JP2015185331A - Heat sink and led lighting device using the hear sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばLED(発光ダイオード)光源を備えたLED照明装置等に適用されて、LED光源から発する熱をその配設基板を介して冷却するためのヒートシンクおよび、そのヒートシンクを用いたLED照明装関するものである。 The present invention is applied to, for example, an LED lighting device including an LED (light emitting diode) light source, and a heat sink for cooling the heat generated from the LED light source through the mounting substrate, and the LED illumination using the heat sink It is the one to be bound.
従来から、例えばIC等の発熱電子部品の冷却用として、様々なヒートシンクが用いられている。ヒートシンクは被冷却用の部品(発熱部品)から熱を受ける受熱面(熱的接続面)と、受熱面で受けた熱を放熱するための放熱フィンとを有しており、その放熱フィンの形成方法としては、押し出し成形、鍛造、切削切り起こし、冶金等、様々なものが提案されている(例えば特許文献1、参照)。 Conventionally, various heat sinks are used for cooling a heat generating electronic component such as an IC. The heat sink has a heat receiving surface (thermal connection surface) that receives heat from a component to be cooled (heat generating component) and a heat radiating fin for radiating the heat received on the heat receiving surface. Various methods such as extrusion molding, forging, cutting and raising, and metallurgy have been proposed as methods (see, for example, Patent Document 1).
ところで、近年、LED光源を用いた様々なLED照明装置が提案されるようになり、このようなLED照明装置においては、基板のLED光源配設面に複数のLED光源を点在して(分散して)配設することが行われている。このように複数のLED光源を基板に点在配設すると、LED光源から発する熱によって基板が基板面方向全域に渡ってほぼ均一に加熱されるが、従来のヒートシンクは、例えばIC等の発熱部品を局所的に冷却するように形成されていたため、大面積の基板等から熱を均一に放熱して冷却するための構成を備えていなかった。 By the way, in recent years, various LED lighting devices using LED light sources have been proposed. In such LED lighting devices, a plurality of LED light sources are scattered (dispersed) on the LED light source arrangement surface of the substrate. Arrangement). When a plurality of LED light sources are scattered on the substrate in this manner, the substrate is heated almost uniformly over the entire substrate surface direction by the heat generated from the LED light sources. Therefore, a configuration for radiating and cooling heat uniformly from a large-area substrate or the like was not provided.
すなわち、従来のヒートシンクは、熱源の熱を受ける受熱機能、熱を熱源面積から拡大するヒートスプレッド機能、また、その熱を空気中などに放熱する機能が、その構成要素として重要とされており、そのヒートスプレッド機能を確保するために、ヒートシンクの受熱面を形成する受熱用の板部の厚みが厚くなり、その結果、ヒートシンクの重量が増していた。 That is, in the conventional heat sink, the heat receiving function that receives the heat of the heat source, the heat spread function that expands the heat from the heat source area, and the function that dissipates the heat to the air or the like are regarded as important components. In order to ensure the heat spread function, the thickness of the heat receiving plate portion forming the heat receiving surface of the heat sink is increased, and as a result, the weight of the heat sink is increased.
しかしながら、LED照明装置用のLED用ヒートシンクにおいては、点光源が比較的広い面積に配設されるため、ヒートスプレッド機能に関しては重要ではなく、そのためのヒートシンクの底板部の厚みも機能的には薄いもので十分であり、むしろ軽量であることが重要となると本発明者は考え、このようなヒートシンクの適用によってLED照明装置の軽量化も実現できると考えた。また、LED照明装置の普及のため、その低コスト化も重要であり、LED照明装置に適用されるヒートシンクも低コスト化が図れることが重要であると考えている。 However, in the LED heat sink for the LED lighting device, since the point light source is disposed in a relatively large area, the heat spread function is not important, and the thickness of the bottom plate portion of the heat sink is also functionally thin. The present inventor considered that it would be important to be light and rather light, and thought that the application of such a heat sink could also reduce the weight of the LED lighting device. In addition, for the spread of LED lighting devices, it is important to reduce the cost, and it is important to reduce the cost of the heat sink applied to the LED lighting device.
本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、例えばLED照明装置に設けられるLED光源の点在配設基板やLED光源からの熱をファン等を用いずに効率的に冷却できる軽量化と低コスト化が可能なヒートシンクおよびそのヒートシンクを用いたLED照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object thereof is, for example, without using a fan or the like to dissipate heat from LED light source interspersed boards or LED light sources provided in an LED lighting device. It is an object of the present invention to provide a heat sink that can be efficiently cooled and reduced in weight and cost, and an LED lighting device using the heat sink.
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第1の発明のヒートシンクは、発熱体が熱的に接続される熱的接続面を有する受熱用底板部と、該受熱用底板部の前記熱的接続面とは反対側の面上に互いに間隔を介して立たせて設けられた複数の板状の放熱フィンとを有して、該放熱フィンと前記受熱用底板部とが一体的に形成されたヒートシンク形成用ブロックを複数有し、該複数のヒートシンク形成用ブロックの前記熱的接続面が同一面を形成するように配設されて隣り合う受熱用底板部の側面同士が接合され、前記複数のヒートシンク形成用ブロックが接合されて形成される同一面状の熱的接続面が、互いに間隔を介して配設された前記発熱体としての複数のLED光源と直接的または間接的に熱的に接続される接合面として形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, the heat sink according to the first aspect of the present invention is a heat-receiving bottom plate portion having a thermal connection surface to which the heating element is thermally connected, and a surface opposite to the thermal connection surface of the heat-receiving bottom plate portion. A plurality of plate-like heat radiating fins provided to be spaced apart from each other, and a plurality of heat sink forming blocks in which the heat radiating fins and the heat receiving bottom plate are integrally formed, The heat connection surfaces of the plurality of heat sink forming blocks are arranged so as to form the same surface, the side surfaces of the adjacent heat receiving bottom plate portions are bonded to each other, and the plurality of heat sink forming blocks are bonded to each other. The same surface-like thermal connection surface is formed as a joint surface that is thermally connected directly or indirectly to the plurality of LED light sources as the heating elements disposed at intervals. Hands solving problems with It is set to.
また、第2の発明のヒートシンクは、前記第1の発明の構成に加え、前記個々のヒートシンク形成用ブロックに形成された複数の放熱フィンは互いに平行状に同一方向に伸長形成されていることを特徴とする。 In the heat sink of the second invention, in addition to the structure of the first invention, the plurality of heat radiation fins formed on the individual heat sink forming blocks are formed to extend in the same direction in parallel to each other. Features.
さらに、第3の発明のヒートシンクは、前記第2の発明の構成に加え、前記複数のヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部の接合によって形成された熱的接続面は該面内の中央部に貫通孔を有する態様に形成され、個々のヒートシンク形成用ブロックに複数配列されている放熱フィンのうち少なくとも配列中央部の複数の放熱フィンは前記貫通孔の縁と前記熱的接続面の外周縁とを結ぶ方向に形成されていることを特徴とする。 Further, in the heat sink of the third invention, in addition to the structure of the second invention, the thermal connection surface formed by joining the heat receiving bottom plate portions of the plurality of heat sink forming blocks is in the central portion in the surface. Among the plurality of radiating fins formed in a form having through holes and arranged in individual heat sink forming blocks, at least the plurality of radiating fins in the central portion of the arrangement are the edges of the through holes and the outer peripheral edge of the thermal connection surface. It is formed in the direction which connects.
さらに、第4の発明のヒートシンクは、前記第1または第2または第3の発明の構成に加え、前記ヒートシンク形成用ブロックはダイキャストにより形成されていることを特徴とする。 Furthermore, the heat sink of the fourth invention is characterized in that, in addition to the configuration of the first, second or third invention, the heat sink forming block is formed by die casting.
さらに、第5の発明のヒートシンクは、前記第1乃至第4のいずれか一つの発明の構成に加え、前記放熱フィンは、複数のヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部の接合によって形成された熱的接続面の中央部から外周縁部に向かうにつれて厚みが薄く形成されていることを特徴とする。 Further, a heat sink according to a fifth aspect of the present invention is the heat sink formed by joining heat receiving bottom plate portions of a plurality of heat sink forming blocks in addition to the configuration of any one of the first to fourth aspects of the invention. The thickness is reduced as it goes from the central part of the general connection surface to the outer peripheral edge part.
さらに、第6の発明のヒートシンクは、前記第1乃至第5のいずれか一つの発明の構成に加え、前記隣り合うヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部は機械的に結合され、かつ、受熱用底板部の側面同士の接合部は封止材により封止されていることを特徴とする。 Furthermore, a heat sink according to a sixth aspect of the present invention is the structure according to any one of the first to fifth aspects, wherein the heat receiving bottom plate portions of the adjacent heat sink forming blocks are mechanically coupled and are used for heat reception. The joint part of the side surfaces of the bottom plate part is sealed with a sealing material.
さらに、本発明のLED照明装置は、本発明のヒートシンクを有し、該ヒートシンクの複数のヒートシンク形成用ブロックが接合されて形成される同一面状の熱的接続面に、互いに間隔を介して配設された複数のLED光源が直接的または間接的に熱的に接続されて形成されていることを特徴とする。 Furthermore, the LED lighting device of the present invention has the heat sink of the present invention, and is arranged on the same thermal connection surface formed by joining a plurality of heat sink forming blocks of the heat sink with a space therebetween. A plurality of LED light sources provided are formed by thermal connection directly or indirectly.
本発明のヒートシンクは、発熱体が熱的に接続される熱的接続面を有する受熱用底板部と、該受熱用底板部の前記熱的接続面とは反対側の面上に互いに間隔を介して立たせて設けられた複数の板状の放熱フィンとを有して、該放熱フィンと前記受熱用底板部とが一体的に形成されたヒートシンク形成用ブロックを複数有しているが、個々のヒートシンク形成用ブロックは簡単な構成であり、生産性が良好なダイキャスト等を用いて生産性良く低コストで製造できる。そして、そのヒートシンク形成用ブロックを組み合わせて、該複数のヒートシンク形成用ブロックの熱的接続面が同一面を形成するようにすることにより、ヒートシンクを生産性良く形成できる。 The heat sink of the present invention has a heat receiving bottom plate portion having a thermal connection surface to which a heating element is thermally connected, and a surface opposite to the thermal connection surface of the heat receiving bottom plate portion with a space therebetween. A plurality of plate-like heat dissipating fins provided in a standing manner, and a plurality of heat sink forming blocks in which the heat dissipating fins and the heat receiving bottom plate are integrally formed. The heat sink forming block has a simple configuration, and can be manufactured with good productivity and low cost by using die casting or the like with good productivity. The heat sink can be formed with high productivity by combining the heat sink forming blocks so that the thermal connection surfaces of the plurality of heat sink forming blocks form the same surface.
また、本発明のヒートシンクは、前記同一面状の熱的接続面を、互いに間隔を介して配設された前記発熱体としての複数のLED光源と直接的または間接的に熱的に接続される接合面として形成することにより、LED光源装置の熱を均一的に効率的に放熱することができる。例えばヒートシンクの前記熱的接続面を、LED光源を互いに間隔を介して複数配設したLED光源配設基板との接合面としてLED光源と間接的に熱的に接続される態様とすることにより、該LED光源配設基板の基板面全体のほぼ均一な熱を、たとえ基板面積が広くても効率的に放熱できる。また、前記同一面状の熱的接続面を、複数のLED光源を集積したLED光源集積体との接合面とした場合には、そのLED光源集積体の熱を直接的に効率的に放熱できる。 The heat sink of the present invention is thermally connected directly or indirectly to the plurality of LED light sources as the heating elements disposed on the same surface with the same thermal connection surface interposed therebetween. By forming the bonding surface, the heat of the LED light source device can be uniformly and efficiently radiated. For example, the thermal connection surface of the heat sink is configured to be indirectly thermally connected to the LED light source as a joint surface with a plurality of LED light sources arranged at intervals from each other, Even if the substrate area is large, it is possible to dissipate heat substantially evenly over the entire substrate surface of the LED light source substrate. Further, when the same planar thermal connection surface is a joint surface with an LED light source assembly in which a plurality of LED light sources are integrated, the heat of the LED light source assembly can be directly and efficiently radiated. .
また、ヒートシンク形成用ブロックは、前記の如く、例えばダイキャスト等により成形によって形成することができるが、ヒートシンク形成用ブロックの成形に用いられるダイキャストマシン等の成形マシンは、ヒートシンク全体を一度に成形するために用いられるダイキャストマシン等の成形マシンよりも小型のものとすることができる。そのため、安いコストでヒートシンク形成用ブロックを製造でき、そのヒートシンク形成用ブロックを接合してヒートシンクを製造するによりヒートシンクの製造コストを安くでき、コストダウンを図ることができる。さらに、本発明のヒートシンクによれば、ヒートシンク形成用ブロックを成形等により形成するときに用いる金型の大きさも従来の一体成型金型よりも小さなサイズにすることができるため、金型費も低減することができる。 In addition, the heat sink forming block can be formed by molding, for example, by die casting as described above. However, a molding machine such as a die cast machine used for molding the heat sink forming block forms the entire heat sink at once. Therefore, it can be made smaller than a molding machine such as a die-casting machine used for the purpose. Therefore, the heat sink forming block can be manufactured at a low cost, and the heat sink manufacturing cost can be reduced and the cost can be reduced by manufacturing the heat sink by joining the heat sink forming block. Furthermore, according to the heat sink of the present invention, the mold cost used when forming the heat sink forming block by molding or the like can be made smaller than that of the conventional integral mold, so that the mold cost is also reduced. can do.
また、ダイキャスト等の成形の際には、金属や樹脂等の材料溶かした液体を成型用の型に注入して凝固させた後に型(成型用型)を外す作業が行われるが、個々のヒートシンク形成用ブロックに形成された複数の放熱フィンを互いに平行状に同一方向に伸長形成することにより、ダイキャスト等による成形に用いられる成形用型を放熱フィンの伸長方向にスライド移動させて容易に抜くことができるため、ヒートシンク形成用ブロックを容易に効率良く形成でき、ヒートシンク形成用ブロックを良好な形状に歩留まり良く形成できる。 Also, when molding such as die-casting, the work of removing the mold (molding mold) is performed after injecting a liquid in which a material such as metal or resin is dissolved into the molding mold and solidifying it. By forming a plurality of radiating fins formed on the heat sink forming block in parallel and extending in the same direction, the molding die used for molding by die casting or the like can be easily slid in the extending direction of the radiating fins. Since it can be removed, the heat sink forming block can be formed easily and efficiently, and the heat sink forming block can be formed in a good shape and with a high yield.
さらに、複数のヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部の接合によって形成された熱的接続面を該面内の中央部に貫通孔を有する態様に形成し、個々のヒートシンク形成用ブロックに複数配列されている放熱フィンのうち少なくとも配列中央部の複数の放熱フィンは前記貫通孔の縁と前記熱的接続面の外周縁とを結ぶ方向に形成することにより、例えば貫通孔にLED光源の電源やケーブルなどを収容する収容部を設けてLED照明装置を形成することができる。 Further, the thermal connection surface formed by joining the heat receiving bottom plate portions of the plurality of heat sink forming blocks is formed in a mode having a through hole in the central portion in the surface, and a plurality of heat connection surfaces are arranged in each heat sink forming block. Among the radiating fins, at least a plurality of radiating fins in the central portion of the array are formed in a direction connecting the edge of the through hole and the outer peripheral edge of the thermal connection surface. An LED lighting device can be formed by providing a storage portion for storing the above.
また、このように個々のヒートシンク形成用ブロックに複数配列されている放熱フィンのうち少なくとも配列中央部の複数の放熱フィンは前記貫通孔の縁と前記熱的接続面の外周縁とを結ぶ方向に放熱フィンを配設形成すると、複数のヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部の接合によって形成された受熱用底板部に、貫通孔を中心とした放射状に近い態様に放熱フィンを配設することができる。そのため、LED光源を配設した基板からの熱を特に均一に冷却しやすくなり、また、たとえLED照明装置が水平方向から傾けて設けて配置されても放熱フィンの間を空気が自然対流で流れやすくすることができ、LED光源の熱を放熱フィンを介して効率的に放熱できる。 In addition, among the plurality of heat radiation fins arranged in each heat sink forming block in this way, at least the plurality of heat radiation fins in the central portion of the array is in a direction connecting the edge of the through hole and the outer peripheral edge of the thermal connection surface. When the heat dissipating fins are arranged and formed, the heat dissipating fins may be disposed in a shape close to a radial shape centering on the through hole on the heat receiving bottom plate portion formed by joining the heat receiving bottom plate portions of the plurality of heat sink forming blocks. it can. Therefore, it becomes easy to cool the heat from the substrate on which the LED light source is disposed evenly, and even if the LED lighting device is disposed to be inclined from the horizontal direction, the air flows between the radiation fins by natural convection. The heat of the LED light source can be efficiently radiated through the radiation fins.
さらに、ヒートシンク形成用ブロックをダイキャストにより形成することにより、例えば0.5秒といった瞬時に各ヒートシンク形成用ブロックを形成でき、そのヒートシンク形成用ブロックを接合して生産性良くヒートシンクを形成できる。 Furthermore, by forming the heat sink forming block by die casting, each heat sink forming block can be formed instantaneously, for example, 0.5 seconds, and the heat sink forming blocks can be joined to form a heat sink with high productivity.
さらに、放熱フィンを、複数のヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部の接合によって形成された熱的接続面の中央部から外周縁部に向かうにつれて厚みが薄くなるように形成することにより、以下のような効果を奏することができる。つまり、前記の如く、ダイキャスト等の成形の際には、金属や樹脂等の材料溶かした液体を型に注入して凝固させた後に型(成型用型)を外す作業が行われるが、個々のヒートシンク形成用ブロックにおいて、例えば複数のヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部の接合によって形成される同一面状の熱的接続面の中央部側になる側から、ヒートシンク形成用ブロック形成時にダイキャスト等の成形用の材料となる金属や樹脂等を溶かした液体を成型用型に注入することにより、成形用材料の成形用型への注入充填を良好に効率良く行うことができる。 Furthermore, by forming the radiating fins so that the thickness decreases from the central part of the thermal connection surface formed by joining the heat receiving bottom plate parts of the plurality of heat sink forming blocks to the outer peripheral edge part, the following Such effects can be achieved. In other words, as described above, when die casting or the like is performed, a liquid in which a material such as metal or resin is dissolved is poured into a mold and solidified, and then the mold (molding mold) is removed. In the heat sink forming block, for example, die casting is performed when forming the heat sink forming block from the side of the central portion of the same planar thermal connection surface formed by joining the heat receiving bottom plate portions of the plurality of heat sink forming blocks. By injecting a liquid in which a metal, a resin, or the like, which is a molding material such as, is melted, into the molding die, the molding material can be injected and filled into the molding die satisfactorily and efficiently.
そして、成形用型に良好に充填された成形用材料が凝固した後に型を外す(例えば液体の注入先端側から型をスライド移動させる)ことにより、ヒートシンク形成用ブロックを良好な状態に歩留まり良く形成できるため、その形成したヒートシンク形成用ブロックを用いて、ヒートシンクを良好な状態で、効率良く、かつ、歩留まり良く形成できる。 Then, after the molding material filled in the molding die is solidified, the mold is removed (for example, the die is slid from the liquid injection tip side) to form the heat sink forming block in a good state with good yield. Therefore, the heat sink can be formed efficiently in a good state and with a high yield by using the formed heat sink forming block.
さらに、隣り合うヒートシンク形成用ブロックの受熱用底板部を機械的に結合し、受熱用底板部の側面同士の接合部を封止材により封止することにより、ヒートシンク形成用ブロック同士の接合を強固にすることができると共に、その接合部から水分等が侵入することを防ぐことができる。LED照明装置においてLED光源の配設領域に水の浸入があると支障が生じてしまうので、LED光源の配設領域には防水構成が重要となるが、前記の如く、ヒートシンク形成用ブロック同士の接合部を封止材により封止することによってLED光源の配設領域へのヒートシンク側からの水分等の侵入を防ぐことができるようにすることで、前記支障が生じることを確実に防止できる。 Further, the heat receiving bottom plate portions of adjacent heat sink forming blocks are mechanically coupled, and the joint portions between the side surfaces of the heat receiving bottom plate portions are sealed with a sealing material, thereby strongly joining the heat sink forming blocks. In addition, it is possible to prevent moisture and the like from entering from the joint portion. In the LED lighting device, if there is a water intrusion in the LED light source arrangement region, a problem arises. Therefore, a waterproof structure is important in the LED light source arrangement region. By sealing the joint portion with a sealing material, it is possible to prevent the intrusion of moisture or the like from the heat sink side into the LED light source arrangement region, thereby reliably preventing the occurrence of the trouble.
さらに、本発明のLED照明装置は、本発明のヒートシンクを有しており、該ヒートシンクの複数のヒートシンク形成用ブロックが接合されて形成される同一面状の熱的接続面に、互いに間隔を介して配設された複数のLED光源が直接的または間接的に熱的に接続されるように形成することにより、製造が容易で、軽量化、低コスト化が可能なLED照明装置を実現可能とすることができる。 Furthermore, the LED lighting device of the present invention has the heat sink of the present invention, and a plurality of heat sink forming blocks of the heat sink are joined to the same thermal connection surface formed with a space therebetween. It is possible to realize an LED lighting device that is easy to manufacture and can be reduced in weight and cost by forming a plurality of LED light sources arranged in a thermal connection directly or indirectly. can do.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本発明に係るヒートシンクの一実施例が模式的な斜視図により示されており、図2には、本実施例のヒートシンクが分解状態で模式的な斜視図により示されている。これらの図に示されるように、本実施例のヒートシンク8は、アルミダイキャストにより形成された複数(個々では4個)の同形状のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dを組み合わせて形成されたアルミダイキャスト用合金製のヒートシンクであり、それぞれのヒートシンク形成用ブロック8a〜8dは、図2および図6、図7に示されるように、発熱体が熱的に接続される熱的接続面26aを有する受熱用底板部23と、複数の平板状の放熱フィン24と、曲面板状の筒状壁形成板部32を有している。
FIG. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a heat sink according to the present invention, and FIG. 2 shows a schematic perspective view of the heat sink of this embodiment in an exploded state. . As shown in these drawings, the
なお、図7(a)には、ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの接合により形成されるヒートシンク8の外周側からヒートシンク形成用ブロック8aを見た斜視図が示され、図7(b)には、ヒートシンク8の外周側からヒートシンク形成用ブロック8aを見た斜視図が示されており、図6、図7には、それぞれ1つのヒートシンク形成用ブロック8aが示されているが、他のヒートシンク形成用ブロック8b〜8dも同様に形成されている。
FIG. 7A shows a perspective view of the heat
複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dは、図2、図3に示されるように、その熱的接続面26aによって同一面を形成するように配設されて組み合わされ、図1に示されるように、隣り合う受熱用底板部23の側面同士が接合されている。そして、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dが接合されて形成される同一面状の熱的接続面26(放熱フィン24の形成面の反対側の面)が、互いに間隔を介して配設された複数のLED光源3と直接的または間接的に熱的に接続されるものである。一例として、例えば図12に示されるような、前記発熱体としての複数のLED光源6を点在配設した基板3であるLED光源配設基板にヒートシンク8の熱的接続面26が接合され、LED光源6からの熱を受熱する受熱面と成すようにすることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the plurality of heat
なお、前記同一面状の熱的接続面26の径は、その径をDとして受熱用底板部23の厚みをtとしたときにt/Dが0.2以下の適宜の値になるように形成されている。また、受熱用底板部23の厚みは例えば約4mmで均一に形成され、熱的接続面26の外周側となる受熱用底板部23の縁部は放熱フィン24の配列側とは反対側に折り曲げられた態様と成している(図2、図3、図7等、参照)。
The diameter of the same thermal connecting
隣り合うヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの受熱用底板部23は、一方側のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dのスリット部47に他方側のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの凸部48を挿入嵌合し、スリット部47の下部側に形成されている凸部44上にヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの凸部48を重ね合わせ、凸部48のねじ穴49と凸部44のねじ穴45とに共通に挿入されるねじ(図示せず)を螺合することにより機械的に結合されている。また、受熱用底板部23の側面同士の接合部は封止材としての半田により封止されており、液密性と気密性を確保している。なお、封止材は、半田とは限らず、例えば樹脂、蝋材等の適宜の封止材が適用できる。
The heat receiving
また、図4には、本実施例のヒートシンク8の模式的な平面構成が分解状態で示され、図5には、本実施例のヒートシンク8の模式的な平面図が示されており、これらの図に示されるように、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの受熱用底板部23の接合によって形成された熱的接続面26は、円形状の面内の中央部に貫通孔22を有するドーナツ形状に形成されている。
FIG. 4 shows a schematic plan configuration of the
さらに、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの接合によって、各ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの筒状壁形成板部32が接合され、貫通孔22の縁部近傍から上側に立ち上げられた筒状壁が形成されている。筒状壁形成板部32の厚みは例えば1mmに形成され、筒状壁は上側に向かうにつれて筒径が広くなるように形成されている。
Furthermore, the cylindrical wall forming
各ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dにおいて、放熱フィン24は受熱用底板部23の熱的接続面26aとは反対側の面上に互いに間隔を介して立たせて設けられており、放熱フィン24同士の間隔(図5のS、参照)は、例えば10mm程度に形成されている。また、放熱フィン24と受熱用底板部23とは一体的に形成されている。それぞれの放熱フィン24は、受熱用底板部23の面に沿った方向(図のXY平面方向)の長さよりも受熱用底板部23からの立ち上がり方向(図のZ方向)の長さが長く形成されており、その立ち上がり方向の長さ(図6の高さH)は例えば10cmに形成され、トング比(放熱フィンの高さ/放熱フィンの間隔)が5以上20以下に形成されており、LED光源が複数配設された基板3の熱を効率的に放熱できるようになっている。
In each of the heat
さらに、個々のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dに複数の放熱フィン24は互いに平行状に同一方向に伸長形成されており、個々のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dに複数配列されている放熱フィン24のうち配列中央部の複数の放熱フィン24(ここでは筒状壁形成板部32に連結している放熱フィン24)は、貫通孔22の縁と熱的接続面26の外周縁とを結ぶ方向に形成されている(図4、図5等、参照)。
Further, a plurality of
このように、複数の放熱フィン24を貫通孔22の縁と熱的接続面26の外周縁とを結ぶ方向に形成すると、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの受熱用底板部23の接合によって形成された受熱用底板部23に、貫通孔を中心とした放射状に近い態様に放熱フィン24を配設することができる。そのため放熱効率を高めることができ、たとえ、LED照明装置1が水平方向から傾けて設けて配置されても放熱フィン24の間を空気が自然対流で流れやすくすることができ、LED光源6の熱を放熱フィン24を介して効率的に放熱できる。
As described above, when the plurality of
なお、本実施例において、ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dに複数配列されている放熱フィン24のうち配列端部側の放熱フィン24は互いに連結されており、これらの放熱フィン24も配列中央部の放熱フィン24と平行状に同一方向に伸長形成されている。これらの放熱フィン24の配列により、放熱フィン24の配列数を増やすことができ、より一層放熱効率を向上できる。
In the present embodiment, among the
また、放熱フィン24は、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの受熱用底板部23の接合によって形成された熱的接続面26の中央部から外周縁部に向かうにつれて厚みが薄く形成されている(図4等、参照)。
Further, the
周知の如く、ダイキャストは、成形用型内に材料となる金属を溶かした液(溶湯)を押し入れ、例えば0.5秒といった短時間で冷却凝固させて行われるものであり、溶湯が成形用型の各部、末端まで速やかに流れて届くようにする必要がある。そのため、成形用型において溶湯が流れやすいようにする必要があり、成形用型は、成形時に溶湯を成形用型に流し入れる基端側となる側の幅や厚みを溶湯が流れ着く先端側となる側の幅や厚みよりも大きくなるようにする必要がある。その結果、成形品の厚みは前記基端側から前記先端側に向かうにつれて薄くなるように厚みの傾斜をつけて形成され、その傾斜の角度が例えば1°〜2°といった角度に形成されて先端側が薄くなるように形成される。 As is well known, die casting is performed by pressing a liquid (melt) in which a material metal is melted into a molding die, and cooling and solidifying it in a short time such as 0.5 seconds. It is necessary to flow quickly to each part and end of the mold. Therefore, it is necessary to make the molten metal flow easily in the molding die, and the molding die has a width and thickness on the side that becomes the base end side where the molten metal flows into the molding die at the time of molding, and the side that becomes the tip side on which the molten metal flows It is necessary to make it larger than the width and thickness. As a result, the thickness of the molded product is formed with an inclination of the thickness so that the thickness decreases from the base end side toward the tip end side, and the inclination angle is formed at an angle of, for example, 1 ° to 2 °. It is formed so that the side becomes thin.
また、溶湯が冷却凝固した後に成形用型を外す際は、成形用型を前記先端側からスライド移動させて外すことになるため、ダイキャストによりヒートシンク形成用ブロック8a〜8dを形成する場合には、放熱フィン24の形成方向と成形用型のスライド移動方向(型抜き方向)とに対応させて放熱フィンの厚みが形成されることになる。つまり、型抜き方向に対応させて成形用型に注入される溶湯が流れ着く先端側よりも溶湯の流し入れる基端側の厚みが厚くなり、その先端側と基端側との距離が長いほど基端側の厚みが厚くなることになる。
Further, when removing the molding die after the molten metal has cooled and solidified, the molding die is slid and removed from the tip side, so when the heat
すなわち、図8に示されているように、図のX方向に成形用型50をスライド移動させて外す場合には、放熱フィン24のX方向の厚みが、その基端側である筒状壁形成板部32に向かうにつれて厚くなるように形成され、図のZ方向に成形用型50をスライド移動させて外す場合には、放熱フィン24のZ方向の厚みが、その基端側である受熱用底板部23に向かうにつれて厚くなるように形成されることになる。そのため、本実施例のように放熱フィン24のX方向よりもZ方向の長さが長い場合には、図のZ方向に成形用型50をスライド移動させて外すようにして形成すると放熱フィン24の基端側の厚みがかなり厚くなる。
That is, as shown in FIG. 8, when the molding die 50 is slid and removed in the X direction in the figure, the thickness of the radiating
それに対し、本実施例では、個々のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dにおけるダイキャストによる成形用型50のスライド移動方向を図6の矢印方向となるようにするようにしているため、放熱フィン24の先端側(受熱用底板部23の外周縁部側)から基端側(受熱用底板部23の貫通孔22の縁側)までの厚みの変化量を小さくできる。つまり、各放熱フィン24は、その基端側であっても例えば2mm程度の厚みとなるように、放熱フィン24の厚み全体を薄肉化している。なお、図8は、放熱フィン24の製造方法とその厚みとの関係を説明するための模式図であるため、筒状壁形成板部32の断面を直線的に(つまり筒状壁形成板部32を平板状に)示しているが、これまでの説明の通り、筒状壁形成板部32は曲面板状である。
On the other hand, in this embodiment, the sliding movement direction of the molding die 50 by die casting in each of the heat
また、図16には、本実施例のように複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dをダイキャストにより形成した後に接合してヒートシンク8を形成する代わりに、ヒートシンク8の全体をダイキャストにより形成し、成形時に図のZ方向に成形用型50をスライド移動させて外す態様として、放熱フィン24のZ方向の厚みが基端側に向かうにつれて厚くなるようにしたヒートシンク8の例が示されている。この例のヒートシンク8は、放熱フィン24が放射状に配列形成されているが、その放熱フィン24による冷却効率を高めるために放熱フィン24同士の間隔を例えば10mm程度と広くすると、放熱フィン24の厚みが厚い分、放熱フィン24の配列数が少なくなってしまい、結果的に放熱効率が低くなってしまう。
In FIG. 16, instead of forming a plurality of heat
そこで、例えば図17、図18に示されるように放熱フィン24の配列数を多くすると、隣り合う放熱フィン24同士の間隔が狭くなり、受熱用底板部23の中央側(貫通孔22の縁側)においては隣り合う放熱フィン24同士の間隔が殆ど無くなってしまう態様となってしまうため、放熱効率が低くなってしまう(なお、図18において、図を分かりやすくするために、受熱用底板部23の放熱フィン24が形成されていない部分にドットを記している)。
Therefore, for example, as shown in FIGS. 17 and 18, when the number of the radiating
それに対し、本実施例では、放熱フィン24の厚みを薄肉化することができ、放熱フィン24同士の間隔も広くとれ、トング比が5以上20以下に形成されており、放熱フィン24の間隔を、放熱フィン24の立ち上がり方向(図1の上下方向)の空気の温度差によって空気が流れることにより放熱が行われる自然対流放熱機能によって、放熱効率の高いヒートシンクを実現できる。
On the other hand, in the present embodiment, the thickness of the
また、本実施例のヒートシンク8は、前記の如く、生産性も良好であり、低コスト化が実現できるし、デザイン性も良好であり、重さが1Kg程度で軽量であるために、持ち運びも楽であり、例えば図9、図10に示されるようなLED照明装置1にヒートシンク8を適用することによって、LED照明装置の軽量化も図ることができる。なお、図1〜図9の図中、符号43で示す突起部は、ヒートシンク8をLED照明装置1に適用したときに、LED照明装置1を例えば天井などにつり下げるときの鎖や紐や板状部材等の支持手段の接続手段として機能させることができるように設けられているが、突起部43は省略することもできる。
In addition, as described above, the
以下、図9、図10等に基づき、LED照明装置1の一実施例について説明する。このLED照明装置1は、図12に示されるような略真円形状の貫通穴2が形成されたドーナツ型円盤状の基板3を有しており、図10、図11に示されるように、基板3の貫通穴2を貫通する態様で設けられた筒状部位4を有している。筒状部位4は基板3の片面(図10の下側)から突出した筒状部位4aと反対側の面(図10の上面)から突出した筒状部位4bとを有して基板3の両面から突出している。筒状部位4bは樹脂製の部材により形成されており、軽量さと機械的強度および熱を伝えにくい特性を有している。筒状部位4(4b)の筒内にはLED光源6の電源11やそのケーブル20を収納可能と成している。
Hereinafter, based on FIG. 9, FIG. 10, etc., one Example of the LED illuminating device 1 is demonstrated. This LED lighting device 1 has a donut-shaped disk-shaped
基板3は、複数のLED光源を配設したLED光源配設基板であり、基板3のLED光源配設面5には、図12に示されるように、複数(例えば40個)のLED光源6が互いに間隔を介して点在して配設されている。LED光源配設面5と反対側の基板面7(図11、参照)側に前記実施例のヒートシンク8を設けることにより、ヒートシンク8は、筒状部位4bの外周を覆う態様で設けられ、ヒートシンク8の熱的接続面26(図3等、参照)が基板3に熱的に接続され、LED光源6とは間接的に熱的に接続されてLED光源6の熱を放熱する構成と成している。
The
図9〜図11に示されるように、筒状部位4bは、筒軸方向(図のZ軸方向)の一端側がヒートシンク8の先端部よりも先方に突出し、その突出した筒状部位4bの側周壁部には、スリット状の通気口9が形成されている。また、筒状部位4bは、その筒孔の横断面形状(XY断面形状)が真円形状を呈しているが、筒状部位4bは通気口9が形成された部位が先端側(図10の上側)に向かうにつれて連続的に径が小さくなる領域と段階的に径が小さくなる領域とを有して、先端部の径がヒートシンク8の配設領域における径に比べて小さく形成されており、筒状部位4bの先端部にはLED照明装置1をその取り付け箇所に取り付けるための口金30が形成されている。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
ここで、口金30を例えばJIS口金E39に規定された大きさに形成し、それの対応する照明装置として50W以上(LED光源の性能によるが最大300W程度)の高ワット数のLED照明装置1を形成する場合でも、前記のようにヒートシンク8を軽量化することにより、LED照明装置においても軽量化を図ることができる。そのため、LED照明装置1の地震に対する落下の危険性を少なくすることができるし、施工時の作業性を良好にして一人作業を可能とすることもできる。
Here, the
前記筒状部位4aは、基板3のLED光源配設面5側から突出して設けられ、その突出長さは例えば2〜3cm位であり、突出先端部位(筒状部位4の筒軸方向の他端側)から基板3の周縁部にかけて透明カバー部材12が形成されている。透明カバー部材12は、LED光源配設面5と間隔を介してLED光源配設面5を覆う態様で設けられており、透明カバー部材12の内側には筒体15が透明カバー部材12と一体的に設けられている。
The
また、筒体15の内側には筒体15と間隔を介して前記筒状部位4aが設けられ、筒状部位4aと筒体15とは連結板部27を介して連結されて、筒状部位4aと筒体15と透明カバー部材12とが例えば透明性樹脂により一体的に形成されている。筒状部位4aの突出先端部には開口10が形成されており、開口10の径および筒状部位4aの筒内径は30mm以上(例えば80mm)に形成されている。
In addition, the
なお、このLED照明装置1においては、図11に示されるように、ヒートシンク8の受熱用底板部23の下面(基端面26)と透明カバー部材12の周縁部との接触部にはシール部材であるOリング33が設けられ、ヒートシンク8の底板23と筒体15との接触部にはシール部材であるOリング34が設けられており、透明カバー部材12と筒体15とに覆われたLED光源6の配設領域に水の浸入がないように、液密、かつ、大気に対して気密に形成されている。
In this LED lighting device 1, as shown in FIG. 11, the contact portion between the lower surface (base end surface 26) of the heat receiving
また、筒状部位4aの筒壁は,開口10側から基板3側に向かうにつれて厚みが厚く形成されているが、筒状部位4aの底板23との接触部側には、その接触部側を開口とした溝部35が筒状部位4aの全周にかけて形成されていて、筒状部位4aとヒートシンク8の底板23との接触面積が小さくなるように形成され、ヒートシンク8の底板23側から筒状部位4a側に熱が伝わりにくいように構成されている。
The cylindrical wall of the
このLED照明装置1において、LED光源6の駆動により発熱して基板3の温度が上昇すると、基板3からヒートシンク8の受熱用底板部23に熱が伝わり、さらに放熱フィン24に熱が伝わって、その熱が放熱フィン24から放熱される。また、LED光源6の熱によって基板3の温度が上昇すると、ヒートシンク8の放熱フィン24の間隔に上昇気流が生じて、図13の矢印Aに示されるように、ヒートシンク8の外側からヒートシンク8の基端側(この基端側におけるフィン23同士の間隔)に入り込んだ空気が筒状部位4の外側の壁面側に沿ってヒートシンク8の先端側に流れて、該先端側から外部に導出される構成と成している。
In this LED lighting device 1, when heat is generated by driving the
一方、筒状部位4に収納される電源11の温度の上昇により筒状部位4の筒内の空気の温度が上昇すると、図13の矢印Bに示されるように、筒状部位4の筒内に上昇気流が生じて筒状部位4の開口10から筒状部位4の筒内に、外部から筒内の空気よりも低温の空気が導入され、この空気が筒内を流れて通気口9から導出されることにより電源11の冷却が行われる。
On the other hand, when the temperature of the air in the cylinder of the
また、このLED照明装置1には、図11に示されるように、前記筒状部位4bのヒートシンク8に囲まれた部位の外周壁に、断熱層13が設けられ、さらに、筒状部位4の開口10が形成されている先端部位からヒートシンク8の先端部にかけて筒状部位4の外周側に沿って、図13矢印Cに示されるように、筒状部位4の筒軸方向に空気が通るようにする空気通路14が形成されている。この空気通路14は、図11に示されるように、空気通路14aと空気通路14bと、これらの空気通路14a,14bを連通させるために、ヒートシンク8のフィン24の間隔形成位置に対応させて連結板部27に互いに間隔を介して形成された複数の貫通孔16(図12も参照)とを有して形成されている。
In addition, as shown in FIG. 11, the LED lighting device 1 is provided with a
なお、本発明は、前記各実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、前記実施例では、個々のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dをダイキャストにより形成したが、ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの形成方法は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、ダイキャストと以外の成形等により形成することもできる。ただし、ダイキャストにより個々のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dを形成することによって生産性を向上でき、精度よく各ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dを形成してヒートシンク8を形成できるため、ダイキャストによるヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの形成が好ましい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can take various forms. For example, in the above-described embodiment, the individual heat
また、前記実施例のヒートシンク8は、受熱用底板部23の厚みを4mm、放熱フィン24の厚みを1.5mm程度に形成し、放熱フィン24の間隔を10mmに形成したが、受熱用底板部23や放熱フィン24の厚みおよび放熱フィン24の間隔は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。なお、ヒートシンク8のトング比を5以上20以下に形成し、かつ、ヒートシンク8の軽量化を図るために、受熱用底板部23の厚みtを8mm以下(例えば受熱用底板部23の径Dを250mmとしてt/Dは0.04以下)の機械的強度等が維持できる適宜の厚みとし、放熱フィン24の厚みを2mm以下の機械的強度等が維持できる適宜の厚みに形成することが好ましく、放熱フィン24の間隔は5〜15mm程度にすることが好ましい。
In the
さらに、前記実施例では、ヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの各放熱フィン24においてZ方向の長さがX−Y面の長さより長く形成されていたが、放熱フィン24の形成態様は適宜設定されるものであり、Z方向の長さがX−Y面での長さより短いような放熱フィン24を形成してもよい。この場合には、例えばヒートシンク形成用ブロックの成形後に成形型をZ方向に抜くことようにすることにより、放熱フィンの薄肉化を実現でき、前記実施例で述べたような放熱フィン24の軽量化が実現できる。
Furthermore, in the said Example, although the length of the Z direction was formed in each
さらに、ヒートシンク8の形成材料は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものであり、受熱用底板部23と放熱フィン24は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、あるいは熱伝導性の樹脂により形成することができる。
Furthermore, the material for forming the
さらに、前記実施例では、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dを接合して形成された熱的接続面26を有する受熱用底板部23は貫通穴22を有する形状としたが、受熱用底板部23は貫通穴22が形成されていない円盤状としてもよく、その他の形状(例えば多角形状)としてもよい。また、放熱フィン24の配列態様等の形成態様も特に限定されるものではないが、複数のヒートシンク形成用ブロック8a〜8dの接合により形成される熱的接続面26の形状に対応させて、熱的接続面26の中央部側から外周縁側に向けて放熱フィン24が形成されるようにすることによって、LED光源6が配設された基板3の熱を効率的に放熱できるため、好ましい。
Furthermore, in the said Example, although the heat-receiving bottom-
さらに、前記実施例では、4つのヒートシンク形成用ブロック8a〜8dを設けてヒートシンク8を形成したが、ヒートシンク8を形成するヒートシンク形成用ブロックの数は限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、また、適用されるヒートシンク形成用ブロックの形状も適宜設定されるものであって、複数のヒートシンク形成用ブロックが、その熱的接続面26aが同一面を形成するように配設されて組み合わされて接合されるものであれば、必ずしも互いに同一形状とするとは限らない。
Furthermore, in the said Example, although the
さらに、本発明のLED照明装置は前記実施例のLED照明装置1と同様に形成するとは限らず、本発明のヒートシンクを有し、ヒートシンクの複数のヒートシンク形成用ブロックが接合されて形成される同一面状の熱的接続面に、互いに間隔を介して配設された複数のLED光源が直接的または間接的に熱的に接続されて形成されていればよい。例えば前記実施例において、図13の破線Fに示すようなファンを筒状部材4内に設けてもよいし、電源11が収容可能な筒状部材4等を設けずに電源11を外部に配置するようにしてもよい。
Further, the LED lighting device of the present invention is not necessarily formed in the same manner as the LED lighting device 1 of the above embodiment, but has the heat sink of the present invention, and is formed by joining a plurality of heat sink forming blocks of the heat sink. A plurality of LED light sources arranged with a space therebetween may be directly or indirectly thermally connected to the planar thermal connection surface. For example, in the said Example, you may provide a fan as shown to the broken line F of FIG. 13 in the
また、LED照明装置1は、図14〜図15に示されるような態様としてもよい。つまり、前記実施例に設けたようなLED光源6を点在配設した基板3を省略し、図15(b)に示されるように、複数のLED光源6を集積したLED光源集積体であるCOB(チップオンボード)40をヒートシンク8の熱的接続面26に直接接合して互いに間隔を介して配設してもよいし、前記実施例のように筒状部位4aと筒体15とを間隔を介して設けて二重筒構造に形成せずに、図15(a)に示されているように、筒体15を省略してもよい。
Moreover, the LED lighting apparatus 1 is good also as an aspect as is shown by FIGS. That is, as shown in FIG. 15B, the LED light source integrated body in which a plurality of
なお、図14、図15に示す例では、電源11の下側から引き出されているケーブル20が筒状部位4a側で折り返して配設されており、そのケーブル20の一部分(折り返し部位)を支持する支持板部41が設けられて支持板部41と筒状部位4aとの間に開口10が形成されている。図14、図15に示されるようにLED照明装置1を形成すると、基板3や筒体15を省略できる分だけ、より一層低コスト化を図ることができる。
In the example shown in FIGS. 14 and 15, the
本発明のヒートシンクは、簡単な構成で、基板面のほぼ均一な熱を放熱できるので、例えば家庭用や産業用分野のLED照明装置の放熱手段として利用でき、また、LED照明装置は家庭用や産業分野等の照明装置として利用できる。 Since the heat sink of the present invention can dissipate almost uniform heat on the substrate surface with a simple configuration, it can be used, for example, as a heat dissipating means for an LED lighting device in the household or industrial fields. It can be used as a lighting device in industrial fields.
1 LED照明装置
2 貫通穴
3 基板
4(4a,4b) 筒状部位
5 LED光源配設面
6 LED光源
7 基板面
8 ヒートシンク
8a〜8d ヒートシンク形成用ブロック
9 通気口
10 開口
11 電源
12 透明カバー部材
13 断熱層
14 空気通路
15 筒体
16 貫通孔
23 受熱用底板部
24 放熱フィン
26,26a 熱的接続面
32 筒状壁形成板部
40 COB(チップオンボード)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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JP2020502990A (en) * | 2016-12-19 | 2020-01-23 | ジール・アベッグ エスエー | Cooling device for electric motor and electric motor provided with cooling device |
-
2014
- 2014-03-24 JP JP2014060095A patent/JP2015185331A/en active Pending
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