(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に熱的に接続されている受熱部、及び、該受熱部から前記発熱体の側方に延びる放熱部を有する第一のプレート型ヒートパイプと、
該第一のプレート型ヒートパイプの放熱部に熱的に接続された第二のプレート型ヒートパイプと、を具備し、
前記第一のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、長手方向にＬ字型に折り曲げられていて、前記受熱部としての水平面、及び、該水平面に連続して直角に延びる、前記放熱部としての直立面を有し、
前記第二のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、平面部、及び、該平面部から立ち上がってコルゲート状に折り曲げられながら前記平面部上に折り返されたフィン状のコルゲート部を有し、
前記第一のプレート型ヒートパイプの前記直立面に、前記第二のプレート型ヒートパイプの前記平面部が高熱伝導性接着剤又はロウ付けにより接合されているとともに、
前記第一のプレート型ヒートパイプ直立面内の蛇行細孔が延びる方向と、第二のプレート型ヒートパイプ平面部内の蛇行細孔の延びる方向が交差しており、両ヒートパイプの接合部において前記発熱体からの熱を２方向に輸送しつつ、該熱を前記コルゲート部に送って放熱することを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
箱状の外形を有するレーザー発振器を冷却するための放熱装置であって、
該レーザー発振器の一面に熱的に接続された受熱部、及び、該受熱部から前記レーザー発振器の側方に延びる放熱部を有する第一のプレート型ヒートパイプと、
該第一のプレート型ヒートパイプの放熱部に熱的に接続された第二のプレート型ヒートパイプと、を具備し、
前記第一のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、長手方向にＬ字型に折り曲げられていて、前記受熱部としての水平面、及び、該水平面に連続して直角に延びる、前記放熱部としての直立面を有し、
前記第二のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、平面部、及び、該平面部から立ち上がってコルゲート状に折り曲げられながら前記平面部上に折り返されたフィン状のコルゲート部を有し、
前記第一のプレート型ヒートパイプの前記直立面に、前記第二のプレート型ヒートパイプの前記平面部が高熱伝導性接着剤又はロウ付けにより接合されているとともに、
前記第一のプレート型ヒートパイプ直立面内の蛇行細孔が延びる方向と、第二のプレート型ヒートパイプ平面部内の蛇行細孔の延びる方向が交差しており、両ヒートパイプの接合部において前記発熱体からの熱を２方向に輸送しつつ、該熱を前記コルゲート部に送って放熱することを特徴とする放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子やレーザー発振器等の発熱体から生じる熱を放熱する放熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器に搭載される半導体素子や電子装置の放熱装置には、発熱体の熱を輸送するヒートパイプを備えるものがある。ヒートパイプとは、パイプ内の密閉空間を真空に引いた後に、水やブタン、アルコール等の作動流体を封入したものである。発熱体の熱はヒートパイプの受熱部に伝えられ、ヒートパイプ内の作動流体を蒸発させる。この蒸気はヒートパイプ内を、受熱部から離れた部分へ移動して、そこで放熱する。放熱に伴い蒸気は液体に戻る。この密閉空間内の作動流体の相変化や移動により、発熱体の熱が拡散する。ヒートパイプの放熱部には、フィン列等が設けられており、熱を有効に拡散させている。
【０００３】
特に、発熱体がレーザー発振器の場合は、被冷却物の発熱量が大きいため、十分な冷却能力を有する放熱装置が必要になる。
【０００４】
図４は、従来のレーザー発振器用放熱装置を示す斜視図である。この例の放熱装置３１は、レーザー発振器３３が取り付けられるベース板３５と、防振台３７から構成されている。ベース板３５は、厚さが約６０ｍｍのアルミブロックで作製される。レーザー発振器３３からの発熱量は、熱容量の大きいアルミブロックに伝えられて、同アルミブロックから放熱する。なお、放熱装置の冷却能力を高めるために、放熱部を強制風冷するファンを設けるのが一般的であるが、レーザー発振器を冷却する場合にこのようなファンを設けると、ファンの振動により発信されるレーザーの方向が乱れるおそれがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の例の放熱装置は、厚さ６０ｍｍのアルミブロックを使用するため、装置全体が大型化し、重量が重くなる。したがって、レーザー発振器が搭載される装置そのものが大型化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、小型・軽量で、高い冷却能力を有する放熱装置を提供する目的とする。  
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の放熱装置は、  発熱体に熱的に接続されている受熱部、及び、該受熱部から前記発熱体の側方に延びる放熱部を有する第一のプレート型ヒートパイプと、  該第一のプレート型ヒートパイプの放熱部に熱的に接続された第二のプレート型ヒートパイプと、を具備し、  前記第一のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、長手方向にＬ字型に折り曲げられていて、前記受熱部としての水平面、及び、該水平面に連続して直角に延びる、前記放熱部としての直立面を有し、  前記第二のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、平面部、及び、該平面部から立ち上がってコルゲート状に折り曲げられながら前記平面部上に折り返されたフィン状のコルゲート部を有し、  前記第一のプレート型ヒートパイプの前記直立面に、前記第二のプレート型ヒートパイプの前記平面部が高熱伝導性接着剤又はロウ付けにより接合されているとともに、  前記第一のプレート型ヒートパイプ直立面内の蛇行細孔が延びる方向と、第二のプレート型ヒートパイプ平面部内の蛇行細孔の延びる方向が交差しており、両ヒートパイプの接合部において前記発熱体からの熱を２方向に輸送しつつ、該熱を前記コルゲート部に送って放熱することを特徴とする。
発熱体からの熱量を２方向に輸送するため、放熱量が増えて効率的に発熱体を冷却できる。
【０００８】
本発明においては、 前記第二のプレート型ヒートパイプの放熱部そのものがフィン状に形成されているので、放熱面積を広くとることができ、さらに放熱効率が向上する。
【０００９】
本発明においては、 前記第二のプレート型ヒートパイプの放熱部が重力方向に延びる面を有し、該面に重力方向に延びる放熱フィンが取り付けられていることが好ましい。放熱フィンが重力方向に沿っているので、自然対流によりフィン表面に空気流が生じ空冷の効果が上がる。この場合、ファンを使用する必要がなく、レーザー発振器等の振動を嫌う発熱体の冷却に適している。
【００１０】
本発明の具体的な態様の放熱装置は、  箱状の外形を有するレーザー発振器を冷却するための放熱装置であって、  該レーザー発振器の一面に熱的に接続された受熱部、及び、該受熱部から前記レーザー発振器の側方に延びる放熱部を有する第一のプレート型ヒートパイプと、  該第一のプレート型ヒートパイプの放熱部に熱的に接続された第二のプレート型ヒートパイプと、を具備し、  前記第一のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、長手方向にＬ字型に折り曲げられていて、前記受熱部としての水平面、及び、該水平面に連続して直角に延びる、前記放熱部としての直立面を有し、  前記第二のプレート型ヒートパイプは、蛇行細孔ヒートパイプであって、平面部、及び、該平面部から立ち上がってコルゲート状に折り曲げられながら前記平面部上に折り返されたフィン状のコルゲート部を有し、  前記第一のプレート型ヒートパイプの前記直立面に、前記第二のプレート型ヒートパイプの前記平面部が高熱伝導性接着剤又はロウ付けにより接合されているとともに、  前記第一のプレート型ヒートパイプ直立面内の蛇行細孔が延びる方向と、第二のプレート型ヒートパイプ平面部内の蛇行細孔の延びる方向が交差しており、両ヒートパイプの接合部において前記発熱体からの熱を２方向に輸送しつつ、該熱を前記コルゲート部に送って放熱することを特徴とする。
レーザー発振器のような発熱量が大きく、さらに、振動を嫌う発熱体を十分に冷却することができる。
【００１１】
本発明に関連する他の放熱装置は、 発熱体に熱的に接続されている受熱部、及び、該受熱部から前記発熱体の側方に延びる放熱部を有するプレート型ヒートパイプを有する放熱装置であって、 前記放熱部において、前記プレート型ヒートパイプがコルゲート状に折り曲げられていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る放熱装置を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。図２は、図１の放熱装置をレーザー発振器の冷却に使用した状態を示す斜視図である。放熱装置１は、発熱体が取り付けられるベース板３と、同ベース板３に熱的に接続した５枚の第一プレート型ヒートパイプ５と、同第一プレート型ヒートパイプ５に熱的に接続した第二プレート型ヒートパイプ７とから構成される。
【００１３】
ベース板３は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で作製される。ベース板３の大きさは、この例においては、縦１８０ｍｍ、横３７０ｍｍ、厚さ１１．５ｍｍである。このベース板３の上面は発熱体が取り付けられる受熱面となる。ベース板３の下面には、この例では３個の浅いくぼみ９ａ、９ｂ、９ｃが形成されている。ベース板３の中央に形成されたくぼみ９ｂの幅は６０ｍｍ、同中央くぼみ９ｂの左右に形成されたくぼみ９ａ、９ｃの幅はそれぞれ１２２ｍｍ、各くぼみ９の深さは約３ｍｍである。これらのくぼみ９には、後述する第一プレート型ヒートパイプ５がはめ込まれる。ベース板３をなくして、第一プレート型ヒートパイプ５に直接発熱体を取り付けることもありうるが、発熱体の取り付け面の平坦性を求められる場合や、発熱体のネジ止めの設計自由度が求められる場合などはベース板を用いる。
【００１４】
この例では、プレート型ヒートパイプとして、蛇行細孔が比較的薄い平板の中に作り込まれたプレート型蛇行細孔ヒートパイプ等が使用される。蛇行細孔ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプのことである（特開平４−１９００９０号、特許第２７１４８８３号、特公平２−３５２３９号参照）。
（１）受熱部と放熱部が交互に配置されており、両部の間を細孔が蛇行している。
（２）細孔内には２相凝縮性流体が封入されている。
（３）細孔の内壁は、上記作動流体が循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ。
【００１５】
各第一プレート型ヒートパイプ５は長手方向にＬ字型に折り曲げられており、水平面５ａと、この水平面５ａに連続して直角に延びる直立面５ｂを有する。このとき第一プレート型ヒートパイプ５内の細孔は、同プレート型ヒートパイプ５の長手方向（図１（Ａ）の上下及び左右方向）に沿って延びる。この第一プレート型ヒートパイプ５の水平面５ａは、ベース板３下面のくぼみ９にはめ込まれて、高熱伝導性接着剤あるいはロウ付けなどの熱伝導性の高い方法によって固定される。したがって、Ｌ字型に折り曲げられた第一プレート型ヒートパイプは、水平面５ａがベース板３に平行な方向に延び、この面に連続する直立面５ｂが、ベース板３に直角な方向に立ち上がって延びている。この場合、本発明にいう「発熱体の側方（Ｘ方向）」とは、前記ベース板３に平行な方向及びベース板３に直角な方向の双方をいう。このとき、第一プレート型ヒートパイプ５内の細孔の方向もＬ字型の辺に沿って延びている。
【００１６】
この例では長さ３１３ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ１．９ｍｍの標準サイズのプレート型ヒートパイプを５枚使用した。したがって、ベース板３の下面の中央のくぼみ９ｂに１枚のプレート型ヒートパイプ５−３、左のくぼみ９ａに２枚のプレート型ヒートパイプ５−１及び５−２、右のくぼみ９ｃに２枚のプレート型ヒートパイプ５−４及び５−５が配置される。このように、標準サイズのプレート型ヒートパイプを複数枚使用することにより、被冷却物が大きい場合でも、サイズの大きいプレート型ヒートパイプを新たに作製することなく、被冷却物の大きさに合わせた放熱装置を作製することができる。
【００１７】
第二プレート型ヒートパイプ７も、第一プレート型ヒートパイプ５と同様に蛇行細孔型プレート型ヒートパイプが使用される。第二プレート型ヒートパイプ７は、平面部７ａと、この平面部７ａから直角に立ち上がって、コルゲート状に折り曲げられながら平面部７ａ上に折り返されるコルゲート部７ｂとを有する。このとき、第二プレート型ヒートパイプ７内の蛇行細孔は、同プレート型ヒートパイプの長手方向に延びる。第二プレート型ヒートパイプ７の平面部７ａの長手方向（図１（Ｂ）の左右方向）をＹ方向という。この例では、第二プレート型ヒートパイプ７の幅は６０ｍｍで、平面部の長さは約３９６ｍｍ、コルゲート部の高さは６０ｍｍである。
【００１８】
第二プレート型ヒートパイプ７の平面部７ａは、５枚の第一プレート型ヒートパイプ５の直立面５ｂの外側に、各第一プレート型ヒートパイプ５をつなぐように、高熱伝導性接着剤やロウ付けなどの熱伝導性の高い方法で取り付けられる。したがって、第二プレート型ヒートパイプ７のコルゲート部７ｂは、第一プレート型ヒートパイプ５の直立面５ｂの外側に突き出るように配列される。
【００１９】
第一プレート型ヒートパイプ５の直立面５ｂと、第二プレート型ヒートパイプ７の平面部７ａの接合部において、第一プレート型ヒートパイプ５内の細孔の方向と、第二プレート型ヒートパイプ７の細孔の方向は交差している。すなわち、この放熱装置１を平面的に見た場合、接合部では、第一プレート型ヒートパイプ内５の細孔は図のＸ方向に延びており、第二プレート型ヒートパイプ７内の細孔はＸ方向に直角なＹ方向に延びている。したがって、発熱体からの熱量を２方向に輸送するため、放熱量が増えて、効率的に発熱体を冷却できる。
【００２０】
図２を参照して、図１の放熱装置を用いてレーザー発振器を冷却する場合の作用について説明する。レーザー発振器１１は、放熱装置１のベース板３の上面に載置されて固定される。このとき、ベース板３の上面は、レーザー発振器１１の底面と密着に接するようにフラットである。レーザー発振器１１が載置されたベース板３は、防振台１３上に載置される。
【００２１】
レーザー発振器１１から発せられる熱量は、まずベース板３に伝えられる。そして、ベース板３から、同ベース板３に固定されている第一プレート型ヒートパイプ５の水平面５ａに伝えられる。この水平面５ａで第一プレート型ヒートパイプ５内の細孔は、ベース板３の側方（Ｘ方向）に延びているので、熱量はベース板３の側方（Ｘ方向）に移動する。そして、水平面５ａから連続する直立面５ｂに移動する。
【００２２】
熱量は、第一プレート型ヒートパイプ５の直立面５ｂから、同直立面５ｂに接続している第二プレート型ヒートパイプ７の平面部７ａに移動する。この接合部は、２枚のプレート型ヒートパイプ内の蛇行細孔の方向が交差している。そして、第二プレート型ヒートパイプ７の長手方向（Ｙ方向）に移動して、コルゲート部７ｂから放熱する。また、平面部７ａは重力方向に沿っているので、自然対流により同部の表面に空気流が生じ空冷の効果が上がる。さらに、コルゲート部７ｂは表面積が大きくフィンの作用を有するため、効率よく放熱することができる。また、さらに放熱能力を高めたい場合は、第二プレート型ヒートパイプ７をＹ方向に延ばして放熱部の表面積を大きくすることもできる。
【００２３】
このように、発熱体の熱量を、同発熱体が取り付けられているベース板の側方に移動させて、その後、この方向に交差する方向に移動させることにより、ファンを使用しなくとも熱量を効率的に拡散させることができる。また、アルミブロックやアルミの押し出し成形で作製されたフィンを使用する場合に比べて、放熱装置を小型化及び軽量化できる。
【００２４】
図３は、本発明に関連する他の放熱装置を示す斜視図である。この例の放熱装置２１は、発熱体３１が取り付けられるベース板２３と、このベース板２３に熱的に接続されるプレート型ヒートパイプ２５から構成される。レーザー発振器などの発熱体３１は、ベース板２３に、熱伝導性の高い方法で取り付けられる。
【００２５】
プレート型ヒートパイプ２５は、図１のプレート型ヒートパイプと同様にプレート型蛇行細孔ヒートパイプが使用される。この例では、プレート型ヒートパイプ２５は、ベース板２３の側方に延びる平面部２５ａと、この平面部２５ａから直立に立ち上がって、コルゲート状に折り曲げられながら平面部２５ａ上に折り返されるコルゲート部２５ｂを有する。蛇行細孔の方向は、プレート型ヒートパイプ２５の長手方向に延びている。
【００２６】
発熱体３１からベース板２３に伝えられた熱は、プレート型ヒートパイプ２５の平面部２５ａに沿ってベース板２３の側方に移動し、平面部２５ａからコルゲート部２５ｂに移動して放熱される。この例は、特に、半導体レーザー等を機器内部に設置する際に、軽量でかつ効率的に機器外部に熱を輸送できるという利点ある。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、発熱体の側方（Ｘ方向）に延びる放熱部を有する第一のプレート型ヒートパイプと、第一のプレート型ヒートパイプに熱的に接続されてＸ方向と交差する方向（Ｙ方向）に熱輸送する第二のプレート型ヒートパイプと、を具備することにより、放熱装置の放熱効率が向上する。このため、ファンを設けなくとも十分に冷却することができ、振動を嫌うレーザー発振器等の装置の冷却に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放熱装置を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】図１の放熱装置をレーザー発振器の冷却に使用した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に関連する他の放熱装置を示す斜視図である。
【図４】従来のレーザー発振器用放熱装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 放熱装置                                   ３ ベース板
５ 第一プレート型ヒートパイプ                 ７ 第二プレート型ヒートパイプ
９ くぼみ                                     １１ レーザー発振器
１３ 防振台                                   ２１ 放熱装置
２３ ベース板                                 ３１ 発熱体
【図１】
0004880822.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004880822.tif 000004
【図４】
0004880822.tif 000005