(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体レーザ装置の筐体内部の環境を簡易な構成で常に清浄で乾燥した状態に保ち、半導体レーザ素子の破損を防止することにより、信頼性が高くかつ筐体の気密保持構造を簡略にした半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子と集光光学素子を収納した筐体内部に乾燥媒体吸気口から清浄な乾燥媒体を供給し、乾燥媒体排気口から排気することにより、筐体内部は常に清浄で乾燥した状態に保つことができ、半導体レーザ素子の破損を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段と、筐体とを備え、前記筐体は前記半導体レーザ手段と前記集光手段の少なくとも１つを収納した半導体レーザ装置。
【請求項２】
筐体内部は乾燥媒体が供給される請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
筐体は乾燥媒体の吸気口を有し、前記吸気口にはフィルタを設けた請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
筐体は乾燥媒体の排気口を有し、前記排気口にはフィルタを設けた請求項２または３記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
乾燥媒体の供給が停止するとレーザ光の出力が停止される
請求項２から４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
乾燥媒体はドライエアである請求項２から５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
筐体の内壁の対向する面に冷却手段を備えた請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
冷却手段はコの字状に形成された請求項７記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
冷却手段はペルチェ素子で形成された請求項７または８記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
筐体の内面は光吸収率が高く、外面は光反射率が高い部材である請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
筐体は内面が筐体母材に比較して光吸収率の高い部材で覆われ、外面は筐体母材に比較して光反射率の高い部材で覆われた請求項１０記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
光吸収率は９５％以上である請求項１０または１１記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
光反射率は９５％以上である請求項１０または１１記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
筐体の内面および外面は熱伝導率の高い部材である請求項１０から１３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１０から１４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
筐体は内面および外面の表面積が平らな面に比較して大きい請求項１０から１５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
筐体内に設けられた被加工物へのレーザ光と前記被加工物からの反射光とを分離する分離手段と、前記分離手段による反射光を検出する検出手段とを有し、前記検出手段で所定のパラメータを検出すれば前記レーザ出力を停止させる請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
検出手段は温度センサで、パラメータは温度である請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】
検出手段は光センサで、パラメータは光強度である請求項１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】
温度は、筐体外面の温度が所定値以下である請求項１８記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】
光強度は、筐体外面の温度が所定値以下である請求項１９記載の半導体レーザ装置。
【請求項２２】
筐体内に設けられたレーザ光を分離する分離手段と、レーザ光を遮蔽する遮蔽手段と、前記分離手段による分離光や前記遮蔽手段による反射光を受け止めるアブソーバとを有した請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項２３】
アブソーバは所定の光吸収率と耐熱性と耐熱衝撃性をもつ部材からなる請求項２２記載の半導体レーザ装置。
【請求項２４】
アブソーバは所定の光吸収率と耐熱性と耐熱衝撃性とをもつ被覆部材で覆われた請求項２２記載の半導体レーザ装置。
【請求項２５】
光吸収率は９５％以上である請求項２３または２４記載の半導体レーザ装置。
【請求項２６】
耐熱性は５００℃以上である請求項２３または２４記載の半導体レーザ装置。
【請求項２７】
耐熱衝撃性は加熱・冷却サイクル（２５℃から５００℃）を１万回行っても破損が生じない請求項２３または２４記載の半導体レーザ装置。
【請求項２８】
アブソーバは冷媒で冷却されている請求項２２から２７のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項２９】
アブソーバは受光面の表面積が平らな面に比較して大きい請求項２２から２８のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項３０】
筐体の壁面内に設けられたシールドガス用配管と冷却用配管の少なくとも一方を備え、前記シールドガス用配管と冷却用配管は内表面積の大きい請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３１】
シールドガス用配管および筐体冷却用配管の配管断面積をＡ、ぬれ縁をｓ、断面積がＡとなる円の直径をｄとすると、流体平均深さＡ／ｓがｄ／４より小さい値である請求項３０記載の半導体レーザ装置。
【請求項３２】
シールドガス用配管および筐体冷却用配管の内形状は星型である請求項３０または３１記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザを用いた半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気入力に対するレーザ発振出力の変換効率の高さから半導体レーザを格子状に配列して炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザ等と同等の出力を出すようにし、集光光学系で集光照射して被加工物を溶接、半田付け、熱処理、切断等の熱加工に供することが行われるようになっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は従来の半導体レーザ装置を示しており、１０１は半導体レーザ素子、１０３は保護窓、１０４は集光光学素子、１０５は筐体、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１０１を駆動する電源がある。１０７は被加工物、１０８は出力レーザ光である。以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【０００４】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１０１がレーザ発振すると、集光光学素子１０４により集光され、被加工物１０７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われたり、出力レーザ光１０８は保護窓１０３を通過して集光光学素子１０４により集光され、被加工物１０７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【０００５】
図１１は別の従来の半導体レーザ装置を示しており、１１１は半導体レーザ素子、１１４は集光光学素子、１１５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１１１を駆動する電源がある。１１７は被加工物、１１８は出力レーザ光である。
【０００６】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【０００７】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１１１がレーザ発振すると、出力レーザ光１１８は集光光学素子１１４により集光され、被加工物１１７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【０００８】
半導体レーザ素子１１１がレーザ発振すると半導体レーザ素子１１１は発熱する。また出力レーザ光１１８やその散乱光により集光光学素子１１４や筐体１１５などは加熱する。しかし筐体１１５の内壁には冷却媒体が循環しており、半導体レーザ素子１１１や集光光学素子１１４および筐体１１５を冷却し、温度上昇を防止することができる。
【０００９】
図１２は別の従来の半導体レーザ装置を示しており、１２１は半導体レーザ素子、１２２はＳＰ分離鏡、１２３は１／４波長板、１２４は集光光学素子、１２５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１２１を駆動する電源がある。１２７は被加工物、１２８は出力レーザ光、１３０は被加工物１２７からの戻り光である。以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００１０】
電源装置の供給する電気入力により、半導体レーザ素子１２１がＰ偏光のレーザ光を発振する。ＳＰ分離鏡１２２はＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するため、出力レーザ光１２８はＳＰ分離鏡１２２を透過する。ＳＰ分離鏡１２２を透過した出力レーザ光１２８は、１／４波長板１２３により円偏光に変換され、集光光学素子１２４により集光され、被加工物１２７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００１１】
また、被加工物１２７により反射したレーザ光が筐体１２５内に戻った場合、１／４波長板１２３により円偏光からＳ偏光に変換されるため、ＳＰ分離鏡１２２で反射され、戻り光１３０となり、半導体レーザ素子１２１までは戻ることはない。
【００１２】
図１３は別の従来の半導体レーザ装置を示しており、１３１は半導体レーザ素子、１３２はＳＰ分離鏡、１３３は１／４波長板、１３４は集光光学素子、１３５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１３１を駆動する電源がある。１３６はシャッタ、１３７は被加工物、１３８は出力レーザ光、１３９はＳＰ分離鏡１３２によって反射されるレーザ反射光、１４０は被加工物１３７からの戻り光、１４１はシャッタ１３６により反射される反射光、１４２、１４３および１４４はそれぞれ反射光１３９、戻り光１４０および反射光１４１を受光するアブゾーバである。
【００１３】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００１４】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１３１がＰ偏光のレーザ光を発振する。ＳＰ分離鏡１３２はＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するため出力レーザ光１３８はＳＰ分離鏡１３２を透過するが、一部は透過しきれず反射し、反射光１３９となる。ＳＰ分離鏡１３２を透過した出力レーザ光１３８は１／４波長板１３３により円偏光に変換され、集光光学素子１３４により集光され、被加工物１３７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００１５】
レーザ装置には受光面が鏡面のシャッタ１３６が設けられている。シャッタ１３６は可動式になっており、出力レーザ光を筐体１３５外部に出したくない場合には、出力レーザ光１３８の光軸上にシャッタを移動させ、その反射光をアブゾーバ１４４に受光させ吸収させる。出力レーザ光１３８を筐体１３５外部へ出すときは、シャッタ１３６を光軸上から移動させる構造となっている。
【００１６】
また、被加工物１３７により反射したレーザ光が筐体１３５内に戻った場合、１／４波長板１３３により円偏光からＳ偏光に変換されるためＳＰ分離鏡１３２で反射され、その反射光１４０は戻り光としてアブゾーバ１３３により受光され吸収される。
【００１７】
図１４はさらに別の従来の半導体レーザ装置を示しており、１５１は半導体レーザ素子、１５４は集光光学素子、１５５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１５１を駆動する電源がある。１６７は被加工物、１５８は出力レーザ光、１５６は筐体１５５の内壁に設けられたシールドガス用配管経路、１５７は筐体１５５の内壁に設けられた冷却用配管経路である。
【００１８】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００１９】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１５１がレーザ発振すると、出力レーザ光１５８は集光光学素子１５４により集光され、被加工物１６７に集光照射される。照射と同時にシールドガスが配管経路１５６を通って被加工物１６７の表面に供給されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００２０】
半導体レーザ素子１５１がレーザ発振すると半導体レーザ素子１５１は発熱する。また出力レーザ光１５８やその散乱光により集光光学素子１５４や筐体１５５などは加熱する。しかし筐体１５５の内壁には冷却用配管経路１５７中を冷却媒体が循環しており、半導体レーザ素子１５１や集光光学素子１５４および筐体１５５を冷却し、温度上昇を防止することができる。
【非特許文献１】伊藤義郎、外２名、“ICALEO参加報告書”、レーザ加工学会誌第8巻1号５３−５９頁（２００１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、図１０に示される従来の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子１０１が湿気や粉塵に弱いため、半導体レーザ素子１０１を収める筐体１０５に高度な気密機構が必要であり、半導体レーザ装置の構造が複雑になるという課題を有していた。
【００２２】
また、出力レーザ光１０８の散乱光や半導体レーザ素子１０１等の熱源からの輻射熱および被加工物１０７からの散乱反射光のため、効率的に筐体１０５外に熱が排熱されず、筐体１０５内部の温度が上昇するという課題を有しており、熱歪によるビーム品質の悪化、半導体レーザ素子１０１および集光光学素子１０４の寿命に影響を及ぼすという課題を有していた。
【００２３】
また、図１１に示される別の従来の半導体レーザ装置では、冷却媒体により筐体１１５等を冷却しているが、筐体１１５全体を均一に冷却していないため、筐体１１５の各部に温度差ができるため、筐体１１５の熱歪が発生しビーム品質が悪化し、加工に影響を及ぼすという課題を有していた。
【００２４】
また、図１２に示される別の従来の半導体レーザ装置では、被加工物１２７の加工状態によっては、戻り光１３０が強い場合や、長時間継続的に加工が行われる場合は、筐体１２５の温度が異常に上昇する可能性があり、筐体１２５内部の破損および人体等が筐体１２５に接触すると危険であるという課題を有していた。
【００２５】
また、図１３に示される別の従来の半導体レーザ装置では、反射光１３９、戻り光１４０および反射光１４４による熱による温度上昇や熱衝撃によりアブゾーバ１４２、１４３および１４４から発塵するという課題を有しており、清浄な環境で使用する必要のある半導体レーザ素子１３１の寿命に影響を及ぼすという課題を有していた。
【００２６】
また、図１４に示される別の従来の半導体レーザ装置では、冷却媒体により筐体１５５等を冷却しているが、冷却効率が悪く、筐体１５５内部の温度が上昇するという課題を有しており、熱歪によるビーム品質の悪化、半導体レーザ素子１５１および集光光学素子１５４の寿命に影響を及ぼすという課題を有していた。
【００２７】
本発明は、これらの課題を解決する半導体レーザ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】
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置は、上記課題を解決するために、レーザ光を出力する半導体レーザ手段と、前記レーザ光を被加工物へ集光する集光手段と、筐体とを備え、前記筐体は前記半導体レーザ手段と前記集光手段の少なくとも１つを収納した構成である。
【００２９】
そして、筐体内部に清浄な乾燥媒体を供給し、かつ排出する手段を備えている。そして、この構成によれば、筐体内部は常に清浄で乾燥した環境になるため、高度な気密機構を備える必要がなく、構造を簡略化できるため、部品加工費および取り付け工数を削減することができる。
【００３０】
また、筐体の対向する面に冷却手段を備えている。そして、この構成によれば、対向する面に温度差ができないため、筐体に熱歪が生じず、ビーム品質の悪化を防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
また、筐体の内面は筐体母材に比較して光吸収率が高く、外面は筐体母材に比較して光反射率の高い部材を備えている。そして、この構成によれば、筐体内の熱を効率的に筐体外に排熱できるため、筐体内の温度を下げることができ、熱歪によるビーム品質の悪化、半導体レーザ素子および光学素子の劣化を防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、筐体内に設けられた被加工物へのレーザ光と前記被加工物からの反射光とを分離する分離手段と、前記分離手段による反射光を検出する検出手段とを有し、前記検出手段で所定のパラメータを検出すれば前記レーザ出力を停止させる構成や、筐体内に設けられたレーザ光を分離する分離手段と、レーザ光を遮蔽する遮蔽手段と、前記分離手段による分離光や前記遮蔽手段による反射光を受け止めるアブソーバとを有した構成である。
【００３３】
この構成によれば、検出手段により反射光の判定ができるため、筐体の部材が破損や筐体が人体に影響を与えるような温度上昇を防止することができ、信頼性および安全性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００３４】
また、光吸収性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れている部材をアブゾーバとして備えている。そして、この構成によれば、アブゾーバより発塵することなく、筐体内を清浄な環境に保てるため、半導体レーザ素子の破損を防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、筐体の壁面内に設けられたシールドガス用配管と冷却用配管の少なくとも１方を備え、前記シールドガス用配管と冷却用配管は内表面積の大きい構成である。
【００３６】
この構成によれば、筐体内の熱を効率的に除去できるため、筐体内部の温度を下げることができ、熱歪によるビーム品質の悪化、半導体レーザ素子および光学素子の劣化を防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３７】
また、本発明の半導体レーザ装置によれば、筐体内部に清浄な乾燥媒体を供給することにより、筐体内部を常に清浄で乾燥した環境にできるので、半導体レーザ素子の破損を防止できるとともに、筐体の気密機構を簡素化できるため、半導体レーザ装置の信頼性の向上および部品加工費および取り付け工数を削減することができるという効果を有する。
【００３８】
以上のように、本発明の半導体レーザ装置によれば、筐体の対向する面に冷却手段を備えているため、筐体の対向する面に温度差をなくすことができ、筐体の熱膨張の差による熱歪を防止できるので、安定したビーム品質を得ることができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上できるという効果を有する。
【００３９】
また、本発明の半導体レーザ装置によれば、筐体の内面は光吸収率が高く、外面は光反射率の高い部材を備えているため、筐体の排熱効率を向上させることにより、筐体内部の温度を低下することができるので、熱歪によるビーム品質の低下、半導体レーザ素子および集光光学素子の破損を防止できるため、半導体レーザ装置の安定性および信頼性を向上できるという効果を有する。
【００４０】
本発明の半導体レーザ装置によれば、筐体内に設けられた被加工物へのレーザ光と前記被加工物からの反射光とを分離する分離手段と、前記分離手段による反射光を検出する検出手段とを有し、前記検出手段で所定のパラメータを検出すれば前記レーザ出力を停止させる構成や、筐体内に設けられたレーザ光を分離する分離手段と、レーザ光を遮蔽する遮
蔽手段と、前記分離手段による分離光や前記遮蔽手段による反射光を受け止めるアブソーバとを有した構成であるため、反射光に異常があればレーザの出力を停止するという安全性に優れている。
【００４１】
また、本発明の半導体レーザ装置によれば、光吸収性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れている部材をアブゾーバとして備えているため、アブゾーバから発塵を防止することにより、筐体内部を清浄な環境に維持できるので、半導体レーザ素子の破損を防止できるため、半導体レーザ装置の信頼性を向上できるという効果を有する。
【００４２】
また、本発明の半導体レーザ装置によれば、筐体の壁面内に設けられたシールドガス用配管と冷却用配管の少なくとも１方を備え、前記シールドガス用配管と冷却用配管は内表面積の大きい構成であるため、筐体と冷却媒体の熱交換の効率を向上させるとともに、シールドガスによる冷却効果を高めることができるため、筐体内部の温度を低下することができるので、熱歪によるビーム品質の低下、半導体レーザ素子および集光光学素子の破損を防止できるため、半導体レーザ装置の安定性および信頼性を向上できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１において、１は半導体レーザ素子、３は保護窓、４は集光光学素子、５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１を駆動する電源がある。７は被加工物、８は出力レーザ光、６は乾燥媒体吸気口、９は乾燥媒体排出口を示す。
【００４５】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００４６】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１がレーザ発振すると、出力レーザ光８は集光光学素子４により集光され、被加工物７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００４７】
半導体レーザ素子１は湿気および粉塵により破損する恐れがあるため筐体５および保護窓３により筐体５外部から遮断されている。この半導体レーザ素子１が収められている筐体５内部に乾燥媒体吸気口６から清浄な乾燥媒体を供給し、乾燥媒体排気口９から排出することにより、筐体５内部は常に清浄で乾燥した状態となり、半導体レーザ素子１の破損を防止することができるとともに筐体５内部を清浄で乾燥した状態に保つための気密機構を簡素化できる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、乾燥媒体を筐体５内部に供給することにより、筐体５内部を常に清浄で乾燥した状態に保つことができため、信頼性を向上させることができる。また筐体５に高度な気密機構を設ける必要が無いため、部品加工費および取り付け工数を削減することができる。
【００４９】
なお、実施の形態１において、乾燥媒体供給口６に乾燥媒体内の粉塵を取り除くフィルタを備えれば、より筐体５内部を清浄にすることができる。
【００５０】
また、本実施の形態において、乾燥媒体排気口９に粉塵を除去するフィルタと備えれば、乾燥媒体の供給が停止しても筐体５外部から筐体５内部に粉塵が入ってくることはない。
【００５１】
また、フィルタは半導体レーザ素子１の破損防止に必要なクリーン度クラス１００００以上の環境に適用できる性能が必要である。
【００５２】
また、本実施の形態において、乾燥媒体の供給が停止した場合、レーザ発振を停止する機能を備えれば、より信頼性を向上させることができる。
【００５３】
また、乾燥媒体にコンプレーサーエアを処理したドライエアを用いれば、乾燥媒体用のガスボンベを用意する必要がないので、ガスボンベ交換の必要がなく、ランニングコストをより安価に抑えることが可能である。
【００５４】
（実施の形態２）
図２において、１１は半導体レーザ素子、１４は集光光学素子、１５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子１１を駆動する電源がある。１７は被加工物、１８は出力レーザ光、１２および１３は筐体１５の内壁に設けられた冷却媒体用配管経路である。
【００５５】
なお、図３は図２の立体的な外観の一例で、冷却手段である冷却媒体用配管経路１２，１３をコの字状に配した図である。
【００５６】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００５７】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子１１がレーザ発振すると、出力レーザ光１８は集光光学素子１４により集光され、被加工物１７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００５８】
半導体レーザ素子１１がレーザ発振すると半導体レーザ素子１１は発熱する。また出力レーザ光１８やその散乱光により集光光学素子１４や筐体１５などは加熱される。しかし筐体１５の内壁には冷却媒体用配管１２および１３が備わっているため、筐体１５内部の温度上昇は抑制されるが、例えば冷却媒体用配管が１２のみだと冷却媒体用配管１２側の温度よりも冷却媒体用配管１３側の温度が高くなり、筐体１５の熱膨張の差により筐体１５は冷却媒体用配管１２側に反ることになる。
【００５９】
しかし、図２に示すように、冷却手段として筐体１５の対向する面に冷却媒体用配管１２および１３を備えることにより、冷却媒体用配管１２側と１３側に温度差ができないため、筐体１５には熱膨張の差による熱歪が生じない。このため筐体１５には反りが発生しないため、半導体レーザ素子１１および集光光学素子１４の位置関係が維持されることにより、出力レーザ光１８の光軸ズレ等によるビーム品質の悪化を防止することができ、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００６０】
また、図３に示すように冷却媒体用配管１２および１３をコの字状に構成すれば、構成が簡単なので安価に製作することができるともに、冷却媒体出入り口を１面に集中させることができるため、筐体１５への配管を単純化することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態において、冷却手段が備えられているのは筐体１５の対向する２面のみであるが、４面全てに冷却手段が備えられていてもかまわない。
【００６２】
また、本実施の形態において、冷却手段には冷却媒体用配管１２および１３を用いているが、冷却手段にペルチェ素子を用いることもできる。
【００６３】
（実施の形態３）
図４において、２１は半導体レーザ素子、２４は集光光学素子、２５は筐体、２２は光吸収率が高い部材が備えられた筐体内面、２３は光反射率が高い部材が備えられた筐体外面で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子２１を駆動する電源がある。２７は被加工物、２８は出力レーザ光を示す。
【００６４】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００６５】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子２１がレーザ発振すると、出力レーザ光２８は集光光学素子２４により集光され、被加工物２７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００６６】
出力レーザ光２８の散乱光および半導体レーザ素子２１や集光光学素子２４等の熱源からの輻射熱は筐体２５を通じて外部に排熱されるが、筐体内面の光吸収率が低いと散乱光や輻射熱が十分吸収されず、筐体２５内部の温度が上昇する。また、筐体外面の光反射率が低いと被加工物２７からの散乱反射光が筐体外面に吸収され筐体２５の温度が上昇するため、排熱の効率が悪くなる。
【００６７】
そこで筐体内面２２の光吸収率を高くする（例えば筐体母材の光吸収率よりも高くしたり、筐体母材を研磨する）ことで筐体２５内部の散乱光や輻射熱を効率的に吸収し、筐体外面２３の光反射率を高くする（例えば筐体母材の光反射率よりも高くしたり、筐体母材を研磨する）ことで筐体３の温度を低く保つことで、筐体２５内部の熱の排熱効率を上昇させることができ、筐体２５内部の温度を下げることができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態によれば、筐体２５の内面に所定の光吸収率を持つ部材２２および筐体２５外面に所定の光反射率を持つ部材２３を備えることにより、筐体２５内部の排熱特性を向上させることができ、筐体２５内部の温度を低下させることができるため、熱歪によるビーム品質の低下、半導体レーザ素子２１および集光光学素子２４の破損を防止し、半導体レーザ装置の安定性および信頼性を向上させることができる。
【００６９】
なお、筐体内面２２に光吸収率の高い部材および筐体外面２３に光反射率の高い部材を設ける場合は、その部材により熱伝導性が悪化する可能性があり、熱伝導性の悪化を考慮すると筐体内面２２の光吸収率および筐体外面２３の光反射率はより高いほうが好ましく、９５％以上が望ましい。
【００７０】
また、筐体内面２２および筐体外面２３には塗装等の樹脂系の部材よりも金属メッキ等の熱伝導率の高い部材も用いれば排熱効率をさらに向上させることができる。
【００７１】
また、筐体内面２２および筐体外面２３に部材を備える場合は、その部材により熱伝導性が悪化する可能性があり、熱伝導性の悪化を考慮すると部材の熱伝導率は、より大きいほうが好ましく、１０ｗ／ｍ・Ｋ以上が望ましい。
【００７２】
また、図５に示すように筐体３５において、筐体内面３２および筐体外面３３を平らな面に比較して表面積が大きくなるような構造を備えれば排熱効率をさらに向上させることができる。
【００７３】
（実施の形態４）
図６において、４１は半導体レーザ素子、５１はＳＰ分離鏡、５２は１／４波長板、４４は集光光学素子、４５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子４１を駆動する電源がある。４７は被加工物、４８は出力レーザ光、５３は被加工物４７からの戻り光、５５は戻り光５３を受光するためのアブゾーバ、５６はアブゾーバ５５の
温度を検出する温度センサを示す。
【００７４】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００７５】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子４１がＰ偏光のレーザ光を発振する。ＳＰ分離鏡５１はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するため出力レーザ光４８はＳＰ分離鏡５１を透過する。ＳＰ分離鏡５１を透過した出力レーザ光４８は１／４波長板５２により円偏光に変換され、集光光学素子４４により集光され、被加工物４７に集光照射される。
【００７６】
また、被加工物４７により反射したレーザ光が筐体４５内に戻った場合、１／４波長板５２により円偏光からＳ偏光に変換されるため戻り光５３はＳＰ分離鏡５１で反射され、アブゾーバ５５に照射される。
【００７７】
検出手段は温度センサ５６で、パラメータを温度とすると、戻り光５３がアブゾーバ５５に照射されるとアブゾーバ５５の温度が上昇するとともにアブゾーバ５５を備えている筐体４５の温度も上昇するが、温度センサ５６によりその温度を検出し、ある温度以上で半導体レーザ素子４１のレーザ発振を停止することにより、アブゾーバ５５および筐体４５の異常加熱を防止することができる。
【００７８】
以上のように、本実施の形態によれば戻り光５３の受光部に温度センサ５６を備え、温度を検出することにより、筐体４５および筐体４５内部の構成部材の異常加熱を防ぎ、その破損を防止できる。また筐体４５外面の温度が人体に影響を与える温度（例えば、やけどをする温度）まで上昇することを防止できるため、信頼性および安全性を確保することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態において、アブゾーバ５５を用いなくてもよい。
【００８０】
また、検出手段に温度センサ５６の代わりに光センサを用いて、光強度をパラメータとしても同様の効果を得ることができる。
【００８１】
（実施の形態５）
図７において、８１は半導体レーザ素子、６１はＳＰ分離鏡、６２は１／４波長板、６４は集光光学素子、６５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子８１を駆動する電源がある。７１はシャッタ、６７は被加工物、６８は出力レーザ光、８３はＳＰ分離鏡６１によって反射されるレーザ反射光、６３は被加工物６７からの戻り光、７３はシャッタ７１により反射される反射光、７６、７７および７８はそれぞれ反射光８３、戻り光６３および反射光７３を受光するアブゾーバ、斜線で示している８６、８７、８８はそれぞれ所定の光吸収率、耐熱性および耐熱衝撃性をもつ部材であるアブゾーバ受光面を示している。
【００８２】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００８３】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子８１がＰ偏光のレーザ光を発振する。ＳＰ分離鏡６１はＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するため出力レーザ光６８はＳＰ分離鏡６１を透過するが、一部は透過しきれず反射し、反射光８３となり、アブゾーバ７６に吸収される。ＳＰ分離鏡６１を透過した出力レーザ光６８は１／４波長板６２により円偏光に変換され、集光光学素子６４により集光され、被加工物６７に集光照射されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００８４】
レーザ装置には受光面が鏡面のシャッタ７１が設けられている。シャッタ７１は可動式になっており、出力レーザ光を筐体６５外部に出したくない場合には、出力レーザ光６８の光軸上にシャッタを移動させ、その反射光をアブゾーバ７８に受光させ吸収させる。出力レーザ光６８を筐体６５外部へ出すときは、シャッタ７１を光軸上から移動させる構造となっている。
【００８５】
また、被加工物６７により反射したレーザ光が筐体６５内に戻った場合、１／４波長板６２により円偏光からＳ偏光に変換されるためＳＰ分離鏡６１で反射され、その戻り光６３はアブゾーバ７７により受光され吸収される。
【００８６】
半導体レーザ素子６１は粉塵により破損する恐れがあるため清浄な環境内で駆動する必要があるが、従来はアブゾーバ７６、７７、７８の受光面に光吸収率を上げるため黒色の塗装等を行っていたが、耐熱性および耐熱衝撃性に問題があり、反射光８３、戻り光６３を繰り返し照射し続けると塗装が剥離し発塵していた。
【００８７】
そこで、アブゾーバ７６、７７、７８の受光面にメッキ等で所定の光吸収率、耐熱性および耐熱衝撃性をもつアブゾーバ受光面８６、８７、８８をそれぞれ備えることにより、アブゾーバ７６、７７、７８からの発塵を防止し、筐体６５内部を清浄な環境に保つことができる。
【００８８】
以上のように、本実施の形態によれば、アブゾーバ７６、７７、７８に所定の光吸収率と耐熱性と耐熱衝撃性をもつアブゾーバ受光面８６、８７、８８をそれぞれ備えることにより、発塵を防止できるため筐体６５内部を清浄な状態に保つことができるため、半導体レーザ素子８１の破損を防止し、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることができる。
【００８９】
なお、アブゾーバ受光面８６、８７、８８において光が反射すると筐体内の温度が上昇し熱歪によりビーム品質が悪化するとともに、半導体レーザ素子８１、ＳＰ分離鏡６１、１／４波長板６２および集光光学素子６４を破損する恐れがあるため、アブゾーバ受光面８６、８７、８８の光吸収率は、より高いほうが好ましく、９５％以上が望ましい。
【００９０】
また、アブゾーバ受光面８６、８７、８８は、反射光８３、戻り光６３、反射光７３により温度が上昇する。温度が上昇することでアブゾーバ受光面８６、８７、８８が熔融するとその粉塵により、半導体レーザ素子８１、ＳＰ分離鏡６１、１／４波長板６２および集光光学素子６４を破損する恐れがある。そのためアブゾーバ受光面８６、８７、８８の耐熱性は高くなければならず、耐熱性は、より高いほうが好ましく、５００℃以上が望ましい。
【００９１】
また、半導体レーザ素子８１の寿命を１００００時間、加工サイクルを１分と仮定すると、加熱・冷却サイクルは６０万回であり、安全を考慮すると常温から高温、例えば２５℃から５００℃の加熱・冷却サイクルを１００万回行っても破損が生じない耐熱衝撃性が望ましい。
【００９２】
また、実施の形態１において、アブゾーバ７６、７７、７８にアブゾーバ受光面８６、８７、８８と同様の部材を用いれば、アブゾーバ受光面８６、８７、８８に別途光吸収率と耐熱性と耐熱衝撃性をもつ部材を備える必要はない。
【００９３】
また、アブゾーバ７６、７７、７８に冷媒で冷却する構造を備えれば、アブゾーバ受光面８６、８７、８８の耐熱性を低減させることができる。
【００９４】
また、図８に示すようにアブゾーバ受光面の表面８９の表面積を平らな面に比較して大
きくすれば、より効率的にレーザ光を吸収することができる。
【００９５】
（実施の形態６）
図９において、９１は半導体レーザ素子、９４は集光光学素子、９５は筐体で、図には示していないが、このほかに半導体レーザ素子９１を駆動する電源がある。
【００９６】
また、９７は被加工物、９８は出力レーザ光、９２は筐体９５の内壁に設けられたシールドガス用配管経路、９３は筐体９５の内壁に設けられた冷却用配管経路、９６はシールドガス用配管経路９２および冷却用配管経路９３の断面形状である。
【００９７】
以上のように構成された半導体レーザ装置について、その動作を説明する。
【００９８】
電源装置の供給する電気入力により半導体レーザ素子９１がレーザ発振すると、出力レーザ光９８は集光光学素子９４により集光され、被加工物９７に集光照射される。そして、照射と同時にシールドガスが配管経路９２を通って被加工物９７の表面に供給されて、溶接、熱処理、切断などの熱加工が行われる。
【００９９】
半導体レーザ素子９１がレーザ発振すると半導体レーザ素子９１は発熱する。また出力レーザ光９８やその散乱光により集光光学素子９４や筐体９５などは加熱される。しかし筐体９５の内壁には冷却媒体が循環しているとともに、従来円形である配管断面を配管断面９６に示すような星型状のスプライン孔にすることにより、内表面積が大きくなり冷却効率を高めることができ、冷却効果が増大する。
【０１００】
また、シールドガス用配管も同様に内表面積を大きくすることにより、シールドガスによる筐体９５の冷却効果も高めることができ、半導体レーザ素子９１や集光光学素子９４および筐体９５を効率的に冷却し、温度上昇を防止することができる。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態によれば、内表面積の大きいシールドガス用配管９２および冷却媒体用配管９３を備えることにより、筐体９５と冷却媒体およびシールドガスの熱交換を効率的に行うことができ、筐体９５の温度を低下させることができるため、熱歪によるビーム品質の低下、半導体レーザ素子９１および集光光学素子９４の破損を防止し、半導体レーザ装置の安定性および信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態において、シールドガス用配管および冷却媒体用配管の断面形状をスプライン孔としたが、配管断面の断面積をＡ、ぬれ縁の長さをｓ、さらに、前記断面積がＡとなる円の直径をｄとすると、断面形状は流体平均深さＡ／ｓが次式の関係になるならば円形の場合よりも内表面積が大きくなるため、どのような形状でもかまわない。
【０１０３】
【数１】
2005142413.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の半導体レーザ装置は、安定性および信頼性を向上できる半導体レーザ装置とし
て産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態１における構成図
【図２】同実施の形態２における構成図
【図３】同実施の形態２における外観図
【図４】同実施の形態３における構成図
【図５】同実施の形態３における別の構成図
【図６】同実施の形態４における構成図
【図７】同実施の形態５における構成図
【図８】同実施の形態５におけるアブソーバ受光面図
【図９】同実施の形態６における構成図
【図１０】従来における半導体レーザ装置の構成図
【図１１】従来における別の半導体レーザ装置の構成図
【図１２】従来における別の半導体レーザ装置の構成図
【図１３】従来における別の半導体レーザ装置の構成図
【図１４】従来における別の半導体レーザ装置の構成図
【符号の説明】
【０１０６】
１、１１、２１、４１、８１、９１  半導体レーザ素子
３  保護窓
４、１４、２４、４４、６４、９４  集光光学素子
５、１５、２５、３５、４５、６５、９５  筐体
６  乾燥媒体吸気口
７、１７、２７、４７、６７、９７  被加工物
８、１８、２８、４８、６８、９８  出力レーザ光
９  乾燥媒体排気口
１２、１３、９３  冷却媒体用配管
２２、３２  筐体内面
２３、３３  筐体外面
５１、６１  ＳＰ分離鏡
５２、６２  １／４波長板
５３  戻り光
５５、７５、７６、７７  アブソーバ
５６  温度センサ
６３、７３、８３  反射光
７１  シャッタ
８６、８７、８８、８９  アブソーバ受光面
９２  シールドガス用配管
９６  配管断面形状
【図１】
2005142413.tif 000004
【図２】
2005142413.tif 000005
【図３】
2005142413.tif 000006
【図４】
2005142413.tif 000007
【図５】
2005142413.tif 000008
【図６】
2005142413.tif 000009
【図７】
2005142413.tif 000010
【図８】
2005142413.tif 000011
【図９】
2005142413.tif 000012
【図１０】
2005142413.tif 000013
【図１１】
2005142413.tif 000014
【図１２】
2005142413.tif 000015
【図１３】
2005142413.tif 000016
【図１４】
2005142413.tif 000017