CN109244824B - Ld模块冷却装置和激光装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及LD模块冷却装置和激光装置。具备能够以受限的冷却介质将多个LD模块冷却至大致相同温度的流路构造，能够低成本制造。LD模块冷却装置在冷却板上具备与多个LD模块对应的多个冷却部流路、并行地对冷却部流路供给、排出冷却介质的共通流路，冷却部流路是在流路长度的至少大部分中流路高度和流路宽度为固定的薄层流路，从冷却板的表面侧观察时由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路的矩形形状同冷却板与LD模块之间的主要接触面至少有大部分重叠，冷却部流路的流路高度满足相对于流路长度和流路宽度为1/20以下、以及流路高度0.5mm以下中至少一个条件，冷却部流路内冷却介质的压力损失比共通流路内冷却介质的压力损失大。

Description

LD模块冷却装置和激光装置
技术领域
本发明涉及一种LD模块冷却装置和激光装置。详细地说，本发明涉及一种用于利用冷却介质来冷却作为激光装置的激光光源或激励光源使用的多个激光二极管模块(LD模块)的LD模块冷却装置，该LD模块冷却装置具备能够将LD模块内的各LD冷却为低温的冷却特性并且LD模块间的冷却特性的差小，还涉及一种激光装置，具备具有这样的特性的LD模块冷却装置，并且由于LD的驱动温度的差异导致的LD的劣化速度的差异、寿命的差异小，寿命长且可靠性高。
背景技术
LD模块作为高输出激光装置的激光光源或激励光源使用。当LD模块的个数多时，总发热量大，因此一般将LD模块配置于在内部形成有作为冷却介质使用的冷却水的流路的水冷板的表面，利用水冷进行冷却。在该情况下，为了流路构造简单且制造较容易，因此一般使用具有相对于多个LD模块直列地流动冷却水的流路构造的冷却装置。但是，冷却水沿着水流吸收LD模块的发热，因此冷却水温度随着朝向下游而逐渐上升。因此，具有如下这样的问题：相比于配置于上游侧的LD模块，配置于下游侧的LD模块的冷却特性下降，LD模块的温度提高与冷却水的温度上升相应的量。其结果是，LD模块内的LD的温度也提高与冷却水的温度上升相应的量。
例如，在将单个发热量为50W的LD模块配置五十个的情况下，当将冷却水的流量设为10升/分钟(＝10L/min＝1.67×10-4m3/s)时，下游侧的冷却水的温度相比于上游侧的冷却水的温度上升约3.6℃{发热量/(流量×水的比热×水的密度)＝50W×50/(1.67×10- 4m3/s×4.183×103J/(kg·K)×9.982×102kg/m3)≒3.6℃}。当LD的驱动时的温度变高时，LD的劣化速度变大，有时10℃的温度上升会使得寿命缩短到约一半。在该情况下，由于上述的3.6℃的温度上升，LD的寿命减少到约78％。因而，在水冷板上配置有多个LD模块的LD模块组件单元的寿命被以最高温进行驱动的LD模块的寿命限制。在LD模块组件单元中产生了寿命到期的LD模块的情况下，考虑只更换该LD模块。但是，维护成本、维护期间中的激光装置的停止等成为问题。
另一方面，在各LD模块附近并行地流动冷却水的流路构造能够减小由于LD模块间的上游与下游的差异引起的温度的差。但是，在使冷却水的总流量与直列的情况相同的条件的情况下，用于冷却各LD模块的冷却水的流量减少为1/(LD模块的个数)。因此，在为上述这样的冷却条件的情况下，用于冷却各LD模块的冷却水的流量约为0.2L/min。在该情况下，LD模块没有被充分冷却。其结果是，存在有LD模块内的LD的温度整体上升的问题。另外，也存在并行地流动冷却水进行冷却的流路构造的制造困难，成本高的问题。
因而，能够利用冷却水并行地冷却各LD模块，且至少相比于直列地进行冷却的情况下的、配置于下游的LD模块，能够使LD模块的温度、LD的温度为低温，并且能够以低成本进行制造的LD模块冷却装置的开发成为课题。此外，也考虑使冷却水的流量增加、或者降低冷却水的流入温度之类的方法。但是，增加冷却水的流量的方法需要冷却器(循环式冷却水供给装置)的规格升级等。另外，降低冷却水的流入温度的方法也存在LD模块等容易结露的问题。因而，利用这些方法不能够解决课题。
并行地流过冷却水的流路构造的冷却水的上游与下游的差异小，能够减小冷却水的上游与下游的冷却温度特性的差异。因此，自以往以来提出各种具备并行地流动冷却水的流路构造的冷却装置(例如参照专利文献1～5)。
专利文献1公开了一种将半导体安装于冷却体并且对所述冷却体进行水冷的水冷式半导体冷却单元的堆叠构造。该堆叠构造具有冷却体、集合配管、嵌合构件。冷却体在供水侧和排水侧设置有冷却水口。集合配管具有用于安装于外箱或者外部框架的安装部，并且具备用于将安装了所述半导体的所述冷却体进行桥架的框架功能。嵌合构件安装于所述冷却水口，以使将所述冷却体与所述集合配管水密地嵌合。而且，在所述集合配管间排列有多个利用所述嵌合构件水密地嵌合于所述集合配管的所述冷却体。
据此，通过使冷却体的压力损失比管的压力损失大两个数量级以上，能够不具备用于调整堆叠结构的冷却体间的流量平衡的部件、功能，而只通过具备框架功能的集合配管和冷却体就构成水冷冷却半导体的水冷冷却构造。另外，集合配管即使在任意的位置设置水的出入口，也能够使堆叠间的冷却体的流量相同化。因此，主配管系统的构造设计的自由度增加，在使冷却体为堆叠构造的情况下，能够实现小型化、轻量化。
但是，光输出激光装置中使用的LD模块为多个的情况较多。例如有时利用一个冷却装置来冷却五十个LD模块。期望冷却水的流量抑制在约10升/分钟(＝10L/min)。因而，在该情况下，如前述的那样，流过各冷却体的流量为0.2L/min。然而，专利文献1没有明示能够以这样微小的流量实现高的冷却特性的流路构造。另外，在如上述的那样利用一个冷却装置冷却约五十个LD模块的情况下，期望二维地排列LD模块。但是，关于专利文献1中公开的流路构造，当要二维地排列冷却体时构造变得复杂，小型化也不容易。
专利文献2公开了一种具备半导体芯片或两面冷却型半导体模块、制冷剂管、夹持构件的制冷剂冷却型两面冷却半导体装置。制冷剂管具有扁平的接触受热面。在制冷剂管的内部流动有冷却流体。夹持构件利用所述制冷剂管使沿半导体芯片或两面冷却型半导体模块的厚度方向夹持所述半导体芯片或两面冷却型半导体模块。进行夹持时，所述制冷剂管的平坦面借助绝缘隔离件或直接地与所述半导体芯片或两面冷却型半导体模块的两主面紧密接触。所述制冷剂管具备沿流路方向和夹持方向延伸的多个隔壁。
据此，能够利用一个夹持构件以相同的压力(在将半导体模块(半导体芯片)两侧的电极构件的面积设为相等的情况下)向半导体模块(半导体芯片)按压半导体模块(半导体芯片)两侧的两个扁平的制冷剂管。构造简单。通过入口头向各制冷剂管供给等流量且等温的制冷剂。并且，利用共通的夹持构件进行夹持，因此各半导体模块与制冷剂管之间的每单位面积的夹持力大致相等，夹持面积也相等。因此，制冷剂管2相对于半导体模块的夹持力大致相等。这些的结果是，能够使各半导体模块的冷却能力大致相等。
但是，专利文献2也没有明示能够以上述的0.2L/min这样的微小的流量实现高的冷却特性的流路构造。另外，当想要对二维地排列的半导体芯片或两面冷却型半导体模块进行冷却时，构造变得复杂，小型化也不容易。
专利文献3公开了一种高压电设备的水冷装置。水冷装置具有利用绝缘支承物彼此绝缘地进行设置的多个模块。各模块收纳有半导体元件及其附属电路。利用经由模块供水管供给的水来冷却各模块的内部。水经由模块排水管进行排水。按每个模块在模块供水管的上游侧端部设置使产生规定的压力损失的流阻器。
在该水冷装置中设置有流阻器以使均匀地冷却多个发热部件。但是，在该水冷装置中，只是在各模块供水管中流动的冷却水的流量均匀。专利文献3没有提及能够以上述的0.2L/min这样的微小的流量实现高的冷却特性的流路构造。
专利文献4公开了一种在与发热体热连接的散热面与同该散热面相向地配置的相向面之间形成有制冷剂空间的发热体冷却构造。在所述制冷剂空间中并列地配置有从所述散热面朝向所述相向面立设的多个散热片。在该多个散热片之间形成有供所述制冷剂流通的片间通路。并且，该发热体冷却构造具备与所述片间通路的一端侧连通的流入侧制冷剂贮存部。该流入侧制冷剂贮存部沿所述片间通路的并排方向延伸设置。所述片间通路与所述流入侧制冷剂贮存部利用至少遍及所述片间通路的并排区域延伸的节流部连通而连结。所述节流部具有比所述流入侧制冷剂贮存部大的流通阻力。
据此，流入到流入侧制冷剂储存部的制冷剂经由节流部流入片间通路。节流部至少遍及所述片间通路的并排区域地延伸并且具有比流入侧制冷剂储存部的流通阻力大的流通阻力，因此当制冷剂流入向流入侧制冷剂储存部时，该制冷剂均等地分配向流入侧制冷剂储存部的延伸方向的大致整体。因而，制冷剂在节流部的整个区域中流入向片间通路，从而制冷剂能够大致均匀地流入向各片间通路。其结果是，各片间通路中的制冷剂的流通状态大致均匀，能够高效地冷却发热体。
在该发热体冷却构造中设置有具有比流入侧制冷剂储存部大的流通阻力的节流部，以使流入向各片间通路的制冷剂的量大致均匀化。为了以上述的0.2L/min这样的微小的流量实现高的冷却特性，需要尽量增大在用于冷却发热体的流路中流动的制冷剂的流速。为了以受限的流量提高流速，需要减小流路截面。但是，在该发热体冷却构造中，当过度减小流路截面时，其流路部分中的压力损失过高。因此，产生对制冷剂送出装置的喷出泵的负担过大的问题。因而，当使在节流部产生压力损失时，需要相应于该量地减少用于冷却发热体的流路处的压力损失，从而需要扩大用于冷却发热体的流路截面积。其结果是，流速下降。因而，该发热体冷却构造为不适于如上述那样地以少的流量高效地进行冷却的构造。
专利文献5没有提及使在用于冷却多个发热体的各冷却部流路中并行地流通冷却介质的构造。但是，专利文献5公开了一种减小用于冷却发热体的冷却介质流通的流路的深度(高度)的流路构造。即，专利文献5公开了一种具有用于冷却发热体的冷却介质流通的流路的电设备。所述流路具有冷却部、导入部、排出部。冷却部形成于与所述发热体对应的部位。导入部与所述冷却部连续，并且将从外部供给来的所述冷却介质导向所述冷却部。排出部与所述冷却部连续，并且将被导至所述冷却部的所述冷却介质排出到外部。该流路构成为从所述导入部经由所述冷却部到达所述排出部的流路截面积大致固定不变。
据此，用于冷却发热体的冷却介质所流通的冷却部的流路构成为：在相比于导入部的流路、排出部的流路扩大流路的宽度并且减小流路的深度(高度)时，从导入部经由冷却部到达排出部的流路截面积大致固定不变，由此能够进行均匀的冷却，并且能够改善热特性。另外，能够减少流路的压力损失。
但是，为了在多个冷却部中并行地流过大致等量的冷却介质，冷却部需要某程度以上的压力损失。在专利文献5中，压力损失的降低并不是应该优先解决的课题。另外，专利文献5也没有明示能够以上述的0.2L/min这样的微小的流量实现高的冷却特性的流路构造。并且，专利文献5所记载的流路构造为流路截面形状随着从导入部朝向排出部而逐渐变化的构造，因此当想要实现设置多个专利文献5所公开的那样的流路构造的冷却部，并且在各冷却部的流路中并行地流动冷却制冷剂的构造时，产生制造成本上升的问题。
专利文献1：日本特开2011-198802号公报
专利文献2：日本特开2010-16402号公报
专利文献3：日本特开平11-89213号公报
专利文献4：日本特开2008-172024号公报
专利文献5：日本特开2004-6811号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于以上的以往情况而完成的，其目的在于提供一种具备能够利用受限的流量的冷却介质以大致相同的温度且低温地冷却多个LD模块和LD模块内的LD的流路构造和冷却性能，并且能够以低成本进行制造的LD模块冷却装置。
进一步，本发明的目的在于提供一种激光装置，使包括作为主要构成单元的多个LD模块、以及LD模块冷却装置的LD模块组件单元的寿命长，并且LD模块组件单元的更换等维护成本也低，而且长寿命且可靠性高。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的LD模块冷却装置(例如后述的LD模块冷却装置1)具备：冷却板(例如后述的水冷板2)；多个冷却部流路(例如后述的冷却部流路6)，其形成于所述冷却板，与排列于所述冷却板的表面的多个LD模块(例如后述的LD模块3)的位置对应并且供用于冷却所述LD模块的冷却介质流动；共通供给流路(例如后述的共通供给流路4)，其形成于所述冷却板，并且向所述多个冷却部流路并行地供给冷却介质；以及共通排出流路(例如后述的共通排出流路5)，其形成于所述冷却板，并且从所述多个冷却部流路并行地排出冷却介质，其中，所述冷却部流路形成为与所述冷却板的表面平行的薄层流路，并且所述冷却部流路在流路长度的至少大部分中流路高度和流路宽度是固定的，在从所述冷却板的表面侧观察时，由流路长度×流路宽度划定的所述冷却部流路的矩形形状同所述冷却板与所述LD模块之间的主要接触面至少有大部分重叠，所述冷却部流路的流路高度满足相对于流路长度和流路宽度为1/20以下的条件、以及流路高度为0.5mm以下的条件中的至少一个条件，在所述冷却部流路内流动的冷却介质的因管摩擦引起的压力损失比在所述共通供给流路和所述共通排出流路内流动的冷却介质的因管摩擦引起的压力损失大。
(2)在(1)所记载的LD模块冷却装置中，可以是：在所述冷却板的表面并列有多个由所述多个冷却部流路构成的列，所述共通供给流路具有沿着由所述多个冷却部流路构成的列延伸且向所述列内的所述多个冷却部流路并行地供给冷却介质的分支共通供给流路(例如后述的分支共通供给流路8)，所述共通排出流路具有沿着由所述多个冷却部流路构成的列延伸且将从所述列内的所述多个冷却部流路并行地流出的冷却介质排出的分支共通排出流路(例如后述的分支共通排出流路10)，在至少一组以上的相邻的所述分支共通供给流路与所述分支共通排出流路之间配置有比所述冷却板的导热率低的隔热部(例如后述的隔热部12)。
(3)在(1)或(2)所记载的LD模块冷却装置中，可以是在所述冷却部流路内的至少一部分设置有沿流路宽度方向对所述冷却部流路内部进行分割的一个以上的脊部(例如后述的脊部13)。
(4)在(1)～(3)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述LD模块具有排列成一列的多个LD芯片(例如后述的LD芯片14)，排列于所述冷却板的表面的LD模块存在如下关系：在从所述冷却板的表面侧观察时，所述LD芯片的列的方向与在所述冷却部流路中流动的冷却介质的流动方向交叉。
(5)在(1)～(4)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述冷却部流路的流路宽度比所述冷却部流路的流路长度大。
(6)在(1)～(5)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，可以是在所述冷却板的背面配置至少一个以上的LD模块，所述冷却板具有用于对配置于所述冷却板的背面的所述LD模块进行冷却的冷却部流路。
(7)在(1)～(6)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述冷却板包括：基板(例如后述的基板16)，其在至少一面上形成有成为所述共通供给流路和所述共通排出流路的凹部；以及至少一个金属制板件(例如后述的金属制板件17)，其中，通过在所述基板的至少一面上接合所述金属制板件来在所述凹部与所述金属制板件之间形成所述共通供给流路和所述共通排出流路。
(8)在(7)所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述金属制板件的材质为铜或铜合金。
(9)在(7)或(8)所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述基板的材质与所述金属制板件的材质不同。
(10)在(7)～(9)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述冷却部流路是由形成于所述金属制板件的所述基板侧的表面的槽(例如后述的槽18)构成的。
(11)在(1)～(6)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，所述冷却部流路是通过所述冷却板与所述LD模块的封装件(例如后述的封装件15)之间的配合来在所述水冷板与所述LD模块的封装件之间形成的。
(12)关于(11)所记载的LD模块冷却装置，可以是所述LD模块的所述封装件在与冷却介质接触的面具有构成所述冷却部流路的至少一部分的槽(例如后述的槽19)。
(13)在(11)或(12)所记载的LD模块冷却装置中，可以是所述冷却板的材质为金属以外的材质。
(14)在(1)～(13)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中，可以是还具备框构件(例如后述的框构件22)，所述框构件用于向所述冷却板按压所述LD模块，所述框构件的构造为：以在所述框构件与所述冷却板之间具有间隙(例如后述的间隙S)的方式覆盖所述冷却板的表面或背面中的至少一面中的至少一部分。
(15)本发明所涉及的激光装置(例如后述的激光装置28)具备：至少一个以上的LD模块组件单元(例如后述的LD模块组件单元29)，其是通过在(1)～(14)中的任一项所记载的LD模块冷却装置中搭载作为激光光源或激励光源使用的多个LD模块而形成的；至少一个以上的LD电源部(例如后述的LD电源部30)，其向所述LD模块供给用于光输出的驱动电力；控制部(例如后述的控制部31)，其向所述LD电源部输出光输出指令；以及激光光学系统(例如后述的激光光学系统32)，其射出激光束。
发明的效果
根据本发明所涉及的LD模块冷却装置，能够提供如下一种LD模块冷却装置：其具备能够利用受限的流量的冷却介质以大致相同温度且低温地对多个LD模块和LD模块内的LD进行冷却的流路构造和冷却性能，并且能够以低成本进行制造。
另外，根据本发明所涉及的激光装置，能够提供一种激光装置，使包括作为主要构成单元的多个LD模块、以及LD模块冷却装置的LD模块组件单元的寿命长，并且LD模块组件单元的更换等维护成本也低，而且长寿命且可靠性高。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式所涉及的LD模块冷却装置的构造的俯视图，并且是表示将LD模块配置于LD模块冷却装置中的状态的图。
图2是以不显示LD模块的状态示意性地示出图1所示的LD模块冷却装置的构造的俯视图。
图3是关于图1、图2所示的LD模块冷却装置中的一个冷却部流路及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路的冷却水(冷却介质)的流动的方向平行、且与水冷板(冷却板)的表面垂直的截面的图。
图4是关于图1、图2所示的LD模块冷却装置中的一个冷却部流路及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路的冷却水(冷却介质)的流动的方向垂直的截面的图。
图5是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图6是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图7是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图8是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图9是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图10是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图11是示出说明本发明的效果的热流体模拟结果的曲线图。
图12是示意性地示出在以往的冷却部流路中直列地流过冷却水(冷却介质)的LD模块冷却装置的俯视图。
图13是关于本发明的第二实施方式所涉及的LD模块冷却装置的一个冷却部流路及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路的冷却水(冷却介质)的流动的方向平行、且与水冷板(冷却板)的表面垂直的截面的图。
图14是关于本发明的第二实施方式所涉及的LD模块冷却装置的一个冷却部流路6及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路的冷却水(冷却介质)的流动的方向垂直的截面的图。
图15是示意性地示出本发明的第三实施方式所涉及的LD模块冷却装置的水冷板(冷却板)的构造的俯视图。
图16是关于图15所示的水冷板(冷却板)的一部分来示出与冷却部流路的冷却水(冷却介质)的流动的方向平行、且与水冷板(冷却板)的表面垂直的截面的图。
图17是示出本发明的第一实施方式至第三实施方式所涉及的LD模块冷却装置的流路构造的变形例的示意图。
图18是示出本发明的第一实施方式至第三实施方式所涉及的LD模块冷却装置的流路构造的其它变形例的示意图。
图19是本发明的第四实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的示意性的截面图。
图20是本发明的第四实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的示意性的俯视图。
图21是本发明的第四实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的示意性的截面图。
图22是本发明的第四实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的示意性的俯视图。
图23是示意性地示出本发明的第五实施方式所涉及的LD模块冷却装置的一部分的构造的俯视图。
图24是示意性地示出本发明的第六实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的构造的截面图
图25是示出本发明的第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的水冷板(冷却板)的基板的示意性的立体图。
图26是示出本发明的第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的、由基板和金属制板件构成的水冷板(冷却板)的构造的示意性的立体图。
图27是示出本发明的第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的冷却部流路及其附近的构造的示意性的截面图。
图28是示出本发明的第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的冷却部流路及其附近的其它构造的示意性的截面图。
图29是示出本发明的第八实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的水冷板(冷却板)的基板的构造的示意性的立体图。
图30是示出本发明的第八实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的水冷板(冷却板)的金属制板件的构造的示意性的立体图。
图31是示出本发明的第八实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的、由基板和金属制板件构成的水冷板(冷却板)的构造的示意性的立体图。
图32是示出本发明的第八实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的构造的示意性的截面图。
图33是从底面侧观察到的本发明的第九实施方式的LD模块冷却装置中使用的LD模块的构造的示意性的立体图。
图34是示出本发明的第九实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的构造的示意性的截面图。
图35是本发明的第十实施方式所涉及的LD模块冷却装置的示意性的侧视图。
图36是示出LD模块的形状例的示意性的立体图。
图37是示出本发明的第十一实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的LD模块的配置的示意性的俯视图。
图38是示出图37所示的LD模块冷却装置的一部分及其截面的示意图。
图39是示意性地示出本发明的第十一实施方式所涉及的LD模块冷却装置的其它构造的俯视图。
图40是示出图39所示的LD模块冷却装置的一部分和以其剖切面进行剖切得到的截面的示意图。
图41是示出向本发明所涉及的LD模块冷却装置安装的水冷板(冷却板)的配管安装构造的一例的图。
图42是示出向本发明所涉及的LD模块冷却装置安装的水冷板(冷却板)的配管安装构造的其它一例的图。
图43是示出向本发明所涉及的LD模块冷却装置安装的水冷板(冷却板)的配管安装构造的另一其它一例的图。
图44是示出本发明所涉及的激光装置的概念性的结构的框图。
附图标记说明
1：LD模块冷却装置；2：水冷板(冷却板)；3：LD模块；4：共通供给流路；5：共通排出流路；6：冷却部流路；8：分支共通供给流路；9：主干共通供给流路；10：分支共通排出流路；11：主干共通排出流路；12：隔热部；13：脊部；14：LD芯片；15：封装件；16：基板；17：金属制板件；18：(形成于冷却板的)槽；19：(形成于封装件的底面的)槽；22：框构件；28：激光装置；29：LD模块组件单元；30：LD电源部；31：控制部；32：激光光学系统；S：间隙。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明所涉及的LD模块冷却装置和激光装置的实施方式。在各附图中，对相同构件标注相同附图标记。另外，设为在不同的附图中标注有相同标记的要素代表它们为具有相同功能的结构要素。此外，为了方便观看这些附图，适当地变更比例尺。另外，附图所示的方式为用于实施本发明的一个例子，本发明不限于图示的方式。
[LD模块冷却装置的第一实施方式]
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式所涉及的LD模块冷却装置的流路构造的俯视图。图1表示将LD模块配置在LD模块冷却装置中的状态。此外，在用于实施发明的方式的说明中，为了容易理解说明，有时将配置有LD模块的状态的LD模块冷却装置记载为LD模块冷却装置。图2为示出在图1所示的LD模块冷却装置的流路构造中不显示LD模块的状态的俯视图。
在此，例示使用冷却水来作为冷却介质，使用冷却板来作为水冷板，由此利用水冷来冷却多个LD模块的LD模块冷却装置。在图1、图2中，冷却水的流路形成于水冷板2的内部，从水冷板2的外侧观察不到，因此用虚线来表示该流路。另外，虚线的箭头示意性地表示冷却水的流动的方向。
如图1、图2所示，LD模块冷却装置1具有由作为主要构成品的矩形状的平板构成的水冷板2。在水冷板2的表面二维地排列有多个LD模块3。在本实施方式中，以沿横向隔开固定的间隔的方式排列成一条直线状的六个LD模块3形成一列。而且，由该六个LD模块3构成的列以沿纵向隔开固定的间隔的方式并列有八列，由此在一个水冷板2的表面上排列有四十八个LD模块3。
在水冷板2的内部中形成有共通排出流路5。共通供给流路4使冷却水朝向各个LD模块3流动。共通排出流路5将冷却了各个LD模块3之后的冷却水排出。此外，在以下的说明中，有时将共通供给流路4和共通排出流路5统称为共通流路。
共通供给流路4由一个主干共通供给流路9和多个(在本实施方式中为八个)分支共通供给流路8构成。主干共通供给流路9在水冷板2的图中左端部处沿与各LD模块3的排列方向交叉的方向延伸。多个分支共通供给流路8从主干共通供给流路9以与各LD模块3的列一一对应的方式分支并且并列地延伸。
另一方面，共通排出流路5由多个(在本实施方式中为八个)分支共通排出流路10、一个主干共通排出流路11构成。多个分支共通排出流路10以与各LD模块3的列一一对应的方式延伸。主干共通排出流路11沿与各LD模块3的排列方向交叉的方向延伸。主干共通排出流路11在水冷板2的图中右端部将多个分支共通排出流路10集合为一个流路。
各LD模块3的列配置为被夹在平行地延伸的一个分支共通供给流路8与一个分支共通排出流路10之间。
此外，为了使说明简单，在此省略关于使冷却水流入水冷板2的共通供给流路4、或使冷却水从共通排出流路5排出所需的配管等的图示。关于冷却水的流入、排出所需的配管的安装构造在后面进行叙述。另外，也在之后对用于将LD模块3固定于水冷板2的构造进行叙述。
如图2所示，在水冷板2的表面以与配置各LD模块3的位置一一对应的方式形成有多个冷却部流路6。冷却部流路6在图1中隐藏在各LD模块3的下方，因此看不见。各冷却部流路6以将相邻的分支共通供给流路8与分支共通排出流路10相连的方式与这些分支共通供给流路8和分支共通排出流路10连通。因而，在从共通供给流路4的分支共通供给流路8向各冷却部流路6并行地流入冷却水时，冷却水经由各个LD模块3的正下方从各冷却部流路6并行地流出向共通排出流路5的分支共通排出流路11。
还参照图3、图4来说明冷却部流路6的结构。图3是关于图1、图2所示的LD模块冷却装置1中的一个冷却部流路6及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路6的冷却水的流动的方向平行、且与水冷板2的表面垂直的截面的图。另外，图4是关于图1、图2所示的LD模块冷却装置1中的一个冷却部流路6及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路6的冷却水的流动的方向垂直的截面的图。在图3中，虚线的箭头示意性地表示冷却水的流动的方向。
冷却部流路6是与水冷板2的表面平行的薄层流路，并且在流路长度的至少大部分中冷却部流路6的流路高度和流路宽度是固定的。即，如图3所示，共通供给流路4和共通排出流路5为占据水冷板2的厚度的大部分的、高度(深度)大的流路。相对于此，冷却部流路6的高度(深度)非常小。冷却部流路6以分支共通供给流路8和分支共通排出流路10的顶面与冷却部流路6的顶面为相同高度的方式配置于水冷板2的内部中的表面侧(靠近LD模块3的一侧)。因此，如图3所示，冷却部流路6与分支共通供给流路8和分支共通排出流路10水平地连通。
在此，所谓流路长度的至少大部分是指流路长度的1/2以上的长度，优选为流路长度的2/3以上的长度，更优选为流路长度的整个长度。
所谓流路高度和流路宽度固定是指流路高度和流路宽度在沿流路长度的方向上在设计上没有变化这种程度的含义来使用。因而，所谓流路高度和流路宽度固定也容许流路高度和流路宽度中存在因制造上的公差等引起的微小的变化。
另外，所谓与水冷板2的表面平行是指冷却部流路6相对于水冷板2的表面在设计上平行地形成这种程度的含义来使用。因而，形成为与水冷板2的表面平行的薄层流路的冷却部流路6也容许存在因制造上的公差等使得相对于水冷板2的表面些微地不平行的部位。
此外，在本发明中，除非另有说明，否则流路长度是指从分支共通供给流路8到分支共通排出流路10为止的、沿着冷却水的流动的方向的冷却部流路6的流路的长度。另外，流路宽度是指与冷却部流路6的流路的冷却水的流动的方向正交的方向的宽度。并且，流路高度是指沿着与水冷板2的表面垂直的方向的冷却部流路6的流路的高度(深度)。
在从水冷板2的表面侧观察时，由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6以相对于水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面至少大部分部分重叠的方式形成为矩形形状。在本实施方式中，冷却部流路6形成为同水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面相同形状的矩形形状。
在此，所谓至少大部分是指冷却部流路6的矩形形状的面积的1/2以上的面积，优选为冷却部流路6的矩形形状的面积的2/3以上的面积，更优选为冷却部流路6的矩形形状的整个面积。另外，相同形状这个用词是指由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状同水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面的形状没有很大不同这种程度的含义来使用。因而，在上述的矩形形状与上述的主要接触面的形状之间可以具有因制造上的公差等引起的、对由冷却水实现的LD模块3的冷却功能不产生妨碍的程度的微差。但是，当由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状比水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面的形状小得多时，由于在流路中流动的冷却水的流速大而在从流路内壁夺走热方面起到主要作用的冷却部流路6的内壁面积小，因此冷却特性下降。因此，基本上期望由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状为同水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面的形状一致的相同的形状。
另外，期望在从配置有LD模块3的水冷板2的表面侧观察时，由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状同水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面的相对位置一致。在此，所谓一致是指由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状同水冷板2与各LD模块3之间的主要接触面在设计上没有变化这中程度的含义来使用。因而，所谓一致不限于两者完全的一致，也容许因制造上的公差等引起的微小的偏差。
为了以在各冷却部流路6中流动的受限的冷却水的流量来实现期望的冷却特性，需要提高在各冷却部流路6中流动的冷却水的流速。为此，需要使冷却部流路6的流路截面积(＝流路宽度×流路高度)相当小。但是，如上述那样，当减小冷却部流路6的流路宽度时，针对LD模块3的冷却特性下降。因此，在本发明中，通过减小冷却部流路6的流路高度来提高在各冷却部流路6中流动的冷却水的流速。如果在各冷却部流路6中流动的冷却水的流量相同，则越减小冷却部流路6的流路截面积，换言之越减小流路高度，则冷却特性越提高。但是，如上述的那样，冷却部流路6的流路长度不能够减小，因此冷却部流路6中的冷却水的压力损失增加。其结果是，产生冷却水不易流动、相对于冷却器的喷出泵的负担增加、配管系统内的水压上升而使得漏水的风险增加等问题。
在降低冷却部流路6中的冷却水的压力损失的目的下，考虑对处于冷却部流路6与分支共通供给流路8及分支共通排出流路10之间的边界的角的部分进行倒角，来缓和流路高度的剧烈的变化的方法。但是，该方法导致制造成本升高，因此并不被期望。另外，当减小冷却部流路6的流路高度时，也出现冷却部流路6被冷却水中的微细的异物堵塞的风险。但是，为了在各冷却部流路6中流动有大致相同流量的冷却水，至少也需要构成为使冷却部流路6中的因管摩擦引起的冷却水的压力损失比由共通供给流路4和共通排出流路5构成的共通流路中的因管摩擦引起的冷却水的压力损失大。此外，也考虑增加共通流路的宽度、高度(深度)来降低共通流路的压力损失的方法，但该方法会招致由于水冷板2的尺寸、厚度的增大而引起的重量增加、成本上升，因此不是期望的方法。
冷却部流路6的流路高度具有被认为最佳的流路高度。最佳的流路高度根据LD模块3的尺寸、冷却水的容许流量等条件发生变化。但是，最佳的流路高度在通常应用的条件中需要至少满足冷却部流路6的流路高度相对于流路宽度和流路长度为1/20以下的条件、以及冷却部流路6的流路高度为0.5mm以下的条件中的至少一个条件。
当将LD模块3的发热条件、冷却条件等限定于通常的条件时，最佳范围变得更加明确。如上述的那样，在冷却水的流量约为10L/min、LD模块3的个数约为五十个、各LD模块3的发热量约为50W、在水冷板2与各LD模块3的主要接触面的形状约为50mm×25mm的情况下，如后述的那样，被认为是基本最佳的流路高度为0.05mm～0.15mm，并且是流路宽度、流路长度的1/100以下。此外，当以实际的尺寸比例描绘流路高度时，流路高度小，不易理解冷却部流路6的形状。因此，在图3、图4中，特意描绘得比实际的流路高度的尺寸比例大。
在此，为了具体地说明限定冷却部流路6的流路高度的根据和本发明的效果，在图5～图11中示出热流体模拟的结果。
此外，模拟的条件如下所示。
·LD模块冷却装置1的构造为如图1所示的构造。即，LD模块冷却装置1具有通过将六个LD模块3横向地排成一列，并且该列沿纵向并列有八列来在水冷板2的表面二维地排列总共四十八个LD模块3的结构。
·在各LD模块3中装配有未图示的五个LD(激光二极管)。各LD的发热量为9W。
·冷却水的流入温度为25℃，流量为10L/min。
·水冷板2的材质为铜，水冷板2的厚度为11mm。
·共通供给流路4和共通排出流路5的高度(深度)为8mm，其宽度在宽的部分(主干共通供给流路9、主干共通排出流路11)处为16mm，在窄的部分(分支共通供给流路8、分支共通排出流路10)处为8mm。
·冷却部流路6的流路宽度为50mm，流路长度为30mm。在0.05mm到0.5mm的范围内改变冷却部流路6的流路高度来进行模拟。
图5示出装配于四十八个LD模块3中的变为最低温的LD模块3的LD的最高温度(＝LD的pn结的温度)的平均与装配于变为最高温的LD模块3的LD的最高温度(＝pn结的温度)的平均关于冷却部流路6的流路高度的依赖性。流路高度越小，LD的最高温度越低。
在此，为了进行比较，在图12中示出冷却水直列地流动的以往的LD模块冷却装置的流路构造的一例。在冷却水直列地在靠近各LD模块3的冷却部流路6(各LD模块3的正下方的流路)中流动的图12所示的以往的流路构造中，在上述的发热和冷却条件下，相比于上游侧，在下游侧冷却水的温度上升约3.1℃，在LD模块3间也产生约3.1℃的温度差。相对于此，在各冷却部流路6中并行地流动冷却水的、本发明所涉及的LD模块冷却装置1中，如所预期的那样，LD模块3间的温度差从1/3减少到约1/2。
这样，LD模块冷却装置具有约3℃的温度上升的问题。因此，当冷却部流路6的流路高度变大，LD的温度超过该程度地上升时，不能够得到本发明的效果。因而，当从冷却性能的方面考虑时，需要使冷却部流路6的流路高度为0.5mm以下。为了得到明确的效果，期望冷却部流路6的流路高度为0.15mm或其以下。
当将冷却部流路6的流路高度设为0.05mm时，LD模块3间的温度差减少到1.1℃。最高温的LD模块3的LD的最高温度的平均相比于图12所示的以往的流路构造中的最低温的LD模块3的LD的最高温度的平均为低温。因而，通过使冷却部流路6的流路高度为0.05mm，能够得到优异的冷却效果。认为这是因为从LD模块3侧观察时，靠近LD模块3的冷却部流路6的面积大，LD模块3与冷却水间的热阻变低。
从冷却特性的方面考虑，冷却部流路6的流路高度小较好。但是，当流路高度过小时，在其它方面出现问题。图6示出冷却部流路6中的冷却水的压力损失的流路高度依赖性。当流路高度比0.05mm小时，压力损失急剧地增加，产生例如冷却器的冷却水喷出泵的负担变大、配管系统的耐压性规格变严格、从配管系统漏水的风险增大等问题。另外，也容易发生因异物等引起的堵塞等。但是，虽然如前述的那样，冷却部流路6中的压力损失过大会成为问题，但为了在各LD模块3的冷却部流路6中大致均匀地流动冷却水，需要冷却部流路6中的压力损失对于总压力损失(＝水冷板2的供水口与排水口之间的冷却水的压力差)而言是支配性的，因此需要某程度以上的压力损失。
图7示出各冷却部流路6中的压力损失的平均除以总压力损失得到的比率关于流路高度的依赖性。当流路高度超过0.3mm时，各冷却部流路6中的压力损失相对于总压力损失为50％以下，对于压力损失而言不是支配性的，即冷却部流路6的压力损失>共通流路的压力损失的关系不成立。因而，图7示出从在各冷却部流路6中大致均匀地流动冷却水的方面考虑需要流路高度为0.3mm以下。
图8～图11示出当流路高度变大时在各冷却部流路6间实际出现了怎样的不均匀性。图8示出以冷却部流路6的平均值标准化后的压力损失的分布。图9示出各冷却部流路6的流量的分布。图8和图9的横轴的示出LD模块的位置的数字表示图1所示的LD模块3的排列中的位置。从图1中的最上列的左侧朝向右侧的LD模块3的排列的位置在图8和图9中以数字1，2，3，···，6来表示，接着，从图1中的上数第二列的左侧朝向右侧的LD模块3的排列的位置在图8和图9中以数字7，8，9，···，12来表示。
当基于图8、图9时，压力损失的偏差在冷却部流路6的流路高度为0.25mm的情况下开始明显，在0.5mm的情况下非常大，与此相应地也产生流量的偏差。
图10关于冷却部流路6的压力损失和流量示出相对于平均值的最大偏离率关于流路高度的依赖性。图10示出压力损失与流量的偏离的比例大致相同，并且各冷却部流路6中的压力损失的偏差引起各冷却部流路6的流量的偏差。因而，当在各冷却部流路6中流动的冷却水的流量像这样产生偏差时，不能够担保使各冷却部流路6中的冷却特性大致均匀。基于各冷却部流路6间的压力损失、流量几乎不能存在差异的观点，期望冷却部流路6的流路高度为0.15mm或其以下。
图11示出流入各冷却部流路6的冷却水的流入温度与流出温度的分布。即使冷却部流路6的流路高度变大，流入温度也几乎没有大的差异。但是，当流路高度为0.5mm时，相比于流路高度小的情况，流出温度大幅度偏离。因而，可知由于冷却部流路6的位置不同在冷却特性中存在偏差。
根据以上的模拟结果，如果LD模块3的发热量、尺寸等发热条件、或者冷却水的流量、水冷板2的尺寸、或者共通流路的截面等冷却条件发生变化，则冷却部流路6的最佳的流路高度某程度地发生变化。然而，在LD模块冷却装置中通常应用的条件下，最低限需要冷却部流路6的流路高度为0.5mm以下，并且期望约为0.05mm～0.15mm。该0.05mm～0.15mm这样的冷却部流路6的流路高度相对于冷却部流路6的流路长度和流路宽度而言相当于1/200以下。大多期望该值约为1/100以下。
[LD模块冷却装置的第二实施方式]
图13、图14是示意性地示出本发明的第二实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的冷却部流路6及其附近的结构的图。图13是关于一个冷却部流路6及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路6的冷却水的流动的方向平行、且与水冷板2的表面垂直的截面的图。图14为关于一个冷却部流路6及其附近的结构来示意性地示出与冷却部流路6的冷却水的流动的方向垂直的截面的图。
该第二实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的冷却部流路6的结构在冷却部流路6通过水冷板2与LD模块3的封装件(LD模块3的外装容器)之间的配合来形成于水冷板2与LD模块3的封装件之间这一点上与图1～图4所示的第一实施方式不同。即，在水冷板2的表面形成有用于构成冷却部流路6的规定的深度的凹部。该凹部的上表面被LD模块3的封装件封闭。冷却部流路6是通过封装件的底面构成凹部内的顶面而形成的。因此，由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状存在于水冷板2与各LD模块3的封装件之间的主要接触面的内侧。另外，凹部的深度为冷却部流路6的流路高度。
共通供给流路4和共通排出流路5的结构与第一实施方式没有不同。因而，水冷板2的厚度方向的冷却部流路6的位置配置于比共通供给流路4和共通排出流路5靠水冷板2的表面(靠LD模块3)的位置。因此，冷却部流路6与共通供给流路4和共通排出流路5垂直地连通。虽然没有图示，但以包围冷却部流路6的方式在水冷板2与LD模块3的封装件之间的主要接触面设置有用于防止漏水的密封件等密封构件。
在像这样通过水冷板2与LD模块3的封装件之间的配合来形成冷却部流路6的情况下，需要使由流路长度×流路宽度划定的冷却部流路6的矩形形状的面积比各LD模块3的主要接触面的面积小。该点不利于冷却特性。但是，冷却水能够直接与LD模块3的封装件的底面接触，因此也没有水冷板2与LD模块3的封装件之间的接触热阻，具有能够更均匀且更低温地冷却各LD模块3内的LD的效果。
另外，在通过水冷板2与LD模块3的封装件之间的配合来形成冷却部流路6的情况下，冷却水能够直接与LD模块的封装件接触，因此水冷板2的材质为导热率高的材质并不是必须条件。因而，也能够使水冷板2的材质为金属以外的材质、例如树脂。在使水冷板2为树脂制的情况下，能够进行水冷板2的大幅度的轻量化、低成本化。
[LD模块冷却装置的第三实施方式]
图15是示意性地示出本发明的第三实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的水冷板2的构造的俯视图。在图15中，配置于各冷却部流路6上的LD模块3具备与图1所示的LD模块3同样的排列结构。但是，在图15中省略LD模块3的图示。
该第三实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的共通供给流路4和共通排出流路5与图1、图2所示的共通流路同样地由多个分支共通供给流路8和分支共通排出流路10与各一个主干共通供给流路9和主干共通排出流路11构成。冷却部流路6的列分别与各一个分支共通供给流路8和分支共通排出流路10相接。分支共通供给流路8配置于冷却部流路6的各列中的图中的上侧，分支共通排出流路10配置于冷却部流路6的各列中的图中的下侧。因此，在相邻的冷却部流路6的列之间，各有一个分支共通供给流路8与分支共通排出流路10相邻。而且，在水冷板2相邻的分支共通供给流路8与分支共通排出流路10之间，沿着冷却部流路6的列方向平行地配置有比水冷板2的导热率低的隔热部12。
使用图16进一步说明该隔热部12的结构。图16是关于图15所示的水冷板2的一部分来示出与冷却部流路6的冷却水的流动的方向平行、且与水冷板2的表面垂直的截面的图。如图16所示，隔热部12设置于相邻的分支共通供给流路8与分支共通排出流路10之间的水冷板2的内部。
隔热部12的材质可以是具有隔热效果的一般的材质，不特别进行限制。另外，隔热部12不必需要是在水冷板2内设置与水冷板2不同的材料的构件的结构。例如，隔热部12可以为形成于水冷板2中的槽。在槽中充满空气，因此槽能够作为隔热部充分地发挥功能。
像这样，在相邻的分支共通供给流路8与分支共通排出流路10之间配置比水冷板2的导热率低的隔热部12，因此能够抑制经由水冷板2而从分支共通排出流路10到分支共通供给流路8的热的移动。因此，能够抑制在分支共通供给流路8中流动的冷却水的温度上升，从而能够进一步降低LD模块3间的冷却特性的差异。前述的图5～图11所示的模拟结果也是在配置有宽度为11mm的隔热部(空气)的模拟条件下得到的结果。
期望隔热部12配置于相邻的所有的分支共通供给流路8与分支共通排出流路10之间，但配置于相邻的分支共通供给流路8与分支共通排出流路10的多个组中的至少一组以上中即可。
另外，该隔热部12也能够应用于图13、图14所示的第二实施方式所涉及的LD模块冷却装置1中。
此外，图1、图2、图15所示的共通流路的流路构造为一例。关于这些共通流路，期望冷却水的压力损失小，另外期望相对于各冷却部流路6为相同程度的压力损失。因此，如图17、图18所示的变形例那样，可以使各共通流路8、9、10、11的弯曲部等具有圆角、或者适当地变更主干共通供给流路9、主干共通排出流路11的朝向、长度等构造。
[LD模块冷却装置的第四实施方式]
图19～图22为示意性地示出本发明的第四实施方式所涉及的LD模块冷却装置的水冷板的构造的图。在图19～图22中，也以虚线描绘从水冷板2的外侧、截面看不到的流路构造等的线。以实线描绘的线表示从水冷板2的外侧、截面看得到的线。
第四实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的冷却部流路6具有脊部13。图19和图20示意性地示出在本发明的第一实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的冷却部流路6中设置有脊部13的例子。图19是关于冷却部流路6及其附近的结构来示出与在冷却部流路6中流动的冷却水的流动方向垂直的截面的示意图。图20是从配置有LD模块的水冷板2的表面侧观察到的、冷却部流路6及其附近的结构的示意性的俯视图。在图20中没有图示出LD模块。
另外，图21和图22示意性地示出在本发明的第二实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的冷却部流路6中设置有脊部13的例子。图21是关于冷却部流路6及其附近的结构来示出与在冷却部流路6中流动的冷却水的流动方向垂直的截面的示意图。图22是从配置有LD模块的水冷板2的表面侧观察到的、冷却部流路6及其附近的结构的俯视图。在图22中没有示出LD模块。
如图19、图21所示，脊部13由从冷却部流路6的底面朝向LD模块3沿流路高度方向突出并且沿流路长度方向延伸的突条形成。利用该脊部13，冷却部流路6在流路宽度方向上被分割。脊部13的突出高度与冷却部流路6的流路高度相同。
冷却部流路6如上述的那样为流路高度非常小的薄层流路，因此即使是些微的变形，流路截面积的变化率也大。当流路截面积变化时，具有在冷却部流路6中流动的冷却水的流量相比于原有的流量大幅度变化，使得招致冷却特性的下降的可能性。但是，通过在冷却部流路6内设置这样的脊部13，降低冷却部流路6被压垮的风险。另外，即使为相同的流路高度，流速也大，因此得到冷却特性也提高的效果。脊部13沿冷却部流路6的流路长度方向延伸，因此不会妨碍冷却水的流动。
在图19、图20中示出九个脊部13，在图21、图22中示出七个脊部13，但设置于一个冷却部流路6中的脊部13的数量不受任何限制。脊部13在冷却部流路6内为至少一个以上即可。图19～图22所示的脊部13形成为遍及冷却部流路6的流路长度的全长延伸，但脊部13存在于流路长度方向的至少一部分中即可。
此外，图19～图22所示的脊部13的宽度、相对于流路宽度的脊部13的间距为一例。可以使脊部13的宽度更窄或更宽、或者使脊部13的间距更窄或更宽自是不必说的。另外，脊部13不限制为与水冷板2一体地形成。例如可以为与水冷板2分体地形成，并且安装于冷却部流路6内的结构。
并且，脊部13不限制为从冷却部流路6的底面突出的结构。图19、图20所示的脊部13可以为从冷却部流路6的LD模块3侧的顶面朝向底面突出的结构。另外，图21、图22所示的脊部13可以为从LD模块3的封装件的底面朝向冷却部流路6的底面突出的结构。
[LD模块冷却装置的第五实施方式]
图23是示意性地示出本发明的第五实施方式所涉及的LD模块冷却装置的一部分的构造的俯视图。第五实施方式所涉及的LD模块冷却装置的LD模块具有排列成一列的多个LD芯片14。在此，没有图示出LD模块的封装件15的盖(罩)，以使能够看到LD模块内的LD芯片14。另外，也没有图示出为了将LD模块固定于水冷板2而使用的封装件15的压片(tab)等。
从水冷板2的表面侧观察时，在与LD模块对应的冷却部流路6内流动的冷却水的流动的方向(在图23中以虚线的箭头表示)与LD芯片14的列的方向为交叉的关系。因此，在LD模块的封装件15内的多个LD芯片14间也能够降低冷却水的上游侧与下游侧的差异，从而能够均匀地冷却各LD芯片14。为了更显著地得到该效果，如图23所示，期望在从水冷板2的表面侧观察时冷却部流路6内的冷却水的流动的方向与LD芯片14的列的方向为正交的关系。
另外，同样地，为了更显著地得到上述的效果，如图23所示，可以用LD模块的封装件15内的LD芯片14的列配置于冷却部流路6内的靠上游侧(分支共通供给流路8侧)的位置的方式将LD模块的封装件15配置于水冷板2上。
除了封装件15内的LD芯片14的排列以外，可以设为冷却部流路6的流路宽度(图23中的a)比冷却部流路6的流路长度(图23中的b)大的结构。这基于以下的理由。基于冷却水的导热系数(W/(m2·℃)与“流速/流路长度”的大致1/2乘方成比例。因此，在流量与流路高度相同的情况下，关于冷却部流路6的流路宽度a与流路长度b，无论在a>b的情况还是a<b的情况下冷却能力均不发生变化。但是，冷却部流路6中的因管摩擦引起的两者的压力损失不同。即，冷却部流路6的流路高度比流路长度、流路宽度小得多，因此冷却部流路6的径深在哪个情况下均为流路高度/2。因此，冷却部流路6中的因管摩擦引起的压力损失只与(流速)2×流路长度成比例，为后者的情况下的压力损失增加到前者的情况下的压力损失的(b/a)3倍。因而，在以在相同流量下产生相同程度的压力损失的方式构成冷却部流路6的情况下，流路宽度比流路长度大的冷却部流路6得结构能够得到更好的冷却特性。
[LD模块冷却装置的第六实施方式]
图24为示意性地示出本发明的第六实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路6及其附近的构造的截面图。
在该第六实施方式所涉及的LD模块冷却装置中，关于水冷板2，不仅在表面也在背面(图24中的下侧的面)配置有至少一个以上的LD模块3。用于冷却配置于水冷板2的背面的LD模块3的冷却部流路6设置于水冷板2的靠背面侧的位置。水冷板2的表面侧的冷却部流路6和背面侧的冷却部流路6同样地与分支共通供给流路8和分支共通排出流路10连通。像这样，通过在水冷板2的表面和背面这两面配置LD模块3，能够实现水冷板2的小型化、轻量化、低成本化。
期望水冷板2的表面侧的冷却部流路6与背面侧的冷却部流路6的流路高度大致相同，以使流过相同流量的冷却水。
水冷板2的背面的LD模块3和冷却部流路6的具体的结构可以与前述的第一、第二、第四和第五实施方式中的水冷板2的表面侧的LD模块3和冷却部流路6的结构相同。
[LD模块冷却装置的第七实施方式]
图25、图26为示出本发明的第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的水冷板的构造的示意性的立体图。另外，图27、图28为示出本发明的第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置中的冷却部流路及其附近的构造的示意性的截面图。使用图25～图28来说明水冷板的构造和制造方法的一例。
第七实施方式所涉及的LD模块冷却装置的水冷板2由基板16和至少一个金属制板件17构成。相对于图25而言，在图26中追加金属制板件17。
基板16的厚度比金属制板件17的厚度大。在基板16的至少一面上分别形成有成为共通供给流路4的主干共通供给流路9和分支共通供给流路8的槽状的凹部、以及成为共通排出流路5的主干共通排出流路11和分支共通排出流路10的槽状的凹部。
水冷板2是通过在基板16的至少形成有这些凹部的一面接合金属制板件17而构成的。因此，在基板16与金属制板件17接合之后，在基板16与金属制板件17之间，在成为主干共通供给流路9和分支共通供给流路8的部分以及成为主干共通排出流路11和分支共通排出流路10的部分留有间隙。该间隙成为主干共通供给流路9、分支共通供给流路8、主干共通排出流路11和分支共通排出流路10。在图27中示出其中的分支共通供给流路8和分支共通排出流路10。
在图25所示的基板16中除了共通流路以外还形成有成为冷却部流路6的凹部。被冷却部流路6和冷却部流路6夹着的平面为用于接合金属制板件17的基板16的主表面的一部分。冷却部流路6的部分为从用于接合金属制板件17的主表面凹陷相应于冷却部流路6的流路高度的量。因此，在基板16与金属制板件17接合之后，在基板16与金属制板件17之间，在冷却部流路6的部分也留有间隙。如图27所示，该间隙成为冷却部流路6。由此，能够在水冷板2的内部容易地形成共通流路和冷却部流路6。因此，能够降低水冷板2和LD模块冷却装置1的制造成本。此外，可以在从用于接合金属制板件17的主表面凹陷相应于冷却部流路6的流路高度的量而成的冷却部流路6的部分形成脊部13(参照图19～图22)。
在能够确保机械强度的范围内，尽可能薄的金属制板件17的厚度能够降低冷却水与LD模块3之间的热阻，因此期望尽可能薄。具体地说，期望设为约1mm～2mm。但是，金属制板件17的厚度不限于该范围。
期望金属制板件17的材质设为铜或铜合金。铜具有高的导热率，因此适于作为金属制板件17的材质。铜为比较容易接合的金属，因此也具有降低水冷板2的制造成本的效果。
基板16的材质不进行特别限制。基板16的材质也能够设为铜、铜合金，但也可以为能够与铜接合的不锈钢。通过使基板16的材质为不锈钢，能够提高水冷板2的机械强度或者能够使水冷板2轻量化。另外，基板16的材质只要是能够与金属制板件17接合的材质，则可以不是金属。因而，基板16的材质例如可以为树脂等绝缘材料。
作为基板16与金属制板件17的接合方法，可以为在至少一方的接合面预先形成焊料、硬钎焊材料的薄膜，并且通过加热使这些薄膜熔化来进行焊接的方法，也可以为不使用这样的夹合物而利用扩散接合进行接合的方法。
此外，如图28所示，也能够通过设为在基板16的两面接合金属制板件17的构造而容易地实现图24所示的第六实施方式中的水冷板2的流路构造。
另外，在该第七实施方式中，在冷却部流路6与LD模块3之间夹有金属制板件17，因此不适用于如本发明的第二实施方式那样通过水冷板2与LD模块3的封装件之间的配合来形成冷却部流路6从而冷却水直接与LD模块3的封装件接触的构造的水冷板2。
[LD模块冷却装置的第八实施方式]
图29～图31是示出本发明的第八实施方式所涉及的LD模块冷却装置的水冷板的构造的示意性的立体图。图32是示出本发明的第八实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路及其附近的构造的示意性的截面图。使用图29～图32来说明水冷板的构造和制造方法的其它一例。
本第八实施方式与本发明的第七实施方式不同的点在于在金属制板件17的基板16侧的表面形成的槽构成冷却部流路6这一点。即，图29所示的基板16没有图25所示的成为冷却部流路6的凹部，只有主干共通供给流路9、分支共通供给流路8、主干共通排出流路11和分支共通排出流路10形成为槽状的凹部。
另一方面，如图30所示，金属制板件17在与基板16接合的面具有多个槽18。槽18在金属制板件17与基板16接合时形成于与成为冷却部流路的部分对应的位置。在金属制板件17的与一个冷却部流路对应的区域中形成有多个并列的槽18。槽18的深度与冷却部流路的流路高度相等。在图30中，为了容易理解槽18的结构，将槽18的宽度、间距描绘得大，但通常槽18的宽度和间距形成得更细。
如图31所示，图29所示的基板16和图30所示的金属制板件17将金属制板件17的具有槽18的表面朝向基板16的主表面侧接合。由此，如图32所示，金属制板件17的表面的槽18作为冷却部流路6发挥功能。此时，槽18与槽18之间作为沿流路宽度方向分割冷却部流路6的脊部13(参照图19～图22)发挥功能。
作为冷却部流路6发挥功能的金属制板件17的表面的槽18包括留有脊部13的部分的形状，并且能够通过蚀刻等简单地成形。另一方面，关于基板16，能够仅通过只形成共通流路来进行制造，不需要形成尤其需要尺寸精度的细致的加工部分。因此，能够降低水冷板2的制造成本，从而能够制造低成本的LD模块冷却装置。
此外，可以在金属制板件17形成与冷却部流路对应的一个凹部来代替槽18。在该情况下，形成在冷却部流路6内不形成脊部13而只由一个流路构成的冷却部流路6。
[LD模块冷却装置的第九实施方式]
图33为从底面侧观察到的本发明的第九实施方式所涉及的LD模块冷却装置中使用的LD模块3的构造的示意性的立体图。图34为示出本发明的第九实施方式所涉及的LD模块冷却装置的冷却部流路6及其附近的构造的示意性的截面图。
第九实施方式所示的冷却部流路6与第二实施方式同样地通过水冷板2与LD模块3的封装件之间的配合来形成。如图33所示，在LD模块3的封装件15的底面(在通过与水冷板2之间的配合形成有冷却部流路6时与冷却水接触的面)形成有构成冷却部流路6的至少一部分的槽19。而且，在该LD模块3的封装件15与水冷板2的表面接合时，如图34所示，多个槽19作为冷却部流路6发挥功能，槽19与槽19之间作为脊部13(参照图19～图22)发挥功能。
据此，能够通过蚀刻等同时地在封装件15的底面简单地形成槽19和脊部13。另外，通过脊部13，能够降低压垮冷却部流路6的风险，并且与冷却水接触的冷却部流路6的内壁面积增加，从而LD模块冷却装置的冷却性能提高。
此外，可以在LD模块3的封装件15的底面形成与冷却部流路6对应的一个凹部来代替槽19。在该情况下，形成在冷却部流路6内不形成脊部13而只由一个流路构成的冷却部流路6。
另外，冷却部流路6形成于LD模块3的封装件15的底面，因此如图34所示，冷却部流路6与分支共通供给流路8以及分支共通排出流路10利用从水冷板2的表面遍及分支共通供给流路8和分支共通排出流路10形成的孔型的流路8a、10a来连通。
图33、图34中的标记20是用于防止从通过水冷板2与LD模块3的封装件15之间的配合形成的冷却部流路6漏水的密封件等密封构件。该密封构件20形成于LD模块3的封装件15的底面，但也可以用包围冷却部流路6的方式形成于水冷板2的表面。
另外，图33中的标记21是用于将LD模块3的封装件15固定于水冷板2的压片。压片21设置为向封装件15的两侧方伸出。各个压片21具有螺丝紧固用的孔21a。
与本发明的第二实施方式同样地，在该第九实施方式中，封装件15的底面也是与冷却水直接接触来进行冷却的流路构造，因此水冷板2的材质为导热率高的材质不是必须条件。因此，水冷板2的材质例如可以是树脂等金属以外的材质。在使水冷板2为树脂制的情况下，能够进行水冷板2的大幅度的轻量化、低成本化。
[LD模块冷却装置的第十实施方式]
图35为从侧面观察到的本发明的第十实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的示意图。
LD模块3通常构成图36所示的形状。即，在LD模块3的封装件15以向两侧方伸出的方式设置有安装用的压片21。压片21具有螺丝紧固用的孔21a。LD模块3的封装件15利用压片21的孔21a螺丝紧固于水冷板2。但是，在水冷板2由基板16和金属制板件17构成的情况下，当螺丝孔形成于靠近水冷板2内的共通流路的位置时，存在从螺丝孔漏水的风险。此外，图36中的标记24是光输出用的光纤，标记25是封装件15的盖(罩)。
因此，如图35所示，第十实施方式所涉及的LD模块冷却装置1采取使用框构件22来将LD模块3固定于水冷板2的构造。框构件22以在框构件22与水冷板2之间设置有间隙S的构造来覆盖水冷板2的表面或背面中的至少一方的面的至少一部分。LD模块3收容于该间隙S内。在框构件22中设置有用于向水冷板2按压LD模块3的、由螺丝构成的按压构件23。通过朝向水冷板2拧入该按压构件23，间隙S内的LD模块3被按压向水冷板2并且被固定。
据此，即使至少在水冷板2的中央附近不设置螺丝孔，也能够将LD模块3固定于水冷板2。因而，能够减轻从螺丝孔漏水的风险。
[LD模块冷却装置的第十一实施方式]
图37为示出本发明的第十一实施方式所涉及的LD模块冷却装置1中的LD模块3的配置的示意性的俯视图。
在以上所说明的任一实施方式中，LD模块3的朝向是与LD模块3的排列方向相同的方向。即，各个LD模块3与排列方向平行地配置。但是，在利用图36所示的光纤24进行光输出的情况下，有时以使LD模块3的朝向相对于LD模块3的排列方向倾斜的方式排列LD模块3。这是为了使得不用以急剧的角度弯曲光纤24就能够避免与相邻的LD模块3之间的干涉。在该情况下，可以不改变冷却部流路6的方向而只使LD模块3倾斜。但是，为了使冷却部流路6的区域尽可能与LD模块3相对于水冷板2的主接触面区域一致来得到更高的冷却特性，LD模块冷却装置1可以为图37所示的构造。
在图37所示的例子中，各LD模块3相对于LD模块3的排列方向朝向同一方向倾斜约20°地进行配置。各冷却部流路(在图37中隐藏在LD模块3的下方而看不见。)的区域与LD模块3向水冷板2的主接触面区域(在图37中为LD模块3的外形)相同。
图37中的在各LD模块3的上下呈三角形的区域6a是流路高度比冷却部流路大、并且流路高度(流路深度)比共通流路8、9、10、11小的区域。该区域6a是相比于共通流路8、9、10、11形成得浅但是冷却水的压力损失相比于冷却部流路而言大幅减少的流路区域。因此，在冷却部流路中，冷却水如箭头所示的那样能够通过区域6a而从分支共通供给流路8沿倾斜方向流向分支共通排出流路10。
图38示出图37所示的LD模块冷却装置的一部分及其截面的示意图。在图38中也为了容易理解说明而在纵向和横向上恰当地变更倍率。另外，在图38所示的例子中，在基板16侧形成有冷却部流路6，但也可以在金属制板件17侧形成冷却部流路6是自不必说的。
此外，在图37中，两端的分支共通流路8、10以外的一个分支共通供给流路8和一个分支共通排出流路10兼作两列LD模块3的分支共通供给流路和分支共通排出流路。这是因为当如图2、图15那样排列分支共通供给流路8和分支共通排出流路10时，两者过度靠近。因此，每列的冷却部流路内的冷却水的流动的方向为逆向。在该情况下，当LD模块3内的LD芯片的列靠近LD模块3内的例如图37中的上下任一方时，在冷却水的流动的方向为逆向时，LD芯片的位置成为上游侧或成为下游侧。在这由于冷却特性产生差异等理由而成为问题的情况下，LD模块冷却装置1可以设为图39所示的构造。
图39为示意性地示出本发明的第十一实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的其它构造的俯视图。在图39所示的例子中，各LD模块3也配置为相对于LD模块3的排列方向倾斜约20°。各冷却部流路(在图39中隐藏在LD模块3的下方而看不见。)的区域与LD模块3向水冷板2的主接触面区域(在图39中为LD模块3的外形)相同。在图39中，处于冷却部流路的两侧的、与冷却部流路倾斜相同角度的矩形的区域6b是相比于共通流路8、9、10、11而言高度(深度)小但是相比于冷却部流路而言高度大并且冷却水的压力损失相比于冷却部流路6而言大幅减少的区域。因此，在冷却部流路6中，冷却水向箭头所示的方向流动。
共通流路8、9、10、11形成于水冷板2的靠近与配置有LD模块3的面相反的面的位置。在图39中，以夹着各LD模块3的方式配置的圆形的部分8b、10b是为了使倾斜的矩形的流路与共通流路8、9、10、11相连而朝向相对于水冷板2的主表面垂直的方向开孔得到的孔型的流路。
图40是示出图39所示的LD模块冷却装置1的一部分及其截面的示意图。在图40中也为了容易理解说明而在纵向和横向上恰当地改变倍率。在如图39所示那样具有复杂的流路构造的LD模块冷却装置1中，通过使水冷板2的构造为图40所示的构造，也能够比较容易地进行制造。即，如图40所示，从基板16的一面对处于冷却部流路6的两侧且相对于冷却部流路6倾斜相同角度的矩形的区域6b和冷却部流路6的部分进行例如切削加工。另一方面，从基板16的另一面对共通流路8、9、10、11进行切削加工。然后，利用钻头等开孔有成为将两切削加工部分相连的流路8b、10b的孔。最后，在基板16的两面接合金属制板件17。
此外，在图40中，冷却部流路6也形成于基板16侧，但也可以作为凹部形成于金属制板件17侧。
[配管安装构造]
在此，事先对为了使冷却水流入向各实施方式所涉及的LD模块冷却装置1的水冷板2、或从水冷板2排出冷却水所需的配管的安装构造进行叙述。
如图41所示，水冷板2非常厚的情况下的配管安装构造可以是在水冷板2的侧面开孔与共通流路连通的孔2a并且在该孔2a中插入配管26且进行焊接的构造。但是，为了水冷板2的轻量化、低成本化，在具备必要的功能的前提下，大多期望薄的水冷板2。因此，有时不能够采用图41所示的配管安装构造。
图42为示出在该情况下期望的配管安装构造的一例。图42所示的水冷板2具有向侧方突出的突出部分2b。形成于水冷板2的共通流路4和共通排出流路5的端部在该突出部分2b开口。此外，共通供给流路4与共通排出流路5的配管安装构造相同。因此，为了简化说明，在图42中同时记载共通供给流路4和共通排出流路5的标记。
另一方面，在水冷板2之外还准备配管连接用部件27。该配管连接用部件27与用于冷却水的供水或排水的配管26连接。配管连接用部件27具有能够将水冷板2的突出部分2b收容的凹部27a。配管26与该凹部27a的内部连通。而且，在向连接有配管26的配管连接用部件27的凹部27a内插入水冷板2的突出部分2b之后，利用焊接等方法将突出部分2b与配管连接用部件27固定。由此，能够简单地在水冷板2上安装用于冷却水的供给或排出的配管26。
图43示出配管安装构造的其它一例。在图43中，水冷板2的共通流路的端部在水冷板2的表面和背面中的任一方或两方开口。在该情况下，连接有配管26的配管连接用部件27通过焊接等方法被固定于共通流路的端部开口的水冷板2的表面和/或背面。该配管安装构造能够应用于在与水冷板2的表面和/或背面垂直的方向上具有足够的空间的情况下。
[激光装置的实施方式]
图44为示出本发明所涉及的激光装置的概念性的结构的框图。
如图44所示，激光装置28具备至少一个单元以上的LD模块组件单元29。在LD模块组件单元29中分别搭载有上述的本发明的第一实施方式至第十一实施方式的LD模块冷却装置1、作为激光光源或激励光源使用的多个LD模块3。并且，激光装置28具备至少一个以上的LD电源部30、控制部31、激光光学系统32。LD电源部30向LD模块3供给驱动电力。控制部31至少控制LD电源部30，并且向LD电源部30输出光输出指令。激光装置28从激光光学系统32射出激光束。该激光装置28构成为具有与三个LD模块组件单元29一一对应的三个LD电源部30，并且一个控制部31对该三个LD电源部30输出光输出指令。激光光学系统32具有复用器33。复用器33对从各LD模块组件单元29输出的激光束进行合成并且输出。
LD模块组件单元29具有以上所说明的任一实施方式所涉及的LD模块冷却装置1。因此，LD模块组件单元29内的LD模块3间的冷却特性的差异小，LD模块3的驱动时的LD模块3、LD的温度大致相同。因而，只要控制部31进行控制以使以进行驱动的LD模块3不向特定的LD模块3偏向的方式输出光输出指令就能够抑制一部分的LD模块3的寿命提早到期的现象。由此，包括作为主要构成单元的多个LD模块3、以及LD模块冷却装置1的LD模块组件单元29的寿命变长。其结果是，LD模块组件单元29的更换等维护成本低，从而能够实现长寿命且可靠性高的激光装置28。
此外，在图44中，为了简化，没有示出对来自各LD模块3的激光束进行合成并且从LD模块组件单元29输出的光学系统、或者从LD模块组件单元29输出将LD模块3作为激励光源使用的情况下的激光介质、来自激光介质的激光束的光学系统。
另外，图44示出三个LD模块组件单元29，但LD模块组件单元29可以为四个以上，也可以为一个或两个。在LD模块组件单元29为一个的情况下，不需要图示的复用器33。
此外，以上所说明的本发明所涉及的LD模块冷却装置1以对LD模块3进行冷却为主要目的，但也能够同时冷却LD模块3以外的发热部件。因而，可以在水冷板2的表面和背面中的至少任一面上配置例如LD用电源的部件等LD模块3以外的发热部件。在该情况下，为了冷却该发热部件，除了用于冷却LD模块3的冷却部流路6以外，可以在水冷板2形成具有与该冷却部流路6相同的流路构造的另外的冷却部流路。通过在该另外的冷却部流路中与用于冷却LD模块3的冷却部流路6同样地并行地流动冷却水，能够几乎不受其它发热部件的发热的影响地冷却LD模块3。
另外，以上各实施方式中，使用冷却水作为冷却介质，本发明涉及的LD模块冷却装置能够使用水以外的流体(例如冷却液、气体等)作为冷却介质。

Claims (15)

1.一种LD模块冷却装置，具备：
冷却板；
多个冷却部流路，其形成于所述冷却板，与排列于所述冷却板的表面的多个LD模块的位置对应并且供用于冷却所述LD模块的冷却介质流动；
共通供给流路，其形成于所述冷却板，并且向所述多个冷却部流路并行地供给冷却介质；以及
共通排出流路，其形成于所述冷却板，并且从所述多个冷却部流路并行地排出冷却介质，
其中，所述冷却部流路形成为与所述冷却板的表面平行的薄层流路，并且所述冷却部流路在流路长度的至少大部分中流路高度和流路宽度是固定的，
在从所述冷却板的表面侧观察时，由流路长度×流路宽度划定的所述冷却部流路的矩形形状同所述冷却板与所述LD模块之间的主要接触面至少有大部分重叠，
所述冷却部流路的流路高度满足相对于流路长度和流路宽度为1/20以下的条件、以及流路高度为0.5mm以下的条件中的至少一个条件，
在所述冷却部流路内流动的冷却介质的因管摩擦引起的压力损失比在所述共通供给流路和所述共通排出流路内流动的冷却介质的因管摩擦引起的压力损失大。
2.根据权利要求1所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
在所述冷却板的表面并列有多个由所述多个冷却部流路构成的列，
所述共通供给流路具有沿着由所述多个冷却部流路构成的列延伸且向所述列内的所述多个冷却部流路并行地供给冷却介质的分支共通供给流路，
所述共通排出流路具有沿着由所述多个冷却部流路构成的列延伸且将从所述列内的所述多个冷却部流路并行地流出的冷却介质排出的分支共通排出流路，
在至少一组以上的相邻的所述分支共通供给流路与所述分支共通排出流路之间配置有比所述冷却板的导热率低的隔热部。
3.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
在所述冷却部流路内的至少一部分设置有沿流路宽度方向对所述冷却部流路内部进行分割的一个以上的脊部。
4.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述LD模块具有排列成一列的多个LD芯片，
排列于所述冷却板的表面的LD模块存在如下关系：在从所述冷却板的表面侧观察时，所述LD芯片的列的方向与在所述冷却部流路中流动的冷却介质的流动方向交叉。
5.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述冷却部流路的流路宽度比所述冷却部流路的流路长度大。
6.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
在所述冷却板的背面配置至少一个以上的LD模块，
所述冷却板具有用于对配置于所述冷却板的背面的所述LD模块进行冷却的冷却部流路。
7.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述冷却板包括：基板，其在至少一面上形成有成为所述共通供给流路和所述共通排出流路的凹部；以及至少一个金属制板件，
其中，通过在所述基板的至少一面上接合所述金属制板件来在所述凹部与所述金属制板件之间形成所述共通供给流路和所述共通排出流路。
8.根据权利要求7所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述金属制板件的材质为铜或铜合金。
9.根据权利要求7所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述基板的材质与所述金属制板件的材质不同。
10.根据权利要求7所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述冷却部流路是由在所述金属制板件的所述基板侧的表面形成的槽构成的。
11.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述冷却部流路是通过所述冷却板与所述LD模块的封装件之间的配合来在所述冷却板与所述LD模块的封装件之间形成的。
12.根据权利要求11所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述LD模块的所述封装件在与冷却介质接触的面具有构成所述冷却部流路的至少一部分的槽。
13.根据权利要求11所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
所述冷却板的材质为金属以外的材质。
14.根据权利要求1或2所述的LD模块冷却装置，其特征在于，
还具备框构件，所述框构件用于向所述冷却板按压所述LD模块，
所述框构件的构造为：以在所述框构件与所述冷却板之间具有间隙的方式覆盖所述冷却板的表面或背面中的至少一面的至少一部分。
15.一种激光装置，具备：
至少一个以上的LD模块组件单元，其是在根据权利要求1至14中的任一项所记载的LD模块冷却装置中搭载作为激光光源或激励光源使用的多个LD模块而形成的；
至少一个以上的LD电源部，其向所述LD模块供给用于光输出的驱动电力；
控制部，其向所述LD电源部输出光输出指令；以及
激光光学系统，其射出激光束。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11824323B1 (en) * 2018-12-06 2023-11-21 Nlight, Inc. Diode laser package for bidirectionally emitting semiconductor laser devices
KR102204972B1 (ko) * 2019-02-01 2021-01-19 주식회사 에프에스티 가스실린더의 영역별 온도제어가 가능한 온도제어장치
JP6989557B2 (ja) 2019-04-15 2022-01-05 ファナック株式会社 レーザ装置
US11109452B2 (en) 2019-11-14 2021-08-31 Applied Materials, Inc. Modular LED heater
JP7458853B2 (ja) * 2020-03-30 2024-04-01 キヤノン株式会社 光源装置、照明装置、及び露光装置。
JP7418128B2 (ja) 2020-03-30 2024-01-19 キヤノン株式会社 光源装置、照明装置、及び露光装置。
CN111490448B (zh) * 2020-04-28 2023-09-22 华中科技大学 一种激光器模块
CN111859485A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 中国科学院电工研究所 一种水冷板仿真设计方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1906821A (zh) * 2004-03-17 2007-01-31 浜松光子学株式会社 半导体激光装置
CN101473432A (zh) * 2006-06-14 2009-07-01 丰田自动车株式会社 散热装置以及冷却器
CN101523595A (zh) * 2007-01-11 2009-09-02 爱信艾达株式会社 发热体冷却构造以及具备该构造的驱动装置
CN102414502A (zh) * 2009-11-12 2012-04-11 优志旺电机株式会社 发光元件光源单元
CN102577654A (zh) * 2009-09-29 2012-07-11 日本电气株式会社 用于电子装置的热量输送结构
CN103890938A (zh) * 2011-10-12 2014-06-25 富士电机株式会社 半导体模块用冷却器及半导体模块
CN105308742A (zh) * 2013-11-28 2016-02-03 富士电机株式会社 半导体组件用冷却器的制造方法、半导体组件用冷却器、半导体组件和电驱动车辆
CN105637632A (zh) * 2014-03-20 2016-06-01 富士电机株式会社 冷却器及使用该冷却器的半导体模块
CN106253050A (zh) * 2015-06-11 2016-12-21 发那科株式会社 通过共通的冷却水冷却激光振荡部、空气冷却机以及除湿器的激光装置

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0770852B2 (ja) * 1986-01-27 1995-07-31 富士通株式会社 冷却プレ−ト
JPH042156A (ja) * 1990-04-19 1992-01-07 Fuji Electric Co Ltd 電力用半導体装置
US5520244A (en) * 1992-12-16 1996-05-28 Sdl, Inc. Micropost waste heat removal system
US5727618A (en) * 1993-08-23 1998-03-17 Sdl Inc Modular microchannel heat exchanger
JP3260584B2 (ja) * 1995-04-07 2002-02-25 株式会社日立製作所 マルチチップモジュールの冷却機構
JP3296260B2 (ja) 1997-09-01 2002-06-24 三菱電機株式会社 高圧電気機器の水冷装置
US6400012B1 (en) * 1997-09-17 2002-06-04 Advanced Energy Voorhees, Inc. Heat sink for use in cooling an integrated circuit
JP2001284513A (ja) * 2000-03-29 2001-10-12 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体装置
EP1148547B8 (en) * 2000-04-19 2016-01-06 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
JP3578335B2 (ja) * 2000-06-29 2004-10-20 株式会社デンソー 電力用半導体装置
US6434003B1 (en) * 2001-04-24 2002-08-13 York International Corporation Liquid-cooled power semiconductor device heatsink
JP3676719B2 (ja) * 2001-10-09 2005-07-27 株式会社日立製作所 水冷インバータ
JP3780953B2 (ja) * 2002-01-31 2006-05-31 株式会社日立製作所 冷却装置付き電子回路装置
JP4138562B2 (ja) * 2002-04-18 2008-08-27 株式会社日立製作所 車両用インバータ装置及びそれを搭載した電動車両
DE10317580B4 (de) * 2002-04-18 2010-09-16 Hitachi, Ltd. Elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal sowie Elektrofahrzeug mit einer derartigen Wechselrichtervorrichtung
US6992382B2 (en) * 2003-12-29 2006-01-31 Intel Corporation Integrated micro channels and manifold/plenum using separate silicon or low-cost polycrystalline silicon
JP4450632B2 (ja) * 2004-01-09 2010-04-14 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2005202112A (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Seiko Epson Corp 光源装置および投射型表示装置
JP4654664B2 (ja) * 2004-01-13 2011-03-23 セイコーエプソン株式会社 光源装置および投射型表示装置
JP2005252139A (ja) * 2004-03-08 2005-09-15 Shohei Iida 液冷システム
JP4598422B2 (ja) * 2004-03-19 2010-12-15 浜松ホトニクス株式会社 レーザアレイモジュールおよび冷却マニホールド
JP2006165186A (ja) * 2004-12-06 2006-06-22 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体装置
JP2007043041A (ja) * 2005-06-28 2007-02-15 Kyocera Corp 電気素子装置および電気素子モジュール
JP5105801B2 (ja) * 2006-09-05 2012-12-26 株式会社東芝 半導体装置
JP4856030B2 (ja) * 2007-09-06 2012-01-18 パナソニック電工Ｓｕｎｘ株式会社 光源装置
US20100078155A1 (en) 2008-09-30 2010-04-01 Third Millennium Engineering Thin Cavity Fluidic Heat Exchanger
JP5267412B2 (ja) 2009-10-07 2013-08-21 株式会社デンソー 冷媒冷却型両面冷却半導体装置
JP5702988B2 (ja) 2010-01-29 2015-04-15 株式会社 日立パワーデバイス 半導体パワーモジュール及びそれが搭載される電力変換装置並びに半導体パワーモジュール搭載用水路形成体の製造方法
JP5651972B2 (ja) * 2010-03-17 2015-01-14 富士電機株式会社 水冷式半導体冷却ユニットのスタック構造
US9376960B2 (en) * 2010-07-23 2016-06-28 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Heat transfer augmented fluid flow surfaces
JP2012049453A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Kyocera Corp 光照射デバイス、光照射モジュール、および印刷装置
US20120261104A1 (en) * 2011-04-12 2012-10-18 Altex Technologies Corporation Microchannel Heat Exchangers and Reactors
CN202159888U (zh) * 2011-07-30 2012-03-07 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种激光器冷却装置
JP5999028B2 (ja) * 2013-06-03 2016-09-28 株式会社デンソー 電力変換装置
US9812375B2 (en) * 2015-02-05 2017-11-07 Ii-Vi Incorporated Composite substrate with alternating pattern of diamond and metal or metal alloy
JP6215857B2 (ja) * 2015-02-26 2017-10-18 ファナック株式会社 放熱フィンを有するｌ字状熱伝導部材を備えた空冷式レーザ装置
RU2599600C1 (ru) 2015-05-08 2016-10-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Мощная оптическая усилительная головка с торцевой диодной накачкой активного элемента в виде пластины

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1906821A (zh) * 2004-03-17 2007-01-31 浜松光子学株式会社 半导体激光装置
CN101473432A (zh) * 2006-06-14 2009-07-01 丰田自动车株式会社 散热装置以及冷却器
CN101523595A (zh) * 2007-01-11 2009-09-02 爱信艾达株式会社 发热体冷却构造以及具备该构造的驱动装置
CN102577654A (zh) * 2009-09-29 2012-07-11 日本电气株式会社 用于电子装置的热量输送结构
CN102414502A (zh) * 2009-11-12 2012-04-11 优志旺电机株式会社 发光元件光源单元
CN103890938A (zh) * 2011-10-12 2014-06-25 富士电机株式会社 半导体模块用冷却器及半导体模块
CN105308742A (zh) * 2013-11-28 2016-02-03 富士电机株式会社 半导体组件用冷却器的制造方法、半导体组件用冷却器、半导体组件和电驱动车辆
CN105637632A (zh) * 2014-03-20 2016-06-01 富士电机株式会社 冷却器及使用该冷却器的半导体模块
CN106253050A (zh) * 2015-06-11 2016-12-21 发那科株式会社 通过共通的冷却水冷却激光振荡部、空气冷却机以及除湿器的激光装置

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