マーティーの工房日誌: CO2レーザーその01（組立１）

前回は「みら太な日々」師匠よりいただいたCO2レーザーを眺めただけでした。
ブログ「みら太な日々」のここにその様子が載っています^^;
そこでは、CO2レーザの危険性とダークサイドについても言及されています。
また、電源も20000V 20mAクラス！感電すれば、あの世行きクラスなのです。
十二分に気を付けて取り扱わねばなりません。

たぶん前所有の神様が、改造の途中で手放されたのだと思われるのですが、
３つのミラーやレーザー管の配線が、バラバラの状態なので
組み立てに入っていきます。

レーザー管のケーブルは、陽極・陰極とも切断されています。
陰極は、ブルーのリード線で、フレームグランドに接続されていた形跡があります。

が、電源ユニットの根本に繋いだ方がいいでしょう。

本来、電源ユニットの［Ｌ－］端子が、レーザーの陰極用です。
［Ｌ－］と［ＦＧ］は、内部で繋がっていますが、
GNDの引き回しによっては波形にリンギングがでたりするのです。

現役時代には、こんな高圧プローブを使っていました。
Tektronix 高電圧プローブ、75MHz、1000:1、たぶん入力100MΩ 27万円！
さすがに中古でも変えません。

5000円台では、日置電機(HIOKI)のこんなのがありますが、交流測定できません。

入力抵抗 1000MΩ もあるので、入力容量 20pFとしても

カットオフ周波数：8Hzのローパスフィルターになってしまうのです。

ということで、高圧プローブは、持っていません。

出所：日置電機(HIOKI)

で、陰極側には、ダンピング抵抗を入れた方がいいということで
「みら太な日々」師匠より100KΩ 180Wのホーロー抵抗をいただいております。

転がっていたステーを巻き付けて

陰極からのブルーリードをホーロー抵抗に繋ぎ

直列になるようにホーロー抵抗からのリードを［Ｌ－］に繋ぎます。
最終的には、リアルタイムにレーザー管の電流が見れるように
このラインに電流計を入れたいところです。

陽極の高圧リードは、ハンダ付けしてシリコンチューブを被せておきます。
これでレーザー電源の接続完了です。
ここは、高圧用カプラーにしたいところです。もうポチってあります^^;

レーザー管のラベルには、「13.4.22」とあり、2013年4月22日製造なのでしょう。

電源ユニットのコネクタ
一つは、コネクタのpinをハンダ付けしてショートされ、
もう一つは、ケーブルが切られています。

念の為、バイブルであるブログ「みら太な日々」を探すと
「レーザ管試運転」の投稿に同じ電源が載っていて、接続図がありました。
何と！ブログの日付が「2013年12月22日日曜日」
師匠は、既に５年前にこの様な作業をやってたんですね～

出所：みら太な日々

操作パネルの裏側に操作パネルボードがあり
左SW：レーザーメイン電源？
中央SW：ランプ
ですが、配線されてないので機能しません。

そのボードを外して部品面の右側のコネクタを見ると

［P－、P＋、5V、in、G］と並んでいます。

その5本のケーブルは、電源ユニットに入っています。
上の写真の［P－、P＋］⇒［K－、K＋］に入っていて
［K－］は、切られて、［P＋、G］コネクタは、ショートされてます。
扉などに安全SWをつける時に使用する端子ですが、
そのようなSWは、この筐体には付いていません。
ということで、これが標準仕様なのだそうです。

さて、レーザー管の水冷用のホースの確認です。
陰極上側のホース（写真の右上）はシリコン製なのでいいのですが
冷却水の注入排出用のホースはやや固くなっているので
テストでは、そのままやるとして

その内、これと交換するつもりです。
近くのホームセンターでこの燃料用チューブを４ｍ買ってきました！
今ついているのより、少し高価ですが、寒くてもあまり硬くなりません。

冷却水貯は、この金魚用水槽を使います。
その昔、川でとった魚やエビを飼っていました。

強力な水中ポンプが大きいので、この水槽じゃないと入らないのです。

本体からのチューブと径が合わないので、このシリコンチューブをゲット！
10cmもあれば十分だったのですが
たまたま、そばに30cmのシリコンチューブの切れ端が転がっていて
店員さんが、無料でいいよ、と！
先の燃料チューブ4mも買ったからでしょう。

元のチューブを数cm、店に持って行って選んだので
丁度いいギチギチ感でなかなかいいです。

水中ポンプを起動すると、レーザー管に水が入っていきます。
強力なポンプですが音は静かです。
冷却水は陽極側から注入しています。
泡が抜けませんね～

泡は、冷却水出口の陰極側にもあって、なかなか動かないので
本体ごと、ちょっと持ち上げ傾けて泡を出しました。
陰極側が最も発熱するので、こちらを冷却水の出口にしています（師匠の技）

泡が取れました。
この陽極側の螺旋パイプに水が通るのだと、ずっと思っていましたが
中心の管が二重になっていて、中心部にプラズマが立ち
その直ぐ外側に冷却水が通るようになっているのです。
レーザー管は、素晴らしい芸術品です！見てるだけで飽きません。
しばし水を循環させて、水漏れなどないか確かめます。

本体の電源を入れると、ホーミング動作して左上に移動しました。
かなり大きな音です。
ステッピングモーターの振動が鉄板の筐体全体に伝わって増強されるようです。
ひょっとしてマイクロステップ１／８だったりするのかも？

いよいよレーザー発射に行きます。
まずは、5mAかな？と、7seg表示を「５.０」にセットして
Test Switchボタンを押しますが、発射口に置いてるベニヤ板は、無傷？

ボタンは、「％」なので、表示は、「mA」ではなく「％」でした～(-_-;)
「5.0」だと、2W程ですね～

５０％にしてTest Switchボタンを押すと、プシュッとベニア板が焦げました。
いい感じです！

ならば、最高出力の９９.９％で
「１００」の表示にはなりません。更に＋0.1%すると、表示は０.０になります。

全力のほぼ100%出力でのテスト照射を動画で！
お～～っ！目の前で見ると興奮します。
煙が輪っかになっています。いいのだろうか？

赤外線レーザーダイオードの格闘の時に買ってた、これの出番です！
CO2レーザーの10.6μm専用でOD+7のです。
US$ 19.85（44%OFF）

AliExpress.com Product - New Arrival PC 150mm CO2 Laser Protective Goggles Double-Layer Professional Glasses 10.6um OD+7 For Laser Free Shipping

99.9%出力で、ベニヤ板には、一瞬で約3mmもの焦げ！
やっぱ40Wは、恐ろしい～
気をつけねばなりません、慣れた頃が怖いのです。

操作パネルは、
・最上段７seg：レーザーパワー［％］０～９９.９％
・最上段右ボタン：トグルでレーザーSWの有効／無効が切り替わる

・中段２列のボタン群：レーザーパワーの調整（７segの数値入力用）
　これで、IN端子を０～５Vで可変させているハズです。
・中段右のTest Switchボタン：押している間、レーザー照射する

・下左SW：接続がなく無効（本来は、レーザーのメインSWかな）
・下中SW：接続がなく無効（内部の100Vの蛍光灯用らしい）
・下右SW：Power Switch（主電源がONしてホーミング動作する）
それにしてもかっこ悪いので、このパネル、作り変えたいですね～

電源のスペックも調べておきます。
この40W CO2レーザー用電源ユニットが、ほぼ同じものだと思われます。

AliExpress.com Product - 30-40W CO2 Laser Power Supply for CO2 Laser Engraving Cutting Machine MYJG-40

そのサイトの下の方でSPECを見ると
DC23KV 20mA
単純計算では、23000 x 0.020 ＝ 460W
CO2レーザーの効率は、10%位だそうなので、10%して46W
まあ、レーザーの入力電力と出力電力の計算は、ほぼ合いますが
AC100Vからの電源自体への入力は、250Wになっているので
常時出力４０Wは、できないということにになります。
まあ、通常は、レーザー管を50%ディレーティングして使いましょう。
ということなのでしょう。