JP2013175608A - ヒートシンク及びこれを備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能を高めたヒートシンク及び小型化と軽量化を図ることができる照明装置を提供すること。
【解決手段】背面に複数の放熱フィン１２を平行に立設して成るベースプレート１１の表面上のＬＥＤ（熱源）２からの熱を放熱するためのヒートシンク１０において、前記ベースプレート１１にスリット１１ａ（又は孔）を形成し、前記放熱フィン１２を、その長手方向が前記ベースプレート１１に対して斜めになるよう形成する。又、このようなヒートシンク１０のベースプレート１１の表面上に設けられた基板３上にＬＥＤ（発光素子）３を実装してＬＥＤ照明装置１を構成する。又、放熱フィン１２に切欠き１２ａを形成し、該切欠き１２ａに前記ベースプレート１１を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源としてＬＥＤ等の発光素子が搭載されたベースプレートの背面に複数の放熱フィンを立設して成るヒートシンクとこれを備えた照明装置に関するものである。

近年、半導体の消費電力が加速度的に上昇するのに伴って該半導体の発熱量が増加しているため、高性能の冷却システムに対する需要が高まっている。又、小型化のために高密度に集積された回路においても消費される電力は増加傾向にあり、発熱量と同時に発熱密度も急激に上昇している。

半導体であるＬＥＤ（発光ダイオード）やレーザーダイオード等の発光素子においても、明るさの向上に伴って従来の表示用としての用途から照明用としての用途も増えており、その消費電力も増加傾向にある。

ところが、ＬＥＤ等の発光素子の最大の問題は、投入した電力の大部分が熱となり、自身が発する熱によって発光効率と寿命が低下するという点である。特に、大電力を消費する発光素子にあっては、チップ当たり数Ｗもの発熱を受け止められるだけの放熱構造が求められており、この発熱を伝導させるために従来の樹脂基板に代えて熱伝導率の高いメタルコア基板やセラミック基板が実用化されている。

又、ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを立設して成るヒートシンクによる放熱によってＬＥＤの発熱を抑える冷却構造も実用化されている。ここで、従来のＬＥＤ照明装置のヒートシンクによる冷却構造の一例を図５に示す。

即ち、図５は従来のＬＥＤ照明装置のヒートシンクによる冷却構造の一例を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は斜視図であり、図示のＬＥＤ照明装置１０１のヒートシンク１１０は、熱伝導率の高いアルミニウム合金製であって、矩形プレート状のベースプレート１１１の背面に、上下方向に長い矩形プレート状の複数枚（図示例では２０枚）の放熱フィン１１２を左右方向に適当な間隔で垂直に立設して構成されている。そして、このヒートシンク１１０の表面には、縦横３列、計９個のＬＥＤ１０２を実装して成る矩形プレート状の基板１０３が取り付けられており、該基板１０３とこれに実装されたＬＥＤ１０２は矩形のアウタレンズ１０４によって覆われている。

而して、９個のＬＥＤ１０２に通電されてこれらが発光すると、該ＬＥＤ１０２から発せられる熱はヒートシンク１１０のベースプレート１１１から各放熱フィン１１２ヘと伝導し、各放熱フィン１１２から空気中へと放熱されることによってＬＥＤ１０２が冷却されてその温度上昇が抑えられる。

ところで、特許文献１には、ヒートシンクの放熱性能を高めるために、筒状体が並列に複数連結された放熱フィンの下端とベースプレート上面との間に空隙を形成する構成が提案されている。これによれば、放熱フィンの下端とベースプレート上面との間の空隙から外部の空気が流入するため、熱源からの熱が伝導するベースプレートの上面を空気が流れてヒートシンクの放熱性が高められる。

特開２０１１−１６５７０４号公報

図５に示す従来のヒートシンク１１０においては、その放熱性能を高めるためには当該ヒートシンク１１０のサイズを大きくしてその放熱面積を増やす必要があり、このようにヒートシンク１１０のサイズを大きくするとＬＥＤ照明装置１０１が大型化及び高重量化するという問題が発生する。

又、ヒートシンク１１０に対流による放熱性能が該ヒートシンク１１０の設置方向によって低下するという問題があった。特に、ヒートシンク１１０のベースプレート１１１が空気の対流方向（下から上）と垂直になるようにヒートシンク１１０を取り付けた場合、特許文献１や図３に示す構成を採用すると、下から上昇した空気が上方のベースプレート１１１及び側方の放熱フィン１１２に阻まれることによって対流が停滞し、放熱フィン１１２による対流効果が十分に発揮されない。そのため、ヒートシンク１１０の放熱性が低下するという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱性能を高めたヒートシンク及び小型化と軽量化を図ることができる照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、背面に複数の放熱フィンを平行に立設して成るベースプレートの表面上の熱源からの熱を放熱するためのヒートシンクにおいて、前記ベースプレートにスリット又は孔を形成し、前記放熱フィンを、その長手方向が前記ベースプレートに対して斜めになるよう形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記放熱フィンに切欠きを形成し、該切欠きに前記ベースプレートを配置したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のヒートシンクのベースプレートの表面又は同ベースプレートの表面上に設けられた基板上に発光素子を実装して照明装置を構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記発光素子を覆うアウタレンズを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ヒートシンクのベースプレートにスリット又は孔をその開口方向が放熱フィンの長手方向に対して斜めになるよう形成したため、熱伝導による冷却フィンからの放熱に加えて、ベースプレートのスリット又は孔を通過する気流によって放熱による対流効果が促進されるが、スリット又は孔から空気が放熱フィンへと流入し易く、放熱フィンにおける通風面積（放熱面積）が増えるため、ヒートシンクの放熱性が高められる。このようにヒートシンクの放熱性能が高められるため、ヒートシンクを小型・軽量化することができ、ベースプレートにスリット又は孔を形成することによるヒートシンクの軽量化とも相俟って照明装置の小型化と軽量化を実現することができる。特に、放熱フィンに切欠きを形成し、該切欠きにベースプレートを配置すれば、ヒートシンク、延いては照明装置の一層の小型化と軽量化を図ることができる。

又、照明装置の光の照射方向が横向きである場合、ベースプレートに形成されたスリット又は孔から流入する空気は下から上向きに複数の放熱フィン間を真っ直ぐ通過するため、この空気の流れによってヒートシンクの放熱性能が一層高められる。

本発明の実施の形態１に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｆ）は背面図、（ｇ）は斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は（ａ）のＤーＤ線断面図、（ｆ）は背面図、（ｇ）は斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。 従来のＬＥＤ照明装置の冷却構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ船断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係るＬＥＤ照明装置の冷却構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｆ）は背面図、（ｇ）は斜視図である。

本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１には、光源であるＬＥＤ２の冷却構造としてヒートシンク１０が備えられている。ここで、ヒートシンク１０は、熱伝導率の高いアルミニウム合金製であって、ベースプレート１１の背面に、上下方向に長い矩形プレート状の複数枚（図示例では２０枚）の放熱フィン１２を左右方向に適当な間隔で垂直に立設して構成されている。

而して、本実施の形態においては、ヒートシンク１０の前記ベースプレート１１には横方向に細長い４つのスリット１１ａが上下方向に適当な間隔で形成されている。この結果、ベースプレート１１は、スリット１１ａによって横方向に細長いプレート片１１Ａに３分割されており、これらのプレート片１１Ａには、光源である３つのＬＥＤ２が横方向に適当な間隔で実装された基板３がそれぞれ取り付けられており、各基板３とこれらに実装された３つのＬＥＤ２はアウタレンズ４によって正面側からそれぞれ覆われている。従って、本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１においては、計９つのＬＥＤ２が光源として使用されている。

ところで，本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１は、ＬＥＤ２からの光を横方向に出射させるよう設置した状態で照明に供する場合を示すものであって、ベースプレート１１の３つのプレート片１１Ａは垂直に起立しており、放熱フィン１２は垂直に対して所定角度傾斜して斜めに配置されている。そして、各放熱フィン１２の同じ高さ位置には各３つの三角状の切欠き１２ａがそれぞれ形成されており、各切欠き１２ａの垂直の辺を連結するようにベースプレート１１の各プレート片１１Ａが垂直に配置されている。従って、本実施の形態では、ベースプレート１１に形成されたスリット１１ａは、冷却フィン１２の長手方向に対して斜めに開口している。

以上のように構成されたＬＥＤ照明装置１において、計９個のＬＥＤ２に通電されてこれらのＬＥＤ２が発光すると、各ＬＥＤ２から水平方向に出射する光は、アウタレンズ４を透過して前方（図１（ａ）の手前側、（ｄ）の左方）へと出射されて前方の照明に供される。

又、各ＬＥＤ２の発光によって発生する熱は、ヒートシンク１０のベースプレート１１のプレート片１１Ａから各放熱フィン１２ヘと伝導し、各放熱フィン１２から空気中へと放熱されることによってＬＥＤ２が冷却されるとともに、ベースプレート１１に形成されたスリット１１ａを通過する気流によって放熱による対流効果が促進され、ヒートシンク１０の放熱性が高められ、各ＬＥＤ２の温度上昇が抑えられてその発光効率と寿命が高められる。

特に、本実施の形態では、ヒートシンク１０のベースプレート１１に複数のスリット１１ａをその開口方向が放熱フィン１２の長手方向に対して斜めになるよう形成したため、スリット１１ａから空気が放熱フィン１２へと流入し易く、放熱フィン１２における通風面積（放熱面積）が増えるため、ヒートシンク１０の放熱性が高められる。即ち、ベースプレート１１に形成されたスリット１１ａから流入する空気は、図１（ｄ），（ｅ）に矢印にて示すように下から上向きに放熱フィン１２を斜めに通過するため、この空気の流れによってヒートシンク１０の放熱性能が高められる。

このように本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１においては、ヒートシンク１０の放熱性能が高められるため、ヒートシンク１０を小型・軽量化することができ、ベースプレート１１にスリット１１ａを形成することによるヒートシンク１０の軽量化とも相俟ってＬＥＤ照明装置１の小型化と軽量化を実現することができる。又、本実施の形態では、放熱フィン１２に切欠き１２ａを形成し、該切欠き１２ａにベースプレート１１を配置するようにしたため、ヒートシンク１０、延いてはＬＥＤ照明装置１の一層の小型化と軽量化を図ることができる。

尚、本実施の形態では、ヒートシンク１０のベースプレート１１に４つのスリット１１ａを形成したが、スリット１１ａの形状と数は任意に設定することができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図２に基づいて以下に説明する。

図２は本発明の実施の形態２に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は（ａ）のＤ−Ｄ、（ｆ）は背面図、（ｇ）は斜視図であり、本図においては図１において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態は、前記実施の形態１におけるスリット１１ａに代えてヒートシンク１０のベースプレート１１の中央部に１つの矩形の孔１１ｂをその開口方向が放熱フィン１２の長手方向に対して斜めになるよう形成したことを特徴としており、他の構成は実施の形態１のそれと同じである。

而して、本実施の形態においても、各ＬＥＤ２の発光によって発生する熱は、ヒートシンク１０のベースプレート１１から各放熱フィン１２ヘと伝導し、各放熱フィン１２から空気中へと放熱されることによってＬＥＤ２が冷却されるとともに、ベースプレート１１に形成された１つの孔１１ｂを通過する気流によって放熱による対流効果が促進されるため、ヒートシンク１０の放熱性が高められ、各ＬＥＤ２の温度上昇が抑えられてその発光効率と寿命が高められる。

特に、本実施の形態では、ヒートシンク１０のベースプレート１１に矩形の孔１１ｂをその開口方向が放熱フィン１２の長手方向に対して斜めになるよう形成したため、孔１１ｂから空気が放熱フィン１２へと流入し易く、放熱フィン１２における通風面積（放熱面積）が増える、ヒートシンク１０の放熱性が高められる。即ち、ベースプレート１１に形成された孔１１ｂから流入する空気は、図２（ｄ），（ｅ）に矢印にて示すように下から上向きに放熱フィン１２を斜めに通過するため、この空気の流れによってヒートシンク１０の放熱性能が高められる。

このように本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１においても、前記実施の形態１と同様にヒートシンク１０の放熱性能が高められるため、ヒートシンク１０を小型・軽量化することができ、ベースプレート１１に孔１１ｂを形成することによるヒートシンク１０の軽量化とも相俟ってＬＥＤ照明装置１の小型化と軽量化を実現することができる。又、本実施の形態においても、放熱フィン１２に切欠き１２ａを形成し、該切欠き１２ａにベースプレート１１を配置するようにしたため、ヒートシンク１０、延いてはＬＥＤ照明装置１の一層の小型化と軽量化を図ることができる。

尚、実施の形態ではヒートシンク１０のベースプレート１１に矩形の孔１１ｂを形成したが、ベースプレート１１に形成される孔１１ｂの形状と数は任意である。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図３に基づいて説明する。

図３は本発明の実施の形態３に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は斜視図であり、本図においては図１において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態では、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１において、ＬＥＤ２と基板３及びこれらを覆うアウタレンズ４を独立に計９組設け、これらが設けられていない箇所の放熱フィン１２にはベースプレート１１の板厚分だけの切欠き１２ｂ（図３（ｃ）参照）を形成したことを特徴としており、他の構成は実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１のそれと同じである。

＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４を図４に基づいて説明する。

図４は本発明の実施の形態４に係るヒートシンクを備えるＬＥＤ照明装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図であり、本図においても図１において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態では、実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１において、ベースプレート１１のプレート片１１Ａを放熱フィン１２から下方に垂直に突出するよう設けており、このように構成することによって放熱フィン１２に切欠きを形成する必要がなくなる。尚、他の構成は実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置１のそれと同じである。

ところで、以上の実施の形態では、光源（熱源）としてＬＥＤ２を使用するＬＥＤ照明装置１とこれに備えられるヒートシンク１０に対して本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、ＬＥＤ２以外のレーザーダイオード等の発光素子を光源として使用する照明装置とこれに備えられたヒートシンクに対しても同様に適用可能である。

又、以上の実施の形態では、ＬＥＤ２は基板３上に実装されているが、ＬＥＤ２等の発光素子がヒートシンク１０のベースプレート１１に直接実装されていても良い。

本発明は、ライトアップ照明、スタジアム照明、街路灯照明、道路灯照明、一般照明等の用途に供せられる照明装置とこれに備えられたヒートシンクに対して適用可能である。

１ ＬＥＤ照明装置
２ ＬＥＤ（発光素子）
３ 基板
４ アウタレンズ
１０ ヒートシンク
１１ ベースプレート
１１Ａ ベースプレートのプレート片
１１ａ ベースプレートのスリット
１１ｂ ベースプレートの孔
１２ 放熱フィン
１２ａ 放熱フィンの切欠き
１２ｂ 放熱フィンの切欠き

Claims (4)

1. 背面に複数の放熱フィンを平行に立設して成るベースプレートの表面上の熱源からの熱を放熱するためのヒートシンクにおいて、
   前記ベースプレートにスリット又は孔を形成し、前記放熱フィンを、その長手方向が前記ベースプレートに対して斜めになるよう形成したことを特徴とするヒートシンク。
2. 前記放熱フィンに切欠きを形成し、該切欠きに前記ベースプレートを配置したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 請求項１又は２記載のヒートシンクのベースプレートの表面又は同ベースプレートの表面上に設けられた基板上に発光素子を実装して構成されることを特徴とする照明装置。
4. 前記発光素子を覆うアウタレンズを設けたことを特徴とする請求項３記載の照明装置。
   

Images