(57)【要約】【課題】  複数層の受熱体のうち中受熱体に貫通して形成された連通穴に生じる冷却水の滞留部を無くすことにより熱抵抗を小さくして温度上昇を抑えることができると共に当該連通穴の圧力損失も低く抑えること。【解決手段】  ３層の受熱体から成る放熱器の中受熱体１０２−１において、微小な貫通孔である微小連通孔１２を多数一塊に密集させた微小連通孔ブロック１２Ｂを、各々の櫛歯状の放熱フィン２１４，２１２の間で且つ上下で水路２１５，２１１を連通する位置で尚且つＬＤアレイ９９の下方位置に形成する。ＬＤアレイ９９で発生した熱は、上受熱体１０３を経て中受熱体１０２−１に熱伝導する。この際、中受熱体１０２−１に伝導した熱は、微小連通孔ブロック１２Ｂの各微小連通孔１２の間の隔壁１３を伝わって水路２１５，２１１の内部にまで熱が良好に伝わる。この状態で冷却水が多数の微小連通孔１２に流入することで熱が冷却されるようにした。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の受熱体が少なくとも上中下の３層以上積層されて接合され、このうち上受熱体の上面に熱を発生する発熱体が接合され、この発熱体の下方にあって、中受熱体を挟む上受熱体及び下受熱体との接合面に、前記発熱体の熱を放熱するための櫛歯状を成す放熱フィンがフィン間に冷却水の流路を伴って形成され、その流路が中受熱体に上下方向に貫通して形成された連通穴を介して連通されると共に下受熱体の給水口及び排水口に連通されることによって、給水口から放熱フィン間の流路を通って連通穴を介して上受熱体の放熱フィン間の流路へ抜け、この流路から排水口へ至る水路を有する放熱器において、
前記中受熱体の連通穴を、微小な貫通孔である微小連通孔を多数一塊に密集させた微小連通孔ブロックとした
ことを特徴とする放熱器。
【請求項２】
板状の受熱体が少なくとも上中下の３層以上積層されて接合され、このうち上受熱体の上面に熱を発生する発熱体が接合され、この発熱体の下方にあって、中受熱体を挟む上受熱体及び下受熱体との接合面に、前記発熱体の熱を放熱するための櫛歯状を成す放熱フィンがフィン間に冷却水の流路を伴って形成され、その流路が中受熱体に上下方向に貫通して形成された連通穴を介して連通されると共に下受熱体の給水口及び排水口に連通されることによって、給水口から放熱フィン間の流路を通って連通穴を介して上受熱体の放熱フィン間の流路へ抜け、この流路から排水口へ至る水路を有する放熱器において、
前記中受熱体の連通穴の内壁に複数の突出部を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力ＬＤ（レーザーダイオード）アレイ等の高熱を発生する装置に適用される水冷式の放熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、例えば図５に示す高出力ＬＤアレイ用の放熱器がある。ここで、図５は、従来の放熱器１００の全体の縦断面図、図６は、図５に示す放熱器１００をＰ１−Ｐ２線で切断した際の断面図である。
高出力のＬＤアレイ９９は、発熱密度が数十〜数百Ｗ／ｃｍ２程度と大きいため、ＬＤアレイ９９の温度上昇によりレーザー出力、効率、発信波長、素子寿命に大きな影響を与える。従って、ＬＤアレイ９９で発生した熱をいかに除去するかが非常に重要な課題になる。
【０００３】
また、このＬＤアレイ９９の大きさが長さ１０ｍｍ×幅１〜１．５ｍｍ程度と受熱体１０５との接触面積が非常に小さく、空冷式では温度上昇が押えきれないため、この種の放熱器１００では内部に水路を設け水冷式の放熱を行っている。この放熱器１００は、下、中、上受熱体１０１〜１０３を３層構造とし、これら受熱体１０１〜１０３で、給水から排水までの水路を形成してある。
【０００４】
図７は、図５に示す放熱器１００の下受熱体１０１の構造を示し、（ａ）は下受熱体１０１の平面図、（ｂ）は下受熱体１０１を（ａ）のＧ１−Ｇ２線で切断した際の断面図、（ｃ）は下受熱体１０１の下面図である。
図８は、図５に示す放熱器１００の中受熱体１０２の構造を示し、（ａ）は中受熱体１０２の平面図、（ｂ）は中受熱体１０２を（ａ）のＪ１−Ｊ２線で切断した際の断面図である。
【０００５】
図９は、図５に示す放熱器１００の上受熱体１０３の構造を示し、（ａ）は上受熱体１０３の平面図、（ｂ）は上受熱体１０３を次の（ｃ）のＫ１−Ｋ２線で切断した際の断面図、（ｃ）は上受熱体１０３の下面図である。
放熱器１００は次のように構成されている。下受熱体１０１の中ほどに貫通する給水口２１０を形成し、この給水口２１０に連通する給水側の水路２１１を形成し、この水路２１１に櫛歯状の放熱フィン２１２を形成した。更に、中受熱体１０２は板厚を０．１ｍｍ程度と薄くし、各々の櫛歯状の放熱フィン２１４，２１２の間で且つ上下で水路２１５，２１１を連通する位置で尚且つＬＤアレイ９９の下方位置に、複数個の連通穴２１３を設けた。
【０００６】
つまり、上受熱体１０３には連通穴２１３に繋がり、且つ櫛歯状の放熱フィン２１４を形成した排水側の水路２１５を設け、更に、その水路２１５の途中で連通穴２２０を介して下方に連通する排水側の水路２２１を中受熱体１０２と下受熱体１０１との間に設けた。そして、それら水路２１５，２２１を通る冷却水が排水部２１６及び排水口２１７，２０６より放熱器１００の外部に排出するように構成した。
【０００７】
このような構成の放熱器１００による放熱動作を説明する。
図示せぬ冷却水循環装置から下受熱体１０１の給水口２１０から給水された冷却水は、水路２１１に流入し、この冷却水が、放熱フィン２１２に到達し、この放熱フィン２１２の間を通って中受熱体１０２の連通穴２１３を通り、上受熱体１０３の放熱フィン２１４に到達する。この冷却水は、放熱フィン２１４の間を通って水路２１５を通過し、この途中で連通穴２２０を介して下方の水路２２１も通過する。これら通過した冷却水は、排水部２１６に到達し、ここから更に中受熱体１０２の排水口２１７、下受熱体１０１の排水口２０６を経て放熱器１００の外部へ排出される。
【０００８】
このような冷却水の流れにあって、図６に波状矢印で示すようにＬＤアレイ９９で発熱した熱が上受熱体１０３で受熱され、板厚方向に熱伝導されてＬＤアレイ９９の２〜３倍程度の長さに設計された放熱フィン２１４に導かれる。また、上受熱体１０３に設けられた放熱フィン２１４だけでは放熱量が充分でないため、中受熱体１０２の連通穴２１３の間の隔壁１０２ａに熱伝導させ、更に下受熱体１０１に設けた放熱フィン２１２に熱伝導させて放熱量を増加させている。このようにＬＤアレイ９９から発生した熱を熱交換している。
【０００９】
この種の従来の放熱器として、例えば特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。
【特許文献１】ＷＯ００／１１９２２号公報
【特許文献２】特開平８−１３９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来の放熱器においては、上下の放熱フィン２１４，２１２の相対的な位置ズレを吸収するために、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、中受熱体１０２の連通穴２１３の径であるφＤ寸法を水路パターンのＲ寸法よりも若干大きく形成している。これによって、水路パターンが前後左右の加工公差内で位置ズレを起こしても、水路パターンが狭くなって冷却水の流れが滞ることを防いでいる。
【００１１】
しかし、φＤを水路パターンのＲより大きくすると、冷却水が流れる際に連通穴２１３にて滞留する凹状の滞留部２１３ａが生じ、放熱効果が弱まり、中受熱体１０２の熱抵抗が大きくなり温度上昇を低く抑えることが困難になるという問題がある。
一方、上記とは逆に連通穴２１３のφＤ寸法を小さくすると滞留部２１３ａは出来にくくなるが、水路断面積が小さくなるので圧力損失が著しく増大するという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、複数層の受熱体のうち中受熱体に貫通して形成された連通穴に生じる冷却水の滞留部を無くすことにより熱抵抗を小さくして温度上昇を抑えることができると共に当該連通穴の圧力損失も低く抑えることができる放熱器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による放熱器は、板状の受熱体が少なくとも上中下の３層以上積層されて接合され、このうち上受熱体の上面に熱を発生する発熱体が接合され、この発熱体の下方にあって、中受熱体を挟む上受熱体及び下受熱体との接合面に、前記発熱体の熱を放熱するための櫛歯状を成す放熱フィンがフィン間に冷却水の流路を伴って形成され、その流路が中受熱体に上下方向に貫通して形成された連通穴を介して連通されると共に下受熱体の給水口及び排水口に連通されることによって、給水口から放熱フィン間の流路を通って連通穴を介して上受熱体の放熱フィン間の流路へ抜け、この流路から排水口へ至る水路を有する放熱器において、前記中受熱体の連通穴を、微小な貫通孔である微小連通孔を多数一塊に密集させた微小連通孔ブロックとしたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、発熱体で発生した熱が多数の微小連通孔の間の隔壁に伝導し、この伝導した熱を多数の微小連通孔に流入される冷却水で冷却するようにしたので、従来のような１つの連通穴に冷却水を流入させる構成に比べ熱交換面積が大幅に増大し、これによって熱交換量が著しく増大する。つまり、多数の微小連通孔を設けて熱を冷却水に接触させる表面積を大幅に拡大させたので、放熱器の熱抵抗を大幅に低減させることができ、これによって温度上昇を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２による放熱器は、板状の受熱体が少なくとも上中下の３層以上積層されて接合され、このうち上受熱体の上面に熱を発生する発熱体が接合され、この発熱体の下方にあって、中受熱体を挟む上受熱体及び下受熱体との接合面に、前記発熱体の熱を放熱するための櫛歯状を成す放熱フィンがフィン間に冷却水の流路を伴って形成され、その流路が中受熱体に上下方向に貫通して形成された連通穴を介して連通されると共に下受熱体の給水口及び排水口に連通されることによって、給水口から放熱フィン間の流路を通って連通穴を介して上受熱体の放熱フィン間の流路へ抜け、この流路から排水口へ至る水路を有する放熱器において、前記中受熱体の連通穴の内壁に複数の突出部を形成したことを特徴とする。
この構成によれば、発熱体で発生した熱が中受熱体に熱伝導して突出部へ到達し、この熱が冷却水に接触するので、突出部の表面から放熱されることと、突出部に冷却水が当たることによる乱流化によって大きな放熱効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明の放熱器によれば、複数層の受熱体のうち中受熱体に貫通して形成された連通穴に生じる冷却水の滞留部を無くすことにより熱抵抗を小さくして温度上昇を抑えることができると共に当該連通穴の圧力損失も低く抑えることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る放熱器１０の全体の縦断面図である。
図２は、図１に示す放熱器１０の中受熱体１０２−１の構造を示し、（ａ）は中受熱体１０２−１の平面図、（ｂ）は中受熱体１０２−１を（ａ）のＪ３−Ｊ４線で切断した際の断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ部分の拡大図である。
【００１８】
図３（ａ）は、図１に示す放熱器１０をＡ１−Ａ２線で切断した際の断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ１−Ｃ２線で切断した際の断面図である。
本放熱器１０が、従来の放熱器１００と異なる点は、中受熱体１０２−１において、微小な貫通孔である微小連通孔１２を多数一塊に密集させた微小連通孔ブロック１２Ｂを、各々の櫛歯状の放熱フィン２１４，２１２の間で且つ上下で水路２１５，２１１を連通する位置で尚且つＬＤアレイ９９の下方位置に形成したことにある。
【００１９】
このような構成において、図１に示すように、ＬＤアレイ９９で発生した熱は、上受熱体１０３を経て中受熱体１０２−１に熱伝導する。この際、図３に示すように、中受熱体１０２−１に伝導した熱は、微小連通孔ブロック１２Ｂの各微小連通孔１２の間の隔壁１３を伝わって水路２１５，２１１の内部にまで熱が良好に伝わる。この状態で冷却水が多数の微小連通孔１２に流入することで熱が冷却される。
【００２０】
このような本実施の形態の放熱器１０によれば、ＬＤアレイ９９からの熱が多数の微小連通孔１２の間の隔壁１３に伝導し、この伝導した熱を多数の微小連通孔１２に流入される冷却水で冷却するようにしたので、従来のような１つの連通穴に冷却水を流入させる構成に比べ熱交換面積が大幅に増大し、これによって熱交換量が著しく増大する。
言い換えれば、多数の微小連通孔１２を設けて熱を冷却水に接触させる表面積を大幅に拡大させたので、放熱器１０の熱抵抗を大幅に低減させることができ、これによって温度上昇を抑えることができる。
【００２１】
また、多数の微小連通孔１２を設けた際の水路断面積を、従来技術とほぼ同じかそれ以上になるようにすれば圧力損失も上昇することはない。言い換えれば、連通穴の圧力損失も低く抑えることができるので冷却水循環装置（ポンプ）も大型にすることなく、放熱器１０の熱抵抗を低減することができる。
また、微小連通孔１２により冷却水の流れが乱流化し、上受熱体１０３の放熱フィン２１４に当たるので、ここでも放熱効果が倍増することになる。また、ＬＤアレイ９９の放熱量が大きくなった場合は、微小連通孔１２の径と隔壁１３の幅とを、その熱を所定温度に冷却できる寸法に調整すれば良い。
【００２２】
この他、上記実施の形態の変形例として、図４に示すように、中受熱体１０２−２を形成しても良い。図４は、中受熱体１０２−２の構造を示し、（ａ）は中受熱体１０２−２の平面図、（ｂ）は中受熱体１０２−２を（ａ）のＪ５−Ｊ６線で切断した際の断面図、（ｃ）は（ａ）に示す連通穴１５の拡大図、（ｄ）は（ｃ）に示す連通穴１５の変形例である連通穴１７の拡大図である。
中受熱体１０２−２の連通穴１５は、各々の櫛歯状の放熱フィン２１４，２１２の間Ｌ１に丁度収まる状態に形成され、その形状は、正方形状の穴内壁の隣同士の角と角の中間部分を当該正方形の中心に向かって山形に突出させた４つの突出部１５ａを有する形状を成す。
【００２３】
このような構成の中受熱体１０２−２を用いた放熱器において、下受熱体１０１の放熱フィン２１２を通って連通穴１５に流入した冷却水は、連通穴１５の突出部１５ａに接触する。一方、ＬＤアレイ９９で発生した熱は上受熱体１０３から中受熱体１０２−２に熱伝導し、突出部１５ａに到達する。この突出部１５ａで熱が冷却水に接触するので、突出部１５ａの表面から放熱されることと、突出部１５ａに冷却水が当たることによる乱流化によって、大きな放熱効果を得ることができる。
【００２４】
また、ＬＤアレイ９９の放熱量が大きい場合は、図４（ｄ）に示す形状の連通穴１７を形成すれば、突出部１７ａがより多くなるので、その分、熱交換面積が増大し、放熱効果を更に向上させることができる。
なお、上記の微小連通孔ブロック１２Ｂを設けた中受熱体１０２−１及び連通穴１５，１７を設けた中受熱体１０２−２を製作する場合、従来のエッチングやプレス加工で充分可能なのでコスト上昇も抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る放熱器の全体の縦断面図である。
【図２】上記実施の形態に係る放熱器の中受熱体の構造を示し、（ａ）は中受熱体の平面図、（ｂ）は中受熱体を（ａ）のＪ３−Ｊ４線で切断した際の断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ部分の拡大図である。
【図３】（ａ）は上記実施の形態に係る放熱器をＡ１−Ａ２線で切断した際の断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ１−Ｃ２線で切断した際の断面図である。
【図４】他の構成の中受熱体の構造を示し、（ａ）は中受熱体の平面図、（ｂ）は中受熱体を（ａ）のＪ５−Ｊ６線で切断した際の断面図、（ｃ）は（ａ）に示す連通穴の拡大図、（ｄ）は（ｃ）に示す連通穴の変形例である連通穴の拡大図である。
【図５】従来の放熱器の全体の縦断面図である。
【図６】従来の放熱器をＰ１−Ｐ２線で切断した際の断面図である。
【図７】従来の放熱器の下受熱体の構造を示し、（ａ）は下受熱体の平面図、（ｂ）は下受熱体を（ａ）のＧ１−Ｇ２線で切断した際の断面図、（ｃ）は下受熱体の下面図である。
【図８】従来の放熱器の中受熱体の構造を示し、（ａ）は中受熱体の平面図、（ｂ）は中受熱体を（ａ）のＪ１−Ｊ２線で切断した際の断面図である。
【図９】従来の放熱器の上受熱体の構造を示し、（ａ）は上受熱体の平面図、（ｂ）は上受熱体を次の（ｃ）のＫ１−Ｋ２線で切断した際の断面図、（ｃ）は上受熱体の下面図である。
【図１０】従来の放熱器の問題点を説明するための図であり、（ａ）は放熱器の部分断面図、（ｂ）は放熱器の部分上面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  放熱器
１２  微小連通孔
１２Ｂ  微小連通孔ブロック
１３  隔壁
１５，１７，２１３，２２０  連通穴
１５ａ，１７ａ  突出部
９９  ＬＤアレイ
１０１  下受熱体
１０２  中受熱体
１０３  上受熱体
２１０  給水口
２１１，２１５，２２１  水路
２１２，２１４  放熱フィン
２１３  連通穴
２０６，２１７  排水口
２１６  排水部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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