(57)【要約】【課題】  製作コストを極力上げないで熱交換効率の向上を図るように製造することができること。【解決手段】  熱を受け取る板状の受熱体１−１，２−１，３−１が少なくとも上中下の３層に積層されて接合され、このうち上受熱体３−１の上面に熱を発生するＬＤアレイ１７が接合され、この接合面の下方の中受熱体２−１との接合部分にＬＤアレイ１７の熱を放熱するための放熱フィン１０が形成されると共にその放熱フィン１０からの熱を冷却水を流して冷却するための矢印で示す流路が形成され、更にその流路の一方が中受熱体２−１を連通穴１１で貫通して下受熱体１−１の給水口５に接続され、他方が排水口１６に接続されている。この構成において、上記矢印で示す流路に、放熱フィン１０に接合され、且つ流路を流れる冷却水が上下方向に蛇行しながら流れるように規制する１乃至は複数の堰部（堰４０と隔壁１００ａ，１００ｂ）を設ける。【選択図】      図１
2005203560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を受け取る板状の受熱体が少なくとも上中下の３層に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、この接合面の下方の中受熱体との接合部分に前記発熱体の熱を放熱するための放熱フィンが形成されると共にその放熱フィンからの熱を冷却水を流して冷却するための流路が形成され、更にその流路が中受熱体を貫通して下受熱体の給水口及び排水口に接続されてなる放熱器において、
前記上受熱体と前記中受熱体との接合部分に形成された前記放熱フィンに伝導された熱を放熱するための流路に、その放熱フィンに接合され、且つ流路を流れる冷却水が上下方向に蛇行しながら流れるように規制する１乃至は複数の堰部を設けた
ことを特徴とする放熱器。
【請求項２】
前記給水口及び排水口が設けられる部分の流路の面積を広くした
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
【請求項３】
前記堰部は、
前記上受熱体に櫛歯状の放熱フィンを形成すると共に前記流路の上側部分となる細長い複数の溝に、冷却水を規制するように堰を１乃至は複数設け、
前記中受熱体に、前記堰に接合する隔壁が形成されるように当該中受熱体の厚さ方向に連通穴を形成し、この連通穴を、前記隔壁を貫通して連通させる凹部を前記下受熱体との対向面に設け、
前記凹部が塞がれて前記中受熱体に流路が形成されるように当該中受熱体と前記下受熱体との間に薄板状受熱体を更に接合して形成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の放熱器。
【請求項４】
前記薄板状受熱体の周縁部に、所定間隔で上下面に突き抜けたスリット及び穴の少なくとも１つを形成した
ことを特徴とする請求項３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８及び図９に示す高出力ＬＤアレイ用の放熱器がある。ここで、図８は、放熱器４全体の縦断面図、図９の（ａ）は図８に示すＡ１−Ａ２から見た上受熱体３の下面図、（ｂ）は図８に示すＢ１−Ｂ２から見た平面図、（ｃ）は図８に示すＣ１−Ｃ２から見た平面図である。
高出力ＬＤアレイ１７は、発熱密度が数十〜数百Ｗ／ｃｍ２程度と大きいため、ＬＤアレイ１７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１７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１７の大きさが長さ１０ｍｍ×幅１〜１．５ｍｍ程度と上受熱体３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４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４の水路は、図９の（ａ）に示す上面水路、（ｂ）に示す中面水路、（ｃ）に示す下面水路が設けられた３層の構造となっている。
【０００４】
このような構造の放熱器の動作を、図８及び図９を参照して説明する。
受熱体１の給水口５に導かれた冷却水は、受熱体２の円形連通穴６を通り、上受熱体３の給水口７まで到達する。ここで冷却水は、概略扇形の上面水路８によって拡がり、多数の放熱フィン１０に到達する。この際、給水側の圧力損失を低減させるために上座グリ部３０を設けることによって、続路断面積を拡大させている。上座グリ部３０は、放熱フィン１０の手前まで形成され、放熱フィン１０に冷却水が流入する際、流速を向上させ熱交換効率を高める役割を果たしている。
【０００５】
この放熱フィン１０の上面の端部にはＬＤアレイ１７が接合されている。放熱フィン１０まで到達した冷却水は、当該放熱フィン１０で熱交換され中受熱体２の円形連通穴１１を通り下受熱体１に設けられた放熱フィン１３の間を通り、下面水路１４に到達する。
ここで、冷却水は流路絞り部１５により２つに分流し、排水口１６で再び合流し、放熱器４外に排出される。この際、排水口の圧力損失を低減させる為、中受熱体２に貫通口３１を設けることによって流路断面積を拡大させている。
【０００６】
なお、受熱体１、２、３は熱伝導が良好な金属材料を用いて製作され、各受熱体１〜３は半田等で気密かつ熱伝導良好な状態に接合されている。
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】
【０００７】
ところで、従来の放熱器においては、放熱フィン１０の構造を、ＬＤアレイ１７で発生した熱を上受熱体３で受熱し、板厚方向に熱伝導させ、ＬＤアレイ１７の数倍の長さに設計した放熱フィン１０に導かせるようにしている。また、上受熱体３に設けられた放熱フィン１０だけでは、放熱量が充分でないため、中受熱体２の隔壁１１ａに熱伝導させ、更に下受熱体１に設けた放熱フィン１３に熱伝導させることによって、放熱量を増加させる構造としている。
【０００８】
この放熱フィン１０の構造では、給水口５の円形形状を矩形の平面状に拡大し、ＬＤアレイ１７で発生した熱を幅方向前面で熱交換し、熱交換された冷却水が、円形連通穴１１を通り下層の水路へ導かれ、排水口１６より排出されるので、ＬＤアレイ１７の熱を効率良く除去することが可能である。
また、ＬＤアレイ１７の更なる出力増加に伴う温度上昇を抑えるためには、冷却水との熱交換効率を更に高める必要がある。製作コストを無視すれば、熱交換効率をより高くすることは可能である。
【０００９】
しかし、実際には低コスト化が要求されるので、現状の構造で熱交換効率を高める必要があるが、現状の構造では、放熱フィン１０と、この放熱フィン１０を流れる冷却水との関係が固定されているため、これ以上の冷却性能を求めることは不可能であった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、製作コストを極力上げないで熱交換効率の向上を図るように製造す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】
【００１０】
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、熱を受け取る板状の受熱体が少なくとも上中下の３層に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、この接合面の下方の中受熱体との接合部分に前記発熱体の熱を放熱するための放熱フィンが形成されると共にその放熱フィンからの熱を冷却水を流して冷却するための流路が形成され、更にその流路が中受熱体を貫通して下受熱体の給水口及び排水口に接続されてなる放熱器において、前記上受熱体と前記中受熱体との接合部分に形成された前記放熱フィンに伝導された熱を放熱するための流路に、その放熱フィンに接合され、且つ流路を流れる冷却水が上下方向に蛇行しながら流れるように規制する１乃至は複数の堰部を設けたことを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、上受熱体と中受熱体と接合部分を冷却水が上下に蛇行するようにしたので、冷却水の流れが上向きに流れた時、発熱体の直下面に対して冷却水が垂直に当たり、また上下の蛇行によって乱流が生じるので、熱交換性能を著しく向上させることが可能となる。
また、本発明の請求項２による放熱器は、請求項１において、前記給水口及び排水口が設けられる部分の流路の面積を広くしたことを特徴としている。
この構成によれば、給水口及び排水口の部分の流路の面積を広くすることによって流体抵抗を低減させているので、上受熱体と中受熱体と接合部分を冷却水が上下に蛇行することにより流体抵抗が若干上昇しても、流路トータルの圧力損失がさほど大きくなることは無い。
【００１２】
また、本発明の請求項３による放熱器は、請求項１または２において、前記堰部は、前記上受熱体に櫛歯状の放熱フィンを形成すると共に前記流路の上側部分となる細長い複数の溝に、冷却水を規制するように堰を１乃至は複数設け、前記中受熱体に、前記堰に接合する隔壁が形成されるように当該中受熱体の厚さ方向に連通穴を形成し、この連通穴を、前記隔壁を貫通して連通させる凹部を前記下受熱体との対向面に設け、前記凹部が塞がれて前記中受熱体に流路が形成されるように当該中受熱体と前記下受熱体との間に薄板状受熱体を更に接合して形成されることを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、上受熱体の放熱フィンに接合された堰に中受熱体部分の隔壁が接合されているので、発熱体で発生した熱を上受熱体から中受熱体に熱伝導させることが容易となる。また、中受熱体の連通穴と、凹部を塞いで形成された連通穴同士を接続する連通流路とにより放熱面積が増大されているので、それらの連通穴及び連通流路に冷却水を流すことにより熱交換量を増大させることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項４による放熱器は、請求項３において、前記薄板状受熱体の周縁部に、所定間隔で上下面に突き抜けたスリット及び穴の少なくとも１つを形成したことを特徴としている。
この構成によれば、薄板状受熱体を含む合計４層の接合時に、各層間にロー材シートを挟まなくても、下受熱体と薄板状受熱体との間はロー材シートを省略することができる。何故ならば、接合時のロー材シート溶融時に、中受熱体と薄板状受熱体との間に介装されたロー材シートが毛細管現象によって、各スリット又は穴へ流れ込み、更に薄板状受熱体と、この下の下受熱体との間に入り込んで双方を接合する。この際、同時に中受熱体と薄板状受熱体とも接合される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明の放熱器によれば、製作コストを極力上げないで熱交換効率の向上を図るように製造す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】
【００１６】
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。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る放熱器４−１の全体の縦断面図である。
図２は、図１に示す放熱器４−１の上受熱体３−１の構造を示し、（ａ）は図１と同様な上受熱体３−１の断面図、（ｂ）は上受熱体３−１の下面図である。
図３は、図１に示す放熱器４−１の中受熱体２−１の構造を示し、（ａ）は中受熱体２−１の平面図、（ｂ）は中受熱体２−１を（ａ）のＤ１−Ｄ２線で切断した際の断面図、（ｃ）は中受熱体２−１の下面図である。
【００１７】
図４は、図１に示す放熱器４−１の薄板状受熱体１０４の構造を示し、（ａ）は薄板状受熱体１０４の平面図、（ｂ）は薄板状受熱体１０４を（ａ）のＥ１−Ｅ２線で切断した際の断面図である。
図５は、図１に示す放熱器４−１の下受熱体１−１の構造を示し、（ａ）は下受熱体１−１の平面図、（ｂ）は下受熱体１−１を（ａ）のＦ１−Ｆ２線で切断した際の断面図である。
【００１８】
本実施の形態の放熱器４−１の特徴は、まず、図１及び図２に示すように上受熱体３−１において、各放熱フィン１０の間で且つＬＤアレイ１７に極力近くなるように配置された流路部に冷却水の流れを規制する堰４０を、流路に沿って所定間隔離して複数設けた。ここでは堰４０を複数設けているが１つでもよい。また、複数の堰４０を設けることによって堰４０と堰４０との間、並びに堰４０と上受熱体３−１の周縁部との間に凹状流路１０８が形成される。
【００１９】
また、図１及び図３に示すように中受熱体２−１において、上受熱体３−１の堰４０に対向する部分に隔壁１００ａが形成されると共に、各凹状流路１０８の中央位置に隔壁１００ｂが形成されるように円形連通穴１０１を設け、また、隔壁１００ａを挟んだ一対の円形連通穴１０１を流路として連通する連通流路１０２を設けた。
また、図１及び図４に示すように、中受熱体２−１と下受熱体１−１との間に、新たに薄板状受熱体１０４を設けた。この薄板状受熱体１０４は、中受熱体２−１の各々の円形連通穴１１に対応する位置に円形連通穴１１−１が設けられ、中受熱体２−１（図３参照）の座グリ部１０６に対応する位置に、これと同平面形状の連通穴１０５が設けられ、更に中受熱体２−１の貫通口１１３に対応する位置に、これと同平面形状の連通穴１１４が設けられて形成されている。
【００２０】
更に、図１及び図５に示すように、下受熱体１−１において、薄板状受熱体１０４（図４参照）の連通穴１０５に対応する位置に、給水口５を中心に扇形に広がり先端部分に放熱フィン１０と上下で対向する放熱フィン１３が形成された下面水路１０７を設けると共に、薄板状受熱体１０４の連通穴１１４に対応する位置に、排水口１６を中心に扇形に広がる座グリ部１１５を設けた。
このような構造の下受熱体１−１、薄板状受熱体１０４、中受熱体２−１及び上受熱体３−１を、この順に積層して接合すると、図１に矢印ｉｎ〜ｏｕｔまで連続して示すように、給水口５から排水口１６まで繋がった冷却水の流路が形成される。
【００２１】
次に、このような構造の放熱器による放熱動作を説明する。
下受熱体１−１の給水口５に導かれた冷却水は、概略扇形の下面水路１０７により広がって放熱フィン１３まで到達する。この際、給水側の圧力損失を低減させるために、薄板状受熱体１０４に連通穴１０５と中受熱体２−１の座グリ部１０６とにより流路面積を拡大させている。
下受熱体１−１の放熱フィン１３まで導かれた冷却水は、薄板状受熱体１０４の連通穴１１−１及び中受熱体２−１の連通穴１１の順に上方向に流入して行く。この冷却水は、矢印で示すように、水平な凹状流路１０８と、この凹状流路１０８に対して垂直な連通穴１０１と、更に水平な連通流路１０２との順に流れる。即ち放熱フィン１０が形成されている領域を上下方向に蛇行しながら流れる。
【００２２】
このように上下の蛇行を数回繰り返した後、上受熱体３−１の上面水路１０９に導かれる。この上面水路１０９は、上受熱体３−１の広い部分を水路としており、当該水路の略中央に設けられたランド１１１により分流された後、流路絞り部１１０を通って上受熱体３−１の排水口１１２で再び合流する。なお、ランド１１１は、本発明では次のように使用しないが、本放熱器４−１を数個程度積層して使用する場合に当該ランド１１１に連通穴を設け、冷却水をそれぞれの放熱器へと運ぶ為の機能を有する。
【００２３】
次いで、上受熱体３−１の排水口１１２に導かれた冷却水は、中受熱体２−１の連通穴１１３及び薄板状受熱体１０４の連通穴１１４を下方向に通り、下受熱体１−１の排水口１６から外部へ排水される。この際、排水側の圧力損失を低減させる為に、下受熱体１−１の座グリ部１１５及び薄板状受熱体１０４の連通穴１１４、中受熱体２−１の連通穴１１３により流路面積を拡大させている。
【００２４】
このように流れる冷却水によって、次のような熱交換が行われる。ＬＤアレイ１７で発生した熱は、上受熱体３−１の内部に熱伝導良く拡散していく。この熱は、ＬＤアレイ１７搭載部の極近傍に設けられた堰４０及び放熱フィン１０の先端まで伝導する。この先端まで伝導してきた熱は、中受熱体２−１の隔壁１００と周縁部１１６とに伝導する。このように中受熱体２−１が受けた熱は、当該中受熱体２−１の板厚方向に拡散していき、薄板状受熱体１０４を経て、下受熱体１−１の周縁部１１７及び放熱フィン１３に伝導する。
【００２５】
このように上受熱体３−１の互いに薄い放熱フィン１０及び堰４０を、中受熱体２−１の薄い隔壁１００に直接接合したので、下受熱体１−１から中受熱体２−１への熱の伝導が著しく向上している。ここで、中受熱体２−１には複数の連通穴１０１及び連通流路１０２が形成されることにより放熱面積が増大させてあるので、これらの連通穴１０１及び連通流路１０２を冷却水が流れることで熱交換量が増大することになる。
【００２６】
また、冷却水が熱源であるＬＤアレイ１７の直下面に垂直方向に当たり、また上下の蛇行によって乱流が生じるので、熱交換性能が著しく向上する。
また、このような放熱器４−１においては、各受熱体１−１，１０４，２−１，３−１が、従来技術に比べ３層から４層へと１層分増加することになるので、従来技術の接合方法を用いると、下から順に下受熱体１−１、ロー材シート、薄板状受熱体１０４、ロー材シート、中受熱体２−１、ロー材シート、上受熱体３−１というようにロー材シートが３枚必要になる。
【００２７】
しかし、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、中受熱体２−１の四角状の周縁部に、当該周縁に沿って所定間隔で上下面に突き抜けた複数のスリット１１８を形成し、図７に示すように、ロー材シート１１９を上受熱体３−１と中受熱体２−１との間、並びに中受熱体２−１と薄板状受熱体１０４との間に２枚配置して４層を接合するようにした。
このように接合する場合、下受熱体１、薄板状受熱体１０４、ロー材シート１１９、中受熱体２−１、ロー材シート１１９及び上受熱体３の順に積層し、治具にセットして接合する。この際の各ロー材シート１１９の溶融時に、下方のロー材シート１１９が毛細管現象によって、図７に矢印で示すように各スリット１１８へ流れ込み、更に薄板状受熱体１０４と下受熱体１との間に入り込んで双方を接合する。この際、同時に薄板状受熱体１０４と中受熱体２−１とも接合される。
【００２８】
つまり、このように薄板状受熱体１０４にスリット１１８を形成することによって、２枚のロー材シート１１９で４層の接合が可能となるので、従来の３層と同様２枚のロー材シート１１９で済む。なお、スリット１１８の代わりに貫通穴を形成しても良い。
以上説明したように本実施の形態の放熱器４−１によれば、ＬＤアレイ１７で発生した熱を上受熱体３−１から中受熱体２−１に熱伝導させることが容易となり、且つ中受熱体２−１の連通穴１０１及び連通流路１０２により放熱面積を増大させ、それらの連通穴１０１及び連通流路１０２に冷却水を流すことにより熱交換量を増大させることができる。
【００２９】
また、中受熱体２−１の内部を冷却水が上下に蛇行するようにしたので、冷却水の流れが上向きに流れた時、ＬＤアレイ１７の直下面に対して冷却水が垂直に当たり、また上下の蛇行によって乱流が生じるので、熱交換性能を著しく向上させることが可能となる。
また、中受熱体２−１の連通穴１０１及び連通流路１０２を流れる時の流体抵抗が若干上昇するが、給水口５側と排水口１６側の流路面積を大きくして流体抵抗を低減させているので、トータルの圧力損失がさほど大きくなることは無い。更に、堰４０や凹状流路１０８は、エッチングや塑性加工などで容易に形成することができるので、製造コストは殆ど変わらない。
【００３０】
また、従来技術に比べ３層から４層へと１層分増加することになるが、薄板状受熱体１０４にスリット１１８を設けることによって、従来技術の３層接合時と同数のロー材シート１１９で済むのでコストアップを抑えることができる。また、薄板状受熱体１０４もプレス等で容易に成形可能なので、大きなコストアップとはならない。
従って、これらのことから本放熱器４−１は、製作コストを極力上げないで熱交換効率の向上を図るように製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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上受熱体の構造を示し、（ａ）は上受熱体の断面図、（ｂ）は上受熱体の下面図である。
【図３】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Ｄ１−Ｄ２線で切断した際の断面図、（ｃ）は中受熱体の下面図である。
【図４】上記実施の形態に係る放熱器の薄板状受熱体を構造を示し、（ａ）は薄板状受熱体の平面図、（ｂ）は薄板状受熱体を（ａ）のＥ１−Ｅ２線で切断した際の断面図である。
【図５】上記実施の形態に係る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Ｆ１−Ｆ２線で切断した際の断面図である。
【図６】図４の薄板状受熱体にスリットを設けた構造を示し、（ａ）は薄板状受熱体の平面図、（ｂ）は薄板状受熱体を（ａ）のＧ１−Ｇ２線で切断した際の断面図である。
【図７】実施の形態に係る放熱器の下受熱体、図６に示すスリットが設けられた薄板状受熱体、中受熱体及び上受熱体を接合するためのロー材シートの配置状態を示す図である。
【図８】従来の放熱器の全体の縦断面図である。
【図９】従来の放熱器の構造を示し、（ａ）は図８に示すＡ１−Ａ２から見た上受熱体の下面図、（ｂ）は図８に示すＢ１−Ｂ２から見た平面図、（ｃ）は図８に示すＣ１−Ｃ２から見た平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１−１  下受熱体
２，２−１  中受熱体
３，３−１  上受熱体
４，４−１  放熱器
５  給水口
６  円形連通穴
８  上面水路
１０，１３  放熱フィン
１１，１０１  円形連通穴
１１ａ，１００ａ，１００ｂ  隔壁
１４  下面水路
１５  流路絞り部
１６  排水口
１７  ＬＤアレイ
３０  上座グリ部
３１  貫通口
４０  堰
１０４  薄板状受熱体
１０５  連通穴
１０６，１１５  座グリ部
１０８  凹状流路
１１３  貫通口
１１４  連通穴
１０７  下面水路
１０９  上面水路
１１０  流路絞り部
１１１  ランド
１１２  排水口
１１３，１１４  連通穴
１１７  下受熱体の周縁部
１１８  スリット
１１９  ロー材シート
【図１】
2005203560.tif 000003
【図２】
2005203560.tif 000004
【図３】
2005203560.tif 000005
【図４】
2005203560.tif 000006
【図５】
2005203560.tif 000007
【図６】
2005203560.tif 000008
【図７】
2005203560.tif 000009
【図８】
2005203560.tif 000010
【図９】
2005203560.tif 000011