JP2012221697A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の水銀灯と交換できる互換性を保ちつつ、ＬＥＤの発熱問題を解消したＬＥＤを用いた照明灯を提供する。
【解決手段】一端に拡開した開口を有し、他端に排気口を有するセード内に灯体を取り付けてなる照明装置において、前記セードの開口側にベース板と透光性のカバー板とを間隔をおいて配置して通風空間を形成し、この通風空間内に灯体としての複数のＬＥＤモジュールと複数の放熱板を設け、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの排気口の間に排気ファンを設置し、前記カバー板の外周縁部と前記セードの内面との間に空気が流入する隙間を形成し、前記排気ファンによって空気を吸引して前記排気口から排出することにより通風空間のＬＥＤモジュール及び放熱板を冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水銀灯と同等の高照度及び配光を有するＬＥＤ照明装置に関するもので、既設の水銀灯と交換が容易であって、光源をＬＥＤで構成することにより省電力化したＬＥＤ照明装置に関するものである。

一般に水銀灯は、屋外にあっては街路や競技場などの照明装置として多く使用されており、また、屋内にあっては体育館などの天井から吊り下げる方法や天井に埋め込む方法などで設置されている。

水銀灯は、その発光効率が、５０ｌｍ／ｗであり、白熱電球（１５〜２０ｌｍ／ｗ）よりは優れているが、蛍光灯（８０〜９０ｌｍ／ｗ）よりは劣っており、また、寿命が６０００〜１２０００時間であり、長寿命型でも１８０００時間である。
近年の傾向として、発光効率が１００〜１２０ｌｍ／ｗと高い上に、寿命が５００００時間と長い照明用のＬＥＤをあらゆる照明装置に利用しようとする動きが活発である。

図７（ａ）（ｂ）に示すものは、スルーホール４９を有する放熱フィン４２の設置されたアルミ板４１を山形又は広角円錐状に形成し、その内側にＬＥＤ素子４３を設置し、このＬＥＤ素子４３の近傍に反射板４８を設置し、これらＬＥＤ素子４３と反射板４８に紫外線カット素材を含有する常温硬化樹脂や常温硬化ガラス素材を塗布したＬＥＤ電球である（特許文献１）。

特開２０１０−１１４０３３号公報

ＬＥＤ素子は、温度が上昇するにしたがって発光効率が悪くなるとともに、許容電流も下がるという温度特性を持っており、ＬＥＤ素子及びＬＥＤ素子周囲の温度が一定温度（例えば７０℃）を超えると、発光効率及び寿命の点で水銀灯と比較しての利点が少なくなる。

屋外の競技場や街路に設置される照明装置では、防水構造のために密閉されており、装置内にＬＥＤが発生した熱の逃げ場が少なく、屋内に設置される照明装置でも、天井に埋め込まれる場合には熱の逃げ場が少なく高温になってしまうという問題点があった。

図７（ａ）（ｂ）のＬＥＤ電球は、上述のような構成とすることにより、放熱フィン４２の近傍の気体の熱対流による冷却効果と頭頂部のスルーホール４９の構造によりＬＥＤ設置部の温度上昇した気体がスルーホール４９の通過拡散により発光部のある程度の冷却効果が得られる。

しかしながら、ＬＥＤ電球の上部側に熱対流により空気が流れ得る充分な解放された空間が必要であり、トンネルや屋内施設の天井に埋め込んで設置する場合にはそのような空間は極めて少なく、長時間の点灯でその空間に熱がこもってしまえば冷却効果はほとんどないという問題点があった。
また、屋内の天井に極めて接近して設置する場合も同様で、天井付近に熱がこもってしまえば冷却効果は落ちるという問題点があった。

また、図７（ａ）（ｂ）の装置は、既設の水銀灯と置き換えて設置するという思想はなく、水銀灯固有の配光に従って設計・配置された既存の施設に設置するには、互換性がないという問題点があった。

本発明は、天井などに既に設置された水銀灯と互換性を保ちつつ、ＬＥＤの発熱問題を解消したＬＥＤを用いた照明灯を提供するものである。

請求項１の発明は、一端に拡開した開口を有し、他端に排気口を有するセード内に灯体を取り付けてなる照明装置において、
前記セードの開口側にベース板と透光性のカバー板とを間隔をおいて配置して通風空間を形成し、この通風空間内に灯体としての複数のＬＥＤモジュールと複数の放熱板を設け、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの排気口の間に排気ファンを設置し、前記カバー板の外周縁部と前記セードの内面との間に空気が流入する隙間を形成し、前記排気ファンによって空気を吸引して前記排気口から排出することにより通風空間のＬＥＤモジュール及び放熱板を冷却することを特徴とするＬＥＤ照明装置である。

請求項２の発明は、請求項１のＬＥＤ照明装置において、個々のＬＥＤモジュールにリフレクタを設け、このリフレクタの開口端縁をカバー板に極めて接近させてなるものである。

本願の請求項３の発明は、請求項１又は２のＬＥＤ照明装置において、セード内に電源装置を備えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３のＬＥＤ照明装置において、ベース板及び放熱板はアルミニウムからなり、複数の放熱板を１個のユニットとして形成してベース板に取り付けたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４のＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤモジュールは、円形のベース板の内周側と外周側に同心円状に複数個ずつ配置したことを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５のＬＥＤ照明装置において、セード内に、ベース板の温度を検知する温度センサを設け、ベース板が規定の温度を超えたときに、設置した複数個のうちから一部のＬＥＤを残して消灯するようにしたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、ベース板とカバー板で形成される通風空間を空気の流路として、多数のＬＥＤ素子から生ずる熱を排気ファンで強制的に空冷するようにしたので、簡単な構造でありながら効率よく冷却してＬＥＤ照明装置の温度を抑えることができ、昇温による性能の低下がないという効果を有する。

請求項２記載の発明によれば、個々のＬＥＤモジュールにリフレクタを設けたので配光をコントロールでき、リフレクタの開口端縁をカバー板に極めて接近させたので、個々にレンズなどを設けなくてもリフレクタ内部にゴミや埃が侵入することを抑制することができるという効果を有する。

請求項３記載の発明によれば、セード内に電源装置を備えたので、商用電源で点灯する既存の水銀灯と極めて容易に交換することができるという効果を有する。

請求項４記載の発明によれば、ベース板及び放熱板はアルミニウムからなるので熱伝導がよく極めて効率良く冷却を行うことができ、複数の放熱板を１個のユニットとして形成してベース板に取り付けたので、放熱板の取り付け工数を削減できるという効果を有する。

請求項５記載の発明によれば、ＬＥＤモジュールは遠景のベース板の内周側と外周側に同心円状に複数個ずつ配置したので、従来の水銀灯に極めて近い照度特性を持たせることができるという効果を有する。

請求項６の発明によれば、排気ファン故障などによりベース板の温度が規定温度を超えたときに設置した複数個のうちから一部のＬＥＤを残して消灯するので、排気ファンの停止などによる異常な高温でＬＥＤや内部部品の寿命を縮めることがないという効果を有する。
また、一部のＬＥＤを残して消灯することにより、異常な状態を確認することができ、全ＬＥＤモジュールが消灯してしまうことを防止することができる。

本発明によるＬＥＤ照明装置を説明するための縦断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置のベース板、排気ダクト部及び電源装置の平面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置のベース板の底面図である。 本発明のＬＥＤモジュールの拡大図で、（ａ）は底面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は他の例の縦断面図である。 放熱板の取り付け状態を示す拡大図であり、（ａ）はコ字型のユニットに形成した場合の側面図、（ｂ）は（ａ）の底面図、（ｃ）は３枚の放熱板を１個のユニットにした例の側面図、（ｄ）は４枚の放熱板を１個のユニットにした例の側面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の電気回路図である。 従来例のＬＥＤ照明装置を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は部分拡大断面図である。

本発明によるＬＥＤ照明装置は、一端に拡開した開口を有し、他端に排気口を有するセード内に灯体を取り付けてなる照明装置において、前記セードの開口側に設けたベース板に、このベース板の開口側に灯体としての複数のＬＥＤモジュールと複数の放熱板を設け、この複数のＬＥＤモジュールと放熱板を前記ベース板とにより挟むように透光性のカバー板とを配置して通風空間を形成し、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの排気口の間に排気ファンを設置し、この排気ファンによって空気を吸引して前記排気口から排出することにより通風空間のＬＥＤモジュール及び放熱板を冷却する。

図１は、本発明のＬＥＤ照明灯を説明する断面図である。この図１において、４は従来の水銀灯と違和感なく、且つ容易に交換できるようにするために、水銀灯用リフレクタと同様の形状に形成したセードである。
このセード４の内部には、内周側に4個、外周側に１０の合計１４個のＬＥＤモジュール３を取り付けた円形のアルミニウム製のベース板１が配置され、このベース板１の外周縁部はセード４の内側面との隙間を空気が流通しないように、セード４の内側面に軽く圧接する空気仕切りゴム８で遮断されている。

前記ベース板１の中央部には、図３に示すように吸気口１１が穿設され、この吸気口１１は内周のＬＥＤモジュール３と後述の放熱板９の近くまでできるだけ大きく形成され、外部からのゴミや異物が吸引されないように網２が張設されている。

ベース板１の上面側の中央には、前記吸気口１１に連通する排気ダクト部６が垂直に設けられている。
前記排気ダクト部６は、図２に示すように、回路基板１６（実装部品は図示せず）の取付け板１４と商用電源２１から直流電源を生成する電源装置７の筐体とで周囲の４辺を包囲することにより形成される。

排気ダクト部６の頂部には、上部仕切り板１９を挟んで排気ファン５が設けられ、この排気ファン５の上側は、セード４の頂部に穿設された排気口１０に連通するように配置されてセード４に固定されている。
前記上部仕切り板１９の外周縁部には、ベース板４と同様にセード４の内側面に軽く圧接する空気仕切りゴム８で遮断されている。

前記セード４の上部には、空気が流通し、ゴミが入らないような隙間を有するように、支柱１２を介して笠板１３に結合され、この笠板１３は、天井に設けられた吊下げ部材(図示せず)に固着されている。

前記ベース板１の下面側には、図３に示すように、同心円の外周側に１０個のＬＥＤモジュール３が等間隔で配置され、また、内周側に４個のＬＥＤモジュール３が等間隔で配置されている。
それぞれのＬＥＤモジュール３は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれのＬＥＤ基板２８がリフレクタ２５の底部に収められて構成されており、このリフレクタ２５の周辺面２９は、下方に向かって緩やかに広がった曲面で形成されている。
また、前記ＬＥＤモジュール３の下面側には、１枚の円形で透明又は半透明のカバー板１７がすべてのモジュール３のリフレクタ２５の開口端縁に極めて接近するように設けられ、このカバー板１７の外周縁部とセード４の開口内周面との間には、空気が流通する隙間３２が設けられている。

さらに、ベース板１の下面側には、図３に示すように、隣り合って設けたＬＥＤモジュール３の間にアルミニウム製の放熱板９がベース板１の外周縁部から中央の吸気口１１に向かって放射状に配置されて放熱効果を高めるとともに、前記ベース板１、カバー板１７とともに吸引された空気の流路を形成している。
この放熱板９は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、アルミニウム板をコ字型に形成したユニットで構成され、ねじ１８によりユニットの基部２３が前記ベース板１に取り付けられている。
なお、この放熱板９は、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、基部２３に３枚以上の放熱板９が植立された１個のユニットとして形成したものでも良い。

次に図６に基づいて、電気回路について説明する。
図１に示すように、商用電源２１を直流電源に変換して出力例えば電源装置７が２台設置されており、排気ファン５の電源としていずれか１個の電源装置７に接続されて供給され、ＬＥＤモジュール３の電源として、２個の電源装置７を直列にして接続されて供給されている。

セード４内のベース板１の上面側にはベース板１の温度を検出する温度センサ（図示せず）が取り付けられ、この温度センサに結合された温度スイッチ２２が７番と８番のＬＥＤモジュール３の間に挿入されている。
ＬＥＤモジュール３は、図３におけるベース板１上では、同心円の外側の円周上の１０個が時計回りに、図５の回路図における１番、８番、２番、９番、３番、１０番、４番、１１番、５番、１２番の順で配列され、内側の円周上の４個が６番、１３番、７番、１４番の順で配列されている。

次に以上の実施例により作用を説明する。
以上の本発明のＬＥＤ照明装置は、新設したものであってもよいし、既設の水銀灯としたものであってもよい。

設置したＬＥＤ照明装置に電源をつなぐと、各ＬＥＤモジュール３に直流電源が供給されて１４灯のＬＥＤモジュール３が点灯する。
その一方で電源装置７の電源が供給されて排気ファン５が駆動され、図１に矢印で示すように、空気がセード４とカバー板１７の外周の隙間３２から、ベース板１、カバー板１７及び放熱板９によって形成された流路を通り、ベース板１の吸気口１１、ダクト６を介して吸引される。
排気ファン５に吸引された空気は、セード４の頂部に設けられた排気口１０からセード４の外へ排出される。

ベース板１とカバー板１７の間を空気が流通することによりリフレクタ２５で加熱された空気とベース板１に伝導した熱を吸収し、さらに放熱板９は、吸引された空気を案内するだけでなく、空気に接触するベース板１の面積を増加させて冷却効率を高める作用をする。

ファンの故障などで、万一ベース板１の温度が規定の温度を超えると温度スイッチ２２が作動して、８番以降のＬＥＤモジュール３に電源が供給されなくなり消灯し、１番〜７番のＬＥＤモジュール３だけが点灯を継続する。

以上の実施例では、空気の流路を形成する放熱板９を、ＬＥＤモジュール３とＬＥＤモジュールの３の間に等間隔で放射状に配置したが、本発明はこれに限られるものではなく、斜めに配置して空気の流れを渦巻状にするように構成しても良い。このように構成すると流路の長さが長くなり、同じ流量の空気でより多くの熱を奪うことができ、冷却作用をより高めることができる。

以上の実施例では、特に説明はしなかったが、ベース板１にＬＥＤモジュール３や放熱板９を取り付ける際、及びリフレクタ２５にＬＥＤ基板２８を取り付ける際に、それらの接触面にシリコングリスや熱伝導性の高いコンパウンドを空気層ができないように塗布することによってＬＥＤ素子からベース板１への熱伝導の効率を改善して冷却効果を高めることができる。

以上の実施例では、従来の水銀灯の電源をバイパスして既存の水銀灯と交換するだけで利用できるようにするために電源装置７をセード４内に内蔵するように構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、複数の照明装置に電源を供給する外部の電源装置を用いることもできる。

以上の実施例では、ＬＥＤモジュール３は、ＬＥＤ基板２８がカップ状のリフレクタ２５の底部に収められて構成されているが、本発明はこれに限られるものではなく、図４（ｃ）に示すように、ＬＥＤ基板２８の発光面側にリフレクタ２５を取り付けたものでも、その他の構成のモジュールでもよい。

以上の実施例では、放熱板９は、アルミニウム板をコ字型に形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図５（ｃ）に示すように放熱板９を３枚有する断面がＥ字型や、図５（ｄ）に示すように放熱板９を４枚有するように、あるいはそれ以上の放熱板９を有するように構成することもでき、この場合にはねじ止めの工数を減らすことができる。

１…ベース板、３…ＬＥＤモジュール、４…セード、５…排気ファン、６…排気ダクト部、７…電源装置、８…空気仕切りゴム、９…放熱板、１０…セードの排気口、１１…ベース板の吸気口、１２…支柱、１３…笠板、１４…取付け板、１５…落下防止用ワイヤー、１６…回路基板、１７…カバー板、１８…ねじ、１９…上部仕切り板、２１…商用電源、２２…温度スイッチ、２３…基部、２５…リフレクタ、２８…ＬＥＤ基板、２９…リフレクタの周縁面、３２…隙間。

Claims (6)

1. 一端に拡開した開口を有し、他端に排気口を有するセード内に灯体を取り付けてなる照明装置において、
   前記セードの開口側にベース板と透光性のカバー板とを間隔をおいて配置して通風空間を形成し、この通風空間内に灯体としての複数のＬＥＤモジュールと複数の放熱板を設け、
   前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの排気口の間に排気ファンを設置し、前記カバー板の外周縁部と前記セードの内面との間に空気が流入する隙間を形成し、
   前記排気ファンによって空気を吸引して前記排気口から排出することにより通風空間のＬＥＤモジュール及び放熱板を冷却することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 個々のＬＥＤモジュールにリフレクタを設け、このリフレクタの開口端縁をカバー板に極めて接近させてなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
3. セード内に電源装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。
4. ベース板及び放熱板はアルミニウムからなり、複数の放熱板を１個のユニットとして形成してベース板に取り付けたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のＬＥＤ照明装置。
5. ＬＥＤモジュールは、円形のベース板の内周側と外周側に同心円状に複数個ずつ配置したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のＬＥＤ照明装置。
6. セード内に、ベース板の温度を検知する温度センサを設け、ベース板が規定の温度を超えたときに、設置した複数個のうちから一部のＬＥＤを残して消灯するようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のＬＥＤ照明装置。

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