JP6041158B2

JP6041158B2 - Ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP6041158B2
Application number: JP2014037948A
Authority: JP
Inventors: 匠史郎杉尾; 晃三丸田
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: WO2015129419A1; JP2015162414A

Description

本発明は、ＬＥＤランプに関し、特に、冷却ファンを備えた電球型のＬＥＤランプに関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源とするＬＥＤランプが広く普及している。近年、ＬＥＤランプの用途の拡大に伴って、ＬＥＤランプの高出力化及び高電力化が求められている。ＬＥＤランプは、放電ランプと比較して高い発光効率を有する利点があるが、ＬＥＤが高温化すると、発光効率が低下する欠点がある。そこで、ＬＥＤの高温化を防止するために様々な手段が講じられている。例えば、ＬＥＤを冷却するための冷却ファンを設ける。

特許文献１〜５には、電球型のＬＥＤランプの例が記載されている。これらのＬＥＤランプでは、ランプの中心軸線に垂直な円形の基板にＬＥＤ素子が装着されている。基板の背後には円形のヒートシンクが設けられている。冷却ファンはヒートシンクと口金の間に設けられている。

特許文献６には、ランプの中心軸線に平行な角柱型の支持体にＬＥＤ基板が装着されたＬＥＤランプの例が記載されている。ガス流加速用ファンは口金とは反対側のトップ側に設けられている。

特開2007-265892号公報特開2010-108774号公報特開2012-190557号公報特開2012-243525号公報特開2013-065436号公報特開2012-156036号公報特開2012-226960号公報

冷却ファンの性能が低下すると、ＬＥＤが高温化し発光効率が低下する。冷却ファンの性能低下は、モータの潤滑油の劣化に起因する場合が多い。潤滑油の劣化は高温では加速される。特許文献７には、冷却ファンの信頼性を向上させるための手段として空気制御部を設けたＬＥＤ照明装置が記載されている。

本発明の目的は、ＬＥＤの発光効率を向上させると同時に、冷却ファンによる冷却効果を高めることによって、高電力且つ高出力が可能な電球型のＬＥＤランプを提供することにある。

本発明の実施形態によると、ＬＥＤランプは、口金と、中心軸線に沿って延びる貫通孔を有する筒状のヒートシンクと、該ヒートシンクの側面に配置された基板と、該基板に装着されたＬＥＤ素子と、前記口金と前記ヒートシンクの間に配置された冷却ファンと、該冷却ファンを覆う筐体と、前記基板と前記ＬＥＤ素子を覆う透光性のカバーと、を有し、前記冷却ファンの中心軸線と前記ヒートシンクの中心軸線はランプの中心軸線に整合しており、
前記筐体は、前記冷却ファンを収納するファン収納部と該ファン収納部に接続された接続部とを有し、前記ファン収納部に空気吸入孔が形成されており、該空気吸入孔を経由して外部からの空気が前記冷却ファンに導かれる。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記接続部は、前記ファン収納部に接続されたトップ側端部と該トップ側端部とは反対側の口金側端部とを有し、前記トップ側端部の外径は前記口金側端部の外径より小さくてよい。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記ファン収納部は円筒部と底面部とを有し、前記円筒部には第１の空気吸入孔が設けられ前記底面部には第２の空気吸入孔が設けられてよい。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記ファン収納部に回路部品が配置され、該回路部品は前記第１の空気吸入孔を経由して外部から導かれた空気に接触するように構成されてよい。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記回路部品はファン駆動用の回路を含んでよい。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記カバーは、前記ヒートシンクを覆うように形成され、前記口金と反対側の端部に空気排出孔を有し、前記冷却ファンの空気流通路と前記ヒートシンクの貫通孔と前記カバーの空気排出孔はランプの中心軸線に平行な軸線に沿って一直線状に延びる空気流路を形成してよい。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記口金と前記筐体の間に絶縁性材料によって形成された連結部材が設けられてよい。

本実施形態によると前記ＬＥＤランプにおいて、前記冷却ファンと前記ヒートシンクの間に熱伝導性が低い材料によって形成された断熱部材が設けられてよい。

本発明によれば、ＬＥＤの発光効率を向上させると同時に、冷却ファンによる冷却効果を高めることによって、高電力且つ高出力が可能なＬＥＤランプ及びそれを用いたＬＥＤランプを提供することができる。

図１Ａは、本実施形態に係るＬＥＤランプの構成例を説明する斜視図である。図１Ｂは、本実施形態に係るＬＥＤランプの構成例を説明する斜視図である。図２は、本実施形態に係るＬＥＤランプの内部構造を説明する分解斜視図である。図３は、本実施形態に係るＬＥＤランプにおける冷却用空気流を説明する説明図である。

以下、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。

図１Ａ及び図１Ｂを参照して本実施形態に係るＬＥＤランプの例を説明する。ＬＥＤランプ１０は、口金１３と、口金１３に接続された連結部材１９と、連結部材１９に装着された筐体２０と、筐体２０に取り付けられた円筒状の透光性のカバー３１とを有する。筐体２０は、接続部２１とファン収納部２３を含む。接続部２１は、外径が比較的小さい連結部材１９と外径が比較的大きいファン収納部２３を接続する。ファン収納部２３の円周状の縁にカバー３１が接続されている。カバー３１とファン収納部２３によって、略円筒状の内部空間が形成される。本実施形態に係るＬＥＤランプは所謂電球型である。ＬＥＤランプの内部構造は、図２を参照して説明する。

図１Ａに示すように、ファン収納部２３に空気吸入孔２３１、２３２が形成されている。図１Ｂに示すように、カバー３１のトップ側端部には空気排出孔３２が形成されている。

図２を参照して、本実施形態に係るＬＥＤランプの内部構造を詳細に説明する。カバー３１とファン収納部２３によって形成された内部空間に、ヒートシンク１１と冷却ファン１５が配置されている。冷却ファン１５は口金１３とヒートシンク１１の間に配置されている。ヒートシンク１１と冷却ファン１５の間に、リング状の断熱部材１７が装着されている。断熱部材１７によって、ヒートシンク１１の熱が冷却ファンのモータ１５に伝達されることが阻止される。

ヒートシンク１１は、カバー３１の内部に配置されている。ヒートシンク１１は筒状又は柱状であり、その中心軸線（対称軸）は、ＬＥＤランプの中心軸線に整合している。ヒートシンク１１の各側面に基板３０Ｂが装着されている。ヒートシンク１１は基板を支持する支持体としても機能する。基板３０Ｂは細長い矩形であってよい。本実施形態では、基板３０Ｂは、ＬＥＤランプの中心軸線に平行に且つそれを囲むように配置されている。基板３０Ｂ上には、複数のＬＥＤ素子３０Ａが整列して装着されている。図示の例では、ヒートシンク１１は８角柱状であるが、４角柱状等の多角柱状であってもよい。

ヒートシンク１１は、熱伝導性が高い金属、例えば、銅、アルミニウム合金、等によって構成される。ヒートシンク１１の内部には軸線方向に沿って貫通孔１１１が形成されている。この貫通孔の内面には、薄い板状の多数の放熱用のフィンが設けられている。フィンは、貫通孔の軸線方向に沿って全長に渡って延びている。フィンの形状は特に限定されない。

冷却ファン１５は、略円筒形状のファン収納部２３の内部に配置されている。冷却ファン１５の中心軸線（回転軸線）は、ＬＥＤランプの中心軸線に整合している。冷却ファン１５は、典型的にはケーシングとモータとファンを有する。モータは、直流ブラシレスモータであってよい。モータの周囲に環状の空気流路が形成される。この空気流路に回転羽根が配置されている。

ＬＥＤランプの内部には、ＬＥＤ素子３０Ａ及び冷却ファン１５に接続されたリード線が設けられているが、ここでは図示を省略している。

図３を参照して、本実施形態に係るＬＥＤランプの空冷システムを説明する。本実施形態によると、接続部２１は、ファン収納部２３に接続されたトップ側端部２１ａと連結部材１９に接続された口金側端部２１ｂとを有し、トップ側端部２１ａの外径は口金側端部２１ｂの外径より小さい。即ち、接続部２１の外形は、口金側からトップ側に向かって細くなっている。ファン収納部２３は円筒部２３Ａと底面部２３Ｂを有し、略円筒容器の形状を有する。ファン収納部２３の底面部２３Ｂの外径は、接続部２１のトップ側端部２１ａより大きい。即ち、ファン収納部２３の底面部２３Ｂは、接続部２１のトップ側端部２１ａを囲む環状に形成されている。

ファン収納部２３の円筒部２３Ａに第１の空気吸入孔２３１が形成され、ファン収納部２３の底面部２３Ｂに第２の空気吸入孔２３２が形成されている。カバー３１のトップ側端部には空気排出孔３２が形成されている。ファン収納部２３とカバー３１によって形成される内部空間は、空気吸入孔２３１、２３２と空気排出孔３２によって外部空間に接続されている。

上述のように、ヒートシンク１１の内部には軸線方向に沿って貫通孔１１１が形成されている。貫通孔１１１の断面は、円形であってよいが、方形であってもよい。貫通孔１１１の中心軸線（回転軸線）は、ＬＥＤランプの中心軸線に整合している。貫通孔１１１は、冷却ファン１５側の第１の開口とトップ側の第２の開口を有し、２つの開口の間は密閉空間を形成している。図示のように、貫通孔１１１のトップ側の第２の開口は、カバー３１によって閉鎖されてよい。

冷却ファン１５は、円柱形状のモータ１５Ａとケーシング１５Ｂを有し、モータ１５Ａの周囲に環状の空気流路１５１が形成される。この空気流路１５１に回転羽根が配置されている。ファン収納部２３の円筒部２３Ａの内面とケーシング１５Ｂの外面の間に部品用空間２３Ｃが形成されている。部品用空間２３Ｃに、ファン駆動用の回路部品、ケーブル類等が配置されている。

ヒートシンク１１の貫通孔１１１と冷却ファン１５の環状の空気流路１５１は、整合して配置されている。更に、ファン収納部２３の底面部２３Ｂの第２の空気吸入孔２３２は、冷却ファン１５の環状の空気流路１５１に接続されている。カバー３１の空気排出孔３２、ヒートシンク１１の貫通孔１１１、冷却ファン１５の環状の空気流路、及び、ファン収納部２３の第２の空気吸入孔２３２は、ＬＥＤランプの中心軸線に沿って、且つそれを囲むように整合して配置されている。即ち、カバー３１の空気排出孔３２、ヒートシンク１１の貫通孔１１１、冷却ファン１５の環状の空気流路１５１、及び、ファン収納部２３の第２の空気吸入孔２３２は、ＬＥＤランプの中心軸線に沿って一直線状に延びる空気流路を形成する。更に、ファン収納部２３の円筒部２３Ａの第１の空気吸入孔２３１は、部品用空間２３Ｃを介して冷却ファン１５の環状の空気流路１５１に接続されている。

冷却ファン１５を回転させると、環状の空気流路１５１に軸線方向の冷却用空気流が形成される。矢印は、冷却用空気流の経路を示す。ファン収納部２３の空気吸入孔２３１、２３２を経由して、外部空間から冷却ファン１５の環状の空気流路１５１に比較的温度が低い空気が流れ込む。冷却用空気は、冷却ファン１５を貫通し、ヒートシンク１１の貫通孔１１１に導かれる。冷却用空気は、第１の開口から貫通孔１１１に入り、第２の開口から出る。本実施形態のＬＥＤランプでは、冷却用空気は、ＬＥＤランプの中心軸線に沿って、冷却ファン１５からトップ側に向けて流れる。冷却後の比較的温度が高い空気は、カバー３１の空気排出孔３２を経由してＬＥＤランプ１０の外部に排出される。

冷却用空気がヒートシンク１１の貫通孔１１１に接触すると熱交換が行われ、冷却用空気はヒートシンク１１より熱を奪う。本実施形態では、ヒートシンク１１の貫通孔１１１は、両端の開口を除いて、密閉空間を有するから、冷却ファン１５からの冷却用空気は全てヒートシンク１１の貫通孔１１１内を通過し、ヒートシンク１１の冷却に使用される。従って、ヒートシンク１１を効率的に冷却することができる。こうして、ＬＥＤ３０が高温となることはない。

本実施形態のＬＥＤランプ１０では、ファン収納部２３の円筒部２３Ａ及び底面部２３Ｂに設けられた空気吸入孔２３１、２３２から外部の空気が取り入れられて、ヒートシンク１１の冷却用空気として用いられる。従って、ヒートシンク１１及びそれに装着されたＬＥＤ素子３０Ａを効果的に冷却することができる。

本実施形態のＬＥＤランプ１０では、接続部２１のトップ側端部２１ａの外径が比較的小さく形成されているため、ファン収納部２３の第２の空気流入孔２３２の面積を大きくとれる。そのため、外部の空気を取り込み易くなる。また、接続部２１の口金側端部２１ｂの外径が比較的大きく形成されているため、接続部２１と連結部１９及び口金１３の間の取り付け強度を大きくすることができる。そのため、ランプの取り付け取り外しにおける口金１３の破損等を防止できる。

更に、外部の空気は、先ず、ファン収納部２３の内部に導かれる。従って、外部からの比較的低温の空気は、ファン収納部２３に収納された冷却ファン１５ばかりでなく、そこに配置された回路部品等に接触する。従って、冷却ファン１５のモータ１５Ａばかりでなく、回路部品等の高温化を回避することができる。従って、冷却ファンのモータの潤滑油の劣化に起因する冷却ファンの性能低下を回避することができる。回路部品等の高温化に起因した劣化及び誤作動を防止することができる。

以上、本実施形態に係るＬＥＤランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

１０…ＬＥＤランプ、１１…ヒートシンク、１３…口金、１５…冷却ファン、１７…断熱部材、１９…連結部材、２０…筐体、２１…接続部、２１ａ…トップ側端部、２１ｂ…口金側端部、２３…ファン収納部、２３Ａ…円筒部、２３Ｂ…底面部、２３Ｃ…部品用空間、３０…ＬＥＤ、３０Ａ…ＬＥＤ素子、３０Ｂ…基板、３１…カバー、３２…空気排出孔、１１１…貫通孔、１５１…空気流路、２３１、２３２…空気吸入孔

Claims

口金と、中心軸線に沿って延びる貫通孔を有する筒状のヒートシンクと、該ヒートシンクの側面に配置された基板と、該基板に装着されたＬＥＤ素子と、前記口金と前記ヒートシンクの間に配置された冷却ファンと、該冷却ファンを覆う筐体と、前記基板と前記ＬＥＤ素子を覆う透光性のカバーと、を有し、前記冷却ファンの中心軸線と前記ヒートシンクの中心軸線はランプの中心軸線に整合しており、
前記カバーは、前記ヒートシンクを覆うように形成され、前記口金と反対側の端部に空気排出孔を有し、
前記冷却ファンの空気流通路と前記ヒートシンクの貫通孔と前記カバーの空気排出孔はランプの中心軸線に平行な軸線に沿って一直線状に延びる空気流路を形成しており、
前記筐体は、前記冷却ファンを収納するファン収納部と該ファン収納部に接続された接続部とを有し、前記ファン収納部に空気吸入孔が形成されており、該空気吸入孔を経由して外部からの空気が前記冷却ファンに導かれ、
前記ファン収納部は円筒部と底面部とを有し、前記円筒部には第１の空気吸入孔が設けられ前記底面部には第２の空気吸入孔が設けられ、
前記ファン収納部に回路部品が配置され、該回路部品は前記第１の空気吸入孔を経由して外部から導かれた空気に接触するように構成されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、
前記接続部は、前記ファン収納部に接続されたトップ側端部と該トップ側端部とは反対側の口金側端部とを有し、前記トップ側端部の外径は前記口金側端部の外径より小さいことを特徴とするＬＥＤランプ。
請求項１又は２記載のＬＥＤランプにおいて、
前記回路部品はファン駆動用の回路を含むことを特徴とするＬＥＤランプ。
請求項１〜３のいずれか１項記載のＬＥＤランプにおいて、
前記口金と前記筐体の間に絶縁性材料によって形成された連結部材が設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ。
請求項１〜４のいずれか１項記載のＬＥＤランプにおいて、
前記冷却ファンと前記ヒートシンクの間に熱伝導性が低い材料によって形成された断熱部材が設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ。