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JP2003051631A - 熱交換器の製作方法及び該熱交換器を用いたレーザ装置 - Google Patents

熱交換器の製作方法及び該熱交換器を用いたレーザ装置

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Publication number
JP2003051631A
JP2003051631A JP2001237330A JP2001237330A JP2003051631A JP 2003051631 A JP2003051631 A JP 2003051631A JP 2001237330 A JP2001237330 A JP 2001237330A JP 2001237330 A JP2001237330 A JP 2001237330A JP 2003051631 A JP2003051631 A JP 2003051631A
Authority
JP
Japan
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heat exchanger
heat
laser
flow passage
cooling
Prior art date
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Ceased
Application number
JP2001237330A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasutoshi Takada
康利 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidek Co Ltd
Original Assignee
Nidek Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidek Co Ltd filed Critical Nidek Co Ltd
Priority to JP2001237330A priority Critical patent/JP2003051631A/ja
Publication of JP2003051631A publication Critical patent/JP2003051631A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換能力を高めることが可能な熱交換器を
容易に作成できる熱交換器の作成方法、及び該方法によ
って得られた熱交換器を備えるレーザ装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光を発振するレーザ共振器を備え
るレーザ装置において、熱伝導部材からなる熱交換器で
あって、冷却液を流通させるための流通路がネジ切り工
具にて形成されたネジ溝を持つ熱交換器と、流通路に流
通させる冷却液を所定温度に維持する恒温手段とを有
し、熱交換器を前記レーザ共振器の発熱部材に当接させ
ることによりその発熱部材の冷却を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は冷却機構を有するレ
ーザ装置、及びレーザ装置に使用する熱交換器の制作方
法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、レーザ光を安定して効率よく出力さ
せるために、励起光源やレーザ共振器等から発振、出射
時に生じる熱の発生を抑えるための熱交換器を備えたレ
ーザ装置が知られている。このようなレーザ装置に使用
される熱交換器は励起光源やレーザ共振器の発熱部位に
接触させることによって熱を吸収し、励起光源やレーザ
共振器自体の温度上昇を抑えている。特に励起光源とし
て使用される半導体レーザ(以下、LDと記す)は高出
力にて使用すると高熱を発するため、冷却のため熱交換
器を用いることが必要不可欠となる。
【0003】一般に熱交換器は十分な冷却効果を引き出
すため、内部に水等の冷却液を流通させるための流通路
(管)が設けられており、そこに冷却液を通すことによ
って熱交換器全体を冷やす水冷式のものが知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】水冷式の熱交換器にお
いては、熱交換器自体の熱交換能力を高めるために、流
通路の内壁を凹凸状にしたり、流通路の長さを長くする
等の工夫がなされているが、そのために追加の部品が必
要であったり、加工が難しい等の問題点があった。特に
レーザ装置に用いる熱交換器は装置自体の小型、軽量化
の上からもなるべく小さいものが好ましい。このため小
型の熱交換器における流通路の形状を工夫することはさ
らに困難である。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
熱交換能力を高めることが可能な熱交換器を容易に作成
できる熱交換器の作成方法、及び該方法によって得られ
た熱交換器を備えるレーザ装置を提供することを技術課
題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
【0007】(1) レーザ光を発振するレーザ共振器
を備えるレーザ装置において、熱伝導部材からなる熱交
換器であって、冷却液を流通させるための流通路がネジ
切り工具にて形成されたネジ溝を持つ熱交換器と、前記
流通路に流通させる冷却液を所定温度に維持する恒温手
段とを有し、前記熱交換器を前記レーザ共振器の発熱部
材に当接させることによりその発熱部材の冷却を行う構
成としたことを特徴とする。 (2) (1)の発熱部材とは励起光源であることを特
徴とする。 (3) レーザ発振器の発熱部材を冷却する水冷式の熱
交換器の製作方法において、穴あけ手段により孔を開け
た後、ネジ切り工具を用いてネジ溝を形成することによ
り冷却液を流通させるための流通路を形成することを特
徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明に係るレーザ装置に
使用されるレーザ発振器の概略図である。
【0009】1はレーザ発振器であり、内部には固体レ
ーザ媒質であるNd:YAG結晶(以下、単にロッドと
もいう)2、励起光源である半導体レーザ(以下、単に
LD(Laser Diode)ともいう)3、波長変換器である
非線形結晶(以下、単にNLC(Non Linear Crystal)
ともいう)4、全反射ミラー(以下、単にHR(HighRe
flector)ともいう)5a,5b、出力ミラー6が備え
られている。なお、非線形結晶としては、KTP結晶、
LBO結晶、BBO結晶等が使用可能であり、本実施形
態ではKTP結晶を使用している。
【0010】Nd:YAG結晶は半導体レーザ3からの
励起光により、近赤外域の複数の発振線(ピーク波長)
を持つ光を放出する。そこで、本実施形態の装置では、
約1064nm、発振線における第二高調波を、非線形
結晶を利用して発生させることにより、約532nm
(緑)のレーザ光を出射させる。
【0011】ロッド2が配置される光軸L1の光路の一
端にはHR5aが設けられ、他端には出力ミラー6が所
定角度だけ傾けて設けられている。HR5aは1064
nmの波長に対して全反射の特性を持つものである。出
力ミラー15は1064nmの波長を全反射するととも
に、532nmの波長を透過する特性を持つ。出力ミラ
ー6の反射方向の光軸L2上には、NLC4とHR5b
が固定されて設けられている。NLC4は1064nm
の波長に対して、その第二高調波である532nmの波
長を発生させるように配置されている。HR5bはHR
5aと同様に1064nm及び532nmに対して全反
射の特性を持つ。
【0012】10は熱交換を行うための冷却マウントで
ある。冷却マウント10は平板状の金属板からなり、そ
の上面はLD3の底面部に当接され、LD3にて発する
熱を吸収するようになっている。また、LD3は冷却マ
ウント10上面に接着により固定されている。本実施の
形態ではLD3接着にて冷却マウント10に固定されて
いるが、これに限るものではなく、LD3が冷却マウン
トに固定され、LD3の発熱部分が冷却マウント10に
当接されていればよい。例えばビス等によって固定LD
3を冷却マウント10上に固定するようにしてもよい。
また、冷却マウント10に使用する材質は、例えばアル
ミや銅等、熱伝導率のよい材質のものが使用される。
【0013】冷却マウント10内部には外部から送られ
てくる冷却用の媒体(例えば水やエチレングリコール
等)を冷却マウント10内に通し、循環させるための流
通路20が設けられている。冷却マウント10内部から
外部につながる流通路20の出入口(2ヶ所)には各々
管12が接続され、その先には冷却液を一定温度に保つ
ための恒温器11が取り付けられている。
【0014】恒温器11内で一定温度(例えば25℃)
に保たれた冷却液は、一方の管12から冷却マウント1
0内部の流通路20を通り、もう一方の管12を経て再
び恒温器11内へ戻るようになっている。
【0015】図2は冷却マウントの詳細を示す図であ
る。図に示すように冷却マウント10内に形成された流
通路20は、紙面縦方向に延び冷却マウント10の外部
への開口を持つ2本の流通路20a,20bと、紙面横
方向に延び冷却マウント10内部にて流通路20a,2
0bにつながる流通路20cとからなる。流通路20
a、20bは冷却マウントを貫通しないだけの長さにて
ドリル等の穴あけ手段にて孔を開けておき、その後タッ
プ等のネジ切り用の手段を用いてネジ溝を形成してお
く。また、流通路20cは流通路20a,20bの先端
に位置するように横方向からドリル等にて孔を開けてお
き、その後タップ等にてネジ溝を形成しておく。ドリル
等にて開いた開口はシーリングされた雄ネジ21にて、
締めておくことにより、冷却液の漏れを防ぐようになっ
ている。
【0016】本実施の形態では流通路20の形成は、ド
リル等の穴あけにて形成するものとしているが、これに
限るものではない。2枚の金属片の各々に半割筒状の流
通路を設けておき、これを合わせることによって円筒状
の流通路を形成することもできる。その後、タップ等に
てネジ溝を切れるところまで切っておくことにより、流
通路に部分的に凹凸状の壁面を形成させておくことがで
きる。
【0017】このように各流通路20a〜20cにネジ
溝を設けることにより、流通路20内の壁面が凹凸状
(螺状)に形成されることとなる。流通路20壁面に形
成された凹凸形状は、循環する冷却媒体と流通路20と
の接触面積を増やすことができるとともに、冷却溶媒の
流通路中での乱流の発生を促すため、冷却マウント10
を効率よく冷却する(熱交換する)ことが可能となる。
【0018】また、レーザ装置を小型、軽量化する上で
半導体レーザ(LD)等の大きさに合わせて冷却マウン
ト10の大きさをできるだけ小さなものとする場合であ
っても、上記に記したようにタップ等で流通路20にネ
ジ溝を切ることにより、非常に簡単に流通路20の壁面
を凹凸状に形成することができる。
【0019】以上の実施の形態では、平板状の金属板に
冷却媒体を循環させるための流通路を設けたものとして
いるが、本発明の適用は平板状の金属板に設けられた流
通路のみに限るものではなく、ネジ溝が切れるような流
通路であれば適用することができる。ここで図3はさら
にレーザ光の出射効率を高めるためのレーザ共振器の1
構成を示したものである。図3において図1と同符号を
示すものは同機能を有するものであり、詳細な説明は省
略する。
【0020】図3では、円筒状の金属筒30の中心部に
ロッド2を固定配置しておき、ロッド3の周囲(上下左
右方向に)に各々LD3を設けてある。本実施の形態で
はロッド2を冷却させずに使用するものとしているが、
これに限るものではない。例えば、ロッド2冷却するた
めにガラスチューブ内にロッド2を固定配置しておき、
ガラスチューブ内に冷却水を通すことによってロッド2
を冷やし、さらに効率の良いレーザ発振を行うようにし
てもよい。
【0021】一方、励起光源LD3を所定温度内に維持
させる(冷却する)ために、金属筒30に設置されたL
D3に対して外周側に複数の流通路20が中心軸L3に
対して平行に設けられている。この流通路20もまた図
1,2で示した流通路20と同様に、タップ等にてネジ
溝が形成されている。また、図1同様に流通路20は管
12を介して恒温器11(図示しない)と接合されてい
る。
【0022】このような円筒状の金属筒30に設けられ
る流通路20の壁面を凹凸状にすることは手間が掛かっ
てしまうが、タップ等にてねじ切りを行うことにより、
簡単に壁面を凹凸上にすることができる。前述したよう
に流通路20内を凹凸状にすることによって内部を流れ
る冷却媒体との接触面積を増やすことができるととも
に、冷却媒体の流れに乱流を発生させることができるた
め、金属筒30を効率よく冷やすことができる。
【0023】また、本実施の形態では励起光源から発生
する熱の上昇を抑えるための熱交換方法を示したが、こ
れに限るものではなく、冷却媒体を通すことによって熱
交換を行うものであれば、例えばロッドや共振器自体を
冷却するための熱交換方法にも適用できる。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明は冷却媒体を通す
流通路内にネジ切りを行い、ネジ溝を形成させることに
より、簡単に流通路内の壁面を凹凸状にすることができ
る。壁面を凹凸状にすることによって冷却媒体と流通路
内の壁面との接触面積の増加、及び乱流の発生を促すこ
とができ、効率よく熱交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したレーザ共振器周辺の構成を示
した図である。
【図2】冷却マウントの内部構成を示した図である。
【図3】本発明の変容例を示した図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 ロッド 3 LD 4 NLC 5a,5b 全反射ミラー 6 出力ミラー 10 冷却マウント 11 恒温器 12 管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を発振するレーザ共振器を備え
    るレーザ装置において、熱伝導部材からなる熱交換器で
    あって、冷却液を流通させるための流通路がネジ切り工
    具にて形成されたネジ溝を持つ熱交換器と、前記流通路
    に流通させる冷却液を所定温度に維持する恒温手段とを
    有し、前記熱交換器を前記レーザ共振器の発熱部材に当
    接させることによりその発熱部材の冷却を行う構成とし
    たことを特徴とするレーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の発熱部材とは励起光源である
    ことを特徴とするレーザ装置。
  3. 【請求項3】 レーザ発振器の発熱部材を冷却する水冷
    式の熱交換器の製作方法において、穴あけ手段により孔
    を開けた後、ネジ切り工具を用いてネジ溝を形成するこ
    とにより冷却液を流通させるための流通路を形成するこ
    とを特徴とする熱交換器の製作方法。
JP2001237330A 2001-08-06 2001-08-06 熱交換器の製作方法及び該熱交換器を用いたレーザ装置 Ceased JP2003051631A (ja)

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