(57)【要約】【課題】被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、良好な放熱効率が得られる技術を提供する。【解決手段】このヒートシンク２０は、下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部２１と、基板部２１から上方へ向け起立した柱状の支柱部２２と、板状のフィンを有する放熱部２３とを有する。放熱部２３は、支柱部２２を中心として放射状に延びる内側フィン３１と、内側フィン３１の外端から二股に分岐して径方向外側に延びる中間フィン３２と、中間フィン３２の外端から径方向外側に延びる外側フィン３３と、周方向に隣り合う外側フィン３３の間に配置される補助フィン３４とを有する。中間フィン３２は径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有する。中間湾曲部の最大曲率は、外側フィン３３および補助フィン３４の最大曲率よりも大きい。【選択図】図２
2017021912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、
前記基板部の上面から上方へ向け起立した柱状の支柱部と、
前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、
を有し、
前記複数のフィンは、
前記支柱部を中心として径方向外側へ向けて放射状に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の内側フィンと、
前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる複数の中間フィンと、
前記中間フィンの径方向外端から径方向外側に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の外側フィンと、
周方向に隣り合う前記外側フィンの周方向略中央に配置され、径方向に延びる複数の補助フィンと、
を含み、
前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、
複数の前記中間湾曲部は、周方向に略等間隔に配置され、
前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンおよび前記補助フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートシンクであって、
前記外側フィンおよび前記補助フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する、ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のヒートシンクであって、
前記支柱部の径方向外端と前記内側フィンのそれぞれの径方向内端とは一繋がりに形成され、
前記内側フィンのそれぞれの径方向外端と、前記内側フィンから分岐する２つの前記中間フィンの径方向内端とは、一繋がりに形成される、ヒートシンク。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記放熱部の直径に対して、前記中間フィンが径方向に占める割合は、３０％以上４０％以下である、ヒートシンク。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記放熱部の直径に対して、前記外側フィンが径方向に占める割合は、３５％以上４５％以下である、ヒートシンク。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、１５°以上４０°以下である、ヒートシンク。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する、ヒートシンク。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記内側フィンの数が１２個であり、
前記中間フィンの数、前記外側フィンの数および前記補助フィンの数がいずれも２４個である、ヒートシンク。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のヒートシンクであって、
隣り合う前記中間フィンの前記湾曲部同士の間隔、および、隣り合う前記外側フィンと前記補助フィンとの間隔は、いずれも５ミリメートル以上８ミリメートル以下である、ヒートシンク。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のヒートシンクと、
前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、
を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクおよびこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱量の大きい光源を用いた照明装置において、熱源である光源の裏面にヒートシンクを配置して、照明装置の過度な温度上昇を抑制する方法が知られている。また、近年、発光効率が高く発熱の少ない光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）が普及しているが、消費電力が数十ワットを超えるハイパワー型のＬＥＤモジュールは発熱量が大きく、冷却の必要がある。
【０００３】
被冷却物を中央に配置するヒートシンクとして、従来、被冷却物付近から径方向外方へ延びる複数のフィンを設けたヒートシンクが知られている。従来のヒートシンクについては、例えば、特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のヒートシンクでは、フィンを密に配置することにより、放熱面積を大きくしている（図１）。このヒートシンクでは、フィンの間隔は狭いものの、このヒートシンクと共に使用されるファンによる積極的な送風によって効率良い放熱が可能となっている。しかしながら、低消費電力化、コストダウンの要請等からヒートシンクと共にファンを使用できない場合もある。ファンによる積極的な送風が無い場合には、フィン間における気体の流動が抑制され、放熱効率が却って低下する虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、良好な放熱効率が得られる技術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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、前記基板部の上面から上方へ向け起立した柱状の支柱部と、前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、を有し、前記複数のフィンは、前記支柱部を中心として径方向外側へ向けて放射状に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の内側フィンと、前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる複数の中間フィンと、前記中間フィンの径方向外端から径方向外側に延び、周方向に略等間隔に配置される複数の外側フィンと、周方向に隣り合う前記外側フィンの周方向略中央に配置され、径方向に延びる複数の補助フィンと、を含み、前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、複数の前記中間湾曲部は、周方向に略等間隔に配置され、前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンおよび前記補助フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンクである。
【０００８】
本願の第２発明は、第１発明のヒートシンクであって、前記外側フィンおよび前記補助フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する。
【０００９】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明のヒートシンクであって、前記支柱部の径方向外端と前記内側フィンのそれぞれの径方向内端とは一繋がりに形成され、前記内側フィンのそれぞれの径方向外端と、前記内側フィンから分岐する２つの前記中間フィンの径方向内端とは、一繋がりに形成される。
【００１０】
本願の第４発明は、第１発明ないし第３発明のいずれかのヒートシンクであって、前記放熱部の直径に対して、前記中間フィンが径方向に占める割合は、３０％以上４０％以下である。
【００１１】
本願の第５発明は、第１発明ないし第４発明のいずれかのヒートシンクであって、前記放熱部の直径に対して、前記外側フィンが径方向に占める割合は、３５％以上４５％以下である。
【００１２】
本願の第６発明は、第１発明ないし第５発明のいずれかのヒートシンクであって、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、１５°以上４０°以下である。
【００１３】
本願の第７発明は、第１発明ないし第６発明のいずれかのヒートシンクであって、前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する。
【００１４】
本願の第８発明は、第１発明ないし第７発明のいずれかのヒートシンクであって、前記内側フィンの数が１２個であり、前記中間フィンの数、前記外側フィンの数および前記補助フィンの数がいずれも２４個である。
【００１５】
本願の第９発明は、第１発明ないし第８発明のいずれかのヒートシンクであって、隣り合う前記中間フィンの前記湾曲部同士の間隔、および、隣り合う前記外側フィンと前記補助フィンとの間隔は、いずれも５ミリメートル以上８ミリメートル以下である。
【００１６】
本願の第１０発明は、第１発明ないし第９発明のいずれかのヒートシンクと、前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、を有する照明装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本願の第１発明〜第１０発明によれば、被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、フィン間の間隔を狭くすることなく、放熱面積を増加できる。その結果、良好な放熱効率が得られる。
【００１８】
特に、本願の第２発明によれば、放熱部の径方向外端付近における剛性を向上できる。
【００１９】
特に、本願の第３発明によれば、放熱効率を向上できる。
【００２０】
特に、本願の第４発明〜第６発明によれば、中間フィンにおける放熱面積を増加しつつ、フィン間における流路抵抗の増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る照明装置の断面図である。
【図２】第１実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るヒートシンクの上面図である。
【図４】第２実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。
【図５】第２実施形態に係るヒートシンクの上面図である。
【図６】第３実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。
【図７】第３実施形態に係るヒートシンクの上面図である。
【図８】第３実施形態に係るヒートシンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．照明装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る照明装置１の断面図である。この照明装置１は、天井埋込型のＬＥＤダウンライトである。なお、本発明の照明装置は、天井埋込型ダウンライトに限られず、スポットライトやスタンドライトであってもよい。
【００２４】
照明装置１は、ＬＥＤモジュール１１と、フード部１２と、カバー１３と、ヒートシンク２０とを有する。
【００２５】
ＬＥＤモジュール１１は、ベース１１１と、基板１１２とを有する。ベース１１１は、金属製であり、円板状に形成される。基板１１２は、ガラスまたはエポキシ樹脂により形成された基板の中央部にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ）タイプのＬＥＤが実装されて成る。基板１１２は、ベース１１１の下面に固着される。
【００２６】
ベース１１１の上面は、ヒートシンク２０の下面に接触する。これにより、基板１１２に実装されたＬＥＤにおいて発生した熱が、ベース１１１を介してヒートシンク２０へと伝わる。ベース１１１とヒートシンク２０との接触面は、いずれもできる限り平滑であることが好ましい。互いの接触面を平滑にすることにより、ベース１１１とヒートシンク２０との熱的な結合が高まる。また、ベース１１１とヒートシンク２０との接着面には、シリコングリス等の熱伝導性の高い材料を塗布してもよい。そうすれば、接着面同士の密着度が高まり、ベース１１１とヒートシンク２０との熱的な結合が高まる。
【００２７】
フード部１２は、枠部１２１と、反射部１２２と、レンズ１２３とを有する。枠部１２１は、上下方向に延びる円筒状の部材である。反射部１２２は、枠部１２１の下端部から上方に向かうにつれてすぼむ傘状の部材である。反射部１２２は、ＬＥＤチップの照射光を反射する。反射部１２２の上端には開口１２４が設けられている。反射部１２２の上端は、基板１１２上に実装されたＬＥＤが開口１２４から露出するようにＬＥＤモジュール１１に固定されている。レンズ１２３は、枠部１２１の下端部に配置される、配光調節用の光学部品である。本実施形態の枠部１２１および反射部１２２は、アルミニウムにより一体に成形されたダイカスト品である。なお、枠部１２１および反射部１２２は、別々の部材により成形されてもよい。
【００２８】
カバー１３は、内部にＬＥＤモジュール１１、フード部１２およびヒートシンク２０を収容する筐体である。カバー１３の下部には、ＬＥＤモジュール１１からの光を外部に照射するための開口が設けられている。カバー１３は、その外周面に設けられた固定具１３１により、天井板に固定される。
【００２９】
ヒートシンク２０は、アルミニウム、銅、銅合金等の比較的熱伝導性の高い材料により形成された放熱部材である。本実施形態においては、ヒートシンク２０の材料にアルミニウム合金が用いられる。ヒートシンク２０の下面がＬＥＤモジュール１１のベース１１１の上面と接触することにより、ＬＥＤモジュール１１から発生した熱が、ヒートシンク２０を介して周辺の気体中へと発散される。ヒートシンク２０の詳細な構成については、後述する。
【００３０】
＜１−２．ヒートシンクの構成＞
次に、ヒートシンク２０の構成について、図２および図３を参照しつつ説明する。図２は、ヒートシンク２０の斜視図である。図３は、ヒートシンク２０の上面図である。
【００３１】
図２および図３に示すように、ヒートシンク２０は、基板部２１、支柱部２２および放熱部２３を有する。本実施形態では、基板部２１、支柱部２２および放熱部２３は、冷間鍛造により一体に成形される。
【００３２】
基板部２１は、円板状の部位である。基板部２１の下面中央には、被冷却物であるＬＥＤモジュール１１が配置される。支柱部２２は、基板部２１の略中央において、基板部２１の上面から上方へ向けて起立する柱状の部位である。支柱部２２は、被冷却物の上方に配置されることにより、被冷却物から基板部２１へと伝わった熱を効率よく放熱部２３に伝達し、放熱できる。
【００３３】
放熱部２３は、１２個の内側フィン３１と、２４個の中間フィン３２と、２４個の外側フィン３３と、２４個の補助フィン３４とを有する。これらのフィン３１〜３４はそれぞれ、板状の放熱フィンであり、基板部２１から上方へ向けて起立している。
【００３４】
１２個の内側フィン３１は、支柱部２２から径方向外側へ向けて放射状に延びる。内側フィン３１はそれぞれ、その径方向外端に、他の部分よりも周方向の厚みが大きい幅広部３１１を有する。
【００３５】
中間フィン３２はそれぞれ、内側フィン３１の径方向外端から二股に分岐して、径方向外側に延びる。中間フィン３２のうち、内側フィン３１から周方向一方側に分岐するものを第１中間フィン３２１と称し、内側フィン３１から周方向他方側に分岐するものを第２中間フィン３２２と称する。図３中に、内側フィン３１と中間フィン３２の境界を破線Ｂ１で示している。このように、内側フィン３１と中間フィン３２との境界が、二股に分かれる分岐点となっている。
【００３６】
ここで、本願において、後述する中間湾曲部が径方向外側に向かうにつれて湾曲する、周方向における向きを周方向一方側という。また、周方向における、周方向一方側とは反対側の向きを周方向他方側という。本実施形態では、周方向一方側は、図３に示すように上方から見て時計回りの方向となる。また、周方向他方側は、図３に示すように上方から見て反時計回りの方向となる。
【００３７】
外側フィン３３はそれぞれ、各中間フィン３２の径方向外端から径方向外側に延びる。図３中に、中間フィン３２と外側フィン３３の境界を破線Ｂ２で示している。補助フィン３４はそれぞれ、周方向に隣り合う外側フィン３３の周方向略中央に配置され、外側フィン３４に沿って径方向に延びる。
【００３８】
１２個の内側フィン３１は、周方向に略等間隔に配置される。内側フィン３１の径方向内端は、上端から下端まで、支柱部２２と繋がっている。これにより、基板部２１の下面中央に配置されたＬＥＤモジュール１１から、基板部２１および支柱部２２を介して内側フィン３１へと熱が効率よく伝導する。
【００３９】
また、内側フィン３１の下端部は基板部２１と繋がっている。このため、基板部２１の下面中央に配置された被冷却物から、基板部２１を介して内側フィン３１へと熱が効率よく伝導する。
【００４０】
内側フィン３１は、図２および図３に示すように、中間フィン３２、外側フィン３３および補助フィン３４と比べて厚みが大きい。これにより、ＬＥＤモジュール１１から基板部２１および支柱部２２へと伝わった熱を、効率よく径方向外側および上方へと伝導できる。すなわち、内側フィン３１は、効率よく中間フィン３２へと熱を伝導できる。また、上述のように、幅広部３１１の厚みを内側フィン３１の他の部分よりも大きくしているため、内側フィン３１の厚みが略均一の場合と比べて、第１中間フィン３２１の径方向内端と、第２中間フィン３２２の径方向内端との周方向の間隔を大きくとることができる。
【００４１】
第１中間フィン３２１は、幅広部３１１の周方向一方側端部から径方向外側かつ周方向一方側へ真っ直ぐ延びる第１分岐部４１と、第１分岐部４１の径方向外端から径方向外側へ延びる中間湾曲部４２とを有する。第２中間フィン３２２は、幅広部３１１の周方向他方側端部から径方向外側かつ周方向他方側へ真っ直ぐ延びる第２分岐部４３と、第２分岐部４３の径方向外端から径方向外側へ延びる中間湾曲部４４とを有する。図３中に、第１分岐部４１および中間湾曲部４２の境界、並びに第２分岐部４３および中間湾曲部４４の境界を、二点鎖線Ｂ３で示す。
【００４２】
中間湾曲部４２，４４は、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと円弧状に湾曲する。中間湾曲部４２，４４の曲率は、外側フィン３３および各補助フィン３４の最大曲率よりも大きく、径方向内端から径方向外端まで略一定である。２４個の中間湾曲部４２，４４は、周方向に略等間隔に配置される。なお、本願において「曲率」とは、曲率半径の逆数を指す。
【００４３】
外側フィン３３はそれぞれ、中間フィン３２の径方向外端から径方向外側へと真っ直ぐ延びる第１直進部４５と、第１直進部４５の径方向外端から径方向外側へ延びる外側湾曲部４６を有する。また、補助フィン３４はそれぞれ、径方向に真っ直ぐ延びる第２直進部４７と、第２直進部４７の径方向外端から径方向外側へ延びる外側湾曲部４８を有する。外側湾曲部４６，４８は、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へ円弧状に湾曲する。すなわち、外側湾曲部４６，４８は、中間湾曲部４２，４４と同一方向へ湾曲する。なお、図３中に、第１直進部４５および外側湾曲部４６の境界、並びに第２直進部４７および外側湾曲部４８の境界を、二点鎖線Ｂ４で示す。
【００４４】
このように、外側フィン３３と補助フィン３４とは、径方向の位置に応じた形状が略同一である。ただし、第２直進部４７の径方向外端と第１直進部４５の径方向外端とは、径方向位置が略同一であるが、第２直進部４７の径方向内端は、第１直進部４５の径方向内端よりも径方向外側に配置される。
【００４５】
２４個の外側フィン３３は、周方向に略等間隔に配置される。また、補助フィン３４はそれぞれ、周方向に隣り合う外側フィン３３の周方向略中央に配置される。すなわち、２４個の外側フィン３３と２４個の補助フィン３４とは、交互に、周方向に略等間隔に配置される。
【００４６】
ここで、図３を参照しつつ、ヒートシンク２０の周辺における気体の流れについて説明する。本実施形態では、ヒートシンク２０の基板部２１の下面中央に被冷却物であるＬＥＤモジュール１１が配置される。そのため、ＬＥＤモジュール１１が駆動し、ＬＥＤモジュール１１が発熱すると、ヒートシンク２０の中央を中心として、上昇気流が発生する。これにより、一例として図３中に実線矢印および破線矢印で示すように、ヒートシンク２０の各フィン３１〜３４の間を径方向外側から径方向内側へと向かう気流が発生する。
【００４７】
図３中に一例として、周方向に隣り合う内側フィン３１の間の空間Ａ１と、第１中間フィン３２１の周方向一方側の面および第２中間フィン３２２の周方向他方側の面の間の空間Ａ２とに生じる気流を、実線矢印で示す。また、外側フィン３３の周方向一方側の面および補助フィン３４の周方向他方側の面の間の空間Ａ３と、補助フィン３４の周方向一方側の面および外側フィン３３の周方向他方側の面の間の空間Ａ４とに生じる気流を、実線矢印で示す。なお、空間Ａ１の径方向外端および空間Ａ２の径方向内端と、空間Ａ２の径方向外端および空間Ａ３の径方向内端と、空間Ａ２の径方向外端および空間Ａ４の径方向内端とは、それぞれ、繋がっている。
【００４８】
ヒートシンク２０から上方へ向かう上昇気流が発生すると、空間Ａ１および空間Ａ２に、内側フィン３１および中間フィン３２の形状に沿って径方向内側へと向かう気流が生じる。これにより、ヒートシンク２０の径方向外側から気体が引き込まれ、空間Ａ３，Ａ４を径方向内側へ向かう気流が生じる。
【００４９】
また、図３中には、第２中間フィン３２２の周方向一方側の面および第１中間フィン３２１の周方向他方側の面の間の空間Ａ５と、外側フィン３３の周方向一方側の面および補助フィン３４の周方向他方側の面の間の空間Ａ６と、補助フィン３４の周方向一方側の面およびかつ外側フィンの周方向他方側の面の間の空間Ａ７とに生じる気流が、破線矢印で示されている。なお、空間Ａ５の径方向外端および空間Ａ６の径方向内端と、空間Ａ５の径方向外端および空間Ａ７の径方向内端とは、それぞれ、繋がっている。
【００５０】
本実施形態では、上記の通り、補助フィン３４の径方向内端が外側フィン３３の径方向内端よりも径方向外側に配置されている。これにより、中間フィン３２と外側フィン３３との接続部付近において、空間Ａ３内の気流と空間Ａ４内の気流とが合流して空間Ａ２へと向かいやすい。同様に、中間フィン３２と外側フィン３３との接続部付近において、空間Ａ６内の気流と空間Ａ７内の気流とが合流して空間Ａ５へと向かいやすい。すなわち、フィン３１〜３４間を流れる気体の流路抵抗を低減できる。
【００５１】
このヒートシンク２０のように、被冷却物を略中央に配置するヒートシンクでは、径方向内側に向かうにつれて、被冷却物からの熱が伝導しやすく、冷却効率が高い。そのため、内側フィン３１および中間フィン３２における表面積を広くすることが好ましい。ただし、単に内側フィン３１および中間フィン３２の数を増やすと、フィン３１，３２間の間隔が狭くなり、フィン３１，３２間を流れる気体の流路抵抗が大きくなる。その場合、フィン３１，３２間を流れる気流の速度が遅くなるため、内側フィン３１および中間フィン３２において表面積を広くとったとしても冷却効率を向上できない虞がある。したがって、フィン３１〜３４間の間隔を狭くすることなく、内側フィン３１および中間フィン３２における表面積を大きくすることが好ましい。
【００５２】
そこで、このヒートシンク２０では、中間フィン３２が内側フィン３１から二股に分岐している。これにより、最も径方向内側に配置され、フィン同士が密集しやすい内側フィン３１の数を少なくできる。したがって、内側フィン３１同士の間隔が狭くなるのが抑制されている。また、中間フィン３２が中間湾曲部４２，４４を有している。これにより、中間フィン３２同士の間隔を狭くすること無く、中間フィン３２における表面積を増加できる。すなわち、良好な放熱効率が得られる。また、中間フィン３２が中間湾曲部４２，４４を有することにより、中間フィン３２の剛性が向上する。
【００５３】
また、このヒートシンク２０では、外側フィン３３および補助フィン３４がその径方向外端に外側湾曲部４６，４８を有する。これにより、外側フィン３３および補助フィン３４の剛性が向上する。一方、上記の通り、中間湾曲部４２，４４は、外側フィン３３および補助フィン３４の最大曲率よりも大きい曲率を有する。すなわち、外側湾曲部４６，４８の曲率は、中間湾曲部４２，４４の曲率よりも小さい。このように、外側湾曲部４６，４８の湾曲が小さいことにより、外側フィン３３および補助フィン３４付近において流路抵抗が増加するのが抑制される。これにより、内側フィン３１および中間フィン３２付近における気流の速度が減少するのが抑制される。すなわち、内側フィン３１および中間フィン３２における放熱効率を向上できる。
【００５４】
本実施形態のヒートシンク２０は、直径１２５ｍｍである。また、１つの中間フィン３２の径方向の長さは２１ｍｍである。このため、放熱部２３の直径に対して、中間フィン３２が径方向に占める割合は、３３．６％である。中間フィン３２を長くすると、放熱面積が増加する一方、放熱部２３全体としての流路抵抗が増加する。そこで、このように、放熱部２３の直径に対して、中間フィン３２の径方向に占める割合を３０％以上４０％以下とすることが好ましい。これにより、放熱面積を増加しつつ、流路抵抗の増加を抑制できる。
【００５５】
また、１つの外側フィン３３の径方向の長さは２５ｍｍである。このため、放熱部２３の直径に対して、外側フィン３３が径方向に占める割合は、４０％である。外側フィン３３を長くすると、放熱部２３の径方向外側から気体を引き込みやすい。一方、外側フィン３３を長くすると、最も放熱効率の高い中間フィン３２の長さを長く取れない。そこで、このように、放熱部２３の直径に対して、外側フィン３３の径方向に占める割合を３５％以上４５％以下とすることが好ましい。
【００５６】
なお、本実施形態のヒートシンク２０は、内側フィン３１の数が１２個であり、中間フィン３２、外側フィン３３および補助フィン３４の数がいずれも２４個である。これにより、隣り合う中間湾曲部４３同士の間隔と、隣り合う外側フィン３３と補助フィン３４との間隔は、約６〜７ｍｍとなる。このように、直径１００ｍｍ〜２００ｍｍのヒートシンク２０においては、隣り合う中間湾曲部４３同士の間隔と、隣り合う外側フィン３３と補助フィン３４との間隔とが、いずれも５ｍｍ以上８ｍｍ以下であることが好ましい。そうすると、フィン３１〜３４間における気流の速度の低下を効率よく抑制できる。
【００５７】
また、本実施形態のヒートシンク２０では、支柱部２２の中心２２０と中間湾曲部４３の内端とを結ぶ直線と、支柱部２２の中心２２０と中間湾曲部４３の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、約２６°である。中間湾曲部４３の内端と外端との周方向位置が大きく異なると、中間湾曲部４３付近における流路抵抗が大きくなる。そのため、このように、支柱部２２の中心２２０と中間湾曲部４３の内端とを結ぶ直線と、支柱部２２の中心２２０と中間湾曲部４３の外端とを結ぶ直線とのなす角度を、１５°以上４０°以下とすることが好ましい。これにより、中間湾曲部４３における放熱面積を増加しつつ、流路抵抗の増加を抑制できる。
【００５８】
＜２．第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について、図４および図５を参照しつつ説明する。図４は、第２実施形態に係るヒートシンク２０Ａの斜視図である。図５は、ヒートシンク２０Ａの上面図である。
【００５９】
図４および図５に示すように、ヒートシンク２０Ａは、基板部２１Ａ、支柱部２２Ａおよび放熱部２３Ａを有する。放熱部２３Ａは、複数の内側フィン３１Ａと、複数の中間フィン３２Ａと、複数の外側フィン３３Ａと、複数の補助フィン３４Ａとを有する。図５中に、内側フィン３１Ａと中間フィン３２Ａの境界を破線Ｃ１で示し、中間フィン３２Ａと外側フィン３３Ａの境界とを破線Ｃ２で示す。
【００６０】
複数の内側フィン３１Ａは、支柱部２２Ａを中心として径方向外側へ向けて放射状に延び、周方向に略等間隔に配置される。中間フィン３２Ａはそれぞれ、内側フィン３１Ａの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる。複数の中間フィン３２Ａのうち、各内側フィン３１Ａから周方向一方側に分岐するものを第１中間フィン３２１Ａと称し、各内側フィン３１Ａから周方向他方側に分岐するものを第２中間フィン３２２Ａと称する。
【００６１】
ここで、本実施形態では、後述する中間湾曲部４２Ａ，４４Ａが、径方向外側に向かうにつれて湾曲する、周方向における向きは、上方から見て反時計回りの方向である。よって、本実施形態における「周方向一方側」は、上方から見て反時計回りの方向となる。
【００６２】
第１中間フィン３２１Ａはそれぞれ、内側フィン３１Ａから径方向外側かつ周方向他方側へ真っ直ぐ延びる第１分岐部４１Ａと、第１分岐部４１Ａの径方向外端から径方向外側へ延びる中間湾曲部４２Ａとを有する。第２中間フィン３２２Ａはそれぞれ、内側フィン３１Ａから径方向外側かつ周方向一方側へ真っ直ぐ延びる第２分岐部４３Ａと、第２分岐部４３Ａの径方向外端から径方向外側に延びる中間湾曲部４４Ａとを有する。中間湾曲部４２Ａ，４４Ａは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へとＳ字状に湾曲する。図５中に、第１分岐部４１Ａおよび中間湾曲部４２Ａの境界、並びに第２分岐部４３Ａおよび中間湾曲部４４Ａの境界を、二点鎖線Ｃ３で示す。
【００６３】
外側フィン３３Ａはそれぞれ、中間フィン３２Ａの径方向外端から径方向外側に延びる。外側フィン３３Ａは、径方向外端を含む一部が、径方向外側に向かうにつれて周方向他方側へと円弧状に湾曲する。すなわち、外側湾曲部４６Ａ，４８Ａは、中間湾曲部４２Ａ，４４Ａと反対方向へ湾曲する。これにより、連続する内側フィン３２Ａおよび外側フィン３３Ａは、一体としてＳ字状に湾曲する。補助フィン３４Ａはそれぞれ、周方向に隣り合う外側フィン３３Ａの周方向略中央に配置され、隣接する外側フィン３３Ａに沿って径方向に延びる。すなわち、補助フィン３４Ａは、径方向外端を含む一部が、径方向外側に向かうにつれて周方向他方側へと円弧状に湾曲する。図５に示すように、中間湾曲部４２Ａ，４４Ａの最大曲率は、外側フィン３３Ａおよび補助フィン３４Ａの最大曲率よりも大きい。
【００６４】
本実施形態のヒートシンク２０Ａでは、中間フィン３２Ａの中間湾曲部４２Ａ，４４ＡがＳ字状に湾曲する。このため、中間フィン３２Ａと外側フィン３３Ａとの接続箇所において、角が生じない。したがって、外側フィン３３Ａと補助フィン３４Ａとの間を径方向内側へ向かう気流が中間フィン３２Ａ間の空間へ、スムーズに流れ込むことができる。すなわち、中間フィン３２Ａと外側フィン３３Ａとの接続箇所における流路抵抗を低減できる。また、本実施形態のヒートシンク２０Ａでは、補助フィン３４Ａの径方向内端は、外側フィン３３Ａの径方向内端よりも径方向内側に配置される。このように、補助フィン３４Ａは、外側フィン３３Ａよりも長くてもよい。
【００６５】
＜３．第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について、図６〜図８を参照しつつ説明する。図６は、第３実施形態に係るヒートシンク２０Ｂの斜視図である。図７は、ヒートシンク２０Ｂの上面図である。また、図８は、ヒートシンク２０ＢのＡ−Ａ断面図である。
【００６６】
このヒートシンク２０Ｂは、第１実施形態に係るヒートシンク２０と、支柱部２２Ｂおよび内側フィン３１Ｂの形状のみが異なる。ヒートシンク２０Ｂについて、第１実施形態に係るヒートシンク２０と同様の構成については、説明を省略する。
【００６７】
図６および図７に示すように、このヒートシンク２０Ｂの支柱部２２Ｂは、第１実施形態の支柱部２２と比べて径が大きい。それに対応して、内側フィン３１Ｂは、第１実施形態の内側フィン３１と比べて径方向の長さが短い。また、図６〜図８に示すように、支柱部２２Ｂは、上面から下方に向かって凹む凹部２２１Ｂを有する。なお、図８中、基板部２１Ｂと支柱部２２Ｂおよび放熱部２３Ｂとの境界と、支柱部２２Ｂと内側フィン３１Ｂの境界とが、破線で示されている。
【００６８】
本実施形態では、ヒートシンク２０Ｂは、冷間鍛造により形成される。冷間鍛造によりヒートシンクを形成する場合、各部に係る圧力をなるべく均一にすることが好ましい。圧力を均一にするため、支柱部の径を小さくしたり、支柱部に凹部を設けて支柱部を円環状とすることが考えられる。しかしながら、支柱部の径を小さくすると、支柱部と基板部との接続箇所の断面積が小さくなるため、ＬＥＤモジュールから支柱部への熱伝導性が低下し、放熱効率が低下する。また、凹部を支柱部の下端まで設けると、支柱部における基板部との接続箇所の体積が小さくなり蓄熱可能な熱容量が減少するため、ＬＥＤモジュールから支柱部への熱伝導性が低下し、放熱効率が低下する。
【００６９】
そこで、図８に示すように、本実施形態のヒートシンク２０Ｂでは、支柱部２２Ｂに凹部２２１Ｂを設けている。すなわち、支柱部２２Ｂは、円柱状の円柱部２２２Ｂと、円柱部２２２Ｂの上側において凹部２２１Ｂの周囲に円環状に形成される円環部２２３Ｂとを有する。
【００７０】
水平方向の断面積の大きい円柱部２２２Ｂが基板部２１Ｂと繋がっていることにより、ＬＥＤモジュールから基板部２１Ｂを介して円柱部２２２Ｂへと効率よく熱が伝導する。また、内部に凹部２２１Ｂが配置された円環部２２３Ｂを設けることにより、ヒートシンク２０Ｂの成形精度の低下を抑制できる。
【００７１】
本実施形態では、凹部２２１Ｂの上下方向の長さは、支柱部２２Ｂの上下方向の長さの約５８．３％である。このように、凹部２２１Ｂの上下方向の長さを５０％以上７０％以下とすることにより、ＬＥＤモジュールから支柱部２２Ｂへの熱伝導効率を向上しつつ、ヒートシンク２０Ｂの成形精度の低下を抑制できる。
【００７２】
なお、凹部２２１Ｂは、支柱部２２Ｂの下端部まで延びていてもよい。その場合、凹部２２１Ｂの少なくとも下端部を含む一部に、高熱伝導性樹脂等の熱伝導性の高い材料を充填することが好ましい。そうすれば、ＬＥＤモジュールから支柱部２２Ｂへの熱伝導効率の低下を抑制しつつ、ヒートシンク２０Ｂの成形精度の低下をさらに抑制できる。
【００７３】
＜４．変形例＞
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００７４】
上記の実施形態では、外側フィンおよび補助フィンが外側湾曲部を有していたが、本発明はこれに限られない。外側フィンおよび補助フィンは、湾曲せず、径方向に真っ直ぐに延びる第１直進部および第２直進部のみから構成されてもよい。
【００７５】
上記の実施形態では、ヒートシンクがＬＥＤモジュールを冷却するものであったが、本発明はこれに限られない。本発明のヒートシンクは、電子部品等の他の発熱量の大きい被冷却物を冷却するものであってもよい。
【００７６】
また、上記の実施形態では、内側フィン、中間フィンおよび外側フィンが、支柱部からヒートシンク外周まで連続して形成されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、内側フィン、中間フィンおよび外側フィン並びに各フィン同士の接続箇所のいずれかの箇所に、径方向に分断される間隙や、上端から下方へ向かう切れ込みが設けられていてもよい。
【００７７】
また、本発明において、各フィンの湾曲方向は、上記の実施形態の例に限定されない。中間湾曲部と外側湾曲部の湾曲方向は同一方向であってもよいし、反対方向であってもよい。また、各フィンは、上記の実施形態と全て反対方向に湾曲し、上記の実施形態の鏡像と同一の形状をするものであってもよい。
【００７８】
また、本発明において、各フィンの数は、上記の実施形態の例に限定されない。各フィンの数は、放熱部の径や、材料の種類、各フィンの厚み等によって適宜調整することが好ましい。
【００７９】
また、上記の各実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、任意に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  照明装置
１１  ＬＥＤモジュール
２０，２０Ａ，２０Ｂ  ヒートシンク
２１，２１Ａ，２１Ｂ  基板部
２２，２２Ａ，２２Ｂ  支柱部
２３，２３Ａ，２３Ｂ  放熱部
３１，３１Ａ，３１Ｂ  内側フィン
３２，３２Ａ  中間フィン
３３，３３Ａ  外側フィン
３４，３４Ａ  補助フィン
４２，４２Ａ，４４，４４Ａ  中間湾曲部
４６，４６Ａ，４８、４８Ａ  外側湾曲部
２２０  中心
２２１Ｂ  凹部
【図１】
2017021912.tif 000003
【図２】
2017021912.tif 000004
【図３】
2017021912.tif 000005
【図４】
2017021912.tif 000006
【図５】
2017021912.tif 000007
【図６】
2017021912.tif 000008
【図７】
2017021912.tif 000009
【図８】
2017021912.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月19日(2016.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、
前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、
を有し、
前記複数のフィンは、
複数の中間フィンと、前記中間フィンの径方向外端より径方向外側に配置される複数の外側フィンと、
を含み、
前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、
前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートシンクであって、
前記外側フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する、ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のヒートシンクであって、
前記複数のフィンは、前記中間フィンの径方向内端よりも前記基板の内側に更に複数の内側フィンを備え、
前記複数の中間フィンは、前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる、ヒートシンク。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記放熱部の直径に対して、前記中間フィンが径方向に占める割合は、３０％以上４０％以下である、ヒートシンク。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記基板部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、１５°以上４０°以下である、ヒートシンク。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記基板部の中央から上方へ向け起立した柱状の支柱部を備え、前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する、ヒートシンク。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記中間フィンと前記外側フィンとは、前記中間フィンと前記外側フィンとの間に間隙が設けられていることにより、径方向に分断されている、ヒートシンク。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヒートシンクと、
前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、
を有する照明装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有する放熱部と、を有し、前記複数のフィンは、複数の中間フィンと、前記中間フィンの径方向外端より径方向外側に配置される複数の外側フィンと、を含み、前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンクである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願の第２発明は、第１発明のヒートシンクであって、前記外側フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明のヒートシンクであって、前記複数のフィンは、前記中間フィンの径方向内端よりも前記基板の内側に更に複数の内側フィンを備え、前記複数の中間フィンは、前記内側フィンの径方向外端から二股に分岐して径方向外側に延びる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本願の第５発明は、第１発明ないし第４発明のいずれかのヒートシンクであって、前記基板部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、１５°以上４０°以下である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本願の第６発明は、第１発明ないし第５発明のいずれかのヒートシンクであって、前記基板部の中央から上方へ向け起立した柱状の支柱部を備え、前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本願の第７発明は、第１発明ないし第６発明のいずれかのヒートシンクであって、前記中間フィンと前記外側フィンとは、前記中間フィンと前記外側フィンとの間に間隙が設けられていることにより、径方向に分断されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本願の第８発明は、第１発明ないし第７発明のいずれかのヒートシンクと、前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、を有する照明装置である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本願の第１発明〜第８発明によれば、被冷却物を中央に配置するヒートシンクにおいて、フィン間の間隔を狭くすることなく、放熱面積を増加できる。その結果、良好な放熱効率が得られる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
特に、本願の第４発明および第５発明によれば、中間フィンにおける放熱面積を増加しつつ、フィン間における流路抵抗の増加を抑制できる。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月9日(2016.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面中央に被冷却物が配置される板状の基板部と、
前記基板部から上方へ向け起立した板状の複数のフィンを有し、径方向外側から径方向内側へと向かう気流を発生して前記被冷却物の上方へ向かう上昇気流により放熱する放熱部と、を有し、
前記複数のフィンは、
複数の中間フィンと、前記中間フィンの径方向外端より径方向外側に配置される複数の外側フィンと、
を含み、
前記中間フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側へと湾曲する中間湾曲部を有し、
前記外側フィンは、径方向外側へと真っ直ぐ延びる第１直進部を有し、
前記中間湾曲部の最大曲率は、前記外側フィンの最大曲率よりも大きい、ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートシンクであって、
前記外側フィンは、径方向外側に向かうにつれて周方向一方側および周方向他方側のいずれか一方かつ同一の方向に湾曲する外側湾曲部を有する、ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１に記載のヒートシンクであって、
前記基板部の中央から上方へ向け起立した柱状の支柱部を備え、
前記複数の内側フィンは、前記支柱部を中心として径方向外側へ向けて放射状に延びる、ヒートシンク。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記放熱部の直径に対して、前記中間フィンが径方向に占める割合は、３０％以上４０％以下である、ヒートシンク。
【請求項５】
請求項３に記載のヒートシンクであって、
前記基板部の中心と前記中間湾曲部の内端とを結ぶ直線と、前記支柱部の中心と前記中間湾曲部の外端とを結ぶ直線とのなす角度は、１５°以上４０°以下である、ヒートシンク。
【請求項６】
請求項３に記載のヒートシンクであって、
前記支柱部は、上面から下方に向かって凹む凹部を有する、ヒートシンク。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のヒートシンクであって、
前記中間フィンと前記外側フィンとは、前記中間フィンと前記外側フィンとの間に間隙が設けられていることにより、径方向に分断されている、ヒートシンク。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヒートシンクと、
前記基板部の下面中央に配置される被冷却物である光源と、
を有する照明装置。