JP2004342779A

JP2004342779A - Laser machining equipment and its cooling method

Info

Publication number: JP2004342779A
Application number: JP2003136540A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Umemoto; 浩志梅本
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP4244158B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining equipment, etc. which effectively prevent the generation of a dew condensation around a heat generating part. <P>SOLUTION: The laser machining equipment is provided with a dissipator 16 in which a laser controller 1 is so attached that heat-conduct is performed with a laser exciter 6; a heat sink 20 equipped with a fan 21 for blast; a thermoelectric cooling heating element 17 with a heat dissipating surface, a heat absorbing surface to thermally conduct with the dissipator 16, and the heat dissipating surface attached on the heat sink 20; a housing 19 which contains the laser excitation portion 6; the dissipator 16 and the thermoelectric cooling heating element 17 in the state of tightly sealing so as to be intercepted from open air hermetically; and a thermal insulation 18 which so covers the dissipator 16 that the dissipator 16 does not expose to the outside except a contact surface with the thermoelectric cooling heating element 17 at the inside of the housing 19 and performs thermal interception. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を加工対象物に照射して印字などの加工を行うレーザ加工装置の冷却に関し、例えば熱電冷却加熱素子を使用して空冷で冷却するレーザ加工装置およびレーザ加工装置の冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置は、レーザ光を所定の領域内において走査して、部品や製品などの加工対象物（ワーク）の表面に対しレーザ光を照射して印字やマーキングなどの加工を行う。このようなレーザ加工装置では、レーザ光を励起させるレーザ励起光源や、励起光を固体レーザ媒質に照射して共振させる共振器等で激しい発熱を伴うため、これを効果的に冷却する機構が必要となる。特に高精度な加工を行うためには、レーザ光の出力を一定に制御する必要があり、そのためには固体レーザ媒質を励起するためのレーザ励起光源の波長を均一に制御することが要求される。レーザ励起光源の励起光は温度依存性があるため、安定して固体レーザ媒質を励起させるにはレーザ励起光源の温度制御が重要となる。同様に固体レーザ媒質の温度管理もレーザ出力を安定化させるために必要となる。レーザを長期にわたって安定して使用するためにも、これらを一定温度に維持して波長を安定化させレーザの寿命を長寿命化させることが重要となり、正確な温度制御を行う冷却機構が要求される。このようなレーザ加工装置の発熱部分を冷却する手法には、水冷、空冷等の様々な方式がある。例えば特許文献１に示すレーザ装置では、ペルチェ素子を用いてレーザ励起部を冷却している。ペルチェ素子は半導体のｐｎ接合に電流を流すことで熱移動を生じさせる素子であり、通電量によって熱量を制御できるため温度制御に好適である。このペルチェ素子を放熱板に接触させ、放熱板を介してレーザ励起部を冷却する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１６６７３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ励起部を冷却すると、同時に放熱板表面が近辺の空気も冷却し、空気中の水分が凝固して結露が発生する。結露が生じると、ペルチェ素子に水分が浸入して絶縁が破壊され、冷却力が損なわれるおそれがある。また水分が電子回路の端子部分などに付着して腐食を引き起こし、動作不良の原因ともなる。接触不良が生じると装置を停止させて部品を交換する必要があるため、このようなトラブルが頻発すると作業能率が著しく低下する。トラブルの原因となる結露を防止するため、レーザ励起部をケース等に収納して外気から遮断して水分の浸入を防ぐ方法もあるが、ケーブルやリード線等を外部に引き出す貫通孔に僅かでも隙間があると、そこから空気中に含まれる水分がケース内に浸入して結露の原因となる。特に、放熱板等が冷却されて温度が下がると、この部分に触れる空気が冷却されて凝固する。気相が液化すると、体積が減少するため負圧となり、ケースの隙間から外気を吸引する状態となり、さらに外気に含まれる水分がケース内で凝縮して結露するという悪循環となり、結露が次々に発生する。
【０００５】
さらにケースを完全に密閉したとしても、ケース内に存在する空気に含まれる水分が凝結してケース内に結露することがある。さらにまた、ケース内でレーザ励起部を冷却するに伴ってケース自体の温度も低下するため、ケースを取り巻く外気が冷却されたケース表面で結露する。これによって、励起モジュールを収納するケースの外部周辺で激しい結露が発生し、レーザ加工装置の内部に水分が溜まりレーザ励起部のみならず他の回路等にも悪影響を及ぼすおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、発熱部分の周辺で結露の発生を有効に阻止し得るレーザ加工装置およびレーザ加工装置の冷却方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載されるレーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ発生源と、前記レーザ発生源に熱伝導するように装着された放熱器１６と、前記放熱器１６に熱伝導するように装着された熱電冷却加熱素子１７と、前記レーザ発生源、放熱器１６および熱電冷却加熱素子１７を外気と気密に遮断するように密閉状態で収納するケース１９と、前記ケース１９内部で前記放熱器１６の表面をケース１９内部と熱的に遮断する断熱材１８とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によって、熱電冷却加熱素子１７で放熱器１６を介してレーザ発生源を冷却する一方、ケース１９を気密に閉塞して外部からの水分の供給を断つことで、ケース１９の内部で結露が発生することが防止される。さらに断熱材１８で放熱器１６を覆うことによって、ケース１９内部の空気の冷却によるケース１９自体が冷却されてケース１９表面に結露が発生することが防止される。このようにレーザ発生源周辺やレーザ加工装置内部での結露の発生を有効に阻止できるので、結露に起因するコネクタ部分の腐食による不具合発生が防止される。
【０００９】
また、本発明の請求項２のレーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ発生源と、前記レーザ発生源と熱伝導するように装着された放熱器１６と、送風用のファン２１を備えるヒートシンク２０と、放熱面と吸熱面を備え、吸熱面を前記放熱器１６と熱伝導するように装着し、放熱面を前記ヒートシンク２０に装着した熱電冷却加熱素子１７と、前記レーザ発生源、放熱器１６および熱電冷却加熱素子１７を外気と気密に遮断するように密閉状態で収納するケース１９と、前記ケース１９内部で前記放熱器１６が前記熱電冷却加熱素子１７との接触面以外で表出しないように前記放熱器１６を被覆して熱的に遮断する断熱材１８とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によって、熱電冷却加熱素子１７で移動された熱をヒートシンク２０で効果的に放熱でき、ケース１９の内部、外部での結露を効果的に防止できる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項３のレーザ加工装置は、レーザ媒質８を励起して誘導光を放出させるためのレーザ励起部６を備えるレーザ制御部１と、前記レーザ制御部１と光学的に結合され、ロッド状のレーザ媒質８と走査部９を備え、前記レーザ励起部６からの光をレーザ媒質８のロッド状の一端面から照射してレーザ媒質８を励起し、他端面からレーザ発振を出射し、走査部９で走査してレーザ光を出力するレーザ出力部２とを備えるレーザ加工装置であって、前記レーザ制御部１が、前記レーザ励起部６と熱伝導するように装着された放熱器１６と、送風用のファン２１を備えるヒートシンク２０と、放熱面と吸熱面を備え、吸熱面を前記放熱器１６と熱伝導するように装着し、放熱面を前記ヒートシンク２０に装着した熱電冷却加熱素子１７と、前記レーザ励起部６、放熱器１６および熱電冷却加熱素子１７を外気と気密に遮断するように密閉状態で収納するケース１９と、前記ケース１９内部で前記放熱器１６が前記熱電冷却加熱素子１７との接触面以外で表出しないように前記放熱器１６を被覆して熱的に遮断する断熱材１８とを備えることを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明の請求項４のレーザ加工装置は、請求項１から３に記載のレーザ加工装置であって、前記熱電冷却加熱素子１７は前記放熱器１６と前記ヒートシンク２０に狭着された状態で、前記放熱器１６と前記熱電冷却加熱素子１７とが前記ケース１９内部で表出しないように、これらの周囲を囲むように前記断熱材１８が前記ヒートシンク２０の上面に接着されてなることを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、本発明の請求項５のレーザ加工装置は、請求項２から４に記載のレーザ加工装置であって、前記ヒートシンク２０は両端を開口する中空状で、内部に複数のスリットを設けており、開口部に送風用のファン２１を備え、ファン２１を回転させてスリット表面に送風し空冷式でヒートシンク２０を冷却するよう構成してなることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、本発明の請求項６のレーザ加工装置は、請求項２から５に記載のレーザ加工装置であって、前記ケース１９が前記ヒートシンク２０との接合部を弾性部材２５で気密に封止してなることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明の請求項７のレーザ加工装置は、請求項２から６に記載のレーザ加工装置であって、前記レーザ励起部６に接続される一以上のケーブルは、防水型コネクタ３０を介して前記ケース１９外部と接続されてなることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、本発明の請求項８のレーザ加工装置は、請求項２から７に記載のレーザ加工装置であって、前記レーザ励起部６には熱電対２７が接続され、前記熱電対２７は前記ケース１９に穿孔された貫通孔を通じて外部に引き出されると共に、貫通孔はシリコーンゴムによって気密に封止されてなることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明の請求項９のレーザ加工装置は、請求項１から８に記載のレーザ加工装置であって、前記ケース１９内に吸湿材２３を封入してなることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明の請求項１０のレーザ加工装置は、請求項１から９に記載のレーザ加工装置であって、前記熱電冷却加熱素子１７がペルチェ素子であることを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、本発明の請求項１１のレーザ加工装置は、請求項１から１０に記載のレーザ加工装置であって、前記ケース１９が透光性を有するポリカーボネート樹脂であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項１２のレーザ加工装置の冷却方法は、第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを備える放熱器１６の、第１の面に熱電冷却加熱素子１７を固定し、第２の面にレーザ発生源を固定し、前記熱電冷却加熱素子１７との接触面を除く前記放熱器１６の表面を断熱材１８で被覆するステップと、前記レーザ発生源、放熱器１６および熱電冷却加熱素子１７をケース１９内に収納し、ケース１９を気密に封止するステップとを備えてなり、前記レーザ発生源を動作させたとき、前記熱電冷却加熱素子１７で前記放熱器１６を介して前記レーザ発生源の温度を所定温度に維持すると共に、ケース１９内の空気をケース１９外部と遮断することでケース１９内への水分の浸入を阻止して結露を抑制し、なおかつ前記断熱材１８によって前記熱電冷却加熱素子１７の吸熱・放熱効果を前記レーザ発生源の温度制御に集中させ、他の部材への温度伝搬を抑制してケース１９外部への結露を防止してなることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ加工装置およびレーザ加工装置の冷却方法を例示するものであって、本発明はレーザ加工装置およびレーザ加工装置の冷却方法を以下のものに特定しない。
【００２２】
さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２３】
本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工装置の冷却方法は、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理などのレーザ加工に利用される。ただ、本発明はその名称に拘わらず、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばＤＶＤ等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイなどの表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。以下の例では、レーザ加工装置の一例としてレーザマーカに適用する例について説明する。
【００２４】
図１に、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を構成するブロック図を示す。この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。
【００２５】
［入力部３］
入力部３はレーザ制御部１に接続され、レーザ加工装置を操作するための必要な設定を入力してレーザ制御部１に送信する。設定内容はレーザ加工装置の動作条件や具体的な印字内容等である。入力部３はキーボードやマウス、コンソール等の入力デバイスである。また、入力部３は入力情報を確認したり、レーザ制御部１の状態等を表示する表示部を別途設けることもできる。表示部はＬＣＤやブラウン管等のモニタであり、タッチパネル方式として入力部と表示部を兼用することもできる。これによって、コンピュータなどを外部接続することなく入力部でレーザ加工装置の必要な設定を行うことができる。
【００２６】
［レーザ制御部１］
レーザ制御部１は、制御部４とメモリ部５とレーザ励起部６と電源７とを備える。入力部３から入力された設定内容をメモリ部５に記録する。制御部４は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部６を動作させてレーザ出力部２のレーザ媒質８を励起する。メモリ部５はＲＡＭやＲＯＭ等の半導体メモリが利用できる。またメモリ部５はレーザ制御部１に内蔵する他、挿抜可能なＰＣカードやＳＤカード等の半導体メモリカード、カード型ハードディスクなどのメモリカードを利用することもできる。メモリカードで構成されるメモリ部５は、コンピュータ等の外部機器で容易に書き換え可能であり、コンピュータで設定した内容をメモリカードに書き込み、レーザ制御部１にセットすることで、入力部をレーザ制御部に接続することなく設定を行うことができる。特に半導体メモリはデータの読み込み・書き込みが高速で、しかも機械的動作部分がないため振動等に強く、ハードディスクのようなクラッシュによるデータ消失事故を防止できる。
【００２７】
さらに制御部４は、設定された印字を行うようレーザ媒質８で発振されたレーザ光をワークＷ上で走査させるため、レーザ出力部２の走査部９を動作させる走査信号を走査部９に出力する。電源７は、定電圧電源として、レーザ励起部６へ所定電圧を印加する。印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザ光のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザ光の１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度が定められるが、周波数に基づいた走査速度によってもレーザ強度が変化するよう構成することもできる。
【００２８】
（レーザ励起部６）
レーザ励起部６は、光学的に接合されたレーザ励起光源１０と集光部１１を備える。レーザ励起部６の内部の一例を図２の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部６は、レーザ励起光源１０と集光部１１をレーザ励起部ケーシング１２内に固定している。レーザ励起部ケーシングは、熱伝導性の良い真鍮などの金属で構成され、レーザ励起光源１０を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源１０は半導体レーザ等で構成される。図２の例では、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイを使用しており、各素子からのレーザ発振がライン状に出力される。レーザ発振は集光部１１の入射面に入射されて、出射面から集光されたレーザ励起光として出力される。集光部１１はフォーカシングレンズ等で構成される。集光部１１からのレーザ励起光は光ファイバケーブル１３等によりレーザ出力部２のレーザ媒質８に入射される。レーザ励起光源１０と集光部１１、光ファイバケーブル１３は、空間あるいは光ファイバを介して光学的に結合されている。
【００２９】
［レーザ出力部２］
レーザ出力部２は、レーザ媒質８と走査部９を備える。レーザ媒質８は、光ファイバケーブル１３を介してレーザ励起部６から入射されるレーザ励起光で励起されてレーザ発振される。レーザ媒質８はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光を出射する。あるいは、ロッドの側面から励起する方式としても良い。
【００３０】
（レーザ媒質８）
上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ_４の固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このＮｄ：ＹＶＯ_４の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧ等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換できる。
【００３１】
さらに、固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行う。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ_４）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ_３）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ_４）、ＢＢＯ、ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ_３（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ_３等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバーを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザーを用いることもできる。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用できる。
【００３２】
（走査部９）
走査部９は、レーザ媒質８の出射端面から出射されたレーザ光を反射させて所望の方向に出力し、ワークＷの表面でレーザ光を走査して印字する。走査部９はレーザ媒質８の出射側端面に隣接して設けられ、Ｘ・Ｙスキャナ１４ａ、１４ｂ、ｆθレンズ１５等から構成される。走査部９は、制御部４から与えられる走査信号に基づいて、Ｘ・Ｙスキャナ１４ａ、１４ｂに備えられたガルバノモータを動作させることにより、ガルバノモータの出力軸に設けられた全反射ミラーを回動させて、レーザ媒質８から発振されたレーザ光を偏向・走査する。偏向・走査されたレーザ光は、略偏向方向に設けられたｆθレンズ１５を介してワークＷの表面に照射されてマーキングする。ｆθレンズ１５は、スキャナがニュートラル位置にある状態において偏向されたレーザ光がその中央を平行光として入射されるように設けられている。
【００３３】
次に、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置のレーザ制御部１の分解斜視図を図３に、平面図を図４（ａ）に、図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ’線における縦断面図を図４（ｂ）にそれぞれ示す。この図に示すレーザ制御部１は、レーザ励起部６と、レーザ励起部６の底面に固定された放熱器１６と、放熱器１６を介してレーザ励起部６を冷却する熱電冷却加熱素子１７と、放熱器１６の不要な熱伝導を抑制するように断熱する断熱材１８と、これらの部材を収納して外部と気密に遮断するケース１９と、熱電冷却加熱素子１７の放熱面を面接触して固定したヒートシンク２０と、ヒートシンク２０の開口部に固定された送風用のファン２１を備える。
【００３４】
［放熱器１６］
レーザ励起部６を放熱する放熱器１６は、熱伝導性の良い金属製で、アルミニウムや真鍮製の放熱板が好適に利用できる。放熱器１６の上面にはレーザ励起部６が固定され、下面は熱電冷却加熱素子１７と面接触して、放熱器１６を介してレーザ励起部６を放熱、冷却する。
【００３５】
［熱電冷却加熱素子１７］
熱電冷却加熱素子１７は、ペルチェ素子等が利用できる。ペルチェ素子は異種金属の接触面を通電したとき熱が発生または吸収される現象を利用した板状の素子で、吸熱面と放熱面を備える。ペルチェ素子は可動部が無いので振動を生じず小型軽量であるなどの利点を備える反面、自己発熱が大きい。そのため、放熱面をヒートシンク２０と接触させて放熱している。ペルチェ素子は、直流電流を流す方向を逆にすることにより、熱の移動方向も逆になるので、放熱面と吸熱面を逆転することが可能である。このためペルチェ素子は、加熱にも冷却にも利用することが出来、高精度の温度制御に適している。本明細書においては、レーザ励起部を所定の温度に維持するために熱電冷却加熱素子を制御するので、熱電冷却加熱素子は冷却する場合、加熱する場合のいずれも含み、また「冷却」は必要に応じて適宜「加熱」と読み替えることができる。
【００３６】
図３の例では、２枚×３枚の６枚のペルチェ素子を同一平面に並べて配置している。ペルチェ素子は、吸熱面を上面にして放熱器１６と面接触させ、放熱面を下面にしてヒートシンク２０と面接触させて、放熱器１６とヒートシンク２０で狭着されるように面接触状態で保持される。ペルチェ素子に接触面で過度の押圧力が印加されないように、放熱器１６とヒートシンク２０との間にはスペーサ２２が４箇所に配置される。
【００３７】
ヒートシンク２０は、両端を開口する中空状で、内部に複数のスリットを設けることで表面積を大きくして放熱性を上げると共に、空気を通りやすくして熱交換による放熱を促進する。ヒートシンク２０も熱伝導性の良いアルミニウムや真鍮等の金属で構成され、好ましくは放熱器１６と同じ材質で構成する。ヒートシンク２０の開口部には送風用のファン２１を備える。ファン２１は、いずれかの開口部に一設けることも可能であるが、好ましくはヒートシンク２０の空気の吸入側と排出側の開口部にそれぞれ設けられる。吸入用と排出用にそれぞれファンを設け、２つのファンによってスリット表面での空気の流れをよくし効率良く放熱する。このように空冷式で熱電冷却加熱素子１７、レーザ励起部６を冷却することで、水冷式のレーザ加工装置に比べて水冷用の外部チラーなどの冷却ユニットを省略できる。これによって冷却水の供給設備や水そのものが不要で、省資源化、省スペース化と装置構成の簡素化が実現される。ただ、放熱量が多く空冷式では冷却が不十分な場合等、必要に応じて空冷式に代わって、あるいはこれに加えて水冷式を本発明に適用できることは言うまでもない。
【００３８】
［ケース１９］
ヒートシンク２０の上面には熱電冷却加熱素子１７、放熱器１６、レーザ励起部６を気密に閉塞するケース１９が固定される。ケース１９は、熱電冷却加熱素子１７で冷却される放熱器１６が結露しないよう、放熱器１６周辺を外気と完全に遮蔽する。外部から水分を含む空気がケース１９に浸入することを防止することで、ケース１９内の結露が防止される。ケース１９内部にはさらに吸湿材２３が封入される。これによって、装置の組み立て時にケース１９に取り込まれて存在する空気に含有される水分で結露することが防止される。吸湿材２３にはゼオライトなどが利用できる。
【００３９】
ケース１９は略直方体形状で上方を開口した本体カバー１９Ａと、開口部を閉塞する上カバー１９Ｂで構成される。ケース１９の上方を開口させることによって、メンテナンス作業時にこの部分のみを開放して作業できる。本体カバー１９Ａと上カバー１９Ｂの接合部分は、パッキン等の弾性部材２４を狭着してネジ止めされる。本体カバー１９Ａと上カバー１９Ｂの接合時に弾性部材２４が弾性変形して接合部分の隙間を塞ぎ、気密に閉塞される。弾性部材２４は、ニトリルブチルラバー（ＮＢＲ）製やシリコーンゴム製のパッキン等が好適に利用できる。同様に、本体カバー１９Ａとヒートシンク２０との接合面においても、弾性部材２５を狭着してネジ止めしており、これによって気密に閉塞される。なおケース１９は複数部材で構成することなく、一体のケース１９で放熱器１６などを収納するよう構成しても良い。またケース１９は熱電冷却加熱素子１７、放熱器１６、レーザ励起部を外部と気密に閉塞できる構造であれば良く、図３のような下方を開口する箱形に限定されない。例えば半円形のドーム状としてヒートシンク上に固定する構造や、一端面を開口する角柱状、円筒状として開口部を封止する構造等を利用することもできる。
【００４０】
ケース１９は熱伝達を抑制し断熱効果のあるプラスチックやポリカーボネートで構成される。特にポリカーボネートは透湿度が低く、湿度の浸入を抑制でき好ましい。さらにケース１９は透光性部材とすることで、内部の状態が確認でき、組み立てやメンテナンス時の作業を容易にできる。例えば配線がケース１９内部で絡まったりケース１９の接合面で配線を挟み込むといったトラブルの発生を外部から容易に確認できる。
【００４１】
［コネクタ３０］
レーザ励起部６に電源７から電力を供給するための電源線や、その他の信号線などのケーブル２６は、防水型コネクタ３０を介してケース１９外部と電気的に接続される。これによってケース１９からケーブル２６を引き出す穴から空気がケース１９内に浸入し水分がケース１９内部に供給されるのを防止できる。コネクタ３０は通気性がなく防水仕様のものを使用する。コネクタ３０は図４の断面図に示すように、ケース１９との締結部分をゴム等の弾性体で構成されたＯリング３１で封止し、かつコネクタ３０に接続される光ファイバケーブル１３との間をシーリングテープ３２で密閉している。コネクタ３０にケーブル２６を接続することで、信号や電力などがレーザ励起部６とケース１９外部とでやりとりされる。なお、防水型のコネクタを使用することなく、例えばケースにケーブルを通すための貫通孔を設け、貫通孔にケーブルを通した後孔を気密にシールする構成としてもよい。
【００４２】
［熱電対２７］
レーザ励起部６には、レーザ励起光源の温度を測定するための熱電対２７が接続される。熱電対２７はレーザ励起部６の表面に接触するように固定される。図１に示すように熱電対２７で測定された温度は制御部４で検出され、レーザ励起部６を一定温度に保つように制御部４は熱電冷却加熱素子１７の通電量を制御して放熱器１６を冷却する。放熱器１６とレーザ励起部６の温度関係が判明している場合は、熱電対２７を放熱器１６に接触するように設けても良い。例えば、レーザ励起部６の温度を３０℃に維持するために、熱電冷却加熱素子１７は放熱器１６の温度を２０℃に冷却する。このように制御部４は、レーザ励起部６の駆動時にペルチェ素子に通電して、放熱器１６を冷却または加熱し、放熱器１６によってレーザ励起部６の温度を一定に維持する。
【００４３】
熱電対２７と制御部４とを接続するリード線２８は、図３の破線に示すようにケース１９に穿孔された貫通孔２９を通じてケース１９外部に引き出される。貫通孔２９はテフロン（登録商標）やシリコーンゴム等によって気密に封止される。熱電対２７に防水型のコネクタを使用すると、コネクタ部分の接触抵抗などにより電圧値が変化することがあるため、コネクタを使用せず直接接続としたものである。
【００４４】
以上のようにケース１９で、レーザ励起部６と放熱器１６、熱電冷却加熱素子１７を外部と遮断し気密に閉塞することで、ケース１９内部に水分を含んだ空気が入り込むのが阻止され、ケース１９内部での結露を効果的に防止することができる。これによってペルチェ素子等の熱電冷却加熱素子１７の冷却能力が水分で損なわれることが防止され、長期にわたって安定した冷却能力が維持されて信頼性の向上と長寿命化が図られる。
【００４５】
［断熱材１８］
さらに上記のレーザ制御部１は、断熱材１８で放熱器１６及び熱電冷却加熱素子１７を覆っている。ケース１９内で放熱器１６や熱電冷却加熱素子１７と接する空気が冷却されると、ケース１９内部の空気の温度が低下し、これによってケース１９自体が冷却されて、ケース１９の外部との温度差によってケース１９表面で結露が発生する。ケース１９表面で結露が発生すると、ケース１９の外側でレーザ加工装置の内部に水分が溜まるため、これによって接点部分の腐食などが発生し、仮にケース１９内部での結露が抑制されたとしても、レーザ加工装置全体の不具合を回避することができない。そこで本発明の実施の形態においては、ケース１９による閉塞に断熱材１８による断熱を組み合わせることで、ケース１９内外の結露を効果的に防止している。具体的には、断熱材１８で放熱器１６及び熱電冷却加熱素子１７を覆い断熱することにより冷気を封じ込め、外部に漏れる冷気が結露を引き起こすのを阻止し、かつ冷気をレーザ励起部６の冷却に集中させて効率的に冷却する。
【００４６】
断熱材１８は断熱性に優れたあらゆる素材が利用できるが、好ましくはスポンジ状の弾性変形する部材を使用する。断熱材１８の材質としては、例えば発泡ポリエチレン、発泡ポリオレフィン、発泡ポリスチレン等が利用できる。断熱材１８は、図４（ｂ）に示すように放熱器１６がケース１９内部で表出しないように表面を被覆して、これを熱的に遮断する。具体的には、放熱器１６の上面ではレーザ励起部６との接触面以外の部分を覆うように、断熱材１８Ａの中央付近にレーザ励起部６の外周とほぼ同じ大きさか、若干これよりも小さい開口部を形成した断熱材１８Ａで、開口部にレーザ励起部６を挿通して放熱器１６の上面を断熱材１８で被覆する。弾性変形する断熱材１８を使用すれば、開口部をレーザ励起部６の外周よりも若干小さく成型することで開口部にてレーザ励起部６に対し押圧力が印加され隙間なく閉塞できる。
【００４７】
また放熱器１６の側面部分は、放熱器１６とヒートシンク２０が熱電冷却加熱素子１７を狭着する状態で、この隙間を含めた側面部分を被覆するように断熱材１８で周囲を覆っている。側面部分は、上面を被覆する断熱材１８と別部材で構成しても良いし、一体形成で成型しても良い。図３の例では、断熱材１８Ａを下方を開口して放熱器１６を挿入できる大きさに成型した一体型としている。ただ、上面と側面四方をそれぞれ覆う大きさに断裁したシート状の５枚の断熱材で構成したり、側面を一枚のシートで折曲して一巡させて覆うように構成しても良い。側面を被覆する断熱材１８は、ヒートシンク２０の上面に接着されて放熱器１６とヒートシンク２０の隙間を閉塞する。一方、図３の例では、放熱器１６とヒートシンク２０の隙間を閉塞するための断熱材として、別部材の断熱材１８Ｂを設けている。断熱材１８Ｂは、大きさを放熱器１６よりも大きくし、断熱材１８Ａとほぼ同じ大きさとしている。また厚さは、熱電冷却加熱素子１７が狭着される放熱器１６とヒートシンク２０との隙間、すなわちスペーサ２２の厚さよりも厚くする。さらに断熱材１８Ｂは中央を開口し、複数並べられた熱電冷却加熱素子１７を囲むように配される。開口部の大きさは、熱電冷却加熱素子１７の配置面積よりも大きく、かつ放熱器１６の大きさよりも小さくする。断熱材１８Ｂは６枚のペルチェ素子を囲む状態で接着剤などでヒートシンク２０の上面に固定される。
【００４８】
この状態でスペーサ２２を介して熱電冷却加熱素子１７を放熱器１６で狭着する。この際、断熱材１８Ｂの開口部を放熱器１６が閉塞するように配置することで、放熱器１６よりも開口部が小さいため断熱材１８Ｂの一部が放熱器１６とヒートシンク２０で狭着される。断熱材１８Ｂは弾性変形して放熱器１６とヒートシンク２０との間の隙間を閉塞するので、この隙間から熱電冷却加熱素子１７がケース１９内に表出しないように閉塞することができる。ヒートシンク２０上に固定された断熱材１８Ｂは、さらに断熱材１８Ａと接着剤などで固定される。このように断熱材１８を別部材に分割することで、放熱器１６の固定時にヒートシンク２０との隙間を簡単かつ確実に閉塞できるというメリットが得られる。
【００４９】
断熱材１８は、熱電冷却加熱素子１７が放熱器１６を介してレーザ励起部６のみを冷却し、ケース１９内の空気など他の部分を冷却しないようにすることが好ましい。言い換えると、ケース１９内部で放熱器１６が露出しないように断熱材１８で覆い他の部分から断熱することで、熱電冷却加熱素子１７による熱交換がレーザ励起部６の冷却以外に用いられることを抑制して、熱交換のエネルギーがレーザ励起部６の冷却に集中され、効率的な冷却が行われる。ただ、放熱器１６の表面の全面を完全に被覆する必要は必ずしもなく、断熱材１８による放熱器１６表面部分の断熱効果が十分に得られる程度であれば、放熱器１６の表面の一部が露出することを妨げない。例えば製造時における微細な隙間から放熱器１６が僅かに表出することは、断熱効果に鑑みて許容され得る。
【００５０】
［レーザ出力部２における結露防止］
さらに図示しないが、レーザ制御部１のみならず、レーザ出力部２においても断熱材を使用することもできる。ただ、レーザ出力部２においては制御温度がレーザ励起部６よりも高いため、一般に室温との差により結露するおそれが少なく、レーザ制御部１と同様の密閉構造は必要でない。ただ使用時の環境温度などの使条件に応じて適宜断熱、あるいは密閉構造を採用することも可能であることはいうまでもない。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のレーザ加工装置およびその冷却方法は、簡単な構成で発熱するレーザ励起光源やレーザ媒質等のレーザ発生源を効率的に冷却する一方で結露の発生を抑止し、回路に損傷を生じることなく安定してレーザ光を得ることができる。それは、本発明のレーザ加工装置およびその冷却方法が、ケースでレーザ発生源を外部から気密に閉塞して水分の供給を断つことでケース内部での結露を防止し、かつ断熱材で冷却エネルギーが不要な部分に漏れるのを抑止してケース外部表面での結露発生を抑止しているからである。このようにケースによる封止と断熱材による断熱を組み合わせるという簡単な構成によって、ケース内外の結露が効果的に実現され、結露に起因する不具合を回避して装置の信頼性が向上する。かつ冷却のためのエネルギーも効率よくレーザ発生源で消費されるので、消費電力の低減にも寄与し得るという優れた特長が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のレーザ励起部の内部構造の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置のレーザ制御部を示す分解斜視図である。
【図４】図３のレーザ制御部の平面図及びＩＶ−ＩＶ’線における縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・レーザ制御部
２・・・レーザ出力部
３・・・入力部
４・・・制御部
５・・・メモリ部
６・・・レーザ励起部
７・・・電源
８・・・レーザ媒質
９・・・走査部
１０・・・レーザ励起光源
１１・・・集光部
１２・・・レーザ励起部ケーシング
１３・・・光ファイバケーブル
１４ａ、１４ｂ・・・Ｘ・Ｙスキャナ
１５・・・ｆθレンズ
１６・・・放熱器
１７・・・熱電冷却加熱素子
１８、１８Ａ、１８Ｂ・・・断熱材
１９・・・ケース
１９Ａ・・・本体カバー
１９Ｂ・・・上カバー
２０・・・ヒートシンク
２１・・・ファン
２２・・・スペーサ
２３・・・吸湿材
２４・・・弾性部材
２５・・・弾性部材
２６・・・ケーブル
２７・・・熱電対
２８・・・リード線
２９・・・貫通孔
３０・・・コネクタ
３１・・・Ｏリング
３２・・・シーリングテープ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to cooling of a laser processing apparatus that performs processing such as printing by irradiating a laser beam to a processing target, and for example, relates to a laser processing apparatus that cools down by air using a thermoelectric cooling and heating element and a cooling method of the laser processing apparatus. .
[0002]
[Prior art]
The laser processing apparatus scans a laser beam in a predetermined area and irradiates the surface of a processing target (work) such as a part or a product with the laser light to perform processing such as printing and marking. In such a laser processing device, a laser excitation light source that excites laser light and a resonator that irradiates excitation light to a solid-state laser medium to resonate generate intense heat, so a mechanism for effectively cooling this is necessary. It becomes. In particular, in order to perform high-precision processing, it is necessary to control the output of laser light to be constant, and for that purpose, it is required to uniformly control the wavelength of a laser excitation light source for exciting a solid-state laser medium. . Since the excitation light of the laser excitation light source has temperature dependence, it is important to control the temperature of the laser excitation light source to stably excite the solid-state laser medium. Similarly, temperature control of the solid-state laser medium is required to stabilize the laser output. In order to use lasers stably over a long period of time, it is important to maintain them at a constant temperature to stabilize the wavelength and extend the life of the laser, and a cooling mechanism that performs accurate temperature control is required. You. There are various methods of cooling the heat generating portion of such a laser processing apparatus, such as water cooling and air cooling. For example, in a laser device disclosed in Patent Document 1, a laser excitation section is cooled using a Peltier element. A Peltier element is an element that causes heat transfer by passing a current through a pn junction of a semiconductor, and is suitable for temperature control because the amount of heat can be controlled by the amount of current flow. The Peltier device is brought into contact with a heat sink, and the laser excitation unit is cooled via the heat sink.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-166737
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the laser excitation section is cooled, the surface of the heat radiating plate also cools the air nearby, and the moisture in the air solidifies to cause dew condensation. When dew condensation occurs, moisture may infiltrate the Peltier element, breaking the insulation and damaging the cooling power. In addition, moisture adheres to the terminal portion of the electronic circuit and causes corrosion, which causes malfunction. If a contact failure occurs, it is necessary to stop the apparatus and replace parts, and if such troubles occur frequently, the work efficiency is significantly reduced. In order to prevent dew condensation which causes trouble, there is a method of storing the laser excitation part in a case etc. and blocking it from the outside air to prevent moisture from entering, but even a small amount of through holes through which cables and lead wires are drawn out to the outside If there is a gap, moisture contained in the air will enter the case from there and cause dew condensation. In particular, when the temperature of the radiator plate or the like is reduced by cooling, the air touching this portion is cooled and solidified. When the gas phase liquefies, the volume decreases and the pressure becomes negative due to the negative pressure, the outside air is sucked through the gap of the case, and the water contained in the outside air condenses in the case and condenses, creating a vicious cycle, and dew condensation occurs one after another I do.
[0005]
Furthermore, even if the case is completely sealed, moisture contained in the air present in the case may condense and condense in the case. Furthermore, since the temperature of the case itself decreases as the laser excitation unit is cooled in the case, the outside air surrounding the case condenses on the cooled case surface. As a result, severe dew condensation occurs around the outside of the case housing the excitation module, and water may accumulate inside the laser processing apparatus, which may adversely affect not only the laser excitation section but also other circuits. Was.
[0006]
The present invention has been made to solve such a problem. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a cooling method of the laser processing apparatus that can effectively prevent the occurrence of dew condensation around a heat generating portion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to claim 1 of the present invention includes a laser source for generating a laser beam, and a radiator 16 mounted to conduct heat to the laser source. A case in which the thermoelectric cooling / heating element 17 mounted so as to conduct heat to the radiator 16 and the laser source, the radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 are hermetically sealed so as to be airtightly shut off from outside air. 19 and a heat insulating material 18 for thermally insulating the surface of the radiator 16 from the inside of the case 19 inside the case 19.
[0008]
With this configuration, while the laser source is cooled by the thermoelectric cooling / heating element 17 via the radiator 16, the case 19 is airtightly closed to cut off the supply of moisture from the outside, so that dew condensation occurs inside the case 19. This is prevented from occurring. Further, by covering the radiator 16 with the heat insulating material 18, the case 19 itself is cooled by the cooling of the air inside the case 19, thereby preventing the condensation on the surface of the case 19. In this manner, the occurrence of dew condensation around the laser source or inside the laser processing apparatus can be effectively prevented, so that the occurrence of problems due to corrosion of the connector portion due to the dew condensation is prevented.
[0009]
A laser processing apparatus according to a second aspect of the present invention is a heat sink including a laser source for generating a laser beam, a radiator 16 mounted so as to conduct heat with the laser source, and a fan 21 for blowing air. 20, a thermoelectric cooling / heating element 17 having a heat-absorbing surface and a heat-absorbing surface, the heat-absorbing surface being mounted so as to conduct heat with the radiator 16, and a heat-radiating surface being mounted on the heat sink 20; A case 19 that houses the thermoelectric cooling / heating element 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 in an airtight manner so as to airtightly shut off the outside air, and the radiator 16 is not exposed inside the case 19 except at a contact surface with the thermoelectric cooling / heating element 17. And a heat insulating material 18 that covers the radiator 16 and thermally shuts off the heat.
[0010]
With this configuration, the heat transferred by the thermoelectric cooling / heating element 17 can be effectively radiated by the heat sink 20, and dew condensation inside and outside the case 19 can be effectively prevented.
[0011]
Further, the laser processing apparatus according to the third aspect of the present invention includes a laser control unit 1 including a laser excitation unit 6 for exciting a laser medium 8 to emit a guide light, and optically coupled to the laser control unit 1. The laser medium 8 includes a rod-shaped laser medium 8 and a scanning unit 9. The laser medium 8 is irradiated with light from the laser excitation unit 6 from one end of the rod-shaped laser medium 8 to excite the laser medium 8 and emits laser light from the other end. A laser processing unit having a laser output unit 2 that emits light and scans with a scanning unit 9 to output a laser beam, wherein the laser control unit 1 is mounted so as to conduct heat with the laser excitation unit 6. A radiator 16, a heat sink 20 having a fan 21 for blowing air, a radiating surface and a heat absorbing surface, a thermoelectric device having a heat absorbing surface mounted to conduct heat to the radiator 16, and a heat radiating surface mounted to the heat sink 20. Cooling and heating element 7, a case 19 for accommodating the laser excitation unit 6, the radiator 16, and the thermoelectric cooling / heating element 17 in a hermetically sealed state so as to airtightly shut off from the outside air. The heat radiator 16 is covered so that the heat radiator 16 is not exposed except at the contact surface with the element 17, and a heat insulating material 18 is provided.
[0012]
Furthermore, the laser processing apparatus according to claim 4 of the present invention is the laser processing apparatus according to claims 1 to 3, wherein the thermoelectric cooling / heating element 17 is tightly attached to the radiator 16 and the heat sink 20. In this state, the heat radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 are bonded to the upper surface of the heat sink 20 so as to surround the periphery of the heat sink 20 so that the radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 are not exposed inside the case 19. It is characterized by.
[0013]
Furthermore, the laser processing apparatus according to claim 5 of the present invention is the laser processing apparatus according to claims 2 to 4, wherein the heat sink 20 has a hollow shape with both ends opened and a plurality of slits provided inside. In addition, a fan 21 for blowing air is provided in the opening, and the fan 21 is rotated to blow air to the surface of the slit to cool the heat sink 20 by air cooling.
[0014]
Furthermore, the laser processing apparatus according to claim 6 of the present invention is the laser processing apparatus according to claims 2 to 5, wherein the case 19 hermetically seals a joint with the heat sink 20 with an elastic member 25. It is characterized by becoming.
[0015]
Furthermore, a laser processing apparatus according to claim 7 of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of claims 2 to 6, wherein one or more cables connected to the laser excitation unit 6 include a waterproof connector 30. It is characterized in that it is connected to the outside of the case 19 through the same.
[0016]
Furthermore, the laser processing apparatus according to claim 8 of the present invention is the laser processing apparatus according to claims 2 to 7, wherein a thermocouple 27 is connected to the laser excitation unit 6, and the thermocouple 27 is The case 19 is drawn out to the outside through a through hole formed in the case 19, and the through hole is hermetically sealed with silicone rubber.
[0017]
Furthermore, a laser processing apparatus according to a ninth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein a hygroscopic material 23 is sealed in the case 19.
[0018]
Furthermore, a laser processing apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the first to ninth aspects, wherein the thermoelectric cooling / heating element 17 is a Peltier element.
[0019]
Furthermore, a laser processing apparatus according to claim 11 of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the case 19 is made of a polycarbonate resin having a light transmitting property.
[0020]
A cooling method for a laser processing apparatus according to a twelfth aspect of the present invention provides the radiator 16 having a first surface and a second surface opposed to the first surface, wherein the first surface has a thermoelectric cooling. Fixing the heating element 17, fixing the laser source on the second surface, and covering the surface of the radiator 16 with a heat insulating material 18 except for the contact surface with the thermoelectric cooling / heating element 17; Housing the heat source, the radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 in a case 19 and hermetically sealing the case 19 when the laser source is operated. Then, the temperature of the laser source is maintained at a predetermined temperature via the radiator 16, and the air in the case 19 is cut off from the outside of the case 19 to prevent moisture from entering the case 19 to prevent dew condensation. The heat insulating material 1 The heat absorbing and radiating effects of the thermoelectric cooling and heating element 17 are concentrated on the temperature control of the laser source, thereby suppressing temperature propagation to other members and preventing condensation outside the case 19. I do.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a laser processing apparatus and a cooling method of the laser processing apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing apparatus. The cooling method is not specified below.
[0022]
Further, in this specification, in order to make it easier to understand the claims, the numbers corresponding to the members described in the embodiments are referred to as “claims” and “means for solving the problems”. Column). However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments. In addition, the size, positional relationship, and the like of the members illustrated in each drawing may be exaggerated for clarity of description. Further, in the following description, the same names and reference numerals denote the same or similar members, and a detailed description thereof will be omitted as appropriate. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and one member also serves as the plurality of elements, or conversely, the function of one member may be performed by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
[0023]
The laser processing apparatus and the cooling method of the laser processing apparatus of the present invention are used for laser processing such as drilling, marking, trimming, scribing, and surface treatment. However, the present invention is not limited to its name, but may be used as a laser light source in other laser application fields, for example, a light source for high-density recording and reproduction of an optical disk such as a DVD, a light source for communication, a printing device, a light source for illumination, and a display device such as a display. Light source, medical equipment and the like. In the following example, an example in which the present invention is applied to a laser marker as an example of a laser processing apparatus will be described.
[0024]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser processing apparatus shown in FIG. 1 includes a laser control unit 1, a laser output unit 2, and an input unit 3.
[0025]
[Input unit 3]
The input unit 3 is connected to the laser control unit 1, inputs necessary settings for operating the laser processing device, and transmits the settings to the laser control unit 1. The setting contents include operating conditions of the laser processing apparatus, specific printing contents, and the like. The input unit 3 is an input device such as a keyboard, a mouse, and a console. In addition, the input unit 3 may be provided with a display unit for confirming input information and displaying the state of the laser control unit 1 and the like. The display unit is a monitor such as an LCD or a CRT, and the input unit and the display unit can be used as a touch panel system. This makes it possible to make necessary settings for the laser processing apparatus at the input unit without externally connecting a computer or the like.
[0026]
[Laser control unit 1]
The laser control unit 1 includes a control unit 4, a memory unit 5, a laser excitation unit 6, and a power supply 7. The setting content input from the input unit 3 is recorded in the memory unit 5. The control section 4 reads the setting contents from the memory when necessary, and operates the laser excitation section 6 based on a print signal corresponding to the print contents to excite the laser medium 8 of the laser output section 2. As the memory unit 5, a semiconductor memory such as a RAM or a ROM can be used. The memory unit 5 may be built in the laser control unit 1 or may be a semiconductor memory card such as a removable PC card or SD card, or a memory card such as a card-type hard disk. The memory unit 5 composed of a memory card can be easily rewritten by an external device such as a computer, and the contents set by the computer are written in the memory card and set in the laser control unit 1 so that the input unit is controlled by the laser. Settings can be made without connecting to the unit. In particular, a semiconductor memory can read and write data at high speed and has no mechanical operation part, so it is resistant to vibration and the like, and can prevent data loss accident due to a crash like a hard disk.
[0027]
Further, the control unit 4 outputs a scanning signal for operating the scanning unit 9 of the laser output unit 2 to the scanning unit 9 in order to scan the work W with the laser light oscillated by the laser medium 8 so as to perform the set printing. I do. The power supply 7 applies a predetermined voltage to the laser excitation unit 6 as a constant voltage power supply. The printing signal for controlling the printing operation is a PWM signal corresponding to one pulse of the laser light, one pulse of which is turned on / off according to the HIGH / LOW of the laser light. Although the laser intensity of the PWM signal is determined based on a duty ratio corresponding to the frequency, the laser intensity may be changed according to the scanning speed based on the frequency.
[0028]
(Laser excitation section 6)
The laser excitation unit 6 includes a laser excitation light source 10 and a condensing unit 11 that are optically joined. An example of the inside of the laser excitation unit 6 is shown in a perspective view of FIG. In the laser excitation section 6 shown in this figure, a laser excitation light source 10 and a condensing section 11 are fixed in a laser excitation section casing 12. The laser excitation section casing is made of a metal such as brass having good thermal conductivity, and efficiently radiates the laser excitation light source 10 to the outside. The laser excitation light source 10 is constituted by a semiconductor laser or the like. In the example of FIG. 2, a laser diode array in which a plurality of semiconductor laser diode elements are linearly arranged is used, and laser oscillation from each element is output in a line. The laser oscillation is incident on the incident surface of the condensing unit 11 and is output as laser excitation light condensed from the exit surface. The condensing unit 11 is configured by a focusing lens or the like. The laser excitation light from the focusing unit 11 is incident on the laser medium 8 of the laser output unit 2 via the optical fiber cable 13 or the like. The laser excitation light source 10, the condensing part 11, and the optical fiber cable 13 are optically coupled via a space or an optical fiber.
[0029]
[Laser output unit 2]
The laser output unit 2 includes a laser medium 8 and a scanning unit 9. The laser medium 8 is excited by laser excitation light incident from the laser excitation unit 6 via the optical fiber cable 13 and oscillates. The laser medium 8 is excited by inputting laser excitation light from one rod-shaped end face, and emits laser light from the other end face. Alternatively, a method of exciting from the side of the rod may be used.
[0030]
(Laser medium 8)
In the above example, a rod-shaped Nd: YVO is used as the laser medium 8. ₄ Was used. The wavelength of the semiconductor laser for exciting the solid-state laser medium is Nd: YVO ₄ Was set to 809 nm which is the center wavelength of the absorption spectrum. However, the solid-state laser medium is not limited to this example, and for example, rare earth-doped YAG, LiSrF, LiCaF, YLF, NAB, KNP, LNP, NYAB, NPP, GGG, or the like can also be used. Further, by combining a solid-state laser medium with a wavelength conversion element, the wavelength of the output laser light can be converted to an arbitrary wavelength.
[0031]
Furthermore, it is also possible to use a wavelength conversion element that performs only wavelength conversion without using a solid-state laser medium, in other words, without forming a resonator that oscillates laser light. In this case, wavelength conversion is performed on the output light of the semiconductor laser. As the wavelength conversion element, for example, KTP (KTiPO ₄ ), Organic nonlinear optical materials and other inorganic nonlinear optical materials such as KN (KNbO ₃ ), KAP (KAsPO ₄ ), BBO, LBO, and bulk-type domain inversion elements (LiNbO ₃ (Periodically Polled Lithium Niobate: PPLN), LiTaO ₃ Etc.) are available. Further, a semiconductor laser for an excitation light source of a laser by up-conversion using a fluoride fiber doped with a rare earth element such as Ho, Er, Tm, Sm, and Nd can also be used. As described above, in the present embodiment, various types can be appropriately used as the laser generation source.
[0032]
(Scanning unit 9)
The scanning unit 9 reflects the laser light emitted from the emission end face of the laser medium 8 and outputs the laser light in a desired direction, and scans the surface of the work W with the laser light for printing. The scanning unit 9 is provided adjacent to the emission-side end face of the laser medium 8 and includes XY scanners 14a and 14b, an fθ lens 15, and the like. The scanning unit 9 operates the galvano motors provided in the XY scanners 14a and 14b based on the scanning signal given from the control unit 4 to rotate the total reflection mirror provided on the output shaft of the galvano motor. To deflect and scan the laser light oscillated from the laser medium 8. The laser beam deflected and scanned is applied to the surface of the work W via the fθ lens 15 provided in a substantially deflection direction to perform marking. lens 15 is provided so that the laser beam deflected in a state where the scanner is in the neutral position is incident as parallel light at the center thereof.
[0033]
Next, an exploded perspective view of the laser control unit 1 of the laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention is shown in FIG. 3, a plan view is shown in FIG. 4A, and a line IV-IV ′ in FIG. FIG. 4 (b) shows a vertical sectional view of FIG. The laser control unit 1 shown in FIG. 1 includes a laser excitation unit 6, a radiator 16 fixed to the bottom surface of the laser excitation unit 6, a thermoelectric cooling and heating element 17 that cools the laser excitation unit 6 via the radiator 16. A heat insulating material 18 that insulates the heat radiator 16 so as to suppress unnecessary heat conduction, a case 19 that accommodates these members and hermetically blocks the heat from the outside, and a heat radiating surface of the thermoelectric cooling and heating element 17 is brought into surface contact. And a fan 21 for blowing air fixed to the opening of the heat sink 20.
[0034]
[Heat radiator 16]
The radiator 16 that radiates the laser excitation section 6 is made of a metal having good heat conductivity, and a heat radiating plate made of aluminum or brass can be suitably used. The laser excitation unit 6 is fixed to the upper surface of the radiator 16, and the lower surface is in surface contact with the thermoelectric cooling / heating element 17 to radiate and cool the laser excitation unit 6 via the radiator 16.
[0035]
[Thermoelectric cooling / heating element 17]
As the thermoelectric cooling / heating element 17, a Peltier element or the like can be used. The Peltier element is a plate-shaped element utilizing a phenomenon in which heat is generated or absorbed when a current is applied to a contact surface of a dissimilar metal, and has a heat absorbing surface and a heat radiating surface. The Peltier element has advantages such as no vibration, no vibration and small size and light weight because it has no moving parts, but it generates a large amount of self-heating. Therefore, heat is dissipated by bringing the heat dissipation surface into contact with the heat sink 20. In the Peltier element, the direction of heat flow is also reversed by reversing the direction in which the direct current flows, so that the heat radiation surface and the heat absorption surface can be reversed. For this reason, the Peltier element can be used for both heating and cooling, and is suitable for highly accurate temperature control. In the present specification, since the thermoelectric cooling / heating element is controlled to maintain the laser excitation section at a predetermined temperature, the thermoelectric cooling / heating element includes both cooling and heating, and “cooling” is necessary. Can be appropriately read as “heating”.
[0036]
In the example of FIG. 3, six (2 × 3) Peltier elements are arranged side by side on the same plane. The Peltier element is brought into surface contact with the radiator 16 with the heat-absorbing surface on the upper side, and in surface contact with the heat sink 20 with the heat-radiating surface on the lower side, and held in surface contact with the radiator 16 and the heat sink 20 so as to be tightly fitted. Is done. Spacers 22 are arranged at four places between the radiator 16 and the heat sink 20 so that excessive pressing force is not applied to the contact surface of the Peltier element.
[0037]
The heat sink 20 has a hollow shape with both ends opened, and has a plurality of slits inside to increase the surface area and improve heat dissipation, and facilitate heat dissipation by promoting the passage of air. The heat sink 20 is also made of a metal having good thermal conductivity, such as aluminum or brass, and is preferably made of the same material as the radiator 16. An opening of the heat sink 20 is provided with a fan 21 for blowing air. The fan 21 may be provided at any one of the openings, but is preferably provided at each of the openings of the heat sink 20 on the air intake side and the air discharge side. Fans are provided for suction and discharge, respectively, and the two fans improve the flow of air on the slit surface and efficiently radiate heat. By cooling the thermoelectric cooling / heating element 17 and the laser excitation unit 6 by air cooling in this manner, a cooling unit such as an external chiller for water cooling can be omitted as compared with a water-cooled laser processing apparatus. This eliminates the need for cooling water supply equipment and water itself, realizing resource saving, space saving, and simplification of the device configuration. However, it is needless to say that a water-cooled type can be applied to the present invention instead of or in addition to the air-cooled type as necessary, for example, in a case where the heat-dissipation amount is large and the air-cooled type is insufficiently cooled.
[0038]
[Case 19]
A case 19 for hermetically closing the thermoelectric cooling / heating element 17, the radiator 16, and the laser excitation unit 6 is fixed to the upper surface of the heat sink 20. The case 19 completely shields the periphery of the radiator 16 from the outside air so that the radiator 16 cooled by the thermoelectric cooling / heating element 17 does not dew. By preventing air containing moisture from entering the case 19 from outside, dew condensation in the case 19 is prevented. A hygroscopic material 23 is further sealed in the case 19. This prevents dew condensation due to moisture contained in the air that is taken into the case 19 when the apparatus is assembled. Zeolite or the like can be used for the hygroscopic material 23.
[0039]
The case 19 includes a main body cover 19A having a substantially rectangular parallelepiped shape and having an upper opening, and an upper cover 19B for closing the opening. By opening the upper part of the case 19, only this part can be opened during maintenance work. The joint between the main body cover 19A and the upper cover 19B is screwed by tightly attaching an elastic member 24 such as packing. When the main body cover 19A and the upper cover 19B are joined, the elastic member 24 is elastically deformed to close the gap between the joined portions, and is airtightly closed. As the elastic member 24, a packing made of nitrile butyl rubber (NBR) or silicone rubber can be suitably used. Similarly, also at the joint surface between the main body cover 19A and the heat sink 20, the elastic member 25 is tightly fitted and screwed, so that it is airtightly closed. Note that the case 19 may be configured to house the radiator 16 and the like in an integrated case 19 instead of being formed of a plurality of members. The case 19 may be any structure as long as the thermoelectric cooling / heating element 17, the radiator 16, and the laser excitation unit can be hermetically closed from the outside, and is not limited to a box shape having a downward opening as shown in FIG. For example, a structure in which the opening is sealed on a heat sink as a semicircular dome shape, a structure in which one end surface is opened, and a structure in which the opening is sealed in a cylindrical shape can be used.
[0040]
The case 19 is made of plastic or polycarbonate having a heat insulating effect by suppressing heat transfer. In particular, polycarbonate is preferable because it has a low moisture permeability and can suppress infiltration of humidity. Further, the case 19 is made of a translucent member, so that the internal state can be confirmed, and the work at the time of assembly and maintenance can be easily performed. For example, it is possible to easily confirm the occurrence of a trouble such as the wiring being entangled inside the case 19 or the wiring being pinched by the joint surface of the case 19 from the outside.
[0041]
[Connector 30]
A cable 26 such as a power supply line for supplying power from the power supply 7 to the laser excitation unit 6 and other signal lines is electrically connected to the outside of the case 19 via a waterproof connector 30. Thereby, it is possible to prevent air from entering the case 19 from the hole for drawing out the cable 26 from the case 19 and supplying moisture into the case 19. The connector 30 has no air permeability and is waterproof. As shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the connector 30 has a portion to be fastened to the case 19 sealed with an O-ring 31 made of an elastic material such as rubber, and is connected to the optical fiber cable 13 connected to the connector 30. The space is sealed with a sealing tape 32. By connecting the cable 26 to the connector 30, signals, power, and the like are exchanged between the laser excitation unit 6 and the outside of the case 19. Instead of using a waterproof connector, for example, a configuration may be adopted in which a through hole for passing a cable is provided in a case, and the hole is hermetically sealed after the cable is passed through the through hole.
[0042]
[Thermocouple 27]
A thermocouple 27 for measuring the temperature of the laser excitation light source is connected to the laser excitation unit 6. The thermocouple 27 is fixed so as to contact the surface of the laser excitation unit 6. As shown in FIG. 1, the temperature measured by the thermocouple 27 is detected by the control unit 4, and the control unit 4 controls the amount of electricity supplied to the thermoelectric cooling / heating element 17 so as to maintain the laser excitation unit 6 at a constant temperature, thereby releasing heat. The vessel 16 is cooled. When the temperature relationship between the radiator 16 and the laser excitation unit 6 is known, the thermocouple 27 may be provided so as to be in contact with the radiator 16. For example, in order to maintain the temperature of the laser excitation unit 6 at 30 ° C., the thermoelectric cooling / heating element 17 cools the temperature of the radiator 16 to 20 ° C. As described above, the control unit 4 energizes the Peltier element when the laser excitation unit 6 is driven, cools or heats the radiator 16, and maintains the temperature of the laser excitation unit 6 constant by the radiator 16.
[0043]
A lead wire 28 connecting the thermocouple 27 and the control unit 4 is drawn out of the case 19 through a through hole 29 formed in the case 19 as shown by a broken line in FIG. The through hole 29 is hermetically sealed with Teflon (registered trademark), silicone rubber, or the like. If a waterproof connector is used for the thermocouple 27, the voltage value may change due to the contact resistance or the like of the connector portion. Therefore, the connector is directly connected without using the connector.
[0044]
As described above, in the case 19, the laser excitation unit 6, the radiator 16, and the thermoelectric cooling / heating element 17 are shut off from the outside and airtightly closed, thereby preventing the air containing moisture from entering the inside of the case 19, Dew condensation inside the case 19 can be effectively prevented. This prevents the cooling ability of the thermoelectric cooling / heating element 17 such as a Peltier element from being impaired by moisture, maintains a stable cooling ability for a long time, and improves reliability and extends the life.
[0045]
[Insulation material 18]
Further, the laser control unit 1 covers the radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 with a heat insulating material 18. When the air in contact with the radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 is cooled in the case 19, the temperature of the air in the case 19 is reduced, and the case 19 itself is cooled and the temperature with the outside of the case 19 is reduced. The difference causes dew condensation on the surface of the case 19. When dew condensation occurs on the surface of the case 19, moisture accumulates inside the laser processing apparatus outside the case 19, thereby causing corrosion of contact points and the like, and even if dew condensation inside the case 19 is suppressed, Failure of the entire laser processing apparatus cannot be avoided. Therefore, in the embodiment of the present invention, dew condensation inside and outside the case 19 is effectively prevented by combining the blockage of the case 19 with the heat insulation of the heat insulating material 18. Specifically, the heat radiator 16 and the thermoelectric cooling / heating element 17 are covered and insulated by the heat insulating material 18 to confine the cool air, prevent the cool air leaking to the outside from causing dew condensation, and cool the cool air to the laser excitation unit 6. Concentrate on cooling efficiently.
[0046]
As the heat insulating material 18, any material having excellent heat insulating properties can be used, but a sponge-like elastically deformable member is preferably used. As the material of the heat insulating material 18, for example, foamed polyethylene, foamed polyolefin, foamed polystyrene, or the like can be used. As shown in FIG. 4B, the heat insulating material 18 covers the surface so that the radiator 16 does not appear inside the case 19, and thermally shields the heat radiator 16. Specifically, the upper surface of the heat radiator 16 is almost the same size as the outer periphery of the laser excitation unit 6 or slightly larger than the outer periphery of the laser excitation unit 6 near the center of the heat insulating material 18A so as to cover a part other than the contact surface with the laser excitation unit 6. The upper surface of the radiator 16 is covered with the heat insulating material 18 by inserting the laser excitation unit 6 into the opening with the heat insulating material 18A having a small opening. If the heat-insulating material 18 that elastically deforms is used, by pressing the opening slightly smaller than the outer periphery of the laser excitation unit 6, a pressing force is applied to the laser excitation unit 6 at the opening, and the opening can be closed without a gap.
[0047]
Further, in a state where the radiator 16 and the heat sink 20 tightly attach the thermoelectric cooling / heating element 17, the side surface of the radiator 16 is covered with a heat insulating material 18 so as to cover the side surface including the gap. The side surface portion may be formed as a separate member from the heat insulating material 18 covering the upper surface, or may be formed by integral formation. In the example of FIG. 3, the heat insulating material 18 </ b> A is an integral type molded to have a size that allows the radiator 16 to be inserted by opening the lower part. However, it may be constituted by five sheet-like heat insulating materials cut to a size to cover the upper surface and the four sides, respectively, or may be constituted such that the side surface is bent by one sheet and made to make a circuit. The heat insulating material 18 covering the side surface is adhered to the upper surface of the heat sink 20 to close a gap between the radiator 16 and the heat sink 20. On the other hand, in the example of FIG. 3, a separate heat insulating material 18B is provided as a heat insulating material for closing the gap between the radiator 16 and the heat sink 20. The heat insulating material 18B is larger in size than the radiator 16, and is substantially the same size as the heat insulating material 18A. The thickness is set to be larger than the gap between the heat sink 20 and the radiator 16 to which the thermoelectric cooling / heating element 17 is tightly attached, that is, the thickness of the spacer 22. Further, the heat insulating material 18B has an opening at the center and is arranged so as to surround the thermoelectric cooling / heating elements 17 arranged in a plurality. The size of the opening is larger than the arrangement area of the thermoelectric cooling / heating element 17 and smaller than the size of the radiator 16. The heat insulating material 18B is fixed to the upper surface of the heat sink 20 with an adhesive or the like so as to surround the six Peltier elements.
[0048]
In this state, the thermoelectric cooling / heating element 17 is tightly attached by the radiator 16 via the spacer 22. At this time, by disposing the opening of the heat insulating material 18B so that the radiator 16 closes, a part of the heat insulating material 18B is tightly fitted by the radiator 16 and the heat sink 20 because the opening is smaller than the radiator 16. You. The heat insulating material 18B elastically deforms and closes the gap between the radiator 16 and the heat sink 20, so that the thermoelectric cooling / heating element 17 can be closed from this gap so as not to be exposed in the case 19. The heat insulating material 18B fixed on the heat sink 20 is further fixed to the heat insulating material 18A with an adhesive or the like. By dividing the heat insulating material 18 into separate members in this manner, there is an advantage that the gap between the heat sink 20 and the heat sink 20 can be easily and reliably closed when the radiator 16 is fixed.
[0049]
It is preferable that the heat insulating material 18 prevents the thermoelectric cooling / heating element 17 from cooling only the laser excitation unit 6 via the radiator 16 and does not cool other parts such as air in the case 19. In other words, by covering the radiator 16 with the heat insulating material 18 so that the radiator 16 is not exposed inside the case 19 and insulating it from the other parts, the heat exchange by the thermoelectric cooling / heating element 17 is used other than for cooling the laser excitation unit 6. In this way, the energy of the heat exchange is concentrated on cooling the laser excitation unit 6, and efficient cooling is performed. However, it is not always necessary to completely cover the entire surface of the radiator 16, and if the heat insulating material 18 can sufficiently obtain the heat insulating effect on the surface of the radiator 16, a part of the surface of the radiator 16 may be used. Does not prevent exposure. For example, it is possible to allow the radiator 16 to be slightly exposed through a minute gap at the time of manufacturing in view of the heat insulating effect.
[0050]
[Prevention of condensation in laser output unit 2]
Although not shown, a heat insulating material can be used not only in the laser control unit 1 but also in the laser output unit 2. However, since the control temperature of the laser output unit 2 is higher than that of the laser excitation unit 6, there is generally no risk of dew formation due to a difference from room temperature, and a sealed structure similar to that of the laser control unit 1 is not required. However, it goes without saying that heat insulation or a closed structure can be adopted as appropriate according to use conditions such as environmental temperature during use.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the laser processing apparatus and the cooling method of the present invention can efficiently cool a laser generation source such as a laser excitation light source or a laser medium that generates heat with a simple configuration while suppressing the occurrence of dew condensation, Laser light can be stably obtained without causing damage to the laser beam. That is, the laser processing apparatus and the cooling method of the present invention prevent the dew condensation inside the case by shutting off the supply of moisture by sealing off the laser source from the outside in the case, and the cooling energy is reduced by the heat insulating material. This is because leakage to unnecessary parts is suppressed to prevent dew condensation on the outer surface of the case. As described above, with the simple configuration in which the sealing by the case and the heat insulation by the heat insulating material are combined, dew condensation inside and outside the case is effectively realized, and troubles caused by the dew condensation are avoided, thereby improving the reliability of the device. In addition, since energy for cooling is efficiently consumed by the laser generation source, an excellent feature that can contribute to reduction of power consumption is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of an internal structure of a laser excitation unit in FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a laser control unit of the laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the laser control unit of FIG. 3 and a longitudinal sectional view taken along line IV-IV ′.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser control unit
2 ... Laser output unit
3 Input unit
4 ... Control unit
5 ... Memory section
6 ... Laser excitation section
7 Power supply
8 ... Laser medium
9 Scanning unit
10 Laser light source
11 ・・・ Condenser
12 ・・・ Laser excitation section casing
13 ... Optical fiber cable
14a, 14b ... XY scanner
15 ... fθ lens
16 ... radiator
17 ・・・ Thermoelectric cooling / heating element
18, 18A, 18B ... heat insulating material
19 ... case
19A: Body cover
19B ・・・ Top cover
20 ... heat sink
21 ... Fan
22 ・・・ Spacer
23 ・・・ Hygroscopic material
24 ... elastic member
25 ... elastic member
26 ・・・ Cable
27 ・・・ Thermocouple
28 Lead wire
29 ... Through-hole
30 ・・・ Connector
31 ・・・ O-ring
32 ・・・ Sealing tape

Claims

レーザ光を発生させるレーザ発生源と、
前記レーザ発生源に熱伝導するように装着された放熱器（１６）と、
前記放熱器（１６）に熱伝導するように装着された熱電冷却加熱素子（１７）と、
前記レーザ発生源、放熱器（１６）および熱電冷却加熱素子（１７）を外気と気密に遮断するように密閉状態で収納するケース（１９）と、
前記ケース（１９）内部で前記放熱器（１６）の表面をケース（１９）内部と熱的に遮断する断熱材（１８）と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。A laser source for generating laser light,
A radiator (16) mounted to conduct heat to the laser source;
A thermoelectric cooling and heating element (17) mounted to conduct heat to the radiator (16);
A case (19) in which the laser generation source, the radiator (16) and the thermoelectric cooling / heating element (17) are housed in a sealed state so as to be airtightly shut off from outside air;
A heat insulator (18) for thermally insulating the surface of the radiator (16) from the inside of the case (19) inside the case (19);
A laser processing apparatus comprising:

レーザ光を発生させるレーザ発生源と、
前記レーザ発生源と熱伝導するように装着された放熱器（１６）と、
送風用のファン（２１）を備えるヒートシンク（２０）と、
放熱面と吸熱面を備え、吸熱面を前記放熱器（１６）と熱伝導するように装着し、放熱面を前記ヒートシンク（２０）に装着した熱電冷却加熱素子（１７）と、
前記レーザ発生源、放熱器（１６）および熱電冷却加熱素子（１７）を外気と気密に遮断するように密閉状態で収納するケース（１９）と、
前記ケース（１９）内部で前記放熱器（１６）が前記熱電冷却加熱素子（１７）との接触面以外で表出しないように前記放熱器（１６）を被覆して熱的に遮断する断熱材（１８）と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。A laser source for generating laser light,
A radiator (16) mounted to conduct heat with the laser source;
A heat sink (20) including a fan (21) for blowing air;
A thermoelectric cooling / heating element (17) having a heat radiating surface and a heat absorbing surface, the heat absorbing surface being mounted so as to conduct heat with the radiator (16), and the heat radiating surface being mounted on the heat sink (20);
A case (19) in which the laser generation source, the radiator (16) and the thermoelectric cooling / heating element (17) are housed in a sealed state so as to be airtightly shut off from outside air;
A heat insulating material that covers the heat radiator (16) and thermally shuts off the heat radiator (16) so that the heat radiator (16) is not exposed outside the contact surface with the thermoelectric cooling / heating element (17) inside the case (19). (18)
A laser processing apparatus comprising:

レーザ媒質（８）を励起して誘導光を放出させるためのレーザ励起部（６）を備えるレーザ制御部（１）と、
前記レーザ制御部（１）と光学的に結合され、ロッド状のレーザ媒質（８）と走査部（９）を備え、前記レーザ励起部（６）からの光をレーザ媒質（８）のロッド状の一端面から照射してレーザ媒質（８）を励起し、他端面からレーザ発振を出射し、走査部（９）で走査してレーザ光を出力するレーザ出力部（２）と、
を備えるレーザ加工装置であって、前記レーザ制御部（１）が
前記レーザ励起部（６）と熱伝導するように装着された放熱器（１６）と、
送風用のファン（２１）を備えるヒートシンク（２０）と、
放熱面と吸熱面を備え、吸熱面を前記放熱器（１６）と熱伝導するように装着し、放熱面を前記ヒートシンク（２０）に装着した熱電冷却加熱素子（１７）と、
前記レーザ励起部（６）、放熱器（１６）および熱電冷却加熱素子（１７）を外気と気密に遮断するように密閉状態で収納するケース（１９）と、
前記ケース（１９）内部で前記放熱器（１６）が前記熱電冷却加熱素子（１７）との接触面以外で表出しないように前記放熱器（１６）を被覆して熱的に遮断する断熱材（１８）と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。A laser control unit (1) including a laser excitation unit (6) for exciting a laser medium (8) to emit a guide light;
It is optically coupled to the laser control unit (1) and includes a rod-shaped laser medium (8) and a scanning unit (9), and emits light from the laser excitation unit (6) to the rod-shaped laser medium (8). A laser output unit (2) that irradiates the laser medium (8) by irradiating it from one end surface thereof, emits laser oscillation from the other end surface, scans with a scanning unit (9), and outputs laser light;
A radiator (16) mounted so that the laser control unit (1) conducts heat with the laser excitation unit (6);
A heat sink (20) including a fan (21) for blowing air;
A thermoelectric cooling / heating element (17) having a heat radiating surface and a heat absorbing surface, the heat absorbing surface being mounted so as to conduct heat with the radiator (16), and the heat radiating surface being mounted on the heat sink (20);
A case (19) in which the laser excitation unit (6), the radiator (16), and the thermoelectric cooling / heating element (17) are housed in a hermetically sealed state so as to be airtightly shut off from outside air;
A heat insulating material that covers the heat radiator (16) and thermally shuts off the heat radiator (16) so that the heat radiator (16) is not exposed outside the contact surface with the thermoelectric cooling / heating element (17) inside the case (19). (18)
A laser processing apparatus comprising:

請求項１から３に記載のレーザ加工装置であって、前記熱電冷却加熱素子（１７）は前記放熱器（１６）と前記ヒートシンク（２０）に狭着された状態で、前記放熱器（１６）と前記熱電冷却加熱素子（１７）とが前記ケース（１９）内部で表出しないように、これらの周囲を囲むように前記断熱材（１８）が前記ヒートシンク（２０）の上面に接着されてなることを特徴とするレーザ加工装置。4. The laser processing device according to claim 1, wherein the thermoelectric cooling / heating element is tightly attached to the radiator and the heat sink. 5. The heat insulating material (18) is adhered to the upper surface of the heat sink (20) so as to surround the periphery thereof so that the thermoelectric cooling / heating element (17) and the thermoelectric cooling / heating element (17) are not exposed inside the case (19). A laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.

請求項２から４に記載のレーザ加工装置であって、前記ヒートシンク（２０）は両端を開口する中空状で、内部に複数のスリットを設けており、開口部に送風用のファン（２１）を備え、ファン（２１）を回転させてスリット表面に送風し空冷式でヒートシンク（２０）を冷却するよう構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。5. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the heat sink (20) has a hollow shape with both ends opened, a plurality of slits provided inside, and a fan (21) for blowing air in the opening. A laser processing apparatus comprising: a fan (21) rotated to blow air to a slit surface to cool a heat sink (20) by air cooling.

請求項２から５に記載のレーザ加工装置であって、前記ケース（１９）が前記ヒートシンク（２０）との接合部を弾性部材（２５）で気密に封止してなることを特徴とするレーザ加工装置。6. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the case (19) hermetically seals a joint with the heat sink (20) with an elastic member (25). 7. Processing equipment.

請求項２から６に記載のレーザ加工装置であって、前記レーザ励起部（６）に接続される一以上のケーブルは、防水型コネクタ（３０）を介して前記ケース（１９）外部と接続されてなることを特徴とするレーザ加工装置。7. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein one or more cables connected to the laser excitation unit (6) are connected to the outside of the case (19) via a waterproof connector (30). 8. A laser processing apparatus, comprising:

請求項２から７に記載のレーザ加工装置であって、前記レーザ励起部（６）には熱電対（２７）が接続され、前記熱電対（２７）は前記ケース（１９）に穿孔された貫通孔を通じて外部に引き出されると共に、貫通孔はシリコーンゴムによって気密に封止されてなることを特徴とするレーザ加工装置。8. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein a thermocouple (27) is connected to the laser excitation unit (6), and the thermocouple (27) is formed through the case (19). A laser processing apparatus, wherein the laser processing apparatus is drawn out to the outside through a hole, and the through hole is hermetically sealed with silicone rubber.

請求項１から８に記載のレーザ加工装置であって、前記ケース（１９）内に吸湿材（２３）を封入してなることを特徴とするレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a hygroscopic material (23) is sealed in the case (19).

請求項１から９に記載のレーザ加工装置であって、前記熱電冷却加熱素子（１７）がペルチェ素子であることを特徴とするレーザ加工装置。The laser processing device according to claim 1, wherein the thermoelectric cooling / heating element is a Peltier device.

請求項１から１０に記載のレーザ加工装置であって、前記ケース（１９）が透光性を有するポリカーボネート樹脂であることを特徴とするレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the case (19) is made of a translucent polycarbonate resin.

レーザ加工装置の冷却方法であって、
第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを備える放熱器（１６）の、第１の面に熱電冷却加熱素子（１７）を固定し、第２の面にレーザ発生源を固定し、前記熱電冷却加熱素子（１７）との接触面を除く前記放熱器（１６）の表面を断熱材（１８）で被覆するステップと、
前記レーザ発生源、放熱器（１６）および熱電冷却加熱素子（１７）をケース（１９）内に収納し、ケース（１９）を気密に封止するステップと、
を備えてなり、前記レーザ発生源を動作させたとき、前記熱電冷却加熱素子（１７）で前記放熱器（１６）を介して前記レーザ発生源の温度を所定温度に維持すると共に、ケース（１９）内の空気をケース（１９）外部と遮断することでケース（１９）内への水分の浸入を阻止して結露を抑制し、
なおかつ前記断熱材（１８）によって前記熱電冷却加熱素子（１７）の吸熱・放熱効果を前記レーザ発生源の温度制御に集中させ、他の部材への温度伝搬を抑制してケース（１９）外部への結露を防止してなることを特徴とするレーザ加工装置の冷却方法。A method for cooling a laser processing apparatus,
A radiator (16) having a first surface and a second surface facing the first surface, a thermoelectric cooling / heating element (17) fixed to the first surface, and a laser mounted on the second surface. Fixing the source and covering the surface of the radiator (16) except for the contact surface with the thermoelectric cooling / heating element (17) with a heat insulating material (18);
Housing the laser source, the radiator (16) and the thermoelectric cooling / heating element (17) in a case (19), and hermetically sealing the case (19);
When the laser source is operated, the temperature of the laser source is maintained at a predetermined temperature by the thermoelectric cooling / heating element (17) via the radiator (16), and the case (19) By blocking the air inside the case (19) from the outside, the infiltration of moisture into the case (19) is prevented, and the condensation is suppressed.
In addition, the heat absorbing and radiating effects of the thermoelectric cooling / heating element (17) are concentrated on the temperature control of the laser source by the heat insulating material (18), and the temperature propagation to other members is suppressed to the outside of the case (19). A method for cooling a laser processing apparatus, wherein dew condensation is prevented.