JP2013120688A - Ｌｅｄ照明用ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、アルミニウム板から比較的簡便な加工方法で製作することができ、しかも、閉鎖された空間内に適用、設置される場合であっても効率的に放熱を行うことができるＬＥＤ照明用ヒートシンクを提供することを目的とする。
【解決手段】絞り加工によって一枚の金属薄板にＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３とが一体かつ連続して形成されてなるＬＥＤ照明用ヒートシンク１であって、筒状体に形成されており、３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を連続して有しているものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とするＬＥＤ照明が、発光時に発生する熱を周囲の空間に放熱するためのＬＥＤ照明用ヒートシンクに関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とする照明は、低消費電力であり且つ長寿命であることから徐々に市場に浸透し始めている。その中でも、近年特に注目を集めているのが、自動車のヘッドライトなどの車載ＬＥＤ照明（車両用灯具、車両用前照灯）であり、ＬＥＤ素子への置き換えが始まっている。また、この車載ＬＥＤ照明を応用して、建物等その他の分野の埋め込み照明でも、ＬＥＤ照明への置き換えが始まっている。

しかしながら、このＬＥＤ照明の発光源であるＬＥＤ素子は熱に非常に弱く、許容温度を超えると発光効率が低下し、更には、その寿命にも影響を及ぼしてしまうという問題がある。この問題を解決するためには、ＬＥＤ素子の発光時の熱を周囲の空間に放熱する必要があるため、ＬＥＤ照明には大型のヒートシンクが備えられている。

このＬＥＤ照明用ヒートシンクには、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）を材料とした、ダイキャストや押出形材によるものが多く採用されており、例えば、特許文献１〜３には、これらのうちの代表的なヒートシンク構成が開示されている。これらのヒートシンクは、ＬＥＤ光源が正面側に配置固定された基板部と、その基板部の背面側に間隔を置いて突出する複数枚の平行に配置されたフィン部を有しており、基板部並びにフィン部の表面積を大きくすることにより放熱が増加し、一定の放熱性を得ることができる。

これに対して、より軽量化および低コスト化を図ったヒートシンクも従来から提案されている。例えば特許文献４では、車両用灯具のヒートシンクとして、アルミニウム等の高熱伝導率の金属平板を折り曲げ加工されて形成したヒートシンクが提案されている。このヒートシンクは、１ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚みの金属平板を断面がひしゃく状に折り曲げ加工し、縦断面がコの字状のひしゃく部分の放熱部と、縦断面がひしゃくの柄の部分のＬＥＤ光源を支持する支持部とからなる。そして、ヒートシンクの全体形状は、前記放熱部をその長手方向（あるいは幅方向）に亘って、一定間隔で細断したスリット状の開口部を多数設けて、多数の狭幅の開口部と狭幅の放熱部とが交互に平行に並んだ櫛の歯状としている。

特開２００７−１９３９６０号公報 特開２００９−２７７５３５号公報 特開２０１０−２７８３５０号公報 特開２０１０−１４６８１７号公報

前記ダイキャストや押出形材による、従来のヒートシンクＨの基本的な構成は、図６に示すような、ＬＥＤ素子（光源）Ｌが正面側に配置固定された基板部３０と、その基板部３０の背面側に間隔を置いて突出する複数枚の平行に配置されたフィン部４０を有してなるものであり、これを自動車のヘッドライトやテールランプなどの車載照明用としてハウジングに組み込んで適用する場合、限られた狭い空間に設置されることになる。

このため、基板部３０やフィン部４０の位置する放熱空間も閉鎖された容積の小さい状態となり、空気の対流がほとんどないことから、このような設置環境下では対流による放熱がほとんど期待できず、放射による放熱が中心となり、上記従来のようにフィンなどにより放熱側面積を増加させるヒートシンクの構造ではこの放射による放熱が不十分であり、全体として効率的な放熱が達成できない問題を抱えていた。

すなわち、放射による場合は、図６の右下の表示したＸ、Ｙ、Ｚ軸方向（３次元方向）での投影面積の大きさがその効率を左右することになり、この投影面積が大きいほど放射効率が向上することになる。この点、図６のヒートシンクは、Ｙ方向の投影面積は、基板部３０の平面とフィン部４０の平面の合計となるので良い。しかし、Ｚ方向の投影面積は、基板部３０の側面とフィン部４０の側面の合計で櫛歯状となり空間が多いため、基板部３０の長さとフィン部４０の高さを掛けた総面積の５０％に満たない小さな面積となる。また、Ｘ方向の投影面積は、基板部３０の正面とフィン部４０の正面の合計となり、フィン部３０が例えば４枚もあるにもかかわらず、これらが重複して１枚と同じ投影面積であり、放熱側面積当りの放射効率が低い。

これに対して、前記金属平板を折り曲げ加工されて形成したヒートシンクは、前記図６のダイキャストや押出形材による従来のヒートシンクＨよりも軽量化が図れる。また、放熱部に前記スリット状の開口部が隣接して設けられているため、灯室内を対流する空気が前記放熱部内に流れ込むと同時に、前記開口部から通り抜けていくという空気の流れが発生し、この空気の流れ（対流）の発生によって、放熱効率を向上することができるとしている。

ただ、前記金属平板を折り曲げ加工されて形成したヒートシンクも、折り曲げ加工において必然的に生じるスプリングバックなどによって、寸法精度を高める事が難しく、寸法精度確保のために、曲げ加工の追加などがさらに必要となり、また前記多数の狭幅のスリット状開口部を設ける切削加工には精密さも必要であり、また、金属板を素材として折曲げた後に一部の面同士を接合するような工程も必要である。したがって、前記図６のダイキャストや押出形材に比して、却ってコスト高になる。そして、前記スリット状の開口部の幅には、ヒートシンクの大きさ自体や前記放熱部の側の面積を確保するための大きな制約があって、必然的に狭幅となる。このため、車両用灯具など、閉鎖された空間内に適用、設置される場合では、前記空気の対流による放熱効率の向上も、実際に期待するほどには発揮されない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アルミニウム板から比較的簡便な加工方法で製作することができ、しかも、空気による対流がない又は少ない（空気の対流による放熱が期待できない）閉鎖された空間内に設置される場合であっても、ＬＥＤ発光源からの熱を効率的に放射することができる、放射主体の放熱性を有するＬＥＤ照明用ヒートシンクを提供することにある。

上記目的達成のために、本発明ＬＥＤ照明用ヒートシンクの要旨は、絞り加工によって一枚の金属薄板にＬＥＤ素子取付面と、このＬＥＤ素子取付面に連続する放熱側面とが一体かつ連続して形成されてなるＬＥＤ照明用ヒートシンクであって、前記ＬＥＤ素子取付面が頂部、前記放熱側面が胴部となるとともに、これらの面で囲まれる内部空間の開口部も有する筒状体に形成されており、前記ＬＥＤ素子取付面と放熱側面との表裏面によって、３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を連続して有していることである。

本発明によれば、絞り加工によって、一枚の金属薄板からＬＥＤ素子取付面と放熱側面とが連続して一体に形成されたＬＥＤ照明用ヒートシンクを得ることができる。これによって、絞り加工によって成形されるヒートシンクの形状を、前記ＬＥＤ素子取付面が頂部、前記放熱側面が胴部となる筒状体とし、これらＬＥＤ素子取付面と放熱側面との表裏面によって、３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を連続して有している筒状体とできる。そして、同時に、この筒状体の内部空間には開口部を設けることができる。

これによって、前記３次元のいずれの方向へも向く連続した表裏面から、前記ＬＥＤ素子取付面に設置されたＬＥＤ素子から伝導される熱の放熱が可能である。したがって、ヒートシンクの３次元方向における投影面積が大きく、従って、その適用、設置箇所(場所)が閉鎖された空気による対流がない又は少ない（空気の対流による放熱がほとんど期待できない））空間においても、ＬＥＤ発光源からの熱を効率的に放射することができる。したがって、ヒートシンクを、空気の対流ではなく、放射主体の放熱性とでき、全体として有利に放熱性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、アルミニウム薄板などの金属薄板から絞り加工によって一体に成形された筒状体構造のヒートシンクである。したがって、シートやコイルなどの圧延薄板や、押出などにより加工された薄板を、これら薄板の成形に汎用される絞り加工する工程だけで（トリミングなども一連の絞り加工工程中に含む）、その筒状形状なり構造を比較的容易に一体成形、製作することができる。
更に、プレス金型を使った金属薄板の絞り加工によるため、曲げ加工で生じるようなスプリングバックが起こりにくく、高い寸法精度が得られる。さらに本発明では、ヒートシンクに、前記従来技術のような熱伝導の経路を分断するスリットなどの障害が無い。このため、ヒートシンク内での熱伝導の経路が分断されることが無く、ヒートシンクを構成する各部までＬＥＤ素子からの熱が伝達され、きわめて高い放熱性が確保される。また絞り成形で形成された一体構造であることから、高い部品剛性や強度も実現される。

更に、本発明は、軽量な金属薄板からなるために、筒状体構造のヒートシンクとしても、前記ダイキャスト製や鋳造製などに比して、軽量化が図れ、車載用などのＬＥＤ照明用のヒートシンクとして好適である。

本発明ヒートシンクの一態様を示す斜視図である。 本発明ヒートシンクの他の態様を示す斜視図である。 本発明ヒートシンクの他の態様を示す斜視図である。 本発明ヒートシンクの他の態様を示す斜視図である。 本発明ヒートシンクの加工方法を示す説明図である。 従来のヒートシンクを示す斜視図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（図１、ヒートシンクの一実施形態）
図１に、本発明のＬＥＤ照明用ヒートシンク１の一実施形態を示す。図１に示すように、本発明のＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、例えばアルミニウムなどの、一定の板厚を有する金属薄板１を一体に成形してなり、全体が中空な円筒状（円筒カップ状）の立体形状を有している。すなわち、図１の本発明のＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、絞り加工によって一枚の金属薄板から、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３とが一体かつ連続して形成されてなる。

より具体的に、図１のヒートシンク１の場合、ＬＥＤ素子取付面２が円盤（円板）状の頂部で、放熱側面３がこれに連なる円筒状（円管状）の胴部（側部）となるように成形されている。このため、これらＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３とで各々、３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向く連続した表面側の２面（外側の面＝表面）２a、３aと、裏側の２面（内側の面＝裏面）２b、３bの合計４面の放熱面を形成している。以下、ＬＥＤ素子取付面に連なる筒状体の側面を放熱側面と言い、この放熱側面とＬＥＤ素子取付面など、放熱可能な面を合わせて放熱面と言う。

筒状体の底部側の１０は、放熱面が実在しない空間であって、筒状体のＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３で囲まれた内部空間が、外部に向かって開放された開口部（空間部）である。この開口部１０は、図１のヒートシンク１が、円筒状ゆえに、例えば、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３のなす角度が９０度である場合には、ＬＥＤ素子取付面２と同じ面積となる。このため、ヒートシンク１の有する放熱側面積に対して十分な比較的大きな面積を有し、前記内部空間内の空気と外部の空気とが、前記開口部１０を介してヒートシンク１の内外で対流するのに充分な構造となる。このような開口部は、後述する他の実施形態も含めて、筒状体の底部側だけでなく、筒状体の底部側に加えて、あるいは筒状体の底部側の代わりに、放熱側面側に設けても良いが、ＬＥＤ素子取付面２に設けることは、あまり開口部が大きくなるとＬＥＤ素子から放熱側面側への熱伝導を妨げることになるため、ＬＥＤ素子取り付け面への開口部を設ける場合は，限定して適用することが望ましい。したがって、ＬＥＤ素子取付面に選択的に開口部を設ける場合は、その幅が最大で５ｍｍ程度のスリット状の比較的小さい開口部にすることが好ましい。

ここで、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３のなす角度、すなわち、円筒の胴部（側部）の傾きは、ヒートシンク１の設計条件に応じて決定され、必ずしも９０度である必要はなく、ヒートシンク１の筒状体の縦断面が、ＬＥＤ素子取付面２か開口部１０かのいずれかが大きい、台形状になっても良い。ただ、いずれの場合でも、開口部１０の機能である、前記ヒートシンク１の内外での空気の対流を励起乃至誘起させるに充分な面積を確保する必要はある。

この図１の場合は、平板な円盤状のＬＥＤ素子取付面２と、円筒状曲面をなす放熱側面３を有した形状となっており、一枚のアルミニウム板から絞り加工によって両者が形成されているため、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３とは、ＬＥＤ素子取付面２端部（角部）の稜線を伴って一体的に連続している。言い換えると、これらＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３との表裏面２a、２b、３a、３bは、頂部のＬＥＤ素子取付面２に設置されたＬＥＤ素子Ｌと、一枚の金属薄板によって連続している。

ここで、ＬＥＤ素子取付面２は図１のＹ方向に向いており、ＬＥＤ素子取付面２の表面２aは図の上方向、ＬＥＤ素子取付面２の裏面２ｂは図の下方向に向いている。また、放熱側面３は円筒状であるために、放熱側面３の表面３a、裏面３bともに、Ｘ方向とＺ方向（横方向）に向いている。このため、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３とは、合わせて３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向いた放熱面を構成している。

以上の構成によって、本発明のＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、これら２a、３a、２b、３bの各面へ、ＬＥＤ素子Ｌから熱が直接伝導されるとともに、この熱のこれら各面の向かう三次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向への放熱も各々可能である。

（放熱の原理、作用効果）
このような円筒カップ状形状を有したヒートシンク１を、空気の対流のない空間に設置してＬＥＤ照明を行う場合の放熱の原理（作用）について説明する。ＬＥＤ素子取付面２に装着されたＬＥＤ素子Ｌを発光させると、これに伴ってＬＥＤ素子Ｌの発する熱が、ＬＥＤ素子取付面２に、ＬＥＤ素子Ｌ底部の装着部（図示せず）を通じて伝導される。これに引き続き，ＬＥＤ素子取付面２に伝導された熱は、放熱側面３に伝導する。

このＬＥＤ素子取付面２に伝達された熱Ｑは、取付面２の平面部の表面２a、裏面２bの全面から周囲の閉鎖空間（放熱空間）に各々放射される。前記した通り、ＬＥＤ素子取付面２は図１のＹ方向（上下方向）に向いており、ＬＥＤ素子取付面２の表面２aは図の上方向、ＬＥＤ素子取付面２の裏面２ｂは図の下方向に向いている。したがって、前記熱Ｑは、伝熱方向（取付面２の延在する図１のＸ、Ｚ方向）に対して、その直角方向（図１のＹ方向＝上下方向）に、円筒状構造の外側と内側の各周囲の閉鎖空間（放熱空間）に各々放射される。

また、放熱側面３は、前記した通り円筒状であり、放熱側面３の表面３a、裏面３bともに、Ｘ方向とＺ方向（図１の横方向）に向いている。したがって、放熱側面３に伝達された熱Ｑは、放熱側面３の平面部の表面３a、裏面３bの全面から、伝熱方向（放熱側面３の延在する図１のＹ方向）に対して、その直角方向（図１のＸ、Ｚ方向＝横方向）に、円筒状構造の外側と内側の周囲の閉鎖空間（放熱空間）に各々放射される。

したがって、ＬＥＤ素子Ｌの発する熱は、３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも放熱される。なお、ＬＥＤ素子取付面２の裏面２ｂや、放熱側面３の裏面３ｂからの放熱は、円筒（カップ）状の放熱側面３で囲まれた内部空間への放熱となる。このため、これらの面からの対流による放熱は勿論行なわれ、前記筒状体の内部空間内の空気と外部の空気との、前記開口部１０を介しての、ヒートシンク１の内外での対流による、ヒートシンク１外部への放熱も保障される。しかし、内部空間に放射された熱は、向かい合う放熱側面３の裏面部分によって吸収されるため、放熱側面３の表面側（外側）の表面３aからの放熱に比して、その放熱量は少なくなる。

このように、図１の円筒状（カップ状）を有し、そのカップ状を構成するＬＥＤ素子取付面２、放熱側面３を備えたヒートシンク１は、その放熱の効率が放射によって支配される空気対流の少ない、照明具内の閉鎖された放熱空間においても、Ｘ、Ｙ、Ｚの方向すなわち３次元の方向に対する投影面積が非常に大きい。このため放射効率が高く、優れた放熱性を有する。また、このヒートシンク１における投影面積は、放熱空間への放射方向に重複したものではないから、絞り加工（成形）が容易な簡単な構造でありながら、放熱単位面積当たりの放熱効率が良い。

すなわち、本発明ヒートシンクは、周囲の放熱空間が閉鎖されて容積が小さく空気の対流がほとんどないような使用（設置）状態で、空気の対流による放熱がほとんど期待できない使用（設置）環境で最適である。このような使用環境では、放熱のためには、放射による放熱を中心とする必要があり、フィンなどの放熱面表面積の増加によって空気の対流を主たる放熱性能とする、前記従来のヒートシンク構造では、この放射による放熱が不十分となり、全体として効率的な放熱が達成できない。これに対して、本発明ヒートシンクは、前記放熱側面などの放熱面からの熱の放射による放熱が主体であり、空気の対流による放熱がほとんど期待できない使用（設置）環境に最適なヒートシンクと言える。

しかも、ＬＥＤ素子取り付け面２と放熱側面３は、その間に接合面を介さない一体構造であるため、別個に製作されたこれら両者を接合する場合に発生するような接触熱抵抗が生じない。このため、ＬＥＤ素子取り付け面２と放熱側面３の間の熱伝導が容易で、結果としてヒートシンク全体の放熱性能が著しく高くなる。
また、ヒートシンク１の構造が、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３により、３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向いた放熱面が連続して構成されていることにより、剛性が高い。このため、車載照明等において振動を受けるような用途であっても、特段の補強部材等を用いることなく、その形状を保つことができ、メンテナンスフリーや高寿命化を達成できる。このような放熱の原理、作用効果は、以下の他の実施形態においても基本的に同じである。

（図２、ヒートシンクの他の実施形態）
図２に、本発明に係るＬＥＤ照明用ヒートシンクの他の実施形態を示す。この図２に示すＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、図１と同じく、アルミニウムなどの一定の板厚を有する金属薄板１を一体に成形してなるが、図１のような全体が円筒状ではなく、中空な角筒状（角筒カップ状）の直方体形状を有している。ただ、図２の本発明のＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、絞り加工によって一枚の金属薄板から、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７とが一体に形成されてなる点は図１の場合と同じである。

図２に示すように、ＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、直方体の表面５面が接続された形状を有しており、ＬＥＤ素子取付面２と、平面をなす４面の放熱側面の４面４、５、６、７を有した形状となっている。

より具体的に、図２のＬＥＤ照明用ヒートシンク１の場合、ＬＥＤ素子取付面２が四角な矩形板状の頂部で、放熱側面の４面４、５、６、７が各々これに連なる四角な角筒状の胴部（側部）となるように成形されている。このため、これらＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７とで各々、３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向く連続した表面側の５面（外側の面＝表面）２a、４a、５a、６a、７aと、裏側の５面（内側の面＝裏面）２b、４b、５b、６b、７bの放熱面を各々形成している。

筒状体の底部側の１０は、放熱面が実在しない、筒状体の内部空間が外部に向かって開放された開口部（空間部）である。この開口部１０は、図２のヒートシンク１が角筒状ゆえに、例えば、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７のなす角度が各々９０度である場合には、ＬＥＤ素子取付面２と同じ面積となる。このため、ヒートシンク１の有する放熱側面積に対して十分な比較的大きな面積を有し、前記内部空間内の空気と外部の空気とが、前記開口部１０を介してヒートシンク１の内外で対流するのに充分な構造となる。ここで、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面４、５、６、７のなす角度の選択と開口部１０の機能発揮のための大きさや設ける位置の関係は、図１の場合と同じである。

この図２の場合は、平板な矩形状のＬＥＤ素子取付面２と、角筒状矩形面をなす放熱側面の４面４、５、６、７を有した形状となっている。ただ、図１と同様に、一枚のアルミニウム板から絞り加工によって両者が形成されているため、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７とは、ＬＥＤ素子取付面２端部（角部）の稜線を伴って一体的に連続している。言い換えると、これらＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７の表裏面２a、４a、５a、６a、７aと、２b、４b、５b、６b、７bは、頂部のＬＥＤ素子取付面２に設置されたＬＥＤ素子Ｌと、一枚の金属薄板によって連続している。

ここで、ＬＥＤ素子取付面２は、図１の場合と同様に、図２のＹ方向に向いており、ＬＥＤ素子取付面２の表面２aは図の上方向、ＬＥＤ素子取付面２の裏面２ｂは図の下方向に向いている。これに対して、放熱側面の４面４、５、６、７は、放熱側面の４面４、５、６、７の表裏面４a、５a、６a、７aと、４b、５b、６b、７bは、各々Ｘ方向とＺ方向（横方向）に向いている。このため、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７とは、合わせて３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向いた放熱面を構成している。

以上の構成によって、図２のＬＥＤ照明用ヒートシンク１も、これらＬＥＤ素子取付面２の表面２a、裏面２ｂ、放熱側面の４面４、５、６、７の表裏面４a、５a、６a、７aと、２b、４b、５b、６b、７bの各面へ、ＬＥＤ素子Ｌから熱が直接伝導されるとともに、この熱のこれら各放熱面の向かう三次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向への放熱も各々可能である。

この図２の実施形態の場合、図１の円筒カップ形状と比べて、同じ容積であっても、より多くの表面積を持つものとなる。このため、放熱空間への投影面積がさらに増加し、放熱性がより高まるという効果を有する。

（図３、ＬＥＤ照明用ヒートシンクの他の実施形態）
図３に、本発明に係るＬＥＤ照明用ヒートシンクの他の実施形態を示す。 図３に示すＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、図２と同じく、アルミニウムなどの一定の板厚を有する金属薄板１を一体に成形してなり、図２のような全体が中空な角筒状（角筒カップ状）の形状を有している。図２の本発明のＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、絞り加工によって一枚の金属薄板から、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面３とが一体に形成されてなる点は、前記図１、２の場合と同じである。

この図３のＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、ＬＥＤ素子取付面２と、平面をなす４面の放熱側面４、５、６、７を有し、このＬＥＤ素子取付面２よりも更に１段高くなった図のＹ方向（上下方向）の段差面８と、平らで矩形な頂部面９とを有した、Ｌ字状乃至階段状の中空な直方体あるいはカップ状形状となっている。

より具体的に、図３のＬＥＤ照明用ヒートシンク１の場合、頂部が互いに段差面８で連続する、平らな矩形状の頂部であるＬＥＤ素子取付面２と、このＬＥＤ素子取付面２よりも更に１段高くなった、平らで矩形状の頂部面９とを有する。そして、放熱側面の４面４、５、６、７が、２面４、６は図２と同じ矩形な平面形状で、２面５、７は、図２と違ってＬ字状の平面形状で、角筒状（角管状）の胴部（側部）となるように成形されている。

このため、これらＬＥＤ素子取付面２、平らで矩形状の頂部面９、これらをつなぐ段差面８と、更に放熱側面の４面４、５、６、７とで、各々３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向く連続した表面側の７面（外側の面＝表面）２a、４a、５a、６a、７a、８a、９aと、裏側の７面（内側の面＝裏面）２b、４b、５b、６b、７b、８ｂ、９ｂとの放熱面を各々形成している。

前記平らで矩形状の頂部面９は、ＬＥＤ照明においてヒートシンクを固定する際の固定具を取付ける場所として利用することができる。もしくは、ＬＥＤ照明に必要な他の部品、例えば反射板等を接続、固定する際の場所として利用することが出来る。したがって、図３の場合には、筒状の頂部であるＬＥＤ素子取付面２が２段の階段形状を有しているが、絞り加工が可能であれば、必要に応じて、ＬＥＤ素子取付面２の段数を、段差面８や連続する平らな矩形状の頂部を増した、３段以上の階段状にしても勿論良い。

筒状体の底部側の１０は、図２と同じく、放熱側面が実在しない、筒状体の内部空間の外部に向かって開放された開口部（空間部）である。この開口部１０は、図３のヒートシンク１が角筒状ゆえに、例えば、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面の４面４、５、６、７のなす角度が各々９０度である場合には、ＬＥＤ素子取付面２と平らで矩形な頂部面９との合計面積と同じ面積となる。このため、ヒートシンク１の有する放熱側面積に対して十分な比較的大きな面積を有し、前記内部空間内の空気と外部の空気とが、前記開口部１０を介してヒートシンク１の内外で対流するのに充分な構造となる。ここで、ＬＥＤ素子取付面２と放熱側面４、５、６、７のなす角度の選択と開口部１０の機能発揮のための大きさとの関係は、図２の場合と同じである。

この図３の場合も、図２と同様に、一枚のアルミニウム板から絞り加工によって両者が形成されているため、ＬＥＤ素子取付面２と平らで矩形状の頂部面９、これらをつなぐ上下方向（Ｙ方向）の段差面８、更に放熱側面である４面４、５、６、７とは、ＬＥＤ素子取付面２や頂部面９、あるいは段差面８の端部（角部）の稜線を伴って一体的に連続している。言い換えると、これらＬＥＤ素子取付面２、頂部面９、段差面８と、放熱側面の４面４、５、６、７の表裏面２a、９ａ、８ａ、４a、５a、６a、７aと、２b、９ｂ、８ｂ、４b、５b、６b、７bは、頂部のＬＥＤ素子取付面２に設置されたＬＥＤ素子Ｌと、一枚の金属薄板によって連続している。

ここで、ＬＥＤ素子取付面２、頂部面９は、図３のＹ方向に向いており、ＬＥＤ素子取付面２の表面２a、頂部面９の表面９aは、図の上方向、ＬＥＤ素子取付面２の裏面２ｂ、頂部面９の裏面９ｂは図の下方向に向いている。これに対して、放熱側面の４面４、５、６、７、段差面８は、その表裏面４a、５a、６a、７a、８aと、４b、５b、６b、７b、８ｂは、各々Ｘ方向とＺ方向（横方向）に向いている。このため、ＬＥＤ素子取付面２と頂部面９、放熱側面の４面４、５、６、７と段差面８は、合わせて３次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向へも向いた放熱面を構成している。

以上の構成によって、図３のＬＥＤ照明用ヒートシンク１も、これらＬＥＤ素子取付面２の表面２a、裏面２ｂ、頂部面９の表面９a、裏面９ｂ、放熱側面の４面４、５、６、７の表裏面４a、５a、６a、７aと、４b、５b、６b、７b、段差面８の表裏面８a、８bの各面へ、ＬＥＤ素子Ｌから熱が直接伝導されるとともに、この熱のこれら各面の向かう三次元のＸ、Ｙ、Ｚのいずれの方向への放熱も各々可能である。そして、前記図１、２の円筒カップ形状または直方体状形状のヒートシンクと比べて、同じ容積であっても、頂部面９など、さらに多くの表面積を持つことにより、放熱空間への投影面積がさらに増加し、ヒートシンクとしての放熱性が高まる。

（図４、ヒートシンクの他の実施形態）
図４に、本発明に係るＬＥＤ照明用ヒートシンクの他の実施形態を示す。図４に示すＬＥＤ照明用ヒートシンク１は、図２と同じ全体形状であるが、図２における放熱側面６が無く、底部側の開口部１０と同じく、放熱側面が実在しない、筒状体の内部空間が外部に向かって開放された開口部（空間部）１１を合わせ有している。

この開口部１１は、ヒートシンク１の剛性を阻害しない範囲で設けられており、底部側の開口部１０と合わせて、ヒートシンク１の有する放熱側面積に対して十分な、より大きな面積を有することができる。したがって、前記内部空間内の空気と外部の空気との前記開口部１０、１１を介したヒートシンク１の内外での対流機能が向上する。この結果、図２の場合よりも、放熱側面６が無い分、放熱側面積は小さくなるが、前記空気の対流機能が向上する分、優れた放熱性を有したままである。

（実施形態の共通事項）
以上のＬＥＤ素子取付面と放熱側面には、ヒートシンク１の用途や取り付け部位に応じて、部品取付け用の空間やスリットあるいは部分形状などが、各面の一部に、これらの面を切り欠く加工や凹凸を設ける成形加工によって設けられても良い。更には、放熱側面は、部品取付け等の必要に応じて、前記図４のように面自体や面の一部が省略されていても良い。

（ヒートシンクの製作方法）
次いで、図１に示した形状を例にして、本発明ヒートシンクの製作方法について説明する。

（素材金属薄板）
絞り加工の（あるいはヒートシンクの）素材である金属薄板は、ヒートシンクに求められる熱伝導特性と放熱特性の大きさからは、ＡＡ乃至ＪＩＳ規格に規定される１０００系の純アルミニウム製が好ましい。ただ、必要強度や絞り加工性（成形性）あるいは耐食性、耐熱性などの要求特性に応じて、同じ１０００系でも、あるいは他の３０００系、５０００系、６０００系なども、これに適したアルミニウム合金や調質条件が選択される。また、条件によっては、鋼板やマグネシウム板なども適用できる。

金属薄板の板厚（厚み）は、ヒートシンクの軽量化と、必要強度や剛性および絞り加工性（成形性）を考慮すると、０.４ｍｍ〜２ｍｍの範囲から選択する。この板厚が薄すぎると、ヒートシンクの必要強度や剛性あるいは絞り加工性（成形性）が確保できない。一方、この板厚が厚すぎると、ヒートシンクの軽量化が犠牲になり、絞り加工性（成形性）も却って低下する。

純アルミニウム又はアルミニウム合金が素材例の場合、圧延、押出等の通常の板形状の素材製造方法により、所定の厚さの純アルミニウム板又はアルミニウム合金板を製造する。次に、製造されたアルミニウム板を、ヒートシンクの外形を形作れる大きさの板片に切出し、または打抜いて、平坦なブランクとする。

（絞り加工）
図５に示すように、このブランク２０を、成形するヒートシンクの形状に各々対応した形状を有する、パンチ２２、ダイス（金型）２１、そして板押さえ２３からなるプレス成形装置を使用した絞り加工を施し、内部が空間となった筒状体（中空のカップ型）形状を、常温（室温）で成形する。図５（a）は、プレス成形装置にブランク２０をセットした絞り加工前の状態を示す。図５（ｂ）は、パンチ２２、ダイス（金型）２１、そして板押さえ２３を、矢印のように相対的に上下動させて、ブランク２０を、前記図１のヒートシンク１の形状に絞り加工している加工中の状態を示す。なお、図５（ｂ）において、ヒートシンク１（ブランク２０）周縁の余肉部である板押さえ部分２４は、この一連の工程中にトリミングされる。

このようなプレス成形装置による絞り加工（絞り成形）は、前記図１のヒートシンクだけでなく、図２から図４のヒートシンク１も同様に可能であり、これら汎用される、通常の金属板のプレス成形工程やプレス装置によって、容易かつ安価に製作できる。これは、前記特許文献４のような金属平板を折り曲げ加工によって製作するヒートシンクに比しても言える。また、本発明は絞り加工であるために、寸法精度も確保しやすいという利点もある。

（金属薄板の表面放射率）
本発明のヒートシンクが高い放熱性を得るためには、前記金属薄板の表面放射率εは０．６以上であることが好ましい。このため、素材金属薄板の全表面に、絞り加工前に放熱率が高い、黒色塗料のプレコート処理（塗装皮膜）を施しても良い。あるいは絞り加工後に、放射率が高い、黒色塗料のアフターコート処理（塗装皮膜）を施しても良い。これによって、ヒートシンクとしての、放射による伝達熱量を増大することができる。このプレコート処理は、絞り加工前に予め素材金属薄板に施せば、絞り加工における潤滑剤の役割も果たす。

この放射率εとは、実際の物体の熱放射の理論値（理想的な熱放射体である黒体の熱放射）に対する割合であって、実際の測定は、特開２００２−２３４４６０号公報に記載された方法でもよく、宇宙航空研究開発機構が開発したポータブル放射率測定装置によって測定してもよい。

車載ＬＥＤランプなどへの本発明ヒートシンクの装着は、これまで汎用されているヒートシンクの装着と同様に行うことができ、この点が利点でもある。
通常、車載ＬＥＤランプ（車両用灯具）は、光源としてのＬＥＤ素子が実装されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤからの光を光照射方向前方に向かって反射するリフレクタと、これらのＬＥＤ基板及びリフレクタを包囲するハウジングと、ハウジングの開放した前端を閉鎖する透明材料から成るアウターレンズ、ＬＥＤ基板に熱的に接触して配置されたヒートシンクとを含んでいる。前記リフレクタは、樹脂材料から成形されていて、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ付近に焦点を有する放物面系の反射面を備えている。ここで、本発明のヒートシンクは、前記ＬＥＤ基板あるいはＬＥＤ基板に熱的に接触して配置されたヒートシンクとして用いられる。

そして、このような構成の車載ＬＥＤランプ１０によれば、上記ＬＥＤ素子が駆動されて発光し、このＬＥＤ素子から出射した光が、リフレクタにより反射して、アウターレンズを介して光照射方向前方に向かって照射される。ここで、上記ＬＥＤから発生した熱は、前記したように、本発明のヒートシンクに伝達され、ハウジングの外側に放出され、ＬＥＤ素子の温度上昇が抑制される。

以上、本発明ヒートシンクは、前記放熱側面などの放熱面からの熱の放射による放熱が主体であり、空気対流がほとんどない（空気の対流による放熱がほとんど期待できない）狭い使用空間（使用、設置環境）に最適なヒートシンクである。このため、車両用照明灯具向け放熱部品の他に、一般照明装置の他に、電子部品用放熱部品等に使用することができる。

１：ヒートシンク、２：ＬＥＤ素子取付面、３、４、５、６、７：放熱側面、８：段差面、９：頂部面、１０、１１：開口部

Claims (3)

1. 絞り加工によって一枚の金属薄板にＬＥＤ素子取付面と、このＬＥＤ素子取付面に連続する放熱側面とが一体かつ連続して形成されてなるＬＥＤ照明用ヒートシンクであって、前記ＬＥＤ素子取付面が頂部、前記放熱側面が胴部となるとともに、これらの面で囲まれる内部空間の開口部も有する筒状体に形成されており、前記ＬＥＤ素子取付面と放熱側面との表裏面によって、３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を連続して有していることを特徴とするＬＥＤ照明用ヒートシンク。
2. 前記放熱側面が円筒状あるいは角筒状に形成されている請求項１に記載のＬＥＤ照明用ヒートシンク。
3. 前記金属薄板が板厚が０．４ｍｍ〜２ｍｍの範囲のアルミニウム薄板である請求項１に記載のＬＥＤ照明用ヒートシンク。