５は、出力（ＯＵＴ）側の調整バルブ２４ｂをオープンし、設定流量中央値になるように調整を行う。
【００６８】
上記調整後に調整器２５は再度センサモニタ値の確認を行う。センサモニタ値が仕様上下限以内なら調整作業は完了となる。センサモニタ値がまだ仕様上下限の範囲外なら、調整器２５は、上記調整作業を繰り返し行い、調整バルブ２４ａ，２４ｂの調整を行う。いずれのパターンに関しても、ある一定以上の繰り返しでセンサモニタ値が仕様範囲内に収まらなければ、調整器２５はアラーム信号を出力する。
【００６９】
以上説明した第１の実施形態では、圧力センサと流量センサをそれぞれ一つずつ備える構成としたが、圧力センサと流量センサをそれぞれ複数備えていてもよい。つまり、レーザ発振装置１は、複数のレーザダイオード４０と、複数のレーザダイオード４０を冷却する冷却板４１と、冷却板４１へ冷却媒体を供給する配管２６ａ，２６ｂと、配管２６ａ，２６ｂを流れる冷却媒体の圧力を検出する圧力センサ２７及び流量を検出する流量センサ２８と、圧力センサ２７及び流量センサ２８の値に基づいて冷却媒体を所定の圧力及び流量に自動調整する調整機構（調整器２５）とを備えたレーザモジュール１０，１１を備えていればよい。
【００７０】
［第２の実施の形態］
第１の実施形態では、少なくとも一つの圧力センサと少なくとも一つの流量センサを備えたレーザモジュール１０，１１を説明した。レーザモジュール１０，１１内を流れる冷却水の流量は基本的にはレーザモジュール１０，１１の入力（ＩＮ）側の水圧と出力（ＯＵＴ）側の水圧との差圧に比例する。
【００７１】
そのため、図４に示すように流量センサ２８の代わりに別の圧力センサ３１を設けてもよい。つまり、レーザモジュール１０，１１の入力（ＩＮ）側の系統および出力（ＯＵＴ）側の系統それぞれに、少なくとも一つ以上の圧力センサを設置する構成を採用してもよい。そして、それぞれの圧力センサの閾値を適切な値に設定するように構成してもよい。
【００７２】
つまり、レーザ発振装置１に組み込まれたレーザモジュール１０，１１は、複数のレーザダイオード４０と、複数のレーザダイオード４０を冷却する冷却板４１と、冷却板４１へ冷却媒体を供給する配管２６ａ，２６ｂと、配管２６ａ，２６ｂの入口側及び出口側のそれぞれに設置された圧力センサ２７，３１と、圧力センサ２７，３１の値に基づいて冷却媒体を所定の圧力に調整する調整機構（調整器２５）と、を備えることとしてもよい。
【００７３】
［第３の実施の形態］
冷却水配管の目詰まりによる冷却水圧変化および水量変化は数千〜数万時間かけて経時的に劣化する。図５に示すように、レーザ発振装置１は、自動で調整バルブ２４ａ，２４ｂを制御する調整器２５を備えなくてもよい。ただし、レーザ発振装置１は、レーザモジュール１０ａ〜１０ｄ、１１ａ〜１１ｄに給電する電源１３の制御のための電源制御部３２を備える。電源制御部３２と圧力センサ２７及び流量センサ２８は、信号ケーブル３３を介して電気的に接続される。圧力センサ２７または流量センサ２８の検出値が上下限の異常判定閾値を超えると、電源制御部３２が警告を出力し、もしくは電源１３を停止するように構成してもよい。
【００７４】
この場合も使用者からのサービスコールを受けて、保守作業者がその都度、調整バルブ２４ａ，２４ｂを調整するように構成してもよい。異常判定閾値として段階的に二つの値を設定し、一次閾値を超えると警告し、二次閾値を超えると電源を停止するように構成してもよい。
【００７５】
なお、本実施の形態では、調整器２５を備えないが、本開示の技術は、これに限られない。レーザ発振装置１が調整器２５を備えてもよい。この場合、冷却水の水圧および水量は、調整バルブ２４ａ，２４ｂおよび調整器２５により、レーザダイオード４０の仕様に応じた上下限の閾値内に適切に調整される。仮に冷却水の水圧および水量が予め設定された許容範囲を逸脱すると、電源制御部３２が警告を出力し、または複数のレーザモジュール１０，１１への給電を停止する。この許容範囲は、上下限の閾値の範囲と同じでもよく、それよりも広い範囲でもよい。調整器２５は、第1の実施の形態と同様に、圧力センサ２７および流量センサ２８の検出値に基づいて冷却水の水圧および水量を調整してもよい。これに代えて、調整器２５は、第２の実施の形態と同様に、圧力センサ２７，３１の検出値に基づいて冷却水の水圧および水量を調整してもよい。
【００７６】
［第４の実施の形態］
上述した実施形態では、８個のレーザモジュール１０，１１がそれぞれ個々の配管系統で冷却される態様を説明したが、複数のレーザモジュール１０，１１間で配管系統を共用してもよい。
【００７７】
例えば図６に示すように、２個のレーザモジュールが配管３４を用いて直列に接続されてもよい。図６の例では、８個のレーザモジュールが４系統の配管３４で冷却される。このように２個以上のレーザモジュールが直列で接続されるように配管する冷却構造としてもよい。この場合でも圧力センサ２７及び流量センサ２８の検出値に基づいて適切に調整バルブ２４ａ，２４ｂを調整すれば、上述の実施形態と同等の効果が得られる。
【００７８】
図１０に示す従来のレーザ発振装置１０１に代えて、上述したレーザ発振装置１を組み込むことにより、本開示によるレーザ加工装置を構成することができる。
【００７９】
上述した実施形態は本開示の一例に過ぎず、各部の具体的な構成は上述した具体例に限定されるものではなく、本開示の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本開示によれば、レーザ発振装置を適切に冷却することで、安定したＢＰＰを確保し、安定した加工性能を維持することが可能なレーザ発振装置およびレーザ加工装置を実現できる。
【符号の説明】
【００８１】
１：レーザ発振装置
２：レーザビーム
３ａ〜３ｈ：レーザビーム
４ａ〜４ｈ：レーザモジュール入力（ＩＮ）側冷却水
５ａ〜５ｈ：レーザモジュール出力（ＯＵＴ）側冷却水
６ａ〜６ｈ：配管
７ａ〜７ｈ：配管
１０ａ〜１０ｄ：レーザモジュール
１１ａ〜１１ｄ：レーザモジュール
１２：ビーム合波器
１３：電源
１４：反射ミラー
１５：ビームスプリッター
２０：チラー
２１ａ，２１ｂ：配管ホース
２２ａ，２２ｂ：マニホールド
２３ａ，２３ｂ：レーザモジュール以外を冷却する冷却系統
２４ａ，２４ｂ：調整バルブ
２５：調整器
２６ａ，２６ｂ：配管
２７：圧力センサ
２８：流量センサ
２９ａ，２９ｂ：マニホールド
３０：信号ケーブル
３１：圧力センサ
３２：電源制御部
３３：信号ケーブル
３４：レーザモジュール間をつなぐ配管
４０：レーザダイオード
４１：冷却板
４２：レーザ光
４３：全反射ミラー
４４：集光レンズ
４５：回折格子
４６：レーザ光
４７：冷却流路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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