JP2012209053A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高い放熱性能を有する構造を持つＬＥＤ照明装置を提供すること。
【解決手段】複数のＬＥＤ素子４を配置する側部金属面状体９及び上部金属面状体１０を、面接触部８ｂ及び８ｃをもって熱伝導金属面状体６に取り付ける。さらに、この熱伝導金属面状体６を、面接触部８ａをもって筐体３に取り付けることにより、ＬＥＤ素子４を発光させたときに発生する熱は、熱伝導金属面状体６を介して筐体３まで効率よく熱伝導し、筐体３から外部へ放熱させることができる。さらに、側部金属面状体９及び上部金属面状体１０は、適切な傾斜角をもって取り付けることができるような構造になっており、広い照射範囲が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は道路面を照射するＬＥＤ照明装置に関する。

屋外に設置されている照明器具の光源として、広範囲を照明することができるＬＥＤ照明灯が、近年開発されている。ＬＥＤを使用した照明器具は、消費電力が小さくかつ長寿命であるので、本発明者らは、本発明に先立って特願２０１０−１８６６１６号発明の明細書に記載した道路灯照明ユニットを既に提案している。この発明によると、従来から周知の筐体をそのまま利用して、路面を照射することができる。

特願２０１０−１８６６１６号発明の明細書

しかしながら、このような照明装置よりもさらに高い照度を有する照明装置の需要が近年高まっており、従来よりも多数のＬＥＤ素子を搭載することができ、かつ効率よく路面を照射できるようにＬＥＤ素子が配置されているＬＥＤ照明装置の開発が待たれている。そのような高い照度を得るためには、ＬＥＤ素子が発光するときに発生する熱による寿命の劣化が最も重要な課題となっており、多くの開発者が放熱性能に優れたＬＥＤ照明装置の開発を続けている。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも放熱性能が高い構造を採用し、多数のＬＥＤ素子を配置させることにより、高い照度を有すると同時に、広い照射範囲が得られるようにＬＥＤ素子を配置した照明装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、前記ＬＥＤ照明装置を、光源の下方に設けられる透光板を有する筐体と、該筐体の天井面に上端部が固定される断面L字状の一対の熱伝導金属面状体と、該熱伝導金属面状体の各々下端部に、裾広がり状に固定される複数の側部金属面状体と、前記一対の熱伝導金属面状体の間を塞ぐ１又は複数の上部金属面状体と、前記側部金属面状体および／または前記上部金属面状体に設置されるＬＥＤ素子とから構成した。

前記側部金属面状体の仰角θを、６０〜８５°とすることにより、広範囲を照射することができる。

前記側部金属面状体の傾斜幅Ｌを、２０ｍｍ＜Ｌ＜透光板の幅ｗ×ｃｏｓθとすることにより、光源からの光を無駄なく路面に照射することができる。

前記熱伝導金属面状体と前記筐体とを面接触させることにより、熱伝導金属面状体から筐体への熱抵抗が小さくなる。

前記側部金属面状体と前記熱伝導金属面状体とを面接触させることにより、側部金属面状体から熱伝導金属面状体への熱抵抗が小さくなる。

前記上部金属面状体と前記熱伝導金属面状体とを面接触させることにより、上部金属面状体から熱伝導金属面状体への熱抵抗が小さくなる。

前記一対の熱伝導金属面状体の間隔ｃを０．４×ｗ＜ｃ＜ｗとすることにより、多数のＬＥＤ素子を配置するスペースが確保できる。

前記熱伝導金属面状体の厚みを３ｍｍ〜１０ｍｍとすることにより、必要な熱伝導率が得られる。

前記１又は複数の上部金属面状体は、複数のＬＥＤ素子が配置される面に傾斜角φを有することにより、広範囲を照射することができる。

前記１又は複数の上部金属面状体に、ヒートシンクを設置することにより、新たな放熱経路が確保できる。

本発明は、側部金属面状体および上部金属面状体で発生した熱を、熱伝導金属面状体へ伝え、さらに熱伝導金属面状体の熱を、筐体天井面から効率よく筐体の外部へ放出し、高い放熱効果を発揮する。

本発明による照明装置をポールに取り付けた状態の斜視図 図１におけるＡ−Ａ断面図 本発明による照明装置から筐体を取り外した状態の斜視図 図３におけるＢ−Ｂ断面図 本発明において側部金属面状体を複数取り付けた場合の斜視図 本発明において上部金属面状体を１つにした場合のＢ−Ｂ断面図 上部金属面状体にヒートシンクを設置した状態のＡ−Ａ断面図

以下、本発明をさらに具体的に明らかにするために、最良の実施形態を図面に従って詳細に説明する。

本発明による照明装置１は、必要に応じた任意の大きさの筐体においても高い放熱効果が得られるように構成されている。従って、筐体のサイズに応じて内部の構造、特に寸法を変化させる必要があるので、本実施例においては、筐体のサイズを変数として示しながら説明していくこととする。

図１及び図２に示すように、本発明に係るＬＥＤ照明装置１は、光源の下方に設けられる透光板５を有する筐体３を備えている。筐体３は、高さがｈでアルミ合金製の中空体からなり、その下面には開口部が設けられている。この開口部には、ガラス、ポリカーボネート、アクリルなどの透光性材料からなる、幅ｗの透光板５を設置している。この筐体３の内部には、断面にＬ字状屈曲部７を有する一対の熱伝導金属面状体６があり、天井面にその上端部を面接触させて固定している。各々の熱伝導金属面状体６の下端部には、裾広がり状に側部金属面状体９を面接触させて固定している。さらに一対の熱伝導金属面状体６のＬ字状屈曲部７の間を塞ぐように上部金属面状体１０を面接触させて固定している。そして、光源として複数のＬＥＤ素子４を、側部金属面状体９と上部金属面状体１０とに設置して、ＬＥＤ照明装置を構成している。

本実施例では、一対の熱伝導金属面状体を用いる代わりに、図２のようなＬ字状屈曲部７を、対抗する２か所の部位に有する一続きの熱伝導金属面状体６を使用する。この熱伝導金属面状体６は、筐体３の内側天井面と面接触部８ａをもって取り付けられているため、熱伝導金属面状体６に熱が伝わってきたときに、すみやかに筐体３へ伝わり、筐体３から照明装置１の外部へ効率よく熱を放散することができる。これは、面接触させることで、筐体３と熱伝導金属面状体６との間の熱抵抗が小さくなったことにより、筐体３への熱伝量が大きくなったためである。従って、この面接触部８ａの面積を大きくするほど放熱効果は高くなる。なお、本実施例は面接触部８ａを最大限に大きくすることができる形状とするために、一対のＬ字状の熱伝導金属面状体ではなく、一続きの熱伝導金属面状体を採用したのである。

また、図２及び図３に示したように、熱伝導金属面状体６の下端部、すなわち筐体天井面に取り付けられていない方の端部には、一対の側部金属面状体９がそれぞれ面接触部８ｂを有して裾広がり状に取り付けてあり、さらに、側部金属面状体９の透光板側の面には複数のＬＥＤ素子４が設置してある。ＬＥＤ素子４が発光するときに発生する熱は、側部金属面状体９からこの面接触部８ｂを通して熱伝導金属面状体６へと伝導し、さらに筐体３へと伝導し、外部へ放散される。面接触部８ｂの面積を大きくした方が放熱効果が高くなるのは前述の通りである。

ここで、側部金属面状体９の仰角θは、６０〜８５°の範囲とするのが好適である。６０°よりも小さな角度にすると、ＬＥＤ素子４から照射される光の進路は、より真下方向へ向かうことになり、広い照射範囲が得られなくなってしまう。また、８５°より大きな角度にすると、ＬＥＤ素子４から照射される光の進路の一部が、透光板５を通過できずに対向する他方の側部金属面状体９に当たってしまい、光の一部が無駄になってしまう。さらに、側部金属面状体９の傾斜幅Ｌは、２０ｍｍ＜Ｌ＜ｗ×ｃｏｓθの範囲とするのが好適である。２０ｍｍよりも小さくするとＬＥＤ素子を設置するスペースが小さくなり、その設置が困難となってしまう。また、ｗ×ｃｏｓθよりも大きくすると、光の進路の一部が透光板５を通過できずに他方の側部金属面状体９に当たってしまい、光の一部が無駄になってしまう。

さらに、図５に示したように、側部金属面状体９は左右それぞれ複数個ずつに分けて配置することによって、それぞれを異なった照射角で配置することが可能となる。従って、ますます広範囲を照射することが可能になり、所望の照度分布となるように調整することがさらに容易となる。

また、図２及び図３に示したように、一対の熱伝導金属面状体６のＬ字状屈曲部７の間を塞ぐように、しかも、熱伝導金属面状体６と面接触部８ｃを有するように、上部金属面状体１０を設置する。そして、上部金属面状体１０の透光板側の面には複数のＬＥＤ素子４が設置してあり、本発明による照明装置の真下方向を照射できるようになっている。ここでも、面接触部８ｃの面積を大きくした方が放熱効果が高くなるのは前述の通りである。

上部金属面状体１０は、ＬＥＤ素子４を設置するためのものであり、従って、ある程度の幅ｃが必要である。この幅ｃは、一対の熱伝導金属面状体６のＬ字状屈曲部７の間隔にほぼ等しく、０．４×ｗ＜ｃ＜ｗの範囲とするのが好適である。０．４×ｗより小さくすると、多数のＬＥＤ素子４を配置することができなくなり、十分な照度を得られなくなってしまう。また、照射効率を考慮すると、透光板の幅ｗと筐体３の幅とは、ほぼ同じ長さになっていることが好ましいが、上部金属面状体の幅ｃを透光板の幅ｗ以上に大きくするためには、筐体３の幅を大きくする必要がある。従って、上部金属面状体の幅ｃを透光板の幅ｗ以上にすることは、設計上、ほとんど意味がない。

さらに、図４に示したように、上部金属面状体１０は、傾斜角φをもって傾斜させることによって、本発明品の真下だけでなく、前方又は後方を照射することができるように調節することが可能となっている。傾斜角φは０〜２０°の範囲とするのが好適であり、０°とした場合は真下を照射することになり、傾斜角φを大きくするほど、より前方又は後方に照射範囲を広くすることができる。しかし、２０°以上にすると、ＬＥＤ素子４から照射される光の進路の一部が透光板５を通過することができなくなって、光の一部が無駄になってしまう。また、ポール２の長さや、本発明による照明装置１の設置場所の高さにもよるが、照射面までの距離が大きくなるため、路面において十分な照度が得られなくなったり、照射の必要がない路面部分にまで照射範囲が広がってしまうという不具合が生じることがある。

また、上部金属面状体１０は、複数個設置した方が望ましい。図６に示したように、上部金属面状体１０を一つにして傾斜させて配置した場合、ＬＥＤ素子を配置する面の最上部に設置したＬＥＤ素子から出る光は点Ｐを通るため、透光板５を通過することができない。したがって、ＬＥＤ素子を配置する面の最上部近辺にはＬＥＤ素子４を設置することが困難になり、傾斜角φが大きいほどその影響は大きく、多数のＬＥＤ素子を配置するときの妨げとなる。したがって、図４に示したように複数の上部金属面状体に分けて配置した方が、より多くのＬＥＤ素子４を配置するのに適した形態となるのである。さらに、上部金属面状体１０を複数個設置した場合は、傾斜角φをそれぞれの上部金属面状体ごとに異なる角度に設定することが可能になるので、所望の照度分布となるように設定することが容易になる。この点においても、上部金属面状体１０は複数に分けて設置する方が好適なのである。

熱伝導金属面状体６の素材は、アルミニウムのように、熱伝導率が高く、しかも軽量な素材であることが好ましい。そして、熱伝導金属面状体６の厚みＴは、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とするのが好適である。３ｍｍよりも薄くすると、熱抵抗が大きくなるのでＬＥＤ素子４で発生する熱を速やかに筐体３まで伝導させることができない。また、１０ｍｍよりも厚くすると、照明装置１全体の重量が増加し、ポール２に設置した場合に不安定となるだけでなく、そのコストも大きくなってしまう。

さらに放熱効果を高くするために、図７に示したように、上部金属面状体１０にヒートシンク１１を設置することも効果的である。ヒートシンク１１を設置することによって、熱伝導金属面状体６を介した筐体３から外部への放熱効果に加えて、筐体内部の空気による熱伝導も加わるので、さらに高い放熱効果を得ることができるようになる。

本発明は、上記のような放熱構造を採用しているので、熱伝導金属面状体６の高さは自由に設定することができる。従って、筐体の高さｈはＬＥＤ素子を設置することが可能な最低限の高さを有する限り小さくすることができる一方で、従来から周知の筐体にそのまま適用することもまた可能なのである。

次に、具体的な放熱効果を説明するとともに、表１にその効果を示した。前記した本出願人が先に出願した発明である特願２０１０−１８６６１６号の発明（公知発明）による道路灯照明装置に、１６６Ｗに相当する１５３個のＬＥＤ素子４を設置した。その平均照度は１１．３１Ｌｘである。一方、本発明による照明装置１には、ほぼ同数の１７３Ｗに相当する１６０個のＬＥＤ素子４を設置した。その平均照度は１５．３３Ｌｘである。本発明による照明装置の平均照度の方が高いのは、本発明の高い放熱効果でＬＥＤ素子の発光効率が向上しただけでなく、本発明において採用した構造によって照明装置の器具効率も向上したためであり、ほぼ同じ電力値であっても高い平均照度を得ることができているのである。

この二つの照明装置を同時に発光させ、６時間後のＬＥＤ素子の温度を計測した。なお、６時間後としたのは、装置全体の温度が安定するまでにかかった時間であり、公知発明及び本発明の両方とも６時間後には一定温度になってから１時間以上経過していたので、６時間後のＬＥＤ素子の温度で比較した。この結果は表１に示した通りであり、公知発明の照明装置では１１３．４℃まで温度上昇したのに対し、本発明による照明装置では９３．９℃までしか温度上昇しなかった。このように、二つの照明装置を比較した時の温度上昇の差は歴然である。その差は約２０℃であり、温度上昇が小さくなった分だけＬＥＤ素子を多く配置することができるようになるのである。また、ＬＥＤ素子の配置数を従来と同じにした場合であっても、温度上昇を抑えたことによりＬＥＤ素子の寿命が長くなり、信頼性の高い照明装置を提供することができるようになるのである。

以上、本発明の詳細について、具体的な実施例を示しながら説明してきたが、ここで示したのは本発明の一つの実施形態であり、その技術思想を踏まえた上で、発明の効果を著しく損なわない限度において、前記実施形態の一部を変更して実施することが可能であることが理解されるべきである。

本発明による照明装置は、ポールに設置して路面を照射する照明器具として利用でき、小型軽量化された筐体にも対応できる。

１；照明装置
２；ポール
３；筐体
４；ＬＥＤ素子
５；透光板
６；熱伝導金属面状体
７；Ｌ字状屈曲部
８ａ，８ｂ，８ｃ；面接触部
９；側部金属面状体
１０；上部金属面状体
１１；ヒートシンク
ｈ；筐体の高さ
ｗ；透光板の幅
θ；仰角
φ；傾斜角
Ｌ；傾斜幅
Ｔ；厚み

Claims (10)

1. 光源の下方に設けられる透光板を有する筐体と、該筐体の天井面に上端部が固定される断面L字状の一対の熱伝導金属面状体と、該熱伝導金属面状体の各々下端部に、裾広がり状に固定される複数の側部金属面状体と、前記一対の熱伝導金属面状体の間を塞ぐ１又は複数の上部金属面状体と、前記側部金属面状体および／または前記上部金属面状体に設置される複数のＬＥＤ素子とからなるＬＥＤ照明装置。
2. 前記側部金属面状体の仰角θは、６０〜８５°である前記請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記側部金属面状体の傾斜幅Ｌは、２０ｍｍ＜Ｌ＜透光板の幅ｗ×ｃｏｓθである前記請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記熱伝導金属面状体と前記筐体とは、面接触している前記請求項１乃至３に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記側部金属面状体と前記熱伝導金属面状体とは、面接触している前記請求項１乃至４に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記上部金属面状体と前記熱伝導金属面状体とは、面接触している前記請求項１乃至５に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記一対の熱伝導金属面状体の間隔ｃは、０．４×ｗ＜ｃ＜ｗである前記請求項１乃至６に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 前記熱伝導金属面状体の厚みＴは、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である前記請求項１乃至７に記載のＬＥＤ照明装置。
9. 前記上部金属面状体は、複数のＬＥＤ素子が配置される面が、傾斜角φを有する前記請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
10. 前記上部金属面状体には、ヒートシンクが設置されている前記請求項１乃至９に記載のＬＥＤ照明装置。
    

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