JP2005297865A - 高出力型ｌｅｄ発光ランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】ランプケース内から高出力ＬＥＤランプの発した熱気を強制放熱して高出力ＬＥＤ発光素子本来の機能を十分に発揮させ、また耐久性を向上させることにより、特に自転車用ヘッドランプとしての実用化を可能にする。
【解決手段】光源として高出力型ＬＥＤ発光素子を内臓し、これを反射鏡を介してレンズ照射するようにしたランプであって、該ランプのケース内には高出力型ＬＥＤ発光素子背面側に直接的に密着させた放熱板を備えるとともに、ランプケースの一部には、ランプケース内の熱気を外部に排気するための小型排気ファンを取り付けてなる。 これにより高出力ＬＥＤランプの過熱による機能劣化および耐久性減少を軽減して、特に自転車用ヘッドランプとしての実用化を可能にした。
【選択図】図１
【解決手段】光源として高出力型ＬＥＤ発光素子を内臓し、これを反射鏡を介してレンズ照射するようにしたランプであって、該ランプのケース内には高出力型ＬＥＤ発光素子背面側に直接的に密着させた放熱板を備えるとともに、ランプケースの一部には、ランプケース内の熱気を外部に排気するための小型排気ファンを取り付けてなる。 これにより高出力ＬＥＤランプの過熱による機能劣化および耐久性減少を軽減して、特に自転車用ヘッドランプとしての実用化を可能にした。
【選択図】図１
Description
本発明は、とくに自転車のヘッドランプとして用いられ、あるいはテールランプ、もしくはサイドランプとして用いられる高出力ＬＥＤランプの構造に関し、高出力ＬＥＤ発光素子から出る高熱を効率よく外部に放熱させることにより、発熱に伴う高出力ＬＥＤ発光素子の発光輝度および耐久性の低下を防止して、これを特に自転車用として、あるいは携帯用の高出力型ＬＥＤ発光ランプとして実用化することを目的とする。
自転車用のランプは、これまでフィラメント電球を光源としたもの（例えば特開２００２−１３３９１２）が多用されてきたが、光源としてフィラメント電球を用いる場合にはフィラメントからの発熱が電球内部のガスを活性化させると共に輝度を増加させるという良好な作用を伴うところから発熱自体が格別問題視されることはなかった。
また最近ではフィラメント電球に代わってＬＥＤ半導体発光ダイオード（例えば特開２００１−２９４１８５）の使用も試みられるようになったが、一般の高輝度ＬＥＤ発光ランプにあっては実用上において、フィラメント電球に比較して対象物を照らす照度が劣るところから、とくに自転車用ヘッドランプとして用いるには困難である。
しかし、ＬＥＤ半導体発光ダイオードも逐次技術革新により次第に高輝度化し、最近では１Ｗを超える高出力のＬＥＤランプ（例えば登録実用新案第３０９２７６０号）も開発されている。 この程度の高出力ＬＥＤランプであれば、従来のフィラメント電球に匹敵する照度が得られ、照度の点だけで見る限り、とくに自転車用ヘッドランプとして用いることも可能なレベルではある。
しかしながら、１Ｗ以上の高出力ＬＥＤランプの場合においては、通電発光する際に素子から極端には定格電力による発光状態で２００℃を超える高温発熱を伴うことがあり、その結果自らの発熱（１００℃以上）により輝度が５０％以下に低下し、また寿命についてもおよそ１００分の１以下にまで低下することが実験結果から明らかとなっており、熱に弱い半導体のＬＥＤランプにおける発光輝度の低下、および短寿命化を招く。
またそればかりでなく、ランプケース内においてＬＥＤ発光素子の裏側にアルミ製の放熱フィンを取り付けて半導体ＬＥＤ発光素子の発熱を抑制することも考えられているが、小型の放熱フィンではフィンそのものも温度が８０℃〜９０°程度に上昇してしまうところからあまり効果が期待できないため、必然的にフィンを大型化することになるが、その結果デザインの自由度が著しく損なわれ易いこと、さらに密閉されたランプケース内での放熱にとどまるため放熱量が少なく、またランプケース自体の容積を大型化するにも限界があるために、ケース内での雰囲気温度が上昇してしまい、冷却効率を上昇させることは困難である。
さらに高熱によりＬＥＤランプ周辺のＡＢＳ樹脂類をはじめとした部品類を変形させやすいこと、また特にランプケースや反射鏡、レンズ等の樹脂関係部品について耐熱性の樹脂を用い、あるいは耐熱アルミ蒸着を施したものを使用する必要があるために著しくコスト高となるのを免れないこと、等の理由からそのままでは所謂密閉型構造の自転車用ヘッドランプとして用いることはできない。
特開２００２−１３３９１２
特開２００１−２９４１８５
登録実用新案第３０９２７６０号
本発明は、上記した従来技術における課題を解決し、密閉器具内においても１Ｗ（ワット）以上の高出力ＬＥＤ発光素子の点灯時温度上昇を７０℃以下、さらに好ましくは５０℃以下に抑制し、高出力ＬＥＤ発光素子が本来的に有する性能を十分に発揮できるようにしてとくに自転車用ヘッドランプとしての実用化を可能にすることを目的とする。
すなわち本発明は、光源として少なくとも１Ｗ以上の高出力型ＬＥＤ発光素子を内臓し、これを反射鏡を介してレンズ照射するようにしたランプであって、該ランプのケース内には高出力型ＬＥＤ発光素子背面側に直接的に密着させた放熱板を備えるとともに、ランプケースの一部には、ランプケース内の熱気を外部に排気するための小型排気ファンを取り付けてなることを特徴とする高出力型ＬＥＤ発光ランプに関する。
本発明によれば、ランプケース内の高出力型ＬＥＤランプが発熱すると、該発熱がその背面側に直接的に密着させた放熱板に熱伝導され、該放熱板によりさらにケース内空間に熱拡散されると同時にランプケースの一部に取り付けられた小型排気ファンによってケース内空間の拡散熱気が強制的に外部に排気される結果、ランプケースの内容積が小さくても効率的に放熱され、高出力ＬＥＤランプの冷却効果が大きく、またランプケース自体のデザイン性を制限することがないから、とくに自転車用ヘッドランプとしての実用化が可能となる。
以下において本発明の具体的な内容を図１〜２の実施例をもとに説明すると、図において１はランプケース、４は高出力型ＬＥＤ発光素子、９は小型排気ファンをあらわしている。 ランプケース１は、樹脂製あるいはアルミその他の金属など、格別材質は問わないが、内部にはランプケース１の開口面に向けて次第に拡開させた反射鏡２、ランプ制御回路基板８（図１では記載を省略）を備えるとともに、反射鏡２を有する開口面を覆うべくレンズ３が嵌め込まれて内部を略密閉状態に構成している。
高出力型ＬＥＤ発光素子４は、上記した反射鏡２の求心部に、照射方向をランプケース１の開口面に向けて取り付けられる。 なお高出力型ＬＥＤ発光素子４として使用可能な素子については、現在開発されているものとして１Ｗ型、３Ｗ型、５Ｗ型等があるが、自転車用ヘッドランプとして十分な照度を発揮できるものとしては、少なくとも１Ｗ以上の高出力型のものを用いる必要がある。 さらに高出力型ＬＥＤ発光素子４の背面側には放熱板５が直接的に密着状態で備えられている。
この放熱板５はアルミ、ステンレス、銅等の熱伝導の良好な金属板が用いられ、ランプケース１の内容積内において許容される限り、できるだけ表面積の広いものが用いられる。 なおこの放熱板５は、その端縁部をランプケース１内に向けて突出させた放熱板ホルダー６によりランプケース１内に保持される。
またランプケース１の一部に取り付けられる小型排気ファン９については、できるだけ小型かつ省電力型のモータ駆動によるもので、しかもランプケース１内の熱気を外部に十分に排気して高出力型ＬＥＤ発光素子４の発光時におけるランプケース１内の雰囲気温度を７０℃以下、さらに好ましくは５０℃以下に維持できる程度のものである必要があるが、そのようなものとして具体例を挙げれば、ＤＣ５Ｖ−３０ｍＡ・静圧１０Ｐａ程度の超小型直流排気ファンの使用が理想的である。
さらにランプ制御回路基板８としては、図２にも例示したようにバッテリー７と断・接続するスイッチ１０と、高出力型ＬＥＤ発光素子４、および超小型直流排気ファン９との間にそれぞれ抵抗８ａおよび８ｂを介在させて構成する。 なおここで使用される電源としては、図１に示したように乾電池などのバッテリー７が使用されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、自転車のハブダイナモやブロックダイナモなどの発電機、あるいはその他の一次又は二次電池の使用が可能である。
なお、上記の実施例においては本発明の適用例として自転車用ヘッドランプについて説明したが、このほかにもテールランプ、あるいはサイドランプその他のランプについても適用が可能である。 この場合にはランプブラケットによりフロントフォーク取り付けに限らず、ハンドルやカゴ、あるいはフレーム等、自転車を構成する金属部分に対して取り付けられる。
上記の構成において、本発明の高出力ＬＥＤランプをヘッドランプとして備えた自転車を走行させた場合に、ランプケース１内の高出力型ＬＥＤランプ４が発熱すると、該発熱がその背面側に直接的に密着させた放熱板５に熱伝導され、該放熱板５によりさらにランプケース１内空間に熱拡散されると同時にランプケース１の一部に取り付けられた小型排気ファン９によってランプケース１内空間に滞留した拡散熱気が強制的に外部に排気される。
本発明者らが実験したところによれば、本発明に係る高出力ＬＥＤランプ４をヘッドランプとして備えた自転車を、夜間に通常一般的な走行モードによりランプを点灯させながら走行・停止を繰り返しつつＬＥＤランプの温度上昇を測定したところ、ランプケース１内の高出力ＬＥＤランプ４自体の温度は、走行時で３８℃程度、停止時においてもせいぜい４０℃までにしか上昇しなかった。
なお上記の実施例においては、高出力型ＬＥＤ発光ランプを自転車用として用いる場合について説明したが、このほかにも懐中電灯など汎用の携帯型ランプとして適用することもできる。
１ ランプケース
２ 反射鏡
３ レンズ
４ 高出力型ＬＥＤランプ
５ 放熱板
６ 放熱板ホルダー
７ バッテリー
８ ランプ制御回路基板
８ａ 抵抗
８ｂ 抵抗
９ 超小型直流排気ファン
１０ スイッチ
２ 反射鏡
３ レンズ
４ 高出力型ＬＥＤランプ
５ 放熱板
６ 放熱板ホルダー
７ バッテリー
８ ランプ制御回路基板
８ａ 抵抗
８ｂ 抵抗
９ 超小型直流排気ファン
１０ スイッチ
Claims (7)
- 光源として高出力型ＬＥＤ発光素子を内臓し、これを反射鏡を介してレンズ照射するようにしたランプであって、該ランプのケース内には高出力型ＬＥＤ発光素子背面側に直接的に密着させた放熱板を備えるとともに、ランプケースの一部には、ランプケース内の熱気を外部に排気するための小型排気ファンを取り付けてなることを特徴とする高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
- 高出力型ＬＥＤ発光素子が、少なくとも１Ｗ以上の出力を有するものであるところの請求項１に記載の高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
- ランプケース内に内臓される高出力型ＬＥＤ発光素子は、複数のＬＥＤ発光素子から構成されるものであるところの請求項１又は請求項２に記載の高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
- 高出力型ＬＥＤ発光素子背面側に直接的に密着させた放熱板が、アルミ、ステンレス、銅等の熱伝導の良好な金属板であるところの請求項１に記載の高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
- ランプケースの一部に取り付けられる小型排気ファンが、超小型直流排気ファンであるところの請求項１に記載の高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
- 高出力型ＬＥＤ発光ランプが自転車用のヘッドランプ又はテールランプ、あるいはサイドランプの何れかであるところの請求項１〜５のいずれか１に記載の高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
- 高出力型ＬＥＤランプが汎用の携帯型ランプであるところの請求項１〜５のいずれか１に記載の高出力型ＬＥＤ発光ランプ。
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-
2004
- 2004-04-14 JP JP2004119451A patent/JP2005297865A/ja active Pending
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