JP3190306U - ライトモジュール用ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】熱電性の優れたヒートシンクを有した照明器具を提供する。【解決手段】照明器具は、ハウジングと、ハウジング内に設けられ、照明素子のアレイを含む第１の面を有する照明モジュールと、照明モジュールの前記第１の面と反対の第２の面に取り付けられ、フィンを有するヒートシンク１０とを備える。ヒートシンクは、１ミリメートルあたり、０．２５個のフィンよりも少ないフィン密度を有する。照明器具は、ハウジングと、ハウジング内に設けられ、水平軸と垂直軸とに沿って素子のアレイ状に配列された照明素子のアレイを含む第１の面を有する照明モジュールと、照明モジュールの第１の面と反対の第２の面に取り付けられ、垂直方向に沿ってヒートシンクから離れて延びるように配列されたフィンを有するヒートシンクと、を備える。【選択図】図１

Description

固体状態発光体アレイ（solid-state light emitter arrays）は、水銀アークランプのような伝統的な照明用具にとって代わって、産業界において照明の用途として広く普及している。一般的に、固体状態発光体アレイは、電力をあまり必要とせず、低い温度で作動し、典型的に廃棄の問題が少ない。

固体状態発光体アレイは、典型的に、消費電力が少なく、低い温度で作動するが、熱の管理によっては光モジュールの効率的な動作に関する問題がいまだにある。装置の作動によって発生する熱をうまく管理しないと、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のような固体状態発光体では、性能の悪化に悩まされる。

熱を管理する方法の一つに、ヒートシンク（典型的には、発光体のアレイの後ろ側に取り付けられた金属のような熱導電性物質の部品）の使用がある。ヒートシンクは、熱の消散を支援する表面積を有している。動作中、発光体は熱を発生するので、ヒートシンクは、熱を送信器（transmitter）のアレイから離れて冷却構造に伝導する。

典型的に、冷却構造は、ヒートシンクから離れて熱を伝導する空気または水冷却構造を含み、ヒートシンクが熱を伝導し続けるようになっている。現在のヒートシンクは、典型的に、４Ｗ／ｃｍ^２のような低い放射電力で、照明モジュールのための熱管理を取り扱う。しかし、ユーザーは、時々小さいパッケージにおいて、より高い電力の照明モジュールを要求する。そのようなモジュールは、熱導電性のヒートシンクの利用できる表面積を小さくしている。

図１は、本発明のヒートシンクの実施形態と隣接して従来のヒートシンクの実施形態を示す図である。

図２は、異なる照明モジュールとそれに相当するヒートシンクとの複合実施形態を示す図である。

図３は、厚い基部のヒートシンクを示す図である。

図４は、厚い基部のヒートシンクと、外部バッフルとの実施形態を示す図である。

図５は、厚いフィンを有する、厚い基部のヒートシンクの実施形態示す図である。

図６は、垂直フィンを有するヒートシンクの実施形態を示す図である。

図７は、垂直フィンを有する照明モジュールの実施形態を示す図である。 図８は、垂直フィンを有する照明モジュールの実施形態を示す図である。 図９は、垂直フィンを有する照明モジュールの実施形態を示す図である。

図１は、スクエアーインチあたり少ないフィンを備え、厚い基部と、長くて厚いフィンとを有するヒートシンクの実施形態を示す。厚い基部は、熱抵抗を減らすことによって、熱をより消散させる。また、従来のヒートシンクでは、十分な熱抵抗が、ヒートシンクの基部とフィンとの間の接続に存在していた。厚い基部と厚いフィンは、その熱抵抗を軽減する。

少なくて厚いフィンが小さくて薄いフィンよりも熱を消散することを示す実施例を以下に示す。基部から離れた部分の熱抵抗のように、基部から離れた部分のフィンのテーパーは、あまり重大ではない。これはまた、より良い空気がフィンを通って流れる。

図１に戻って、従来のヒートシンクと、厚い基部を有するヒートシンクとを比較する。以下は、本発明を単に説明しているにすぎず、本発明を特に限定するものではない。従来技術のヒートシンク２０は、たとえば、約５ミリメートル（ｍｍ）の寸法厚さ２２の基部を有する。ヒートシンク２０の幅２４は、２４ｍｍである。フィンは、３３ｍｍの高さ２６を有している。

本発明の実施形態におけるヒートシンク１０の厚い基部は、８ｍｍの寸法厚さ１２と、５５ｍｍの幅１４と、３８ｍｍの高さ１６とを有している。また、図１から分かるように、従来のヒートシンク２０は、２４ｍｍの幅にわたって１２個のフィンを有している。本実施形態のヒートシンク１０は、５５ｍｍの幅１４にわたって、１２個のフィンを有している。上述したように、これらは、比較のための例に過ぎず、以下の表に比較のために示される。一般的な用語において、ヒートシンクの厚い基部は、少なくとも８ｍｍの厚さの基部と、少なくとも５０ｍｍの幅と、少なくとも３５ｍｍの高さとを有している。

図２は、厚い基部を備えるヒートシンクを有する照明モジュール複合実施形態を示す図である。異なるライトモジュールは、アレイのサイズに基づいて異なるパワー（電力）を有する。例えば、器具（fixture）３２は、シングルアレイであると考えられるアレイ４０を有する。本明細書において、「モジュール」なる用語は、照明素子（lighting elements）の全グループを意味する。これに反し、「アレイ」は、照明素子の予め定義されたセット（a pre-defined set）である。モジュールは、多数のアレイの列（multiple）であっても、大きいアレイ（larger array）であってもよい。アレイとモジュールとは、照明器具（lighting fixture）を形成するために、ハウジングに収納されている。

器具３４は、大きいシングルアレイ（a larger single array）またはアレイ４０の多重アレイセット（a set of multiple ones）であるアレイ４２を有する。同様に、器具３６は、大きいアレイ（larger array）または多重アレイ（multiple of the array）４０からなるアレイ４４を有する。各器具は、図１の一方に似ている厚い基部を備えるヒートシンク３８、４６、４８を有する。

図３は、ミリメートルあたり数が少ない、厚くて長いフィンと、厚い基部とを有するヒートシンク５４に搭載された照明モジュールアレイ５０のサーモグラフを示す。温度は、最も熱い温度から最も冷たい温度で動作する。その領域は線で示されている。熱い領域は、領域５１におけるモジュール５０である。次に熱い領域は、ヒートシンクの前であり、領域５３における前面に隣接するヒートシンクの後ろと両サイドのエリアである。次に熱い領域は、ヒートシンクにおけるフィン（たとえば、フィン５２）の先端であり、ファン５５の外側領域である。図３に示される構造の最も冷たい領域は、領域５７と領域５９におけるファン５６である。

図４は、より大きい水平範囲（horizontal extent）でアレイ７２を有する別の照明モジュールを示す。この照明モジュールは、二つのファン７６ａと７６ｂとを有している。ヒートシンク７４は、厚い基部と、少ないが、厚くて長いフィンを有している。加えて、このモジュールは、外部バッフル７８ａと７８ｂとを有する。バッフルは、照明器具から離れた方向に、空気を導くことを支援する。最も熱いエリアは、領域７１であり、領域７３、領域７５と続く。ファン７６ａと７６ｂに隣接する領域７７は、最も冷たい領域である。そして、バッフル７９の領域は、領域７５に似た熱プロファイル（heat profioles）を有する。

産業における照明の用途は、紙やフィルムのような薄い基板上の、コーティングと、インクの硬化とを含んでいる。ファンの出力は、この基板のスムーズな動きを邪魔するかもしれないし、または、未硬化インクの移動やコーティングの汚れを引き起こすかもしれない。７８ａと７８ｂのような外部バッフルの使用は、この問題を軽減する。

図５は、図２のアレイ４０のような小さいアレイ７２の一つの解析を示している。領域は、他の図と似た温度比較を有している。最も熱い領域は８１であり、８３が続く。領域８７は、ファンに直接接する最も冷たい領域８５の次に冷たい領域である。

ここに示されるヒートシンクは、６つのフィンのみを有しているが、他のほとんどは１２個である。多くのフィンと、真中の２つのフィンの間の大きい分離とを有するヒートシンクを容易に製造することができる。これは、それらが図５に示されるような小さいヒートシンクに分けられることを示す。製造は、多数のフィンを有するヒートシンクを含む。そのような多数のフィンは、多重化（multiple）後、広いギャップで少ない列（multiple）をなしている。ヒートシンク８０は、ファン８２によって冷却される。

ヒートシンクのフィンとファンとの間の空気の流れを管理することは、熱管理のための能力上、大きな効果（impact）を有する。典型的に、ヒートシンク上のフィンは、図５に示されるように、水平軸に沿ってヒートシンクから外に伸びている。フィンは、トップからボトムに「並べられて」いる。

しかし、実施形態は、図６に示されるように、フィンが垂直方向に沿ってヒートシンクから外に伸びるような構成のフィンは、エアフローの効率を上げる。図６の実施形態において、フィンは、垂直方向に配向（配置）され、左から右に並べられている。これは、効率的なエアフローと高効率な冷却をもたらす。ここで、姿勢（orientation）は、フィンが図５に示すような照明モジュールの長軸に沿ってヒートシンクから外に伸びる場合、水平（horizontal）として言及され、フィンが図６に示されるような照明モジュールの短軸に沿って伸びる場合、垂直（vertical）と言及される。

図７〜９は、垂直フィンを備えるヒートシンクを有する照明器具の実施形態を詳細に示す図である。図７は、垂直フィン９０を備えるヒートシンクを有する照明器具１００の上部を示す斜視図である。発光素子７２のアレイは、垂直フィンを備えるヒートシンクに熱的に結合されている。ハウジング１０２の上面は、空気がヒートシンクのフィンから離れて循環する（流れる）ような開口を有している。これにより、空気が光モジュールに対して反対にあるプリント表面（硬化インクがプリント表面上にある）を乱すことを防止する。

図８は、照明器具の上部と後部を示す斜視図である。この実施形態における照明モジュールは、１０４のようなヒートシンクの列（bank）を有しているが、代わりに、一つの大きいヒートシンクや二つの小さいヒートシンクなどを含んでいてもよい。同様に、照明器具は、１０６のような多数のファンを有している。そのファンは、ヒートシンクの数に対応している。しかし、消費電力、冷却器、表面積などのような要因に依存して、ヒートシンクよりも多いまたは少ないファンがあってもよい。

ファンの数に対応する数のヒートシンクを有する利点は、ヒートシンクレイアウトがモジュール式組立品（modular）になることである。図９は、そのような例を示す。点線は、アレイ１１０のような照明素子を個々のアレイに分離して、図６に示す照明アレイ７２を得るような線を示す。すなわち、ヒートシンクを１１２のような個々の小さいヒートシンクに分離する線を示している。そして、点線は、ファンとファンとの間の分離に対応している。これは、ユーザーが照明器具のサイズをモジュール方式にすることができるようになっている。そのような照明器具は、発光素子のアレイと、関連付けられた冷却システムとを含んでいる。

以上、本発明の改善されたヒートシンクの特別な実施形態を説明した。上記の実施例は、単に発明の説明の目的のためにのみであり、実施形態の範囲を限定するものではなく、特別な実施形態にクレームの範囲を限定するものではない。

Claims (14)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、照明素子のアレイを含む第１の面を有する照明モジュールと、
   前記照明モジュールの前記第１の面と反対の第２の面に取り付けられ、フィンを有するヒートシンクと、を備え、
   前記ヒートシンクは、１ミリメートルあたり０．２５個のフィンよりも少ないフィン密度を有することを特徴とする照明器具。
2. 前記ヒートシンクは、少なくとも８ミリメートルの厚さの基部を有するヒートシンクを含む請求項１に記載の照明器具。
3. 前記ヒートシンクは、少なくとも５０ミリメートルの幅を有するヒートシンクを含む請求項１に記載の照明器具。
4. 前記ヒートシンクは、少なくとも３５ミリメートルのフィン高さを有するヒートシンクを含む請求項１に記載の照明器具。
5. 前記ヒートシンクは、少ない列の数に等しい前記フィンの数を有し、
   前記ヒートシンクは、各列でのフィン間で大きいギャップを有する請求項１に記載の照明器具。
6. 少なくとも１つのファンをさらに含む請求項１に記載の照明器具。
7. 前照明モジュールは、多数のアレイを含む請求項１に記載の照明器具。
8. 前照明モジュールは、前記多数のアレイに対応する多数のファンを含む請求項７に記載の照明器具。
9. 前記ヒートシンクに隣接して配列された少なくとも一つのバッフルをさらに含む請求項１に記載の照明器具。
10. ハウジングと、
    ハウジング内に設けられ、水平軸と垂直軸とに沿って素子のアレイ状に配列された照明素子のアレイを含む第１の面を有する照明モジュールと、
    前記照明モジュールの前記第１の面と反対の第２の面に取り付けられ、前記垂直方向に沿って延びるように配列されたフィンを有するヒートシンクと、を備えることを特徴とする照明器具。
11. 少なくとも１つのファンをさらに含む請求項１０に記載の照明器具。
12. 前記ヒートシンクに隣接するバッフルをさらに含む請求項１０に記載の照明器具。
13. 前照明モジュールは、多数のアレイを含む請求項１０に記載の照明器具。
14. 少なくとも１つのファンをさらに含み、ファンの数は、前記アレイの数に対応する請求項１３に記載の照明器具。

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