(57)【要約】【課題】放熱性能を高めてその軽量化を図ることができるとともに、製造の容易化と耐久性の向上を図ることができるヒートシンクを提供すること。【解決手段】ベースプレート２の背面に複数の放熱フィン３を冷却風の流れ方向に沿って互いに平行に立設して成るヒートシンク１において、前記各放熱フィン３の両面に高熱伝達率部３ａと低熱伝達率部３ｂを冷却風の流れ方向に沿って交互に配置する。例えば、隣接する放熱フィン３の相対向する面において高熱伝達率部３ａと低熱伝達率部３ｂとが対向するよう構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを冷却風の流れ方向に沿って互いに平行に立設して成るヒートシンクにおいて、
前記各放熱フィンの両面に高放射部と低放射率部を冷却風の流れ方向に沿って交互に配置したことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部と低放射率部とが対向するよう構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】
隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部同士及び低放射率部同士が対向するよう構成したことを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項４】
隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部同士及び低放射率部同士が冷却風の流れ方向に互いにずれて対向するよう構成したことを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記各放熱フィンの素材に表面処理を部分的に施すことによって前記高放射率部を形成し、素材そのものを前記低放射率部としたことを特徴とする請求項１〜４の何れか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、ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを立設して成るヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の消費電力が加速度的に上昇するのに伴って発熱量が増加しているため、高性能の冷却システムに対する需要が高まっている。又、小型化のために高密度に集積された回路においても消費される電力は増加傾向にあり、発熱量と同時に発熱密度も急激に上昇している。
【０００３】
半導体であるＬＥＤ（発光ダイオード）においても、明るさの向上に伴って従来の表示用としての用途から照明としての用途も増えており、その消費電力も増加傾向にある。
【０００４】
ところが、ＬＥＤ素子の最大の問題は、投入した電力の大部分が熱となり、自身が発する熱によって発光効率が低下するという点である。特に、大電力を消費するＬＥＤにあっては、チップ当たり数Ｗもの発熱を受け止められるだけの放熱構造が求められており、この発熱を伝導させるために従来の樹脂基板に代えて熱伝導率の高いメタルコア基板やセラミック基板が実用化されている。
【０００５】
又、ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを立設して成るヒートシンクによる放熱によってＬＥＤの発熱を抑える冷却構造も実用化されている。ここで、従来の照明装置のヒートシンクによる冷却構造の一例を図７に示す。
【０００６】
即ち、図７は従来のヒートシンクによる冷却構造の一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図であり、図示のヒートシンク１１は、熱伝導率の高いアルミニウム合金製であって、矩形プレート状のベースプレート１２の背面に、冷却風の流れ方向（図７の上下方向）に長い矩形プレート状の複数枚（図示例では１１枚）の放熱フィン１３を左右方向（冷却風の流れ方向に直交する方向）に適当な間隔で垂直に立設して構成されており、光源であるＬＥＤ１０はベースプレート１２の表面の中央に搭載されている。
【０００７】
而して、光源であるＬＥＤ１０に通電されてこれが発光すると、該ＬＥＤ１０から発せられる熱はヒートシンク１１のベースプレート１２から各放熱フィン１３ヘと伝導し、各放熱フィン１３から空気中へと放熱されることによってＬＥＤ１０が冷却されてその温度上昇が抑えられる。
【０００８】
ところで、ヒートシンク１１の放熱性能を高めるためには、放熱フィン１３の総伝熱面積を拡大すれば良く、そのためには放熱フィン１３の配列ピッチを狭くして該放熱フィン１３の枚数を増やすことが考えられる。
【０００９】
又、ヒートシンクに関して、特許文献１には、冷却風の導入位置に位置するウイング状放熱フィンに接する面（包絡面）を冷却風の下流側に突出する形で湾曲させ、冷却風の排出位置に位置するウイング状放熱フィンに接する面（包絡面）を冷却風の上流側に突出する形で湾曲するように構成する提案がなされている。この構成によれば、ヒートシンクを通り抜ける冷却風の流動抵抗はヒートシンクの両側部分で最も大きくなり、ヒートシンクの中央部分に向かうに従って小さくなるため、ヒートシンクの中央部分を通り抜ける冷却風の速度と量が増加し、ヒートシンクの中央部分の下部に取り付けられる高発熱素子が発する熱を効果的に放熱させることができる。
【００１０】
ここで、図８に１枚の放熱フィン１３での放熱の様子を示すが、放熱フィン１３に対して下方から流れる冷却風は放熱フィン１３の両面に温まった空気の層である層流境界層ＢＬを形成し、この層流境界層ＢＬは放熱フィン１３の先端から冷却風の流れ方向（図８の上方）に向かって成長してその厚さが次第に大きくなる。この層流境界層ＢＬの熱放射率はその外側の領域の熱放射率よりも低いため、放熱フィン１３の層流境界層ＢＬが薄い先端部分では熱放射率（図８に矢印の長さで大きさを示す）大きく、そこから冷却風の流れ方向下流（図８の上方）に向かうに従って層流境界層ＢＬの厚さが厚くなるために熱放射率が低下する。
【００１１】
従って、図７に示すヒートシンク１１のように、各放熱フィン１３が冷却風の流れ方向に連続する長いものである場合、図９に示すように、隣設する冷却フィン１３の相対向する面に形成される層流境界層ＢＬが冷却風の流れ方向に成長して重なり、両放熱フィン１３の間の流路が層流境界層ＢＬで覆われるために放熱フィン１３の放熱性能が低下するという問題が発生する。このような問題は特許文献１において提案されたヒートシンクにおいても同様に発生する。
【００１２】
そこで、特許文献２には、図１０に示す冷却構造が提案されている。
【００１３】
即ち、図１０は特許文献２において提案された冷却構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図であり、図示のヒートシンク１１においては、そのベースプレート１２の背面に長さの異なる２種類のプレート状の放熱フィン１３，１４が冷却風の流れ方向Ｆに直交する方向（図１０の左右方向）に互い違いに配列されて垂直且つ平行に立設されている。
【００１４】
斯かる冷却構造によれば、発熱源であるＬＥＤ１０から発せられる熱はヒートシンク１１のベースプレート１２から各放熱フィン１３，１４ヘと伝導し、各放熱フィン１３，１４から空気中へと放熱されることによってＬＥＤ１０が冷却されてその温度上昇が抑えられるが、ヒートシンク１１の長さの異なる複数の放熱フィン１３，１４を冷却風の流れ方向Ｆに直交する方向（左右方向）に互い違いに配列したため、各放熱フィン１３，１４の長さＬ１，Ｌ２を図７に示したヒートシンク１１の放熱フィン１３の長さよりも短くすることができ、例えば図１１に示すように、放熱フィン１３の両面に先端から成長する層流境界層ＢＬの厚さが薄くなるとともに、隣接する放熱フィン１３同士及び放熱フィン１４同士の間隔Ｐを大きくすることができる。このため、長さの異なる各放熱フィン１３，１４の左右方向に隣接するもの同士の間（冷却風の流路）が成長して厚さが厚くなった層流境界層ＢＬによって塞がれることがなく、各放熱フィン１３，１４の放熱性が高められてヒートシンク１１全体の放熱性能が高められる。この結果、放熱フィン１３，１４の数（連続した１本の放熱フィンに換算した本数）を減らしてヒートシンク１１の軽量化を図ることができる。尚、図１１は図１０（ｂ）のＡ部拡大詳細図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３４０５９００号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８４８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献２において提案された図１０に示す冷却構造においては、冷却風の流れ方向上流側からヒートシンク１１を見た場合、放熱フィン１３，１４が途中で途切れた構造となっているため、放熱フィン１３，１４の途切れた部分は放熱に直接寄与しておらず、放熱効率の向上には限界があるという問題があった。
【００１７】
又、ヒートシンク１１のベースプレート１２の背面に長さの異なる２種類の放熱フィン１３，１４が冷却風の流れ方向Ｆに直交する方向に互い違いに配列されて立設されているため、ヒートシンク１１の製造が容易でない他、各放熱フィン１３，１４はその長さが比較的短く、ベースプレート１２に結合されている部分が小さいため、放熱フィン１３，１４に力が加わると該放熱フィン１３，１４が折れ易いという耐久上の問題があった。
【００１８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱性能を高めてその軽量化を図ることができるとともに、製造の容易化と耐久性の向上を図ることができるヒートシンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の照明装置は、ベースプレートの背面に複数の放熱フィンを冷却風の流れ方向に沿って互いに平行に立設して成るヒートシンクにおいて、前記各放熱フィンの両面に高放射率部と低放射率部を冷却風の流れ方向に沿って交互に配置したことを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部と低放射率部とが対向するよう構成したことを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部同士及び低放射率部同士が対向するよう構成したことを特徴とすることを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部同士及び低放射率部同士が冷却風の流れ方向に互いにずれて対向するよう構成したことを特徴とすることを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記各放熱フィンの素材に表面処理を部分的に施すことによって前記高放射率部を形成し、素材そのものを前記低放射率部としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発明によれば、各放熱フィンの両面に高放射率部と低放射率部を冷却風の流れ方向に沿って交互に配置したため、各放熱フィンに沿って形成される層流境界層は低放射率部で消滅若しくは薄くなる。このため、各放熱フィンにおいて層流境界層が冷却風の流れ方向に沿って連続して成長してその厚さが厚くなることがなく、層流境界層は一定の厚さ以下に抑えられて各放熱フィンの放熱性が向上する。この結果、ヒートシンク全体の放熱性能が向上し、放熱フィンの数を減らしてヒートシンクの軽量化を図ることができる。
【００２５】
又、ヒートシンクの各放熱フィンは、途中で分断されることなく連続した１本の構造物として構成されるため、ヒートシンクの製造が容易化するとともに、各放熱フィンはその長さが比較的長く、ベースプレートに結合されている部分が大きいため、放熱フィンに力が加わわっても該放熱フィンが折れにくく、ヒートシンクの耐久性が高められる。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、ヒートシンクの隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部と低放射率部とが対向するよう構成したため、隣接する放熱フィンの間において層流境界層が左右交互に発生することになり、隣接する放熱フィンの間の間隔（配列ピッチ）を狭くしてヒートシンクの小型化と軽量化を図ることができる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、ヒートシンクの隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部同士及び低放射率部同士が対向するよう構成したため、隣接する放熱フィンの間に発生する層流境界層が左右対称となり、放熱フィンの間を通過する冷却風が直進してその流速が高められ、ヒートシンクの放熱性が一層効果的に高められる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、ヒートシンクの隣接する放熱フィンの相対向する面において高放射率部同士及び低放射率部同士が冷却風の流れ方向に互いにずれて対向するよう構成したため、請求項２と請求項３記載の発明の各効果の双方を或る程度享受することができ、ヒートシンクの小型化と軽量化を図りつつ、放熱フィンの間を通過する冷却風の流速を高めてヒートシンクの放熱性を高めることができる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、ヒートシンクの各放熱フィンの素材に表面処理を部分的に施すことによって、各放熱フィンの両面に高放射率部と低放射部を冷却風の流れ方向に沿って交互に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートシンクの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るヒートシンクの正面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るヒートシンクの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るヒートシンクの正面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るヒートシンクの斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るヒートシンクの正面図である。
【図７】従来のヒートシンクによる冷却構造の一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図８】１枚の放熱フィンでの放熱の様子を示す図である。
【図９】隣接する放熱フィンにおける層流境界層の形態を示す図である。
【図１０】特許文献２において提案された冷却構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図１１】図１０（ｂ）のＡ部拡大詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３２】
＜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の斜視図、図２は同ヒートシンクの正面図であり、本実施の形態に係るヒートシンク１には、自然対流又は不図示の送風機等による強制送風によって下方から上方に向かう冷却風による外部冷却方式が採用されている。
【００３３】
而して、ヒートシンク１は、放射率の高いカーボン材によって一体に構成されており、矩形プレート状のベースプレート２の表面には、冷却風の流れ方向（図１及び図２の上下方向）に沿う複数のプレート状の放熱フィン３が垂直且つ平行に立設されている。そして、本実施の形態においては、各放熱フィン３の左右両面には高放射率部（ハッチング及び黒塗り部分）３ａと低放射率部３ｂが冷却風の流れ方向（上下方向）に沿って交互に複数配置されている。
【００３４】
ここで、各放熱フィン３において、高放射率部３ａは、素材であるカーボン材の表面の一部にイオンエッチング等の表面処理を施すことによって形成され、この高放射率部３ａの放射率は低放射率部３ｂの放射率よりも大きく設定される。そして、各放熱フィン３において、低放射部３ｂは、素材であるカーボン材そのものによって構成され、その放射率は高放射率部３ａのそれよりも小さく設定されている。尚、本実施の形態では、ヒートシンク１の放熱フィン３において、表面処理を行った高放射率部３ａの放射率は０．９９程度、表面処理を行っていない低放射率部の放射率は０．７６〜０．７９程度である。
【００３５】
以上のように構成されたヒートシンク１において、不図示の熱源において発生した熱は、ヒートシンク１のベースプレート２から各放熱フィン３ヘと伝導し、各放熱フィン３から空気中へと放熱されることによって熱源が冷却されてその温度上昇が抑えられるが、本実施の形態に係るヒートシンク１によれば以下のような効果が得られる。
【００３６】
即ち、本実施の形態では、ヒートシンク１の各放熱フィン３の両面に高放射率部３ａと低放射率部３ｂを冷却風の流れ方向に沿って交互に配置したため、各放熱フィン３に沿って形成される層流境界層は低放射率部３ｂで消滅若しくは薄くなる。このため、各放熱フィン３において層流境界層が冷却風の流れ方向に沿って連続して成長してその厚さが厚くなることがなく、層流境界層は一定の厚さ以下に抑えられて各放熱フィン３の放熱性が向上する。この結果、ヒートシンク１全体の放熱性能が向上し、放熱フィン３の数を減らしてヒートシンク１の小型・軽量化を図ることができる。
【００３７】
特に、本実施の形態では、ヒートシンク１の隣接する放熱フィン３の相対向する面において高放射率部３ａと低放射率部３ｂとが対向するよう構成したため、隣接する放熱フィン３の間において層流境界層が左右交互に発生することになり、隣接する放熱フィン３の間の間隔（配列ピッチ）を狭くしてヒートシンク１の小型化と軽量化を図ることができる。
【００３８】
又、本実施の形態に係るヒートシンク１の各放熱フィン３は、途中で分断されることなく連続した１本の構造物として構成されるため、ヒートシンク１の製造が容易化するとともに、各放熱フィン３はその長さが比較的長く、ベースプレート２に結合されている部分が大きいため、冷却フィン３に力が加わわっても該放熱フィン３が折れにくく、ヒートシンク１の耐久性が高められる。
【００３９】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施に形態２を図３及び図４に基づいて以下に説明する。
【００４０】
図３は本発明の実施の形態２に係るヒートシンクの斜視図、図４は同ヒートシンクの正面図であり、これらの図においては図１及び図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態は、ヒートシンク１の隣接する放熱フィン３の相対向する面において高放射率部３ａ同士及び低放射率部３ｂ同士が対向するよう構成したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。
【００４２】
而して、本実施の形態に係るヒートシンク１によれば、隣接する放熱フィン３の相対向する面において高放射率部３ａと低放射率部３ｂとが対向するよう構成したため、隣接する放熱フィン３の間に発生する層流境界層が左右対称となり、放熱フィン３の間を通過する冷却風が直進してその流速が高められ、ヒートシンク１の放熱性が一層効果的に高められる。
【００４３】
又、本実施の形態においても、ヒートシンク１の各放熱フィン３は、途中で分断されることなく連続した１本の構造物として構成されるため、ヒートシンクの製造が容易化するとともに、各放熱フィンはその長さが比較的長く、ベースプレートに結合されている部分が大きいため、冷却フィンに力が加わわっても該放熱フィンが折れにくく、ヒートシンクの耐久性が高められるという効果が得られる。
【００４４】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図５及び図６に基づいて以下に説明する。
【００４５】
図５は本発明の実施の形態３に係るヒートシンクの斜視図、図６は同ヒートシンクの正面図であり、これらの図においても図１及び図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００４６】
本実施の形態は、ヒートシンク１の隣接する放熱フィン３の相対向する面において高放射率部３ａ同士及び低放射率部３ｂ同士が冷却風の流れ方向にそれぞれの長さの半分だけ互いにずれて対向するよう構成したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態１のそれと同じである。
【００４７】
而して、本実施の形態に係るヒートシンク１によれば、隣接する放熱フィン３の相対向する面において高放射率部３ａ同士及び低放射率部３ｂ同士が冷却風の流れ方向に互いにずれて対向するよう構成したため、前記実施の形態１と２の効果の双方を或る程度享受することができ、ヒートシンク１の小型化と軽量化を図りつつ、放熱フィン３の間を通過する冷却風の流速を高めてヒートシンク１の放熱性を高めることができる。
【００４８】
又、本実施の形態においても、ヒートシンク１の各放熱フィン３は、途中で分断されることなく連続した１本の構造物として構成されるため、ヒートシンク１の製造が容易化するとともに、各放熱フィン３はその長さが比較的長く、ベースプレート２に結合されている部分が大きいため、放熱フィン３に力が加わわっても該放熱フィン３が折れにくく、ヒートシンク１の耐久性が高められるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００４９】
１      ヒートシンク
２      ヒートシンクのベースプレート
３      ヒートシンクの放熱フィン
３ａ    放熱フィンの高放射率部
３ｂ    放熱フィンの低放射率部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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