JPH06260700A - レーザ発振器の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザの冷却水に混入された気泡を除し、レ
ーザ出力の低下を防止できるレーザ発振器の冷却装置を
得る。 【構成】 レーザ発振器のキャビティ出口６と接続され
る冷却水タンク８の下部にオリフィス３１とノズル３０
を配置することによって、冷却水２０に混入された気泡
３２を冷却水タンク８の中に分離する。冷却板２７の両
面に蛇行する水路２８と接する、コルゲート状のフィン
３３を有する放熱フィン１４に冷却空気２５でキャビテ
ィの発熱を外部に放出する。 【効果】 冷却水に混入された気泡の循環により生ずる
レーザ出力の低下を防止できる。冷却水温度上昇をおさ
えることによりフラッシュランプからの気泡発生による
レーザ出力低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ発振器におけ
る液体を用いた冷却装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８、図９は、従来の構造を示す図であ
り、図８は従来装置の全体図、図９（ａ）は従来装置の
姿勢９０゜変化時の冷却液タンク内の冷却水状態を示す
図、図９（ｂ）は従来装置の姿勢４５゜変化時の冷却水
タンク内の冷却水状態を示す図であり、図において、１
は高圧回路に電極２を介して接続されたフラッシュラン
プ、３は上記フラッシュランプ１に近接して平行に配さ
れたＹＡＧロッド３の周囲を包むように配された反射
筒、５は上記フラッシュランプ１、ＹＡＧロッド３、反
射筒４をその内部にアセンブリすると共にキャビティ冷
却液出口６とキャビティ冷却液入口７を有するキャビテ
ィ、８は上記キャビティ冷却液入口７側の第１の配管９
に接続され、その下部にタンク冷却液出口１０、その上
部にタンク冷却液入口１１を有する円筒状の冷却水タン
ク、１２は上記冷却水タンク８の上面カバー１３に配置
された冷却水充填口、１５は冷却水タンク８の側方に配
された冷却ファン、１６は上記冷却ファン１５と板状放
熱フィン１４を包むエアーダクト、１７は上記キャビテ
ィ液出口６とタンク冷却液入口１１の間に配されたポン
プ、１８は上記冷却水タンク８と上記ポンプ１７を接続
する第２の配管、１９は上記キャビティ５と上記ポンプ
１７を接続する第３の配管、２０は冷却系全体に充填さ
れ上記タンク冷却液出口１１と上記上面カバー１３の中
ほどに水位を持つ冷却水、２１は上記冷却水タンク８内
の空気層である。

【０００３】従来のレーザ発振器の冷却装置は上記のよ
うに構成されており、まず高電圧回路に接続された上記
フラッシュランプ１が発光しする。フラッシュランプ１
とＹＡＧロッド３を包む反射筒４を介して上記ＹＡＧロ
ッド３に集光される。上記ＹＡＧロッド３においては集
光されたエネルギーがある一定状態に達するとＹＡＧロ
ッド３の端面からパルス状にレーザ光が発振される。以
上がレーザ発振の基本動作であり、レーザ発振が繰り返
されると上記キャビティ５の内部では集中的に大量の熱
が発生し、その発熱密度から直接液冷にて放熱するシス
テムを形成する必要性が生じる。本装置においては、上
記フラッシュランプ１で光のエネルギーを高電圧回路か
らのエネルギーにより発生し、反射筒４で反射しＹＡＧ
ロッド３に集光させる。この時、フラッシュランプ１か
らは約１００Ｗの熱エネルギーが放出され、ＹＡＧロッ
ド３ばかりでなく反射筒４の内面の温度も上昇させるこ
ととなっている。これによりフラッシュランプ１の表面
は高温となり、強性冷却をし２００℃以下としないと、
フラッシュランプが電極との熱歪で破損を生ずることと
なっていた。この為、この冷却には使用環境温度でも凍
結しない混合比のエチレングリコール溶液を冷却水とし
て１L ／分の割合で循環させ冷却を行っていた。本構造
において、上記フラッシュランプ１、ＹＡＧロッド３、
反射筒４からの熱は、上記ポンプ１７によって循環され
ている冷却水２０により、上記キャビティ冷却液出口６
を通過して運び出され、上記第３の配管１９、ポンプ１
７、第２の配管１８、タンク冷却液入口１１を通って上
記冷却水タンク８内に達する。図中の矢印は冷却水の流
れる方向を示す。上記冷却水タンク８の円筒面周囲には
多くの放熱面積を有する板状の放熱フィン３３が配置さ
れており上記冷却水２０からの熱は上記冷却水タンク８
の壁面を通って上記放熱フィン１４に伝導され、上記冷
却ファン１５を通過する冷却風２５により冷却装置の外
部に放熱される。ここでエアーダクト１６は冷却ファン
１５により押し込まれた冷却風２５を上記板状放熱フィ
ン１４に当てるガイドをしている。図中矢印は冷却風の
方向を示す。熱を放出し温度が低くなった上記冷却水２
０は上記タンク冷却液出口１０より上記第１の配管９を
通って上記キャビティ冷却液入口より再び上記キャビテ
ィ５内に送り込まれることで冷却システムを形成してい
る。このようにして冷却水２０の温度は、フラッシュラ
ンプ１の表面から沸騰の気泡が発生しない６６℃以下に
保たれている。また上記冷却水２０の液体膨張により冷
却系内の圧力が上昇しフラッシュランプ１が破損しない
ような容積のベローズ２２を冷却水タンクの上面カバー
１３にベローズホルダー２３で配置していた。ところ
で、レーザ発振器のレーザ出力低下の一因としては、上
記キャビティ５内に気泡が残留したり、冷却水２０の中
に気泡が残留し、上記反射筒４内を通過し上記フラッシ
ュランプ１のレーザ光の通過が気泡の混入によって低下
することとなっていた。この為、レーザ発振器のレーザ
出力を安定させる冷却システムは、キャビティへの気泡
混入を防止することが重要であり、さらには冷却液中に
混入した気泡をすばやく分離し冷却系に再混入させない
ことが必要であった。本装置においても上記冷却水２０
の水位は上記タンク冷却液出口１１の先端部より上方に
位置するようになっており、例えば図９（ａ），（ｂ）
に示すようにレーザ測距装置全体姿勢が変化し、冷却水
タンクの角度が変化した際も上記空気層２１は上記タン
ク冷却液出口１１の先端部分より上方に位置するように
なっており姿勢変化があっても気泡が上記キャビティ５
内に戻っていかない構造となっていた。尚、上記冷却水
タンク８の上方には、上面カバー１３がありここに冷却
液注入口１２を上部に有するベローズ２２が取付けられ
冷却水２０を注入する構造となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ発振器の
冷却装置は以上のように構成されているので、レーザ測
距装置全体の姿勢が急激に変化した場合や、車軸、艦船
等に搭載し振動外力が加わった場合に冷却水タンク内の
空気層が攪拌され、冷却水内に混入する状態が生じてい
た。その為、ポンプにより循環されている冷却水に気泡
が混入したままキャビティ内に冷却水が送り込まれフラ
ッシュランプからのＹＡＧロッドへ送られる光エネルギ
ーを拡散し、レーザ出力の低下を引き起こすという問題
があった。また冷却水タンク内は、第２の配管内径より
著しく断面積を大きくすることで冷却液の流速を０．１
ｍ／ｓ以下に遅くし、気泡の分離をしているため、冷却
フィンの周辺の冷却水はほとんど流動せず冷却水タンク
から放熱ファンへの熱伝達を大きく阻害して、３５℃以
上の周囲温度の環境下では使用できないというなどの問
題点があった。

【０００５】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたもので、使用中に気泡の発生によりレーザ出力の
著しい低下を招くことのないレーザ発振器の冷却装置を
得ることを目的としており、さらにこの装置に適した脱
泡方法を提供することを目的とする。また、気泡の分離
と外部への熱放出を別々に行えるようにしたため、周囲
温度の高い環境下での使用を可能とする冷却装置を得る
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ発
振器の冷却装置は、冷却系の内に、両面に蛇行する水路
を有する冷却板と、これと接する放熱フィンにより構成
される熱交換器を備えたものである。さらに、この冷却
系の中にオリフィスと同軸上にノズルを配置し、冷却水
の流速エネルギーによって冷却水中の気泡を冷却水タン
クの中に分離するものである。

【０００７】

【作用】この発明における冷却装置は、キャビティの発
熱による冷却水温度上昇を熱伝導率の高いアルミ材でつ
くられた冷却板に冷却風と直交する水路をもうけると共
に同じ材質のコルゲート状の複数のフィンから構成され
る放熱フィンで防止する。また、この発明の脱泡方法
は、冷却水タンク下部にオリフィスとノズルと直角配管
で構成することにより、ノズル中央部の流速の早い所を
通ってくる気泡を水路と同軸のオリフィスに衝突させ
て、気泡の液体中を上昇するエネルギーと水の衝突エネ
ルギーでオリフィス内に押し込むことにより、主水路か
ら分離できレーザの気泡による出力低下を防止できる。

【０００８】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１は装置の全体構成図、図２は熱交
換器の斜視図、図３は熱交換器の冷却板を示す斜視図、
図４は図３の冷却板のＡＡ断面図、図５は冷却水タンク
の構成図、図６はオリフィス部分の形状を示す斜視図、
図７はオリフィス部分の冷却液と気泡の流れを示す図で
ある。図において、１〜９，１５〜２１は上記従来装置
と同一のものである。２４はポンプ１７と冷却水タンク
８を接続する第４の配管、２６は冷却水の熱を冷却ファ
ン１５で送られる冷却風に伝達する熱交換器、２７は上
記熱交換器の冷却水が蛇行する水路を両面に有する冷却
板、２８は冷却水が通過する水路、２９は放熱フィン１
４と冷却板２７をシールするゴムパッキン、３０は第３
の配管１９の上端部にもうけられたノズル、３１は上記
ノズルと同軸上にもうけられた上記ノズルより少し小さ
な穴径を有するオリフィス、３２は冷却水２０の中を流
れる気泡である。

【０００９】上記のように構成されたレーザ発振器の冷
却装置においては、図５に示す冷却水充填口１２から冷
却水２０を装置内に注入した後、上記冷却水充填口１２
のキャップを閉じた状態で上記ポンプ１７を作動させ
る。すると、図１に示す本装置内の上記キャビティ５の
内部や上記ポンプ１７や上記第１の配管９等に残留して
いた気泡は、冷却水２０の中に混入し、細い気泡となっ
て第１の配管１９を通って冷却水タンク８のノズル３０
へ送られることとなる。ノズル３０の先には、同軸上に
もうけられたオリフィス３１が配置されている。オリフ
ィス３１は冷却水タンク８の下端にもうけられており、
冷却水タンク８の冷却水充填口１２を閉じることにより
冷却水タンク８は密封され、冷却水２０はオリフィス３
１に衝突しオリフィスの中心を軸として放射状の流れが
発生することとなる。第３の配管１９内を冷却水２０と
共に流れてきた気泡３２は、冷却水２０の中を流れなが
ら密度の差によって０．１ｍ／ｓの速度で上側へ上昇し
ており、第３の配管１９の中央部を流れる気泡３２は、
冷却水２０より速い流速となっている。このため、この
流れがオリフィス３１に衝突することにより中心部の気
泡３２は、冷却水２０がもつ運動エネルギーにまわりよ
り押しつけられそのままオリフィス３１を通過して冷却
水タンク８の中に押し入れられることとなる。冷却水タ
ンク８内は、冷却水２０の循環経路となっていないため
中での冷却液の動きがなく、気泡３２は、密度の差によ
ってゆっくり浮上し空気層２１にたまっていくこととな
る。これと同時に循環する冷却水２０へは冷却水タンク
８に冷却水２０の運動エネルギーにより送り込まれた気
泡３２の容積分の冷却液２０がオリフィス３１を通って
充填されることとなり、気泡３２が冷却水２０から分離
された分だけ冷却水タンク８の冷却水２０が送り込ま
れ、冷却水タンク８の液面が低下し循環する冷却水２０
の不足分をおぎなうことができる。

【００１０】本装置の熱交換器２６は、冷却液が通過す
る水路をアルミでできた冷却板２７の両面にもうけ、か
つ水路２８の入口と出口で水路を１本化としている。ま
たこの水路２８の断面積は第４の配管の断面積と同じ寸
法となるよう構成されているため、０．３ｍ／ｓの流速
となり熱伝達の良い乱流層となるため、冷却水２０の熱
を放熱フィン１４に効率よく伝達できることになってい
る。放熱フィンは複数のコルゲート状のフィン３３で構
成されているため、十分なフィンの表面積を確保でき、
ファン１５で送り込まれる５ｍ／ｓ以上の冷却風２５へ
効率よく熱を伝達できる。また放熱フィン１４を冷却板
の上下に配置し放熱効果を倍増している。一方、冷却水
２０からの熱は、水路２８の部分で伝達されるばかりで
なく冷却板２７全体が放熱フィン１４と密着するため、
冷却水２０と放熱フィン１４の接触面からの熱伝達ばか
りでなく、冷却板の水路以外の所と放熱フィンとの良好
な熱伝導が行えるようになった。これにより、冷却水か
ら冷却風まで温度差を実験で求められている６℃にする
ことができ５０℃の周囲温での使用可能となった。

【００１１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、冷却
水タンク下部にオリフィスと、ノズルを配置し冷却水を
オリフィスと衝突させ横に屈曲させる水路を構成したの
で、冷却水中の気泡を容易に分離でき、レーザ出力の低
下を防止できるばかりでなく、冷却装置の姿勢がかわっ
ても冷却水タンクの内の空気を循環する冷却水中に混入
させることを防止できる効果がある。また、この発明
は、冷却水から冷却空気に熱を伝達する熱交換を、冷却
板両面に蛇行する水路を構成して、冷却水の流速低下に
よる熱伝達の低下を防止し、放熱フィンへ熱を効率よく
伝達させるとともに、冷却板と放熱フィンを密着させる
ことにより、冷却水から放熱フィンまでの熱抵抗を著し
く減少させるので高い環境温度での使用を可能にすると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による冷却装置を示す構成図である。

【図２】この発明による冷却装置の熱交換を示す斜視図
である。

【図３】この発明による冷却装置の熱交換器の冷却板を
示す斜視図である。

【図４】この発明による冷却装置の熱交換器の冷却板の
ＡＡ断面図である。

【図５】この発明による冷却装置の冷却水タンクを示す
断面図である。

【図６】この発明による冷却装置の冷却水タンクのオリ
フィス部を示す斜視図である。

【図７】この発明による冷却装置の冷却水タンクのオリ
フィス部の冷却水の流れを示す図である。

【図８】従来のレーザ冷却装置を示す構成図である。

【図９】従来のレーザ冷却装置の冷却水タンクの転倒に
よる空気溜の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ フラッシュランプ ２ 電極 ３ ＹＡＧロッド ４ 反射筒 ５ キャビティ ６ キャビティ冷却液出口 ７ キャビティ冷却液入口 ８ 冷却水タンク ９ 第１の配管 １２ 冷却水充填口 １４ 放熱器 １５ 冷却ファン １６ エアーダクト １７ ポンプ １８ 第２の配管 １９ 第３の配管 ２０ 冷却水 ２１ 空気層 ２４ 第４の配管 ２５ 冷却空気の流れ ２６ 熱交換器 ２７ 冷却板 ２８ 水路 ２９ ゴムパッキン ３０ ノズル ３１ オリフィス ３２ 気泡 ３３ コルゲート状のフィン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高電圧回路に電極を介して接続された直
   線的なフラッシュランプと、上記フラッシュランプに近
   接して並行に配されたＹＡＧロッドと、上記フラッシュ
   ランプとＹＡＧロッドの周囲を包むように配された反射
   筒と、上記フラッシュランプ、ＹＡＧロッド、反射筒と
   をその内部にアセンブリすると共にキャビティ冷却液出
   口とキャビティ冷却液入口を有するキャビティと、上記
   キャビティ冷却液入口側の第１の配管に接続され、両表
   面に蛇行する水路を有する冷却板と、上記冷却板両表面
   に接して配置されたコルゲート状のフィンを有する放熱
   器とによって構成される熱交換器と、上記熱交換器の側
   方に配された冷却ファンと、上記冷却ファンと上記熱交
   換器を包むエアーダクトと、上記キャビティ冷却液出口
   と熱交換器の間に配されたポンプと、上記ポンプと上記
   熱交換器とを接続する第２の配管と、上記ポンプと上記
   キャビティ冷却液出口とを接続する第３の配管と、冷却
   系全体に充填された冷却水とにより構成されたことを特
   徴とするレーザ発振器の冷却装置。
2. 【請求項２】 上記ポンプと、上記キャビティ冷却液出
   口の接続配管に接続する鉛直上に配置されたノズルと、
   上記ノズルに対して同芯上に配置され、上側に冷却液溜
   めを有するオリフィスと、上記ノズルと直交して配置さ
   れ上記ポンプと接続された第４の配管を備えた請求項１
   記載のレーザ発振器の冷却装置。