JP2008041684A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ等の電気部品の発熱量が増大しても、適正に冷却することを可能とすることで、設計変更などの余分な工数を省き、製造コストを抑制することが可能なヒートシンクの提供。
【解決手段】ヒートシンク１０は、放熱基体としての板状の平面視矩形状である基盤１と、この基盤１に着脱自在に取り付けられる複数のフィン２と、このフィン２に着脱自在に取り付けられる複数の補助フィン３とを備えている。基盤１の下面には、直線状の複数の溝１ａがそれぞれ平行となるように形成されており、溝１ａは、断面がＴ字状に形成されている。フィン２の一方の端部には、基盤１に形成された溝１ａと嵌合可能なＴ字状の突起２ｂが形成されている。またフィン２の胴部には、溝２ａが長手方向に沿って形成され、溝２ａは、断面がＴ字状に形成されている。補助フィン３の端部には、フィン２の溝２ａに嵌合可能なＴ字状の突起３ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器、電気機器に搭載される電気部品の冷却に用いられるヒートシンクに関する。

各種の電子機器、電気機器では発熱が問題となることがある。例えば、電子機器、電気機器に搭載されている半導体素子の一つであるＬＥＤ（Light Emitting Diode）では、高輝度化に伴い発熱量も益々増加している。このため、高出力の性能を維持するためには、効率良く放熱してＬＥＤ等を冷却する必要がある。ＬＥＤ等の電子部品の冷却方法として、ヒートシンクを用いて冷却すべきＬＥＤ等の電子部品を放熱する方法や、さらに冷却したい場合には、搭載される機器筐体にファンを取り付けてその機器筐体内の空気を循環する方法がある。

このような従来のヒートシンクとして、例えば特許文献１に記載の高出力ＬＥＤパッケージを構成する放熱基板がある。この放熱基板は、フィンを垂直に備えて表面積を大きくすることにより、ＬＥＤの駆動時に発生する熱をフィン全体から効率よく放熱している。
特開２００５−３５４０６７号公報

特許文献１に記載の放熱基板（ヒートシンク）は、予めフィンが板状の基板に固定された状態で設けられているので、ＬＥＤの高輝度化に伴う発熱量の増加には対応しきれない場合がある。例えば、高輝度化を図るために、駆動する電流を大幅に増加させたＬＥＤを実装したり、ＬＥＤの搭載個数を増加したりする場合には、高出力ＬＥＤパッケージ全体の発熱量が増加してしまい、所定熱量しか放熱できない放熱基板では放熱しきれずにＬＥＤの温度上昇を招いてしまう。ＬＥＤの温度上昇は寿命の低下などの問題を発生させる。

従って、増大した発熱量に応じた冷却を行うためには、ヒートシンクの冷却能力の設計を変更してヒートシンク自体を取り替えなければならず、設計変更に伴う製造コストが上昇するという問題がある。

そこで、本発明においては、ＬＥＤ等の電気部品の発熱量が増大しても、適正に冷却することを可能とすることで、設計変更などの余分な工数を省き、製造コストを抑制することが可能なヒートシンクを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のヒートシンクは、基盤と、該基盤に着脱自在に取り付けられるフィンとを備えたものである。

本発明のヒートシンクでは、フィンにより全体の表面積を調整することで、発熱量に応じた冷却能力を任意に設定することができる。これにより、ＬＥＤ等の電気部品の個々の発熱量が増大しても、また電気部品の搭載個数が増加しても適正に放熱して冷却することが可能となる。従って、設計変更などの余分な工数を省き、製造コストを抑制することが可能となる。

本願の第１の発明は、放熱基体としての基盤と、該基盤に着脱自在に取り付けられる増設体としてのフィンとを備えたヒートシンクとしたものであり、フィンを基盤に取り付けて増設することで、全体の表面積を増加させることができる。従って、フィンにより全体の表面積を調整することで、発熱量に応じた放熱量を任意に設定することができる。これにより、ＬＥＤ等の電気部品の個々の発熱量が増大しても、また電気部品の搭載個数が増加しても適正に放熱して冷却することが可能となる。

本願の第２の発明は、本願の第１の発明において、フィンを放熱基体として、フィンに着脱自在に取り付けられる補助フィンを増設体として備えたヒートシンクとしたものであり、放熱基体としてのフィンに増設体としての補助フィンを取り付けることで、全体の表面積をさらに増加させることができる。これにより、発熱量の著しい増大に対しても対応することが可能である。

本願の第３の発明は、本願の第１または第２の発明において、放熱基体および増設体のいずれか一方には溝が形成され、他方には溝と嵌合可能な突起が形成され、溝の断面は、凹状、Ｔ字状、蟻溝状、楔状、円状のいずれかであるヒートシンクとしたものであり、溝と突起を嵌合させて、放熱基体に増設体を係止して取り付けることが可能となる。特に、溝の断面をＴ字状、蟻溝状、円状のいずれかとすることにより、放熱基体と増設体との接触面積が増加するため、放熱基体の熱を増設体にスムーズに伝えて放熱性を高めることが可能となる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクに照明装置を設けたことを示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクを構成する基盤の斜視図である。図３は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクを構成するフィンを示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態におけるヒートシンク１０は、照明装置２０を放熱するためのものである。照明装置２０は、平面視矩形状に形成された絶縁基板２１と、絶縁基板２１上に形成された配線パターン２５によりに導通搭載された複数のＬＥＤ２２とを備えている。配線パターン２５は、導通部２６を介してワイヤ２７に接続されており、ワイヤ２７は電源（図示せず）に接続されている。

ヒートシンク１０は、放熱基体としての板状の平面視矩形状に形成された基盤１と、この基盤１に着脱自在に取り付けられる複数のフィン２と、このフィン２に着脱自在に取り付けられる複数の補助フィン３とを備えている。ヒートシンク１０の基盤１は、照明装置２０の絶縁基板２１の両端部をソケット２３により覆い、ネジ２４をネジ穴２４ａに固定することで、照明装置２０を搭載している。

フィン２および補助フィン３は、細長い板状であり、フィン２の厚みは、基盤１の厚みよりも薄く形成され、補助フィン３の厚みはフィン２の厚みよりも薄く形成されている。基盤１、フィン２、補助フィン３は、熱伝導性に優れる材質、例えば、アルミニウムや銅などの金属で形成されている。

ここで、フィン２と、補助フィン３の構造について図２および図３に基づいて説明する。図１、図２に示すように、基盤１の下面には、直線状の複数の溝１ａがそれぞれ平行となるように等間隔に計７ヵ所に形成されている。この溝１ａは、断面がＴ字状に形成されている。

図３（ａ）に示すように、フィン２の一方の端部には、基盤１に形成された溝１ａと嵌合可能なＴ字状の突起２ｂが形成されている。またフィン２の胴部には、フィン２の短手方向を３等分に分割するように溝２ａが長手方向に沿って、片面に２ヵ所に、計４ヵ所に形成されている。溝２ａは、断面がＴ字状に形成されている。図３（ｂ）に示すように、補助フィン３の端部には、フィン２の溝２ａに嵌合可能なＴ字状の突起３ｂが形成されている。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係るヒートシンク１０の使用状態を説明する。まずはヒートシンク１０として基盤１のみとした状態に照明装置２０が搭載されているものとする。

照明装置２０へワイヤ２７を介して電源電圧を印加すると、ＬＥＤ２２が発光する。ＬＥＤ２２が発光することで発熱すると、この熱は絶縁基板２１へ伝熱し、絶縁基板２１から基盤１へ伝熱する。

ヒートシンク１０は、基盤１のみの状態でも使用できるものである。しかし照明装置２０の高輝度を得る場合には、駆動する電流を大幅に増加させたＬＥＤ２２を搭載したり、ＬＥＤ２２の搭載個数を増加させたりする必要がある。このような場合には、照明装置２０の発熱量の増加に対応させて、放熱基体としての基盤１に、増設体として機能するフィン２を取り付けて使用する。このとき、フィン２の突起２ｂを溝１ａにスライドさせながら嵌合させることで容易に取り付けることができる。このようにフィン２を基盤１に取り付けることでフィン２は、基盤１の下面から垂下した状態となる。基盤１にフィン２を増設することで、放熱に寄与する表面積を増加させることができるので、照明装置２０から基盤１へ伝わる熱を、基盤１の表面だけでなく、フィン２の表面からも放熱することができる。

照明装置２０の発熱量が、基盤１に最大枚数のフィン２を取り付けても放熱量をさらに上回るようであれば、フィン２を放熱基体とし、補助フィン３を増設体として、フィン２に補助フィン３を取り付ける。このとき、補助フィン３の突起３ｂを溝２ａにスライドさせながら嵌合させることで容易に取り付けることができる。補助フィン３は、フィン２に対してほぼ垂直にフィン２の間に位置する。このように補助フィン３をフィン２に対してほぼ垂直に設けることで、基盤１の下面（フィン２の取り付け面）と各々の補助フィン３の放熱面３ｃとがほぼ平行となるので、その間を流れる空気を阻害することがない。従って、強制空冷するための冷却ファン（図示せず）により冷却用の空気を送気すれば、空気の流れが滞留することなく、放熱に寄与させることができる。このように、フィン２に、さらに補助フィン３を増設することで、放熱に寄与する表面積をさらに増加させ、放熱に寄与する表面積を増加させることができる。

以上のように、基盤１にフィン２を取り付け、フィン２に補助フィン３を取り付ければ、ヒートシンク１０全体の表面積を増加させることができるので、基盤１のみの状態、または基盤１にフィン２を増設した状態でも対応しきれない程度の発熱量を有する照明装置２０であっても、基盤１、フィン２、補助フィン３の各々から放熱することで照明装置２０の発熱量の増加に対応させることができる。

従って、フィン２および補助フィン３によりヒートシンク１０全体の表面積を調整することで、発熱量に応じた冷却能力を任意に設定することができる。これにより、ＬＥＤ２２等の電気部品の個々の発熱量が増大しても、また電気部品の搭載個数が増加しても適正に放熱することができ、設計変更などの余分な工数を省き、製造コストを抑制することが可能なヒートシンク１０を提供することができる。

また、フィン２、補助フィン３の取り付けの組み合わせは、照明装置２０の各ＬＥＤ２２の合計発熱量に応じて自在に設計することができる。例えば、各ＬＥＤ２２が、均一に分散した状態で配置される場合には、フィン２や補助フィン３も均一に分散するように取り付ければ良い。しかし、各ＬＥＤ２２が、ある位置に集中して搭載されているような場合には、フィン２および補助フィン３は、集中する各ＬＥＤ２２の直下に密集するように取り付ければ、効率的に放熱することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態においては、溝１ａの断面形状をＴ字状としたが、図４に示すように、凹状（図４（ａ），（ｂ））、蟻溝状（図４（ｃ））、楔状（図４（ｄ））、円状（図４（ｅ））などに形成して、突起を嵌合させても良い。特に、蟻溝状，円状とし、突起２ｂの幅Ａ（フィン２の厚み方向長さ）をフィン２の厚みＢよりも大きくすれば、断面Ｔ字状（図３参照）の場合と同様に、放熱基体（基盤１）と増設体（フィン２）との接触面積を、溝１ａを凹状や楔状とするより増加させることが可能となり、放熱基体の熱を増設体にスムーズに伝えて放熱性を高めることが可能となる。また、溝１ａと突起２ｂとが分離されにくくなり、取り付け構造が強化される。

さらに、前述した溝１ａと同様に、溝２ａにおいても断面形状を凹状、蟻溝状、楔状、円状とすることができる。特に、突起３ｂの幅を、補助フィン３の厚みよりも大きくして、溝の断面をＴ字状，蟻溝状，円状とすることにより、放熱基体（フィン２）と増設体（補助フィン３）との接触面積を増加させることが可能となり、前述と同様の効果が得られる。

また、本発明の実施の形態においては、フィン２の突起２ｂに嵌合する基盤１側を溝１ａとし、補助フィン３の突起３ｂに嵌合するフィン２側を溝２ａとしているが、溝と突起の形成位置がそれぞれ逆となるようにしても良い。すなわち、基盤１の下面およびフィン２の側面に突起が形成され、フィン２の端部および補助フィン３の端部に溝を形成しても良い。

また、本発明の実施の形態においては、フィン２は基盤１に対して垂直に、補助フィン３はフィン２に対して垂直に取り付けられるが、斜め形状や十字状に取り付ける構造とすることもできる。フィン２、補助フィン３を取り付ける際には、嵌合性を高めるためにネジで固定しても良い。さらに、本発明の実施の形態においては、基盤１としては板状のものとしたが、板状放熱体にフィンを固定状態に立設した従来のヒートシンクを基盤としても良い。すなわち、従来の固定されたフィンを備えた基盤に対して、増設体としてのフィンを取り付け、さらに補助フィンを取り付けても良い。

本発明は、ＬＥＤ等の電気部品の発熱量が増大しても、適正に冷却することが可能なヒートシンクとして有用である。

本発明の実施の形態におけるヒートシンクに照明装置を設けたことを示す斜視図 ヒートシンクを構成する基盤の斜視図 ヒートシンクを構成するフィンを示す斜視図 溝および突起の拡大断面図

符号の説明

１ 基盤
１ａ，２ａ 溝
２ フィン
２ｂ，３ｂ 突起
３ 補助フィン
３ｃ 放熱面
１０ ヒートシンク
２０ 照明装置
２１ 絶縁基板
２２ ＬＥＤ
２３ ソケット
２４ ネジ
２４ａ ネジ穴
２５ 配線パターン
２６ 導通部
２７ ワイヤ
Ａ 幅
Ｂ 厚み

Claims (3)

1. 放熱基体としての基盤と、該基盤に着脱自在に取り付けられる増設体としてのフィンとを備えたヒートシンク。
2. 前記フィンを放熱基体として、前記フィンに着脱自在に取り付けられる補助フィンを増設体として備えた請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記放熱基体および前記増設体のいずれか一方には溝が形成され、他方には前記溝と嵌合可能な突起が形成され、
   前記溝の断面は、凹状、Ｔ字状、蟻溝状、楔状、円状のいずれかである請求項１または２記載のヒートシンク。

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