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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-11
(45)【発行日】2024-09-20
(54)【発明の名称】レーザ装置、及びレーザ装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01S 3/0941 20060101AFI20240912BHJP
   H01S 3/042 20060101ALI20240912BHJP
【FI】
H01S3/0941
H01S3/042
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2020148901
(22)【出願日】2020-09-04
(65)【公開番号】P2022043569
(43)【公開日】2022-03-16
【審査請求日】2023-08-29
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(72)【発明者】
【氏名】井口 琢斗
(72)【発明者】
【氏名】加藤 義則
(72)【発明者】
【氏名】森田 宇亮
(72)【発明者】
【氏名】川合 一希
【審査官】大和田 有軌
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第05418809(US,A)
【文献】特開2000-277837(JP,A)
【文献】特開平07-115237(JP,A)
【文献】特開2001-068767(JP,A)
【文献】特開2001-068765(JP,A)
【文献】特開平01-304790(JP,A)
【文献】米国特許第05475702(US,A)
【文献】米国特許第05317590(US,A)
【文献】米国特許第05278860(US,A)
【文献】米国特許第05253260(US,A)
【文献】米国特許第05251369(US,A)
【文献】米国特許第05012481(US,A)
【文献】米国特許第03683296(US,A)
【文献】特開2022-043570(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01S 3/00 - 3/30
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1方向に沿って延在するロッド状のレーザ媒質と、
第1ベース、及び前記第1ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第1光源ユニットと、
前記第1方向と交差する第2方向において前記第1光源ユニットと並設され、第2ベース、及び前記第2ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第2光源ユニットと、
前記レーザ媒質、前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットを支持するホルダと、を備え、
前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットは、それぞれ、前記ホルダに対して着脱可能であり、
前記第1ベース及び前記ホルダの少なくとも一方は、前記ホルダに対する前記第1ベースの位置を規定する第1規定部を含み、
前記第2ベース及び前記ホルダの少なくとも一方は、前記ホルダに対する前記第2ベースの位置を規定する第2規定部を含み、
前記ホルダは、前記第1方向において並設された第1保持部材及び第2保持部材、並びに、前記第1保持部材及び前記第2保持部材を連結する連結部材を含み、
前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットは、前記第1保持部材と前記第2保持部材との間に配置されており、
前記連結部材は、前記第2方向に沿ってスライド可能に前記第1ベース及び前記第2ベースを支持する支持面を有する、レーザ装置。
【請求項2】
前記連結部材は、前記第1規定部として、前記第2方向に沿った前記第1ベースの移動を規制する第1ストッパを含み、前記第2規定部として、前記第2方向に沿った前記第2ベースの移動を規制する第2ストッパを含む、請求項に記載のレーザ装置。
【請求項3】
前記第1ベースは、冷媒が流れる第1流路を含み、
前記第2ベースは、冷媒が流れる第2流路を含み、
前記ホルダは、冷媒が流れる第3流路を含む、請求項1又は2に記載のレーザ装置。
【請求項4】
前記第1流路、前記第2流路及び前記第3流路は、連通している、請求項に記載のレーザ装置。
【請求項5】
前記ホルダは、前記レーザ媒質が内側に配置された筒体を含み、
前記筒体は、光透過性を有し、
前記第3流路は、前記レーザ媒質と前記筒体との間の流路を含む本流路、前記本流路から分岐する第1分岐流路及び第2分岐流路、並びに、前記本流路に合流する第3分岐流路及び第4分岐流路を含み、
前記第1分岐流路の下流端は、前記第1流路の上流端に接続されており、
前記第2分岐流路の下流端は、前記第2流路の上流端に接続されており、
前記第3分岐流路の上流端は、前記第1流路の下流端に接続されており、
前記第4分岐流路の上流端は、前記第2流路の下流端に接続されている、請求項に記載のレーザ装置。
【請求項6】
前記複数の励起光源は、前記第1方向から見た場合に、前記レーザ媒質の中心線を中心とする円周に沿って配置されている、請求項1~のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項7】
前記複数の励起光源のそれぞれは、半導体レーザ素子を含む、請求項1~のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項8】
前記半導体レーザ素子は、積層された複数の半導体レーザバーを含む、請求項に記載のレーザ装置。
【請求項9】
第1方向に沿って延在するロッド状のレーザ媒質と、
第1ベース、及び前記第1ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第1光源ユニットと、
前記第1方向と交差する第2方向において前記第1光源ユニットと並設され、第2ベース、及び前記第2ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第2光源ユニットと、
前記レーザ媒質、前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットを支持するホルダと、を備え、
前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットは、それぞれ、前記ホルダに対して着脱可能であり、
前記第1ベース及び前記ホルダの少なくとも一方は、前記ホルダに対する前記第1ベースの位置を規定する第1規定部を含み、
前記第1ベース及び前記第2ベースの少なくとも一方は、前記第1ベースに対する前記第2ベースの位置を規定する第2規定部を含み、
前記ホルダは、前記第1方向において並設された第1保持部材及び第2保持部材、並びに、前記第1保持部材及び前記第2保持部材を連結する連結部材を含み、
前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットは、前記第1保持部材と前記第2保持部材との間に配置されており、
前記連結部材は、前記第2方向に沿ってスライド可能に前記第1ベース及び前記第2ベースを支持する支持面を有する、レーザ装置。
【請求項10】
第1ベース、及び前記第1ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第1光源ユニットと、第2ベース、及び前記第2ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第2光源ユニットと、第1方向に沿って延在するロッド状のレーザ媒質を支持した状態にあるホルダであって、前記第1方向において並設された第1保持部材及び第2保持部材、並びに、前記第1保持部材及び前記第2保持部材を連結する連結部材を含む前記ホルダと、を準備するステップと、
前記連結部材が有する支持面に対して、前記第1方向と交差する第2方向における一方の側から前記第1ベースをスライドさせて、前記第1保持部材と前記第2保持部材との間に前記第1光源ユニットを配置し、前記支持面に対して、前記第2方向における他方の側から前記第2ベースをスライドさせて、前記第1保持部材と前記第2保持部材との間に前記第2光源ユニットを配置することで、前記第2方向において前記第1光源ユニット及び前記第2光源ユニットを並設するステップと、を備える、レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ装置、及びレーザ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ロッド状のレーザ媒質と、当該レーザ媒質を励起するための励起光を出射する複数の励起光源と、を備えるレーザ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2005-285807号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したようなレーザ装置は、当該レーザ装置がレーザシステムに搭載された状態で各励起光源がレーザ装置に対して着脱可能に構成されている場合がある。そのような構成では、各励起光源を交換する場合に、レーザ媒質における励起分布が所望の状態となるように、レーザ媒質に対する各励起光源の位置や向きをシビアに調整する必要がある。その一方で、上述したようなレーザ装置は、当該レーザ装置の全体がレーザシステムに対して着脱可能に構成されている場合がある。そのような構成では、各励起光源を交換する場合に、レーザシステムの光軸に対してレーザ媒質の光軸が一致するように、レーザシステムにおけるレーザ装置の位置や向きをシビアに調整する必要がある。
【0005】
本発明は、複数の励起光源の着脱の容易化及び複数の励起光源の位置決めの容易化を図ることができるレーザ装置、及びそのようなレーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のレーザ装置は、第1方向に沿って延在するロッド状のレーザ媒質と、第1ベース、及び第1ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第1光源ユニットと、第1方向と交差する第2方向において第1光源ユニットと並設され、第2ベース、及び第2ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第2光源ユニットと、レーザ媒質、第1光源ユニット及び第2光源ユニットを支持するホルダと、を備え、第1ベース及びホルダの少なくとも一方は、ホルダに対する第1ベースの位置を規定する第1規定部を含み、第2ベース及びホルダの少なくとも一方は、ホルダに対する第2ベースの位置を規定する第2規定部を含む。
【0007】
このレーザ装置では、第1ベース及び複数の励起光源が第1光源ユニットとしてユニット化されていると共に、第2ベース及び複数の励起光源が第2光源ユニットとしてユニット化されており、第1光源ユニット及び第2光源ユニットが、第2方向において並設された状態で、ホルダによって支持されている。これにより、ホルダに対して第1ベース及び第2ベースのそれぞれを着脱するだけで、ホルダに対して複数の励起光源を容易に着脱することができる。更に、レーザ媒質を支持するホルダに第1ベース及び第2ベースのそれぞれを取り付ける際に、ホルダに対する第1ベースの位置が第1規定部によって規定されると共に、ホルダに対する第2ベースの位置が第2規定部によって規定される。これにより、レーザ媒質を支持するホルダに第1ベース及び第2ベースのそれぞれを取り付けるだけで、レーザ媒質に対して複数の励起光源を容易に位置決めすることができる。以上により、このレーザ装置によれば、複数の励起光源の着脱の容易化及び複数の励起光源の位置決めの容易化を図ることができる。
【0008】
本発明のレーザ装置では、ホルダは、第1方向において並設された第1保持部材及び第2保持部材、並びに、第1保持部材及び第2保持部材を連結する連結部材を含み、第1光源ユニット及び第2光源ユニットは、第1保持部材と第2保持部材との間に配置されていてもよい。これによれば、レーザ装置の小型化及び構造の単純化を図ることができる。
【0009】
本発明のレーザ装置では、連結部材は、第2方向に沿ってスライド可能に第1ベース及び第2ベースを支持する支持面を有してもよい。これによれば、連結部材の支持面において第1ベース及び第2ベースのそれぞれをスライドさせることで、ホルダに対して複数の励起光源を容易に着脱することができる。
【0010】
本発明のレーザ装置では、連結部材は、第1規定部として、第2方向に沿った第1ベースの移動を規制する第1ストッパを含み、第2規定部として、第2方向に沿った第2ベースの移動を規制する第2ストッパを含んでもよい。これによれば、連結部材の第1ストッパ及び第2ストッパのそれぞれに第1ベース及び第2ベースのそれぞれを当接させることで、レーザ媒質に対して複数の励起光源を容易に且つ確実に位置決めすることができる。
【0011】
本発明のレーザ装置では、第1ベースは、冷媒が流れる第1流路を含み、第2ベースは、冷媒が流れる第2流路を含み、ホルダは、冷媒が流れる第3流路を含んでもよい。これによれば、レーザ媒質及び複数の励起光源を冷却することができる。
【0012】
本発明のレーザ装置では、第1流路、第2流路及び第3流路は、連通していてもよい。これによれば、レーザ媒質及び複数の励起光源を効率良く冷却することができる。
【0013】
本発明のレーザ装置では、ホルダは、レーザ媒質が内側に配置された筒体を含み、筒体は、光透過性を有し、第3流路は、レーザ媒質と筒体との間の流路を含む本流路、本流路から分岐する第1分岐流路及び第2分岐流路、並びに、本流路に合流する第3分岐流路及び第4分岐流路を含み、第1分岐流路の下流端は、第1流路の上流端に接続されており、第2分岐流路の下流端は、第2流路の上流端に接続されており、第3分岐流路の上流端は、第1流路の下流端に接続されており、第4分岐流路の上流端は、第2流路の下流端に接続されていてもよい。これによれば、簡易な流路構成で、レーザ媒質及び複数の励起光源を効率良く冷却することができる。
【0014】
本発明のレーザ装置では、複数の励起光源は、第1方向から見た場合に、レーザ媒質の中心線を中心とする円周に沿って配置されていてもよい。これによれば、レーザ媒質における励起分布の均一化を図ることができる。
【0015】
本発明のレーザ装置では、複数の励起光源のそれぞれは、半導体レーザ素子を含んでもよい。これによれば、励起光源の長寿命化を図ることができる。また、複数の励起光源が第1光源ユニット又は第2光源ユニットとしてユニット化されているため、半導体レーザ素子単品での取り扱いに求められる繊細さが不要となる。
【0016】
本発明のレーザ装置では、半導体レーザ素子は、積層された複数の半導体レーザバーを含んでもよい。これによれば、レーザ媒質を効率良く且つ十分に励起することができる。
【0017】
本発明のレーザ装置は、第1方向に沿って延在するロッド状のレーザ媒質と、第1ベース、及び第1ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第1光源ユニットと、第1方向と交差する第2方向において第1光源ユニットと並設され、第2ベース、及び第2ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第2光源ユニットと、レーザ媒質、第1光源ユニット及び第2光源ユニットを支持するホルダと、を備え、第1ベース及びホルダの少なくとも一方は、ホルダに対する第1ベースの位置を規定する第1規定部を含み、第1ベース及び第2ベースの少なくとも一方は、第1ベースに対する第2ベースの位置を規定する第2規定部を含む。
【0018】
このレーザ装置では、第1ベース及び複数の励起光源が第1光源ユニットとしてユニット化されていると共に、第2ベース及び複数の励起光源が第2光源ユニットとしてユニット化されており、第1光源ユニット及び第2光源ユニットが、第2方向において並設された状態で、ホルダによって支持されている。これにより、ホルダに対して第1ベース及び第2ベースのそれぞれを着脱するだけで、ホルダに対して複数の励起光源を容易に着脱することができる。更に、レーザ媒質を支持するホルダに第1ベース及び第2ベースのそれぞれを取り付ける際に、ホルダに対する第1ベースの位置が第1規定部によって規定されると共に、第1ベースに対する第2ベースの位置が第2規定部によって規定される。これにより、レーザ媒質を支持するホルダに第1ベース及び第2ベースのそれぞれを取り付けるだけで、レーザ媒質に対して複数の励起光源を容易に位置決めすることができる。以上により、このレーザ装置によれば、複数の励起光源の着脱の容易化及び複数の励起光源の位置決めの容易化を図ることができる。
【0019】
本発明のレーザ装置の製造方法は、第1ベース、及び第1ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第1光源ユニットと、第2ベース、及び第2ベースに取り付けられた複数の励起光源を含む第2光源ユニットと、を準備するステップと、第1方向に沿って延在するロッド状のレーザ媒質を支持した状態にあるホルダに、第1方向と交差する第2方向における一方の側から第1ベースを配置し、ホルダに、第2方向における他方の側から第2ベースを配置することで、第2方向において第1光源ユニット及び第2光源ユニットを並設するステップと、を備える。
【0020】
このレーザ装置の製造方法では、ロッド状のレーザ媒質が延在する第1方向と交差する第2方向における一方の側から第1ベースをホルダに配置し、当該第2方向における他方の側から第2ベースをホルダに配置するだけで、レーザ媒質に対して複数の励起光源を容易に位置決めすることができる。よって、このレーザ装置の製造方法によれば、レーザ媒質に対して複数の励起光源が位置決めされたレーザ装置を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、複数の励起光源の着脱の容易化及び複数の励起光源の位置決めの容易化を図ることができるレーザ装置、及びそのようなレーザ装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】一実施形態のレーザ装置の断面図である。
図2図1に示されるII-II線に沿ってのレーザ装置の断面図である。
図3図1に示されるIII-III線に沿ってのレーザ装置の断面図である。
図4図3に示されるIV-IV線に沿ってのレーザ装置の断面図である。
図5図3に示されるV-V線に沿ってのレーザ装置の断面図である。
図6図3に示されるVI-VI線に沿ってのレーザ装置の断面図である。
図7】一実施形態のレーザ装置の製造方法を説明するためのレーザ装置の断面図である。
図8図7に示されるVIII-VIIIに沿ってのレーザ装置の断面図である。
図9】変形例の第1光源ユニット及び第2光源ユニットの正面図である。
図10】変形例の第1光源ユニットの斜視図である。
図11】変形例の第1光源ユニット及び第2光源ユニットによるレーザ媒質の励起分布を示す模式図である。
図12】変形例の第1光源ユニット及び第2光源ユニットの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0024】
図1及び図2に示されるように、レーザ装置1は、レーザ媒質20と、第1光源ユニット30と、第2光源ユニット40と、ホルダ50と、を備えている。レーザ媒質20、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40は、ホルダ50によって支持されている。一例として、レーザ装置1は、レーザシステムにおいて、レーザ光Lを増幅するレーザ増幅器して用いられる。以下、レーザ装置1にレーザ光Lが入射する方向をX方向といい、X方向に垂直な一方向をY方向といい、X方向及びY方向の両方向に垂直な方向をZ方向という。
【0025】
レーザ媒質20は、X方向(第1方向)に沿って延在するロッド状の固体レーザ媒質である。レーザ媒質20は、X方向に平行な中心線CLを有している。レーザ媒質20の形状は、例えば、10mm程度の直径及び200mm程度の長さを有する円柱形状である。レーザ媒質20の材料は、例えば、Nd:YAGである。
【0026】
第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40は、Y方向(第1方向と交差する第2方向)において並設されている。第1光源ユニット30は、中心線CLに対して、Y方向における一方の側に配置されている。第2光源ユニット40は、中心線CLに対して、Y方向における他方の側に配置されている。第1光源ユニット30は、第1ベース31と、複数の励起光源32と、を含んでいる。複数の励起光源32は、第1ベース31に取り付けられている。第2光源ユニット40は、第2ベース41と、複数の励起光源42と、を含んでいる。複数の励起光源42は、第2ベース41に取り付けられている。
【0027】
第1ベース31及び第2ベース41は、それぞれ、X方向を厚さ方向とする板状の部材である。第1ベース31及び第2ベース41のセットは、レーザ媒質20と対向する複数の内面を有する開口を画定している。各励起光源32は、当該複数の内面のうち第1ベース31が有する複数の載置面31aのそれぞれに配置されている。各励起光源42は、当該複数の内面のうち第2ベース41が有する複数の載置面41aのそれぞれに配置されている。第1ベース31及び第2ベース41のセットの形状は、例えば、矩形板状である。第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれの材料は、例えば、アルミニウムである。第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれの厚さは、後述する第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれの厚さよりも大きい。これにより、複数の励起光源32,42を確実に保持することができる。
【0028】
複数の励起光源32,42は、それぞれ、レーザ媒質20を励起するための励起光ELを出射する。複数の励起光源32,42は、X方向から見た場合に、レーザ媒質20の中心線CLを中心とする円周に沿って配置されている。本実施形態では、第1ベース31及び第2ベース41のセットが、複数の内面として6つの載置面31a,41aを有する正六角形状の開口を画定しており、6つの励起光源32,42が、中心線CLを中心とする円周に沿って60°ピッチで配置されている。このように、複数の励起光源32,42が第1ベース31及び第2ベース41に対して内側(レーザ媒質20側)に配置されているため、外部からレーザ装置1に衝撃が加わったとしても、複数の励起光源32,42を確実に保護することができる。
【0029】
各励起光源32は、半導体レーザ素子33と、レンズ34と、を含んでいる。半導体レーザ素子33は、レーザ媒質20に向けて励起光ELを出射する。レンズ34は、半導体レーザ素子33に対してレーザ媒質20側に配置されている。レンズ34は、半導体レーザ素子33から出射された励起光ELをレーザ媒質20に収束させる。半導体レーザ素子33は、複数の半導体レーザバー33aと、ヒートシンク33bと、を含んでいる。複数の半導体レーザバー33aは、半導体レーザ素子33とレーザ媒質20とが対向する方向に垂直な面内において各半導体レーザバー33aの出射端面が二次元に配列されるように、積層されている。ヒートシンク33bは、複数の半導体レーザバー33aを支持した状態で、載置面31aに配置されている。ヒートシンク33bは、複数の半導体レーザバー33aで発生した熱を吸収し、当該熱を第1ベース31側に逃がす。なお、各励起光源32は、レンズ34を含んでいなくてもよい。
【0030】
各励起光源42は、半導体レーザ素子43と、レンズ44と、を含んでいる。半導体レーザ素子43は、レーザ媒質20に向けて励起光ELを出射する。レンズ44は、半導体レーザ素子43に対してレーザ媒質20側に配置されている。レンズ44は、半導体レーザ素子43から出射された励起光ELをレーザ媒質20に収束させる。半導体レーザ素子43は、複数の半導体レーザバー43aと、ヒートシンク43bと、を含んでいる。複数の半導体レーザバー43aは、半導体レーザ素子43とレーザ媒質20とが対向する方向に垂直な面内において各半導体レーザバー43aの出射端面が二次元に配列されるように、積層されている。ヒートシンク43bは、複数の半導体レーザバー43aを支持した状態で、載置面41aに配置されている。ヒートシンク43bは、複数の半導体レーザバー43aで発生した熱を吸収し、当該熱を第2ベース41側に逃がす。なお、各励起光源42は、レンズ44を含んでいなくてもよい。
【0031】
ホルダ50は、第1保持部材51と、第2保持部材52と、連結部材53と、一対の脚部材54と、筒体55と、を含んでいる。一例として、ホルダ50は、レーザシステムの設置部Sに取り付けられている。
【0032】
第1保持部材51及び第2保持部材52は、それぞれ、X方向を厚さ方向とする板状の部材である。第1保持部材51及び第2保持部材52は、所定の間隔をとってX方向において並設されている。第1保持部材51は、X方向におけるレーザ媒質20の一端面20aを露出させた状態で、X方向におけるレーザ媒質20の一端部を保持している。第2保持部材52は、X方向におけるレーザ媒質20の他端面20bを露出させた状態で、X方向におけるレーザ媒質20の他端部を保持している。第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40は、第1保持部材51と第2保持部材52との間に配置されている。第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれの形状は、例えば、矩形板状である。第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれの材料は、例えば、アルミニウムである。第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40は、X方向から見た場合に、第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれの外縁よりも内側に位置している(つまり、当該外縁から外側に突出していない)。これにより、X方向からレーザ装置1に衝撃が加わったとしても、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40を確実に保護することができる。
【0033】
連結部材53は、Z方向を厚さ方向とする板状の部材である。連結部材53は、第1保持部材51及び第2保持部材52を連結している。本実施形態では、連結部材53は、第1保持部材51における設置部S側の端部と第2保持部材52における設置部S側の端部との間に掛け渡されている。連結部材53の形状は、例えば、矩形板状である。連結部材53の材料は、例えば、アルミニウムである。
【0034】
一対の脚部材54は、それぞれ、第1保持部材51における設置部S側の端部及び第2保持部材52における設置部S側の端部に取り付けられている。各脚部材54は、Y方向を長手方向とする複数の長穴54aを有している。一例として、ホルダ50は、複数のボルト(図示省略)が複数の長穴54aを介して設置部Sに締結されることで、設置部Sに固定されている。
【0035】
筒体55は、X方向に沿って延在する筒状の部材である。筒体55は、筒体55の内側にレーザ媒質20が配置された状態で、第1保持部材51と第2保持部材52との間に掛け渡されている。筒体55は、光透過性(各励起光源32,42から出射される励起光ELに対する透過性)を有している。筒体55の形状は、例えば、円筒形状である。筒体55の材料は、例えば、合成石英である。
【0036】
連結部材53は、Y方向に沿って延在する溝53aを有している。Y方向における溝53aの両端は、Y方向における一方の側及び他方の側に開放されている。溝53aの底面は、Y方向に沿ってスライド可能に第1ベース31及び第2ベース41を支持する支持面56である。連結部材53は、第1ストッパ(第1規定部)57と、第2ストッパ(第2規定部)58と、を含んでいる。第1ストッパ57は、Y方向に沿った第1ベース31の移動を規制する。より具体的には、第1ストッパ57は、Y方向においてレーザ媒質20に近付く側への第1ベース31の移動を規制する。第2ストッパ58は、Y方向に沿った第2ベース41の移動を規制する。より具体的には、第2ストッパ58は、Y方向においてレーザ媒質20に近付く側への第2ベース41の移動を規制する。
【0037】
第1ベース31が連結部材53の溝53aに嵌められることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、X方向及びZ方向における第1ベース31の位置が規定される。第1ベース31が第1ストッパ57に当接させられることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、Y方向における第1ベース31の位置が規定される。この状態で、第1ベース31は、第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれにボルト(図示省略)等によって固定されている。
【0038】
第2ベース41が連結部材53の溝53aに嵌められることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、X方向及びZ方向における第2ベース41の位置が規定される。第2ベース41が第2ストッパ58に当接させられることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、Y方向における第2ベース41の位置が規定される。この状態で、第2ベース41は、第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれにボルト(図示省略)等によって固定されている。
【0039】
図3及び図4に示されるように、ホルダ50は、第3流路90を含んでいる。図5に示されるように、第1ベース31は、第1流路70を含んでいる。図6に示されるように、第2ベース41は、第2流路80を含んでいる。第1流路70、第2流路80及び第3流路90には、冷媒が流れる。冷媒は、例えば、水である。第1流路70、第2流路80及び第3流路90は、連通している。つまり、第1流路70、第2流路80及び第3流路90は、共通の供給源(図示省略)から供給された冷媒が流れるように接続されている。
【0040】
図3及び図4に示されるように、第3流路90は、本流路91を含んでいる。本流路91は、複数の流路部分91a,91b,91c,91d,91eを含んでいる。流路部分91bは、レーザ媒質20と筒体55との間の流路である。流路部分91dは、第1保持部材51と第2保持部材52との間に掛け渡された配管59内の流路である。
【0041】
流路部分91aは、第1保持部材51内に形成されている。流路部分91aの上流端は、第1保持部材51の側面51aに位置している。流路部分91aの上流端は、冷媒の供給口である。流路部分91aの下流端は、流路部分91bの上流端に接続されている。流路部分91cは、第2保持部材52内に形成されている。流路部分91cの上流端は、流路部分91bの下流端に接続されている。流路部分91cの下流端は、流路部分91dの上流端に接続されている。流路部分91eは、第1保持部材51内に形成されている。流路部分91eの上流端は、流路部分91dの下流端に接続されている。流路部分91eの下流端は、第1保持部材51の側面51aに位置している。流路部分91eの下流端は、冷媒の排出口である。なお、冷媒の供給口である流路部分91aの上流端、及び冷媒の排出口である流路部分91eの下流端が、第1保持部材51の側面51aに位置しているため、外部の配管の取り回しが容易となっている。
【0042】
以上のように構成された本流路91では、流路部分91aの上流端から冷媒が供給され、流路部分91a,91b,91c,91d,91eの順に冷媒が流れて、流路部分91eの下流端から冷媒が排出される。これにより、レーザ媒質20が冷却される。
【0043】
図3図5及び図6に示されるように、第3流路90は、第1分岐流路93と、第2分岐流路94と、を更に含んでいる。第1分岐流路93及び第2分岐流路94は、第1保持部材51内に形成されている。第1分岐流路93は、本流路91から分岐している。第1分岐流路93の上流端93aは、本流路91の流路部分91aの途中(本流路91のうち、流路部分91bよりも上流側の部分)に接続されている。第1分岐流路93の下流端93bは、第1保持部材51における第2保持部材52側の表面51bに位置している。第2分岐流路94は、本流路91から分岐している。第2分岐流路94の上流端94aは、本流路91の流路部分91aの途中に接続されている。第2分岐流路94の下流端94bは、第1保持部材51の表面51bに位置している。
【0044】
第3流路90は、第3分岐流路95と、第4分岐流路96と、を更に含んでいる。第3分岐流路95及び第4分岐流路96は、第1保持部材51内に形成されている。第3分岐流路95は、本流路91に合流している。第3分岐流路95の上流端95aは、第1保持部材51の表面51bに位置している。第3分岐流路95の下流端95bは、本流路91の流路部分91eの途中(本流路91のうち、流路部分91bよりも下流側の部分)に接続されている。第4分岐流路96は、本流路91に合流している。第4分岐流路96の上流端96aは、第1保持部材51の表面51bに位置している。第4分岐流路96の下流端96bは、本流路91の流路部分91eの途中に接続されている。
【0045】
図5に示されるように、第1流路70は、X方向から見た場合にZ方向に沿って直線状に延在するように、第1ベース31内に形成されている。第1流路70の上流端70a及び下流端70bは、第1ベース31における第1保持部材51側の表面31bに位置している。第1ベース31の表面31bは、第1保持部材51の表面51bに接触している。この状態で、第1分岐流路93の下流端93bは、第1流路70の上流端70aに接続されており、第3分岐流路95の上流端95aは、第1流路70の下流端70bに接続されている。なお、下流端93bと上流端70aとの接続、及び、上流端95aと下流端70bとの接続には、例えば、Oリングが用いられており、冷媒の漏れが防止されている。
【0046】
以上のように構成された第1分岐流路93、第1流路70及び第3分岐流路95では、第1分岐流路93の上流端93aにおいて本流路91から冷媒が供給され、第1分岐流路93、第1流路70、第3分岐流路95の順に冷媒が流れて、第3分岐流路95の下流端95bにおいて冷媒が本流路91に合流する。これにより、第1ベース31が冷却される。各励起光源32の半導体レーザ素子33では、第1ベース31が冷却されることで、ヒートシンク33bを介して複数の半導体レーザバー33aが冷却される。
【0047】
図6に示されるように、第2流路80は、X方向から見た場合にZ方向に沿って直線状に延在するように、第2ベース41内に形成されている。第2流路80の上流端80a及び下流端80bは、第2ベース41における第1保持部材51側の表面41bに位置している。第2ベース41の表面41bは、第1保持部材51の表面51bに接触している。この状態で、第2分岐流路94の下流端94bは、第2流路80の上流端80aに接続されており、第4分岐流路96の上流端96aは、第2流路80の下流端80bに接続されている。なお、下流端94bと上流端80aとの接続、及び、上流端96aと下流端80bとの接続には、例えば、Oリングが用いられており、冷媒の漏れが防止されている。
【0048】
以上のように構成された第2分岐流路94、第2流路80及び第4分岐流路96では、第2分岐流路94の上流端94aにおいて本流路91から冷媒が供給され、第2分岐流路94、第2流路80、第4分岐流路96の順に冷媒が流れて、第4分岐流路96の下流端96bにおいて冷媒が本流路91に合流する。これにより、第2ベース41が冷却される。各励起光源42の半導体レーザ素子43では、第2ベース41が冷却されることで、ヒートシンク43bを介して複数の半導体レーザバー43aが冷却される。
【0049】
レーザ装置1の製造方法について説明する。本実施形態では、図7に示されるように、レーザ媒質20を支持した状態にあるホルダ50が、レーザシステムの設置部Sに取り付けられているものとする。まず、図8に示されるように、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40を準備する(準備するステップ)。続いて、レーザ媒質20を支持した状態にあるホルダ50に、Y方向における一方の側から第1ベース31を配置し、当該ホルダ50に、Y方向における他方の側から第2ベース41を配置することで、Y方向において第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40を並設する(並設するステップ)。この状態で、第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれに第1ベース31をボルト(図示省略)等によって固定し、第1保持部材51及び第2保持部材52のそれぞれに第2ベース41をボルト(図示省略)等によって固定する。
【0050】
ホルダ50に第1ベース31を取り付ける際には、第1ベース31を連結部材53の溝53aに嵌めることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、X方向及びZ方向における第1ベース31の位置が規定される。また、第1ベース31を連結部材53の支持面56においてスライドさせて第1ストッパ57に当接させることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、Y方向における第1ベース31の位置が規定される。このとき、第1ベース31が筒体55に接触して筒体55が破損するような事態が防止される。
【0051】
ホルダ50に第2ベース41を取り付ける際には、第2ベース41を連結部材53の溝53aに嵌めることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、X方向及びZ方向における第2ベース41の位置が規定される。また、第2ベース41を連結部材53の支持面56においてスライドさせて第2ストッパ58に当接させることで、ホルダ50に対して(延いては、レーザ媒質20に対して)、Y方向における第2ベース41の位置が規定される。このとき、第2ベース41が筒体55に接触して筒体55が破損するような事態が防止される。
【0052】
以上説明したように、レーザ装置1では、第1ベース31及び複数の励起光源32が第1光源ユニット30としてユニット化されていると共に、第2ベース41及び複数の励起光源42が第2光源ユニット40としてユニット化されており、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40が、Y方向において並設された状態で、ホルダ50によって支持されている。これにより、ホルダ50に対して第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれを着脱するだけで、ホルダ50に対して複数の励起光源32,42を容易に着脱することができる。更に、レーザ媒質20を支持するホルダ50に第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれを取り付ける際に、ホルダ50に対する第1ベース31の位置が第1ストッパ57によって規定されると共に、ホルダ50に対する第2ベース41の位置が第2ストッパ58によって規定される。これにより、レーザ媒質20を支持するホルダ50に第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれを取り付けるだけで、レーザ媒質20に対して複数の励起光源32,42を容易に位置決めすることができる。以上により、レーザ装置1によれば、複数の励起光源32,42の着脱の容易化及び複数の励起光源32,42の位置決めの容易化を図ることができる。
【0053】
レーザ装置1では、ホルダ50が、X方向において並設された第1保持部材51及び第2保持部材52、並びに、第1保持部材51及び第2保持部材52を連結する連結部材53を含んでおり、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40が、第1保持部材51と第2保持部材52との間に配置されている。これにより、レーザ装置1の小型化及び構造の単純化を図ることできる。
【0054】
レーザ装置1では、連結部材53が、Y方向に沿ってスライド可能に第1ベース31及び第2ベース41を支持する支持面56を有している。これにより、連結部材53の支持面56において第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれをスライドさせることで、ホルダ50に対して複数の励起光源32,42を容易に着脱することができる。
【0055】
レーザ装置1では、連結部材53が、Y方向に沿った第1ベース31の移動を規制する第1ストッパ57、及びY方向に沿った第2ベース41の移動を規制する第2ストッパ58を含んでいる。これにより、連結部材53の第1ストッパ57及び第2ストッパ58のそれぞれに第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれを当接させることで、レーザ媒質20に対して複数の励起光源32,42を容易に且つ確実に位置決めすることができる。
【0056】
レーザ装置1では、第1ベース31が、冷媒が流れる第1流路70を含んでおり、第2ベース41が、冷媒が流れる第2流路80を含んでおり、ホルダ50が、冷媒が流れる第3流路90を含んでいる。これにより、レーザ媒質20及び複数の励起光源32,42を冷却することができる。
【0057】
レーザ装置1では、第1流路70、第2流路80及び第3流路90が連通している。これにより、レーザ媒質20及び複数の励起光源32,42を効率良く冷却することができる。
【0058】
レーザ装置1では、第3流路90が、レーザ媒質20と筒体55との間の流路部分91bを含む本流路91、本流路91から分岐する第1分岐流路93及び第2分岐流路94、並びに、本流路91に合流する第3分岐流路95及び第4分岐流路96を含んでいる。レーザ装置1では、第1分岐流路93の下流端93bが、第1流路70の上流端70aに接続されており、第2分岐流路94の下流端94bが、第2流路80の上流端80aに接続されており、第3分岐流路95の上流端95aが、第1流路70の下流端70bに接続されており、第4分岐流路96の上流端96aが、第2流路80の下流端80bに接続されている。これにより、簡易な流路構成で、レーザ媒質20及び複数の励起光源32,42を効率良く冷却することができる。
【0059】
レーザ装置1では、複数の励起光源32,42は、X方向から見た場合に、レーザ媒質20の中心線CLを中心とする円周に沿って配置されている。これによれば、レーザ媒質20における励起分布の均一化を図ることができる。
【0060】
レーザ装置1では、各励起光源32が半導体レーザ素子33を含んでおり、各励起光源42が半導体レーザ素子43を含んでいる。これにより、各励起光源32,42の長寿命化を図ることができる。また、複数の励起光源32が第1光源ユニット30としてユニット化されており、複数の励起光源42が第2光源ユニット40としてユニット化されているため、半導体レーザ素子単品での取り扱いに求められる繊細さが不要となる。
【0061】
レーザ装置1では、半導体レーザ素子33は、積層された複数の半導体レーザバー33aを含んでおり、半導体レーザ素子43は、積層された複数の半導体レーザバー43aを含んでいる。これにより、レーザ媒質20を効率良く且つ十分に励起することができる。
【0062】
レーザ装置1の製造方法では、ロッド状のレーザ媒質20が延在するX方向と交差するY方向における一方の側から第1ベース31をホルダ50に配置し、当該Y方向における他方の側から第2ベース41をホルダ50に配置するだけで、レーザ媒質20に対して複数の励起光源32,42を容易に位置決めすることができる。よって、レーザ装置1の製造方法によれば、レーザ媒質20に対して複数の励起光源32,42が位置決めされたレーザ装置1を容易に得ることができる。
【0063】
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、第1光源ユニット30が3つの励起光源32を含んでいたが、第1光源ユニット30は、複数の励起光源32を含んでいればよい。同様に、上記実施形態では、第2光源ユニット40が3つの励起光源42を含んでいたが、第2光源ユニット40は、複数の励起光源42を含んでいればよい。一例として、図9の(a)に示されるように、第1光源ユニット30が4つの励起光源32を含んでおり、第2光源ユニット40が4つの励起光源42を含んでいてもよい。図9の(b)に示されるように、第1光源ユニット30が2つの励起光源32を含んでおり、第2光源ユニット40が2つの励起光源42を含んでいてもよい。いずれの場合にも、複数の励起光源32,42が、中心線CLを中心とする円周に沿って等角度ピッチで配置されている。
【0064】
図10の(a)に示されるように、第1光源ユニット30は、中心線CLを中心とする円周に沿って1列に配置された複数の励起光源32aと、当該円周からX方向にずれた円周に沿って1列に配置された複数の励起光源32bと、を含んでいてもよい。図10の(a)に示される第1光源ユニット30では、X方向において1つの励起光源32a及び1つの励起光源32bが並設されている。当該第1光源ユニット30と組み合わせられる第2光源ユニット40も、当該第1光源ユニット30と同様の構成を有している。
【0065】
図10の(b)に示されるように、第1光源ユニット30は、中心線CLを中心とする円周に沿って配置された少なくとも1つの励起光源32aと、当該円周からX方向にずれた円周に沿って他の1列に配置された複数の励起光源32bと、を含んでいてもよい。図10の(b)に示される第1光源ユニット30では、X方向から見た場合に1つの励起光源32aが2つの励起光源32bの間に位置するように、3つの励起光源32a、32bが、中心線CLを中心とする円周に沿って60°ピッチで配置されている。当該第1光源ユニット30と組み合わせられる第2光源ユニット40も、当該第1光源ユニット30と同様の構成を有している。
【0066】
その場合、1つの励起光源32a及び2つの励起光源42aは、図11の(a)に示されるように、中心線CLを中心とする円周に沿って120°ピッチで配置されることになる。2つの励起光源32b及び1つの励起光源42bは、図11の(b)に示されるように、中心線CLを中心とする別の円周に沿って120°ピッチで配置されることになる。結果として、6つの励起光源32a,32b,42a,42bは、図11の(c)に示されるように、中心線CLに平行な方向から見た場合に、中心線CLを中心とする円周に沿って60°ピッチで配置されることになる。これにより、各励起光源32a,32b,42a,42bから出射される励起光ELによってレーザ媒質20に均一な励起分布が与えられる。
【0067】
図12に示されるように、第1光源ユニット30において、複数の励起光源32が、第1ベース31における外側の表面に配置されており、各励起光源32からレーザ媒質20に向けて出射された励起光ELが通る貫通孔31cが、第1ベース31に形成されていてもよい。同様に、第2光源ユニット40において、複数の励起光源42が、第2ベース41における外側の表面に配置されており、各励起光源42からレーザ媒質20に向けて出射された励起光ELが通る貫通孔41cが、第2ベース41に形成されていてもよい。
【0068】
第1流路70は、屈曲した状態(例えば、各励起光源32に近付くように屈曲した状態)で第1ベース31内に形成されていてもよい。同様に、第2流路80は、屈曲した状態(例えば、各励起光源42に近付くように屈曲した状態)で第2ベース41内に形成されていてもよい。ただし、第1流路70及び第2流路80がそれぞれ第1ベース31内及び第2ベース41内に直線状に形成されていると、それらの形成が容易となる。
【0069】
第1流路70は、複数の励起光源32が取り付けられた第1ベース31の本体部とは別に設けられた配管を含んでいてもよい。同様に、第2流路80は、複数の励起光源42が取り付けられた第2ベース41の本体部とは別に設けられた配管を含んでいてもよい。
【0070】
半導体レーザ素子33のヒートシンク33bは、第1流路70から冷媒を導入させて第1流路70に冷媒を導出させ流路を含むものであってもよい。同様に、半導体レーザ素子43のヒートシンク43bは、第2流路80から冷媒を導入させて第2流路80に冷媒を導出させ流路を含むものであってもよい。
【0071】
第1ベース31及び第2ベース41は、それぞれ、第1流路70及び第2流路80を含んでいなくてもよい。その場合には、第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれに放熱フィンが設けられていてもよい。空冷又は自然放熱によって第1ベース31及び第2ベース41が冷却されることで、各半導体レーザ素子33,43が冷却される。
【0072】
各励起光源32が、半導体レーザ素子33を冷却するための電子冷却素子を含んでいてもよい。同様に、各励起光源42が、半導体レーザ素子43を冷却するための電子冷却素子を含んでいてもよい。
【0073】
上記実施形態では、ホルダ50が、ホルダ50に対する第1ベース31の位置を規定する第1規定部として第1ストッパ57を含んでいたが、第1ベース31が当該第1規定部を含んでいてもよいし、第1ベース31及びホルダ50の両方が当該第1規定部を含んでいてもよい。つまり、第1ベース31及びホルダ50の少なくとも一方が、ホルダ50に対する第1ベース31の位置を規定する第1規定部を含んでいればよい。第1規定部は、位置決めピン及び位置決め穴、位置決めボルト及び位置決めねじ穴(その場合には、ホルダ50に対する第1ベース31の固定も兼ねる)等であってもよい。
【0074】
上記実施形態では、ホルダ50が、ホルダ50に対する第2ベース41の位置を規定する第2規定部として第2ストッパ58を含んでいたが、第2ベース41が当該第2規定部を含んでいてもよいし、第2ベース41及びホルダ50の両方が当該第2規定部を含んでいてもよい。つまり、第2ベース41及びホルダ50の少なくとも一方が、ホルダ50に対する第2ベース41の位置を規定する第2規定部を含んでいればよい。第2規定部は、位置決めピン及び位置決め穴、位置決めボルト及び位置決めねじ穴(その場合には、ホルダ50に対する第2ベース41の固定も兼ねる)等であってもよい。
【0075】
上記実施形態では、ホルダ50が、ホルダ50に対する第1ベース31の位置を規定する第1規定部として第1ストッパ57を含み、且つ、ホルダ50が、ホルダ50に対する第2ベース41の位置を規定する第2規定部として第2ストッパ58を含んでいたが、第1ベース31及びホルダ50の少なくとも一方が、ホルダ50に対する第1ベース31の位置を規定する第1規定部を含み、且つ、第1ベース31及び第2ベース41の少なくとも一方が、第1ベース31に対する第2ベース41の位置を規定する第2規定部を含んでいてもよい。その場合にも、ホルダ50に対して第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれを着脱するだけで、ホルダ50に対して複数の励起光源32,42を容易に着脱することができる。更に、レーザ媒質20を支持するホルダ50に第1ベース31及び第2ベース41のそれぞれを取り付けるだけで、レーザ媒質20に対して複数の励起光源32,42を容易に位置決めすることができる。
【0076】
ホルダ50は、レーザ媒質20、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40を支持するように構成されていれば、例えば、連結部材53を含んでいなくてもよいし、連結部材53を含むか否かにかかわらず第1保持部材51又は第2保持部材のいずれか一方を含んでいなくてもよい。なお、レーザ媒質20、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40を支持するようにホルダ50が構成されていることは、レーザ媒質20、第1光源ユニット30及び第2光源ユニット40のそれぞれがホルダ50に接触していることを必須としない。例えば、第1光源ユニット30がホルダ50に接触した状態で第1光源ユニット30がホルダ50によって支持されており、第2光源ユニット40が第1光源ユニット30に接触し且つホルダ50から離間した状態で第2光源ユニット40がホルダ50によって支持されている場合もある。
【符号の説明】
【0077】
1…レーザ装置、20…レーザ媒質、30…第1光源ユニット、31…第1ベース、32…励起光源、33…半導体レーザ素子、33a…半導体レーザバー、40…第2光源ユニット、41…第2ベース、42…励起光源、43…半導体レーザ素子、43a…半導体レーザバー、50…ホルダ、51…第1保持部材、52…第2保持部材、53…連結部材、55…筒体、56…支持面、57…第1ストッパ(第1規定部)、58…第2ストッパ(第2規定部)、70…第1流路、70a…上流端、70b…下流端、80…第2流路、80a…上流端、80b…下流端、90…第3流路、91…本流路、91b…流路部分(流路)、93…第1分岐流路、93b…下流端、94…第2分岐流路、94b…下流端、95…第3分岐流路、95a…上流端、96…第4分岐流路、96a…上流端。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12