JP2016225527A - レーザ発光装置、エンジン点火プラグシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部が駆動される場合であっても、発光本体部の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体を冷却することのできるレーザ発光装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を出射する発光本体部２６と、発光本体部２６の熱を放熱すべく発光本体部２６に宛がわれる放熱部材（３２）と、放熱部材へ向けた気流を生じさせる送風機構（３３）と、発光本体部２６に電流を供給する導電体（１２）と、を備えるレーザ発光装置１０である。導電体には、送風機構により生じる気流の一部（矢印Ａ２）が当てられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ発光装置およびエンジン点火プラグシステムに関する。

レーザ発光装置では、例えば、レーザ発光源を有する発光本体部から高出力なレーザ光を出力する構成とすることで、出力するレーザ光を内燃機関の点火に用いること（エンジン点火プラグシステム）が考えられている。

このようなレーザ発光装置では、発光本体部が高温とされると寿命が短くなったり出力の低下を招いたりする虞がある。そして、レーザ発光装置では、発光本体部が高い強度のレーザ光を出力する際に熱を発生するとともに内燃機関からの熱に起因する高温な環境下に設けられるため、冷却装置を用いて発光本体部を低い温度に保つことが考えられる。ここで、レーザ発光装置では、高い強度のレーザ光を出力するために発光本体部に高電流が供給されるので、発光本体部と電源装置とを接続する電線等の導電体で熱が発生する。この導電体は、発光本体部に接続していることから、発生した熱が発光本体部に伝達し、その結果として冷却装置の負荷の増大や発光本体部を低い温度に保つことが困難となることが懸念される。

このため、レーザ発光装置では、冷却装置としてのペルチェ素子が接触された上基板に電線接続部を設け、その電線接続部を介して発光本体部と電源装置とを接続することが考えられている(例えば、特許文献１参照)。この構成のレーザ発光装置では、電線接続部を介して冷却装置で導電体の熱を冷却できる。

しかしながら、このような方法では、発光本体部が発生させる熱に加えて導電体からの熱も冷却装置で冷却する必要があり、当該冷却装置の負荷の増大を抑制するという観点で改良の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部が駆動される場合であっても、発光本体部の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体を冷却することのできるレーザ発光装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のレーザ発光装置は、レーザ光を出射する発光本体部と、前記発光本体部の熱を放熱すべく前記発光本体部に宛がわれる放熱部材と、前記放熱部材へ向けた気流を生じさせる送風機構と、前記発光本体部に電流を供給する導電体と、を備え、前記導電体には、前記送風機構により生じる気流の一部が当てられることを特徴とする。

本発明に係るレーザ発光装置では、高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部が駆動される場合であっても、発光本体部の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体を冷却することができる。

本発明のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例１のレーザ発光装置１０を内燃機関の点火に用いる本発明のエンジン点火プラグシステムの一実施形態に係る実施例１のエンジン点火プラグシステム４０の構成を示す説明図である。 レーザ発光装置１０の構成を概略的に示す説明図である。 図２のＩ−Ｉ線に沿って得られた断面を示す断面図である。 各電線１２および各接続片１８を熱拡散板１５に取り付ける様子を説明するための説明図である。 レーザ発光装置１０の周辺に生じる気流を概略的に示す説明図である。 比較のためのレーザ発光装置１０Ｘの周辺に生じる気流を概略的に示す説明図である。 本発明のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例２のレーザ発光装置１０Ａの構成および周辺に生じる気流を概略的に示す説明図である。 本発明のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例３のレーザ発光装置１０Ｂの構成および周辺に生じる気流を概略的に示す説明図である。 本発明のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例４のレーザ発光装置１０Ｃの構成および周辺に生じる気流を概略的に示す説明図である。

以下に、本発明に係るレーザ発光装置、およびそれを備えるエンジン点火プラグシステムの各実施例について図面を参照しつつ説明する。

本発明に係るレーザ発光装置の一例としての実施例１のレーザ発光装置１０を、図１から図６を用いて説明する。併せて、その一例としてのレーザ発光装置１０を備えるエンジン点火プラグシステムの一例としての実施例１のエンジン点火プラグシステム４０について説明する。なお、図１では、エンジン点火プラグシステム４０の構成の理解を容易なものとするために、レーザ発光装置１０を省略して示す。また、図２では、レーザ発光装置１０の構成の理解を容易なものとするために、外郭部材２７を省略して示す。さらに、図２から図６では、レーザ発光装置１０の構成の理解を容易なものとするために、各部の構成を模式的に示す。

本発明に係るレーザ発光装置としての一実施形態の実施例１のレーザ発光装置１０は、図１に示すように、内燃機関の一例としてのエンジン４１の点火に用いられてエンジン点火プラグシステム４０を構成する。そのエンジン４１は、吸気管４２に吸気バルブ４３が設けられ、排気管４４に排気バルブ４５が設けられ、燃焼室４６がピストン４７等により区画されて構成される。その吸気バルブ４３および排気バルブ４５は、それぞれに接続されたカム４８により進退動作されることで、吸気管４２または排気管４４を適宜開閉する。燃焼室４６は、その周壁部に設けられた冷却水路４９に供給される冷却水５１により冷却される。そして、燃焼室４６には、点火プラグ５２が設けられる。

その点火プラグ５２は、レーザ発光装置１０から出射されるレーザ光を用いることにより、優れた着火効率を有する内燃機関用の点火プラグである。点火プラグ５２では、レーザ発光装置１０からのレーザ光をＱスイッチ式のレーザ媒質を含むレーザ共振器に照射してジャイアントパルスを発振させる。また、点火プラグ５２では、そのパルス光を集光レンズ等の光学素子を用いてエンジン４１の燃焼室４６に集光することでエアブレークダウンを発生させることにより、燃焼室４６内の混合気の着火を行う。このため、点火プラグ５２には、レーザ発光装置１０の後述する光ファイバ１３の他端（その出射端面１３ｂ）が接続される。

このレーザ発光装置１０は、エンジン４１の近傍で固定されて設けられ、実施例１では、後述する冷却装置３０としてのヒートシンク３２をエンジン４１の外径を形作るエンジン外郭部５３に取付支持部を介して固定して設けられる。その取付支持部は、エンジン外郭部５３と一体に形成してもよく、エンジン外郭部５３とは別体に形成してもよく、ヒートシンク３２と一体に形成してもよい。

レーザ発光装置１０は、図２および図３に示すように、筐体１１に導電体としての各電線１２と光ファイバ１３とを接続して構成される。このレーザ発光装置１０では、各電線１２（導電体）を介して電力が供給されると、光ファイバ１３を通して高い強度のレーザ光を出力する。その筐体１１は、一端が開放された箱状を呈するハウジング部材１４と、全体に板状を呈する熱拡散板１５と、を備え、ハウジング部材１４の開放端を塞ぐように熱拡散板１５を取り付けて構成される。

そのハウジング部材１４は、図３に示すように、全体に中空の直方体形状を呈し、その一端を開放して形成する。ハウジング部材１４には、開放側とは反対側の奥壁１４ａにレンズ取付穴１４ｂを設け、奥壁１４ａと直交する下壁１４ｃに２つの電線挿入穴１４ｄ（図３では一方のみ示す）を設ける。レンズ取付穴１４ｂは、後述する集光レンズ２２を取り付ける箇所であり、両電線挿入穴１４ｄは、電線１２を通す箇所である。この両電線挿入穴１４ｄは、密閉性を保ちつつ電線１２を通すように構成される。このハウジング部材１４の開放端に熱拡散板１５が取り付けられる。

その熱拡散板１５は、後述するレーザアレイチップ１９の筐体１１内での位置決めをすべく当該レーザアレイチップ１９を設けるベース部材であり、ハウジング部材１４と同じ熱伝導率か当該ハウジング部材１４よりも高い熱伝導率の材料を用いて形成する。熱拡散板１５は、設けたレーザアレイチップ１９を冷却するための十分な吸熱面積を確保する大きさ寸法とする。この熱拡散板１５は、例えば金属材料等の熱伝導率（熱伝導性）の高い材料を用いて形成し、実施例１では一例として銅を用いる。熱拡散板１５には、図１、図３、図４に示すように、レーザアレイチップ１９の実装（配置）のためのマウント部１６を形成する。そのマウント部１６は、実施例１では、熱拡散板１５上に絶縁層を設け、その上に互いに接することが無いように複数の導通層を適宜設けて構成する。その絶縁層は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ））を用いて形成することができ、導通層は、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成することができる。このため、マウント部１６では、複数の導通層が互いに絶縁層により絶縁された状態で熱拡散板１５上に設けられて、レーザアレイチップ１９に対する回路を形成する。また、マウント部１６には、レーザアレイチップ１９を位置決めする位置決め部を設ける。この位置決め部は、レーザアレイチップ１９の所定の箇所と接することにより位置決めするものであれば、突起により構成してもよく、凹所により構成してもよい。

熱拡散板１５には、図３、図４に示すように、絶縁部材１７を設ける。その絶縁部材１７は、熱拡散板１５に対する電気の伝導を断ちつつ、各電線１２および後述する各接続片１８を取り付ける箇所を構成する。絶縁部材１７は、実施例１では、少なくともマウント部１６よりも弾性変形し易い材料（弾性率の低い材料）で形成し、より好適には各接続片１８を取り付けた際の当該各接続片１８からの応力による変形量を吸収するものとする。この変形量の吸収は、材料における弾性率を考慮しつつ大きさ寸法および形状を設定することで、可能とすることができる。この絶縁部材１７は、実施例１では、絶縁性を有する樹脂材料を用いて形成し、一例としてＰＯＭ（ポリオキシメチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ））を用いて形成する。この絶縁部材１７は、直方体形状を呈し、後述するように各接続片１８と各電線１２とを電気的に接続しつつそれらを熱拡散板１５に取り付ける箇所を構成する。この絶縁部材１７には、後述するネジ２４の締め付け固定のための固定ネジ穴１７ａ（図４参照）を形成し、各接続片１８および各電線１２の取り付けを可能とする。

その各電線１２および各接続片１８は、マウント部１６に設けられるレーザアレイチップ１９に電力を供給すべく設ける。実施例１では、後述するようにレーザアレイチップ１９が１００（Ａ）以上の高電流の入力を想定している。そのため、各電線１２および各接続片１８は、十分な断面積を有するものとする。これに伴い、各電線１２は、固定のために大きな力を要することから、一例として先端にリング状の接続端子１２ａを設ける。また、各接続片１８は、導電性材料から為る長尺な板状を呈し、基端に取付穴１８ａ（図４参照）を形成した取付片部１８ｂを設ける。この各接続片１８は、後述するように、取付片部１８ｂが絶縁部材１７に取り付けられるとともに、その取付片部１８ｂとは反対側の先端部１８ｃがマウント部１６に押し当てられる。

そのマウント部１６に設けられるレーザアレイチップ１９は、一例として複数の面発光型レーザを配列させて構成する。レーザアレイチップ１９は、実施例１では、複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ））を適宜配置して構成する。その各ＶＣＳＥＬは、円筒状の活性領域と薄膜活性層を挟む反射鏡とから構成され、主面と直交する方向に形成された共振器からレーザ光を出射する。各ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬアレイ基板にフォトマスクを被膜し、そのフォトマスクのパターンニングに従って形成する。このような構成であることから、レーザアレイチップ１９では、各ＶＣＳＥＬから適切にレーザ光を出射させるために、高電流（この例では１００（Ａ）以上のパルス電流）の入力を要する。これにより、レーザアレイチップ１９では、小さな寸法であっても高い強度（光量）のレーザ光を出力することができる。

レーザアレイチップ１９では、所定の電力が供給されると、各ＶＣＳＥＬからのレーザ光を出射面１９ａから出射する。このレーザアレイチップ１９は、所定の箇所をマウント部１６の位置決め部に押し当てることで、位置決めして当該マウント部１６に配置する。そして、レーザアレイチップ１９は、ワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディング等により、マウント部１６に形成された回路と電気的に接続してマウント部１６に実装する。これにより、レーザアレイチップ１９は、ベース部材としての熱拡散板１５（そのマウント部１６）に正確に位置決めして設けられ、両電線１２を介する電力の供給が可能となる。なお、レーザアレイチップ１９は、マウント部１６の位置決め部に押し当てることに変えて、アライメントマーク等を顕微鏡で見ながら位置決めしてマウント部１６に設ける構成であってもよい。このレーザアレイチップ１９からのレーザ光の出射方向にコリメータレンズ２１を設ける（図３参照）。

そのコリメータレンズ２１は、図３に示すように、レーザアレイチップ１９（その出射面１９ａ）から発散光束として出射されるレーザ光を平行光束（実際には緩い発散光束）とする。コリメータレンズ２１は、実施例１では、レーザアレイチップ１９における各ＶＣＳＥＬに対応して複数のマイクロレンズを設けてレンズアレイを形成して構成される。このコリメータレンズ２１は、レーザアレイチップ１９と一体の構成としてもよく、レーザアレイチップ１９とは別体の構成としてマウント部１６（熱拡散板１５）やハウジング部材１４に設けてもよい。なお、コリメータレンズ２１は、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光を平行光束とするものであれば、他の構成であってもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。このコリメータレンズ２１を経た平行光束としてのレーザ光の進行方向に集光レンズ２２を設ける。

その集光レンズ２２は、コリメータレンズ２１を経た平行光束としてのレーザ光を集光して、光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射させる。このため、実施例１では、コリメータレンズ２１と集光レンズ２２とが、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光を成形して集光する光学部材として機能する。集光レンズ２２は、実施例１では、ハウジング部材１４の奥壁１４ａのレンズ取付穴１４ｂに位置決めされて設けられる。この集光レンズ２２を経た集光光束としてのレーザ光の進行方向に光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）が設けられる。

光ファイバ１３は、図３に示すように、一端を入射端面１３ａとしかつ他端を出射端面１３ｂ（図１参照）として、入射端面１３ａ（一端）に入射されたレーザ光を出射端面１３ｂ（他端）から出射する。その他端（出射端面１３ｂ）は、例えば、レーザ加工機やレーザを利用したエンジン用の点火プラグ等の外部のレーザ使用機器に接続され、実施例１では上述したように点火プラグ５２（図１参照）に接続される。この光ファイバ１３は、光ファイバ支持部材２３に支持されてハウジング部材１４に取り付けられる。

その光ファイバ支持部材２３は、大きな径寸法の円筒状の取付基部２３ａと、そこと中心軸を一致させた小さな径寸法の円筒状の支持筒部２３ｂと、を有する。その取付基部２３ａは、奥壁１４ａのレンズ取付穴１４ｂを塞ぐ大きさ寸法とする。支持筒部２３ｂは、光ファイバ１３を嵌め入れる内径寸法とし、実施例１では、密閉性を保ちつつ光ファイバ１３を通す構成とする。光ファイバ支持部材２３は、支持筒部２３ｂに光ファイバ１３を嵌め入れた状態でハウジング部材１４（その奥壁１４ａ）に固定する。すると、光ファイバ支持部材２３は、光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）の中心軸をレンズ取付穴１４ｂ（集光レンズ２２）の中心軸に一致させつつ、入射端面１３ａと集光レンズ２２との間隔を適切なものとする。このため、光ファイバ１３では、集光レンズ２２を経た集光光束としてのレーザ光が入射端面１３ａに適切に入射される。

このレーザ発光装置１０は、一例として、以下のように組み付ける。先ず、図３および図４に示すように、熱拡散板１５のマウント部１６にレーザアレイチップ１９を位置決めして実装し、先端部１８ｃをマウント部１６に押し当てつつ取付片部１８ｂを絶縁部材１７上に載せて各接続片１８を設ける。その後、ハウジング部材１４の下壁１４ｃの各電線挿入穴１４ｄ（図３参照）を通した各電線１２の接続端子１２ａを、絶縁部材１７上の取付片部１８ｂの上に載せる（図４参照）。そして、図４に示すように、各電線１２のリング状の接続端子１２ａおよび各接続片１８の取付片部１８ｂの取付穴１８ａを通したネジ２４を絶縁部材１７の固定ネジ穴１７ａに捻じ込み、各電線１２および各接続片１８を絶縁部材１７に取り付ける。すると、各電線１２（その接続端子１２ａ）と各接続片１８（その取付片部１８ｂ）とが電気的に接続されるとともに、各接続片１８の先端部１８ｃがマウント部１６に押し当てられる。これにより、マウント部１６に実装したレーザアレイチップ１９が、マウント部１６および各接続片１８を介して、各電線１２（その接続端子１２ａ）に電気的に接続される。

また、図３に示すように、ハウジング部材１４の奥壁１４ａのレンズ取付穴１４ｂに集光レンズ２２を挿入して位置決め固定する。その後、支持筒部２３ｂに光ファイバ１３を嵌め入れた光ファイバ支持部材２３（その取付基部２３ａ）を、ハウジング部材１４（その奥壁１４ａ）に取り付ける。このとき、光ファイバ支持部材２３の取付基部２３ａとハウジング部材１４の奥壁１４ａとの間に弾性体等の封止部材を介在させる。その後、コリメータレンズ２１を適宜設けるとともに、ハウジング部材１４の開放端に熱拡散板１５を嵌め入れて、ハウジング部材１４の開放端を塞ぐように熱拡散板１５を取り付ける。このとき、ハウジング部材１４の開放端と熱拡散板１５との間に弾性体等の封止部材を介在させることで、ハウジング部材１４と熱拡散板１５とが密閉状態で取り付けられる。

これにより、図２および図３に示すように、レーザ発光装置１０が組み付けられる。このレーザ発光装置１０では、ハウジング部材１４と熱拡散板１５と光ファイバ支持部材２３とにより、密閉状態として筐体１１が形成される。このため、ベース部材としての熱拡散板１５は、筐体１１の一部を構成して、レーザ発光装置１０の外郭の一部を形成する。この筐体１１は、熱拡散板１５を第１外郭部材とすると、それと第２外郭部材となるハウジング部材１４との協働により全体の外郭が形成され、第３外郭部材となる光ファイバ支持部材２３により密閉状態を保ちつつ光ファイバ１３が取り付けられる。筐体１１では、各電線１２がハウジング部材１４の下壁１４ｃの各電線挿入穴１４ｄ（図３参照）を通して設けられるので、各電線１２が図２、図３、図５を正面視して下側から外方に突出される。その各電線１２は、筐体１１（後述する発光本体部２６）の下方から、熱拡散板１５側（後述する冷却装置３０が設けられる側）へと取り回されて、外部の電源装置２５（図１参照）に接続される。そして、レーザ発光装置１０では、筐体１１の内方に、電源装置２５から各電線１２を経て電力が供給されるレーザアレイチップ１９が設けられる。

このレーザ発光装置１０では、電源装置２５に接続した両電線１２から、各接続片１８およびマウント部１６を経て、レーザアレイチップ１９に電力を供給する。すると、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９（その出射面１９ａ）から発散光束としてレーザ光を出射され、そのレーザ光がコリメータレンズ２１によって平行光束とされて集光レンズ２２に進行する。レーザ発光装置１０では、平行光束とされたレーザ光を集光レンズ２２が光ファイバ１３の入射端面１３ａに集光し、光ファイバ１３を通してレーザ光を出射端面１３ｂ（他端）（（図１参照））から外部へと出力させる。これにより、レーザ発光装置１０では、高い強度のレーザ光を、光ファイバ１３の他端（出射端面１３ｂ）に接続したレーザ使用機器（実施例１では点火プラグ５２（図１参照））に出力することができる。このことから、レーザ発光装置１０では、筐体１１およびそこに設けられた各構成が発光本体部２６として機能し、各電線１２が発光本体部２６に電流を供給する導電体として機能する。

ここで、レーザ発光装置１０では、小さな寸法であっても高い強度（光量）のレーザ光を出力するために、複数のＶＣＳＥＬを設けて形成したレーザアレイチップ１９を用いている。このレーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９を適切に駆動させる、すなわち各ＶＣＳＥＬから適切にレーザ光を出射させるために、高電流（この例では１００（Ａ）以上）の入力を要するものとしている。このため、レーザアレイチップ１９では、駆動により熱が発生するが、高温とされると寿命が短くなりかつ出力も低下する虞がある。このことから、レーザアレイチップ１９では、適切に冷却しつつ駆動する必要があり、実施例１では、駆動時であっても略５０（℃）以下に保つことを目標とする。

このため、レーザ発光装置１０では、外郭を形成する筐体１１の一部を構成する熱拡散板１５に冷却装置３０を宛がうことで、レーザアレイチップ１９すなわち発光本体部２６を冷却する。その冷却装置３０としては、例えば、放熱部材としての空冷式のヒートシンクに送風機構としての送風ファンからの気流で強制対流を形成したものを用いることができる。また、冷却装置３０としては、例えば、放熱部材としてのヒートシンクの放熱先の温度を十分に低く出来ない場合には、熱拡散板１５とヒートシンクとの間にペルチェ素子等の熱電素子を設ける構成とする。

実施例１のレーザ発光装置１０では、冷却装置３０として、熱電素子としてのペルチェ素子３１と、放熱部材としてのヒートシンク３２と、送風機構としての送風ファン３３と、を用いる。この冷却装置３０は、熱拡散板１５にペルチェ素子３１を介してヒートシンク３２を宛がい、そのヒートシンク３２（その後述する放熱部３２ｂ）に向けて送風ファン３３が気流を形成する（空気を送る）構成とする。冷却装置３０では、第１冷却部材としてのペルチェ素子３１が熱拡散板１５（そのレーザアレイチップ１９）を冷却し、第２冷却部材としてのヒートシンク３２がペルチェ素子３１を冷却し、第３冷却部材としての送風ファン３３がヒートシンク３２を冷却する。

そのペルチェ素子３１は、吸熱部となる冷却面３１ａを熱拡散板１５に宛がい、かつ放熱部となる放熱面３１ｂをヒートシンク３２（その後述する吸熱部３２ａ）に宛がって設ける。ペルチェ素子３１は、電力線３１ｃを介して所定の温度差となるように制御する。その所定の温度差は、熱拡散板１５（レーザアレイチップ１９（発光本体部２６））において保ちたい温度と、ヒートシンク３２において放熱が可能な温度と、により設定する。これは、ヒートシンク３２における放熱が可能な温度が、当該ヒートシンク３２（その後述する放熱部３２ｂ）が設置される環境温度に応じて変化することによる。

そして、ペルチェ素子３１は、実施例１では、冷却面３１ａを、熱拡散板１５においてマウント部１６（レーザアレイチップ１９）が設けられた領域と絶縁部材１７が設けられた領域との双方に対応する大きさ寸法とする。このペルチェ素子３１は、冷却面３１ａを、絶縁部材１７におけるマウント部１６（レーザアレイチップ１９）および絶縁部材１７が設けられた領域の双方に対応させて熱拡散板１５に宛がう。すなわち、冷却装置３０としてのペルチェ素子３１（その冷却面３１ａ）は、熱拡散板１５を介在させてマウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７とに対向するように、熱拡散板１５に宛がって設ける。加えて、ペルチェ素子３１は、実施例１では、冷却面３１ａにおける中心付近を、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて、冷却面３１ａを熱拡散板１５に宛がう。ここで、ペルチェ素子３１では、一般に冷却面３１ａの中心付近が冷却強度の最も高くなる箇所（冷却中心位置）となることから、冷却強度が最も高い箇所をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させている。このことは、ヒートシンク３２（後述する吸熱部３２ａ）であっても同様であることから、ペルチェ素子３１を設けない場合には、吸熱部３２ａの中心付近をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて、吸熱部３２ａを熱拡散板１５に宛がう。

ヒートシンク３２は、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂが宛がわれて伝達される吸熱部３２ａの熱を、複数のフィン３２ｃ（図２参照）が形成された放熱部３２ｂで放熱させる。このヒートシンク３２は、放熱部３２ｂから周辺の空気に放熱することにより、吸熱部３２ａに宛がわれたペルチェ素子３１の放熱面３１ｂの温度を下げる。その放熱部３２ｂは、実施例１では、図２、図５を正面視して、上下方向に伸びる複数のフィン３２ｃを左右方向に並列させて構成する。このため、放熱部３２ｂでは、各フィン３２ｃが、後述するように送風ファン３３からの気流を、図２、図３、図５を正面視して上下方向へと案内することができる。ここで、レーザ発光装置１０では、上述したように、各電線１２（導電体）を筐体１１（発光本体部２６）の下方から熱拡散板１５側（冷却装置３０が設けられる側）へと取り回している。このため、放熱部３２ｂ（その各フィン３２ｃ）は、後述する送風ファン３３からの気流の一部を各電線１２（導電体）に向けて案内する（図５の矢印Ａ２参照）。換言すると、レーザ発光装置１０では、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から熱を吸収して当該放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から排出される空気（排気）の一部が各電線１２に向かうように、ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））と各電線１２との位置関係（レイアウト）を設定している。

送風ファン３３は、羽根部３３ａを回転可能に収容する筐体に取込口３３ｂおよび送風口３３ｃが設けられて構成される。この送風ファン３３は、電力が供給されて羽根部３３ａが回転駆動されることにより、取込口３３ｂから周辺の空気を取り込み、その取り込んだ空気を送風口３３ｃから所定の方向へと送り出して、所定の方向への気流を形成する。この送風ファン３３は、送風口３３ｃをヒートシンク３２の放熱部３２ｂに正対して設け、放熱部３２ｂに強制対流を生じさせて熱伝達を促す。

加えて、実施例１のレーザ発光装置１０では、発光本体部２６すなわち筐体１１および光ファイバ支持部材２３を取り囲んで外郭部材２７を設ける。その外郭部材２７は、送風ファン３３（送風機構）により生じた気流が発光本体部２６（筐体１１や光ファイバ支持部材２３）に当たることを防止する。外郭部材２７は、実施例１では、発光本体部２６を収容可能な直方体形状を呈し、光ファイバ開口２７ａと電線開口２７ｂと冷却開口２７ｃとを有する。その光ファイバ開口２７ａは、光ファイバ支持部材２３に支持されて発光本体部２６から突出される光ファイバ１３を通す箇所である。電線開口２７ｂは、ハウジング部材１４の両電線挿入穴１４ｄから筐体１１（発光本体部２６）の外方に突出される電線１２を通す箇所である。冷却開口２７ｃは、熱拡散板１５に宛がわれる冷却装置３０（実施例１ではペルチェ素子３１）を通す箇所である。このため、レーザ発光装置１０では、発光本体部２６すなわち筐体１１および光ファイバ支持部材２３が外郭部材２７に取り囲まれた状態で、電源装置２５から電線１２を介して電力が供給されて光ファイバ１３の他端（出射端面１３ｂ）から高い強度のレーザ光を出力する。

このレーザ発光装置１０は、図１に示すように、エンジン点火プラグシステム４０を構成して内燃機関の一例としてのエンジン４１の点火に用いられる。そのエンジン点火プラグシステム４０では、レーザ発光装置１０が駆動されると、レーザアレイチップ１９から出力されたレーザ光がコリメータレンズ２１によって平行光とされ、そのレーザ光が集光レンズ２２で集光されて光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射する。そして、そのレーザ光は、光ファイバ１３を通して出射端面１３ｂから点火プラグ５２に入射される。すると、点火プラグ５２では、レーザ光でレーザ共振器を照射してジャイアントパルスを発振させ、そのパルス光を光学素子でエンジン４１の燃焼室４６に集光することでエアブレークダウンを発生させる。これにより、エンジン点火プラグシステム４０は、燃焼室４６内の混合気を着火させてエンジン４１を駆動させる。

ここで、例えばエンジンルームのようなエンジン４１が設けられた環境では、主にエンジン４１からの発熱により温度が高くなる。そして、レーザ発光装置１０では、放熱部材としてのヒートシンク３２がエンジン４１の周辺の気体に対して放熱部３２ｂで熱を放出するので、エンジン４１の周辺の気体の温度により冷却機能が左右される。ここで、図１に示すエンジン点火プラグシステム４０では、レーザ発光装置１０およびエンジン４１を駆動させた状態において、エンジン４１の周辺の温度が略８０（℃）程度となった。これは、エンジン４１の周辺では、冷却水路４９に供給される冷却水５１による冷却や大気への放熱により温度上昇が抑制されているものの、燃焼に起因して発熱するエンジン４１（エンジン外郭部５３）で温められることによる。このため、エンジン４１の周辺は、略５０（℃）以下に保つことを目標とするレーザアレイチップ１９を配置するには高温である。このことから、実施例１のレーザ発光装置１０では、冷却装置３０として、ヒートシンク３２（放熱部材）および送風ファン３３（送風機構）に加えてペルチェ素子３１（熱電素子）を併せて用いている。

このレーザ発光装置１０では、図５に示すように、送風ファン３３が取込口３３ｂから周辺の空気を取り込んで気流を形成することから（矢印Ａ１参照）、その送風ファン３３からの気流（送られる空気）の温度がエンジン４１の周辺の温度の略８０（℃）となる。このため、レーザ発光装置１０では、ヒートシンク３２の温度を送風ファン３３からの空気の温度（エンジン４１の周辺の温度）よりも高くするように、ペルチェ素子３１の表裏（冷却面３１ａと放熱面３１ｂ）の温度差ΔＴを制御する。実施例１のレーザ発光装置１０では、その温度差ΔＴを５５（℃）（ΔＴ＝５５）とする。すると、送風ファン３３からの空気の温度が略８０（℃）であるのに対して、放熱部３２ｂで放熱を行うことによりヒートシンク３２を略９０（℃）とすることができ、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂ（図３参照）を略１００（℃）とすることができた。このため、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａ（図３参照）を略４５（℃）とすることができ、それにより冷却されるレーザアレイチップ１９の温度を略５０（℃）とすることができた。このとき、送風ファン３３からの気流により放熱部３２ｂから排出された空気（排気（矢印Ａ２、Ａ３参照））の温度は略８３（℃）となっていた。これにより、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９を目標とした略５０（℃）以下に保つことができる。

このレーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９が１００（Ａ）以上の高電流が入力されて駆動されることから、電源装置２５から電流が送られる導電体としての各電線１２でも熱が発生する。ここで、図５と基本的に同じ構成であって、正面視して、各電線１２（導電体）を筐体１１（発光本体部２６）の手前側から熱拡散板１５側（冷却装置３０が設けられる側）へと取り回したレーザ発光装置１０Ｘを図６に示す。このレーザ発光装置１０Ｘでは、各電線１２（導電体）を取り回す位置を除くと、実施例１のレーザ発光装置１０（図５参照）と等しい構成であることから、等しい構造の個所にはレーザ発光装置１０と同様の符号を用いて、詳細な説明は省略する。レーザ発光装置１０Ｘでは、上述したレーザ発光装置１０（図５参照）と同様の温度分布となるように冷却装置３０を調節した状態において、各電線１２（導電体）の温度を調べたところ略１１０（℃）程度まで上昇した。この状態での温度関係は、「レーザアレイチップ１９＜各電線１２の温度」となる。このため、レーザ発光装置１０Ｘでは、各電線１２（導電体）が発光本体部２６（筐体１１）に接続されているので、略１１０（℃）とされた各電線１２（導電体）から、略５０（℃）としているレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）へ向けて熱が伝達される。すると、冷却装置３０では、レーザアレイチップ１９で発生した熱に加えて、各電線１２から伝達される熱も冷却することとなり、負荷が増大してしまったり、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を十分に冷却できなくなってしまったりする虞がある。

また、レーザ発光装置１０Ｘでは、ヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（その各フィン３２ｃ）に送風ファン３３からの気流が送られるが、その気流により放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から熱を吸収した空気が排出される（矢印Ａ２、Ａ３参照）。ここで、レーザ発光装置１０Ｘは、エンジン４１（図１参照）が配置された環境に設けられることから、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から排出された空気（排気）の一部がエンジン４１やそれを覆う部材等からなる隔壁部材５４に当たって発光本体部２６へ向かう虞がある（矢印Ａ２、Ａ４参照）。なお、レーザ発光装置１０Ｘでは、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気のうち、図６を正面視して上側へと向かう排気（矢印Ａ３）は発光本体部２６へ向かわない位置関係とされ、レーザ発光装置１０（図５等参照）でも同様とされている。その排気の温度は、上述したように略８３（℃）となっていることから、温度関係は、「レーザアレイチップ１９＜排気の温度」となる。このため、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気の一部（矢印Ａ２）が発光本体部２６へ向かうと（矢印Ａ４参照）、当該排気が、略５０（℃）のレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を積極的に温めるように作用する。すると、冷却装置３０では、レーザアレイチップ１９で発生した熱に加えて、排気により加えられた熱も冷却することとなり、負荷が増大したり、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を十分に冷却できなくなることが懸念される。

すなわち、レーザ発光装置１０Ｘでは、各電線１２が略１１０（℃）まで上昇し得ることを考慮すると、温度関係が「レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）＜エンジン４１の周辺の温度＜排気の温度＜ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ）の温度＜各電線１２の温度」となる。このことは、基本的に同様の構成であるレーザ発光装置１０（図５等参照）でも同様である。このため、レーザ発光装置１０（１０Ｘ）では、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気や周辺で生じた気流が、ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ）や各電線１２に対しては冷却作用を有し、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に対しては温度上昇の要因となる。

そして、レーザ発光装置１０では、図５に示すように、ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））と各電線１２との位置関係（レイアウト）の設定により、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気の一部が各電線１２に向かう（矢印Ａ２参照）。このため、レーザ発光装置１０では、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気で各電線１２を冷却することができる。これにより、レーザ発光装置１０では、各電線１２の温度を略９０（℃）とすることができ、レーザ発光装置１０Ｘ（図６参照）と比較して、略２０（℃）低下させることができた。これは、レーザ発光装置１０では、排気の一部を各電線１２に送っていることから、レーザ発光装置１０Ｘ（図６参照）のように何らの風が当たっていない状態と比較して、各電線１２と周囲気流との熱伝達率を３倍程度上昇させたことが考えられる。このため、レーザ発光装置１０では、各電線１２とレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）との温度差を小さくすることができるので、各電線１２からレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）へ向けた熱の伝達を抑制することができる。

また、レーザ発光装置１０では、発光本体部２６すなわち筐体１１および光ファイバ支持部材２３を取り囲んで外郭部材２７を設けている。このため、レーザ発光装置１０では、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気の一部が隔壁部材５４に当たって発光本体部２６（筐体１１や光ファイバ支持部材２３）へ向かっても（矢印Ａ４参照）、当該排気が外郭部材２７に当たる。これにより、レーザ発光装置１０では、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気の一部が発光本体部２６に当たることを防止することができ、当該排気の熱が発光本体部２６やその筐体１１の中のレーザアレイチップ１９を積極的に温めるように作用することを防止できる。

これらにより、レーザ発光装置１０では、レーザ発光装置１０Ｘと比較して、レーザアレイチップ１９へと伝達される熱量を略５（Ｗ）減少させることができ、冷却装置３０（主にペルチェ素子３１や送風ファン３３）の負荷を減少させることができる。このため、レーザ発光装置１０では、レーザ発光装置１０Ｘよりも少ないエネルギーで、当該レーザ発光装置１０Ｘと同等の冷却効果を得ることができる。換言すると、レーザ発光装置１０では、高温な環境下で高電流が供給されてレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を駆動しつつ、レーザ発光装置１０Ｘと比較してレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を効率良く冷却することができる。

本発明に係るレーザ発光装置の一実施形態のレーザ発光装置１０では、ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））を冷却すべく設けられた送風ファン３３による気流の一部を、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に電流を送る各電線１２に当てる。このため、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）の熱を放熱させる機能を有するヒートシンク３２を各電線１２に宛がうものではないので、それらによるレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）の冷却機能を損なうことを防止することができる。また、レーザ発光装置１０では、ヒートシンク３２を冷却すべく設けられた送風ファン３３による気流の一部を各電線１２に当てることから、新たな冷却部材の追加を招くことのない簡易な構成で当該各電線１２と周囲気流との熱伝達率を向上させることができる。このため、レーザ発光装置１０では、高温な環境下で高電流が供給されて駆動されるレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）のヒートシンク３２による冷却機能を損なうことなく、簡易な構成で各電線１２を冷却することができる。

また、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を冷却する冷却装置３０として、ヒートシンク３２および送風ファン３３に加えて、ペルチェ素子３１（熱電素子）を設けている。このため、レーザ発光装置１０では、温度が高い環境であっても、ペルチェ素子３１の表裏の温度差を制御することで、ヒートシンク３２による放熱によりレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を冷却することができる。これにより、レーザ発光装置１０では、例えば、エンジンルームのようなエンジン４１（図１参照）が設けられて温度が高い環境であっても、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を周囲の温度よりも低い温度まで冷却することができる。

さらに、レーザ発光装置１０では、ペルチェ素子３１（熱電素子）に加えて、防風機構としての外郭部材２７を設けている。このため、レーザ発光装置１０では、送風機構としての送風ファン３３により生じた気流が発光本体部２６に当たることを防止することができる。ここで、レーザ発光装置１０では、ペルチェ素子３１（熱電素子）を設けることで、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を周囲の温度よりも低い温度まで冷却している。このことから、レーザ発光装置１０では、送風ファン３３（送風機構）により生じた気流が、周囲の温度よりも低い温度とされたレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に対しては温度上昇の要因となる。よって、レーザ発光装置１０では、外郭部材２７を設けることで、温度が高い環境において送風ファン３３（送風機構）により生じた気流が、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を積極的に温めるように作用することを防止することができる。

レーザ発光装置１０では、送風ファン３３からの気流によりヒートシンク３２（放熱部３２ｂ）から熱を吸収して排出された空気（排気）の一部を、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に電流を送る各電線１２に当てる。換言すると、レーザ発光装置１０では、最も冷却が求められるレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に対しては最も低温の気流を送って冷却し、その排気を利用して各電線１２の冷却を行う。このレーザ発光装置１０では、送風ファン３３から送ってヒートシンク３２（放熱部３２ｂ）を冷却し終えた空気（排気）の一部を各電線１２の冷却に用いるので、ヒートシンク３２によるレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）の冷却効果を損なうことはない。ここで、ヒートシンク３２からの放熱を１００（Ｗ）として、送風ファン３３からヒートシンク３２に２（ｍ³／ｍｉｎ）の風量で空気を送った場合、そのヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））を経た空気の温度上昇が略３（℃）となる。そして、レーザ発光装置１０では、各電線１２を介して高電流が供給されてレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）が駆動されることから、その各電線１２の温度は極めて高くなる。このため、レーザ発光装置１０では、高温な環境下でヒートシンク３２（放熱部３２ｂ）を冷却し終えた空気（排気）の一部であっても、その空気（排気）を各電線１２に送る（所謂強制空冷する）ことで当該各電線１２を効率良く冷却することができる。よって、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）のヒートシンク３２による冷却機能を損なうことなく、各電線１２を冷却することができる。

レーザ発光装置１０では、防風機構としての外郭部材２７を、発光本体部２６（筐体１１や光ファイバ支持部材２３）を取り囲む構成としている。このため、レーザ発光装置１０では、送風機構としての送風ファン３３による気流が発光本体部２６の周辺に生じた場合であっても当該気流が外郭部材２７に当たるので、気流が発光本体部２６に当たることを防止することができる。また、外郭部材２７（防風機構）は、発光本体部２６を取り囲むものであることから、送風ファン３３（送風機構）による気流や他に起因する気流が意図しない場所や方向に生じた場合であっても、当該気流が発光本体部２６に当たることを確実に防止することができる。これにより、レーザ発光装置１０では、温度が高い環境において周辺に生じた気流が、発光本体部２６に当たることで当該発光本体部２６を積極的に温めるように作用することを防止することができる。

レーザ発光装置１０では、ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））と各電線１２との位置関係（レイアウト）の設定により、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気の一部を各電線１２に向かわせる。詳細には、放熱部３２ｂにおける各フィン３２ｃが伸びる方向に、各電線１２を取り回すことにより、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気の一部を各電線１２に向かわせる。このため、レーザ発光装置１０では、排気の一部を各電線１２に向かわせるためだけに新たな部材を設けることなく、簡易な構成で放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気で各電線１２を冷却することができる。

本発明に係るエンジン点火プラグシステムの一実施形態のエンジン点火プラグシステム４０では、発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）および各電線１２を適切に冷却することができる。このため、エンジン点火プラグシステム４０では、高温な環境下であっても、発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）の寿命が短くなることや出力が低下することを防止することができ、内燃機関の一例としてのエンジン４１を適切に点火させることができる。

したがって、本発明に係るレーザ発光装置としての実施例１のレーザ発光装置１０では、高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）が駆動される場合であっても、発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体（各電線１２）を冷却することができる。

なお、上記した実施例１では、送風ファン３３からの気流によりヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から排出された空気（排気）を各電線１２（導電体）に当てる構成としている。しかしながら、送風ファン３３からの気流において、ヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））に当てる前の気流、あるいはヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））に当たらない気流を各電線１２に当てる構成としてもよい。前者とする場合、送風ファン３３からヒートシンク３２（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））に向かう気流の一部が、各電線１２の熱を吸収したものとなるので、その放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）での熱の吸収に大きな影響を与えないようにする必要がある。

次に、本発明のレーザ発光装置の一例としての実施例２のレーザ発光装置１０Ａについて、図７を用いて説明する。この実施例２のレーザ発光装置１０Ａは、実施例１のレーザ発光装置１０とは異なり気流案内機構を設ける例である。この実施例２のレーザ発光装置１０Ａは、基本的な概念および構成は実施例１のレーザ発光装置１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、図７に示すように、冷却装置３０としてのヒートシンク３２Ａを、発光本体部２６よりも下方へと伸びる大きさ寸法とし、隔壁部材５４に至るものとする。このため、ヒートシンク３２Ａでは、放熱部３２ｂの各フィン３２ｃが送風ファン３３側において発光本体部２６よりも下方の隔壁部材５４まで伸びて設けられる。このヒートシンク３２Ａでは、送風ファン３３からの気流を、送風ファン３３側において図７を正面視して上下方向へと案内するとともに、その下側では発光本体部２６よりも下方の隔壁部材５４まで案内する。このため、ヒートシンク３２Ａの放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から熱を吸収した排気の一部は、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）により案内されて下側へと向かい隔壁部材５４に至る。その放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）は、隔壁部材５４まで伸びて設けられているため、下側へと案内された排気は、発光本体部２６側へと向かうことが防止され、送風ファン３３側へと向かう（矢印Ａ５参照）。ここで、レーザ発光装置１０Ａでは、レーザ発光装置１０と同様に、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気のうち、図７を正面視して上側へと向かう排気（矢印Ａ３）は発光本体部２６へ向かわない位置関係とされている。

また、ヒートシンク３２Ａでは、筐体１１（発光本体部２６）から伸びる各電線１２を通すための電線穴３２ｄが設けられている。この各電線穴３２ｄは、実施例２では、各電線１２に触れることなく当該各電線１２を通すことのできる大きさ寸法とされている。各電線穴３２ｄには、筐体１１の下側から外方に伸びる各電線１２が、発光本体部２６側から送風ファン３３側へと通される。これにより、各電線穴３２ｄを経た各電線１２は、図７を正面視して送風ファン３３の下側であって、ヒートシンク３２Ａ（放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））により排気が案内される位置（矢印Ａ５参照）に取り回される。

これらのことから、レーザ発光装置１０Ａでは、ヒートシンク３２Ａが、送風ファン３３により生じる気流を発光本体部２６から遠ざける方向に案内しており、送風ファン３３により生じる気流の一部を各電線１２へ向けて案内する気流案内機構として機能する。また、レーザ発光装置１０Ａでは、ヒートシンク３２Ａが、送風ファン３３により生じた気流が発光本体部２６に当たることを防ぐ防風機構としての機能を併せ持つ、すなわち防風機構を兼ねている。このことから、実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、防風機構としての外郭部材２７を設けていない。

実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流の一部を各電線１２（導電体）へ向けて案内する気流案内機構（ヒートシンク３２Ａ）を設けている。このため、レーザ発光装置１０Ａでは、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流の一部を、より確実に各電線１２（導電体）に当てることができるので、各電線１２（導電体）をより適切に冷却することができる。

また、レーザ発光装置１０Ａでは、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流を、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）が伸びる方向（上下方向）の下側へと案内した後に、発光本体部２６側ではなく送風ファン３３側へと案内する。これにより、レーザ発光装置１０Ａでは、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流を、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）から遠ざける方向に案内している。これにより、レーザ発光装置１０Ａでは、簡易な構成で、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）へ向けて進行することを防止することができ、防風機構を兼ねることができる。

さらに、レーザ発光装置１０Ａでは、放熱部材としてのヒートシンク３２Ａで気流案内機構を構成している。このため、レーザ発光装置１０Ａでは、ヒートシンク３２Ａの構成を変化させるだけで気流案内機構を設けることができ、送風ファン３３（送風機構）による気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に当たることを防止することができる。特に、実施例２では、放熱部材としてのヒートシンク３２Ａ（その放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ））の大きさ寸法を変更することで気流案内機構を構成していることから、より簡易に気流案内機構を設けることができる。

レーザ発光装置１０Ａでは、放熱部材としてのヒートシンク３２Ａを隔壁部材５４まで伸びる構成とすることにより、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に当たることを防止している。このように、レーザ発光装置１０Ａでは、ヒートシンク３２Ａの大きさ寸法や配置を周辺の構成に応じて変化させるだけで、送風ファン３３（送風機構）による気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に当たることを防止することができる。

したがって、本発明に係るレーザ発光装置としての実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）が駆動される場合であっても、発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体（各電線１２）を冷却することができる。

なお、実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、防風機構としての外郭部材２７（図５等参照）を設けていないが、外郭部材２７を設けるものとしてもよい。このように外郭部材２７を設けると、想定しない経路を経て送風ファン３３により生じた気流等が発光本体部２６側へと向かう場合であっても、当該気流により発光本体部２６が温められることを確実に防止することができる。

また、実施例２のレーザ発光装置１０Ａでは、気流案内機構（ヒートシンク３２Ａ）が、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流をレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）から遠ざける方向に案内している。しかしながら、気流案内機構は、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流の一部を導電体へ向けて案内するとともに、当該気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に当たることを防ぐものであればよく、上記した実施例２の構成に限定されるものではない。

次に、本発明のレーザ発光装置の一例としての実施例３のレーザ発光装置１０Ｂについて、図８を用いて説明する。この実施例３のレーザ発光装置１０Ｂは、気流案内機構の構成が上記した実施例２のレーザ発光装置１０Ａとは異なる例である。この実施例３のレーザ発光装置１０Ｂは、基本的な概念および構成は実施例１のレーザ発光装置１０および実施例２のレーザ発光装置１０Ａと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例３のレーザ発光装置１０Ｂでは、図８に示すように、冷却装置３０としてのヒートシンク３２に、板状部材３４を設けている。その板状部材３４は、図８を正面視して、前後方向（紙面と交わる方向）で見た幅寸法がヒートシンク３２（その吸熱部３２ａ）と等しくされた板状を呈し、そのヒートシンク３２における吸熱部３２ａの下端に取り付けられる。板状部材３４は、図８を正面視して、吸熱部３２ａの下端から、下方に向かうに連れて放熱部３２ｂ側に位置するように傾斜して設けられている。

ヒートシンク３２では、実施例１と同様に、送風ファン３３からの気流によりヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から熱を吸収した排気を、送風ファン３３側において上下方向へと案内する。すると、このヒートシンク３２では、吸熱部３２ａの下端に板状部材３４が設けられていることから、下方向へと案内された排気を板状部材３４に沿って放熱部３２ｂ側へと向かわせる。このため、ヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から下側へと案内された排気は、発光本体部２６側へと向かうことが防止され、送風ファン３３側へと向かう（矢印Ａ６参照）。ここで、レーザ発光装置１０では、レーザ発光装置１０と同様に、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気のうち、図８を正面視して上側へと向かう排気（矢印Ａ３）は発光本体部２６へ向かわない位置関係とされている。

そして、レーザ発光装置１０Ｂでは、実施例１のレーザ発光装置１０と同様に、発光本体部２６（筐体１１）の下側から外方に伸びる各電線１２が、発光本体部２６から送風ファン３３の下側であって板状部材３４により排気が案内される位置（矢印Ａ６参照）に取り回される。このことから、レーザ発光装置１０Ｂでは、板状部材３４が、送風ファン３３により生じる気流を発光本体部２６から遠ざける方向に案内しており、送風ファン３３により生じる気流の一部を各電線１２へ向けて案内する気流案内機構として機能する。また、レーザ発光装置１０Ｂでは、板状部材３４が、送風ファン３３により生じた気流が発光本体部２６に当たることを防ぐ防風機構としての機能を併せ持つ、すなわち防風機構を兼ねている。このことから、実施例３のレーザ発光装置１０Ｂでは、防風機構としての外郭部材２７を設けていない。

実施例３のレーザ発光装置１０Ｂでは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０および実施例２のレーザ発光装置１０Ａと同様の構成であることから、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０および実施例２のレーザ発光装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例３のレーザ発光装置１０Ｂでは、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流を、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）が伸びる方向（上下方向）の下側へと案内した後に、板状部材３４により送風ファン３３側へと案内する。これにより、レーザ発光装置１０Ｂでは、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流を、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）から遠ざける方向に案内している。これにより、レーザ発光装置１０Ｂでは、簡易な構成で、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）へ向けて進行することを防止することができ、防風機構を兼ねることができる。

また、レーザ発光装置１０Ｂでは、放熱部材としてのヒートシンク３２に取り付けた板状部材３４で気流案内機構を構成している。このため、レーザ発光装置１０Ｂでは、板状部材３４の構成や姿勢（向き）を変化させるだけで気流案内機構を設けることができ、送風ファン３３（送風機構）による気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に当たることを防止することができる。これにより、レーザ発光装置１０Ｂでは、ヒートシンク３２の形状や位置関係（レイアウト）に制約があっても、単純な形状で簡易な構成の板状部材３４をヒートシンク３２に取り付けるだけで、防風機構を兼ねる気流案内機構を設けることができる。

したがって、本発明に係るレーザ発光装置としての実施例３のレーザ発光装置１０Ｂでは、高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）が駆動される場合であっても、発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体（各電線１２）を冷却することができる。

なお、実施例３のレーザ発光装置１０Ｂでは、防風機構としての外郭部材２７（図５等参照）を設けていないが、外郭部材２７を設けるものとしてもよい。このように外郭部材２７を設けると、想定しない経路を経て送風ファン３３により生じた気流等が発光本体部２６側へと向かう場合であっても、当該気流により発光本体部２６が温められることを確実に防止することができる。

次に、本発明のレーザ発光装置の一例としての実施例４のレーザ発光装置１０Ｃについて、図９を用いて説明する。この実施例４のレーザ発光装置１０Ｃは、気流案内機構の構成が上記した実施例２のレーザ発光装置１０Ａおよび実施例３のレーザ発光装置１０Ｂとは異なる例である。この実施例４のレーザ発光装置１０Ｃは、基本的な概念および構成は実施例１のレーザ発光装置１０および実施例２のレーザ発光装置１０Ａと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例４のレーザ発光装置１０Ｃでは、図９に示すように、正面視して送風ファン３３Ｃが形成する気流の方向を上下方向（取込口３３ｂと送風口３３ｃとを上下方向）とし、ヒートシンク３２の上端に送風口３３ｃを対向させて送風ファン３３Ｃを設けている。このため、送風ファン３３Ｃからの気流は、ヒートシンク３２の放熱部３２ｂにおける各フィン３２ｃが伸びる方向に沿って、上側から下側に向けて形成される。

また、レーザ発光装置１０Ｃでは、冷却装置３０としてのヒートシンク３２および送風ファン３３Ｃに関連して気流ダクト３５を設けている。その気流ダクト３５は、断面が矩形状の筒状を呈し、送風ファン３３Ｃとヒートシンク３２との間の送風側ダクト３５１と、ヒートシンク３２から先の排気側ダクト３５２と、を有する。

その送風側ダクト３５１は、送風ファン３３Ｃからの気流をヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）へ向けて案内する。送風側ダクト３５１は、一端３５１ａを送風ファン３３Ｃの少なくとも送風口３３ｃを取り囲む大きさ寸法とし、実施例４では送風ファン３３Ｃの下端を取り囲む大きさ寸法とする。また、送風側ダクト３５１は、他端３５１ｂをヒートシンク３２の上端を取り囲む大きさ寸法とする。この送風側ダクト３５１は、その一端３５１ａを送風ファン３３Ｃの下端を取り囲むように当該下端に取り付け、他端３５１ｂをヒートシンク３２の上端を取り囲むように当該上端に取り付ける。

排気側ダクト３５２は、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気を、後述するように隔壁部材５４上に設けた導電体（各電線１２、電極コネクタ３６、各電線１２Ｐ）へ向けて案内する。この排気側ダクト３５２は、図９を正面視して、一端３５２ａにおける前後方向（紙面と交わる方向）で見た幅寸法および左右方向で見た長さ寸法をヒートシンク３２と等しくしている。気流ダクト３５は、その一端３５２ａをヒートシンク３２の下端を取り囲むように当該下端に取り付け、発光本体部２６から光ファイバ１３が突出される側へと折り曲げて隔壁部材５４上に伸ばし、他端３５２ｂを隔壁部材５４上に設置する。

加えて、レーザ発光装置１０Ｃでは、発光本体部２６（筐体１１）の下方から突出される各電線１２を、発光本体部２６から光ファイバ１３が突出される側へと取り回している。そして、レーザ発光装置１０Ｃでは、その各電線１２を、隔壁部材５４上に設けた電極コネクタ３６に接続する。この電極コネクタ３６は、レーザ発光装置１０Ｃと電源装置２５（図１参照）との接続および断絶を容易とするものであり、実施例４では、電源装置２５（図１参照）に対するモジュール交換等の利便性を高めるために設けている。このため、電極コネクタ３６には、接続された各電線１２Ｐを介して電源装置２５（図１参照）が接続される。このため、レーザ発光装置１０Ｃでは、各電線１２、電極コネクタ３６および各電線１２Ｐが、発光本体部２６に電流を供給する導電体として機能する。この電極コネクタ３６および各電線１２Ｐでは、各電線１２と同様に、レーザアレイチップ１９に１００（Ａ）以上の高電流の入力することから、その供給の際に熱が発生する。このことから、レーザ発光装置１０Ｃでは、図９を正面視して、排気側ダクト３５２の他端３５２ｂよりも右側の隔壁部材５４上に各電線１２を取り回し、その先（左側）に電極コネクタ３６および各電線１２Ｐを設けている。

このレーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃからのすべての気流が、送風側ダクト３５１に案内されて、上側からヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）へと向かう。そして、レーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃからの気流によりヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）から熱を吸収した排気が、図９を正面視して上下方向の下側に進行する。レーザ発光装置１０Ｃでは、ヒートシンク３２の下端を取り囲むように排気側ダクト３５２の一端３５２ａが設けられていることから、すべての排気が一端３５２ａから排気側ダクト３５２の内方に進行して他端３５２ｂに向かう（矢印Ａ７参照）。すると、レーザ発光装置１０Ｃでは、排気側ダクト３５２の他端３５２ｂが図９を正面視した右側へ向けて隔壁部材５４上に伸ばして設置されているので、排気がその他端３５２ｂから隔壁部材５４上で右側へ進行する。このため、気流ダクト３５により案内された排気は、発光本体部２６側へと向かうことが防止され、隔壁部材５４上の導電体（各電線１２、電極コネクタ３６、各電線１２Ｐ）側へと向かう（矢印Ａ８参照）。

このことから、レーザ発光装置１０Ｃでは、気流ダクト３５が、送風ファン３３Ｃにより生じる気流を発光本体部２６から遠ざける方向に案内しており、送風ファン３３により生じる気流の一部を導電体へ向けて案内する気流案内機構として機能する。また、レーザ発光装置１０Ｃでは、気流ダクト３５が、送風ファン３３Ｃにより生じた気流が発光本体部２６に当たることを防ぐ防風機構としての機能を併せ持つ、すなわち防風機構を兼ねている。このことから、実施例４のレーザ発光装置１０Ｃでは、防風機構としての外郭部材２７を設けていない。

実施例４のレーザ発光装置１０Ｃでは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０および実施例２のレーザ発光装置１０Ａと同様の構成であることから、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０および実施例２のレーザ発光装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例４のレーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃ（送風機構）からの気流を、気流ダクト３５により、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）へと案内した後に、導電体が取り回された側へと案内する。これにより、レーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃ（送風機構）により生じる気流を、レーザアレイチップ１９（発光本体部２６）から遠ざける方向に案内している。これにより、レーザ発光装置１０Ｃでは、簡易な構成で、送風ファン３３（送風機構）により生じる気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）へ向けて進行することを防止することができ、防風機構を兼ねることができる。

また、レーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃ（送風機構）およびヒートシンク３２（放熱部材）に関連して設けた気流ダクト３５で気流案内機構を構成している。このため、レーザ発光装置１０Ｃでは、気流ダクト３５の構成や姿勢（向き）を変化させるだけで気流案内機構を設けることができ、送風ファン３３Ｃ（送風機構）による気流がレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）に当たることを防止することができる。

さらに、レーザ発光装置１０Ｃでは、気流ダクト３５における送風側ダクト３５１で、送風ファン３３Ｃからのすべての気流をヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）へ向けて案内する。また、レーザ発光装置１０Ｃでは、気流ダクト３５における排気側ダクト３５２で、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からのすべての排気を、隔壁部材５４上に設けた導電体（各電線１２、電極コネクタ３６、各電線１２Ｐ）へ向けて案内する。このため、レーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃからの気流をすべて利用してヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）を冷却するとともに、そこからの排気をすべて利用して導電体を冷却することができる。また、レーザ発光装置１０Ｃでは、送風ファン３３Ｃからの気流を集中させて流速を高めた状態でヒートシンク３２の放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）に当てることができるので、その放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）での放熱効果をより高めることができる。さらに、レーザ発光装置１０Ｃでは、放熱部３２ｂ（各フィン３２ｃ）からの排気を集中させて流速を高めた状態で導電体に当てることができるので、その導電体での放熱効果をより高めることができる。これにより、レーザ発光装置１０Ｃでは、より効果的にレーザアレイチップ１９（発光本体部２６）を冷却することができる。

したがって、本発明に係るレーザ発光装置としての実施例４のレーザ発光装置１０Ｃでは、高温な環境下で高電流が供給されて発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）が駆動される場合であっても、発光本体部２６（レーザアレイチップ１９）の冷却機能の低下を招くことなく簡易な構成で導電体（各電線１２）を冷却することができる。

なお、実施例４のレーザ発光装置１０Ｃでは、防風機構としての外郭部材２７（図５等参照）を設けていないが、外郭部材２７を設けるものとしてもよい。このように外郭部材２７を設けると、想定しない経路を経て送風ファン３３により生じた気流等が発光本体部２６側へと向かう場合であっても、当該気流により発光本体部２６が温められることを確実に防止することができる。

なお、上記した各実施例では、本発明に係るレーザ発光装置の一例としての各実施例のレーザ発光装置１０について説明したが、レーザ光を出射する発光本体部と、前記発光本体部の熱を放熱すべく前記発光本体部に宛がわれる放熱部材と、前記放熱部材へ向けた気流を生じさせる送風機構と、前記発光本体部に電流を供給する導電体と、を備え、前記導電体には、前記送風機構により生じる気流の一部が当てられるレーザ発光装置であればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

また、上記した各実施例では、レーザ光を内燃機関の点火に用いる例を示していたが、レーザ加工機等のレーザ使用機器で用いるべく光ファイバ１３の出射端面１３ｂ（他端）を当該レーザ使用機器に接続するものであってもよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

さらに、上記した各実施例では、導電体として、各電線１２と、電極コネクタ３６および各電線１２Ｐ（実施例４のみ）と、を示している。しかしながら、導電体は、発光本体部（２６）に電流を供給するものであればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

上記した各実施例では、熱電素子としてのペルチェ素子３１を示している。しかしながら、熱電素子は、周囲の温度よりも低い温度に発光本体部（２６）を冷却すべくその発光本体部と放熱部材（ヒートシンク３２）との間に設けられるものであればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

上記した実施例１から実施例３では、送風機構の一例としての送風ファン３３を、送風口３３ｃをヒートシンク３２の放熱部３２ｂに正対させて設けている。しかしながら、送風機構（送風ファン３３）は、放熱部材（ヒートシンク３２）へ向けた気流を生じさせるものであれば、実施例４の送風ファン３３Ｃのようにヒートシンク３２の放熱部３２ｂにおける各フィン３２ｃが伸びる方向に向けて気流を生じさせるべくもうけてもよく、他の配置であってもよく、上記した実施例１から実施例３に限定されるものではない。

上記した各実施例では、それぞれの特徴となる構成を個別に設けていたが、例えば、実施例４の送風側ダクト３５１を実施例１から実施例３に適用する等のように他の実施例の構成を適宜組み合わせるものであってもよく、上記した各実施例の構成に限定されるものではない。

以上、本発明のレーザ発光装置を各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ （レーザ発光装置の一例としての）レーザ発光装置
１２、１２Ｐ （導電体の一例としての）電線
２６ 発光本体部
２７ （防風機構の一例としての）外郭部材
３１ （熱電素子の一例としての）ペルチェ素子
３２ （放熱部材の一例としての）ヒートシンク
３２Ａ （放熱部材の一例であって気流案内機構の一例としての）ヒートシンク
３３、３３Ｃ （送風機構の一例としての）送風ファン
３４ 板状部材
３５ 気流ダクト
３６ （導電体の一例としての）電極コネクタ
４０ エンジン点火プラグシステム
５２ 点火プラグ

特開２００８−２１１０２５号公報

Claims (10)

1. レーザ光を出射する発光本体部と、
   前記発光本体部の熱を放熱すべく前記発光本体部に宛がわれる放熱部材と、
   前記放熱部材へ向けた気流を生じさせる送風機構と、
   前記発光本体部に電流を供給する導電体と、を備え、
   前記導電体には、前記送風機構により生じる気流の一部が当てられることを特徴とするレーザ発光装置。
2. 請求項１に記載のレーザ発光装置であって、
   さらに、周囲の温度よりも低い温度に前記発光本体部を冷却すべく前記発光本体部と前記放熱部材との間に設けられる熱電素子と、
   前記送風機構により生じる気流が前記発光本体部に当たることを防ぐ防風機構と、を備えることを特徴とするレーザ発光装置。
3. 前記導電体に当てられる前記送風機構により生じる気流の一部は、前記放熱部材に当てられて前記放熱部材から熱を吸収した気流の一部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ発光装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ発光装置であって、
   さらに、前記送風機構により生じる気流が前記発光本体部に当たることを防ぐ防風機構を備え、
   前記防風機構は、前記発光本体部の外方を取り囲む外郭部材であることを特徴とするレーザ発光装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ発光装置であって、
   さらに、前記送風機構により生じる気流の一部を前記導電体へ向けて案内する気流案内機構を備え、
   前記気流案内機構は、前記送風機構により生じる気流が前記発光本体部に当たることを防ぐことを特徴とするレーザ発光装置。
6. 前記気流案内機構は、前記送風機構により生じる気流を前記発光本体部から遠ざける方向に案内することを特徴とする請求項５に記載のレーザ発光装置。
7. 前記気流案内機構は、前記放熱部材により構成されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ発光装置。
8. 前記気流案内機構は、板状部材であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ発光装置。
9. 前記気流案内機構は、気流ダクトであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ発光装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のレーザ発光装置と、
    前記レーザ発光装置から出力されたレーザ光を用いて内燃機関を点火させる点火プラグと、を備えることを特徴とするエンジン点火プラグシステム。