(57)【要約】  本発明は、熱源を冷却するためのヒートシンク１であって、前記ヒートシンクが、主軸１４のまわりに配設される側壁１３を備える３次元ボディを有するヒートディストリビュータ１２と、前記側壁に結合されると共に前記側壁から延在する複数のプレート１１であって、前記複数のプレートの各々が、前記主軸に対して垂直な断面において湾曲している複数のプレートとを有し、前記プレートが、前記ヒートディストリビュータの前記主軸１４に沿ってねじれているヒートシンクに関する。本発明は、フィン部分の内径に対する外径のより大きい値のために必要とされる過大なフィンの長さの問題を解決している。前記フィンは、二重湾曲と呼ばれる、全ての方向における湾曲を持つ。この二重湾曲は、半径方向における各フィンの湾曲及び軸方向に沿った前記フィンのねじれの結果である。
2017526120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を冷却するためのヒートシンクであって、前記ヒートシンクが、
主軸のまわりに配設される側壁を備える３次元ボディを有するヒートディストリビュータと、
前記側壁に結合されると共に前記側壁から延在する複数のプレートであって、前記複数のプレートの各々が、前記主軸に対して垂直な断面において湾曲している複数のプレートとを有し、前記プレートが、前記ヒートディストリビュータの前記主軸に沿ってねじれており、隣接する２つのプレートの間の距離であるフィン間隔が、半径方向位置の増大と共に増大するヒートシンク。
【請求項２】
前記側壁が、円柱形状又円錐形状をしている請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記主軸に対して垂直な断面において、各プレートが、２次元螺旋を形成する請求項１乃至２のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記主軸に対して垂直な断面において、各プレートが、前記主軸に対して半径方向に前記ヒートディストリビュータの前記側壁を出る請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
各プレートが、少なくとも３つの縁端部を持ち、前記側壁に接続される第１縁端部が、前記ヒートディストリビュータの外径と等しい第１半径を持つ第１螺旋を形成する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項６】
各プレートが、４つの縁端部を持ち、前記第１縁端部の反対側にある第２縁端部が、前記ヒートディストリビュータの前記外径より大きい第２半径を持つ第２螺旋を形成する請求項５に記載のヒートシンク。
【請求項７】
各プレートが、４つの縁端部を持ち、前記第１縁端部の反対側にある第２縁端部が、円錐形螺旋を形成する請求項５に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記フィン間隔が、前記プレートの内側半径から始まる半径方向位置の増大と共に線形に増大する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記プレートの外側半径における前記フィン間隔が、前記プレートの前記内側半径における前記フィン間隔より約１０％乃至２０％大きい請求項１乃至８のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記フィン間隔の最大値が、前記フィン間隔の最小値の２倍未満である請求項１乃至９のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
１メートル当たりのフル旋回数として規定されるような前記ヒートシンクの前記プレートのねじれが、0.28/r_外側までであり、ここで、r_外側は、前記ヒートシンクの前記外側半径である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項１２】
前記ヒートシンクが、前記ヒートシンクフィンのまわり配設されるエンクロージャを更に有し、前記エンクロージャが、前記半径方向において前記フィンを完全又は部分的に覆う請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のヒートシンク、及び前記ヒートシンクと軸方向に位置合わせされると共に、前記プレートを通るよう空気を吹き込むよう構成される軸方向通風機を有する強制対流冷却器。
【請求項１４】
少なくとも１つの発光装置と、請求項１３に記載の強制対流冷却器とを有するランプ。
【請求項１５】
前記発光装置が発光ダイオードである請求項１４に記載のランプ。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載のランプを少なくとも１つ有する照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク、このようなヒートシンクを有する強制対流冷却器、このような強制対流冷却器を有するランプ、及び前記ランプを有する照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の電子機器は、多くの電力を使用し得る。多くのＣＰＵ、ＧＰＵ又はＬＥＤ ＰＣＢは、実際に、多くの熱を発生する熱源のように振る舞い、前記熱は、損傷及び故障の発生を防止するために取り除かれる必要がある。発生した熱を取り除く１つの方法は、熱源の強制対流冷却によるものである。ヒートシンクが熱源に熱的に結合されてもよく、前記ヒートシンクは、ヒートシンクに沿って又はヒートシンクを通る空気を吹き込むことによって冷却される。ヒートシンクの特定のカテゴリは、軸流ファンを備えた放射状ヒートシンクである。放射状ヒートシンクは、複数の半径方向に延在するフィンに接続される中央ヒートディストリビュータを有する。軸流ファンは、フィンの間に空気を吹き込むように配置される。フィンは、空気によって冷却され、それ故、ヒートディストリビュータは、熱源から来る熱をフィンの方へ分配することができる。満足な結果を得るためには、フィンは、最低限の長さを持つ必要がある。
【０００３】
必要とされるフィンの厚さは、以下のように、フィン効率理論から、フィンの長さ（底面からフィン先端部までの長さ）と共に、二乗の関係に従って、非常に増大する。このことは、熱の業界における専門家にはよく知られている。従って、性能、重さ及びコストの理由で、フィンの長さを可能な限り短く保つことは望ましい。
【０００４】
ファンからの気流は、かなりの速度（一般的に家庭用製品においては2乃至10m/s）を持つことができ、気流の別の方向への屈折は、圧力低下及び気流の損失を伴う。
【０００５】
公報US 2005/061478 A1は、主軸に対して垂直な断面において湾曲している複数のプレートを持つヒートシンクを開示している。プレートが軸方向においても湾曲している例が示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、フィンの長さを最小化する一方で、同時に、フィンによる気流の屈折を最小化するという両方の課題のための解決策を提供する軸流ファンと共に用いられる放射状ヒートシンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
或る態様によれば、熱源を冷却するためのヒートシンクであって、前記ヒートシンクが、主軸のまわりに配設される側壁を備える３次元ボディを有するヒートディストリビュータと、前記側壁に結合されると共に前記側壁から延在する複数のプレートであって、前記複数のプレートの各々が、前記主軸に対して垂直な断面において湾曲している複数のプレートとを有し、前記プレートが、前記ヒートディストリビュータの前記主軸に沿ってねじれており、隣接する２つのプレートの間の距離であるフィン間隔が、半径方向位置の増大と共に増大するヒートシンクが提供される。
【０００８】
前記フィンは、二重湾曲と呼ばれる、全ての方向における湾曲を持つ。この二重湾曲は、半径方向における各プレートの湾曲及び前記軸方向に沿った前記フィンのねじれの結果である。前記二重湾曲により、前記プレートは、前記軸流ファンから来る空気が少ない抵抗しか経験しないだろうように設計されることができる。更に、前記プレート（即ち、フィン）の外側に向けて前記フィン間隔を増大させることによって、より大きい半径方向位置において流れ込む空気は、より小さい半径方向位置において流れ込む空気と比べて、ほとんど等しい流体力学的抵抗を経験するだろう。この方法においては、前記気流が、より一様になり、前記プレート全体にわたる温度分布が、改善され、前記ヒートシンクの全体的な効率を改善する。
【０００９】
実施例においては、前記側壁は、前記主軸のまわりに線対称である。前記側壁は、例えば、円柱形状又円錐形状をしていてもよい。これらの形状は、特別に湾曲したフィンを配設するのに非常に適している。しかしながら、箱状ヒートディストリビュータなどの他の形状も考えられることに注意されたい。前記ヒートディストリビュータの前記ボディは、頂部側及び底部側から閉じられている中実ボディであってもよいが、他の例においては、前記ボディが中空であってもよく、頂部側及び／又は底部側が開いていてもよく、他の例においては、ヒートパイプが前記ヒートディストリビュータの前記ボディに収容されていてもよい。
【００１０】
前記主軸に対して垂直な断面において、各プレートは、２次元螺旋を形成してもよい。この螺旋形状は、前記軸方向におけるねじれと共に、軸方向通風機から来る気流と位置合わせされることができる、密な間隔を持つフィンを備えるヒートシンク設計を可能にする。このような位置合わせは、前記ヒートシンクを通る前記気流を最適化するだろう。
【００１１】
実施例においては、前記主軸に対して垂直な断面において、各プレートは、前記主軸に対して半径方向に前記ヒートディストリビュータの前記側壁を出る。結果として、プレートの厚さを考えると、隣接するプレートの間の間隔は、前記プレートの半径方向の向きで最適であり、前記ヒートシンクの気流に対する最大限の開放性をもたらす。
【００１２】
各プレートは、少なくとも３つの縁端部を持っていてもよい。実施例においては、各プレートは、４つの縁端部を持ち、前記側壁に接続される第１縁端部は、前記ヒートディストリビュータの外径と等しい第１半径を持つ第１螺旋を形成する。前記第１縁端部の反対側にある第２縁端部も、前記ヒートディストリビュータの前記外径より大きい第２半径を持つ第２螺旋を形成してもよい。この構成は、軸方向通風機から来る空気の渦巻に対して調整されることができる非常に滑らかな構造化構成をもたらす。
【００１３】
前記ヒートシンクの前記軸方向に沿った前記プレートのねじれは、少ない圧力低下及び高い気流をもたらし、それらから、最良の熱的性能をもたらす、前記気流の前記ヒートシンク内への入射に対する可能な限り低いインピーダンスを得るために、前記ヒートシンクの上に取り付けられる前記軸流ファンの渦巻と合わされてもよい。測定により、軸流ファンにおいては、「渦巻」とも呼ばれる軸方向の流れからの著しい逸脱が生じることが明らかになった。特定のファンの気流速度は、２０乃至６０度のねじれ角を持ち得る。それ故、このようなファンのための理想的なヒートシンクは、ねじれ角の同じ範囲内であるフィンを持つべきである。
【００１４】
実施例においては、前記フィン間隔は、前記プレートの内側半径から始まる半径の増大と共に線形に増大する。この線形関係は、良好な効率の結果を与えることを示している。
【００１５】
好ましくは、前記プレートの外側半径における前記フィン間隔は、前記プレートの前記内側半径における前記フィン間隔より約１０％乃至２０％大きい。この条件下では、流れる空気の軸方向における加熱速度が、前記ヒートシンクの前記半径方向位置に影響されなくなり得る。
【００１６】
実施例においては、前記フィン間隔の最大値は、前記フィン間隔の最小値の２倍未満である。この条件下では、軸方向における気流の流体力学的抵抗は、妥当な範囲内である半径への依存性を持つ。
【００１７】
実施例においては、１メートル当たりのフル旋回数として規定されるような前記ヒートシンクの前記プレートのねじれは、0.28/r_外側までであり、ここで、r_外側は、前記ヒートシンクの前記外側半径である。この条件下では、前記ヒートシンクに入る前記気流は、前記軸方向と最大６０度の角度を持ち、この最大角度は、前記ヒートシンクの外側半径のところだけであり、この６０度の角度は、前記軸流ファンからの気流の期待最大渦巻角度である。
【００１８】
実施例においては、前記ヒートシンクは、前記気流を前記軸方向に案内するダクトとして、前記ヒートシンクフィンのまわり配設されるエンクロージャを有し、前記エンクロージャは、前記半径方向において前記フィンを完全又は部分的に覆う。
【００１９】
他の態様によれば、上記のようなヒートシンクと、前記フィンを通るよう空気を吹き込むよう構成される軸方向通風機とを有する強制対流冷却器が提供される。
【００２０】
他の態様によれば、少なくとも１つの発光装置と、上記のような強制対流冷却器とを有するランプが提供される。
【００２１】
本発明によるヒートシンクの他の好ましい実施例は、添付の請求項において示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下の説明において一例として記載した実施例、及び添付図面を参照して、本発明のこれら及び他の態様を、更に説明し、明らかにする。
【図１】実施例によるヒートシンクの斜視図である。
【図２】別の視点からの図１の実施例を示す。
【図３】図１の実施例の前面を示す。
【図４】図１乃至３の実施例の側面図を示す。
【図５】二重湾曲フィンを持つヒートシンクの実施例の斜視図を示すが、ヒートシンクの１つのフィンしか示されない。
【図６】二重湾曲フィンを持つヒートシンクの実施例の斜視図を示すが、ヒートシンクの１つのフィンしか示されない。
【図７】主軸に対して垂直なフィン及びヒートディストリビュータの側壁の断面を示す。
【図８】実施例によるヒートシンクの概略的な側面図を示す。
【図９Ａ】目標フィン間距離fの例を半径方向位置rの関数として示す。
【図９Ｂ】目標フィン間距離fの例を半径方向位置rの関数として示す。
【図１０Ａ】フィンの外端部が実質的に円錐形状を形成する、他の実施例によるヒートシンクの斜視図を示す。
【図１０Ｂ】フィンの外端部が実質的に円錐形状を形成する、他の実施例によるヒートシンクの斜視図を示す。
【図１１】本発明の実施例によるランプの概略的な断面を示す。
【図１２】３Ｄプリント技術を用いてヒートシンクの層をプリントするためのパターンの例を示す。
【００２３】
図は、単に概略的なものであって、縮尺通りには描かれていない。図においては、既に記載されている要素に対応する要素は、同じ参照符号を持ち得る。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、実施例によるヒートシンクの斜視図である。この実施例においては、ヒートシンク１０は、中央ヒートディストリビュータ１２のまわりに配設される複数のプレート１１を有する。ヒートディストリビュータ１２は、ヒートディストリビュータ１２の主軸１４に対して線対称である側壁１３を持つ３次元ボディを有する。この実施例においては、ヒートディストリビュータ１２は、金属などの熱伝導性材料で作成された円柱状中実ボディである。単にフィン１１とも呼ばれる、冷却フィン１１の役割を果たすプレート１１は、メインボディの材料と同じ材料で作成されてもよく、又は十分に熱を伝導する別の材料で作成されてもよい。図１から分かるように、フィン１１は、ヒートディストリビュータ１２の側壁１３に規則的に配設される。この実施例においては、各フィン１１は、４つ縁端部を有し、前記４つの縁端部のうちの１つが、側壁１３に結合される。各フィンは、下でより詳細に説明するように、主軸１４に対して垂直な断面において湾曲している。フィン１１は、あたかも主軸１４に沿ってねじれているかのように、他の方向においても湾曲している。換言すれば、円柱状ヒートディストリビュータ１２のまわりに配設されるフィン１１は、全て、渦巻とも呼ばれるねじれを持つ。図２は、別の３Ｄ視点からの図１の実施例を示している。
【００２５】
図３は、図１の実施例の前面を示している。本発明の実施例においては、ヒートシンク１０のこの前面が、強制対流冷却器を実施するために、軸流ファン（図示せず）に面する。前面は、ファン対向面とも呼ばれることに注意されたい。図３は、ヒートディストリビュータ１２の対称軸である主軸１４も示している。
【００２６】
実施例においては、フィン１１は、主軸１４のまわりに対称的に配設される。図３から分かるように、各フィン１１は、主軸１４に対して、半径方向にヒートディストリビュータ１２を離れる。
【００２７】
図３の実施例においては、各フィン１１は、図３における図面の２Ｄ平面に似ている、主軸１４に対して垂直な面において、増大する曲率半径を持つ。換言すれば、フィン１１の各々は、主軸１４に対して垂直な断面において、螺旋を形成する。
【００２８】
螺旋以外の構成を持つ他の変形例も可能であることに注意されたい。例えば、この断面におけるフィン１１の湾曲は、フィンが、厳密には螺旋上になく、側壁１３から離れる方へ連続的に延在するように、湾曲していてもよい。
【００２９】
図４は、図１乃至３の実施例の側面図を示している。図４においては、この実施例におけるフィンの外端部は、全て、長さLを持つ仮想円柱において終わるが、ヒートシンク１０の側面図は、矩形の形状を示してはいないことが見られ得る。これは、フィン１１の特殊な形状によるものである。
【００３０】
図５及び６は、二重湾曲フィン１１を持つヒートシンク１０の実施例を示しているが、明瞭さの理由で、ヒートシンク１０の１つのフィン１１しか示されていない。示されているように、フィン１１は、図５においては部分的に隠れている第１縁端部においてヒートディストリビュータ１２に結合される。この第１縁端部が、ヒートディストリビュータ１２の外径、即ち、側壁１３の外径と等しい第１半径を持つ第１螺旋を形成する。図８において更に説明するように、第１螺旋は、あらゆる場所における接線が、主軸１４と一定のねじれ角をなすという特性を持つ。ねじれ角は、例えば２０乃至６０度の範囲内の、様々な値をとり得る。この例においては、第１縁端部の反対側の縁端部１８も、第２螺旋と呼ばれる螺旋を形成する。第２螺旋は、外側ねじれ角と呼ばれるねじれ角を持ち、前記外側ねじれ角は、２０乃至６０度の範囲内の値をとり得るが、常に、「内側」ねじれ角より大きい。
【００３１】
本願発明者は、軸流ファンは、非常に多くの場合、渦巻を伴う気流を生成することを、発見した。ファンによって生成される気流の入射角は、例えば、レーザ光学的測定を用いて測定されることができる。ヒートシンク１０のフィン１１が、主軸１４から所与の距離において、測定される渦巻のねじれ角と同様であるねじれ角を持つ場合には、ヒートシンクの気流抵抗は、減らされることができる。
【００３２】
図７は、実施例による主軸に対して垂直なヒートシンクの断面図であって、ヒートディストリビュータ１２及びフィン１１の幾つかを示している断面図である。図７から分かるように、各フィン７は、螺旋上に位置する（又は螺旋を形成する）。螺旋は、全て、側壁１３において始まり、（円形）外壁１３に対して同心である仮想円８５において終わる。ヒートシンクは、ヒートシンクフィン１１のまわり配設されるエンクロージャであって、半径方向においてフィンを完全又は部分的に覆うエンクロージャを含み得る。このエンクロージャは、仮想円８５上に又は仮想円８５の近くに配設され得る。エンクロージャは、空気がヒートシンクの脇から漏れることを回避するだろう。
【００３３】
図８は、実施例によるヒートシンクの概略的な側面図を示している。図８においては、２つのねじれ角βi及びβoが示されている。この例においては、内側ねじれ角βiは２０度であり、外側ねじれ角βoは６０度である。ねじれ角は、ヒートシンクの左側に示されているが、これらのねじれ角は、主軸の全長に沿って、即ち、ヒートディストリビュータ１０の全長に沿って、側端部の螺旋に存在することに注意されたい。内側ねじれ角βiは、側壁１３のまわりの第１螺旋に沿った接線の角度である（図７における位置８２参照）。外側ねじれ角βoは、第２螺旋に沿った接線の角度である（図７における位置８３参照）。
【００３４】
半径方向r及び軸方向zにおけるフィン１１の極角によって規定されるようなフィン・プロファイルのあり得る近似的数学的記述は、以下のように公式で表わされる。
【数１】
2017526120.tif 000003
【００３５】
ここで、r0は、内側半径であり、r1は、外側半径であり、iは、特定のフィンを指す添字であり、b1は、ねじれ度であり、a1、a2、a3、a4は、主軸に対して垂直な面における湾曲量を決定するプロファイル・パラメータである。下表は、上述のパラメータの幾つかの一般的な値を示している。
【表１】
2017526120.tif 000004
【００３６】
上の例において、a1=0は、フィン１１が側壁１３に対して垂直であることを意味する。a2、a3及びa4の値は、構成の異なるセットにおいてほとんど同一のプロファイルをもたらすことができ、それ故、a2が選ばれる場合には、a3及びa4は、プロファイル最適化のために用いられることができる。a2の値が増加する場合には、フィンの曲率が増加し、フィンの長さも増加するだろう。
【００３７】
フィンが、半径方向においてだけ湾曲しており、軸方向においては湾曲していない（即ち、フィンにおけるねじれがない）場合には、（気流経路長と呼ばれる）ヒートシンクの入口からヒートシンクの出口までの経路長は、半径方向位置rの全ての位置で同じであるだろうことに注意されたい。しかしながら、二重湾曲ヒートシンク（即ち、ねじれを持つヒートシンク）においては、気流経路は、螺旋状経路であり、半径方向位置rに依存するだろう。ねじれにより、フィンの外側における（即ち、rの大きい値における）気流経路は、内側において（即ち、側壁１３の近くにおいて）流入する空気の気流経路の２倍もの大きさになり得る。
【００３８】
以下において、フィン間隔は、隣接するフィンのフィン表面のうちの１つに対して垂直な方向に見て、隣接する２つのフィンの間の距離と規定される。
【００３９】
好ましくは、フィン間隔は、外側半径においては、内側半径におけるフィン間隔と比べて、わずかに大きい。最大間隔は、好ましくは、最小間隔の２倍未満である。
【００４０】
半径方向位置に伴うフィン間隔の適切な増加は、ヒートシンクの性能の改善をもたらすだろう。最適な性能は、流れる空気の軸方向における加熱率がヒートシンクの半径方向位置に影響されないことである。内側半径から外側半径へフィン間隔を増加させることによって、上述の気流経路長の差異は補償される。
【００４１】
好ましくは、フィン間隔は、有効気流経路長の１／４乗で増加される。これは、外側半径におけるフィン間隔が中心部におけるフィン間隔より約１０％乃至２０％大きいという条件下で、フィン間隔が半径方向位置と共に線形に増加される場合に実現され得る。
【００４２】
図９Ａ及び９Ｂは、目標フィン間距離fの２つの例を半径方向位置rの関数として示している。図９Ａ及び９Ｂにおける接続された点は、対称軸において有効であるだろう距離に対して正規化された、目標フィン間距離fを、半径方向位置rの関数として表わしている。これらの目標値は、ヒートシンクを通って流れる空気の最適な加熱をもたらし、このことは、フィンの加熱が、ヒートシンクの軸に対して垂直な如何なる断面においても、半径方向位置に影響されないことを意味する。図９Ａにおいては、r_内側 = 0.02mからr_外側 = 0.04mの範囲に及びフィンを備えるヒートシンクの場合の目標フィン間距離fが算出されている。図９Ｂにおいては、r_内側 = 0.0１mからr_外側 = 0.0６mの範囲に及びフィンを備えるヒートシンクの場合の目標フィン間距離fが算出されている。図９Ａ及び９Ｂにおける付加的な直線は、目標フィン間相対距離が半径方向位置に対して実質的に線形であることを示している。図９Ａの例においては、線形関係は、f = 5.9058*r +0.9554であり、図９Ｂの例においては、線形関係は、f = 3.7524*r +0.9646である。
【００４３】
実施例においては、１メートル当たりのフル旋回数で規定されるようなヒートシンクのねじれは、0.28/r_外側までであり、ここで、r_外側は、ヒートシンクの外側半径である。この方法においては、ヒートシンクにおける気流の渦運動は、軸方向に対して最大６０度の角度を持ち、この最大値は、ヒートシンクの外側半径のところだけである。
【００４４】
達成される（二重湾曲）フィンの長さの削減は、一般的には、単一湾曲フィンと比べて、１５％であり、故に、フィンの材料の量は、より薄い材料を用いることによって削減されることができ、このことは、ヒートシンクの熱的性能及び重さにとって良いことに注意されたい。フィンにおける二重湾曲は、とりわけ、「長い」フィンには有用であり、ここで、長いは、フィンの内側半径と比べての外側半径の比率に関するものである。前記比率は、一般的には、２以上であり、二重湾曲は、効果的である。
【００４５】
図１０Ａ及び１０Ｂは、フィン７１の外端部が実質的に円錐形状を形成する、他の実施例によるヒートシンク７０の斜視図を示している。ヒートディストリビュータ（図示せず）は、図１乃至６を参照して記載した実施例と同様に、ヒートシンク７０の中心部に配置される。この実施例におけるヒートディストリビュータは、実質的に円錐形状又は円柱形状をしていてもよい。アプリケーションに依存する他の外形も考えられる。
【００４６】
ヒートシンクの上記の実施例は、強制対流冷却器において用いられ得るこのような冷却器は、上記のようなヒートシンクと、フィンを通るよう空気を吹き込むよう構成される軸方向通風機とを含み得る。図１１は、本発明の実施例によるランプの概略的な断面を示している。ランプ９０は、発光装置９１、光学レンズ９２、支持ロッド９３及び強制対流冷却器を有する。強制対流冷却器は、ファン９５、ヒートディストリビュータ９６及び複数のフィン９７から成る。発光装置９１は、光を生成するが、熱も生成し、斯くして熱源として作用するＬＥＤモジュール９１であり得る。ＬＥＤモジュール９１は、ＬＥＤモジュール９１によって生成された熱が冷却フィン９７へ分配され得るように、ヒートディストリビュータ９６に熱的に結合され得る。図１１においては、ランプ９０の頂部及び底部の寸法の一般的な値が示されている。このような相対的に小さい寸法は、あらゆる種類の機器に非常に適している。
【００４７】
上記の実施例を最適化するため、ヒートディストリビュータ及びフィンには、銅又はアルミニウムなどの高熱伝導性材料が選ばれ得る。「延在面」の全量、即ち、実際にはフィン面積は、アプリケーションの制約を考えて、最適化されるべきである。必要とされる厚さは、フィンの長さ、熱伝達率及び材料伝導率に関連する。実施例においては、フィンの厚さは、0.5乃至4mmの範囲内である。
【００４８】
フィン間隔の一般的な値は、1乃至6mmの範囲内にあり、1mmは、塵埃粒子によって詰まらないと信じられている最小フィン間隔である。
【００４９】
フィン９７の間のチャネルと、ファン９５からの流れの適切な位置合わせは、最も小さい損失を与える。気流の最適な入射のための、ファン９５からの流れと、フィン構造の位置合わせは、ヒートシンク１０のフィン１１によって形成されるチャネルによる制約のない作用でのファンを出る空気の気流方向の位置合わせによって、達成されることができる。数学的な意味においては、これは、フィン１１の面上の垂線が、制約のない渦巻気流方向と９０度に近い角度をなす、又は少なくとも、ファンからヒートシンク内への気流方向における変更を最小限にするような、６０度より大きい角度をなすことを意味する。
【００５０】
所望の実施例においては、ヒートシンクを通る気流経路は鋭い曲がりを持たないことから、不都合な圧力の蓄積はもたらされない。
【００５１】
上述のように、必要とされるフィンの厚さは、フィンの長さ（底面からフィン先端部までの長さ）により、二乗の関係に従って、拡大・縮小される必要がある。半径方向と軸方向との両方においてフィンを湾曲させることによって、必要とされるフィンの長さは、可能な限り短く保たれることができ、このことは、重さ及びコストの理由でも好ましい。
【００５２】
二重湾曲フィンは、ダイカストなどの従来の技術では、製造されることができない、又は容易には製造されることができない。しかしながら、本発明者は、記載した実施例を構築するためには、積層造形又はプリンティングが有利に用いられることができることを見出した。このような技術は、例えば、直接的金属レーザ焼結、選択的金属レーザ焼結、熱溶融積層法、押し出し成形をベースにした３Ｄプリンティング、及びアーク・ワイヤの使用をベースにした積層造形である。一般に、積層造形技術においては、構成要素は、層状に構築される。このような積層造形技術が用いられる場合、積層造形技術は、ヒートシンクの形状を容易に最適化することができる。
【００５３】
図１２は、３Ｄプリンティング技術を用いてヒートシンクの層をプリントするためのパターンの例を示している。ヒートシンクは、金属又は他の材料の後続層をプリントすることによって、製造され得る。各層は、図１２において示されているようなパターンを持つかもしれない。図１２には、ヒートディストリビュータの壁のパターン１３’及び限られた数だけのフィンのパターン１１’が示されている。後続層は、同じパターンを持つだろうが、前の層に対してわずかに回転されてプリントされるだろう。各後続層のためにパターンを回転させることによって、ヒートシンクは、軸方向においてねじれた形状又は螺旋形状を得るだろう。ねじれ度は、プリントされる層の、前にプリントされた層に対する相対回転度によって、決定されるだろう。
【００５４】
（照明設備とも呼ばれる）照明器具は、１つのランプを有してもよく、例えば、オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店用照明システム、家庭用照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場用照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明ディスプレイシステム、ピクセル化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医療用照明アプリケーションシステム、インジケータサインシステム、装飾用照明システム、ポータブルシステム、自動車用アプリケーション、温室照明システム、園芸用照明システム、ＬＣＤバックライティングシステム、及び空気又は水浄化システムの一部であってもよく、又はこれらのシステムに適用されてもよい。他の実施例においては、照明器具は、複数のランプを有する。
【００５５】
上記の実施例は、ヒートスプレッダ（即ち、ヒートディストリビュータ）として中央コアを備えると共に、ヒートシンクの上に取り付けられる軸流ファンによって放出される渦巻気流と位置合わせされ得る二重湾曲フィンを備える放射状ヒートシンクに関する。このような位置合わせは、気流の入射角がヒートシンクのねじれ角とほぼ同じであるので、気流の低い入射インピーダンス(coupling-in impedance)を持つ。フィンは、短いフィンの長さにおいて目標フィン間隔が得られることができ、このような強制対流冷却器の冷却性能の増大をもたらすように、ねじれている（即ち、ヒートシンクのねじれである）だけでなく、主軸１４に対して垂直な面において湾曲を持つ。
【００５６】
上記の実施例は、例えば、ＬＥＤスポットランプ、又はＣＤＭスポットランプ及び／若しくはレトロフィットスポットランプのためのコンパクトな冷却器において用いられることができる。ヒートシンク及び冷却器は、他の例においては、ＣＰＵ、ＧＰＵ又は他の熱放散電子部品を冷却するために用いられることができることに注意されたい。
【００５７】
この文書においては、「有する」という用語は、挙げられている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外せず、要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外せず、如何なる参照符号も請求項の範囲を制限しないことに注意されたい。更に、本発明は、実施例に限定されず、本発明は、上記の又は互いに異なる従属請求項において列挙されているありとあらゆる新規な特徴又は新規な特徴の組み合わせにある。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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