ＬＥＤ用ヒートシンク及び自動車用ＬＥＤランプ
【課題】
熱の伝導性及び放散性を維持しつつ、全体がアルミニウム製のものより軽量化を図ることが可能であるにも係わらず、材料コストの上昇を抑制し、また製造が比較的容易であるＬＥＤ用ヒートシンクを提供するとともに、それを用いた自動車用ＬＥＤランプ、ヘッドランプあるいはフォグランプを提供する。
【解決手段】
１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュールの冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせた。熱伝導性樹脂で成形し、受熱面５に複数のフィン６を列設した形状のヒートシンク本体２の該受熱面に、良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体（熱伝達板３）をインサート成形した。
熱の伝導性及び放散性を維持しつつ、全体がアルミニウム製のものより軽量化を図ることが可能であるにも係わらず、材料コストの上昇を抑制し、また製造が比較的容易であるＬＥＤ用ヒートシンクを提供するとともに、それを用いた自動車用ＬＥＤランプ、ヘッドランプあるいはフォグランプを提供する。
【解決手段】
１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュールの冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせた。熱伝導性樹脂で成形し、受熱面５に複数のフィン６を列設した形状のヒートシンク本体２の該受熱面に、良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体（熱伝達板３）をインサート成形した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ用ヒートシンク及び自動車用ＬＥＤランプに係わり、更に詳しくは金属と熱伝導性樹脂を複合したＬＥＤ用ヒートシンク及び自動車用ＬＥＤランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＰＵや半導体パワーデバイス等を冷却するためにヒートシンクが用いられている。更に、最近では、自動車用ヘッドライトに省電力、長寿命を目的に高輝度ＬＥＤランプが採用され始めており、これら高輝度ＬＥＤを冷却するためにヒートシンクが用いられている。一般的なヒートシンクは、純アルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属材料を用いて、ダイカストなどで平板状の受熱面に複数のフィンを列設した形状に作製されている。
【０００３】
ところで、近年は、電子機器は勿論のこと自動車でも軽量化に対する要請が厳しく、ヒートシンクにおいても熱放散特性を維持しつつ軽量化を図ることが必要になっている。
【０００４】
特許文献１には、少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する金属製の基部と、該基部に対して垂直に取付けられた複数のフィンとを有し、前記フィンが高温で加圧硬化された樹脂含浸グラファイト材料から構成されるヒートシンクが開示されている。ここで、金属製の基部としてアルミニウムを用いた場合、全体がアルミニウム製のヒートシンクよりも高い熱性能を維持しつつ、軽量化を図ることができるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、樹脂材料により一部又は全部が形成された樹脂製ヒートシンクであって、前記樹脂材料は、樹脂中に炭素材料とセラミックス粉末及び／又は軟磁性粉末とが均一に分散されており、且つ当該樹脂材料中における炭素材料の割合が１５〜６０体積％であり、セラミックス粉末の割合が５〜４０体積％であり、炭素材料とセラミックス粉末の総和が２０〜８０体積％である樹脂製ヒートシンクが開示されている。更に、炭素材料が、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の糸状の炭素材料を含み、また前記ヒートシンクの熱源接地面に、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の材料からなる伝熱体が装着されている点も開示されている。ここで、前記伝熱体を構成する材料が、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、窒化アルミおよび炭素材料からなる群から選択される。
【０００６】
しかし、特許文献１のヒートシンクにあっては、樹脂含浸グラファイト材料でフィンを作製し、個々のフィンを金属製の基部に垂直に取付ける必要があり、製造コストが大幅に高くなるといった欠点を有する。また、特許文献２のヒートシンクにあっては、放熱性と電磁波遮蔽性を備えたものとするため、炭素材料として導電性が高く且つ熱伝導率に優れた炭素繊維とカーボンナノチューブを併用するとともに、セラミックス粉末及び／又は軟磁性粉末を比較的多く用いていることにより、材料コストが嵩み、また比重もアルミニウム製と比較して有意に低くすることができない。
【０００７】
因みに、自動車用ヘッドライトにＬＥＤを使用する場合、５Ｗ以上のＬＥＤモジュールを複数用いている。高輝度ＬＥＤモジュールは、一般に表示板などの用途で使用されるＬＥＤに比べ発熱量が高い。また、自動車用照明は安全上、結露を起こしにくくするため照明機構全体を密閉あるいは密閉に近い構造とすることで水分の侵入を防いでいる。そのような構造においては、空気の対流量が少なくなるため、必然的に高温となりやすい。ここで、ＬＥＤモジュールとは、１つのＬＥＤレンズ内に１個以上の発光素子を含む部品であり、これに用いる放熱用ヒートシンクはＬＥＤの発光面積と比べて放熱のための各面の面積は広いことが特徴である。一般的に、ＨＩＤやハロゲンランプと異なり、ＬＥＤは、高温になると発光性能や寿命などが低下することが知られおり、特に高輝度ＬＥＤは局部的な発熱量が多くなるので冷却は避けられない技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５１２８５２号公報
【特許文献２】特開２００９−０１６４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、熱の伝導性及び放散性を維持しつつ、全体がアルミニウム製のものより軽量化を図ることが可能であるにも係わらず、材料コストの上昇を抑制し、また製造が比較的容易であるＬＥＤ用ヒートシンクを提供するとともに、それを用いた自動車用ＬＥＤランプ、特にヘッドランプあるいはフォグランプを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題解決のために、１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュールの冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせたことを特徴とするＬＥＤ用ヒートシンクを構成した（請求項１）。
【００１１】
ここで、前記熱伝導性樹脂は、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍＫ以上のものを用いる（請求項２）。
【００１２】
ここで、前記熱伝導性樹脂は、熱可塑性樹脂をマトリックス成分とするものである（請求項３）。
【００１３】
また、前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びそれらの合金など、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質から選ばれたものである（請求項４）。
【００１４】
また、前記炭素材料は、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい（請求項５）。
【００１５】
更に、前記熱伝導性樹脂は、前記良熱伝導体金属より比重が小さいものを用いることがより好ましい（請求項６）。
【００１６】
そして、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体を接合固定したものとする（請求項７）。
【００１７】
更に、前記板体をインサート成形により接合固定したヒートシンクであることが好ましい（請求項８）。
【００１８】
また、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、ヒートパイプをインサート成形して設けることも好ましい（請求項９）。
【００１９】
そして、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤランプを構成し（請求項１０）、また、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤヘッドランプを構成した（請求項１１）。更には、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤフォグランプを構成した（請求項１２）。
【発明の効果】
【００２０】
以上にしてなる本発明のＬＥＤ用ヒートシンクによれば、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせたので、熱の伝導性及び放散性を維持しつつ、前記良熱伝導体金属より比重が小さい熱伝導性樹脂を用いれば、全体がアルミニウム製のものより軽量化を図ることが可能である。ここで、前記熱伝導性樹脂として、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍＫ以上のものを用いると、材料コストの上昇を抑制しつつ、熱伝導率を高めることができる。一般的に、熱伝導性樹脂は、アルミニウムと比べて熱伝導性は劣るが、低熱容量や高放射率などを有し、冷却ファンなどの強制空冷が無い環境など、環境条件によってはアルミニウムと同等の放熱特性を示すのである。
【００２１】
また、前記良熱伝導体金属の代わりに、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である炭素材料を用いれば、更なる軽量化を図ることが可能である。
【００２２】
また、ＬＥＤ用ヒートシンクの構造を、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体を接合固定したもの、あるいは、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体をインサート成形したもの、あるいは前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、ヒートパイプをインサート成形した場合には、製造が比較的容易である。そして、高輝度ＬＥＤのように狭い発熱源からの熱を、良熱伝導体金属又は炭素材料を使用して周囲に分散させた後、放熱性が良く熱容量の小さい熱伝導性樹脂のフィンで効率的に放熱できるのである。特に、熱伝導性樹脂の成形時に良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体やヒートパイプをインサート成形することにより、良熱伝導体金属又は炭素材料と樹脂の接合面の熱抵抗も低下させることができる。
【００２３】
そして、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤヘッドランプやＬＥＤフォグランプを構成すれば、ヘッドランプやフォグランプの軽量化、ひいては自動車の軽量化を図ることができ、燃費の改善につながる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＬＥＤ用ヒートシンクの代表的実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】本発明に係るＬＥＤ用ヒートシンクの他の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図３】熱伝導性樹脂で成形したヒートシンク本体の斜視図である。
【図４】本発明の効果を確認するための実験に供するヒートシンク試験体の斜視図である。
【図５】各ヒートシンク試験体の冷却効果を示したグラフであり、樹脂Ａ＋Ａｌ板は実線、樹脂Ｂ＋Ａｌ板は一点鎖線、樹脂Ｃ＋Ａｌ板は二点鎖線、Ａｌ＋Ａｌ板は太い点線、Ａｌ板のみは細い点線で示している。
【図６】ＬＥＤ冷却効果を試験するための実験配置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１〜図５は本発明のＬＥＤ用ヒートシンクの実施形態を示し、図中符号１はヒートシンク、２はヒートシンク本体、３は熱伝達板、４はＬＥＤモジュールをそれぞれ示している。
【００２６】
本発明のＬＥＤ用ヒートシンク１は、１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュール４の冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料（熱伝達板３）のどちらか一方と熱伝導性樹脂（ヒートシンク本体２）を組み合わせることを基本構成としている。本発明のヒートシンク１は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤモジュール４を接合する受熱面５に沿って設けた良熱伝導体金属又は炭素材料からなる熱伝達板３をよって、ＬＥＤモジュール４の狭い発熱源から発生した熱を受熱面５の全体に伝達し、低熱容量や高放射率を有する熱伝導性樹脂から成形したヒートシンク本体２によって熱を空中に放散し、ＬＥＤモジュール４の温度上昇を抑制する、つまり冷却するのである。
【００２７】
前記熱伝導性樹脂は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂をマトリックス成分とし、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。成形性とリサイクル性の観点から熱可塑性樹脂をマトリックス成分とすることが好ましい。更に好ましくは、熱伝導性樹脂の熱伝導率は２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００２８】
ここで、カーボン繊維の熱伝導率は、５００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋのものがあり、高熱伝導性炭素繊維強化エポキシ樹脂を用いた場合、熱伝導率が２７０Ｗ／ｍ・Ｋの成形品が得られることが知られている。グラファイトは、ダイアモンドの次に高い熱伝導率を有し、８００〜１７００Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導性樹脂の熱伝導率を更に高くすることが可能である。当然、熱伝導性樹脂の熱伝導率は、グラファイトの熱伝導率を超えることはない。尚、熱伝導率の測定は、ＪＩＳ Ｒ１１６１（１９９７）のレーザーフラッシュ法による熱拡散率、比熱、熱伝導率試験法に基づいている。
【００２９】
ここで、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エラストマー系（スチレン系，オレフィン系，ＰＶＣ系，ウレタン系，エステル系，アミド系）樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エンジニアリングプラスチック等が用いられる。特にポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、エチレンアクリレート樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂、ポリアミドエラストマー樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が選ばれる。中でも耐熱性および柔軟性からナイロン樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂、ポリアミドエラストマー樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂が好適である。
【００３０】
また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等が用いられる。中でも、耐熱性及び柔軟性からエポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフェノール樹脂が好適である。
【００３１】
一方、前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びそれらの合金、つまりアルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金など、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質から選ばれたものである。ここで、熱伝導率は、アルミニウムで２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、銅で４００Ｗ／ｍ・Ｋ、マグネシウムで１５６Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３２】
また、前記炭素材料は、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いる。ここで、カーボン繊維の熱伝導率は、５００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋのものがあり、アルミニウムと比較して格段に高い。
【００３３】
そして、ヒートシンク１の軽量化を図るためには、前記熱伝導性樹脂は、前記良熱伝導体金属より比重が小さいものを用いる。一般的に、炭素材料は、良熱伝導体金属より比重が小さいので、熱伝達板３を炭素材料で形成した場合には更に軽量が図れる。熱伝達板３をアルミニウム又はその合金で作製した場合、アルミニウムの比重は約２．７であるので、前記熱伝導性樹脂は比重１．３〜２．５のものを用いる。また、マグネシウムの比重はアルミニウムの約２／３と金属中最軽量であるので、熱伝達板３をマグネシウム又はその合金で作製した場合も軽量化に有利である。
【００３４】
本発明におけるヒートシンクの熱伝導性樹脂部分の形状は、ＬＥＤを目的温度に冷却するために必要とされる放熱量に必要となる面積を有していれば、板形状も含め、任意の形状をとことができるが、効率良く放熱を行うためにフィンを設けることが望ましい。ヒートシンクのフィン形状は必ずしも板状である必要はなく、柱状のフィンなど任意の形状を用いることができる。図１に示したヒートシンク１は、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面５に複数のフィン６，…を列設した形状にヒートシンク本体２を成形する時に、該受熱面５に沿って前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる熱伝達板３をインサート成形した構造である。インサート成形することにより、熱伝達板３と熱伝導性樹脂の界面を密着して接合することができ、熱抵抗を大幅に減少させることが可能となる。そして、前記ＬＥＤモジュール４は、基板７の中央部に、複数のＬＥＤ素子を内蔵し、レンズを一体形成した発光体８を保持した構造であり、前記基板７を前記ヒートシンク１の受熱面５に接合して用いる。基板７の取り付け箇所は、熱をより効率的に熱伝達板３全域に広げる目的から、中央部に接合することが望ましいが、使用目的、意匠性などの観点に応じ、接合箇所は受熱面５内であればどこでも良い。前記受熱面５にＬＥＤモジュール４の基板７を接合するには、オイルコンパウンドやＲＴＶゴム、熱伝導シートなどを使用して熱抵抗を下げる工夫が施される。このように、ヒートシンク１の受熱面５に高輝度ＬＥＤモジュール４を接合して自動車用ＬＥＤヘッドランプが構成される。
【００３５】
図２に示したヒートシンク１は、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面５に複数のフィン６，…を列設した形状のヒートシンク本体２の該受熱面５に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる熱伝達板３を接合固定したものである。ここで、ヒートシンク本体２と熱伝達板３の接合にも熱抵抗を下げる工夫が施される。この場合、ヒートシンク本体２と熱伝達板３は、別々に製作するので製造が容易である。尚、ヒートシンク１の受熱面５は、実際には熱伝達板３の表面となるが、この場合ヒートシンク本体２の板状部と熱伝達板３とが接合一体化した部分を広義に受熱面５としている。
【００３６】
ここで、図１及び図２にはヒートシンク１の受熱面５が平面である場合を例示したが、円筒状になる場合もあり、図１の場合には円筒状の熱伝達板３をヒートシンク本体２にインサート成形し、図２の場合にはヒートシンク本体２に形成した円筒部内に円筒状の熱伝達板３を嵌挿し接合する。
【実施例１】
【００３７】
本発明のヒートシンク１の性能を確認するために比較実験を行った。ここで使用する熱伝導性樹脂Ａは、エレサーブＥＮ１０００（スターライト工業（株）製）、熱伝導性樹脂Ｂは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）／炭酸マグネシウムを重量比で３０／７０に配合したものである。比較の熱伝導性樹脂Ｃとして、市販されているＰＰＳ／ＣＦ ＣＺ１０３０（ＤＩＣ（株）製）を用いた。
【００３８】
熱伝導性樹脂Ａ（エレサーブＥＮ１０００）は、ＰＡ１２をマトリックスとし、主に炭素繊維を配合した熱伝導性樹脂であり、比重１．６、熱伝導率３．８Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導性樹脂Ｂは、比重２．２、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導性樹脂Ｃは、比重１．４、熱伝導率約０．７Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３９】
これら熱伝導性樹脂Ａ〜Ｃを用いて図３に示すような一般的な形状のヒートシンク本体１０を成形した。ヒートシンク本体１０の寸法は、受熱面１１が４５ｍｍ×３０ｍｍ、フィン１２の高さが２０ｍｍで、フィン１２の数は８枚である。比較として前記ヒートシンク本体１０と同形のアルミ製のヒートシンク本体（材質：Ａ６０６１）を用意した。実験には図３に示すように、二つのヒートシンク本体１０，１０をフィン１２，１２が直線状に並ぶように接合したものをヒートシンク試験体とし、両受熱面１１，１１に渡って７０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さが３ｍｍのアルミニウム（材質：Ａ１０１５）製の熱伝達板１３を熱伝導両面テープにて接合し、該熱伝達板１３の中央部に図示しないＬＥＤモジュールを接合した。アルミ製のヒートシンク試験体も同様である。ＬＥＤモジュールは、実装ＬＥＤがＭＣＥ４ＷＴ−Ａ２−ＷＣ−Ｍ（ＣＲＥＥ社ＸＬａｍｐ）で、それを１辺が２２ｍｍの基板モジュール（Ｌ−ＭＣＥ−Ｘ１（ＬＥＤ−ＯＮ社））に装着したものである。
【００４０】
そして、４つの試験体を、図４に示すように、ＰＡ６６の平面シート１４の上に載置し、前記各試験体のＬＥＤモジュールに定電流電源より６５０ｍＡの電流を供給し、時間経過に連れてＬＥＤモジュールの温度変化を測定した。温度測定には、前記実装ＬＥＤの近傍の基板モジュールに熱電対を貼り付けて行った。その測定結果を図５に示している。図中「樹脂Ａ＋Ａｌ板」は、熱伝導性樹脂Ａのヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したもの、「樹脂Ｂ＋Ａｌ板」は、熱伝導性樹脂Ｂのヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したもの、「樹脂Ｃ＋Ａｌ板」は、熱伝導性樹脂Ｃのヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したもの、「Ａｌ＋Ａｌ板」は、アルミ製のヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したものをそれぞれ示している。また、比較としてアルミニウム製の熱伝達板１３のみを用いたものを「Ａｌ板のみ」として表している。
【００４１】
図５からアルミ製のヒートシンク（太い点線）は、最も温度の上昇が少ないが、本発明の熱伝導性樹脂Ａのヒートシンク（実線）もそれに匹敵する冷却効果を有している。また、若干冷却性能が落ちるが本発明の熱伝導性樹脂Ｂのヒートシンク（一点鎖線）も十分な冷却効果を有している。それに対して、一般的な熱伝導性樹脂Ｃのヒートシンク（二点鎖線）は、冷却効果に劣るものであった。参考に示したアルミニウム製の板（細い点線）のみの場合は、最も冷却効果が劣ることが分かった。逆に言えば、アルミニウム製の熱伝達板に熱伝導性樹脂製のヒートシンクを接合することによって熱の放散性が良くなり、冷却効果が高まる傾向があることがはっきり分かった。
【実施例２】
【００４２】
本発明における良熱伝導体金属３の固定方法によるＬＥＤ冷却効果を比較するために、熱伝導性樹脂Ａをヒートシンク本体１０として使用し、実験を行った。
【００４３】
図６に示すように、実施例１と同形状のヒートシンク本体１０において、ヒートシンク成形時に金型内にアルミ板（熱伝達板３）をインサートし成形したものを使用し、ＬＥＤモジュール４の実装ＬＥＤ発光体８の近傍の基板７とヒートシンク本体１０に熱電対を貼付け、アルミ板をヒートシンク成形後に接合したものと温度比較を実施した。
【００４４】
ＬＥＤモジュールに定電流電源より６５０ｍＡの電流を供給し、３０分後の温度測定点Ｘと温度測定点Ｙの測定温度を表１に示す。表１には温度測定点Ｘと温度測定点Ｙの温度差（Ｘ−Ｙ）を併記する。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１からアルミ板を成形後に接合したものの場合、温度差（Ｘ−Ｙ）は１４℃であるが、アルミ板をインサート成形した場合は温度差（Ｘ−Ｙ）が８℃であり、インサート成形した方が温度差が小さいことより冷却効果が高い傾向にあることが判る。
【符号の説明】
【００４７】
１ ヒートシンク、
２ ヒートシンク本体、
３ 熱伝達板、
４ ＬＥＤモジュール、
５ 受熱面、
６ フィン、
７ 基板、
８ 発光体、
１０ ヒートシンク本体、
１１ 受熱面、
１２ フィン、
１３ 熱伝達板、
１４ 平面シート、
１５ 温度測定点Ｘ、
１６ 温度測定点Ｙ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ用ヒートシンク及び自動車用ＬＥＤランプに係わり、更に詳しくは金属と熱伝導性樹脂を複合したＬＥＤ用ヒートシンク及び自動車用ＬＥＤランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＰＵや半導体パワーデバイス等を冷却するためにヒートシンクが用いられている。更に、最近では、自動車用ヘッドライトに省電力、長寿命を目的に高輝度ＬＥＤランプが採用され始めており、これら高輝度ＬＥＤを冷却するためにヒートシンクが用いられている。一般的なヒートシンクは、純アルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導率の高い金属材料を用いて、ダイカストなどで平板状の受熱面に複数のフィンを列設した形状に作製されている。
【０００３】
ところで、近年は、電子機器は勿論のこと自動車でも軽量化に対する要請が厳しく、ヒートシンクにおいても熱放散特性を維持しつつ軽量化を図ることが必要になっている。
【０００４】
特許文献１には、少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する金属製の基部と、該基部に対して垂直に取付けられた複数のフィンとを有し、前記フィンが高温で加圧硬化された樹脂含浸グラファイト材料から構成されるヒートシンクが開示されている。ここで、金属製の基部としてアルミニウムを用いた場合、全体がアルミニウム製のヒートシンクよりも高い熱性能を維持しつつ、軽量化を図ることができるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、樹脂材料により一部又は全部が形成された樹脂製ヒートシンクであって、前記樹脂材料は、樹脂中に炭素材料とセラミックス粉末及び／又は軟磁性粉末とが均一に分散されており、且つ当該樹脂材料中における炭素材料の割合が１５〜６０体積％であり、セラミックス粉末の割合が５〜４０体積％であり、炭素材料とセラミックス粉末の総和が２０〜８０体積％である樹脂製ヒートシンクが開示されている。更に、炭素材料が、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の糸状の炭素材料を含み、また前記ヒートシンクの熱源接地面に、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の材料からなる伝熱体が装着されている点も開示されている。ここで、前記伝熱体を構成する材料が、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、窒化アルミおよび炭素材料からなる群から選択される。
【０００６】
しかし、特許文献１のヒートシンクにあっては、樹脂含浸グラファイト材料でフィンを作製し、個々のフィンを金属製の基部に垂直に取付ける必要があり、製造コストが大幅に高くなるといった欠点を有する。また、特許文献２のヒートシンクにあっては、放熱性と電磁波遮蔽性を備えたものとするため、炭素材料として導電性が高く且つ熱伝導率に優れた炭素繊維とカーボンナノチューブを併用するとともに、セラミックス粉末及び／又は軟磁性粉末を比較的多く用いていることにより、材料コストが嵩み、また比重もアルミニウム製と比較して有意に低くすることができない。
【０００７】
因みに、自動車用ヘッドライトにＬＥＤを使用する場合、５Ｗ以上のＬＥＤモジュールを複数用いている。高輝度ＬＥＤモジュールは、一般に表示板などの用途で使用されるＬＥＤに比べ発熱量が高い。また、自動車用照明は安全上、結露を起こしにくくするため照明機構全体を密閉あるいは密閉に近い構造とすることで水分の侵入を防いでいる。そのような構造においては、空気の対流量が少なくなるため、必然的に高温となりやすい。ここで、ＬＥＤモジュールとは、１つのＬＥＤレンズ内に１個以上の発光素子を含む部品であり、これに用いる放熱用ヒートシンクはＬＥＤの発光面積と比べて放熱のための各面の面積は広いことが特徴である。一般的に、ＨＩＤやハロゲンランプと異なり、ＬＥＤは、高温になると発光性能や寿命などが低下することが知られおり、特に高輝度ＬＥＤは局部的な発熱量が多くなるので冷却は避けられない技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５１２８５２号公報
【特許文献２】特開２００９−０１６４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、熱の伝導性及び放散性を維持しつつ、全体がアルミニウム製のものより軽量化を図ることが可能であるにも係わらず、材料コストの上昇を抑制し、また製造が比較的容易であるＬＥＤ用ヒートシンクを提供するとともに、それを用いた自動車用ＬＥＤランプ、特にヘッドランプあるいはフォグランプを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題解決のために、１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュールの冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせたことを特徴とするＬＥＤ用ヒートシンクを構成した（請求項１）。
【００１１】
ここで、前記熱伝導性樹脂は、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍＫ以上のものを用いる（請求項２）。
【００１２】
ここで、前記熱伝導性樹脂は、熱可塑性樹脂をマトリックス成分とするものである（請求項３）。
【００１３】
また、前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びそれらの合金など、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質から選ばれたものである（請求項４）。
【００１４】
また、前記炭素材料は、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい（請求項５）。
【００１５】
更に、前記熱伝導性樹脂は、前記良熱伝導体金属より比重が小さいものを用いることがより好ましい（請求項６）。
【００１６】
そして、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体を接合固定したものとする（請求項７）。
【００１７】
更に、前記板体をインサート成形により接合固定したヒートシンクであることが好ましい（請求項８）。
【００１８】
また、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、ヒートパイプをインサート成形して設けることも好ましい（請求項９）。
【００１９】
そして、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤランプを構成し（請求項１０）、また、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤヘッドランプを構成した（請求項１１）。更には、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤフォグランプを構成した（請求項１２）。
【発明の効果】
【００２０】
以上にしてなる本発明のＬＥＤ用ヒートシンクによれば、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせたので、熱の伝導性及び放散性を維持しつつ、前記良熱伝導体金属より比重が小さい熱伝導性樹脂を用いれば、全体がアルミニウム製のものより軽量化を図ることが可能である。ここで、前記熱伝導性樹脂として、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍＫ以上のものを用いると、材料コストの上昇を抑制しつつ、熱伝導率を高めることができる。一般的に、熱伝導性樹脂は、アルミニウムと比べて熱伝導性は劣るが、低熱容量や高放射率などを有し、冷却ファンなどの強制空冷が無い環境など、環境条件によってはアルミニウムと同等の放熱特性を示すのである。
【００２１】
また、前記良熱伝導体金属の代わりに、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である炭素材料を用いれば、更なる軽量化を図ることが可能である。
【００２２】
また、ＬＥＤ用ヒートシンクの構造を、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体を接合固定したもの、あるいは、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体をインサート成形したもの、あるいは前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、ヒートパイプをインサート成形した場合には、製造が比較的容易である。そして、高輝度ＬＥＤのように狭い発熱源からの熱を、良熱伝導体金属又は炭素材料を使用して周囲に分散させた後、放熱性が良く熱容量の小さい熱伝導性樹脂のフィンで効率的に放熱できるのである。特に、熱伝導性樹脂の成形時に良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体やヒートパイプをインサート成形することにより、良熱伝導体金属又は炭素材料と樹脂の接合面の熱抵抗も低下させることができる。
【００２３】
そして、前述のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤヘッドランプやＬＥＤフォグランプを構成すれば、ヘッドランプやフォグランプの軽量化、ひいては自動車の軽量化を図ることができ、燃費の改善につながる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＬＥＤ用ヒートシンクの代表的実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】本発明に係るＬＥＤ用ヒートシンクの他の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図３】熱伝導性樹脂で成形したヒートシンク本体の斜視図である。
【図４】本発明の効果を確認するための実験に供するヒートシンク試験体の斜視図である。
【図５】各ヒートシンク試験体の冷却効果を示したグラフであり、樹脂Ａ＋Ａｌ板は実線、樹脂Ｂ＋Ａｌ板は一点鎖線、樹脂Ｃ＋Ａｌ板は二点鎖線、Ａｌ＋Ａｌ板は太い点線、Ａｌ板のみは細い点線で示している。
【図６】ＬＥＤ冷却効果を試験するための実験配置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１〜図５は本発明のＬＥＤ用ヒートシンクの実施形態を示し、図中符号１はヒートシンク、２はヒートシンク本体、３は熱伝達板、４はＬＥＤモジュールをそれぞれ示している。
【００２６】
本発明のＬＥＤ用ヒートシンク１は、１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュール４の冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料（熱伝達板３）のどちらか一方と熱伝導性樹脂（ヒートシンク本体２）を組み合わせることを基本構成としている。本発明のヒートシンク１は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤモジュール４を接合する受熱面５に沿って設けた良熱伝導体金属又は炭素材料からなる熱伝達板３をよって、ＬＥＤモジュール４の狭い発熱源から発生した熱を受熱面５の全体に伝達し、低熱容量や高放射率を有する熱伝導性樹脂から成形したヒートシンク本体２によって熱を空中に放散し、ＬＥＤモジュール４の温度上昇を抑制する、つまり冷却するのである。
【００２７】
前記熱伝導性樹脂は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂をマトリックス成分とし、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。成形性とリサイクル性の観点から熱可塑性樹脂をマトリックス成分とすることが好ましい。更に好ましくは、熱伝導性樹脂の熱伝導率は２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００２８】
ここで、カーボン繊維の熱伝導率は、５００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋのものがあり、高熱伝導性炭素繊維強化エポキシ樹脂を用いた場合、熱伝導率が２７０Ｗ／ｍ・Ｋの成形品が得られることが知られている。グラファイトは、ダイアモンドの次に高い熱伝導率を有し、８００〜１７００Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導性樹脂の熱伝導率を更に高くすることが可能である。当然、熱伝導性樹脂の熱伝導率は、グラファイトの熱伝導率を超えることはない。尚、熱伝導率の測定は、ＪＩＳ Ｒ１１６１（１９９７）のレーザーフラッシュ法による熱拡散率、比熱、熱伝導率試験法に基づいている。
【００２９】
ここで、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エラストマー系（スチレン系，オレフィン系，ＰＶＣ系，ウレタン系，エステル系，アミド系）樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エンジニアリングプラスチック等が用いられる。特にポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、エチレンアクリレート樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂、ポリアミドエラストマー樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が選ばれる。中でも耐熱性および柔軟性からナイロン樹脂、ポリエステルエラストマー樹脂、ポリアミドエラストマー樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂が好適である。
【００３０】
また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等が用いられる。中でも、耐熱性及び柔軟性からエポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフェノール樹脂が好適である。
【００３１】
一方、前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びそれらの合金、つまりアルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金など、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質から選ばれたものである。ここで、熱伝導率は、アルミニウムで２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、銅で４００Ｗ／ｍ・Ｋ、マグネシウムで１５６Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３２】
また、前記炭素材料は、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いる。ここで、カーボン繊維の熱伝導率は、５００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋのものがあり、アルミニウムと比較して格段に高い。
【００３３】
そして、ヒートシンク１の軽量化を図るためには、前記熱伝導性樹脂は、前記良熱伝導体金属より比重が小さいものを用いる。一般的に、炭素材料は、良熱伝導体金属より比重が小さいので、熱伝達板３を炭素材料で形成した場合には更に軽量が図れる。熱伝達板３をアルミニウム又はその合金で作製した場合、アルミニウムの比重は約２．７であるので、前記熱伝導性樹脂は比重１．３〜２．５のものを用いる。また、マグネシウムの比重はアルミニウムの約２／３と金属中最軽量であるので、熱伝達板３をマグネシウム又はその合金で作製した場合も軽量化に有利である。
【００３４】
本発明におけるヒートシンクの熱伝導性樹脂部分の形状は、ＬＥＤを目的温度に冷却するために必要とされる放熱量に必要となる面積を有していれば、板形状も含め、任意の形状をとことができるが、効率良く放熱を行うためにフィンを設けることが望ましい。ヒートシンクのフィン形状は必ずしも板状である必要はなく、柱状のフィンなど任意の形状を用いることができる。図１に示したヒートシンク１は、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面５に複数のフィン６，…を列設した形状にヒートシンク本体２を成形する時に、該受熱面５に沿って前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる熱伝達板３をインサート成形した構造である。インサート成形することにより、熱伝達板３と熱伝導性樹脂の界面を密着して接合することができ、熱抵抗を大幅に減少させることが可能となる。そして、前記ＬＥＤモジュール４は、基板７の中央部に、複数のＬＥＤ素子を内蔵し、レンズを一体形成した発光体８を保持した構造であり、前記基板７を前記ヒートシンク１の受熱面５に接合して用いる。基板７の取り付け箇所は、熱をより効率的に熱伝達板３全域に広げる目的から、中央部に接合することが望ましいが、使用目的、意匠性などの観点に応じ、接合箇所は受熱面５内であればどこでも良い。前記受熱面５にＬＥＤモジュール４の基板７を接合するには、オイルコンパウンドやＲＴＶゴム、熱伝導シートなどを使用して熱抵抗を下げる工夫が施される。このように、ヒートシンク１の受熱面５に高輝度ＬＥＤモジュール４を接合して自動車用ＬＥＤヘッドランプが構成される。
【００３５】
図２に示したヒートシンク１は、前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面５に複数のフィン６，…を列設した形状のヒートシンク本体２の該受熱面５に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる熱伝達板３を接合固定したものである。ここで、ヒートシンク本体２と熱伝達板３の接合にも熱抵抗を下げる工夫が施される。この場合、ヒートシンク本体２と熱伝達板３は、別々に製作するので製造が容易である。尚、ヒートシンク１の受熱面５は、実際には熱伝達板３の表面となるが、この場合ヒートシンク本体２の板状部と熱伝達板３とが接合一体化した部分を広義に受熱面５としている。
【００３６】
ここで、図１及び図２にはヒートシンク１の受熱面５が平面である場合を例示したが、円筒状になる場合もあり、図１の場合には円筒状の熱伝達板３をヒートシンク本体２にインサート成形し、図２の場合にはヒートシンク本体２に形成した円筒部内に円筒状の熱伝達板３を嵌挿し接合する。
【実施例１】
【００３７】
本発明のヒートシンク１の性能を確認するために比較実験を行った。ここで使用する熱伝導性樹脂Ａは、エレサーブＥＮ１０００（スターライト工業（株）製）、熱伝導性樹脂Ｂは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）／炭酸マグネシウムを重量比で３０／７０に配合したものである。比較の熱伝導性樹脂Ｃとして、市販されているＰＰＳ／ＣＦ ＣＺ１０３０（ＤＩＣ（株）製）を用いた。
【００３８】
熱伝導性樹脂Ａ（エレサーブＥＮ１０００）は、ＰＡ１２をマトリックスとし、主に炭素繊維を配合した熱伝導性樹脂であり、比重１．６、熱伝導率３．８Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導性樹脂Ｂは、比重２．２、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導性樹脂Ｃは、比重１．４、熱伝導率約０．７Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３９】
これら熱伝導性樹脂Ａ〜Ｃを用いて図３に示すような一般的な形状のヒートシンク本体１０を成形した。ヒートシンク本体１０の寸法は、受熱面１１が４５ｍｍ×３０ｍｍ、フィン１２の高さが２０ｍｍで、フィン１２の数は８枚である。比較として前記ヒートシンク本体１０と同形のアルミ製のヒートシンク本体（材質：Ａ６０６１）を用意した。実験には図３に示すように、二つのヒートシンク本体１０，１０をフィン１２，１２が直線状に並ぶように接合したものをヒートシンク試験体とし、両受熱面１１，１１に渡って７０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さが３ｍｍのアルミニウム（材質：Ａ１０１５）製の熱伝達板１３を熱伝導両面テープにて接合し、該熱伝達板１３の中央部に図示しないＬＥＤモジュールを接合した。アルミ製のヒートシンク試験体も同様である。ＬＥＤモジュールは、実装ＬＥＤがＭＣＥ４ＷＴ−Ａ２−ＷＣ−Ｍ（ＣＲＥＥ社ＸＬａｍｐ）で、それを１辺が２２ｍｍの基板モジュール（Ｌ−ＭＣＥ−Ｘ１（ＬＥＤ−ＯＮ社））に装着したものである。
【００４０】
そして、４つの試験体を、図４に示すように、ＰＡ６６の平面シート１４の上に載置し、前記各試験体のＬＥＤモジュールに定電流電源より６５０ｍＡの電流を供給し、時間経過に連れてＬＥＤモジュールの温度変化を測定した。温度測定には、前記実装ＬＥＤの近傍の基板モジュールに熱電対を貼り付けて行った。その測定結果を図５に示している。図中「樹脂Ａ＋Ａｌ板」は、熱伝導性樹脂Ａのヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したもの、「樹脂Ｂ＋Ａｌ板」は、熱伝導性樹脂Ｂのヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したもの、「樹脂Ｃ＋Ａｌ板」は、熱伝導性樹脂Ｃのヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したもの、「Ａｌ＋Ａｌ板」は、アルミ製のヒートシンク本体１０にアルミニウム製の熱伝達板１３を接合したものをそれぞれ示している。また、比較としてアルミニウム製の熱伝達板１３のみを用いたものを「Ａｌ板のみ」として表している。
【００４１】
図５からアルミ製のヒートシンク（太い点線）は、最も温度の上昇が少ないが、本発明の熱伝導性樹脂Ａのヒートシンク（実線）もそれに匹敵する冷却効果を有している。また、若干冷却性能が落ちるが本発明の熱伝導性樹脂Ｂのヒートシンク（一点鎖線）も十分な冷却効果を有している。それに対して、一般的な熱伝導性樹脂Ｃのヒートシンク（二点鎖線）は、冷却効果に劣るものであった。参考に示したアルミニウム製の板（細い点線）のみの場合は、最も冷却効果が劣ることが分かった。逆に言えば、アルミニウム製の熱伝達板に熱伝導性樹脂製のヒートシンクを接合することによって熱の放散性が良くなり、冷却効果が高まる傾向があることがはっきり分かった。
【実施例２】
【００４２】
本発明における良熱伝導体金属３の固定方法によるＬＥＤ冷却効果を比較するために、熱伝導性樹脂Ａをヒートシンク本体１０として使用し、実験を行った。
【００４３】
図６に示すように、実施例１と同形状のヒートシンク本体１０において、ヒートシンク成形時に金型内にアルミ板（熱伝達板３）をインサートし成形したものを使用し、ＬＥＤモジュール４の実装ＬＥＤ発光体８の近傍の基板７とヒートシンク本体１０に熱電対を貼付け、アルミ板をヒートシンク成形後に接合したものと温度比較を実施した。
【００４４】
ＬＥＤモジュールに定電流電源より６５０ｍＡの電流を供給し、３０分後の温度測定点Ｘと温度測定点Ｙの測定温度を表１に示す。表１には温度測定点Ｘと温度測定点Ｙの温度差（Ｘ−Ｙ）を併記する。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１からアルミ板を成形後に接合したものの場合、温度差（Ｘ−Ｙ）は１４℃であるが、アルミ板をインサート成形した場合は温度差（Ｘ−Ｙ）が８℃であり、インサート成形した方が温度差が小さいことより冷却効果が高い傾向にあることが判る。
【符号の説明】
【００４７】
１ ヒートシンク、
２ ヒートシンク本体、
３ 熱伝達板、
４ ＬＥＤモジュール、
５ 受熱面、
６ フィン、
７ 基板、
８ 発光体、
１０ ヒートシンク本体、
１１ 受熱面、
１２ フィン、
１３ 熱伝達板、
１４ 平面シート、
１５ 温度測定点Ｘ、
１６ 温度測定点Ｙ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュールの冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせたことを特徴とするＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項２】
前記熱伝導性樹脂は、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いる請求項１記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項３】
前記熱伝導性樹脂は、熱可塑性樹脂をマトリックス成分とする請求項１又は２記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項４】
前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びそれらの合金など、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質から選ばれたものである請求項１〜３何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項５】
前記炭素材料は、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜４何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項６】
前記熱伝導性樹脂は、前記良熱伝導体金属より比重が小さいものを用いる請求項１〜５何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項７】
前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体を接合固定した請求項１〜６何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項８】
前記板体をインサート成形により接合固定した請求項７記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項９】
前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、ヒートパイプをインサート成形した請求項１〜８何れかに記載のＬＥＤ用
【請求項１０】
請求項１〜９何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤランプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の自動車用ＬＥＤフォグランプ。
【請求項１】
１Ｗ以上の高輝度ＬＥＤモジュールの冷却のために使用するヒートシンクであって、少なくとも良熱伝導体金属又は炭素材料のどちらか一方と熱伝導性樹脂を組み合わせたことを特徴とするＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項２】
前記熱伝導性樹脂は、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれた１種又は２種以上の充填材を含有した熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いる請求項１記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項３】
前記熱伝導性樹脂は、熱可塑性樹脂をマトリックス成分とする請求項１又は２記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項４】
前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びそれらの合金など、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質から選ばれたものである請求項１〜３何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項５】
前記炭素材料は、炭素／カーボン繊維複合体、グラファイト、カーボン繊維強化複合材料の少なくとも１種からなる成形体又はカーボン繊維織物であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜４何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項６】
前記熱伝導性樹脂は、前記良熱伝導体金属より比重が小さいものを用いる請求項１〜５何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項７】
前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、前記良熱伝導体金属又は炭素材料からなる板体を接合固定した請求項１〜６何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項８】
前記板体をインサート成形により接合固定した請求項７記載のＬＥＤ用ヒートシンク。
【請求項９】
前記熱伝導性樹脂で成形し、受熱面に複数のフィンを列設した形状のヒートシンク本体の該受熱面に、ヒートパイプをインサート成形した請求項１〜８何れかに記載のＬＥＤ用
【請求項１０】
請求項１〜９何れかに記載のＬＥＤ用ヒートシンクを用い、その受熱面に高輝度ＬＥＤモジュールを接合した自動車用ＬＥＤランプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の自動車用ＬＥＤヘッドランプ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の自動車用ＬＥＤフォグランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６１１５７（Ｐ２０１１−６１１５７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２３１８（Ｐ２００９−２１２３１８）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００１０７６１９）スターライト工業株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００１０７６１９）スターライト工業株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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