JPH08167750A - レーザ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却液温度を温度計で検出し、制御部におい
て目標温度と比較して冷却液流量を制御弁で調節するこ
とにより、配管内部の圧力上昇を防止するとともに、安
定したレーザ発振を実現する。 【構成】 温度計３はキャビティ内部の冷却液８の温度
を検出し、制御部９に温度情報を送る。制御部９は設定
された目標温度と温度計３の検出温度を比較する。検出
温度が高い場合は制御弁１３の弁開度を大きくし、検出
温度が低い場合は制御弁１３の弁開度を小さくして、検
出温度が目標温度と一致するように冷却液８の流量を調
節する。キャビティ１の内部の冷却液温度は一定に保た
れて、配管４の内部圧力は上昇せず、また出力の安定な
レーザ光が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を発生する
装置においてレーザ発生部を液体冷却するレーザ冷却装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置としては、例えばＳ
ｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ ＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ，Ｐ．４１７に示されるようなレーザ冷却装置が挙
げられる。このレーザ冷却装置は図９に示すような構成
になっており、１はキャビティ、２は冷却ポンプ、３は
温度計、４は配管、５はフィルタ、６はファン、７は放
熱部、８は冷却液、９は制御部である。

【０００３】次に動作について説明する。図９におい
て、キャビティ１は外部からの入力によりレーザ光を発
生する。冷却ポンプ２はキャビティ１内に冷却液を送
り、キャビティ１の発生熱を放熱部７で放出する。温度
計３は配管中の冷却液８の温度を検出し、制御部９は放
熱部７の下流における冷却液８の温度が上昇するファン
６を運転するように指令を出し、放熱部７はファン６に
よる２次冷却空気を供給される。フィルタ５は網目状の
平面で構成され、冷却液中の混入物を捕獲しキャビティ
１に混入物が入らないようにする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ冷却装置
は以上のように構成されているので、冷却液の温度はキ
ャビティから下流に離れた放熱部において放熱され温度
が低下した後の地点で検出されていて、キャビティ内部
の冷却液の温度は温度計で検出されるよりも高くなる。
ファンによる冷却が開始されると冷却液の温度は低下
し、キャビティ内部における冷却液温度も低下し、キャ
ビティ部分での冷却液温度は一定に維持されない。この
ためにキャビティから出力されるレーザ光は強度やビー
ムパターンの温度変動があるという問題があった。ま
た、配管が閉じた系を構成しているために冷却液温度が
変化すると配管内部の圧力が変化し、配管の水密が保て
ないという問題があった。また、フィルタが目詰まりを
起こしやすいため、配管の圧力が上昇しやすく配管の水
密が保てないという問題があった。さらに、配管内の圧
力が上昇した場合にはすべての運転を停止するために冷
却液の温度が下がりにくいという問題があった。

【０００５】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、キャビティが常に一定温度にあるよう
に制御可能なレーザ冷却装置を得ることを目的とする。
また、冷却液温度の変化による圧力変化を防止し水密を
確保することを目的とする。また、フィルタの目詰まり
による配管内の圧力上昇を抑制することを目的とする。
また、冷却液の温度が上昇した場合にキャビティを停止
し冷却ポンプとファンとを運転することで、冷却液の温
度を速やかに低下することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る実施例１
のレーザ冷却装置は、キャビティの温度を検出する温度
計と、設定された目標温度と温度計の温度とを比較し
て、温度計の温度が高い場合は制御弁を開き温度計の温
度が低いときには制御弁を閉じるように弁を制御する制
御部と、制御部により弁開度が制御される制御弁とを備
えるようにしたものである。

【０００７】また、この発明に係る実施例２のレーザ冷
却装置は、キャビティの温度を検出する温度計と、設定
された目標温度と温度計の温度とを比較して、温度計の
温度が高い場合は冷却ポンプ回転数を増加する指示を出
し、温度計の温度が低いときには冷却ポンプ回転数を減
少する指示を出すことにより冷却ポンプの吐出流量を制
御するポンプ制御部とを備えるようにしたものである。

【０００８】また、この発明に係る実施例３のレーザ冷
却装置は、冷却液の配管中に、例えばポリエステルのよ
うに周囲の圧力差により大きな変形が可能な材質ででき
ており、内部に空洞を有する弾性体を備えたものであ
る。

【０００９】また、この発明に係る実施例４のレーザ冷
却装置は、冷却液の配管中に、微細な穴または格子を持
つ平板の中央部分を周囲部分より上流側に突き出して、
配管中に備えたものである。

【００１０】また、この発明に係る実施例５のレーザ冷
却装置は、配管内部の圧力を検出する圧力計と、圧力が
一定値を超えた場合にキャビティ内のランプの発光を停
止させ冷却ポンプとファンの運転を継続して冷却液の温
度を速やかに低下させるランプ制御部とを備えるように
したものである。

【００１１】

【作用】以上のように構成された実施例１の温度計はキ
ャビティ内部の冷却液温度を検出して制御部へ出力し、
制御弁は制御部の指令により弁開度を変化して配管内の
冷却液流量を調節し、制御部はキャビティ内部の冷却液
の温度が設定された温度以上になると制御弁の弁開度を
増し冷却液流量を増やして冷却液の温度を下げ、設定さ
れた温度以下になると制御弁の弁開度を減らし冷却液流
量を減らして冷却液の温度を上げ、温度計により検出さ
れるキャビティ内部の冷却液の温度が設定温度になるま
で制御弁の弁開度を調節する。

【００１２】また、以上のように構成された実施例２の
温度計はキャビティ内部の冷却液温度を検出して制御部
へ出力し、ポンプ制御部はキャビティ内部の冷却液の温
度が設定された温度以上になると冷却ポンプの回転数を
増し冷却液流量を増やして冷却液の温度を下げ、設定さ
れた温度以下になると冷却ポンプの回転数を減らし冷却
液流量を減らして冷却液の温度を上げ、温度計により検
出されるキャビティ内部の冷却液の温度が設定温度にな
るまで制御弁の弁開度を調節する。

【００１３】また、以上のように構成された実施例３の
弾性体は温度上昇の場合は弾性体内部の圧力を増加させ
ながら、冷却液の温度変化による冷却液の圧力増加によ
り、圧縮率が高いために弾性体内部の空洞の体積が減少
することにより冷却液の体積増加を吸収して配管内部の
冷却液圧力の増加を相殺する。温度低下の場合は弾性体
内部の圧力を減少させながら、冷却液の温度変化による
冷却液の圧力低下により、圧縮率が高いために弾性体内
部の空洞の体積が増加することにより冷却液の体積減少
を吸収して配管内部の冷却液圧力の低下を相殺する。

【００１４】また、以上のように構成された実施例４の
フィルタは冷却液中の混入物をフィルタの最も下流の部
分に集中して堆積させ中央部分には目詰まりを起こさな
いので、配管の流路を塞がない。

【００１５】また、以上のように構成された実施例５の
圧力計は配管内部の圧力を検出し、ランプ制御部は圧力
計の出力を設定された圧力と比較して、圧力が高い場合
はランプの発光を停止し冷却ポンプとファンを運転し続
けて冷却液の温度を低下させる。

【００１６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１について図を参照
にして説明する。図１はこの発明のレーザ冷却装置の実
施例１を示すブロック線図である。図において、１はキ
ャビティ、２は冷却ポンプ、３は温度計、４は配管、５
はフィルタ、６はファン、７は放熱部、８は冷却液、９
は制御部である。図中の白抜きの矢印は冷却液８の流れ
方向を示す。

【００１７】次に動作について説明する。キャビティ１
はランプやダイオード等によりレーザ媒質を励起しある
いは直接レーザ光に発射する機能を持ち、冷却ポンプ２
から配管４を通して供給される冷却液８によりレーザ光
を発生する際に生じる熱を除去される。ところで、例え
ば上記キャビティ１の内部構成は図２に示すようになっ
ており、３は温度計、８は冷却液、１０はレーザ媒質、
１１はランプ、１２は反射筒である。図２において波線
の矢印は冷却液の流れを示し、実線の矢印はランプから
射出された光がレーザ媒質に入るまでの経路を示し、白
抜きの矢印はレーザ媒質から射出されるレーザ光を示
す。ランプ１１はレーザ媒質１０が吸収する波長の光を
発生し、レーザ媒質１０は上記光を直接あるいは反射筒
１２を介して吸収する。図示していないが、レーザ媒質
は光共振器の光路中に設置されており上記のようにレー
ザ媒質１０はランプ１１の光を吸収するとレーザ媒質に
固有のレーザ光を発生する。ランプ１０は発光に際して
発熱し、レーザ媒質１０、反射筒１２は光を受けて発熱
するので、冷却液８により冷却される。冷却液８は常時
運転されるファン６による２次冷却空気により放熱部７
で排熱する。ランプ１０は周囲の温度が高低すると性能
が変化し発生する光の強度が変動するので、安定したレ
ーザ光を得るために、キャビティ１の内部の温度を温度
計にて検出し、この温度があらかじめ設定されていた目
標温度と一致しているか制御部９にて判別する。目標温
度に対して上回っている場合は冷却ポンプ２の下流に設
置された制御弁１３の弁開度を大きくして冷却液の供給
を増して冷却液８の温度を下げ、目標温度を下回ってい
る場合には制御弁１３の弁開度を小さくして冷却液８の
温度を上げて、キャビティ１の温度を目標温度になるよ
うに冷却液８の温度を制御する。このため、キャビティ
１の温度を一定にして安定したレーザ出力を得ると同時
に、冷却液温度８の上昇を防ぎ配管４内の圧力上昇を起
こさない。

【００１８】実施例２．以下、この発明の実施例２につ
いて図を参照にして説明する。図３はこの発明のレーザ
冷却装置の実施例２を示すブロック線図である。図にお
いて、１はキャビティ、２は冷却ポンプ、３は温度計、
４は配管、５はフィルタ、６はファン、７は放熱部、１
４はポンプ制御部である。図中の白抜きの矢印は冷却液
８の流れ方向を示す。

【００１９】次に動作について説明する。キャビティ１
は上記実施例１にて説明したように冷却ポンプ２から配
管４を通して供給される冷却液８によりレーザ光を発生
する際に生じる熱を除去される。冷却液８は常時運転さ
れるファン６による２次冷却空気により放熱部７で排熱
する。ランプ１０は周囲の温度が高低すると性能が変化
し発生する光の強度が変動するので、安定したレーザ光
を得るために、キャビティ１の内部の温度を温度計３に
て検出し、この温度があらかじめ設定されていた目標温
度と一致しているかポンプ制御部９にて判別する。目標
温度に対して上回っている場合はポンプ制御部１４から
冷却ポンプ２の回転数を増加して冷却液８の供給を増し
て冷却液８の温度を下げ、目標温度を下回っている場合
には冷却ポンプ２の回転数を小さくして冷却液８の温度
を上げて、キャビティ１の温度を目標温度になるように
冷却液８の温度を制御する。このため、キャビティ１の
温度を一定にして安定したレーザ出力を得ると同時に、
冷却液温度８の上昇を防ぎ配管４内の圧力上昇を起こさ
ない。

【００２０】実施例３．以下、この発明の実施例３につ
いて図を参照にして説明する。図４はこの発明のレーザ
冷却装置の実施例３を示す図である。図において、４は
配管、８は冷却液、１５は弾性体であり、この弾性体１
５には空洞１８が図５に示すように設置されている。

【００２１】次に動作について説明する。キャビティ１
はランプやダイオード等によりレーザ媒質を励起しある
いは直接レーザ光に発射する機能を持ち、冷却ポンプ２
から配管４を通して供給される冷却液８によりレーザ光
を発生する際に生じる熱を除去される。冷却液８は常時
運転されるファン６による２次冷却空気により放熱部７
で排熱する。ところで、例えば冷却液８の温度が上昇す
ると、限られた体積の配管内では冷却液８は体積膨張が
不可能なために内部圧力を増す。配管４や冷却ポンプ２
の接続部で圧力によりシールが破壊されるのを防ぐため
に、図５に示す弾性体１５を冷却液８中に混入する。弾
性体１５の内部は空洞１８であり容易に膨張収縮するた
め、温度上昇による配管４内の圧力増加を空洞１８の体
積減少により緩和する。また、温度が低下した場合にも
空洞１８が膨張して冷却液８の体積減少と圧力低下を緩
和する。空洞１８内部の圧力と外部の冷却液の圧力はほ
ぼ等しいので、弾性体１５の材質の伸び、強度はあまり
重要ではない。一般のレーザ冷却装置の温度範囲である
−３０℃から＋５０℃においては、常温を基準として空
洞１８を満たす気体の体積変化が１３％程度、冷却液の
体積変化が２％程度のため、空洞１８を含む弾性体１５
の体積が冷却液の約４分の１であれば、弾性体の内部圧
力変化が高々２０％以下で、冷却液の圧力変化を緩和す
ることができる。このようにして、冷却液８の温度が変
動しても配管４内の圧力変化を抑制し、レーザ冷却装置
の水密を維持する。

【００２２】実施例４．以下、この発明の実施例４につ
いて図を参照にして説明する。図６はこの発明のレーザ
冷却装置の実施例４を示す図である。図において、４は
配管、５はフィルタ、８は冷却液である。図の矢印は冷
却液８の流れ方向で、フィルタ５を流れ方向から見ると
図７（ａ）になる。

【００２３】次に動作について説明する。レーザ冷却装
置内部を循環する冷却液８中にはレーザ冷却装置外部か
ら冷却液８とともに混入した混入物やレーザ冷却装置内
から生じる混入物が浮遊する。これらの混入物はランプ
１１やレーザ媒質に付着してレーザ発生の効率を著しく
低下させるので、混入物を取り除くフィルタが不可欠で
ある。平面状のフィルタでは配管が詰まり内部圧力が上
昇するが、本発明によるフィルタは図７（ｂ）に示すよ
うに中央付近が流れの上流に向かって突き出しており、
混入物はフィルタの中央と周辺の中程に集中するので、
中央部と周辺部の流れが阻害されず、圧力上昇が抑制さ
れて水密を保ちやすい。このため、配管４内の圧力変化
を抑制し、レーザ冷却装置の水密を維持する。

【００２４】実施例５．以下、この発明の実施例５につ
いて図を参照にして説明する。図８はこの発明のレーザ
冷却装置の実施例５を示すブロック線図である。図にお
いて、１はキャビティ、２は冷却ポンプ、３は温度計、
４は配管、５はフィルタ、６はファン、７は放熱部、８
は冷却液、１６は圧力計、１７はランプ制御部である。
図中の白抜きの矢印は冷却液８の流れ方向を示す。

【００２５】次に動作について説明する。キャビティ１
は冷却ポンプ２から配管４を通して供給される冷却液８
によりレーザ光を発生する際に生じる熱を除去される。
冷却液８は常時運転されるファン６による２次冷却空気
により放熱部７で排熱する。ところで、例えば冷却液８
の温度が上昇すると、限られた容積の配管内では冷却液
８は体積膨張が不可能なために内部圧力を増す。配管４
や冷却ポンプ２の接続部で圧力によりシールが破壊され
るのを防ぐために、配管４に設置した圧力計１６により
圧力の上昇を検出して、検出した圧力があらかじめ設定
された圧力を超えた場合には、ランプ制御部１７におい
て冷却ポンプ２とファン６の運転を継続したままでキャ
ビティ１内のランプ１１の発光を停止する。冷却ポンプ
２とファン６により冷却液８は急速に冷却されて配管４
内部の圧力も低下する。このため、配管４内の圧力上昇
が発生してもレーザ冷却装置の水密を維持し、速やかに
レーザ冷却装置の運転を再開できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように実施例１に係るこの発明に
よれば、キャビティの温度を検出する温度計と、設定さ
れた目標温度と温度計の温度とを比較し、温度計の温度
が高い場合は制御弁を開き温度計の温度が低いときには
制御弁を閉じるように弁を制御する制御部と、制御部に
より弁開度が制御される制御弁とを備えるようにしたの
で、制御弁の動作により冷却液の流量を制御しレーザ発
振中の冷却液の温度を常に一定に保つことができるた
め、安定したレーザ出力を得ると同時に、冷却液温度の
上昇を防ぎ配管内の圧力上昇を起こさないという効果が
ある。

【００２７】また、以上のように実施例２に係るこの発
明によれば、キャビティの温度を検出する温度計と、設
定された目標温度と温度計の温度とを比較し、温度計の
温度が高い場合は冷却ポンプ回転数を増加する指示を出
し、温度計の温度が低いときには冷却ポンプ回転数を減
少する指示を出すことにより冷却ポンプの吐出流量を制
御するポンプ制御部とを備えるようにしたので、冷却ポ
ンプの回転数により冷却液の流量を制御しレーザ発振中
の冷却液の温度を常に一定に保つことができるため、安
定したレーザ出力を得ると同時に、冷却液温度の上昇を
防ぎ配管内の圧力上昇を起こさないという効果がある。

【００２８】また、以上のように実施例３に係るこの発
明によれば、冷却液の配管中に、例えばポリエステルの
ように変形が可能な材質の内部に気体を密封した弾性体
を備えるようにしたので、冷却液の温度が変化して、圧
力が増加する場合には弾性体がつぶれて冷却液の体積を
増して圧力上昇を抑制するようになり、圧力が減少する
場合には弾性体が膨らんで冷却液の体積を減らし圧力を
下げることを抑制し、レーザ冷却装置の水密を維持する
という効果がある。

【００２９】また、以上のように実施例４に係るこの発
明によれば、冷却液の配管中に、中央部が周辺部より流
れの上流方向に突き出したフィルタを備えているので、
レーザ冷却装置内部で発生したり冷却液とともに侵入し
た混入物がフィルタの目詰まりを起こすことなく配管内
の圧力変化を抑制し、レーザ冷却装置の水密を維持する
という効果がある。

【００３０】また、以上のように実施例５に係るこの発
明によれば、配管内部の圧力を検出する圧力計と、圧力
が一定値を超えた場合にキャビティ内のランプの発光を
停止させて冷却ポンプとファンの運転を継続して冷却液
の温度を速やかに低下させるランプ制御部とを備えてい
るので、配管内の圧力上昇が発生してもレーザ冷却装置
の水密を維持し、速やかにレーザ冷却装置の運転を再開
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるレーザ冷却装置の実施例１の
構成を示すブロック図である。

【図２】 キャビティの内部構成を示す図である。

【図３】 この発明による実施例２の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】 この発明によるレーザ冷却装置の実施例３を
示す図である。

【図５】 弾性体を示す断面図である。

【図６】 この発明によるレーザ冷却装置の実施例４を
示す図である。

【図７】 フィルタの一例を示す図である。

【図８】 この発明によるレーザ冷却装置の実施例５の
構成を示すブロック図である。

【図９】 従来のレーザ冷却装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ キャビティ、２ 冷却ポンプ、３ 温度計、４ 配
管、５ フィルタ、６ファン、７ 放熱部、８ 冷却
液、９ 制御部、１０ レーザ媒質、１１ ランプ、１
２ 反射筒、１３ 制御弁、１４ ポンプ制御部、１５
弾性体、１６圧力計、１７ ランプ制御部、１８ 空
洞。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発生するレーザ媒質、これを
   励起するランプおよび反射筒から構成されるキャビティ
   と、上記キャビティ内部を冷却する冷却液と、上記冷却
   液を吐出する冷却ポンプと、上記冷却液の流路中におい
   て上記キャビティの上流に設置されたフィルタと、上記
   冷却液の温度を下げるための放熱部と、上記冷却ポンプ
   と上記キャビティと上記フィルタと上記放熱部とを接続
   し上記冷却液を循環させるための配管と、上記放熱部に
   空気を送るファンとを有するレーザ冷却装置において、
   キャビティ内部の冷却液の温度を検出する温度計と、上
   記冷却液の流量を制御する機構を備えた制御弁と、上記
   制御弁の弁開度を制御する制御部とを備えたことを特徴
   とするレーザ冷却装置。
2. 【請求項２】 レーザ光を発生するレーザ媒質、これを
   励起するランプおよび反射筒から構成されるキャビティ
   と、上記キャビティ内部を冷却する冷却液と、上記冷却
   液を吐出する冷却ポンプと、上記冷却液の流路中におい
   て上記キャビティの上流に設置されたフィルタと、上記
   冷却液の温度を下げるための放熱部と、上記冷却ポンプ
   と上記キャビティと上記フィルタと上記放熱部とを接続
   し上記冷却液を循環させるための配管と、上記放熱部に
   空気を送るファンとを有するレーザ冷却装置において、
   キャビティ内部の温度を検出する温度計と、上記キャビ
   ティの温度を一定に維持するように上記冷却ポンプの吐
   出流量をポンプ回転数により調節するポンプ制御部とを
   備えたことを特徴とするレーザ冷却装置。
3. 【請求項３】 レーザ光を発生するレーザ媒質、これを
   励起するランプおよび反射筒から構成されるキャビティ
   と、上記キャビティ内部を冷却する冷却液と、上記冷却
   液を吐出する冷却ポンプと、上記冷却液の流路中におい
   て上記キャビティの上流に設置されたフィルタと、上記
   冷却液の温度を下げるための放熱部と、上記冷却ポンプ
   と上記キャビティと上記フィルタと上記放熱部とを接続
   し上記冷却液を循環させるための配管と、上記放熱部に
   空気を送るファンとを有するレーザ冷却装置において、
   冷却液を満たした配管中に、内部に空洞を有する１個以
   上の弾性体を備えたことを特徴とするレーザ冷却装置。
4. 【請求項４】 レーザ光を発生するレーザ媒質、これを
   励起するランプおよび反射筒から構成されるキャビティ
   と、上記キャビティ内部を冷却する冷却液と、上記冷却
   液を吐出する冷却ポンプと、上記冷却液の流路中におい
   て上記キャビティの上流に設置されたフィルタと、上記
   冷却液の温度を下げるための放熱部と、上記冷却ポンプ
   と上記キャビティと上記フィルタと上記放熱部とを接続
   し上記冷却液を循環させるための配管と、上記放熱部に
   空気を送るファンとを有するレーザ冷却装置において、
   上記配管中に周辺よりも中央部が突出した網目状のフィ
   ルタを備えたことを特徴とするレーザ冷却装置。
5. 【請求項５】 レーザ光を発生するレーザ媒質、これを
   励起するランプおよび反射筒から構成されるキャビティ
   と、上記キャビティ内部を冷却する冷却液と、上記冷却
   液を吐出する冷却ポンプと、上記冷却液の流路中におい
   て上記キャビティの上流に設置されたフィルタと、上記
   冷却液の温度を下げるための放熱部と、上記冷却ポンプ
   と上記キャビティと上記フィルタと上記放熱部とを接続
   し上記冷却液を循環させるための配管と、上記放熱部に
   空気を送るファンとを有するレーザ冷却装置において、
   上記冷却ポンプの下流にポンプ吐出圧を測定する圧力計
   と、上記圧力計の信号が一定圧力を超えるとキャビティ
   のランプ発光のみを停止し、冷却ポンプとファンを運転
   するランプ制御部とを備えたことを特徴とするレーザ冷
   却装置。