JP6136471B2 - 照明装置およびヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、照明装置およびヒートシンクに関する。

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を光源に用いた照明装置が広く用いられている。ＬＥＤのような発光素子は、高温になると、発光効率が低下するとともに寿命も短くなってしまう。そのため、放熱するフィンを有するヒートシンクを照明装置に設け、放熱を促すようにしている。

従来、ＬＥＤ照明装置では、アルミダイキャスト製のヒートシンクが多く採用されている。アルミダイキャスト製のヒートシンクは、他の部品を取り付ける取り付け部の形状の自由度が高く、加工性に優れている等の利点の反面、次のような欠点がある。

ヒートシンクのフィンをアルミダイキャストによって形成する場合には、金型の抜き勾配を設ける必要があるために、フィンの先端が細く、フィンの根元は厚くなってしまう。照明装置の場合には、取り付け穴径が決まっているため、ヒートシンクの形状も一定の径に収めなくてはならない。このため、フィンの表面積を大きくするには、フィンの長さを伸ばすことが必要になる。しかしながら、フィンが長くなるほど、フィンの根元が厚くなるため、ヒートシンクの重量がかさむという問題がある。また、ヒートシンクがアンダーカット等の複雑な構造になった場合には、金型の寿命が短くなり、製造コストが上昇する。

大光量の（消費電力の大きい）照明装置になるほど、発熱量も大きくなるため、ヒートシンクも大型化が必要になる。アルミダイキャスト製のヒートシンクでは、大型化するほど、上記の欠点が顕著になり、形状も重量も大きくなり、部品製作上の制約が多くなる。このため、装置重量によるコストの増大、イニシャルコストの増大、万一の落下時の安全面等が懸念されている。

一方、特許文献１および２には、板材で構成される複数のフィンと、このフィンを取り付ける取り付け台とを組み立てて形成する構造のヒートシンクが開示されている。この構造では、取り付け台に複数の突起リブが設けられており、突起リブ同士の間に形成される溝状のスロットにフィンの根元部を挿入した後、突起リブを塑性変形させてフィンを固定している。

実用新案登録第３１５２０３２号公報 実用新案登録第３１５１８６９号公報

特許文献１および２の構造では、突起リブを塑性変形させてフィンを固定するための加工を、１枚１枚のフィンに対してそれぞれ行う必要があるため、組み立てのコストが高くなり、安価に製造することが困難である。また、突起リブの塑性変形が不十分だった場合には、フィンの固定強度が低下したり、取り付け台とフィンとの接触熱抵抗が増大して放熱性が低下したりするおそれがある。

また、フィンを取り付ける方法として、特許文献１および２の構造以外に、ネジ固定、圧入等の方法も考えられる。しかしながら、フィンを１枚１枚ネジ固定する場合には、ネジの本数が多大となり、組み立てに多大な手間がかかる。フィンを１枚１枚圧入することも、組立工程が複雑になる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、軽量で放熱効率に優れた構造を、複雑な金型を必要とすることなく、容易な組み立て方法で、安価に製造することが可能な照明装置およびヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、発光する光源と、光源から伝わる熱を受けるベースと、ベースから伝わった熱を放熱するフィンと、ベースに固定される固定部材と、を備え、ベースと固定部材との間にフィンの基端部が挟まれることによってフィンがベースに固定されており、固定部材は、弾性を有するバネ部を有し、バネ部の弾性力によりフィンの基端部をベース側に押圧し、固定部材は、第１固定部と、バネ部を介して第１固定部の反対側にある第２固定部とを備え、第１固定部は、ベースに設けられた係合部に引っ掛けられる鉤状をなし、第２固定部は、ネジによりベースに固定されているものである。
また、本発明に係るヒートシンクは、ベースと、ベースから伝わった熱を放熱するフィンと、ベースに固定される固定部材と、を備え、ベースと固定部材との間にフィンの基端部が挟まれることによってフィンがベースに固定されており、固定部材は、弾性を有するバネ部を有し、バネ部の弾性力によりフィンの基端部をベース側に押圧し、固定部材は、第１固定部と、バネ部を介して第１固定部の反対側にある第２固定部とを備え、第１固定部は、ベースに設けられた係合部に引っ掛けられる鉤状をなし、第２固定部は、ネジによりベースに固定されているものである。

本発明によれば、軽量で放熱効率に優れた構造を、複雑な金型を必要とすることなく、容易な組み立て方法で、安価に製造することが可能となる。

本発明の実施の形態１の照明装置の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１の照明装置を組み立てた状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の照明装置が備えるヒートシンクの斜視図である。 本発明の実施の形態１の照明装置が備えるヒートシンクの断面図である。 図３および図４に示すヒートシンクが備えるベースの斜視図である。 図３および図４に示すヒートシンクが備えるフィンの斜視図である。 図３および図４に示すヒートシンクが備える固定部材の斜視図である。 図３および図４に示すヒートシンクが備える固定部材の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の照明装置の分解斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１の照明装置を組み立てた状態を示す斜視図である。これらの図に示すように、本実施の形態１の照明装置１は、ヒートシンク（ヒートシンクアセンブリ）２と、放熱拡散シート６と、光源モジュール７と、枠部材８と、透光板９と、フレーム（フレームアセンブリ）１０とを備えている。この照明装置１は、例えば天井などに設けられた取り付け穴の内部に装着し、ダウンライトとして用いることができる。図１および図２は、照明装置１を斜め上から見た状態を示しており、照明装置１の投光方向は図１および図２中の下方向となる。

ヒートシンク２は、ベース３と、フィン４と、フィン４をベース３に対し固定する固定部材５とで構成されている。ヒートシンク２の詳細な構造については、後述する。

ベース３の、フィン４が取り付けられた面と反対側の面、すなわちベース３の下面には、放熱拡散シート６を介して、光源モジュール７の裏面が密着する。光源モジュール７の表面側には、光源として、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子（図示省略）が設けられている。

枠部材８および透光板９は、複数のネジ（図示省略）により、ベース３の下面側に固定される。放熱拡散シート６および光源モジュール７は、ベース３と枠部材８との間に挟まれて固定される。透光板９は、枠部材８の下面側に装着される。

フレーム１０は、複数のネジ（図示省略）により、ベース３の下面側に固定される。フレーム１０は、光源モジュール７が発する光を制御し、配光を決める機能を備えている。フレーム１０には、天井などに設けられた取り付け穴に対して照明装置１を着脱自在に固定するための板バネ状の複数のアーム１１が取り付けられている。

照明装置１では、光源モジュール７で発生した熱が放熱拡散シート６を介してベース３に伝わり、ベース３に伝わった熱が更にフィン４に伝わり、表面積の大きいフィン４から周囲の空気に効率良く放熱することができる。このため、光源モジュール７の温度上昇を抑制することができるので、発光効率を向上するとともに、発光素子の寿命を長くすることができる。

図３は、ヒートシンク２の斜視図である。図４は、ヒートシンク２の断面図である。図５は、ベース３の斜視図である。図６は、フィン４の斜視図である。図７は、固定部材５の斜視図である。図８は、固定部材５の断面図である。

ベース３は、光源モジュール７から伝わる熱を受ける機能と、複数のフィン４を支持する機能とを有する部材である。図５に示すように、本実施の形態１では、ベース３は、長方形と円形を組み合わせたような形状の、平板状の部材で構成されている。すなわち、ベース３は、略長方形の板の両方の長辺の部分が円弧状に張り出したような形状になっている。ベース３は、金属材料で構成されることが好ましく、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されることが好ましい。これにより、ベース３の熱伝導率を高くすることができ、良好な放熱性が得られるとともに、軽量化が可能となる。ベース３には、枠部材８および透光板９との固定に用いる複数のネジ穴３ａと、フレーム１０との固定に用いる複数のネジ穴３ｂと、固定部材５の後述する第２固定部５ｃとの固定に用いる複数のネジ穴３ｃと、固定部材５の後述する第１固定部５ａを引っ掛けるための係合部３ｄとが設けられている。このようなベース３は、複雑な金型を必要とすることなく、安価に製造することができる。本発明では、ベース３の形状は、上記の形状に限定されるものではなく、光源から伝わる熱を受ける機能と、フィン４を支持する機能とを発揮する形状であれば、いかなる形状でも良い。

図４および図６に示すように、フィン４は、基端部４ａと、放熱部４ｂとを有している。基端部４ａは、ベース３の上面に接し、ベース３からの熱を受ける。放熱部４ｂは、大きな表面積を有しており、基端部４ａから伝わる熱を周囲の空気に放熱する機能を有する。本実施の形態１では、放熱部４ｂは、平板状をなしており、ベース３の上面に対して略垂直に配置される。本実施の形態１のフィン４は、薄い金属板を加工して構成されており、特に、板金加工によって形成されていることが好ましい。このようなフィン４は、複雑な金型を必要とすることなく、安価に製造することができる。フィン４の構成材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板、ＳＥＣＣ等の電気亜鉛めっき鋼板、ＳＧＣＣ等の溶融亜鉛めっき鋼板、ＳＵＳ等のステンレス鋼などを好ましく用いることができる。これらの材料によれば、フィン４の熱伝導率を高くすることができ、良好な放熱性が得られるとともに、軽量化が可能となる。

本実施の形態１では、ベース３に対して複数（図示の構成では６個）のフィン４が並べて取り付けられている。また、本実施の形態１では、大きさ（形状）の異なる複数種類のフィン４があり、中央の２個のフィン４が最も大きく、その両側に並ぶ２個のフィン４が次いで大きく、外側の２個のフィン４が最も小さくなっている。本発明では、このような構成に限らず、すべてのフィン４の大きさ（形状）が同じであっても良い。

本実施の形態１では、基端部４ａは、細長い形状であり、略長方形の平板状をなしている。基端部４ａの下面は、ベース３の上面に密着している。ベース３と基端部４ａとの間には、熱伝導性シートまたは熱伝導性グリスなどが介挿されていても良い。本実施の形態１のフィン４では、放熱部４ｂは、基端部４ａの両側にそれぞれ設けられ、基端部４ａに対し略垂直になっている。すなわち、本実施の形態１では、一つのフィン４は、基端部４ａの両側に一対の放熱部４ｂを備えており、基端部４ａと一対の放熱部４ｂとがＵ字状の断面形状（図４参照）を形成する。本発明では、このような構成に限らず、一つのフィン４に基端部４ａおよび放熱部４ｂを一つずつ設け、基端部４ａと放熱部４ｂとがＬ字状の断面形状を形成する構成にしても良い。

図７に示すように、固定部材５は、概ね板状をなす部材である。固定部材５は、ベース３の、フィン４が取り付けられる面、すなわちベース３の上面側に重ねて固定される。この固定部材５とベース３との間にフィン４の基端部４ａが挟まれることによって、フィン４がベース３に固定される。本実施の形態１の固定部材５は、略長方形状をなしており、その長方形の一辺の側には、鉤状をなす第１固定部５ａが形成され、その反対の辺の側には、ネジ（図示省略）を通すための穴５ｂを有する第２固定部５ｃが形成されている。穴５ｂは、ベース３のネジ穴３ｃに対応する位置に形成されている。本実施の形態１では、穴５ｂおよびネジ穴３ｃは、３箇所に形成されている。固定部材５は、鉤状の第１固定部５ａをベース３の係合部３ｄに引っ掛け、穴５ｂに通したネジ（図示省略）をベース３のネジ穴３ｃに締め付けて第２固定部５ｃを固定することにより、ベース３に対して固定される。このように、本実施の形態１では、固定部材５をベース３に固定するネジの本数（３本）は、フィン４の個数（６個）より少ない。このため、フィン４の固定に必要なネジの本数を少なくすることができる。

なお、固定部材５をベース３に固定する方法は、上記の方法に限定されるものではなく、例えば、第１固定部５ａおよび第２固定部５ｃの双方を鉤状にしてベース３の縁部に引っ掛けることによりネジを使用しないようにしても良いし、あるいは、鉤状部を用いずにネジ固定のみで固定部材５をベース３に固定しても良い。

固定部材５には、複数の細長い開口５ｄと、複数のバネ部５ｅとが更に形成されている。開口５ｄには、フィン４の放熱部４ｂが挿入する。開口５ｄは、すべてのフィン４の放熱部４ｂの総数と同数（本実施の形態１では、１２個）形成されている。開口５ｄの大きさ（長さ）は、フィン４の放熱部４ｂがスムーズに挿入可能な大きさになっている。これらの開口５ｄは、第１固定部５ａと第２固定部５ｃとを結ぶ方向に伸びており、互いに平行に形成されている。

バネ部５ｅは、フィン４の個数と同数（本実施の形態１では、６個）形成されている。バネ部５ｅは、各フィン４の一対の放熱部４ｂが挿入する一対の開口５ｄの間に形成されている。バネ部５ｅは、フィン４の基端部４ａに沿って伸びる細長い形状をなしている。バネ部５ｅは、弾性を有し、弾性変形可能である。図８に示すように、バネ部５ｅの形状は、山と谷とが繰り返す、略波形をなしている。なお、本実施の形態１では、図７に示すように、固定部材５の第１固定部５ａおよび第２固定部５ｃを除いた領域は、バネ部５ｅ以外の部分も含めて、バネ部５ｅと同様の略波形の断面形状をなしている。

本実施の形態１の固定部材５は、薄い金属板を加工して構成されており、特に、板金加工によって形成されていることが好ましい。このような固定部材５は、複雑な金型を必要とすることなく、安価に製造することができる。固定部材５の構成材料は、特に限定されないが、バネ部５ｅのバネ性を優れたものとするため、例えばバネ鋼などを用いることが好ましい。

図４に示すように、各フィン４の一対の放熱部４ｂは、対応する一対の開口５ｄにそれぞれ挿入する。そして、一対の開口５ｄの間にあるバネ部５ｅと、ベース３との間にフィン４の基端部４ａが挟まれることによって、フィン４がベース３に固定される。そして、略波形のバネ部５ｅの谷の部分がフィン４の基端部４ａに接触し、バネ部５ｅが発揮する弾性力（バネの力）により、固定部材５が基端部４ａをベース３側に押圧した状態になっている。

このように、本実施の形態１のヒートシンク２では、一つの固定部材５によって複数（図示の構成では６個）のフィン４をベース３に固定することができる。このため、フィン４の一つ一つを、別々に、ネジ固定、圧入等によってベース３に固定する構成に比べて、本実施の形態１のヒートシンク２は、組み立てを極めて容易に行うことができる。また、ヒートシンク２を構成するベース３、フィン４、固定部材５の各部品は、何れも、複雑な金型を必要とすることなく、容易に製造することができる。また、フィン４の一つ一つを別々に固定する構成では、何れかのフィン４が固定不良となった場合、当該フィン４の固定強度が低下したり、当該フィン４とベース３との接触熱抵抗が増大して放熱性が低下したりする可能性がある。これに対し、本実施の形態１によれば、一つの固定部材５をベース３に確実に固定することによって、すべてのフィン４を確実に固定することができるため、フィン４の固定不良が生ずることを抑制することができる。よって、各フィン４とベース３とを確実に固定し、両者の接触熱抵抗を確実に低減することができるので、放熱効率に優れたヒートシンク２を得ることができる。また、アルミダイキャスト製のヒートシンクでは、金型の抜き勾配を設けるためにフィンの根元を厚くする必要があるため、フィンが長くなるほど重量がかさむ。これに対し、本実施の形態１のヒートシンク２では、そのような必要がないため、長いフィン４を設けた場合であってもフィン４を根元まで薄くすることができ、軽量に構成することができる。このように、本実施の形態１によれば、軽量で放熱効率に優れたヒートシンク２を、複雑な金型を必要とすることなく、組み立てが容易で、簡易な構造で、安価に製造することが可能となる。ひいては、このようなヒートシンク２を用いた照明装置１の放熱性を良好にし、光源の発光効率および寿命を向上することともに、照明装置１を安価に製造することができる。

また、本実施の形態１のヒートシンク２では、固定部材５のバネ部５ｅの弾性力によってフィン４の基端部４ａがベース３側に押圧されることにより、ベース３とフィン４の基端部４ａとを全面に渡ってより確実に密着させることができる。このため、ベース３とフィン４の基端部４ａとの間の接触熱抵抗が更に低くなり、ベース３からフィン４への熱伝導が促進されるので、より優れた放熱性が得られる。特に、バネ部５ｅを略波形にしたことにより、バネ部５ｅの弾性力を大きく発揮させることができ、フィン４の基端部４ａをより強い力でベース３側に押圧することができる。

図８に示すように、本実施の形態１では、略波形のバネ部５ｅには、４つの山５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｊと、３つの谷５ｋ，５ｍ，５ｎとが形成されている。バネ部５ｅの３つの谷５ｋ，５ｍ，５ｎの部分が、フィン４の基端部４ａの上面にそれぞれ接触して基端部４ａを押圧する。本実施の形態１では、バネ部５ｅの長手方向の中央に近い位置にある山５ｇ，５ｈの高さが、バネ部５ｅの長手方向の両端に近い位置にある山５ｆ，５ｊの高さに比べて、高くなっている。このため、ヒートシンク２を組み立てた状態において、バネ部５ｅの長手方向の中央寄りの部分の変形量が、バネ部５ｅの長手方向の両端に近い部分の変形量に比べて、大きくなる。したがって、バネ部５ｅの長手方向の中央に近い位置にある谷５ｍに作用する弾性力が、バネ部５ｅの長手方向の両端に近い位置にある谷５ｋ，５ｎに作用する弾性力に比べて、高くなる。これにより、以下のような効果が得られる。一般に、バネ部５ｅの長手方向の中央寄りの部分（谷５ｍ）は、第１固定部５ａおよび第２固定部５ｃから遠い位置にあるので、フィン４の基端部４ａをベース３側に押圧する力が弱くなり易い。これに対し、本実施の形態１のように、バネ部５ｅの長手方向の中央に近い位置にある波（山５ｇ，５ｈ）の高さを、バネ部５ｅの長手方向の両端に近い位置にある波（山５ｆ，５ｊ）の高さに比べて高くすることにより、バネ部５ｅの長手方向の中央寄りに作用する弾性力を高めることができる。このため、フィン４の基端部４ａの長手方向の中央部分をベース３側に押圧する力が弱くなることを抑制することができ、フィン４の基端部４ａの全体を均等にベース３側に押圧することができる。よって、ベース３とフィン４の基端部４ａとをより確実に密着させることができる。その結果、ベース３とフィン４の基端部４ａとの間の接触熱抵抗が更に低くなり、ベース３からフィン４への熱伝導が促進されるので、更に優れた放熱性が得られる。

また、本実施の形態１では、固定部材５に設けた開口５ｄにフィン４の放熱部４ｂが挿入するように構成したことにより、ベース３に対するフィン４の位置決めを容易且つ確実に行うことができる。また、図４に示すように、開口５ｄとフィン４の放熱部４ｂとの間には僅かに隙間があるため、圧入等の工程は不要であり、組み立てを容易に行うことができる。

また、本実施の形態１では、フィン４の断面形状をＵ字状にしたことにより、固定部材５の開口５ｄに対するフィン４の取り付けの向きを間違えるようなことがないので、組み立てを更に容易に行うことができる。また、一箇所のバネ部５ｅにつき２枚の放熱部４ｂを設けることができるので、大きな表面積を容易に確保することができ、放熱性の向上に有利になる。

なお、本実施の形態１では、本発明のヒートシンクを照明装置の光源の放熱に用いた構成について説明したが、本発明のヒートシンクは、照明装置に限らず、他の電子機器の放熱にも同様に用いることができる。

１ 照明装置、２ ヒートシンク、３ ベース、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ ネジ穴、４ フィン、４ａ 基端部、４ｂ 放熱部、５ 固定部材、５ａ 第１固定部、５ｂ 穴、５ｃ 第２固定部、５ｄ 開口、５ｅ バネ部、５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｊ 山、５ｋ，５ｍ，５ｎ 谷、６ 放熱拡散シート、７ 光源モジュール、８ 枠部材、９ 透光板、１０ フレーム、１１ アーム

Claims (9)

1. 発光する光源と、
   前記光源から伝わる熱を受けるベースと、
   前記ベースから伝わった熱を放熱するフィンと、
   前記ベースに固定される固定部材と、
   を備え、
   前記ベースと前記固定部材との間に前記フィンの基端部が挟まれることによって前記フィンが前記ベースに固定されており、
   前記固定部材は、弾性を有するバネ部を有し、前記バネ部の弾性力により前記フィンの前記基端部を前記ベース側に押圧し、
   前記固定部材は、第１固定部と、前記バネ部を介して前記第１固定部の反対側にある第２固定部とを備え、
   前記第１固定部は、前記ベースに設けられた係合部に引っ掛けられる鉤状をなし、
   前記第２固定部は、ネジにより前記ベースに固定されている照明装置。
2. 前記固定部材は、前記第１固定部と前記第２固定部とを結ぶ方向に伸び、互いに平行に形成された複数の開口と、前記方向に直交する方向に並ぶ複数の前記バネ部とを有する請求項１記載の照明装置。
3. 前記バネ部の断面形状が略波形をなしている請求項１または２記載の照明装置。
4. 前記バネ部の中央に近い位置にある波の高さが、前記バネ部の両端に近い位置にある波の高さに比べて、高くなっている請求項３記載の照明装置。
5. 前記フィンと前記固定部材との一方または両方は、板金加工により形成されたものである請求項１乃至４の何れか１項記載の照明装置。
6. 複数の前記フィンが一つの前記固定部材により固定されている請求項１乃至５の何れか１項記載の照明装置。
7. 前記フィンは、断面形状がＵ字状またはＬ字状をなす板状の部材である請求項１乃至６の何れか１項記載の照明装置。
8. 前記固定部材は、前記フィンが挿入する開口を有する請求項１乃至７の何れか１項記載の照明装置。
9. ベースと、
   前記ベースから伝わった熱を放熱するフィンと、
   前記ベースに固定される固定部材と、
   を備え、
   前記ベースと前記固定部材との間に前記フィンの基端部が挟まれることによって前記フィンが前記ベースに固定されており、
   前記固定部材は、弾性を有するバネ部を有し、前記バネ部の弾性力により前記フィンの前記基端部を前記ベース側に押圧し、
   前記固定部材は、第１固定部と、前記バネ部を介して前記第１固定部の反対側にある第２固定部とを備え、
   前記第１固定部は、前記ベースに設けられた係合部に引っ掛けられる鉤状をなし、
   前記第２固定部は、ネジにより前記ベースに固定されているヒートシンク。

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