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JP6147793B2 - Laser module - Google Patents

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JP6147793B2 JP2015078555A JP2015078555A JP6147793B2 JP 6147793 B2 JP6147793 B2 JP 6147793B2 JP 2015078555 A JP2015078555 A JP 2015078555A JP 2015078555 A JP2015078555 A JP 2015078555A JP 6147793 B2 JP6147793 B2 JP 6147793B2
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正樹 冨士川
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明はレーザモジュール、特に複数のLD(レーザダイオード)が発するレーザを合成することで、高出力のレーザを得る構成のレーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a laser module, and more particularly to a laser module configured to obtain a high-power laser by combining lasers emitted from a plurality of LDs (laser diodes).

レーザは、その高いエネルギー密度を利用して、金属に代表される材料加工分野、医療分野など、様々な分野において用いられている。特に材料加工分野においては、加工時間の短縮などを目的として、レーザの高出力化がなされている。   Lasers are used in various fields such as a material processing field represented by metal and a medical field by utilizing the high energy density. Particularly in the field of material processing, the output of lasers has been increased for the purpose of shortening the processing time.

材料加工分野において使用されるレーザの一種に、DDL(Direct Diode Laser)と呼ばれる構成のものが存在する。以下、DDLについて簡単に説明する。   One type of laser used in the field of material processing includes a structure called DDL (Direct Diode Laser). Hereinafter, DDL will be briefly described.

DDLは特許文献1に記載されたような、複数のLDを組み合わせたモジュールを使用し、各LDから放出されたそれぞれのレーザ光をレンズ等の集光部材を使用して1つのレーザ光に合成し、加工対象に直接照射する方式である。DDLを高出力化するには、使用するLDの個数を増やせばよい。 DDL uses a module that combines multiple LDs as described in Patent Document 1, and combines each laser beam emitted from each LD into a single laser beam using a condensing member such as a lens. In this method, the object to be processed is directly irradiated. In order to increase the output of DDL, the number of LDs used should be increased.

DDLにおいては、使用する全てのLD、あるいはLD群を複数のグループに分割して、各グループに属するLDを、電気的に直列に接続して、駆動電流を供給する構成を取ることが多い。
これは、LDのレーザ出力が、LDに流れる電流値に依存するためであり、各LDの出力を均一にするために、各LDに等しい電流を供給できる直列接続が採用される。
In DDL, all the LDs or LD groups to be used are divided into a plurality of groups, and the LDs belonging to each group are electrically connected in series to supply a drive current in many cases.
This is because the laser output of the LD depends on the value of the current flowing through the LD. In order to make the output of each LD uniform, a series connection that can supply an equal current to each LD is employed.

しかしながら、特許文献1に記載されたレーザモジュールでは、各LDを直列に接続するために、奇数列と偶数列とでLDの極性を変えている。このため、レーザモジュールに使用する部品の管理において、極性を管理する必要がある。
レーザモジュールの高出力化のためにLDの個数を増やすと、この管理は煩雑になる。
However, in the laser module described in Patent Document 1, in order to connect each LD in series, the polarity of the LD is changed between the odd-numbered column and the even-numbered column. For this reason, it is necessary to manage the polarity in managing the parts used in the laser module.
If the number of LDs is increased to increase the output of the laser module, this management becomes complicated.

加えて、極性が逆でも見た目が似ているため、レーザモジュールの組立工程において極性を確認する手間が発生すると共に、誤った極性のLDを使用して組立を行ってしまう恐れも存在する。 In addition, since the appearance is similar even if the polarity is reversed, it takes time to confirm the polarity in the assembly process of the laser module, and there is a possibility that the assembly is performed using the LD of the wrong polarity.

また、2種類存在するLDの極性の向きに対応できるよう、他の部品の設計、製造等を行う必要があり、部品点数の増加に伴う管理の煩雑さ、設計費用の増大といった問題も発生する。 In addition, it is necessary to design and manufacture other parts so as to cope with the polarity direction of the two types of LDs, and problems such as complicated management and an increase in design cost due to an increase in the number of parts occur. .

特開2007−142439号公報JP 2007-142439 A

本発明の課題は、使用されるLDの極性を統一することができ、極性の違いが存在することによって発生する上述の諸問題を解消したレーザモジュールを提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser module in which the polarities of LDs used can be unified and the above-described problems caused by the difference in polarity are eliminated.

発明者は、レーザモジュールの構成を鋭意検討した結果、ヒートシンクの任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニットの一端側に存在する電極と、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニットの他端側に存在する電極とを、導電部材によって電気的に接続する構造を採用することにより、上記の問題を解決できることを見出した。 As a result of intensive studies on the configuration of the laser module, the inventor has found that an electrode existing on one end side of the LD unit installed on one end side of the mounting surface of an arbitrary stage of the heat sink, and a mounting surface on the lower side of the arbitrary stage It has been found that the above problem can be solved by adopting a structure in which an electrode existing on the other end side of the LD unit installed on the other end side is electrically connected by a conductive member.

本発明のレーザモジュールは、階段状の複数のマウント面を有するヒートシンクと、該マウント面に設置された複数のLDユニットで構成されるレーザモジュールであって、
該LDユニットは、ユニット台座上に少なくとも1つのLDを設けることで構成されており、
該ヒートシンクの上段側のマウント面に設置されたLDユニットから照射されるレーザ光が、該ヒートシンクの下段側のマウント面に設置されたLDユニットに遮られないように、該LDユニットは該マウント面に設置されているとともに、
該ヒートシンクの任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニットの該一端側に存在する電極と、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニットの該他端側に存在する電極とが、導電部材によって電気的に接続されていることを特徴とする。
The laser module of the present invention is a laser module composed of a heat sink having a plurality of stepped mounting surfaces and a plurality of LD units installed on the mounting surface,
The LD unit is configured by providing at least one LD on a unit base,
The LD unit is mounted on the mount surface so that the laser light emitted from the LD unit installed on the upper mount surface of the heat sink is not blocked by the LD unit installed on the lower mount surface of the heat sink. And installed in
An electrode present on the one end side of the LD unit installed on one end side of the mount surface of an arbitrary step of the heat sink, and the LD unit installed on the other end side of the mount surface lower than the arbitrary step The electrode existing on the other end side is electrically connected by a conductive member.

本発明のレーザモジュールは、以下に示す優れた効果を有する。

・使用するLD、及びLDユニットの極性を全て統一することができる。

・極性の管理、確認が不要になり、これらの手間を省けると共に、極性を誤ってレーザモジュールを組立てしまう恐れもなくなる。

・同一設計のLDユニットを使用することができるため、設計費を抑制できる共に、
同一設計品を複数生産することで、コストダウン効果を狙うことができる。

・以上の結果、LDユニットの個数を増やした高出力レーザモジュールを得る際、生産性、コスト面に優れたものを得ることができる。
The laser module of the present invention has the following excellent effects.

-All the polarities of the LD and LD unit to be used can be unified.

・ Polarity management and confirmation are no longer necessary, eliminating these steps and eliminating the risk of assembly of the laser module with incorrect polarity.

・ Since LD units with the same design can be used, design costs can be reduced.
By producing a plurality of identically designed products, it is possible to aim for a cost reduction effect.

As a result, when obtaining a high-power laser module with an increased number of LD units, a product with excellent productivity and cost can be obtained.

本発明の参考例である。It is a reference example of the present invention. 本発明に使用するヒートシンクの一例である。It is an example of the heat sink used for this invention. 本発明に使用するLDユニットの一例である。It is an example of LD unit used for the present invention. 本発明に使用するLDの一例である。It is an example of LD used for this invention. 隣り合うLDユニットの接続方法である。This is a method of connecting adjacent LD units. 導電部材収容部、冷却管とLDの位置関係の説明図である。It is explanatory drawing of the positional relationship of a conductive member accommodating part, a cooling pipe, and LD. 本発明の実施例である。It is an Example of this invention. 隣り合うLDユニットの接続方法の具体例である。It is a specific example of the connection method of adjacent LD units.

以下、本発明のレーザモジュールの態様について図1を参照しながら述べる。図1はヒートシンク上にLDユニットを横2列、縦5列設けた場合の本発明である。列の数は、所望するレーザモジュール出力に応じて増減して良い。 Hereinafter, embodiments of the laser module of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the present invention in the case where LD units are provided in two horizontal rows and five vertical rows on a heat sink. The number of columns may be increased or decreased depending on the desired laser module output.

図1において、1はヒートシンク、2はLDユニット、6a、6bは電極、7は導電部材である。
本発明で特徴的なことは、ヒートシンク1の任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニット2の一端側に存在する電極6aと、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニット2の他端側に存在する電極6bとが、導電部材7によって電気的に接続されていることである。
In FIG. 1, 1 is a heat sink, 2 is an LD unit, 6a and 6b are electrodes, and 7 is a conductive member.
What is characteristic of the present invention is that the electrode 6a existing on one end side of the LD unit 2 installed on one end side of the mounting surface of an arbitrary stage of the heat sink 1 and the mounting surface on the lower stage side of the arbitrary stage. That is, the electrode 6 b existing on the other end side of the LD unit 2 installed on the end side is electrically connected by the conductive member 7.

ヒートシンク1の任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニット2の一端側に存在する電極6aと、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニット2の他端側に存在する電極6bとを、導電部材7によって電気的に接続することにより、各LDユニット2の極性を統一した状態で、直列に接続することができる。   An electrode 6a existing on one end side of the LD unit 2 installed on one end side of the mounting surface of an arbitrary step of the heat sink 1, and an LD unit 2 installed on the other end side of the mounting surface below the arbitrary step By electrically connecting the electrodes 6b existing on the other end side of each of them by the conductive member 7, they can be connected in series with the polarities of the LD units 2 being unified.

各LDユニット2の極性を統一できることで、LDユニット2をヒートシンク1のマウント面に設置する際に、極性を間違えて取り付けてしまうミスを防げる。加えて、組立時に極性の向きに注意する必要も無くなるので、組立作業の生産性も向上する。また、LDユニット2を極性によって分類・管理する必要もなくなるため、部品管理の面でも手間を減らすことができる。   Since the polarity of each LD unit 2 can be unified, it is possible to prevent a mistake that the LD unit 2 is attached with the wrong polarity when the LD unit 2 is installed on the mounting surface of the heat sink 1. In addition, since it is not necessary to pay attention to the direction of polarity during assembly, the productivity of assembly work is also improved. In addition, since it is not necessary to classify and manage the LD unit 2 according to polarity, labor can be reduced in terms of component management.

導電部材7としては、通常は電気導体に絶縁材を被覆した電線に、接続端子を設けたものを使用すれば良い。必要に応じて金属板など、その他の導電部材を使用しても良い。導電部材がレーザモジュールを構成する他の部品と接触し、動作に影響が発生する場合は、適宜絶縁材を設けるなどして対応すれば良い。   As the conductive member 7, a wire in which an electric conductor is coated with an insulating material and a connection terminal is usually used. If necessary, other conductive members such as a metal plate may be used. When the conductive member comes into contact with other parts constituting the laser module and the operation is affected, an appropriate insulating material may be provided.

図2は本発明に使用するヒートシンク1の一例である。
全体として階段状に形成されており、各段にはLDユニットを設置するマウント面が形成されている。段差は、上段側のマウント面に設置されたLDユニット2から照射されるレーザ光が、下段側のマウント面に設置されたLDユニット2に遮られない高さに設定されている。
FIG. 2 shows an example of the heat sink 1 used in the present invention.
As a whole, it is formed in a staircase shape, and a mount surface for installing the LD unit is formed in each step. The level difference is set to a height at which the laser light emitted from the LD unit 2 installed on the upper mount surface is not blocked by the LD unit 2 installed on the lower mount surface.

ヒートシンク1の材料としては熱伝導性に優れた銅、アルミニウムなどの材料を使用すれば良い。 As the material of the heat sink 1, a material such as copper or aluminum having excellent thermal conductivity may be used.

図3は本発明に使用するLDユニット2の一例である。LDユニット2はユニット台座3上に、少なくとも1つのLD5が設けられた構成を取る。
図3はLD5を3つ設けた場合であり、LD台座4を介して、LD5がユニット台座3上に設けられている。LD台座4はユニット台座3と一体に成型しても、別部品として構成しても良い。また、LD5はユニット台座3に対して絶縁されている。
FIG. 3 shows an example of the LD unit 2 used in the present invention. The LD unit 2 has a configuration in which at least one LD 5 is provided on the unit base 3.
FIG. 3 shows a case where three LDs 5 are provided, and the LD 5 is provided on the unit base 3 via the LD base 4. The LD pedestal 4 may be molded integrally with the unit pedestal 3 or may be configured as a separate part. The LD 5 is insulated from the unit base 3.

本発明で用いるLD5の一例を図4に示す。LD5はサブマウント上にLD素子と、これを駆動する電流を供給する正極、負極を設けた構成を有する。この構成は一例であり、本発明に使用されるLD5は、本発明の技術的思想の範囲において他の構成を取っても良い。   An example of the LD 5 used in the present invention is shown in FIG. The LD 5 has a configuration in which an LD element and a positive electrode and a negative electrode for supplying current for driving the LD element are provided on a submount. This configuration is an example, and the LD 5 used in the present invention may take other configurations within the scope of the technical idea of the present invention.

ユニット台座3、LD台座4の材料としては熱伝導性に優れた銅、アルミニウムなどの材料を使用すれば良い。 As the material for the unit base 3 and the LD base 4, a material such as copper or aluminum having excellent thermal conductivity may be used.

LDユニット2にLD5が複数設けられている際、LDユニット2内において、各LD5はボンディングワイヤ(図示せず)で直列に接続される。また、LDユニット2には電極6が設けられ、マウント面上で隣り合うLDユニット2、もしくは導電部材7、あるいはLDを駆動する電源装置との電気的接続に利用される。また、電極6はLD台座4に対して絶縁されている。 When a plurality of LDs 5 are provided in the LD unit 2, the LDs 5 are connected in series with bonding wires (not shown) in the LD unit 2. Further, the LD unit 2 is provided with an electrode 6 and is used for electrical connection with the adjacent LD unit 2 on the mount surface, the conductive member 7, or a power supply device for driving the LD. The electrode 6 is insulated from the LD base 4.

通常は、図3(a)に示したように、電極6をLDユニット2の一端側と他端側に存在するLD5に隣接するように設け、ボンディングワイヤで接続すれば良いが、本発明の技術的思想の範囲において、電極6の位置、形状などといった態様を適宜変更しても良い。
例えば、図3(b)に示したように、LD5が有する正極あるいは負極を、直接電極6として使用することもできる。
Normally, as shown in FIG. 3A, the electrode 6 may be provided adjacent to the LD 5 existing on one end side and the other end side of the LD unit 2 and connected by a bonding wire. Within the scope of the technical idea, aspects such as the position and shape of the electrode 6 may be appropriately changed.
For example, as shown in FIG. 3B, the positive electrode or the negative electrode included in the LD 5 can be directly used as the electrode 6.

通常、LDユニット2には、LD5から照射されるレーザ光をコリメートするコリメートレンズを設けた構成とする。
コリメートレンズとして、図3に示したように速軸方向コリメートレンズ8と遅軸方向コリメートレンズ9が設けられるのが一般的である。
レーザ光を速軸方向コリメートレンズ8と遅軸方向コリメートレンズ9とを透過させてコリメートすることで、各LDユニットから照射されたレーザ光を集光レンズで1つに合成する際に、合成後のレーザ光の径が不用意に増大し、エネルギー密度が低減することを防止できる。
Usually, the LD unit 2 is provided with a collimating lens for collimating the laser light emitted from the LD 5.
As the collimating lens, a fast axis direction collimating lens 8 and a slow axis direction collimating lens 9 are generally provided as shown in FIG.
The laser light is transmitted through the fast axis collimating lens 8 and the slow axis collimating lens 9 and collimated to combine the laser light emitted from each LD unit into one by the condenser lens. The diameter of the laser beam can be prevented from increasing carelessly and the energy density can be prevented from decreasing.

速軸方向コリメートレンズ8は図3(a)に示したように、各LD5に対して共通のレンズを設けても良いし、図3(b)に示したように各LD5に対して個別のレンズを設けても良い。
遅軸方向コリメートレンズ9についても、図3では各LD5に対して個別に設けているが、各LD5に対して共通のレンズを使用しても良い。
The fast axis direction collimating lens 8 may be provided with a common lens for each LD 5 as shown in FIG. 3A, or may be provided individually for each LD 5 as shown in FIG. A lens may be provided.
The slow axis direction collimating lens 9 is also provided individually for each LD 5 in FIG. 3, but a common lens may be used for each LD 5.

ヒートシンク1の同じ段上のマウント面で隣り合うLDユニット2間の電気的接続には、図5に示したようにコンタクト10と称する所定の形状を有する導体板を使用する。
コンタクト10の両端を電極6にそれぞれ接続して、隣り合うLDユニット2を電気的に接続する。
図5(a)は独立した部品として電極6を設けた場合、図5(b)はLD5の正極、負極を電極6として使用した場合の、コンタクト10の設け方の一例である。
For electrical connection between the adjacent LD units 2 on the same mounting surface of the heat sink 1, a conductor plate having a predetermined shape called a contact 10 is used as shown in FIG.
Both ends of the contact 10 are respectively connected to the electrodes 6 and the adjacent LD units 2 are electrically connected.
FIG. 5A shows an example of how to provide the contact 10 when the electrode 6 is provided as an independent component, and FIG. 5B shows an example of how the contact 10 is provided when the positive electrode and the negative electrode of the LD 5 are used as the electrode 6.

コンタクト10を用いて隣り合うLDユニット2を電気的に接続する際、コンタクト10に補助コンタクト11を設けるのが好ましい。補助コンタクトとは、コンタクト10の電気容量を増加させる機能を有する部品のことである。   When the adjacent LD units 2 are electrically connected using the contact 10, it is preferable to provide the auxiliary contact 11 on the contact 10. The auxiliary contact is a component having a function of increasing the electric capacity of the contact 10.

補助コンタクト11としては、金属ブロックなど、一定の体積を有する導電性物質が利用できる。コンタクト10と補助コンタクト11を電気的に接触させることで、コンタクト10の体積が増加したと見なすことができ、結果としてコンタクト10の電気容量が増加する。 As the auxiliary contact 11, a conductive material having a certain volume, such as a metal block, can be used. By bringing the contact 10 and the auxiliary contact 11 into electrical contact, it can be considered that the volume of the contact 10 has increased, and as a result, the electrical capacity of the contact 10 increases.

高出力のレーザモジュールを駆動する際、駆動電流も大電流となる。補助コンタクト11を設けて電気容量を増加させることにより、大電流が安定して流れるようになり、レーザモジュールの動作が安定する。
また、大電流によって発生するコンタクト10における発熱を抑制することもできる。
When driving a high-power laser module, the drive current also becomes a large current. By providing the auxiliary contact 11 and increasing the electric capacity, a large current can flow stably, and the operation of the laser module is stabilized.
Further, heat generation in the contact 10 caused by a large current can be suppressed.

本発明に使用するヒートシンク1としては、図2に示したような、マウント面に導電部材収容部12を設けたものを使用するのが好ましい。
ヒートシンク1に導電部材収容部12を設けて、導電部材7の一部を、一端側電極6aと他端側電極6bを接続する途中で導電部材収容部12に収容することで、以下の効果が得られる。
As the heat sink 1 used in the present invention, it is preferable to use the heat sink 1 provided with the conductive member accommodating portion 12 on the mount surface as shown in FIG.
By providing the conductive member accommodating portion 12 in the heat sink 1 and accommodating a part of the conductive member 7 in the conductive member accommodating portion 12 in the middle of connecting the one end side electrode 6a and the other end side electrode 6b, the following effects are obtained. can get.

導電部材7を、LDユニット群の上方を跨ぐように設ける場合と比較して、高さ寸法を抑えることができるので、レーザモジュールの小型化に寄与できる。
また、不意に導電部材7の位置が変化して、レーザ光が導電部材7に照射されて損傷することも防止できる。
Compared with the case where the conductive member 7 is provided so as to straddle the LD unit group, the height dimension can be suppressed, which can contribute to the miniaturization of the laser module.
In addition, it is possible to prevent the conductive member 7 from being accidentally changed in position and being irradiated with laser light and being damaged.

ヒートシンク1に導電部材収容部12を設ける際は、図6に示したように、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳しない位置に設けるのが好ましい。
レーザ照射時にLD5が発熱源となるが、導電部材収容部12をこの位置とすることで、LD5とヒートシンク1の表面との間の伝熱距離が短くなるとともに、伝熱面積を多く取ることができるので、LD5の放熱を効率よく行うことができる。
When the conductive member accommodating portion 12 is provided on the heat sink 1, it is preferable to provide the conductive member accommodating portion 12 at a position that does not overlap with the LD 5 when the laser module is viewed from above, as shown in FIG.
Although the LD 5 serves as a heat source during laser irradiation, the heat transfer distance between the LD 5 and the surface of the heat sink 1 can be shortened and a heat transfer area can be increased by setting the conductive member housing portion 12 at this position. Therefore, the heat radiation of the LD 5 can be performed efficiently.

さらに、LD5の放熱を促すために、冷媒を流すための冷却管13をヒートシンク1に形成するのが好ましい。冷媒によってヒートシンク1を冷却することにより、LD5の放熱をより効率よく行うことができる。   Furthermore, in order to promote the heat radiation of the LD 5, it is preferable to form a cooling pipe 13 for flowing the refrigerant in the heat sink 1. By cooling the heat sink 1 with the refrigerant, the heat radiation of the LD 5 can be performed more efficiently.

冷却管13を形成する際、冷却管13の位置は、図6に示したように、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳する位置に設けるのが好ましい。
冷却管13をこの位置とすることで、LD5と冷却管13との間の距離が短くなり、LD5の放熱をさらに効率よく行うことができる。
When the cooling tube 13 is formed, the position of the cooling tube 13 is preferably provided at a position overlapping the LD 5 when the laser module is viewed from above, as shown in FIG.
By setting the cooling pipe 13 to this position, the distance between the LD 5 and the cooling pipe 13 is shortened, and the heat dissipation of the LD 5 can be performed more efficiently.

ヒートシンク1に直接冷却管13を設けることが困難な場合は、冷却管13を設けた冷却板にヒートシンク1を設置した構造としても良い。この場合でも、冷却管13の位置は、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳する位置に設けるのが好ましい。 When it is difficult to provide the cooling pipe 13 directly on the heat sink 1, a structure in which the heat sink 1 is installed on a cooling plate provided with the cooling pipe 13 may be used. Even in this case, the cooling tube 13 is preferably provided at a position overlapping the LD 5 when the laser module is viewed from above.

本発明の実施例として、図7に示す本発明のレーザモジュールを使用した、2kWクラスのレーザ光を出力するレーザ装置を作成した。   As an example of the present invention, a laser device was produced that used the laser module of the present invention shown in FIG.

LDユニット2として、図3に示した、LD5を3個使用したものを使用する。
LD5は市販されている波長915nm、出力12W、消費電圧1.8Vのものを使用し、LDユニット2の1個当たりのレーザ出力を36W、消費電圧5.4Vとした。
As the LD unit 2, a unit using three LDs 5 shown in FIG. 3 is used.
A commercially available LD5 having a wavelength of 915 nm, an output of 12 W, and a consumption voltage of 1.8 V was used, and the laser output per LD unit 2 was set to 36 W and the consumption voltage was 5.4 V.

LDユニット2に設けたLD群の出射面の直近に、速軸方向コリメートレンズ8として第1のシリンドリカルレンズを設け、さらにユニット台座3の表面に遅軸方向コリメートレンズ9として第2のシリンドリカルレンズを設けた。
すなわち、LD5から照射されたレーザ光は速軸方向コリメートレンズ8、次いで遅軸方向コリメートレンズ9を透過して、コリメートされることになる。
A first cylindrical lens is provided as the fast axis collimating lens 8 in the immediate vicinity of the exit surface of the LD group provided in the LD unit 2, and a second cylindrical lens is provided as the slow axis collimating lens 9 on the surface of the unit base 3. Provided.
That is, the laser light emitted from the LD 5 is collimated through the fast axis collimating lens 8 and then through the slow axis collimating lens 9.

LD台座4の両端に、LD5を駆動する電流を供給するための電極6を設けた。   Electrodes 6 for supplying a current for driving the LD 5 were provided at both ends of the LD base 4.

以上のように構成したLDユニット2を68個使用して、計算上2.448kWのレーザ光を出力するレーザモジュールを構成する。LDユニット2を設けるヒートシンク1として、LDユニットを横4列に配置できるマウント面が階段状に17段形成されているものを使用する。ヒートシンク1の材料は銅とした。 A laser module that outputs a laser beam of 2.448 kW is calculated using 68 LD units 2 configured as described above. As the heat sink 1 on which the LD unit 2 is provided, a heat sink having 17 stepped mount surfaces on which LD units can be arranged in four horizontal rows is used. The material of the heat sink 1 was copper.

ヒートシンク1のマウント面の段差は、LDユニット2を設けた際に、下段側に設けたLDユニット2が、上段側に設けたLDユニット2が照射するレーザ光を遮らない高さに設定する。 When the LD unit 2 is provided, the step on the mounting surface of the heat sink 1 is set to a height at which the LD unit 2 provided on the lower stage side does not block the laser light emitted by the LD unit 2 provided on the upper stage side.

ヒートシンク1の最下段以外の各マウント面に、導電部材収容部12として溝を設けた。
溝の位置は、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳しない位置になるよう、各マウント面の手前寄りに設けた。
Grooves were provided as conductive member accommodating portions 12 on each mount surface other than the lowermost stage of the heat sink 1.
The position of the groove was provided in front of each mount surface so that it would not overlap with the LD 5 when the laser module was viewed from above.

ヒートシンク1にはLD5の冷却を促す冷媒を流すための冷却管13も設けた。
冷却管13は、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳する位置になるよう、ヒートシンク1の奥から手前に向かって4本設けた。
冷却管13は、冷媒を連続的に供給するポンプに接続される。
The heat sink 1 is also provided with a cooling pipe 13 for flowing a coolant that promotes cooling of the LD 5.
Four cooling tubes 13 are provided from the back of the heat sink 1 toward the front so that the cooling modules 13 may overlap with the LD 5 when the laser module is viewed from above.
The cooling pipe 13 is connected to a pump that continuously supplies the refrigerant.

ヒートシンク1に設けた溝に、導電部材7として電線を収容した。LD駆動時の発熱を考慮し、電線は導体に耐熱性の高いシリコーンゴムを被覆したものを使用した。また、電線の両端には電極6との接続に使用する端子を設けた。   An electric wire was accommodated as the conductive member 7 in the groove provided in the heat sink 1. In consideration of heat generation during LD driving, the wires used were conductors coated with silicone rubber with high heat resistance. Moreover, the terminal used for a connection with the electrode 6 was provided in the both ends of the electric wire.

電線を溝に収容した後、マウント面にLDユニット2を固定した。
マウント面へのLDユニット2の固定には、予めマウント面にネジ穴、ユニット台座3に固定ネジが通る貫通孔を(共に図示せず)を設けておき、ネジ固定を使用した。
After the electric wire was accommodated in the groove, the LD unit 2 was fixed to the mount surface.
For fixing the LD unit 2 to the mount surface, a screw hole was previously provided in the mount surface, and through holes (both not shown) through which the fixing screw was passed through the unit base 3 were used.

隣り合うLDユニット2を、銅板を所定の形状に加工したコンタクト10で電気的に接続し、補助コンタクト11として、銅のブロック材を、電気的に接触するよう各コンタクト10上に固定した。 Adjacent LD units 2 were electrically connected by contacts 10 formed by processing a copper plate into a predetermined shape, and a copper block material was fixed on each contact 10 as an auxiliary contact 11 so as to be in electrical contact.

実施例に用いたコンタクト10と補助コンタクト11の具体的な固定方法を図8に示す。
なお、この固定方法は図7には図示していない。
予めマウント面(ヒートシンク1)にネジ穴、コンタクト10と補助コンタクト11には固定ネジが通る貫通孔を設けておき、ネジ固定によって固定した。なお、固定ネジとの短絡を防ぐため、貫通孔には絶縁処理が施される。
A specific method for fixing the contact 10 and the auxiliary contact 11 used in the embodiment is shown in FIG.
This fixing method is not shown in FIG.
The mounting surface (heat sink 1) was previously provided with a screw hole, and the contact 10 and the auxiliary contact 11 were provided with a through-hole through which a fixing screw was passed, and fixed by screw fixing. In addition, in order to prevent a short circuit with the fixing screw, the through hole is subjected to insulation treatment.

コンタクト10とヒートシンク1が予期せぬ異物などによって短絡してしまうことを防ぐために、コンタクト10とヒートシンク1の間には絶縁体としてセラミック製のリングを設けた。
また、固定ネジの頭と補助コンタクト11との短絡を防ぐため、両者の間にも絶縁体としてセラミック製のリングを設けた。
In order to prevent the contact 10 and the heat sink 1 from being short-circuited by an unexpected foreign matter or the like, a ceramic ring is provided as an insulator between the contact 10 and the heat sink 1.
Further, in order to prevent a short circuit between the head of the fixing screw and the auxiliary contact 11, a ceramic ring was provided as an insulator between them.

図8に示したコンタクト10と補助コンタクト11の固定方法は一例であり、その他の固定方法を用いても良い。   The method of fixing the contact 10 and the auxiliary contact 11 shown in FIG. 8 is an example, and other fixing methods may be used.

コンタクト10、補助コンタクト11の固定が完了したら、図7に示したように、マウント面のA端側に設置したLDユニット2のA端側の電極6に、そのLDユニット2が設置されたマウント面の溝に収容された電線の端子を接続し、1つ下段のマウント面のB端側に設置したLDユニット2のB端側の電極に、1つ上段のマウント面の溝に収容された電線の端子を接続して、各段に設置されたLDユニット2を電気的に直列に接続した。   When the fixing of the contact 10 and the auxiliary contact 11 is completed, as shown in FIG. 7, the mount in which the LD unit 2 is installed on the electrode 6 on the A end side of the LD unit 2 installed on the A end side of the mount surface. The terminal of the electric wire accommodated in the groove on the surface is connected, and the electrode on the B end side of the LD unit 2 installed on the B end side of the lower mounting surface is accommodated in the groove on the upper mounting surface. The terminal of the electric wire was connected, and the LD unit 2 installed in each stage was electrically connected in series.

LDユニット2を駆動する電源装置(図7では図示せず)には電圧200Vのものを2台使用し、それぞれを上段側9段分のマウント面に設置されたLDユニット群と、下段側8段分のマウント面に設置されたLDユニット群に接続し、上段側と下段側とで別の電気系統となるように構成し、レーザモジュールを完成させた。   Two power supply devices (not shown in FIG. 7) for driving the LD unit 2 having a voltage of 200V are used, each of which is a group of LD units installed on the mount surface for the upper 9 stages and the lower 8 The laser module was completed by connecting to the LD unit group installed on the mounting surface for the steps and configuring the upper side and the lower side as separate electric systems.

上段側と下段側とで電気系統を分けた理由は、使用する全てのLDユニット2を直列に接続すると消費電圧が367.2Vとなり、200Vの電源装置では電圧が不十分となるからである。
電源装置の電圧を上げて、全てのLDユニット2を直列に接続した態様も考えられるが、実施例では電源装置の取扱いの容易さを考慮して、200Vの電源装置を2台使用する態様を取った。
The reason why the electric system is divided between the upper stage side and the lower stage side is that when all the LD units 2 to be used are connected in series, the consumption voltage becomes 367.2V, and the voltage of the power supply device of 200V becomes insufficient.
Although a mode in which all the LD units 2 are connected in series is possible by raising the voltage of the power supply device, in the embodiment, in consideration of ease of handling of the power supply device, a mode in which two 200 V power supply devices are used is used. I took it.

以上のようにして完成したレーザモジュールを、集光レンズを備えた筐体に収容し、LDユニット群から照射された各レーザ光が集光レンズによって1点に集光されるよう構成して、レーザ装置を完成させた。   The laser module completed as described above is housed in a housing having a condensing lens, and each laser beam irradiated from the LD unit group is configured to be condensed at one point by the condensing lens, The laser device was completed.

冷却管13に冷媒として水を流しながらレーザ装置を駆動させ、装置から出射されたレーザ光の出力を計測し、2.2kWの出力が得られることを確認した。計算上は2.448kWの出力であるが、レンズの透過時に出力の一部が吸収されることなど、実使用環境における出力のロスなどを考慮すると、2kWクラスのレーザ光を出力するレーザ装置として必要十分な出力を得ることができたと言える。 The laser device was driven while flowing water as a coolant through the cooling pipe 13, and the output of the laser beam emitted from the device was measured, and it was confirmed that an output of 2.2 kW was obtained. Although it is an output of 2.448 kW in calculation, considering a loss of output in an actual use environment such as a part of the output being absorbed when passing through the lens, it is a laser device that outputs a laser beam of 2 kW class. It can be said that the necessary and sufficient output was obtained.

加えて、レーザ装置の駆動中、LD5及びレーザモジュールが過度に発熱することなく、動作・出力が安定していることも確認できた。   In addition, it was also confirmed that the operation and output were stable without excessive heating of the LD 5 and the laser module during driving of the laser device.

以上の通り、本発明によって生産性に優れると共に、必要十分な性能を有するレーザモジュールを得ることができた。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a laser module that is excellent in productivity and has necessary and sufficient performance.

本発明のレーザモジュールは材料加工用のレーザ装置をはじめ、複数のLDユニットを階段状に並べた構成が必要となる各種のレーザ装置に利用できる。
また、以上の文中ではヒートシンクの各段のマウント面上に複数のLDユニットを設置する場合について述べたが、各段のマウント面上に設置するLDユニットが1つの場合でも本発明を適用することができる。
The laser module of the present invention can be used for various laser devices that require a structure in which a plurality of LD units are arranged in a step shape, including a laser device for material processing.
In the above description, the case where a plurality of LD units are installed on the mounting surface of each stage of the heat sink has been described. However, the present invention can be applied even when there is one LD unit installed on the mounting surface of each stage. Can do.

1 ヒートシンク
2 LDユニット
3 ユニット台座
4 LD台座
5 LD(レーザダイオード)
6 電極
6a 一端側の電極
6b 他端側の電極
7 導電部材
8 速軸コリメートレンズ
9 遅軸コリメートレンズ
10 コンタクト
11 補助コンタクト
12 導電部材収容部
13 冷却管
1 Heat Sink 2 LD Unit 3 Unit Base 4 LD Base 5 LD (Laser Diode)
6 Electrode 6a One end side electrode 6b The other end side electrode 7 Conductive member 8 Fast axis collimating lens 9 Slow axis collimating lens 10 Contact 11 Auxiliary contact 12 Conducting member accommodating portion 13 Cooling pipe

Claims (4)

階段状の複数のマウント面を有するヒートシンクと、該マウント面に設置された複数のレーザダイオード(LD)ユニットで構成されるレーザモジュールであって、
該LDユニットは、ユニット台座上に少なくとも1つのLDを設けることで構成されており、
該ヒートシンクの上段側のマウント面に設置されたLDユニットから照射されるレーザ光が、該ヒートシンクの下段側のマウント面に設置されたLDユニットに遮られないように、該LDユニットは該マウント面に設置されているとともに、
該ヒートシンクの任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニットの該一端側に存在する電極と、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニットの該他端側に存在する電極とが、導電部材によって電気的に接続されており、
該導電部材の一部は、該一端側に存在する電極と該他端側に存在する電極を接続する途中で、該レーザモジュールを真上から平面視した際に、該レーザダイオードと重畳しないよう、該ヒートシンクのマウント面に設けられた導電部材収容部に収容されていることを特徴とするレーザモジュール。
A laser module comprising a heat sink having a plurality of step-shaped mounting surfaces and a plurality of laser diode (LD) units installed on the mounting surface,
The LD unit is configured by providing at least one LD on a unit base,
The LD unit is mounted on the mount surface so that the laser light emitted from the LD unit installed on the upper mount surface of the heat sink is not blocked by the LD unit installed on the lower mount surface of the heat sink. And installed in
An electrode present on the one end side of the LD unit installed on one end side of the mount surface of an arbitrary step of the heat sink, and the LD unit installed on the other end side of the mount surface lower than the arbitrary step The electrode on the other end side is electrically connected by a conductive member ,
Part of the conductive member is not overlapped with the laser diode when the laser module is viewed in plan from directly above while connecting the electrode existing on the one end side and the electrode existing on the other end side. The laser module is housed in a conductive member housing provided on the mount surface of the heat sink.
冷媒を流すための冷却管が、該ヒートシンクに形成されていることを特徴とする、請求A cooling pipe for flowing a refrigerant is formed in the heat sink,
項1に記載のレーザモジュール。Item 2. The laser module according to Item 1.
冷媒を流すための冷却管が形成された冷却板上に、該ヒートシンクが設置されたことを特徴とする、請求項1に記載のレーザモジュール。2. The laser module according to claim 1, wherein the heat sink is installed on a cooling plate on which a cooling pipe for flowing a refrigerant is formed. 該冷却管は、該レーザモジュールを真上から平面視した際に、該レーザダイオードと重畳する位置に設けられていることを特徴とする、請求項2または3に記載のレーザモジュール。4. The laser module according to claim 2, wherein the cooling pipe is provided at a position overlapping with the laser diode when the laser module is viewed from above.
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