(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピン形フィン及び支持体を備えるヒートシンクであって、前記ピン形フィンがそれぞれ、前記支持体に対するフィン高さ、前記支持体に関連する底部及び頂部を有し、前記ピン形フィンの断面が、１．２〜１０の範囲から選択された比ｄ１／ｄ２を有する第１の幅ｄ１及び第２の幅ｄ２、並びに第１の幅軸を有し、これらピン形フィンの前記第１の幅軸は平行に配置されており、前記ピン形フィンは、前記ピン形フィンのフィン高さの少なくとも一部分にわたって中空であり、前記ピン形フィンがそれぞれフィン壁を備え、前記フィン壁が、前記ピン形フィン内に、空洞高さを有する空洞を画定し、前記空洞が、空洞断面積を有する空洞断面を有し、前記空洞高さの少なくとも一部分にわたって、前記空洞断面積が、前記頂部から前記底部の方向に低減する、ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートシンク及び光源を備えた照明装置であって、前記ヒートシンクは、動作時に光源からの熱エネルギーを放散させる、照明装置。
【請求項３】
複数のピン形フィンが、１．２×ｄ１〜６×ｄ１の範囲から選択された１つ又は複数のピッチを有するアレイで配置される、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記ピン形フィンの頂部が閉じている、請求項２又は３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記ピン形フィンは、０．５〜１００ｃｍの範囲の高さを有する、請求項２乃至４の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記ヒートシンクが、前記複数のピン形フィンの頂部に関連する支持構造体を備える、請求項２乃至５の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記ピン形フィンのフィン高さの少なくとも一部分にわたって、前記ピン形フィンは熱伝導性材料で充填されている、請求項２乃至６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記ピン形フィンが六角形アレイで配置される、請求項２乃至７の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
投光器を備える、請求項２乃至８の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記ヒートシンクは、照明装置の動作中に、空気流が、前記ピン形フィンの間を、前記第１の幅軸に対して平行な方向に流れることを可能にする、請求項２乃至９の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記ピン形フィンは、アルミニウム、マグネシウム、銅、金、銀及びこれらを１つ以上含む合金からなるグループから選択された材料を含む、請求項２乃至１０の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記ピン形フィンが、長円形、長方形及び菱形からなるグループから選択された断面形状を有する、請求項２乃至１１の何れか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクを含む照明装置に関する。本発明はさらに、該照明装置などの装置を組み立てる方法に関する。本発明はさらに、このヒートシンク自体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野では、照明用途に対してヒートシンクを使用することが知られている。例えば、米国特許出願公開第２０１４１４６５４４号は、さまざまな数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を収容することができるＬＥＤ光学光エンジン・スポットライトを記載している。ＬＥＤの前に取り付けられた光学投影レンズが、別々のＬＥＤビームを合わせて、ハロゲン灯と反射器とによって提供される単一ビームと同様の単一ビームにする。ヒートシンクが、最大約１００°Ｆの対流冷却を提供する。より極端な条件に対しては、任意選択の送風機が追加の熱放散を提供する。任意選択の付属レンズが、例えば投光レンズ、有色レンズ及びロック・ガードを含む追加の能力を提供する。図示された装置は、有線式又は無線式とすることができる。多くのベース・ユニット並びに／又はパン・プラットホーム及び傾斜プラットホームに対して、図示された装置を適合させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかのＬＥＤ照明用途では、照明ソリューション全体の重量が決定的に重要な因子である。照明システムの現在の発光効率では多くの熱を除去する必要があり、そのためには、大きなヒートシンク・フィン面積が必要である。ヒートシンクの重量が、（システム又は装置の）総重量の５０％超を占めることがある。用途に対して受入れ可能なソリューションに到達するためには、冷却システムの重量低減が不可欠である。例えば、屋外業務用途では、いわゆる投光器を冷却するために大きなヒートシンクが使用されている。このようなシステムの重量は通常約２５ｋｇあり、そのうちヒートシンクの重量が６０％を占める。フィンを薄くすることが重要と考えられるが、フィンを薄くすると、寸法が、相応の技術を用いて達成するのが非常に困難なものとなる可能性がある。さらに、ヒートシンクの薄いフィンは、特に屋外用途で使用されたときに、変形及び損傷を受けやすいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、ヒートシンクを備える代替装置、特に照明装置であって、好ましくは、さらに、上述の欠点のうちの１つ又は複数の欠点を少なくとも部分的に取り除く装置を提供することが本発明の一態様である。代替ヒートシンク、好ましくは、さらに、上述の欠点のうちの１つ又は複数の欠点を少なくとも部分的に取り除く代替ヒートシンクを提供することも本発明の一態様である。このような装置（及びヒートシンク）を組み立てる代替法を提供することも本発明の一態様である。
【０００５】
特に中空ピンは、軽量で、それにもかかわらず（非常に）良好な熱放散を依然として提供するヒートシンクにつながりうると考えられた。（中空）ピン・フィン構造体を空気流場に置くことは、高い熱伝達率につながり、熱伝達率が高いと、同じ熱性能を得るのに、材料の面積及び体積がより小さくてすむ。しかしながら、この管形構造体による空気流の妨害が熱性能の制限因子となる可能性もある。空気流は、ヒートシンクの外側へ全ての熱を伝達するのに十分な大きさであるべきである。最大効率のソリューションを得るためには、管の断面形状が非軸対称であるべきであり、特に、予想される空気流の方向と整列しているべきであると考えられた。こうすることにより、全体として、ヒートシンクの低い流体抵抗を達成することができる。
【０００６】
したがって、本発明における提案のソリューションは、ベース・プレート上の通常のフィンの代わりに、ベース・プレート（本明細書では「プレート」又は「支持体」としても示される）に取り付けられた、壁の薄い管を使用することである。この中空管は、剛性のある構造と軽量の構造を同時に可能にする。この管は、薄い（フィン）壁厚などに起因する低い重量を有し、さらに、管状の形状に起因する、屈曲及び座屈に対する高い剛性を有する。内部流路は、いくつかの実施形態においてあまり大きな熱的機能を果たさない。フィン・ヒートシンクに比べて、本発明のピン形フィンはかなり大きな断面サイズを有する。したがって、本明細書では特に、管の断面が非軸対称であり、管が、予想される空気流の方向と整列する。具体的には、空気流の方向と整列した長円形の形状が、大きな面積を結合しており、同時に、ヒートシンクを通り抜ける大きな空気流を可能にする。
【０００７】
したがって、第１の態様では、本発明が、光源及びヒートシンクを備えた照明装置であって、ヒートシンクは、（光源が）動作時の光源からの熱エネルギーを放散させるように構成されており、ヒートシンクは、複数のピン形フィン（本明細書では「フィン」としても示される）及び支持体を備え、フィンがそれぞれ、支持体に対するフィン高さ（ｈ）、支持体に関連する底部及び頂部を有し、ピン形フィンの断面が、１．２〜１５、特に１．２〜１０の範囲から選択された比ｄ１／ｄ２を特に有する第１の幅（ｄ１）及び第２の幅（ｄ２）、並びに第１の幅軸を有し、特に、これらピン形フィンの第１の幅軸が平行に配置されており、特に、ピン形フィンが、ピン形フィンのフィン高さ（ｈ）の少なくとも一部分にわたって中空であり、ピン形フィン（２１０）がそれぞれフィン壁（２１５）を備え、フィン壁（２１５）が、ピン形フィン（２１０）内に、空洞高さ（ｈ２）を有する空洞（２１６）を画定し、この空洞（２１６）が、空洞断面積（２１８）を有する空洞断面（２１７）を有し、空洞高さ（ｈ２）の少なくとも一部分にわたって、空洞断面積（２１８）が、頂部（２１４）から底部（２１３）の方向に低減する、照明装置を提供する。
【０００８】
他の態様では、本発明がさらに、該ヒートシンク自体、すなわち、複数のピン形フィン及び支持体を備えるヒートシンク、具体的には（本明細書でさらに説明される照明装置などの）照明装置用のヒートシンクであって、フィンがそれぞれ、支持体に対するフィン高さ（ｈ）、支持体に関連する底部（すなわち支持体側の部分）、頂部（すなわち支持体から最も遠く離れた部分）を有し、フィンの断面が、１．２〜１５、特に１．２〜１０の範囲から選択された比ｄ１／ｄ２を特に有する第１の幅（ｄ１）及び第２の幅（ｄ２）、並びに第１の幅軸を有し、特に、これらピン形フィンの第１の幅軸が平行に配置されており、特に、ピン形フィンが、ピン形フィンのフィン高さ（ｈ）の少なくとも一部分にわたって中空であり、ピン形フィン（２１０）がそれぞれフィン壁（２１５）を備え、フィン壁（２１５）が、ピン形フィン（２１０）内に、空洞高さ（ｈ２）を有する空洞（２１６）を画定し、この空洞（２１６）が、空洞断面積（２１８）を有する空洞断面（２１７）を有し、空洞高さ（ｈ２）の少なくとも一部分にわたって、空洞断面積（２１８）が、頂部（２１４）から底部（２１３）の方向に低減する、ヒートシンクを提供する。より一般的には、本発明はさらに、光源などの発熱性機能要素（本明細書では「機能要素」としても示される）及び該ヒートシンクを備え、特に、ヒートシンクは、（発熱性機能要素が）動作時の発熱性機能要素からの熱エネルギーを放散させるように構成された装置を提供する。本発明は、特に照明機能を有する装置に関して以下にさらに説明される。
【０００９】
さらに、いくつかの実施形態では、このような空洞の幅は、空洞の全長にわたって必ずしも同じではない（すなわち、ピン形フィンの壁の厚さが高さに沿って変化する）。これに従って、この空洞は、頂部に近いほど大きく、底部に近いほど小さい。これによってピン形フィンの強度が増すことがあり、強度が増すことは特に、長いフィンに対して適切であることがある。
【００１０】
該ヒートシンクは、はるかに軽量でありながら、従来のヒートシンクと同じ放散特性を有することができると考えられる。言い換えると、重量が同じなら、はるかに良好な熱エネルギー放散特性が得られる。（したがって）この重量低減を使用して、適当なヒートシンク機能を依然として維持したまま、ヒートシンクのサイズを低減させることができる。さらに、効率は一般に温度の上昇とともに低下するため、該ヒートシンクを使用して装置の効率を向上させることもできる。本発明のヒートシンクを用いると、光源などの装置内の機能要素をより良好に冷却することができ、このことは、（光源などの）装置のより効率的な動作につながる。ここでは、効率という用語が特に、システム発光効率（ｌｍ／Ｗで表される）又はシステム効率（光出力／総出力で表される）に関する。非照明装置に関しては、効率の他の表示を使用することができる。
【００１１】
上に示した発熱性機能要素は、特に光を発するときに熱を発生させる光源など、その機能を利用するために使用され、それによって熱エネルギーを発生させる任意の要素とすることができるが、電気通信機器、例えばモバイル・ネットワーク用の電気通信機器、（特に）多数のパワー・トランジスタを使用する電子機器、自動車用途などとすることもできる。この光源は、ハロゲン・ランプ、高圧ランプ、メタルハライド・ランプ、ナトリウム・ランプ、ＬＥＤランプなどを含む任意の光源とすることができる。特定の実施形態では、光源は、（ＬＥＤ又はレーザ・ダイオードなどの）固体ＬＥＤ光源を構成する。用語「光源」は、複数の光源、例えば２〜２０個の（固体）ＬＥＤ光源に関することもある。しかしながら、光源は、これよりもずっと多くのＬＥＤ光源を含むことができる。したがって、用語ＬＥＤは、複数のＬＥＤを指すこともある。
【００１２】
本明細書に記載された照明装置は特に投光器を構成することができる。投光器は特に、ブロード・ビームを発する高強度人工灯である。投光器はしばしば、弱光条件下で屋外スポーツ・イベントが開催されている間、屋外運動場を照明するために使用され、又は、コンサート、演劇などのライブ・パフォーマンスにおける舞台照明機器として使用される。投光器は通常、少なくとも７０ルーメン／ワット、例えば少なくとも１００ルーメン／ワットの発光効率を提供する。投光器は、完全にＬＥＤベースとすることができる。
【００１３】
ヒートシンクは当技術分野で知られている。ヒートシンクは、周囲の媒質中に熱を放散させることによって装置を冷却する受動的熱交換器と定義することができる。ヒートシンクは特に、空気などのヒートシンクの周囲の冷却媒質と接触するヒートシンクの表面積を最大にするように設計される。このヒートシンクと機能要素とは互いに物理的に接触させることができる。しかしながら、その代わりに又はそれに加えて、熱接着剤、熱グリースなどの熱伝導性媒質を間に置くこともできる。さらに、その代わりに又はそれに加えて、機能要素とヒートシンクとの間にヒート・パイプを配置することもできる。このようなヒート・パイプを使用して、機能要素からヒートシンクに熱を伝達することができ、ヒートシンクを使用して、熱エネルギーを環境に放散させることができる。したがって、このヒートシンクは、（動作中であるときの）機能要素、特に光源からの熱エネルギーを放散させるように構成されている。
【００１４】
このヒートシンクは、支持体及び複数のピン形フィンを備える。フィンは支持体に結合されている。例えば、フィンは、支持体に溶接されており、支持体にねじ留めされており、支持体によって係合されている。任意選択で、支持体とフィンは、型を使用することによって得ることができるものなどの単一のユニットである。ヒートシンクを生産する方法は当技術分野で知られている。例えば、フィンは、押出し成形、ダイキャスティング、深絞り、金属スタンピングなどによって生産することができる。したがって、用語「〜に結合された」は、フィンと支持体との間の技術的に可能な任意の接続を指す。
【００１５】
上に示したとおり、ピン形フィンは頂部及び底部を有する。特に、底部として示された部分は支持体に結合されている。フィンは両面が開いており、又は一方の面が閉じており、又は両面が閉じている（下記の説明も参照されたい）。フィンはフィン高さを有し、フィン高さは一般に、フィン幅よりもかなり大きい（下記の説明も参照されたい）。フィンは、少なくとも０．５ｃｍ、例えば少なくとも１ｃｍ又は少なくとも２ｃｍの高さを有することができるが、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも２０ｃｍ、又は少なくとも５０ｃｍの高さを有するフィンが可能なこともある。（高さ）１００ｃｍ以上のフィンが可能なこともある。したがって、ピン形フィンは、０．５〜１５０ｃｍの範囲、特に０．５〜１００ｃｍの範囲の高さを有することができる。ヒートシンクのフィンは一般に等しい高さを有するが、異なる高さの分布が可能なこともある。ピン形フィンは、０．１〜２０ｍｍの範囲、特に０．１〜１０ｍｍの範囲の（フィン）壁厚を有することができる。フィンの高さに応じて厚さを変えることができる。すなわち、一般に、高いフィンほど厚い壁を有する。壁厚は一般に、フィンの高さ又は幅よりもかなり小さい。支持体は特に、０．５〜５０ｍｍの範囲の厚さ、例えば２〜１０ｍｍの範囲の厚さを有することができる。
【００１６】
上に示したとおり、ピンは中空である。すなわち、少なくともフィンの高さの一部分にわたってフィンが中空である。一般に、フィンは、実質的に全高にわたって中空である。例えば、フィンの高さの少なくとも５０％、特に少なくとも９０％、例えば１００％にわたってフィンが中空である。例えば、このようなフィンは、金属スタンピング又は他のスタンピング技法を用いて得ることができる。したがって、このような中空フィン内に形成される空洞は、必ずしも全高にわたって延びているわけではない（すなわち、フィンは、高さの一部分だけが中空である）。したがって、フィンは特に、断面のアスペクト比が１よりも大きい管状の形状を有する。したがって、フィンは、一端又は両端が閉じた中空パイプのような構造を有することがある。
【００１７】
さらに、このような空洞の内部は空とすることができるが、このような空洞に材料、特に熱伝導性材料及び特に軽量材料を充填することもできる。したがって、一実施形態では、ピン形フィンのフィン高さ（ｈ）の少なくとも一部分にわたって、ピン形フィンに熱伝導性材料が充填されている。しかしながら、任意選択で、この空洞を、ヒート・パイプとして構成することもできる。したがって、空洞の中空部分の少なくとも一部分又は全体に、空気以外の材料又は空気及びフィン壁材料以外の材料を充填することができる。或いは、フィンは、特にフィンが中空である長さの少なくとも一部分にわたってマッシブである。一実施形態では、この充填材料が、例えばポリスチレン又は他のポリマー材料を含む。
【００１８】
支持体及びピン形フィンの構造により、フィンの底部は一般に、（フィンが支持体に結合されるときに支持体によって）事実上閉じられる。したがって、本明細書では、空気がその中を流れる流路の機能を有するようには、フィンが特に構成されていない。したがって、頂端は（も）必ずしも開いていない。そのため、いくつかの実施形態では、頂部端が開いており、前記開いた頂部から、フィンの高さの５０％、８０％又は９０％にわたってフィンが中空である。他の実施形態では、ピン形フィンの頂部が閉じている。このことは特に、屋外用途に対して適切であることがある。このような閉鎖は、金属スタンピングを使用したときに容易に得られる。そのようにして得られたフィンは一部分が閉じているためである。この開いた部分を支持体に対して配置することによって、頂部は、定義により閉じられる（上に示したとおり、底部は特に支持体によって閉じられる）。しかしながら、フィンを閉じる他の選択肢を使用することもできる（下記の説明も参照されたい）。したがって、支持体とフィンとを組み立てると、特に、断面のアスペクト比が１よりも大きく、内部に空洞があり、一方の面（底部）が閉じており、任意選択でもう一方の面（頂部）も閉じている管形のフィンを得ることができる。
【００１９】
支持体は平らとすることができるが、任意選択で、支持体は湾曲していてもよく、且つ／又は小平面を有していてもよい。一般に、支持体は、支持体の一方の面（任意選択で湾曲し且つ／又は小平面を有する面）にフィンが配置され、支持体のもう一方の面が光源などの機能要素に向けられたプレートのような構造を有する。特に、光源とヒートシンクは互いに物理的に接触している。例えば、ヒートシンクは、ＬＥＤ、特に複数のＬＥＤを備えるＰＣＢ（プリント回路板）又はＰＣＢのベースと接触している。
【００２０】
用語「ヒートシンク」が、複数のヒートシンクをさすこともある。したがって、装置、特に照明装置は、本明細書に記載された複数のヒートシンクを備えることができる。
【００２１】
ピン形フィンは特に、アルミニウム、マグネシウム、銅、金及び銀からなるグループから選択された材料、特にアルミニウム及び／又は銅を含む。フィンは、アルミニウム及び／又はアルミニウムの合金を含むことができる。適当な材料は例えば、アルミニウム合金１０５１、６０６１、６０６３のうちの１つ又は複数、銅、銅−タングステン、ダイヤモンド、マグネシウム、マグネシウム合金、金、銀、及びこれらの材料のうちの２つ以上の材料の組合せである。特に、この材料は、１つ又は複数の金属又は金属合金を含む。しかしながら、（金属、合金などの）熱伝導性の高い他の材料を使用することもできる。したがって、ピン形フィンは特に、前述の（金属）材料のうちの１つ又は複数の材料を含む合金からなるグループから選択された材料を含むことができる。フィンと支持体とは同じ材料を含むことができる。支持体は他の材料を含むこともできる。特に、支持体材料は、熱伝導性の高い前述の材料のうちの１つ若しくは複数の材料、又は熱伝導性の高い他の材料を含む。例えば、支持体及びフィンは、アルミニウム（合金）からなることができる。
【００２２】
このヒートシンクは複数のピン形フィンを備える。特に、このヒートシンクは、少なくとも４００個のフィンのように、＞＞１６個、例えば少なくとも１００個のフィンを含む。例えば、このヒートシンクは、支持体１ｄｍ２（１ｄｍ２＝１００ｃｍ２）当たり１０〜４００個の範囲のピン形フィンのように、支持体１ｄｍ２当たり少なくとも１０個、例えば支持体１ｄｍ２当たり少なくとも２０個のピン形フィンを備える。
【００２３】
特に、フィンは（断面が）丸形ではなく、支持体に対する（平行な）単一の方向の伸び又は歪みを有する。例えば、フィンは、長円形の断面（ヒートシンクに対して平行な平面の断面）を有する。他の形状も可能である。いくつかの実施形態では、ピン形フィンが、長円形、長方形及び菱形からなるグループから選択された断面形状を有する。したがって、フィンは、１ではない比ｄ１／ｄ２を有する第１の幅（ｄ１）及び第２の幅（ｄ２）を有する断面を有することができる。特に、フィンは、１．２〜１０、例えば特に１．４〜５、例えば１．５〜３の範囲から選択された比ｄ１／ｄ２を有する第１の幅（ｄ１）及び第２の幅（ｄ２）を有する断面を有する。本明細書では、この比がアスペクト比としても示される（上記の説明も参照されたい）。円（円形断面）のアスペクト比は１となる。特に、このフィンは、実質的にフィンの全高にわたってアスペクト比が１よりも大きい断面を有する。しかしながら、高さに沿ってこの比が変化することも排除されない。さらに、異なるフィンが異なるアスペクト比を有する実施形態も本発明に含まれる。しかしながら、実質的に全てのフィンが、本明細書に示された（アスペクト）比から選択されたアスペクト比を有する。１ではないアスペクト比を用いると、丸形フィン（アスペクト比１）又は細長いフィン（アスペクト比＞＞１０（「∞」））を用いるよりも良好な熱放散結果が得られると考えられる。
【００２４】
円形断面からの「歪み」があると、フィンの断面は、長軸及び短軸を含む（直角に配置された）２本の軸を含むことがある。両軸は特に、支持体に対して平行である。本明細書では、この長軸が、第１の幅軸として示される（短軸は第２の幅軸として示される）。良好な熱放散のためには、フィンの第１の幅軸が平行に配置されていることが望ましい。このようにすると、摩擦をあまり生じることなくその中を空気が容易に流れる流路が形成されることがある。第１の幅軸は特に、ピン形フィンの長さ軸に対して直角であり、特に支持体に対して平行である。
【００２５】
用語「平行」は、「実質的に平行」として示されることもある。例えば、平行は特に、（支持体に対して平行な）主軸が画定され、第１の幅軸が、このような主軸と約１５°以内の角度、特に約１０°以内の角度、特に約５°以内の角度をなすことを示す。したがって、当業者には明白なことだが、完全な平行からのわずかのずれは許容されることがある。それぞれが複数のピン形フィンを有する複数の小部分であって、そのような（それぞれの）小部分内では第１の幅軸が平行だが、異なる小部分の第１の幅軸どうしは必ずしも平行ではない複数の小部分があってもよいことに留意されたい。
【００２６】
特に、このヒートシンクは、照明装置又は他の機能装置の動作中に、空気流が、ピン形フィンの間を、第１の幅軸に対して平行な方向に流れることを許すように構成されている。（照明）装置の通常の（又は意図された）使用中に最良の熱エネルギー放散特性を提供するためにヒートシンクをどのように配置すればよいかは、当業者なら理解するであろう。（ピン形フィンの間を第１の幅軸に対して平行な方向に流れる）このような流れを生み出すため、任意選択で、この装置はさらに、送風機又は他の装置を含むことができる。さらに、フィンが環境中にあり、支持体が機能要素と物理的に接触するように、ヒートシンクを配置することができる。さらに、このようにすると、照明装置又は他の機能装置の動作中に、空気流が、ピン形フィンの間を、第１の幅軸に対して平行な方向に流れることを許すように、ヒートシンクが構成される。ヒートシンクがユニット内に配置されるとき、そのユニットは例えば、照明装置又は他の機能装置の動作中に、空気流が、ピン形フィン間を、第１の幅軸に対して平行な方向に流れるような態様で配置された開口を備える。
【００２７】
フィンは一般に等辺等角のアレイとして配置されるが、任意選択で、フィンを非等辺等角に配置することもできる。フィンが等辺等角のアレイとして配置される特定の実施形態では、複数のピン形フィンが、１．１×ｄ１〜１５×ｄ１、特に１．２×ｄ１〜６×ｄ１、特に１．５×ｄ１〜３×ｄ１の範囲から選択された１つ又は複数のピッチ（ｐ）を有するアレイとして配置される。このような寸法は、一方ではフィンの良好な密度を提供することができ、他方では、良好なヒートシンク表面を提供することができる。（最も近い近隣のフィン（以後、最近隣フィン）間のピッチが全て同一であることがある）正六面体（正方形）配置、六角形配置など、等辺等角のさまざまなタイプのアレイが可能である。したがって、一実施形態では、ピン形フィンが六角形アレイとして配置される。異なるタイプのアレイの組合せを使用することもできる。
【００２８】
特定の実施形態では、特にヒートシンクの強度を高めるため、特に（２０ｃｍ超、特に５０ｃｍ超など）比較的に長いフィンを有するヒートシンクに対しては、フィンの頂部（又はフィンの頂部の近く）に補強構造体を提供することが望ましい。したがって、一実施形態では、ヒートシンクが、複数のピン形フィンの頂部に結合された支持構造体を備える。一実施形態では、この支持構造体が、フィンの底部の支持体と実質的に同一である。しかしながら、この支持構造体は、アルミニウム金網のような（金）網などのワイヤ構造体を含むこともできる。この支持構造体は、モノリシック体、任意選択で、高い熱伝導率を有するモノリシック体を構成することもできる。この支持構造体は、はんだ付け、溶接又は（単純な）物理的係合を含む、当技術分野で知られている方法を用いてフィンに結合することができ、この物理的係合とは、例えば、（フィン（の頂部）に支持構造体を）クランピング又はピンチングすることによる。
【００２９】
上に示したとおり、他の態様では、本発明はさらに、発熱性機能要素及びヒートシンクを備える装置を組み立てる方法を提供する。この方法は、発熱性機能要素及びヒートシンクを提供すること、並びに、発熱性機能要素が動作時に、発熱性機能要素からの熱エネルギーをヒートシンクを介して放散させるように、発熱性機能要素及びヒートシンクを機能的に構成することを含む。ヒートシンクと機能要素の組立ては、はんだ付け、溶接、接着、ねじ留め（係合）、同じ基板上に配置するなど、当技術分野で知られている方法によって実行することができる。特に、この装置は照明装置を構成することができ、機能要素は光源を構成することができる。発熱性機能要素の使用中に、ヒートシンクは、発熱性機能要素の熱エネルギー、すなわち発熱性機能要素からの熱エネルギーを放散させる。したがって、一実施形態では、用語「機能的に構成する」ことが、要素内の発熱性機能要素及びヒートシンクを、互いに物理的に接触するように、特に、支持体が（支持体の非フィン側で）機能要素と物理的に接触するように構成すること、又は、発熱性機能要素及びヒートシンクを、互いに熱接触するように構成することを指す。用語「熱」接触は特に、熱が１つの要素から別の要素に伝達されることを示す。この熱接触は、機能要素とヒートシンク（支持体）との間に熱伝達要素又は熱伝達材料を含むことができる。
【００３０】
この照明装置（及びヒートシンク）を、例えばオフィス照明システム、家庭用途システム、店舗照明システム、家庭照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバ用途システム、投影システム、自動点灯表示システム、ピクセル化表示システム、セグメント化表示システム、警告サイン・システム、医療用照明用途システム、インジケータ・サイン・システム、装飾照明システム、ポータブル・システム、自動車用途、温室照明システム、園芸照明又は液晶バックライティングの部分とし、又はこれらのシステム内で使用することができる。
【００３１】
本発明は、とりわけ、屋内投光器、屋外投光器、道路照明など、ＬＥＤパネルを含むＬＥＤ照明ソリューションに適用することができる。
【００３２】
上に示したとおり、この照明ユニットを、液晶表示装置内のバックライティング・ユニットとして使用することができる。したがって、本発明はさらに、バックライティング・ユニットとして構成された本明細書に定義された照明ユニット（及びヒートシンク）を備えるＬＣＤ表示装置を提供する。他の態様では、本発明がさらに、バックライティング・ユニットを備える液晶表示装置であって、バックライティング・ユニットが、本明細書に定義された１つ又は複数の照明装置を備える液晶表示装置を提供する。
【００３３】
「実質的に全ての光」、「実質的に〜からなる」などの場合の、本明細書における用語「実質的に」は、当業者によって理解されるであろう。用語「実質的に」が、「全く」、「完全に」、「全て」などを含む実施形態を含むこともある。したがって、いくつかの実施形態では、実質的にという形容詞が取り除かれる。適用可能な場合には、用語「実質的に」がさらに、１００％を含む、９０％以上、例えば９５％以上、特に９９％以上、特に９９．５％以上に関する。用語「備える」は、用語「備える」が「〜からなる」を意味する実施形態も含む。用語「及び／又は」は特に、「及び／又は」の前後に記載された項目のうちの１つ又は複数の項目に関する。例えば、句「項目１及び／又は項目２」及び同様の句は、項目１と項目２のうちの１つ又は複数の項目に関する。一実施形態では、用語「備える」が、「〜からなる」ことを指すが、別の実施形態では、用語「備える」が、「定義された種を少なくとも含み、任意選択で１つ又は複数の他の種を含む」ことを指す。
【００３４】
さらに、この説明中及び請求項中の第１、第２、第３などの用語は、同種の要素を区別するために使用され、必ずしも、配列中の順序又は経時的な順序を記述するために使用されるわけではない。適切な状況下では、このように使用される用語は相互に交換可能であること、及び、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図解された配列以外の他の配列で機能しうることを理解すべきである。
【００３５】
本明細書の装置は、とりわけ、動作時の装置について記載されている。当業者には明白なことだが、本発明は、動作方法又は動作中の装置だけに限定されない。
【００３６】
上述の実施形態は、本発明を例示するためのものであり、本発明を限定するものではないこと、及び当業者は、添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計することができることに留意すべきである。特許請求項では、括弧内に置かれた参照記号を、その特許請求項を限定するものとして解釈してはならない。動詞「備える」及びその活用形の使用は、特許請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素の前の冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、そのような要素が複数、存在することを排除しない。本発明は、異なるいくつかの要素を備えるハードウェアによって、及び適当にプログラムされたコンピュータによって実現することができる。いくつかの手段を列挙している装置請求項では、それらの手段のうちのいくつかの手段を、同じ一つのハードウェア・アイテムによって実施することができる。ある対策が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの対策の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。
【００３７】
本発明はさらに、この説明に記載された特徴及び／又は添付図面に示された特徴のうちの１つ又は複数の特徴を含む装置に適用される。本発明はさらに、この説明に記載された特徴及び／又は添付図面に示された特徴のうちの１つ又は複数の特徴を含む方法又はプロセスに関連する。
【００３８】
追加の利点を提供するために、この特許で論じたさまざまな態様を組み合わせることができる。さらに、それらの特徴のいくつかは、１つ又は複数の分割出願の基礎を形成することができる。
【００３９】
次に、添付の概略図を参照して、本発明の実施形態を、単なる例として説明する。添付の概略図では、対応する参照符号が対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１ａ】ヒートシンクのいくつかの態様及び実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図１ｂ】ヒートシンクのいくつかの態様及び実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図１ｃ】ヒートシンクのいくつかの態様及び実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図１ｄ】ヒートシンクのいくつかの態様及び実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図１ｅ】ヒートシンクのいくつかの態様及び実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図１ｆ】ヒートシンクのいくつかの態様及び実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図２ａ】光源などの機能要素とヒートシンクとの組合せのいくつかの実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図２ｂ】光源などの機能要素とヒートシンクとの組合せのいくつかの実施形態の１つを概略的に示す図である。
【図３ａ】実施例で使用したいくつかの配置の１つを概略的に示す図である。
【図３ｂ】実施例で使用したいくつかの配置の１つを概略的に示す図である。
【図３ｃ】実施例で使用したいくつかの配置の１つを概略的に示す図である。
【図３ｄ】実施例で使用したいくつかの配置の１つを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
これらの図面は必ずしも一定の比率では描かれていない。
【００４２】
図１ａは、複数のピン形フィン２１０及び支持体２２０を備えるヒートシンク２００を概略的に示す。フィン及び支持体はともに、例えばアルミニウムでできている。支持体２２０は特に、プレート状の要素とすることができる。支持体は特に、０．５〜５０ｍｍの範囲、例えば２〜１０ｍｍの範囲の厚さ（又は高さ）を有することができる。フィン２１０は、支持体２２０の一方の面に配置されている。支持体２２０のもう一方の面は、機能要素（下記参照）と熱接触させることができる。
【００４３】
フィン２１０はそれぞれ、支持体２２０に対するフィン高さｈ、例えば１〜１００ｃｍの範囲のファン高さｈを有する。さらに、フィンはそれぞれ、支持体２２０に結合された底部２１３及び頂部２１４を有する。断面が示されたフィンを見れば分かるが、ピン形フィン２１０は、ピン形フィン２１０のフィン高さｈの１００％にわたって中空である。したがって、ヒートシンクの全高は、支持体２２０の厚さ又は高さ及びフィン２１０の高さｈである。
【００４４】
この図には、等辺等角のアレイ又はパターン１２１０が示されている。したがって、フィン２１０はピッチｐを有する。概略的に示されたこの実施形態では、配置１２１０が六角形である。したがって、方向によって、最近隣フィン間の距離又はピッチが異なることがある。非六角形配置では、最近隣フィン間に異なる２つのピッチがあることがある（図１ｂも参照されたい）。それらの異なるピッチが参照符号ｐ１及びｐ２で示されている。参照符号２０１は、フィン２１０を支持体２２０に結合するためのコネクタを示す（下記の説明も参照されたい）。一例として、支持体２２０は平らに描かれているが、支持体２２０は湾曲していてもよく、且つ／又は（相互に角度を有する）ファセットを含んでいてもよい。参照符号２１５はフィン壁を示し、フィン壁は一般に、（フィン高さｈに比べて）比較的に薄い。
【００４５】
図１ｂは、ここでも非六角形配置である１つの配置の概要をより詳細に示す。いくつかのピッチｐを識別することができ、特に、最近隣フィン間のピッチｐ１及びｐ２が示されている。さらに、第１のピッチｐ１とほぼ直交するピッチが、参照符号ｐ３によって示されている。実質的な六角形アレイではｐ１＝ｐ２＝ｐ３であり、非六角形アレイでは、ｐ１とｐ２が等しくないことがある。このような配置では、フィン２１０によって形成された流路を通って空気が比較的に容易に流れることに留意されたい。フィン２１０は、特に１．２〜１０の範囲から選択された比ｄ１／ｄ２を有する第１の幅ｄ１及び第２の幅ｄ２を有する断面２１１を有する。さらに、フィン２１０は第１の幅軸２１２を有する。ピン形フィン２１０の第１の幅軸２１２は、平行に（且つ支持体（図１ｂには示されていない）に対して平行に）配置されている。図１ａにおいても、これらの第１の幅軸２１２は、互いに対して平行（及び支持体２２０（の平面）に対しても平行）であることに留意されたい。特定の実施形態では、ｄ１が８〜１０ｍｍの範囲にあり、ｄ２が３〜６ｍｍの範囲にあり、ピッチｐ１及びｐ２（並びにｐ３）が１０〜２０ｍｍの範囲にある。
【００４６】
図１ｃは、（中空）フィン２１０の可能ないくつかの形状を概略的に示す。フィン２１０は、（アルミニウム又は銅の合金を含む）アルミニウム、銅などの熱伝導性材料３０（「フィン壁材料」）を含む壁２１５を有する。フィン２１０は、（フィン２１０の高さの少なくとも一部分にわたって）中空であるため、空洞２１６が形成されている。空洞２１６の断面が参照符号２１７で示されており、空洞２１６の断面積が参照符号２１８で示されている。
【００４７】
図１ｄに示されているように、空洞の断面積２１８を、フィン２１０の高さｈに沿って変化させることができる。この概略的な実施形態では、空洞又は中空部分が、頂部２１４から、高さｈの約６５％にわたって延びている。ピン形フィン２１０は、コネクタ２０１内に配置することができる。コネクタ２０１は、支持体２２０上の又は支持体２２０内の突き出た構造体、延び出た構造体又は引っ込んだ若しくは後退した構造体とすることができる（下記の説明も参照されたい）。フィン２１０は、クランピングによってコネクタ２０１内に取り付けることができる。コネクタ２０１はさらに、支持体２２０とピン形フィン２１０の底部２１３との間のはんだ付け接続若しくは溶接接続、又は他のタイプの接続を含むことができる。
【００４８】
図１ｅは、コネクタ２０１を使用することによってフィン２１０を支持体２２０に結合する方式の限定されないいくつかの選択肢を概略的に示す。しかしながら、フィンを支持体２２０に結合する他の方式が可能なこともある。ヒートシンクは単一体として提供することができ、又は、フィンを支持体にはんだ付け若しくは溶接することなどもできる。一例として、左のフィン２１０は、頂部２１４が開いており、頂部２１４から１００％にわたって中空であり、その他のフィン２１０の頂部は閉じられている。一例として、中央のピン形フィン２１０には、（フィン高さｈの少なくとも一部分にわたって）熱伝導性材料３５が充填されている。右のフィンは、底部から始まって、フィン２１０の高さｈの約９０％にわたって中空である。
【００４９】
管の汚染を防ぐため、管には、発泡ポリスチレンのような低密度材料又は熱伝導性材料が（部分的に）充填されているが、その代わりに又はそれに加えて、頂部を特に閉じることもできる。閉じた頂部を実現する好ましい手法は、底が閉じた管を鍛造し、その管をベース・プレート上に逆さに置くことによる。良好な熱相互接続及び機械的相互接続を得るため、この管は、管をプレスばめするための特徴物を表面に有するダイカスト・ベース・プレート上にプレスばめすることができる。一種のネットワーク、又はワイヤ、バンド若しくはリムを用いて管を相互接続する（本明細書に示された支持構造体の実施形態。図１ｆも参照されたい）ことによって、ヒートシンクのさらなる頑丈さを得ることができる。
【００５０】
図１ｆは、（支持体２２０の他に）支持構造体２４０をさらに含むヒートシンク２００の一実施形態を概略的に示す。この支持構造体２４０は頂部２１４に配置されている。任意選択で、フィン２１０の一部分が、支持構造体２４０を超えて延びてもよい。しかしながら、この支持構造体に頂部２１４を埋め込んでもよい。任意選択で、支持構造体２４０と支持体２２０とは実質的に同一である。したがって、支持構造体２４０と支持体２２０は、同じタイプの材料又は同一の材料を含むことができる。
【００５１】
図２ａは、発熱性機能要素１０１０及びヒートシンク２００を備える装置１０００の一実施形態を概略的に示す。この図では、例として、装置１０００が照明装置１００を構成し、発熱性機能要素１０１０が光源１０を構成する。参照符号１１は光源光を示す。
【００５２】
図２ｂは、装置１０００の例、特に照明装置１００の例としての投光器を概略的に示す。上に示したとおり、ヒートシンク２００の重量は相当に大きいことがある。しかしながら、本発明を用いると、この重量を、先行技術のヒートシンクに比べてかなり低減させることもできる。図２ａ及び図２ｂ並びに他の図に示されているとおり、これらの実施形態では、ヒートシンクが、支持体の一方の面にだけフィンを備える。さらに、図２ａ〜図２ｂでは、（ヒートシンク２００の）支持体が、機能要素１０００と（フィンのない面で）物理的に接触するように構成されている。
【００５３】
図３ａ〜図３ｄ（一定の比率では描かれていない）は、ヒートシンクの熱特性に関する計算を実行するために使用した４つの状況を概略的に示す。図３ａは、頂部が閉じた、フィン高さ１００ｍｍ、ベース厚さ５ｍｍ、フィン壁厚０．５ｍｍの３０×１１本の楕円形ピン・フィンが、ピッチ１７ｍｍ、ｄ３＝１２．５ｍｍ及びｄ４＝２０．４５ｍｍの実質的に六角形の配置に配置された状況を示す。図３ｂは、頂部が開いた、フィン高さ１１０ｍｍ、ベース高さ４ｍｍ、フィン壁厚０．８ｍｍの３４×１２本の楕円形ピン・フィンが、ピッチ１５ｍｍ、ｄ３＝１０．５ｍｍ及びｄ４＝１７ｍｍの実質的に六角形の配置に配置された状況を示す。図３ｃは、頂部が閉じた、フィン高さ１００ｍｍ、ベース高さ５ｍｍ、フィン壁厚０．５ｍｍの３４×１２本の円形ピン・フィンが、ピッチ１５ｍｍ、ｄ３＝８ｍｍ及びｄ４＝１９ｍｍの実質的に六角形の配置に配置された状況を示す。図３ｄは、頂部が開いた、フィン高さ１１０ｍｍ、ベース高さ４ｍｍ、フィン壁厚０．５ｍｍの３０×１１本の円形ピン・フィンが、ピッチ１７ｍｍ、ｄ３＝１０．５ｍｍ及びｄ４＝２２．４５ｍｍの実質的に六角形の配置に配置された状況を示す。これらの図に示されたピッチｐは、左下から始まり右上に延びる３つのフィン２１０の列のピッチである。ピッチｐ４は別のピッチを示し、六角形配置では、ピッチｐ４がピッチｐと等しいことがある。流れに対して露出する総表面積は、２．６×１０−２ｍ２（３ａ）、３．１×１０−２ｍ２（３ｂ）、２．９×１０−２ｍ２（３ｃ）、及び２．７×１０−２ｍ２（３ｄ）である。
【００５４】
境界条件として以下の条件を選択した。
−  周囲温度：２５℃（２９８Ｋ）
−  アルミニウム熱伝導率：２３７Ｗ／ｍＫ（デフォルト値）
−  放射を含める（ヒートシンク放射率＝０．９）
−  重力の影響を含める
−  相対圧力０Ｐａの空気に対して開いている
−  熱流束は、フィン・ベースの底面に接続される（全ての場合に一定）
−  総熱流束＝５００Ｗ／８５８００ｍｍ２＝５８２７．５Ｗ／ｍ２
剪断応力輸送（Ｓｈｅａｒ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ：ＳＳＴ）乱流モデルを使用した。
【００５５】
（図３ａ〜図３ｄに関する）結果が下表に示されている。
【表１】
0006271814.tif 000002
【００５６】
次いで、ヒートシンク全体の熱抵抗を評価した。下表を参照されたい。
【表２】
0006271814.tif 000003
【００５７】
この結果は、楕円形ピン・フィンの方が、最高温度及び熱抵抗に関して良好な結果を与えることを明確に示している。さらに、楕円形フィンの流動抵抗は、円形フィンに比べて小さい。システム内の平均熱伝達は非常に高く、さらに最適化される可能性がある。設計をさらに最適化することによって、より高い値を達成することができると考えられる。
【００５８】
さらに、上に示した投光器例に対して必要なサイズを有するヒートシンクのまっすぐなフィンについて、熱計算を実行した。材料特性及び熱伝達率にいくつかの仮定を置くと、フィンの総重量は約１１ｋｇであり、フィンから環境までの熱抵抗は０．０４Ｋ／Ｗである。管形フィン・ヒートシンクを用いて同様の計算を実行した。管と管の間のピッチは、予備的な値である１５ｍｍに設定した。管の断面は、最大直径９ｍｍ、最小直径４．５ｍｍの楕円形である。管は、六角形アレイとして配置した。０．５２ｍ×０．４９５ｍのベースでは通常１３２０本の管が必要である。環境に対するフィンの熱抵抗（Ｒｔｈ）は、約０．０４Ｋ／Ｗであるまっすぐなフィン・ヒートシンクに匹敵すると予想されるが、フィン重量は、約３．６ｋｇとかなり小さく、この重量は、厚さ１ｍｍのまっすぐなフィン・ヒートシンクに対して予想される重量６ｋｇよりもはるかに小さい。
【００５９】
本発明を用いた場合、解決される先行技術の欠点は、とりわけ以下のものである。
−  フィンが付いたヒートシンクの大きな重量
−  壁の薄い一般的な要素の低い屈曲剛性及び座屈剛性
−  空気流場中に置かれた丸形管形構造体又は混成管形構造体の高い流体抵抗
【００６０】
したがって、本発明は、管のアレイを取り付けるためのルーラ、支持体、バンプ又は穴（「コネクタ」）を備えるヒートシンク・ベース（「支持体」）を含むことができる。このベース・プレートは、平らとすることができ、又は１方向若しくは２方向に湾曲していてもよい。例えばプレスばめ、ねじ留め、はんだ付け、溶接、又は良好な熱接続を保証する他の接続技術によってベース・プレートに接続されたこの管は、薄い壁厚を有する。さらに、管は中空であり、非軸対称の断面を有する。長円形が最も好ましいが、予想される空気流の方向と整列した長方形、六角形又は他の多角形の他の中空プロファイルも可能である。非軸対称の断面を有し、高い屈曲剛性及び強度を提供し、同時に冷却エリアも提供し、予想される空気流の方向と整列した縦方向の任意の構造体を使用することができる。この冷却エリアは、追加の穴又はスリットを有することができる。例えば、（平らな）底を有する鍛造された（長円形の）管を、ヒートシンク・ベース上に逆さに置くことができる。任意選択で、低密度材料を使用して、中空管形構造体に充填し、それにより汚染を防ぎ、管に追加の剛性を与えることができる。任意選択で、頑丈にするために管を機械的に相互接続する構造体を使用することができる。この構造体は、上述のふたと組み合わせることができる。
【図１Ａ】
0006271814.tif 000004
【図１Ｂ】
0006271814.tif 000005
【図１Ｃ】
0006271814.tif 000006
【図１Ｄ】
0006271814.tif 000007
【図１Ｅ】
0006271814.tif 000008
【図１Ｆ】
0006271814.tif 000009
【図２Ａ】
0006271814.tif 000010
【図２Ｂ】
0006271814.tif 000011
【図３Ａ】
0006271814.tif 000012
【図３Ｂ】
0006271814.tif 000013
【図３Ｃ】
0006271814.tif 000014
【図３Ｄ】
0006271814.tif 000015