JP2017021912A - Heat sink and lighting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートシンクおよびこれを用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a heat sink and an illumination device using the heat sink.
従来、発熱量の大きい光源を用いた照明装置において、熱源である光源の裏面にヒートシンクを配置して、照明装置の過度な温度上昇を抑制する方法が知られている。また、近年、発光効率が高く発熱の少ない光源としてLED(発光ダイオード)が普及しているが、消費電力が数十ワットを超えるハイパワー型のLEDモジュールは発熱量が大きく、冷却の必要がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a lighting device using a light source that generates a large amount of heat, a method of suppressing an excessive temperature rise of the lighting device by arranging a heat sink on the back surface of a light source that is a heat source is known. In recent years, LEDs (light-emitting diodes) have become widespread as light sources with high luminous efficiency and low heat generation. However, high-power LED modules with power consumption exceeding several tens of watts have a large amount of heat generation and need to be cooled. .
被冷却物を中央に配置するヒートシンクとして、従来、被冷却物付近から径方向外方へ延びる複数のフィンを設けたヒートシンクが知られている。従来のヒートシンクについては、例えば、特許文献1に示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a heat sink that arranges an object to be cooled in the center, a heat sink provided with a plurality of fins extending radially outward from the vicinity of the object to be cooled is known. A conventional heat sink is disclosed in
特許文献1に記載のヒートシンクでは、フィンを密に配置することにより、放熱面積を大きくしている(図1)。このヒートシンクでは、フィンの間隔は狭いものの、このヒートシンクと共に使用されるファンによる積極的な送風によって効率良い放熱が可能となっている。しかしながら、低消費電力化、コストダウンの要請等からヒートシンクと共にファンを使用できない場合もある。ファンによる積極的な送風が無い場合には、フィン間における気体の流動が抑制され、放熱効率が却って低下する虞がある。
In the heat sink described in
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、良好な放熱効率が得られる技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the technique in which favorable heat dissipation efficiency is obtained in the heat sink which arrange | positions a to-be-cooled object in the center.
上記課題を解決するため、本願の第1発明は、下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、前記基板部の上面から上方へ向け起立した柱状の支柱部と、前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、を有し、前記複数のフィンは、前記支柱部を中心として径方向外側へ向けて放射状に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の内側フィンと、前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる複数の中間フィンと、前記中間フィンの径方向外端から径方向外側に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の外側フィンと、周方向に隣り合う前記外側フィンの周方向略中央に配置され、径方向に延びる複数の補助フィンと、を含み、前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、複数の前記中間湾曲部は、周方向に略等間隔に配置され、前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンおよび前記補助フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンクである。 In order to solve the above-mentioned problem, the first invention of the present application is a plate-like substrate portion in which an object to be cooled is arranged at the center of the lower surface, a columnar column portion standing upward from the upper surface of the substrate portion, and the substrate. A plurality of plate-like fins erected upward from the portion, and the plurality of fins extend radially outward from the center of the support column and are substantially equal in the circumferential direction. A plurality of inner fins arranged at intervals, a plurality of intermediate fins bifurcated from the radially outer end of the inner fin and extending radially outward, and extending radially outward from the radially outer end of the intermediate fin A plurality of outer fins arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, and a plurality of auxiliary fins arranged in a substantially circumferential center of the outer fins adjacent in the circumferential direction and extending in the radial direction, Is the circumferential direction as it goes radially outward A plurality of the intermediate curved portions are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, and the maximum curvature of the intermediate curved portions is the maximum curvature of the outer fin and the auxiliary fin. Larger than the heat sink.
本願の第2発明は、第1発明のヒートシンクであって、前記外側フィンおよび前記補助フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する。 2nd invention of this application is a heat sink of 1st invention, Comprising: The said outer side fin and the said auxiliary | assistant fin curve to the one direction of the circumferential direction one side and the circumferential direction other side and the same direction as going to radial direction outer side. An outer curved portion.
本願の第3発明は、第1発明または第2発明のヒートシンクであって、前記支柱部の径方向外端と前記内側フィンのそれぞれの径方向内端とは一繋がりに形成され、前記内側フィンのそれぞれの径方向外端と、前記内側フィンから分岐する2つの前記中間フィンの径方向内端とは、一繋がりに形成される。 3rd invention of this application is a heat sink of 1st invention or 2nd invention, Comprising: The radial direction outer end of the said support | pillar part and each radial direction inner end of the said inner side fin are formed in a line, The said inner side fin The respective radial outer ends of the two and the radial inner ends of the two intermediate fins branched from the inner fin are formed in a continuous manner.
本願の第4発明は、第1発明ないし第3発明のいずれかのヒートシンクであって、前記放熱部の直径に対して、前記中間フィンが径方向に占める割合は、30%以上40%以下である。 4th invention of this application is a heat sink in any one of 1st invention thru | or 3rd invention, Comprising: The ratio for which the said intermediate fin occupies radial direction with respect to the diameter of the said thermal radiation part is 30% or more and 40% or less is there.
本願の第5発明は、第1発明ないし第4発明のいずれかのヒートシンクであって、前記放熱部の直径に対して、前記外側フィンが径方向に占める割合は、35%以上45%以下である。 5th invention of this application is a heat sink in any one of 1st invention thru | or 4th invention, Comprising: The ratio for which the said outside fin occupies the radial direction with respect to the diameter of the said thermal radiation part is 35% or more and 45% or less is there.
本願の第6発明は、第1発明ないし第5発明のいずれかのヒートシンクであって、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、15°以上40°以下である。 A sixth invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to fifth inventions, wherein a straight line connecting the center of the support column and the inner end of the intermediate curved portion, the center of the support column, and the intermediate The angle formed by the straight line connecting the outer end of the curved portion is 15 ° or more and 40 ° or less.
本願の第7発明は、第1発明ないし第6発明のいずれかのヒートシンクであって、前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する。 A seventh invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to sixth inventions, wherein the support column has a recess recessed downward from the upper surface.
本願の第8発明は、第1発明ないし第7発明のいずれかのヒートシンクであって、前記内側フィンの数が12個であり、前記中間フィンの数、前記外側フィンの数および前記補助フィンの数がいずれも24個である。 An eighth invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to seventh inventions, wherein the number of the inner fins is twelve, the number of the intermediate fins, the number of the outer fins, and the auxiliary fins The numbers are all 24.
本願の第9発明は、第1発明ないし第8発明のいずれかのヒートシンクであって、隣り合う前記中間フィンの前記湾曲部同士の間隔、および、隣り合う前記外側フィンと前記補助フィンとの間隔は、いずれも5ミリメートル以上8ミリメートル以下である。 A ninth invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to eighth inventions, wherein an interval between the curved portions of the adjacent intermediate fins, and an interval between the adjacent outer fins and the auxiliary fins. Are both 5 mm or more and 8 mm or less.
本願の第10発明は、第1発明ないし第9発明のいずれかのヒートシンクと、前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、を有する照明装置である。 A tenth invention of the present application is an illuminating device including the heat sink according to any one of the first to ninth inventions, and a light source that is an object to be cooled disposed in the center of the lower surface of the substrate portion.
本願の第1発明〜第10発明によれば、被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、フィン間の間隔を狭くすることなく、放熱面積を増加できる。その結果、良好な放熱効率が得られる。 According to 1st invention-10th invention of this application, in the heat sink which arrange | positions a to-be-cooled object in the center, a thermal radiation area can be increased, without narrowing the space | interval between fins. As a result, good heat dissipation efficiency can be obtained.
特に、本願の第2発明によれば、放熱部の径方向外端付近における剛性を向上できる。 In particular, according to the second invention of the present application, the rigidity in the vicinity of the radially outer end of the heat radiating portion can be improved.
特に、本願の第3発明によれば、放熱効率を向上できる。 In particular, according to the third invention of the present application, the heat dissipation efficiency can be improved.
特に、本願の第4発明〜第6発明によれば、中間フィンにおける放熱面積を増加しつつ、フィン間における流路抵抗の増加を抑制できる。 In particular, according to the fourth to sixth inventions of the present application, it is possible to suppress an increase in channel resistance between the fins while increasing the heat radiation area in the intermediate fins.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<1.第1実施形態>
<1−1.照明装置の構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る照明装置1の断面図である。この照明装置1は、天井埋込型のLEDダウンライトである。なお、本発明の照明装置は、天井埋込型ダウンライトに限られず、スポットライトやスタンドライトであってもよい。
<1. First Embodiment>
<1-1. Configuration of lighting device>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
照明装置1は、LEDモジュール11と、フード部12と、カバー13と、ヒートシンク20とを有する。
The
LEDモジュール11は、ベース111と、基板112とを有する。ベース111は、金属製であり、円板状に形成される。基板112は、ガラスまたはエポキシ樹脂により形成された基板の中央部にCOB(Chip On Board)タイプのLEDが実装されて成る。基板112は、ベース111の下面に固着される。
The
ベース111の上面は、ヒートシンク20の下面に接触する。これにより、基板112に実装されたLEDにおいて発生した熱が、ベース111を介してヒートシンク20へと伝わる。ベース111とヒートシンク20との接触面は、いずれもできる限り平滑であることが好ましい。互いの接触面を平滑にすることにより、ベース111とヒートシンク20との熱的な結合が高まる。また、ベース111とヒートシンク20との接着面には、シリコングリス等の熱伝導性の高い材料を塗布してもよい。そうすれば、接着面同士の密着度が高まり、ベース111とヒートシンク20との熱的な結合が高まる。
The upper surface of the
フード部12は、枠部121と、反射部122と、レンズ123とを有する。枠部121は、上下方向に延びる円筒状の部材である。反射部122は、枠部121の下端部から上方に向かうにつれてすぼむ傘状の部材である。反射部122は、LEDチップの照射光を反射する。反射部122の上端には開口124が設けられている。反射部122の上端は、基板112上に実装されたLEDが開口124から露出するようにLEDモジュール11に固定されている。レンズ123は、枠部121の下端部に配置される、配光調節用の光学部品である。本実施形態の枠部121および反射部122は、アルミニウムにより一体に成形されたダイカスト品である。なお、枠部121および反射部122は、別々の部材により成形されてもよい。
The
カバー13は、内部にLEDモジュール11、フード部12およびヒートシンク20を収容する筐体である。カバー13の下部には、LEDモジュール11からの光を外部に照射するための開口が設けられている。カバー13は、その外周面に設けられた固定具131により、天井板に固定される。
The
ヒートシンク20は、アルミニウム、銅、銅合金等の比較的熱伝導性の高い材料により形成された放熱部材である。本実施形態においては、ヒートシンク20の材料にアルミニウム合金が用いられる。ヒートシンク20の下面がLEDモジュール11のベース111の上面と接触することにより、LEDモジュール11から発生した熱が、ヒートシンク20を介して周辺の気体中へと発散される。ヒートシンク20の詳細な構成については、後述する。
The
<1−2.ヒートシンクの構成>
次に、ヒートシンク20の構成について、図2および図3を参照しつつ説明する。図2は、ヒートシンク20の斜視図である。図3は、ヒートシンク20の上面図である。
<1-2. Heat sink configuration>
Next, the configuration of the
図2および図3に示すように、ヒートシンク20は、基板部21、支柱部22および放熱部23を有する。本実施形態では、基板部21、支柱部22および放熱部23は、冷間鍛造により一体に成形される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
基板部21は、円板状の部位である。基板部21の下面中央には、被冷却物であるLEDモジュール11が配置される。支柱部22は、基板部21の略中央において、基板部21の上面から上方へ向けて起立する柱状の部位である。支柱部22は、被冷却物の上方に配置されることにより、被冷却物から基板部21へと伝わった熱を効率よく放熱部23に伝達し、放熱できる。
The
放熱部23は、12個の内側フィン31と、24個の中間フィン32と、24個の外側フィン33と、24個の補助フィン34とを有する。これらのフィン31〜34はそれぞれ、板状の放熱フィンであり、基板部21から上方へ向けて起立している。
The
12個の内側フィン31は、支柱部22から径方向外側へ向けて放射状に延びる。内側フィン31はそれぞれ、その径方向外端に、他の部分よりも周方向の厚みが大きい幅広部311を有する。
The twelve
中間フィン32はそれぞれ、内側フィン31の径方向外端から二股に分岐して、径方向外側に延びる。中間フィン32のうち、内側フィン31から周方向一方側に分岐するものを第1中間フィン321と称し、内側フィン31から周方向他方側に分岐するものを第2中間フィン322と称する。図3中に、内側フィン31と中間フィン32の境界を破線B1で示している。このように、内側フィン31と中間フィン32との境界が、二股に分かれる分岐点となっている。
Each of the
ここで、本願において、後述する中間湾曲部が径方向外側に向かうにつれて湾曲する、周方向における向きを周方向一方側という。また、周方向における、周方向一方側とは反対側の向きを周方向他方側という。本実施形態では、周方向一方側は、図3に示すように上方から見て時計回りの方向となる。また、周方向他方側は、図3に示すように上方から見て反時計回りの方向となる。 Here, in this application, the direction in the circumferential direction in which an intermediate bending portion described later curves as it goes radially outward is referred to as a circumferential one side. In addition, the direction opposite to the one side in the circumferential direction is referred to as the other side in the circumferential direction. In the present embodiment, one side in the circumferential direction is a clockwise direction when viewed from above as shown in FIG. Further, the other side in the circumferential direction is a counterclockwise direction as viewed from above as shown in FIG.
外側フィン33はそれぞれ、各中間フィン32の径方向外端から径方向外側に延びる。図3中に、中間フィン32と外側フィン33の境界を破線B2で示している。補助フィン34はそれぞれ、周方向に隣り合う外側フィン33の周方向略中央に配置され、外側フィン34に沿って径方向に延びる。
Each of the
12個の内側フィン31は、周方向に略等間隔に配置される。内側フィン31の径方向内端は、上端から下端まで、支柱部22と繋がっている。これにより、基板部21の下面中央に配置されたLEDモジュール11から、基板部21および支柱部22を介して内側フィン31へと熱が効率よく伝導する。
The twelve
また、内側フィン31の下端部は基板部21と繋がっている。このため、基板部21の下面中央に配置された被冷却物から、基板部21を介して内側フィン31へと熱が効率よく伝導する。
Further, the lower end portion of the
内側フィン31は、図2および図3に示すように、中間フィン32、外側フィン33および補助フィン34と比べて厚みが大きい。これにより、LEDモジュール11から基板部21および支柱部22へと伝わった熱を、効率よく径方向外側および上方へと伝導できる。すなわち、内側フィン31は、効率よく中間フィン32へと熱を伝導できる。また、上述のように、幅広部311の厚みを内側フィン31の他の部分よりも大きくしているため、内側フィン31の厚みが略均一の場合と比べて、第1中間フィン321の径方向内端と、第2中間フィン322の径方向内端との周方向の間隔を大きくとることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
第1中間フィン321は、幅広部311の周方向一方側端部から径方向外側かつ周方向一方側へ真っ直ぐ延びる第1分岐部41と、第1分岐部41の径方向外端から径方向外側へ延びる中間湾曲部42とを有する。第2中間フィン322は、幅広部311の周方向他方側端部から径方向外側かつ周方向他方側へ真っ直ぐ延びる第2分岐部43と、第2分岐部43の径方向外端から径方向外側へ延びる中間湾曲部44とを有する。図3中に、第1分岐部41および中間湾曲部42の境界、並びに第2分岐部43および中間湾曲部44の境界を、二点鎖線B3で示す。
The first
中間湾曲部42,44は、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと円弧状に湾曲する。中間湾曲部42,44の曲率は、外側フィン33および各補助フィン34の最大曲率よりも大きく、径方向内端から径方向外端まで略一定である。24個の中間湾曲部42,44は、周方向に略等間隔に配置される。なお、本願において「曲率」とは、曲率半径の逆数を指す。
The intermediate
外側フィン33はそれぞれ、中間フィン32の径方向外端から径方向外側へと真っ直ぐ延びる第1直進部45と、第1直進部45の径方向外端から径方向外側へ延びる外側湾曲部46を有する。また、補助フィン34はそれぞれ、径方向に真っ直ぐ延びる第2直進部47と、第2直進部47の径方向外端から径方向外側へ延びる外側湾曲部48を有する。外側湾曲部46,48は、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へ円弧状に湾曲する。すなわち、外側湾曲部46,48は、中間湾曲部42,44と同一方向へ湾曲する。なお、図3中に、第1直進部45および外側湾曲部46の境界、並びに第2直進部47および外側湾曲部48の境界を、二点鎖線B4で示す。
Each of the
このように、外側フィン33と補助フィン34とは、径方向の位置に応じた形状が略同一である。ただし、第2直進部47の径方向外端と第1直進部45の径方向外端とは、径方向位置が略同一であるが、第2直進部47の径方向内端は、第1直進部45の径方向内端よりも径方向外側に配置される。
Thus, the
24個の外側フィン33は、周方向に略等間隔に配置される。また、補助フィン34はそれぞれ、周方向に隣り合う外側フィン33の周方向略中央に配置される。すなわち、24個の外側フィン33と24個の補助フィン34とは、交互に、周方向に略等間隔に配置される。
The 24
ここで、図3を参照しつつ、ヒートシンク20の周辺における気体の流れについて説明する。本実施形態では、ヒートシンク20の基板部21の下面中央に被冷却物であるLEDモジュール11が配置される。そのため、LEDモジュール11が駆動し、LEDモジュール11が発熱すると、ヒートシンク20の中央を中心として、上昇気流が発生する。これにより、一例として図3中に実線矢印および破線矢印で示すように、ヒートシンク20の各フィン31〜34の間を径方向外側から径方向内側へと向かう気流が発生する。
Here, the gas flow around the
図3中に一例として、周方向に隣り合う内側フィン31の間の空間A1と、第1中間フィン321の周方向一方側の面および第2中間フィン322の周方向他方側の面の間の空間A2とに生じる気流を、実線矢印で示す。また、外側フィン33の周方向一方側の面および補助フィン34の周方向他方側の面の間の空間A3と、補助フィン34の周方向一方側の面および外側フィン33の周方向他方側の面の間の空間A4とに生じる気流を、実線矢印で示す。なお、空間A1の径方向外端および空間A2の径方向内端と、空間A2の径方向外端および空間A3の径方向内端と、空間A2の径方向外端および空間A4の径方向内端とは、それぞれ、繋がっている。
As an example in FIG. 3, between the space A <b> 1 between the
ヒートシンク20から上方へ向かう上昇気流が発生すると、空間A1および空間A2に、内側フィン31および中間フィン32の形状に沿って径方向内側へと向かう気流が生じる。これにより、ヒートシンク20の径方向外側から気体が引き込まれ、空間A3,A4を径方向内側へ向かう気流が生じる。
When an upward air flow is generated upward from the
また、図3中には、第2中間フィン322の周方向一方側の面および第1中間フィン321の周方向他方側の面の間の空間A5と、外側フィン33の周方向一方側の面および補助フィン34の周方向他方側の面の間の空間A6と、補助フィン34の周方向一方側の面およびかつ外側フィンの周方向他方側の面の間の空間A7とに生じる気流が、破線矢印で示されている。なお、空間A5の径方向外端および空間A6の径方向内端と、空間A5の径方向外端および空間A7の径方向内端とは、それぞれ、繋がっている。
Further, in FIG. 3, a space A5 between the surface on one circumferential side of the second
本実施形態では、上記の通り、補助フィン34の径方向内端が外側フィン33の径方向内端よりも径方向外側に配置されている。これにより、中間フィン32と外側フィン33との接続部付近において、空間A3内の気流と空間A4内の気流とが合流して空間A2へと向かいやすい。同様に、中間フィン32と外側フィン33との接続部付近において、空間A6内の気流と空間A7内の気流とが合流して空間A5へと向かいやすい。すなわち、フィン31〜34間を流れる気体の流路抵抗を低減できる。
In the present embodiment, as described above, the radially inner end of the
このヒートシンク20のように、被冷却物を略中央に配置するヒートシンクでは、径方向内側に向かうにつれて、被冷却物からの熱が伝導しやすく、冷却効率が高い。そのため、内側フィン31および中間フィン32における表面積を広くすることが好ましい。ただし、単に内側フィン31および中間フィン32の数を増やすと、フィン31,32間の間隔が狭くなり、フィン31,32間を流れる気体の流路抵抗が大きくなる。その場合、フィン31,32間を流れる気流の速度が遅くなるため、内側フィン31および中間フィン32において表面積を広くとったとしても冷却効率を向上できない虞がある。したがって、フィン31〜34間の間隔を狭くすることなく、内側フィン31および中間フィン32における表面積を大きくすることが好ましい。
Like the
そこで、このヒートシンク20では、中間フィン32が内側フィン31から二股に分岐している。これにより、最も径方向内側に配置され、フィン同士が密集しやすい内側フィン31の数を少なくできる。したがって、内側フィン31同士の間隔が狭くなるのが抑制されている。また、中間フィン32が中間湾曲部42,44を有している。これにより、中間フィン32同士の間隔を狭くすること無く、中間フィン32における表面積を増加できる。すなわち、良好な放熱効率が得られる。また、中間フィン32が中間湾曲部42,44を有することにより、中間フィン32の剛性が向上する。
Therefore, in the
また、このヒートシンク20では、外側フィン33および補助フィン34がその径方向外端に外側湾曲部46,48を有する。これにより、外側フィン33および補助フィン34の剛性が向上する。一方、上記の通り、中間湾曲部42,44は、外側フィン33および補助フィン34の最大曲率よりも大きい曲率を有する。すなわち、外側湾曲部46,48の曲率は、中間湾曲部42,44の曲率よりも小さい。このように、外側湾曲部46,48の湾曲が小さいことにより、外側フィン33および補助フィン34付近において流路抵抗が増加するのが抑制される。これにより、内側フィン31および中間フィン32付近における気流の速度が減少するのが抑制される。すなわち、内側フィン31および中間フィン32における放熱効率を向上できる。
In the
本実施形態のヒートシンク20は、直径125mmである。また、1つの中間フィン32の径方向の長さは21mmである。このため、放熱部23の直径に対して、中間フィン32が径方向に占める割合は、33.6%である。中間フィン32を長くすると、放熱面積が増加する一方、放熱部23全体としての流路抵抗が増加する。そこで、このように、放熱部23の直径に対して、中間フィン32の径方向に占める割合を30%以上40%以下とすることが好ましい。これにより、放熱面積を増加しつつ、流路抵抗の増加を抑制できる。
The
また、1つの外側フィン33の径方向の長さは25mmである。このため、放熱部23の直径に対して、外側フィン33が径方向に占める割合は、40%である。外側フィン33を長くすると、放熱部23の径方向外側から気体を引き込みやすい。一方、外側フィン33を長くすると、最も放熱効率の高い中間フィン32の長さを長く取れない。そこで、このように、放熱部23の直径に対して、外側フィン33の径方向に占める割合を35%以上45%以下とすることが好ましい。
The length of one
なお、本実施形態のヒートシンク20は、内側フィン31の数が12個であり、中間フィン32、外側フィン33および補助フィン34の数がいずれも24個である。これにより、隣り合う中間湾曲部43同士の間隔と、隣り合う外側フィン33と補助フィン34との間隔は、約6〜7mmとなる。このように、直径100mm〜200mmのヒートシンク20においては、隣り合う中間湾曲部43同士の間隔と、隣り合う外側フィン33と補助フィン34との間隔とが、いずれも5mm以上8mm以下であることが好ましい。そうすると、フィン31〜34間における気流の速度の低下を効率よく抑制できる。
In the
また、本実施形態のヒートシンク20では、支柱部22の中心220と中間湾曲部43の内端とを結ぶ直線と、支柱部22の中心220と中間湾曲部43の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、約26°である。中間湾曲部43の内端と外端との周方向位置が大きく異なると、中間湾曲部43付近における流路抵抗が大きくなる。そのため、このように、支柱部22の中心220と中間湾曲部43の内端とを結ぶ直線と、支柱部22の中心220と中間湾曲部43の外端とを結ぶ直線とのなす角度を、15°以上40°以下とすることが好ましい。これにより、中間湾曲部43における放熱面積を増加しつつ、流路抵抗の増加を抑制できる。
Further, in the
<2.第2実施形態>
続いて、本発明の第2実施形態について、図4および図5を参照しつつ説明する。図4は、第2実施形態に係るヒートシンク20Aの斜視図である。図5は、ヒートシンク20Aの上面図である。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a perspective view of a
図4および図5に示すように、ヒートシンク20Aは、基板部21A、支柱部22Aおよび放熱部23Aを有する。放熱部23Aは、複数の内側フィン31Aと、複数の中間フィン32Aと、複数の外側フィン33Aと、複数の補助フィン34Aとを有する。図5中に、内側フィン31Aと中間フィン32Aの境界を破線C1で示し、中間フィン32Aと外側フィン33Aの境界とを破線C2で示す。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
複数の内側フィン31Aは、支柱部22Aを中心として径方向外側へ向けて放射状に延び、周方向に略等間隔に配置される。中間フィン32Aはそれぞれ、内側フィン31Aの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる。複数の中間フィン32Aのうち、各内側フィン31Aから周方向一方側に分岐するものを第1中間フィン321Aと称し、各内側フィン31Aから周方向他方側に分岐するものを第2中間フィン322Aと称する。
The plurality of
ここで、本実施形態では、後述する中間湾曲部42A,44Aが、径方向外側に向かうにつれて湾曲する、周方向における向きは、上方から見て反時計回りの方向である。よって、本実施形態における「周方向一方側」は、上方から見て反時計回りの方向となる。 Here, in the present embodiment, intermediate curved portions 42A and 44A, which will be described later, are curved toward the radially outer side, and the direction in the circumferential direction is a counterclockwise direction when viewed from above. Therefore, “one side in the circumferential direction” in the present embodiment is a counterclockwise direction when viewed from above.
第1中間フィン321Aはそれぞれ、内側フィン31Aから径方向外側かつ周方向他方側へ真っ直ぐ延びる第1分岐部41Aと、第1分岐部41Aの径方向外端から径方向外側へ延びる中間湾曲部42Aとを有する。第2中間フィン322Aはそれぞれ、内側フィン31Aから径方向外側かつ周方向一方側へ真っ直ぐ延びる第2分岐部43Aと、第2分岐部43Aの径方向外端から径方向外側に延びる中間湾曲部44Aとを有する。中間湾曲部42A,44Aは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へとS字状に湾曲する。図5中に、第1分岐部41Aおよび中間湾曲部42Aの境界、並びに第2分岐部43Aおよび中間湾曲部44Aの境界を、二点鎖線C3で示す。
Each of the first
外側フィン33Aはそれぞれ、中間フィン32Aの径方向外端から径方向外側に延びる。外側フィン33Aは、径方向外端を含む一部が、径方向外側に向かうにつれて周方向他方側へと円弧状に湾曲する。すなわち、外側湾曲部46A,48Aは、中間湾曲部42A,44Aと反対方向へ湾曲する。これにより、連続する内側フィン32Aおよび外側フィン33Aは、一体としてS字状に湾曲する。補助フィン34Aはそれぞれ、周方向に隣り合う外側フィン33Aの周方向略中央に配置され、隣接する外側フィン33Aに沿って径方向に延びる。すなわち、補助フィン34Aは、径方向外端を含む一部が、径方向外側に向かうにつれて周方向他方側へと円弧状に湾曲する。図5に示すように、中間湾曲部42A,44Aの最大曲率は、外側フィン33Aおよび補助フィン34Aの最大曲率よりも大きい。
Each of the
本実施形態のヒートシンク20Aでは、中間フィン32Aの中間湾曲部42A,44AがS字状に湾曲する。このため、中間フィン32Aと外側フィン33Aとの接続箇所において、角が生じない。したがって、外側フィン33Aと補助フィン34Aとの間を径方向内側へ向かう気流が中間フィン32A間の空間へ、スムーズに流れ込むことができる。すなわち、中間フィン32Aと外側フィン33Aとの接続箇所における流路抵抗を低減できる。また、本実施形態のヒートシンク20Aでは、補助フィン34Aの径方向内端は、外側フィン33Aの径方向内端よりも径方向内側に配置される。このように、補助フィン34Aは、外側フィン33Aよりも長くてもよい。
In the
<3.第3実施形態>
続いて、本発明の第3実施形態について、図6〜図8を参照しつつ説明する。図6は、第3実施形態に係るヒートシンク20Bの斜視図である。図7は、ヒートシンク20Bの上面図である。また、図8は、ヒートシンク20BのA−A断面図である。
<3. Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a perspective view of a
このヒートシンク20Bは、第1実施形態に係るヒートシンク20と、支柱部22Bおよび内側フィン31Bの形状のみが異なる。ヒートシンク20Bについて、第1実施形態に係るヒートシンク20と同様の構成については、説明を省略する。
This
図6および図7に示すように、このヒートシンク20Bの支柱部22Bは、第1実施形態の支柱部22と比べて径が大きい。それに対応して、内側フィン31Bは、第1実施形態の内側フィン31と比べて径方向の長さが短い。また、図6〜図8に示すように、支柱部22Bは、上面から下方に向かって凹む凹部221Bを有する。なお、図8中、基板部21Bと支柱部22Bおよび放熱部23Bとの境界と、支柱部22Bと内側フィン31Bの境界とが、破線で示されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
本実施形態では、ヒートシンク20Bは、冷間鍛造により形成される。冷間鍛造によりヒートシンクを形成する場合、各部に係る圧力をなるべく均一にすることが好ましい。圧力を均一にするため、支柱部の径を小さくしたり、支柱部に凹部を設けて支柱部を円環状とすることが考えられる。しかしながら、支柱部の径を小さくすると、支柱部と基板部との接続箇所の断面積が小さくなるため、LEDモジュールから支柱部への熱伝導性が低下し、放熱効率が低下する。また、凹部を支柱部の下端まで設けると、支柱部における基板部との接続箇所の体積が小さくなり蓄熱可能な熱容量が減少するため、LEDモジュールから支柱部への熱伝導性が低下し、放熱効率が低下する。
In the present embodiment, the
そこで、図8に示すように、本実施形態のヒートシンク20Bでは、支柱部22Bに凹部221Bを設けている。すなわち、支柱部22Bは、円柱状の円柱部222Bと、円柱部222Bの上側において凹部221Bの周囲に円環状に形成される円環部223Bとを有する。
Therefore, as shown in FIG. 8, in the
水平方向の断面積の大きい円柱部222Bが基板部21Bと繋がっていることにより、LEDモジュールから基板部21Bを介して円柱部222Bへと効率よく熱が伝導する。また、内部に凹部221Bが配置された円環部223Bを設けることにより、ヒートシンク20Bの成形精度の低下を抑制できる。
Since the
本実施形態では、凹部221Bの上下方向の長さは、支柱部22Bの上下方向の長さの約58.3%である。このように、凹部221Bの上下方向の長さを50%以上70%以下とすることにより、LEDモジュールから支柱部22Bへの熱伝導効率を向上しつつ、ヒートシンク20Bの成形精度の低下を抑制できる。
In the present embodiment, the vertical length of the
なお、凹部221Bは、支柱部22Bの下端部まで延びていてもよい。その場合、凹部221Bの少なくとも下端部を含む一部に、高熱伝導性樹脂等の熱伝導性の高い材料を充填することが好ましい。そうすれば、LEDモジュールから支柱部22Bへの熱伝導効率の低下を抑制しつつ、ヒートシンク20Bの成形精度の低下をさらに抑制できる。
In addition, the recessed
<4.変形例>
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
<4. Modification>
As mentioned above, although main embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment.
上記の実施形態では、外側フィンおよび補助フィンが外側湾曲部を有していたが、本発明はこれに限られない。外側フィンおよび補助フィンは、湾曲せず、径方向に真っ直ぐに延びる第1直進部および第2直進部のみから構成されてもよい。 In the above embodiment, the outer fin and the auxiliary fin have the outer curved portion, but the present invention is not limited to this. The outer fin and the auxiliary fin may be configured by only the first rectilinear portion and the second rectilinear portion that are not curved and extend straight in the radial direction.
上記の実施形態では、ヒートシンクがLEDモジュールを冷却するものであったが、本発明はこれに限られない。本発明のヒートシンクは、電子部品等の他の発熱量の大きい被冷却物を冷却するものであってもよい。 In the above embodiment, the heat sink cools the LED module, but the present invention is not limited to this. The heat sink of the present invention may cool other objects to be cooled, such as electronic components, that generate a large amount of heat.
また、上記の実施形態では、内側フィン、中間フィンおよび外側フィンが、支柱部からヒートシンク外周まで連続して形成されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、内側フィン、中間フィンおよび外側フィン並びに各フィン同士の接続箇所のいずれかの箇所に、径方向に分断される間隙や、上端から下方へ向かう切れ込みが設けられていてもよい。 In the above embodiment, the inner fin, the intermediate fin, and the outer fin are continuously formed from the support column to the outer periphery of the heat sink, but the present invention is not limited to this. For example, an inner fin, an intermediate fin, an outer fin, and a connection portion between the fins may be provided with a gap that is divided in the radial direction or a cut that extends downward from the upper end.
また、本発明において、各フィンの湾曲方向は、上記の実施形態の例に限定されない。中間湾曲部と外側湾曲部の湾曲方向は同一方向であってもよいし、反対方向であってもよい。また、各フィンは、上記の実施形態と全て反対方向に湾曲し、上記の実施形態の鏡像と同一の形状をするものであってもよい。 Moreover, in this invention, the bending direction of each fin is not limited to the example of said embodiment. The bending direction of the intermediate bending portion and the outer bending portion may be the same direction or may be opposite directions. In addition, each fin may be curved in the opposite direction to the above-described embodiment and may have the same shape as the mirror image of the above-described embodiment.
また、本発明において、各フィンの数は、上記の実施形態の例に限定されない。各フィンの数は、放熱部の径や、材料の種類、各フィンの厚み等によって適宜調整することが好ましい。 In the present invention, the number of fins is not limited to the example of the above embodiment. The number of fins is preferably adjusted as appropriate depending on the diameter of the heat radiating portion, the type of material, the thickness of each fin, and the like.
また、上記の各実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、任意に組み合わせてもよい。 Moreover, you may combine arbitrarily each element which appeared in said each embodiment and modification in the range which does not produce inconsistency.
1 照明装置
11 LEDモジュール
20,20A,20B ヒートシンク
21,21A,21B 基板部
22,22A,22B 支柱部
23,23A,23B 放熱部
31,31A,31B 内側フィン
32,32A 中間フィン
33,33A 外側フィン
34,34A 補助フィン
42,42A,44,44A 中間湾曲部
46,46A,48、48A 外側湾曲部
220 中心
221B 凹部
DESCRIPTION OF
上記課題を解決するため、本願の第1発明は、下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、を有し、前記複数のフィンは、複数の中間フィンと、前記中間フィンの径方向外端より径方向外側に配置される複数の外側フィンと、を含み、前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンクである。
To solve the above problems, a first invention of the present application, radiator having a plate-shaped substrate section object to be cooled is placed in the center of the lower surface, the upright plate-shaped fins upwardly from the front Stories substrate portion includes a part, wherein the plurality of fins includes an intermediate fin multiple, and a plurality of outer fins which are placed radially outside the radially outer end of the previous SL intermediate fins, said intermediate fins has an intermediate curved portion that is curved to one circumferential direction toward the radially outer side, the maximum curvature of the front Symbol intermediate curved portion is greater than the maximum curvature of the outer Fi down a heat sink.
本願の第2発明は、第1発明のヒートシンクであって、前記外側フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する。
The second invention of the present application relates to a heat sink of the first invention, the outer Fi down the outer curvature curving either one and the same direction in one circumferential direction and the other circumferential side toward the radially outer side Part.
本願の第3発明は、第1発明または第2発明のヒートシンクであって、前記複数のフィンは、前記中間フィンの径方向内端よりも前記基板の内側に更に複数の内側フィンを備え、前記複数の中間フィンは、前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる。
A third invention of the present application is the heat sink of the first invention or the second invention, wherein the plurality of fins further includes a plurality of inner fins inside the substrate than a radially inner end of the intermediate fin, The plurality of intermediate fins are bifurcated from the radially outer end of the inner fin and extend radially outward .
本願の第5発明は、第1発明ないし第4発明のいずれかのヒートシンクであって、前記基板部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、15°以上40°以下である。
A fifth invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to fourth inventions, wherein the straight line connecting the center of the substrate portion and the inner end of the intermediate curved portion, the center of the support column portion, and the intermediate portion. The angle formed by the straight line connecting the outer end of the curved portion is 15 ° or more and 40 ° or less .
本願の第6発明は、第1発明ないし第5発明のいずれかのヒートシンクであって、前記基板部の中央から上方へ向け起立した柱状の支柱部を備え、前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する。
A sixth invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to fifth inventions, and includes a columnar column portion standing upward from the center of the substrate portion, and the column portion is downward from the upper surface. It has a concave part that is recessed .
本願の第7発明は、第1発明ないし第6発明のいずれかのヒートシンクであって、前記中間フィンと前記外側フィンとは、前記中間フィンと前記外側フィンとの間に間隙が設けられていることにより、径方向に分断されている。
A seventh invention of the present application is the heat sink according to any one of the first to sixth inventions , wherein the intermediate fin and the outer fin are provided with a gap between the intermediate fin and the outer fin. Therefore, it is divided in the radial direction .
本願の第8発明は、第1発明ないし第7発明のいずれかのヒートシンクと、前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、を有する照明装置である。
An eighth invention of the present application is an illuminating device including the heat sink according to any one of the first to seventh inventions, and a light source that is an object to be cooled disposed in the center of the lower surface of the substrate portion.
本願の第1発明〜第8発明によれば、被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、フィン間の間隔を狭くすることなく、放熱面積を増加できる。その結果、良好な放熱効率が得られる。
According to the first to eighth inventions of the present application, in the heat sink in which the object to be cooled is arranged in the center, the heat radiation area can be increased without narrowing the interval between the fins. As a result, good heat dissipation efficiency can be obtained.
特に、本願の第4発明および第5発明によれば、中間フィンにおける放熱面積を増加しつつ、フィン間における流路抵抗の増加を抑制できる。
In particular, according to the fourth and fifth inventions of the present application, it is possible to suppress an increase in flow resistance between the fins while increasing the heat radiation area of the intermediate fins.
Claims (10)
前記基板部の上面から上方へ向け起立した柱状の支柱部と、
前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、
を有し、
前記複数のフィンは、
前記支柱部を中心として径方向外側へ向けて放射状に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の内側フィンと、
前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる複数の中間フィンと、
前記中間フィンの径方向外端から径方向外側に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の外側フィンと、
周方向に隣り合う前記外側フィンの周方向略中央に配置され、径方向に延びる複数の補助フィンと、
を含み、
前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、
複数の前記中間湾曲部は、周方向に略等間隔に配置され、
前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンおよび前記補助フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンク。 A plate-like substrate portion in which an object to be cooled is arranged at the center of the lower surface;
A column-shaped column portion standing upward from the upper surface of the substrate portion;
A heat radiating portion having a plurality of plate-like fins erected upward from the substrate portion;
Have
The plurality of fins are:
A plurality of inner fins extending radially outward in the radial direction centered on the support column and disposed at substantially equal intervals in the circumferential direction;
A plurality of intermediate fins bifurcated from the radially outer end of the inner fin and extending radially outward;
A plurality of outer fins extending radially outward from the radially outer end of the intermediate fin and arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction;
A plurality of auxiliary fins arranged in the circumferential center of the outer fins adjacent in the circumferential direction and extending in the radial direction;
Including
The intermediate fin has an intermediate bending portion that curves toward one side in the circumferential direction as it goes radially outward,
The plurality of intermediate curved portions are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction,
The maximum heat sink of the said intermediate | middle curved part is a heat sink larger than the maximum curvature of the said outer side fin and the said auxiliary | assistant fin.
前記外側フィンおよび前記補助フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する、ヒートシンク。 The heat sink according to claim 1,
The outer fin and the auxiliary fin have an outer curved portion that is curved in either the same direction or the circumferential one side and the other circumferential side as going radially outward.
前記支柱部の径方向外端と前記内側フィンのそれぞれの径方向内端とは一繋がりに形成され、
前記内側フィンのそれぞれの径方向外端と、前記内側フィンから分岐する2つの前記中間フィンの径方向内端とは、一繋がりに形成される、ヒートシンク。 A heat sink according to claim 1 or claim 2,
The radially outer end of the support column and each radially inner end of the inner fin are formed in a continuous manner,
A heat sink, wherein the radially outer ends of the inner fins and the radially inner ends of the two intermediate fins branched from the inner fins are connected together.
前記放熱部の直径に対して、前記中間フィンが径方向に占める割合は、30%以上40%以下である、ヒートシンク。 A heat sink according to any one of claims 1 to 3,
The ratio that the intermediate fin occupies in the radial direction with respect to the diameter of the heat radiating portion is 30% or more and 40% or less.
前記放熱部の直径に対して、前記外側フィンが径方向に占める割合は、35%以上45%以下である、ヒートシンク。 A heat sink according to any one of claims 1 to 4,
The proportion of the outer fin in the radial direction with respect to the diameter of the heat radiating portion is 35% or more and 45% or less.
前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、15°以上40°以下である、ヒートシンク。 A heat sink according to any one of claims 1 to 5,
An angle formed by a straight line connecting the center of the support column and the inner end of the intermediate bending portion and a straight line connecting the center of the support column and the outer end of the intermediate bending portion is 15 ° or more and 40 ° or less. ,heatsink.
前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する、ヒートシンク。 A heat sink according to any one of claims 1 to 6,
The said support | pillar part is a heat sink which has a recessed part dented toward the downward direction from an upper surface.
前記内側フィンの数が12個であり、
前記中間フィンの数、前記外側フィンの数および前記補助フィンの数がいずれも24個である、ヒートシンク。 A heat sink according to any one of claims 1 to 7,
The number of the inner fins is twelve;
The heat sink, wherein the number of intermediate fins, the number of outer fins, and the number of auxiliary fins are all 24.
隣り合う前記中間フィンの前記湾曲部同士の間隔、および、隣り合う前記外側フィンと前記補助フィンとの間隔は、いずれも5ミリメートル以上8ミリメートル以下である、ヒートシンク。 A heat sink according to any one of claims 1 to 8,
The heat sink, wherein both the interval between the curved portions of the adjacent intermediate fins and the interval between the adjacent outer fin and the auxiliary fin are 5 mm or more and 8 mm or less.
前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、
を有する照明装置。 A heat sink according to any one of claims 1 to 9,
A light source that is an object to be cooled disposed in the center of the lower surface of the substrate portion;
A lighting device.
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