JP2014010985A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造しやすく、かつ放熱性能に優れ、安全性の高いＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】基板１１の前面にＬＥＤ素子が配置された発光部１と、前記基板１１の後方に位置し、前記ＬＥＤ素子が発する熱を後方へと伝導する熱伝導部２と、前記熱伝導部２の後方に位置し、前後方向に対して交わる方向へと延びるフィン３ａを有しており、前記熱伝導部２から伝えられた熱を周囲に放熱する放熱部３と、少なくとも前記放熱部３の径外方向であり、前記フィン３ａの外周縁から離れて位置するもので、前後方向に連続し、かつ、前後端が開放した通風空間Ｓを形成する側方カバー４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、放熱効果を有するＬＥＤ照明装置に関するものである。

今日では、節電の観点から、従来の照明装置に比べて消費電力の小さいＬＥＤ照明装置が広く用いられている。

このＬＥＤ照明装置は基板の正面にＬＥＤ素子を備えている。このＬＥＤ素子は通電により発光すると共に発熱する。ＬＥＤ素子は過熱すると寿命が短くなってしまうため、放熱してやる必要がある。このため、放熱用のフィンを備えたＬＥＤ照明装置が存在する。一例として、特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置がある。

特許文献１のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ素子を収納した筐体、及び、コンデンサー等が収納された電源部の外周部分において、縦方向（前後方向）に金属製のフィンを備えている。このようなフィンは金属製のため放熱性に優れているが、押出成形により製造されることから、縦方向（前後方向）のフィンしか形成できず、例えば横方向のフィンを形成しようとすると２分割した金型を用いる必要があることから、形状面の制限があった。

また、このような縦方向に形成されたフィンでは、放熱が急激になされる傾向があるため、ＬＥＤ素子の温度上昇及び温度低下が急激になる可能性がある。ＬＥＤ素子はこのような急激な温度変化にも弱いため、放熱のための構造を決定するに当たっては、温度変化が急激になされにくい放熱を行えるように考慮する必要がある。

また、特許文献１のＬＥＤ照明装置では、フィンが外部にむき出しになっているため、ＬＥＤ照明装置のユーザー等が誤って触れてしまうことにより火傷を負う可能性があり、安全性の点で改良の余地がある。

特開２０１１−１９２５５７号公報

そこで本発明は、製造しやすく、かつ放熱性能に優れ、安全性の高いＬＥＤ照明装置を提供することを課題とする。

本発明は、基板の前面にＬＥＤ素子が配置された発光部と、前記基板の後方に位置し、前記ＬＥＤ素子が発する熱を後方へと伝導する熱伝導部と、前記熱伝導部の後方に位置し、前後方向に対して交わる方向へと延びるフィンを有しており、前記熱伝導部から伝えられた熱を周囲に放熱する放熱部と、少なくとも前記放熱部の径外方向であり、前記フィンの外周縁から離れて位置するもので、前後方向に連続し、かつ、前後端が開放した通風空間を形成する側方カバーとを備えるＬＥＤ照明装置である。

この構成によれば、基板の後方に位置し、ＬＥＤ素子が発する熱を後方へと伝導する熱伝導部と、前後方向に連続し、かつ、前後端が開放した通風空間を形成する側方カバーとを備える。このため、熱伝導部により、熱源である発光部から、前記熱源に対して離れた後方へと熱を速やかに逃がすことができる。しかも、放熱部と側方カバーとの組み合わせにより、通風空間に気流が自然発生するため、効率の良い放熱が可能である。また、熱伝導部と放熱部とが側方カバーにより覆われるため、むき出しの状態にならない。このことから、発光部から伝達された熱により熱くなった熱伝導部と放熱部とに、ＬＥＤ照明装置のユーザー等が誤って触れてしまい火傷を負うことを抑制でき、安全性が高い。

そして、前記放熱部は、大放熱板と、前記大放熱板よりも前後面の面積が小さく、かつ、前記大放熱板よりも板厚の大きい小放熱板とを備え、前記フィンは、前記大放熱板と前記小放熱板とが板厚方向に交互に重ねられて形成されるものとできる。

前記構成によれば、各放熱板を重ねるだけで放熱のためのフィンを簡単に構成できる。また、各放熱板の枚数を増減させることで放熱量を簡単に設定できるため、必要な放熱量に合わせて放熱部を簡単に設計できる。

そして、前記熱伝導部は、前記基板に当接する平板状の前面プレートと、前記放熱部に当接する平板状の後面プレートと、前記各プレート間に複数が間隔をおいて設けられ、前後方向に延びる連結部とを備えるものとできる。前記構成によれば、連結部を介して速やかな熱伝導が可能である。

そして、前記側方カバーは、前後方向に延びる整流用リブが内周面から突出しているものとできる。前記構成によれば、特にＬＥＤ照明装置を上下方向に沿うように配置した場合に、通風空間を通る気流を整流し、より効率的な放熱が可能である。

そして、前記放熱部の後方に位置し、前記放熱部に伝えられた熱を後方へと伝導する後方熱伝導部と、前記後方熱伝導部の後方に位置し、前記後方熱伝導部から伝えられた熱をＬＥＤ照明装置の取付対象物へと伝導する支持支柱とを備えたものとできる。

前記構成によれば、後方熱伝導部と支持支柱とにより、取付対象物（建物の梁、天井、壁面など）に熱を逃がすことができる。

本発明によると、熱源である発光部からの熱を速やかに後方に逃がすことができ、かつ、通風空間に自然発生する気流により効率の良い放熱が可能である。そして側方カバーにより、熱伝導部と放熱部とにＬＥＤ照明装置のユーザー等が誤って触れてしまい火傷を負うことを抑制できる。このため、製造しやすく、かつ放熱性能に優れ、安全性の高いＬＥＤ照明装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置の外観を示す斜視図である。 同ＬＥＤ照明装置における側方カバーを外した状態の斜視図である。 同ＬＥＤ照明装置の縦断面図である。 同ＬＥＤ照明装置における熱伝導部（後方熱伝導部）を示す斜視図である。 同ＬＥＤ照明装置における放熱部の一部を示す分解斜視図である。 同ＬＥＤ照明装置において発生する気流を示す説明図であり、（Ａ）は発光部を下方に配置した場合、（Ｂ）は発光部を上方に配置した場合を示す。 同ＬＥＤ照明装置における側方カバーを示す後方からの斜視図である。

次に、本発明につき一実施形態を取り上げて説明を行う。以下、本実施形態のＬＥＤ照明装置にて発光部が備えられた側を前方（つまり、発光部からの光は前方に照射される）として説明する。なお、本発明が下記において説明する方向の態様のみに限定解釈されないことは言うまでもない。

本実施形態のＬＥＤ照明装置は図１に示すような外観であり、従来の水銀灯を用いた投光器の代替品として好適である。このＬＥＤ照明装置は主に、図２に示すように、（前方からの配置順で）発光部１、熱伝導部２、放熱部３、後方熱伝導部５、支持支柱６、そして、側方カバー４から構成される。このＬＥＤ照明装置は、発光部１が下向き（図６（Ａ）参照）、上向き（図６（Ｂ）参照）、横向き、斜め向きとなるように設置することが可能であるが、特に、後述のように自然発生する気流による放熱を行うことができるため、発光部１が上向きか下向き、もしくはこれに近い斜め向きとなるように設置することが有利である。

図３に示すように、発光部１は、基板１１、リフレクタ１２、前方カバー１３を備える。基板１１は前面にＬＥＤ素子が配置されている。本実施形態ではＬＥＤ素子として白色ＬＥＤが用いられている。これにより、白色光が発光部１から前方に照射される。ただし、発光部１から発する光の色は白色に限定されるものではなく、他の色の光を発するＬＥＤを用いたり、発光部１がフィルターを備えたものとしたりすることにより、他の色の光を発するものでも良い。図示していないが、ＬＥＤ素子は、基板１１上に等間隔に３６個が配置されている。これにより、４００Ｗ水銀灯に相当する光を照射できる。これに対し、消費電力は１５０Ｗで済むため小電力である。よって、節電に貢献でき、排出二酸化炭素削減に寄与できる。また、従来の水銀灯では電源投入後に充分な発光状態となるまで時間を要するが、ＬＥＤ素子の場合は瞬間的に充分な発光状態となるため、操作性が良い。また、同照度の水銀灯に比べると、本実施形態の発光部１は発熱量が小さくて済む。

リフレクタ１２は、前記基板１１上に配置されたＬＥＤ素子から発する光を反射させて前方に導くものである。このリフレクタ１２は、内面の傾斜角が８０°とされ、前方に向かうにつれ広がるように形成されている。また、本実施形態のリフレクタ１２は白色とされているが、表面にクロームメッキ等を施すことにより、光がより反射するようにしても良い。

前方カバー１３は透明で、基板１１とリフレクタ１２とを前方から覆う。これにより、基板１１とリフレクタ１２が汚れて照度が低下したり、ＬＥＤ素子の寿命が低下したりすることを防止できる。なお、この前方カバー１３は、透明以外に、半透明や着色されたものであっても良い。また、基板１１と前方カバー１３との間には樹脂製のパッキン１４が設けられている。これにより外部からの水分の浸入が防止できるため、ＬＥＤ素子が保護される。この構成により、本実施形態のＬＥＤ照明装置は屋外であっても問題なく使用できる。

熱伝導部２は基板１１の後方に位置し、発光部１のＬＥＤ素子から発する熱を後方へと伝達する。この熱伝導部２は図４に示すもので、アルミニウム合金を押出成形により一体に成形したものである。この形状は、重量軽減と、熱伝導部２の位置における空気への熱伝達のしやすさとを考慮して定められている。この熱伝導部２は基板１１に当接する平板状の前面プレート２１と、放熱部３に当接する平板状の後面プレート２２と、各プレート２１，２２間に複数がほぼ均等な間隔をおいて平行に設けられ、各々が前後方向に延びる板状の連結部２３とを備える。この熱伝導部２は、貫通穴２４にボルトが貫通することにより固定される。

この熱伝導部２においては、後面プレート２２の上下寸法が拡大された部分である肉厚部２５が２箇所設けられている。この肉厚部２５には、図示していないが後方（図示下方）からタップ穴が貫通している。この肉厚部２５は熱伝導部２では使用されないが、後述する後方熱伝導部５として使用される場合に、タップ穴に対してブラケット６１を固定するためのねじ部材がねじ込まれる。

このように構成された熱伝導部２により、熱源である発光部１（より正確には基板１１上のＬＥＤ素子）から、熱が前面プレート２１、連結部２３、後面プレート２２を順次通過し、前記熱源に対して離れた後方へと熱を速やかに逃がすことができ、この逃がした熱を後述の放熱部３から放熱できる。このため、発光部１の過熱を防止できる。なお、複数の連結部２３…２３の間には空間が存在しており、この空間に位置する空気に対して連結部２３からは放熱がなされるが、この放熱は後述の放熱部３における放熱と並行してなされる。つまり、この熱伝導部２では、後方への熱伝導と空気への熱伝達とが共になされる。

本実施形態における熱伝導部２は、前方（または後方）から見た場合、１４０mm四方の四隅が面取りされた略八角形である。そして、前面プレート２１の前面から後面プレート２２の後面までの距離は約３０mm、前面プレート２１及び後面プレート２２の厚みは２．５mm、連結部２３は１１枚が約１０mmの間隔を空けて設けられており、連結部２３の各々の厚みは２〜３mmである。なお、本実施形態では、熱伝導部２と後述の後方熱伝導部５とが共通部品とされている。

前面プレート２１、後面プレート２２、連結部２３の各寸法は特に限定されるものではないが、連結部２３の延びる方向に直交する方向における前面プレート２１及び後面プレート２２の最大寸法を基準として、前面プレート２１の前面から後面プレート２２の後面までの距離が１０〜３０％の範囲内で設定され、前面プレート２１、後面プレート２２、連結部２３の１枚当たりの厚みが０．７％〜２．５％の範囲内で設定され、連結部２３の間隔が前記最大寸法を基準として７〜１２％の範囲内で設定されることが好ましい。このように設定することにより、熱伝導部２における後方への熱伝導と空気への熱伝達とが良好になされる。

放熱部３は熱伝導部２の後方に位置する。この放熱部３は軸方向に交わる方向（径外方向）へと延びるフィン３ａを有しており、熱伝導部２から伝達された熱を放熱部３周囲の空気に放熱する。

この放熱部３は、アルミニウム合金の円板である大放熱板３１と、同じくアルミニウム合金の円板であって、大放熱板よりも前後面の面積の小さい小放熱板３２とをそれぞれ複数備える。本実施形態では、大放熱板３１は厚さ３mm、直径１８５mmであり、７枚用いられている。そして、小放熱板３２は、厚さ５mm、直径１３０mmであり、７枚用いられている。なお、ここで挙げた各放熱板３１，３２の寸法及び枚数はあくまで一例であり、種々に変更することが可能である。なお、熱容量バランスの観点から、大放熱板３１と小放熱板３２とはほぼ同体積とすることが望ましい。本実施形態の大放熱板３１は、材料の入手のし易さから前記のように厚さ３mmとしているが、この観点からは、２．５mmとすることが理想的である。

図５に示すように、大放熱板３１と小放熱板３２とは、中心位置が一致するようにして板厚方向に交互に重ねられ、前後方向に貫通するボルトで熱伝導部２と後方熱伝導部５と共に固定されることにより、前後方向に平行するフィン３ａが形成される。本実施形態では、重ね合わせの最前方が大放熱板３１で最後方が小放熱板３２となっている。このように、各放熱板３１，３２を重ねるだけでフィン３ａを構成できる。このため、従来の押出成形により形成された放熱部に比べると、金型が不要でフィンを簡単に構成できる。また、各放熱板３１，３２の枚数を増減させることで放熱量を簡単に設定できるため、必要な放熱量に合わせて放熱部３を簡単に設計できる。

また、放熱部３の中心部分は小放熱板３２の直径に一致するように中実に構成されている。このように放熱部３の中心部分が中実とされたことにより、中心が中空である場合に比べて放熱部３の熱容量を大きくできる。熱容量が大きいと、その分、フィン３ａからの放熱を穏やかにできるため、放熱に伴うＬＥＤ素子の温度変化（特に温度低下）を緩やかにできる。このため、急激な温度変化によりＬＥＤ素子を痛めることを抑制でき、ＬＥＤ照明装置の長寿命化に貢献できる。

また、本実施形態では、大放熱板３１よりも小放熱板３２の方が大きい板厚とされている。このため、大放熱板３１同士の空間を広くとることができ、しかも、小放熱板３２の外周側面からの放熱量を板厚の大きい分増やせるため、効率的な放熱が可能である。

側方カバー４は、図３に示すように、前方カバー１３から後方熱伝導部５にわたる径外位置に設けられている。図示のように、前方カバー１３、熱伝導部２、放熱部３、後方熱伝導部５の各外周縁部に対して側方カバー４の内周面は距離が保たれる。これにより、前後方向に連続し、かつ、前後端が開放した通風空間Ｓが形成される。

図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、この通風空間Ｓには、放熱部３からの放熱により、通風空間Ｓ内の空気が暖められて比重が小さくなることで、矢印で図示したような上昇気流Ｆが発生する。図６（Ａ）は発光部１が下向きとなるように設置した場合を示し、図６（Ｂ）は発光部１が上向きとなるように設置した場合を示す。この上昇気流Ｆの発生により、通風空間Ｓの前端（図６（Ａ）の場合）または後端（図６（Ｂ）の場合）から外気が取り入れられる。これにより、放熱部３からの放熱が継続してなされるため、ファン等の強制的に気流を形成する手段がなくても、効率的な放熱がなされる。

図７に示すように、側方カバー４は、内周面から突出して前後方向に延びる整流用リブ４１を備える。本実施形態では、周方向において等間隔に８枚の整流用リブ４１…４１を備える。この整流用リブ４１の存在により、特にＬＥＤ照明装置を上下方向に沿うように配置した場合に、通風空間Ｓに発生した上昇気流Ｆを整流することができ、より効率的な放熱が可能である。

また、側方カバー４は、不透明の硬質樹脂が用いられている。このため、側方カバー４を取り付けた状態で放熱部３等を外部から見えないようにできる。このため、美観を向上させることができる。また、熱伝導部２、放熱部３、後方熱伝導部５が側方カバー４により覆われるため、むき出しの状態にならない。このことから、発光部１から伝達された熱により熱くなった前記各部２，３，５に、ＬＥＤ照明装置のユーザー等が誤って触れてしまい火傷を負うことを抑制でき、安全性が高い。特に、本実施形態の側方カバー４は樹脂製であるため、前記各部２，３，５からの放熱により熱せられにくく、より安全性が高い。

後方熱伝導部５は、前記熱伝導部２と同一形状のものである。この後方熱伝導部５は、放熱部３の後方に位置し、放熱部３周囲の空気へと放出し切れなかった熱を更に後方の支持支柱６へと伝達する。

支持支柱６は、後方熱伝導部５のさらに後方に位置し、建物の梁、天井、壁面などの取付対象物に固定される。この支持支柱６はアルミニウム合金製で、後方熱伝導部５における肉厚部２５に対してブラケット６１がねじ止めされることにより固定されている。この支持支柱６の長さ、また、支持支柱６の側面には前後方向に延びる溝部６２を備える。この溝部６２には、取付対象物に固定されるブラケット（図示していない）を前後方向の位置を調整しつつ取り付けることが可能であり、支持支柱６に対するブラケットの取付位置により、取付対象物とＬＥＤ照明装置との距離を自在に設定できる。また、この支持支柱６は、後方熱伝導部５から伝達された熱を取付対象物へと伝達して逃がすことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。

１ 発光部
１１ 基板
２ 熱伝導部
２１ 前面プレート
２２ 後面プレート
２３ 連結部
３ 放熱部
３ａ フィン
３１ 大放熱板
３２ 小放熱板
４ 側方カバー
４１ 整流用リブ
５ 後方熱伝導部
６ 支持支柱
Ｓ 通風空間

Claims (5)

1. 基板の前面にＬＥＤ素子が配置された発光部と、
   前記基板の後方に位置し、前記ＬＥＤ素子が発する熱を後方へと伝導する熱伝導部と、
   前記熱伝導部の後方に位置し、前後方向に対して交わる方向へと延びるフィンを有しており、前記熱伝導部から伝えられた熱を周囲に放熱する放熱部と、
   少なくとも前記放熱部の径外方向であり、前記フィンの外周縁から離れて位置するもので、前後方向に連続し、かつ、前後端が開放した通風空間を形成する側方カバーとを備えるＬＥＤ照明装置。
2. 前記放熱部は、大放熱板と、前記大放熱板よりも前後面の面積が小さく、かつ、前記大放熱板よりも板厚の大きい小放熱板とを備え、
   前記フィンは、前記大放熱板と前記小放熱板とが板厚方向に交互に重ねられて形成される請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記熱伝導部は、前記基板に当接する平板状の前面プレートと、前記放熱部に当接する平板状の後面プレートと、前記各プレート間に複数が間隔をおいて設けられ、前後方向に延びる連結部とを備える請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記側方カバーは、前後方向に延びる整流用リブが内周面から突出している請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記放熱部の後方に位置し、前記放熱部に伝えられた熱を後方へと伝導する後方熱伝導部と、
   前記後方熱伝導部の後方に位置し、前記後方熱伝導部から伝えられた熱をＬＥＤ照明装置の取付対象物へと伝導する支持支柱とを備えた請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。

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