(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量でありながら高い放熱能力を有するヒートシンクを提供する。【解決手段】一方の面に発光素子基板が熱的に接続される受熱ブロック１と、前記受熱ブロック１の前記面において前記発光素子基板が接続された部分以外の領域に設けられ、前記受熱ブロック１よりも板厚が薄く、かつ前記受熱ブロック１よりも熱伝導性が低い板状部材４と、一方の端部側が前記受熱ブロック１に熱的に接続されるヒートパイプ２と、前記ヒートパイプ２の他方の端部側に熱的に接続されるとともに、前記受熱ブロック１とは離間して配置されたフィン３と、を備えるヒートシンク１０。【選択図】図１
2014135350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に発光素子基板が熱的に接続される受熱ブロックと、
前記受熱ブロックの前記面において前記発光素子基板が接続される部分以外の領域に設けられ、前記受熱ブロックよりも板厚が薄く、かつ前記受熱ブロックよりも熱伝導性が低い板状部材と、
一方の端部側が前記受熱ブロックに熱的に接続されたヒートパイプと、
前記ヒートパイプの他方の端部側に熱的に接続されるとともに、前記受熱ブロックとは離間して配置されたフィンと、
を備えることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記ヒートパイプはＵ字状の部分を有し、前記フィンは前記受熱ブロックの前記面および前記板状部材とは略垂直に配置されてい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】
前記板状部材は前記受熱ブロックよりも熱伝導率が低い材料からな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】
前記板状部材は前記受熱ブロックと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５】
前記受熱ブロックと前記板状部材との間に介挿された、前記板状部材よりも熱伝導率が低い材料からなる部材をさらに備え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６】
前記板状部材には孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記受熱ブロックは前記フィンに向かって表面が流線型に形成された部分を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が発する熱を放熱するためのヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置の光源として、発光素子であるＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）素子が多く用いられている。ＬＥＤ素子を用いた照明装置は、従来の照明器具と比較して長寿命、高信頼性、低消費電力などの利点を持つ。一方で、ＬＥＤ素子は、動作時に発熱するが、これによる素子の温度上昇に伴い発光効率の低下や素子の劣化が発生するという問題点がある。中でも高出力の照明装置においては、ＬＥＤ素子の温度上昇を抑制するために適切な放熱設計をする必要がある。ＬＥＤ素子の温度上昇の抑制のためにはヒートシンクが用いられている。
【０００３】
特許文献１にはヒートシンクの一例が開示されている。このヒートシンクでは、ＬＥＤモジュールで発生した熱がヒートシンクに伝導し、ヒートシンクのフィンから周囲に放熱され、ＬＥＤモジュールの温度上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６０２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ＬＥＤ素子の出力の増大の要求に伴い、ヒートシンクにもより高い放熱能力が求められている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される種類のヒートシンクは、ダイカストや押出材で構成されるものである。この場合、熱はヒートシンクを構成する材料の熱伝導により拡散し、ヒートシンクの外表面から放熱される。そのため、受熱部には相応の厚さが必要であるとともに、フィンは受熱部上に成形されるため、放熱能力を増大させるためにフィンを増加させるとそれだけ受熱部を大きくしなければならない。その結果、ヒートシンクの重量が増大するという問題がある。また、高出力のＬＥＤ照明装置では受熱部から放熱部へ熱が伝わる過程に大きな温度差が生じてしまい、また内部の中央付近の最も温度が高いフィンには空気が流れにくいため、放熱効率が悪くなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量でありながら高い放熱能力を有するヒートシンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るヒートシンクは、一方の面に発光素子基板が熱的に接続される受熱ブロックと、前記受熱ブロックの前記面において前記発光素子基板が接続される部分以外の領域に設けられ、前記受熱ブロックよりも板厚が薄く、かつ前記受熱ブロックよりも熱伝導性が低い板状部材と、一方の端部側が前記受熱ブロックに熱的に接続されたヒートパイプと、前記ヒートパイプの他方の端部側に熱的に接続されるとともに、前記受熱ブロックとは離間して配置されたフィンと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るヒートシンクは、上記発明において、前記ヒートパイプはＵ字状の部分を有し、前記フィンは前記受熱ブロックの前記面および前記板状部材とは略垂直に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るヒートシンクは、上記発明において、前記板状部材は前記受熱ブロックよりも熱伝導率が低い材料からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るヒートシンクは、上記発明において、前記板状部材は前記受熱ブロックと一体に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るヒートシンクは、上記発明において、前記受熱ブロックと前記板状部材との間に介挿された、前記板状部材よりも熱伝導率が低い材料からなる部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るヒートシンクは、上記発明において、前記板状部材には孔が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るヒートシンクは、上記発明において、前記受熱ブロックは前記フィンに向かって表面が流線型に形成された部分を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、軽量でありながら高い放熱能力を有するヒートシンクを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１に係るヒートシンクの模式的な斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すヒートシンクのＡ矢視一部切欠図である。
【図３】図３は、図１に示すヒートシンクの上面図である。
【図４】図４は、図１に示すヒートシンクのＢ矢視図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係るヒートシンクの模式的な斜視図である。
【図６】図６は、図５に示すヒートシンクのＣ矢視一部切欠図である。
【図７】図７は、図５に示すヒートシンクの上面図である。
【図８】図８は、図５に示すヒートシンクのＤ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明に係るヒートシンクの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートシンク１０の模式的な斜視図である。図２は、ヒートシンク１０のＡ矢視一部切欠図である。図３は、ヒートシンク１０の上面図である。図４は、ヒートシンク１０のＢ矢視図である。
【００１９】
図１〜４に示すように、ヒートシンク１０は、受熱ブロック１と、複数のヒートパイプ２と、複数のフィン３と、板状部材４とを備えている。
【００２０】
受熱ブロック１は、たとえば直方体状の形状を有しており、図２に示すように、その一方の面にＬＥＤ素子基板６が装着されている。これによって、受熱ブロック１とＬＥＤ素子基板６とは熱的に接続している。なお、ＬＥＤ素子基板６には、ＬＥＤ素子７が装着されており、かつＬＥＤ素子７に電流を流すための電気回路等が形成されている。
【００２１】
受熱ブロック１はたとえばアルミニウムや銅などの金属からなるが、ヒートシンクの受熱部に使用できる材料であれば特に限定されない。
【００２２】
ヒートパイプ２は、Ｕ字状であり、一方の端部側が受熱ブロック１に形成された貫通孔に挿通固定されている。これによって、ヒートパイプ２と受熱ブロック１とは熱的に接続している。ヒートパイプ２は公知のヒートパイプを使用できる。
【００２３】
フィン３は、板状であり、ヒートパイプ２の他方の端部側がフィン３を貫通するように設けられている。これによって、ヒートパイプ２とフィン３とは熱的に接続している。フィン３はたとえばアルミニウムや銅などの金属からなるが、ヒートシンクのフィンに使用できる材料であれば特に限定されない。
【００２４】
また、ヒートパイプ２がＵ字状であるため、フィン３は受熱ブロック１のＬＥＤ素子基板６が装着された面および板状部材４とは略垂直に配置されている。
【００２５】
板状部材４は、ＬＥＤ素子基板６が装着された受熱ブロック１の面において、ＬＥＤ素子基板６が設けられた部分以外の領域に設けられている。具体的には、板状部材４はＬＥＤ素子基板６の周囲を囲むように設けられている。板状部材４は、ＬＥＤ素子基板６の周囲を囲むことによって、電子部品であるＬＥＤ素子基板６を周囲から保護している。
【００２６】
板状部材４は、受熱ブロック１よりも板厚が薄く、かつ受熱ブロック１よりも熱伝導性が低く設定されている。たとえば、本実施の形態１に係る板状部材４は、受熱ブロック１よりも熱伝導率が低い材料、たとえば鋼板等の金属材料、又はベークライト、ガラスエポキシ等のプラスチック材料からなる。
【００２７】
また、板状部材４には反射傘５が取り付けられていてもよい。このように板状部材４は構造物を取り付ける基体としても機能している。なお、反射傘５の大きさや形状は、ヒートシンク１０の用途や、ＬＥＤ素子基板６の設計等にあわせて適宜変更することができる。
【００２８】
このヒートシンク１０では、ＬＥＤ素子７が発熱すると、その熱は受熱ブロック１を伝導し、ヒートパイプ２内に封入された冷媒の相変化によって輸送され、フィン３の表面から放出される。
【００２９】
このように、ヒートシンク１０では、ＬＥＤ素子７からの発熱を、受熱ブロック１、ヒートパイプ２、フィン３を経由して放熱するようにしているので、主に熱伝導を放熱に利用したダイカストや押出材で構成されたヒートシンクとは異なり、放熱能力を増大させる際の重量の増大が抑制される。
【００３０】
具体的には、受熱ブロック１の大きさは、フィン３の設置面積や枚数に関わらず、ＬＥＤ素子基板６を装着できる程度の大きさでもよいので、小型軽量化できる。また、フィン３についても、ダイカストや押出材で構成する場合よりも薄肉化でき、軽量化できる。
【００３１】
一方、構造物を取り付ける基体やＬＥＤ素子基板６を周囲から保護する機能を持たせる板状部材４は、受熱ブロック１よりも板厚を薄くして必要最低限の板厚を有していれば良いため、軽量なものとすることができる。その結果、このヒートシンク１０は、軽量でありながら高い放熱能力を有するものとなる。
【００３２】
さらに、フィン３は、受熱ブロック１とは離間して配置されているので、図４に示すように、フィン３と受熱ブロック１との間に空気の対流Ｆが生じる。このような対流Ｆは複数のフィン３の間を流れて各フィン３から熱を奪うので、フィン３はより効率的に放熱をすることができる。また、フィン３が、受熱ブロック１のＬＥＤ素子基板６が装着された面および板状部材４とは略垂直に配置されているため、対流Ｆは流れが阻害されることなくスムーズに複数のフィン３の間を流れることできる。これによって各フィン３の放熱はより効率的かつフィン毎でばらつきなく行われ、ヒートシンク１０全体の放熱量も高まる。
【００３３】
さらに、板状部材４は、受熱ブロック１よりも熱伝導性が低く設定されているので、板状部材４の温度上昇は抑制される。その結果、板状部材４からフィン３側へ向かって上昇する空気の流れは少なくなる。このような空気の流れはヒートシンクの中央へ向かう対流Ｆを妨げるものであるが、ヒートシンク１０においては対流Ｆが妨げられにくいので、フィン３はより効果的に放熱をすることができる。なお、受熱ブロック１から板状部材４への熱伝導を生じにくくするため、板状部材４の熱伝導性は受熱ブロック１の熱伝導性の１／１０以下であることが好ましい。
【００３４】
以上説明したように、このヒートシンク１０は、軽量でありながら高い放熱能力を有するものとなる。軽量でありながら高い放熱能力を有するヒートシンク１０は、たとえば野球場や体育館などの高所に設置され、かつ高出力のＬＥＤ素子が使用される照明装置用のヒートシンクとして特に好適である。
【００３５】
なお、ヒートシンク１０は、対象物に上方から光を照射するために、受熱ブロック１側がフィン３よりも重力方向下方になるように設置されてもよいし、対象物に斜め方向から光を照射するように傾斜して設置されてもよいし、対象物に下方から光を照射するために、フィン３側が受熱ブロック１よりも重力方向下方になるように設置されてもよい。
【００３６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るヒートシンク１０Ａの模式的な斜視図である。図６は、ヒートシンク１０ＡのＣ矢視一部切欠図である。図７は、ヒートシンク１０Ａの上面図である。図８は、ヒートシンク１０ＡのＤ矢視図である。
【００３７】
図５〜８に示すように、ヒートシンク１０Ａは、図１〜４に示すヒートシンク１０において、受熱ブロック１を受熱ブロック１Ａに置き換え、板状部材４を板状部材４Ａに置き換えた構成を有する。
【００３８】
受熱ブロック１Ａは、フィン３に向かって表面（側面）が流線型に形成された部分１Ａａを有する点が、受熱ブロック１とは異なる。また、板状部材４Ａは、複数の孔４Ａａが設けられている点が、板状部材４とは異なる。
【００３９】
板状部材４Ａに孔４Ａａが設けられていることによって、図８に示すように孔４Ａａを通過する対流Ｆが生じる。また、さらには、受熱ブロック１Ａの流線型の部分１Ａａによって、対流Ｆはよりスムーズにフィン３に到達することができる。これによって、フィン３はより一層効率的に放熱を行うことができるので、ヒートシンク１０Ａ全体の放熱量も高まる。
【００４０】
このヒートシンク１０Ａも、軽量でありながら高い放熱能力を有するものであり、高所に設置され、かつ高出力のＬＥＤ素子が使用される照明装置用のヒートシンクとして特に好適である。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、受熱ブロックと板状部材とは別体で形成されているが、板状部材と受熱ブロックとは一体に形成されていてもよい。一体で形成され、同一の材料で形成されていたとしても、板状部材を受熱ブロックよりも薄く形成することによって、板状部材は受熱ブロックよりも低熱伝導性かつ軽量なものとなる。また、さらに、受熱ブロックと板状部材との間に、板状部材よりも熱伝導率が低い材料からなる部材を介挿して、板状部材に伝導する熱を抑制してもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では、ヒートパイプは、全体がＵ字状であるが、たとえば一部にＵ字状の部分を有する形状でもよい。また、上記実施の形態では、ヒートパイプは受熱ブロックに形成された貫通孔に挿通固定されているが、たとえば受熱ブロックの表面に溝が形成されており、その溝に埋設されることによって、受熱ブロックと熱的に接続していてもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１Ａ  受熱ブロック
１Ａａ  部分
２  ヒートパイプ
３  フィン
４、４Ａ  板状部材
４Ａａ  孔
５  反射傘
６  ＬＥＤ素子基板
７  ＬＥＤ素子
１０、１０Ａ  ヒートシンク
Ｆ  対流
【図１】
2014135350.tif 000003
【図２】
2014135350.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014135350.tif 000006
【図５】
2014135350.tif 000007
【図６】
2014135350.tif 000008
【図７】
2014135350.tif 000009
【図８】
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