JP5608152B2 - Heat sink for in-vehicle LED lighting - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード(LED)素子を発光源とするLED照明が、発光時に発生する熱を周囲の空間に放熱するためのLED照明用ヒートシンクに関するものである。 The present invention relates to a heat sink for LED lighting, in which LED lighting using a light emitting diode (LED) element as a light source radiates heat generated during light emission to the surrounding space.
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照明(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照明への置き換えが始まっている。 Lighting that uses a light emitting diode (LED) element as a light source is gradually penetrating the market due to its low power consumption and long life. Among these, in-vehicle LED lighting (vehicle lamps, vehicle headlamps) such as automobile headlights has attracted particular attention in recent years, and replacement with LED elements has begun. In addition, by applying this in-vehicle LED lighting, replacement with LED lighting has begun in embedded lighting in other fields such as buildings.
しかしながら、このLED照明の発光源であるLED素子は熱に非常に弱く、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照明には大型のヒートシンクが備えられている。 However, the LED element which is a light emitting source of this LED illumination is very weak to heat, and there is a problem that when the temperature exceeds the allowable temperature, the light emission efficiency is lowered, and further, the life is affected. In order to solve this problem, since it is necessary to dissipate heat at the time of light emission of the LED element to the surrounding space, the LED lighting is provided with a large heat sink.
このLED照明用ヒートシンクには、アルミニウム(アルミニウム合金を含む)を材料とした、ダイキャストや押出形材によるものが多く採用されており、例えば、特許文献1〜3には、これらのうちの代表的なヒートシンク構成が開示されている。これらのヒートシンクは、LED光源が正面側に配置固定された基板部と、その基板部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を有しており、基板部並びにフィン部の表面積を大きくすることにより放熱が増加し、一定の放熱性を得ることができる。 Many LED lighting heat sinks made of aluminum (including an aluminum alloy) by die-casting or extrusion are used. For example, Patent Documents 1 to 3 show representatives of these. A typical heat sink configuration is disclosed. These heat sinks have a substrate part in which the LED light source is arranged and fixed on the front side, and a plurality of parallelly arranged fin parts protruding at intervals on the back side of the substrate part. In addition, by increasing the surface area of the fin portion, the heat dissipation increases, and a certain heat dissipation property can be obtained.
これに対して、より軽量化および低コスト化を図ったヒートシンクも従来から提案されている。例えば特許文献4では、車両用灯具のヒートシンクとして、アルミニウム等の高熱伝導率の金属平板を折り曲げ加工されて形成したヒートシンクが提案されている。このヒートシンクは、1mm〜3mm程度の厚みの金属平板を断面がひしゃく状に折り曲げ加工し、縦断面がコの字状のひしゃく部分の放熱部と、縦断面がひしゃくの柄の部分のLED光源を支持する支持部とからなる。そして、ヒートシンクの全体形状は、前記放熱部をその長手方向(あるいは幅方向)に亘って、一定間隔で細断したスリット状の開口部を多数設けて、多数の狭幅の開口部と狭幅の放熱部とが交互に平行に並んだ櫛の歯状としている。 On the other hand, heat sinks that have been further reduced in weight and cost have been proposed. For example, Patent Document 4 proposes a heat sink formed by bending a metal plate having a high thermal conductivity such as aluminum as a heat sink of a vehicle lamp. This heat sink is made by bending a flat metal plate with a thickness of about 1 mm to 3 mm into a ladle cross section, and a heat radiating portion of a ladle portion with a U-shaped vertical cross section and an LED light source with a ladle handle portion with a vertical cross section. And a supporting part for supporting. The overall shape of the heat sink is such that a large number of slit-like openings obtained by chopping the heat dissipating part at regular intervals are provided in the longitudinal direction (or width direction), and a large number of narrow openings and narrow widths are provided. The heat dissipating part is a comb tooth shape alternately arranged in parallel.
前記ダイキャストや押出形材による、従来のヒートシンクHの基本的な構成は、図6に示すような、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を有してなるものであり、これ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用としてハウジングに組み込んで適用する場合、限られた狭い空間に設置されることになる。 The basic structure of the conventional heat sink H by the die-casting or the extruded profile is as shown in FIG. 6, a substrate portion 30 with an LED element (light source) L arranged and fixed on the front side, and the substrate portion 30. A plurality of parallelly arranged fin portions 40 projecting at an interval on the back side of the housing, and this is incorporated in a housing and used for in-vehicle lighting such as an automobile headlight and tail lamp. In this case, it is installed in a limited narrow space.
このため、基板部30やフィン部40の位置する放熱空間も閉鎖された容積の小さい状態となり、空気の対流がほとんどないことから、このような設置環境下では対流による放熱がほとんど期待できず、放射による放熱が中心となり、上記従来のようにフィンなどにより放熱側面積を増加させるヒートシンクの構造ではこの放射による放熱が不十分であり、全体として効率的な放熱が達成できない問題を抱えていた。 For this reason, the heat radiation space where the substrate part 30 and the fin part 40 are located is also in a closed volume and there is almost no air convection, so in such an installation environment almost no heat dissipation by convection can be expected, Heat dissipation by radiation is the center, and the heat sink structure in which the heat radiation side area is increased by fins or the like as in the prior art has a problem that heat radiation by radiation is insufficient, and efficient heat dissipation cannot be achieved as a whole.
すなわち、放射による場合は、図6の右下の表示したX、Y、Z軸方向(3次元方向)での投影面積の大きさがその効率を左右することになり、この投影面積が大きいほど放射効率が向上することになる。この点、図6のヒートシンクは、Y方向の投影面積は、基板部30の平面とフィン部40の平面の合計となるので良い。しかし、Z方向の投影面積は、基板部30の側面とフィン部40の側面の合計で櫛歯状となり空間が多いため、基板部30の長さとフィン部40の高さを掛けた総面積の50%に満たない小さな面積となる。また、X方向の投影面積は、基板部30の正面とフィン部40の正面の合計となり、フィン部30が例えば4枚もあるにもかかわらず、これらが重複して1枚と同じ投影面積であり、放熱側面積当りの放射効率が低い。 That is, in the case of radiation, the size of the projected area in the X, Y, and Z axis directions (three-dimensional directions) displayed in the lower right of FIG. 6 affects the efficiency. Radiation efficiency will be improved. In this regard, in the heat sink of FIG. 6, the projected area in the Y direction may be the sum of the plane of the substrate portion 30 and the plane of the fin portion 40. However, the projected area in the Z direction is a comb-like shape with a total of the side surface of the substrate unit 30 and the side surface of the fin unit 40, and has a large space. Therefore, the total area obtained by multiplying the length of the substrate unit 30 and the height of the fin unit 40 is The area is less than 50%. Further, the projected area in the X direction is the total of the front surface of the substrate portion 30 and the front surface of the fin portion 40. Even though there are, for example, four fin portions 30, these overlap and have the same projected area as one. Yes, radiation efficiency per area on the heat radiation side is low.
これに対して、前記金属平板を折り曲げ加工されて形成したヒートシンクは、前記図6のダイキャストや押出形材による従来のヒートシンクHよりも軽量化が図れる。また、放熱部に前記スリット状の開口部が隣接して設けられているため、灯室内を対流する空気が前記放熱部内に流れ込むと同時に、前記開口部から通り抜けていくという空気の流れが発生し、この空気の流れ(対流)の発生によって、放熱効率を向上することができるとしている。 On the other hand, the heat sink formed by bending the metal flat plate can be lighter than the conventional heat sink H made of the die-cast or extruded profile shown in FIG. In addition, since the slit-shaped opening is provided adjacent to the heat radiating portion, air convection through the lamp chamber flows into the heat radiating portion, and at the same time, air flows through the opening. The heat dissipation efficiency can be improved by the generation of the air flow (convection).
ただ、前記金属平板を折り曲げ加工されて形成したヒートシンクも、折り曲げ加工において必然的に生じるスプリングバックなどによって、寸法精度を高める事が難しく、寸法精度確保のために、曲げ加工の追加などがさらに必要となり、また前記多数の狭幅のスリット状開口部を設ける切削加工には精密さも必要であり、また、金属板を素材として折曲げた後に一部の面同士を接合するような工程も必要である。したがって、前記図6のダイキャストや押出形材に比して、却ってコスト高になる。そして、前記スリット状の開口部の幅には、ヒートシンクの大きさ自体や前記放熱部の側の面積を確保するための大きな制約があって、必然的に狭幅となる。このため、車両用灯具など、閉鎖された空間内に適用、設置される場合では、前記空気の対流による放熱効率の向上も、実際に期待するほどには発揮されない。 However, it is difficult to increase the dimensional accuracy of the heat sink formed by bending the metal flat plate, due to the springback that is inevitably generated in the bending process, and additional bending is required to ensure dimensional accuracy. In addition, precision is also required for the cutting process that provides the large number of narrow slit-like openings, and a process of joining some surfaces after bending a metal plate as a material is also required. is there. Therefore, the cost is higher than that of the die-cast or extruded profile shown in FIG. The width of the slit-like opening is inevitably narrow due to a large restriction for ensuring the size of the heat sink itself and the area on the side of the heat dissipation part. For this reason, when applied and installed in a closed space such as a vehicular lamp, the improvement in heat dissipation efficiency due to the convection of the air is not exhibited as expected.
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、アルミニウム板から比較的簡便な加工方法で製作することができ、しかも、空気による対流がない又は少ない(空気の対流による放熱が期待できない)閉鎖された空間内に設置される場合であっても、LED発光源からの熱を効率的に放射することができる、放射主体の放熱性を有するLED照明用ヒートシンクを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is that it can be manufactured from an aluminum plate by a relatively simple processing method, and there is no or little convection due to air (air Heat radiation for LED lighting that has a radiation-based heat dissipation property that can efficiently radiate heat from the LED light source even when installed in a closed space. Is to provide.
上記目的達成のために、本発明車載LED照明用ヒートシンクの要旨は、絞り加工によって一枚のアルミニウム薄板にLED素子取付面と、このLED素子取付面に連続する放熱側面とが一体かつ連続して形成されてなる車載LED照明用ヒートシンクであって、前記LED素子取付面が頂部、前記放熱側面が角筒状に形成された胴部となるとともに、これらの面で囲まれる内部空間の開口部も有する中空な角筒状体に形成されており、前記LED素子取付面と放熱側面との表裏面によって、3次元のいずれの方向へも向いた、放射による放熱面を連続して有していることである。 In order to achieve the above-mentioned object, the gist of the in- vehicle LED lighting heat sink of the present invention is that the LED element mounting surface and the heat radiating side surface continuous with the LED element mounting surface are integrated and continuous by drawing a single aluminum sheet. A heat sink for in- vehicle LED lighting formed, wherein the LED element mounting surface is a top portion and the heat radiating side surface is a barrel portion formed in a rectangular tube shape, and an opening in an internal space surrounded by these surfaces is also provided It is formed into a hollow rectangular cylindrical body having a radiation heat radiation surface continuously directed in any of the three dimensions by the front and back surfaces of the LED element mounting surface and the heat radiation side surface. That is.
本発明によれば、絞り加工によって、一枚の金属薄板からLED素子取付面と放熱側面とが連続して一体に形成されたLED照明用ヒートシンクを得ることができる。これによって、絞り加工によって成形されるヒートシンクの形状を、前記LED素子取付面が頂部、前記放熱側面が胴部となる筒状体とし、これらLED素子取付面と放熱側面との表裏面によって、3次元のいずれの方向へも向いた放熱面を連続して有している筒状体とできる。そして、同時に、この筒状体の内部空間には開口部を設けることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a heat sink for LED lighting in which an LED element mounting surface and a heat radiating side surface are continuously and integrally formed from one metal thin plate by drawing. Thus, the shape of the heat sink formed by drawing is a cylindrical body in which the LED element mounting surface is the top and the heat radiating side is the body, and the front and back surfaces of the LED element mounting surface and the heat radiating side are 3 A cylindrical body continuously having a heat radiating surface facing in any direction of the dimension can be obtained. At the same time, an opening can be provided in the internal space of the cylindrical body.
これによって、前記3次元のいずれの方向へも向く連続した表裏面から、前記LED素子取付面に設置されたLED素子から伝導される熱の放熱が可能である。したがって、ヒートシンクの3次元方向における投影面積が大きく、従って、その適用、設置箇所(場所)が閉鎖された空気による対流がない又は少ない(空気の対流による放熱がほとんど期待できない))空間においても、LED発光源からの熱を効率的に放射することができる。したがって、ヒートシンクを、空気の対流ではなく、放射主体の放熱性とでき、全体として有利に放熱性を向上させることが可能となる。 Thereby, it is possible to dissipate heat conducted from the LED elements installed on the LED element mounting surface from the continuous front and back surfaces facing in any of the three-dimensional directions. Therefore, even in a space where the projected area in the three-dimensional direction of the heat sink is large, and therefore there is little or no convection due to air with its application and installation location (place) closed (almost no heat dissipation due to air convection) Heat from the LED light source can be efficiently radiated. Therefore, the heat sink can be a radiation-based heat radiation rather than air convection, and the heat radiation can be advantageously improved as a whole.
また、本発明は、アルミニウム薄板などの金属薄板から絞り加工によって一体に成形された筒状体構造のヒートシンクである。したがって、シートやコイルなどの圧延薄板や、押出などにより加工された薄板を、これら薄板の成形に汎用される絞り加工する工程だけで(トリミングなども一連の絞り加工工程中に含む)、その筒状形状なり構造を比較的容易に一体成形、製作することができる。
更に、プレス金型を使った金属薄板の絞り加工によるため、曲げ加工で生じるようなスプリングバックが起こりにくく、高い寸法精度が得られる。さらに本発明では、ヒートシンクに、前記従来技術のような熱伝導の経路を分断するスリットなどの障害が無い。このため、ヒートシンク内での熱伝導の経路が分断されることが無く、ヒートシンクを構成する各部までLED素子からの熱が伝達され、きわめて高い放熱性が確保される。また絞り成形で形成された一体構造であることから、高い部品剛性や強度も実現される。
Further, the present invention is a heat sink having a cylindrical body structure integrally formed by drawing from a thin metal plate such as an aluminum thin plate. Therefore, it is only necessary to draw a thin sheet such as a sheet or a coil, or a thin sheet processed by extrusion or the like, which is generally used for forming the thin sheet (including trimming and the like in a series of drawing processes). The shape and structure can be integrally formed and manufactured relatively easily.
Furthermore, since the metal thin plate is drawn using a press die, the spring back that occurs in the bending process hardly occurs, and high dimensional accuracy can be obtained. Further, in the present invention, the heat sink has no obstacle such as a slit that divides the heat conduction path as in the prior art. For this reason, the heat conduction path in the heat sink is not divided, and heat from the LED element is transmitted to each part constituting the heat sink, so that extremely high heat dissipation is ensured. Moreover, since it is an integral structure formed by drawing, high component rigidity and strength are also realized.
更に、本発明は、軽量な金属薄板からなるために、筒状体構造のヒートシンクとしても、前記ダイキャスト製や鋳造製などに比して、軽量化が図れ、車載用などのLED照明用のヒートシンクとして好適である。 Furthermore, since the present invention is made of a light metal thin plate, the heat sink of the cylindrical body structure can be reduced in weight as compared with the die-casting or casting, and can be used for LED lighting such as in-vehicle use. Suitable as a heat sink.
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。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。ここで、図1の実施形態は本発明の範囲から外れる参考例である。また、以下の「金属薄板」なる記載はアルミニウム薄板を指す。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. Here, the embodiment of FIG. 1 is a reference example that is out of the scope of the present invention. Further, the following description “metal sheet” refers to an aluminum sheet.
(図1、ヒートシンクの一実施形態)
図1に、本発明のLED照明用ヒートシンク1の一実施形態を示す。図1に示すように、本発明のLED照明用ヒートシンク1は、例えばアルミニウムなどの、一定の板厚を有する金属薄板1を一体に成形してなり、全体が中空な円筒状(円筒カップ状)の立体形状を有している。すなわち、図1の本発明のLED照明用ヒートシンク1は、絞り加工によって一枚の金属薄板から、LED素子取付面2と放熱側面3とが一体かつ連続して形成されてなる。
(FIG. 1, one embodiment of heat sink)
In FIG. 1, one Embodiment of the heat sink 1 for LED illumination of this invention is shown. As shown in FIG. 1, a heat sink 1 for LED lighting of the present invention is formed by integrally forming a thin metal plate 1 having a certain plate thickness, such as aluminum, for example, and has a hollow cylindrical shape (cylindrical cup shape) as a whole. It has the three-dimensional shape. That is, the LED illumination heat sink 1 of the present invention shown in FIG. 1 is formed by integrally and continuously forming the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 from one metal thin plate by drawing.
より具体的に、図1のヒートシンク1の場合、LED素子取付面2が円盤(円板)状の頂部で、放熱側面3がこれに連なる円筒状(円管状)の胴部(側部)となるように成形されている。このため、これらLED素子取付面2と放熱側面3とで各々、3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向く連続した表面側の2面(外側の面=表面)2a、3aと、裏側の2面(内側の面=裏面)2b、3bの合計4面の放熱面を形成している。以下、LED素子取付面に連なる筒状体の側面を放熱側面と言い、この放熱側面とLED素子取付面など、放熱可能な面を合わせて放熱面と言う。 More specifically, in the case of the heat sink 1 of FIG. 1, the LED element mounting surface 2 is a disk (disk) -shaped top portion, and the heat radiating side surface 3 is connected to the cylindrical (circular tubular) body portion (side portion). It is formed to be. For this reason, the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 each have two continuous surface-side surfaces (outer surface = surface) 2a, 3a facing in any of three-dimensional X, Y, and Z directions. In addition, a total of four heat radiation surfaces, that is, two surfaces on the back side (inner surface = back surface) 2b and 3b are formed. Hereinafter, the side surface of the cylindrical body connected to the LED element mounting surface is referred to as a heat radiating side surface, and the heat radiating side surface and the surface capable of radiating heat such as the LED element mounting surface are referred to as a heat radiating surface.
筒状体の底部側の10は、放熱面が実在しない空間であって、筒状体のLED素子取付面2と放熱側面3で囲まれた内部空間が、外部に向かって開放された開口部(空間部)である。この開口部10は、図1のヒートシンク1が、円筒状ゆえに、例えば、LED素子取付面2と放熱側面3のなす角度が90度である場合には、LED素子取付面2と同じ面積となる。このため、ヒートシンク1の有する放熱側面積に対して十分な比較的大きな面積を有し、前記内部空間内の空気と外部の空気とが、前記開口部10を介してヒートシンク1の内外で対流するのに充分な構造となる。このような開口部は、後述する他の実施形態も含めて、筒状体の底部側だけでなく、筒状体の底部側に加えて、あるいは筒状体の底部側の代わりに、放熱側面側に設けても良いが、LED素子取付面2に設けることは、あまり開口部が大きくなるとLED素子から放熱側面側への熱伝導を妨げることになるため、LED素子取り付け面への開口部を設ける場合は,限定して適用することが望ましい。したがって、LED素子取付面に選択的に開口部を設ける場合は、その幅が最大で5mm程度のスリット状の比較的小さい開口部にすることが好ましい。 10 on the bottom side of the cylindrical body is a space where no heat dissipation surface exists, and an internal space surrounded by the LED element mounting surface 2 and the heat dissipation side surface 3 of the cylindrical body is opened to the outside. (Space part). Since the heat sink 1 in FIG. 1 is cylindrical, the opening 10 has the same area as the LED element mounting surface 2 when the angle formed by the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 is 90 degrees, for example. . For this reason, it has a comparatively large area with respect to the heat radiation side area of the heat sink 1, and the air in the internal space and the outside air convect inside and outside the heat sink 1 through the opening 10. The structure is sufficient. Such an opening includes not only the bottom side of the cylindrical body but also the bottom side of the cylindrical body, or instead of the bottom side of the cylindrical body, including other embodiments described later. Although it may be provided on the LED element mounting surface 2, if the opening is too large, heat conduction from the LED element to the heat radiation side will be hindered. If provided, it should be applied in a limited manner. Therefore, when an opening is selectively provided on the LED element mounting surface, it is preferable to use a slit-like relatively small opening having a width of about 5 mm at the maximum.
ここで、LED素子取付面2と放熱側面3のなす角度、すなわち、円筒の胴部(側部)の傾きは、ヒートシンク1の設計条件に応じて決定され、必ずしも90度である必要はなく、ヒートシンク1の筒状体の縦断面が、LED素子取付面2か開口部10かのいずれかが大きい、台形状になっても良い。ただ、いずれの場合でも、開口部10の機能である、前記ヒートシンク1の内外での空気の対流を励起乃至誘起させるに充分な面積を確保する必要はある。 Here, the angle formed by the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3, that is, the inclination of the cylindrical body portion (side portion) is determined according to the design conditions of the heat sink 1, and is not necessarily 90 degrees. The longitudinal section of the cylindrical body of the heat sink 1 may be trapezoidal in which either the LED element mounting surface 2 or the opening 10 is large. However, in any case, it is necessary to secure a sufficient area for exciting or inducing convection of air inside and outside the heat sink 1, which is a function of the opening 10.
この図1の場合は、平板な円盤状のLED素子取付面2と、円筒状曲面をなす放熱側面3を有した形状となっており、一枚のアルミニウム板から絞り加工によって両者が形成されているため、LED素子取付面2と放熱側面3とは、LED素子取付面2端部(角部)の稜線を伴って一体的に連続している。言い換えると、これらLED素子取付面2と放熱側面3との表裏面2a、2b、3a、3bは、頂部のLED素子取付面2に設置されたLED素子Lと、一枚の金属薄板によって連続している。 In the case of FIG. 1, it has a shape having a flat disk-shaped LED element mounting surface 2 and a heat radiating side surface 3 forming a cylindrical curved surface, and both are formed by drawing from a single aluminum plate. Therefore, the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 are integrally continuous with the ridgeline of the LED element mounting surface 2 end (corner portion). In other words, the front and back surfaces 2a, 2b, 3a, and 3b of the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 are continuous by the LED element L installed on the top LED element mounting surface 2 and a single metal thin plate. ing.
ここで、LED素子取付面2は図1のY方向に向いており、LED素子取付面2の表面2aは図の上方向、LED素子取付面2の裏面2bは図の下方向に向いている。また、放熱側面3は円筒状であるために、放熱側面3の表面3a、裏面3bともに、X方向とZ方向(横方向)に向いている。このため、LED素子取付面2と放熱側面3とは、合わせて3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向いた放熱面を構成している。 Here, the LED element mounting surface 2 faces in the Y direction in FIG. 1, the front surface 2a of the LED element mounting surface 2 faces upward in the drawing, and the back surface 2b of the LED element mounting surface 2 faces downward in the drawing. . Moreover, since the heat radiating side surface 3 is cylindrical, both the front surface 3a and the back surface 3b of the heat radiating side surface 3 are oriented in the X direction and the Z direction (lateral direction). For this reason, the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 together constitute a heat radiating surface facing in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions.
以上の構成によって、本発明のLED照明用ヒートシンク1は、これら2a、3a、2b、3bの各面へ、LED素子Lから熱が直接伝導されるとともに、この熱のこれら各面の向かう三次元のX、Y、Zのいずれの方向への放熱も各々可能である。 With the configuration described above, the heat sink 1 for LED illumination of the present invention is directly transmitted from the LED element L to each of the surfaces 2a, 3a, 2b, and 3b, and the three-dimensional direction of the heat toward each surface. Heat radiation in any of X, Y, and Z directions is possible.
(放熱の原理、作用効果)
このような円筒カップ状形状を有したヒートシンク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。LED素子取付面2に装着されたLED素子Lを発光させると、これに伴ってLED素子Lの発する熱が、LED素子取付面2に、LED素子L底部の装着部(図示せず)を通じて伝導される。これに引き続き,LED素子取付面2に伝導された熱は、放熱側面3に伝導する。
(Principles of heat dissipation, effects)
The principle (action) of heat dissipation when LED lighting is performed by installing the heat sink 1 having such a cylindrical cup shape in a space free from air convection will be described. When the LED element L mounted on the LED element mounting surface 2 emits light, the heat generated by the LED element L is transmitted to the LED element mounting surface 2 through a mounting portion (not shown) at the bottom of the LED element L. Is done. Subsequently to this, the heat conducted to the LED element mounting surface 2 is conducted to the heat radiation side surface 3.
このLED素子取付面2に伝達された熱Qは、取付面2の平面部の表面2a、裏面2bの全面から周囲の閉鎖空間(放熱空間)に各々放射される。前記した通り、LED素子取付面2は図1のY方向(上下方向)に向いており、LED素子取付面2の表面2aは図の上方向、LED素子取付面2の裏面2bは図の下方向に向いている。したがって、前記熱Qは、伝熱方向(取付面2の延在する図1のX、Z方向)に対して、その直角方向(図1のY方向=上下方向)に、円筒状構造の外側と内側の各周囲の閉鎖空間(放熱空間)に各々放射される。 The heat Q transmitted to the LED element mounting surface 2 is radiated from the entire surface 2a and back surface 2b of the flat surface of the mounting surface 2 to the surrounding closed space (heat radiation space). As described above, the LED element mounting surface 2 faces in the Y direction (vertical direction) in FIG. 1, the front surface 2a of the LED element mounting surface 2 is upward, and the back surface 2b of the LED element mounting surface 2 is lower in the figure. Facing the direction. Therefore, the heat Q is outside the cylindrical structure in the direction perpendicular to the heat transfer direction (X and Z directions in FIG. 1 where the mounting surface 2 extends) (Y direction in FIG. 1 = vertical direction). And inside each enclosed space (heat dissipating space).
また、放熱側面3は、前記した通り円筒状であり、放熱側面3の表面3a、裏面3bともに、X方向とZ方向(図1の横方向)に向いている。したがって、放熱側面3に伝達された熱Qは、放熱側面3の平面部の表面3a、裏面3bの全面から、伝熱方向(放熱側面3の延在する図1のY方向)に対して、その直角方向(図1のX、Z方向=横方向)に、円筒状構造の外側と内側の周囲の閉鎖空間(放熱空間)に各々放射される。 Moreover, the heat radiating side surface 3 is cylindrical as described above, and both the front surface 3a and the back surface 3b of the heat radiating side surface 3 are oriented in the X direction and the Z direction (lateral direction in FIG. 1). Therefore, the heat Q transmitted to the heat radiating side surface 3 is transferred from the entire surface 3a and back surface 3b of the flat surface of the heat radiating side surface 3 to the heat transfer direction (Y direction in FIG. 1 where the heat radiating side surface 3 extends). In the perpendicular direction (X, Z direction = horizontal direction in FIG. 1), the light is radiated to the closed space (heat radiation space) around the outside and inside of the cylindrical structure.
したがって、LED素子Lの発する熱は、3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも放熱される。なお、LED素子取付面2の裏面2bや、放熱側面3の裏面3bからの放熱は、円筒(カップ)状の放熱側面3で囲まれた内部空間への放熱となる。このため、これらの面からの対流による放熱は勿論行なわれ、前記筒状体の内部空間内の空気と外部の空気との、前記開口部10を介しての、ヒートシンク1の内外での対流による、ヒートシンク1外部への放熱も保障される。しかし、内部空間に放射された熱は、向かい合う放熱側面3の裏面部分によって吸収されるため、放熱側面3の表面側(外側)の表面3aからの放熱に比して、その放熱量は少なくなる。 Therefore, the heat generated by the LED element L is radiated in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions. The heat radiation from the back surface 2b of the LED element mounting surface 2 and the back surface 3b of the heat radiation side surface 3 is heat radiation to the internal space surrounded by the cylindrical (cup) -shaped heat radiation side surface 3. For this reason, heat radiation by convection from these surfaces is of course performed, and by convection inside and outside the heat sink 1 through the opening 10 between the air inside the cylindrical body and the outside air. Heat dissipation to the outside of the heat sink 1 is also guaranteed. However, since the heat radiated to the internal space is absorbed by the back surface portion of the heat radiating side surface 3 facing, the amount of heat radiated is smaller than the heat radiated from the surface 3a on the surface side (outside) of the heat radiating side surface 3. .
このように、図1の円筒状(カップ状)を有し、そのカップ状を構成するLED素子取付面2、放熱側面3を備えたヒートシンク1は、その放熱の効率が放射によって支配される空気対流の少ない、照明具内の閉鎖された放熱空間においても、X、Y、Zの方向すなわち3次元の方向に対する投影面積が非常に大きい。このため放射効率が高く、優れた放熱性を有する。また、このヒートシンク1における投影面積は、放熱空間への放射方向に重複したものではないから、絞り加工(成形)が容易な簡単な構造でありながら、放熱単位面積当たりの放熱効率が良い。 As described above, the heat sink 1 having the cylindrical shape (cup shape) of FIG. 1 and including the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 constituting the cup shape is air whose heat dissipation efficiency is governed by radiation. Even in a closed heat radiating space in a lighting fixture with little convection, the projected area in the X, Y, Z direction, that is, the three-dimensional direction, is very large. For this reason, radiation efficiency is high and it has excellent heat dissipation. Further, since the projected area of the heat sink 1 does not overlap in the radiation direction to the heat radiation space, the heat radiation efficiency per heat radiation unit area is good while being a simple structure that can be easily drawn (formed).
すなわち、本発明ヒートシンクは、周囲の放熱空間が閉鎖されて容積が小さく空気の対流がほとんどないような使用(設置)状態で、空気の対流による放熱がほとんど期待できない使用(設置)環境で最適である。このような使用環境では、放熱のためには、放射による放熱を中心とする必要があり、フィンなどの放熱面表面積の増加によって空気の対流を主たる放熱性能とする、前記従来のヒートシンク構造では、この放射による放熱が不十分となり、全体として効率的な放熱が達成できない。これに対して、本発明ヒートシンクは、前記放熱側面などの放熱面からの熱の放射による放熱が主体であり、空気の対流による放熱がほとんど期待できない使用(設置)環境に最適なヒートシンクと言える。 That is, the heat sink of the present invention is optimal in a usage (installation) environment in which the surrounding heat radiation space is closed and the volume is small and there is almost no air convection, and heat radiation due to air convection is hardly expected. is there. In such a use environment, for heat dissipation, it is necessary to focus on heat dissipation by radiation, and in the conventional heat sink structure, which is mainly heat dissipation performance of convection of air by increasing the surface area of the heat dissipation surface such as fins, Heat radiation due to this radiation becomes insufficient, and efficient heat radiation cannot be achieved as a whole. On the other hand, the heat sink of the present invention is a heat sink that is optimal for use (installation) environments where heat dissipation by heat radiation from the heat radiating surface such as the heat radiating side is mainly used and heat dissipation by air convection is hardly expected.
しかも、LED素子取り付け面2と放熱側面3は、その間に接合面を介さない一体構造であるため、別個に製作されたこれら両者を接合する場合に発生するような接触熱抵抗が生じない。このため、LED素子取り付け面2と放熱側面3の間の熱伝導が容易で、結果としてヒートシンク全体の放熱性能が著しく高くなる。
また、ヒートシンク1の構造が、LED素子取付面2と放熱側面3により、3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向いた放熱面が連続して構成されていることにより、剛性が高い。このため、車載照明等において振動を受けるような用途であっても、特段の補強部材等を用いることなく、その形状を保つことができ、メンテナンスフリーや高寿命化を達成できる。このような放熱の原理、作用効果は、以下の他の実施形態においても基本的に同じである。
Moreover, since the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 have an integral structure without a joint surface therebetween, contact thermal resistance that occurs when both of these manufactured separately are joined does not occur. For this reason, the heat conduction between the LED element mounting surface 2 and the heat radiation side surface 3 is easy, and as a result, the heat radiation performance of the entire heat sink is remarkably enhanced.
In addition, the structure of the heat sink 1 is configured such that the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 are configured by a continuous heat radiating surface facing in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions. high. For this reason, even if it is a use which receives a vibration in vehicle-mounted illumination etc., the shape can be maintained without using a special reinforcement member etc., and maintenance-free and lifetime improvement can be achieved. The principle and operational effects of such heat dissipation are basically the same in the following other embodiments.
(図2、ヒートシンクの他の実施形態)
図2に、本発明に係るLED照明用ヒートシンクの他の実施形態を示す。この図2に示すLED照明用ヒートシンク1は、図1と同じく、アルミニウムなどの一定の板厚を有する金属薄板1を一体に成形してなるが、図1のような全体が円筒状ではなく、中空な角筒状(角筒カップ状)の直方体形状を有している。ただ、図2の本発明のLED照明用ヒートシンク1は、絞り加工によって一枚の金属薄板から、LED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7とが一体に形成されてなる点は図1の場合と同じである。
(FIG. 2, another embodiment of heat sink)
FIG. 2 shows another embodiment of the heat sink for LED lighting according to the present invention. The heat sink 1 for LED illumination shown in FIG. 2 is formed by integrally forming a thin metal plate 1 having a certain plate thickness such as aluminum as in FIG. 1, but the whole as shown in FIG. It has a hollow rectangular tube shape (square tube cup shape). However, the LED lighting heat sink 1 of the present invention shown in FIG. 2 is formed by integrally forming the LED element mounting surface 2 and the four heat dissipating side surfaces 4, 5, 6, and 7 from a single metal thin plate by drawing. This is the same as in FIG.
図2に示すように、LED照明用ヒートシンク1は、直方体の表面5面が接続された形状を有しており、LED素子取付面2と、平面をなす4面の放熱側面の4面4、5、6、7を有した形状となっている。 As shown in FIG. 2, the heat sink 1 for LED lighting has a shape in which five surfaces of a rectangular parallelepiped are connected, and the LED element mounting surface 2 and four surfaces 4 of the four heat radiation side surfaces forming a plane, The shape has 5, 6, and 7.
より具体的に、図2のLED照明用ヒートシンク1の場合、LED素子取付面2が四角な矩形板状の頂部で、放熱側面の4面4、5、6、7が各々これに連なる四角な角筒状の胴部(側部)となるように成形されている。このため、これらLED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7とで各々、3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向く連続した表面側の5面(外側の面=表面)2a、4a、5a、6a、7aと、裏側の5面(内側の面=裏面)2b、4b、5b、6b、7bの放熱面を各々形成している。 More specifically, in the case of the heat sink 1 for LED illumination of FIG. 2, the LED element mounting surface 2 is a rectangular rectangular plate-shaped top portion, and the four heat radiation side surfaces 4, 5, 6, and 7 are each a square connected to this. It is molded so as to be a square cylindrical body (side). Therefore, the LED element mounting surface 2 and the four heat dissipating side surfaces 4, 5, 6, 7 each have three continuous surface-side surfaces (outside) facing in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions. Surface = front surface) 2a, 4a, 5a, 6a, 7a and backside five surfaces (inner surface = back surface) 2b, 4b, 5b, 6b, 7b are formed.
筒状体の底部側の10は、放熱面が実在しない、筒状体の内部空間が外部に向かって開放された開口部(空間部)である。この開口部10は、図2のヒートシンク1が角筒状ゆえに、例えば、LED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7のなす角度が各々90度である場合には、LED素子取付面2と同じ面積となる。このため、ヒートシンク1の有する放熱側面積に対して十分な比較的大きな面積を有し、前記内部空間内の空気と外部の空気とが、前記開口部10を介してヒートシンク1の内外で対流するのに充分な構造となる。ここで、LED素子取付面2と放熱側面4、5、6、7のなす角度の選択と開口部10の機能発揮のための大きさや設ける位置の関係は、図1の場合と同じである。 10 on the bottom side of the cylindrical body is an opening (space part) in which the internal space of the cylindrical body is open toward the outside, where no heat dissipation surface exists. Since the heat sink 1 in FIG. 2 has a rectangular tube shape, for example, when the angle formed by the LED element mounting surface 2 and the four surfaces 4, 5, 6, and 7 of the heat radiating side is 90 degrees, It has the same area as the LED element mounting surface 2. For this reason, it has a comparatively large area with respect to the heat radiation side area of the heat sink 1, and the air in the internal space and the outside air convect inside and outside the heat sink 1 through the opening 10. The structure is sufficient. Here, the relationship between the selection of the angle formed by the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surfaces 4, 5, 6, 7 and the size of the opening 10 and the position of the opening 10 are the same as in FIG.
この図2の場合は、平板な矩形状のLED素子取付面2と、角筒状矩形面をなす放熱側面の4面4、5、6、7を有した形状となっている。ただ、図1と同様に、一枚のアルミニウム板から絞り加工によって両者が形成されているため、LED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7とは、LED素子取付面2端部(角部)の稜線を伴って一体的に連続している。言い換えると、これらLED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7の表裏面2a、4a、5a、6a、7aと、2b、4b、5b、6b、7bは、頂部のLED素子取付面2に設置されたLED素子Lと、一枚の金属薄板によって連続している。 In the case of FIG. 2, it has a shape having a flat rectangular LED element mounting surface 2 and four surfaces 4, 5, 6, and 7 of heat radiation side surfaces forming a rectangular tube-shaped rectangular surface. However, since both are formed by drawing from a single aluminum plate as in FIG. 1, the LED element mounting surface 2 and the four heat dissipating side surfaces 4, 5, 6, and 7 are the LED element mounting surfaces. It is continuously continuous with a ridgeline at two ends (corners). In other words, these LED element mounting surface 2 and the front and back surfaces 2a, 4a, 5a, 6a, 7a and 2b, 4b, 5b, 6b, 7b of the four surfaces 4, 5, 6, 7 of the heat radiation side surface are the top LEDs. The LED element L installed on the element mounting surface 2 is continuous with one metal thin plate.
ここで、LED素子取付面2は、図1の場合と同様に、図2のY方向に向いており、LED素子取付面2の表面2aは図の上方向、LED素子取付面2の裏面2bは図の下方向に向いている。これに対して、放熱側面の4面4、5、6、7は、放熱側面の4面4、5、6、7の表裏面4a、5a、6a、7aと、4b、5b、6b、7bは、各々X方向とZ方向(横方向)に向いている。このため、LED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7とは、合わせて3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向いた放熱面を構成している。 Here, the LED element mounting surface 2 faces in the Y direction of FIG. 2 as in the case of FIG. 1, and the front surface 2a of the LED element mounting surface 2 is the upward direction of the figure, and the back surface 2b of the LED element mounting surface 2 Is pointing downward in the figure. On the other hand, the four surfaces 4, 5, 6, 7 on the heat radiating side surface are the front and back surfaces 4a, 5a, 6a, 7a and 4b, 5b, 6b, 7b on the four surface 4, 5, 6, 7 on the heat radiating side surface. Are respectively oriented in the X direction and the Z direction (lateral direction). For this reason, the LED element mounting surface 2 and the four heat dissipating side surfaces 4, 5, 6, and 7 together constitute a heat dissipating surface facing in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions.
以上の構成によって、図2のLED照明用ヒートシンク1も、これらLED素子取付面2の表面2a、裏面2b、放熱側面の4面4、5、6、7の表裏面4a、5a、6a、7aと、2b、4b、5b、6b、7bの各面へ、LED素子Lから熱が直接伝導されるとともに、この熱のこれら各放熱面の向かう三次元のX、Y、Zのいずれの方向への放熱も各々可能である。 With the above configuration, the LED illumination heat sink 1 of FIG. In addition, heat is directly conducted from the LED element L to each of the surfaces 2b, 4b, 5b, 6b, and 7b, and the heat is directed to any one of the three-dimensional X, Y, and Z directions toward the heat radiation surfaces. The heat dissipation of each is also possible.
この図2の実施形態の場合、図1の円筒カップ形状と比べて、同じ容積であっても、より多くの表面積を持つものとなる。このため、放熱空間への投影面積がさらに増加し、放熱性がより高まるという効果を有する。 In the case of the embodiment of FIG. 2, even if the volume is the same as that of the cylindrical cup shape of FIG. For this reason, there is an effect that the projected area onto the heat dissipation space is further increased and the heat dissipation is further improved.
(図3、LED照明用ヒートシンクの他の実施形態)
図3に、本発明に係るLED照明用ヒートシンクの他の実施形態を示す。 図3に示すLED照明用ヒートシンク1は、図2と同じく、アルミニウムなどの一定の板厚を有する金属薄板1を一体に成形してなり、図2のような全体が中空な角筒状(角筒カップ状)の形状を有している。図2の本発明のLED照明用ヒートシンク1は、絞り加工によって一枚の金属薄板から、LED素子取付面2と放熱側面3とが一体に形成されてなる点は、前記図1、2の場合と同じである。
(FIG. 3, another embodiment of heat sink for LED lighting)
FIG. 3 shows another embodiment of the heat sink for LED lighting according to the present invention. A heat sink 1 for LED illumination shown in FIG. 3 is formed by integrally forming a thin metal plate 1 having a certain thickness such as aluminum, as in FIG. (Cylinder cup shape). The heat sink 1 for LED illumination of the present invention shown in FIG. 2 is that the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surface 3 are integrally formed from a single metal thin plate by drawing. Is the same.
この図3のLED照明用ヒートシンク1は、LED素子取付面2と、平面をなす4面の放熱側面4、5、6、7を有し、このLED素子取付面2よりも更に1段高くなった図のY方向(上下方向)の段差面8と、平らで矩形な頂部面9とを有した、L字状乃至階段状の中空な直方体あるいはカップ状形状となっている。 The LED lighting heat sink 1 in FIG. 3 has an LED element mounting surface 2 and four flat heat radiation side surfaces 4, 5, 6, and 7, and is one step higher than the LED element mounting surface 2. It has an L-shaped or step-shaped hollow rectangular parallelepiped or cup shape having a step surface 8 in the Y direction (vertical direction) and a flat top surface 9 that is flat and rectangular.
より具体的に、図3のLED照明用ヒートシンク1の場合、頂部が互いに段差面8で連続する、平らな矩形状の頂部であるLED素子取付面2と、このLED素子取付面2よりも更に1段高くなった、平らで矩形状の頂部面9とを有する。そして、放熱側面の4面4、5、6、7が、2面4、6は図2と同じ矩形な平面形状で、2面5、7は、図2と違ってL字状の平面形状で、角筒状(角管状)の胴部(側部)となるように成形されている。 More specifically, in the case of the heat sink 1 for LED illumination of FIG. 3, the LED element mounting surface 2 which is a flat rectangular top portion whose top portions are continuous with each other on the step surface 8, and further than the LED element mounting surface 2 It has a flat, rectangular top surface 9 that is one step higher. And the four surfaces 4, 5, 6, and 7 on the heat radiation side are the same rectangular planar shape as in FIG. 2, and the two surfaces 5 and 7 are L-shaped planar shapes unlike FIG. Thus, it is shaped so as to be a rectangular tube (square tube) body (side).
このため、これらLED素子取付面2、平らで矩形状の頂部面9、これらをつなぐ段差面8と、更に放熱側面の4面4、5、6、7とで、各々3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向く連続した表面側の7面(外側の面=表面)2a、4a、5a、6a、7a、8a、9aと、裏側の7面(内側の面=裏面)2b、4b、5b、6b、7b、8b、9bとの放熱面を各々形成している。 For this reason, the LED element mounting surface 2, the flat and rectangular top surface 9, the step surface 8 connecting them, and the four heat radiation side surfaces 4, 5, 6, 7 are each three-dimensional X, Y , Z in the continuous direction facing in any direction of Z (outer surface = surface) 2a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a, 9a, and back side 7 surface (inner surface = back surface) 2b Heat radiation surfaces with 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, and 9b are formed.
前記平らで矩形状の頂部面9は、LED照明においてヒートシンクを固定する際の固定具を取付ける場所として利用することができる。もしくは、LED照明に必要な他の部品、例えば反射板等を接続、固定する際の場所として利用することが出来る。したがって、図3の場合には、筒状の頂部であるLED素子取付面2が2段の階段形状を有しているが、絞り加工が可能であれば、必要に応じて、LED素子取付面2の段数を、段差面8や連続する平らな矩形状の頂部を増した、3段以上の階段状にしても勿論良い。 The flat and rectangular top surface 9 can be used as a place to attach a fixture when fixing a heat sink in LED lighting. Or it can utilize as a place at the time of connecting and fixing other components required for LED illumination, for example, a reflecting plate. Therefore, in the case of FIG. 3, the LED element mounting surface 2 which is a cylindrical top has a two-step staircase shape, but if drawing processing is possible, the LED element mounting surface is necessary. Of course, the number of steps of 2 may be a stepped shape of three or more steps with the stepped surface 8 and a continuous flat rectangular top increased.
筒状体の底部側の10は、図2と同じく、放熱側面が実在しない、筒状体の内部空間の外部に向かって開放された開口部(空間部)である。この開口部10は、図3のヒートシンク1が角筒状ゆえに、例えば、LED素子取付面2と放熱側面の4面4、5、6、7のなす角度が各々90度である場合には、LED素子取付面2と平らで矩形な頂部面9との合計面積と同じ面積となる。このため、ヒートシンク1の有する放熱側面積に対して十分な比較的大きな面積を有し、前記内部空間内の空気と外部の空気とが、前記開口部10を介してヒートシンク1の内外で対流するのに充分な構造となる。ここで、LED素子取付面2と放熱側面4、5、6、7のなす角度の選択と開口部10の機能発揮のための大きさとの関係は、図2の場合と同じである。 As in FIG. 2, 10 on the bottom side of the cylindrical body is an opening (space part) that is open toward the outside of the internal space of the cylindrical body and does not have a heat radiating side surface. Since the heat sink 1 in FIG. 3 has a rectangular tube shape, for example, when the angle formed by the LED element mounting surface 2 and the four surfaces 4, 5, 6, and 7 of the heat radiating side is 90 degrees, The total area of the LED element mounting surface 2 and the flat and rectangular top surface 9 is the same. For this reason, it has a comparatively large area with respect to the heat radiation side area of the heat sink 1, and the air in the internal space and the outside air convect inside and outside the heat sink 1 through the opening 10. The structure is sufficient. Here, the relationship between the selection of the angle formed by the LED element mounting surface 2 and the heat radiating side surfaces 4, 5, 6, 7 and the size for exhibiting the function of the opening 10 is the same as in the case of FIG. 2.
この図3の場合も、図2と同様に、一枚のアルミニウム板から絞り加工によって両者が形成されているため、LED素子取付面2と平らで矩形状の頂部面9、これらをつなぐ上下方向(Y方向)の段差面8、更に放熱側面である4面4、5、6、7とは、LED素子取付面2や頂部面9、あるいは段差面8の端部(角部)の稜線を伴って一体的に連続している。言い換えると、これらLED素子取付面2、頂部面9、段差面8と、放熱側面の4面4、5、6、7の表裏面2a、9a、8a、4a、5a、6a、7aと、2b、9b、8b、4b、5b、6b、7bは、頂部のLED素子取付面2に設置されたLED素子Lと、一枚の金属薄板によって連続している。 In the case of FIG. 3 as well, since both are formed by drawing from a single aluminum plate as in FIG. 2, the LED element mounting surface 2 and the flat and rectangular top surface 9 are connected in the vertical direction. The step surface 8 in the (Y direction) and the four surfaces 4, 5, 6, and 7 that are heat radiation side surfaces are the ridgelines of the LED element mounting surface 2 and the top surface 9 or the end (corner) of the step surface 8. Along with it, it is continuous continuously. In other words, the LED element mounting surface 2, the top surface 9, the step surface 8, and the front and back surfaces 2a, 9a, 8a, 4a, 5a, 6a, 7a, and 2b of the four heat radiation side surfaces 4, 5, 6, and 7 and 2b. , 9b, 8b, 4b, 5b, 6b, 7b are continuous with the LED element L installed on the top LED element mounting surface 2 by a single metal thin plate.
ここで、LED素子取付面2、頂部面9は、図3のY方向に向いており、LED素子取付面2の表面2a、頂部面9の表面9aは、図の上方向、LED素子取付面2の裏面2b、頂部面9の裏面9bは図の下方向に向いている。これに対して、放熱側面の4面4、5、6、7、段差面8は、その表裏面4a、5a、6a、7a、8aと、4b、5b、6b、7b、8bは、各々X方向とZ方向(横方向)に向いている。このため、LED素子取付面2と頂部面9、放熱側面の4面4、5、6、7と段差面8は、合わせて3次元のX、Y、Zのいずれの方向へも向いた放熱面を構成している。 Here, the LED element mounting surface 2 and the top surface 9 are oriented in the Y direction of FIG. 3, and the surface 2a of the LED element mounting surface 2 and the surface 9a of the top surface 9 are the upward direction of the figure, the LED element mounting surface. The back surface 2b of 2 and the back surface 9b of the top surface 9 face downward in the figure. On the other hand, the four heat radiating side surfaces 4, 5, 6, 7 and the stepped surface 8 are front and back surfaces 4a, 5a, 6a, 7a, 8a and 4b, 5b, 6b, 7b, 8b are respectively X Direction and Z direction (lateral direction). Therefore, the LED element mounting surface 2 and the top surface 9, the heat radiation side surfaces 4, 5, 6, 7 and the step surface 8 are combined to radiate in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions. Make up surface.
以上の構成によって、図3のLED照明用ヒートシンク1も、これらLED素子取付面2の表面2a、裏面2b、頂部面9の表面9a、裏面9b、放熱側面の4面4、5、6、7の表裏面4a、5a、6a、7aと、4b、5b、6b、7b、段差面8の表裏面8a、8bの各面へ、LED素子Lから熱が直接伝導されるとともに、この熱のこれら各面の向かう三次元のX、Y、Zのいずれの方向への放熱も各々可能である。そして、前記図1、2の円筒カップ形状または直方体状形状のヒートシンクと比べて、同じ容積であっても、頂部面9など、さらに多くの表面積を持つことにより、放熱空間への投影面積がさらに増加し、ヒートシンクとしての放熱性が高まる。 With the above configuration, the heat sink 1 for LED illumination of FIG. 3 also has the front surface 2a, back surface 2b, top surface 9a, back surface 9b, and heat radiation side surfaces 4, 5, 6, 7 of the LED element mounting surface 2. Heat is directly conducted from the LED element L to the front and back surfaces 4a, 5a, 6a, 7a and 4b, 5b, 6b, 7b, and the front and back surfaces 8a, 8b of the stepped surface 8, and these heat Heat radiation in any of the three-dimensional X, Y, and Z directions facing each surface is also possible. And compared with the cylindrical cup-shaped or rectangular parallelepiped heat sinks of FIGS. 1 and 2, the projected area to the heat radiation space is further increased by having more surface area such as the top surface 9 even if the volume is the same. The heat dissipation as a heat sink increases.
(図4、ヒートシンクの他の実施形態)
図4に、本発明に係るLED照明用ヒートシンクの他の実施形態を示す。図4に示すLED照明用ヒートシンク1は、図2と同じ全体形状であるが、図2における放熱側面6が無く、底部側の開口部10と同じく、放熱側面が実在しない、筒状体の内部空間が外部に向かって開放された開口部(空間部)11を合わせ有している。
(FIG. 4, another embodiment of heat sink)
FIG. 4 shows another embodiment of the heat sink for LED lighting according to the present invention. The heat sink 1 for LED illumination shown in FIG. 4 has the same overall shape as FIG. 2, but does not have the heat radiating side surface 6 in FIG. The space has an opening (space portion) 11 that is open to the outside.
この開口部11は、ヒートシンク1の剛性を阻害しない範囲で設けられており、底部側の開口部10と合わせて、ヒートシンク1の有する放熱側面積に対して十分な、より大きな面積を有することができる。したがって、前記内部空間内の空気と外部の空気との前記開口部10、11を介したヒートシンク1の内外での対流機能が向上する。この結果、図2の場合よりも、放熱側面6が無い分、放熱側面積は小さくなるが、前記空気の対流機能が向上する分、優れた放熱性を有したままである。 The opening 11 is provided in a range that does not hinder the rigidity of the heat sink 1, and has a larger area sufficient for the heat radiation side area of the heat sink 1 together with the opening 10 on the bottom side. it can. Therefore, the convection function inside and outside the heat sink 1 through the openings 10 and 11 between the air in the internal space and the external air is improved. As a result, although the heat radiation side area is smaller than the case of FIG. 2, the heat radiation side area is reduced, but the air convection function is improved and the heat radiation performance is still excellent.
(実施形態の共通事項)
以上のLED素子取付面と放熱側面には、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、各面の一部に、これらの面を切り欠く加工や凹凸を設ける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、前記図4のように面自体や面の一部が省略されていても良い。
(Common items of the embodiment)
The above LED element mounting surface and heat radiating side face have a part mounting space, slit, or partial shape depending on the application and mounting location of the heat sink 1, and a process in which these surfaces are cut out to a part of each surface. Alternatively, it may be provided by a molding process that provides unevenness. Furthermore, the heat radiating side surface may have its surface or a part of the surface omitted as shown in FIG.
(ヒートシンクの製作方法)
次いで、図1に示した形状を例にして、本発明ヒートシンクの製作方法について説明する。
(Production method of heat sink)
Next, the manufacturing method of the heat sink of the present invention will be described by taking the shape shown in FIG. 1 as an example.
(素材金属薄板)
絞り加工の(あるいはヒートシンクの)素材である金属薄板は、ヒートシンクに求められる熱伝導特性と放熱特性の大きさからは、AA乃至JIS規格に規定される1000系の純アルミニウム製が好ましい。ただ、必要強度や絞り加工性(成形性)あるいは耐食性、耐熱性などの要求特性に応じて、同じ1000系でも、あるいは他の3000系、5000系、6000系なども、これに適したアルミニウム合金や調質条件が選択される。
(Material metal sheet)
The metal thin plate, which is a material for drawing (or heat sink), is preferably made of 1000 series pure aluminum as defined in AA to JIS standards in view of the heat conduction characteristics and heat dissipation characteristics required of the heat sink. However, depending on the required properties such as required strength, drawability (formability), corrosion resistance, heat resistance, etc., the same 1000 series or other 3000 series, 5000 series, 6000 series, etc. are suitable aluminum alloys. ya refining conditions Ru is selected.
金属薄板の板厚(厚み)は、ヒートシンクの軽量化と、必要強度や剛性および絞り加工性(成形性)を考慮すると、0.4mm〜2mmの範囲から選択する。この板厚が薄すぎると、ヒートシンクの必要強度や剛性あるいは絞り加工性(成形性)が確保できない。一方、この板厚が厚すぎると、ヒートシンクの軽量化が犠牲になり、絞り加工性(成形性)も却って低下する。 The thickness (thickness) of the thin metal plate is selected from the range of 0.4 mm to 2 mm in consideration of the weight reduction of the heat sink, the required strength and rigidity, and the drawability (formability). If this plate thickness is too thin, the required strength and rigidity of the heat sink or drawability (formability) cannot be ensured. On the other hand, if the plate thickness is too thick, the weight reduction of the heat sink is sacrificed, and the drawability (formability) is also lowered.
純アルミニウム又はアルミニウム合金が素材例の場合、圧延、押出等の通常の板形状の素材製造方法により、所定の厚さの純アルミニウム板又はアルミニウム合金板を製造する。次に、製造されたアルミニウム板を、ヒートシンクの外形を形作れる大きさの板片に切出し、または打抜いて、平坦なブランクとする。 When pure aluminum or aluminum alloy is a raw material example, a pure aluminum plate or aluminum alloy plate having a predetermined thickness is manufactured by a normal plate-shaped material manufacturing method such as rolling or extrusion. Next, the manufactured aluminum plate is cut out or punched out into a plate piece having a size capable of forming the outer shape of the heat sink to obtain a flat blank.
(絞り加工)
図5に示すように、このブランク20を、成形するヒートシンクの形状に各々対応した形状を有する、パンチ22、ダイス(金型)21、そして板押さえ23からなるプレス成形装置を使用した絞り加工を施し、内部が空間となった筒状体(中空のカップ型)形状を、常温(室温)で成形する。図5(a)は、プレス成形装置にブランク20をセットした絞り加工前の状態を示す。図5(b)は、パンチ22、ダイス(金型)21、そして板押さえ23を、矢印のように相対的に上下動させて、ブランク20を、前記図1のヒートシンク1の形状に絞り加工している加工中の状態を示す。なお、図5(b)において、ヒートシンク1(ブランク20)周縁の余肉部である板押さえ部分24は、この一連の工程中にトリミングされる。
(Drawing)
As shown in FIG. 5, the blank 20 is subjected to a drawing process using a press molding apparatus including a punch 22, a die (die) 21, and a plate presser 23 each having a shape corresponding to the shape of the heat sink to be molded. The cylindrical body (hollow cup shape) shape in which the inside becomes a space is molded at room temperature (room temperature). Fig.5 (a) shows the state before the drawing process which set the blank 20 to the press molding apparatus. In FIG. 5B, the punch 20, the die (die) 21, and the plate holder 23 are relatively moved up and down as shown by arrows, and the blank 20 is drawn into the shape of the heat sink 1 shown in FIG. The state during processing is shown. In FIG. 5B, the plate pressing portion 24, which is a surplus portion around the periphery of the heat sink 1 (blank 20), is trimmed during this series of steps.
このようなプレス成形装置による絞り加工(絞り成形)は、前記図1のヒートシンクだけでなく、図2から図4のヒートシンク1も同様に可能であり、これら汎用される、通常の金属板のプレス成形工程やプレス装置によって、容易かつ安価に製作できる。これは、前記特許文献4のような金属平板を折り曲げ加工によって製作するヒートシンクに比しても言える。また、本発明は絞り加工であるために、寸法精度も確保しやすいという利点もある。 Drawing (drawing) by such a press forming apparatus can be applied not only to the heat sink of FIG. 1 but also to the heat sink 1 of FIGS. 2 to 4. It can be easily and inexpensively manufactured by a molding process or a pressing device. This can also be said compared to a heat sink in which a metal flat plate as in Patent Document 4 is manufactured by bending. In addition, since the present invention is a drawing process, there is an advantage that it is easy to ensure dimensional accuracy.
(金属薄板の表面放射率)
本発明のヒートシンクが高い放熱性を得るためには、前記金属薄板の表面放射率εは0.6以上であることが好ましい。このため、素材金属薄板の全表面に、絞り加工前に放熱率が高い、黒色塗料のプレコート処理(塗装皮膜)を施しても良い。あるいは絞り加工後に、放射率が高い、黒色塗料のアフターコート処理(塗装皮膜)を施しても良い。これによって、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。
(Surface emissivity of metal sheet)
In order for the heat sink of the present invention to obtain high heat dissipation, the surface emissivity ε of the metal thin plate is preferably 0.6 or more. For this reason, you may give the pre-coating process (coating film) of a black coating material with a high heat dissipation rate before a drawing process to the whole surface of a raw metal thin plate. Alternatively, after the drawing process, after-coating treatment (paint film) of a black paint having a high emissivity may be performed. As a result, the amount of heat transferred by radiation as a heat sink can be increased. This pre-coating process also serves as a lubricant in the drawing process if it is applied to the metal sheet in advance before the drawing process.
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、宇宙航空研究開発機構が開発したポータブル放射率測定装置によって測定してもよい。 This emissivity ε is a ratio with respect to a theoretical value of thermal radiation of an actual object (a thermal radiation of a black body which is an ideal thermal radiator), and actual measurement is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-234460. The described method may be used, and measurement may be performed by a portable emissivity measuring apparatus developed by the Japan Aerospace Exploration Agency.
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基板あるいは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。
The mounting of the heat sink of the present invention to an in-vehicle LED lamp or the like can be performed in the same manner as the mounting of a heat sink that has been widely used so far, and this is also an advantage.
Usually, an in-vehicle LED lamp (vehicle lamp) includes an LED board on which an LED element as a light source is mounted, a reflector that reflects light from the LED forward in the light irradiation direction, and surrounds the LED board and the reflector. And an outer lens made of a transparent material for closing the open front end of the housing, and a heat sink disposed in thermal contact with the LED substrate. The reflector is formed of a resin material and includes a parabolic reflecting surface having a focal point near the LED on the LED substrate. Here, the heat sink of the present invention is used as the LED substrate or a heat sink disposed in thermal contact with the LED substrate.
そして、このような構成の車載LEDランプ10によれば、上記LED素子が駆動されて発光し、このLED素子から出射した光が、リフレクタにより反射して、アウターレンズを介して光照射方向前方に向かって照射される。ここで、上記LEDから発生した熱は、前記したように、本発明のヒートシンクに伝達され、ハウジングの外側に放出され、LED素子の温度上昇が抑制される。 According to the vehicle-mounted LED lamp 10 having such a configuration, the LED element is driven to emit light, and the light emitted from the LED element is reflected by the reflector and forwards in the light irradiation direction through the outer lens. Irradiated towards. Here, as described above, the heat generated from the LED is transmitted to the heat sink of the present invention and released to the outside of the housing, and the temperature rise of the LED element is suppressed.
以上、本発明ヒートシンクは、前記放熱側面などの放熱面からの熱の放射による放熱が主体であり、空気対流がほとんどない(空気の対流による放熱がほとんど期待できない)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。このため、車両用照明灯具向け放熱部品の他に、一般照明装置の他に、電子部品用放熱部品等に使用することができる。 As described above, the heat sink of the present invention is mainly radiated by radiation of heat from the radiating surface such as the radiating side, and has almost no air convection (almost no heat radiated by air convection can be expected). ) Is the best heat sink. For this reason, in addition to the heat radiating component for vehicle lighting lamps, in addition to the general lighting device, it can be used for a heat radiating component for electronic components and the like.
1:ヒートシンク、2:LED素子取付面、3、4、5、6、7:放熱側面、8:段差面、9:頂部面、10、11:開口部 1: heat sink, 2: LED element mounting surface, 3, 4, 5, 6, 7: heat radiation side surface, 8: step surface, 9: top surface, 10, 11: opening
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