JP5177103B2 - LED heat sink - Google Patents
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Description
本発明は、ＬＥＤの発光によって発生する熱を放熱するヒートシンクに関するものである。 The present invention relates to a heat sink that dissipates heat generated by light emission of an LED.
ＬＥＤ（発光ダイオード）の高輝度化技術の進歩にともない、車両用前照灯の光源としてＬＥＤが用いられるようになっている。ＬＥＤは低電力、低発熱かつ長寿命とされているものの、高出力が要求される車両用前照灯等の光源としてＬＥＤを用いる場合には、ＬＥＤの発光にともなう発熱量も大きくなる。このため、ＬＥＤを熱から守るべく放熱のための工夫が必要となる。ＬＥＤが高温にさらされると、熱によるＬＥＤ素子の劣化、発光効率の低下を招くため、放熱の必要性は、従来車両用前照灯として用いられている白熱球（ハロゲン灯を含む）あるいはキセノン等の放電灯より高い。特許文献１においては、ＬＥＤにヒートシンクを取り付けることによって、放熱効果を高めている。
With the progress of technology for increasing the brightness of LEDs (light emitting diodes), LEDs have been used as light sources for vehicle headlamps. Although the LED has low power, low heat generation, and long life, when the LED is used as a light source such as a vehicle headlamp that requires high output, the amount of heat generated by light emission of the LED also increases. For this reason, the device for heat dissipation is needed in order to protect LED from a heat | fever. When an LED is exposed to a high temperature, the LED element is deteriorated by heat and the luminous efficiency is lowered. Therefore, the necessity of heat radiation is incandescent bulbs (including halogen lamps) or xenon conventionally used as a vehicle headlamp. Higher than discharge lamps. In
図５に特許文献１に記載の車両用前照灯を示す。光源装置８０は、光源となるＬＥＤ８１と、ＬＥＤ８１から照射される光を前方（図５において、紙面左方向）に反射するリフレクタ８３と、リフレクタ８３で反射された光を配光するレンズ８４と、リフレクタ８３の後方に固定されたヒートシンク８２とを備えている。
FIG. 5 shows a vehicle headlamp described in
ヒートシンク８２は、上面及び下面のそれぞれにＬＥＤ８１、８１が搭載される平板状の伝熱部８２ａと、複数の放熱フィンを備える放熱部８２ｂとからなり、熱伝導性の高い金属により一体成形されている。伝熱部８２ａのＬＥＤ８１の基板と接触する面は、研磨仕上げにより平滑化されており、ＬＥＤ８１と伝熱部８２ａとの密着性を高めることにより良好な熱伝導性が確保できるようになっている。
The
ところで、図５に示した光源装置８０においては、ＬＥＤ８１の基板、基板固定ネジ及び給電ハーネスを避けた位置にリフレクタ８３を配置する必要があるため、ＬＥＤ８１とリフレクタ８３との間に大きな離隔を確保する必要があり、リフレクタ８３の大型化、レンズ８４の大型化、及び光効率の低下が課題となっていた。
By the way, in the
上記課題を解決するために、発明者は、図６に示す光源装置９０を実用化している。この光源装置９０のヒートシンク９２は、上面に凸部９２ｃを備える平板状の伝熱部９２ａと、複数の放熱フィンを備える放熱部９２ｂとからなる。一方、ＬＥＤユニット９１は、ＬＥＤ基板９１ａと、内周面の上方にＬＥＤ基板９１ａが取り付けられたＬＥＤホルダ９１ｂとからなり、ＬＥＤ基板９１ａの下面と、ＬＥＤホルダ９１ｂの内周面とによって凹部９１ｃが形成されている。そして、ＬＥＤユニット９１の凹部９１ｃと伝熱部９２ａの凸部９２ｃとを係合させることによって、ヒートシンク９２にＬＥＤユニット９１が搭載されている。
In order to solve the above problems, the inventor has put into practical use the
このようにＬＥＤ基板９１ａを凸部９２ｃで嵩上げすることによって、ＬＥＤ基板９１ａとリフレクタ９３との間の離隔を小さくすることが可能となり、リフレクタ９３の小型化、及び光効率の向上が図れる。
Thus, by raising the
図６に示した光源装置９０のヒートシンク９２は、アルミニウムのダイカストにより成形されているため、鋳造後の冷却により熱歪みが発生する。この熱歪みは、断面の厚さが大きく変化している部分や、冷却時に表面と内部との温度差が発生しやすい部分ほど顕著に現れやすい。したがって、肉厚が厚い凸部９２ｃの上面には熱歪みによるヒケや鋳巣が発生しやすく、凸部９２ｃの上面を平滑化するための研磨作業に手間がかかるという問題があった。
Since the
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、上面にＬＥＤ基板搭載用の凸部を備える平板状の伝熱部と、複数の放熱フィンを備える放熱部とからなると共に、金属鋳造により成形されるヒートシンクにおいて、ＬＥＤ基板が搭載される凸部の上面を平滑化するための研磨仕上げが不要となるＬＥＤ用ヒートシンクを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a flat plate-shaped heat transfer portion having a convex portion for mounting an LED substrate on the upper surface and a heat dissipation portion having a plurality of heat radiation fins, and is formed by metal casting. An object of the present invention is to provide an LED heat sink that does not require a polishing finish for smoothing the upper surface of the convex portion on which the LED substrate is mounted.
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。なお、以下の説明において、構成部材の延在方向を明確にすることを目的として「水平」及び「鉛直」という単語を用いているが、「水平」という単語には、厳密な水平だけではなく略水平も含まれている。同様に「鉛直」という単語には、厳密な鉛直だけではなく略鉛直も含まれている。 Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problems will be described with additional effects and the like as necessary. In the following description, the words “horizontal” and “vertical” are used for the purpose of clarifying the extending direction of the constituent members, but the word “horizontal” is not limited to strict horizontal. Substantially horizontal is also included. Similarly, the word “vertical” includes not only exact vertical but also substantially vertical.
（１）本発明のＬＥＤ用ヒートシンクは、金属鋳造により成形されるＬＥＤ用ヒートシンクであって、水平板部と、該水平板部の表面から突出する凸部と、を備える伝熱部と、前記伝熱部と伝熱可能に設けられる板状の放熱基部と、該放熱基部の一面から突出する複数の放熱フィンと、を備える放熱部と、からなり、前記凸部は、ＬＥＤ基板を内蔵するＬＥＤユニットの裏面に形成された凹部と係合する係合突起であり、前記水平板部に形成された開口部の口縁に沿って起立する外周壁と、該外周壁の突出側の端部を塞ぐと共に、表面に前記ＬＥＤ基板が搭載される水平壁と、を備える箱型を呈することを特徴とする。 (1) The LED heat sink of the present invention is an LED heat sink formed by metal casting, and includes a horizontal plate portion, and a heat transfer portion including a convex portion protruding from the surface of the horizontal plate portion, The heat transfer part and a plate-like heat dissipation base provided so as to be capable of heat transfer, and a heat dissipation part including a plurality of heat dissipation fins protruding from one surface of the heat dissipation base, the convex part contains the LED substrate An engaging projection that engages with a recess formed on the back surface of the LED unit, and an outer peripheral wall that stands along the lip of the opening formed in the horizontal plate portion, and an end portion on the protruding side of the outer peripheral wall And a box shape provided with a horizontal wall on which the LED substrate is mounted.
前述のとおり、伝熱部の水平板部の表面から突出する凸部が中実である場合には、凸部の断面の厚さが厚く、また、凸部の冷却時に表面と内部との温度差が発生しやすいことから、ヒートシンク鋳造後の冷却により凸部に熱歪みが発生し、凸部の表面には熱歪みによるヒケや鋳巣が発生しやすい。 As described above, when the convex part protruding from the surface of the horizontal plate part of the heat transfer part is solid, the thickness of the cross section of the convex part is thick, and the temperature between the surface and the inside when the convex part is cooled. Since a difference is likely to occur, thermal distortion occurs in the convex portion due to cooling after casting of the heat sink, and sink marks and cast holes due to thermal strain tend to occur on the surface of the convex portion.
本発明の構成によると、伝熱部の水平板部の表面から突出する凸部が中空の箱形を呈している。すなわち、凸部の裏面は、突出方向に向かって凹設されている。したがって、凸部を形成している外周壁及び水平壁の肉厚が薄いことにより、外周壁及び水平壁の冷却時に表面と内部との温度差が発生しにくく、ヒートシンク鋳造後の冷却による凸部の熱歪みが発生しにくい。これにより、ＬＥＤ基板が搭載される凸部の表面（水平壁の表面）の平滑性が確保できるため、凸部の表面を平滑化するための研磨仕上げが不要となり、ヒートシンクの生産効率を向上させることができる。 According to the structure of this invention, the convex part which protrudes from the surface of the horizontal plate part of a heat-transfer part is exhibiting the hollow box shape. That is, the back surface of the convex portion is recessed toward the protruding direction. Therefore, since the outer wall and the horizontal wall forming the protrusions are thin, a difference in temperature between the surface and the interior is less likely to occur during cooling of the outer wall and the horizontal wall. The heat distortion of is difficult to occur. Thereby, since the smoothness of the surface (surface of a horizontal wall) of the convex part in which an LED board is mounted can be ensured, the polishing finish for smoothing the surface of a convex part becomes unnecessary, and the production efficiency of a heat sink is improved. be able to.
（２）本発明のＬＥＤ用ヒートシンクにおいて、好ましくは、前記凸部の前記外周壁と前記水平壁とが同一又は略同一の肉厚よりなることを特徴とする。 (2) The LED heat sink of the present invention is preferably characterized in that the outer peripheral wall of the convex portion and the horizontal wall have the same or substantially the same thickness.
このような構成によると、凸部の外周壁と水平壁とが同一又は略同一の肉厚よりなるため、外周壁から水平壁へ向かって断面の厚さが大きく変化することはない。このように、単に部材断面の肉厚を薄くするだけではなく、部材断面の肉厚の変化をより少なくすることによって、部材の局部への熱歪みの集中がより緩和されるため、ヒートシンク鋳造後の冷却による凸部の熱歪みがより発生しにくくなる。これにより、ＬＥＤ基板が搭載される凸部の表面（水平壁の表面）の平滑性が確保できるため、凸部の表面を平滑化するための研磨仕上げが不要となり、ヒートシンクの生産効率を向上させることができる。 According to such a configuration, the outer peripheral wall of the convex portion and the horizontal wall have the same or substantially the same thickness, so that the thickness of the cross section does not change greatly from the outer peripheral wall toward the horizontal wall. In this way, not only reducing the thickness of the cross section of the member but also reducing the change in the thickness of the cross section of the member will further reduce the concentration of thermal strain on the local part of the member. The thermal distortion of the convex portion due to the cooling of is less likely to occur. Thereby, since the smoothness of the surface (surface of a horizontal wall) of the convex part in which an LED board is mounted can be ensured, the polishing finish for smoothing the surface of a convex part becomes unnecessary, and the production efficiency of a heat sink is improved. be able to.
（３）本発明のＬＥＤ用ヒートシンクにおいて、好ましくは、前記放熱部は、前記伝熱部の水平方向の一端側に、前記放熱基部の面方向が上下方向を向くように配置され、前記水平板部の裏面には、該裏面から突出すると共に、該裏面と前記放熱部とを繋ぐ金属製の伝熱壁を備え、前記伝熱壁は、前記開口部の前記口縁の熱を前記放熱部の上下方向に分散して伝達するために、該口縁から該放熱部に向かって該伝熱壁の突出長が徐々に長くなっていることを特徴とする。 (3) In the heat sink for LED of the present invention, preferably, the heat dissipating part is disposed on one end side in the horizontal direction of the heat transfer part so that the surface direction of the heat dissipating base part is directed vertically. The rear surface of the unit includes a metal heat transfer wall that protrudes from the back surface and connects the back surface and the heat dissipation unit, and the heat transfer wall transfers heat from the rim of the opening to the heat dissipation unit. In order to disperse and transmit in the vertical direction, the projecting length of the heat transfer wall is gradually increased from the mouth edge toward the heat radiating portion.
ＬＥＤ基板の熱は凸部の外周壁を経由して、水平板部の開口部の口縁に伝わる。さらに、この熱が水平板部を経由して放熱基部に伝わる。ところが、この伝熱経路においては、水平板部に対して、放熱基部の面方向が上下方向を向くように配置されているため、水平板部の開口部の口縁から放熱部の上下端に至る伝熱経路が長く、熱伝導効率が悪い。 The heat of the LED substrate is transmitted to the edge of the opening of the horizontal plate portion via the outer peripheral wall of the convex portion. Further, this heat is transmitted to the heat radiating base via the horizontal plate portion. However, in this heat transfer path, since the surface direction of the heat radiating base portion is directed in the vertical direction with respect to the horizontal plate portion, the opening edge of the horizontal plate portion is connected to the upper and lower ends of the heat radiating portion. The long heat transfer path leads to poor heat conduction efficiency.
ここで、本発明の構成においては、水平板部の裏面に、水平板部の開口部の口縁から放熱部に向かって突出長が徐々に長くなっている伝熱壁を備えている。これにより、伝熱壁によって口縁の熱を放熱部の上下方向に分散して伝達すると共に、口縁から放熱部の下端に至る伝熱経路が短くなるため、熱伝導効率が良好となる。 Here, in the configuration of the present invention, the rear surface of the horizontal plate portion is provided with a heat transfer wall whose protruding length gradually increases from the opening edge of the horizontal plate portion toward the heat radiating portion. As a result, the heat of the lip is distributed and transmitted in the vertical direction of the heat radiating portion by the heat transfer wall, and the heat transfer path from the lip to the lower end of the heat radiating portion is shortened, so that the heat conduction efficiency is improved.
また、本発明の凸部は中空の箱形を呈するため、凸部が中実である場合と比較すると、凸部の熱容量が減少しているが、口縁付近に伝熱壁が配置されることによって、凸部の熱容量の減少を補うことができる。 Moreover, since the convex part of this invention exhibits a hollow box shape, compared with the case where a convex part is solid, the heat capacity of a convex part has decreased, but a heat-transfer wall is arrange | positioned in the edge vicinity. As a result, the reduction in the heat capacity of the convex portion can be compensated.
（４）本発明のＬＥＤ用ヒートシンクにおいて、好ましくは、前記放熱基部の面から遠ざかる方向に直列に並んだ複数個の前記伝熱部を備え、複数個の各前記伝熱部は、各該伝熱部の各前記水平板部の裏面同士が対向しかつ離間するように配置さると共に、各該伝熱部の水平方向の端部同士が金属製の鉛直板部により伝熱可能に連結されており、各前記水平板部の裏面には、該裏面から突出すると共に、該裏面と前記鉛直板部とを繋ぐ金属製の中間伝熱壁を備え、前記中間伝熱壁は、前記開口部の前記口縁の熱を前記鉛直板部の上下方向に分散して伝達するために、該口縁から該鉛直板部に向かって該中間伝熱壁の突出長が徐々に長くなっていることを特徴とする。 (4) The LED heat sink of the present invention preferably includes a plurality of the heat transfer units arranged in series in a direction away from the surface of the heat dissipation base, and each of the plurality of heat transfer units includes the heat transfer unit. The heat plate is disposed so that the back surfaces of the horizontal plate portions face each other and are separated from each other, and the horizontal end portions of the heat transfer portions are connected to each other by a metal vertical plate portion so that heat can be transferred. Each of the horizontal plate portions has a metal intermediate heat transfer wall protruding from the back surface and connecting the back surface and the vertical plate portion, and the intermediate heat transfer wall In order to disperse and transmit the heat of the rim in the vertical direction of the vertical plate portion, the projecting length of the intermediate heat transfer wall gradually increases from the lip toward the vertical plate portion. Features.
このような構成によると、複数個の伝熱部が鉛直板部により伝熱可能に連結されて伝熱部の集合体となっており、各伝熱部の各水平板部の裏面に、各水平板部の各開口部の口縁から鉛直板部に向かって突出長が徐々に長くなっている中間伝熱壁を備えている。中間伝熱壁によって各水平板部の各開口部の口縁同士を繋ぐ伝熱経路を短くすることができる。これにより、複数個のＬＥＤ基板から各伝熱部の各凸部に伝えられた熱を、短い伝熱経路で放熱部に伝熱することが可能となり、熱伝導効率が良好となる。 According to such a configuration, a plurality of heat transfer portions are connected to each other by a vertical plate portion so as to be capable of heat transfer, thereby forming an aggregate of heat transfer portions, and on the back surface of each horizontal plate portion of each heat transfer portion, An intermediate heat transfer wall is provided that gradually protrudes from the edge of each opening of the horizontal flat plate portion toward the vertical plate portion. The heat transfer path that connects the edges of the openings of the horizontal plate portions can be shortened by the intermediate heat transfer wall. Thereby, it is possible to transfer the heat transferred from the plurality of LED substrates to each convex portion of each heat transfer portion to the heat radiating portion through a short heat transfer path, and the heat conduction efficiency is improved.
また、本発明の凸部は中空の箱形を呈するため、凸部が中実である場合と比較すると、凸部の熱容量が減少しているが、口縁付近に中間伝熱壁が配置されることによって、凸部の熱容量の減少を補うことができる。 Further, since the convex portion of the present invention has a hollow box shape, the heat capacity of the convex portion is reduced as compared with the case where the convex portion is solid, but an intermediate heat transfer wall is disposed near the mouth edge. This can compensate for the decrease in the heat capacity of the convex portion.
本発明によれば、上面にＬＥＤ基板搭載用の凸部を備える平板状の伝熱部と、複数の放熱フィンを備える放熱部とからなると共に、金属鋳造により成形されるヒートシンクにおいて、ＬＥＤ基板が搭載される凸部の上面を平滑化するための研磨仕上げが不要となるＬＥＤ用ヒートシンクを提供することができる。 According to the present invention, a heat sink formed of a flat plate having a convex portion for mounting an LED substrate on the upper surface and a heat radiating portion having a plurality of heat radiating fins, and a heat sink molded by metal casting, It is possible to provide an LED heat sink that does not require a polishing finish for smoothing the upper surface of the convex portion to be mounted.
以下、本発明のＬＥＤ用ヒートシンクの実施形態について図面を参照しつつ詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments of the heat sink for LED of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜第１実施形態＞
本実施形態におけるＬＥＤ用ヒートシンクを備える光源装置の断面図を図１に示す。図１に示すように、光源装置１は、光源となるＬＥＤ素子２ｂが搭載されたＬＥＤユニット２と、ＬＥＤユニット２を冷却するヒートシンク３と、ＬＥＤ素子２ｂから照射される光を前方（図１において、紙面左方向）に反射するリフレクタ１１と、リフレクタ１１で反射された光を配光する図示しないレンズとを備えている。ヒートシンク３が本発明のＬＥＤ用ヒートシンクである。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a light source device including an LED heat sink according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the
ＬＥＤユニット２は、ＬＥＤ基板２ａと、ＬＥＤ素子２ｂと、ＬＥＤ素子カバー２ｃと、ＬＥＤホルダ２ｄとを備えている。
The
ＬＥＤ基板２ａは、平面視にて略四角形の板状を呈し、基材として設けられた導電性を有しない非導電層上の中央に、金や銅等の金属材料によって形成された図示しない一対の導電パターンが形成されて成る。ＬＥＤ基板２ａの非導電層としては、例えば、セラミック基板（窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、ムライト基板、ガラスセラミック基板等）、ガラスエポキシ基板等の種々の基板を用いることができる。
The
ＬＥＤ素子２ｂとしては、例えば、蛍光体を均一の膜状に塗布した発光ダイオードが用いられている。ＬＥＤ素子２ｂは、その下面がＬＥＤ基板２ａに形成された一対の導電パターンに跨った状態でＬＥＤ基板２ａ上面の中央に接合されている。
As the
ＬＥＤ素子カバー２ｃは、外面が略半球状に形成され、ＬＥＤ基板２ａの上面にＬＥＤ素子２ｂを覆うようにして接合されている。ＬＥＤ素子カバー２ｃは、ＬＥＤ素子２ｂの光を遮らない透明な樹脂材料よりなる。ＬＥＤ素子カバー２ｃがＬＥＤ基板２ａに接合されることにより、ＬＥＤ素子２ｂがＬＥＤ素子カバー２ｃ内における中空の密閉領域に配置されている。
The
ＬＥＤホルダ２ｄは、直方体状の外観を呈し、内側にＬＥＤ基板２ａよりも寸法がやや大きい略四角形の上下に貫通した箱抜き部２ｆが形成されている。この箱抜き部２ｆの内周面の上方には、ＬＥＤ基板２ａの上面と当接する押さえ爪部２ｇが形成されている。ＬＥＤホルダ２ｄは、給電ハーネスと接続される図示しない接続端子、及び接続端子からＬＥＤ基板２ａ側へ延びる図示しない配線部等の金属部分を除いて、例えば、ガラス含有ＰＢＴ等の樹脂材料により形成されている。
The
ＬＥＤホルダ２ｄの箱抜き部２ｆの下方からＬＥＤ基板２ａを挿入し、ＬＥＤ基板２ａの上面が押さえ爪部２ｇと当接した位置で、ＬＥＤホルダ２ｄに備わる図示しない支持爪によりＬＥＤ基板２ａを下方から支持して固定する。このようにして、ＬＥＤ基板２ａを内蔵するＬＥＤユニット２が組み上がる。この状態において、ＬＥＤ基板２ａの下面と、ＬＥＤホルダ２ｄの内周面とによって凹部２ｅが形成されている。
The
ヒートシンク３は、上部にＬＥＤユニット２が搭載される伝熱部６と、伝熱部６と伝熱可能に連結される放熱部９と、伝熱部６の下面と放熱部９とを繋ぐ複数枚の伝熱壁１０とを備えている。ヒートシンク３は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属により鋳造により一体成形されており、特に、アルミニウムのダイカストにより成形することが好ましい。
The heat sink 3 includes a
伝熱部６は、平面視にて略四角形の板状を呈すると共に、水平方向又は略水平方向に配置される水平板部４と、水平板部４の上面から突出すると共に、上部にＬＥＤユニット２が搭載される凸部５とを備えている。
The
凸部５は、ＬＥＤユニット２の裏面に形成された凹部２ｅと係合する係合突起であり、水平板部４に形成された開口部４ａの口縁に沿って起立する外周壁５ａと、外周壁５ａの上端部を塞ぐと共に、上面にＬＥＤ基板２ａが搭載される水平壁５ｂとを備える箱型を呈している。すなわち、凸部５の裏面は、上方に向かって凹設されている。なお、外周壁５ａ、水平壁５ｂ及び水平板部４の肉厚は、同一又は略同一の肉厚となっている。
The
放熱部９は、伝熱部６と一体に設けられると共に、側面視にて略円形の板状を呈する放熱基部７と、放熱基部７の一面から突出する複数の放熱フィン８とを備えている。放熱部９は、放熱基部７の面方向が上下方向を向き、かつ放熱フィン８の長手面方向が上下方向を向くように配置されており、伝熱部６の水平板部４の水平方向の一端側と、放熱基部７の上下方向の中央部とが連結されている。
The heat dissipating part 9 is provided integrally with the
伝熱壁１０は、側面視にて三角形の板状を呈し、水平板部４の下面から下方に突出すると共に、水平板部４の下面と放熱基部７の水平板部４側の面とを繋ぐ部材である。本実施形態においては、伝熱壁１０の側面形状は直角二等辺三角形であり、直交する二辺のうちの一辺は、水平板部４の下面と連結しており、他の一辺は、放熱基部７の水平板部４側の面と連結している。また、水平板部４の下面と連結されている鋭角な頂角は、水平板部４に形成された開口部４ａの口縁付近に位置している。すなわち、伝熱壁１０の突出長は、開口部４ａの口縁から放熱部９に向かって徐々に長くなっている。
The
リフレクタ１１は、ＬＥＤユニット２の上方に配置される略ドーム状の部材であり、樹脂材料により形成され、光の反射面である内面にはアルミ蒸着によるメッキ処理が施されている。リフレクタ１１の光の反射面を前後方向（図１において、紙面左右方向）に切断すると、その断面形状は略１／４放物線形状を呈している。この放物線形状の焦点の位置にＬＥＤ素子２ｂが配置されていることによって、ＬＥＤ素子２ｂから照射される光は、リフレクタ１１の反射面で反射して、前方の図示しないレンズに向かって照射される。
The
ヒートシンク３の凸部５へのＬＥＤユニット２の組み付けは、まず、凸部５の上面に熱伝導フィラー入りのシリコングリスを塗布する。そして、凸部５とＬＥＤユニット２の凹部２ｅとが係合するように凸部５の上方からＬＥＤユニット２を被せた後、図示しない固定治具によってＬＥＤユニット２が外れないように固定する。この状態において、凸部５の水平壁５ｂとＬＥＤ基板２ａとはシリコングリスを介して十分に密着しており、ＬＥＤ基板２ａの発光により発生した熱は、凸部５に効率良く伝熱する。なお、シリコングリスの代わりに、凸部５の上面に厚さ０．５〜１ｍｍのシリコン又は樹脂製の熱伝導シートを貼り付けることもできる。
For assembling the
このような本実施形態の構成によると、伝熱部６の水平板部４の上面から突出する凸部５が中空の箱形を呈している。したがって、凸部５を形成している外周壁５ａ及び水平壁５ｂの肉厚が薄いことにより、外周壁５ａ及び水平壁５ｂの冷却時に表面と内部との温度差が発生しにくく、ヒートシンク３鋳造後の冷却による凸部５の熱歪みが発生しにくい。
According to such a configuration of the present embodiment, the
また、凸部５の外周壁５ａと水平壁５ｂとが同一又は略同一の肉厚よりなるため、外周壁５ａから水平壁５ｂへ向かって断面の厚さが大きく変化することはない。このように、単に部材断面の肉厚を薄くするだけではなく、部材断面の肉厚の変化をより少なくすることによって、部材の局部への熱歪みの集中がより緩和されるため、ヒートシンク３鋳造後の冷却による凸部５の熱歪みがより発生しにくくなる。
Moreover, since the outer
以上により、ＬＥＤ基板２ａが搭載される凸部５の上面（水平壁５ｂの上面）の平滑性が確保できるため、凸部５の上面を平滑化するための研磨仕上げが不要となり、ヒートシンク３の生産効率を向上させることができる。
As described above, the smoothness of the upper surface (the upper surface of the
また、放熱部９は、放熱基部７の面方向が上下方向を向き、かつ放熱フィン８の長手面方向が上下方向を向くように配置されていることから、放熱フィン８が、放熱フィン８周りの空気の対流を阻害することがなく、ヒートシンク３の放熱効果が良好となる。
Further, since the heat dissipating part 9 is arranged such that the surface direction of the heat dissipating
また、伝熱部６の水平板部４の下面に、水平板部４の開口部４ａの口縁から放熱部９に向かって突出長が徐々に長くなっている複数枚の伝熱壁１０を備えている。これにより、伝熱壁１０によって口縁の熱を放熱部９の上下方向に分散して伝達すると共に、口縁から放熱部９の下端に至る伝熱経路が短くなるため、熱伝導効率が良好となる。
Further, a plurality of
また、水平板部４の開口部４ａの口縁付近に伝熱壁１０が配置されることによって、凸部５を中空の箱形としたことによる熱容量の減少を補うことができる。
Moreover, the heat-
＜第２実施形態＞
本実施形態におけるＬＥＤ用ヒートシンクを備える光源装置の断面図を図２に示す。図２に示すように、光源装置２０は、光源となるＬＥＤ素子２ｂが搭載されたＬＥＤユニット２と、ＬＥＤユニット２を冷却するヒートシンク２３と、ＬＥＤ素子２ｂから照射される光を前方（図２において、紙面左方向）に反射するリフレクタ１１と、リフレクタ１１で反射された光を配光する図示しないレンズとを備えている。ヒートシンク２３が本発明のＬＥＤ用ヒートシンクである。なお、第１実施形態の光源装置２と同一構造の部材については、本実施形態においても同一の番号を付すと共に、説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a light source device including the LED heat sink in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the
ヒートシンク２３は、上部にＬＥＤユニット２が搭載される伝熱部２６と、伝熱部２６と伝熱可能に設けられる放熱部２９と、伝熱部２６と放熱部２９とを伝熱可能に接続するグラファイトシート２６ａと、伝熱部２６の下面から下方に突出した複数枚の伝熱壁１０と、を備えている。
The
第１実施形態と同様に、ヒートシンク２３は、グラファイトシート２６ａを除いて、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属により鋳造により成形されており、特に、アルミニウムのダイカストにより成形することが好ましい。本実施形態においては、伝熱部２６及び伝熱壁１０と、放熱部２９とはそれぞれ別体として成形されている。
Similar to the first embodiment, the
伝熱部２６は、平面視にて略四角形の板状を呈すると共に、水平方向に配置される水平板部２４と、水平板部２４の上面から突出すると共に、上部にＬＥＤユニット２が搭載される凸部２５と、鉛直方向に配置される接続用鉛直壁部２４ｂとを備え、第１実施形態で説明した複数枚の伝熱壁１０と共に、例えば、アルミニウムのダイカストにより一体成形されている。
The
凸部２５は、第１実施形態における凸部５と同一の形状を呈し、水平板部２４に形成された開口部２４ａの口縁に沿って起立する外周壁２５ａと、外周壁２５ａの上端部を塞ぐと共に、上面にＬＥＤ基板２ａが搭載される水平壁２５ｂとを備える箱型を呈している。
The
接続用鉛直壁部２４ｂは、水平板部２４の放熱部２９側の端部の下面から下方に突出した部材であり、第１実施形態で説明した複数枚の伝熱壁１０が、水平板部２４の下面と接続用鉛直壁部２４ｂの水平板部２４側の面とを繋いでいる。
The connecting
放熱部２９は、第１実施形態における放熱部９と同一の形状を呈し、側面視にて略円形の板状を呈する放熱基部２７と、放熱基部２７の一面から突出する複数の放熱フィン２８とを備え、例えば、アルミニウムのダイカストにより一体成形されている。放熱部２９は、放熱基部２７の面方向が上下方向を向き、かつ放熱フィン２８の長手面方向が上下方向を向くように配置されている。
The
伝熱部２６の接続用鉛直壁部２４ｂと、放熱基部２７の上下方向の中央部とがグラファイトシート２６ａにより伝熱可能に接続されている。グラファイトシート２６ａは、黒鉛をシート状に加工したものであり、金・銀・銅などよりも熱伝導率が高く、かつフレキシブルな帯状の材料である。グラファイトシート２６ａは十分にたるませた状態で配置される。また、グラファイトシート２６ａの表面には、例えば、ポリイミド樹脂により傷つき防止のためのコーティングが施されている。
The
このように、放熱部２９は、グラファイトシート２６ａを介して伝熱部２６と伝熱可能に設けられている。したがって、熱伝導の観点からは、ヒートシンク２３は、一体の構造体であり、ヒートシンク２３を構成するどの部材が伝熱用の部材に属し、また、どの部材が放熱用の部材に属するという区別はない。上述の説明においては、便宜上、接続用鉛直壁部２４ｂを伝熱部２６の一部材と定義しているが、接続用鉛直壁部２４ｂと、グラファイトシート２６ａと、放熱部２９とを一体と考えて、接続用鉛直壁部２４ｂを放熱部２９の一部材と定義することも可能である。
Thus, the
放熱部２９を除く光源装置２０の各部材は、後方（図２において、紙面右方向）から樹脂製のハウジングＨで覆われており、ハウジングＨ内は防水状態に保たれている。放熱部２９は、ハウジングＨの後方外側に配置されており、放熱部２９の放熱基部２７により、ハウジングＨの後方に形成された開口が塞がれている。
Each member of the
ヒートシンク２３の凸部２５へのＬＥＤユニット２の組み付けは、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
Since the assembly of the
このような本実施形態の構成によると、ヒートシンク２３の放熱部２９がハウジングＨの外側に配置されおり、放熱部２９が外気と接触する状態となっている。したがって、放熱部２９周りの暖かい空気が外気に拡散しやすいことにより放熱部２９の放熱効果が良好となる。
According to the configuration of this embodiment, the
また、伝熱部２６と放熱部２９とがフレキシブルなグラファイトシート２６ａにより接続されているため、例えば、ハウジングＨ内の伝熱部２６を回転させることにより、光の照射方向を調整することが可能となる。その他の作用効果については第１実施形態と同様である。
Further, since the
＜第３実施形態＞
本実施形態は、本発明のＬＥＤ用ヒートシンクを、ＬＥＤを光源として用いる車両用前照灯のヒートシンクとして具現化した実施形態である。本実施形態におけるＬＥＤ用ヒートシンクを備える光源装置が搭載された車両の外観を図３（ａ）に、光源装置の外観を図３（ｂ）に示す。また、本実施形態におけるＬＥＤ用ヒートシンクを備える光源装置の断面図を図４に示す。
<Third Embodiment>
This embodiment is an embodiment in which the heat sink for LED of the present invention is embodied as a heat sink for a vehicle headlamp using an LED as a light source. FIG. 3A shows an appearance of a vehicle on which a light source device including an LED heat sink according to this embodiment is mounted, and FIG. 3B shows an appearance of the light source device. Moreover, sectional drawing of the light source device provided with the heat sink for LED in this embodiment is shown in FIG.
図３（ａ）に示すように、車両の左右前方には前照灯Ｌ、Ｌが配備されている。前照灯Ｌは、車両の遠方を照らすハイビームと、車両の周辺を照らすロービームとを備えており、光源装置３０は、ロービームとして使用される。
As shown to Fig.3 (a), the headlamps L and L are arrange | positioned in the left-right front of the vehicle. The headlamp L includes a high beam that illuminates the distance of the vehicle and a low beam that illuminates the periphery of the vehicle, and the
図３（ｂ）及び図４に示すように、光源装置３０は、光源となるＬＥＤ素子２ｂが搭載された上下二個のＬＥＤユニット２、２と、各ＬＥＤユニット２、２を冷却するヒートシンク３３と、上方のＬＥＤ素子２ｂから照射される光を前方（図４において、紙面左方向）に反射する上部リフレクタ４０と、上部リフレクタ４０で反射された光を配光するレンズ５０と、下方のＬＥＤ素子２ｂから照射される光を前方に反射する下部リフレクタ４１とを備えている。ヒートシンク３３が本発明のＬＥＤ用ヒートシンクである。なお、第１実施形態の光源装置２と同一構造の部材については、本実施形態においても同一の番号を付すと共に、説明を省略する。
As shown in FIGS. 3B and 4, the
ヒートシンク３３は、上部にＬＥＤユニット２が搭載される上部の伝熱部３６と、下部にＬＥＤユニット２が搭載される下部の伝熱部３６と、これら上下の伝熱部３６、３６の端部同士を伝熱可能に連結する鉛直板部３６ａと、上部の伝熱部３６と伝熱可能に連結される放熱部３９とを備えている。さらに、ヒートシンク３３は、上部の伝熱部３６の下面と放熱部３９とを繋ぐ複数枚の伝熱壁１０と、上下の伝熱部３６、３６の各裏面（上部の伝熱部３６では下面、下部の伝熱部３６では上面）と鉛直板部３６ａとを繋ぐ複数枚の中間伝熱壁１０ａとを備えている。
The
第１実施形態と同様に、ヒートシンク３３は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属により鋳造により一体成形されており、特に、アルミニウムのダイカストにより成形することが好ましい。
Similar to the first embodiment, the
伝熱部３６は、平面視にて略四角形の板状を呈すると共に、水平方向に配置される水平板部３４と、水平板部３４の表面から突出すると共に、突出側にＬＥＤユニット２が搭載される凸部３５とを備えている。上下の伝熱部３６、３６は、放熱部３９の後述する放熱基部３７の面から遠ざかる方向に直列に並んでおり、各伝熱部３６、３６の各水平板部３４、３４の裏面同士が対向しかつ離間するように配置されている。凸部３５の形状は、第１実施形態における凸部５と同一であるため説明を省略する。
The
放熱部３９は、上部の伝熱部３６と一体に設けられると共に、側面視にて略円形の板状を呈する放熱基部３７と、放熱基部３７の一面から突出する複数の放熱フィン３８とを備えている。放熱部３９は、放熱基部３７の面方向が上下方向を向き、かつ放熱フィン３８の長手面方向が上下方向を向くように配置されており、上部の伝熱部３６の水平板部３４の水平方向の一端側と、放熱基部３７の上下方向の中央部とが連結されている。
The
中間伝熱壁１０ａは、側面視にて三角形の板状を呈し、上下の伝熱部３６、３６の各水平板部３４、３４の各裏面（上部の伝熱部３６では下面、下部の伝熱部３６では上面）から突出すると共に、水平板部３４、３４の各裏面と鉛直板部３６ａの面とを繋ぐ部材である。本実施形態においては、中間伝熱壁１０の側面形状は、直角二等辺三角形であり、直交する二辺のうちの一辺は、水平板部３４の裏面と連結しており、他の一辺は、鉛直板部３６ａの面と連結している。また、水平板部３４の裏面と連結されている鋭角な頂角は、水平板部３４に形成された開口部３４ａの口縁付近に位置している。すなわち、中間伝熱壁１０の突出長は、開口部３４ａの口縁から鉛直板部３６ａの面に向かって徐々に長くなっている。
The intermediate
上部リフレクタ４０は、上方のＬＥＤユニット２の上方に配置される略ドーム状の部材であり、樹脂材料により形成され、光の反射面である内面にはアルミ蒸着によるメッキ処理が施されている。上部リフレクタ４０の光の反射面を前後方向（図４において、紙面左右方向）に切断すると、その断面形状は略１／４楕円形状を呈している。この楕円形状の後方側の第１焦点の位置に上方のＬＥＤ素子２ｂが配置されていることによって、ＬＥＤ素子２ｂから照射される光は、上部リフレクタ４０の反射面で反射して、レンズ５０に向かって照射される。また、楕円形状の前方側の第２焦点の位置には図示しないシェードが配置されており、このシェードによって、レンズ５０から前方に照射される光のカットオフラインが形成される。
The
レンズ５０は、前方が曲面、後方が平面となった平凸レンズであり、レンズ５０によって上部リフレクタ４０の前方の円筒部４０ａを塞ぐと共に、レンズ５０の前方からリング状の固定枠５１を被せることにより固定される。レンズ５０の平面側から入射した光は、レンズ５０によって平行に近い光に変換され、レンズ５０の曲面側から前方に照射されて、車両の前方の周辺を照らす。
The
下部リフレクタ４１は、下方のＬＥＤユニット２の下方に配置される曲面部材であり、樹脂材料により形成され、光の反射面である内面にはアルミ蒸着によるメッキ処理が施されている。下部リフレクタ４１の光の反射面を前後方向（図４において、紙面左右方向）に切断すると、その断面形状は略１／４放物線形状を呈している。この放物線形状の焦点の位置に下方のＬＥＤ素子２ｂが配置されていることによって、ＬＥＤ素子２ｂから照射される光は、リフレクタ４１の反射面で反射して、レンズを介さずに前方に照射されて、車両の前方の足元付近を照らす。
The
ヒートシンク３３の凸部３５へのＬＥＤユニット２の組み付けは、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
Since the assembly of the
このような本実施形態の構成によると、上下の伝熱部３６、３６が鉛直板部３６ａにより伝熱可能に連結されており、各伝熱部３６、３６の各水平板部３４、３４の裏面に、各水平板部３４、３４の各開口部３４ａ、３４ａの口縁から鉛直板部３６ａに向かって突出長が徐々に長くなっている複数枚の中間伝熱壁１０ａを備えている。中間伝熱壁１０ａによって各水平板部３４、３４の各開口部３４ａ、３４ａの口縁同士を繋ぐ伝熱経路を短くすることができる。これにより、上下二個のＬＥＤユニット２、２から各伝熱部３６、３６の各凸部３５、３５に伝えられた熱を、短い伝熱経路で放熱部に伝熱することが可能となり、熱伝導効率が良好となる。
According to such a configuration of the present embodiment, the upper and lower
また、各水平板部３４、３４の開口部３４ａ、３４ａの口縁付近に中間伝熱壁１０ａが配置されることによって、凸部３５を中空の箱形としたことによる熱容量の減少を補うことができる。その他の作用効果については第１実施形態と同様である。
Further, by arranging the intermediate
なお、本発明の収納ボックスは上述した第１〜３の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 The storage box of the present invention is not limited to the first to third embodiments described above, and various modifications, improvements, etc. that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. It can be implemented in the form.
例えば、第１〜３実施形態で説明したヒートシンク３、２３及び３３を、任意の方向に回転することにより、光の照射方向を自由に設定することが可能である。
For example, by rotating the
また、第１〜３実施形態において、ヒートシンク３、２３及び３３を、可能な限り一体成形しているが、ヒートシンクを構成する部材のうちの幾つかを別体で成形して、ネジ止め等により接合することで一体化を図ることもできる。例えば、第４実施形態で示したヒートシンク３３を構成する部材のうちの伝熱壁１０及び中間伝熱壁１０ａを別体で成形して、ネジ止め等により、水平板部３４、鉛直板部３６ａ及び放熱基部３７に接合することもできる。
In the first to third embodiments, the
また、第１〜３実施形態においては、放熱フィン８、２８及び３８の長手面方向が上下方向を向くように配置しているが、これに限らず、放熱フィン８、２８及び３８の長手面方向を様々な方向に向けることができる。例えば、放熱基部７、２７及び３７を放熱基部７、２７及び３７の面の中心を軸として９０度回転することにより、放熱フィン８、２８及び３８の長手面方向が水平方向を向くよう配置することができる。
Moreover, in 1st-3rd embodiment, although arrange | positioned so that the longitudinal surface direction of the
また、例えば、放熱基部７及び３７の面方向を水平方向に向けて、水平板部４及び３４の端部と、放熱基部７及び３７の端部とを連結することにより、放熱フィン８及び３８の長手面方向が前後方向を向くよう配置することができる。この場合、伝熱壁１０は配置されない。
Further, for example, by connecting the end portions of the
１，２０，３０ … 光源装置 ２ … ＬＥＤユニット
２ａ … ＬＥＤ基板 ２ｅ … 凹部
３，２３，３３ … ヒートシンク ４，２４，３４ … 水平板部
４ａ，２４ａ，３４ａ … 開口部 ５，２５，３５ … 凸部
５ａ，２５ａ … 外周壁 ５ｂ，２５ｂ … 水平壁
６，２６，３６ … 伝熱部 ７，２７，３７ … 放熱基部
８，２８，３８ … 放熱フィン ９，２９，３９ … 放熱部
１０ … 伝熱壁 １０ａ … 中間伝熱壁
３６ａ … 鉛直板部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
水平板部と、該水平板部の表面から突出する凸部と、を備える伝熱部と、
前記伝熱部と伝熱可能に設けられる板状の放熱基部と、該放熱基部の一面から突出する複数の放熱フィンと、を備える放熱部と、からなり、
前記凸部は、ＬＥＤ基板を内蔵するＬＥＤユニットの裏面に形成された凹部と係合する係合突起であり、前記水平板部に形成された開口部の口縁に沿って起立する外周壁と、該外周壁の突出側の端部を塞ぐと共に、表面に前記ＬＥＤ基板が搭載される水平壁と、を備える箱型を呈することを特徴とするＬＥＤ用ヒートシンク。 A heat sink for LED formed by metal casting,
A heat transfer part comprising a horizontal flat plate part and a convex part protruding from the surface of the horizontal plate part;
A plate-like heat dissipating base provided to be able to transfer heat with the heat transfer part, and a heat dissipating part comprising a plurality of heat dissipating fins protruding from one surface of the heat dissipating base,
The convex portion is an engaging projection that engages with a concave portion formed on the back surface of the LED unit that incorporates the LED substrate, and an outer peripheral wall that stands along the edge of the opening formed in the horizontal plate portion; An LED heat sink characterized by presenting a box shape including an end portion of the outer peripheral wall on the protruding side and a horizontal wall on which the LED substrate is mounted.
前記水平板部の裏面には、該裏面から突出すると共に、該裏面と前記放熱部とを繋ぐ金属製の伝熱壁を備え、
前記伝熱壁は、前記開口部の前記口縁の熱を前記放熱部の上下方向に分散して伝達するために、該口縁から該放熱部に向かって該伝熱壁の突出長が徐々に長くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ用ヒートシンク。 The heat dissipating part is arranged on one end side in the horizontal direction of the heat transfer part so that the surface direction of the heat dissipating base part faces the up and down direction,
On the back surface of the horizontal plate portion, a metal heat transfer wall that protrudes from the back surface and connects the back surface and the heat radiating portion is provided.
Since the heat transfer wall disperses and transfers the heat of the rim of the opening in the vertical direction of the heat radiating portion, the projecting length of the heat transfer wall gradually increases from the lip toward the heat radiating portion. The LED heat sink according to claim 1, wherein the LED heat sink is longer.
複数個の各前記伝熱部は、各該伝熱部の各前記水平板部の裏面同士が対向しかつ離間するように配置さると共に、各該伝熱部の水平方向の端部同士が金属製の鉛直板部により伝熱可能に連結されており、
各前記水平板部の裏面には、該裏面から突出すると共に、該裏面と前記鉛直板部とを繋ぐ金属製の中間伝熱壁を備え、
前記中間伝熱壁は、前記開口部の前記口縁の熱を前記鉛直板部の上下方向に分散して伝達するために、該口縁から該鉛直板部に向かって該中間伝熱壁の突出長が徐々に長くなっていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一つに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。 A plurality of the heat transfer units arranged in series in a direction away from the surface of the heat dissipation base,
The plurality of heat transfer portions are arranged so that the back surfaces of the horizontal plate portions of the heat transfer portions face each other and are separated from each other, and the horizontal ends of the heat transfer portions are made of metal. It is connected so that heat can be transferred by the vertical plate part made of,
On the back surface of each horizontal plate portion, a metal intermediate heat transfer wall that protrudes from the back surface and connects the back surface and the vertical plate portion is provided.
The intermediate heat transfer wall disperses and transfers the heat of the lip of the opening in the vertical direction of the vertical plate portion from the lip toward the vertical plate portion of the intermediate heat transfer wall. 4. The heat sink for LED according to claim 1, wherein the protruding length is gradually increased.
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