(57)【要約】【課題】  ユーザの初期コストに有利な小規模実験機を提供しながら、これによって最適仕様が決定された後は、実験機を有効利用して最適仕様を満足できるようにする。【解決手段】  レーザ光源１をそれに接続した予備駆動電源部２にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でレーザ光３を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供し、予備的な用途から生産などの通常使用への用途切り替えに伴い、前記予備駆動電源部２に補助駆動電源部４を追加接続することにより前記レーザ光源１を通常駆動して通常出力状態でレーザ光３ａを出射し、生産品の加工を始めとする通常使用に供するようにして、上記の目的を達成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供し、予備的な用途から生産などの通常使用への用途切り替えに伴い、前記予備駆動電源部に補助駆動電源部を追加接続することにより前記レーザ光源を通常駆動して通常出力状態でレーザ光を出射し、生産品の加工を始めとする通常使用に供することを特徴とするレーザ光出射方法。
【請求項２】
レーザ光源をそれに接続した単相交流を整流した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供し、予備的な用途から生産などの通常使用への用途切り替えに伴い、前記予備駆動電源部に三相交流を整流した補助駆動電源部を追加接続することにより前記レーザ光源を通常駆動して通常出力状態でレーザ光を出射し、生産品の加工を始めとする通常使用に供することを特徴とするレーザ光出射方法。
【請求項３】
レーザ光源は、固体レーザ媒質または半導体レーザである請求項１、２のいずれか１項に記載のレーザ光出射方法。
【請求項４】
レーザ光源は、固体レーザ媒質であり、予備出力の制御および通常出力の制御は、いずれも、通常出力制御での最大限出力状態に対応できる電流チョッパ型制御回路を共用して行う請求項１、２のいずれか１項に記載のレーザ光出射方法。
【請求項５】
複数のレーザ光源の通常出力状態に対応できる補助駆動電源部および冷水機を共用して、２つ目以上のレーザ光源および予備駆動電源部の増設に対応し、１つ以上のレーザ光源からレーザ光を出射させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ光出射方法。
【請求項６】
補助駆動電源部は、１つ以上のレーザ光源の駆動に共用するトランス部、コンデンサ部を備えている請求項５に記載のレーザ光出射方法。
【請求項７】
冷水機は、１つ以上のレーザ光源とそれに対応する予備駆動電源部と、補助駆動電源部とに共用する請求項５、６のいずれか１項に記載のレーザ光出射方法。
【請求項８】
固体レーザ媒質は、ランプにより励起するＹＡＧレーザを用いる請求項３、４のいずれか１項に記載のレーザ光出射方法。
【請求項９】
ランプおよびＹＡＧレーザを収容して密閉した光源ケースと、この光源ケースにおける前記ランプおよびＹＡＧレーザの並び方向に平行な面に密着して光源ケースと結合され、かつ、それらランプおよびＹＡＧレーザの水没環境に対する冷却水の循環を図る冷却水通路を有して全体の温度分布がほぼ均一なように冷却され温度調節される温度調節ベースと、を備えたレーザ光源を用いる請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ光出射方法。
【請求項１０】
レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供する単位レーザ光出射装置との電源接続部と、この電源接続部に単位レーザ光出射装置を接続したときそれの予備駆動電源部と協働してレーザ光源を通常駆動し通常出力状態でレーザ光を出射させる補助駆動電源部と、を備えたことを特徴とするレーザ光出射装置。
【請求項１１】
補助駆動電源部は、複数のレーザ光源をそれらの予備駆動電源部と協働して通常出力状態で駆動できる接続部および容量を有した請求項１０に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１２】
予備駆動電源部は単相交流を整流し、補助駆動電源部は三相交流を整流するものである請求項１０、１１のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１３】
レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供する２つ以上の単位レーザ光出射装置との電源接続部を持ち、これら電源接続部に接続される単位レーザ光出射装置の予備駆動電源部と協働してそれのレーザ光源を通常駆動し通常出力状態でレーザ光を出射させる補助駆動電源部と、１つ以上の単位レーザ光出射装置のレーザ光源および予備駆動電源部、補助駆動電源部に対する接続部を有してそれらの水冷に共用できる冷水機とを、２つ以上の単位レーザ光出射装置を装備できる単位レーザ光出射装置装備部を有した架体に備えたことを特徴とするレーザ光出射装置。
【請求項１４】
レーザ光源はランプにより励起する固体レーザ媒質であり、その予備出力制御および通常出力制御は、いずれも、通常出力制御での最大出力状態に対応できる電流チョッパ型制御回路を共用する請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１５】
補助駆動電源部は、１つ以上のレーザ光源の駆動に共用するトランス部、コンデンサ部を備えている請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１６】
固体レーザ媒質は、ＹＡＧレーザである請求項１４に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１７】
レーザ光源は、ランプおよびＹＡＧレーザを収容して密閉した光源ケースと、この光源ケースにおける前記ランプおよびＹＡＧレーザの並び方向に平行な面のほぼ全域に密着して光源ケースと結合され、かつ、それらランプおよびＹＡＧレーザの水没環境に対する冷却水の循環を図る冷却水通路を全体の温度分布がほぼ均一なように冷却され温度調節されるようにほぼ均等配列した温度調節ベースと、を備えたものである請求項１６に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１８】
光源ケースは、ＹＡＧレーザを励起するランプを単独に出し入れするポケットを有し、このポケットは着脱できる蓋体によって密閉および固定される請求項１７に記載のレーザ光出射装置。
【請求項１９】
温度調節ベースはアルミニウム製であって、光源ケースとの密着面からの厚みが５０ｍｍ以上である請求項１７、１８のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項２０】
レーザ光源は、冷却水の流れを検知するフロースイッチと、駆動のための外部トリガ部と、ＹＡＧレーザからの出力モニタ部とを備えている請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項２１】
レーザ光源は、外部との電気的な接続部として、フロースイッチ、外部トリガ部および出力モニタ部のための一括コネクタと、ランプ駆動用の個別コネクタとを備えている請求項１７〜２０のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。
【請求項２２】
一括コネクタおよび個別コネクタは、温度調節ベースの設置側の外面に設けられている請求項２１に記載のレーザ光出射装置。
【請求項２３】
個別コネクタは、温度調節ベースの外面から突出する碍子の突出端から外部に臨んでいる請求項２２に記載のレーザ光出射装置。
【請求項２４】
温度調節ベースの外面は、光源ケースとの密着面と反対側の面である請求項２３に記載のレーザ光出射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光出射方法とその装置に関し、主として固体レーザ媒質をレーザ光源とする場合に適用するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ媒質はＹＡＧロッドで代表されるように半導体レーザ（以下ＬＤという）に比して高出力が得られ、高反射率なアルミニウム材の溶接や切断といった加工に適していることが認識されるようになり、ＬＤに比し長寿命であることもあってその用途が勢い広がってきており、多くの場合、レーザ光源、レーザ光源からのレーザ光を光ファイバに向け集光して入射させ伝送する光学系、レーザ光源の駆動電源部、およびレーザ光源および駆動電源部の水冷構造部がユニット化したレーザ光出射装置（例えば、特許文献１参照。）などが提供されている。
【０００３】
そんな中、溶接は特に安全性、信頼性が重要な問題になることがほとんどであるため、新しい用途への適用を開始しようとする都度、安全性、信頼性、生産性の面から種々に実験を繰り返し、溶接への適性、不適正による採用の適否判断や出力レベルなどの適正仕様の決定、製品の最適設計、最適加工条件といったことの探り出しが行われている。
【０００４】
しかし、固体レーザ媒質によるレーザ光出射装置はそのレーザ光源、駆動電源部および冷却構造の全体を含め高価なため、採用、適正仕様が決定していない時点で実使用レベルのレーザ装置を購入することは大きなリスクを負いかねない。そこで、従来、実験機ともいうべき小型のレーザ装置が提供され、ユーザのリスクを軽減している。
【特許文献１】特開平１１−２３３８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実験機は実使用機に比し低価額であっても、その後、決定した最適正仕様に合う実機を購入した後は不要になる。これはユーザにとって、なお不利であるとともに、省資源上も大きな問題であり、解消することが望まれる。
【０００６】
本発明の主たる目的は、ユーザの初期コストに有利な小規模実験機を提供しながら、これによって最適仕様が決定された後は、実験機を有効利用して最適仕様を満足する実使用機が得られるレーザ光出射方法とその装置を提供することにあり、さらには、レーザ光源の増設にも対応できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のレーザ光出射方法は、レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供し、予備的な用途から生産などの通常使用への用途切り替えに伴い、前記予備駆動電源部に補助駆動電源部を追加接続することにより前記レーザ光源を通常駆動して通常出力状態でレーザ光を出射し、生産品の加工を始めとする通常使用に供することを１つの特徴としている。
【０００８】
このような構成では、レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部により予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でレーザ光を出射し、試験、試作、実験などの予備的な小規模用途に、それに見合うコストやスペースの負担となるいわば卓上仕様として対応できるようにしながら、予備的な用途上、最適仕様が決定し実使用に向けた方向転換がある場合、前記予備駆動電源部にいわばアシスト仕様として追加接続した補助駆動電源部を協働させることより、予備的使用してきたレーザ光源および予備駆動電源部を有効利用して、従って、その分の新規コスト負担無しに、前記レーザ光源を通常駆動して通常出力状態の出力頻度またはおよび出力でレーザ光を出射し、生産品の加工を始めとする通常使用へ用途替えができる。
【０００９】
このような方法は、レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供する単位レーザ光出射装置との電源接続部と、この電源接続部に単位レーザ光出射装置を接続したときそれの予備駆動電源部と協働してレーザ光源を通常駆動し通常出力状態でレーザ光を出射させる補助駆動電源部と、を備えたことを１つの特徴とするレーザ光出射装置によって達成することができる。
【００１０】
補助駆動電源部は、複数のレーザ光源をそれらの予備駆動電源部と協働して通常出力状態で駆動できる接続部および容量を有したものである、さらなる構成では、
１つの単位レーザ光出射装置における予備駆動電源部をアシストした１つのレーザ光源の通常出力状態でのレーザ光出射に加え、必要に応じ追加接続したさらに１つ以上の単位レーザ光出射装置における予備駆動電源部とも協働したレーザ光源の通常出力状態でのレーザ光出射をも可能にすることができる。
【００１１】
本発明のレーザ光出射方法は、また、レーザ光源をそれに接続した単相交流を整流した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供し、予備的な用途から生産などの通常使用への用途切り替えに伴い、前記予備駆動電源部に三相交流を整流した補助駆動電源部を追加接続することにより前記レーザ光源を通常駆動して通常出力状態でレーザ光を出射し、生産品の加工を始めとする通常使用に供することを別の特徴としている。
【００１２】
このような構成では、前記１つの特徴の場合に加え、さらに、予備駆動電源に単相交流を用いることにより、予備的な使用に特別な三相交流電源を不要とすることで、ユーザの初期負担をさらに軽減しながら、通常使用への用途替えに際して追加接続する補助駆動電源部を三相交流とすることにより、単相電源による容量不足を補って通常使用状態にすることができる。
【００１３】
レーザ光源は、固体レーザ媒質または半導体レーザとすることができる。
【００１４】
レーザ光源は、固体レーザ媒質であり、予備出力の制御および通常出力の制御は、いずれも、通常出力制御での最大限出力状態に対応できる電流チョッパ型制御回路を共用して行う、さらなる構成では、
固体レーザ媒質により、通常使用状態でのより高出力に対応できるようにしながら、しかも、その高出力が予備的使用状態での電流チョッパ型制御回路を共用して高パルス数で得られる。
【００１５】
複数のレーザ光源の通常出力状態に対応できる補助駆動電源部および冷水機を共用して、２つ目以上のレーザ光源および予備駆動電源部の増設に対応し、１つ以上のレーザ光源からレーザ光を出射させる、さらなる構成では、
補助駆動電源部および冷水機が複数のレーザ光源の通常出力状態に対応できる容量を持っていることにより、通常使用においてレーザ光源を複数設ける場合、複数に増設していく場合のいずれも、必要数のレーザ光源、または増設していくレーザ光源およびそれに対応する予備駆動電源部を補助駆動電源部に接続して簡単に対応できる。
【００１６】
それには、補助駆動電源部は、１つ以上のレーザ光源の駆動に共用するトランス部、コンデンサ部を備えればよい。また、冷水機は、１つ以上のレーザ光源とそれに対応する予備駆動電源部と、補助駆動電源部とに共用する。
【００１７】
固体レーザ媒質は、ランプにより励起するＹＡＧレーザを用いるものであると、さらなる高出力に対応できる。
【００１８】
ランプおよびＹＡＧレーザを収容して密閉した光源ケースと、この光源ケースにおける前記ランプおよびＹＡＧレーザの並び方向に平行な面に密着して光源ケースと結合され、かつ、それらランプおよびＹＡＧレーザの水没環境に対する冷却水の循環を図る冷却水通路を有して全体の温度分布がほぼ均一なように冷却され温度調節される温度調節ベースと、を備えたレーザ光源を用いる、さらなる構成では、
レーザ光源のランプおよびＹＡＧレーザはいずれも発熱し水没環境下で水冷するが、これらを収容し水冷を行う光源ケースにおけるランプおよびＹＡＧレーザが並ぶ方向に平行な面に対し、全体の温度分布が前記水没環境に循環させる冷却水を利用してほぼ均一なように温度調節される温度調節ベースが結合されて、光源ケースのランプおよびＹＡＧレーザが並ぶ方向の温度分布がほぼ均等となるように冷却するので、冷却水の循環部に温度調節ベースを設けるだけの簡単なレーザ光源にて高出力時の長寿命化を満足して安定した出力のレーザ光を照射することができる。
【００１９】
本発明のレーザ光出射装置は、また、レーザ光源をそれに接続した予備駆動電源部にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供する２つ以上の単位レーザ光出射装置との電源接続部を持ち、これら電源接続部に接続される単位レーザ光出射装置の予備駆動電源部と協働してそれのレーザ光源を通常駆動し通常出力状態でレーザ光を出射させる補助駆動電源部と、１つ以上の単位レーザ光出射装置のレーザ光源および予備駆動電源部、補助駆動電源部に対する接続部を有してそれらの水冷に共用できる冷水機とを、２つ以上の単位レーザ光出射装置を装備できる単位レーザ光出射装置装備部を有した架体に備えたことを他の特徴としている。
【００２０】
このような構成では、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力でのレーザ光を出射して予備的な用途に供するのに好適な単位レーザ光出射装置を含む２つ以上の単位レーザ光出射装置を架体の単位レーザ光出射装置装備部に装備して、架体に有した冷水機および補助駆動電源部に接続することにより、予備的使用に適した単位レーザ光出射装置を含む２つ以上の単位レーザ光出射装置を組合わせ使用して、従って、予備的使用に供した後の、またはおよび予備的使用に適した出力レベルの単位レーザ光出射装置を有効利用して通常出力状態としたレーザ照射ができる。
【００２１】
レーザ光源は、ランプおよびＹＡＧレーザを収容して密閉した光源ケースと、この光源ケースにおける前記ランプおよびＹＡＧレーザの並び方向に平行な面のほぼ全域に密着して光源ケースと結合され、かつ、それらランプおよびＹＡＧレーザの水没環境に対する冷却水の循環を図る冷却水通路を全体の温度分布がほぼ均一なように冷却され温度調節されるようにほぼ均等配列した温度調節ベースと、を備えたものとすることができ、光源ケースは、ＹＡＧレーザを励起するランプを単独に出し入れするポケットを有し、このポケットは着脱できる蓋体によって密閉および固定される、さらなる構成では、
光源ケースの蓋を取り外すだけでＹＡＧレーザの励起ランプを単独で着脱、交換ができるのでメンテナンスが容易になる。
【００２２】
温度調節ベースはアルミニウム製であって、光源ケースとの密着面からの厚みが５０ｍｍ以上である、さらなる構成では、
温度調節ベースがアルミニウム製で熱伝導性がよく、しかも、光源ケースとの密着面からの厚みが５０ｍｍ以上であることにより、熱歪み剛性が十分に得られて、光源ケースとの密着性が損なわれることがないので、光源ケースを通じランプおよびＹＡＧレーザに及ぼすほぼ均等な冷却効果をより高められる。
【００２３】
レーザ光源は、冷却水の流れを検知するフロースイッチと、駆動のための外部トリガ部と、ＹＡＧレーザからの出力モニタ部とを備えている、さらなる構成では、
レーザ光源を駆動してレーザ光を出射するのに、それに備えた外部トリガ部、モニタ部およびフロースイッチをレーザ光源まわりと電気接続するだけで、外部トリガ部を通じたトリガによって駆動すること、出射したレーザ光を外部からモニタすること、および冷却水の流れを外部からモニタすることが行える。
【００２４】
レーザ光源は、外部との電気的な接続部として、フロースイッチ、外部トリガ部および出力モニタ部のための一括コネクタと、ランプ駆動用の個別コネクタとを備えている、さらなる構成では、
出力制御器が接続対象となるフロースイッチ、外部トリガ部および出力モニタ部の信号ラインを一括コネクタとして同時に接続、接続解除できるようにしながら、駆動電源部が接続対象となるランプ駆動に関しては個別コネクタとして他との関係なしに接続、接続解除できるようにする。
【００２５】
一括コネクタおよび個別コネクタは、温度調節ベースの設置側の外面に設けられている、さらなる構成では、
それぞれの一括コネクタおよび個別コネクタでの接続がレーザ光源の温度調節ベースがなす設置面となる側で、設置時の空きスペースを利用して共に行える。
【００２６】
個別コネクタは、温度調節ベースの外面から突出する碍子の突出端から外部に臨んでいる、さらなる構成では、
個別コネクタのレーザ光源との絶縁距離が、最短絶縁距離となる温度調節ベースの外面から突出した碍子の突出分だけ大きくなるので、漏電に対する安全性が向上する。このような温度調節ベースの外面は、光源ケースとの密着面と反対側の面である。
【００２７】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて、種々な組合せで複合して採用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のレーザ光出射方法とその装置の１つの特徴によれば、試験、試作、実験などの予備的な小規模用途には、それに見合うコストやスペースの負担となる予備出力状態でレーザ光を出射して用に供しながら、実使用に向けた方向転換がある場合、いわばアシスト仕様として追加接続した補助駆動電源部を協働させて予備出力状態よりも高い出力頻度またはおよび出力となる通常出力状態のレーザ光を出射させて、通常使用へ用途替えができる。
【００２９】
補助駆動電源部は、複数のレーザ光源をそれらに対応する予備駆動電源部と協働して通常出力状態で駆動できる接続部および容量を有したものである、さらなる構成によれば、
予備的使用され、あるいは予備的使用に適した１つの単位レーザ光出射装置における予備駆動電源部をアシストした１つのレーザ光源の通常出力状態でのレーザ光出射に加え、必要に応じたさらに１つ以上の単位レーザ光出射装置における予備駆動電源と協働したレーザ光源の通常出力状態でのレーザ光出射をも可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係るレーザ光出射方法とその装置につき、図１〜図７を参照しながら詳細に説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載を限定するものではない。
【００３１】
本実施の形態に係るレーザ光出射方法は、図１に示すレーザ光出射装置を参照して、レーザ光源１をそれに接続した予備駆動電源部２にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でレーザ光３を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供し、予備的な用途から生産などの通常使用への用途切り替えに伴い、前記予備駆動電源部２に補助駆動電源部４を追加接続することにより前記レーザ光源１を通常駆動して通常出力状態でレーザ光３を出射し、生産品の加工を始めとする通常使用に供する。このように、レーザ光源１をそれに接続した予備駆動電源部２により予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態の出力頻度またはおよび出力が低い例えば図１（ａ）に示す１００Ｗ程度の予備出力状態でレーザ光３を出射することにより、試験、試作、実験などの予備的な小規模用途には、従来通り、それに見合うコストやスペースの負担でのいわば卓上仕様として対応できるようにしながら、予備的な用途上、最適仕様が決定し実使用に向けた方向転換がある場合は、予備駆動電源部２にいわばアシスト仕様として図１（ａ）に破線で示すように追加接続した図１（ｂ）に示すような補助駆動電源部４を協働させることより、予備的使用してきたレーザ光源１および予備駆動電源部２を有効利用して、従って、その分の新規コスト負担無しに、レーザ光源１を通常駆動して前記予備出力状態よりも高い出力頻度またはおよび出力である例えば図１（ａ）に示す７００Ｗ程度の通常出力状態のレーザ光３ａを出射し、生産品の加工を始めとする通常使用へ用途替えができる。
【００３２】
このような方法を達成するのに図１に示すレーザ光出射装置は、少なくとも、レーザ光源１をそれに接続した予備駆動電源部２にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力状態でのレーザ光３を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供する単位レーザ光出射装置１１との電源接続部３４と、この電源接続部３４に単位レーザ光出射装置１１を接続したとき予備駆動電源部２に接続されて協働してレーザ光源１を通常駆動し通常出力状態でレーザ光３ａを出射させる補助駆動電源部４を有した補助駆動電源装置１４とを備えている。なお、レーザ光源１はＡＣ２００Ｖの単相交流電源１５を採用してトランス部１６により昇圧した後、整流器１７にて直流に整流し、コンデンサ部１８への充電によってレーザ光源１の駆動に必要なトリガ電圧および予備的駆動電圧が得られるようにしている。これに対応して、補助駆動電源部４は図１（ｂ）に示すようにＡＣ２００Ｖの三相交流電源２１を採用してトランス部２２により昇圧した後、整流器２３にて直流に整流し、コンデンサ部２４を充電して、図１（ａ）に破線で示し、図１（ｂ）に示すような予備駆動電源部２との接続状態とすることにより、少なくともレーザ光源１の通常出力状態での駆動に必要なトリガ電圧および通常駆動電圧が得られるようにしている。このように、予備駆動電源部２に単相交流を用いることにより、予備的な使用に特別な三相交流電源を不要とすることで、ユーザの初期負担をさらに軽減しながら、通常使用への用途替えに際しアシスト電源部として追加接続する補助駆動電源部４を三相交流電源２１とすることにより、単相電源による容量不足を補って通常使用状態にすることができる。
【００３３】
しかし、図１（ａ）に示す補助駆動電源装置１４の補助駆動電源部４は、図１（ｂ）に示すように前記レーザ光源１を持った予備的使用され、あるいは予備的使用に適した１つの単位レーザ光出射装置１１との電源接続部３４に加え、レーザ光源１０および予備駆動電源部２０を有した１つ以上の他の単位レーザ光出射装置３１・・との１つ以上の電源接続部３５をも有し、これら１つの単位レーザ光出射装置１１のレーザ光源１および１つ以上の単位レーザ光出射装置３１・・のレーザ光源１０・・を通常出力状態で駆動できる容量を有したものとしている。これにより、補助駆動電源装置１４はその補助駆動電源部４により単位レーザ光出射装置１１をアシストしてレーザ光源１を通常駆動して例えば図１（ａ）に示す７００Ｗ程度の通常出力状態のレーザ光３ａを出射させるのに加え、１つ以上の単位レーザ光出射装置３１・・をもアシストしてそのレーザ光源１０・・を通常駆動して例えば図１（ｂ）に示す７００Ｗ程度の通常出力状態のレーザ光１０ａを出射させる。これらレーザ光３ａ、１０ａ・・はそれぞれ単独で光ファイバなどにて伝送し、溶接や切断などの加工に個別に、あるいはそのような加工を行なうレーザトーチの側で重畳させて用いられるようにすることができるが、図１（ｂ）に示す例ではレーザ光源１、１０を直列接続したタンデム方式にて用いて重畳させ、双方の出力を合わせた１４００Ｗ程度のレーザ光３０ａとして出射するようにしている。
【００３４】
レーザ光源１、１０・・は、固体レーザ媒質４０または半導体レーザとすることができるし、それらを複合して採用したものでもよい。また、固体レーザ媒質４０が図１に示すようにランプ４１で励起されるものであり、予備出力の制御および通常出力の制御は、いずれも、図１（ａ）に示すような通常出力制御での最大限出力状態に対応できる電流チョッパ型制御回路としてのコントローラ４２を共用して行うのが好適である。これにより、  固体レーザ媒質４０により、通常使用状態でのより高出力に対応できるようにしながら、しかも、その高出力が予備的使用状態でのコントローラ４２を共用して得られる。特に、固体レーザ媒質４０はＹＡＧレーザとしてそのような駆動制御による高出力使用に適用している。
【００３５】
とろこで、本出願人は、図１に示すようにランプ４１によってＹＡＧレーザ４０を励起するのに、ランプ４１からの励起光を横断面楕円の集光器１０１の集光反射面により、ＹＡＧレーザ４０に対しその外径よりも小さな集光径にて集光させることにより励起し、レーザ光を出射させることを、例えば、ＹＡＧレーザ４０の外径よりも小さな発光径のランプ４１との間で満足することにより、ＹＡＧレーザ４０の外径に対する励起域が前記集光径の範囲に制限されて、励起域から外れる外周部層に励起が及ばない分だけＹＡＧレーザ４０の熱歪みが抑えられるし、片側からのアンバランスな励起に起因した反りも緩和でき、１つのランプ４１の片側からの励起によってもＹＡＧレーザ４０の寿命は高まり、主として長尺化によるボリュームおよび出力の増大が図れる方法を提案している。これによると、レーザ光源１、１０の簡略化、小型化、低コスト化が実現し、併せて、０．６ｍｍ以下の集光を可能とする７ｍｍ以下の外径での実用にも対応できる。しかも、必要な出力が高くなる分だけランプ４１の駆動電流を抑えられるので、ランニングコストが低減するし、予備駆動電源部２に備えるスイッチング素子として超高速のＩＧＢＴを電流制御に用いて制御周波数を高められる。
【００３６】
また、１８０ｍｍ以上の長さのＹＡＧレーザを用いてゲインを高められるため出力効率が従来の３％程度に比して４％程度と向上し、１ＫＷ以上の出力が得られる。しかも、熱歪みによる寿命低下が大きく緩和されて数億ショットという従来の数倍の寿命が実現している。また、外径を７ｍｍ以下として光ファイバ７４などに対する０．６ｍｍ以下の集光も可能である。既述したレーザ光源１、１０の固体レーザ媒質４０としてこのＹＡＧレーザを採用している。
【００３７】
さらに、予備駆動電源部２、補助駆動電源部４およびレーザ光源１、１０・・のそれぞは水冷が必要である。これに対応するのに、複数のレーザ光源１、１０・・の通常出力状態に対応できる容量の補助駆動電源部４の共用に加え、この補助駆動電源部４、複数のレーザ光源１、１０・・およびそれらの予備駆動電源部２に対応できる容量の冷水機４５を共用して冷却水を供給して循環させるようにしている。このように、補助駆動電源部４および冷水機４５が複数のレーザ光源１、１０、・・の通常出力に対応できる容量を持っていることにより、通常使用においてレーザ光源１、１０、・・を複数設ける場合、複数に増設していく場合のいずれも、必要数のレーザ光源、または増設していくレーザ光源を補助駆動電源部４および冷水機４５に接続して簡単に対応できる。このような補助駆動電源部４は直流電源部であることに対応して、図１（ｂ）に示すような１つ以上のレーザ光源１、１０、・・の駆動に共用するトランス部２２、コンデンサ部２４を備えればよい。
【００３８】
ここで、本実施の形態でのレーザ光源１、１０は図２、図３、図５に示すように、ランプ４１およびＹＡＧレーザ４０を収容して密閉した光源ケース５１と、この光源ケース５１における前記ランプ４１およびＹＡＧレーザ４０の並び方向に平行な面５１ａに密着して図３、図４に示すように光源ケース５１とねじ５２などにて結合され、かつ、それらランプ４１およびＹＡＧレーザ４０の図２、図３、図５に示すような水没環境５３に対する冷却水の循環を図る図３、図４に示すような冷却水通路５４を有して全体の温度分布がほぼ均一なように冷却され温度調節される図３〜図５に示すような温度調節ベース５５とを備えたものとしてある。レーザ光源１、１０のランプ４１およびＹＡＧレーザ４０はいずれも発熱し水没環境下で水冷することになるが、これらを収容し水冷を行う光源ケース５１におけるランプ４１およびＹＡＧレーザ４０が並ぶ方向に平行な面５１ａに対し、全体の温度分布が前記水没環境５３に循環させる冷却水を利用してほぼ均一なように温度調節される温度調節ベース５５が前記のように結合されていることにより、光源ケース５１のランプ４１およびＹＡＧレーザ４０が並ぶ方向の温度分布がほぼ均等となるように冷却するので、冷却水の循環部に温度調節ベース５５を設けるだけの簡単なレーザ光源１、１０にて高出力時の長寿命化を満足して安定した出力のレーザ光３、３ａ、１０ａ、３０ａなどを出射することができる。
【００３９】
特に、光源ケース５１は、図２、図５に示すようにＹＡＧレーザ４０を励起するランプ４１をその電極部４１ａなどにて単独に出し入れするポケット６１を有し、このポケット６１は着脱できる蓋体６２によって水没環境５３と共にＯリング６４を介し密閉し、ねじ６３によって密閉状態に固定するようにしている。これにより、光源ケース５１の蓋体６２を取り外すだけでＹＡＧレーザ４０を励起するランプ４１をその電極部４１ａごと単独で着脱し、また交換ができるのでメンテナンスが容易になる。また、光源ケース５１はＹＡＧレーザ４０に対応する両端部に図２、図３に示すようなアパーチャ６５、６６を保持してリアミラー６７、出力ミラー６８間にてレーザ光の径を所定の大きさに規制したり、外乱光やイレギュラーレーザ光がＹＡＧレーザ４０の水没環境５３から封止するＯリングに及んでダメージを与えるようなことを防止するようにしている。
【００４０】
リアミラー６７、出力ミラー６８は、図２、図３に示す集光光学系６９と共に光源ケース５１外において前記温度調節ベース５５の上に設置してあり、レーザ光源１、１０の全体としては温度調節ベース５５の四周外回りに図４などに示すようにねじ７１により固定した周壁７２によって囲った外ケース７３を有した構成とし、前記蓋体６２は図３などに示すように光源ケース５１を外ケース７３と共に開閉するものとしてある。
【００４１】
温度調節ベース５５はアルミニウム製であって、光源ケース５１との密着面からの厚みが５０ｍｍ以上である、さらなる構成では、温度調節ベース５５はアルミニウム製で熱伝導性がよく、しかも、光源ケース５１との密着面５１ａからの厚みが５０ｍｍ以上であることにより、熱歪み剛性が十分に得られて、光源ケース５１との密着性が損なわれることがないので、光源ケース５１を通じランプ４１およびＹＡＧレーザ４０に及ぼすほぼ均等な冷却効果をより高められる。しかも、光源ケース５１とともに、リアミラー６７、出力ミラー６８、および集光光学系６９などのレーザ光３、３ａなどをレーザ光源１、１０外に出射する光学系全体の位置関係や向きの変化も、温度調節ベース５５の熱歪み剛性の高さによって防止することができ、長寿命でかつ長期に亘って精度よくレーザ光３、３ａなどを出射し続けられる。なお、集光光学系６９は出射するレーザ光３、３ａなどを図２に示すような光ファイバ７４に入射させて先へ伝送されるようにするためのものである。
【００４２】
また、温度調節ベース５５はその全域がほぼ均一に冷却され、温度調節されるために、図３、図４に示すように冷却水通路５４を温度調節ベース５５の長手方向に沿う左右両側に大径の往路５４ａ１および復路５４ａ２を通し、これら左右の往、復路５４ａ１、５４ａ２の途中を多数の小径なサブ通路５４ｂによってほぼ均等な間隔で連絡させ、その復路５４ａ２側の連絡部にニードル弁８１を設けて流量制限をするとともに流量が全体で均一になるようにしている。
【００４３】
さらに、レーザ光源１、１０は、冷却水の流れを検知する図４に示すフロースイッチ８２と、ランプ４１を駆動するための図４に示す外部トリガ部８３と、ＹＡＧレーザ４０からの図２、図４に示す８４出力モニタ部とを備えている。これにより、レーザ光源１、１０を駆動してレーザ光３、３ａ、１０ａなどを出射するのに、それに備えた外部トリガ部８３、出力モニタ部８４およびフロースイッチ８２をレーザ光源１、１０まわりと電気接続するだけで、外部トリガ部８３による図４、図５に示すトリガ端子８０を通じたトリガによって駆動すること、出射したレーザ光３、３ａ、１０ａなどを出力モニタ部８４を通じて外部からモニタすること、および冷却水の流れをフロースイッチ８２を通じ外部からモニタすることが行える。
【００４４】
レーザ光源１、１０は、また、そのような外部との電気的な接続を行うための接続部として、フロースイッチ８２、外部トリガ部８３および出力モニタ部８４のための図４に示す一括コネクタ９１と、図４、図５に示すランプ駆動用の個別コネクタ９２とを備えている。これにより、既述したコントローラ４２が接続対象となるフロースイッチ８２、外部トリガ部８３および出力モニタ部８４の信号ラインを一括コネクタとして同時に接続、接続解除できるようにしながら、予備、補助駆動電源部２、４が接続対象となるランプ駆動に関しては個別コネクタ９２として他との関係なしに接続、接続解除できるようになり好適である。しかも、一括コネクタ９１および個別コネクタ９２は、温度調節ベース５５の設置側の外面５５ａに設けてあり、それぞれの一括コネクタ９１および個別コネクタ９２での接続がレーザ光源１、１０の温度調節ベース５５がなす設置面となる側で、図３に示すような脚やスペーサ９３などを介した基板９４などへの設置時の空きスペースＳを利用して共に行える。個別コネクタ９２およびトリガ端子８０は温度調節ベース５５などのまわりと図５に示すような碍子９５、９６によって絶縁を図るが、特に、個別コネクタ９２は、温度調節ベース５５の外面５５ａから突出する碍子９５の突出端９５ａから外部に臨むようにしている。これにより、個別コネクタ９２のレーザ光源１、１０との絶縁距離が、最短絶縁距離となる温度調節ベース５５の外面５５ａから突出した碍子９５の突出分だけ大きくなるので、漏電に対する安全性が向上する。このような温度調節ベースの外面は、光源ケースとの密着面と反対側の面である。
【００４５】
本実施の形態のレーザ光出射装置は、既述したような複数の単位レーザ光出射装置１１、３１・・を組合せ装備して種々に実使用するため、図６、図７に示すように、レーザ光源１や１０・・をそれに接続した予備駆動電源部２にて予備的に駆動して、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力でのレーザ光を出射し、試験、試作、実験を始めとする予備的な用途に供する２つ以上の単位レーザ光出射装置１１や３１との電源接続部３４、３５・・を持ち、これら電源接続部３４、３５・・に接続される単位レーザ光出射装置１１、３１・・などの予備駆動電源部２、２などと協働してそれのレーザ光源１や１０を通常駆動し通常出力状態でレーザ光を出射させる補助駆動電源部４と、１つ以上の単位レーザ光出射装置１１、３１などのレーザ光源１や１０および予備駆動電源部２、補助駆動電源部４に対する接続部１１２〜１１５・・を有してそれらの水冷に共用できる冷水機４５とを、２つ以上の単位レーザ光出射装置１１、３１・・などを装備できる単位レーザ光出射装置装備部１２１を有した架体１１１に備えたものとしている。なお、図に示す架体１１１は図７に示すようなＬＤによるレーザ光源１２２をも必要数搭載し、単独で、あるいは他のレーザ光源１、１０などからのレーザ光と重畳させたハイブリッドレーザ光を生成して加工などに供せるようにしてあり、前記補助駆動電源部４のアシストを受けて駆動するのはもちろん、冷水機４５を共用して冷却する。
【００４６】
このようにすると、通常使用時の通常出力状態よりも出力頻度またはおよび出力が低い予備出力でのレーザ光を出射して予備的な用途に供するのに好適な単位レーザ光出射装置１１、３１、１２２などを含む２つ以上を架体１１１の単位レーザ光出射装置装備部１２１に装備して、架体１１１に有した冷水機４５および補助駆動電源部４に接続することにより、予備的使用に適したものを含む２つ以上の単位レーザ光出射装置１１、３１、１２２・・などを組合わせ使用して、従って、予備的使用に供した後の、またはおよび予備的使用に適した出力レベルの単位レーザ光出射装置１１、３１、１２２を有効利用して通常出力状態としたレーザ光の照射ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は溶接や切断の実験や実用に供することができ、実験機でのユーザの初期コストを抑えながら、実使用にさいしては実験機を有効利用して最適仕様を満足する実機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体レーザ装置の1つの例を示すブロック構成図。
【図２】図１の装置に適用される固体レーザ装置の１つの具体例を示す蓋を外して見た平面図。
【図３】図１の装置に適用される固体レーザ装置の他の具体例を示す縦断面図。
【図４】図１の装置に適用される固体レーザ装置の別の具体例を示す下面図および横断面図。
【図５】図１の装置を一部適用したレーザ光出射装置の具体例を示す縦断面図。
【図６】図１の装置を一部用いたレーザ光出射装置の具体例を示す正面図。
【図７】図６の装置の側面図。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０  レーザ光源
２  予備駆動電源部
３、３ａ、１０ａ、３０ａ  レーザ光
４  補助駆動電源部
１１、３１、１２２  単位レーザ光出射装置
１５  単相交流電源
２１  三相交流電源
２２  トランス部
２４  コンデンサ部
３４、３５  電源接続部
４０  固体レーザ媒質
４１  ランプ
５１  光源ケース
５３  水没環境
５４  冷却水通路
５５  温度調節ベース
６１  ポケット
６２  蓋体
８２  フロースイッチ
８３  外部トリガ部
８４  出力モニタ部
９１  一括コネクタ
９２  個別コネクタ
１１１  架体
１１２〜１１６  接続部
１２１  単位レーザ光出射装置装備部
【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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