(57)【要約】【課題】  自然対流を促す放熱設計によるヒートシンクにより、大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な経済的且つ効率的で適切な熱抵抗値を保てるヒートシンクを提供する事。【解決手段】  大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な熱ダマリ部と一体構成にしたヒートシンクの一部に自然対流を促す空気穴で放射状に連続構成した貫通空気穴により適切な熱抵抗値を保てるヒートシンク構成とすること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な熱ダマリ部と一体構成にした一個以上の放熱フインを有すヒートシンクにおいて、そのヒートシンクの一部に自然対流を促す任意形状の貫通空気穴を一個以上持つ空気穴付きＬＥＤヒートシンク。
【請求項２】
大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な熱ダマリ部と一体構成にした一個以上の放熱フインを有すヒートシンクにおいて、更により効果的な放熱効果を得る為に、熱ダマリ部付近のヒートシンク周辺部及び外周部に、自然対流を促す任意形状の貫通空気穴を一個以上持つ空気穴付きＬＥＤヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、主として大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要なヒートシンクの放熱設計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来照明装置に代わるＬＥＤ照明は省電力・高照度等特徴があり、その開発進歩は著しく益々の発展が期待されている。しかしながら、投入電気エネルギーの９０％以上は熱エネルギーに変換消費されるといわれていることから、この放熱設計が大きな課題であった。従い従来技術の延長上では、アルミ板や鋸状の断面を持つアルミ引き抜き材、ダイキャスト成型品でのヒートシンク構成品等が主流で質量も大きく大型化していた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  自然対流を促す放熱設計によるヒートシンクにより、大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な経済的且つ効率的で適切な熱抵抗値を保てる軽量・小型のヒートシンクを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な熱ダマリ部と一体構成にした一個以上の放熱フインを有すヒートシンクの一部に自然対流を促す貫通空気穴により適切な熱抵抗値を保てるヒートシンク構成とすること。
【発明を実施するための形態】
【０００５】  適宜の外形と厚さをもつ放熱フインをＬＥＤの装着された熱ダマリ部に一枚以上を装着または固着してなるヒートシンク構成として、ＬＥＤの開放部には反射鏡等を装備し、投光器や集魚灯等照明装置並びに産業装置用マクロ照明やファイバー照明の光源装置として供せられる。
【実施例】
【０００６】  図１から図６までは、大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な本発明におけるヒートシンク並びに具体的な実施例を示す概略図である。特に本件発明では投光器や集魚灯等照明装置の構成例について説明する。【０００７】  図１は本発明に供せられる放熱フインの構成例、図２は熱ダマリに装着又は固着された複数枚の放熱フインの一部断面図、図３及び図４は本発明にかかわる自然対流を促した空気対流説明図、図５及び図６はその応用実施例である。【０００８】  図１に示す放熱フイン１は、経済的且つ熱伝導率の高いアルミ材等とし、中央部に適宜形状の貫通穴を有し適宜大きさと厚さをもち、中央部内周付近の放射状に配置した貫通空気穴１−１及び外周部付近に放射状に配置した貫通空気穴１−２を一個以上持つ構造とし、更に放熱フイン１には適宜厚さをもち適宜形状で、放熱フイン１に同じ内径を持ち経済的且つ熱伝導率の高いアルミ材で構成されたカラー１−３を放熱フイン１に同軸にて固着又は溶接されている。【０００９】  尚、図１の放熱フイン１を構成する貫通空気穴１−１、貫通空気穴１−２、カラー１−３は円盤形状や丸穴及びリング形状にて事例図示しているが、例えば整合する熱ダマリを含め四角や八角型等任意デザインや設置場所による任意形状に構成でき、貫通空気穴１−１、１−２も又半円形や長円形等任意形状に構成できる事は言うまでもない。更に、前記放熱フイン１及び前記カラー１−３は、鍛造やプレス等の成型により、一体成型品としても良い事は勿論である。【００１０】  勿論、前記記載の放熱フイン１では、単位当りの熱抵抗及び前記記載の放熱フイン単位当りの包絡体積は前記ＬＥＤ３の最大定格を想定し、且つ放熱フイン１の搭載枚数の決定には、勿論適切な熱抵抗値を保てるよう安全に設計施行される。【００１１】  図２は、経済的且つ熱伝導率の高いアルミ材等で構成された前期放熱フイン１の中央部内周に整合する外径と長さをもつ円柱形状の熱ダマリ２に、前記放熱フイン１を軸方向に複数枚適宜間隔にて装着又は固着された状態で、各放熱フイン１の放射状に配置された空気穴は勿論各々同軸にて貫通、空気の自然対流可能な状況としたヒートシンク１−Ａとして、外観及びその一部断面図を示す。即ち、２熱ダマリ部付近のヒートシンク周辺部及び外周部に放射状に配置された貫通空気穴１−１Ａ及び貫通空気穴１−２Ａが各々一個以上構成される事になる。【００１２】  図３では、前記ヒートシンク１−Ａの２熱ダマリの一方にＬＥＤ３を装着又は固着され、水平方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は横向き）された状態での本発明にかかわる自然対流、更に図４ではヒーシンク１−Ａを垂直方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は下向き）された状態での本発明にかかわる自然対流を促した空気の流れを示す。
尚、本件発明にかかわる投光器や集魚灯等照明装置に登載するＬＥＤ３に関する波長選択や色温度等設計条件は任意として記載は割愛する。【００１３】  投光器や集魚灯等として供せられる場合には、固定又は固着装置等が必要でありその一例として以下図示している。即ち図５は、水平方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は横向き）された状態、更に図６では垂直方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は下向き、いわゆる吊り下げ照射）された状態の実施例である。【００１４】  図５によると、３ＬＥＤの開放部に反射鏡５−３等を装着又は固着装備し、前記ヒートシック１−Ａ外周部には、水平から垂直まで自在に傾斜できる構造の一対の回転可動型固定具５−１を具備させ、アングル５に装着又は固着、更にアングル５には止金具５−２を用いて必要な箇所や場所に水平方向に回転自在に装着又は固着できる構造としてある。勿論、回転可動型固定具５−１やアングル５は、熱ダマリ２の一部にも装着又は固着させ、前記アングルをしても前期放熱フイン１と同種材料等で構成する事で、より一層の放熱効果を得られる等種々の構成ができる事は言うまでもない。【００１５】  図７は、従来技術の延長上で前記記載の空気穴を持たず、経済的且つ熱伝導率の高いアルミ材等で放熱フイン６及び熱ダマリ７を構成したヒートシンク６−Ａに、同じくＬＥＤ３を装着又は固着した水平方向に照射設置した外観図である。【００１６】  然しながら前記図７による無風状態且つ垂直照射方向使用時（いわゆる吊り下げ照射）には、ＬＥＤへの通電による熱エネルギーは熱ダマリ及び各放熱フインの間で蓄熱滞留され、いわゆる“熱ごもり”した空気は上下の自然対流ができず、且つ各放熱フイン自体をも熱源化する等大きな課題を抱えていた。如かしてその対策としては、放熱フイン使用枚数の増大等種々検討がなされているが、重量・大きさ及び外観デザイン上から満足の得られる状態ではなかった。【００１７】  図示してないが、前記ＬＥＤ３には、正・負極端子を有し、大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要適切な電気エネルギーを投入（以下通電と称す）できる構成としてある事は勿論である。【００１８】  高照度で省エネルギー（省電力）地球に優しいとまで言われているＬＥＤではあるが、そのＬＥＤ寿命を延ばすには適切な放熱設計によるＬＥＤ温度管理が必要である。
ＬＥＤの温度管理如何によりＬＥＤ寿命が決まると言われている事は勿論、技術進歩の激しい今日でもＬＥＤベース付近での最高温度は８５℃までが適切値（ＬＥＤジャンクション部温度では１２０℃相当）であると言われている。【００１９】  さて、図３で示す構成における水平照射時の高照度ＬＥＤにおいては、ＬＥＤ定格大電流を通電すると、経過時間とともにＬＥＤベース付近の温度は勿論、熱ダマリ２や放熱フイン１から更にはヒートシンク１−Ａ全体に温度を上げ放熱が始まる。従い図７に示した従来技術の延長上で構成したヒートシンク６−Ａと同種構造で同種包絡体積とした本件発明による放熱設計が実施されたヒートシンク１−Ａとの温度上昇比較実験値を下表「表１」「表２」を用い詳細説明する。勿論以下「表１」及び「表２」は、前記記載のヒートシンク１−Ａとして、熱抵抗及び包絡体積等設計条件を考慮し前記ＬＥＤ３の最大定格値を想定、設計施行されている。【００２０】  即ち、図３の状態において前記ＬＥＤへの通電を開始すれば、ＬＥＤベース部温度上昇→ＬＥＤ装着又は固着部の熱ダマリ部温度上昇→熱ダマリ部底部への温度伝達→ＬＥＤ装着又は固着部に近い前期放熱フインの温度上昇→次放熱フインの温度上昇→次次放熱フインへの温度上昇と熱伝道することが表１の実験中に確認できたことにより、前期ヒートシンク１−Ａ全体での循環放熱効果により適切な熱抵抗値を保てる事が判った。【００２１】  さて図３に示す如く、前記ＬＥＤ３→熱ダマリ２→前期各放熱フイン１による温度上昇は、下部のおおよそ室温に近い流入空気４−１−１の自然対流を促し放熱空気４−１となって放出循環される。
更に本件発明の前記貫通空気穴１−１Ａ及び１−２Ａは、おおよそ室温に近い流入空気４−２−１もまた、熱ダマリ２及び各放熱フイン１間で蓄熱された、いわゆる“熱こもり”した空気を放熱空気４−２へと自然対流を促し放出循環する事は勿論「表１」による実験値差が示している。即ち本件発明の前記ヒートシンク１−Ａは、従来技術の延長上で前記記載の空気穴を持たない放熱フイン６より、はるかに余裕ある放熱温度設計であることが証明されＬＥＤ３の長寿命化に貢献する。
【表１】
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【００２２】  図４、特に無風状態且つ垂直照射方向使用時には、いわゆる熱エネルギーは熱ダマリ２及び各放熱フイン１の間で蓄熱滞留され、いわゆる“熱ごもり”しやすい傾向にあるが、本発明よれば無風状態且つ垂直照射方向使用時にも、おおよそ室温に近い流入空気４−３−１は前記貫通空気穴１−１Ａ及び１−２Ａが、いわゆる“上昇空気流通り道”となり、自然対流を促し放熱空気４−３となって循環放熱される事が実験及び「表２」による実証値で示され、前記貫通空気穴１−１Ａ及び１−２Ａの放熱循環効果により適切な熱抵抗値を保てる事も判った。
【表２】
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【００２３】  以上「表１」「表２」によれば、従来技術の延長上のヒートシンク６−Ａの構成では、特に無風状態且つ垂直照射使用時では適切値をはるかに超えて、ＬＥＤの寿命を更に伸ばすことは難しいが、本件発明にかかるヒートシンク１−Ａの構成においては、特に厳しい条件である無風状態且つ垂直照射方向においても、いわゆるＬＥＤ温度管理の適切値に納まる事になり、一般的な水平照射使用時や４５度前後の傾斜照射使用時での実使用においては、更なるＬＥＤ寿命の延長が期待できる。【００２４】  前記放熱フイン１の１６枚構成による凡そ１００ＷＬＥＤでの前記実証値であるが、本件発明にかかるヒートシンク１−Ａは、益々高照度化し日進月歩するＬＥＤの出力にあわせた放熱設計を放熱フイン１の増減によることで、容易に任意に経済的且つ効率的で適切な熱抵抗値を保てるヒートシンクの提供可能であることを証明している。
更に前記実験ではアルミ材地金状態での測定であるが、最近の化学技術の進歩により、前記放熱ヒートシンク１−Ａ表面には、放熱塗料による表面塗装あるいは化学処理による放熱・防錆対策を付加することにより、更に５〜１０℃前後の温度低下も期待できる等実証値もあり、更なるＬＥＤの長寿命化も可能となる。
【発明の効果】
【００２５】  従来、水銀ランプやメタハラランプ等を使用した投光器や集魚灯等照明装置は一般に広く使われてきた長い歴史があるが、高エネルギー消費でありランプ寿命も短く不経済、且つランプには水銀等環境破壊物質等を含む等改善の余地が多々あった。
しかるに、日進月歩するＬＥＤ技術は前記の改善期待に沿うものであるが、その利用には「風・雨・雪・海水等厳しい自然環境の中での軽量・小型での放熱設計」が最大の課題となっていた。勿論軽量・小型ヒートシンクを目的するならば「強制空冷」等による放熱設計も充分考えられるが、投光器や集魚灯等照明装置には前記の厳しい自然環境の中で使用せられることに大いに課題があった。
【００２６】  しかるに本発明による自然対流を促す放熱設計によるヒートシンク１−Ａ構成により、大電流を定格電流とする高出力ＬＥＤに必要な経済的且つ効率的で適切な熱抵抗値を保てるヒートシンクの提供が可能となる。
勿論自然環境下での、いわゆる水平照射使用時や４５度前後の傾斜照射使用時での実使用においては更なるＬＥＤ寿命の延長が期待できる。
更に、前記４５度傾斜照射実験による温度計測では、前記「表１」「表２」のおおよそ中間値であったことから、図１の放熱フイン１形状は、カラー１−３の外周部付近を底辺とし、放熱フイン１の外周部を開放部とする、いわゆる皿状放熱フインの構成も可能となり、更なる小型化とあらゆる使用状態にも耐えた熱抵抗値を保てる皿状放熱フイン・ヒートシンクの提供も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  本発明にかかる放熱フイン１の構成図を示す。
【図２】  本発明による空気の自然対流可能な状況としたヒートシンク１−Ａの外観及びその一部断面図を示す。
【図３】  水平方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は横向き）された空気対流状態を示す外観及びその一部断面図を。説明図。
【図４】  垂直方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は下向き）された空気対流状態を示す外観及びその一部断面図を示す。
【図５】  水平方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は横向き）された状態の応用実施例。
【図６】  垂直方向に照射設置（ＬＥＤ発光面は下向き、いわゆる吊り下げ照射）された状態の応用実施例。
【図７】  従来技術の延長上で水平方向に照射設置した外観図である。
【符号の説明】
【００２８】図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７
１            放熱フイン
１−１        中央部内周付近の放射状に配置した貫通空気穴
１−２        外周部付近放射状に配置した貫通空気穴
１−３        カラー
１Ａ          ヒートシンク
１−１Ａ      ヒートシンク周辺部の放射状に配置された貫通空気穴
１−２Ａ      ヒートシンク最外周部の放射状に配置された貫通空気穴
２            熱ダマリ
３            ＬＥＤ
４−１        水平照射方向での放熱空気
４−１−１    おおよそ室温に近い流入空気
４−２        水平照射方向での放熱空気
４−２−１    おおよそ室温に近い流入空気
４−３        垂直照射方向での放熱空気
４−３−１    おおよそ室温に近い流入空気
５            アングル
５−１        一対の回転可動型固定具
５−２        止金具
５−３        反射鏡等
６            従来技術による放熱フイン
６−Ａ        従来技術によるヒートシンク
７            従来技術による熱ダマリ
【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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