JP2014067767A - ヒートシンク及びこれを備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱フィンの間の通風路における空気の滞留を防いで放熱性能を高めることができるヒートシンクを提供すること。
【解決手段】ベースプレート１１の背面に複数の放熱フィン１２を互いに平行に立設し、各放熱フィン１２には、その両面に膨出する複数の押出ピン用凸部１２ａを長手方向に沿って形成し、前記ベースプレート１１の表面上の熱源からの熱を前記放熱フィン１２から放熱させるヒートシンク１０において、前記各放熱フィン１２の長手方向において隣接する前記押出ピン用凸部１２ａの間のみに、該放熱フィン１２の板厚方向に貫通する開口部１３をそれぞれ形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを互いに平行に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、半導体の消費電力の加速度的上昇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。

ところで、ヒートシンクにおいては、各放熱フィンの間を空気が長手方向に沿って流れる場合、各放熱フィンの先端から熱伝達率の低い層流境界層が形成され、この層流境界層は下流側に向かって次第に成長してその厚さが厚くなるため、ヒートシンクの放熱性能が低下するという問題がある。

そこで、特許文献１には、図７に示すようにヒートシンク１１０の複数の放熱フィン１１２の各々に高さ方向のスリット状の複数の開口部１１３を長手方向に沿って適当な間隔で形成する構成が提案されている。これによれば、各放熱フィン１１２に沿う層流境界層の成長が開口部１１３によって遮断されるため、層流境界層を薄く抑えつつ、放熱用ファン１２０から供給される空気の通風抵抗の増加を抑えることができ、当該ヒートシンク１１０の放熱効果が高められる。

特開２００１−１１９１８０号公報

ところで、ヒートシンクはアルミダイカスト等によって一体成形されるが、成型金型から製品を押し出すための複数の押出ピンを受けるための押出ピン用凸部を各放熱フィンに形成する必要がある。この押出ピン用凸部は、各放熱フィンの両面に膨出するよう該放熱フィンの高さ方向に形成され、この押出ピン用凸部が各放熱フィンの長手方向に沿って適当な間隔で複数設けられている。このため、各放熱フィンの間の通風路を空気が放熱フィンの長手方向に沿って流れる場合、各放熱フィンの両面に膨出する複数の押出ピン用凸部が空気の流れを妨げるために温度の高い空気が通風路に滞留し易く、このことがヒートシンクの放熱性能を低下させる原因となっていた。

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、放熱フィンの間の通風路における空気の滞留を防いで放熱性能を高めることができるヒートシンクとこれを備えた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、ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを互いに平行に立設し、各放熱フィンには、その両面に膨出する複数の押出ピン用凸部を長手方向に沿って形成し、前記ベースプレートの表面上の熱源からの熱を前記放熱フィンから放熱させるヒートシンクにおいて、前記各放熱フィンの長手方向において隣接する前記押出ピン用凸部の間のみに、該放熱フィンの板厚方向に貫通する開口部をそれぞれ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、前記開口部を前記各放熱フィンの高さ方向中心に対してベースプレート側に形成したことを特徴とする。

請求項３記載の照明装置は、請求項１又は２記載のヒートシンクの前記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、該発光素子をアウタレンズによって覆って構成されることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、各放熱フィンの両面の長手方向に隣接する押出ピン用凸部の間の空間を流れる空気は、各放熱フィンに形成された開口部を通過して他の空間へと流れ込むため、各通風路における空気の滞留が防がれてヒートシンクの放熱性能が高められる。尚、このような効果は、ヒートシンクを垂直に対して傾けて設置した場合に顕著である。又、各放熱フィンに開口を設ける範囲を、隣接する押出ピン用凸部の間のみに制限したため、各放熱フィンの表面積（放熱面積）を必要以上に減らすことがない。このため、ヒートシンクがそもそも有する放熱性能を殆ど低下させることなく、隣接する押出ピン用凸部間の熱の滞留を抑えることができる。

請求項２記載の発明によれば、温度の高い空気が溜まり易い放熱フィンのベースプレート側に寄せて開口部を形成したため、温度の高い空気が開口部を通過して排出される。このため、各放熱フィンの両面の長手方向に隣接する押出ピン用凸部の間の空間における温度の高い空気の滞留が抑えられ、ヒートシンクに高い放熱性能が確保される。

請求項３記載の発明によれば、照明装置に備えられたヒートシンクが高い放熱性能を示すため、光源である発光素子が効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられ、該発光素子の発光効率の向上と寿命延長が図られる。

本発明に係る照明装置の斜視図である。 本発明に係る照明装置の分解斜視図である。 本発明に係るヒートシンクの斜視図である。 本発明に係るヒートシンクの背面図である。 本発明に係るヒートシンクの側面図（図４の矢視Ａ方向の図）である。 本発明に係るヒートシンクの平面図である。 特許文献１において提案されたヒートシンクの斜視図である。

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。
［照明装置］
図１は本発明に係る照明装置の斜視図、図２は同照明装置の分解斜視図であり、図示の照明装置１は、光源として複数のＬＥＤ２(図２参照)を使用するものであって、そ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、銅、その他の熱伝導率の高い金属の一体成形品であって、矩形プレート状のベースプレート１１の背面に、上下方向に長い矩形プレート状の複数枚の放熱フィン１２を左右方向に適当な間隔で垂直且つ互いに平行に立設して構成されている。尚、ヒートシンク１０の詳細については後述する。

而して、照明装置１は、図２に示すように、前記ヒートシンク１０のベースプレート１１の表面上に矩形の薄い熱伝導シート３を介して同じく矩形の薄い基板４を配置し、該基板４上に縦７個、横１０個の計７０個のＬＥＤ２をマトリックス状に配列して実装するとともに、これらのＬＥＤ２を表面側から透明なアウタレンズ５によって覆うことによって構成されている。

ところで、図２に示すように、ヒートシンク１０のベースプレート１１の下部には左右２つの長孔１１ａが形成されており、これらの長孔１１ａには、ＬＥＤ２に電力を供給するための不図示の配線コードが挿通する柔軟なシリコン製のグロメット６が嵌め込まれている。そして、前記熱伝導シート３と基板４の各下部には、グロメット６との干渉を避けるための矩形の切欠き３ａ，４ａがそれぞれ形成されている。

以上のように構成された照明装置１が例えば図１に示すように垂直に設置されている場合、計７０個のＬＥＤ２に通電されてこれらが発光すると、各ＬＥＤ２からの光は、アウタレンズ５を透過して前方（図１の左方）へと出射して前方の照明に供される。そして、このとき、各ＬＥＤ２の発光によって発生する熱は、基板４から熱伝導シート３を経てヒートシンク１０に至り、該ヒートシンク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各ＬＥＤ２が冷却される。このとき、自然対流によって発生する空気の流れは、ヒートシンク１０の各放熱フィン１２の間の通風路を下方から上方に向かって流れ、この空気の流れによって放熱フィン１２からの放熱が促進される。
［ヒートシンク］
次に、本発明に係る前記ヒートシンク１０の詳細を図３〜図６に基づいて以下に説明する。

図３は本発明に係るヒートシンクの斜視図、図４は同ヒートシンクの背面図、図５は同ヒートシンクの側面図（図４の矢視Ａ方向の図）、図６は同ヒートシンクの平面図である。

本発明に係るヒートシンク１０は、前述のように矩形プレート状のベースプレート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、１３枚）の薄い放熱フィン１２を左右方向に適当な間隔で垂直に且つ互いに平行に立設して構成されている。尚、ベースプレート１１の背面下部の左右２箇所には、ブロック状のスタンド取付部１１Ａが一体に突設されている。

而して、ヒートシンク１０はダイカストによって一体に成形されるが、成型金型から製品を押し出すための複数の不図示の押出ピンを受けるための押出ピン用凸部１２ａを各放熱フィン１２に形成する必要がある。この押出ピン用凸部１２ａは、図３及び図５に示すように、各放熱フィン１２の左右両面に膨出するよう該放熱フィン１２の高さ方向（図５の左右方向であって、空気の流れ方向（下方から上方）に対して直交する方向）に形成され、この押出ピン用凸部１２ａは各放熱フィン１２の長手方向（上下方向）に沿って適当な間隔で複数（図示例では、３つ或いは４つ）設けられている。このため、各放熱フィン１２の間の通風路を空気が放熱フィン１２の長手方向に沿って下方から上方へと流れる場合、各放熱フィン１２の左右両面に膨出する複数の押出ピン用凸部１２ａが空気の流れを妨げるために温度の高い空気が通風路に滞留し易く、このことがヒートシンク１０の放熱性能を低下させる原因となっていたことは前述の通りである。

そこで、本実施の形態では、図３及び図５に示すように、各放熱フィン１２の長手方向（上下方向）に隣接する押出ピン用凸部１２ａの間に、該放熱フィン１２の板厚方向（空気の流れに直交する左右方向）に貫通する円孔状の開口部１３を１つ又は２つ形成している。ここで、各開口部１３は、図５に示すように、各放熱フィン１２の高さ方向（幅方向）中心（中心線Ｎ）に対してベースプレート１１側の位置に形成されている。

而して、以上のように構成されたヒートシンク１０においては、各放熱フィン１２の左右両面の長手方向（上下方向）に隣接する押出ピン用凸部１２ａの間の空間を流れる空気は、開口部１３を通過して他の空間へと流れ込むため、各通風路における空気の滞留が防がれてヒートシンク１０の放熱性能が高められる。そして、本実施の形態では、温度の高い空気が溜まり易い放熱フィン１２のベースプレート１１側に寄せて開口部１３を形成したため、温度の高い空気が開口部１３を通過して排出される。このため、各放熱フィン１２の左右両面の長手方向に隣接する押出ピン用凸部１２ａの間の空間における温度の高い空気の滞留が抑えられ、ヒートシンク１０に高い放熱性能が確保される。尚、このような効果は、特に照明装置１を図１に示す垂直状態から斜めに傾けて設置した場合に顕著である。

又、図１に示す照明装置１に備えられたヒートシンク１０が上述のように高い放熱性能を示すため、光源である複数のＬＥＤ２が効率良く冷却されてその温度上昇が低く抑えられ、該ＬＥＤ２の発光効率の向上と寿命延長が図られる。

尚、以上の実施の形態では、ヒートシンク１０の各放熱フィン１２に形成される開口部１３を円孔状としたが、開口部１３の形状とサイズ及び数は任意である。但し、開口部１３のサイズが大きくなり、或いは数が多くなるに従って各放熱フィン１２の放熱面積が減少して該放熱フィン１２の放熱性能が低下するため、この点を考慮して開口部１３のサイズと数を決定すべきである。

１ 照明装置
２ ＬＥＤ（発光素子）
３ 熱伝導シート
３ａ 熱伝導シートの切欠き
４ 基板
４ａ 基板の切欠き
５ アウタレンズ
６ グロメット
１０ ヒートシンク
１１ ベースプレート
１１Ａ ベースプレートのスタンド取付部
１１ａ ベースプレートの長孔
１２ 放熱フィン
１２ａ 放熱フィンの押出ピン用凸部
１３ 放熱フィンの開口部

Claims (3)

1. ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを互いに平行に立設し、各放熱フィンには、その両面に膨出する複数の押出ピン用凸部を長手方向に沿って形成し、前記ベースプレートの表面上の熱源からの熱を前記放熱フィンから放熱させるヒートシンクにおいて、
   前記各放熱フィンの長手方向において隣接する前記押出ピン用凸部の間にみに、該放熱フィンの板厚方向に貫通する開口部をそれぞれ形成したことを特徴とするヒートシンク。
2. 前記開口部を前記各放熱フィンの高さ方向中心に対してベースプレート側に形成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前記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、該発光素子をアウタレンズによって覆って構成されることを特徴とする照明装置。
   

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