CN105932539A - 具备具有散热翅片的导热部件的空冷式激光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空冷式激光装置，其具备将与配置于大致密闭构造的盘内的激光二极管模块热连接的受热部件保持为充分低温所需要的尺寸的散热翅片，另一方面，小型而且低成本。在第一翅片组的翅片间通过的空气的流动方向与在第二翅片组的翅片间通过的空气的流动方向彼此大致相反，并且第一翅片组与第二翅片组彼此相邻配置，因此第一翅片组的流出部和第二翅片组的流入部也彼此相邻，结果从第一翅片组的翅片间流出的空气的大半与箱体的内壁接触而转换方向并流入到第二翅片组的翅片间。

Description

具备具有散热翅片的导热部件的空冷式激光装置

技术领域

本发明涉及作为发光源或激发光源而具有激光二极管，并具备对由该激光二极管产生的热进行散热的构造的空冷式激光装置。

背景技术

在以激光二极管(半导体激光)为发光源或激发光源的激光装置中，具有空冷式和水冷式，该空冷式对由具有该激光二极管的激光二极管模块产生的热用空气进行散热，该水冷式与循环式冷却水供给装置(冷机)等连接来使用。

就空冷式激光装置而言，在装置的可搬运性高、占有面积小、受设置场所制约少、并且设置成本低等方面，比水冷式优越，但将激光二极管模块的温度降低到与水冷式激光装置相同程度存在困难。尤其是，高输出的激光装置需要具备发热量大的多个激光二极管模块，为了抑制装置的大型化，效率良好的散热构造是不可缺少的。

作为与之相关的技术，在日本特开2008－021899号公报中记载了如下的激光振荡装置，该激光振荡装置具备：对从半导体激光阵列产生的热进行散热的半导体激光散热部件；对从光纤激光器用光纤产生的热进行散热的光纤激光器散热部件；对冷却风进行输送的冷却风扇；以及对从冷却风扇输送的冷却风进行引导的导向部件。

在日本特开2012－059952号公报中记载了如下的电子设备冷却构造，该电子设备冷却构造具备：散热器，该散热器具有弯曲成L字状的热管、安装于该热管的大致水平部的多个散热翅片、以及安装有多个热管的大致垂直部的受热板；安装于受热板的多个电子设备；以及收纳多个电子设备的收纳容器。

在日本特开2009－239166号公报中记载了如下的薄型散热器，该薄型散热器具备：空洞部，其具有收纳离心风扇；多个薄板状体，其以预定间隙层叠且具备空气引导部；至少一个散热翅片部，其与薄板状体的端部连接且导入到薄板状体的上述空气引导部的空气通过其中；以及至少一个热管，其配置成一方端部热连接于与发热部件热连接的薄板状体的部分，另一方端部与散热翅片部热连接，且至少一部分在与薄板状体之间具备空间部。

并且，在国际公开第2014/092057号中公开了如下的冷却装置，该冷却装置具备：与构成发热体的电子部件热连接的受热块；竖立设置于该受热块的表面且从该受热块受热并进行热输送的热管；以及设置在该热管的多个散热翅片，该散热翅片被记载为，包括设置在热管的直线部的第一翅片组、和设置在弯曲部的第二翅片组。

在将吸入激光装置的外部的空气并吸收激光二极管的热而温度上升后的空气向激光装置的外部排出的所谓开放型空冷式激光装置中，若激光装置的外部的温度(环境温度)上升，则伴随该外部的温度的上升，吸入的空气的温度也上升，因此存在难以实现激光二极管有效的散热之类的问题。因此考虑了如下技术，即，为了确保激光二极管模块的高可靠性、长寿命，即使在环境温度较高的条件下也使用盘用冷却器(盤用クーラー)来对大致密闭构造的盘(激光装置)内的空气进行冷却，利用冷却后的空气，对经由导热部件与受到激光二极管的热的受热部件热连接的散热翅片组进行冷却。

但是，在光输出较大的激光装置、即激光二极管的发热量较大的激光装置中，为了使受热部件的温度充分下降需要设置较大的翅片组、尤其是流入部分的面积较大的翅片组，因此存在导致盘(激光装置)大型化之类的问题。

上述的专利文献均未提供针对上述课题的充分的解决对策。例如，在日本特开2008－021899号公报的图5中虽然记载了开放型的空冷式激光振荡装置，但在将该装置受到于大致密闭构造的盘内的情况下，需要使从排气口排出的空气再次回流到吸气口，或者需要为此所设的流路等，为了得到更高的散热特性还需要使大量的空气以高速循环。因此，产生增大该流路的剖面面积的必要，结果存在导致装置大型化之类的问题。若装置大型化，则其设置面积、装置重量增大，并且伴随装置的表面积的增大，尤其是在高温环境下来自外部的流入热量增加，因此需要冷却能力更高的盘用冷却器，导致装置成本、运转费用的上升。

发明内容

因此，本发明的目的是鉴于上述课题，提供一种空冷式激光装置，具备将与配置于大致密闭构造的盘内的激光二极管模块热连接的受热部件保持为充分低温所需要的尺寸的散热翅片，另一方面，小型而且低成本。

为了实现上述目的，本申请发明提供一种空冷式激光装置，将激光二极管模块配置于大致密闭构造的箱体内，具有：多个散热翅片，其配置于上述箱体内，且安装于导热部件，该导热部件经由受热部件而与上述激光二极管模块热连接；以及风扇，其用于使空气在上述多个散热翅片间流动，上述多个散热翅片包含第一翅片组及第二翅片组，上述风扇构成为，在上述第一翅片组的散热翅片间流动的空气的流动方向与在上述第二翅片组的散热翅片间流动的空气的流动方向为彼此大致相反的方向，从上述第一翅片组的散热翅片间流出的空气中至少50％在上述第二翅片组的散热翅片间流动。

在优选的实施方式中，上述导热部件为热管。

在优选的实施方式中，空冷式激光装置具备冷却装置，该冷却装置用于对吸收了上述激光二极管模块的热的空气进行冷却。例如，上述冷却装置是与上述箱体相邻配置的盘用冷却器。另外，也可以在上述箱体设置有将来自上述盘用冷却器的冷风导向上述风扇的方向的导风板。

在优选的实施方式中，在上述第一翅片组的散热翅片间流动的空气流与在上述第二翅片组的散热翅片间流动的空气流之间设置有分隔板。

本发明的上述或其他目的、特征以及优点通过参照附图对以下的优选实施方式进行说明将更加清楚。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的空冷式激光装置的概略构造的剖视图。

图2是从设有散热翅片的一侧观察图1的空冷式激光装置的内部的示意图。

图3是从与图2相反的方向观察图1的空冷式激光装置的内部的示意图。

图4是表示本发明的第二实施方式的空冷式激光装置的概略构造的剖视图。

图5是表示本发明的第三实施方式的空冷式激光装置的概略构造的剖视图。

具体实施方式

图1～图3是表示本发明的第一实施方式的空冷式激光装置1的概略构造的图，图1是空冷式激光装置1的剖视图。空冷式激光装置1具备：包含至少一个激光二极管芯片或激光二极管阵列的至少一个(通常为多个)激光二极管模块7；大致水平地配置并且供激光二极管模块7热连接的受热部件6；在受热部件6的内部或表面沿其面方向(与厚度方向大致正交的方向)延伸、而且在受热部件6的外部以大致直角弯曲并向大致铅垂方向的上方延伸的至少一个L字状的导热部件4；以沿大致水平方向延伸的方式安装于导热部件4的大致铅垂方向部分的第一散热翅片组2及第二散热翅片组3；以及用于使空气(冷却风)分别在翅片组2及翅片组3之间流动的轴流风扇5a及5b，这些构成要件配置在大致密闭构造的箱体16内。另外，本实施方式中，流入到翅片组2的空气或通过翅片组3的空气也能够对配置于受热板6的上方的激光二极管模块2以外的发热部件12进行冷却。

在图1中，受热部件6作为保持为大致水平的板状的部件(受热板)而记载。在第一实施方式中，虽然将激光二极管模块7搭载于受热板6的上表面，但也可将激光二极管模块7搭载于受热板6的下表面或两面。或者，在激光装置1为以激光二极管为激发光源的光纤激光装置的情况下，也可以将光纤激光器等进一步安装于受热板6。

随着从配置于受热板6的上表面的激光二极管模块7输出激光而产生的热暂且传到受热板6，经由导热部件4从散热翅片组2或3的各散热翅片通过轴流风扇5a、5b向在各散热翅片间流动的空气散热，其中，该导热部件4经由受热板6而与激光二极管模块7热连接，由此，可抑制受热板6(激光二极管模块7)的温度上升。

此外，导热部件4优选由铜等导热率高的材料形成，但并不限定于特定的材料。另外，作为导热部件4，希望使用实质上具有银的约1000倍的导热率的热管。通过使用热管，能够大幅度地降低激光二极管模块与翅片的温度差。尤其是，热管内的工作液凝结的散热部(低温部)大致铅垂地延伸，因此凝结的工作液顺畅地回流到下方的高温部，能够降低热管的热阻力，较大地确保最大热输送量。

搭载激光二极管7的受热部件6能够容纳于大致密闭构造的外壳13内。通过拆下外壳13的上表面的盖或者拆下外壳13的底面，从而在受热板6、导热部件4以及散热翅片组2、3组装完毕的状态下，也能够接近受热板6的至少一方的面，从而能够进行部件的安装、保养。另外，通过将受热板6收纳于外壳13，从而能够防止包含受热板6、搭载于受热板6上的激光二极管模块7的部件的温度因来自通过散热翅片而温度上升了的空气的热而上升。

为了降低激光模块7与受热部件6之间的热阻力，也可以在两者的界面配置胶状的导热材料。导热部件4以与受热部件6的热阻力小的状态，与设置在受热部件6的内部的孔或者设置在受热部件6的表面的槽等热连接。为了尽可能地减小受热部件6内的温度差，导热部件4优选从插入到受热部件6的一侧至受热部件6的大致相反侧在受热部件6内大致沿水平方向延伸。

图1中，空白箭头表示箱体16内的空气的流动方向。在箱体16内，为了使空气在翅片组2及3的翅片间流动，需要设置用于向翅片间推入空气或者从翅片间吸出空气的风扇，但在本实施方式中，对设置于箱体16内的大致上半部分的第一翅片组2设置有向其翅片间推入空气的轴流风扇5a，如图1中空白箭头所示，空气在翅片间从左向右流动。另一方面，对设置于箱体16内的大致下半部分的第二翅片组3设置有从其翅片间吸出空气的轴流风扇5b，如图1空白箭头所示，空气在翅片间从右向左流动。

也就是，在第一翅片组2的翅片间通过的空气的流动方向和在第二翅片组3的翅片间通过的空气的流动方向彼此大致相反，并且第一翅片组2和第二翅片组3彼此相邻配置，因此第一翅片组2的流出部和第二翅片组3的流入部也彼此相邻，结果，从第一翅片组2的翅片间流出的空气的大半与箱体16装置的内壁接触而转换方向并流入第二翅片组3的翅片间。因此，在本发明中，不需要另外设置用于以一定值以上的风量使冷却风回流的流路。在此，“大半”是指至少50％(50％以上)，优选是指60％以上、70％以上、80％以上或90％以上。

在大致密闭构造的空冷式激光装置中，在如以往那样在全部翅片间以相同方向流动空气的情况下，需要另外设置用于使空气回流的流路，因此，激光装置大型化、或者(尤其是在高温环境下)来自外部的流入热量增加。但是，在本实施方式中，由于不需要另外设置用于使空气在空冷式激光装置1内回流的流路，因此能够设置占据箱体16内的几乎全部区域的大型的翅片，与箱体16的大小相比，能够提高冷却效率，结果，能够将激光装置小型化，并且抑制受热部件6的温度上升，确保激光二极管模块7的高可靠性和长寿命。

图2是从设置有散热翅片组2、3的一侧(即图1的箭头II的方向)观察空冷式激光装置1的图，箱体16的侧板省略了图示。配置在箱体16内的十个轴流风扇中的上段的五个风扇5a是向第一翅片组2的翅片间推入空气的风扇，下段的五个风扇5b是从第二翅片组3的翅片间吸取空气的风扇。另外，为了尽可能减少翅片与受热部件6之间的热阻力、减少各翅片间的温度差而提高整个翅片的效率，使用在大致水平方向上排列的六个导热部件(热管)。

图3是从与图2相反的方向(即图1的箭头III的方向)观察空冷式激光装置1的图，箱体16的侧板省略了图示。如图3所示，在由外壳13、导热部件4、翅片组2、3、风扇5a、5b构成的散热构造所占据的区域以外，能够配置电源单元等其他部件12，而此时，若将部件12配置为关于其空气的流动方向的投影面积尽可能变小，则空气的流动阻力会变小，因此几乎不妨碍箱体16内的空气的流动(回流)。

一般地，在大致密闭构造的空冷式激光装置中，由于热滞留于装置内，因此，需要使吸收了发热部件等的热的激光装置内的空气的温度下降的冷却装置，例如，考虑设置用于在装置内部的空气与外部的空气之间进行换热的换热器。但是，若环境温度上升，则激光装置内的空气的温度也上升，因此，作为冷却装置，希望设置图1～图3所示那样的用于将激光二极管模块7的热向装置(盘)1的外部散发的盘用冷却器8。通过使用盘用冷却器8，即使在高温环境下，也能够有效地抑制激光二极管模块7的温度上升。此外，在图1～图3中，对于盘用冷却器8的内部构造，除了冷风吹出用风扇11以外，省略了图示。

如图1所示，在将盘用冷却器8与箱体16相邻配置而使用的情况下，在箱体16形成有：用于将箱体16内的空气的一部分取入到盘用冷却器8内的吸气口10；以及用于将由盘用冷却器8冷却且由吹出用风扇11送出的空气(冷风)导入到箱体16内的吹出口9。在使用了盘用冷却器8的情况下，认为即使在全部的翅片间以相同方向使空气流动，经由盘用冷却器8后的回流环也成立，但经由盘用冷却器8的空气的流量相比为了得到充分的散热特性而在散热翅片间流动的空气的流量，相当小。因此，即使使用盘用冷却器8，如果不像本发明那样在多个翅片组间改变空气的流动方向，也无法得到充分的回流流量。

另外，如图1所示，发热部件12和风扇5a或5b优选配置在冷风吹出口9的附近，以使来自盘用冷却器8的冷气的大半在翅片间流动。这样，来自盘用冷却器8的冷气的大半在(在图示例中为第一翅片组2的)散热翅片间流动，能够有效地抑制激光二极管模块7的温度上升，实现激光二极管模块7的长寿命化、高可靠性。

图4是表示本发明的第二实施方式的空冷式激光装置1′的概略构造的剖视图。此外，在第二实施方式中，对于与第一实施方式实质上等同的构成要件标注相同的参照符号，并省略详细的说明。

在第二实施方式中，在箱体16的吹出口9附近设有将来自盘用冷却器8的冷气导向轴流风扇5a的方向的导风板14。通过使用导风板14，来自盘用冷却器8的冷风更加容易在翅片间流动，因此来自翅片的散热量进一步增加，从而能够更加有效地抑制激光二极管模块7的温度上升。

图5是表示本发明的第三实施方式的空冷式激光装置1″的概略构造的剖视图。此外，在第三实施方式中，对于与第二实施方式实质上等同的构成要件标注相同的参照符号，并省略详细的说明。

在第三实施方式中，在流动于第一翅片组2的翅片间的空气流、与流动于第二翅片组3的翅片间的空气流之间配置有分隔板。更为具体而言，在轴流风扇5a与5b之间配置有向风扇5a的吸入侧(风扇5b的排出侧)延伸的分隔板15a，在第一翅片组2与第二翅片组3之间配置有向第一翅片组2的排气侧(第二翅片组3的吸气侧)延伸的分隔板15b。

利用分隔板15a，可抑制在第二翅片组3的翅片间流动而温度上升了的空气直接流入到第一翅片组2的翅片间。换言之，从第二翅片组3的翅片间流出的(比较高温的)空气被摄入到盘用冷却器8内而被冷却、或者与来自盘用冷却器8的冷风混合而温度某种程度下降后，流入到第一翅片组2的翅片间，因此能够提高散热翅片的冷却效率。

另一方面，若没有分隔板15b，则流动方向不同的空气(具体而言，从第一翅片组2的最下部流出的空气、和流入第二翅片组3的最上部的空气)接触，从而在其界面产生旋涡而流动紊乱，其结果，存在压力损失增加而回流流量减少的情况，但通过设置分隔板15b，可排除或降低这样的不良状况。此外，分隔板15a及15b也可以仅设置在任一方。

在上述的第一～第三实施方式中，导热部件4均具有大致L字形状，但也可以将该导热部件形成为棒状(大致直线状)，并将该棒状部件沿大致铅垂方向插入到受热部件6。该情况下，为了尽可能减小受热部件6内的温度差，也可以配设别的导热部件，该别的导热部件从插入棒状的导热部件的受热部件的部分的附近，朝向该受热部件的周缘沿大致水平方向延伸。

根据本发明，在大致密闭构造的箱体内，为了使热从激光二极管模块散发，而能够使在第一翅片组的散热翅片间通过后的空气继续在第二翅片组的散热翅片间通过而在箱体内回流，因此不需要为了回流而另外确保流路，可实现装置的小型化以及低成本化。

Claims (6)

1.一种空冷式激光装置，将激光二极管模块配置于大致密闭构造的箱体内，其特征在于，具有：

多个散热翅片，其配置于上述箱体内，且安装于导热部件，该导热部件经由受热部件而与上述激光二极管模块热连接，以及

风扇，其用于使空气在上述多个散热翅片间流动，

上述多个散热翅片包含第一翅片组及第二翅片组，上述风扇构成为，在上述第一翅片组的散热翅片间流动的空气的流动方向与在上述第二翅片组的散热翅片间流动的空气的流动方向为彼此大致相反的方向，从上述第一翅片组的散热翅片间流出的空气中至少50％在上述第二翅片组的散热翅片间流动。

2.根据权利要求1所述的空冷式激光装置，其特征在于，

上述导热部件为热管。

3.根据权利要求1或2所述的空冷式激光装置，其特征在于，

具备冷却装置，该冷却装置用于对吸收了上述激光二极管模块的热的空气进行冷却。

4.根据权利要求3所述的空冷式激光装置，其特征在于，

上述冷却装置是与上述箱体相邻配置的盘用冷却器。

5.根据权利要求4所述的空冷式激光装置，其特征在于，

在上述箱体设置有将来自上述盘用冷却器的冷风导向上述风扇的方向的导风板。

6.根据权利要求1～5任一项中所述的空冷式激光装置，其特征在于，

在上述第一翅片组的散热翅片间流动的空气流与在上述第二翅片组的散热翅片间流动的空气流之间设置有分隔板。