(57)【要約】【課題】複数のＬＤモジュールを限られた冷却媒体で略同じ温度に冷却できる流路構造を備え、低コストで製造できるＬＤモジュール冷却装置及びこれを備えるレーザ装置を提供する。【解決手段】ＬＤモジュール冷却装置１は、冷却板２に、複数のＬＤモジュール３に対応する複数の冷却部流路６と、冷却部流路６に並列に冷却媒体を供給、排出する共通流路４、５とを備え、冷却部流路６は、流路高さと流路幅が流路長の少なくとも大半で一定の薄層流路であり、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状は、冷却板２とＬＤモジュール３との主要接触面と、冷却板２の表面側から見て、少なくとも大半が重なり、冷却部流路６の流路高さは、流路長及び流路幅に対して1/20以下と、流路高さが0.5mm以下との少なくとも一方の条件を満たし、冷却部流路６内の冷却媒体の圧力損失は、共通流路４、５内の冷却媒体の圧力損失より大きい。【選択図】図３
2019016757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却板と、
前記冷却板に形成され、前記冷却板の表面に配列される複数のＬＤモジュールの位置に対応して前記ＬＤモジュールを冷却するための冷却媒体を流す複数の冷却部流路と、
前記冷却板に形成され、前記複数の冷却部流路に並列に冷却媒体を供給する共通供給流路と、
前記冷却板に形成され、前記複数の冷却部流路から並列に冷却媒体を排出する共通排出流路と、を備えるＬＤモジュール冷却装置であって、
前記冷却部流路は、流路高さと流路幅が流路長の少なくとも大半で一定で、前記冷却板の表面と平行な薄層流路として形成されており、
流路長×流路幅によって画定される前記冷却部流路の矩形形状は、前記冷却板と前記ＬＤモジュールとの主要接触面と、前記冷却板の表面側から見て、少なくとも大半が重なり、
前記冷却部流路の流路高さは、流路長及び流路幅に対して１／２０以下の条件と、流路高さが０．５ｍｍ以下の条件とのうちの少なくとも一方の条件を満たしており、
前記冷却部流路内を流れる冷却媒体の管摩擦による圧力損失は、前記共通供給流路と前記共通排出流路内を流れる冷却媒体の管摩擦による圧力損失より大きい、ＬＤモジュール冷却装置。
【請求項２】
前記冷却板の表面に、前記複数の冷却部流路からなる列が複数並列され、
前記共通供給流路は、前記複数の冷却部流路からなる列に沿って延び、前記列内の前記複数の冷却部流路に並列に冷却媒体を供給する分岐共通供給流路を有し、
前記共通排出流路は、前記複数の冷却部流路からなる列に沿って延び、前記列内の前記複数の冷却部流路から並列に流出される冷却媒体を排出する分岐共通供給流路を有し、
少なくとも一組以上の隣接している前記分岐共通供給流路と前記分岐共通排出流路の間に、前記冷却板より熱伝導率の低い断熱部が配置されている、請求項１に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項３】
前記冷却部流路内の少なくとも一部分に、前記冷却部流路内を流路幅方向に分割する１本以上の畝が設けられている、請求項１又は２に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項４】
前記ＬＤモジュールは、一列に配列された複数のＬＤチップを有し、
前記冷却板の表面に配列されたＬＤモジュールは、前記冷却部流路を流れる冷却媒体の流れの方向と、前記ＬＤチップの列の方向が、前記冷却板の表面側から見て、交差する関係にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項５】
前記冷却部流路の流路長より前記冷却部流路の流路幅の方が大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項６】
前記冷却板の裏面に、少なくとも１つ以上のＬＤモジュールが配置され、
前記冷却板は、前記冷却板の裏面に配置された前記ＬＤモジュールを冷却するための冷却部流路を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項７】
前記冷却板は、少なくとも一面に前記共通供給流路及び前記共通排出流路となる凹部が形成された基板と、少なくとも１枚の金属製板材から構成され、
前記共通供給流路及び前記共通排出流路は、前記基板の少なくとも一面に前記金属製板材が接合されることにより、前記凹部と前記金属製板材との間で形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項８】
前記金属製板材の材質は、銅あるいは銅合金である、請求項７に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項９】
前記基板の材質と前記金属製板材の材質が異なる、請求項７又は８に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項１０】
前記冷却部流路は、前記金属製板材の前記基板側の表面に形成された溝によって構成される、請求項７〜９のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却部流路は、前記冷却板と前記ＬＤモジュールのパッケージとの協働によって、前記水冷板と前記ＬＤモジュールのパッケージとの間に形成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項１２】
前記ＬＤモジュールの前記パッケージは、冷却媒体と接する面に、前記冷却部流路の少なくとも一部を構成する溝を有している、ことを特徴とする請求項１１に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項１３】
前記冷却板の材質が金属以外の材質である、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項１４】
前記冷却板に前記ＬＤモジュールを押し付けるための枠部材を更に備え、
前記枠部材は、前記冷却板の表面又は裏面のうち、少なくとも一方の面の少なくとも一部を前記冷却板との間に間隙を有して覆う構造である、請求項１〜１３項のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のＬＤモジュール冷却装置に、レーザ光源あるいは励起光源として使用する複数のＬＤモジュールを搭載してなる少なくとも１つ以上のＬＤモジュールアセンブリユニットと、
前記ＬＤモジュールに光出力のための駆動電力を供給する少なくとも１台以上のＬＤ電源部と、
前記ＬＤ電源部に光出力指令を出力する制御部と、
レーザ光を出射するレーザ光学系と、を備える、レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＤモジュール冷却装置及びレーザ装置に関し、詳しくは、レーザ装置のレーザ光源あるいは励起光源として使用される複数のレーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）を冷却媒体で冷却するためのＬＤモジュール冷却装置であって、ＬＤモジュール内の各ＬＤを低温に冷却できる冷却特性を備えると共に、ＬＤモジュール間の冷却特性の差が小さいＬＤモジュール冷却装置、及び、このような特性を備えたＬＤモジュール冷却装置を備え、ＬＤの駆動温度の差によるＬＤの劣化速度の差や寿命の差が小さい長寿命で信頼性が高いレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力レーザ装置のレーザ光源あるいは励起光源として使用されるＬＤモジュールは、ＬＤモジュールの個数が多くなると、総発熱量が大きくなるため、内部に冷却媒体として使用される冷却水の流路を形成した水冷板の表面にＬＤを配置して、水冷によって冷却するのが一般的である。この場合、複数のＬＤモジュールに対して冷却水を直列に流す流路構造を有する冷却装置は、流路構造が簡単で比較的製造が容易なので、一般によく使用されている。しかし、冷却水が流れに沿ってＬＤモジュールの発熱を吸収するので、冷却水温度が下流に行くに従って次第に上昇する。このため、上流側に配置されたＬＤモジュールに比べて、下流側に配置されたＬＤモジュールの冷却特性が低下し、冷却水の温度上昇分だけＬＤモジュールの温度が高くなる。その結果、ＬＤモジュール内のＬＤの温度も冷却水の温度上昇分だけ高くなるという問題がある。
【０００３】
例えば、１個のＬＤモジュールの発熱量が５０Ｗとして、ＬＤモジュールが５０個配置されている場合、冷却水の流量が１０リットル／分（＝10L/min＝1.67×10-4m3/s）とすると、下流側の冷却水の温度は、上流側の冷却水の温度に比べて、発熱量／（流量×水の比熱×水の密度）＝50W×50/(1.67×10-4m3/s×4.183×103J/(kg・K)×9.982×102kg/m3)≒3.6℃程度上昇する。ＬＤの駆動時の温度が高くなると、ＬＤの劣化速度が大きくなり、１０℃の温度上昇で寿命が約半分になる場合がある。この場合、上述の3.6℃の温度上昇によって、ＬＤの寿命は７８％程度に減少する。従って、水冷板に複数のＬＤモジュールが配置されたＬＤモジュールアセンブリユニットの寿命は、最も高温で駆動されるＬＤモジュールの寿命に制約されるということになる。ＬＤモジュールアセンブリユニットにおいて寿命の尽きたＬＤモジュールが発生した場合、そのＬＤモジュールだけを交換することも考えられるが、保守コストや保守期間中のレーザ装置の停止等が問題になる。
【０００４】
一方、各ＬＤモジュール付近を冷却水が並列に流れる流路構造は、ＬＤモジュール間の上流と下流の差に起因する温度の差を低減できる。しかし、冷却水の総流量を直列の場合と同じ条件にした場合、各ＬＤモジュールを冷却する冷却水の流量が１／（ＬＤモジュールの個数）に減少する。このため、上述のような冷却条件の場合、各ＬＤモジュールを冷却する冷却水の流量は0.2L/min程度になり、ＬＤモジュールを充分冷却できない。その結果、ＬＤモジュール内のＬＤの温度が却って全体に上昇してしまうという問題がある。また、冷却水を並列に流して冷却する流路構造は製造が難しく、コストが掛かるという問題もある。
【０００５】
従って、各ＬＤモジュールを冷却水で並列に冷却して、少なくとも直列に冷却した場合の下流に配置されたＬＤモジュールよりも、ＬＤモジュールの温度やＬＤの温度を低温にできると共に、低コストで製造できるＬＤモジュール冷却装置の開発が課題となっていた。なお、冷却水の流量を増やす、あるいは冷却水の流入温度を下げるという方法も考えられるが、チラー（循環式冷却水供給装置）のスペックアップ等が必要になり、また、後者の冷却水の流入温度を下げる方法は、ＬＤモジュール等が結露し易くなる問題もあるため、課題を解決したことにはならない。
【０００６】
冷却水を並列に流す流路構造は、冷却水の上流と下流の差が小さく、冷却水の上流と下流の冷却温度特性の差を低減できるため、この流路構造を備える冷却装置が従来から種々提案されてきた（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００７】
特許文献１は、半導体を冷却体に取り付けて該冷却体を水冷する水冷式半導体冷却ユニットのスタック構造において、給水側及び排水側に冷却水口が設けられた冷却体と、外箱または外部フレームに取り付けるための取付部を有し、前記半導体が取り付けられた前記冷却体を橋架するフレーム機能を備えた集合配管と、前記冷却体と前記集合配管とを水密に嵌合するために前記冷却水口に取り付けられる嵌合部材と、該嵌合部材により前記集合配管に水密に嵌合させた前記冷却体を前記集合配管間に複数配列してスタックを構成する技術を開示している。
これによれば、冷却体の圧力損失をパイプに対し２桁以上大きくすることで、スタック構成の冷却体間の流量バランスを調整する部品・機能を具備することなく、フレーム機能を備えた集合配管と冷却体のみで半導体を水冷冷却する水冷冷却構造を構成でき、また、集合配管は任意の位置に水の入／出口を設けても、スタック間の冷却体の流量は同一化されるため、主配管系の構造設計の自由度が増し、冷却体をスタック構造にする場合に小型化、軽量化が可能であるとしている。
しかし、光出力レーザ装置に使用するＬＤモジュールは多数であることが多く、例えば１台の冷却装置で５０個のＬＤモジュールを冷却する場合があり、冷却水の流量は１０リットル／分（＝10 L/min）程度に抑えることが望ましい。この場合、前述のように、各冷却体に流せる流量は0.2L/minということになる。しかしながら、特許文献１は、このような微小な流量で高い冷却特性が実現できる流路構造を明示していない。また、上記のように５０個程度のＬＤモジュールを１台の冷却装置で冷却する場合、ＬＤモジュールを二次元配列することが望ましいが、特許文献１に開示されている流路構造は、冷却体を二次元配列しようとすると構造が複雑になり、小型化も容易ではない。
【０００８】
特許文献２は、半導体チップ又は両面冷却型半導体モジュールと、扁平な接触受熱面を有して冷却流体が内部を流れる冷媒チュ−ブと、前記半導体チップ又は両面冷却型半導体モジュールの両主面に前記冷媒チュ−ブの平坦面を絶縁スペ−サを介して又は直接に密接させた状態で前記半導体チップ又は両面冷却型半導体モジュールを前記冷媒チュ−ブにて半導体チップ又は両面冷却型半導体モジュールの厚さ方向に挟圧させる挟圧部材と、を備え、前記冷却チューブは、流路方向及び挟圧方向に延びる複数の隔壁を有する冷媒冷却型両面冷却半導体装置を開示している。
これによれば、１個の挟圧部材で半導体モジュ−ル（半導体チップ）両側の２つの扁平な冷媒チュ−ブを同一圧力（半導体モジュ−ル（半導体チップ）両側の電極部材の面積を等しいとした場合）で半導体モジュ−ル（半導体チップ）に押し付けることができ、簡素な構造で、各冷媒チュ−ブには、入り口ヘッダを通じて等流量かつ等温の冷媒が供給され、更に、共通の挟圧部材で挟圧されるため各半導体モジュ−ルと冷媒チュ−ブとの間の単位面積当たりの挟圧力は略等しく、挟圧面積も等しいので、半導体モジュ−ルに対する冷媒チュ−ブ２の挟圧力が略等しくなる。これらの結果、各半導体モジュ−ルの冷却能力はほぼ等しくすることができるとしている。
しかし、特許文献２は、やはり、上述の0.2L/minのような微小な流量で高い冷却特性が実現できる流路構造を明示していない。また、二次元配列された半導体チップ又は両面冷却型半導体モジュールを冷却しようとすると構造が複雑になり、小型化も容易ではない。
【０００９】
特許文献３は、それぞれに半導体素子とその付属回路とを収納したモジュールを複数個、絶縁支持物により互いに絶縁して設置し、それぞれのモジュールに設けたモジュール給水管を介して供給する水でモジュール内部を冷却し、モジュール排水管を介して排水する高圧電気機器の水冷装置において、前記モジュール毎に前記モジュール給水管の上流側端部に、所定の圧力損失を生じる流体抵抗器を設ける技術を開示している。
複数の発熱部品を均一に冷却するために、各給水管の上流側端部に圧力損失を生じる流体抵抗器が設けられているが、各モジュール給水管に流れる冷却水の流量が均一になるだけであり、上述の0.2L/minのような微小な流量で高い冷却特性が実現できる流路構造には言及していない。
【００１０】
特許文献４は、発熱体と熱的に接続された放熱面と、当該放熱面と対向配置された対向面との間に、冷媒空間が形成され、前記冷媒空間に、前記放熱面から前記対向面に向けて立設された複数の放熱フィンが並列配置されて、当該複数の放熱フィンの夫々の隣接間に前記冷媒が通流するフィン間通路が形成されている発熱体冷却構造であって、前記フィン間通路の並設方向に延在して設けられ、前記フィン間通路の一端側に連通する流入側冷媒溜を備え、前記フィン間通路と前記流入側冷媒溜とが、少なくとも前記フィン間通路の並設領域に亘って延在する絞り部により連通連結されるとともに、前記絞り部が、前記流入側冷媒溜よりも大きな流通抵抗を有する技術を開示している。
これによれば、流入側冷媒溜に流入した冷媒が絞り部を介して、フィン間通路に流入することになり、絞り部は、少なくとも前記フィン間通路の並設領域に亘って延在すると共に流入側冷媒溜の流通抵抗よりも大きな流通抵抗を有するので、流入側冷媒溜に冷媒が流入すると、その冷媒が流入側冷媒溜の延在方向の略全体に均等に分配され、絞り部の全領域でフィン間通路に向けて冷媒を流入することとなり、各フィン間通路に略均一に冷媒を流入させることができ、各フィン間通路における冷媒の流通状態が略均一になり、効率よく発熱体を冷却することができるとしている。
しかし、各フィン間通路へ流入する冷媒の量を略均一化するために、流入側冷媒溜よりも大きな流通抵抗を持つ絞り部が設けられているが、上述の0.2L/minのような微小な流量で高い冷却特性を実現するためには、発熱体を冷却するための流路を流れる冷媒の流速をできるだけ大きくすることが必要であり、限られた流量で流速を上げるためには流路断面を小さくする必要があるが、流路断面を小さくし過ぎると、その流路部分における圧力損失が高くなり過ぎて、冷媒送出装置の吐出ポンプへの負担が大きくなり過ぎるという問題が生じる。従って、絞り部で圧力損失を発生させると、その分だけ発熱体を冷却するための流路での圧力損失を低減する必要が生じて、発熱体を冷却するための流路断面積を拡げることになる。その結果、流速が低下するので、上述のように少ない流量で効果的に冷却するには不向きな構造である。
【００１１】
特許文献５は、複数の発熱体を冷却するための各冷却部流路に並列に冷却媒体を流通させる構造には言及していないが、発熱体を冷却するための冷却媒体が流通する流路の深さ（高さ）を小さくする流路構造を開示している。すなわち、発熱体を冷却するための冷却媒体が流通する流路を有し、前記流路は、前記発熱体に対応する部位に形成された冷却部と、前記冷却部と連続し、外部から供給された前記冷却媒体を前記冷却部に導く導入部と、前記冷却部に連続し、前記冷却部に導かれた前記冷却媒体を外部に排出する排出部とを有すると共に、前記導入部から前記冷却部を介して前記排出部に至る流路断面積がほぼ一定になるように構成されている電気機器を開示している。
これによれば、発熱体を冷却するための冷却媒体が流通する冷却部の流路を、外部から供給された冷却媒体を冷却部に導く導入部の流路や、冷却部に連続し、冷却部に導かれた冷却媒体を外部に排出する排出部の流路に比べて、流路の幅を広げ、流路の深さ（高さ）を小さくするに当たって、導入部から冷却部を介して排出部に至る流路断面積がほぼ一定になるように構成することによって、均一な冷却が可能で、熱特性を改善できるとしている。また、流路の圧力損失を低減できるとしている。
しかし、複数の冷却部に並列に略同量の冷却媒体を流すためには、冷却部にある程度以上の圧力損失が必要であり、圧力損失の低減は優先的に解決すべき課題ではない。また、特許文献５は、やはり、上述の0.2L/minのような微小な流量で高い冷却特性が実現できる流路構造を明示していない。更に、開示されているような流路構造の冷却部を複数設けて、各冷却部の流路に並列に冷却冷媒を流す構造を実現しようとすると、導入部から排出部に向かって次第に流路断面形状が変わる流路構造であるため、製造コストが上昇するという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−１９８８０２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６４０２号公報
【特許文献３】特開平１１−８９２１３号公報
【特許文献４】特開２００８−１７２０２４号公報
【特許文献５】特開２００４−６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、以上の従来事情に鑑みてなされたものであり、複数のＬＤモジュール及びＬＤモジュール内のＬＤを限られた流量の冷却媒体によって略同じ温度でかつ低温に冷却できる流路構造と冷却性能を備えると共に、低コストで製造できるＬＤモジュール冷却装置を提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明は、主要構成ユニットである複数のＬＤモジュールとＬＤモジュール冷却装置を含むＬＤモジュールアセンブリユニットの寿命が長く、ＬＤモジュールアセンブリユニットの交換等の保守コストも低い、長寿命で信頼性の高いレーザ装置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】
【００１５】
（１）  本発明に係るＬＤモジュール冷却装置は、冷却板（例えば、後述の水冷板２）と、前記冷却板に形成され、前記冷却板の表面に配列される複数のＬＤモジュール（例えば、後述のＬＤモジュール３）の位置に対応して前記ＬＤモジュールを冷却するための冷却媒体を流す複数の冷却部流路（例えば、後述の冷却部流路６）と、前記冷却板に形成され、前記複数の冷却部流路に並列に冷却媒体を供給する共通供給流路（例えば、後述の共通供給流路４）と、前記冷却板に形成され、前記複数の冷却部流路から並列に冷却媒体を排出する共通排出流路（例えば、後述の共通排出流路５）と、を備えるＬＤモジュール冷却装置（例えば、後述のＬＤモジュール冷却装置１）であって、前記冷却部流路は、流路高さと流路幅が流路長の少なくとも大半で一定で、前記冷却板の表面と平行な薄層流路として形成されており、流路長×流路幅によって画定される前記冷却部流路の矩形形状は、前記冷却板と前記ＬＤモジュールとの主要接触面と、前記冷却板の表面側から見て、少なくとも大半が重なり、前記冷却部流路の流路高さは、流路長及び流路幅に対して１／２０以下の条件と、流路高さが０．５ｍｍ以下の条件とのうちの少なくとも一方の条件を満たしており、前記冷却部流路内を流れる冷却媒体の管摩擦による圧力損失は、前記共通供給流路と前記共通排出流路内を流れる冷却媒体の管摩擦による圧力損失より大きいものである。
【００１６】
（２）  （１）に記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却板の表面に、前記複数の冷却部流路からなる列が複数並列され、前記共通供給流路は、前記複数の冷却部流路からなる列に沿って延び、前記列内の前記複数の冷却部流路に並列に冷却媒体を供給する分岐共通供給流路（例えば、後述の分岐共通供給流路８）を有し、前記共通排出流路は、前記複数のＬＤモジュールからなる列に沿って延び、前記列内の前記複数のＬＤモジュールに対応する前記複数の冷却部流路から並列に流出される冷却媒体を排出する分岐共通供給流路（例えば、後述の分岐共通排出流路１０）を有し、少なくとも一組以上の隣接している前記分岐共通供給流路と前記分岐共通排出流路の間に、前記冷却板より熱伝導率の低い断熱部（例えば、後述の断熱部１２）が配置されていてもよい。
【００１７】
（３）  （１）又は（２）に記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却部流路内の少なくとも一部分に、前記冷却部流路内を流路幅方向に分割する１本以上の畝（例えば、後述の畝１３）が設けられていてもよい。
【００１８】
（４）  （１）〜（３）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記ＬＤモジュールは、一列に配列された複数のＬＤチップ（例えば、後述のＬＤチップ１４）を有し、前記冷却板の表面に配列されたＬＤモジュールは、前記冷却部流路を流れる冷却媒体の流れの方向と、前記ＬＤチップの列の方向が、前記冷却板の表面側から見て、交差する関係にあってもよい。
【００１９】
（５）  （１）〜（４）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却部流路の流路長より前記冷却部流路の流路幅の方が大きいものであってよい。
【００２０】
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却板の裏面に、少なくとも１つ以上のＬＤモジュールが配置され、前記冷却板は、前記冷却板の裏面に配置された前記ＬＤモジュールを冷却するための冷却部流路を有するものであってよい。
【００２１】
（７）  （１）〜（６）いずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却板は、少なくとも一面に前記共通供給流路及び前記共通排出流路となる凹部が形成された基板（例えば、後述の基板１６）と、少なくとも１枚の金属製板材（例えば、後述の金属製板材１７）から構成され、前記共通供給流路及び前記共通排出流路は、前記基板の少なくとも一面に前記金属製板材が接合されることにより、前記凹部と前記金属製板材との間で形成されているものであってよい。
【００２２】
（８）  （７）に記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記金属製板材の材質は、銅あるいは銅合金であってよい。
【００２３】
（９）  （７）又は（８）に記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記基板の材質と前記金属製板材の材質が異なるものであってよい。
【００２４】
（１０）  （７）〜（９）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却部流路は、前記金属製板材の前記基板側の表面に形成された溝（例えば、後述の溝１８）によって構成されるものであってよい。
【００２５】
（１１）  （１）〜（６）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却部流路は、前記冷却板と前記ＬＤモジュールのパッケージ（例えば、後述のパッケージ１５）との協働によって、前記水冷板と前記ＬＤモジュールのパッケージとの間に形成されるものであってよい。
【００２６】
（１２）  （１１）に記載のＬＤモジュール冷却装置は、前記ＬＤモジュールの前記パッケージは、冷却媒体と接する面に、前記冷却部流路の少なくとも一部を構成する溝（例えば、後述の溝１９）を有していてよい。
【００２７】
（１３）  （１１）又は（１２）に記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却板の材質が金属以外の材質であってよい。
【００２８】
（１４）  （１）〜（１３）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置において、前記冷却板に前記ＬＤモジュールを押し付けるための枠部材（例えば、後述する枠部材２２）を更に備え、前記枠部材は、前記冷却板の表面又は裏面のうち、少なくとも一方の面の少なくとも一部を前記冷却板との間に間隙（例えば、後述の間隙Ｓ）を有して覆う構造であってよい。
【００２９】
（１５）  本発明に係るレーザ装置（例えば、後述のレーザ装置２８）は、（１）〜（１４）のいずれかに記載のＬＤモジュール冷却装置に、レーザ光源あるいは励起光源として使用する複数のＬＤモジュールを搭載してなる少なくとも１つ以上のＬＤモジュールアセンブリユニット（例えば、後述のＬＤモジュールアセンブリユニット２９）と、前記ＬＤモジュールに光出力のための駆動電力を供給する少なくとも１台以上のＬＤ電源部（例えば、後述のＬＤ電源部３０）と、前記ＬＤ電源部に光出力指令を出力する制御部（例えば、後述の制御部３１）と、レーザ光を出射するレーザ光学系（例えば、後述のレーザ光学系３２）と、を備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るＬＤモジュール冷却装置によれば、複数のＬＤモジュール及びＬＤモジュール内のＬＤを限られた流量の冷却媒体によって略同じ温度でかつ低温に冷却できる流路構造と冷却性能を備えると共に、低コストで製造できるＬＤモジュール冷却装置を提供することができる。
【００３１】
また、本発明に係るレーザ装置によれば、主要構成ユニットである複数のＬＤモジュールとＬＤモジュール冷却装置を含むＬＤモジュールアセンブリユニットの寿命が長く、ＬＤモジュールアセンブリユニットの交換等の保守コストも低い、長寿命で信頼性の高いレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の構造を模式的に示した平面図であり、ＬＤモジュール冷却装置にＬＤモジュールを配置した状態を表している図である。
【図２】図１に示すＬＤモジュール冷却装置の構造を、ＬＤモジュールを非表示にした状態で模式的に示した平面図である。
【図３】図１、図２に示すＬＤモジュール冷却装置における１つの冷却部流路とその近傍の構成について、冷却部流路の冷却水（冷却媒体）の流れの方向に平行で水冷板（冷却板）の表面に垂直な断面を模式的に示した図である。
【図４】図１、図２に示すＬＤモジュール冷却装置における１つの冷却部流路とその近傍の構成について、冷却部流路の冷却水（冷却媒体）の流れの方向に垂直な断面を模式的に示した図である。
【図５】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の効果を説明する熱流体シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】従来の冷却部流路に直列に冷却水（冷却媒体）を流すＬＤモジュール冷却装置を模式的に示した平面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の１つの冷却部流路とその近傍の構成について、冷却部流路の冷却水（冷却媒体）の流れの方向に平行で水冷板（冷却板）の表面に垂直な断面を模式的に示した図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の１つの冷却部流路６とその近傍の構成について、冷却部流路の冷却水（冷却媒体）の流れの方向に垂直な断面を模式的に示した図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板（冷却板）の構造を模式的に示した平面図である。
【図１６】図１５に示す水冷板（冷却板）の一部について、冷却部流路の冷却水（冷却媒体）の流れの方向に平行で水冷板（冷却板）の表面に垂直な断面を示した図である。
【図１７】本発明の第１実施形態から第３実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の流路構造の変形例を示した模式図である。
【図１８】本発明の第１実施形態から第３実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の流路構造の他の変形例を示した模式図である。
【図１９】本発明の第４実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の模式的な断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の模式的な平面図である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の模式的な断面図である。
【図２２】本発明の第４実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の模式的な平面図である。
【図２３】本発明の第５実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の一部の構造を模式的に示した平面図である。
【図２４】本発明の第６実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の構造を模式的に示した断面図である
【図２５】本発明の第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における水冷板（冷却板）の基板を示す模式的な斜視図である。
【図２６】本発明の第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における基板と金属製板材からなる水冷板（冷却板）の構造を示す模式的な斜視図である。
【図２７】本発明の第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における冷却部流路とその近傍の構造を示す模式的な断面図である。
【図２８】本発明の第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における冷却部流路とその近傍の他の構造を示す模式的な断面図である。
【図２９】本発明の第８実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における水冷板（冷却板）の基板の構造を示す模式的な斜視図である。
【図３０】本発明の第８実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における水冷板（冷却板）の金属製板材の構造を示す模式的な斜視図である。
【図３１】本発明の第８実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における基板と金属製板材からなる水冷板（冷却板）の構造を示す模式的な斜視図である。
【図３２】本発明の第８実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の構造を示す模式的な断面図である。
【図３３】本発明の第９実施形態のＬＤモジュール冷却装置に使用されるＬＤモジュールの構造を底面側から見た模式的な斜視図である。
【図３４】本発明の第９実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の構造を示す模式的な断面図である。
【図３５】本発明の第１０実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の模式的な側面図である。
【図３６】ＬＤモジュールの形状例を示す模式的な斜視図である。
【図３７】本発明の第１１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置におけるＬＤモジュールの配置を示す模式的な平面図である。
【図３８】図３７に示すＬＤモジュール冷却装置の一部とその断面を示す模式図である。
【図３９】本発明の第１１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の他の構造を模式的に示す平面図である。
【図４０】図３９に示すＬＤモジュール冷却装置の一部とその切断面で切断した断面を示す模式図である。
【図４１】本発明に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板（冷却板）への配管取付け構造の一例を示す図である。
【図４２】本発明に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板（冷却板）への配管取付け構造の他の一例を示す図である。
【図４３】本発明に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板（冷却板）への配管取付け構造の更に他の一例を示す図である。
【図４４】本発明に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係るＬＤモジュール冷却装置及びレーザ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。各図面において、同じ部材には同じ参照符号を付している。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。なお、これらの図面は見易くするために、縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
【００３４】
［ＬＤモジュール冷却装置の第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の流路構造を模式的に示した平面図であり、ＬＤモジュール冷却装置にＬＤモジュールを配置した状態を表している。なお、発明を実施するための形態の説明においては、説明を分かり易くするために、ＬＤモジュールを配置した状態のＬＤモジュール冷却装置をＬＤモジュール冷却装置と記載している場合がある。図２は、図１に示すＬＤモジュール冷却装置の流路構造においてＬＤモジュールを非表示にした状態を示す平面図である。
ここでは冷却媒体として冷却水を使用し、冷却板を水冷板として使用することにより、複数のＬＤモジュールを水冷によって冷却するＬＤモジュール冷却装置を例示する。図１、図２において、冷却水の流路は水冷板２の内部に形成され、水冷板２の外側からは見えないので、点線で表されている。また、点線の矢印は冷却水の流れの方向を模式的に表している。
【００３５】
図１、図２に示すように、ＬＤモジュール冷却装置１は、主要構成品である矩形状の平板からなる水冷板２を有している。水冷板２の表面には、複数のＬＤモジュール３が二次元配列されている。本実施形態では、横方向に一定の間隔をおいて一直線状に配列された６個のＬＤモジュール３が１つの列を形成している。そして、この６個のＬＤモジュール３からなる列が縦方向に一定の間隔をおいて８列並列されることによって、１枚の水冷板２の表面に４８個のＬＤモジュール３が配列されている。
【００３６】
水冷板２の内部には、ＬＤモジュール３の各々に向けて冷却水を流す共通供給流路４と、ＬＤモジュール３の各々を冷却した後の冷却水を排水する共通排出流路５とが形成されている。なお、以下の説明では、これら共通供給流路４と共通排出流路５を総称して共通流路という場合がある。
【００３７】
共通供給流路４は、水冷板２の図中左端部を各ＬＤモジュール３の配列方向と交差する方向に延びる１つの主幹共通供給流路９と、この主幹共通供給流路９から各ＬＤモジュール３の列に１対１に対応するように分岐して並列に延びる複数（本実施形態では８本）の分岐共通供給流路８によって構成されている。
【００３８】
一方、共通排出流路５は、各ＬＤモジュール３の列に１対１に対応するように延びる複数（本実施形態では８本）の分岐共通排出流路１０と、複数の分岐共通排出流路１０を水冷板２の図中右端部で１つの流路にまとめ、各ＬＤモジュール３の配列方向と交差する方向に延びる１つの主幹共通排出流路１１によって構成されている。
【００３９】
各ＬＤモジュール３の列は、平行に延びる１本の分岐共通供給流路８と１本の分岐共通排出流路１０との間に挟まれるように配置されている。
【００４０】
なお、水冷板２の共通供給流路４に冷却水を流入させたり、共通排出流路５から冷却水を排出させたりするために必要な配管等の図示は、説明を簡単にするため、ここでは省略する。冷却水の流入や排出に必要な配管の取付け構造については後述する。また、ＬＤモジュール３を水冷板２に固定するための構造についても後述する。
【００４１】
水冷板２の表面には、図２に示すように、各ＬＤモジュール３が配置される位置に１対１に対応して、複数の冷却部流路６が形成されている。冷却部流路６は、図１では各ＬＤモジュール３の下に隠れているため見えていない。各冷却部流路６は、隣接する分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０とを繋ぐように、これら分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０と連通している。従って、各冷却部流路６に、共通供給流路４の分岐共通供給流路８から並列に冷却水が流入した際、冷却水は、ＬＤモジュール３の各々の直下を経由して、各冷却部流路６から共通排出流路５の分岐共通排出流路１１に並列に流出する。
【００４２】
冷却部流路６の構成について、更に図３、図４を参照して説明する。図３は、図１、図２に示すＬＤモジュール冷却装置１における１つの冷却部流路６とその近傍の構成について、冷却部流路６の冷却水の流れの方向に平行で水冷板２の表面に垂直な断面を模式的に示した図である。また、図４は、図１、図２に示すＬＤモジュール冷却装置１における１つの冷却部流路６とその近傍の構成について、冷却部流路６の冷却水の流れの方向に垂直な断面を模式的に示した図である。図３において、点線の矢印は冷却水の流れの方向を模式的に表している。
【００４３】
冷却部流路６は、流路高さと流路幅が流路長の少なくとも大半で一定であって、水冷板２の表面と平行な薄層流路である。すなわち、図３に示すように、共通供給流路４及び共通排出流路５は、水冷板２の厚みの大部分を占める高さ（深さ）が大きい流路であるのに対し、冷却部流路６は高さ（深さ）が十分に小さい。冷却部流路６は、水冷板２の内部における表面側（ＬＤモジュール３に近接する側）に、分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０の天井面と冷却部流路６の天井面とが同じ高さになるように配置されている。このため、冷却部流路６は、図３に示すように、分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０とに水平に連通している。
【００４４】
ここで、流路長のうちの少なくとも大半とは、流路長の１／２以上の長さ、好ましくは、流路長の２／３以上の長さ、より好ましくは、流路長の全長を意味している。
【００４５】
流路高さと流路幅が一定とは、流路高さと流路幅が流路長に沿う方向で設計上変化していないという程度の意味で使用している。従って、流路高さと流路幅が一定とは、流路高さと流路幅に製造上の公差等に起因する微小な変化が存在することも許容される。
【００４６】
また、水冷板２の表面と平行とは、冷却部流路６が水冷板２の表面に対して設計上平行に形成されているという程度の意味で使用している。従って、水冷板２の表面と平行な薄層流路として形成された冷却部流路６は、水冷板２の表面に対して製造上の公差等に起因して僅かに非平行となる部位が存在することも許容される。
【００４７】
なお、本発明において、特に断りがない限り、流路長は、分岐共通供給流路８から分岐共通排出流路１０に至る冷却水の流れの方向に沿う冷却部流路６の流路の長さを意味している。また、流路幅は、冷却部流路６の流路の冷却水の流れの方向に直交する方向の幅を意味している。更に、流路高さは、水冷板２の表面に垂直な方向に沿う冷却部流路６の流路の高さ（深さ）を意味している。
【００４８】
流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状は、水冷板２と各ＬＤモジュール３との主要接触面と、水冷板２の表面側から見て、少なくとも大半が重なるように形成され、本実施形態では同形状に形成されている。
【００４９】
ここで、少なくとも大半とは、冷却部流路６の矩形形状の面積の１／２以上の面積、好ましくは冷却部流路６の矩形形状の面積の２／３以上の面積、より好ましくは冷却部流路６の矩形形状の全面積を意味している。また、同形状という用語は、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状が、水冷板２と各ＬＤモジュール３の主要接触面の形状と大幅には違っていないという程度の意味で使用している。従って、上記の矩形形状と上記の主要接触面の形状との間に、製造上の公差等に起因して、冷却水によるＬＤモジュール３の冷却機能に支障がない程度の微差があってもよい。但し、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状が、水冷板２と各ＬＤモジュール３との主要接触面の形状よりかなり小さいと、冷却水の流速が大きく、流路内壁から熱を奪うのに主要な働きをする冷却部流路６の内壁面積が小さくなるので、冷却特性が低下する。このため、基本的には、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状は、水冷板２と各ＬＤモジュール３の主要接触面の形状と一致した同一形状であることが望ましい。
【００５０】
また、ＬＤモジュール３が配置されている水冷板２の表面側から見て、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状と、水冷板２と各ＬＤモジュール３の主要接触面との相対位置が、一致していることが望ましい。ここで、一致しているとは、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状と、水冷板２と各ＬＤモジュール３の主要接触面とが、設計上変化していないという程度の意味で使用している。従って、一致とは、両者の完全な一致に限らず、製造上の公差等に起因する微小なずれも許容される。
【００５１】
各冷却部流路６を流れる限られた冷却水の流量で所望の冷却特性を実現するためには、各冷却部流路６を流れる冷却水の流速を上げることが必要である。そのためには、冷却部流路６の流路断面積（＝流路幅×流路高さ）をかなり小さくすることが必要となってくる。しかし、上述のように、冷却部流路６の流路幅を小さくすると、ＬＤモジュール３に対する冷却特性が低下するので、本発明では冷却部流路６の流路高さを小さくすることによって、各冷却部流路６を流れる冷却水の流速を上げるようにしている。各冷却部流路６を流れる冷却水の流量が同じなら、冷却部流路６の流路断面積を小さくする程、言い換えれば、流路高さを小さくする程、冷却特性は向上する。しかし、上述のように、冷却部流路６の流路長も小さくできないので、冷却部流路６における冷却水の圧力損失も増加する。その結果、冷却水は流れにくくなる、チラーの吐出ポンプへの負担が増える、配管系内の水圧が上昇して漏水のリスクが増加する等の問題が生じてくる。
【００５２】
冷却部流路６における冷却水の圧力損失を低減する目的では、冷却部流路６と分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０との境界にある角の部分を面取りし、流路高さの急激な変化を緩和する方法が考えられる。しかし、この方法は製造コストが上がるので望ましくない。また、冷却部流路６の流路高さを小さくすると、冷却水中の微細な異物で冷却部流路６が目詰まりするリスクも出てくる。しかし、各冷却部流路６に略同じ流量の冷却水が流れるためには、少なくとも、冷却部流路６における管摩擦による冷却水の圧力損失が、共通供給流路４と共通排出流路５で構成される共通流路における管摩擦による冷却水の圧力損失より大きくなるように構成することも必要である。なお、共通流路の幅や高さ（深さ）を増やして共通流路の圧力損失を下げる方法も考えられるが、水冷板２のサイズや厚さの増大による重量増加やコストアップを招くので望ましい方法ではない。
【００５３】
冷却部流路６の流路高さには最適と思われる流路高さがある。最適な流路高さは、ＬＤモジュール３のサイズや冷却水の許容流量等の条件によって変わるが、通常適用されている条件では、冷却部流路６の流路高さが流路幅及び流路長に対して１／２０以下の条件と、冷却部流路６の流路高さが０．５ｍｍ以下の条件とのうちの少なくとも一方の条件を満たすことが少なくとも必要である。
【００５４】
ＬＤモジュール３の発熱条件や冷却条件等を通常の条件に限定すると、最適範囲は更に明確になる。上述のように、冷却水の流量が１０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、ＬＤモジュール３の個数が約５０個であり、各ＬＤモジュール３の発熱量が５０Ｗ程度であり、水冷板２と各ＬＤモジュール３の主要接触面の形状が５０ｍｍ×２５ｍｍ程度である場合は、後述のように、ほぼ最適と思われる流路高さは、０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍであり、流路幅や流路長の１／１００以下である。なお、図３、図４では、実際の寸法割合で流路高さを描くと、流路高さは小さくなり、冷却部流路６の形状が分かり難くなるので、意図的に実際の流路高さの寸法割合よりも大きく描いている。
【００５５】
ここで、冷却部流路６の流路高さを限定している根拠と本発明の効果を具体的に説明するために、熱流体シミュレーションの結果を図５〜図１１に示す。
なお、シミュレーションの条件は次の通りである。
・ＬＤモジュール冷却装置１の構造は、図１に示した通りの構造である。すなわち、ＬＤモジュール冷却装置１は、６個のＬＤモジュール３が横方向に１列に配列され、その列が縦方向に８列並列されることにより、合計４８個のＬＤモジュール３が水冷板２の表面に二次元配列される構成を有する。
・各ＬＤモジュール３には、図示しないが５個のＬＤ（レーザダイオード）がマウントされている。各ＬＤの発熱量は９Ｗである。
・冷却水の流入温度は２５℃、流量は１０Ｌ／ｍｉｎである。
・水冷板２の材質は銅であり、水冷板２の厚さは１１ｍｍである。
・共通供給流路４及び共通排出流路５の高さ（深さ）は８ｍｍであり、その幅は、広い部分（主幹共通供給流路９、主幹共通排出流路１１）で１６ｍｍ、狭い部分（分岐共通供給流路８、分岐共通排出流路１０）で８ｍｍである。
・冷却部流路６の流路幅は５０ｍｍ、流路長は３０ｍｍである。冷却部流路６の流路高さは、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲で変えてシミュレーションを行った。
【００５６】
図５は、４８個のＬＤモジュール３のうち、最も低温になったＬＤモジュール３にマウントされているＬＤの最高温度（＝ＬＤのｐｎ接合の温度）の平均と、最も高温になったＬＤモジュール３にマウントされているＬＤの最高温度（＝ｐｎ接合の温度）の平均の冷却部流路６の流路高さ依存性を示している。流路高さが小さい程、ＬＤの最高温度が低くなる。
【００５７】
ここで、比較のために、冷却水が直列に流れる従来のＬＤモジュール冷却装置の流路構造の一例を図１２に示す。各ＬＤモジュール３に近接した冷却部流路６（各ＬＤモジュール３の直下の流路）に冷却水が直列に流れる図１２に示す従来の流路構造では、上記の発熱並びに冷却条件では、上流側に比べて下流側で冷却水の温度は約３．１℃上昇し、ＬＤモジュール３間でも約３．１℃の温度差が生じた。これに対し、各冷却部流路６に冷却水を並列に流す本発明に係るＬＤモジュール冷却装置１では、意図した通り、ＬＤモジュール３間の温度差は１／３から１／２程度に減少することが分かる。
【００５８】
このように、ＬＤモジュール冷却装置は約３℃の温度上昇を問題としているので、冷却部流路６の流路高さが大きくなり、それ以上にＬＤの温度が上昇すると本発明の効果が得られない。従って、冷却部流路６の流路高さは、冷却性能の面から見ると、０．５ｍｍ以下にすることが必要であり、明確な効果を得るためには、０．１５ｍｍか、それ以下にすることが望ましい。
【００５９】
冷却部流路６の流路高さを０．０５ｍｍにすると、ＬＤモジュール３間の温度差は１．１℃に減少する。最も高温のＬＤモジュール３のＬＤの最高温度の平均は、図１２に示す従来の流路構造で最も低温のＬＤモジュール３のＬＤの最高温度の平均より低温になる。従って、冷却部流路６の流路高さを０．０５ｍｍにすることで、優れた冷却効果が得られる。これは、ＬＤモジュール３側から見て、ＬＤモジュール３に近接した冷却部流路６の面積が大きく、ＬＤモジュール３と冷却水間の熱抵抗が低くなるためと考えられる。
【００６０】
一方、冷却特性の面からは、冷却部流路６の流路高さは小さい方が良いが、流路高さが小さ過ぎると、別の面で問題が出てくる。図６は、冷却部流路６における冷却水の圧力損失の流路高さ依存性を示している。流路高さが０．０５ｍｍより小さくなると、圧力損失が急激に増加して、例えば、チラーの冷却水吐出ポンプの負担が大きくなる、配管系の耐圧性仕様が厳しくなる、配管系から漏水のリスクが増大する等の問題が浮上する。また、異物等による詰まり等も発生し易くなる。但し、冷却部流路６における圧力損失は、大き過ぎるのは前述のように問題であるものの、各ＬＤモジュール３の冷却部流路６に略均一に冷却水を流すためには、冷却部流路６における圧力損失が、全圧力損失（＝水冷板２の給水口と排水口間の冷却水の圧力差）に対して支配的であることが必要なため、ある程度以上の圧力損失は必要である。
【００６１】
図７は、各冷却部流路６における圧力損失の平均を全圧力損失で割った比率の流路高さ依存性を示している。流路高さが０．３ｍｍを越えると、各冷却部流路６における圧力損失が全圧力損失に対して５０％以下になり、圧力損失に対して支配的でなくなる、すなわち、冷却部流路６の圧力損失＞共通流路の圧力損失の関係が成り立たなくなる。従って、図７は、各冷却部流路６に略均一に冷却水を流すという面から、流路高さは０．３ｍｍ以下が必要であることを示している。
【００６２】
図８〜図１１は、流路高さが大きくなると、各冷却部流路６間において、実際にどのような不均一性が現れるかを示している。図８は冷却部流路６の平均値で規格化した圧力損失の分布を示している。図９は各冷却部流路６の流量の分布を示している。図８と図９の横軸のＬＤモジュールの位置を示す数字は、図１に示したＬＤモジュール３の配列における位置を表しており、一番上の列の左側から右側に向かって、１，２，３，・・・，６の位置とし、次に、上から２列目の左側から、７，８，９，・・・，１２の位置としている。
【００６３】
図８、図９によると、圧力損失のバラつきは、冷却部流路６の流路高さが０．２５ｍｍの場合で目立ち始め、０．５ｍｍの場合では非常に大きくなり、それ応じて、流量のバラつきも発生している。
【００６４】
図１０は、冷却部流路６の圧力損失と流量について、平均値からの最大乖離率の流路高さ依存性として示している。圧力損失と流量の乖離の割合はほぼ同じであり、各冷却部流路６における圧力損失のバラつきが、各冷却部流路６の流量のバラつきを引き起こしていることを示している。従って、各冷却部流路６を流れる冷却水の流量がこのようにバラつくと、各冷却部流路６における冷却特性をほぼ均一にすることが担保できなくなる。各冷却部流路６間で圧力損失や流量に殆ど差ができないという意味では、冷却部流路６の流路高さは０．１５ｍｍか、それ以下であることが望ましい。
【００６５】
図１１は、各冷却部流路６に流入する冷却水の流入温度と流出温度の分布を示している。冷却部流路６の流路高さが大きくなっても流入温度には余り大きな差はないが、流出温度は、流路高さが０．５ｍｍになると、流路高さの小さい場合から大きく乖離していき、冷却部流路６の位置によって冷却特性にばらつきがあることが分かる。
【００６６】
以上のシミュレーション結果から、ＬＤモジュール３の発熱量やサイズ等の発熱条件や、冷却水の流量や水冷板２のサイズや共通流路の断面等の冷却条件が変われば、冷却部流路６の最適な流路高さはある程度変化するものの、ＬＤモジュール冷却装置で通常適用される条件において、冷却部流路６の流路高さは０．５ｍｍ以下であることが最低限必要であり、０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度であることが望ましい。この０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍという冷却部流路６の流路高さは、冷却部流路６の流路長及び流路幅に対して１／２００以下に相当している。この値は１／１００程度以下にすることが望ましい場合が多い。
【００６７】
［ＬＤモジュール冷却装置の第２実施形態］
図１３、図１４は、本発明の第２実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の冷却部流路６とその近傍の構成を模式的に示した図である。図１３は、１つの冷却部流路６とその近傍の構成について、冷却部流路６の冷却水の流れの方向に平行で水冷板２の表面に垂直な断面を模式的に示した図である。図１４は、１つの冷却部流路６とその近傍の構成について、冷却部流路６の冷却水の流れの方向に垂直な断面を模式的に示した図である。
【００６８】
この第２実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の冷却部流路６の構成は、冷却部流路６が水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージ（ＬＤモジュール３の外装容器）の協働によって、水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージとの間に形成されている点で、図１〜図４に示した第１実施形態と相違している。すなわち、水冷板２の表面には、冷却部流路６を構成するための所定の深さの凹部が形成されている。この凹部の上面はＬＤモジュール３のパッケージによって塞がれている。冷却部流路６は、パッケージの底面が凹部内の天井面を構成することによって形成される。このため、流路長×流路幅によって画定される冷却部流路６の矩形形状は、水冷板２と各ＬＤモジュール３のパッケージとの主要接触面の内側に存在している。また、凹部の深さは冷却部流路６の流路高さになる。
【００６９】
共通供給流路４と共通排出流路５の構成は、第１実施形態と相違はない。従って、水冷板２の厚み方向の冷却部流路６の位置は、共通供給流路４及び共通排出流路５よりも水冷板２の表面寄り（ＬＤモジュール３寄り）に配置される。このため、冷却部流路６は、共通供給流路４と共通排出流路５に垂直に連通している。水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージとの主要接触面には、ここでは図示しないが、冷却部流路６を囲むように、漏水を防止するためのパッキン等のシール部材が設けられる。
【００７０】
このように冷却部流路６が水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージの協働によって形成される場合、流路長×流路幅で画定される冷却部流路６の矩形形状の面積は、各ＬＤモジュール３の主要接触面の面積より小さい必要がある。その点では冷却特性上不利であるが、冷却水はＬＤモジュール３のパッケージの底面に直接接触することができるので、水冷板２とＬＤモジュール３との間の接触熱抵抗もなく、各ＬＤモジュール３内のＬＤをより均一に、且つ、より低温に冷却できる効果がある。
【００７１】
また、冷却部流路６が水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージの協働によって形成される場合、冷却水はＬＤモジュールのパッケージに直接接触することができるので、水冷板２の材質は熱伝導率の高い材質であることが必須条件ではなくなる。従って、水冷板２の材質を金属以外の材質、例えば樹脂にすることも可能である。水冷板２を樹脂製にした場合、水冷板２の大幅な軽量化、低コスト化が可能になる。
【００７２】
［ＬＤモジュール冷却装置の第３実施形態］
図１５は、本発明の第３実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の水冷板２の構造を模式的に示した平面図である。図１５において、各冷却部流路６上に配置されるＬＤモジュール３は、図１に示したＬＤモジュール３と同様の配列構成を備える。しかし、図１５においてＬＤモジュール３の図示は省略した。
【００７３】
この第３の実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の共通供給流路４及び共通排出流路５は、図１、図２に示した共通流路と同様に、複数の分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０と、１本ずつの主幹共通供給流路９及び主幹共通排出流路１１から構成されている。冷却部流路６の列は、それぞれ１本ずつの分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０と接している。分岐共通供給流路８は、冷却部流路６の各列において図中の上側に配置され、分岐共通排出流路１０は、冷却部流路６の各列において図中の下側に配置されている。このため、隣接する冷却部流路６の列の間には、１本ずつの分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０とが隣接している。そして、水冷板２には、隣接している分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０との間に、水冷板２よりも熱伝導率の低い断熱部１２が、冷却部流路６の列方向に沿って平行に配置されている。
【００７４】
この断熱部１２の構成について図１６を用いて更に説明する。図１６は、図１５に示す水冷板２の一部について、冷却部流路６の冷却水の流れの方向に平行で水冷板２の表面に垂直な断面を示した図である。図１６に示すように、断熱部１２は、隣接する分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０との間の水冷板２の内部に設けられている。
【００７５】
断熱部１２の材質は、断熱効果を有する一般的な材質であってよく、特に制限はない。また、断熱部１２は、必ずしも水冷板２と別材料の部材を水冷板２内に設ける構成である必要はない。例えば、断熱部１２は水冷板２に形成された溝であってもよい。溝には空気が充満されるので、溝は断熱部として十分に機能することができる。
【００７６】
このように、隣接する分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０との間に、水冷板２より熱伝導率の低い断熱部１２が配置されることで、水冷板２を経由した分岐共通排出流路１０から分岐共通供給流路８への熱の流れが抑制される。このため、分岐共通供給流路８を流れる冷却水の温度上昇を抑制でき、ＬＤモジュール３間の冷却特性の差をより低減することができる。前述した図５〜図１１に示したシミュレーション結果も、幅１１ｍｍの断熱部（空気）を配置したシミュレーション条件で得られた結果である。
【００７７】
断熱部１２は、隣接する全ての分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０との間に配置されることが望ましいが、隣接する分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０の複数の組のうちの少なくとも一組以上にあればよい。
【００７８】
また、この断熱部１２は、図１３、図１４に示した第２実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１に適用することもできる。
【００７９】
なお、図１、図２、図１５に示した共通流路の流路構造は一例である。これらの共通流路については、冷却水の圧力損失は小さい方が望ましく、また、各冷却部流路６に対して同程度の圧力損失になることが望ましいので、図１７、図１８に示す変形例のように、各共通流路８、９、１０、１１の屈曲部等に丸みを持たせたり、主幹共通供給流路９や主幹共通排出流路１１の向きや長さ等の構造を適宜変更したりしてもよい。
【００８０】
［ＬＤモジュール冷却装置の第４実施形態］
図１９〜図２２は、本発明の第４実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板の構造を模式的に示した図である。図１９〜図２２においても、水冷板２の外側や断面から見えない流路構造等の線は点線で描いている。実線で描いている線は、水冷板２の外側や断面から見える線を表している。
【００８１】
第４実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の冷却部流路６は畝１３を有している。図１９と図２０は、本発明の第１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の冷却部流路６に畝１３が設けられた例を模式的に示している。図１９は、冷却部流路６とその近傍の構成について冷却部流路６を流れる冷却水の流れ方向に垂直な断面で示した模式図である。図２０は、冷却部流路６とその近傍の構成についてＬＤモジュールが配置されている水冷板２の表面側から見た模式的な平面図である。図２０においてＬＤモジュールは図示していない。
【００８２】
また、図２１と図２２は、本発明の第２実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の冷却部流路６に畝１３が設けられた例を模式的に示している。図２１は、冷却部流路６とその近傍の構成について冷却部流路６を流れる冷却水の流れ方向に垂直な断面で示した模式図である。図２２は、冷却部流路６とその近傍の構成についてＬＤモジュールが配置されている水冷板２の表面側から見た模式的な平面図である。図２２においてＬＤモジュールは図示していない。
【００８３】
図１９、図２１に示すように、畝１３は、冷却部流路６の底面からＬＤモジュール３に向けて流路高さ方向に突出し、流路長方向に延びる突条によって形成されている。この畝１３によって、冷却部流路６は流路幅方向に分割されている。畝１３の突出高さは、冷却部流路６の流路高さと同一である。
【００８４】
冷却部流路６は、上述したように、流路高さが非常に小さい薄層流路であるため、僅かな変形でも流路断面積の変化率が大きい。流路断面積が変化すると、冷却部流路６を流れる冷却水の流量が元の流量から大幅に変化し、冷却特性の低下を招く可能性がある。しかし、このような畝１３を冷却部流路６内に設けることによって、冷却部流路６が押し潰されるリスクは低減する。また、同じ流路高さでも流速が大きくなるため、冷却特性も向上する効果が得られる。畝１３は冷却部流路６の流路長方向に延びているため、冷却水の流れを邪魔することはない。
【００８５】
図１９、図２０には９本、図２１、図２２には７本の畝１３が示されているが、１つの冷却部流路６に設けられる畝１３の数は何ら制限されない。畝１３は、冷却部流路６内に少なくとも１本以上あればよい。また、図１９〜図２２に示す畝１３は、冷却部流路６の流路長の全長に亘って延びるように形成されているが、畝１３は、流路長方向の少なくとも一部分にあればよい。
【００８６】
なお、図１９〜図２２に示した畝１３の幅や流路幅に対するピッチは一例であり、畝１３の幅をもっと狭く又は広くしたり、ピッチを狭く又は広くしたりしてもよいことは言うまでもない。また、畝１３は、水冷板２と一体に形成されるものに制限されず、例えば水冷板２と別体に形成され、冷却部流路６内に取り付けられる構成でもよい。
【００８７】
更に、畝１３は、冷却部流路６の底面から突出する構成に制限されない。図１９、図２０に示される畝１３は、冷却部流路６のＬＤモジュール３側の天井面から底面に向けて突出する構成でもよい。また、図２１、図２２に示される畝１３は、ＬＤモジュール３のパッケージの底面から冷却部流路６の底面に向けて突出する構成でもよい。
【００８８】
［ＬＤモジュール冷却装置の第５実施形態］
図２３は、本発明の第５実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の一部の構造を模式的に示した平面図である。第５実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置のＬＤモジュールは、一列に配列された複数のＬＤチップ１４を有している。ここでは、ＬＤモジュール内のＬＤチップ１４が見えるように、ＬＤモジュールのパッケージ１５の蓋（カバー）は図示していない。また、ＬＤモジュールを水冷板２に固定するために使用されるパッケージ１５のタブ等も図示していない。
【００８９】
ＬＤモジュールに対応した冷却部流路６内を流れる冷却水の流れの方向（図２３中に点線の矢印で示す。）は、ＬＤチップ１４の列の方向と、水冷板２の表面側から見て、交差する関係にある。このため、ＬＤモジュールのパッケージ１５内の複数のＬＤチップ１４間においても、冷却水の上流側と下流側の差を低減でき、各ＬＤチップ１４を均一に冷却することができる。この効果をより顕著に得るために、冷却部流路６内の冷却水の流れの方向とＬＤチップ１４の列の方向は、図２３に示すように、水冷板２の表面側から見て、直交する関係であることが望ましい。
【００９０】
また、同様に、上記の効果をより顕著に得るため、図２３に示すように、ＬＤモジュールのパッケージ１５内のＬＤチップ１４の列が冷却部流路６内の上流側（分岐共通供給流路８側）に片寄った位置に配置されるように、ＬＤモジュールのパッケージ１５を水冷板２上に配置してもよい。
【００９１】
パッケージ１５内のＬＤチップ１４の配列とは別に、冷却部流路６の流路幅（図２３中のａ）は、冷却部流路６の流路長（図２３中のｂ）よりも大きい構成としてもよい。これは次の理由によるものである。冷却水による熱伝達率（Ｗ／（ｍ２・℃）は、（流速／流路長）の略１／２乗に比例する。このため、流量と流路高さが同じ場合は、冷却部流路６の流路幅ａと流路長ｂがａ＞ｂの場合とａ＜ｂの場合のいずれでも、冷却能力は変わらない。しかし、冷却部流路６における管摩擦による圧力損失は、冷却部流路６の流路高さが流路長や流路幅より大幅に小さいため、冷却部流路６の径深はどちらの場合も流路高さ／２になるので、（流速）２×流路長に比例し、前者の場合の圧力損失は後者の場合の圧力損失の（ａ／ｂ）３倍に増加する。従って、同じ流量で同程度の圧力損失が発生するように冷却部流路６を構成した場合、冷却部流路６は流路長に対して流路幅が広くなる構成である方がよい冷却特性が得られる。
【００９２】
［ＬＤモジュール冷却装置の第６実施形態］
図２４は、本発明の第６実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路６とその近傍の構造を模式的に示した断面図である。
この第６実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置において、水冷板２には、表面だけでなく裏面（図２４における下側の面）にも、少なくとも１つ以上のＬＤモジュール３が配置されている。水冷板２の裏面に配置されたＬＤモジュール３を冷却するための冷却部流路６は、水冷板２の裏面側に片寄った位置に設けられている。水冷板２の表面側の冷却部流路６と裏面側の冷却部流路６は、同じ分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０と連通している。このように、水冷板２の表面及び裏面の両面にＬＤモジュール３を配置することによって、水冷板２の小型化や軽量化、低コスト化が実現できる。
【００９３】
水冷板２の表面側の冷却部流路６と裏面側の冷却部流路６の流路高さは、同じ流量の冷却水が流れるように略同じであることが望ましい。
【００９４】
水冷板２の裏面のＬＤモジュール３及び冷却部流路６の具体的構成は、前述した第１、第２、第４及び第５実施形態における水冷板２の表面側のＬＤモジュール３及び冷却部流路６の構成と同じであってよい。
【００９５】
［ＬＤモジュール冷却装置の第７実施形態］
図２５、図２６は、本発明の第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における水冷板の構造を示す模式的な斜視図である。また、図２７、図２８は、本発明の第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置における冷却部流路とその近傍の構造を示す模式的な断面図である。図２５〜図２８を用いて水冷板の構造及び製造方法の一例を説明する。
第７実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板２は、基板１６と少なくとも１枚の金属製板材１７から構成されている。金属製板材１７は、図２５に対して図２６で追記した。
【００９６】
基板１６は、金属製板材１７に対して厚みが大きい。基板１６の少なくとも一面には、共通供給流路４の主幹共通供給流路９と分岐共通供給流路８となる溝状の凹部及び共通排出流路５の主幹共通排出流路１１と分岐共通排出流路１０となる溝状の凹部がそれぞれ形成されている。
【００９７】
水冷板２は、基板１６の少なくともこれらの凹部が形成された一面に金属製板材１７が接合されることによって構成される。このため、基板１６と金属製板材１７とが接合された後、基板１６と金属製板材１７の間には、主幹共通供給流路９と分岐共通供給流路８及び主幹共通排出流路１１と分岐共通排出流路１０となる部分に隙間が残る。この隙間が、主幹共通供給流路９、分岐共通供給流路８、主幹共通排出流路１１及び分岐共通排出流路１０になる。図２７には、このうちの分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０が示されている。
【００９８】
図２５に示す基板１６には、共通流路以外に冷却部流路６となる凹部も形成されている。冷却部流路６と冷却部流路６に挟まれた平面は、金属製板材１７が接合される基板１６の主表面の一部である。冷却部流路６の部分は、金属製板材１７が接合される主表面から冷却部流路６の流路高さ分だけ凹んでいる。このため、基板１６と金属製板材１７とが接合された後、基板１６と金属製板材１７の間には、冷却部流路６の部分にも隙間が残る。この隙間は、図２７に示したように冷却部流路６になる。これによって、水冷板２の内部に共通流路と冷却部流路６とを容易に形成することができる。このため、水冷板２及びＬＤモジュール冷却装置１の製造コストを下げることができる。なお、金属製板材１７が接合される主表面から冷却部流路６の流路高さ分だけ凹んでいる冷却部流路６の部分には、畝１３（図１９〜図２２参照）を形成しても良い。
【００９９】
金属製板材１７の厚さは、機械的強度が確保できる範囲で、できるだけ薄い方が冷却水とＬＤモジュール３との間の熱抵抗が低減できるので望ましい。具体的には１ｍｍ〜２ｍｍ程度とすることが望ましいが、金属製板材１７の厚さは、この範囲に何ら制限されるものではない。
【０１００】
金属製板材１７の材質は、銅あるいは銅合金とすることが望ましい。銅は高い熱伝導率を持つため、金属製板材１７の材質として好適である。銅は比較的接合し易い金属であるため、水冷板２の製造コストを下げる効果もある。
【０１０１】
基板１６の材質は特に制限はない。基板１６の材質も銅や銅合金とすることができるが、銅と接合可能なステンレスにしてもよい。基板１６の材質をステンレスにすることによって、水冷板２の機械的強度を上げること、あるいは、水冷板２を軽量化すること等が可能になる。また、基板１６の材質は、金属製板材１７に接合できる材質であれば、金属でなくてもよい。従って、基板１６の材質は、例えば樹脂等の絶縁材料であってもよい。
【０１０２】
基板１６と金属製板材１７との接合方法としては、少なくとも一方の接合面にハンダやブレージング材の薄膜を形成しておき、加熱により、これらの薄膜を溶かして溶着してもよいし、このような介在物を使用せず、拡散接合によって接合してもよい。
【０１０３】
なお、図２４に示した第６実施形態における水冷板２の流路構造も、図２８に示すように、基板１６の両面に金属製板材１７を接合する構造にすることによって容易に実現できる。
【０１０４】
また、この第７実施形態では、冷却部流路６とＬＤモジュール３との間に金属製板材１７が介在するので、本発明の第２実施形態のように、冷却部流路６が水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージの協働によって形成されることによってＬＤモジュール３のパッケージに直接冷却水が接触する構造の水冷板２への適用は除かれる。
【０１０５】
［ＬＤモジュール冷却装置の第８実施形態］
図２９〜図３１は、本発明の第８実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の水冷板の構造を示す模式的な斜視図である。図３２は、本発明の第８実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路とその近傍の構造を示す模式的な断面図である。図２９〜図３２を用いて水冷板の構造及び製造方法の他の一例を説明する。
この第８実施形態が本発明の第７実施形態と異なっている点は、金属製板材１７の基板１６側の表面に形成された溝が、冷却部流路６を構成している点である。すなわち、図２９に示す基板１６は、図２５に示した冷却部流路６になる凹部がなく、主幹共通供給流路９、分岐共通供給流路８、主幹共通排出流路１１及び分岐共通排出流路１０だけが溝状の凹部として形成されている。
【０１０６】
一方、図３０に示すように、金属製板材１７の基板１６に接合される面に、複数の溝１８が形成されている。溝１８は、金属製板材１７が基板１６に接合された時に、冷却部流路になる部分に対応して形成されている。金属製板材１７の１つの冷却部流路に対応する領域に、複数の並列する溝１８が形成されている。溝１８の深さは、冷却部流路の流路高さに等しい。図３０では、溝１８の構成を分かり易くするために、溝１８の幅やピッチを大きく描いているが、通常は溝１８の幅とピッチは更に細かく形成される。
【０１０７】
図２９に示した基板１６と図３０に示した金属製板材１７は、図３１に示すように、溝１８を形成した金属製板材１７の表面を基板１６の主表面側に向けて接合される。これにより、図３２に示すように、金属製板材１７の表面に形成された溝１８が冷却部流路６として機能する。このとき、溝１８と溝１８の間は、冷却部流路６を流路幅方向に分割する畝１３（図１９〜図２２参照）として機能する。
【０１０８】
冷却部流路６として機能する金属製板材１７の表面の溝１８は、畝１３の部分を残した形状を含めて、エッチング等で簡単に成形できる。一方、基板１６には共通流路だけ形成するだけでよくなり、特に寸法精度を必要とする細かい加工部分が無くなる。このため、水冷板２の製造コストを下げることができ、低コストのＬＤモジュール冷却装置を製造することができる。
【０１０９】
なお、金属製板材１７には、溝１８に代えて、冷却部流路に対応する一つの凹部を形成してもよい。この場合、冷却部流路６内に畝１３は形成されず、一つの流路のみからなる冷却部流路６が形成される。
【０１１０】
［ＬＤモジュール冷却装置の第９実施形態］
図３３は、本発明の第９実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置に使用されるＬＤモジュール３の構造を底面側から見た模式的な斜視図である。図３４は、本発明の第９実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置の冷却部流路６とその近傍の構造を示す模式的な断面図である。
第９実施形態に示す冷却部流路６は、第２実施形態と同様に、水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージの協働によって形成されている。図３３に示すように、ＬＤモジュール３のパッケージ１５の底面（水冷板２との協働によって冷却部流路６が形成された際に冷却水と接する面）に、冷却部流路６の少なくとも一部を構成する溝１９が形成されている。そして、このＬＤモジュール３のパッケージ１５が水冷板２の表面に接合された際、図３４に示すように、複数の溝１９が冷却部流路６として機能し、溝１９と溝１９の間が畝１３（図１９〜図２２参照）として機能する。
【０１１１】
これによれば、溝１９と畝１３を、パッケージ１５の底面にエッチング等によって同時に簡単に形成できる。また、畝１３によって、冷却部流路６が押し潰されるリスクが低減できると共に、冷却水に接する冷却部流路６の内壁面積が増加して、ＬＤモジュール冷却装置の冷却性能が向上する。
【０１１２】
なお、ＬＤモジュール３のパッケージ１５の底面には、溝１９に代えて、冷却部流路６に対応する一つの凹部を形成してもよい。この場合、冷却部流路６内に畝１３は形成されず、一つの流路のみからなる冷却部流路６が形成される。
【０１１３】
また、冷却部流路６はＬＤモジュール３のパッケージ１５の底面に形成されるため、冷却部流路６と分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０とは、図３４に示すように、水冷板２の表面から分岐共通供給流路８及び分岐共通排出流路１０に亘って形成された穴型の流路８ａ、１０ａによって連通するようになっている。
【０１１４】
図３３、図３４中の符号２０は、水冷板２とＬＤモジュール３のパッケージ１５の協働によって形成される冷却部流路６からの漏水を防止するためのパッキン等のシール部材である。このシール部材２０は、ＬＤモジュール３のパッケージ１５の底面に形成されているが、水冷板２の表面に冷却部流路６を囲むように形成されてもよい。
【０１１５】
また、図３３中の符号２１は、ＬＤモジュール３のパッケージ１５を水冷板２に固定するためのタブである。タブ２１は、パッケージ１５の両側方に張り出すように設けられている。それぞれのタブ２１は、ネジ止め用の穴２１ａを有している。
【０１１６】
本発明の第２実施形態と同様、この第９実施形態においても、パッケージ１５の底面は直接冷却水と接触して冷却される流路構造であるため、水冷板２の材質は熱伝導率が高いことが必須条件では無く、例えば樹脂等の金属以外の材質でもよい。水冷板２を樹脂製にした場合、水冷板２の大幅な軽量化、低コスト化が可能になる。
【０１１７】
［ＬＤモジュール冷却装置の第１０実施形態］
図３５は、本発明の第１０実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１を側面から見た模式図である。
ＬＤモジュール３は、通常、図３６に示したような形状している。すなわち、ＬＤモジュール３のパッケージ１５に取付け用のタブ２１が両側方に張り出すように設けられている。タブ２１は、ネジ止め用の穴２１ａを有している。ＬＤモジュール３のパッケージ１５は、タブ２１の穴２１ａを利用して水冷板２にネジ止めされる。しかし、水冷板２が基板１６と金属製板材１７とからなる場合、水冷板２に設けられたネジ穴が水冷板２内の共通流路に近い場合、ネジ穴から漏水する恐れがある。なお、図３６中の符号２４は光出力用の光ファイバ、符号２５はパッケージ１５の蓋（カバー）である。
【０１１８】
そこで、第１０実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１は、図３５に示すように、枠部材２２を用いてＬＤモジュール３を水冷板２に固定する構造を採用している。枠部材２２は、水冷板２の表面あるいは裏面のうち、少なくとも一方の面の少なくとも一部を、水冷板２と間隙Ｓを設けた構造で覆っている。ＬＤモジュール３は、この間隙Ｓ内に収容されている。枠部材２２には、水冷板２に対してＬＤモジュール３を押し付けるためのネジからなる押付け部材２３が設けられている。間隙Ｓ内のＬＤモジュール３は、この押付け部材２３が水冷板２に向けてネジ込まれることにより、水冷板２に対して押し付けられて固定されている。
【０１１９】
これによれば、少なくとも水冷板２の中央付近にネジ穴を設けなくても、ＬＤモジュール３を水冷板２に固定することができる。従って、ネジ穴から漏水するリスクは軽減される。
【０１２０】
［ＬＤモジュール冷却装置の第１１実施形態］
図３７は、本発明の第１１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１におけるＬＤモジュール３の配置を示す模式的な平面図である。
以上説明したいずれの実施形態においても、ＬＤモジュール３の向きはＬＤモジュール３の配列方向と同じ方向になっている。すなわち、ＬＤモジュール３の各々は配列方向と平行に配置されている。しかし、ＬＤモジュール３は、図３６に示したように、光ファイバ２４によって光出力する場合、ＬＤモジュール３の向きをＬＤモジュール３の配列方向から傾けて配列する場合がある。隣接するＬＤモジュール３との干渉を避けるために光ファイバ２４を急に曲げなくても済むようにするためである。この場合、冷却部流路６の方向は変えずに、ＬＤモジュール３だけを傾けてもよいが、冷却部流路６の領域をＬＤモジュール３の水冷板２への主接触面領域とできるだけ一致させてより高い冷却特性を得るためには、図３７に示すＬＤモジュール冷却装置１の構造としてもよい。
【０１２１】
図３７に示す例では、各ＬＤモジュール３は、ＬＤモジュール３の配列方向に対して同一方向に約２０°傾いて配置されている。各冷却部流路（図３７ではＬＤモジュール３の下に隠れて見えていない。）の領域は、ＬＤモジュール３の水冷板２への主接触面領域（図３７ではＬＤモジュール３の外形）と同じにしている。
【０１２２】
図３７中の各ＬＤモジュール３の上下に三角形に見える領域６ａは、冷却部流路より流路高さが大きく、共通流路８、９、１０、１１よりは流路高さ（流路深さ）が小さい領域である。この領域６ａは、共通流路８、９、１０、１１より浅く形成されているが、冷却部流路と比べると冷却水の圧力損失は大幅に少ない流路領域である。そのため、冷却部流路において、冷却水は矢印で示すように、領域６ａを通って分岐共通供給流路８から分岐共通排出流路１０に向けて斜め方向に流れることができる。
【０１２３】
図３８は、図３７に示すＬＤモジュール冷却装置の一部とその断面の模式図を示している。図３８でも説明を分かり易くするために、縦方向と横方向で倍率を適宜変えている。また、図３８に示す例では、基板１６側に冷却部流路６を形成しているが、金属製板材１７側に冷却部流路６を形成してもよいことは言うまでもない。
【０１２４】
なお、図３７では、分岐共通供給流路８と分岐共通排出流路１０が近づき過ぎるので、両端の分岐共通流路８、１０以外は、１本の分岐共通供給流路８と１本の分岐共通排出流路１０で２列のＬＤモジュール３の分岐共通供給流路と分岐共通排出流路を兼用している。そのため、列毎に冷却部流路内の冷却水の流れの方向が逆方向になっている。この場合、ＬＤモジュール３内のＬＤチップの列が、ＬＤモジュール３内の例えば図３７中の上下いずれか一方に寄っていると、冷却水の流れの方向が逆方向になった際に、ＬＤチップの位置が上流側になったり、下流側になったりする。これが、冷却特性に差が出る等の理由で問題になる場合は、ＬＤモジュール冷却装置１は図３９に示す構造としてもよい。
【０１２５】
図３９は、本発明の第１１実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の他の構造を模式的に示す平面図である。図３９に示す例においても、各ＬＤモジュール３は、ＬＤモジュール３の配列方向に対して約２０°傾いて配置されている。各冷却部流路（図３９ではＬＤモジュール３の下に隠れて見えていない。）の領域をＬＤモジュール３の水冷板２への主接触面領域（図３９ではＬＤモジュール３の外形）と同じにしている。図３９において、冷却部流路の両側にある冷却部流路と同じ角度傾いた矩形の領域６ｂは、共通流路８、９、１０、１１より高さ（深さ）が小さいが、冷却部流路より高さが大きく、冷却部流路６と比べると冷却水の圧力損失は大幅に少ない流路領域である。そのため、冷却部流路６において、冷却水は矢印で示した方向に流れる。
【０１２６】
共通流路８、９、１０、１１は、水冷板２のＬＤモジュール３が配置されている面と反対の面に近い位置に形成されている。図３９において、各ＬＤモジュール３を挟むように配置される円形の部分８ｂ、１０ｂは、傾いた矩形の流路と共通流路８、９、１０、１１を繋ぐために水冷板２の主表面に対して垂直な方向に開けられた穴型の流路である。
【０１２７】
図４０は、図３９に示すＬＤモジュール冷却装置１の一部とその切断面模式図を示している。図４０でも説明を分かり易くするために、縦方向と横方向で倍率を適宜変えている。図３９のように複雑な流路構造を持つＬＤモジュール冷却装置１でも、水冷板２の構造を図４０に示す構造とすることによって比較的容易に製造することができる。すなわち、図４０に示すように、基板１６の一面から冷却部流路６の両側にある冷却部流路６と同じ角度傾いた矩形の領域６ｂと冷却部流路６の部分を例えば切削加工する。一方、基板１６の他の一面から共通流路８、９、１０、１１を切削加工する。そして、ドリル等で両切削加工部分を繋ぐ流路８ｂ、１０ｂとなる穴を開け、最後に基板１６の両面に金属製板材１７を接合する。
なお、図４０においても、冷却部流路６は基板１６側に形成されているが、金属製板材１７側に凹部として形成してもよい。
【０１２８】
［配管取付け構造］
ここで、各実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１の水冷板２に冷却水を流入させたり、水冷板２から冷却水を排出させたりするために必要な配管の取付け構造について述べておく。
【０１２９】
水冷板２が十分に厚い場合の配管取付け構造は、図４１に示すように、水冷板２の側面に共通流路と連通する穴２ａを開け、この穴２ａに配管２６を差し込んで溶接する構造でもよい。しかし、水冷板２の軽量化や低コスト化のため、水冷板２は必要な機能を備えていれば薄い方が望ましい場合が多い。このため、図４１に示すような配管取付け構造が採用できない場合がある。
【０１３０】
図４２は、その場合に望ましい配管取付け構造の一例を示している。図４２に示す水冷板２は側方に突き出た突出部分２ｂを有している。水冷板２に形成される共通流路４及び共通排出流路５の端部は、この突出部分２ｂに開口している。なお、共通供給流路４と共通排出流路５の配管取付け構造は同一であるため、図４２では説明を簡略化するために共通供給流路４と共通排出流路５の符号を同時に記載している。
【０１３１】
一方、水冷板２と別に、配管接続用部品２７が用意される。この配管接続用部品２７には、冷却水の給水又は排水のための配管２６が接続されている。配管接続用部品２７は、水冷板２の突出部分２ｂを収容可能な凹部２７ａを有している。配管２６は、この凹部２７ａの内部と連通している。そして、配管２６が接続された配管接続用部品２７の凹部２７ａ内に、水冷板２の突出部分２ｂが差し込まれた後、突出部分２ｂと配管接続用部品２７とが溶接等の方法によって固定される。これにより、水冷板２に冷却水の供給又は排出のための配管２６を簡単に取り付けることができる。
【０１３２】
図４３は、配管取付け構造の他の一例を示している。図４３において、水冷板２の共通流路の端部は、水冷板２の表面と裏面のいずれか一方又は両方に開口している。この場合、配管２６が接続された配管接続用部品２７は、共通流路の端部が開口している水冷板２の表面及び／又は裏面に溶接等の方法によって固定される。この配管取付け構造は、水冷板２の表面及び／又は裏面に対して垂直な方向に十分なスペースを有する場合に適用することができる。
【０１３３】
［レーザ装置の実施形態］
図４４は、本発明に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
レーザ装置２８は、図４４に示すように、上記の本発明の第１実施形態から第１１実施形態のＬＤモジュール冷却装置１と、レーザ光源あるいは励起光源として使用する複数のＬＤモジュール３とを搭載したＬＤモジュールアセンブリユニット２９を少なくとも１ユニット以上備える。更に、レーザ装置２８は、ＬＤモジュール３に駆動電力を供給する少なくとも１台以上のＬＤ電源部３０と、少なくともＬＤ電源部３０を制御し、ＬＤ電源部３０に光出力指令を出力する制御部３１と、レーザ光を出射するレーザ光学系３２とを備える。ここでは、３台のＬＤモジュールアセンブリユニット２９に１対１に対応する３つのＬＤ電源部３０を有し、この３つのＬＤ電源部３０に対して１つの制御部３１が光出力指令を出力するように構成されている。レーザ光学系３２は、各ＬＤモジュールアセンブリユニット２９から出力されるレーザ光を合波して出力するための合波器３３を有している。
【０１３４】
ＬＤモジュールアセンブリユニット２９は、以上説明したいずれかの実施形態に係るＬＤモジュール冷却装置１を有する。このため、ＬＤモジュールアセンブリユニット２９内のＬＤモジュール３間の冷却特性の差が少なく、ＬＤモジュール３の駆動時のＬＤモジュール３やＬＤの温度が略同じになる。従って、制御部３１は、駆動するＬＤモジュール３が特定のＬＤモジュール３に偏らないように光出力指令を出力するように制御すれば、一部のＬＤモジュール３の寿命が早くくるという現象を抑制でき、主要構成ユニットである複数のＬＤモジュール３とＬＤモジュール冷却装置１を含むＬＤモジュールアセンブリユニット２９の寿命が長くなる。その結果、ＬＤモジュールアセンブリユニット２９の交換等の保守コストが低く、長寿命で信頼性の高いレーザ装置２８を実現することができる。
【０１３５】
なお、図４４では、各ＬＤモジュール３からのレーザ光を合波してＬＤモジュールアセンブリユニット２９から出力する光学系、あるいは、ＬＤモジュール３が励起光源として使用される場合のレーザ媒体やレーザ媒体からのレーザ光をＬＤモジュールアセンブリユニット２９から出力する光学系は、簡略化のために図示していない。
【０１３６】
また、図４４は、３台のＬＤモジュールアセンブリユニット２９を示しているが、ＬＤモジュールアセンブリユニット２９は４台以上でも、１台又は２台でもよい。ＬＤモジュールアセンブリユニット２９が１台の場合、図示した合波器３３は不要である。
【０１３７】
なお、以上説明した本発明に係るＬＤモジュール冷却装置１は、ＬＤモジュール３を冷却することを主目的としているが、ＬＤモジュール３以外の発熱部品も同時に冷却することができる。従って、水冷板２の表面と裏面のうち、少なくともいずれか一方の面に、例えばＬＤ用電源の部品等のＬＤモジュール３以外の発熱部品を配置させ、その発熱部品を冷却するために、ＬＤモジュール３を冷却する冷却部流路６以外に、この冷却部流路６と同じ流路構造を持つ別途の冷却部流路を水冷板２に形成してもよい。この別途の冷却部流路に、ＬＤモジュール３を冷却するための冷却部流路６と同様に冷却水を並列に流すことによって、他の発熱部品の発熱の影響を殆ど受けることなく、ＬＤモジュール３を冷却できる。
【０１３８】
また、以上の各実施形態では、冷却媒体として冷却水を使用したが、本発明に係るＬＤモジュール冷却装置は、水以外の流体（例えばクーラントやガス等）を冷却媒体として使用することもできる。
【符号の説明】
【０１３９】
１  ＬＤモジュール冷却装置
２  水冷板（冷却板）
３  ＬＤモジュール
４  共通供給流路
５  共通排出流路
６  冷却部流路
８  分岐共通供給流路
９  主幹共通供給流路
１０  分岐共通排出流路
１１  主幹共通排出流路
１２  断熱部
１３  畝
１４  ＬＤチップ
１５  パッケージ
１６  基板
１７  金属製板材
１８  （冷却板に形成された）溝
１９  （パッケージの底面に形成された）溝
２２  枠部材
２８  レーザ装置
２９  ＬＤモジュールアセンブリユニット
３０  ＬＤ電源部
３１  制御部
３２  レーザ光学系
Ｓ  間隙
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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