CN107240855A - 激光振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过在耐久性、成本以及绝缘固定作业的操作性上优异的绝缘固定来将激光二极管模块固定于冷却板的激光振荡器。具备具有一个或多个激光二极管光源的激光二极管模块(10)的激光振荡器(1)的激光二极管模块(10)设置在导热性绝缘构件(23)之上，所述导热性绝缘构件(23)设置在冷却板(21)之上。激光振荡器(1)的激光二极管模块(10)借助固定于冷却板(21)的弹性绝缘构件(25)来固定于冷却板(21)。

Description

激光振荡器
技术领域
本发明涉及一种具备具有激光二极管光源的激光二极管模块的激光振荡器。
背景技术
在使用于金属、树脂材料等的切割、焊接等的激光振荡器中，作为光源或激励用光源而搭载有激光二极管模块。在激光二极管模块的激光二极管电源为绝缘规格的情况下，无需使激光二极管模块相对于其它构件电绝缘，但是在激光二极管电源为非绝缘规格的情况下，对将激光二极管模块固定于其它构件的结构要求电绝缘(绝缘固定)。另外，对该进行固定的结构要求冷却性能，需要兼顾电绝缘性和冷却性能。
例如，提出了如下一种方法：具备在散热器与激光二极管模块之间具有用于热传导的填充剂和绝缘件的结构，利用按压治具从上方按压来固定激光二极管模块(例如参照专利文献1)。另外，例如提出了如下一种技术：使激光二极管模块的固定构件具有热传导性，并且将位于更上方的盖部设为放热的结构，来实现高效的冷却方法(例如参照专利文献2)。另外，例如提出了一种在绝缘基板之上配置激光二极管的构造(例如参照专利文献3)。可以认为绝缘基板与激光二极管的接合方法通常使用基于芯片粘结(die bonding)的接合。
专利文献1：日本特开2010-283197号公报
专利文献2：日本特开2005-093507号公报
专利文献3：日本特开2003-101085号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述专利文献1中记载的固定激光二极管模块的方法中，如前述那样利用按压治具从上方按压来固定激光二极管模块，但是在该情况下，需要吸收因各部件的公差而产生的治具与激光二极管模块的高度差的机构。但是，在该公报中并没有关于该机构的记载，因而若利用该公报记载的方法进行固定，则有可能在按压治具与激光二极管模块之间产生间隙，或者过大的按压力作用于激光二极管模块而导致激光二极管模块变形。另外，在该公报中并未公开使按压治具与激光二极管模块电绝缘的方法。
另外，在上述专利文献2中记载的冷却方法中，虽然实现了高效的冷却方法，但是无法实现电绝缘。另外，在上述专利文献3中记载的冷却方法中，在固定具备多个激光二极管的激光二极管模块的情况下，由于激光二极管模块比激光二极管大，因此不适合芯片粘结。若将该公报中记载的冷却方法用于激光二极管模块的固定，则操作性变差。
本发明的目的在于提供一种通过在耐久性、成本以及绝缘固定作业的操作性上优异的绝缘固定来将激光二极管模块固定于冷却板的激光振荡器。
用于解决问题的方案
在本发明所涉及的具备具有一个或多个激光二极管光源的激光二极管模块(例如后述的激光二极管模块10)的激光振荡器(例如后述的激光二极管模块单元1)中，所述激光二极管模块设置在导热性绝缘构件(例如后述的导热性绝缘构件23)之上，并借助固定于冷却板(例如后述的冷却板21)的弹性绝缘构件(例如后述的弹性绝缘构件25)固定于所述冷却板，所述导热性绝缘构件设置在所述冷却板之上。
所述导热性绝缘构件也可以具有粘合性。另外，所述弹性绝缘构件也可以具有绝缘构件(例如后述的绝缘构件25B)和可弹性变形的金属制的板(例如后述的金属制的板26B)。另外，所述金属制的板也可以由激光二极管模块容纳壳体(例如后述的容纳壳体27C)的一部分构成。
另外，所述弹性绝缘构件(例如后述的绝缘构件25D)也可以具备热传导性。另外，所述激光二极管模块的上部也可以具有开放的构造。所述激光二极管模块容纳壳体(例如后述的容纳壳体27C)也可以在上方向重叠。另外，一个所述激光二极管模块的所述弹性绝缘构件(例如后述的绝缘构件25E)也可以具有另一个所述激光二极管模块(例如后述的激光二极管模块10E)和绝缘构件(例如后述的绝缘构件25E)。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种通过在耐久性、成本以及绝缘固定作业的操作性上优异的绝缘固定来将激光二极管模块固定于冷却板的激光振荡器。
附图说明
图1是表示构成第一实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1的概要截面图。
图2是表示构成第二实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1A的概要截面图。
图3是表示构成第三实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1B的概要截面图。
图4是表示构成第四实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1C的概要截面图。
图5是表示构成第五实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1D的概要截面图。
图6是表示构成第六实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1E的概要截面图。
图7是表示构成第七实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1F的概要截面图。
图8是表示构成第八实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1G的概要截面图。
附图标记说明
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G：激光二极管模块单元(激光振荡器)；10、10E：激光二极管模块；21：冷却板；23、23A：导热性绝缘构件；25：弹性绝缘构件；25B、25D、25E：绝缘构件；26B：金属制的板；27C、27G：容纳壳体。
具体实施方式
下面，对本发明的第一实施方式进行说明。图1是表示构成第一实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1的概要截面图。
激光二极管模块单元1具备具有一个或多个激光二极管光源的激光二极管模块10。激光二极管模块10具有激光二极管(LD：Laser Diode)11，并通过从激光二极管电源(未图示)被供给电力来发射激光。在激光二极管模块单元1由DDL(Direct Diode Laser：直接二极管激光器)构成的情况下，激光用于直接加工等，在激光二极管模块单元1由光纤激光器构成的情况下，激光被用作激励光。为了长时间维持稳定的光束质量，对激光二极管模块10进行冷却是重要的，因此将激光二极管模块10设置于冷却板21上。
具体地说，激光二极管模块10设置在导热性绝缘构件23之上。导热性绝缘构件23设置在冷却板21之上。作为导热性绝缘构件23，可以使用添加填料来强化热传导性的氟橡胶、全氟弹性体等橡胶材料、陶瓷等。
激光二极管模块10借助固定于冷却板21的弹性绝缘构件25而固定于冷却板21。弹性绝缘构件25以覆盖激光二极管模块10的方式从激光二极管模块10的上方与激光二极管模块10的模块主体13的上部抵接。弹性绝缘构件25的与模块主体13的上部抵接的部分251的壁厚构成为大于弹性绝缘构件25的其它部分的壁厚，使得能够以适当的按压力将激光二极管模块10按压于导热性绝缘构件23和冷却板21。
另外，通过弹性绝缘构件25来向下方按压激光二极管模块10。在将弹性绝缘构件25固定于冷却板21时，不需要使弹性绝缘构件25与冷却板21之间绝缘，因此在将弹性绝缘构件25的下部固定于冷却板21时，不需要使用具有绝缘性的树脂螺钉等。弹性绝缘构件25的下部通过铁螺钉31固定于冷却板21。弹性绝缘构件25向冷却板21的固定并不限定于使用铁螺钉31，例如也可以通过将预先在弹性绝缘构件25上设置的孔挂在预先在冷却板21上设置的钩状的突起物上而卡合。
作为弹性绝缘构件25，例如可以使用氟橡胶、全氟弹性体等橡胶材料。弹性绝缘构件25通过具有弹性来吸收激光二极管模块10、冷却板21的尺寸公差，通过弹性绝缘构件25的弹性而以适当的力来固定激光二极管模块10。通过容纳壳体27来覆盖并容纳激光二极管模块10、导热性绝缘构件23、弹性绝缘构件25以及铁螺钉31。
如以上那样，根据本实施方式，在具备具有一个或多个激光二极管光源的激光二极管模块10的激光二极管模块单元1中，激光二极管模块10设置在导热性绝缘构件23之上，并借助固定于冷却板21的弹性绝缘构件25而固定于冷却板21，所述导热性绝缘构件23设置在冷却板21之上。
由此，在固定激光二极管模块10时，不需要为了确保绝缘而使用PPS(聚苯硫醚)、PTFE(聚四氟乙烯)等工程塑料制的绝缘性螺钉，而能够使用铁螺钉31等金属制螺钉将弹性绝缘构件25固定于冷却板21来确保绝缘，并且能够将激光二极管模块10以确保了绝缘的状态固定于冷却板21。另外，由于弹性绝缘构件25具有弹性，因此无需准确地定位激光二极管模块10。由此，能够提供如下的激光二极管模块单元1：在该激光二极管模块单元1中，通过在耐久性、成本以及绝缘固定作业的操作性上优异的绝缘固定将激光二极管模块10固定于冷却板21。
接下来，参照图2对基于本发明的第二实施方式的激光振荡器进行说明。图2是表示构成第二实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1A的概要截面图。
在基于第二实施方式的激光二极管模块单元1A中，导热性绝缘构件23A与基于第一实施方式的导热性绝缘构件23不同。关于除此以外的结构，由于与基于第一实施方式的激光二极管模块单元1的结构相同，因此对与第一实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
激光二极管模块单元1A的导热性绝缘构件23A由具有粘合性的材料形成。作为具有粘合性的材料，可以使用橡胶类粘合材料、丙烯酸类粘合材料、硅类粘合材料等，在本实施方式中使用了在耐热性、耐候性上优异的硅类粘合材料。由此，激光二极管模块10设置在导热性绝缘构件23A之上，粘合并固定于导热性绝缘构件23A。导热性绝缘构件23A设置在冷却板21之上，粘合并固定于冷却板21。
像以上那样，根据本实施方式，导热性绝缘构件23A具有粘合性。由此，能够防止在将激光二极管模块10配置于导热性绝缘构件23A时的激光二极管模块10相对于导热性绝缘构件23A的位置偏移以及导热性绝缘构件23A相对于冷却板21的位置偏移，使得能够容易地进行激光二极管模块10相对于导热性绝缘构件23A的定位以及导热性绝缘构件23A相对于冷却板21的定位，从而能够容易地组装激光二极管模块单元1A。
接下来，参照图3对基于本发明的第三实施方式的激光振荡器进行说明。图3是表示构成第三实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1B的概要截面图。
在基于第三实施方式的激光二极管模块单元1B中，弹性绝缘构件由绝缘构件25B和具有弹性的金属制的板26B构成，这一点与第二实施方式不同。关于除此以外的结构，由于与基于第二实施方式的激光二极管模块单元1A的结构相同，因此对与第二实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
绝缘构件25B载置于激光二极管模块10的模块主体13的上部，从激光二极管模块10的上方与模块主体13的上板131抵接。如图3所示，金属制的板26B以覆盖激光二极管模块10以及载置于模块主体13的上板131的绝缘构件25B的方式从绝缘构件25B的上方与绝缘构件25B抵接。金属制的板26B的下部通过铁螺钉31固定于冷却板21。即，利用金属制的板26B的弹性并借助绝缘构件25B向下方按压激光二极管模块10，由此激光二极管模块10隔着导热性绝缘构件23A固定于冷却板21。金属制的板26B例如能够使用弹簧钢等。另外，金属制的板也可以设为具有多段弯折部的结构。由此，能够强化金属制的板的弹性。
像以上那样，根据本实施方式，弹性绝缘构件具有绝缘构件25B和可弹性变形的金属制的板26B。由此，利用具有由弹性变形产生的弹性的金属制的板26B来按压并固定激光二极管模块10，由此能够在使通过该按压而施加于激光二极管模块10的力分散的同时，可靠地将激光二极管模块10固定于冷却板21。
接下来，参照图4对基于本发明的第四实施方式的激光振荡器进行说明。图4是表示构成第四实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1C的概要截面图。
在基于第四实施方式的激光二极管模块单元1C中，金属制的板由容纳激光二极管模块10的容纳壳体27C的一部分构成，这一点与第三实施方式不同。关于除此以外的结构，与基于第三实施方式的激光二极管模块单元1B的结构相同，因此对与第三实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
在激光二极管模块单元1C中，金属制的板由具有弹性的容纳壳体27C的一部分构成。另外，容纳壳体27C的上下方向的高度构成为比第一实施方式至第三实施方式中的容纳壳体27的上下方向的高度低。绝缘构件25B的上表面与容纳壳体27C的顶板273C的下表面抵接。因而，激光二极管模块10借助容纳壳体27C固定于冷却板21。
像以上那样，根据本实施方式，金属制的板由容纳激光二极管模块10的容纳壳体27C的一部分构成。由此，由容纳壳体27C兼作金属制的板，无需与容纳壳体27C相分别地设置金属制的板，从而能够在激光二极管模块单元1C中削减用于将激光二极管模块10固定于冷却板21的结构所用的部件个数。
接下来，参照图5对基于本发明的第五实施方式的激光振荡器进行说明。图5是表示构成第五实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1D的概要截面图。
在基于第五实施方式的激光二极管模块单元1D中，构成弹性绝缘构件的绝缘构件25D具备热传导性，这一点与第四实施方式不同。关于除此以外的结构，由于与基于第四实施方式的激光二极管模块单元1C的结构相同，因此对与第四实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
绝缘构件25D具备热传导性，构成为能够从激光二极管模块10经由绝缘构件25D进行散热。由此，能够设为将激光二极管模块10的热经由绝缘构件25D传递至容纳壳体27C的结构，从而能够强化激光二极管模块10的冷却。
接下来，参照图6对基于本发明的第六实施方式的激光振荡器进行说明。图6是表示构成第六实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1E的概要截面图。
在基于第六实施方式的激光二极管模块单元1E中，激光二极管模块10E的模块主体13E的上部具有开放的构造，这一点与第五实施方式不同。关于除此以外的结构，由于与基于第五实施方式的激光二极管模块单元1D的结构相同，因此对与第五实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
如图6所示，激光二极管模块10E的模块主体13E的上部形成有开口131E，具有开放的结构。构成弹性绝缘构件的绝缘构件25E的壁厚构成为大于第五实施方式中的绝缘构件25D的壁厚，并具备热传导性。绝缘构件25E的下表面封闭模块主体13E的上部的开口131E，绝缘构件25E的上表面与容纳壳体27C的顶板273C的下表面抵接。因而，模块主体13E借助容纳壳体27C固定于冷却板21。
像以上那样，根据本实施方式，由于激光二极管模块10E的模块主体13E的上部具有开放的构造，因此在激光二极管模块10E的模块主体13E中无需上板131(参照图3)，从而能够削减对激光二极管模块10E的模块主体13E设置上板131的工序。另外，能够减少构成模块主体13E的部件个数，另外能够省略进行上板131与侧壁134之间的密封的密封工序。另外，由于利用绝缘构件25E封闭开口131E，因此能够设为通过绝缘构件25E使激光二极管模块10E中的具有开口131E的模块主体13E密闭的结构。
接下来，参照图7对基于本发明的第七实施方式的激光振荡器进行说明。图7是表示构成第七实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1F的概要截面图。
在基于第七实施方式的激光二极管模块单元1F中，容纳激光二极管模块10E的容纳壳体27C在上方向重叠，这一点与第六实施方式不同。关于除此以外的结构，由于与基于第六实施方式的激光二极管模块单元1E的结构相同，因此对与第六实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
如图7所示，激光二极管模块单元1F构成为在上下方向上共层叠三个激光二极管模块单元1E，所述激光二极管模块单元1E具有固定于冷却板21且被容纳壳体27C覆盖的多个激光二极管模块10E。中层的激光二极管模块单元1E的冷却板21的下表面载置于最下层的激光二极管模块单元1E的容纳壳体27C的顶板273C的上表面。最上层的激光二极管模块单元1E的冷却板21的下表面载置于中层的激光二极管模块单元1E的容纳壳体27C的顶板273C的上表面。
像以上那样，根据本实施方式，容纳激光二极管模块10E的容纳壳体27C在上方向重叠。因此，能够从容纳壳体27C的顶板273C的上表面上载置的冷却板21获得容纳壳体27C的顶板273C的冷却效果，从而能够进一步提高冷却效率，强化激光二极管模块10E的冷却。
接下来，参照图8对基于本发明的第八实施方式的激光振荡器进行说明。图8是表示构成第八实施方式所涉及的激光振荡器的激光二极管模块单元1G的概要截面图。
在基于第八实施方式的激光二极管模块单元1G中，一个激光二极管模块10E(图8中的下侧的激光二极管模块10E)的弹性绝缘构件具有另一个激光二极管模块10E(图8中的上侧的激光二极管模块10E)和绝缘构件25E，这一点与第七实施方式不同。而且，在基于第八实施方式的激光二极管模块单元1G中，另一个激光二极管模块10E相对于一个激光二极管模块10E上下颠倒，并隔着绝缘构件25E重叠于一个激光二极管模块10E，这一点与第七实施方式不同。关于除此以外的结构，由于与基于第七实施方式的激光二极管模块单元1F的结构相同，因此对与第七实施方式中的各结构相同的结构标注相同的标记而省略说明。
如图8所示，激光二极管模块单元1G的容纳壳体27G不具有顶板273C(参照图7)。一个容纳壳体27G(图8中的下侧的容纳壳体27G)的上端具有开口271G而开放。使另一个容纳壳体27G(图8中的上侧的容纳壳体27G)的上端(在图8中，由于被上下颠倒，因此是下端)的开口271G与一个容纳壳体27G的上端的开口271G抵接来进行连接。另外，另一个激光二极管模块10E被上下颠倒来与绝缘构件25E的上表面连接，以使对一个激光二极管模块10E的模块主体13E的开口131E进行封闭的绝缘构件25E的上表面封闭另一个激光二极管模块10E的模块主体13E的开口131E。即，一个激光二极管模块10E的弹性绝缘构件由另一个激光二极管模块10E和绝缘构件25E构成。而且，一个激光二极管模块10E通过绝缘构件25E、另一个激光二极管模块10E、图8的上侧的导热性绝缘构件23A以及上侧的冷却板21、图8的上侧及下侧的容纳壳体27G而被按压来固定于图8的下侧的导热性绝缘构件23A以及下侧的冷却板21。
像以上那样，根据本实施方式，一个激光二极管模块10E的弹性绝缘构件具有另一个激光二极管模块10E和绝缘构件25E。因此，在容纳壳体27G中无需顶板273C(参照图7)，成为激光二极管模块10E之间相互按压的结构，因此能够使将激光二极管模块10E固定于冷却板21的结构为部件个数少的结构。另外，由于冷却板21配置在激光二极管模块10E的上下方，因此从上下方冷却激光二极管模块10E，激光二极管模块10E附近的气体也容易循环，因此冷却得到强化。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于前述的实施方式。另外，本实施方式中记载的效果只不过是列举了本发明所产生的最佳效果，基于本发明的效果并不限定于本实施方式中记载的效果。
例如，激光振荡器的结构、更具体地说是将激光二极管模块固定于冷却板的结构并不限定为上述实施方式中的各部的结构。
例如，在基于第八实施方式的激光二极管模块单元1G中，作为弹性绝缘构件的绝缘构件25E具备热传导性，但是并不限定于该结构。

Claims (8)

1.一种激光振荡器，具备具有一个或多个激光二极管光源的激光二极管模块，
所述激光二极管模块设置在导热性绝缘构件之上，并借助固定于冷却板的弹性绝缘构件来固定于所述冷却板，所述导热性绝缘构件设置在所述冷却板之上。
2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，
所述导热性绝缘构件具有粘合性。
3.根据权利要求2所述的激光振荡器，其特征在于，
所述弹性绝缘构件具有绝缘构件和可弹性变形的金属制的板。
4.根据权利要求3所述的激光振荡器，其特征在于，
所述金属制的板由激光二极管模块容纳壳体的一部分构成。
5.根据权利要求4所述的激光振荡器，其特征在于，
所述弹性绝缘构件具备热传导性。
6.根据权利要求5所述的激光振荡器，其特征在于，
所述激光二极管模块的上部具有开放的构造。
7.根据权利要求6所述的激光振荡器，其特征在于，
所述激光二极管模块容纳壳体在上方向重叠。
8.根据权利要求2所述的激光振荡器，其特征在于，
一个所述激光二极管模块的所述弹性绝缘构件具有另一个所述激光二极管模块和绝缘构件。
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