(57)【要約】【課題】本発明は、放射による効率的な放熱が可能なＬＥＤ照明用ヒートシンクを提供することを目的とする。【解決手段】基板２の平坦面３に取付けたＬＥＤ素子９の周囲に板状放熱面１０、１１を一体かつ連続して形成し、基板平坦面３のＬＥＤ素子９取付け位置の前方側に、基板平坦面３に対して凹な半円状の曲面からなる導光路２１を設け、この導光路２１の先端２２で投影レンズ２５を支持し、ＬＥＤ素子９が発光時に発生する熱を、閉空間からなる周囲の空間に放射により放熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の平坦面に取付けたＬＥＤ素子の周囲に板状放熱面を前記基板と一体かつ連続して形成してなるヒートシンクであって、前記基板平坦面のＬＥＤ素子取付け位置の前方側に、この基板平坦面に対して凹な断面が略半円状の曲面からなる導光路を設けており、この導光路は、前記基板平坦面の前方側先端まで延在しつつ、その深さが前記前方側先端に向かって順次深くなるように傾斜しているとともに、前記前方側先端で投影レンズを支持することを特徴とするＬＥＤ照明用ヒートシンク。
【請求項２】
前記ヒートシンクが、前記基板の平坦面の側面に前記板状放熱面を一つ以上一体かつ連続して形成し、３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を有してなる請求項１のＬＥＤ照明用ヒートシンク。
【請求項３】
前記ヒートシンクが熱伝導率λが１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記基板と板状放熱面の表面放射率εが各々０．６５以上であり、前記基板と板状放熱面との板厚を０．７〜６ｍｍの範囲とした上で、前記基板と板状放熱面とを合わせた全体形状の三次元空間の直交する３平面への各投影面積の合計値を１５０００〜６００００ｍｍ２の範囲とした請求項１または２に記載のＬＥＤ照明用ヒートシンク。
【請求項４】
前記ヒートシンクが車載ＬＥＤランプ用ヒートシンクである請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明用ヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とするＬＥＤランプが発光時に発生する熱を、閉空間からなる周囲の空間に放射により放熱するための、ＬＥＤ照明用ヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を発光源とする照明は、低消費電力であり且つ長寿命であることから徐々に市場に浸透し始めている。その中でも、近年特に注目を集めているのが、自動車のヘッドライトなどの車載ＬＥＤランプ（車両用灯具、車両用前照灯）であり、ＬＥＤ素子への置き換えが始まっている。また、この車載ＬＥＤランプ(ＬＥＤ照明)を応用して、建物等その他の分野の埋め込み照明でも、ＬＥＤランプへの置き換えが始まっている。
【０００３】
しかしながら、このＬＥＤランプの発光源であるＬＥＤ素子は熱に非常に弱く、例えば１００℃などの許容温度を超えると発光効率が低下し、更には、その寿命にも影響を及ぼしてしまうという問題がある。この問題を解決するためには、ＬＥＤ素子の発光時の熱を周囲の空間に放熱する必要があるため、ＬＥＤランプには大型のヒートシンクが備えられている。
【０００４】
このＬＥＤランプ（ＬＥＤ照明）用ヒートシンクには、従来から、図４に例示するように、共通して、ＬＥＤ素子（光源）Ｌが正面側に配置固定された基板部３０と、その基板部３０の背面側に間隔を置いて突出する複数枚の平行に配置されたフィン部４０を有してなる。
【０００５】
また、これらＬＥＤランプ用ヒートシンクを車載ＬＥＤランプ（車両用灯具）に組み込む場合の、灯具ユニット（ＬＥＤランプユニット）の構造は、一般的に前面レンズとハウジングとによって灯室が形成され、その灯室内に光源となるＬＥＤが支持される（例えば特許文献５、６参照）。これらの灯具ユニットは、具体的には、図５に例示するように、ＬＥＤ灯具５１として、前面レンズ５２とハウジング５３によって灯室５４が形成され、灯室５４内に灯具ユニット５５が支持されている。
【０００６】
灯具ユニット５５は光学系と放熱系を備えており、光学系はＬＥＤ素子（光源）５６、ＬＥＤ素子５６の実装基板が載置されたマウントプレート５７、この基板７に連接されたリフレクタ（反射板）５８、このリフレクタ５８に連接されたレンズホルダ５９、レンズホルダ５９内底面から上方に延びる遮蔽体６０およびレンズホルダ５９に支持された投影レンズ６１で構成され、プロジェクタランプを形成している。
【０００７】
一方、放熱系はＬＥＤ素子５６の実装基板が載置されたマウントプレート５７、この基板５７に固定されたヒートシンク６２、およびマウントプレート５７とヒートシンク６２とが一体化された放熱部材６３に接続されたリフレクタ５８で構成されている。これら、基板５７、ヒートシンク１２およびリフレクタ５８はいずれもＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、およびＣｕ合金のうちいずれかの金属からなっている。
【０００８】
次に、光学系は、ＬＥＤ素子（光源）５６が点灯して光を発すると、ＬＥＤ素子５６からリフレクタ５８の光反射面６４に向かう光は、この光反射面６４で反射されて前方の投影レンズ６１方向に向かい、その一部は遮蔽体６０によって光路が遮られる。一方、リフレクタ５８の光反射面６４で反射された光のうち遮蔽体６０に遮られることのない光は、レンズホルダ５９内を導光されて投影レンズ６１に至り、投影レンズ６１で所望の配光に制御されて、車両の前面レンズ５２を介して車両用ＬＥＤ灯具５１の前方に照射される。
【０００９】
また、放熱系における熱については、ＬＥＤ素子５６が点灯すると、光を発すると共に熱も発生する。そこで、ＬＥＤ素子５６で発生した熱（自己発熱）はＬＥＤ素子５６が実装された基板（図示せず）に移動し、この基板を伝導されて、この基板が載置されたマウントプレート５７に移動する。そして、マウントプレート５７を伝導された熱は、マウントプレート５７に固定されたヒートシンク６２に移動する。そして、ヒートシンク６２に移り、ヒートシンク６２内を伝導されて、ヒートシンク６２の表面に達した熱は、表面近傍の空気に熱伝達されて移動し、空気を媒体としてヒートシンク６２外に放散される。
【００１０】
更に、アルミダイカストで、灯具ユニット５５のマウントプレートと基板部、ヒートシンクを一体化させ、多数のフィンを有するヒートシンク構造も従来から提案されてきた。このようなアルミダイカスト構造によるヒートシンクの基本的な構成を図６に示す。この図６において、ＬＥＤ素子５６が配置固定された基板部５７と、その基板部５７の表裏面側に間隔を置いて突出する、複数枚の互いに平行に配置されたフィン部４０を有してなる。そして、ＬＥＤ素子５６を取付けた基板部５７の面の後方側にリフレクタ６４、前方側に投影レンズの取り付け部としての切り欠き部６４を各々設けて、この切り欠き部６５の前方側先端で、図示しないブラケットなどで、投影レンズ６１を支持し、プロジェクタランプを形成している。そして、ＬＥＤ素子５６で発生した熱はＬＥＤ素子５６が実装された基板部５７に移動し、この基板部５７を伝導されて、一体に設けられた各フィン部４０に各々移動する。この各フィン部４０の表面に達した熱は、表面近傍の空気に熱伝達されて移動し、空気を媒体としてヒートシンク６２外に各々放散される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１９３９６０号公報
【特許文献２】特開２００８−７５５８号公報
【特許文献３】特開２００９−２７７５３５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２７８３５０号公報
【特許文献５】特開２００８−１３０２３２号公報
【特許文献６】特開２００９−７６３７７号公報
【特許文献７】特開２００８−１１７５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ただ、このようなヒートシンクを自動車のヘッドライトやテールランプなどの車載照明としてハウジングに組み込んで適用する場合には、前記図５のように、必然的に限られた狭い空間乃至閉鎖空間のなかに設置され、使用されることになる。
【００１３】
このような車載照明用のハウジングの狭い空間内乃至閉鎖空間内では、放熱空間も小さく限定され、前記図４の従来のヒートシンクの基板部３０やフィン部４０が位置する周囲の放熱空間（容積）も小さくなり、空気の対流がほとんどない。このような使用環境下では、空気の対流による放熱効果がほとんど期待できず、放射による放熱が必要とされる。
【００１４】
しかし、従来のヒートシンクは、記載した通り、前記図４のフィン部４０や前記図５のヒートシンク６２などの放熱面の面積を増加させた、この放熱面からの空気の対流による放熱効果を主体としており、前記放射による放熱が考慮されていない。このため、従来のヒートシンクは、必然的に、前記放射による放熱が不十分となり、車載照明用のハウジングの狭い空間内乃至閉鎖空間内では、効率的な放熱が達成できない問題を抱えていた。
【００１５】
また、前記図６のようなフィンを多数有するダイカスト構造では、灯具ユニットとして、ＬＥＤ素子５６から放射される光線を、前方へ照射する導光部を確保するためには、フィン部４０の枚数や高さを制限する設計が必要であり、この点からも放熱性能を低下させていた。そして、多数のフィン部４０が存在するために、所定の光軸に向けて光線を精密に制御する必要がある投影レンズ６１やリフレクタ６４などを基板５７本体に簡便な構造で別途に取り付けることも難しかった。また、投影レンズ６１を基板５７本体に接合するためのブラケットなどが必要となり、灯具ユニットの製造コストが高くなるという問題もあった。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、放射による効率的な放熱が可能なＬＥＤ照明用ヒートシンクを提供することにある。言い換えると、空気による対流がないか少ない閉鎖された空間内に設置される場合であっても、ＬＥＤ発光源からの熱を放射主体で効率的に放熱できる、ＬＥＤ照明用ヒートシンクを提供することにある。また、小型化及び薄型化が可能でデザインの自由度が高く、製造コストが廉価なＬＥＤ照明用ヒートシンク、特に車両用ＬＥＤ灯具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的達成のために、本発明ＬＥＤ照明用ヒートシンクは、基板の平坦面に取付けたＬＥＤ素子の周囲に板状放熱面を前記基板と一体かつ連続して形成してなるヒートシンクであって、前記基板平坦面のＬＥＤ素子取付け位置の前方側に、この基板平坦面に対して凹な断面が略半円状の曲面からなる導光路を設けており、この導光路は、前記基板平坦面の前方側先端まで延在しつつ、その深さが前記前方側先端に向かって順次深くなるように傾斜しているとともに、前記前方側先端で投影レンズを支持することである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、基板に取付けたＬＥＤ素子の周囲に板状放熱面を前記基板と一体かつ連続して形成しており、ヒートシンクの放射を主体とする放熱効率を格段に向上させることができる。また、上記のように前記ＬＥＤ素子を取付けた基板平坦面の前方側に、投影レンズの取り付け部を兼ねた導光路を設けており、ヒートシンクの小型化及び薄型化が可能でデザインの自由度が高く、製造コストが廉価なＬＥＤ照明用ヒートシンク、特に車両用ＬＥＤ灯具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明ヒートシンクの一態様を示す斜視図である。
【図２】本発明ヒートシンクの他の態様を示す斜視図である。
【図３】本発明ヒートシンクの他の態様を示す斜視図である。
【図４】従来のヒートシンクの他の態様を示す斜視図である。
【図５】従来の車両用ＬＥＤ灯具の一態様を示す断面図である。
【図６】従来の車両用ＬＥＤ灯具の一態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
ヒートシンクの放射放熱系：
図１の本発明ヒートシンク１は、光学系と放射放熱系とを備えているが、先ず、放射放熱系につき説明する。図１において、ヒートシンク１は、基板２の平坦面（平坦な表面、平板状面）３にＬＥＤ素子９を取付け（実装し）ている。
【００２２】
基板２は、その平坦面３に取付けたＬＥＤ素子９の周囲に、板状放熱面（放熱フィン）１０、１１、１１を合計３枚、基板２と一体かつ連続して形成してなる。すなわち、基板２の左右両側面側の辺６、８側に平板状放熱面（放熱フィン）１１、１１を各一枚づつ、基板２の前後側の辺のうち、後方側の辺７側に平板状放熱面（放熱フィン）１０を一枚、合計３枚、いずれもＹ方向の下向きに有している。
【００２３】
この平板状放熱面１０、１１、１１の３枚は、各々この基板の各該当端部側を折り曲げ加工して形成するなど、基板２に一体かつ連続して形成されている。ここで、図１の２枚の平板状放熱面１０、１１、１１の基板２上での延在長さ（幅）は、各々対応する基板２の各辺７、６の長さ（幅）と各々同じである。ただ、これら板状放熱面１０、１１、１１が必要な放熱面積（放射面積）を得られるのであれば、いずれかあるいは全部が、各々対応する基板２の二つの側面側の辺６、８の長さ（幅）よりも小さくしても良い。また、同じ板状放熱面１０、１１、１１に、基板側面側の辺６、８の延在方向で隙間やスリットを設けて、これら板状放熱面を幾つかに分割あるいは放熱面の面積（大きさ）や形状を変えて、面積を部分的に変えるようにしても良い。これは後述する図３の態様でも同様である。
【００２４】
このため、ＬＥＤ素子９の周囲には、基板２自身の表裏面３、４も含めた平板状の放熱面が一体かつ連続して形成され、基板２や放熱面１０、１１、１１の各表裏面の平板状放熱面だけでなく、基板２や放熱面の前記板厚方向の各放熱面も含めて、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を有している。すなわち、基板２の図の前側の側面５などの板厚方向の面や、放熱面１１、１１の板厚方向の各放熱面である、図の前側の側面１２、１２や各底面１３、１３、そして、放熱面１０の板厚方向の放熱面である底面１８も含めて、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を有している。ちなみに、ここで言うＸ、Ｙ、Ｚの３次元方向とは、基板２の平坦面（平面）の向きをＹ方向とした方向であるが、基板２の平坦面（平面）も厳密にＹ方向である必要はなく、各板状放熱面１０〜１７も、このＹ方向に対して、厳密に同じ方向あるいは各直角方向（９０方向）であるＸ、Ｚ方向に各々向く必要はなく、相対的に多少の角度のズレは勿論許容される。すなわち、基板２と板状放熱面１０〜１７とによって３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を有するとは、互いに厳密に各直角方向（９０方向）に向き合う関係である必要はなく、ヒートシンク１の使用条件や設計条件に応じて各々多少の角度のズレは許容される。これは後述する図３の態様でも同様である。
【００２５】
すなわち、図１では、Ｙ方向に各々向く基板２の表裏面３、４と、Ｘ方向に向く平板状放熱面１０の表裏面と、Ｚ方向に各々向く平板状放熱面１１、１１の表裏面とで、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に各々向く、連続した平板状放熱面を形成している。更に、この図１では、好ましくは０．７〜６ｍｍの範囲の一定の板厚さえあれば、基板２の図の前側の側面５などの板厚方向の面や、放熱面１１、１１の前側の側面１２、１２や各底面１３、１３、そして放熱面１０の底面１８も、Ｘ、Ｙの２方向に各々向く、連続した平板状放熱面を形成している。
【００２６】
したがって、前記図４の従来のヒートシンクのように、Ｘ方向などで平板状放熱面の放射面乃至放熱面が互いに重なり合うことがなく、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元方向のいずれの方向においても、平板状放熱面の放射面が過度に重複することが無いため、材料のムダがない。このため、ＬＥＤ素子９からの熱が基板２の取付面３を介して、裏面４や、各平板状放熱面１０、１１、１１の表裏面、あるいは側面１２、１２や底面１３、１３、そして底面１８などの板厚方向の面へ連続して伝熱される連続伝熱面の形成や、これら連続伝熱面から連続して熱を放射する連続放熱面の形成効果との相乗効果で、高い熱放射効率が得られる。
【００２７】
より具体的に、本発明のヒートシンク１を、空気の対流のない空間に設置してＬＥＤ照明を行う場合の放熱の原理（作用）について説明する。基板２のＬＥＤ素子取付面３に装着されたＬＥＤ素子９を発光させると、これに伴ってＬＥＤ素子９の発する熱（熱流束）Ｑが、基板２のＬＥＤ素子取付面３に、ＬＥＤ素子９の底部の装着部（図示せず）を通じて伝導される。
【００２８】
これに引き続き，ＬＥＤ素子取付面３に伝導された熱Ｑは、基板２や板状放熱面１０、１１、１１の各表裏面の、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面に連続して速やかに（遅滞無く）、しかもほぼ等しく高いレベルで伝導される。また、これだけでなく、基板２の図の前側の側面５などの板厚方向の面や、放熱面１０、１１、１１の板厚方向の各放熱面である、図の前側の側面１２、１２や各底面１３、１３、そして、放熱面１０の板厚方向の放熱面である底面１８も含めて、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面にも連続して速やかに（遅滞無く）、しかもほぼ等しく高いレベルで、ＬＥＤ素子９を中心とする同心円状に伝導される。これに対して、基板２と板状放熱面１０、１１、１１とによって、ＬＥＤ素子９を中心として、このＬＥＤ素子９の周囲に、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた板状放熱面を形成している。そして、これら板状放熱面は充分な放熱面積（放射面積）を有する。このため、これら放熱面の表面から、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも放射による放熱が等しく一定レベル以上で行われ、放熱効率を著しく高めることができる。このような効果は、熱伝導に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた場合に特に大きい。
【００２９】
車載照明用のハウジングの狭い空間内乃至閉鎖空間内で必要とされる、放射による放熱の場合には、前記各放熱面の表面積（サイズあるいは投影面積）の大きさがその効率を左右することになり、この表面積（サイズ）が大きいほど、熱の放射効率が向上することになる。本発明では、基板に取付けたＬＥＤ素子の周囲に板状放熱面を前記基板と一体かつ連続して形成しており、ヒートシンクの放射を主体とする放熱効率を格段に向上させることができる。また、上記のように前記ＬＥＤ素子を取付けた基板平坦面の前方側に、投影レンズの取り付け部を兼ねた導光路を設けており、ヒートシンクの小型化及び薄型化が可能でデザインの自由度が高く、製造コストが廉価なＬＥＤ照明用ヒートシンク、特に車両用ＬＥＤ灯具を提供できる。
【００３０】
放射放熱系のその他の態様：
基板２の形状につき、図１では、平面視が矩形（四角形）の平板状乃至平面形状を例示している。ただ、この基板２の形状は、ＬＥＤ照明用ヒートシンクの用途に応じて、平面視が円形、三角形、多角形、不定形などの平面形状、あるいは全体がＳ字状やＶ字状、Ｕ字状などの湾曲形状、円筒形、角筒形や段差、凹凸、切り欠き、スリット等を有するなどの３次元形状などが適宜選択できる。これらの形状は、例えば素材をアルミニウムとすると、押出棒材の機械加工、圧延板材の曲げ加工、鋳造などにより製造できる。
【００３１】
また、基板２の取付面３や裏面４、平板状放熱面１０、１１に、ヒートシンク１の用途や取り付け部位に応じて、部品取付け用の空間やスリットあるいは部分形状などが、これら各面の一部に、これらの面を切り欠く加工や、凹凸あるいは段差などを設ける三次元の成形加工によって設けられても良い。更には、放熱側面は、部品取付け等の必要に応じて、各面の一部が省略あるいは形状が変更されていても良い。
【００３２】
図１では、基板２の表面３の中央部など所定位置にＬＥＤ素子９を取付け（実装し）ているが、この取り付け位置は設計に応じて自由に選択できる。また、これら平板状の放熱面１０、１１は、基板２の表裏面３、４に外方に向かう形で立設されているが、必ずしも図１のように基板２の表裏面３、４に９０度の角度で平板状の放熱側面が直交する必要は無い。例えば、放熱面が９０度未満や９０度を超える角度で、基板２の表裏面３、４に対して傾斜して外方に向かって立設しても良い。また、平板状の放熱面１０、１１は、水平方向に延在する基板２の平坦面（平面）３、４に対して、全て９０度の角度で直交している。ただ、これら平板状の放熱面１０、１１は、水平方向に延在するとは限らない基板２の平坦面（平面）３、４に対して、必ずしも９０度の角度で直交したり、全て同じ立設角度とする必要はない。すなわち、ヒートシンク１の用途や設計に応じて、９０度よりも大きく立設しても、９０度よりも小さく立設しても良い。
【００３３】
ヒートシンクの光学系：
図１のヒートシンク１の光学系は、ＬＥＤ素子（光源）９と、リフレクタ２４と、投影レンズの取り付け部となる導光路２１と、投影レンズ２５とからなり、これらでプロジェクタランプを形成している。
【００３４】
すなわち、ＬＥＤ素子９の取付け位置の前方側に、この基板平坦面３に対して凹な断面が略半円状の曲面からなる導光路２１を設けている。この導光路２１は、基板平坦面３の前方側先端（辺）５まで延在しつつ、その深さが前方側先端５に向かって順次（連続的に）深くなるように傾斜しているとともに、その前方側先端２２で、投影レンズ２５を支持している。
【００３５】
導光路２１は、ＬＥＤ素子９の取付け位置の前方側に設けられており、基板２の面３の前方側先端５まで延在する。そして、基板２の平坦面３と面一な、その後端部２３から、その深さが、投影レンズ２５に向かって、順次連続的に深くなるように傾斜していく、基板の面３に対して凹な断面が略半円状乃至円弧状、あるいは半円錐状の曲面からなっている。言い換えると、ＬＥＤ素子９に向かっては、逆に順次（連続的に）浅くなって、その後端部２３で基板２の平坦面３と面一となるように傾斜していく、基板の面３に対して凹な断面が略半円状乃至円弧状、あるいは半円錐状の曲面からなっている。
【００３６】
このような導光路２１の凹な曲面形状は、基板２の導光路２１に対応（相当）する平板領域を、部分的にプレス成形して（曲面からなる凹みを成形して）、基板２に、材料的に一体かつ連続して形成できる。
【００３７】
導光路２１のこの曲面形状は、ＬＥＤ素子９の光および、この光のリフレクタ２４からの反射光を、前方の投影レンズ２５へ導く役割を有する。このため、この導光路２１の曲面形状は、前記した基板の面３に対して凹な曲面形状とし、その深さが投影レンズ２５に向かい順次連続的に深くなって傾斜していく、前記形状とする必要がある。また、導光路２１の曲面表面は滑らかであることが好ましい。
また、この導光路２１は放熱面としての役割も果たし、基板の平坦面３、あるいはその裏面４と同じく、放射による放熱に寄与する。特に、前記図１のように、導光路２１を曲面形状とした場合には、基板２の前方または側方に向いた放熱面積が増加するため、放射による放熱の効率を高めることができる。
【００３８】
この導光路２１の投影レンズ取り付け部である先端２２は、投影レンズ２５の外形形状に対応（適応）した円弧、曲面形状とされており、この曲面において、投影レンズ２５を係りとめ、取り付ける。この取り付け手段はブラケットなどを含めて公知のものが自由に適用できる。
【００３９】
一方、リフレクタ２４は、基板２の平坦面３に実装されたＬＥＤ素子（光源）９からの光を効率的に反射すべく、ＬＥＤ素子９の取付け位置の後方側に設けられている。そして、その内側はＬＥＤ素子（光源）９からの光を効率的に反射できるよう、図１の通り、ＬＥＤ素子９に対して、曲面状あるいは円弧状の反射面を有する。この反射面は当然ながら表面が滑らかで鏡面化されていることが好ましい。
【００４０】
ここで、車両用ＬＥＤ灯具(車載ＬＥＤランプ)として、ＬＥＤ素子（光源）９が点灯して光を発すると、ＬＥＤ素子９からの光は、直接前方に向かう分と、一旦後方に向かってからリフレクタ２４の光反射面で反射されて前方に向かう分と合わせて、導光路２１を通って（導光路２１で導かれて）、一点鎖線の矢印の通り、前方の投影レンズ２５へと向かう。投影レンズ２５に到った光は、このレンズで所望の配光に制御されて、前記図５で示したような車両の前面レンズ（図示しない）を介して、一点鎖線の矢印の通り、車両前方に照射される。
【００４１】
図２、３：
図２、３に示すヒートシンク１は、本発明の他の実施形態を示し、例えばアルミニウムなどの一定の板厚を有する素材金属薄板から、基板２（面３、４）、平板状の放熱面１０〜１７を一体に成形してなる実施形態を示している。この図２、３のヒートシンクでも、基板や放熱面の各表裏面の平板状放熱面だけでなく、基板や放熱面の前記板厚方向の各放熱面も含めて、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面を有する。
【００４２】
ここで、図２は、図３に示すヒートシンク１の成形前の平板状の展開図であり、図２の素材金属薄板２０の点線で示す境界線（縁部）に沿って、基板２の各辺部を図のＸ、Ｙ、Ｚの３次元の各方向へ各々曲げ加工して、平板状の放熱面１０、１１および１４〜１７を一体に成形し、材料的に一体に形成される。
【００４３】
図２において、ＬＥＤ素子９を挟んで互いに向き合う２枚の放熱面１０、１０は、図の上方側と下方側の反対方向に向かって各々折り曲げられている。そして、これらの放熱面１０、１０は、各々その両方の端部（両側）が更にＸ方向に向かって各々折り曲げられた、互いに平行な２枚の放熱面１４、１５（図の左側の放熱面１０）と、互いに平行な２枚の放熱面１６、１７（図の右側の放熱面１０）の合計４枚のサイド側放熱面を有する。また、これらＬＥＤ素子９を挟んで互いに向き合う２枚のフィン１１、１１は、基板２の両側から、ともに図の下方側に向かって各々折り曲げられている。これら放熱面１０、１１の基板２上での延在長さ（幅）は、矩形な基板２の各辺（各側面）の長さ（幅）と等しい。この図３は前記した段差を有する基板形状例を示しているとも言える。
【００４４】
このような基板２に対して、前記した図１と同様に（同じ要領で）、ヒートシンク１の光学系として、ＬＥＤ素子（光源）９と、リフレクタ２４と、投影レンズの取り付け部２１と、投影レンズ２５（図示せず）とからなるプロジェクタランプを形成する。
【００４５】
図３でも、導光路２１は、前記図１と同じく、ＬＥＤ素子９の取付け位置の前方側に設けられており、基板２の面３の前方側先端５まで延在する。そして、基板２の平坦面３と面一な、その後端部２３から、その深さが、投影レンズ２５に向かって、順次連続的に深くなるように傾斜していく、基板の面３に対して凹な半円状乃至円弧状、あるいは半円錐状の曲面からなっている。このような導光路２１の凹な曲面形状は、基板２の導光路２１に対応（相当）する平板領域を、前記図１と同じく、部分的にプレス成形して（曲面からなる凹みを成形して）、基板２に、材料的に一体かつ連続して形成できる。
【００４６】
この図３のヒートシンク１でも、前記図１と同様に、ＬＥＤ素子取付面３に伝導された熱Ｑは、基板２や放熱面１０〜１７の各表裏面の平板状放熱面Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面に連続して速やかに（遅滞無く）、しかもほぼ等しく高いレベルで、ＬＥＤ素子９を中心とする同心円状に伝導される。また、これだけでなく、基板２の図の後ろ側の側面などの板厚方向の面や、放熱面１０〜１７の板厚方向の各放熱面である各側面や各底面あるいは上面も含めて、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた放熱面にも連続して速やかに（遅滞無く）、しかもほぼ等しく高いレベルで伝導される。これに対して、基板２と放熱面１０〜１７によって、ＬＥＤ素子９を中心として、このＬＥＤ素子９の周囲に、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも向いた板状放熱面を形成している。そして、これら板状放熱面は充分な放熱面積（放射面積）を有する。このため、これら放熱面の表面から、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元のいずれの方向へも放射による放熱が等しく一定レベル以上で行われ、放熱効率を著しく高めることができる。このような効果は、前記した通り、熱伝導性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた場合に特に大きい。
【００４７】
素材：
本発明のヒートシンク１は、優れた放熱効果を、ヒートシンクの形状、構造を複雑化させず、放熱面の数を多くせず、逆に、構造を単純化し、放熱面の数を少なくすることによって達成できる。この結果、種々の素材材料や製造方法あるいは製造工程を選択することができ、安価でつくりやすいヒートシンクを提供することができる。
【００４８】
この点で、素材、材料は、例えば、アルミニウム（純アルミニウム）やアルミニウム合金、銅（純銅）や銅合金、鋼板、樹脂、セラミックなどの種々の素材材料や、板を素材とする絞り加工、折り曲げ加工、ダイキャストや鋳造、鍛造、押出などの製造方法あるいは製造工程を選択することができる。
【００４９】
アルミニウムまたはアルミニウム合金：
ヒートシンク１としての必要特性である、強度、剛性、軽量化、耐食性、熱伝導性、熱伝達性、熱放熱性、加工性などを兼備する素材としては、アルミニウム（純アルミニウム）やアルミニウム合金が好ましい。アルミニウム（純アルミニウム）やアルミニウム合金は、ヒートシンクに求められる熱伝導特性と放熱特性が特に大きく、ＡＡ乃至ＪＩＳ規格に規定される１０５０など、１０００系の純アルミニウムが好ましい。
【００５０】
ヒートシンク１、すなわち基板２と板状放熱面１０〜１７とがアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合には、このアルミニウムまたはアルミニウム合金素材あるいはヒートシンク１の、熱伝導率λや各放熱面の表面放射率ε、板厚を規定することが好ましい。これによって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるヒートシンク１の、車載ＬＥＤランプ用などの前記閉鎖空間内でのＬＥＤ素子９の放熱を，放射を主体とする放熱として放熱効率をより向上させることができる。具体的には、熱伝導率λが１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるとともに、前記基板と板状放熱面との表面放射率εが０．６５以上であり、前記基板と板状放熱面との板厚を０．７〜６ｍｍの範囲とする。
【００５１】
熱伝導率λ：
ヒートシンク１を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の熱伝導率λは１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とする。この熱伝導率λが低いと、前記した通り、ヒートシンク１の構造として、ＬＥＤ素子９からの熱が基板２のＬＥＤ素子取付側の面（表面）３を介して、裏面４や各放熱面の周囲の側面や板厚方向の面へ連続して伝熱される連続伝熱面を形成したとしても、高い熱伝導率が達成できない。
【００５２】
熱伝導率λのＷ／（ｍ・Ｋ）の単位の意味は、1メートルにつき1度の温度勾配があるとき、1平方メートルの断面を通って1秒間に1ジュールの熱が移動することである。代表的な金属の２７℃の熱伝導率は、化学便覧改訂４版によれば、銅：４０２、アルミニウム：２３７、ステンレス(Cr 18%, Ni 9%, C 0.05% 残りFe)：１５、真鍮(Cu 70%, Zn 30%)：１１９となっている。
【００５３】
ヒートシンク１を、鋳造材（鋳物）、冷延板材（圧延板材）、押出形材などのアルミニウムまたはアルミニウム合金展伸材から構成すれば、前記熱伝導率λを１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることができる。この点、アルミダイキャストは鋳造性などの関係からSiなどの合金元素を多く添加した材料を使う必要があり、熱伝導率λが８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、前記熱伝導率を達成できないため、不適である。また、使用するアルミニウムの合金種は、高熱伝導率化の点では、ＪＩＳ規格内の組成や、この規格に相当する組成である純アルミニウムが好ましい。ただ、熱伝導率は低くなるものの、ヒートシンクへの成形性や加工性の向上、あるいは強度、剛性の向上の点から、ＪＩＳ規格内の組成や、この規格に相当する組成である、種々のアルミニウム合金も、薄板でも高強度である特性を活かして利用可能である。
【００５４】
各放熱面の表面放射率ε：
以上の基本構造や熱伝導率λを前提にした、ヒートシンク１の前記した放射主体の放熱効率を高めるためには（ヒートシンク１の高い放熱性を得るためには）、ヒートシンク１、すなわち、ヒートシンク１を構成する基板２および板状放熱面１０〜１７の各放熱面の表面放射率εは高い方が好ましい。この表面放射率εが高いほど、ヒートシンクとしての放射による伝達熱量を増大することができる。この点で、前記表面放射率εは０．６５以上とする。
【００５５】
この放射率εとは、実際の物体の熱放射の理論値（理想的な熱放射体である黒体の熱放射）に対する割合であって、実際の測定は、特開２００２−２３４４６０号公報に記載された方法でもよく、市販のポータブル放射率測定装置によって測定してもよい。
【００５６】
本発明のヒートシンク１をアルミニウム（純アルミニウム）またはアルミニウム合金から構成すれば、表面放射率εは比較的低い値にとどまるが、表面放射率εを０．６５以上の高い値とするために、基板および板状放熱面の各放熱面の表面に、放熱率が高い、黒色、グレー、白色などの塗料のプレコート処理（塗装皮膜）を施しても良い。このプレコート処理は、絞り加工前に予め素材金属薄板に施せば、絞り加工における潤滑剤の役割も果たす。また表面放射率εを高めるために、アルマイト処理などを用いても良い。
【００５７】
基板および板状放熱面の板厚：
前記基本構造や熱伝導率λ、あるいは表面放射率εなどを前提にして、ヒートシンク１の放射主体の放熱効率を高めるために、ヒートシンク、すなわち、基板２および板状放熱面１０〜１３の板厚は０．７〜６ｍｍの範囲、好ましくは０．９〜３．０ｍｍの範囲とする。
【００５８】
板厚が大きい（厚い）ほど高い放熱効率が得られる。これは、板厚が大きい（厚い）ほど熱伝導率λが高くなるためである。このため、ＬＥＤ素子９からの熱が基板２のＬＥＤ素子取付側の面（表面）３を介して、裏面４や各放熱面の周囲の側面や板厚方向の面へ連続して伝熱される連続伝熱面を形成したヒートシンク１構造となってさえいれば、必ずしも大きいサイズの基板および板状放熱面が使わなくても、高い熱伝導率が期待できる。
【００５９】
ただ、車載ＬＥＤランプなど、軽量化が要求され、設置される空間が限られる用途では、そのサイズや板厚の上限にも自ずと限界がある。したがって、基板および板状放熱面の板厚は６ｍｍ以下、好ましくは３．０ｍｍ以下とし、前記の通り規定した０．７〜６ｍｍの範囲、好ましくは０.９〜３．０ｍｍの範囲とする。基板および板状放熱面の板厚は前記範囲内であれば、全て同じであっても、互いに種々変えても良い。
【００６０】
基板および板状放熱面の各放熱面の合計投影面積：
放射主体の放熱効率を高めるためには、図１、３のヒートシンク１の、基板２と板状放熱面１０〜１７とを合わせた全体形状の、三次元空間の直交する３平面への各投影面積の合計値を１５０００〜６００００ｍｍ２の範囲、好ましくは１９０００〜４００００ｍｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００６１】
ここで、前記三次元空間の直交する３平面への投影面積とは、図１、３のヒートシンク１の基板２の表裏面３、４と、放熱フィン１０〜１７とを合わせた全体形状が、図１〜３のＸＹ、ＹＺ、ＺＸ平面に対して、各々投影される際の、各投影面積値の合計（合計面積値）である。これには、基板２の四周囲の板厚（厚み）方向の各側面５、６、７、８も熱の放射面となるので、これらの放熱面がつくる投影面積も当然含まれる。そして、更に、各放熱フィン１０〜１７の板厚（厚み）方向の各面（上面、両端部面、底面）も同様で、上面、両端部面、底面とも熱の放射面となるので、これらの各面がつくる投影面積も、規定する合計投影面積に含まれる。ここで、前記投影面積は、前記各ＸＹ、ＹＺ、ＺＸの平面（投影面）に対して直角方向から照射される平行光によって投影される投影面積である。
【００６２】
前記投影面積は、サイズ効果として、本発明のヒートシンクの熱抵抗に大きく影響し、輻射による放熱性を左右するからである。基板および板状放熱面とからなるヒートシンクの各放熱面の合計投影面積が１５０００ｍｍ２以上、好ましくは１９０００ｍｍ２以上と大きいほど、放射を主体とする放熱効率が高くなりヒートシンクの熱抵抗値Ｒの値が小さくなる。このため、ＬＥＤ素子９からの熱が基板２のＬＥＤ素子取付側の面（表面）３を介して、裏面４や、各板状放熱面１０〜１７と、その周囲の側面や板厚方向の面へ連続して伝熱される。連続伝熱面を形成したヒートシンク１構造となってさえいれば、基板２および板状放熱面１０〜１７の各放熱面の合計投影面積が大きいほど（サイズが大きいほど）、高い熱伝導量が期待できる。
【００６３】
この各放熱面の投影面積が小さすぎると、前記放射を主体とする放熱効率を高くできず、前記熱抵抗値Ｒが大きくなりすぎる。ただ、車載ＬＥＤランプなど、軽量化が要求され、設置される空間が限られる用途では、そのサイズの上限にも自ずと限界がある。また、サイズが大きくなるほど重くなって軽量化が阻害される面も重要である。したがって、基板２の表裏面３、４と、放熱フィン１０〜１７とを合わせた全体形状の三次元空間の直交する３平面への各投影面積の合計値は６００００ｍｍ２以下、好ましくは４００００ｍｍ２以下とし、前記の通り規定した１５０００〜６００００ｍｍ２の範囲、好ましくは１９０００〜４００００ｍｍ２の範囲とする。
【００６４】
ＬＥＤの消費電力：
本発明のヒートシンク１は優れた放熱効果を有するが、熱源となるＬＥＤ９の消費電力が莫大になると、その優れた放熱効果をもってしても、放熱性能が不足することもある。よって、本発明の好ましい適用範囲として、ＬＥＤ９の消費電力が２０Ｗ以下が好適な範囲といえる。なお、比較的消費電力の小さいＬＥＤ９が複数取り付けられるような場合では、それら複数のＬＥＤの消費電力の和が２０Ｗ以下になる範囲が好適な条件といえる。
【００６５】
車載ランプへの装着：
車載ＬＥＤランプなどへの本発明ヒートシンクの装着は、これまで汎用されているヒートシンクの装着と同様に行うことができ、この点が利点でもある。
通常、車載ＬＥＤランプ（車両用灯具）は、光源としてのＬＥＤ素子が実装されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤからの光を光照射方向前方に向かって反射するリフレクタと、これらのＬＥＤ基板及びリフレクタを包囲するハウジングと、ハウジングの開放した前端を閉鎖する透明材料から成るアウターレンズ、ＬＥＤ基板に熱的に接触して配置されたヒートシンクとを含んでいる。前記リフレクタは、樹脂材料から成形されていて、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ付近に焦点を有する放物面系の反射面を備えている。ここで、本発明のヒートシンクは、前記ＬＥＤ素子あるいはＬＥＤ基板に熱的に接触して配置されたヒートシンクとして用いられる。
【００６６】
この点で、本発明ヒートシンクは、例えば、前記した図５の車載ＬＥＤランプに対しても、前記灯具ユニット５５として、マウントプレート５７上に、本発明のＬＥＤ素子を実装した基板２を装着し、ヒートシンクとして組み込むことができる。ただ、この場合にでも、本発明ヒートシンクは、車載ＬＥＤランプとして、従来のヒートシンクのような熱伝達された空気の対流による放熱ではなく、熱の放射による放熱が主体である点が大きく異なる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上、本発明ヒートシンクは、前記放熱面から、熱の放射による放熱が主体であり、しかも、この放射を主体とする放熱効率を格段に向上させることができる。このため、空気対流がほとんどない狭い使用空間（使用、設置環境）に最適なヒートシンクである。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの素材の使用量を最小限にし、ヒートシンクの小型化及び薄型化が可能で、デザインの自由度が高く、製造コストが廉価なヒートシンクを提供できる。このため、車載ＬＥＤランプなど車両用照明灯具向け放熱部品あるいはインバーターや各種の電気機器の冷却用の冷却ボックスに使用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１：ヒートシンク、２：基板、３：基板のＬＥＤ素子取付面、４：基板の裏面、５、６、７、８：基板の板厚方向側面、９：ＬＥＤ素子、１０、１１、１４、１５、１６、１７：板状放熱面、１２、１３、１８：板状放熱面の側面側、底面側の板厚方向の放熱面、２０：素材平板、２１：導光路、２２：導光路先端、２３：導光路後端部、２４：リフレクタ、２５：投影レンズ
【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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