JP2004153056A

JP2004153056A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2004153056A
Application number: JP2002317279A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Ono; 司小野; Masanori Kato; 昌法加藤; Takaharu Matsuo; 高春松尾
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】簡単な装置構成で、ヒートシンク全域に渡って温度差を小さくし、均一に冷却する。
【解決手段】発熱体を冷却するために発熱体の下に設けられ、方形の基板上に平板状のフィンが形成されたヒートシンクを冷却する冷却装置であって、前記ヒートシンク長手方向両端に設けられた吸気ファンと、前記ヒートシンク長手方向中央に設けられた排気ファンと、を有することを特徴とする冷却装置を提供することにより前記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置に係り、特に、ファイバーアレイを用いたアウタードラム画像記録装置のレーザダイオードの冷却に好適に用いられる冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータにより、デジタル画像を作成し、直接印刷版に画像記録を行うＣＴＰ（ＣｏｍｐｕｔｅｒｔｏＰｌａｔｅ）が行われるようになってきている。このようなＣＴＰ等において用いられる画像記録装置として、回転するドラムの表面に感光材料を保持しながら、デジタル画像信号に応じてレーザ光露光を行い、画像を記録する画像記録装置が用いられている。
【０００３】
しかし、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光光源は、温度が高くなると、定格光量が低くなり、発光量を小さくしなければならず、寿命も短くなる。そこで、冷却することにより、半導体発光光源の温度を下げることが必要となる。
従来は、このような冷却装置としては、ペルチェ素子等を用いて温度調節するものが知られている。
また、ファンによりヒートシンクに風を送り、空冷するものも知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ファンによりヒートシンクに送風して冷却する装置の一般的な構成を図６に示す。なお、これは前記非特許文献１に記載のものを、ヒートシンクを長くして右端に排気ファンを取り付けたものである。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図である。これらの図は、左右対象であるため中央より右側はその記載を一部省略している。
これらの図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートシンク９０の上にはレーザダイオード・ファイバーカップリングユニット（ＬＤ／ファイバー結合ユニット、ＬＤ−ＦＣ）９２（ファイバーカップルドＬＤ（ＦＣＬＤ））が一列に並んで配列されており、またヒートシンク９０の両端には、吸気ファン９４ａと排気ファン９４ｂが設けられている。
【０００５】
なお、図６（ｂ）に矢印で示すように、外気は左側の吸気ファン９４ａによって取り入れられ、右方向へ流れ、右側の排気ファン９４ｂによって外へ排出され、これによりヒートシンク９０が冷却される。
【０００６】
【非特許文献１】
住友軽金属工業株式会社伸銅所加工品開発部「カシメ式ヒートシンク技術資料」住友軽金属工業株式会社伸銅所、１９９６年８月８日
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示したような、従来の一般的な冷却方式では、ヒートシンク９０の長手方向の一方の端から外気を取り入れ、他方の端から排出するようにしているため、図７にヒートシンク９０の長手方向に沿った温度分布を示すように、吸気側と排気側においてかなりの温度差が生じてしまい、場所によってＬＤ−ＦＣの温度が異なるため、その状態が均一にならず、安定した画像記録に影響を及ぼす虞があるという問題がある。
【０００８】
これは、吸気側では、取り入れたばかりのフレッシュな外気によりよく冷却されるのに対し、排気側では、取り入れられた外気が排気側まで流れてくるうちに次第に温められて温度が上がってしまうため、冷却効率が低くなってしまうからである。
また、従来のようにペルチェ素子等の冷却機構を別途設けるようにすると、装置構成も複雑となるとともにコストがかかるという問題もある。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、なるべく簡単な装置構成で、コスト上昇を招くことなく、ヒートシンク全域に渡って温度差が小さく、均一に冷却することのできる冷却装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、発熱体を冷却するために発熱体の下に設けられ、方形の基板上に平板状のフィンが形成されたヒートシンクを冷却する冷却装置であって、前記ヒートシンク長手方向両端に設けられた吸気ファンと、前記ヒートシンク長手方向中央に設けられた排気ファンと、を有することを特徴とする冷却装置を提供する。
【００１１】
また、前記吸気ファンによって前記ヒートシンク長手方向両端から取り入れられた外気を前記ヒートシンク中央部に送るダクトを、前記ヒートシンクの中及び下側に設けたことが好ましい。
【００１２】
また、前記ダクトを、前記ヒートシンクの長手方向端部から中央部に向けて、前記ヒートシンク上に設けられた発熱体が存在する側に集中させるように形成したことが好ましい。
【００１３】
さらに、前記ヒートシンクを長手方向中央部を境にして、左右に２分割し、前記中央部にダクトを設けたことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の冷却装置について、特に、ファイバーアレイ露光装置の冷却装置を例にとり、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る冷却装置を適用するファイバーアレイ露光装置の概略構成を示す概略斜視図である。
図１に示す、ファイバーアレイ露光装置（以下、単に露光装置という。）１は、光ビームを射出するＬＤ光源部１０と、記録材料Ａを主走査する主走査部１２と、ＬＤ光源部１０から射出される光ビームを主走査部１２の記録材料Ａ上に結像する露光ヘッド（結像光学系）１４を有している。
【００１６】
ＬＤ光源部１０は、所定数のマルチビームをそれぞれ射出するレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体レーザを含む、所定数のレーザダイオード・ファイバーカップリングユニット（ファイバーカップルドＬＤ、ここでは以下、ＬＤ−ＦＣとする。）とこれらを載置するドライバ基板、及びＬＤ−ＦＣを所定温度に保持するためのヒートシンク等を含んでいる。
ヒートシンクは、ＬＤ−ＦＣに発生する熱を吸収して放熱するものであり、詳しくは後述するが、ヒートシンクには、本発明に係る冷却装置が取り付けられている。
【００１７】
また、ＬＤから射出された光ビームは、光ファイバー１６により露光ヘッド１４に誘導される。本実施形態のＬＤ光源部１０は、ＬＤ−ＦＣ（ＬＤ結合光ファイバーアレイ）方式であるが、本発明はこれに限定されず、マルチビームを射出することができる光ビーム射出光源であればどのようなものでもよい。また、本実施形態におけるＬＤ−ＦＣに用いられるＬＤとしては、特に制限的ではなく、シングルモードＬＤ、マルチモードＬＤでも、ブロードエリアＬＤでもよく、公知のＬＤを用いることができる。また、ＬＤ自体にコリメータレンズやアパーチャを有するものであってもよい。
また、光ファイバー１６も、特に制限的ではなく、十分に光を誘導できればできるだけ細い方が好ましい。
また、このようにＬＤ光源部１０と、露光ヘッド１４とを分けて光ファイバー１６で引き回して接続するようにしたため、ＬＤ光源部１０の設置場所がある程度自由となるので、ＬＤ光源部１０は、露光装置１の下側に配置することができる。
下側に配置することで、冷却（空冷）し易くなるとともに、ＬＤの交換も容易になる。
【００１８】
主走査部１２は、いわゆるアウタードラム方式の露光を行うためのもので、その外周面に例えばＰＳ版等の記録材料Ａを装着して、図に矢印Ｍで示す主走査方向に回転するドラム１８と、このドラム１８を回転駆動する駆動源（図示せず）と、露光ヘッド１４を図に矢印Ｓで示す主走査方向と直交する副走査方向に相対的に移動させる副走査機構（図示せず）を備えている。
また、露光ヘッド１４は、ＬＤ光源部１０から射出された光ビーム（マルチビーム）を最終的に所定のスポットサイズで記録材料Ａ上に結像する縮小光学系であり、光ファイバー１６の各ファイバーの出射端面を副走査方向に所定間隔を空けて配置したファイバーアレイと、ファイバーアレイすべての光ビームに作用してコリメート光とするコリメータレンズ等を有している。
【００１９】
図２に、本実施形態の露光装置をより詳しく示す。図２は、図１に示した露光装置１を構成する各部を側面から見た状態を示したものである。
図２に示すように、ＬＤ光源部１０は、光ビームを射出するＬＤ−ＦＣ２０を有し、その下にヒートシンク２２が設けられている。また、ヒートシンク２２には、吸気ファン２６によって取り入れられた冷たい外気によりＬＤ−ＦＣ２０の底面のヒートシンク２２が効率良く冷却されるように、送風用のダクト２４が設けられている。
【００２０】
また、各ＬＤ−ＦＣ２０から射出された光は、光ファイバー１６を通して誘導され、途中コネクタ２８により束ねられ、露光ヘッド１４に導かれる。
光ファイバー１６は、露光ヘッド１４が副走査に伴い移動可能なように、途中にファイバー曲がり１６ａを有し、その出射端面を副走査方向に所定間隔を空けて支持板（図示せず）に配置したファイバーアレイ３０に接続されている。
また、露光ヘッド１４は、ドラム１８の外周面に装着された記録材料Ａ上に画像を結像するために、ファイバーアレイ３０から射出された光をコリメート光とするコリメータレンズ３２、開口３４及び結像レンズ３６を有している。露光ヘッド１４は、これらの部材が移動支持台３８上に固定され、図示しない副走査機構により、ドラム１８の軸線方向と略平行な副走査方向に移動する。
【００２１】
本発明に係る冷却装置は、このような露光装置１の発熱体であるＬＤ−ＦＣ２０の底面のヒートシンク２２を冷却し、ＬＤ−ＦＣ２０を所定温度に保つためのものであり、以下本発明の冷却装置の実施形態について説明する。
図３に、本発明に係る冷却装置の一実施形態を示す。本実施形態の冷却装置は、ヒートシンクの長手方向両端に吸気ファンを設けるとともに、ヒートシンクの長手方向中央部に排気ファンを設け、さらに、外気による冷却効果をより高めるように送風用のダクトの形状を工夫したものである。
【００２２】
図３は、ファン及びダクトの取り付けられたヒートシンク２２を示すもので、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図であり、図３（ｃ）は、図２（ｂ）を右側から見た側面図である。
なお、本実施形態のヒートシンク２２は、左右対称であるので、図３（ａ）、（ｂ）は、ヒートシンク２２の左側の部分のみを表している。図３（ａ）及び（ｂ）の右端の一点鎖線は、ヒートシンク２２の中央を示している。
【００２３】
図３（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、ヒートシンク２２の長手方向端部に吸気ファン２６を設ける。上述したように、これらの図はヒートシンク２２の左半分のみを表しており、ヒートシンク２２は左右対称であるため、ヒートシンク２２の図示しない右側端部にも吸気ファン２６が設けられているのはもちろんである。
また、ヒートシンク２２の中央下部に排気ファン２７が設けられている。これにより、ヒートシンク２２の左右両側から取り込まれた外気はヒートシンク２２を冷却した後、中央部の排気ファン２７によって排出される。
【００２４】
また、ヒートシンク２２には、図３（ｃ）に示すように、放熱用のフィン２２ａが設けられている。フィン２２ａは、図３（ｃ）のように側面から見ると櫛状となるように、ヒートシンク２２長手方向に平面状の板を等間隔で並べたものである。また、左右両端の吸気ファン２６から吸入された外気をヒートシンク２２の中央部へ導くために、図３（ａ）に示すように、ヒートシンク２２の中にダクト２４が設けられている。ヒートシンク２２上には、ＬＤ−ＦＣ２０が一列に配置されているが、図３（ａ）に示すように、一方に寄って設けられているため、取り入れた外気をＬＤ−ＦＣ２０側へ集中させるようにダクト２４の形状を最適化する。
すなわち、図３（ａ）に示すように、ダクト側壁２４ｃを上から見て、斜めに設け、ヒートシンク２２の端部から中央部へ行くにしたがって、上から見てその幅が狭くなり、断面積が小さくなり、ダクト２４が発熱体であるＬＤ−ＦＣ２０が存在する側に集中するように形成する。
【００２５】
これにより、発熱体であるＬＤ−ＦＣ２０の側へ外気を集中的に導くことができ、冷却効率を高めることができる。
さらに、このとき端部から離れたヒートシンク２２中央部は、そこに行くまでに外気の温度が高くなってしまい、どうしても冷却効果が低下するため、図３（ｂ）に示すように、ヒートシンク２２の下側にもダクト２４ｂを設けるようにして、ヒートシンク２２の中をヒートシンク２２を冷却しながら流れる空気とは別に、端部から直接ヒートシンク２２の中央部へフレッシュな外気を送り込むようにする。これにより、取り入れた後あまり温度の上昇していない冷たい外気で、端部と同じように中央部も冷却することができ、ヒートシンク２２の長手方向全体に渡って温度差を小さくし、温度ローカリティをなくすことができる。
【００２６】
なお、このとき、図３（ｃ）に示すように、ヒートシンク２２のフィン２２ａは、櫛状であり、下側が開いているため、図３（ｂ）に示すようなヒートシンク２２下側にダクト２４ｂを設けても、吸入された外気が下側のダクト２４ｂを伝って中央部に行くまでに、かなりの部分がフィン２２ａの間から上の方へ流れてしまうため、確実に、フレッシュな外気をヒートシンク２２中央部に送るようにするために、図３（ｂ）に二点鎖線Ｌで示すように制流板を取り付けるようにしてもよい。
【００２７】
また、図３（ｂ）に符号Ｐで示したヒートシンク２２の中央部はどうしても空気が淀んでしまう点が生じ、このような淀み点Ｐにおいては、冷却効果が減少する。そこでこのような淀み点Ｐをなくすために、ヒートシンク２２を２分割し、中央部にダクト２５を設ける。ダクト２５は、図３（ｂ）に示すように、上から下へ向かって斜めに上蓋が形成されている。これにより、中央下部に設けられた排気ファン２７からスムーズに排気が行われ、淀み点Ｐが解消される。
【００２８】
図３のように、吸気ファン２６、排気ファン２７及びダクト２４（２４ａ、２４ｂ）、２５を設けてヒートシンク２２を冷却した場合の、ヒートシンク２２のＬＤの位置による温度変化を図４に示す。
図４に示すように、本実施形態によれば、ヒートシンク２２のＬＤの位置による温度差が非常に小さく、ヒートシンク２２全体を均一に効率良く冷却することが可能となる。
【００２９】
また、上に述べた例では、ヒートシンク２２の放熱用の各フィン２２ａの形状は、長方形状であったが、フィン２２ａの形状はこれに限定されるものではなく、端部より温度が高くなる中央部の長さを長くして放熱面積が大きくなるようにしてもよい。
例えば、図５にその正面図を示すように、各フィン２２ａの形状を端部の長さＦ１より、中央部の長さＦ２をより長くして、段付き形状（Ｔ字形）としてもよい。あるいは、図５に二点鎖線で示したように、フィン２２ａの長さが次第に長くなって行くような形状（長方形に台形を組み合わせたような形状）としてもよい。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、ヒートシンクの両側から外気を取り入れて、中央部から排気するようにしたため、空気の取り入れ量も多くなるとともに、空気の流路も短くなり、その分放熱（冷却）効果も高くなる。
また、ダクトをヒートシンクの中及び下側に設け、フレッシュな空気を直接ヒートシンク中央部に送るようにしたため、端部と中央部で温度差を小さくすることができるようになった。
また、ダクトの形状を、端部から中央部に向かって、ＬＤが配置されている側に幅を狭くして、ダクトをＬＤ側に集中させるようにしたため、発熱体であるＬＤを、特に中央部のＬＤを効率良く冷却することができる。
また、本実施形態は、強制空冷方式で冷却するようにしているため、従来のように、ペルチェやスポットクーラー等の冷却機構を別途設ける必要がないため、コスト的にも有利である。
【００３１】
なお、以上説明した例では、ＬＤ−ＦＣ方式の露光装置に用いる冷却装置について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＬＤ以外の発熱体を有するシステム、例えば、ＣＣＤ等を含むシステムにも適用可能である。
また、その他、抵抗、基板、チップ等、あらゆる、熱を持つものを含むシステムに用いられるヒートシンクと組み合わせた冷却装置として本発明を好適に適用することができる。
【００３２】
以上、本発明の冷却装置について、詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば、ファンを増やしたことにより風量が増加し、冷却効果を高めることができるとともに、ダクト形状を最適化したことにより、ＬＤの位置における温度差（温度ローカリティ）を解消し、さらに、別途冷却機構を取り付けるよりもコストを低く抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る冷却装置を適用するファイバーアレイ露光装置の概略構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す本実施形態のファイバーアレイ露光装置を、より詳しく示す側面図である。
【図３】ファン及びダクトの取り付けられたヒートシンクを示す説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図であり、図３（ｃ）は、図２（ｂ）を右側から見た側面図である。
【図４】本実施形態におけるヒートシンクのＬＤの位置による温度変化を示す線図である。
【図５】本実施形態においてヒートシンクの放熱用のフィンの他の形状を示す正面図である。
【図６】ファンによりヒートシンクに送風して冷却する装置の従来の一般的な構成を示す説明図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図である。
【図７】図６のヒートシンクの長手方向に沿った温度分布を示す線図である。
【符号の説明】
Ａ記録材料
１ファイバーアレイ露光装置（露光装置）
１０ＬＤ光源部
１２主走査部
１４露光ヘッド（結像光学系）
１６光ファイバー
１６ａファイバー曲がり
１８ドラム
２０レーザダイオード・ファイバーカップリングユニット（ＬＤ−ＦＣ）
２２ヒートシンク
２４（２４ａ、２４ｂ）、２５ダクト
２４ｃダクト側壁
２６吸気ファン
２７排気ファン
２８コネクタ
３０ファイバーアレイ
３２コリメートレンズ
３４開口
３６結像レンズ
３８移動支持台

Claims

発熱体を冷却するために発熱体の下に設けられ、方形の基板上に平板状のフィンが形成されたヒートシンクを冷却する冷却装置であって、
前記ヒートシンク長手方向両端に設けられた吸気ファンと、
前記ヒートシンク長手方向中央に設けられた排気ファンと、
を有することを特徴とする冷却装置。
前記吸気ファンによって前記ヒートシンク長手方向両端から取り入れられた外気を前記ヒートシンク中央部に送るダクトを、前記ヒートシンクの中及び下側に設けた請求項１に記載の冷却装置。
前記ダクトを、前記ヒートシンクの長手方向端部から中央部に向けて、前記ヒートシンク上に設けられた発熱体が存在する側に集中させるように形成した請求項２に記載の冷却装置。
前記ヒートシンクを長手方向中央部を境にして、左右に２分割し、前記中央部にダクトを設けた請求項２または３に記載の冷却装置。