JP2014013679A - 照明装置、及び、放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光装置より発生する熱を効率的に放熱できる照明装置を提供する。
【解決手段】 照明装置１は、半導体素子を用いるため熱に脆弱であり、高出力を長時間行うと発熱し、寿命を縮める可能性がある。また、照明装置１は、低電圧大電流をかけて高輝度発光を行う場合に、発熱によって素子自身や周囲の封止パッケージが劣化し、素子が損傷する虞がある。
そこで、照明装置１は、放熱板を複数枚積層させ、熱を層毎に分散して放熱する。また、照明装置１は、熱を放熱板に伝熱させ、放熱する時に生ずる気流を用いて、照明装置１の内部に蓄積される熱を効率よく放熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、及び、放熱器に関するものである。

例えば、特許文献１では、少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、前記冷媒流路内には櫛歯部材が配設され、該櫛歯部材は、前記一面と平行な基板と、該基板から該一面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁とからなるものであって、該冷媒流路内で各該立壁が前記冷却媒体の流通方向に延びており、各該立壁には、各該立壁間で該冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる複数の案内部が該冷却媒体の流通方向に沿って整列して形成されていることを特徴とするパワーモジュール用ヒートシンクとして開示されている。

特開２０１２−３３９６６号公報

本発明は、発光装置より発生する熱を効率的に放熱できる照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、発光装置と少なくとも一部が互いに離間した状態で、積層された複数の放熱板と、前記放熱板が積層された空間に、前記発光装置を挿入するための挿入空間を形成するように、それぞれの前記放熱板に設けられた貫通孔とを有する。

好適には、前記発光装置は、挿入された複数の前記貫通孔のうち、一部の前記貫通孔の周縁部で、前記放熱板と熱的に接触している。

好適には、複数の前記発光装置と、複数の挿入空間を形成するように、それぞれの前記放熱板に設けられた複数の前記貫通孔とを有し、複数の前記発光装置は、互いに異なる前記放熱板と熱的に接触している。

好適には、前記放熱板は円盤形状であり、前記放熱板の中央部を支持する支持部材をさらに有し、前記貫通孔は、前記支持部材を中心とした同心円状に、複数配置される。

本発明に係る放熱器は、少なくとも一部が互いに離間した状態で、積層された複数の放熱板と、積層方向に積層された前記放熱板を連通するように、それぞれの前記放熱板に設けられた貫通孔と前記放熱板の中央部を支持する支持部材とを有する。

本発明によれば、放熱板の積層構造により、発光装置より発生する熱を効率的に放熱できるため、熱に脆弱な発光体の損傷を避けることができる。

本実施形態に係る照明装置１の概要を例示する図である。 図１の放熱構造に用いられる放熱板５の構成を例示する図である。 図１の放熱構造を例示する斜視図である。 図３の放熱サイクルを説明する斜視図である。 熱Ｑ２及び放熱ｑ２の放熱サイクルを説明する図である。

本実施形態の背景と概要を説明する。
本実施形態の照明装置１は、発光体をとして、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ［Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ］）を使用した照明用具である。照明装置１は、ＬＥＤを使用することにより、従来の蛍光灯や白熱電球といった照明用具と比較して、例えば、長寿命、低消費電力、低発熱性、耐衝撃性、小型化、及び、高速応答性といった利点が挙げられる。しかし、ＬＥＤは、半導体素子であるため熱に脆弱な性質があり、高出力を長時間行うと発熱し、寿命を縮める可能性がある。また、ＬＥＤは、低電圧大電流をかけて高輝度発光を行う場合に、発熱によって素子自身や周囲の封止パッケージが劣化して行き、ＬＥＤ素子が損傷する虞がある。

そこで、本実施形態の照明装置１は、点灯時にＬＥＤより発せられる熱を効率よく放熱する。照明装置１は、放熱板を複数枚積層させ、熱を層毎に分散して放熱する。また、照明装置１は、熱を放熱板に伝熱させ、放熱する時に生ずる気流を用いて、照明装置１の内部に蓄積される熱を効率よく放熱する。

以下、本発明の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る照明装置１の概要を説明する図である。
図１に例示すように、照明装置１は、レンズ２、載置台３、基板４、放熱板５、発光器６、口金８、筐体１０、及び、支持部１２を有する。

レンズ２は、例えば、合成樹脂部材で構成される場合に、具体的には、プラスチックで構成される。また、レンズ２は、例えば、セラミック部材で構成される場合に、具体的には、ガラス等である。レンズ２は、光源より発せられる光を通すために透明体で、略円形をしたシート状である。具体的には、直径約２００ｍｍ以下、厚さ１０ｍｍ以下の略円形状の透明部材である。レンズ２は、好ましくは、直径１７４ｍｍ以上１７８ｍｍ以下、厚さ約１ｍｍ以上５ｍｍ以下の形状である。

載置台３は、金属部材、又は、合成樹脂部材で構成される。載置台３は、金属部材で構成される場合に、光源より発生する熱を放出する機能を有することができる。また、載置台３は、合成樹脂部材で構成される場合に、光源より発生する熱から外部を保護する機能を有することができる。載置台３は、構成素材を適宜に変更することができる。
載置台３は、略円形状の底面を有し、その底面の周縁部は略鉛直方向に立ち上がって、側壁を形成する。具体的には、載置台３は、直径約２００ｍｍ以下の底面と、厚さ約１５ｍｍ以下の側壁とを有し、好ましくは、直径約１７８ｍｍ以上１８２ｍｍ以下の底面、及び、厚さ約８ｍｍ以上１２ｍｍ以下の側壁である。
さらに、載置台３は、側壁の上端にレンズ２を固定できる溝部がある。例えば、載置台３は、深さ約１０ｍｍ以下の溝部を有し、好ましくは、深さ約１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。載置台３は、側壁の上端にある溝部にレンズ２を嵌め込むことで、レンズ２と載置台３とのつなぎ目は略平面となるような溝部を有する。ここで、レンズ２、及び、載置台３は、両者の厚さや深さを適宜に選択し、用途に応じて変更することができる。
また、載置台３は、底面と、側壁とに囲まれた内部に部材を収めることのできる空間を有し、少なくとも、基板４、及び発光器６を収めることのできる領域を有する。載置台３は、発光器６を設置するための貫通する孔を有する。載置台３は、発光器６の設置数に応じて、孔の数を適宜に変更することができる。

基板４は、電子部品を固定して、配線するための部品である。基板４は、例えば、合成樹脂部材で構成される場合に、具体的には、プラスチックで構成される。また、基板４は、例えば、セラミック部材で構成される場合に、具体的には、ガラスやファインセラミックスで構成される。基板４は、構成材料を適宜に変更することができる。
基板４は、載置台３の側壁に内接して設置できるシート状の形状である。具体的には、基板４は、直径約１７０ｍｍ以下、及び、厚さ約５ｍｍ以下の形状であり、好ましくは、直径１５７ｍｍ以上１６２ｍｍ以下、厚さ１ｍｍ以上４ｍｍ以下の形状である。基板４は、載置台３と同様の連通する孔を有する。

図２は、図１に用いられる放熱板５の構成を説明する図である。
図１に例示するように、放熱板５は、少なくとも一部が互いに離間した状態で、複数積層される。具体的には、放熱板５は、等間隔に離間しており、約３ｍｍ以下程度の離間する間隔が好ましい。
放熱板５は、例えば、金属部材で構成され、具体的には、アルミニウム合金で構成される。また、放熱板５は、シート状に形成され、略円形状である。具体的には、放熱板５は、直径約２００ｍｍ以下、厚さ約５ｍｍ以下の形状をし、好ましくは、直径１７８ｍｍ以上１８２ｍｍ以下、厚さ１ｍｍ以上３ｍｍ以下の円盤形状である。

図２に例示するように、放熱板５は、外貫通孔５ａ、内貫通孔５ｂ、及び、気流通気口５ｃを有する。
外貫通孔５ａ、及び、内貫通孔５ｂは、本発明に係る貫通孔の一例である。
外貫通孔５ａは、放熱板５の中心点を基準として、複数配置される。具体的には、外貫通孔５ａは、放熱板５の中心点の同心円上、又は、支持部１２を中心とした同心円上であり、既定の孔を基準として、等間隔に複数配置される。本実施形態では、外貫通孔５ａは、既定の孔を基準として、中心角３６°の角度で、直径１３０ｍｍの位置に、直径約２０ｍｍの孔を１０個配置される。
内貫通孔５ｂは、外貫通孔５ａと同様に、放熱板５の中心点の同心円上、又は、支持部１２を中心とした同心円上であり、既定の孔を基準として、等間隔に複数配置される。本実施形態の内貫通孔５ｂは、外貫通孔５ａを配置する同心円の直径より短く、中心角３６°の角度で、直径８０ｍｍの位置に、直径約２０ｍｍの孔を１０個配置される。このとき、内貫通孔５ｂは、内貫通孔５ｂの既定の孔と、外貫通孔５ａの既定の孔とを略９０°位相をずらして配置される。
気流通気口５ｃは、放熱板５、外貫通孔５ａ、及び、内貫通孔５ｂと同じ中心点上、又は、又は、支持部１２の中心点上に配置される。本実施形態では、気流通気口５ｃは、直径約２５ｍｍの孔を形成する。

また、図１に例示するように、放熱板５は、積層方向に積層されることにより、連通した挿入空間が設けられる。具体的には、外貫通孔５ａ、及び、内貫通孔５ｂは、放熱板５を積層方向に積層させることにより連通し、連通した孔に発光器６を挿入するための挿入空間を形成する。
ここで、放熱板５は、放熱部材の一例であり、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更できる。

図１に例示するように、発光器６には、ＬＥＤ６ａ、配線６ｂ、及び、熱伝導棒６ｃが含まれる。
ＬＥＤ６ａは、発光体の一例である。ＬＥＤ６ａは、順方向に電圧を加えることで、発光する半導体素子である。
配線６ｂは、電源より受け付けた電力をＬＥＤ６ａに供給する。配線６ｂは、導体の性質を有し、線状に加工されたワイヤ、又は、ケーブルである。
熱伝導棒６ｃは、例えば、金属部材で構成され、具体的には、アルミニウム合金で構成される。熱伝導棒６ｃは、少なくとも、配線６ｂを挿通できる貫通した穴を有し、配線６ｂを挿入することができる。熱伝導棒６ｃは、ＬＥＤ６ａを発光させると半導体素子から発生する熱を放熱板５に伝達する。ここで、発光器６は、本発明に係る発光装置の一例であり、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更できる。

口金８は、照明器具に備えられるソケット部分と接続するためのものであり、ねじ込式、又は、差し込み式のものである。本実施例では、ねじ込式を例示する。

筐体１０は、例えば、合成樹脂部材で構成される。筐体１０は、少なくとも、点灯に関する電子回路部材を内蔵する。

支持部１２は、例えば、金属部材で構成され、具体的には、アルミニウム合金で構成される。支持部１２は、少なくとも一部が互いに離間した状態で、積層された複数の放熱板５を支持する。支持部１２は、略筒状であり、積層した放熱板５に連通される気流通気口５ｃに挿通するように設置される。支持部１２は、放熱板５を支持するため、少なくとも、積層する放熱板５の積層構造より、寸法を長く設定される。

次に、放熱するための構造について説明する。
図３は、図１の放熱構造を例示する斜視図である。
図３に例示するように、放熱板５は、少なくとも一部が互いに離間した状態で複数積層するように構成される。放熱板５は、それぞれの板面に貫通孔を有し、積層することにより発光器６を挿入するための挿入空間を形成する。具体的には、複数の放熱板５は、離間した状態で積層し、外貫通孔５ａ、内貫通孔５ｂ、及び、気流通気口５ｃの孔を有するため、外貫通孔５ａ、及び、内貫通孔５ｂより形成された複数の挿入空間には、発光器６を挿入され、気流通気口５ｃにより形成された空間には、支持部１２を設置される。
また、発光器６は、挿入空間を形成する一部の貫通孔の周縁部で、放熱板５と熱的に接触する。発光器６は、放熱板５と熱的に接触する位置を互いに異なるように設置される。具体的には、発光器６は、挿入空間を形成する放熱板５の一部の孔と、孔に挿入される発光器６の熱伝導棒６ｃとの熱的に接触する組み合わせを層毎に変位させるよう設置される。ここで、放熱板５と発光器６との接触方法は、例えば、溶接や物理的接触でもよい。

したがって、図３に例示されるように、放熱板５と、熱伝導棒６ｃとの熱的接触位置は、螺旋状になるように設置される。放熱板５は、外貫通孔５ａの螺旋状接触と、内貫通孔５ｂの螺旋状接触（不図示）とを構成し、熱の放熱作用と、放熱作用による上昇気流とによって冷却するものである。図３に例示する矢印は、熱の移動を可視化したものであり、それぞれを熱Ｑ１、熱Ｑ２、熱Ｑ３、及び、熱Ｑ４とする。
ここで、外貫通孔５ａの螺旋状接触と、内貫通孔５ｂの螺旋状接触との順は、同じ回転方向でも逆回転方向でもよい。また、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲内において熱的接触位置の配列を適宜に変更できる。

図４は、図３の放熱サイクルを説明する斜視図である。
図４は、図３を斜視し易いよう切取したものであり、熱や気流の流れを可視化し、例示したものである。図４に例示するように、放熱板５は、熱伝導棒６ｃにより、ＬＥＤ６ａを発光させたことにより発生した熱を、それぞれ熱的に接触する層に伝熱される。
ここで、図３と同様に、図４で例示する熱の動きを示す下方矢印を上層から順に熱Ｑ１、熱Ｑ２、熱Ｑ３、及び、熱Ｑ４とする。また、熱Ｑ１、熱Ｑ２、熱Ｑ３、及び、熱Ｑ４により伝熱された熱により温められた空気層を上方曲線矢印として表し、熱Ｑ１より伝熱されたものを放熱ｑ１、熱Ｑ２より伝熱されたものを放熱ｑ２、熱Ｑ３より伝熱されたものを放熱ｑ３、及び、熱Ｑ４より伝熱されたものを放熱ｑ４とする。

図５は、熱Ｑ２及び放熱ｑ２の放熱サイクルを説明する図である。
図５は、図４の熱Ｑ１及び熱Ｑ２の伝熱の様子をＺ方向から切断面を見たものである。また、ここから、熱Ｑ２、及び、放熱ｑ２に着目して説明する。
図５に例示するように、熱Ｑ２は、熱伝導棒６ｃと接触する放熱板５に伝熱される。放熱板５は、熱伝導棒６ｃより伝熱された熱を板面に伝熱される。ここで、放熱ｑ２は、放熱板５に放熱されたことにより温められた空気層の流れの一例である。放熱ｑ２は、気流通気口５ｃに向かって移動する。このとき、放熱板５により挟まれる空間にある空気層は温度の高い方から低い方へ流れるため、少なくとも、熱伝導棒６ｃと接触する部分と離間する気流通気口５ｃに向かって流れる。
放熱ｑ２は、放熱板５により挟まれているため、板面に沿って流れていき、気流通気口５ｃの近傍まで流れると、板面に沿って流れることができないため、板面から剥がれて流れてしまう。この板面の角部から剥がれた放熱ｑ２は、その周囲の空気層より風速が早くなる性質を持つため、気流を起こしやすい状態にある。そのため、放熱ｑ２は、気流通気口５ｃに達した時に、温かいために上昇し、上昇気流Ｋ１の一部となり放出される。また、積層する放熱板５は、放熱ｑ２を放出されたことにより、新たな空気Ｎ１を内部に取り込もうとするため、空気層の循環が行われる。
また、熱Ｑ１、熱Ｑ３、及び、熱Ｑ４は、熱Ｑ２と同じ作用であるため割愛する。

以上説明したように、本実施形態に係る照明装置１によれば、発光器６より発生した熱である熱Ｑ１、熱Ｑ２、熱Ｑ３、及び、熱Ｑ４を熱伝導棒６ｃを通してそれぞれ接触する放熱板５に伝熱する。照明装置１は、放熱板５に伝熱された熱を、放熱板５により挟み込まれた空気層に伝熱し、伝熱された放熱ｑ１、放熱ｑ２、放熱ｑ３、及び、放熱ｑ４を気流通気口５ｃに放出させる。また、照明装置１は、放熱ｑ１、放熱ｑ２、放熱ｑ３、及び、放熱ｑ４を放出したことにより、積層する放熱板５の内部に新たな空気を取り込むために、空気層の循環が行われる。照明装置１は、この空気層の循環により図４、及び、図５に例示する上昇気流Ｋ１を連続的に発生させことができる。また、図３に示すように、照明装置１は、放熱板５を複数積層され、外貫通孔５ａの螺旋状接触と、内貫通孔５ｂの螺旋状接触との二重構造により、渦の中心となる放熱板５の気流通気口５ｃに熱を移動させやすくなり、効率的に熱を放出する効果を得る。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。

［変形例］
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
上記実施形態では、放熱板５を平面の形状に加工したが、これに限定するものではなく、より空気の循環を効率的に行うために、波型などに板面の形状を変更してもよい。また、放熱板５は、外径形状も適宜に変更することができる。
また、放熱板５の積層する間隔を約３ｍｍ以下としたが、これに限定するものではなく３ｍｍ以上の間隔を取ってもよい。
また、本実施形態では、貫通孔を放熱板５の板面に対して、略垂直に加工したため、発光器６を挿入する挿入空間を鉛直方向に形成したが、これに限定するものではなく、挿入空間を鉛直方向よりやや傾けて形成してもよい。

１ 照明装置
２ レンズ
３ 載置台
４ 基板
５ 放熱板
５ａ 外貫通孔
５ｂ 内貫通孔
５ｃ 気流通気口
６ 発光器
６ａ ＬＥＤ
６ｂ 配線
６ｃ 熱伝導棒
８ 口金
１０ 筐体
１２ 支持部
Ｑ１〜Ｑ４ 熱
ｑ１〜ｑ４ 放熱
Ｎ１ 空気
Ｋ１ 上昇気流

Claims (5)

1. 発光装置と、
   少なくとも一部が互いに離間した状態で、積層された複数の放熱板と、
   前記放熱板が積層された空間に、前記発光装置を挿入するための挿入空間を形成するように、それぞれの前記放熱板に設けられた貫通孔と
   を有する照明装置。
2. 前記発光装置は、挿入された複数の前記貫通孔のうち、一部の前記貫通孔の周縁部で、前記放熱板と熱的に接触している
   請求項１に記載の照明装置。
3. 複数の前記発光装置と、
   複数の挿入空間を形成するように、それぞれの前記放熱板に設けられた複数の前記貫通孔と
   を有し、
   複数の前記発光装置は、互いに異なる前記放熱板と熱的に接触している
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記放熱板は円盤形状であり、
   前記放熱板の中央部を支持する支持部材
   をさらに有し、
   前記貫通孔は、前記支持部材を中心とした同心円状に、複数配置される
   請求項１に記載の照明装置。
5. 少なくとも一部が互いに離間した状態で、積層された複数の放熱板と、
   積層方向に積層された前記放熱板を連通するように、それぞれの前記放熱板に設けられた貫通孔と
   前記放熱板の中央部を支持する支持部材と
   を有する放熱器。

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