JP2011044389A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効果を高めてＬＥＤの発光効率の向上と寿命延長を図ることができるＬＥＤ照明装置を提供すること。
【解決手段】平坦な底面の周囲から垂直に立ち上がる大径筒部（側壁）５Ａの外面に放熱フィン（ヒートシンク）７を形成して成る密閉ケース５内にＬＥＤとこれを実装する基板３を収容して成るＬＥＤ照明装置１において、前記密閉ケース５の底面の周囲に袋状傘部材９を設ける。又、前記袋状傘部材９と前記密閉ケース５の側壁との間に隙間δを形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置に関するものである。

近年、省電力で高寿命のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とするＬＥＤ照明装置が出現しているが、その一例を図７に示す。

即ち、図７は従来のＬＥＤ照明装置の側面図であり、図示のＬＥＤ照明装置１０１は、光源である複数のＬＥＤを実装した円板状の基板（何れも不図示）を密閉ケース１０５内に収容して構成されている。ここで、ＬＥＤは発熱によってその発光効率と寿命が低下するため、基板と密閉ケース１０５の材質には熱伝導率の高いアルミニウムが使用され、密閉ケース１０５の外面にはヒートシンクとして複数の放熱フィン１０７が形成されており、ＬＥＤの温度上昇を放熱によって抑えるよう工夫されている。

ところで、ＬＥＤ照明装置の冷却に関して特許文献１には、透光パネルをＬＥＤから離れた位置に配置するとともに、この透光パネルに蛍光膜を形成することによって、蛍光膜における変換ロスで発生する熱によるＬＥＤの温度上昇を招くことなく、蛍光膜における変換ロスで発生する熱を透光パネルを介して外部に放熱させてＬＥＤの出力低下を抑えるようにした構成が提案されている。

又、特許文献２には、レンズ部を保持する保持部材の底部と側部に放熱孔をそれぞれ貫設し、底部に形成された放熱孔から保持部材の内部に流入する空気を側部に形成された放熱孔から流出させ、空気の対流によって保持部材内部に発生するＬＥＤからの熱を効率良く外部に排出してＬＥＤの温度上昇を抑えるようにした構成が提案されている。

特開２００８−２１８２３８号公報 特開２００８−１８６６３６号公報

図７に示した従来のＬＥＤ照明装置１０１においては、ＬＥＤや電源回路から発生する熱を密閉ケース１０５から自然空冷によって放熱することによってＬＥＤ等の温度上昇を抑える方式が採用されている。ここで、図８に図７のＤ部における空気の流れの様子を示すが、自然空冷による対流（空気の流れ）が密閉ケース１０５の発熱によって自然発生し、ＬＥＤ照明装置１０１の下方からの上昇気流が図８に矢印ｄにて示すように密閉ケース１０５の下面に当たり、その向きが真横に向けられる。そして、密閉ケース１０５の下面に当たって真横に向けられた空気の流れは、図８に矢印ｅにて示すように、惰性によって放熱フィン１０７を避けるように放熱フィン１０７から離れて上昇する流れとなる。

上述のように密閉ケース１０５の下面に当たって真横に向けられた空気が放熱フィン１０７から離れて流れ、放熱フィン１０７に直接当たらないため、この空気が放熱フィン１０７からの放熱を促進する機能を果たすことができず、従って、ＬＥＤの冷却効率が低下し、該ＬＥＤのジャンクション温度が上昇して発光効率や寿命の低下を招く。

尚、特許文献１，２において提案された構成は上記問題を解決するものではなく、特に特許文献２に記載された発明は、内部が大気に開放されたＬＥＤ照明装置を適用対象とするものであって、密閉式のＬＥＤ照明装置には適用することができない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱効果を高めてＬＥＤの発光効率の向上と寿命延長を図ることができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、平坦な底面の周囲から垂直に立ち上がる側壁の外面にヒートシンクを形成して成る密閉ケース内にＬＥＤとこれを実装する基板を収容して成るＬＥＤ照明装置において、前記密閉ケースの底面の周囲に袋状傘部材を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記袋状傘部材と前記密閉ケースの側壁との間に隙間を形成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、密閉ケースの発熱によって自然発生する上昇気流の一部が袋状傘部材によってその内面に沿う流れとなり、空気が密閉ケースの下部外面に形成されたヒートシンクに向かって流れて該ヒートシンクに直接当たってその放熱効果を高めるため、ＬＥＤの温度上昇が効果的に抑制され、該ＬＥＤの発光効率の向上と寿命延長が測られる。

請求項２記載の発明によれば、袋状傘部材によって取り込まれた空気が袋状傘部材と密閉ケースの側壁との間に形成された隙間を通って上昇し、密閉ケースの下部外面に形成されたヒートシンクに直接当たってその放熱効果を高めるため、ＬＥＤの温度上昇が一層効果的に抑制される。

本発明に係るＬＥＤ照明装置の側面図である。 本発明に係るＬＥＤ照明装置の平面図である。 本発明に係るＬＥＤ照明装置の底面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＣ部における空気の流れを示す図である。 従来のＬＥＤ照明装置の側面図である。 図７のＤ部における空気の流れを示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るＬＥＤ照明装置の側面図、図２は同ＬＥＤ照明装置の平面図、図３は同ＬＥＤ照明装置の底面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は図１のＣ部における空気の流れを示す図である。

本発明に係るＬＥＤ照明装置１は、図４に示すように、光源である６つ（図２参照）のＬＥＤ２を実装して成る円板状の基板３とその下方に配されたリフレクタ４を密閉ケース５内に収容して構成されている。ここで、基板３とリフレクタ４及び密閉ケース５の材質には熱伝導率の高いアルミニウムが使用されており、図２に示すように、基板３の下面には６つのＬＥＤ２が同一円周上に同一角度ピッチ（６０°ピッチ）で実装されている。

密閉ケース５は、その下面が円孔状に開口しており、この開口部は前記リフレクタ４を下方から支えるように取り付けられた透明な円板状カバー６によって閉じられている。そして、図５に示すように、密閉ケース５は、下部に形成された大径筒部５Ａと、該大径筒部５Ａの上方に同心的に垂直に立設された小径筒部５Ｂと、該小径筒部５Ｂと前記大径筒部５Ａとを接続する水平部５Ｃとで構成されており、小径筒部５Ｂの下部には下方に向かって広がるテーパ壁５Ｂ１が形成されている。又、密閉ケース５の外面にはヒートシンクとして縦方向に延びる２４枚の放熱フィン７が等角度ピッチ（１５°ピッチ）で放射状に一体に形成されている（図２参照）。尚、密閉ケース５の小径筒部５Ｂの上端には口金８が取り付けられている。

而して、複数のＬＥＤ２を実装して成る前記基板３は、図４及び図５に示すように、その外周部が密閉ケース５の水平部５Ｃの内面（下面）に密着しており、この密着された外周部の下面に６つのＬＥＤ２が配置されている。又、図２に示すように、各ＬＥＤ２は、平面視において放熱フィン７に重なる位置に配置されている。

前記リフレクタ４は、図４及び図５に示すように、密閉ケース５の大径筒部５Ａの内部に収容されており、密閉ケース５の下面に開口する円形の開口部を塞ぐよう密閉ケース５の下面に取り付けられた前記円板状カバー６によって下方から支えられている。そして、図４に示すように、リフレクタ４の各ＬＥＤ２に対応する位置には、各ＬＥＤ２から下方に向かって出射される光を反射させて配光を制御するための反射孔４ａ（図４には１つのみ図示）がそれぞれ形成されている。

ところで、本実施の形態においては、密閉ケース５の底面の周囲にリング状の袋状傘部材９が取り付けられている。この袋状傘部材９は、図４及び図５に示すように、密閉ケース５の底面から下方に向かって拡径するテーパ壁９Ａと該テーパ壁９Ａから下方に向かって縮径するテーパ壁９Ｂとて縦断面「く」の字状となり前記「く」の字の中心の角度が９０°となるように成形されている。そして、図３及び図５に示すように、袋状傘部材９と密閉ケース５の大径筒部５Ａとの間にはリング状の隙間δが形成されている。

而して、本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１においては、光源である各ＬＥＤ２に通電されて各ＬＥＤ２が発光すると、その光は、リフレクタ４の各反射孔４ａ内を下方に向かって通過する過程で反射して配光が制御された後、透明な円板状カバー６を透過して下方へと照射されて照明に供される。

ところで、ＬＥＤ２は発光によって熱を発生するが、その熱は基板３から密閉ケース５の水平部５Ｃを図５に示す第１の熱伝導経路Ｓ１に沿って伝導すると同時に、密閉ケース５の小径筒部５Ｂを第２の熱伝導経路Ｓ２に沿って伝導し、これらの熱は放熱フィン７からの放熱によって外気へと排出される。又、第１の熱伝導経路Ｓ１に沿って密閉ケース５の水平部５Ｃを伝導する熱は、第３の熱伝導経路Ｓ３に沿って密閉ケース５の大径筒部５Ａを伝導し、放熱フィン７からの放熱によって外気へと排出される。

以上のように、ＬＥＤ２において発生した熱は、基板３から第１〜第３の熱伝導経路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に沿って伝導し、放熱フィン７からの放熱によって外気へと排出されるため、各ＬＥＤ２の温度上昇が抑えられるが、本実施の形態では、基板２の密閉ケース５の水平部５Ｃに密着する部分にＬＥＤ２を配置したため、ＬＥＤ２において発生した熱は、基板３での長い熱伝導経路を経ることなく基板３から密閉ケース５の水平部５Ｃを経て小径筒部５Ｂ及び大径筒部５Ａへと直ちに伝導し、放熱フィン７から外気へと効率良く放熱される。このため、ＬＥＤ２の温度上昇が効果的に抑えられ、該ＬＥＤ２の発光効率の向上と寿命延長が図られる。又、本実施の形態では、図２に示すように各ＬＥＤ２を平面視において放熱フィン７に重なる位置に配置したため、ＬＥＤ２からの熱が放熱フィン７まで最短経路を経て伝導して放熱フィン７から外気へと効率良く放熱される。

ところで、ＬＥＤ２からの熱伝導によって密閉ケース５が発熱すると、該密閉ケース５の周囲に対流による上昇気流が自然発生するが、本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１には密閉ケース５の底面の周囲にリング状の袋状傘部材９を取り付けたため、図６に矢印ａにて示すように上昇気流の一部は袋状傘部材９によってその内面に沿う流れとなり、空気が密閉ケース５の下部外面に形成された放熱フィン７に向かって流れ、この空気が放熱フィン７に直接当たってその放熱効果を高めるため、ＬＥＤ２の温度上昇が一層効果的に抑制され、該ＬＥＤ２の発光効率の向上と寿命延長が図られる。

特に、本実施の形態では、袋状傘部材９によって取り込まれた空気が図６に矢印ｂに示すように袋状傘部材９と密閉ケース５の大径筒部５Ａとの間に形成されたリング状の隙間δを通って上昇し、密閉ケース５の外面に形成された放熱フィン７に直接当たってその放熱効果を高めるため、ＬＥＤ２の温度上昇が一層効果的に抑制される。尚、袋状傘部材９によって取り込まれた空気以外の他の空気は、図６に矢印ｃにて示すように従来と同様に袋状傘部材９の外側を放熱フィン７から離れるように上方に向かって流れる。

尚、本実施の形態では、密閉ケース５の下面の形状を円孔状としたが、楕円形状、長方形等の多角形状としても良く、それに沿って袋状傘部材についても底面と同じ形状としても良い。又、袋状傘部材９の下部は図６に示すようにＬＥＤ照明装置１の底面の外側に向かうほど側面がＬＥＤ照明装置１の外側に向かって上昇し、袋状傘部材９の上部は、ＬＥＤ照明装置１の底面の内側に向かうほど側面がＬＥＤ照明装置１の内側に向かって上昇するものであれば放熱効果があるため、該袋状傘部材９の縦断面は「く」の字状の他、円弧状であっても良い。

ところで、本発明に係るＬＥＤ照明装置１と図７に示す従来のＬＥＤ照明装置１０１に対して熱流体解析を実施した結果、従来のＬＥＤ照明装置１０１でのＬＥＤのジャンクション温度７７．６℃に対して、本発明に係るＬＥＤ照明装置１でのＬＥＤ２のジャンクション温度は７４．９℃と２．４℃だけ下げることができることが分かった。

尚、ＬＥＤ照明装置におけるＬＥＤや放熱フィンの数は以上の実施の形態において示したものに限定されず、任意に設定し得るものである。

本発明は、ＬＥＤを光源とする室内照明や屋外照明用のＬＥＤ照明装置に対して適用可能である。

１ ＬＥＤ照明装置
２ ＬＥＤ
３ 基板
４ リフレクタ
４ａ リフレクタの反射孔
５ 密閉ケース
５Ａ 密閉ケースの大径筒部
５Ｂ 密閉ケースの小径筒部
５Ｂ１ 小径筒部のテーパ壁
５Ｃ 密閉ケースの水平部
６ 円板状カバー
７ 放熱フィン（ヒートシンク）
８ 口金
９ 袋状傘部材
９Ａ，９Ｂ 袋状傘部材のテーパ壁
Ｓ１ 第１の熱伝導経路
Ｓ２ 第２の熱伝導経路
Ｓ３ 第３の熱伝導経路
δ 袋状傘部材と密閉ケースの間の隙間

Claims (2)

1. 平坦な底面の周囲から垂直に立ち上がる側壁の外面にヒートシンクを形成して成る密閉ケース内にＬＥＤとこれを実装する基板を収容して成るＬＥＤ照明装置において、
   前記密閉ケースの底面の周囲に袋状傘部材を設けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記袋状傘部材と前記密閉ケースの側壁との間に隙間を形成したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
   

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