(57)【要約】【課題】ランニングコストがかからず、簡単な構造で、微粒子や汚染ガスなどの付着を防止するレーザ光源装置を提供すること。【解決手段】吸気口１５と排気口１６が形成されたケース１と、ケース１内に収納されるレーザ光源２と、を有し、吸気口１５はレーザ光源２の下側の位置に形成され、排気口１６はレーザ光源２の上側に形成されていることを特徴とするレーザ光源装置。  吸気口と排気口による煙突効果で排気口から微粒子や汚染ガス等が排出されて、ケース内の濃度が減少し、且つ、煙突効果で自然対流が減速され汚染ガス等がケース内の光学素子に接触する回数が減るため、光学素子への微粒子等の付着を防止することができる。【選択図】図１
2007088066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口及び排気口が形成されたケースと、
該ケース内に収納されるレーザ光源と、を有し、
前記吸気口は前記レーザ光源の下側の位置に形成され、前記排気口は前記レーザ光源の上側に形成されていることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記吸気口と前記排気口にフィルタを設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記吸気口は、前記ケースの下側に位置する下側壁面に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記排気口は、前記ケースの上側に位置する上側壁面に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記吸気口は、前記ケースの測方に位置する測方壁面に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記排気口は、前記ケースの測方に位置する測方壁面に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記排気口が設けられている前記ケースの壁面は、高熱伝導部材であることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ通信、レーザ計測・制御、レーザ加工などに用いられるレーザ光源装置に関し、詳しくは、雰囲気中に浮遊する微粒子や汚染ガスの付着を防止したレーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来のレーザ光源装置を示しており、１０１は半導体レーザチップ、１０２はヒートシンク、１０３は保護窓、１０５はケースで、１０８はゲッタリングヒータである。１０６はステム、１０７はキャップであり、両者でケース１０５が構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来のレーザ光源装置は、半導体レーザチップ１０１を、ケース１０７内部に密封した後、ゲッタリングヒータ１０８に電流を通電してケース１０５内の汚染ガスを除去するように構成されている。
【０００４】
図７は別の従来のレーザ光源装置である（例えば、特許文献２参照）。図７において、２０１はレーザ光源、２０３は保護窓、２０４は集光レンズ、２０５はケースで、図７には示していないが、このほかにレーザ光源２０１を駆動制御するコントローラや外部の電源装置に接続されているワイヤハーネス等がある。２０６は吸気口、２０７は排気口、２０８は清浄媒体供給源、２０９は被加工物である。
【０００５】
レーザ光源２０１は、ケース２０５内に浮遊する微粒子や汚染ガスの付着により損失が増して、出力低下をきたしたり、最悪の場合は破損する恐れがあるため、ケース２０５及び保護窓２０３により外部から遮断されている。このレーザ光源２０１が収納されているケース２０５内部に清浄媒体供給源２０８からの清浄媒体を吸気口２０６を介して導入し、排気口２０７から排出することにより、ケース２０５内部は清浄な雰囲気となり、レーザ光源２０１の出力低下や破損を防止することができる。
【特許文献１】特開平７−１７６８２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図６に示されるレーザ光源装置では、レーザチップ１０１をケース１０７に封止した後ゲッタリングヒータ１０８で汚染ガス等を除去するので、その後に経時的に発生する汚染ガスがレーザチップ１０１や保護窓１０３に付着する。すなわち、ケース１０７内部の金属部品からも洗浄しきれずに残った０．１μｍ以下の微粒子等がガス化してケース１０７内を対流するので、時間の経過と共にレーザチップ１０１の端面や保護窓１０３に付着するという課題を有していた。
【０００７】
また、図７に示される従来のレーザ光源装置では、経時的に発生する汚染ガスも除去されるが、ガスボンベやエアコンプレッサーなどの清浄媒体供給源２０８を必要とし、装置が複雑で、ランニングコストが高くなるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、これら課題を解決するレーザ光源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】
【０００９】
本発明のレーザ光源装置は、上記課題を解決するために、吸気口及び排気口が形成されたケースと、該ケース内に収納されるレーザ光源と、を有し、前記吸気口は前記レーザ光源の下側の位置に形成され、前記排気口は前記レーザ光源の上側に形成されているようにしたものである。
【００１０】
ケース内の空気は、レーザ光源の発熱により加熱されレーザ光源の下方から上方に上昇し、上昇した空気は上方で冷やされ下降する（自然対流が発生する）。すると、所謂、煙突効果によりレーザ光源の下側に位置する吸気口から外気を吸入し、同時にレーザ光源の上側に位置する排気口から内気を排気し、ケース内の微粒子や経時的に発生する汚染ガスを外に排出する。また、煙突効果により自然対流の循環速度が遅くなるため、微粒子や汚染ガスがレーザ光源や保護窓に付着する量を低減することができる。
【００１１】
また、吸気口と排気口にフィルタを設けることもできる。外から微粒子や汚染ガス等がケース内に入ることを防止することができる。
【００１２】
また、吸気口をケースの下側に位置する下側壁面に設けることもできる。一番下側から吸気するので、ケース内の底の方に存在する微粒子や汚染ガスを確実に排出できる。
【００１３】
また、排気口をケースの上側に位置する上側壁面に設けることもできる。一番上側から排気するので、微粒子や汚染ガスを効率的に排出できる。
【００１４】
また、吸気口をケースの測方に位置する測方壁面に設けることもできる。下側壁面を浮かせて使用する必要がなくなる（足を設ける必要がない）。
【００１５】
また、排気口をケースの測方に位置する測方壁面に設けることもできる。排気口を目立たなくすることができる。
【００１６】
また、排気口が設けられているケースの壁面を高熱伝導部材とすることもできる。排気口の近傍温度が空気流の温度より低くなるため、微粒子や汚染ガス等が排気口近傍に触れたとき付着しやすくなり、ケース内の微粒子等の濃度を低下させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のレーザ光源装置によれば、発熱するレーザ光源の下側に吸気口を、上側に排気口を備えているので、所謂、煙突効果によりレーザ光源の下側に位置する吸気口から外気を吸入し、同時にレーザ光源の上側に位置する排気口から内気を排気し、ケース内の微粒子や径時的に発生する汚染ガス等を外に排出することができる。また、煙突効果により自然対流の循環速度が遅くなるため、微粒子や汚染ガスがレーザ光源や保護窓に付着する量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１のレーザ光源装置の構成図である。図１において、１はケース、２はレーザ光源で、図には示していないが、このほかにレーザ光源２とコントローラを結ぶワイヤハーネスがある。
【００２０】
ケース１は、例えばアルミで作られた箱型（６面体）形状をしており、上面板（上側壁面）１１ａ、下面板（下側壁面）１１ａ’、左右の側面板（測方壁面）１２ａ、１２ａ’、手前の側面板（測方壁面）１３ａ、１３ａと対向する図示しない側面板（測方壁面）１３ａ’からなる。下面板１１ａ’のレーザ光源２が取り付けられている付近には吸気口１５が、上面板１１ａのレーザ光源２の真上付近には排気口１６が形成されている。下面板１１ａ’には、さらに脚部５が取り付けられており、レーザ光源装置を例えば机上においても、吸気口１５が塞がれないようになっている。側面板１２ａにはレーザビーム出射穴１４が形成されており、その出射穴１４には例えばガラス製の保護窓４が取り付けられている。
【００２１】
レーザ光源２は、例えば、半導体レーザ２１と、レーザビームをコリメートするレンズ２２と、ヒートシンク２３と、を備え、ケース１の下面板１１ａ’に固定されている。
【００２２】
吸気口１５、排気口１６は、例えば断面円形穴で、その穴径は、例えば、１ｍｍである。なお、吸気口１５、排気口１６は、円形穴に限定されることなく、矩形穴、三角穴、等でもよい。
【００２３】
吸気口１５は、ヒートシンク２３と紙面前後方向にずれた位置に設けられており、吸気口１５が温度の高くなるレーザ光源２の近くにあるため、温度差による上昇気流により微粒子や汚染ガス等を効率よく排出することができる。
【００２４】
脚部５に、例えばゴム材を使用することができる。
【００２５】
以上のように構成されたレーザ光源装置についてその動作を以下に説明する。
【００２６】
図示しないコントローラからの電気入力により、レーザ光源２が動作しレーザビーム６が出射される。レーザ光源２に電気入力が入力されると、レーザ光源２は、発熱する。すると、レーザ光源２周辺の空気は暖められ、上昇気流となり、上方に上昇する。上昇気流の一部は、排気流７ｂとなって排気口１６から外に排気される。残りは、周辺空気や上面板１１ａに触れ、冷やされて下降気流となり下方に下降し、自然対流７となる。排気口１６から排気流７ｂが出ていくと、ケース１内は負圧になるため、吸気口１５から外気７ａが吸気される。すなわち、一種の煙突効果により、吸気口７ａから外気が吸入され排気口７ｂから内気が排気される。ケース１内の微粒子や汚染ガス等は、自然対流７で上方に運ばれ、一部は排気流７ｂと共にケース１外に排出され、一部は上面板１１ａに付着する。その結果、ケース１内の微粒子や汚染ガスの濃度が下がり、レンズ２２や保護窓４への付着が防止される。また、煙突効果により自然対流の循環速度が遅くなるため、微粒子や汚染ガスがレンズ２２や保護窓４に付着する量を低減することができる。
【００２７】
上面板１１ａが、例えばアルミ製の場合、熱伝導率が高いため、温度の高い自然対流が触れても温度上昇が抑えれ、接触した微粒子や汚染ガスは冷やされて効率よく付着される。
【００２８】
レーザ光源装置を動作しないときでも、吸気口１５や排気口１６を通して微粒子等が外部から浸入する恐れがあるが、外部から浸入する微粒子は付着性が弱く、レンズ２２や保護窓４等の光学部品に付着することがほとんどない。光学部品に付着するのは、ケース１内部の構成部材に使用されている接着剤等から出るシロキサン等の付着性の強い物質が主であり、本実施形態のレーザ光源装置ではこれら付着性の強い物質を上記のようにケース１外に排出することができる。
【００２９】
また、吸気口１５、排気口１６にフィルタを装着すれば、動作時の外部からケース１内への微粒子等の浸入を防ぐことができる。
【００３０】
本実施形態のレーザ光源装置では、吸気口と排気口を下面板と上面板にそれぞれ１個づつ設けたが、６面全面に約φ１ｍｍの穴を少なくとも１個づつ設けるようにしてもよい。このようにすることで、携帯型、例えばレーザポインタのようなレーザ光源装置のように、上下関係が変化する場合でも常に何れかの面に取り付けられた穴が吸気口、排気口として機能し、動作中に微粒子や汚染ガス等を外に排出することができる。
【００３１】
（実施形態２）
図２は、実施形態２のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態１のレーザ光源装置の側面板１２ａを上面板１１ａに、側面板１２ａ’を下面板１１ａ’に、下面板１１ａ’を側面板１２ａに、上面板１１ａを側面板１２ａ’にしたものである。下面板１１ａ’のレーザ光源２の下方に位置するところには、例えば穴径が１．４ｍｍの吸気口１５が、上面板１１ａのレーザ光源２の真上付近には穴径が例えば１ｍｍの排気口１６が２個形成されている。
【００３２】
排気口１６が、レーザビーム６が出射する穴１４が形成された上面板１１ａに形成されているので、図２に示すように、レーザビーム６が上向きに出射するようにレーザ光源装置を配置して使用する場合でも、自然対流と煙突効果でケース１内の微粒子や汚染ガス等をケース１外に排出することができる。
【００３３】
また、排気口１６が２個あるため、実施形態１のレーザ光源装置より微粒子や汚染ガスを効率よく排出することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、吸気口１５の穴径を１．４ｍｍと、排気口１６の穴径１ｍｍより大きくしたので、排気口１６が２個に対して吸気口１５を１個にすることができる。
【００３５】
（実施形態３）
図３は、実施形態３のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態１のレーザ光源装置において、吸気口１５を側面板１２ａ、１２ａ’の下端部に、排気口１６を上端部に形成し、脚部５を除去した以外は実施形態１と同じである。
【００３６】
レーザビーム出射穴１４の下部に吸気口１５があるので、吸気流７ａにより保護窓４へ向かう気流が阻害され、微粒子や汚染ガスの保護窓４への付着をさらに少なくすることができる。また、下面板１１ａ’に吸気口がないので、脚部をなくすことができる。
【００３７】
（実施形態４）
図４は、実施形態４のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態１のレーザ光源装置における吸気口と排気口を複数にしたものである。
【００３８】
煙突効果が大になり、ケース内の微粒子濃度や汚染ガス濃度が下がるのでレンズ２２や保護窓４への付着をますます減らすことができる。
【００３９】
（実施形態５）
図５は、実施形態５のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態３のように側面板に吸気口と排気口を設けると共に、実施形態４のように下面板に複数の吸気口、上面板に複数の排気口を設けたものである。吸気口は、下面板１１ａ’に形成された３個の穴１５ａと、側面板１２ａ、１２ａ’の下端部に形成された２個の穴１５ｂとからなり、排気口は、上面板１１ａに形成された３個の穴１６ａと、側面板１２ａ、１２ａ’の上端部に形成された２個の穴１６ｂとからなる。
【００４０】
煙突効果がさらに大になり、ケース内の微粒子濃度や汚染ガス濃度が下がるのでレンズ２２や保護窓４への付着をますます減らすことができる。
【００４１】
（比較例１）
比較例１のレーザ光源装置は、図１に示す実施形態１のレーザ光源装置において、吸気口１５と排気口１６をなくしたものである。
【００４２】
ケース１は、厚さ１．５ｍｍのアルミ板で作られた箱型（６面体）形状をしており、内容積は縦２０ｍｍ×横１２０ｍｍ×奥行き７０ｍｍである。
【００４３】
半導体レーザ２１は、出力０．５Ｗである。
【００４４】
なお、側面板１３ａには、系を乱さないように設計された図示しない観測窓が付いている。さらに、ケース１内にはトレーサとしての煙が混入されている。
【００４５】
以上のレーザ光源装置を動作させた結果について以下に記す。
【００４６】
レーザ光源２を動作させ温度が平衡状態になった後、観測窓からレーザ光源２の表面温度とケース１内の空気温度を放射温度計で測定したところ、温度差が約１００℃であった。また、観測窓からケース１内の煙の動きをビデオカメラで撮影して解析した結果、レーザ光源２付近の煙が対流して元に戻るまでの時間が２秒であった。連続１００時間動作後にレンズ２２を観察したところ、表面に微粒子や汚染ガスの付着と見られる曇りが観測された。
【００４７】
（実施例１）
実施例１のレーザ光源装置は、図１に示す実施形態１のレーザ光源装置である。
【００４８】
ケース１は比較例１と同じで、厚さ１．５ｍｍのアルミ板で作られた箱型（６面体）形状をしており、内容積は縦２０ｍｍ×横１２０ｍｍ×奥行き７０ｍｍである。
【００４９】
吸気口１５と排気口１６は、断面円形で、その穴径は共に１ｍｍである。
【００５０】
半導体レーザ２１も比較例１と同じで、出力０．５Ｗである。
【００５１】
なお、側面板１３ａには、比較例１と同じように、系を乱さないように設計された図示しない観測窓が付いている。さらに、ケース１内にはトレーサとしての煙が混入されている。
【００５２】
以上のレーザ光源装置を動作させた結果について以下に記す。
【００５３】
レーザ光源２を動作させ温度が平衡状態になった後、観測窓からレーザ光源２の表面温度とケース１内の空気温度を放射温度計で測定したところ、温度差が約１００℃であった。また、観測窓からケース１内の煙の動きをビデオカメラで撮影して解析した結果、レーザ光源２付近の煙が対流して元に戻るまでの時間が１０〜２０秒であった。連続１００時間動作後にレンズ２２を観察したところ、表面に微粒子や汚染ガスの付着と見られる曇りが観測されなかった。
【００５４】
曇りが観測されなかったのは、比較例１に比べ、吸気口と排気口による煙突効果で排気口から微粒子や汚染ガスや煙等が排気口から排出されて、ケース内の濃度が減少し、且つ、煙突効果で自然対流が減速され汚染ガス等がレンズに接触する回数が減ることによるものと考えられる。
【００５５】
なお、実施形態では、ケースの材料として高熱伝導部材のアルミ板を使用したが、アルミニウムに限らず、銅、炭素など高熱伝導部材を使用してもよい。高熱伝導材料の熱伝導率としては、常温で１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが、より好ましい。
【００５６】
また、吸気口を下側壁面に設け、排気口を上側壁面に設けた実施形態、吸気口も排気口も測方壁面に設けた実施形態を示したが、吸気口を下側壁面に設け、排気口を測方壁面に設けても、吸気口を測方壁面に設け、排気口を上側壁面に設けてもよい。あるいは、吸気口を下側壁面と測方壁面に設けてもよく、また、排気口を上側壁面と測方壁面に設けてもよい。実施形態５は、この実施形態とも言える。
【００５７】
さらに、実施形態では、直方体のケースを使用しているが、特に限定されない。この場合でも、吸気口をレーザ光源の下側に設け、排気口をレーザ光源の上側に設ければ、実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態１のレーザ光源装置の構成図である。
【図２】実施形態２のレーザ光源装置の構成図である。
【図３】実施形態３のレーザ光源装置の構成図である。
【図４】実施形態４のレーザ光源装置の構成図である。
【図５】実施形態５のレーザ光源装置の構成図である。
【図６】従来のレーザ光源装置の構成図である。
【図７】別の従来のレーザ光源装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・・・・・・・・・・・・・・ケース
２・・・・・・・・・・・・・・・・レーザ光源
１１ａ・・・・・・・・・・・・・・上面板（上側壁面）
１１ａ’・・・・・・・・・・・・・下面板（下側壁面）
１２ａ１２ａ’１３ａ１３ａ’・・・側面板（測方壁面）
１５、１５ａ、１５ｂ・・・・・・・吸気口
１６、１６ａ、１６ｂ・・・・・・・排気口
【図１】
2007088066.tif 000003
【図２】
2007088066.tif 000004
【図３】
2007088066.tif 000005
【図４】
2007088066.tif 000006
【図５】
2007088066.tif 000007
【図６】
2007088066.tif 000008
【図７】
2007088066.tif 000009