特許 7056065 ヒートシンクの設計方法、及びヒートシンク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-11

(45)【発行日】2022-04-19

(54)【発明の名称】ヒートシンクの設計方法、及びヒートシンク

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20220412BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20220412BHJP

   F21V 29/76 20150101ALI20220412BHJP

   F21V 29/77 20150101ALI20220412BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20220412BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220412BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 Z

F21V29/503

F21V29/76

F21V29/77

H01L33/64

H05K7/20 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2017196359

(22)【出願日】2017-10-06

(65)【公開番号】P2019071343

(43)【公開日】2019-05-09

【審査請求日】2020-08-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000000136

【氏名又は名称】市光工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菊池 和重

(72)【発明者】

【氏名】黒田 和宏

【審査官】井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２４７６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｆ２１Ｓ ４１／００

Ｆ２１Ｖ ２９／５０３

Ｆ２１Ｖ ２９／７６

Ｆ２１Ｖ ２９／７７

Ｈ０１Ｌ ３３／６４

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２１Ｗ １０２／００

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

Ｆ２１Ｙ １１５／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状であり、平面状の第１面及び当該第１面の反対側に配置される平面状の第２面を有し、前記第１面に半導体型光源が配置されるベースと、
少なくとも前記ベースの前記第２面に配置される複数のフィンと、
を備え、灯具の光源ユニットに用いられるヒートシンクの設計方法であって、
前記光源ユニットの外形寸法に基づいて前記ベースの形状及び寸法を設定し、前記ベースの前記第２面に放射状に配置される放射配置形状として前記複数のフィンの形状を設定し、前記放射配置形状における前記複数のフィンの枚数、表面積及び前記ヒートシンクの質量を含む諸元を設定する第１ステップと、
前記第１ステップで設定された前記ヒートシンクの形状に対して、前記半導体型光源上の基準点を中心とする球状の突起部を前記ベースの前記第２面に設定し、前記突起部の径を設定する第２ステップと、
前記第１ステップ及び前記第２ステップで設定された前記ヒートシンクに前記半導体型光源を配置して駆動する場合の前記半導体型光源の温度を熱流体解析により算出し、算出結果が所定の許容温度以下となる前記ヒートシンクの形状を理想形状として設定する第３ステップと、
前記理想形状として設定された前記ヒートシンクについて、前記複数のフィンの形状を前記ベースの前記第２面に互いに平行に配置される平行配置形状に変更し、前記平行配置形状における前記諸元を前記放射配置形状における前記諸元と対応させて設定し、前記突起部の形状を直方体状に変更し、直方体状の前記突起部のうち前記複数のフィンによって区画される部分のそれぞれの体積を、球状の前記突起部のうち前記複数のフィンによって区画される対応する部分のそれぞれの体積と同一とする第４ステップと、
前記第４ステップで設定された前記ヒートシンクに前記半導体型光源を配置して駆動した場合についての前記半導体型光源の温度を熱流体解析により算出し、算出結果が前記理想形状として設定された前記ヒートシンクの前記第３ステップにおける前記算出結果に対応する目標温度となる前記諸元を求める第５ステップと
を含むヒートシンクの設計方法。

【請求項2】

前記第１ステップでは、前記平行配置形状における前記諸元の予測値に基づいて、前記放射配置形状における前記諸元を設定する
請求項１に記載のヒートシンクの設計方法。

【請求項3】

前記放射配置形状は、前記基準点を通り前記第２面に直交する軸線を中心として前記複数のフィンが放射状に延び出す形状である
請求項１又は請求項２に記載のヒートシンクの設計方法。

【請求項4】

前記第２ステップでは、前記突起部の径を、平面視で前記ベースのうち前記平行配置形状における前記複数のフィンが並ぶ方向の寸法の０．２倍以上０．８倍以下の値とする
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートシンクの設計方法。

【請求項5】

前記第３ステップを行った後、前記算出結果に応じて、前記第１ステップ及び前記第２ステップの設定を再度行い、当該再度の設定結果に基づいて前記第３ステップを行う
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートシンクの設計方法。

【請求項6】

板状であり、平面状の第１面及び当該第１面の反対側に配置される平面状の第２面を有し、前記第１面に半導体型光源が配置されるベースと、
少なくとも前記ベースの前記第２面に平行に配置される複数のフィンと、
前記ベースの前記第２面のうち、前記半導体型光源に対応する位置に配置される直方体状の突起部と、
を備え、灯具の光源ユニットに用いられるヒートシンクであって、
前記突起部は、前記ベースのうち前記複数のフィンが並ぶ配列方向について対称な形状であり、前記ベースのうち前記配列方向の中央から両側にかけて、前記第２面からの突出量が段階的に減少しており、
前記突起部は、前記複数のフィンによって区画される直方体状の区画部分を有し、前記ベースのうち前記配列方向の中央から両側にかけて、前記区画部分ごとに前記第２面からの突出量が段階的に減少している
ヒートシンク。

【請求項7】

前記突起部は、平面視において、前記半導体型光源上の基準点を基準とした点対称な形状である
請求項６に記載のヒートシンク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートシンクの設計方法、及びヒートシンクに関する。

【背景技術】

【0002】

車両に取り付けられる車両用灯具として、半導体型光源と、当該半導体型光源からの光を出射する光学機器と、当該半導体型光源が配置されるヒートシンクとを有する光学ユニットを備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような光学ユニットにおいて、ヒートシンクは、半導体型光源を支持すると共に、半導体型光源で発生した熱を放熱する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１６５７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の光学ユニットにおいて、ヒートシンクを設計する際には、放熱性能に優れた構成を効率的に設計することが求められている。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、放熱性能に優れた構成を効率的に設計することが可能なヒートシンクの設計方法、及びヒートシンクを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るヒートシンクの設計方法は、板状であり、平面状の第１面及び当該第１面の反対側に配置される平面状の第２面を有し、前記第１面に半導体型光源が配置されるベースと、少なくとも前記ベースの前記第２面に配置される複数のフィンと、を備え、灯具の光源ユニットに用いられるヒートシンクの設計方法であって、前記光源ユニットの外形寸法に基づいて前記ベースの形状及び寸法を設定し、前記ベースの前記第２面に放射状に配置される放射配置形状として前記複数のフィンの形状を設定し、前記放射配置形状における前記複数のフィンの枚数、表面積及び前記ヒートシンクの質量を含む諸元を設定する第１ステップと、前記第１ステップで設定された前記ヒートシンクの形状に対して、前記半導体型光源上の基準点を中心とする球状の突起部を前記ベースの前記第２面に設定し、前記突起部の径を設定する第２ステップと、前記第１ステップ及び前記第２ステップで設定された前記ヒートシンクに前記半導体型光源を配置して駆動する場合の前記半導体型光源の温度を熱流体解析により算出し、算出結果が所定の許容温度以下となる前記ヒートシンクの形状を理想形状として設定する第３ステップと、前記理想形状として設定された前記ヒートシンクについて、前記複数のフィンの形状を前記ベースの前記第２面に互いに平行に配置される平行配置形状に変更し、前記平行配置形状における前記諸元を前記放射配置形状における前記諸元と対応させて設定し、前記突起部の形状を直方体状に変更し、直方体状の前記突起部のうち前記複数のフィンによって区画される部分のそれぞれの体積を、球状の前記突起部のうち前記複数のフィンによって区画される対応する部分のそれぞれの体積と同一とする第４ステップと、前記第４ステップで設定された前記ヒートシンクに前記半導体型光源を配置して駆動した場合についての前記半導体型光源の温度を熱流体解析により算出し、算出結果が前記理想形状として設定された前記ヒートシンクの前記第３ステップにおける前記算出結果に対応する目標温度となる前記諸元を求める第５ステップとを含む。

【0007】

また、上記のヒートシンクの設計方法において、前記第１ステップでは、前記平行配置状態における前記諸元の予測値に基づいて、前記放射配置形状における前記諸元を設定してもよい。

【0008】

また、上記のヒートシンクの設計方法において、前記放射配置形状は、前記基準点を通り前記第２面に直交する軸線を中心として前記複数のフィンが放射状に延び出す形状であってもよい。

【0009】

また、上記のヒートシンクの設計方法において、前記第２ステップでは、前記突起部の径を、平面視で前記ベースのうち前記平行配置形状における前記複数のフィンが並ぶ方向の寸法の０．２倍以上０．８倍以下の値としてもよい。

【0010】

また、上記のヒートシンクの設計方法において、前記第３ステップを行った後、前記算出結果に応じて、前記第１ステップ及び前記第２ステップの設定を再度行い、当該再度の設定結果に基づいて前記第３ステップを行ってもよい。

【0011】

本発明に係るヒートシンクは、板状であり、平面状の第１面及び当該第１面の反対側に配置される平面状の第２面を有し、前記第１面に半導体型光源が配置されるベースと、少なくとも前記ベースの前記第２面に平行に配置される複数のフィンと、前記ベースの前記第２面のうち、前記半導体型光源に対応する位置に配置される直方体状の突起部と、を備え、灯具の光源ユニットに用いられるヒートシンクであって、前記突起部は、前記ベースのうち前記複数のフィンが並ぶ配列方向について対称な形状であり、前記ベースのうち前記配列方向の中央から両側にかけて、前記第２面からの突出量が段階的に減少している。

【0012】

また、上記のヒートシンクにおいて、前記突起部は、前記複数のフィンによって区画される直方体状の区画部分を有し、前記ベースのうち前記配列方向の中央から両側にかけて、前記区画部分ごとに前記第２面からの突出量が段階的に減少していてもよい。

【0013】

また、上記のヒートシンクにおいて、前記突起部は、平面視において、前記基準点を基準とした点対称な形状であってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、放熱性能に優れた構成を効率的に設計することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本実施形態に係るヒートシンクの一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るヒートシンクの一例を示す側面図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るヒートシンクの一例を示す底面図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るヒートシンクの設計方法の一例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、第１ステップにおいて設定されるヒートシンクの一例を示す斜視図である。

【図6】図６は、第２ステップにおいて設定されるヒートシンクの一例を示す側面図である。

【図7】図７は、第４ステップにおいて設定されるヒートシンクの一例を示す側面図である。

【図8】図８は、第４ステップにおいて設定されるヒートシンクの一例を示す側面図である。

【図9】図９は、実施例１に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図10】図１０は、実施例１に係るヒートシンクを示す側面図である。

【図11】図１１は、実施例２に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図12】図１２は、実施例３に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図13】図１３は、実施例４に係るヒートシンクの一例を示す斜視図である。

【図14】図１４は、実施例４に係るヒートシンクの他の例を示す斜視図である。

【図15】図１５は、実施例４に係るヒートシンクの他の例を示す斜視図である。

【図16】図１６は、実施例５に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図17】図１７は、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの総表面積を示すグラフである。

【図18】図１８は、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの質量を示すグラフである。

【図19】図１９は、比較例１に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図20】図２０は、比較例２に係るヒートシンクを示す底面図である。

【図21】図２１は、比較例３に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図22】図２２は、比較例４に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図23】図２３は、実施例６に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【図24】図２４は、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの総表面積を示すグラフである。

【図25】図２５は、実施例７に係るヒートシンクの一例を示す斜視図である。

【図26】図２６は、実施例７に係るヒートシンクの他の例を示す斜視図である。

【図27】図２７は、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの総表面積を示すグラフである。

【図28】図２８は、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの質量を示すグラフである。

【図29】図２９は、実施例８に係るヒートシンクの一例を示す斜視図である。

【図30】図３０は、実施例８に係るヒートシンクの他の例を示す斜視図である。

【図31】図３１は、実施例９に係るヒートシンクを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係るヒートシンクの設計方法、及びヒートシンクの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0017】

図１は、本実施形態に係るヒートシンク１００の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るヒートシンク１００の一例を示す側面図である。図３は、本実施形態に係るヒートシンク１００の一例を示す底面図である。図１から図３に示すヒートシンク１００は、例えば車両用灯具の光源ユニット２００に用いられる。なお、光源ユニット２００は、所定の方向に光を照射する車両用前照灯等に用いられることがより好ましいが、これに限定されず、他の種類の車両用灯具に用いられてもよい。以下の説明において、ヒートシンク１００の方向を説明する場合、前後、左右、上下の各表記を用いる場合がある。その場合、前後、左右、上下の各方向は、車両用灯具が車両に搭載された車両搭載状態における方向であって、運転席から車両の進行方向を見た場合における方向を示す。なお、本実施形態では、上下方向は鉛直方向に平行であり、左右方向は水平方向であるとする。図１から図３に示すように、ヒートシンク１００は、ベース１０と、複数のフィン２０と、突起部３０とを備える。

【0018】

ベース１０は、板状であり、平面状の第１面１１と、当該第１面１１の反対側に配置される平面状の第２面１２とを有する。本実施形態において、第１面１１と第２面１２とは平行であるが、これに限定されない。第１面１１には、半導体型光源４０が配置される。半導体型光源４０は、例えばＬＥＤやＯＥＬ、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などが用いられる。半導体型光源４０は、１つ又は複数配置される。各半導体型光源４０は、第１面１１とは反対側に平面状の発光面４１を有する。ヒートシンク１００に半導体型光源４０が配置されることにより、光源ユニット２００が構成される。

【0019】

半導体型光源４０は、例えばベース１０のうち、第１面１１及び第２面１２に平行な方向であって互いに直交する第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のそれぞれの中央の位置に配置される。なお、ヒートシンク１００が車両に搭載される場合、例えば第１方向Ｄ１が前後方向となり、第２方向Ｄ２が左右方向となるように搭載することができる。この場合、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２にそれぞれ直交する第３方向Ｄ３は、車両搭載状態における上下方向に相当する。

【0020】

ベース１０は、第１方向Ｄ１の一方（車両搭載状態における前方）の端辺１３が直線状であり、他方（車両搭載状態における後方）の端辺１４が円弧状であるが、これに限定されない。また、ベース１０は、例えば第２方向Ｄ２の両側の端辺が直線状であるが、これに限定されない。

【0021】

複数のフィン２０は、板状であり、ベース１０の第１面１１及び第２面１２に配置される。複数のフィン２０は、第２方向Ｄ２に並んだ状態で配置され、互いに平行である。複数のフィン２０は、例えば第１面１１及び第２面１２に対して垂直に配置され、かつ、第１方向Ｄ１に平行に配置される。複数のフィン２０は、例えばベース１０から先端にかけて厚さ（第２方向Ｄ２の寸法）が薄くなっているが、これに限定されず、均一な厚さを有していてもよい。複数のフィン２０は、第１面１１に配置されるフィン２１と、第２面１２に配置されるフィン２２とを有する。なお、フィン２１は、配置されなくてもよい。また、第２面１２に配置されるフィン２２により、ベース１０の第２面１２側の空間が第２方向Ｄ２について区画されている。

【0022】

突起部３０は、ベース１０の第２面１２のうち、半導体型光源４０に対応する位置に配置される。突起部３０は、第２面１２から当該第２面１２の法線方向である第３方向Ｄ３の一方（図中下方）に突出している。なお、ヒートシンク１００を車両に搭載する場合、第３方向Ｄ３を車両搭載状態における上下方向とすることができる。

【0023】

なお、図２に示すように、突起部３０は、基準点Ｐを中心として第２方向Ｄ２について対称な形状である。突起部３０は、第２方向Ｄ２の中央から両側にかけて、第２面１２からの突出量が段階的に減少している。つまり、突起部３０は、第２方向Ｄ２の中央から両側にかけて、第３方向Ｄ３の寸法（以下、厚さと表記する）が段階的に減少している。

【0024】

図２に示すように、突起部３０は、第２方向Ｄ２の中央から両側にかけて、区画部分３１ごとに厚さが段階的に減少している。例えば、第２方向Ｄ２の中央側の区画部分３１（３１ａ、３１ｂ）の厚さｔ１よりも、第２方向Ｄ２の両側の区画部分３１（以下、３１ｃ、３１ｄと表記する）の厚さｔ２の方が薄くなっている。図１では、中央側の区画部分３１ａ、３１ｂと、両側の区画部分３１ｃ、３１ｄの２段階の厚さとなっているが、これに限定されず、第２方向Ｄ２の中央から両側にかけて、３段階以上に厚さが変化する構成であってもよい。

【0025】

また、図３に示すように、突起部３０は、基準点Ｐを中心として第１方向Ｄ１についても対称な構成を有している。したがって、突起部３０は、平面視において、基準点Ｐを中心とした点対称の構成を有している。突起部３０は、第１方向Ｄ１の中央から両側にかけて、第１方向Ｄ１の寸法（以下、長さと表記する）が段階的に短くなっている。図３に示すように、第１方向Ｄ１の中央側の区画部分３１ａ、３１ｂの長さｈ１よりも、第１方向Ｄ１の両側の区画部分３１ｃ、３１ｄの長さｈ２の方が短くなっている。図３では、中央側の区画部分３１ａ、３１ｂと、両側の区画部分３１ｃ、３１ｄの２段階の長さとなっているが、これに限定されず、第１方向Ｄ１の中央から両側にかけて、３段階以上に長さが変化する構成であってもよい。

【0026】

このように、突起部３０は、区画部分３１ａ～３１ｄの厚さ（ｔ１、ｔ２）及び長さ（ｈ１、ｈ２）を設定することにより、各区画部分３１ａ～３１ｄの体積を個別に設定可能となっている。上記の例において、突起部３０の外形は、第２方向Ｄ２の中央から両側にかけて、段階的に厚さが薄く、長さが短くなる構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、突起部３０の外形は、第２方向Ｄ２の中央から両側にかけて、厚さ及び長さの一方のみが変化する構成であってもよい。

【0027】

［ヒートシンクの設計方法］
次に、上記のように構成されるヒートシンク１００の設計方法を説明する。図４は、本実施形態に係るヒートシンク１００の設計方法の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、車両用灯具用のヒートシンクの設計方法は、以下説明する第１ステップＳ１０、第２ステップＳ２０、第３ステップＳ３０、第４ステップＳ４０、及び第５ステップＳ５０を含む。

【0028】

＜第１ステップ＞
図５は、第１ステップＳ１０において設定されるヒートシンク１００Ｒの一例を示す斜視図である。第１ステップＳ１０では、光源ユニット２００の外形寸法に基づいてベース１０Ｒの形状及び寸法を設定する。また、第１ステップＳ１０では、ベース１０Ｒの第２面１２Ｒに放射状に配置される放射配置形状として複数のフィン２０Ｒの形状を設定し、放射配置形状における複数のフィン２０Ｒの枚数、表面積及び質量を含む諸元を設定する。

【0029】

例えば車両用灯具の形状及び寸法は、車体における車両用灯具周りの形状及び寸法に応じて設定される。車両用灯具の形状及び寸法が設定されると、光源ユニット２００の外形寸法（高さ×幅×奥行）が設定可能となる。次に、レンズ、リフレクタ等の光学的な部品配置によって半導体型光源４０の位置とヒートシンク１００Ｒの許容寸法が設定され、ヒートシンク１００Ｒの詳細設計が開始される。

【0030】

ヒートシンクの製造のしやすさ等を考慮せずに、純粋に熱の拡散のみに着目した場合、理想的なヒートシンクの形状は球形状となる。厳密には、車両用灯具では光学部品を取り付ける必要があるため、完全な球形状のヒートシンクとはならず、一部分が切り欠かれた形状となる。ただし、ヒートシンクを球形状とする場合、フィンを曲面で構成する必要があるため、設計及び製造が難しく、生産現場での部品の組み付けや取り回しに難点がある。そのため、球形状を除くと、熱の拡散に沿ったフィンの配置は、放射状が最も理想的となる。したがって、第１ステップＳ１０では、光源ユニット２００の外形寸法に収まるように放射状に配置した形状のフィン２０Ｒを有するヒートシンク１００Ｒを理想形状と想定する。

【0031】

半導体型光源４０を通り第３方向Ｄ３に平行な軸線を中心として放射状にフィン２０Ｒを配置すれば、各フィン２０Ｒに均等に熱エネルギーが分配され、良好な放熱性能が得られる。例えば、アルミダイキャスト等によりヒートシンクを製造する場合、フィンには先端に行くほど薄くなるようにテーパが付けられている。このテーパ付のフィンを放射状に配置すると、上記軸線の周囲では当該軸線を中心とした円柱状となり、熱エネルギーを蓄える効果が得られ、フィンへの熱の伝達が促進される。一方、テーパが無い場合及びテーパが小さい場合は、半導体型光源４０に対応する位置に球形の突起部を設けることで、同様の効果が得られる。

【0032】

第１ステップＳ１０では、例えばフィン２０Ｒが設けられるベース１０Ｒの形状及び寸法、フィン２０Ｒの枚数、ヒートシンク１００Ｒの総質量、フィン２０Ｒの総表面積等の諸元を設定する。また、第１ステップＳ１０では、過去に作成されたヒートシンクにおけるベースの形状及び寸法、フィン２０の諸元等を用いて、ベース１０Ｒの形状及び寸法と、フィン２０Ｒの諸元との予測値を求めてもよい。なお、フィン２０Ｒの枚数については、例えば以下の第３ステップＳ３０の結果に応じて、最も冷却効果の高いフィン２０Ｒの枚数を設定してもよい。

【0033】

フィン２０Ｒの枚数は、ヒートシンク１００Ｒの外形寸法及び半導体型光源４０の許容温度によって最終的に設定される。第１ステップＳ１０では、過去に作成されたヒートシンクから推測して、例えば１２枚から２０枚程度と推測できるが、これに限定されない。フィン２０Ｒの配置角度は、熱の均等な伝達を考慮して、同一の角度間隔とすることができるが、必ずしも半導体型光源４０を中心として第１方向Ｄ１又は第２方向Ｄ２について対称とする必要はない。また、フィン２０Ｒは、当該隣り合うフィン２０Ｒ同士の間を通過する空気の流れ等を考慮して配置を設定することができる。

【0034】

＜第２ステップ＞
図６は、第２ステップＳ２０において設定されるヒートシンク１００Ｒの一例を示す側面図である。第２ステップＳ２０では、上記した第１ステップＳ１０で設定されたヒートシンク１００Ｒの形状に対して、半導体型光源４０上の基準点Ｐを中心とする球状の突起部５０をベース１０Ｒの第２面１２Ｒに設定し、突起部５０の径を設定する。

【0035】

半導体型光源４０が発する熱エネルギーをベース１０Ｒからフィン２０Ｒに伝達する際、ベース１０Ｒの厚さが熱の伝達に対して不十分な場合、フィン２０Ｒへ到達する熱量が少なくなり、その結果、ヒートシンク１００Ｒの放熱性能は低下する。一般に半導体型光源４０は、ヒートシンク１００Ｒに対して十分小さく点熱源と見なすことができる。このため、半導体型光源４０からの熱量は、ヒートシンク１００Ｒの内部に放射状に拡散しようとする。そこで、第２ステップＳ２０では、フィン２０Ｒが取り付けられるベース１０Ｒの第２面１２Ｒに、半導体型光源４０の基準点Ｐを中心とする球状（楕円球を含む）の突起部５０を設定し、熱エネルギーの拡散を促進する。なお、突起部５０の径については、半導体型光源４０の発熱量、許容温度、ヒートシンク１００Ｒの形状に応じて設定することができる。また、突起部５０の径が大きくなると、半導体型光源４０の裏面側に配置されるフィン２０Ｒの面積が小さくなる。そのため、フィン２０Ｒを第３方向Ｄ３に延長してもよい。なお、フィン２０Ｒを十分に延長できない等の制約が生じた場合は、突起部５０の球形を非対称とするなどして、半導体型光源４０の冷却に必要なフィン２０Ｒの面積を確保する。

【0036】

なお、所定の突起部５０の径Ｒは、例えばベース１０Ｒのうち第１方向Ｄ１についての寸法Ｌの０．２倍以上、０．８倍以下の値とすることができる。つまり、所定の径Ｒは、０．２Ｌ≦Ｒ≦０．８Ｌを満たす。なお、所定の径Ｒは、当該範囲に限定されず、原則として０＜Ｒ≦Ｌの範囲の値であれば、他の値であってもよい。

【0037】

＜第３ステップ＞
第３ステップＳ３０では、第１ステップＳ１０及び第２ステップＳ２０で設定されたヒートシンク１００Ｒに半導体型光源４０を配置して駆動する場合の半導体型光源４０の温度を熱流体解析により算出し、算出結果が所定の許容温度以下となるヒートシンク１００Ｒの形状を理想形状として設定する。

【0038】

上記第１ステップＳ１０及び第２ステップＳ２０においてヒートシンク１００Ｒの形状及び寸法が設定された場合、あるいはフィン２０Ｒの枚数が異なる複数のヒートシンク１００Ｒの形状及び寸法が設定された場合、熱流体解析によって半導体型光源４０の温度を算出し、周囲空気温度及び半導体型光源４０の仕様によって決まる許容温度と比較する。この場合、許容温度は絶対的な上限温度では無く、マージンを見込んだ値である。したがって、算出された半導体型光源４０の温度と許容温度との差だけではなく、マージンを検討対象とし、ヒートシンク１００Ｒの理想形状を設定する。また、ヒートシンク１００Ｒの理想形状を設定するに当たり、ヒートシンク１００Ｒの質量を検討対象としてもよい。例えば、複数のヒートシンク１００Ｒについて熱流体解析を行い、算出された半導体型光源４０の温度が同様の値である場合、質量が小さい方のヒートシンク１００Ｒの形状を理想形状とすることができる。

【0039】

理想形状として設定されたヒートシンク１００Ｒについての算出結果（半導体型光源４０の温度）は、車両用灯具の内部の光源ユニット２００の外形寸法において実現できる最も低い温度であるとみなし、以降の第４ステップＳ４０及び第５ステップＳ５０における目標温度とする。

【0040】

なお、第３ステップＳ３０を行った後、算出結果（半導体型光源４０の温度）に応じて、第１ステップＳ１０及び第２ステップＳ２０の設定を再度行い、当該再度の設定結果に基づいて第３ステップＳ３０を行ってもよい。例えば、第３ステップＳ３０において、半導体型光源４０の温度が所定温度以下の温度となるヒートシンク１００Ｒが存在しない場合、第１ステップＳ１０及び第２ステップＳ２０において諸元を変更した後、第３ステップＳ３０を行ってもよい。

【0041】

＜第４ステップ＞
図７及び図８は、第４ステップＳ４０において設定されるヒートシンク１００Ｓの一例を示す側面図である。第４ステップＳ４０では、図７に示すように、理想形状として設定されたヒートシンク１００Ｒについて、複数のフィン２０Ｒの形状をベース１０Ｒの第２面１２Ｒに互いに平行に配置される平行配置形状に変更し、平行配置形状における複数のフィン２０Ｓの諸元を放射配置形状における複数のフィン２０Ｒの諸元と対応させて設定する。また、第４ステップＳ４０では、図８に示すように、突起部５０の形状を直方体状の突起部３０に変更し、直方体状の突起部３０のうち複数のフィン２０Ｓによって区画される区画部分３１のそれぞれの体積を、球状の突起部５０のうち複数のフィン２０Ｓによって区画される対応する区画部分５１のそれぞれの体積と同一とする。

【0042】

放射配置形状のフィン２０Ｒ自体は製造可能であるが、ヒートシンク１００Ｒの形状の複雑化が避けられないため、設計及び製造がより容易な平行配置形状のフィン２０Ｓによるヒートシンク形状とする必要がある。そこで、理想形状としたヒートシンク１００Ｒを基に平行配置形状のフィン２０Ｓによるヒートシンク１００Ｓの形状を求める。この場合、ベース１０Ｒの形状は変化させず、フィン２０Ｓの表面積及びヒートシンク１００Ｓの質量がフィン２０Ｒの表面積及びヒートシンク１００Ｒの質量と同一又はほぼ同一となるように、フィン２０Ｓの枚数を決定する。

【0043】

また、球状の突起部５０は、同様に設計及び製造を容易にするため、フィン２０Ｓで区切られる区画部分５１ごとに、同一の体積の直方体状の区画部分３１に置き換える。なお、突起部３０は、各区画部分３１の体積が対応する区画部分５１の体積と同一であれば、極端に形状を変えない限り、熱エネルギーを蓄える熱容量は等しくなる。

【0044】

また、平行配置形状とした場合の隣り合うフィン２０Ｓ同士の間の空間は、冷却空気の通路となっている。自然対流の場合は、フィン２０Ｓの表面で徐々に発達する流れ及び温度の境界層（実質的に流路が狭くなる）を考慮して、一定の間隔（例えば、１０ｍｍ程度）を保持する必要がある。ただし、フィン２０Ｓの総面積はフィン２０Ｓの枚数に比例するため、隣り合うフィン２０Ｓ同士の間隔がより狭い場合でも、冷却効果が高まる場合が考えられる。そのため、フィン２０Ｓの枚数については、以下の第５ステップＳ５０の算出結果に基づいて、最適な値を設定してもよい。

【0045】

＜第５ステップ＞
第５ステップＳ５０では、第４ステップＳ４０で設定されたヒートシンク１００Ｓに半導体型光源４０を配置して駆動した場合についての半導体型光源４０の温度を熱流体解析により算出し、算出結果が目標温度となる複数のフィン２０Ｓの諸元を求める。ここで、目標温度とは、理想形状として設定されたヒートシンク１００Ｒの第３ステップＳ３０における算出結果に対応する温度である。例えば、目標温度は、第３ステップＳ３０における算出結果と等しい温度であってもよいし、当該算出結果を含んで設定される所定範囲内の温度であってもよい。

【0046】

第５ステップＳ５０では、平行配置形状のフィン２０Ｓによる実用的なヒートシンク１００Ｓの形状が決まった段階で熱流体解析を実施し、半導体型光源４０の温度を算出する。このとき、半導体型光源４０の温度が許容温度を大きく超える場合は、突起部３０の形状及び寸法を変更する修正、あるいはフィン２０Ｓの面積を増加させる修正を行うことにより、算出結果を低減させるようにする。この場合、半導体型光源４０からの熱エネルギーを蓄えるのに十分な体積の突起部３０を配置し、熱を空気中に放出するフィン２０Ｓの面積を十分に確保することを考慮して行う。この修正により、目標温度に対応する温度、つまり目標温度又は目標温度に近い温度が得られた場合、ヒートシンク１００Ｓの形状に製造上の問題点が無ければ、当該ヒートシンク１００Ｓの形状を、ヒートシンク１００の最適形状として、設計を終了する。

【0047】

なお、ヒートシンク１００の最適形状を求めた後、車両用灯具の設計の進行に応じて、ヒートシンク１００の形状を変える必要が生じる場合も考えられる。その場合には、質量（熱容量）の変化とフィン２０の面積（放熱面積）の変化の両面から形状変化が与える影響を検討し、両者の変動が小さい場合は決定した理想形状に対する温度変化で、形状変更の影響を評価する。一方、質量と面積が大きく変化し、光学ユニット２００の外形寸法が変わる場合は、第１ステップＳ１０に戻って再度設計を行うこともできる。

【0048】

以上のように、本実施形態によれば、板状であり、平面状の第１面１１及び当該第１面１１の反対側に配置される平面状の第２面１２を有し、第１面１１に半導体型光源４０が配置されるベース１０と、少なくともベースの第２面１２に配置される複数のフィン２０と、を備え、灯具の光源ユニット２００に用いられるヒートシンク１００の設計方法であって、第１ステップＳ１０と、第２ステップＳ２０と、第３ステップＳ３０と、第４ステップＳ４０と、第５ステップＳ５０とを含むものである。これにより、放熱性能に優れた構成を効率的に設計することが可能となる。

【0049】

また、本実施形態に係るヒートシンクの設計方法において、第１ステップＳ１０では、平行配置状態における諸元の予測値に基づいて、放射配置形状における諸元を設定する。これにより、放射配置形状における諸元を効率的に設定することができる。

【0050】

また、本実施形態に係るヒートシンクの設計方法において、放射配置形状は、基準点Ｐを通り第２面１２に直交する軸線を中心として複数のフィン２０が放射状に延び出す形状である。このように、複数のフィン２０の形状を、発熱源の中心から放射方向に伝達する熱の伝達方向に沿った形状とすることにより、純粋に熱の拡散のみに着目した場合の理想に近い状態とすることができる。

【0051】

また、本実施形態に係るヒートシンクの設計方法において、第２ステップＳ２０では、球状の突起部５０の径を、平面視でベース１０のうち第２方向Ｄ２の寸法の０．２倍以上０．８倍以下の値とする。これにより、突起部５０をベース１０内に確実に収めることができる。

【0052】

また、本実施形態に係るヒートシンクの設計方法において、第３ステップを行った後、算出結果に応じて、第１ステップ及び第２ステップの設定を再度行い、当該再度の設定結果に基づいて第３ステップを行う。これにより、放熱性能に優れたヒートシンク１００を設計することができる。

【0053】

本実施形態に係るヒートシンク１００は、板状であり、平面状の第１面１１及び第２面１２を有し、第１面１１に半導体型光源４０が配置されるベース１０と、少なくともベース１０の第２面１２に平行に配置される複数のフィン２０と、ベース１０の第２面１２のうち、半導体型光源４０に対応する位置に配置される直方体状の突起部３０と、を備え、灯具の光源ユニット２００に用いられるヒートシンク１００であって、突起部３０は、ベース１０のうち複数のフィン２０が並ぶ配列方向について対称な形状であり、ベース１０のうち配列方向の中央から両側にかけて、第２面１２からの突出量が段階的に減少している。これにより、半導体型光源４０からの熱を突起部３０からフィン２０へと確実に伝達することができる。

【0054】

また、本実施形態に係るヒートシンク１００は、車両用灯具の光源ユニット２００に用いられる。この場合、ヒートシンク１００は、光源ユニット２００の周囲の構造により、ほぼ閉空間内部での放熱となる。本実施形態に係るヒートシンクの設計方法によってヒートシンク１００を設計することにより、放熱性能に優れた構成を効率的に設計することが可能となるため、閉空間内部においても放熱性能に優れたヒートシンク１００を有する光源ユニット２００を車両用灯具に搭載できる。

【0055】

また、本実施形態に係るヒートシンク１００において、突起部３０は、複数のフィン２０によって区画される直方体状の区画部分３１を有し、ベース１０のうち配列方向の中央から両側にかけて、区画部分３１ごとに第２面１２からの突出量が段階的に減少している。この場合、突起部３０を容易に設計及び製造することができる。

【0056】

また、本実施形態に係るヒートシンク１００において、突起部３０は、平面視において、基準点Ｐを基準とした点対称な形状である。これにより、突起部３０をより容易に設計及び製造することができる。

【0057】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、車両用灯具に用いられる光源ユニット２００のヒートシンク１００を設計する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、車両用灯具とは異なる種類の灯具に用いられる光源ユニットのヒートシンクを設計する場合についても適用可能である。

【実施例1】

【0058】

以下、本実施形態に係るヒートシンクの設計方法に従ってヒートシンクの設計を行った実施例を説明する。なお、ヒートシンクの各部の構成及び方向については、上記実施形態に記載のヒートシンク１０１の構成及び第１方向Ｄ１～第３方向Ｄ３に対応させて説明する。

【0059】

図９は、実施例１に係るヒートシンク１０１を示す斜視図である。図１０は、実施例１に係るヒートシンク１００を示す側面図である。

【0060】

図９及び図１０に示すように、ベース１１０の形状は円形状とした。本実施例１では、ベース１１０の直径は９０ｍｍとし、ベース１１０の厚さ（第３方向Ｄ３の寸法）を３ｍｍとし、フィン１２０（第２面１１２側のフィン１２２）の高さ（第３方向Ｄ３の寸法）を５０ｍｍとした。また、フィン１２２の厚さ（第２方向Ｄ２の寸法）については、ベース１１０側を２．５ｍｍとし、勾配１°で先端に向けて薄くなる形状とした。なお、フィン１２２の先端の形状は０．７５ｍｍとした。なお、この構成では、半導体型光源１４０の直下において、フィン１２２が交差して円柱形状となる。

【0061】

このように設定したヒートシンク１０１について、半導体型光源１４０の消費電力を１９Ｗとし、外気温度を２５℃とし、半導体型光源１４０の温度検出点における温度（以下ケース温度Ｔｃと表記）の目標値を６８℃以下とし、ヒートシンク１０１の熱伝導率を１１９Ｗ／ｍ－Ｋとして、熱流体解析を行った。なお、以下の各実施例においても、熱流体解析を行う場合、実施例１と同一条件で行っている。そのため、以下の各実施例では、熱流体解析の条件の説明を省略する。

【0062】

表１は、フィン１２２の枚数を変化させた場合において、当該熱流体解析によるケース温度Ｔｃ及びヒートシンク１０１の質量の関係を示す。

【0063】

【表1】

【0064】

表１により、ケース温度Ｔｃが最も低くなるのは、フィン１２２の枚数が２０枚の場合（質量２３７ｇ）であり、６８．６℃であった。また、フィン１２２の枚数が１６枚の場合（質量２０２ｇ）には、ケース温度Ｔｃが６８．９℃であった。フィン１２２の枚数が１６枚の場合の結果は、フィン１２２の枚数が２０枚の場合の結果と比較して、ケース温度Ｔｃの差は０．３℃と小さいが、ヒートシンク１０１の質量を軽量化できるため、フィン１２２が１６枚の場合の結果を最適形状とした。

【実施例2】

【0065】

図１１は、実施例２に係るヒートシンク１０２を示す斜視図である。図１１に示すように、実施例２に係るヒートシンク１０２は、実施例１の最適形状としたヒートシンク１０１（フィン１２２が１６枚の場合の形状）に対して、ベース１１０の第１面１１１にフィン１２１を５枚追加配置した形状（質量２１４ｇ）を設計した。

【0066】

このように設定したヒートシンク１０２について、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは、６８℃となり、目標温度を満たす結果が得られた。

【実施例3】

【0067】

図１２は、実施例３に係るヒートシンク１０３を示す斜視図である。ヒートシンクのベースの形状は、光学部品等を取り付けたユニットを車両用灯具の内部に設置する際に光漏れを防ぐ、等の理由で、ベースの前端は直線状であることが望ましい。したがって、図１２に示すように、実施例３に係るヒートシンク１０３は、実施例２のヒートシンク１０２に対して、ベース１１０のうち第１方向Ｄ１の一方側（車両搭載状態における前側）を直線状に切り欠いた形状（直線部１１３）とした。

【0068】

このように設定したヒートシンク１０３について、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは、６８．３℃となった。

【0069】

表２は、実施例２に係るヒートシンク１０２と実施例３に係るヒートシンク１０３との間で、ケース温度Ｔｃ及びフィン１２０の総面積を比較して示すものである。

【0070】

【表2】

【0071】

一般に、層流における垂直加熱平面と水平加熱平面の熱伝達率ｈは、以下の式から求められる。
ｈ ＝ Ｎｕ・λ／Ｌ ・・・（１）
ここで、λ：空気の熱伝導率
Ｌ：代表長さ、
Ｎｕ：ヌセルト数
また、
Ｎｕ＝Ｃ（ Ｇｒ・Ｐｒ ）０．２５ ・・・（２）
ここで、Ｇｒ：グラスホフ数
Ｐｒ： プラントル数
Ｃ＝０．５９ 垂直平板
Ｃ＝０．５４ 上面加熱水平平板
Ｃ＝０．２７ 下面加熱水平平板
式（１）より、代表長さＬが同一であれば、ヒートシンク表面の熱伝達率は、面の方向のみによって決まる。そこで、ヒートシンクの表面積を面の方向（垂直、水平上面加熱、水平下面加熱）に分けて算出し、垂直面にはＣ＝０．９５を、水平面にはそれぞれの係数Ｃを垂直平板の係数Ｃで除した値を乗じて垂直面積相当に換算した等価表面積を求めた（表３に示す）。

【0072】

【表3】

【0073】

表３より、実施例３のヒートシンク１０３の総等価表面積は、実施例２のヒートシンク１０２に比べて約１％小さくなっており、そのためケース温度Ｔｃが０．３℃上昇したと考えられるが、その差は僅かなため、ベース形状変更の影響は小さいと考える。なお、等価表面積では係数Ｃが大きい垂直平板と上面水平平板の面積が全体の９６％を占めているため、以下に述べるヒートシンクの評価では、等価表面積ではなく表面積の合計である総表面積を対象とする。

【実施例4】

【0074】

図１３～図１５は、実施例４に係るヒートシンクの一例を示す斜視図である。図１３～図１５では、ベース１１０の第１面１１１側のフィン１２１の図示を省略している。

【0075】

図１３に示すヒートシンク１０４Ａは、実施例３の放射配置形状のフィン１２０をより製造し易い平行配置形状のフィンに置き換えた構成を示している。隣り合うフィン１２０同士の間隔は、例えば１１ｍｍとした。フィン１２０を平行配置状態とする場合、半導体型光源１４０からの熱を蓄積して各フィン１２０に伝達する部分がベース１１０の第２面１１２側に無い。そのため、熱の拡散を促進する目的で、ベース１１０の第２面１１２に突起部を設ける必要がある。

【0076】

図１４に示すヒートシンク１０４Ｂは、ベース１１０の第２面１１２に突起部１５０を設けた構成を示している。実施例４においては、図１４に示すヒートシンク１０４Ｂのように、半導体型光源１４０の基準点Ｐを中心とし、径Ｒが５０ｍｍである球状の突起部１５０を有する構成とした。突起部１５０は、フィン１２０で区画された区画部分１５１を有している。また、フィン１２０のうち、突起部１５０に対応する第２方向Ｄ２の中央の３つのフィン１２２Ｂについては、表面積を確保するため、先端部が図中下方に延長された構成とした。

【0077】

図１５に示すヒートシンク１０４Ｃは、図１４に示すヒートシンク１０４Ｂの球状の突起部１５０を、直方体状の突起部１３０に置き換えた構成を示している。図１５に示すヒートシンク１０４Ｃのように、突起部１３０は、フィン１２０で区画された区画部分１３１を有している。実施例４では、各区画部分１３１の体積を、ヒートシンク１０４Ｂにおいて対応する区画部分１５１の体積と同一の体積とした。また、フィン１２０のうち、突起部１３０に対応する第２方向Ｄ２の中央の３つのフィン１２２Ｃについては、表面積を確保するため、先端部が図中下方に延長された構成とした。

【0078】

このように設定したヒートシンク１０４Ａ～１０４Ｃについて、熱流体解析を行った。その結果を表４に示す。

【0079】

【表4】

【0080】

表４に示すように、突起部１５０、１３０を設けることにより、突起部１５０、１３０を設けない構成に比べて、ケース温度Ｔｃが低下していることが確認された。

【実施例5】

【0081】

図１６は、実施例５に係るヒートシンク１０５を示す斜視図である。図１６に示すように、実施例５に係るヒートシンク１０５は、実施例４のヒートシンク１０４Ｃに対して、ベース１１０の第１面１１１にフィン１２１を５枚追加配置した形状とした。なお、実施例５に係るヒートシンク１０５は、上記した実施形態に係るヒートシンク１００と同一構成である。

【0082】

このように設定したヒートシンク１０５について、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは実施例２に係るヒートシンク１０２と同様、６８℃となった。その結果を表４に示す。表４に示すように、突起部１５０、１３０を設けることにより、突起部１５０、１３０を設けない構成に比べて、ケース温度Ｔｃが低下していることが確認された。ただし、実施例５に係るヒートシンク１０５は、実施例２に係るヒートシンク１０２に比べて、表面積が７％小さく、質量が７％大きくなっている。

【0083】

一般的に、自然対流下において平行配置形状のフィンを有するヒートシンクは、半導体型光源から発生した熱量を半導体型光源の近傍の体積（熱容量）の大きな領域に蓄積した後に各フィンに伝達して、フィン表面より外部空気に放出する構造となっている。従って、ヒートシンクの冷却性能の評価に関しては、発熱部からのヒートシンクの体積と表面積の変化も考慮すべきである。

【0084】

図１７は、実施例２に係るヒートシンク１０２及び実施例５に係るヒートシンク１０５について、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの総表面積を示すグラフである。図１７において、横軸が球体の半径を示し、縦軸が表面積を示す。図１８は、実施例２に係るヒートシンク１０２及び実施例５に係るヒートシンク１０５について、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの質量を示すグラフである。図１８において、横軸が球体の半径を示し、縦軸が質量を示す。

【0085】

図１７及び図１８に示すように、表面積の増加は、実施例２に係るヒートシンク１０２の方が大きい。一方、半導体型光源１４０の近傍の質量（熱容量）の増加は、実施例５に係るヒートシンク１０５の方が大きい。この２つのパラメータの増減により、両者のケース温度Ｔｃが同じになったと考えられる。

【実施例6】

【0086】

図１９は、比較例１に係るヒートシンク１０６Ａを示す斜視図である。図１９に示すように、比較例１に係るヒートシンク１０６Ａは、実施例５のヒートシンク１０５に対して、ベース１１０のうち円弧状であった部分を複数の直線部１１５で構成した形状としている。また、第２面１１２側のフィン１２２の高さ（第３方向Ｄ３の寸法）をすべて等しい高さ（５０ｍｍ）とした。この結果、ヒートシンク１０６Ａの総表面積は、実施例５に係るヒートシンク１０５の総表面積よりも６％減少して７３９ｃｍ^２となった。このように設定したヒートシンク１０６Ａについて、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは６９℃となった。

【0087】

図２０は、比較例２に係るヒートシンク１０６Ｂを示す底面図である。図２０に示すように、比較例２に係るヒートシンク１０６Ｂは、比較例１のヒートシンク１０６Ａに対して、突起部１３５の寸法を大きくした構成となっている。突起部１３５は、第２方向Ｄ２の中央部から両側にかけてそれぞれ３つの区画に配置されている（区画部分１３６）。また、各区画部分１３６は、第１方向Ｄ１についても範囲が拡大されている。このように設定したヒートシンク１０６Ｂについて、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは６８．６℃となり、ヒートシンク１０６Ａに比べて０．４℃減少した。

【0088】

図２１は、比較例３に係るヒートシンク１０６Ｃを示す斜視図である。図２１に示すように、比較例３に係るヒートシンク１０６Ｃは、比較例１のヒートシンク１０６Ａに対して、ベース１１０の第２面１１２側において、第２方向Ｄ２の中央部に配置される３枚のフィン１２２の厚さｔ３（第２方向Ｄ２の寸法）を厚く設定した。つまり、ヒートシンク１０６Ａでは、フィン１２２のうちベース１１０の付け根部分の厚さが２．５ｍｍであったのに対して、比較例３に係るヒートシンク１０６Ｃでは、ベース１１０の付け根部分の厚さｔ３を４．５ｍｍとした。このように設定したヒートシンク１０６Ｃについて、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは６９．２℃となり、０．２℃上昇した。

【0089】

図２２は、比較例４に係るヒートシンク１０６Ｄを示す斜視図である。図２２に示すように、比較例４に係るヒートシンク１０６Ｄは、比較例１のヒートシンク１０６Ａに対して、ベース１１０の第２面１１２側において、第２方向Ｄ２の中央部ほど隣り合うフィン１２２同士の間隔を狭くなるようにした。比較例４では、フィン１２２の枚数とベース１１０の第２方向Ｄ２の寸法とを一定とし、フィン１２２の間隔を等比数列によって増加率を１．２として求めた。このように設定したヒートシンク１０６Ｄについて、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは６９．２℃となり、０．２℃上昇した。

【0090】

図２３は、実施例６に係るヒートシンク１０６Ｅを示す斜視図である。図２３に示すように、実施例６に係るヒートシンク１０６Ｅは、比較例１のヒートシンク１０６Ａに対して、ベース１１０の第２面１１２側のフィン１２２の枚数を増加させた構成とした。つまり、ヒートシンク１０６Ａでは、第２面１１２側のフィン１２２の枚数が９枚であったのに対して、実施例６に係るヒートシンク１０６Ｅでは、第２面１１２側のフィン１２２の枚数を１１枚とした。この結果、隣り合うフィン１２２同士の間隔は、１１ｍｍから９ｍｍとなった。このように設定したヒートシンク１０６Ｅについて、熱流体解析を行った結果、ケース温度Ｔｃは目標値の６８℃となった。

【0091】

以上の結果から、ケース温度Ｔｃを下げるには、フィン１２２の枚数を増やし、表面積を大きくする対策が最も効果的であることが判明した。また、ベース１１０の第２面１１２側の突起部１３０を大きくして熱容量を増加させる構成についても、ケース温度Ｔｃ低下の効果が認められた。一方、フィン１２２の厚さを厚くしてフィン自体の熱容量を増加させた場合や、半導体型光源１４０に近い部分のフィン１２２の数を多くして熱量の伝達経路を短くする場合では、冷却効果を低下させる結果となった。

【0092】

図２４は、比較例１に係るヒートシンク１０６Ａと、実施例６に係るヒートシンク１０６Ｅとについて、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの総表面積を示すグラフである。図２４において、横軸が球体の半径を示し、縦軸が表面積を示す。

【0093】

図２４に示すように、表面積の増加は、実施例６に係るヒートシンク１０６Ｅの方が比較例１に係るヒートシンク１０６Ａに比べて大きい。このため、実施例６に係るヒートシンク１０６Ｅの方が、蓄積された熱エネルギーの放出が促進されることが看取される。

【実施例7】

【0094】

図２５は、実施例７に係るヒートシンク１０７Ａを示す斜視図である。図２５に示すように、実施例７に係るヒートシンク１０７Ａは、実施例１に係るヒートシンク１０１に対して、ベース１１０の形状を長方形とした構成である。ベース１１０は、第１方向Ｄ１の寸法を６０ｍｍとし、第２方向Ｄ２の寸法を１１０ｍｍとした。ベース１１０の面積は、実施例１に係るヒートシンク１０１のベース１１０の面積とほぼ同じとした。

【0095】

第１面１１１側のフィン１２１の枚数は５枚とし、第２面１１２側のフィン１２２の枚数は１７枚とした。また、第２面１１２には、半導体型光源１４０の基準点Ｐを中心とし、半径５０ｍｍの球状の突起部を配置した。

【0096】

図２６は、実施例７に係るヒートシンク１０７Ｂを示す斜視図である。図２６に示すように、実施例７に係るヒートシンク１０７Ｂは、上記のヒートシンク１０７Ａの構成に対して、第２面１１２側のフィン１２２を平行配置形状とした。フィン１２２の枚数は１１枚とし、第２方向Ｄ２に隣り合うフィン１２２同士の間隔を１１ｍｍとした。

【0097】

このように設定したヒートシンク１０７Ａ、１０７Ｂについて、熱流体解析を行った結果を表５に示す。

【0098】

【表5】

【0099】

表５に示すように、ヒートシンク１０７Ａについては、ケース温度Ｔｃが６７．５℃となった。ヒートシンク１０７Ｂについては、ケース温度Ｔｃが６７．６℃となった。

【0100】

図２７は、実施例７に係るヒートシンク１０７Ａ、１０７Ｂについて、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの総表面積を示すグラフである。図２７において、横軸が球体の半径を示し、縦軸が表面積を示す。図２８は、実施例７に係るヒートシンク１０７Ａ、１０７Ｂについて、半導体型光源の発光部中心を基準とした球体の半径とその球体内部に含まれるヒートシンクの質量を示すグラフである。図２８において、横軸が球体の半径を示し、縦軸が質量を示す。

【0101】

図２７及び図２８に示すように、実施例７に係るヒートシンク１０７Ａ、１０７Ｂは、フィン１２２の形状に違いはあるが、総表面積及び質量の変化が同様となっている。このように、ベース１１０の形状が長方形のヒートシンク１０７Ａ、１０７Ｂについても、理想形状として設定することが可能である。

【実施例8】

【0102】

図２９は、実施例８に係るヒートシンク１０８Ａを示す斜視図である。図２９に示すように、実施例８に係るヒートシンク１０８Ａは、実施例７に係るヒートシンク１０７Ｂに対して、フィン１２２の並ぶ方向を第１方向Ｄ１としたものである。また、フィン１２２の枚数は６枚とした。ヒートシンク１０８Ａは、総表面積、質量ともに、ヒートシンク１０７Ｂと同様である。

【0103】

図３０は、実施例８に係るヒートシンク１０８Ｂを示す斜視図である。図３０に示すように、実施例８に係るヒートシンク１０８Ｂは、上記したヒートシンク１０８Ａに対して、フィン１２２の枚数を７枚（１枚増加）とし、第１方向Ｄ１に隣り合うフィン１２２同士の間隔を狭くした構成である。

【0104】

このように設定したヒートシンク１０８Ａ、１０８Ｂについて、熱流体解析を行った結果を表６に示す。

【0105】

【表6】

【0106】

表６に示すように、ヒートシンク１０８Ａについては、ケース温度Ｔｃが６７．３℃となった。ヒートシンク１０８Ｂについては、ケース温度Ｔｃが６６．９℃となった。

【0107】

このように、実施例８に係るヒートシンク１０８Ａ、１０８Ｂのように、フィン１２２を第１方向Ｄ１に並べて第２方向Ｄ２に平行に配置した構成の方が、上記各実施形態に係るヒートシンクに比べて、放熱効果が高くなっている。ヒートシンク１０８Ｂは、ヒートシンク１０８Ａに比べて総表面積が１３％増加し、質量が９％増加しているが、ケース温度Ｔｃの低下は０．４℃に留まっている。このため、総表面積及び質量を考慮に入れた場合、ヒートシンク１０８Ａを理想形状として設定することが可能である。

【実施例9】

【0108】

図３１は、実施例９に係るヒートシンク１０９を示す斜視図である。ヒートシンクの製造のしやすさ等を考慮せずに、純粋に熱の拡散のみに着目した場合、理想的なヒートシンクの形状は球形状となる。図３１に示すように、実施例９に係るヒートシンク１０９は、理想的なヒートシンクの形状に沿うように球形状の構成となっている。また、フィン１２０の形状については、半導体型光源４０の基準点Ｐを中心とした熱の拡散方向に沿った形状としている。なお、ヒートシンク１０９は、光源ユニットの他の部品を配置するため、完全な球形状とはならず、一部分が切り欠かれた形状となっている。なお、ベース１１０は、第１方向Ｄ１の一方（図中左手前側）が図中の下方に向けて傾いた状態である。

【0109】

このように設定したヒートシンク１０９について、熱流体解析を行った結果、フィン１２０の形状を半導体型光源４０の基準点Ｐを中心として熱の拡散方向に沿った形状とすることにより、冷却性能が高められることが判明した。

【符号の説明】

【0110】

Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向、Ｐ…基準点、１００，１００Ｒ，１００Ｓ，１０１，１０２，１０３，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０５，１０６，１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃ，１０６Ｄ，１０６Ｅ，１０７Ａ，１０７Ｂ，１０８Ａ，１０８Ｂ…ヒートシンク、１０，１０Ｒ，１１０…ベース、１１，１１１…第１面、１２，１２Ｒ，１１２…第２面、１３，１４…端辺、２０，２０Ｒ，２０Ｓ，２１，２２，１２０，１２１，１２２，１２２Ｂ，１２２Ｃ…フィン、３０，５０，１３０，１３５，１５０…突起部、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，５１，１３１，１３６，１５１…区画部分、４０，１４０…半導体型光源、４１…発光面、１１３、１１５…直線部、２００…光源ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】