(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、外部に設けた励起光源と、内燃機関に設けられ、上記励起光源から光ファイバを介して伝送された励起光を所定の出光径に調整して出光する励起光導入光学素子と、該励起光導入光学素子から出光された励起光の導入により、エネルギ密度の高いパルス光として発振するレーザ共振器と、該レーザ共振器から発振されたパルス光のビーム径を拡張するパルス光拡張光学素子と、該パルス光拡張光学素子によって拡張されたパルス光を上記内燃機関の燃焼室の内側に集光するパルス光集光光学素子と、該パルス光集光光学素子を保護する光学窓部材と、これらを内燃機関のシリンダヘッドに設けたプラグホールの内側に保持する略筒状のハウジングとを具備し、燃焼室の内側にエネルギ密度の高い火炎核を発生させて混合気の点火を行うレーザ点火装置であって、
上記励起光導入光学素子、上記パルス光拡張光学素子及び上記パルス光集光光学素子の各光学素子を、それぞれの用途に応じた特定の入射角で入光した光を特定の出射角で出光するよう調整した光学レンズと、内側に該光学レンズを収容・保持し、基準面に対して該光学レンズの焦点の位置決めを図るべく両端面を中心軸に対して直交するよう精度良く加工した略筒状のレンズ収容筐体部とで構成すると共に、
上記ハウジングに設けたネジ部の先端から該ネジ部を締め付けるための六角部の基端までの間を光学素子配設忌避領域とし、該忌避領域の先端側、又は、基端側に基準面を設けて、上記光学素子を収容する光学素子収容空間を区画すると共に、該光学素子収容空間の内側に収容された光学素子を上記基準面に対して弾性的に押圧せしめたことを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項２】
上記ハウジングを第１のハウジングと第２のハウジングとで構成し、
該第１のハウジングを上記内燃機関に固定するために上記第１のハウジングに設けた第１のネジ部と、該第１のネジ部を締め付けるための第１の六角部との間を第１の光学素子配設忌避領域とし、
上記第１のハウジングと上記第２のハウジングとを連結するために上記第２のハウジングに設けた第２のネジ部と、該第２のネジ部を締め付けるための第２の六角部との間を第２の光学素子配設忌避領域とし、
上記第１の光学素子配設忌避領域の先端側を第１の基準面として、その先端側に上記パルス光集光光学素子を収容する第１の光学素子収容空間を区画し、
上記第１の光学素子配設忌避領域の基端側を第２の基準面として、その基端側に上記パルス光拡張光学素子を収容する第２の光学素子収容空間を区画し、
上記第２の光学素子配設忌避領域の基端側を第３の基準面として、上記励起光導入光学素子を収容する励起光導入光学素子収容空間を区画し、
上記第２の光学素子配設忌避領域の内側に区画した共振器収容空間の内側に上記レーザ共振器を摺動可能に配設し、かつ、上記パルス光拡張光学素子との間にバネ部材からなる弾性体を配設し、上記レーザ共振器の基端側端面を上記第３の基準面に当接する上記励起光導入光学素子の下端面に接するように弾性的に押圧すると共に、上記パルス光拡張光学素子の下端面を上記第２の基準面に弾性的に押圧せしめた請求項１に記載のレーザ点火装置。
【請求項３】
上記パルス光集光光学素子を保護する上記光学窓部材の先端側表面が、上記ハウジングの先端面と面一、又は、より先端側に位置するように、
上記光学窓部材の外周を先端に向かって径小となるように、連続的に縮径する傾斜面を有する略円錐台形状、又は、段階的に縮径する段差面を有する段付き円柱状に形成すると共に、
上記光学素子収容空間の内側に収容した光学素子を上記基準面に対して弾性的に押圧する押圧手段として、上記ハウジングの一部を利用して、又は、上記ハウジングとは別体に設けて、熱膨張係数が上記ハウジングの熱膨張係数よりも大きい部材からなり略環状の弾
性部材を介して、上記光学窓部材の外周に設けた上記傾斜面、又は、段差面を外周側から包み込むように覆いつつ、基端側方向の成分を有して押圧する包み加締め部を形成せしめた請求項１又は２に記載のレーザ点火装置。
【請求項４】
上記ハウジングの上記基準面と上記包み加締め部との間に薄肉部を設けて、軸方向に圧縮しつつ加熱して永久変形させた熱加締め部を具備する請求項３に記載のレーザ点火装置。
【請求項５】
上記ハウジングの上記レーザ共振器の収容された位置の少なくとも基端側外周を覆うように上記ハウジングを構成する部材よりも熱伝導率の高い部材を用いて略環溝状の冷却水路を区画し、その基端側内周面と上記ハウジングの外周面との間隙と、その先端側内周面と上記ハウジングの外周面との間隙とに、弾性部材からなるＯリングを介装して、水密性を確保しつつ、上記ハウジングに対して着脱可能に取り付けられた冷却器を具備し、外部に設けた熱交換機によって冷却された冷媒を上記冷却水路の内側に周回せしめた請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザ点火装置。
【請求項６】
上記光学窓部材と上記パルス光集光光学素子との間に弾性部材からなり、上記ハウジングの内周面にその外周面が当接する略環状の光学窓部材着座用部材を介装すると共に、該着座用部材と、上記光学窓部材との当接面を、基端側に向かって径小となる傾斜面状に形成した請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザ点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等の限られた搭載スペース載置された内燃機関の点火に用いられるレーザ点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高過給エンジン、高圧縮エンジン、シリンダ内径の大きな天然ガスエンジン等、難着火性の内燃機関の点火に、フラッシュランプ、半導体レーザ等の励起用光源をＱスイッチ式のレーザ媒質を含むレーザ共振器に照射し、短いパルス幅でエネルギを集中させて放出するパルスレーザとして発振させ、さらにパルスレーザを集光レンズなどの光学素子を用いて、混合気中に集光して、エネルギ密度の高い火炎核を発生させることにより、内燃機関の点火を行うレーザ点火装置について種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１にはポンピング光源と共振器内に組み込まれた固体レーザ結晶と出力密度を高めるためのＱスイッチと、少なくとも１つの出力鏡と、レーザ光を燃焼室の内側に収束させるための収束装置とを有するＱスイッチ制御固体レーザユニットからなるレーザ点火装置を備えた内燃機関が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、レーザ着火式エンジンにおいて、ターゲットとしてエンジンのピストン上面に燃焼室に望んで設置された固体ターゲットと燃焼室内のガスターゲットとを備えると共に、エンジンの起動時及び一定付加以下の低負荷運転時におけるレーザ光の照射タイミングを特定の時期に制御するコントローラを備えたレーザ着火式エンジンが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、レーザ活性固体、燃焼室窓及びケーシングを有する内燃機関用レーザ点火装置において、燃焼室窓とケーシングとの接続方法について種々提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１の図１や特許文献２の図６にあるように、従来のレーザ点火装置では、集光レンズ等の光学素子を筒状のハウジング内に配設して、シリンダヘッドに設けた貫通孔にハウジングをねじ込み固定しているのが一般的である。
このため、ハウジングを内燃機関のシリンダヘッドにねじ込み固定したとき締め付けトルクによってハウジングに捻りを生じ、拡張レンズや集光レンズ等の光学素子に機械的ストレスが作用し、光軸に歪みを生じて所望の位置にレーザ光の集光が困難となったり、光軸の歪みによって入射光の反射率が変動し、出力エネルギの変動を招いたりして、着火が不安定となる虞がある。
【０００７】
また、特許文献１にあるように、光ファイバを介して、外部に設けたレーザ発振装置をから発振されたパルス光を伝送して、シリンダヘッドに設けた集光レンズによって燃焼室内に集光する構成とした場合には、シリンダヘッドに搭載する部分は集光レンズと集光レンズを保護する光学窓部材のみであるので、ハウジング構造が簡素で搭載性に優れている反面、光ファイバを介してパルス光を伝送する間のエネルギ損失が大きく、着火が不安定となる虞もある。
【０００８】
一方、特許文献２にあるような、共振器内に組み込まれた柱状の固体レーザ結晶の外周を取り囲むようにポンピング光源を配設し、固体レーザ結晶の側面方向から励起光を照射して、固体レーザ結晶の長手軸方向にパルス光を出光するタイプのレーザ発振装置の場合、固体レーザ結晶の長手軸方向の基端側端面からに励起光を照射するタイプに比べ、必然的に共振器部分が外径方向に広がった形状となる。
この上、固体レーザ結晶を冷却するために、ペルチェ冷却素子と冷媒循環装置とを組み合わせた冷却装置をポンピング光源の周囲に配設した場合、特許文献２の図１等にあるように、細長く筒状に伸びるハウジングの基端側頭部に極めて体格の大きな固体レーザユニットが設けられることになる。
このため、実際の車両などに搭載する際には、シリンダヘッド上の搭載スペースが限られているので、シリンダヘッドへの搭載が困難となる。
特に、近年、プラグホールを細径化する傾向にあり、点火プラグの更なる小型化の欲求があり、レーザ点火装置においても、更なる小型化が望まれており、頭部の体格が大きくなるのは、かかる要求に逆行するものである。
加えて、細長く伸びるハウジングの頭部に体格の大きな固体レーザユニットがあると、外部からの振動や衝撃が負荷されたときにハウジングに対して負荷される慣性モーメントが必然的に大きくなり、固体レーザユニットと集光レンズとを結ぶ光軸に歪みを生じ、適切な位置に集光できなくなり、着火が不安定となる虞もある。
【０００９】
また、特許文献３にあるように、筒状のハウジング内に、入力結合ミラー、レーザ活性固体、Ｑスイッチレーザ、出力結合ミラーによって形成した共振器と、集束光学系とを配設して、外部に設けたポンピング光源からポンプ光を共振器の基端側から照射した場合、レーザ活性固体の温度が上昇により発振周期が変動するのに加え、ハウジングの熱膨張率とレーザ活性固体の熱膨張率との差によってレーザ活性固体に引っ張り応力又は圧縮応力が作用し、光軸の歪みを生じ、集束光学系で所望の位置に安定してエネルギを集光させるのが困難となり、着火が不安定となる虞がある。
【００１０】
さらに、特許文献３の図２にあるように、金属製のケーシングの端面に耐熱ガラス製の燃焼室窓をハンダ付けや、セラミック接着剤等の接合材料によって接合したのでは、ケーシングの熱膨張係数と燃焼室窓の熱膨張係数と接合材料の熱膨張係数を揃えたり、何らかの界面活性要素を設けたりしたとしても、圧力変化及び温度変化の激しい燃焼室内に直接接合部が晒されているため、経年劣化等により接合材料の剥離が起こった場合には、燃焼室窓が燃焼室内への脱落を避けられず、最悪の場合には、内燃機関の破壊を招く虞があり、内燃機関の点火装置としては、著しく信頼性に欠ける。
また、特許文献３の他の実施例にあるように、内部スリーブとケーシングに設けた段部によって略平板状の燃焼室窓の外周縁を挟持した場合、このような燃焼室窓の脱落は回避することができるが、不可避的に燃焼室窓が段部よりも基端側に引き込んだ形状となっている。
このため、燃焼室内に発生する筒内気流や、燃料噴霧が燃焼室窓の表面を通過する際に、燃焼室窓と段部との段差によって渦流が発生し、未燃の燃料や、煤等が段部の内側に堆積し、いわゆるデポジットを形成する虞がある。
このようなデポジットは、徐々に燃焼室窓の外周縁から中心に向かって広がり、燃焼室窓を通過するレーザ光の光軸を歪ませ、やがて正常な点火をできなくする虞があり、デポジットに起因する点火異常は、特許文献１〜３にあるような従来のレーザ点火装置のいずれにも共通する問題である。
【００１１】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、内燃機関への搭載性に優れ、かつ、製造時の寸法誤差や締め付けトルクの差等によって発生する機械的ストレスや、使用時に発生する熱的ストレスや、光学窓部材表面へのデポジットの形成等に起因する光軸の歪みを抑制し、安定した着火を実現可能なレーザ点火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】
【００１２】
請求項１の発明では、少なくとも、外部に設けた励起光源と、内燃機関に設けられ、上記励起光源から光ファイバを介して伝送された励起光を所定の出光径に調整して出光する励起光導入光学素子と、該励起光導入光学素子から出光された励起光の導入により、エネルギ密度の高いパルス光として発振するレーザ共振器と、該レーザ共振器から発振されたパルス光のビーム径を拡張するパルス光拡張光学素子と、該パルス光拡張光学素子によって拡張されたパルス光を上記内燃機関の燃焼室の内側に集光するパルス光集光光学素子と、該パルス光集光光学素子を保護する光学窓部材と、これらを内燃機関のシリンダヘッドに設けたプラグホールの内側に保持する略筒状のハウジングとを具備し、燃焼室の内側にエネルギ密度の高い火炎核を発生させて混合気の点火を行うレーザ点火装置であって、
上記励起光導入光学素子、上記パルス光拡張光学素子及び上記パルス光集光光学素子の各光学素子を、それぞれの用途に応じた特定の入射角で入光した光を特定の出射角で出光するよう調整した光学レンズと、内側に該光学レンズを収容・保持し、基準面に対して該光学レンズの焦点の位置決めを図るべく両端面を中心軸に対して直交するよう精度良く加工した略筒状のレンズ収容筐体部とで構成すると共に、
上記ハウジングに設けたネジ部の先端から該ネジ部を締め付けるための六角部の基端までの間を光学素子配設忌避領域とし、該忌避領域の先端側、又は、基端側に基準面を設けて、上記光学素子を収容する光学素子収容空間を区画すると共に、該光学素子収容空間の内側に収容された光学素子を上記基準面に対して弾性的に押圧せしめる。
【００１３】
請求項２の発明では、上記ハウジングを第１のハウジングと第２のハウジングとで構成し、第１のハウジングを上記内燃機関に固定するために第１のハウジングに設けた第１のネジ部と該第１のネジ部を締め付けるための第１の六角部との間を第１の光学素子配設忌避領域とし、第１のハウジングと第２のハウジングとを連結するために第２のハウジングに設けた第２のネジ部と該第２のネジ部を締め付けるための第２の六角部との間を第２の光学素子配設忌避領域とし、上記第１の光学素子配設忌避領域の先端側を第１の基準面としてその先端側に上記パルス光集光光学素子を収容する第１の光学素子収容空間を区画し、上記第１の光学素子配設忌避領域の基端側を第２の基準面としてその基端側に上記パルス光拡張光学素子を収容する第２の光学素子収容空間を区画し、上記第２の光学素子配設忌避領域の基端側を第３の基準面として上記励起光導入光学素子を収容する励起光導入光学素子収容空間を区画し、上記第２の光学素子配設忌避領域の内側に区画した共振器収容空間の内側に上記レーザ共振器を摺動可能に配設し、かつ、上記パルス光拡張光学素子との間にバネ部材からなる弾性体を配設して、上記レーザ共振器の基端側端面を上記第３の基準面に当接する上記励起光導入光学素子の下端面に接するように弾性的に押圧すると共に、上記パルス光拡張光学素子の下端面を上記第２の基準面に弾性的に押圧する。
【００１４】
請求項３の発明では、上記パルス光集光光学素子を保護する上記光学窓部材の先端側表面が、上記ハウジングの先端面と面一、又は、より先端側に位置するように、上記光学窓部材の外周を先端に向かって径小となるように、連続的に縮径する傾斜面を有する略円錐台形状、又は、段階的に縮径する段差面を有する段付き円柱状に形成すると共に、上記光学素子収容空間の内側に収容した光学素子を上記基準面に対して弾性的に押圧する押圧手段として、上記ハウジングの一部を利用して、又は、上記ハウジングとは別体に設けて、熱膨張係数が上記ハウジングの熱膨張係数よりも大きい部材からなり略環状の弾性部材を介して、上記光学窓部材の外周に設けた上記傾斜面、又は、段差面を外周側から包み込むように覆いつつ、基端側方向の成分を有して押圧する包み加締め部を形成する。
【００１５】
請求項４の発明では、上記ハウジングの上記基準面と上記包み加締め部との間に薄肉部を設けて、軸方向に圧縮しつつ加熱して永久変形させた熱加締め部を具備する。
【００１６】
請求項５の発明では、上記ハウジングの上記レーザ共振器の収容された位置の少なくとも基端側外周を覆うように上記ハウジングを構成する部材よりも熱伝導率の高い部材を用いて略環溝状の冷却水路を区画し、その基端側内周面と上記ハウジングの外周面との間隙と、その先端側内周面と上記ハウジングの外周面との間隙とに、弾性部材からなるＯリングを介装して、水密性を確保しつつ、上記ハウジングに対して着脱可能に取り付けられた冷却器を具備し、外部に設けた熱交換機によって冷却された冷媒を上記冷却水路の内側に周回させる。
【００１７】
請求項６の発明では、上記光学窓部材と上記パルス光集光光学素子との間に弾性部材からなり、上記ハウジングの内周面にその外周面が当接する略環状の光学窓部材着座用部材を介装すると共に、該着座用部材と、上記光学窓部材との当接面を、基端側に向かって径小となる傾斜面状に形成する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、上記六角部によって、上記ハウジングのネジ部を締め付けたときの締め付けトルクによって、上記ネジ部の先端から上記六角部の基端までの上記ハウジングに捻りを生じても、この間は光学素子配設忌避領域として、光学素子が配設されることがなく、締め付け持の機械的ストレスが作用しない領域に区画された上記光学素子収容空間の内側に上記光学素子が収容されているので、上記光学素子の光軸に歪みを生じる虞がない。
加えて、上記光学素子が、上記光学素子収容空間の基準面に対して弾性的に押圧されているので、各光学素子の焦点と上記基準面との距離を常に一定に保つことができる。
【００１９】
より具体的には、請求項２の発明のような構成とすることで、光軸の歪みを生じ難く、安定した着火を確保するレーザ点火装置が実現可能となる。
【００２０】
さらに、請求項３の発明によれば、上記光学窓部材の先端面が上記加締め部と面一、又は、それ以上に先端側に位置しているので、燃焼室の内側を流れる筒内気流が上記光学窓部材の表面を通過する際に、淀みを生じることがなく、その表面に付着した未燃燃料や煤等のデポジットを形成する物質を吹き飛ばすので、常に、上記光学窓部材の表面が清浄に保たれ、デポジットの堆積による光軸の歪みを回避し、安定した着火を確保できる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、上記熱加締め部によって軸方向に圧縮応力が発生し、燃焼室の内側の混合気が爆発燃焼したときの熱によって、上記ハウジングが膨張したとしても、上記熱加締め部の軸力によって、上記包み加締め部の保持力が補われ、上記光学窓部材と共に上記パルス光集光光学素子が上記基準面に対して弾性的に押し圧された状態を保持されるので、上記パルス光集光光学素子の緩みによって光軸が歪むことがなく、安定した着火を維持できる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、上記Ｏリングによって上記冷却水路の水蜜性が確保された状態で、少なくとも上記レーザ共振器の収容された部位の基端側の周囲を冷媒が周回するので、上記励起光の照射により、上記レーザ共振器内で熱が発生しても、上記冷却器内を流れる冷媒によって、上記ハウジングと共に、上記レーザ共振器が冷却される。
したがって、上記レーザ共振器とその周囲を覆うハウジングとの熱膨張差によって、レーザ共振器に熱ストレスが作用して光軸に歪みを生じるのを抑制できる。
しかも、上記レーザ共振器の温度上昇が抑制されるので、レーザ媒質の温度上昇に伴う発振周期の変動も抑制され、より安定した着火を実現できる。
さらに、上記Ｏリングの弾性力によって水密性を確保しているので、上記冷却器を上記ハウジングに対して着脱可能となっているので、メンテナンスが容易である。
また、上記冷却器は内側に区画した環溝状の冷却水路の内側に、外部に設けた熱交換機によって冷却した冷媒を周回させるので、構造が簡易で、搭載スペースの少ないプラグホールの内側にも容易に載置することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、上記ハウジングよりも熱膨張係数の大きい部材が上記光学窓部材と上記パルス光集光光学素子との間に介装されているので、燃焼時に、燃焼室の内側の高温に晒されても、上記ハウジングによる加締め力の低下を上記光学窓部材着座用部材の熱膨張によって補われ、上記パルス光集光光学素子が、常に上記基準面に対して弾性的に押圧された状態が維持され、光軸の歪みによる集光点の変動を招く虞がなく、安定した着火を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置の概要を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置の第１のハウジング、パルス光集光光学素子及び光学窓部材の詳細を示し、本図中左側列は断面図、右側列は平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置の包み加締め部及び熱加締め部について製造工程の概要を示す説明図。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置の第２のハウジング、パルス光拡張光学素子、レーザ共振器、励起光導入光学素子、及び、光ファイバ接続部材の詳細並びに製造工程の概要を示す組立展開図。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置の冷却器の詳細、及び、製造工程の概要を示す説明図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、本図（ａ）中Ａ−Ｂ面に沿った断面図。
【図６】比較例と共に本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置の第１の効果及び第２の効果について説明するための図であって、（ａ）は、本発明の実施例における要部断面図、（ｂ）は、比較例における問題点を示す要部断面図。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置に係る第３、第４の効果について説明するための要部拡大断面図。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置に係る第５の効果について説明するための要部拡大断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるレーザ点火装置の光学素子の収容構造と製造方法を説明するための図。
【図１０】本発明のレーザ点火装置に係る幾つかの変形例を示す要部断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態におけるレーザ点火装置の要部を示す要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図５を参照して本発明の第１の実施形態におけるレーザ点火装置１の概要について説明する。
レーザ点火装置１は、外部に設けた励起光源５０と、内燃機関４０に設けられ、励起光源５０から光ファイバ２９を介して伝送された励起光ＬＳＲＰＭＰを所定の出光径に調整して出光する励起光導入光学素子２１と、励起光導入光学素子２１から出光された励起光ＬＳＲＰＭＰの導入により、エネルギ密度の高いパルス光ＬＳＲＰＬＳとして発振するレーザ共振器１８と、レーザ共振器１８から発振されたパルス光ＬＳＲＰＬＳのビーム径を拡張するパルス光拡張光学素子１５と、パルス光拡張光学素子１５によって拡張されたパルス光ＬＳＲＰＬＳを内燃機関４０の燃焼室４００内の集光点ＦＰに集光するパルス光集光光学素子１１と、パルス光集光光学素子１１を保護する光学窓部材１２と、これら（１１、１２、１５、１８、２１）を内燃機関４０のシリンダヘッド４４０に設けたプラグホール４４１内に保持する略筒状のハウジング１０、２０とを具備し、燃焼室４００内にエネルギ密度の高い火炎核を発生させて混合気の点火を行う。
【００２６】
励起光導入光学素子２１、パルス光拡張光学素子１５及びパルス光集光光学素子１１の各光学素子（１１、１５、２１）を、それぞれの用途に応じた特定の入射角で入光した光を特定の出射角で出光するよう調整した光学レンズ（１１０、１５０、２１０）と、内側に該光学レンズ（１１０、１５０、２１０）を収容・保持し、基準面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に対して該光学レンズ（１１０、１５０、１２０）の焦点の位置決めを図るべく両端面を中心軸に対して直交するよう精度良く加工した略筒状のレンズ収容筐体部（１１１、１５１、２１３）とで構成すると共に、ハウジング（１０、２０）に設けたネジ部（１０４、２０４）の先端から該ネジ部（１０４、２０４）を締め付けるための六角部（１０５、２０５）の基端までの間を光学素子配設忌避領域（Ｌ１、Ｌ４）とし、該忌避領域（Ｌ１、Ｌ４）の先端側、又は、基端側に基準面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を設けて、光学素子（１１、１５、２１）を収容する光学素子収容空間（１０１、１０６、２０１）を区画すると共に、光学素子収容空間（１０１、１０６、２０１）内に収容された光学素子（１１、１５、２１）を基準面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に対して弾性的に押圧させてある。
【００２７】
さらに、詳細には、ハウジング（１０、２０）は、第１のハウジング１０と第２のハウジング２０とで構成されている。
第１のハウジング１０を内燃機関４０に固定するために第１のハウジング１０に設けた第１のネジ部１０４と第１のネジ部１０４を締め付けるための第１の六角部１０５との間を第１の光学素子配設忌避領域Ｌ１とし、第１のハウジング１０と第２のハウジング２０とを連結するために第２のハウジング２０に設けた第２のネジ部２０４と第２のネジ部２０４を締め付けるための第２の六角部２０５との間を第２の光学素子配設忌避領域Ｌ４とし、第１の光学素子配設忌避領域Ｌ１の先端側を第１の基準面Ｓ１としてその先端側にパルス光集光光学素子１１を収容する第１の光学素子収容空間１０１を区画し、第１の光学素子配設忌避領域Ｌ１の基端側を第２の基準面Ｓ２としてその基端側にパルス光拡張光学素子１５を収容する第２の光学素子収容空間２０３を区画し、第２の光学素子配設忌避領域Ｌ４の基端側を第３の基準面Ｓ３として励起光導入光学素子２１を収容する励起光導入光学素子収容空間２０１を区画し、第２の光学素子配設忌避領域Ｌ４内に区画した共振器収容空間２０２内にレーザ共振器１８を摺動可能に配設すると共に、パルス光拡張光学素子１５との間にバネ部材からなる弾性体１６を配設し、レーザ共振器１８の基端側端面１８１を第３の基準面Ｓ３に当接する励起光導入光学素子２１の下端面２１４に接するように弾性的に押圧すると共に、パルス光拡張光学素子１５の下端面１５１を第２の基準面Ｓ２に弾性的に押圧する。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、パルス光集光光学素子１１を保護する光学窓部材１２の先端側表面１２１が、ハウジング１０の先端面１０２と面一に位置するように、光学窓部材１２の外周１２３を先端に向かって径小となるように、連続的に縮径する傾斜面有する略円錐台形状に形成してある。
また、第１の光学素収容空間１０１内に収容したパルス光集光光学素子１１を第１の基準面Ｓ１に対して弾性的に押圧する押圧手段として、第１のハウジング１０の一部を利用して、熱膨張係数が第１のハウジング１０の熱膨張係数よりも大きい部材からなり略環状の弾性部材（プレート）１４を介して、光学窓部材１２の外周に設けた傾斜面１２１を外周側から包み込むように覆いつつ、基端側方向の成分を有して押圧する包み加締め部１０２が形成されている。
光学窓部材１２の先端面１２１が包み加締め部１０２の先端面と面一に位置しているので、燃焼室４００内を流れる筒内気流ＴＭＢが光学窓部材１２の表面１２１を通過する際に、淀みを生じることがなく、その表面に付着した未燃燃料や煤等のデポジットを形成する物質を吹き飛ばすので、常に、光学窓部材１２の表面１２１が清浄に保たれ、デポジットの堆積による光軸の歪みを回避し、安定した着火を確保できる。
【００２９】
さらに、第１のハウジング１０の第１の基準面Ｓ１と包め加締め部１０２との間に薄肉部を設けて、軸方向に圧縮しつつ加熱して永久変形させて、熱加締め部１０３が形成されている。
熱加締め部１０３によって軸方向に圧縮応力が発生し、燃焼室４００内の混合気が爆発燃焼したときの熱によって、第１のハウジング１０が膨張したとしても、熱加締め部１０３の軸力によって、包み加締め部１０２の保持力が補われ、光学窓部材１３と共にパルス光集光光学素子１２が第１の基準面Ｓ１に対して弾性的に押し圧された状態を保持されるので、パルス光集光光学素子１２の緩みによって光軸が歪むことがなく、安定した着火を維持できる。
【００３０】
また、第２のハウジング２０のレーザ共振器１８の収容された位置の少なくとも基端側外周を覆うように第２のハウジング２０を構成する部材よりも熱伝導率の高い部材を用いて略環溝状の冷却水路２６５を区画し、その基端側内周面２６３と第２のハウジング１０の外周面２０７との間隙と、その先端側内周面２６６と第１のハウジングの外周面１０９との間隙とに、弾性部材からなるＯリング１９、２４を介装して、水密性を確保しつつ、第１のハウジング１０、第２のハウジング２０に対して着脱可能に取り付けられた冷却器２６を具備し、外部に設けた熱交換機６０によって冷却された冷媒を冷却水路２６５内に周回させるようにしてある。
【００３１】
Ｏリング１９、２４によって冷却水路２６５の水蜜性が確保された状態で、少なくともレーザ共振器１８の収容された部位の基端側の周囲を冷媒が周回するので、励起光ＬＳＲＰＭＰの照射により、レーザ共振器１８内で熱が発生しても、冷却器２６内を流れる冷媒によって、第１のハウジング１０、第２のハウジング２０の冷却水路２６５に覆われた部分と共に、レーザ共振器１８が冷却される。
したがって、レーザ共振器１８とその周囲を覆う第１のハウジング１０、第２のハウジング２０との熱膨張差によって、レーザ共振器１８に熱ストレスが作用して光軸に歪みを生じるのを抑制できる。
しかも、レーザ共振器１８の温度上昇も抑制されるので、レーザ媒質の温度上昇に伴うパルス光ＬＳＲＰＬＳの発振周期の変動も抑制され、より安定した着火を実現できる。
さらに、Ｏリング１９、２４の弾性力によって水密性を確保しているので、冷却器２６を第１のハウジング１０、第２のハウジング２０に対して着脱可能となっているので、メンテナンスが容易である。
また、冷却器２６は内側に区画した環溝状の冷却水路２６５内に、外部に設けた熱交換機によって冷却した冷媒を周回させるので、構造が簡易で、搭載スペースの少ないプラグホール４４１内にも容易に載置することができる。
なお、本図中、冷却冷媒ＷＣＬＤは、熱交換器６０によって冷却され、冷却器２６に導入される冷媒を示し、受熱冷媒ＷＨＴＤは、冷却水路２６５内を通過し、レーザ共振器１８で発生した熱を吸収して冷却器２６から排出され熱交換器６０に導入される冷媒を示す。
【００３２】
さらに、光学窓部材１２とパルス光集光光学素子１１との間に弾性部材からなり、第１のハウジング１０の内周面１０１にその外周面１３２が当接する略環状の光学窓部材着座用部材（シートリング）１３０を介装してある。
シートリング１３０と、光学窓部材１２との当接面１２４、１３１は、基端側に向かって径小となる傾斜面状に形成してある。
【００３３】
第１のハウジング１０よりも熱膨張係数の大きい部材からなるシートリング１３０が光学窓部材１２とパルス光集光光学素子１１との間に介装されているので、燃焼時に、燃焼室４００内の高温に晒されても、熱膨張に伴う第１のハウジング１０の包み加締め部１０２による加締め力の低下を、第１のハウジング１０よりも熱膨張の大きいシートリング１４の熱膨張によって補われ、パルス光集光光学素子１１が、常に第１の基準面Ｓ１に対して弾性的に押圧された状態が維持され、光軸の歪みによる集光点の変動を招く虞がなく、安定した着火を実現できる。
【００３４】
なお、本発明において、励起光源５０は、特に限定するものではなく、公知のＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等の結晶材料で形成されたレーザダイオードＬＤを用いた励起光源を適宜採用することができ、内燃機関の運転状況に応じた点火時期に駆動電流が印加され励起レーザＬＳＲＰＭＰを放射する。
また、熱交換器６０は、レーザ共振器１８を所定温度以下、例えば４０℃以下に保持できるだけの冷却水の熱交換が可能であれば、如何なる構成のものを用いても構わないが、例えば、図１に示すように、循環ポンプＰＭＰとペルチェ素子ＰＥＬとエンジン冷却用ラジエータや冷却ファン等とを組み合わせて構成することができる。
ペルチェ素子ＰＥＬは、２種類の金属の接合部に電流を流すと、一方の金属から他方へ熱が移動するペルチェ効果を利用した略平板状の半導体光学素子であり、循環ポンプＰＭＰを用いて冷却水排出路２８を介して環流された排熱水ＷＨＴＤをペルチェ素子ＰＥＬの冷却面に接触させ、例えば、３０℃以下の冷却水ＷＣＬＤとして冷却水導入路２７を介して冷却器２６に導入し、ペルチェ素子ＰＥＬで発生した熱は、エンジン冷却水との熱交換や、冷却ファン等によって排出することができる。
なお、エンジン冷却水が、レーザ共振器１８の温度を例えば、４０℃以下に保つのに充分な冷却効果を有する場合や、レーザ共振器１８の光光変換効率の向上により、レーザ共振器１８の発熱量が低下した場合等には、ペルチェ素子による熱交換を廃して、より簡素な構造とすることもできる。
【００３５】
次いで、図１、図２、図３を参照して、第１のハウジング１０及びパルス光集光光学素子１１、光学窓部材１２、シートリング１３、プレート１４の詳細及び、加締め方法について、製造順を追って説明する。
なお、図２においては、第１のハウジング１０の先端側を上に、基端側を下に向けて示し、パルス光集光光学素子収容部１０１内に収容する順に、下からパルス光集光光学素子１１、シートリング１３、光学窓部材１２、プレート１４を並べて示してある。
【００３６】
プレート１４には、第１のハウジング１０に用いられる材料（例えば、炭素鋼）よりも、熱膨張率の大きい金属材料（例えば、）が用いられており、図２（ａ―１）、（ａ―２）に示すように、略円環状に形成されている。
【００３７】
光学窓部材１２には、例えば、サファイア、石英ガラス等の透明な耐熱性ガラス材料が用いられ、図２（ｂ―１）、（ｂ−２）に示す基端側に配設されたパルス光集光光学素子１１に対向する入光面１２２と先端側の燃焼室４００に対向する出光面１２１とが平行で、外周側面は、先端に向かって先細りとなる先端側テーパ面１２３と、基端側に向かって先細りとなる基端側テーパ面１２４とが設けられている。
【００３８】
シートリング１３には、第１のハウジング１０に用いられる材料（例えば、炭素鋼）よりも、熱膨張率の大きい金属材料（例えば、）を用いられており、図２（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、略環状に形成されたシートリング基体１３０の先端側内周に、光学窓部材１２の基端側テーパ面１２４が嵌合する先端側に向かって拡径する略台形状の溝が穿設されており、外周面１３２は、第１のハウジング１０のパルス光集光光学素子収容空間１０１の内周面に当接するような大きさに形成されている。
【００３９】
パルス光集光光学素子１１は、図２（ｄ―１）、（ｄ−２）、（ｄ−３）に示すように、基端側から入射したパルス光ＬＳＲＰＬＳが所定の集光点ＦＰの位置に集光するように所定の焦点距離を有する集光レンズ１１０と、略筒状の集光レンズ筐体１１１とからなり、集光レンズ筐体１１１は、内側に集光レンズ１１０を収容し、集光レンズ筐体１１１の先端側表面１１３と基端側表面１１２とが、集光レンズ１１０の光軸に対して直交するよう精度良く加工されており、集光レンズ筐体１１１が、第１の基準面Ｓ１にパルス光集光光学素子１１を当接させたときに、所定の集光点ＦＰに集光するよう位置決めの役割を果たす。
また、集光レンズ筐体１１１の外周面は、集光光学素子収容空間１０１の内周面に対して、摺動可能な程度の極僅かなクリアランスを設けて当接しており、集光レンズ１１０の光軸と第１のハウジング１０の長手方向の中心軸とを一致させている。
集光レンズ１１０は、石英ガラス等の光学材料が用いられ、入光面と出光面とには、パルス光ＬＳＲＰＬＳの反射を抑制のためのコーティングが施されている。
また、集光レンズ筐体１１１を、（ｄ−２）に示すような雌雄の筐体１１１Ｍ、１１１Ｆからなる二重筒構造としても良い。このような構造とすることで、集光レンズ１１０の焦点位置の微調整を集光レンズ筐体１１１の両端面１１２、１１３の調整によって行うことができるので加工が容易な上に、加締め固定したときの軸力が集光レンズ１１０に直接負荷されないので、組み付け持におけるレンズの破損を回避することもできる。
なお、集光レンズ筐体１１１と集光レンズ１１０との間に、フッ素系ゴム、シリコン系ゴム等の耐熱性弾性部材からなる環状のシールリングを介装して気密性を向上させても良い。
また、以下に示す、パルス光拡張光学素子１５、励起光導入光学素子２１等の他の光学素子においても同様の筐体構造を取り、各光学素子の光軸とハウジングの中心軸とを一致させると共に、焦点距離を精度良く一定に維持することができる。
【００４０】
図２（ｅ―１）、（ｅ―２）、（ｅ―３）に示すように、第１のハウジング１０は、例えば、炭素鋼等の耐熱性の高い金属材料を用いて、略筒状に形成されている。
略筒状に形成されたハウジング基体１００の先端側の内側には、パルス光集光光学素子収容部１０１が区画されており、中腹内側には、パルス光拡張光学素子収容部１０６が区画されており、基端側の内側には、第２のハウジング螺結部１０７、第２のハウジング収容部１０８が区画されている。
ハウジング基体１００の先端側開口部周辺は、後述する方法によって加締めたときに、中心に向かって座屈し、包み加締め部１０２を形成し易いように薄肉に形成されている。
第１の基準面Ｓ１と第２の基準面Ｓ２との間は、光学素子配設忌避領域Ｌ１であると共に、パルス光拡張光学素子１５とパルス光集光光学素子１１との距離を一定とする役割を担っている。
第１のハウジング１０の先端側外周には、第１のハウジングネジ部１０４及び第１のハウジング六角部１０５が設けられ、ガスケット３０を介してシリンダヘッド４４０のネジ穴４４２に螺結されている。
【００４１】
上述の如く、図２に示すように、第１のハウジング１０のルス光集光光学素子収容部１０１内に、パルス光集光光学素子１１、シートリング１３、光学窓部材１２、プレート１４に順で収容した後、図３に示す加締め工程によって固定する。
図３（ａ）に示すように、第１のハウジング１０のネジ部１０４を利用して固定型７０に固定し、内側に略椀状の窪みを設けた加締め金型７１０を昇降装置７１によって下降させると共に、包み加締め部１０２以外の部分が座屈しないよう、第１のハウジング１０の外周を保持する外周保持金型７２０を横移動装置７２によって側面方向から第１のハウジング１０の外周面に当接させ、図３（ｂ）に示すように、加締め金型７１０によって包み加締め部１０２を中心に向かって絞り込むように圧縮し、プレート１４を介して光学窓部材１２の先端側傾斜面１２３を押圧する包み加締め部１０２を形成する。
さらに、図３（ｃ）に示すように、加締め金型７１０によって軸方向に加圧しつつ、外周保持金型７２０と固定型７００とを電極とし、包み加締め部１０２と第１のネジ部１０４との間に電流を流し、薄肉部を発熱させ、軸方向に永久変形させることで熱加締め部１０３を形成する。
なお、図３（ａ−２）に示す外周保持金型７２０のように、薄肉部の形状を円形に保ったまま保持するようにしても良いし、図３（ａ−３）に示す外周保持金型７２０ａのように、薄肉部を六角形に圧縮するように構成しても良い。
また、固定型７０は作業性を考慮して、第１の固定型７００、第２の固定型７０１の二重構造とし、第１のハウジング１０の着脱を容易にしても良い。
【００４２】
次いで、図１、及び、図４を参照して、パルス光集光光学素子１１、光学窓部材１２を収容した第１のハウジング１０の基端側に連結する第２のハウジング２０、第２のハウジング２０内に収容する、パルス光拡張光学素子１５、バネ部材１６、バネ圧伝達部材（カラー）１７、レーザ共振器１８、励起光導入光学素子２１、光ファイバ接続部材２３について詳述する。
第２のハウジング２０は、アルミニウム合金等の金属材料を用いて、図４（ａ−１）に示すように、略筒状に形成された第２のハウジング基体２００に、励起光導入光学素子収容空間２０１、光ファイバ固定部接続部２０１Ｍ、共振器収容部２０２、パルス光拡張光学素子収容空間２０３、第２のネジ部２０４、第２の六角部２０５、冷却器嵌合面２０６、Ｏリング用溝部２０７、第１のハウジング嵌合面２０８、Ｏリング用溝部２０９が形成されている。
【００４３】
励起光導入光学素子２１は、例えば、石英ガラス等の公知の光学材料が用いられ、外部から導入された励起光ＬＳＲＰＭＰを所定の焦点距離で所定の集光径で結像し、レーザ共振器１８の入射面１８１に入光するように、入射側を凹面状に形成し、出射側を凸面状に形成して、入射面２１１と出射面２１２とが異なる曲率を持ち、一体に形成された励起光導入レンズ２１０と、励起光導入レンズ２１０を収容する略筒状の励起光レンズ筐体２１３とからなる。
励起光レンズ筐体２１３は、本図（ａ−２）に示すように、雌雄の筐体２１３Ｍ、２１３Ｆの二重筒構造をしており、内側に励起光導入レンズ２１０を収容し、励起光レンズ筐体２１３の先端側表面２１４と基端側表面２１５とが、励起光導入レンズ２１０の光軸に対して直交するよう精度良く加工されており、第３の基準面Ｓ３に励起光導入光学素子２１を当接させたときに、所定の集光点ＦＰに集光するよう位置決めの役割を果たす。
【００４４】
第２のハウジング２０内には、第３の基準面Ｓ３から基端側に向かって区画された励起光導入光学素子収容部２０１の基端側内周面には、外部に設けた励起光源５０から発振された励起光ＬＳＲＰＬＳを伝送する光ファイバ２９を接続するための光ファイバ接続部材２３を固定するための光ファイバ接続部材固定部２０１Ｍ（本実施形態においてはネジ部）が形成されている。
光ファイバ接続部材２３は、略筒状で、第２のハウジング２０の基端側端面を第４の基準面Ｓ４として、第２のハウジング２０内に一定距離だけねじ込み固定される。
【００４５】
レーザ共振器１８は、例えば、ＮｄをドーピングしたＮｄ：ＹＡＧからなるレーザ媒質と、Ｃｒ＋４をドーピングしたＣｒ：ＹＡＧからなる受動Ｑスイッチとを一体とした公知の個体レーザが用いられ、両端の平行度、及び、外周が精度良く加工された円柱状となっている。
レーザ共振器１８内に入射された励起光ＬＺＲＰＭＰは、全反射鏡１８１と部分反射鏡１８３との間で共振器２内に入射された励起光ＬＺＲＰＭＰ（例えば、波長λＰＭＰ＝８０８．５ｎｍ）は、レーザ媒質１８０を蛍光させ励起光よりも長い波長（例えば、波長λＰＬＳ＝１０６４ｎｍ）のパルス光ＬＺＲＰＬＳを誘導放出する。
【００４６】
レーザ共振器１８の入射面１８１からの励起光ＬＳＲＰＭＰの入射は許容し、レーザ媒質１８０内で発生した励起光ＬＳＲＰＭＰよりも長い波長の光を全反射するＡＲコーティングを施した全反射鏡１８１から、レーザ媒質１８０、可飽和吸収体１８２、部分反射鏡１８３の間においてレーザ媒質１８０内で発生した励起光ＬＳＲＰＭＰよりも長い波長の光が共振し、可飽和吸収体１８２の固有の閾値を超えるまで増幅される。
共振増幅されたレーザ光が閾値を超えると可飽和吸収体１８２が受動Ｑスイッチとして作用し、瞬間的にエネルギ密度の高いパルス光ＬＺＲＰＬＳが出射される。
【００４７】
パルス光拡張光学素子１５は、例えば、石英ガラス等の公知の光学材料が用いられ、レーザ共振器１８から出射したパルス光ＬＳＲＰＬＳを所定の距離で所定の径となるように拡張し、これをパルス光集光光学素子１１で再度集光することで、パルス光ＬＳＲＰＬＳのエネルギ密度を高くする。
パルス光拡張光学素子１５は、レーザ共振器１８から出射されたパルス光ＬＳＲＰＬＳを、拡張する拡張レンズ１５０と、拡張レンズ１５０を収容する略筒状の拡張レンズ筐体１５１とからなる。
拡張レンズ筐体１５１は、本図（ａ−３）に示すように、雌雄の筐体１５１Ｍ、１５１Ｆの二重筒構造をしており、内側に拡張レンズ１５０を収容し、拡張レンズ筐体１５１の先端側表面１５５と基端側表面１５４とが、パルス光拡張レンズ１５０の光軸に対して直交するよう精度良く加工されており、第２の基準面Ｓ２にパルス光拡張光学素子１５を当接させたときに、所定のビーム径に拡張してパルス光集光光学素子１１に入光するよう位置決めの役割を果たす。
【００４８】
本図（ａ―１）に示すように、第２のハウジング２０の基端側開口から挿入された励起光導入光学素子２１は、本図（ｂ）に示すように、丹銅等の金属材料からなる環状弾性部材（スペーサ）２２を介して、光ファイバ接続部材２３の先端が励起光導入光学素子２１を第３の基準面Ｓ３に対して弾性的に押圧している。
一方、第２のハウジング２０の先端側からは、レーザ共振器１８、カラー１７、バネ部材１６、励起光拡張光学素子１５が、挿入され、第１のハウジング１０と第２のハウジング２０とを連結すると、本図（ｂ）に示すように、先端側に配設したバネ部材１６によって弾性的に押圧されて、レーザ共振器１８は、基端側の励起光入射面１８１が、第３の基準面Ｓ３に支持された励起光導入光学素子２１の先端面２１４に当接した状態となり、パルス光拡張光学素子１５は、先端面１５１が第２の基準面Ｓ２に弾性的に当接した状態となっている。
【００４９】
その結果、本図（ｂ）に示すように、第１のハウジング１０の集光光学素子収容空間１０１内で第１の基準面Ｓ１に対して弾性的に当接するように保持されたパルス光集光光学素子１１と、拡張光学素子収容空間１０６内で第２の基準面Ｓ２に弾性的に当接するように保持されたパルス光拡張光学素子１５との間に一定距離Ｌ１が確保され、第２のハウジング２０の励起光光学素子収容空間２０１内で第３の基準面Ｓ３に弾性的に当接するように保持された励起光導入光学素子２１とパルス光拡張光学素子１５との間に、一定距離Ｌ２が確保されている。
各光学素子１１、１５、２１は、それぞれの筐体１１１、１５１、２１３の外周面がそれぞれの収容空間１０１、２０３、２０１の内周面に保持され、かつ、それぞれの筐体の端面１１２、１５５、２１４が、それぞれの基準面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に当接しているので、各光学素子１１、１５、２１の光軸が一致し、しかも、光学素子間の距離Ｌ１、Ｌ２が一定に保持されている。
【００５０】
さらに、第１のハウジング１０に第２のハウジング２０を連結した状態において、第２のハウジング２０の先端とパルス光拡張光学素子１５との間には、間隙Ｇが設けられており、第２のハウジング２０を第１のハウジング１０に螺結するためのネジ締め軸力は、パルス光拡張光学素子１５に作用しない構造となっている。
【００５１】
なお、バネ部材１６は、内燃機関の使用回転数によって発生する振動周波数よりも大きな固有振動数となるように設定してある。
さらに、バネ部材１６のプリロード荷重（±ｋＸ：ｋはバネ定数、Ｘは自由端からの変位量）は、内燃機関の作動によって生じる加速度の積よりも大きくなるように設定してある。
具体的には、バネ部材１６のバネ常数ｋを、バネ部材１６の質量を含めた系の単振動周波数が内燃機関の仕様回転数によって決まる固有振動数よりも大きくなるように設定する。
即ち、内燃機関の作動によって発生する加振加速度をＧ（ｍ／ｓ２）、バネに負荷する質量をＭ（ｋｇ）とすると、プリロード荷重は、ｋＸ＞ＭＧ（Ｎ）となるよう設定する。 
また、内燃機関の最大回転数をＮ（ｒｐｍ）、バネの固有振動数をｆ（Ｈｚ）とすれば、ｆ＞Ｎ６０、かつ、ｆ＞（1／２π）・｛√（ｋ／Ｍ）}となるよう設定するのが望ましい。
【００５２】
第１のハウジング１０と第２のハウジング２０とは、雌ネジ部１０６Ｆと雄ネジ部２０４とが互いに螺結されるだけでなく、第１のハウジング１０の基端側に設けた第２のハウジング挿通孔１０８と第２のハウジング２０の先端側に設けた第１のハウジング嵌合面２０８とは、互いに摺動可能な程度のクリアランスを設けて嵌合し、いずれか一方に外周面一部を溝状に窪ませたＯリング用溝部２０９が形成され、Ｏリング用溝部２０９内には、例えば、シリコンゴムやフッ素樹脂ゴムなどの耐熱性弾性部材からなるＯリング１９が介装され、第１のハウジング１０と第２のハウジング２０との連結部の水密性を保持している。
【００５３】
図１、図５を参照して、本実施形態におけるレーザ点火装置１に用いられる冷却器２６及び光ファイバ２９の詳細並びに組付け方法について説明する。
図５に示すように、冷却器２６は、ステンレス等の金属材料を用いて略筒状に形成した冷却器基体２６０の内側に冷却水路２６５を区画すべく、外周方向に向かって窪んだ環状溝（２６５）が形成され、外部に設けた熱交換器６０に接続する冷却水導入路２７、冷却水導出路２８との接続を図るべく、冷却器基体２６０の基端側上面から環状溝（２６５）に連通する導入用貫通孔２６１、導出用貫通孔２６２が穿設され、それぞれに、冷却水導入管部２７０、冷却水導出管部２８０が挿通され、導入管ネジ部２７１、導出管ネジ部２８１によって固定されている。この際、適宜シール部材等により水密性が確保されている。
また、冷却水路２６５は、冷却器２６の冷却器基体２６０のみに区画されるのではなく、冷却器基体２６０の内周壁の一部を外径方向に向かって窪ませた断面略コ字形の環状溝と第１のハウジング１０の第１の冷却器勘合面１０９及び第２のハウジング２０の第２の冷却器勘合面２０７とによって区画されており、冷却水路２６５内を流れる冷媒は、第１のハウジング１０及び第２のハウジング２０の表面に直接触れることになるので、熱交換効率が高い。
【００５４】
冷却水導入管部２７０、冷却水導出管部２８０の先端には、それぞれ、冷却水導入孔２７２、冷却水導出孔２８２が形成され、環状溝２６５に開口している。
冷却器基体２６０の基端側内周面２６３は、第２のハウジング２０の基端側に設けた冷却器嵌合面２０７と摺動可能な程度の僅かな間隙を生じるように形成され、先端側内周面２６６は、第１のハウジングに設けた冷却器嵌合面１０９と摺動可能な程度の僅かな間隙を生じるように形成されており、冷却器２６と第１のハウジング１０及び第２のハウジング２０との間隙は、環状溝２６７内に介装されたＯリング２５、及び、環状溝２０７内に介装されたＯリング２４とによって弾性的に封止され、水密性が確保されている。
また、第１のハウジング１０と第２のハウジング２０との間隙は、Ｏリング１９によって弾性的に封止され、水密性が確保されている。
【００５５】
さらに、冷却器２６は、Ｏリング２４、２５の弾性力によって固定されているので、着脱が可能となっており、着脱時には、冷却器基体２６０の上面に設けた雌螺子部２６４に、着脱用ボルトを装着して、抜き差しし易い構造となっている。
なお、本実施形態においては、冷却水導入管２７及び、冷却水導出管２８を冷却器基体２６０に螺子締め固定した例を示したが、水密性が確保されれば、ロウ付けその他の如何なる固着方法で固定しても良い。
また、冷却水導入管２７０、冷却水導出管２８０と、熱交換器６０との接続は、特に限定するものではなく。継ぎ手、可撓性管等の公知の配管手段を用いて適宜行う。
さらに、冷却器基体２６０の先端側外周には、先端先細りとなるように傾斜したガイド面２６８が形成され、プラグホール内への挿入が容易となっている。
【００５６】
光ファイバ接続部材２３の基端側から、光ファイバ２９を挿入し、シムリング２９０を介して、袋ナット部２９１を光ファイバ接続部剤２３の螺子部２３４に螺結すると、第３の基準面Ｓ３から一定距離Ｌ３だけ離れた位置に光ファイバ芯材２９２の先端が露出するように、光ファイバ芯材２９２を覆うように保護部材２９３が形成さている。
【００５７】
図６を参照して、本発明の第１の効果と、第２の効果、並びに、比較例における問題点について説明する。
先ず、第１の効果について説明する。本図（ａ）に示すように、本発明の実施例においては、第１の光学素子配設忌避領域Ｌ１の先端側に第１の基準面Ｓ１が設けられ、基端側に第２の基準面Ｓ２が設けられパルス光集光光学素子１１とパルス光拡張光学素子１５とが、それぞれの基準面Ｓ１、Ｓ２に弾性的に押圧された状態で、光学素子配設忌避領域Ｌ１を避けるように配設されている。
このため、第１のハウジング１０のネジ部１０４をシリンダヘッド４４０の雌ネジ部４４２に組み付ける際に、第１のハウジング１０を捻るような方向に締め付けトルクが作用しても、雄ねじ部１０４に負荷された締め付け荷重や、六角部１０５に負荷された回転方向のネジ締め力は、それぞれの光学素子１１、１５に作用することがないので、パルス光集光光学素子１１とパルス光拡張光学素子１５との間で光軸のズレを起こす虞がない。
【００５８】
さらに、第１の基準面Ｓ１と第２の基準面Ｓ２との間は、締め付け持には、締め付けトルクが作用し、第１のハウジング１０の当該部分に捻りを生じ得るが、組み付け完了後には、シリンダヘッド４４０に強固に組み付けられているので、第１の基準面Ｓ１と第２の基準面Ｓ２との間の距離Ｌ１が変動し難く、パルス光拡張光学素子１５とパルス光集光光学素子１１との距離が一定に保持されることになる。
加えて、第１のハウジング１０よりも熱膨張係数の大きい部材からなるシートリング１３０が光学窓部材１２とパルス光集光光学素子１１との間に介装されているので、燃焼時に、燃焼室４００内の高温に晒されても、熱膨張に伴う第１のハウジング１０の包み加締め部１０２による加締め力の低下を、第１のハウジング１０よりも熱膨張の大きいシートリング１４の熱膨張によって補われ、パルス光集光光学素子１１が、常に第１の基準面Ｓ１に対して弾性的に押圧された状態が維持される。
したがって、常に一定のビーム径に拡張された状態でパルス光ＬＳＲＰＬＳがパルス光拡張光学素子１１に入射され、その結果、一定のエネルギ密度、焦点距離の位置に集光点ＦＰが形成され、安定した着火を実現できる。
【００５９】
本発明に第２の効果について説明する。
本発明によれば、光学窓部材１２の先端面１２１が包み加締め部１０２の先端面と面一に位置しているので、燃焼室４００内を流れる筒内気流ＴＭＢが光学窓部材１２の表面１２１を通過する際に、淀みを生じることがなく、その表面に付着した未燃燃料や煤等のデポジットを形成する物質を吹き飛ばすので、常に、光学窓部材１２の表面１２１が清浄に保たれ、デポジットの堆積によるパルス光ＬＳＲＰＬＳの透過率の低下や、異常屈折による光軸の歪みが回避され、安定した着火を確保できる。
【００６０】
一方、本図（ｂ）に比較例として示す、従来のレーザ点火装置１ｚでは、ハウジング１０ｚを内燃機関のシリンダヘッド４４０に等結するためのネジ部１０４ｚの先端と、ネジ部１０４ｚを締め付けるための六角部１０５ｚとの間に、光学素子が配設されているので、シリンダヘッドにハウジング１０ｚをネジ締め固定する際の軸力がハウジング１０ｚを介して光学素子に伝達され、機械的ストレスを与え、光軸に歪みを生じる虞がある。
また、従来のレーザ点火装置１ｚでは、複数のレンズを組み合わせて集光レンズを構成しているのでそれぞれの寸法誤差が累積され、各レンズ間の距離にバラツキを生じ、パルス光の集光位置について個体差が大きくなる虞もある。
さらに、従来のレーザ点火装置１ｚでは、光学窓部材１２ｚが、略平板状に形成されているので、必然的にハウジング１０ｚの先端が、光学窓部材１２ｚの出光面１２１ｚよりも先端側に位置することになる。
このため、ハウジング１０ｚの先端と光学窓部材１２ｚとの間に段部が形成され、燃焼室内を流れる筒内気流ＴＭＢが、光学窓部材１２ｚの表面を流れる際に、段部の近傍に渦流を発生させ、その流速が低下し、段部に未燃燃料や、煤等が溜まり易くなり、デポジットを形成し、徐々にデポジットが拡散し、パルス光の透過率が低下したり、光軸が歪んだりして、着火が不安定となる虞がある。
【００６１】
図７を参照して、本発明の第３の効果、第４の効果、及び、第５の効果について説明する。
本図に示すように、第２のハウジング２０を第１のハウジング１０に連結するために設けた第２のネジ部２０４の先端から、第２のネジ部を締め付けるために、第２のハウジングの中腹外周に設けた第２の六角部２０８の基端までの距離Ｌ４の範囲を第２の光学素子配設忌避領域とし、該忌避領域の基端側に第３の基準面Ｓ３を設けて、光学素子として、励起光導入光学素子２１を収容する第３の光学素子収容空間２０１を区画し、第３の光学素子収容空間２０１内に収容される励起光導入光学素子２１を第３の基準面Ｓ３に対して、弾性部材２２を介して、光ファイバ接続部材２３を利用して弾性的に押圧している。
【００６２】
このため、第３の効果として、第２の光学素子配設忌避領域Ｌ４内に光学素子が存在せず、また、当該領域の外に設けた光学素子１５、２１はそれぞれ、第２の基準面Ｓ２、第３の基準面Ｓ３に対して弾性的に押圧された状態であるので、第２のハウジング２０を第１のハウジング１０に連結する際のネジ締め力が、パルス光拡張光学素子１５、及び、励起光導入光学素子２１に作用することがなく、光ファイバ接続部材２３を第２のハウジング２０に連結する際にも、励起光導入光学素子２１にネジ締め力は作用しないので、これらの光学素子１５、２１の光軸に歪を生じる虞がなく、安定した着火を維持できる。
【００６３】
さらに、第４の効果として、レーザ共振器１８の入射面１８１がバネ部材１６によって、第３の基準面Ｓ３に保持された励起光導入光学素子２１の先端面２１４に押し当てられた状態となっているので、レーザ共振器１８の加工精度のバラツキや、レーザ共振器１８の発熱による寸法変化等がバネ部材１６の伸縮によって吸収され、励起光導入光学素子２１とレーザ共振器１８との光学距離が、常に一定に保持され、さらに、第４の基準面Ｓ４によって、光ファイバ芯材２９２の先端から、レーザ共振器１８の入射面１８１までの距離Ｌ２が一定に維持されているので、レーザ共振器１８に入射する励起光ＬＳＲＰＭＰのビーム径が一定に維持され、レーザ共振器１８から出力されるパルス光ＬＳＲＰＭＰの安定化を図ることができる。
このとき、共振器１８から出射するパルス光ＬＳＲＰＬＳがパルス光拡張光学素子１５に入射する際には、平行光となっているので、第１のハウジング１０と第２のハウジング２０との組付け誤差や、寸法誤差、熱膨張によるレーザ共振器１８の寸法変動等があっても、パルス光拡張光学素子１５から出光するときに影響はない。
【００６４】
加えて、第５の効果として、レーザ共振器１８と第２のハウジング２０との間で熱膨張係数の差が生じたとしても、第２のハウジング２０の共振器収容空間２０２内をレーザ共振器１８が摺動するので、熱膨張差による機械的ストレスがレーザ共振器１８に作用する虞がなく、入射面１８１と出射面１８３との平行度の変化が少ない。
このため、レーザ共振器１８を通過する際に光軸の歪が生じ難く、安定した着火を維持できる。
【００６５】
図８を参照して、本発明の第６の効果について説明する。
励起光ＬＳＲＰＭＰの導入により、レーザ共振器１８の温度が上昇したときにと第２のハウジング２０との熱膨張率の差が大きい場合には、レーザ共振器１８が第２のハウジング２０内を摺動するのが困難となり、レーザ媒質１８０に歪みを生じる虞がある。
また、レーザ媒質１８０の温度上昇に伴い、レーザ共振器１８から発振されるパルスレーザＬＳＲＰＬＳの発振周期が長くなり、一回の点火で発振されるレーザパルスのパルス数が減少し、着火が不安定となる虞がある。
しかし、本発明によれば、本図に示すように、共振器１８の周囲、及び、基端側を取り囲むように区画された冷却水路２６５内を周回する冷却水２６により、レーザ共振器１８の温度が４０℃以下の温度に維持できる。
したがって、レーザ共振器１８と台２のハウジング２０との熱膨張差による熱ストレスが抑制され、発振周期も安定化されるので、極めて安定した着火を維持できる。
また、本発明では、少なくとも、レーザ共振器１８の基端側に冷却器２６か装着されるので、自然法則にしたがって、基端側に放出される熱を効果的に吸収することができる。
【００６６】
図９を参照して、本発明の第２の実施形態におけるレーザ点火装置１ａの光学素子１１、１２の収容構造と製造方法について説明する。なお、上記実施形態との相違点についてのみ記載し、同様の構成については説明を省略する。
なお、本図において、図の上方が先端側、下方が基端側として記載してある。
上記実施形態においては、光学窓部材１２を第１のハウジング１０の先端側の一部を利用して包み加締め部１０２、熱加締め部１０３を形成した例について説明したが、本実施形態においては、第１のハウジング１０aとは別体に設けて、熱膨張係数が第１のハウジング１０aの熱膨張係数よりも大きい部材からなり略環状の弾性部材（シートリング）１３ａを介して、光学窓部材１２の外周に設けた傾斜面１２４ａを外周側から包み込むように覆いつつ、基端側方向の成分を有して押圧する包み加締め部１０２ａを形成し、さらに、第１のハウジング１０の先端に設けた溶接部１０３ａにより、シートリング１３ａを固定した点が相違する。
また、本実施形態においては、光学窓部材１２ａとシートリング１３ａとをロウ付け固定してある。
本図（ａ）に示すように、シートリング１３ａは、略筒状で、内周面には、光学窓部材１２ａの基端側傾斜面１２４ａの傾斜に合わせた傾斜面１３１ａが形成され、さらに、ロウ材１３３を載置するための環状溝１３２ａが形成され、先端側は、包み加締め部１０２ａを形成するために薄肉に形成してある。
本図（ｂ）に示すように、シートリング１３ａに光学窓部材１２ａとロウ材１３３とを配置し、シートリング１３ａを加熱する。
本図（ｃ）に示すように、加熱によりロウ材１３３が、光学窓部材基体１２０ａとシートリング１３ａとの間隙に浸透し、互いに密着固定される。
次いで、本図（ｄ）に示すように、シートリング１３ａ、光学窓部材１２ａ、プレート１４ａを配設し、固定型７０ａに固定し、内側に略椀状の窪みを設けた加締め金型７１０ａを昇降装置７１によって下降させ、加締め金型７１０ａによって包み加締め部１０２ａを中心に向かって絞り込むように圧縮し、プレート１４ａを介して光学窓部材１２ａの先端側傾斜面１２３aを押圧する包み加締め部１０２ａを形成する。
次いで、本図（ｅ）に示すように、第１のハウジング１０ａのパルス光集光光学素子収容空間１０１ａ内に、パルス光集光光学素子１１、シートリング１３ａに包み加締め固定された光学窓部材１２ａを収容し、本図（ｆ）に示すように、第１のハウジング１０ａの先端とシートリング１３ａとをレーザ溶接によって固定する。
【００６７】
図１０を参照して、本発明に係るレーザ点火装置１の光学窓部材１２の形状と、その加締め方法について幾つかの変形例について説明する。
本実施形態においては、本図に示した要部以外は、上記実施形態と同様の構成であり、いずれの構成においても、第１の光軸歪み抑制手段としての要件を満たすべく、ハウジングネジ部１０４よりも先端側に第１の基準面Ｓ１が設けられており、光学窓部材１２と包み加締め部１０２との間に略環状に形成した弾性部材からなるプレート１４を介して、気密に封止固定されている点は共通している。
【００６８】
上述の如く、第１の実施形態においては、保護用ガラス１２０の出光面１２１と包み加締め部１０２の先端とを一致させることにより、保護用ガラス１２０の出光面１２１に付着する煤や未燃燃料等のデポジット形成要因となる物質が筒内気流ＴＭＢによって容易に吹き飛ばされるようにして、デポジットの堆積を抑制しているが、本図（ａ）に示す変形例１ｃでは、保護用ガラス１２０ｃの出光面１２１ｃを包み加締め部１０２の先端よりも、さらに燃焼室４００側に向かって突出させた点が相違する。
このような構成とすることによって、第１の実施形態と同様、パルス光集光光学素子１１及び光学窓部材１２ｃをネジ部１０４よりも先端側に設けた第１の基準面Ｓ１よりも先端側で保持することにより、第１のハウジング１０をシリンダヘッドに組み付けたときに、組み付けトルクがパルス光集光光学素子１１及び光学窓部材１２ｃに作用せず、光軸の歪みが生じ難くなっており、また、筒内気流ＴＭＢを利用して保護用ガラス１２０ｃの出光面１２１ｃのセルフクリーニングが可能である。
加えて、本実施形態では、包み加締め部１０２と保護用ガラス１２０ｃとの境界にデポジットが堆積したとしても、出光面１２１ｃが、デポジットよりも先端側に突出して設けられているので、デポジットはその外周側に留まり、出光面１２１ｃへの堆積を確実に抑制することができる。
さらに、本図（ｂ）に示す、変形例１０ｄでは、上記第２の実施形態と同様の効果に加え、本図（ａ）に示した変形例１０ｃと同様の効果が期待できる。
【００６９】
また、上記実施形態においては、光学窓部材１２の側面外周を先端に向かって先細りに傾斜する先端側テーパ面１２３を設けた例を示したが、本図（ｃ）に示す変形例１０ｅのように、光学窓部材１２ｅの外径を階段状に変化させた段差部１２３ｅを形成して、包み加締め部１０２ｅ及び熱加締め部１０３によって加締め固定する構成としても良い。このような構成によっても、上記第１の実施形態と同様の効果が期待できる。
さらに、本図（ｄ）に示す変形例１０ｆのように、光学窓部材１２ｆの外径を階段状に変化させた段差部１２３ｆを形成して、包み加締め部１０２ｆ及びレーザ溶接部１０３ｆによって加締め固定する構成としても良い。このような構成によっても、上記第２の実施形態と同様の効果が期待できる。
【００７０】
さらに、本図（ｅ）に示す変形例１０ｇのように、側面に段階的に縮径する段差面１２３を有する段付き円柱状に形成し、出光面１２１ｇを先端側に向かって突出させた光学窓部材１２ｇを他の光学系光学素子と同様に、略筒状の光学窓部材用筐体１３ｇによって保持した状態で、パルス光集光光学素子１１と共に、ハウジング１０ｇの先端に設けた集光光学素子収容部１０１ｇ内に収容し、光学窓部材用筐体１３ｇの先端面と包み加締め部１０２ｇとの間にプレート１４ｇを介して、加締め固定する構成としても良い。このような構成によっても、上記第１の実施形態と同様の効果が期待できる。
ただし、図１０（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示した実施例１０ｅ、１０ｆ、１０ｇでは、光学窓部材１３ｅ、１３ｆ、１３ｇの加工が困難な上に、段差部１２３ｅ、１２３ｆ、１２３ｇに応力集中が起こり、加締め工程や、使用中に、光学窓部材１３ｅ、１３ｆ、１３ｇが破損し易くなる虞があり、図１、図９、図１０（ａ）、（ｂ）に示した実施例１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのように、光学窓部材１３、１３a、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを円錐台形状に形成するのが望ましい。
このような構成とすることにより、加工が容易である点に加え、加締め工程における機械的ストレスや、使用中の熱ストレスに対して応力集中を防ぎ、光学窓部材１３、１３a、１３ｂ、１３ｃの破損を回避し、より高い耐久性を示すようにすることもできる。
【００７１】
次いで、図１１を参照して、冷却器２６の冷却範囲を変えた変形例１ｈについて説明する。
上記実施形態においては、冷却器２６の冷却水路形成溝２６５として、第２のハウジング２０の励起光拡張光学素子２１、及び、レーザ共振器１８が収容された部分の外周を取り囲むように区画した例を示したが、本変形例１ｈにおいては、冷却器２６ｈの冷却水路２６５ｈ形成溝をレーザ共振器１８よりも基端側のみを冷却するように形成してある点が相違する。
冷却器２６ｈを小型化し、効率的にレーザ共振器１８で発生した熱を放出させると共に、第１のハウジング１０、第２のハウジング２９へ負荷される慣性モーメントを小さくして、光軸の歪をさらに小さくすることができる。
また、本図に示すように、冷却器２６ｈの基端側外周にネジ部２６９を形成して、シリンダヘッド４４０ｈに固定するようにしても良い。
このような構成とすることで、冷却器２６ｈの脱落を防ぐこともできる。
【００７２】
なお、上記実施形態においては、光ファイバ２９を第２のハウジング２０に固定するための光ファイバ接続部材２３を第２のハウジング２０にねじ込み固定するようにした例を示したが、励起光拡張光学素子２１に光軸の歪みを生じさせることなく光ファイバ芯線２９２の先端から励起光拡張光学素子２１に至るまでの距離を一定に維持できる固定方法であれば、光ファイバ接続部材２３を第２のハウジング２０に設けた光ファイバ接続部材固定部２０１Ｍに圧入したり、光ファイバ接続部材２３を第２のハウジング２０に挿通後、両者をレーザ溶接やロウ付け等の接合手段によって固着したりするものであっても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１  レーザ点火装置
１０  第１のハウジング
１０１  パルス光集光光学素子収容空間
１０２  包み加締め部
１０３  熱加締め部
１０４  第１のネジ部
１０５  第１の六角部
１０６  パルス光拡張光学素子収容空間
１１  パルス光集光光学素子
１１０  パルス光集光レンズ
１１１  集光レンズ筐体
１２  光学窓部材
１５  パルス光拡張光学素子
１５０  パルス光拡張レンズ
１５１  拡張レンズ筐体
１８  レーザ共振器
１８０  レーザ媒質
１８１  全反射鏡
１８２  可飽和吸収体
１８３  部分反射鏡
２０  第２のハウジング
２０１  励起光導光学素子収容空間
２０４  第２のネジ部
２０５  第２の六角部
２１  励起光導入光学素子
２１０  励起光導入レンズ
２１３  励起光導入レンズ筐体
２６  冷却器
２６５  環状冷却水路      
２９  光ファイバ
４０  内燃機関
４００  燃焼室
４４０  シリンダヘッド
４４１  プラグホール
５０  励起光源
ＬＳＲＰＭＰ  励起光
ＬＳＲＰＬＳ  パルス光
ＦＰ  集光点
Ｌ１  第１の光学素子配設忌避領域
Ｌ４  第２の光学素子配設忌避領域
Ｓ１  第１の基準面
Ｓ２  第２の基準面
Ｓ３  第３の基準面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７４】
【特許文献１】特開２００６−２２００９１号公報
【特許文献２】特表２００７−５０６０３１号公報
【特許文献３】特開２０１０−５３７１１９号公報
【図１】
0005873689.tif 000002
【図２】
0005873689.tif 000003
【図３】
0005873689.tif 000004
【図４】
0005873689.tif 000005
【図５】
0005873689.tif 000006
【図６】
0005873689.tif 000007
【図７】
0005873689.tif 000008
【図８】
0005873689.tif 000009
【図９】
0005873689.tif 000010
【図１０】
0005873689.tif 000011
【図１１】
0005873689.tif 000012