JP2013004544A

JP2013004544A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2013004544A
Application number: JP2011130705A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Suehiro; 展久末廣; Mitsuo Fukuda; 満夫福田
Original assignee: MATSURA KK; MATSUURA KK
Current assignee: MATSURA KK; MATSUURA KK
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】ＬＥＤ照明器具に有効に用いることができる軽量かつ加工が容易なヒートシンクを提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０を実装した基板１１に接合されるヒートシンク１であって、このヒートシンク１は、高熱伝導性の平面状の紙２または金属箔２からなり、平面状の底部３の所定部分から垂直方向に立ち上がって略同じ所定部分に戻るループ状のフィン部５が複数個形成されていることを特徴とする。前記平面状の底部３と前記ループ状のフィン部５とは、１枚の紙を折り曲げて連続的にその形状を形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ照明器具の放熱のためのヒートシンクに関し、更に詳しくは、軽量化と加工の容易性を得た紙製および金属箔製のヒートシンクに関するものである。

近年、照明器具において省エネの観点から従来型の白熱灯や蛍光灯などによる照明器具のＬＥＤへの代替化が進んできているが、ＬＥＤに関しては基板が高温になることによる発光効率の劣化や寿命の劣化が問題とされているため、熱対策としてアルミを代表とする金属製のヒートシンクを配して空気層へ熱を逃がして限界温度以下に熱設計を行って問題解決している。

放熱ヒートシンクは主として高熱伝導性である金属が使用されており、一般的にはアルミの鋳造や押出成形によりフィン形状を配して表面積をより大きくする事により放熱性の向上が図られてきた（特許文献１，特許文献２参照）。

また、金属製のヒートシンクより放熱性や絶縁性の高いセラミック製ヒートシンクも時には使用されてきている（特許文献２参照）。

特開２０１１−３４９５８号公報特開２００５−９３０９７号公報

ところで、ＬＥＤは高効率の他、小型軽量であるという利点があり、特に高所に設置されるＬＥＤ照明器具については、設置の容易性や安全性の観点から軽量化の要求が高く、それに合わせて付随する部品、特にヒートシンクにも軽量化が求められてきている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２の金属製のヒートシンクでは、比重が高く重たいヒートシンクとなるため、より軽量化が求められている。

また、より放熱性や絶縁性の高いセラミック製ヒートシンクについても、成形状の問題により形状の自由度に欠けるという欠点があり、軽量化についても効果が薄かった。

また、最近では、軽量化のために合成樹脂に熱伝導の良い無機フィラーやカーボン繊維を練り込んだ射出成型品や押出成型品も使用されはじめてはいるが、高熱伝導性が必要であるために比重の高い無機フィラーの高充填が求められ、結果としてあまり軽量化には至っていないのが現状である。

そこで、本発明の課題は、ＬＥＤ照明器具に有効に用いることができる軽量かつ加工が容易なヒートシンクを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、ＬＥＤチップを実装したＬＥＤ照明装置等の基板に接合されるヒートシンクであって、このヒートシンクは、熱伝導性の高い（「高熱伝導性」ということもある。）平面状の紙からなり、平面状の底部の所定部分から垂直方向に立ち上がって略同じ所定部分に戻るループ状のフィン部が複数個形成されていることを特徴とするヒートシンクである。

請求項２の発明は、上記請求項１に記載のヒートシンクにおいて、前記平面状の底部と前記ループ状のフィン部とは、１枚の紙を折り曲げて連続的にその形状を形成してあることを特徴とする。

請求項３の発明は、上記請求項２に記載のヒートシンクにおいて、前記１枚の紙は長尺の巻物状シートであることを特徴とする。

請求項４の発明は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、前記熱伝導性の高い紙に替えて、紙と同じように折り曲げ加工が可能で厚みが薄く、かつ高熱伝導性の金属箔を使用したことを特徴とする。
（作用）

上記発明において、熱伝導性の高い（「高熱伝導性」ということもある。）紙とは、例えば炭素繊維紙や黒鉛紙をいい、これらの紙に含まれる炭素（カーボン）の黒色（完全黒体）により熱を近赤外線（熱線）として熱放射が行われるために金属ヒートシンク（アルミ）と同等以上の放熱特性が得られる。

上記炭素繊維紙や黒鉛紙の高熱伝導性を利用して作成されたヒートシンクは、アルミ製の金属ヒートシンクと比較して８０％の重量削減ができるのはもちろん、紙の加工性の容易さを利用して、折り加工、ハニカム加工、コルゲート加工にて表面積の拡大化が容易であると共に、放熱効果が向上され、かつ低コストで行うことができる。

更に、本発明はヒートシンクとしてより設置可能空間の最大利用を目的とした表面積の最大化を図り、発熱源であるＬＥＤチップを実装したプリント基板からヒートシンクへ熱を受け渡す接合部の面積の最大化を行うために、接合部の全てが接触するように平坦な底部を形成することとしている。

しかも、フィン部が底部と垂直の位置に立つループ状で、可能な限りの高さまでループ形状の２重表面積を活かした放熱面積の最大化を行った形状を有する。

なお、厚みが薄く紙と同じ様に折り曲げ加工が可能な高熱伝導性の薄板金属箔で同じ形状構造を有した金属箔ヒートシンクでも、より軽量化が実現でき、設置可能空間の最大表面積化を達成することができる。

本発明の請求項１の発明によれば、ヒートシンクは平面状の底部からループ状に立ち上がるフィン部からなり、全てが紙製であるので、金属製やセラミック製のヒートシンクに比べて極めて軽量であり、天井や高所に設置するＬＥＤ照明において、現在求められている軽量化が実現でき、設置に関しての容易性の効果がある。

また、全て高熱伝導性の紙から形成されているので、平面状の底部の全ての部分をＬＥＤチップを実装した基板に面接触状態で接着すれば、効率良く基板の熱を吸収し、底板から立ち上がり状に複数設けられたループ状のフィン部の表面積の最大化により高い放熱効果を発揮する。

請求項２の発明によれば、１枚の紙を折り曲げて底部とフィン部を構成しているので、製造が簡単で、製造コストが低くなる利点がある。

請求項３の発明によれば、前記１枚の紙は長尺の巻物状シートとしてあるから、プレス機械等によるフィン部の形成が連続して行えると共に、任意形状のフィン部が形成できる等製造効率がよく大量生産できる利点がある。

請求項４の発明によれば、高熱伝導性の紙を薄い金属箔に替えるので、高熱伝導性の紙と同等の重量および折り曲げやすさを持ち、上記請求項１〜３のいずれかのヒートシンクと同等の効果を発揮する。

本発明の実施例１のヒートシンクの縦断面図である。本発明の実施例１のヒートシンクを、ＬＥＤチップを実装した基板に接合する状態を示した縦断面図である。本発明の実施例１のヒートシンクの一例を示した概略斜視図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、本発明のヒートシンクの製造工程を示す説明図ある。本発明のヒートシンクの第２実施例を示す斜視図である。本発明のヒートシンクの第３実施例を示す斜視図である。

本発明のヒートシンクは、ＬＥＤチップを実装したＬＥＤ照明装置等の基板に接合されるヒートシンクであって、このヒートシンクは、熱伝導性の高い平面状の紙からなり、平面状の底部の所定部分から垂直方向に立ち上がって略同じ所定部分に戻るループ状のフィン部が複数個形成されていることを特徴とする。詳しくは以下の実施例１を参照するとよい。

本発明の実施例１のヒートシンクを図１〜図４に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明のヒートシンク１の縦断面図であり、１枚の帯状の高熱伝導性の紙２を水平方向となった底部３の途中でその幅方向に沿って上方向に折り曲げてから図示のように上方で下方に折り返して再び元の折り曲げ部分に戻るループ状のフィン部５を形成し、ここで紙２を水平方向に折り曲げて再び水平となる底部３としている。

前記フィン部５の形成を、底部３の所定間隔で繰り返すことで、連続する底部３間にて複数のフィン部５が立ち上がり状に形成されることになる。

また、紙２の底部３とフィン部５の境界となる２つの折り曲げ部分同士を紙２の幅方向全体で接着剤４にて接合して接合部６とし、フィン部５の下端で底部３同士が離れてしまわないようにしてフィン部５の形状を維持している。

図２は、図１のヒートシンク１を、照明用ＬＥＤチップ１０を下面に設けた金属や合成樹脂製の基板１１の上面に接続する手段を示すもので、ヒートシンク１の底部３下面全体に接着剤を塗布した接着剤層７を設け、この接着剤層７を基板１１の上面に押圧して接着固定することで、ＬＥＤの発光に伴う基板１１の発熱による熱を、基板１１上面の接着剤層７を通じてヒートシンク１を構成する高熱伝導性の紙２からなる底部３に伝導し、更に、同じ高熱伝導性の紙２からなるフィン部５に伝達し、フィン部５の表面を利用して熱を外気に伝えて発散させる。

この実施例１のヒートシンク１は、例えば、図３に示すように、円形状であって、ダウンライトやスポットライトの如く円形状の基板１１上に載置して、図２に示す如く接着剤層７で接合してなるＬＥＤ照明器具を例示している。

図４は、この発明のヒートシンク１の製造方法の一例を示すものであり、まず、ロール状に巻回された帯状（巻物状）の高熱伝導性の紙２を、水平方向に順次送り出し、紙２の所定間隔でプレス機１２にて谷、山、谷に折り返して垂直に立ち上がる立ち上がり部分８を連続的に順次形成していく（図４（ａ））。

次に、立ち上がり部分８の谷折り同士が合わさった部分に対し、下方より接着剤４を紙２の全幅に亘って接着し、立ち上がり部分８の下端部を接合して接合部６とする（図４（ｂ））。

更に、鉛筆又は箸形状の治具１３を用いて、立ち上がり部分８の両方の紙２の間に治具１３を入れて（図４（ｃ））、両紙２，２を拡開させるようにしてループ状としたフィン部５することにより、放熱面積を大きくした構造、形状を実現する（図４（ｄ））。

その後、水平状態となった底部３の下面全体に接着剤４を塗布して接着剤層７を形成し、図２のヒートシンク１が得られ、このままヒートシンクとして利用できるが、別の１枚の紙又は金属箔を使用して、本発明のヒートシンクの底部３の補強と、より平坦性の目的で接着剤層７の下部に補強板９を接合しても良い（図４（ｅ））。

本発明のヒートシンク１は、金属製（アルミ等）の鋳造品や押出成型品のヒートシンクに比較して、軽量な放熱ヒートシンクであり、ＬＥＤ照明におけるＬＥＤチップを実装したプリント基板としての金属や合成樹脂製の基板に接合させて軽量なＬＥＤ照明となる。

例えば、ダウンライトやスポットライトの場合は、円形基板が一般的でそれに乗せた形状の円形形状のヒートシンク１ａとする（図３参照）。

本発明の全体が紙製となったヒートシンク１は、図５に示すように、更に加工を施し丸めて円筒状（あるいは四角筒状や三角筒状等の多角筒状）１ｂにし、別部材からなる円板状等の任意形状の底板１４へ接着すると共に、垂直に立てた形状で、底板１４のフィン部５の付近となる部分に空気取り入れ穴１５を形成した形状のものとすることもできる。このように構成することにより、底板１４の下面のＬＥＤ照明の基板に発生した熱を、前記空気取り入れ穴１５を通じてフィン部５に誘導し、フィン部５により空気中に前記熱を発散させる煙突効果を発揮させることができる。

今後、開発されていく直管型の蛍光灯代替ＬＥＤランプの場合は、細長形状のヒートシンクが必要となり、図６に示すように、上部への放熱としての細長形状のヒートシンク１ｃとすることもできる。

本発明に係わるヒートシンクの形状は、上述した形状に限定されるものではなく、ＬＥＤ照明装置等の基板の形状に対応して種々の形状を採用することができる。また、フィン部の形状も図示のものに限定されず種々の形状を採用することができる。

本発明は、ダウンライトやスポットライトやＬＥＤライト等のＬＥＤ照明装置、コンピューターや携帯電話等の電子基板、自動車内の電子部品等の照明装置等の放熱対策として利用可能である。

１ヒートシンク
２高熱伝導性の紙または金属箔
３底部
４接着剤
５フィン部
６接合部
７接着剤層
８立ち上がり部分
９補強板
１０ＬＥＤチップ
１１基板
１２プレス機
１３治具
１４底板
１５空気取り入れ穴

Claims

ＬＥＤチップを実装したＬＥＤ照明装置等の基板に接合されるヒートシンクであって、このヒートシンクは、熱伝導性の高い平面状の紙からなり、平面状の底部の所定部分から垂直方向に立ち上がって略同じ所定部分に戻るループ状のフィン部が複数個形成されていることを特徴とするヒートシンク。
前記平面状の底部と前記ループ状のフィン部とは、１枚の紙を折り曲げて連続的にその形状を形成してあることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
前記１枚の紙は長尺の巻物状シートであることを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
前記熱伝導性の高い紙に替えて、紙と同じように折り曲げ加工が可能で厚みが薄く、かつ高熱伝導性の金属箔を使用したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のヒートシンク。