(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ弓形をなして全体的に放射状に形成された複数のフィンと、
前記複数のフィンを間に挟んで対向する状態に配置された前板部および後板部と、
を備えるヒートシンクであって、
前記前板部は、発熱体に対して熱的に接続可能に形成され、
前記後板部には、吸気口が形成され、
前記複数のフィンは、互いに隣り合う２つのフィンの間に通気路を形成し、
前記吸気口を通して吸気した場合に、前記複数のフィンの外側から各々の通気路に空気を取り込むとともに、各々の通気路を流れた空気を合流させることにより、当該合流させた空気がヒートシンクの中心軸方向に渦巻き状の空気流を形成する
ことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記複数のフィンは、前記各々の通気路の断面積が外側から内側に向かって徐々に小さくなるように形成され、
前記吸気口を通して吸気した場合に、前記各々の通気路を流れる空気の流速をベンチュリー効果によって増加させる
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記複数のフィンは、前記前板部の片面に一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記前板部の片面には、前記発熱体にヒートシンクを取り付けるための円筒部が、前記複数のフィンとともに一体に形成され、
前記複数のフィンは、前記円筒部の外周側に環状の溝空間を介在させた状態で形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記各々の通気路の下流側において、前記各々の通気路を形成する前記フィンの端部が、前記円筒部の外周面に接する仮想直線に沿う向きで配置されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記複数のフィンの外側を取り囲む周壁部を有し、
前記周壁部には前記複数のフィンの配置に対応して複数の空気取込口が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記前板部の厚み方向において、前記前板部の片面を基準とした前記円筒部の突出寸法が前記複数のフィンの突出寸法よりも小さく設定されている
ことを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記発熱体には、雄ネジが形成され、
前記前板部の円筒部には、前記雄ネジと組み合う雌ネジが形成されている
ことを特徴とする請求項４または７に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記発熱体は、前照灯に用いられるＬＥＤバルブである
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のヒートシンクと、
前記吸気口を通して前記ヒートシンク側から空気を吸い込むファンと、
を一体に備えることを特徴とする排熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体の熱を逃がすために用いられるヒートシンクとこれを備える排熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱体で発生した熱を逃がすためにヒートシンクが用いられている。ヒートシンクは、熱伝導性を有する材料を用いて構成されている。ヒートシンクの基本的な原理は、ヒートシンク自身の熱容量と表面積をできるだけ大きく確保し、発熱体からヒートシンクに効率良く熱を伝えて放熱しようとするものである。このため、従来においては、複数のフィンを備えたヒートシンクを用いて、発熱体の熱を外部に逃がす技術が知られている（たとえば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
現在、ヒートシンクは様々な分野で利用されている。その一つにＬＥＤ（発光ダイオード）を光源（以下「ＬＥＤ光源」ともいう。）に用いた照明装置の分野がある。この種の照明装置は、消費電力が少ない、寿命が長い、などの利点を有する。このため、室内用または屋外用の照明器具として急速に普及しつつある。
【０００４】
その一方で、車両用の照明灯等にＬＥＤ光源を用いる技術が知られている（たとえば、特許文献３〜５を参照）。ただし、ＬＥＤは、温度の上昇によって発光効率が低下し、寿命も短くなる。このため、点灯時にＬＥＤで発生する熱を、ヒートシンクを用いて効率良く逃がす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５６６１６３８号明細書
【特許文献２】特開２００９−４９０１０号公報
【特許文献３】特許第４７８５０３８号公報
【特許文献４】特開２００８−１０２２８号公報
【特許文献５】特開２０１１−２１０６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、車両用の照明灯等、特に、前照灯の光源にＬＥＤ光源を用いる場合は、夜間の運転に必要な照度を確保するためにパワーＬＥＤを採用する必要がある。ただし、パワーＬＥＤは多量に熱を発生する。このため、必要照度の確保と熱対策の両立が非常に困難な状況になっている。また、出願人は、特許文献５において、ＬＥＤバルブのバルブ本体にヒートシンクを取り付けて放熱性を高めている。ただし、特許文献５に開示したヒートシンクでは、実用上必ずしも十分な効果が得られないことが分かった。
【０００７】
本発明の主な目的は、発熱体からの熱を従来よりも効率良く逃がすことができるヒートシンクとこれを備える排熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、
それぞれ弓形をなして全体的に放射状に形成された複数のフィンと、
前記複数のフィンを間に挟んで対向する状態に配置された前板部および後板部と、
を備えるヒートシンクであって、
前記前板部は、発熱体に対して熱的に接続可能に形成され、
前記後板部には、吸気口が形成され、
前記複数のフィンは、互いに隣り合う２つのフィンの間に通気路を形成し、
前記吸気口を通して吸気した場合に、前記複数のフィンの外側から各々の通気路に空気を取り込むとともに、各々の通気路を流れた空気を合流させることにより、当該合流させた空気がヒートシンクの中心軸方向に渦巻き状の空気流を形成する
ことを特徴とするヒートシンクである。
【０００９】
本発明の第２の態様は、
前記複数のフィンは、前記各々の通気路の断面積が外側から内側に向かって徐々に小さくなるように形成され、
前記吸気口を通して吸気した場合に、前記各々の通気路を流れる空気の流速をベンチュリー効果によって増加させる
ことを特徴とする上記第１の態様に記載のヒートシンクである。
【００１０】
本発明の第３の態様は、
前記複数のフィンは、前記前板部の片面に一体に形成されている
ことを特徴とする上記第１または第２の態様に記載のヒートシンクである。
【００１１】
本発明の第４の態様は、
前記前板部の片面には、前記発熱体にヒートシンクを取り付けるための円筒部が、前記複数のフィンとともに一体に形成され、
前記複数のフィンは、前記円筒部の外周側に環状の溝空間を介在させた状態で形成されている
ことを特徴とする上記第３の態様に記載のヒートシンクである。
【００１２】
本発明の第５の態様は、
前記各々の通気路の下流側において、前記各々の通気路を形成する前記フィンの端部が、前記円筒部の外周面に接する仮想直線に沿う向きで配置されている
ことを特徴とする上記第１〜第４の態様のいずれかに記載のヒートシンクである。
【００１３】
本発明の第６の態様は、
前記複数のフィンの外側を取り囲む周壁部を有し、
前記周壁部には前記複数のフィンの配置に対応して複数の空気取込口が形成されている
ことを特徴とする上記第１〜第５の態様のいずれかに記載のヒートシンクである。
【００１４】
本発明の第７の態様は、
前記前板部の厚み方向において、前記前板部の片面を基準とした前記円筒部の突出寸法が前記複数のフィンの突出寸法よりも小さく設定されている
ことを特徴とする上記第４の態様に記載のヒートシンクである。
【００１５】
本発明の第８の態様は、
前記発熱体には、雄ネジが形成され、
前記前板部の円筒部には、前記雄ネジと組み合う雌ネジが形成されている
ことを特徴とする上記第４または第７の態様に記載のヒートシンクである。
【００１６】
本発明の第９の態様は、
前記発熱体は、前照灯に用いられるＬＥＤバルブである
ことを特徴とする上記第１〜第８の態様のいずれかに記載のヒートシンクである。
【００１７】
本発明の第１０の態様は、
上記第１〜第９の態様のいずれかに記載のヒートシンクと、
前記吸気口を通して前記ヒートシンク側から空気を吸い込むファンと、
を一体に備えることを特徴とする排熱装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発熱体からの熱を従来よりも効率良く逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る排熱装置の構成例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排熱装置の構成例を示す組立斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る第１のヒートシンク部材の構成例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る排熱装置の使用例を説明する図である。
【図５】渦巻き状の空気流が形成される様子を示す模式図である。
【図６】フィンの端部の形状を説明する図である。
【図７】ＬＥＤバルブに排熱装置を装着し、ＬＥＤバルブを駆動したときの温度の測定結果をグラフ形式で示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る排熱装置の構成例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る第１のヒートシンク部材の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
（排熱装置の構成）
図１は本発明の実施の形態に係る排熱装置の構成例を示す分解斜視図であり、図２は同組立斜視図である。
図示した排熱装置１は、大きくは、ヒートシンク２、ファン３およびカバー部材４を備えている。以下、各構成要素について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、ヒートシンク２の中心軸方向において、図示しない発熱体に近い側を前側、発熱体から遠い側を後ろ側とする。また、ヒートシンク２の中心軸に直交する方向（図例では径方向）において、ヒートシンク２の中心軸に近い側（図例では径が縮小する側）を内側、ヒートシンク２の中心軸から遠い側（図例では径が拡大する側）を外側とする。
【００２２】
（ヒートシンクの構成）
ヒートシンク２は、図示しない発熱体で発生した熱を外部に逃がすものである。ヒートシンク２は、主として、第１のヒートシンク部材５と第２のヒートシンク部材６とによって構成されている。第１のヒートシンク部材５と第２のヒートシンク部材６は、互いに組み付けて固定されることにより、一つのヒートシンク２を構成する。
【００２３】
（第１のヒートシンク部材の構成）
第１のヒートシンク部材５は、図示しない発熱体に熱的に接続されるものである。第１のヒートシンク部材５は、熱伝導性を有する材料、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属材料を用いて形成されている。その場合、第１のヒートシンク部材５は、たとえばアルミダイキャスト又は切削加工により作製可能である。ただし、ヒートシンクの構成材料としては、金属材料に限らず、たとえば、樹脂等で構成することも可能である。第１のヒートシンク部材５は、図３にも示すように、前板部７と、複数のフィン８と、円筒部９と、を一体に有している。
【００２４】
前板部７は、図示しない発熱体で発生する熱を吸い取るために、発熱体に対して熱的に接続可能に形成されている。ここで記述する「熱的に接続」とは、接続の対象となる２つの部分の間で一方から他方に熱の移動が可能な状態で、それら２つの部分を接続することをいう。典型的な例としては、２つの部分を面接触または線接触させた状態で接続することをいう。前板部７は、適度な厚みを有する円板状に形成されている。
【００２５】
複数のフィン８は、ヒートシンク２の表面積を大きくして放熱効果を高めるとともに、ヒートシンク２の内部に放熱（冷却）のための複数の通気路１０を形成するものである。複数のフィン８は、前板部７の片面に、それぞれ弓形をなして全体的に放射状に形成されている。各々のフィン８は、それぞれ弓形に湾曲した薄い板状に形成されている。各々のフィン８は、前板部７の片面から垂直に起立した状態で形成されている。複数のフィン８は、前板部７の半径方向において、円筒部９よりも外側の領域に配置されている。各々のフィン８の外側の端部は、前板部７の外周縁の位置に配置されている。各々のフィン８の内側の端部は、前板部７の中心から半径方向に所定の寸法だけ離れた位置に配置されている。
【００２６】
また、各々のフィン８は、前板部７の中心を基準とした円周方向において、等しい角度ピッチ（図例では２０度ピッチ）で形成されている。円周方向で隣り合う２つのフィン８の間には、１つの通気路１０が形成される。このため、通気路１０は、フィン８と同じ数だけ形成されることになる。通気路１０は、フィン８の弓形形状に沿って放射状に形成されている。また、各々の通気路１０は、外側から内側に向かって空気が流れることを想定して形成されている。このため、通気路１０の最上流部は、外側の端部となり、通気路１０の最下流部は、内側の端部となる。
【００２７】
このような通気路１０を形成する、相対向する２つのフィン８の間の空間（隙間）は、各々のフィン８の弓形形状に沿って前板部７の外側から内側（中心）に向かうにしたがって狭くなっている。つまり、複数のフィン８は、各々の通気路１０の断面積（空気の流れに交差する方向の断面積）が外側から内側に向かって徐々に小さくなるように形成されている。各々の通気路１０の下流側において、各々の通気路１０を形成するフィン８の端部は、円筒部９の外周面に接する仮想直線（図３に二点鎖線で示す）に沿う向きで配置されている。
【００２８】
円筒部９は、図示しない発熱体にヒートシンク２を取り付けるための部分である。円筒部９は、前板部７の片面に、複数のフィン８とともに一体に形成されている。円筒部９は、前板部７の中心部に、前板部７と同心状に形成されている。円筒部９の内側には貫通孔１１が形成されている。円筒部９は、前板部７の片面からフィン８と同じ方向に突出した状態で形成されている。ただし、フィン８と円筒部９の突出寸法は互いに異なっている。具体的には、前板部７の厚み方向において、前板部７の片面を基準とした円筒部９の突出寸法は、複数のフィン８の突出寸法よりも小さく設定されている。また、円筒部９の外周側には環状の溝空間１２が形成されている。複数のフィン８は、円筒部９との間に溝空間１２を介在させた状態で、円筒部９の外周側に配置されている。また、円筒部９の内周面には図示しない雌ネジが形成されている。
【００２９】
（第２のヒートシンク部材の構成）
第２のヒートシンク部材６は、前述したとおり第１のヒートシンク部材５と組み合わさって一つのヒートシンク２を構成するものである。その場合、ヒートシンク２は全体的に円筒状に形成される。第２のヒートシンク部材６は、第１のヒートシンク部材５と同じ材料を用いて形成されている。その場合、第２のヒートシンク部材６は、たとえばアルミダイキャスト又は切削加工により作製可能である。第２のヒートシンク部材６は、たとえば圧入、ネジ等を用いて第１のヒートシンク部材５と結合した場合に、ヒートシンク２の内部に複数のフィン８と円筒部９を収容する空間を形成する。第２のヒートシンク部材６は、後板部１５と、周壁部１６と、を一体に有している。
【００３０】
後板部１５は、複数のフィン８によって形成される各々の通気路１０の片側（前板部７と反対側）を閉じることにより、通気路１０における空気の流れをフィン８の弓形形状に沿う方向に規制するものである。後板部１５は、適度な厚みを有する円板状に形成されている。後板部１５は、第１のヒートシンク部材５と第２のヒートシンク部材６とを結合した場合に、複数のフィン８を間に挟んで前板部７と対向する状態に配置される。このため、複数のフィン８は、ヒートシンク２の中心軸方向において、前板部７と後板部１５により挟み込まれた状態になる。また、複数のフィン８は、ヒートシンク２の中心軸方向から見て後板部１５により遮蔽された状態になる。
【００３１】
後板部１５の中心部には吸気口１７が形成されている。吸気口１７は、ヒートシンク２内の空気を吸い込むために形成されたものである。吸気口１７は、第１のヒートシンク部材５と第２のヒートシンク部材６とを結合した場合に、円筒部９とともにヒートシンク２の中心軸と同軸に配置される。また、吸気口１７は、ヒートシンク２の中心軸方向から見たときに、少なくとも円筒部９と溝空間１２を露出する状態に配置される。その場合、各々のフィン８の内側の一部が吸気口１７を通して見えてもよい。吸気口１７の開口径は、好ましくは、複数のフィン８の内側の端部をつなぐ仮想円の直径以下で、かつ、上述した円筒部９の外径以上の寸法範囲に設定される。
【００３２】
周壁部１６は、複数のフィン８を機械的に保護するとともに、複数のフィン８により形成される各々の通気路１０への空気の取り込みを許容するものである。周壁部１６は、全体的に円筒状に形成されている。周壁部１６は、後板部１５の外周縁から、後板部１５の厚み方向に突出する状態で形成されている。周壁部１６は、第１のヒートシンク部材５と第２のヒートシンク部材６とを結合した場合に、複数のフィン８の外側を取り囲む状態に配置される。周壁部１６には複数の空気取込口１８が形成されている。各々の空気取込口１８は、ヒートシンク２の中心軸方向を長軸方向とした長孔形状（略楕円形状）に形成されている。また、各々の空気取込口１８は、上述した複数のフィン８によって形成される複数の通気路１０と１対１の対応関係で形成されている。具体的には、第１のヒートシンク部材５と第２のヒートシンク部材６とを結合した場合に、一つの通気路１０の最上流部に１つの空気取込口１８が開口するように配置される。
【００３３】
（ファンの構成）
ファン３は、後板部１５の吸気口１７を通してヒートシンク２側から空気を吸い込むとともに、吸い込んだ空気をヒートシンク２とは反対側に吐き出すものである。ファン３は、好ましくは、小型の軸流ファンを用いて構成される。その場合、軸流ファンの回転軸は、ヒートシンク２の中心軸と同軸に配置される。ファン３は、たとえば図示しない取付ネジを用いてヒートシンク２（第２のヒートシンク部材６）に固定状態で取り付けられる。その場合の具体的な態様として、たとえば次のような態様をとることができる。すなわち、ファン３のハウジング部分とカバー部材４にそれぞれ位置をあわせて複数の貫通孔を形成する。また、複数の貫通孔の孔位置にあわせて第２のヒートシンク部材６の後板部１５に複数のネジ孔を形成する。そして、各々のネジ孔にファン３およびカバー部材４の各貫通孔を通して取付ネジを装着する。これにより、第２のヒートシンク部材６とファン３とカバー部材４が、複数の取付ネジを用いて一体的に固定された状態になる。
【００３４】
（カバー部材の構成）
カバー部材４は、上述のようにファン３を取り付けた状態のヒートシンク２に対して、ファン３を覆う状態でヒートシンク２に取り付けられる。カバー部材４は、第１のヒートシンク部材５と同じ材料を用いて形成されている。その場合、カバー部材４は、アルミダイキャスト又は切削加工により作製可能である。カバー部材４は、たとえば、後板部１５に形成された段付き部１５ａに圧入される。この圧入部分では、第２のヒートシンク部材６に対してカバー部材４が面接触した状態となる。このため、第２のヒートシンク部材６からカバー部材４に熱を逃がすことができる。カバー部材４には排気口１９が形成されている。排気口１９は、ヒートシンク２にカバー部材４を取り付けた場合に、後板部１５の吸気口１７と同軸上に配置される。排気口１９は、ファン３によって吐き出される空気を外部に放出させるのに十分な大きさに形成されている。本実施の形態においては、好ましい一つの形態例として、ファン３の口径と同じ口径で吸気口１７および排気口１９の各口径を設定している。
【００３５】
（排熱装置の使用例）
図４は本発明の実施の形態に係る排熱装置の使用例について説明する。ここでは一例として、前照灯に用いられるＬＥＤバルブ３０を発熱体とし、このＬＥＤバルブ３０に排熱装置１のヒートシンク２を取り付けて使用する場合を示している。
【００３６】
ＬＥＤバルブ３０は、たとえば、四輪車や二輪車等の自動車車両、鉄道車両、航空機、船舶、その他の輸送機械における前照灯に用いることを想定したライトバルブである。ＬＥＤバルブ３０としては、たとえば、出願人が開示した先行技術文献（特開２０１１−２１０６９５号公報、特開２０１１−２１０７０６号公報、特開２０１２−１６９１００号公報）に記載されたものを使用可能である。もちろん、この先行技術文献で開示したＬＥＤバルブ以外のＬＥＤバルブに排熱装置１を使用することも可能である。
【００３７】
ＬＥＤバルブ３０は、ハロゲンバルブのフィラメントに代わる発光体として図示しないＬＥＤ発光体素子（パワーＬＥＤ）を用い、このＬＥＤ発光体素子から出射された光を、独創的な形状を有する反射部材３１の反射面で反射させることにより、疑似光源を形成するものである。ＬＥＤバルブ３０の詳細な構造については、上記先行技術文献に記載されているため、ここでは説明を省略する。ただし、上記先行技術文献で開示した内容は、本明細書に記載されているものと擬制し、当該内容のすべて又は一部を必要に応じて本明細書に追加したり、当該内容に基づいて本明細書の記載内容を修正したりしても、新規事項の追加には該当しないものとする。
【００３８】
ＬＥＤバルブ３０は、上述した反射部材３１のほかに、バルブ本体３２と、複数本の支柱３３と、口金部３４と、放熱部材３５と、を有している。ＬＥＤ発光体素子は、反射部材３１と対向するバルブ本体３２の上面に配置されている。反射部材３１は、円錐形に形成されている。反射部材３１の頂部は、バルブ本体３２の上面と対向する状態に配置されている。反射部材３１は、複数の支柱３３によってバルブ本体３２に連結されている。バルブ本体３２は、熱伝導性を有する材料によって、たとえば円筒状に形成されている。ＬＥＤ発光体素子の実装基板は、バルブ本体３２の円筒一端面に配置されている。また、バルブ本体３２の円筒他端には雄ネジ３６が形成されている。この雄ネジ３６は、ヒートシンク２の第１のヒートシンク部材５の円筒部９内面に形成されている雌ネジ（不図示）と組み合うものである。口金部３４は、ＬＥＤバルブ３０を前照灯のソケット部（不図示）に装着するためのものである。放熱部材３５は、反射部材３１と熱的かつ機械的に接続されている。放熱部材３５は、ＬＥＤ発光体素子からの光を反射部材３１に照射したときに発生する熱を逃がすためのものである。
【００３９】
上記構成からなるＬＥＤバルブ３０に排熱装置１を取り付ける場合は、バルブ本体３２の雄ネジ３６とヒートシンク２側の雌ネジを位置合わせした状態で、それらのネジ同士を組み合わせる。具体的には、バルブ本体３２の雄ネジ３６を第１のヒートシンク部材５の円筒部９に差し込むようにして、たとえばＬＥＤバルブ３０を固定したまま排熱装置１を回転させる。そうすると、バルブ本体３２に前板部７が面接触で密着した状態となり、その状態でＬＥＤバルブ３０と排熱装置１（ヒートシンク２）がネジ締結により固定される。また、円筒状をなすバルブ本体３２の中空部は、第１のヒートシンク部材５の円筒部９を通してヒートシンク２内の空間とつながった状態となる。
なお、ＬＥＤバルブ３０とヒートシンク２を連結する構造は、雄ネジ３６と雌ネジの組み合わせによるネジ締結構造に限らず、これ以外の連結構造を採用してもよい。また、ネジ締結構造を採用する場合は、ネジ同士の接触面積を広く確保して熱伝達効率を高めるために、ネジのピッチを狭くしたほうが好ましい。
【００４０】
（動作説明）
続いて、本発明の実施の形態に係る排熱装置１の動作について説明する。ここでは、上記の使用例において排熱装置１を動作させる場合を説明する。
まず、ファン３に電力を供給することにより、ファン３を回転させる。そうすると、ファン３の回転により、ヒートシンク２内の空気が吸気口１７を通して吸い込まれる。また、ヒートシンク２の外側からは、周壁部１６に形成された複数の空気取込口１８を通して、各々の通気路１０に空気が取り込まれる。こうして取り込まれた空気は、ヒートシンク２内を流れた後、後板部１５の吸気口１７を通してファン３に引き込まれ、カバー部材４の排気口１９から外部に排出される。
【００４１】
その際、ヒートシンク２の外側から各々の通気路１０に取り込まれた空気は、フィン８の弓形形状に沿うように通気路１０を外側から内側に向かって流れる。このとき、各々の通気路１０の断面積が外側から内側に向かって徐々に小さくなっているため、ベンチュリー効果が生じる。このため、通気路１０を流れる空気の流速はベンチュリー効果によって増加する。
【００４２】
また、各々の通気路１０を流れた空気は、通気路１０の最下流部から溝空間１２に到達し、そこで合流する。このとき、複数の通気路１０は、各々の通気路１０を形成している複数のフィン８と同様に放射状に形成されている。このため、各々の通気路１０を流れ出た空気は、一様な方向にねじれた状態で合流する。したがって、各々の通気路１０を流れた空気を溝空間１２で合流させると、ヒートシンク２の内部には、前板部７から後板部１５に向かって渦巻き状の空気流が形成される（図５を参照）。この空気流は、複数のフィン８の弓形形状に沿う方向で渦を巻くことになるため、この渦巻きの方向と同じ方向にファン３を回転させれば、より強力な空気流を形成することができる。また、通気路１０の出口部分でベンチュリー効果により空気の流速が増加すると、その空気が流れ出る溝空間１２に負圧が生じる。そうすると、その隣の通気路１０を流れる空気が、負圧に引っ張られるかたちで溝空間１２に流れ出る。このため、通気路１０から溝空間１２に流れ出る空気は、単にベンチュリー効果によって流速が増すだけでなく、ベンチュリー効果の副次的効果である負圧の作用によっても流速が増すことになる。こうした現象は、溝空間１２の全周にわたって起こる。このため、渦巻き状の空気流を、より大きな流速で形成することができる。また、各々のフィン８の内側の端部を、図６に示すように斜めに（円筒部９と同心円の円周に沿って）面取りしたような形状とすれば、溝空間１２に上記の負圧が生じたときに、この負圧に引っ張られて隣の通気路１０からスムーズに空気が流れ込むようになり、より好適なものとなる。
なお、各々の通気路１０から流れ出た空気流は、合流した直後は渦巻き状にねじれた状態でヒートシンク２の中心軸方向（吸気口１７に向かう方向）に進む。ただし、ファン３から吐き出される段階では、空気流のねじれがほぼ解消された状態になる。
【００４３】
（実施の形態の効果）
上述のようにファン３の回転によってヒートシンク２内の各通気路１０に空気を流し、そこから流れ出た空気を合流させて渦巻き状の空気流を形成することにより、発熱体となるＬＥＤバルブ３０で発生した熱を効率良く逃がすことができる。以下、理由を述べる。
【００４４】
ＬＥＤバルブ３０で発生した熱の多くは、バルブ本体３２を通して第１のヒートシンク部材５に伝達される。その際、第１のヒートシンク部材５においては、前板部７の片面に形成された複数のフィン８により、放熱のための表面積が広く確保される。また、各々の通気路１０を空気が流れることにより、ヒートシンク２全体が効率良く冷却（空冷）される。さらに、各々の通気路１０を流れた空気を合流させて渦巻き状の空気を形成することにより、ＬＥＤバルブ３０側の熱が渦巻き状の空気流によって強制的に吸い取られる。
【００４５】
また、ＬＥＤバルブ３０にヒートシンク２を取り付ける場合は、第１のヒートシンク部材５の円筒部９にバルブ本体３２の雄ネジ３６の部分を挿入する。このため、雄ネジ３６が挿入された部分では、ヒートシンク２内の温度が相対的に高くなる。これに対して、渦巻き状の空気流は、各々の通気路１０を流れた空気を溝空間１２で合流させることにより、円筒部９の近傍にこれと同心状に形成される。また、その場合は、渦巻き状の空気流の最上流部が円筒部９の直近に位置する状態となる。この状態においては、渦巻き状の空気流のうち、相対的に流速が速い空気流が円筒部９に直接的に作用する。したがって、バルブ本体３２から円筒部９に伝わる熱を、渦巻き状の空気流によって直接的に吸い取ることができる。
以上により、ＬＥＤバルブ３０で発生した熱を効率良く逃がすことができる。その結果、ＬＥＤバルブ３０の発熱に伴う温度上昇を有効に抑制することが可能となる。
【００４６】
さらに、ヒートシンク２の構成上、複数のフィン８は、各々の通気路１０の断面積が外側から内側に向かって徐々に小さくなるように形成されている。このため、各々の通気路１０を空気が流れるときに、この空気の流速がベンチュリー効果によって増加する。このため、ヒートシンク２の内部に、より強力な渦巻き状の空気流を形成することができる。したがって、ＬＥＤバルブ３０で発生した熱を一層効率良く逃がすことができる。
【００４７】
図７はＬＥＤバルブに排熱装置を装着し、ＬＥＤバルブを駆動したときの温度の測定結果をグラフ形式で示す図であって、縦軸に温度、横軸に時間をとっている。
図中のＴＨ２はＬＥＤ発光体素子の実装基板温度、ＴＨ３はバルブ本体３２の温度、ＴＨ４はヒートシンク２の温度を、それぞれ示している。
この温度測定においては、ＬＥＤバルブ３０の駆動（点灯）を開始してから１５分が経過するまでは排熱装置１のファン３を停止させたままとし、１５分が経過した段階でファン３を回転させた。
【００４８】
図から分かるように、排熱装置１のファン３を停止させた状態では、ＬＥＤバルブ３０の駆動を開始するのに伴って各部の温度が急上昇している。ただし、ファン３の回転を開始すると、各部の温度が上昇傾向から下降傾向に転じている。そして、ＬＥＤバルブ３０の駆動を開始してから１０分ほど経過すると、それ以降は各部の温度がそれぞれ安定的に推移している。具体的には、ＬＥＤ発光体素子の実装基板温度ＴＨ２は約４８℃、バルブ本体３２の温度ＴＨ３は約４６℃、ヒートシンク２の温度ＴＨ４は約３８℃で、それぞれ安定的に推移している。
この結果をみても、ＬＥＤバルブ３０の発熱に伴う温度上昇が有効に抑制されていることが容易に理解できる。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、複数のフィン８を前板部７の片面に一体に形成している。これにより、前板部７をＬＥＤバルブ３０に熱的に接続したときに、複数のフィン８を含めて前板部７全体の表面積（放熱面積）を増加させ、かつ前板部７と複数のフィン８との間の熱伝達効率を高めることができる。
【００５０】
また、各々の通気路１０の下流側において、各々の通気路１０を形成するフィン８の端部を、円筒部９の外周面に接する仮想直線に沿う向きで配置している。これにより、各々の通気路１０を流れた空気は、環状の溝空間１２において、円筒部９の外周面に沿う方向に向きを揃えた状態で合流する。このため、各々の通気路１０から流れ出た空気の勢いをそのまま活かして渦巻き状の空気流を形成することができる。
【００５１】
また、複数のフィン８の外側を周壁部１６で取り囲むとともに、それらのフィン８の配置に対応して周壁部１６に複数の空気取込口１８を形成している。これにより、各々の通気路１０に対して空気の取り込み経路を確保したうえで、構造的に強度が弱いフィン８を周壁部１６によって機械的に保護することができる。
【００５２】
また、発熱体となるＬＥＤバルブ３０のバルブ本体３２に雄ネジ３６を形成し、これに対応して第１のヒートシンク部材５の円筒部９に雌ネジを形成することにより、ＬＥＤバルブ３０に対してヒートシンク２を取り付け可能にしている。このようなネジ締結による取り付け構造を採用することにより、ＬＥＤバルブ３０に対してヒートシンク２を着脱自在とし、かつ、ＬＥＤバルブ３０で発生する熱を効率良くヒートシンク２に伝えて放熱することができる。
【００５３】
また、排熱装置１の構成として、ヒートシンク２とファン３を一体に備える、いわゆるビルトイン構造を採用している。これにより、別途、吸気のための手段を用意する必要がなく、簡単な配線作業だけで排熱装置１を動作させることができる。また、排熱装置１全体の小型化にも貢献することができる。
【００５４】
（他の実施の形態）
図８は本発明の他の実施の形態に係る排熱装置の構成例を示す分解斜視図である。
図示した排熱装置１においては、先述した実施の形態と比較して、ヒートシンク２の構成が異なる。具体的には、第１のヒートシンク部材５において、複数のフィン８と円筒部９の構造が、以下のように異なっている。
【００５５】
先述した実施の形態においては、複数のフィン８と円筒部９が、環状の溝空間１２を介して構造的に分離している。これに対して、他の実施の形態においては、図９にも示すように、環状の溝空間１２が存在せず、複数のフィン８と円筒部９が構造的につながっている。すなわち、各々のフィン８は円筒部９の外周面から放射状に延びている。また、先述した実施の形態においては、前板部７の片面を基準とした円筒部９の突出寸法が、複数のフィン８の突出寸法よりも小さく設定されているが、他の実施の形態においては、それらの突出寸法が互いに同じ寸法に設定されている。
【００５６】
このような構成を採用した場合は、各々のフィン８の内側の端部を円筒部９に一体に接続したことにより、各々のフィン８が円筒部９によって支持される。このため、フィン８の機械的な強度を高めることができる。また、上述した溝空間１２をなくして、円筒部９の外周面までフィン８を延在させているため、ヒートシンク２（第１のヒートシンク部材５）の熱容量や表面積を増やすことができる。また、ファン３を回転させた場合は、先述した実施の形態と同様に、ヒートシンク２の外側から空気取込口１８を通して通気路１０に空気を取り込むとともに、取り込んだ空気を円筒部９の近傍で合流させることにより、渦巻き状の空気流を形成することができる。このため、ＬＥＤバルブ３０で発生した熱を効率良く逃がすことができる。
【００５７】
ただし、放熱性という点で比較すると、先述した実施の形態のほうが優れている。その理由は、各々の通気路１０に取り込まれた空気の流れ方の違いにある。すなわち、他の実施の形態の構成を採用した場合は、各々の通気路１０の最下流部が円筒部９の外周面によって閉じられ、そこで通気路１０が行き止まりとなる。このため、通気路１０を空気が通りにくくなる。また、通気路１０を流れた空気を合流させるときに、空気の流れに乱れが生じやすくなる。
【００５８】
これに対して、先述した実施の形態の構成を採用した場合は、各々の通気路１０の最下流部が溝空間１２の介在によって開放される。このため、通気路１０を空気が通り抜けやすくなる。また、通気路１０を流れた空気を合流させるときに、空気の流れに乱れが生じにくくなる。したがって、各々の通気路１０を流れた空気を合流させたときに、より大きな流速で渦巻き状の空気流を形成することができる。これにより、渦巻き状の空気流によって排出される熱量が増加する。また、各々の通気路１０をよりスムーズに空気が流れるため、フィン８の表面から放出される熱量も増加する。その結果、溝空間１２の形成によってヒートシンク２の熱容量や表面積を小さくしたにもかかわらず、溝空間１２を形成しない場合よりも高い放熱性を実現することが可能となる。
【００５９】
本発明者は、第１のヒートシンク部材５に溝空間１２を形成した場合と形成しない場合で、空気の流速と放熱効果にどのような違いが生じるかをシミュレーションで確認してみた。そうしたところ、溝空間１２の有無にかかわらず、渦巻き状の空気流は形成されるものの、この空気流の流速は溝空間１２を形成した場合のほうが速かった。また、放熱効果の点でも、溝空間１２を形成した場合のほうが、温度の上昇が低く抑えられ、特に、発熱体に近い第１のヒートシンク部材５の温度上昇が顕著に抑えられていた。
【００６０】
（変形例等）
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
【００６１】
たとえば、ヒートシンク２が備える複数のフィン８の個数や寸法等は適宜変更が可能である。また、個々のフィン８は、均一な厚さで形成してもよいし、連続的に厚さを変えて形成してもよい。また、複数のフィン８を前板部７ではなく後板部１５に一体に形成することも可能である。
【００６２】
前板部７と後板部１５は、それぞれ円板状でなくてもよく、たとえば、四角形またはそれ以外の多角形の板状としてもよい。また、前板部７と後板部１５は、必ずしも同じ形状でなくてもよい。
【００６３】
通気路１０と空気取込口１８の対応関係は、必ずしも１対１の対応関係でなくてもよい。たとえば、一つの通気路１０に対して複数の空気取込口１８を形成してもよいし、複数の通気路１０に跨るように１つの空気取込口１８を形成してもよい。ただし、空気取込口１８を通して通気路１０に取り込まれる空気の流速や流量をヒートシンク２全体で均一化するうえでは、通気路１０と空気取込口１８の対応関係を１対１または１対ｎ（ｎは２以上の整数）とするのが好ましい。
【００６４】
排熱装置１には、所望の吸い込み力が得られるようであれば、軸流ファン以外のファンを用いてもかまわない。
【００６５】
ファン３の代替として、たとえば、ヒートシンク２の吸気口１７にホース（不図示）を接続し、このホースを通してヒートシンク２内の空気を吸気する構成としてもよい。
【００６６】
カバー部材４は、排熱装置１の構成として必須ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。
【００６７】
本発明において、放熱（冷却）の対象となる発熱体は、ＬＥＤバルブに限らない。たとえば、本発明は、前照灯以外のＬＥＤ照明機器や、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリなどの電子デバイスなど、発熱体の放熱用として広く適用することが可能である。
【００６８】
また、本発明は、排熱装置１やこれに用いられるヒートシンク２として実現するだけでなく、たとえば、排熱装置１とＬＥＤバルブ３０を組み合わせた「排熱装置付きのＬＥＤバルブ」や、ヒートシンク２とＬＥＤバルブ３０を組み合わせた「ヒートシンク付きのＬＥＤバルブ」として実現してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…排熱装置
２…ヒートシンク
３…ファン
５…第１のヒートシンク部材
６…第２のヒートシンク部材
７…前板部
８…フィン
９…円筒部
１０…通気路
１２…溝空間
１５…後板部
１６…周壁部
１７…吸気口
１８…空気取込口
３０…ＬＥＤバルブ
３２…バルブ本体
【要約】
【課題】発熱体からの熱を従来よりも効率良く逃がすことができるヒートシンクを提供する。
【解決手段】本発明のヒートシンク２は、それぞれ弓形をなして全体的に放射状に形成された複数のフィン８と、複数のフィン８を間に挟んで対向する状態に配置された前板部７および後板部１５と、を備える。前板部７は、発熱体に対して熱的に接続可能に形成され、後板部１５には、吸気口１７が形成されている。複数のフィン８は、互いに隣り合う２つのフィン８の間に通気路１０を形成している。そして、ファン３の回転により吸気口１７を通して吸気した場合に、複数のフィン８の外側から各々の通気路１０に空気を取り込むとともに、各々の通気路１０を流れた空気を合流させることにより、渦巻き状の空気流を形成する。
【選択図】図１【図１】
0005435680.tif 000002
【図２】
0005435680.tif 000003
【図３】
0005435680.tif 000004
【図４】
0005435680.tif 000005
【図６】
0005435680.tif 000006
【図７】
0005435680.tif 000007
【図８】
0005435680.tif 000008
【図９】
0005435680.tif 000009
【図５】
0005435680.tif 000010