JP2012234909A - ヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの軽量化を図りつつ、放熱性能の低下を抑制する。
【解決手段】熱源体４が発生する熱を放熱させるヒートシンク１００であって、熱源体４が表面に取り付けられる熱源体取付板１と、熱源体取付板１に連続して形成された波形状の放熱板２と、放熱板２の表面及び裏面の一方又は両方に形成され、その放熱板２を構成するヒートシンク１００の母材１０１よりも輻射率の高い材料からなる被膜３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び灯具に関する。

従来のヒートシンクとして、鍛造又は鋳造によって形成した基台部と薄板材料を曲げ加工によって形成した放熱フィンとを別途に製造し、基台部と放熱フィンとをロウ付けによって接合して構成したものがある（特許文献１参照）。

特開２００８−５９９６５号公報

しかしながら、前述した従来のヒートシンクは、基台部を鍛造又は鋳造によって形成していたため、ヒートシンクの重量が重くなるという問題点があった。また、このような問題点を解決するために、ヒートシンクの重量を軽くしてしまうと、ヒートシンクの熱容量が低下して放熱性能が低下するという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、ヒートシンクの軽量化を図りつつ、ヒートシンクの放熱性能の低下を抑制することを目的とする。

本発明は、熱源体が発生する熱を放熱させるヒートシンクである。そしてヒートシンクが、熱源体が表面に取り付けられる熱源体取付板と、熱源体取付板に連続して形成された波形状の放熱板と、放熱板の表面及び裏面の一方又は両方に形成され、その放熱板を構成するヒートシンクの母材よりも輻射率の高い材料からなる被膜と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ヒートシンクを、熱源体取付板と、その熱源体取付板から連続する波形状の放熱板と、によって形成することができる。そのため、ヒートシンクを薄い板材のみで形成することができるので、ヒートシンクの肉厚を薄くでき、ヒートシンクの軽量化を図ることができる。

そして、波形状の放熱板の表面及び裏面の一方又は両方に、放熱板を構成するヒートシンクの母材よりも輻射率の高い材料からなる被膜を形成したので、熱伝導による熱の移動に加えて、熱輻射によっても熱を移動させることができる。そのため、熱源体で発生した熱を素早く拡散させて放熱することができるので、軽量化による放熱性能の低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態によるヒートシンクの製造方法について説明する図である。 本発明の第１実施形態によるヒートシンクの斜視図である。 図２に示した本発明の第１実施形態によるヒートシンクのIII-III断面図である。 本発明の第１実施形態によるヒートシンクの作用について説明する図である。 本発明の第２実施形態によるヒートシンクの断面図である。 本発明の第３実施形態によるヒートシンクの放熱板を示した斜視図である。 本発明の第４実施形態によるヒートシンクの放熱板を示した図である。 ヒートシンクに発光ダイオードを取り付けた半導体装置を、車両前照灯の筐体に収めた図である。 本発明の別の実施形態による放熱部の斜視図である。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して本実施形態によるヒートシンク１００の製造方法について簡単に説明した後、図２及び図３を参照して本実施形態よるヒートシンク１００の構成について説明する。

図１は、本実施形態によるヒートシンク１００の製造方法について説明する図である。

図１（Ａ）は、加工する前のヒートシンク１００の母材１０１を示す図である。図１（Ａ）に示すように、加工する前のヒートシンク１００の母材１０１は、アルミニウム合金製の一枚の平板である。母材１０１としては、アルミニウム合金の他にもアルミニウムや銅、銅合金、鉄などを使用できる。

母材１０１の表面及び裏面は、母材１０１の輻射率よりも高い輻射率を有するコーティング剤によって、予め被膜処理が施されている。これにより、母材１０１の表面及び裏面には、母材１０１の輻射率よりも高いコーティング剤で構成される被膜３が形成されている。

コーティング剤は、顔料、バインダ樹脂及び溶剤を主成分とするものである。前述した母材１０１の材料よりも輻射率の高いコーティング材としては、例えば、鉄、マンガン、アルミナ、シリカなどの無機酸化物やそれらの複合酸化物などが添加剤として含まれたものを使用できる。バインダとしては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂などを使用できる。また、バインダレスのセラミックコートも使用できる。

図１（Ｂ）は、プレス工程を示す図である。図１（Ｂ）では、被膜３の図示は省略してある。図１（Ｂ）に示すように、プレス工程では、母材１０１の一端側（図中右側）に平板形状の部位が残るように、プレス加工によって母材１０１の他端側（図中左側）に矩形波形状の部位を形成する。

図１（Ｃ）は、プレス工程後に実施される曲げ工程を示す図である。図１（Ｃ）では、被膜３の図示は省略してある。図１（Ｃ）に示すように、曲げ工程では、曲げ加工によって、母材１０１の他端側に形成された矩形波形状の部位を、平板形状の部位の裏面に向かって約１８０度折り曲げる。

このように、本実施形態では、一枚の平板にプレス加工と曲げ加工とを施して、ヒートシンク１００を成形する。以下、このようにして形成されたヒートシンク１００の詳細な構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、本実施形態によるヒートシンク１００の斜視図である。図３は、図２に示した本実施形態によるヒートシンク１００のIII-III断面図である。

ヒートシンク１００は、熱源体取付板１と、放熱板２と、被膜３と、を備える。

ヒートシンク１００は、熱源体取付板１に取り付けられた熱源体が発生する熱を、放熱板２へと拡散させて空気中に放熱させ、熱源体を冷却する。なお、以下の説明において、母材１０１の表面とは、熱源体が取り付けられる側の面をいい、母材１０１の裏面とは、熱源体取り付けられる側の面の反対面をいうものとする。

熱源体取付板１は、母材１０１の一端側に残された平板形状の部位であり、熱源体取付部１１と、エンボス部１２と、を備える。

熱源体取付部１１は、熱源体取付板１の中央に形成される。本実施形態では、熱源体取付部１１に、熱源体としての発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）４が取り付けられる。

エンボス部１２は、熱源体取付部１１の周囲に形成される。エンボス部１２は、熱源体取付板１の表面を押し下げて凹ませることで形成される。エンボス部１２を形成することによって、熱源体取付板１の剛性を高めている。

放熱板２は、母材１０１の他端側に形成される矩形波形状の部位であり、互いに対向するように形成された複数のフィン部２１と、隣接するフィン部２１に連続するように折り返された折り返し部２２と、を備える。放熱板２は、矩形波形状となるようにプレス加工によって母材１０１の他端側に形成された後、曲げ加工によって曲げ部１０２を中心として熱源体取付板１の裏面に向かって約１８０度折り曲げられる。これにより、放熱板２は、矩形波が曲げ部１０２から母材１０１の一端側に向かって延びるように、熱源体取付板１の裏面側に設けられる。

これにより、折り返し部２２が、熱源体取付板１に対して平行となるように熱源体取付板１の裏側に図中上下に交互に配置されとともに、フィン部２１が、熱源体取付板１に対して直角に配置されることになる。以下では、この折り返し部２２のうち、図中上側に配置される熱源体取付板１に近いほうを「折り返し部２２ａ」といい、図中下側に配置される熱源体取付板１から遠いほうを「折り返し部２２ｂ」という。

被膜３は、ヒートシンク１００の母材１０１よりも高い輻射率を有するコーティング剤で構成されており、ヒートシンク１００の母材１０１の表面及び裏面の全体に予め被膜処理（プレコート）を施しておくことで、熱源体取付板１の表面及び裏面と、放熱板２の表面及び裏面とに形成される。

図４は、本実施形態よるヒートシンク１００の作用について説明する図である。

熱源体取付部１１に取り付けた発光ダイオード４に電力を供給すると、発光ダイオード４は発光し、同時に熱を発生する。発光ダイオード４で熱が発生すると、その熱は熱伝導によって熱源体取付板１から放熱板２の先端（母材１０１の他端）に向かって伝達される。

熱伝導によって発光ダイオード４で発生した熱が熱源体取付板１から放熱板２の先端へ向かって伝達される過程では、放熱板２の先端に向かうほど母材１０１の温度が低くなるため、放熱板２の対向するフィン部２１間で温度差が生じる。

このとき本実施形態では、放熱板２の表面及び裏面にその母材１０１よりも高い輻射率を有する被膜３が形成されているので、このフィン部２１間の温度差に起因した熱輻射によって、温度の高いほうのフィン部２１から温度の低いほうのフィン部２１へ熱を伝えることができる。これにより、発光ダイオード４で発生した熱を素早く放熱板２の先端に向かって伝達することができるので、ヒートシンク１００の放熱性能を向上させることができる。

また、放熱板２が、熱源体取付板１の裏面側に配置されているため、熱源体取付板１と放熱板２の折り返し部２２ａとの間の温度差に起因した熱輻射によっても、熱源体取付部１１から放熱板２の折り返し部２２ａへ熱を伝えることができる。

次に、本実施形態によるヒートシンク１００の効果について説明する。

ヒートシンクを例えばアルミダイカスト等の鋳造で製造する場合、鋳造時の材料の粘性に基づく湯流れや離型製の問題から形状的な制約が多く、ヒートシンクの肉厚を薄くすることが難しい。また、押し出し成形によって製造する場合も、形状的な制約が多く、鋳造の場合と同様にヒートシンクの肉厚を薄くすることが難しい。そのため、ヒートシンクの軽量化を図ることが難しかった。

これに対して本実施形態では、一枚の平板にプレス加工と曲げ加工とを施すことで、平板形状の熱源体取付板１と矩形波形状の放熱板２とを備えるヒートシンク１００を一体的に形成した。

これにより、ヒートシンク１００を薄い板材で形成することができるので、アルミダイカスト等の鋳造や押し出し成形でヒートシンク１００を製造する場合と比べて、ヒートシンク１００の肉厚を薄くできる。よって、ヒートシンク１００の軽量化を図ることができる。

また、ヒートシンク１００の母材１０１となる一枚の平板に、母材１０１の輻射率よりも高い輻射率を有するコーティング剤によって予め被膜処理を施しておくことで、ヒートシンク１００の成形後に被膜処理を施す場合と比べて製造工程を簡略化することができる。

また、本実施形態によれば、放熱板２の表面及び裏面に、放熱板２（本実施形態ではヒートシンク１００の母材１０１）よりも輻射率の高いコーティング剤で構成される被膜３を形成するとともに、放熱板２の複数のフィン部２１がそれぞれ対向するように、放熱板２の形状を矩形波形状とした。

これにより、熱源体で発生した熱が、熱源体取付板１から放熱板２の先端へ向かって伝達される過程において、対向するフィン部２１間で温度差が生じたときに、熱輻射によって温度の高いほうのフィン部２１から温度の低いほうのフィン部２１へ熱を伝えることができる。そのため、熱源体で発生した熱を、熱伝導と熱輻射とによって、放熱板２の先端へ向かって素早く伝えることができるので、ヒートシンク１００の放熱性能を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、熱源体取付板１の表面及び裏面にも、熱源体取付板１（本実施形態ではヒートシンク１００の母材１０１）よりも輻射率の高いコーティング剤で構成される被膜３を形成した。そして、放熱板２を熱源体取付板１の裏面側に設けて放熱板２の折り返し部２２が熱源体取付板１と平行となるようにし、熱源体取付板１の裏面と放熱板２の折り返し部２２とを対向させた。

これにより、熱源体取付板１の熱を、熱輻射によって熱源体取付板１に近い側の放熱部の折り返し部２２ａへ伝えることができるので、より素早く熱源体で発生した熱を放熱板２の先端へ向かって素早く伝えることができる。また、放熱板２の折り返し部２２ａが熱源体取付板１と平行となっているので、折り返し部２２ａが例えば所定の曲率で屈曲している場合と比べて、熱輻射による熱の伝達効率を向上させることができる。

本実施形態のように、一枚の平板を加工して形成したヒートシンク１００は、鋳造等によって形成したヒートシンク１００と比べてヒートシンク１００の肉厚を薄くすることができる。そのため、ヒートシンク１００の軽量化を図ることができるものの、熱容量自体は小さくなるため、放熱性能が低下してしまう。しかしながら、このように熱伝導と熱輻射とを利用することによって、軽量化を図りつつ、鋳造等によって形成したヒートシンク１００と同等の放熱性能を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図５を参照して説明する。本実施形態は、熱源体取付板１の両端に放熱板２を備える点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図５は、本実施形態によるヒートシンク１００の断面図である。

図５に示すように、本実施形態によるヒートシンク１００は、母材１０１の中央に熱源体取付板１を備え、母材１０１の一端側及び他端側に矩形波形状の放熱板２ａ，２ｂを備える。

母材１０１の一端側の放熱板２ａは、曲げ部１０２ａを中心として熱源体取付板１の裏面に向かって約１８０度折り曲げられることで、熱源体取付板１の裏面側に配置される。母材１０１の他端側の放熱板２ｂも同様に、曲げ部１０２ｂを中心として熱源体取付板１の裏面に向かって約１８０度折り曲げられることで、熱源体取付板１の裏面側に配置される。

以上説明した本実施形態によれば、熱源体で発生した熱を、熱源体取付板１の両端に形成された放熱板２ａ，２ｂへと均一に拡散させることができる。そのため、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、ヒートシンク１００の放熱性能をさらに向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図６を参照して説明する。本実施形態は、放熱板２に貫通孔２３を設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図６は、本実施形態によるヒートシンク１００の放熱板２を示した斜視図である。なお、図６においては、発明の理解を容易にするために熱源体取付板１の図示を省略したが、ヒートシンク１００の形状は第１実施形態と同様である。

図６に示すように、本実施形態によるヒートシンク１００の放熱板２は、放熱板２のフィン部２１及び折り返し部２２をそれぞれ貫通する複数の円形の貫通孔２３を備える。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、貫通孔２３によって放熱板２の周囲に対流する空気の流れを改善することができるので、ヒートシンク１００の放熱性能をさらに向上させることができる。また、ヒートシンク１００の重量をさらに減らすことができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図７を参照して説明する。本実施形態は、放熱板２に切り起こし片２４を設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図７は、本実施形態によるヒートシンク１００の放熱板２を示した図である。図７（Ａ）は、放熱板２の斜視図であり、図７（Ｂ）は放熱板２の要部断面図である。なお、図７においては、発明の理解を容易にするために熱源体取付板１の図示を省略したが、ヒートシンク１００の形状は第１実施形態と同様である。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、本実施形態によるヒートシンク１００の放熱板２は、フィン部２１に切り起こし片２４を備える。この切り起こし片２４は、フィン部２１の母材１０１を切り起こすことで形成される。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、放熱板２のフィン部２１に切り起こし片２４を形成したので、放熱板２の表面積を増やすことができる。よって、ヒートシンク１００の放熱性能をさらに向上させることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図８を参照して説明する。本実施形態は、ヒートシンク１００の筐体２００の内面にも被膜処理を施した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図８は、ヒートシンク１００に発光ダイオード４及び投影レンズ２０１を取り付けた半導体装置２０２を、車両前照灯２００の筐体２０３に収めた図である。

筐体２０３は、半導体装置２０２の周囲を覆うように、車両前照灯２００のカバーレンズ２０４の後方（図中右側）に取り付けられる。筐体２０３は、樹脂材料や金属製の材料で構成され、カバーレンズ２０４は、透光性樹脂材料で構成される。

ここで本実施形態では、図８に示すように、筐体２０３の内面にも被膜処理を施し、筐体２０３の内面にヒートシンク１００に形成した被膜３と同様の被膜２０５を形成する。

これにより、ヒートシンク１００と筐体２０３との間に温度差に起因した熱輻射によって、ヒートシンク１００の熱を筐体２０３へ伝えることができるので、ヒートシンク１００の放熱性能をさらに向上させることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

上記各実施形態では、ヒートシンク１００の母材１０１よりも高い輻射率を有するコーティング剤で構成された被膜３を、ヒートシンク１００の母材１０１の表面及び裏面の全体に予め被膜処理を施しておくことで、熱源体取付板１の表面及び裏面と、放熱板２の表面及び裏面とに形成していたが、これに限られるものではない。

例えば、放熱板２を形成する部位の母材１０１の表面及び裏面にだけ予め被膜処理を施しておき、被膜３を放熱板２の表面及び裏面とにだけ形成するようにして良い。また、ヒートシンク１００の母材１０１の表面にだけ予め被膜処理を施しておき、被膜３を熱源体取付板１の表面と放熱板２の表面とにだけ形成しても良い。逆に、ヒートシンク１００の母材１０１の裏面にだけ予め被膜処理を施しておき、被膜３を熱源体取付板１の裏面と放熱板２の裏面とにだけ形成しても良い。

また、上記各実施形態では、ヒートシンク１００の母材１０１の表面及び裏面の全体に予め被膜処理を施していたが、一枚の平板にプレス加工と曲げ加工と施してヒートシンク１００を形成した後に例えば塗装等によって被膜処理を施してもよい。

また、上記各実施形態では、放熱板２の形状を矩形波形状としていたが、これに限られるものではなく、例えば正弦波形状としても良い。

また、上記各実施形態では、１つのヒートシンク１００に対して１つの熱源体を取り付けたが、１つのヒートシンク１００に対して２つの熱源体を取り付けても良い。

また、上記第３実施形態では、貫通孔２３の形状を円形としていたが、これに限られるものではない。例えば図９に示すように、貫通孔２３を長方形状のスリットに変えても良い。

また、上記第５実施形態では、ヒートシンク１００に発光ダイオード４を取り付けたが、これ以外の発光体（発光素子など）を取り付けても良い。

１ 熱源体取付板
２ 放熱板
２１ フィン部
２２ 折り返し部
２３ 貫通孔
２４ 切り起こし片
３ 被膜
４ 発光ダイオード（熱源体、発光体）
１００ ヒートシンク
１０１ 母材
２０３ 筐体

Claims (9)

1. 熱源体が発生する熱を放熱させるヒートシンクであって、
   前記熱源体が表面に取り付けられる熱源体取付板と、
   前記熱源体取付板に連続して形成された波形状の放熱板と、
   前記放熱板の表面及び裏面の一方又は両方に形成され、その放熱板を構成する前記ヒートシンクの母材よりも輻射率の高い材料からなる被膜と、
   を備えることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記熱源体取付板の表面及び裏面の一方又は両方に形成され、前記母材よりも輻射率の高い材料からなる被膜をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記放熱板は、
   前記熱源体取付板の裏面と対向するように配置されるとともに、
   前記熱源体取付板の裏面に対して直角に配置され、互いに対向するように形成された複数のフィン部と、
   前記熱源体取付板の裏面に対して平行に配置され、隣接する前記フィン部に連続するように形成された折り返し部と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記放熱板は、前記熱源体取付板の両端からそれぞれ連続して形成される、
   ことを特徴とる請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載のヒートシンク。
5. 前記放熱板の波形状は、矩形波形状である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載のヒートシンク。
6. 前記放熱板は、その放熱板を貫通する貫通孔を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載のヒートシンク。
7. 前記放熱板は、その放熱板の一部を切り起こして形成された切り起こし片を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載のヒートシンク。
8. 熱源体が発生する熱を放熱するヒートシンクの製造方法であって、
   前記ヒートシンクの母材は、その表面及び裏面の一方又は両方に、前記母材よりも輻射率の高い材料からなる被膜が予め形成された一枚の板材であり、
   前記板材の一端側に平板形状の部位が残るように、プレス加工によって前記板材の他端側に波形状の部位を成形するプレス工程と、
   曲げ加工によって、前記矩形波形状の部位を、前記平板形状の部位の裏面に向かって約１８０度折り曲げる曲げ工程と、
   を備えることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
9. 請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載したヒートシンクを備える灯具であって、
   前記熱源体取付板には、熱源体として発光体が取り付けられ、
   前記ヒートシンクを収める筐体の内面に、前記母材よりも輻射率の高い材料からなる被膜をさらに備える、
   ことを特徴とする灯具。

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