(57)【要約】【課題】半導体レーザを冷却するために冷却水が循環供給されるヒートシンクの内壁面に金属が付着するのを抑制することができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１は、加工用のレーザ光を出射する半導体レーザ（半導体レーザスタックモジュール１０）と、半導体レーザに熱的且つ電気的に接続されたヒートシンク（半導体レーザスタックモジュール１０）と、ヒートシンクに循環供給される冷却水Ｗを貯留する貯留槽２２を含み、通気部２３において外気との通気が確保された循環流路２と、循環流路２に設けられ、循環流路２において冷却水Ｗを流通させるポンプ２１と、循環流路２に設けられ、冷却水Ｗの導電率を調整するイオン交換器２４と、循環流路２に設けられ、冷却水Ｗが接触させられる陽極及び陰極を有する金属捕獲部３０と、を備える。【選択図】図１
2017069379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用のレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザに熱的且つ電気的に接続されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクに循環供給される冷却水を貯留する貯留槽を含み、少なくとも一部において外気との通気が確保された循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記循環流路において前記冷却水を流通させるポンプと、
前記循環流路に設けられ、前記冷却水の導電率を調整するイオン交換器と、
前記循環流路に設けられ、前記冷却水が接触させられる陽極及び陰極を有する金属捕獲部と、を備える、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記金属捕獲部は、前記循環流路における前記ヒートシンクの上流側且つ前記貯留槽の下流側に設けられている、請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記半導体レーザ及び前記ヒートシンクは、複数の前記半導体レーザと複数の前記ヒートシンクとが交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされた半導体レーザスタックモジュールを構成しており、
前記金属捕獲部において前記陽極と前記陰極との間に印加される電圧は、前記半導体レーザスタックにおいて両端の前記半導体レーザ間に印加される電圧よりも大きい、請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記循環流路は、前記貯留槽において外気との通気が確保されている、請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置に用いられる半導体レーザスタックモジュールとして、複数の半導体レーザと複数のヒートシンクとが交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされたものが知られている。このような半導体レーザスタックモジュールにおいては、ヒートシンクに循環供給される冷却水が二酸化炭素を含んで酸性になることに起因して、例えば銅からなるヒートシンクの内壁面が腐食して金属イオンが冷却水中に溶け出し、電界が発生させられるヒートシンクの内壁面に金属イオンが析出して目詰まり等が発生するおそれがある。特許文献１には、ヒートシンクの内壁面が腐食するのを抑制するために、特定の金属を主成分とする膜をヒートシンクの内壁面にコーティングする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７３４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヒートシンクの内壁面が腐食するのを抑制するために、特定の金属を主成分とする膜をヒートシンクの内壁面にコーティングしても、ヒートシンクの内壁面に金属が付着する場合があった。
【０００５】
本発明は、半導体レーザを冷却するために冷却水が循環供給されるヒートシンクの内壁面に金属が付着するのを抑制することができるレーザ加工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】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討を重ね、「ヒートシンクの内壁面が腐食するのを抑制するために、特定の金属を主成分とする膜をヒートシンクの内壁面にコーティングしても、ヒートシンクの内壁面に金属が付着する場合がある」ことの原因を突き止めた。すなわち、ヒートシンクに冷却水を安定的に循環供給するためには、循環流路に貯留槽を設けると共に、循環流路におけるヒートシンクの上流側且つ貯留槽の下流側にポンプを設け、貯留槽を含む循環流路の少なくとも一部において外気との通気を確保する必要がある。ここで、半導体レーザから出射されたレーザ光を照射することにより金属加工（溶接、切断、穴開け等）を行うと、いわゆるヒューム等の金属微粒子が発生する。先に述べたように、循環流路は少なくとも一部において外気との通気が確保されているため、金属微粒子が冷却水中に混入し、その結果、当該金属微粒子（当該金属微粒子自体、及び当該金属微粒子に起因して発生した金属イオンを含む。以下、同じ。）がヒートシンクの内壁面に付着（電気泳動による吸引、及び金属イオンの析出等を含む。以下、同じ。）するのである。本発明者らは、以上の知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明のレーザ加工装置は、加工用のレーザ光を出射する半導体レーザと、半導体レーザに熱的且つ電気的に接続されたヒートシンクと、ヒートシンクに循環供給される冷却水を貯留する貯留槽を含み、少なくとも一部において外気との通気が確保された循環流路と、循環流路に設けられ、循環流路において冷却水を流通させるポンプと、循環流路に設けられ、冷却水の導電率を調整するイオン交換器と、循環流路に設けられ、冷却水が接触させられる陽極及び陰極を有する金属捕獲部と、を備える。
【０００８】
このレーザ加工装置では、冷却水が接触させられる陽極及び陰極を有する金属捕獲部が循環流路に設けられている。そのため、陽極と陰極との間に電圧が印加されることで、金属加工時に発生した金属微粒子が冷却水中に混入しても、当該金属微粒子が陽極及び陰極の少なくとも１つに付着（電気泳動による吸引、及び金属イオンの析出等を含む。以下、同じ。）し、金属捕獲部において除去される。よって、このレーザ加工装置によれば、半導体レーザを冷却するために冷却水が循環供給されるヒートシンクの内壁面に金属が付着するのを抑制することができる。なお、イオン交換器は、冷却水の導電率を調整するためのものであって、冷却水中に混入した金属微粒子を冷却水から除去することを目的とはしておらず、金属微粒子を冷却水から除去する上で適切な構造ではない。
【０００９】
本発明のレーザ加工装置では、金属捕獲部は、循環流路におけるヒートシンクの上流側且つ貯留槽の下流側に設けられていてもよい。この構成により、貯留槽において冷却水中に混入した金属微粒子をヒートシンクの上流側において捕獲することができる。
【００１０】
本発明のレーザ加工装置では、半導体レーザ及びヒートシンクは、複数の半導体レーザと複数のヒートシンクとが交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされた半導体レーザスタックモジュールを構成しており、金属捕獲部において陽極と陰極との間に印加される電圧は、半導体レーザスタックにおいて両端の半導体レーザ間に印加される電圧よりも大きくてもよい。この構成により、ヒートシンクの内壁面に金属微粒子が付着するのをより確実に抑制しつつ、陽極及び陰極の少なくとも１つに金属微粒子をより確実に付着させることができる。
【００１１】
本発明のレーザ加工装置では、循環流路は、貯留槽において外気との通気が確保されていてもよい。この構成により、ヒートシンクに冷却水をより安定的に循環供給することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体レーザを冷却するために冷却水が循環供給されるヒートシンクの内壁面に金属が付着するのを抑制することができるレーザ加工装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態のレーザ加工装置を示すブロック図である。
【図２】図１の半導体レーザスタックモジュールを示す斜視図である。
【図３】図２の半導体レーザスタックモジュールのヒートシンクを示す分解斜視図である。
【図４】図１の金属捕獲部を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、図４のａ−ａ線に沿っての金属捕獲部の断面図である。（ｂ）は、図４のｂ−ｂ線に沿っての金属捕獲部の断面図である。
【図６】（ａ）は、図４のａ−ａ線に沿っての金属捕獲部の変形例の断面図である。（ｂ）は、図４のｂ−ｂ線に沿っての金属捕獲部の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１に示されるように、レーザ加工装置１は、半導体レーザスタックモジュール１０と、チラー２０と、金属捕獲部３０と、循環流路２と、を備えている。循環流路２は、半導体レーザスタックモジュール１０が有するヒートシンクに冷却水Ｗを循環供給する。冷却水Ｗは、例えば水道水又は蒸留水である。レーザ加工装置１は、半導体レーザスタックモジュール１０から出射されたレーザ光を集光して金属部材に照射することで、金属加工を行う装置である。なお、循環流路２において冷却水Ｗが流れる方向の「上流側」を、循環流路２における「上流側」といい、当該方向の「下流側」を、循環流路２における「下流側」という。
【００１６】
図２及び図３に示されるように、半導体レーザスタックモジュール１０は、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃと、銅板１２ａ，１２ｂと、リード板１３ａ，１３ｂと、供給管１４と、排出管１５と、絶縁部材１６ａ〜１６ｄと、導電性を有するヒートシンク１７ａ〜１７ｃと、を有している。複数の半導体レーザ１１ａ〜１１ｃと複数のヒートシンク１７ａ〜１７ｃとは、交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされている。以下、図２及び図３に示される直交座標系のＺ軸方向正側を上側とし、Ｚ軸方向負側を下側とする。
【００１７】
各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃは、複数の半導体レーザ素子がＹ軸方向に沿って一次元に配列された半導体レーザアレイである。半導体レーザ１１ａは、ヒートシンク１７ａの上面の一端側と、ヒートシンク１７ｂの下面の一端側との間に配置されている。半導体レーザ１１ｂは、ヒートシンク１７ｂの上面の一端側と、ヒートシンク１７ｃの下面の一端側との間に配置されている。半導体レーザ１１ｃは、ヒートシンク１７ｃの上面の一端側に配置されている。
【００１８】
ヒートシンク１７ａの下面は、銅板１２ａを介してリード板１３ａに電気的に接続されている。ここでは、ヒートシンク１７ａの上面は、半導体レーザ１１ａに熱的に接続されていると共に、半導体レーザ１１ａのアノードに電気的に接続されている。ヒートシンク１７ｂの下面は、半導体レーザ１１ａに熱的に接続されていると共に、半導体レーザ１１ａのカソードに電気的に接続されている。ヒートシンク１７ｂの上面は、半導体レーザ１１ｂに熱的に接続されていると共に、半導体レーザ１１ｂのアノードに電気的に接続されている。ヒートシンク１７ｃの下面は、半導体レーザ１１ｂに熱的に接続されていると共に、半導体レーザ１１ｂのカソードに電気的に接続されている。ヒートシンク１７ｃの上面は、半導体レーザ１１ｃに熱的に接続されていると共に、半導体レーザ１１ｃのアノードに電気的に接続されている。半導体レーザ１１ｃのカソードは、銅板１２ｂを介してリード板１３ｂに電気的に接続されている。各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃは、リード板１３ａとリード板１３ｂとの間に電圧が印加されることで、加工用のレーザ光を出射する。このとき、半導体レーザ１１ａに印加される電圧とは、半導体レーザ１１ａのアノードと、半導体レーザ１１ａのカソードと、の間に印加される電圧である。半導体レーザ１１ｂに印加される電圧とは、半導体レーザ１１ｂのアノードと、半導体レーザ１１ｂのカソードと、の間に印加される電圧である。半導体レーザ１１ｃに印加される電圧とは、半導体レーザ１１ｃのアノードと、半導体レーザ１１ｃのカソードと、の間に印加される電圧である。半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａ及び半導体レーザ１１ｃの間に印加される電圧とは、半導体レーザ１１ａのアノードと、半導体レーザ１１ｃのカソードと、の間に印加される電圧である。
【００１９】
供給管１４は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの他端側を貫通するように設けられている。供給管１４は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに形成された貫通口５１（図３参照）に連通する。供給管１４は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに対して冷却水Ｗを供給する。排出管１５は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの他端側を貫通するように設けられている。排出管１５は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに形成された貫通口６２（図３参照）に連通する。排出管１５には、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃから冷却水Ｗが流出される。
【００２０】
供給管１４及び排出管１５の周囲には、絶縁部材１６ａ〜１６ｄが設けられている。絶縁部材１６ａは、ヒートシンク１７ａの下面の他端側に設けられている。絶縁部材１６ｂは、ヒートシンク１７ａの上面の他端側と、ヒートシンク１７ｂの下面の他端側との間に設けられている。絶縁部材１６ｃは、ヒートシンク１７ｂの上面の他端側と、ヒートシンク１７ｃの下面の他端側との間に設けられている。絶縁部材１６ｄは、ヒートシンク１７ｃの上面の他端側に設けられている。絶縁部材１６ａ〜１６ｄは、例えばゴム製であり、ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの間の絶縁を確保すると共に、冷却水Ｗの漏洩を抑制する。
【００２１】
図３に示されるように、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃは、平板部材５０と、平板部材６０と、平板部材７０と、を含んでいる。各平板部材５０，６０，７０は、例えば銅等の金属からなる。平板部材５０，６０，７０は、平板部材５０と平板部材６０との間に平板部材７０が介在させられた状態で、例えば拡散接合法によって互いに接合される。
【００２２】
平板部材５０は、貫通口５１，５２を有している。平板部材５０の上面には、凹部５３が形成されている。凹部５３は、一端側が貫通口５１につながっており、他端側が平板部材５０の幅方向（Ｙ方向）に拡がっている。凹部５３は、例えばエッチングにより平板部材５０の上面に形成される。
【００２３】
平板部材６０は、平板部材５０の貫通口５１，５２に対応する位置に設けられた貫通口６１，６２を有している。平板部材６０の下面には、凹部６３が形成されている。凹部６３は、一端側が貫通口６２につながっており、他端側が平板部材６０の幅方向に拡がっている。凹部６３は、他端側において、半導体レーザスタックモジュール１０の積層方向から見て平板部材５０の凹部５３が存在する領域と重複する。凹部６３は、例えばエッチングにより平板部材６０の下面に形成される。
【００２４】
平板部材７０は、平板部材５０の貫通口５１，５２及び平板部材６０の貫通口６１，６２に対応する位置に設けられた貫通口７１，７２を有している。平板部材７０の他端側には、半導体レーザスタックモジュール１０の積層方向から見て、平板部材５０の凹部５３と平板部材６０の凹部６３との重複部分に、複数の導水孔７３が形成されている。導水孔７３は、例えば平板部材７０を両面からエッチングすることによって形成されている。
【００２５】
各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内部には、冷却水Ｗが流通する。各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃでは、平板部材５０の凹部５３と平板部材７０の下面とによって、冷却水Ｗが供給される流入水路が画成される。この流入水路には、貫通口５１、貫通口６１、及び貫通口７１を介して冷却水Ｗが供給管１４から供給される。ヒートシンク１７ａ〜１７ｃでは、平板部材６０の凹部６３と平板部材７０の上面とによって、冷却水Ｗを流出させる流出水路が画成される。この流出水路は、貫通口５２、貫通口６２、及び貫通口７２を介して冷却水Ｗを排出管１５へ排出する。
【００２６】
各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃでは、流入水路、流出水路及び導水孔７３の内壁面にコーティング層が形成されている。コーティング層は、冷却水Ｗに接触する第１の層と、当該第１の層と内壁面との間に介在する第２の層とを有している。第１の層は、例えばＡｕ、Ａｕ合金、Ａｇ又はＡｇ合金を主成分とする。第２の層は、例えばＮｉ、Ｍｏ、Ｗ又はＴｉを主成分とする。このようなコーティング層は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに循環供給される冷却水Ｗが二酸化炭素を含んで酸性になることに起因して、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面が腐食するのを抑制する。
【００２７】
図１に示されるように、チラー２０は、ポンプ２１と、貯留槽２２と、イオン交換器２４と、フィルタ２５と、導電率計２６と、を有している。イオン交換器２４、貯留槽２２、ポンプ２１、フィルタ２５、及び導電率計２６は、上流側からこの順序で循環流路２に設けられている。つまり、循環流路２は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに循環供給される冷却水Ｗを貯留する貯留槽２２を含んでいる。循環流路２は、貯留槽２２において外気との通気が確保されている。具体的には、貯留槽２２には、冷却水Ｗへの異物の混入を防止するための蓋等が設けられている一方で、外気との通気を確保するための通気部２３が設けられている。なお、チラー２０は、冷却水Ｗを冷却する冷却機構を更に有していてもよい。
【００２８】
ポンプ２１は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側に設けられている。ポンプ２１は、循環流路２において冷却水Ｗを流通させる。ポンプ２１には、例えば電動ポンプが用いられる。貯留槽２２は、例えば、貯留槽２２以外の循環流路２内に存在する冷却水Ｗの総体積よりも大きい体積の冷却水Ｗを貯留することができる。貯留槽２２では、循環流路２を流れる冷却水Ｗの速度が著しく低下する。
【００２９】
イオン交換器２４は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの下流側且つ貯留槽２２の上流側に設けられている。イオン交換器２４は、循環流路２を循環する冷却水Ｗの導電率を調整する。イオン交換器２４は、例えば冷却水Ｗ中の酸素イオン等に対して作用し、冷却水Ｗの導電率を調整する。イオン交換器２４には、例えばイオン交換樹脂等が用いられる。
【００３０】
フィルタ２５は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つポンプ２１の下流側に設けられている。フィルタ２５は、循環流路２を循環する冷却水Ｗに含まれる不純物を除去する。フィルタ２５は、例えば粒径が約３０μｍ程度以上の粒子を除去する。
【００３１】
導電率計２６は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つフィルタ２５の下流側に設けられている。導電率計２６は、冷却水Ｗの導電率を計測する。導電率計２６で計測した冷却水Ｗの導電率は、冷却水Ｗの導電率を所定の範囲に収めるようにイオン交換器２４をフィードバック制御するために用いられる。
【００３２】
金属捕獲部３０は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側に設けられている。具体的には、金属捕獲部３０は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つポンプ２１の下流側に設けられている。より具体的には、金属捕獲部３０は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ導電率計２６の下流側に設けられている。金属捕獲部３０は、冷却水Ｗに含まれる金属微粒子を付着させる。金属捕獲部３０は、冷却水Ｗに含まれる金属微粒子を電気的に析出させる。また、金属捕獲部３０は、冷却水Ｗに含まれる金属微粒子を電気的に（例えば電気泳動により）吸引する。
【００３３】
図４に示されるように、金属捕獲部３０は、一例として円柱状である。金属捕獲部３０は、円盤状の蓋部３１と、蓋部３１の下面側に配置された円筒状の筒体３２と、筒体３２の下端側に配置された円盤状の基部３３と、を有する。金属捕獲部３０の内部の空間Ｓには、電極組立体４０が収容されている。
【００３４】
金属捕獲部３０の蓋部３１には、筒状の流入部３１ａ及び流出部３１ｂが形成されている。流入部３１ａ及び流出部３１ｂは、蓋部３１の外周面の互いに対向する位置において、半径方向に突出する。流入部３１ａの内部は、冷却水Ｗが金属捕獲部３０に流入する流入路３１ｃである。流出部３１ｂの内部は、冷却水Ｗが金属捕獲部３０から流出する流出路３１ｄである。
【００３５】
図５に示されるように、電極組立体４０Ａは、円盤状の底板４１と、底板４１に立設された複数の支柱４２と、支柱４２に支持された天板４３と、を有する。底板４１、支柱４２、及び天板４３は、第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａ（複数の電極）を固定する治具を構成する。天板４３には、流入路３１ｃからの冷却水Ｗを空間Ｓに導入する開口４３ｃが形成されている。金属捕獲部３０は、冷却水Ｗが接触させられる第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａを有する。
【００３６】
底板４１の一方の面４１ａは、基部３３に接するように配置されている。底板４１の他方の面４１ｂには、支柱４２の一方の端部４２ａが接続されている。底板４１及び天板４３は、互いに同軸に配置されている。複数の支柱４２は、筒体３２の軸方向に沿って延びている。端部４２ａは、底板４１の面４１ｂの外周に沿って略等間隔に配置されている。複数の支柱４２の他方の端部４２ｂは、天板４３の一方の面４３ａに接続されている。端部４２ｂは、天板４３の面４３ａの外周に沿って略等間隔に配置されている。天板４３の他方の面４３ｂは、蓋部３１に接するように配置されている。
【００３７】
底板４１、支柱４２、及び天板４３で画成される空間には、第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａが配置されている。第１電極４４Ａは、支柱４２に沿って延びる円柱状であり、底板４１及び天板４３と同軸に配置されている。第１電極４４Ａには、直流電源Ｅの正極が電気的に接続されている。つまり、第１電極４４Ａは、陽電極である。第１電極４４Ａの材料としては、例えばステンレススチール、カーボン、又はグラファイト等を用いることができる。第１電極４４Ａは、絶縁体４５Ａで覆われている。絶縁体４５Ａは、第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの短絡を抑制する。絶縁体４５Ａは、例えば樹脂で形成される。
【００３８】
第２電極４６Ａは、メッシュ体の複数の電極である。複数の第２電極４６Ａは、支柱４２に沿って延びる円筒状に形成されている。複数の第２電極４６Ａは、互いに異なる半径を有し、同心円をなすように設けられている。複数の第２電極４６Ａは、第１電極４４Ａの中心線に同軸に設けられている。第２電極４６Ａには、直流電源Ｅの負極が電気的に接続されている。つまり、第２電極４６Ａは、陰電極である。第２電極４６Ａの材料としては、例えばステンレススチール、カーボン、又はグラファイト等を用いることができる。第２電極４６Ａは、底板４１側において絶縁体４７Ａで覆われている。絶縁体４７Ａは、第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの短絡を抑制すると共に、第２電極４６Ａを円筒状に支持する。絶縁体４７Ａは、例えば樹脂で形成される。
【００３９】
第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間には、直流電源Ｅによって電圧が印加されている。金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、少なくとも、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに印加される電圧よりも大きい。スタックされる半導体レーザの個数が例えば２０個以上というように多い場合、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに印加される電圧の１０倍以上の値か、或いは、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａ及び半導体レーザ１１ｃの間に印加される電圧の１／３以上の値であることが好ましい。スタックされる半導体レーザの個数が例えば２０個未満というように少ない場合、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａ及び半導体レーザ１１ｃの間に印加される電圧よりも大きいことが好ましい。すなわち、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、半導体レーザ１１ａのアノードと、半導体レーザ１１ｃのカソードと、の間に印加される電圧よりも大きい。一例として、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに、約１．５Ｖの電圧が印加される場合、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、少なくとも１．５Ｖよりも大きい。スタックされる半導体レーザの個数が２０個である場合、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに印加される電圧の１０倍以上の値である１５Ｖ以上の値か、或いは、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａ及び半導体レーザ１１ｃの間に印加される電圧（３０Ｖ）の１／３以上の値である１０Ｖ以上の値であることが好ましい。スタックされる半導体レーザの個数が１０個である場合、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａ及び半導体レーザ１１ｃの間に印加される電圧である１５Ｖよりも大きいことが好ましい。
【００４０】
以上のように構成された金属捕獲部３０では、流入路３１ｃを介して金属捕獲部３０に流入した冷却水Ｗが空間Ｓに流入する。この空間Ｓには、電極組立体４０Ａが収容されており、第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間には、第２電圧が印加されている。これにより、空間Ｓに流入した冷却水Ｗに含まれる金属微粒子は、第２電極４６Ａのマイナス電荷によって第２電極４６Ａに付着する。金属微粒子が低減された冷却水Ｗは、流出路３１ｄを介して金属捕獲部３０から流出する。この結果、ヒートシンク１７ａ〜１７ｃには、金属微粒子が低減された冷却水Ｗが供給される。このように、金属捕獲部３０は、レーザ加工装置１による金属加工時に加工対象物から金属微粒子が発生して冷却水Ｗに混入しても、当該金属微粒子を冷却水Ｗ中から捕獲することができる。
【００４１】
以上説明したように、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃでは、流入水路、流出水路及び導水孔７３の内壁面にコーティング層が形成されている。このコーティング層は、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに循環供給される冷却水Ｗが二酸化炭素を含んで酸性になることに起因して、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面が腐食するのを抑制する。しかしながら、このコーティング層を各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に形成しても、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着する場合があった。
【００４２】
その理由は次のとおりである。すなわち、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに冷却水Ｗを安定的に循環供給するためには、循環流路２に貯留槽２２を設けると共に、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側にポンプ２１を設け、貯留槽２２を含む循環流路２の少なくとも一部において外気との通気を確保する必要がある。ここで、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を照射することにより金属加工（溶接、切断、穴開け等）を行うと、いわゆるヒューム等の金属微粒子が発生する。先に述べたように、循環流路２は通気部２３において外気との通気が確保されているため、金属微粒子が冷却水Ｗ中に混入する可能性がある。イオン交換器２４は、冷却水Ｗの導電率を調整するためのものであって、冷却水Ｗ中に混入した金属微粒子を冷却水Ｗから除去することを目的とはしておらず、金属微粒子を冷却水Ｗから除去する上で適切な構造ではない。フィルタ２５は、約３０μｍ未満の金属微粒子を除去しきれない可能性がある。その結果、当該金属微粒子（当該金属微粒子自体、及び当該金属微粒子に起因して発生した金属イオンを含む。）が各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に付着（電気泳動による吸引、及び金属イオンの析出等を含む。）するのである。また、フィルタ２５は、粒径が約３０μｍ程度以上の金属微粒子を除去することが可能である。しかしながら、フィルタ２５によって除去された当該金属微粒子は、冷却水Ｗ内に止まっている間、例えば錆等の影響によって経時的にイオン化してフィルタ２５の下流側に流出し、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着することがある。
【００４３】
そこで、レーザ加工装置１は、加工用のレーザ光を出射する半導体レーザ１１ａ〜１１ｃと、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに熱的且つ電気的に接続されたヒートシンク１７ａ〜１７ｃと、ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに循環供給される冷却水Ｗを貯留する貯留槽２２を含み、通気部２３において外気との通気が確保された循環流路２と、循環流路２において冷却水Ｗを流通させるポンプ２１と、循環流路２に設けられ、冷却水Ｗの導電率を調整するイオン交換器２４と、循環流路２に設けられ、冷却水Ｗが接触させられる第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａを有する金属捕獲部３０と、を備える。
【００４４】
このレーザ加工装置１では、冷却水Ｗが接触させられる第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａを有する金属捕獲部３０が循環流路２に設けられている。そのため、第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａとの間に電圧が印加されることで、金属加工時に発生した金属微粒子が冷却水Ｗ中に混入しても、当該金属微粒子が第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａの少なくとも１つに付着し、金属捕獲部３０において除去される。よって、このレーザ加工装置１によれば、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃを冷却するために冷却水Ｗが循環供給される各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着するのを抑制することができる。なお、循環流路２と外気との通気を遮断するように構成して循環流路２に金属微粒子を混入させないことが考えられるが、この場合、装置の大型化及びコストの増大に繋がるおそれがある。この点、レーザ加工装置１では、循環流路２と外気との通気を遮断するのではなく、循環流路２内で金属微粒子を除去しているので、容易且つ低コストで、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着するのを抑制することができる。なお、上述したように、フィルタ２５によって除去された金属微粒子が経時的にイオン化してフィルタ２５の下流側に流出し、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着することがある。よって、循環流路２にフィルタ２５が設けられていたとしても、循環流路２に金属捕獲部３０を設けることは重要である。これにより、フィルタ２５の下流側に流出した金属イオン（金属微粒子）が各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に付着するのを抑制することができる。
【００４５】
レーザ加工装置１では、金属捕獲部３０は、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側に設けられている。この構成により、貯留槽２２において冷却水Ｗ中に混入した金属微粒子を各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側において捕獲することができる。
【００４６】
レーザ加工装置１では、複数の半導体レーザ１１ａ〜１１ｃと複数のヒートシンク１７ａ〜１７ｃとは、交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされた半導体レーザスタックモジュール１０を構成している。金属捕獲部３０において第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａと半導体レーザ１１ｃとの間に印加される電圧よりも大きい。この構成により、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属微粒子が付着するのをより確実に抑制しつつ、第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａの少なくとも１つに金属微粒子をより確実に付着させることができる。
【００４７】
レーザ加工装置１では、循環流路２は、貯留槽２２において外気との通気が確保されている。この構成により、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃに冷却水Ｗをより安定的に循環供給することができる。
【００４８】
［変形例］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、金属捕獲部３０は、電極組立体４０Ａに代えて電極組立体４０Ｂを有する構成に変形することができる。電極組立体４０Ｂは、円柱状の第１電極４４Ａに代えて、メッシュ体の複数の第１電極４４Ｂを有する点において、電極組立体４０Ａと異なっている。これに伴って、第２電極４６Ｂの配置は、第２電極４６Ａの配置と異なっている。
【００４９】
複数の第１電極４４Ｂは、支柱４２に沿って延びる円筒状に形成されている。複数の第１電極４４Ｂは、互いに異なる半径を有し、同心円をなすように設けられている。複数の第１電極４４Ｂは、底板４１及び天板４３と同軸に配置されている。複数の第１電極４４Ｂのそれぞれには、直流電源Ｅの正極が電気的に接続されている。つまり、複数の第１電極４４Ｂのそれぞれは、陽電極である。第１電極４４Ｂの材料としては、例えばステンレススチール、カーボン、又はグラファイト等を用いることができる。複数の第１電極４４Ｂのそれぞれは、底板４１側において絶縁体４５Ｂで覆われている。絶縁体４５Ｂは、第１電極４４Ｂと第２電極４６Ｂとの短絡を抑制すると共に、第２電極４６Ｂを円筒状に支持する。絶縁体４５Ｂは、例えば樹脂で形成される。
【００５０】
この構成によっても、電極組立体４０Ａを有するレーザ加工装置１と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、冷却水Ｗが接触させられる第１電極４４Ｂ及び第２電極４６Ｂを有する金属捕獲部３０が循環流路２に設けられている。そのため、第１電極４４Ｂ及び第２電極４６Ｂとの間に電圧が印加されることで、金属加工時に発生した金属微粒子が冷却水Ｗ中に混入しても、当該金属微粒子が第１電極４４Ｂ及び第２電極４６Ｂの少なくとも１つに付着し、金属捕獲部３０おいて除去される。よって、このレーザ加工装置１によれば、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃを冷却するために冷却水Ｗが循環供給される各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着するのを抑制することができる。
【００５１】
上記実施形態では、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側に金属捕獲部３０を設けたが、金属捕獲部３０を設ける循環流路２における位置は、上述した例に限定されない。冷却水Ｗ中に含まれる金属微粒子は、その全てが各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に一度に付着するとは限らない。つまり、冷却水Ｗと共に金属微粒子が循環する間に徐々に各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に付着する場合がある。よって、例えば、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの下流側且つ貯留槽２２の上流側等、循環流路２におけるいずれの位置に金属捕獲部３０を設けたとしても、各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着するのを抑制することができる。
【００５２】
上記実施形態では、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａとの間に印加される電圧を、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａと半導体レーザ１１ｃとの間に印加される電圧よりも大きくした。しかしながら、少なくとも、各半導体レーザ１１ａ〜１１ｃに印加される電圧よりも大きければ、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａ及び第２電極４６Ａとの間に印加される電圧を、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａと半導体レーザ１１ｃとの間に印加される電圧以下としてもよい。この場合であっても、金属捕獲部３０おいて金属微粒子が除去される。その結果、半導体レーザ１１ａ〜１１ｃを冷却するために冷却水Ｗが循環供給される各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの内壁面に金属が付着するのを抑制することができる。ただし、この場合には、金属捕獲部３０は、循環流路２におけるヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側に設けられていることが好ましい。
【００５３】
上記実施形態では、循環流路２は通気部２３において外気との通気を確保する例を示したが、上述した例に限定されない。具体的には、例えば貯留槽２２の蓋の上面に通気口が設けられていてもよいし、貯留槽２２に蓋をした状態で循環流路２と外気との通気が確保されていてもよい。いずれの場合であっても循環流路２と外気との通気が確保されている以上、循環流路２への金属粒子の混入は不可避である。また、循環流路２における貯留槽２２とは別の箇所で外気との通気を確保してもよい。
【００５４】
上記実施形態では、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側にポンプ２１を設けたものを例示したが、その例に限定されない。例えば循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの下流側且つ貯留槽２２の上流側等、循環流路２における別の箇所にポンプ２１を設けてもよい。また、循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの下流側且つ貯留槽２２の上流側にイオン交換器２４を設けたが、上述した例に限定されない。例えば循環流路２における各ヒートシンク１７ａ〜１７ｃの上流側且つ貯留槽２２の下流側にイオン交換器２４を設けてもよい。
【００５５】
上記実施形態では、半導体レーザスタックモジュール１０として、３個の半導体レーザ１１ａ〜１１ｃと、３個のヒートシンク１７ａ〜１７ｃとが交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされたものを例示したが、その例に限定されない。複数の半導体レーザと複数のヒートシンクとが交互に配置され且つ電気的に直列接続されるようにスタックされていれば、半導体レーザの個数は、２個以上でよく、ヒートシンクの個数は、半導体レーザの個数と同数、又は、半導体レーザの個数＋１でよい。
【００５６】
上記実施形態では、電極組立体４０Ａにおいて、第１電極４４Ａを陽極とし、第２電極４６Ａを陰極としたが、第１電極４４Ａを陰極とし、第２電極４６Ａを陽極としてもよい。第１電極４４Ａを絶縁体４５Ａで覆ったが、第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの短絡が抑制できていれば、絶縁体４５Ａを省略してもよい。また、電極組立体４０Ｂにおいて、第１電極４４Ｂを陽極とし、第２電極４６Ｂを陰極としたが、第１電極４４Ｂを陰極とし、第２電極４６Ｂを陽極としてもよい。
【００５７】
上記実施形態では、銅板１２ａを介してヒートシンク１７ａの下面をリード板１３ａに電気的に接続し、ヒートシンク１７ａの上面を半導体レーザ１１ａのアノードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｂの下面を半導体レーザ１１ａのカソードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｂの上面を半導体レーザ１１ｂのアノードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｃの下面を半導体レーザ１１ｂのカソードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｃの上面を半導体レーザ１１ｃのアノードに電気的に接続し、銅板１２ｂを介して半導体レーザ１１ｃのカソードをリード板１３ｂに電気的に接続した。しかしながら、銅板１２ａを介してヒートシンク１７ａの下面をリード板１３ａに電気的に接続し、ヒートシンク１７ａの上面を半導体レーザ１１ａのカソードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｂの下面を半導体レーザ１１ａのアノードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｂの上面を半導体レーザ１１ｂのカソードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｃの下面を半導体レーザ１１ｂのアノードに電気的に接続し、ヒートシンク１７ｃの上面を半導体レーザ１１ｃのカソードに電気的に接続し、銅板１２ｂを介して半導体レーザ１１ｃのアノードをリード板１３ｂに電気的に接続してもよい。このとき、半導体レーザスタックモジュール１０において両端の半導体レーザ１１ａ及び半導体レーザ１１ｃの間に印加される電圧とは、半導体レーザ１１ａのカソードと、半導体レーザ１１ｃのアノードと、の間に印加される電圧である。この場合、金属捕獲部３０において第１電極４４Ａと第２電極４６Ａとの間に印加される電圧は、半導体レーザ１１ａのカソードと、半導体レーザ１１ｃのアノードと、の間に印加される電圧よりも大きくてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…レーザ加工装置、２…循環流路、１０…半導体レーザスタックモジュール、１１ａ〜１１ｃ…半導体レーザ、１７ａ〜１７ｃ…ヒートシンク、２１…ポンプ、２２…貯留槽、２４…イオン交換器、３０…金属捕獲部、４４Ａ，４４Ｂ…第１電極（陽極，陰極）、４６Ａ，４６Ｂ…第２電極（陰極，陽極），Ｗ…冷却水。
【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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