JP2015002076A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子としてLEDを用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device using LEDs as light emitting elements.
発光ダイオード(以下、「LED」と称する)は、従来から知られる蛍光灯や白熱電球のような照明光源に比べて、小型、高効率及び長寿命であることから、新しい光源として期待されており、省資源に対する市場ニーズの高まりを受けて、LEDを用いた照明装置が種々開発されている。
例えば、特許文献1には、既存の白熱電球における発光中のフィラメントの発光形状をLEDモジュールで擬似的に再現できる電球形の照明装置が記載されている。具体的には、特許文献1には、サファイア基板とその上に積層された、互いに異なる組成からなる複数の窒化物半導体層を有するLEDチップを蛍光材粒子等を含む封止材で覆い、放熱性の高い部材で形成した基台の一側面に実装してLEDモジュールとした上で、このLEDモジュールを、基台の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料で構成されたステムによって固定することにより、温度上昇によるLEDチップの発光効率の低下及び寿命の低下を抑制することができることが記載されている(段落[0116][0117][0125]〜[0127][0133][0302][0303])。そして、LEDチップの発光によって生じた熱はステムを介して口金に逃がすことができ、その口金の内部には点灯回路が収納されていることが記載されている(段落[0156][0221])。
Light emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) are expected to be a new light source because they are smaller, more efficient, and have a longer life than conventional illumination light sources such as fluorescent lamps and incandescent lamps. In response to growing market needs for resource saving, various lighting devices using LEDs have been developed.
For example,
また、特許文献2には、LEDを用いた電球状の照明装置が点灯回路を備え、該点灯回路は、AC−DC変換する電源供給回路およびLEDの点灯状態を制御する点灯制御回路などを備えるとともに、回路基板上には、コンデンサ、抵抗およびFETなどの各種電子部品が実装されて構成されていることが記載されている(段落[0025][0037])。
Further, in
また、特許文献3には、コンデンサを有する電源回路部を備えたLEDを用いた電球状の照明装置が記載され、照明装置の長寿命化を実現するためには電解コンデンサは欠かすことができず、なおかつ電解コンデンサの寿命も長くしなければならないこと、電解コンデンサは電解液を用いているため耐熱性が特に低く、電解コンデンサの寿命は、使用温度と相関があること、一般的には10℃使用温度を下げるとコンデンサの寿命は2倍に延び、電解コンデンサ寿命は、周囲温度に左右されやすいことが記載されている(段落[0044][0046][0047])。
一般に、LEDを多数回にわたって繰り返して発光させたり、高出力を得るために高い電力を投入してLEDチップの過度の温度上昇を招くと、LEDが劣化して発光効率が低下する等の問題があるため、LEDを用いた照明装置では、LEDが発する熱を効率よく放熱させるヒートシンクを備えるものが知られている。そして、特許文献1の場合は、LEDモジュールが固定されているステムがヒートシンクの役割を果たし、温度上昇による
LEDチップの熱劣化を抑制している。
Generally, when an LED is repeatedly emitted many times, or when high power is applied to obtain a high output and an excessive temperature rise of the LED chip is caused, the LED deteriorates and the light emission efficiency decreases. For this reason, there is known an illumination device using LEDs that includes a heat sink that efficiently dissipates heat generated by the LEDs. And in the case of
しかしながら、特許文献1の場合、LEDの発光に伴って生じる熱が、ヒートシンクとして機能するステムを通じて下部の電源回路基板に直ちに到達してしまい、電源回路の温度上昇を招くため、ひいては回路が破壊され、結果としてLED照明装置の寿命を縮めてしまうという別の問題が生じ得る。このような場合に、電源回路を構成する複数の部品のうち、不特定の電子部品が予期し得ない状態で故障すると、その電子部品が発熱源となってさらに回路周辺の温度上昇を招き、ますますLED照明装置の寿命を縮めてしまう悪循環に陥りかねない。特に、LED照明装置の電気回路を構成する電子部品に電解コンデンサを用いた場合には、電解コンデンサは電解液を用いていることから耐熱性が特に低く、回路の温度上昇によって電解コンデンサが破壊され、電解コンデンサから気化した電解液が電気回路中に放出されて回路部品が熱破損したり、過熱により樹脂部分が熱溶解するおそれがある(特許文献2[0004]、特許文献3[0047]参照)。
However, in the case of
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、LEDの発光に伴って生じる熱の伝達や、電源回路等の発熱に起因して、電気回路自体が温度上昇して熱劣化することを抑制でき、高出力化と長寿命化の両立が達成可能なLED照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the electrical circuit itself rises in temperature and thermally deteriorates due to heat transfer caused by light emission of the LED and heat generation of the power supply circuit and the like. An object of the present invention is to provide an LED lighting device that can be suppressed and can achieve both high output and long life.
上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]LEDを有するLED発光モジュールと、前記LED発光モジュールを収容する筐体と、を備え、前記筐体は、前記LEDが発する熱を放熱するヒートシンクを少なくとも一部に備えると共に、前記LEDに供給される電力を制御する電源回路基板を収容するための基板収容部を有するドライバハウジングを備え、前記基板収容部の内側の少なくとも一部は熱伝導率が20W/mK以上であって、かつ、前記基板収容部の内側の少なくとも一部にリブ構造を有することを特徴とする照明装置。
[2]前記基板収容部には、ポッティング剤が充填されていることを特徴とする[1]に記載の照明装置。
[3]前記基板収容部は、前記電源回路基板及び当該電源回路と直接接触していないことを特徴とする[1]又は[2]に記載の照明装置。
[4]前記電源回路基板に、電解コンデンサが実装されていることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の照明装置。
[5]前記ドライバハウジングの外側に放熱塗料がコーティングされていることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の照明装置。
[6]前記ポッティング剤の熱伝導率は0.8W/mK以上であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の照明装置。
[7]前記リブ構造において、凸部の幅が、凹部の幅の±30%の範囲内であることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の照明装置。
[8]前記LEDは、少なくとも、基板と、当該基板上に窒化物半導体層を有するLEDチップであることを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の照明装置。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] An LED light emitting module having an LED, and a housing that houses the LED light emitting module, the housing including at least a part of a heat sink that dissipates heat generated by the LED, and the LED A driver housing having a substrate housing portion for housing a power supply circuit board for controlling the supplied power, wherein at least a part of the inside of the substrate housing portion has a thermal conductivity of 20 W / mK or more, and A lighting device having a rib structure in at least a part of the inside of the substrate housing portion.
[2] The illumination device according to [1], wherein the substrate housing portion is filled with a potting agent.
[3] The lighting device according to [1] or [2], wherein the board housing portion is not in direct contact with the power circuit board and the power circuit.
[4] The illumination device according to any one of [1] to [3], wherein an electrolytic capacitor is mounted on the power circuit board.
[5] The lighting device according to any one of [1] to [4], wherein a heat radiation paint is coated on the outside of the driver housing.
[6] The lighting device according to any one of [1] to [5], wherein the potting agent has a thermal conductivity of 0.8 W / mK or more.
[7] The illumination device according to any one of [1] to [6], wherein in the rib structure, the width of the convex portion is within a range of ± 30% of the width of the concave portion.
[8] The illumination device according to any one of [1] to [7], wherein the LED is an LED chip having at least a substrate and a nitride semiconductor layer on the substrate.
本発明によれば、LEDに供給される電力を制御する電源回路基板を収容するための基板収容部を有するドライバハウジングを備えた照明装置において、LEDが発する熱を放熱するヒートシンクを少なくとも一部に備えると共に、前記基板収容部の内側の少なくとも一部を所定の熱伝導率を有する材料で構成し、かつ、前記基板収容部の内側の少なくとも一部にリブ構造を有する形状を採用することにより、LEDの発光に伴って生じる熱の伝達や、電源回路等の発熱に起因して、電気回路自体が温度上昇して熱劣化することを抑制でき、高出力化と長寿命化の両立が達成可能なLED照明装置を提供することができる
。
According to the present invention, in a lighting device including a driver housing having a board housing portion for housing a power circuit board that controls power supplied to the LED, a heat sink that dissipates heat generated by the LED is at least partially included. And comprising at least a part of the inside of the substrate housing part with a material having a predetermined thermal conductivity, and adopting a shape having a rib structure on at least a part of the inside of the board housing part, It is possible to suppress the heat deterioration due to the heat transfer caused by the light emission of the LED and the heat generation of the power supply circuit, etc., and to achieve both high output and long life. LED lighting device can be provided.
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 DETAILED DESCRIPTION Exemplary embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are intended to limit the technical scope of the invention only to those unless otherwise specified. is not.
<実施形態>
図1は、実施形態に係る照明装置1の分解斜視図である。図2は、実施形態に係る照明装置1の斜視図である。図3は、実施形態に係る照明装置1の斜視断面図である。図4は、実施形態に係る照明装置1の斜視図である。照明装置1は、光源として、発光ダイオード(以下、「LED」という)40を備えた灯具である。照明装置1は、レンズ2、レンズホルダ3、LED発光モジュール4、ヒートシンク5、ドライバハウジング6、導線押さえ部材7、回路基板8等を備える。
<Embodiment>
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
本明細書においては、レンズ2が設けられている側を照明装置1の「前方」と定義し、導線押さえ部材7が設けられている側を「後方」と定義する。また、本実施形態では、照明装置1を、例えば約50mmの外径を有するMR16型ハロゲン電球に代替可能なMR16型LED照明装置とする場合を例に説明する。図4は、前方から照明装置1を眺めた場合の斜視図を示している。
In the present specification, the side on which the
後述のとおり、LED発光モジュール4は、LED40を有しており、LED40には、少なくとも基板と、当該基板上に窒化物半導体層を有するLEDチップを用いることが好ましい。
筐体10は、LED発光モジュール4を収容するためのものである。また、筐体10は、LED40が発する熱を放熱するヒートシンク5と、LED40に供給される電力を制御する電源用の回路基板8(図2参照)を収容するための基板収容部61を有するドライ
バハウジング6と、を備える。
As will be described later, the LED light-emitting
The
本発明において、基板収容部61の内側の少なくとも一部は、熱伝導率の高い材料で構成され、かつ、基板収容部61の内側の少なくとも一部にリブ構造700を有する点に特徴がある(図5参照)。
このような材料の熱伝導率は、20W/mK以上であり、50W/mK以上であることが好ましく、80W/mK以上であることが更に好ましい。これらの熱伝導率の条件を満たす限り、熱伝導率の高い材料の種類には特に制限はないが、アルミニウムや銅などの金属が好ましく、アルミニウムが特に好ましい。また、上記の条件を満たす限り、アルミナ等のセラミックスも用いてもよい。
なお、上記熱伝導率の高い材料は、基板収容部61の内側の全面積の30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%の面積を占めることが好ましい。
本発明において、リブ構造とは、平板又は曲板等の形状を有する板状の複数の突起部を備えた構造をいい、以下、当該突起部を凸部、当該突起部と突起部の間を凹部という。リブ構造は、基板収容部の内側の全面にわたって設けてもよいが、当該内側のスペースを効率よく活用するために、当該内側の半分以下の面のみにわたって設けてもよい。
The present invention is characterized in that at least a part of the inside of the
The thermal conductivity of such a material is 20 W / mK or more, preferably 50 W / mK or more, and more preferably 80 W / mK or more. As long as these thermal conductivity conditions are satisfied, the type of material having high thermal conductivity is not particularly limited, but metals such as aluminum and copper are preferable, and aluminum is particularly preferable. Moreover, as long as the above conditions are satisfied, ceramics such as alumina may be used.
The material having a high thermal conductivity is 30% or more, preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more, and most preferably 100% of the total area inside the
In the present invention, the rib structure refers to a structure having a plurality of plate-like protrusions having a shape such as a flat plate or a curved plate. Hereinafter, the protrusions are convex, and the gap between the protrusions and the protrusions. This is called a recess. The rib structure may be provided over the entire inner surface of the substrate housing portion. However, in order to efficiently use the inner space, the rib structure may be provided over only the inner half or less of the surface.
上記のリブ構造700については、基板収容部61が、所定の基板を収容し得るものである限り特に制限はないが、基板収容部61内に蓄積される熱を効率よく外部に放熱できる構造であることが好ましく、リブ構造700に係る表面積がより大きいことがより好ましい。また、リブ構造700において、凸部の幅が、凹部の幅の±30%、好ましくは±25%、より好ましくは±20%の範囲内であると、基板収容部61内に蓄積される熱を効率よく外部に除去することができ、特に好ましい。上記のリブ構造を上記の熱伝導率の高い材料で形成することにより、両者の効果が相俟って、更に放熱効果を高めることができる。
The
電源用の回路基板8及び当該電源回路は、基板収容部と直接接触していない態様で用いることが好ましい。このように直接接触させないことにより、電源回路がショートして破壊される危険を回避することができる。
また、電源用の回路基板8を縦置きにして基板収容部61に設置したり、さらに回路基板の両面を用いた両面基板としての態様を採用することにより、上記のリブ構造700を採用しつつ、よりコンパクトな構造設計が可能となるので、好ましい。
The power
Further, by adopting the aspect as a double-sided board using both sides of the circuit board by placing the
また、電源用の回路基板8に電解コンデンサが実装されている場合、前記のとおり、照明装置の点灯により、電解コンデンサが100℃に近い温度に達すると劣化しやすく、その熱劣化が照明装置全体の寿命を左右するおそれがあるため、かかる場合に、放熱により基板収容部61の温度上昇を極めて効率的に抑制できる本発明を適用することは、照明装置の高出力化と長寿命化の両立を図ることが達成できる点で、特に意義がある。
Further, when an electrolytic capacitor is mounted on the
また、回路基板8及びその基板上の電気部品への熱負荷を低減し、安定性を高めるために、それらを収容する基板収容部61には、ポッティング剤が充填されていることが好ましい。ポッティング剤には、熱伝導率の高いものが好適に用いられ、0.8W/mKより大きいものが好ましく、1.4W/mK以上のものがより好ましく、2.0W/mK以上のものが更に好ましい。また、ポッティング剤は、導電性を有しない樹脂系の材料であることが好ましい。具体的には、耐熱性のある熱伝導性のシリコーン系樹脂(例えば、信越シリコーン製の電気・電子用RTVシリコーンゴム)を適宜選択して、好適に用いることができる。なお、ポッティング剤は、フィラー(例えば、非導電性のフィラー。二酸化ケイ素等。)を含むものであってもよく、このように複合材料とすることにより、所望の高熱伝導性や絶縁性を実現してもよい。
Further, in order to reduce the thermal load on the
次に、ドライバハウジング6等の詳細について説明する。図5及び図6に、実施形態に係るドライバハウジング6の斜視図を示す。図7に、実施形態に係る導線押さえ部材7の斜視図を示す。
ドライバハウジング6は、種々の樹脂、セラミック等の無機材料、アルミ等の金属を適用することができ、また、これらの併用でもよい。また、放熱の観点から、ドライバハウジングの外側に、市販の放熱塗料(例:合同インキ株式会社製の透明性放熱塗料「ユニクール」、オキツモ株式会社製の放熱用コーティング剤「クールテック」(CT−200)等)をコーティングしたものを用いることが好ましい。このような構成を採用することにより、ドライバハウジング6内部からの放熱効果を、より一段と高めることができる。本実施形態では、ドライバハウジング6の材質には、アルミニウム合金(ADM12)を用いたが、これに限らず、前記の基板収容部61で例示した材料や、導電性性能を持たないPBT(polybutylene terephthalate)等の樹脂系部材を用いてもよい。ドライバハウジング6は、回路基板8(図2を参照)を収容する基板収容部61と、この基板収容部61の後方に連設された導線押さえ装着部62とを備える。基板収容部61は、底部611と、この底部611に立設されている筒壁部612を有する。筒壁部612は、ヒートシンク5に嵌合され、ネジ等の締結具を介してヒートシンク5にドライバハウジング6を連結する連結部である。
Next, details of the
For the
また、ドライバハウジング6は、後述する固定ビス42を取り付けるためのネジ溝が形成された一組の固定部613を備えている。固定部613は、図5に示すように、筒壁部612の内面に沿って配置されている。本実施形態では、筒壁部612の周方向において、各固定部613が向かい合わせとなる位置に配置されているが、固定部613の設置数、配置位置等は適宜変更しても良い。更に、ドライバハウジング6(基板収容部61)における筒壁部612の前端縁には、コの字形の切欠き614が一組形成されている。この一組の切欠き614も、筒壁部612の周方向において、ちょうど向かい合わせとなる位置に配置されている。
Further, the
図6に示すように、ドライバハウジング6における導線押さえ装着部62は、略角筒形状を有しており、基板収容部61の底部611に装着部62の一端が接続されることで、当該装着部62の内部と基板収容部61の内部とが連通している。ドライバハウジング6における導線押さえ装着部62の後端側には、図7に示す導線押さえ部材7が嵌め込まれる開口端621が形成されている。図7に示すように、導線押さえ部材7は、略矩形板状のベース板部71、口金ピン81(図2を参照)を保持するための保持部72、一組のロック部73等を有する。導線押さえ部材7は、絶縁部材によって形成されている。装着部62の内面には、当該内面を周回するように帯状の突起622(図6を参照)が設けられている。
As shown in FIG. 6, the conductor
導線押さえ部材7の保持部72は、略直方体形状を有しており、図2に示す回路基板8に設けられる口金の口金ピン81を挿通可能な一組の挿通孔74が穿設されている。この挿通孔74は、保持部72及びベース板部71を、厚さ方向に貫通するように形成されている。口金ピン81を、導線押さえ部材7の挿通口74を通じて外部のソケット(図示省略)に差し込み、接続することにより、回路基板8に対して外部電源から電力を供給することができる。
The holding
導線押さえ部材7のロック部73は、保持部72の各短辺に沿うようにして、ベース板部71の前面から立設している。そして、図7に示すように、ロック部73の先端には、係止爪75が形成されている。また、保持部72の長辺方向に沿った一組の側面の前端部近傍には、係止溝76が形成されている。導線押さえ部材7におけるロック部73の係止爪75、及び、保持部72の係止溝76は、ドライバハウジング6の装着部62に形成さ
れた突起622と係合することができる。ドライバハウジング6の装着部62に導線押さえ部材7を嵌め込んだ際、装着部62に形成された突起622に係止爪75及び係止溝76が係止されることで、導線押さえ部材7がドライバハウジング6に装着される。
The
次に、ヒートシンク5と、このヒートシンク5に装着されるレンズ2、レンズホルダ3、LED発光モジュール4等の詳細について説明する。図8、9は、実施形態に係るヒートシンク5の斜視図である。ヒートシンク5は、ドライバハウジング6と共に照明装置1における筐体10の一部を構成する部材である。つまり、照明装置1の筐体10は、ヒートシンク5及びドライバハウジング6を含んで構成されている。また、ヒートシンク5は、LED40の熱を外部に放出して当該LED40を冷却するための放熱部材でもある。ヒートシンク5は、放熱性が良好な部材、例えばアルミニウムなどによって形成されている。
Next, details of the
ヒートシンク5は、LED発光モジュール4を設置する底部51、底部51よりも後方に位置する外筒部52、複数の放熱フィン53等を備える。ヒートシンク5の底部51は、平面形状が略円形をなしている。また、外筒部52の内径は、ドライバハウジング6における筒壁部612の外径よりも僅かに大きく、筒壁部612を外筒部52に差し込むことができる。図3に示すように、ヒートシンク5の底部51には、LED発光モジュール4が設置されている。
The
LED発光モジュール4は、LED基板41およびこれに実装(搭載)されたLED40を備える。本実施形態において、LED発光モジュール4は、LED基板41の中央部にLED40を集約配置したいわゆるワンコア型のモジュールとなっている。つまり、LED発光モジュール4は、LED40が略中心にLED基板41に搭載されており、光軸と底部51の中心が略一致するように配置されている。LED基板41は、例えば、放熱性が良好なアルミニウム等の金属材料、或いは絶縁材料等により形成されたメタルベース基板である。LED発光モジュール4は、ヒートシンク5と熱的に接触することで、LED40が発した熱を放熱する。
The LED
LED40は、例えば、1又は複数の近紫外又は紫色LEDチップをLED基板41の実装面に設けた配線上に直接実装するチップ・オン・ボード構造であり、近紫外LED又は紫色チップにより励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体が混ぜ込まれた透光性樹脂によってポッティング等されることにより構成されている。なお、LEDチップは、近紫外又は紫色LEDチップのみならず、青色LEDチップ等の種々のLEDチップを用いることができ、用いるLEDチップに応じて種々の蛍光体を選択することができる。また、LEDチップに用いる基板には、発光層を構成する半導体材料と、格子定数や熱膨張係数等が同等か又は近い材料を用いることが好ましく、例えば、発光層に窒化物半導体を用い、基板に窒化物半導体、炭化珪素、又はサファイアを用いることが好ましい。中でも、GaN基板は、発光層を構成する半導体材料がGa含有窒化物半導体である場合に、格子定数及び熱膨張係数がほぼ等しいので、基板と半導体発光層の間のミスマッチがほとんどなく、発光効率の点でも耐久性の点でも、特に好ましい。このような基板を用いたLEDチップを適用した場合、LEDチップに大電流を投入しても、発熱による熱劣化が少なく、長寿命でかつ大光束のLED照明を実現することができる。
The
これらのLEDチップを構成する材料は、LED電球の目的や用途に応じて、公知の材料を適宜選択することができ、公知の方法でLEDチップを製造することができる。
なお、LED40は、チップ・オン・ボード構造を用いる代わりに、パッケージ構造を採用することもでき、種々の形態に適用することができる。また、LED40は、複数のLED40をLED基板41上に分散して設けることもできる。
As materials constituting these LED chips, known materials can be appropriately selected according to the purpose and application of the LED bulb, and the LED chips can be manufactured by a known method.
The
LED発光モジュール4は、一組の固定ビス42を有しており、固定ビス42を、ドライバハウジング6における固定部613に螺合させることができる。より詳しくは、ヒートシンク5の底部51には、固定ビス42を挿通させる一組のビス挿通孔511が形成されている。また、LED基板41には、固定ビス42を挿通させるビス挿通孔43が形成されている。LED基板41のビス挿通孔43、ヒートシンク5における底部51のビス挿通孔511に順次、固定ビス42を挿通させた後、この固定ビス42をドライバハウジング6における固定部613に形成されたネジ溝に螺合させる。これにより、LED発光モジュール4におけるLED基板41を、ヒートシンク5の底部51に固定することができる。なお、ヒートシンク5の底部51には、ドライバハウジング6に収容される回路基板8及びLED基板41を接続する配線を通すための配線用開口部512が形成されている。LED基板41に実装されたLED40に対して、回路基板8からの配線を通じて駆動電力を供給することができる。
The LED
次に、図10及び図11を参照して、レンズ2、レンズホルダ3の詳細について説明する。図10は、実施形態に係るレンズ2の斜視図である。図11は、実施形態に係るレンズホルダ3の斜視図である。レンズホルダ3は、レンズ2を保持することが可能である。図3に示すように、レンズ2とこれを保持したレンズホルダ3は、ヒートシンク5の底部51に配設されている。ここで、ヒートシンク5の底部51には、LED発光モジュール4が設置されている。レンズホルダ3は、LED発光モジュール4のLED40にレンズ2が対向するように、レンズ2を保持している。レンズ2は、例えばアクリル樹脂などによって形成されており、図10に示す例では略円錐台形状を有している。レンズ2は、ヒートシンク5に装着された状態において、LED40が発する光を、照明装置1の前方に出射する出射面21を有している。レンズ2のうち、出射面21が形成される方を、レンズ2の前方部位と定義する。レンズ2の後方部位には、レンズ2を収容するための凹部22が形成されている。出射面21は、例えば、コリメータレンズである。また、凹部22の底部には、例えば、後方部位に向かって凸となるように凸レンズが設けられている。レンズはコリメータレンズに限定されず、フレネルレンズ等、種々のレンズも好ましく使用できる。図3に示すように、レンズ2は、LED基板41に実装されたLED40と対向する位置に設けられると共に、その凹部22にLED40を収容することで、レンズ2とLED40とが干渉することを抑制している。なお、レンズ2の形状、大きさ、材質等は適宜変更することができる。
Next, details of the
レンズホルダ3は、略円筒形状を有している。レンズホルダ3は、透光性を有し、例えば、透明樹脂によって形成されている。レンズホルダ3は、円筒状のホルダ本体31と、このホルダ本体31から下方に向かって伸びる一組の固定腕部32が設けられている。レンズホルダ3の内径は、レンズ2の外径と略等しいか僅かに大きく、レンズホルダ3の内側にレンズ2を装着することが可能である。レンズホルダ3の固定腕部32は、その先端側に鉤状の連結爪33を有している。LED基板41には、レンズホルダ3の固定腕部32を挿通可能な一組の切欠き44が形成されている。また、ヒートシンク5の底部51には、レンズホルダ3の固定腕部32を挿通可能な一組の挿通孔513が形成されている。レンズホルダ3の固定腕部32は、LED基板41の切欠き44、及び、ヒートシンク5の挿通孔513を順次挿通し、その連結爪33をヒートシンク5の底部51の後面に引っ掛けることで、ヒートシンク5にレンズホルダ3を固定することができる。
The
次に、ヒートシンク5の放熱フィン53について説明する。放熱フィン53は、板形状を有しており、底部51の外周縁に放射状に並べられている。放熱フィン53は、ヒートシンク5の表面積を増加させ、LED40からヒートシンク5の底部51に伝達された熱を放熱し易いように設けられている。各放熱フィン53は、外筒部52の外面に接続されており、外筒部52の側部外方に向かって(言い換えると、底部51の側部外方に向かって)放射状に延びている(図8、9を参照)。放熱フィン53は、ヒートシンク5におけ
る底部51の中心を基準として、互いに一定間隔で放射状に配置されている。また、放熱フィン53は、ヒートシンク5の底部51を基準として、底部51よりも前方に伸びている。ここで、底部51は外筒部52の前端部に位置しているため、放熱フィン53は、外筒部52よりも前方に伸びるように設けられているとも言える。つまり、本実施形態に係るヒートシンク5は、底部51の前方及び側方に向かって伸びる板状の放熱フィン53を複数備えている。
Next, the
ここで、放熱フィン53のうち、外筒部52と接続されている部位を「接続部531」と称する。また、放熱フィン53のうち、底部51の径方向外側に位置する縁部を「外側縁部532」と称する。図8、9に示すように、各放熱フィン53における外側縁部532の前端部同士は、環状のリム部54によって互いに接続されている。また、放熱フィン53は、リム部54から、底部51に沿って伸びる「前縁部533」を有する。また、放熱フィン53は、外筒部52の内面と略面一となるように、当該内面に沿って伸びる「内側縁部534」を有する。放熱フィン53は、接続部531、外側縁部532、前縁部533、内側縁部534によって平面形状を画定している。なお、放熱フィン53の前縁部533及びリム部54の位置は、レンズ2の出射面31が配置されている位置に、概ね対応している。また、より詳しくは、放熱フィン53の前縁部533は、リム部54からの距離が離反するに従って前方に張り出すように、前方に向かって斜めに傾斜している。また、放熱フィン53の内側縁部534は、放熱フィン53の径方向における内側の縁部ということができる。
Here, a portion of the radiating
照明装置1は、図3に示すように、レンズ2の出射面21の前方は、放熱フィン53によって覆われておらず、外部に開放されている。LED40が発した光のうち、レンズ2の出射面21から出射された光は、図3中、前方開口部9から前方に向けて放出される。また、照明装置1は、上記のように、LED発光モジュール4を設置するヒートシンク5の底部51の側方に外筒部52は設けられておらず、LED発光モジュール4の側方を放射状に配置する放熱フィン53によって囲むようにしたので、隣接する放熱フィン53同士の間には、LED40が発する光を筐体10の側面から外部に放出する側方開口部11が形成される。図4においては、側方開口部11が形成される部位を理解しやすくする意図で、便宜上、側方開口部11に該当する箇所にドット柄のハッチングを付すようにしている。
As shown in FIG. 3, the
<シミュレーション>
ドライバハウジングの基板収容部の内側に、リブ構造を有する本発明の照明装置(実施例)と、当該リブ構造を有しない点以外は上記照明装置と同様な構成を有する照明装置(比較例)の2つの照明装置において、それぞれの照明装置が備えるLEDモジュール及び回路基板(擬似回路)の各温度を解析するため、ソリッドワークス社製の流体解析ソフトウェア「SolidWorks Flow Simulation」を用いてシミュレーションの計算を行った。
図12にシミュレーションで用いた照明装置(ドライバハウジングにリブ構造あり)の断面図を示す。図13及び図14にシミュレーションで用いたドライバハウジング(リブ構造あり)の正面図及び斜視図を示す。また、図15及び図16にシミュレーションで用いたドライバハウジング(リブ構造なし)の正面図及び斜視図を示す。
<Simulation>
The lighting device (Example) of the present invention having a rib structure inside the board housing portion of the driver housing and the lighting device (Comparative Example) having the same configuration as the lighting device except that the rib structure is not provided. In order to analyze the temperatures of the LED modules and circuit boards (pseudo-circuits) provided in each of the two lighting devices, the simulation is performed using the fluid analysis software “SolidWorks Flow Simulation” manufactured by Solid Works. It was.
FIG. 12 shows a cross-sectional view of the illumination device (driver housing has a rib structure) used in the simulation. 13 and 14 show a front view and a perspective view of a driver housing (with a rib structure) used in the simulation. 15 and 16 show a front view and a perspective view of a driver housing (without a rib structure) used in the simulation.
(条件)
各構成部材の熱伝導率は、以下のとおりとして計算した。
レンズ2 0.19W/mK
レンズホルダ3 0.19W/mK
LED発光モジュール4 400W/mK
ヒートシンク5 92W/mK
ドライバハウジング6 92W/mK
導線押さえ部材7 0.19W/mK
回路基板8(擬似回路) 400W/mK
ポッティング剤 2W/mK
また、各部材の放射率は0.95とし、環境温度及び初期温度は25℃として、重力による影響を考慮して計算を行った。発熱量については、LED発光モジュールから6W、擬似回路から1.8W発熱したものと仮定して、計算を行った。
(conditions)
The thermal conductivity of each component was calculated as follows.
LED
Circuit board 8 (pseudo circuit) 400W / mK
Potting agent 2W / mK
Moreover, the emissivity of each member was set to 0.95, the environmental temperature and the initial temperature were set to 25 ° C., and calculation was performed in consideration of the influence of gravity. The calorific value was calculated on the assumption that 6 W was generated from the LED light emitting module and 1.8 W was generated from the pseudo circuit.
また、本発明の照明装置(実施例)における、ドライバハウジングの基板収容部の内側に存在するリブ構造は、片側のみに7枚の凸部を有する構造とし、凸部の幅を1mm、凹部の幅(間隔)が1.2mmとした(図13、図14参照)。これに対して、比較例の照明装置においては、前記のとおり、ドライバハウジングの基板収容部の内側にはリブ構造が存在しないものとした(図15、図16参照)。 Further, in the lighting device (Example) of the present invention, the rib structure existing inside the board housing portion of the driver housing has a structure having seven convex portions only on one side, the convex portion having a width of 1 mm, and the concave portion. The width (interval) was set to 1.2 mm (see FIGS. 13 and 14). On the other hand, in the illumination device of the comparative example, as described above, the rib structure is not present inside the board housing portion of the driver housing (see FIGS. 15 and 16).
(温度の評価)
それぞれの照明装置が備えるLEDモジュール及び回路基板(擬似回路)の温度をシミュレーションによって計算した。より具体的には、LEDモジュールの裏面(ヒートシンクと接する面)の最高到達温度及び擬似回路の最高到達温度を記録した。
(Evaluation of temperature)
The temperature of the LED module and the circuit board (pseudo circuit) included in each lighting device was calculated by simulation. More specifically, the maximum temperature reached on the back surface of the LED module (the surface in contact with the heat sink) and the maximum temperature reached on the pseudo circuit were recorded.
(寿命の評価)
一般に、当該回路内で電解コンデンサを使用する場合、使用時の温度によって電解コンデンサの寿命が大きく変化することが知られている。そして、フィルムコンデンサの寿命の温度依存性はアレニウスの法則に従い、温度10℃の上昇で寿命は1/2になることが知られている(いわゆる10℃則)。したがって、周囲温度と寿命の関係は、次式で計算することができる(<http://www.rubycon.co.jp/products/film/technote_pdf/filmcapacitor4.pdf> 参照)。
L=L0×2×(Tmax−Ta)/10
(ただし、Lは実使用時の寿命(Hr)、L0は最高使用温度での寿命(Hr)、Tmaxは最高使用温度(℃)、Taは周囲温度(℃))
そこで、本実施例においては、最高使用温度Tmaxが105℃の場合に、その最高使用温度での寿命L0が8000時間であった場合を想定し、周囲温度T0が上記のシミュレーション結果である擬似回路の最高到達温度に一致するものとして、実使用時の寿命を計算した。すなわち、以下の式を用いて実使用時の寿命を計算した。
(寿命)=8000×2×(105−(擬似回路の最高到達温度))/10
(解析結果)
シミュレーションによる計算結果を表1に示す。
(Evaluation of life)
In general, when an electrolytic capacitor is used in the circuit, it is known that the lifetime of the electrolytic capacitor varies greatly depending on the temperature during use. And it is known that the temperature dependence of the lifetime of the film capacitor follows Arrhenius' law, and the lifetime becomes 1/2 when the temperature increases by 10 ° C. (so-called 10 ° C. rule). Therefore, the relationship between ambient temperature and life can be calculated by the following formula (see <http://www.rubycon.co.jp/products/film/technote_pdf/filmcapacitor4.pdf> ).
L = L 0 × 2 × (T max −T a ) / 10
(However, L is the life in actual use (Hr), L 0 is the life at the maximum use temperature (Hr), T max is the maximum use temperature (° C.), and Ta is the ambient temperature (° C.)).
Therefore, in this embodiment, assuming that the maximum operating temperature T max is 105 ° C., the life L 0 at the maximum operating temperature is 8000 hours, and the ambient temperature T 0 is the above simulation result. The lifetime in actual use was calculated as being consistent with the maximum temperature of a pseudo circuit. That is, the lifetime in actual use was calculated using the following formula.
(Life) = 8000 × 2 × (105− (maximum temperature of the pseudo circuit)) / 10
(Analysis result)
Table 1 shows the calculation results by simulation.
表1のとおり、本発明の実施例においては、ドライバハウジングの基板収容部の内側にリブ構造を有することにより、回路基板の最高温度が89℃に抑えられているが、比較例においては、当該リブ構造を有しないため、回路基板の最高温度が92℃にまで上昇した。その結果、コンデンサの寿命は、比較例が20800時間にとどまるのに対して、実施例では25600時間と改善され、23%も寿命が向上することが判明した。
このように、ドライバハウジングの基板収容部の内側を、熱伝導性の高い材質とし、かつ、リブ構造を有する形状を採用した本発明の構成を用いることにより、LEDの発光に伴って生じる熱の伝達等に起因した、電源回路等の電気回路自体の温度上昇とそれによる熱劣化を抑制することができるため、LED照明装置の高出力化と長寿命化の両立を実現する上で有効である。
As shown in Table 1, in the embodiment of the present invention, the maximum temperature of the circuit board is suppressed to 89 ° C. by having the rib structure inside the board housing portion of the driver housing. Since it does not have a rib structure, the maximum temperature of the circuit board rose to 92 ° C. As a result, it was found that the life of the capacitor was improved to 25600 hours in the example, compared with 20800 hours in the comparative example, and the life was improved by 23%.
As described above, by using the configuration of the present invention in which the inside of the board housing portion of the driver housing is made of a material having high thermal conductivity and adopts a shape having a rib structure, the heat generated due to the light emission of the LED is reduced. Since it is possible to suppress the temperature rise of the electric circuit itself such as the power supply circuit due to transmission and the like and the thermal deterioration caused thereby, it is effective in realizing both high output and long life of the LED lighting device. .
1 照明装置
2 レンズ
3 レンズホルダ
4 LED発光モジュール
5 ヒートシンク
6 ドライバハウジング
7 導線押さえ部材
8 回路基板
9 前方開口部
10 筐体
11 側方開口部
21 出射面
22 凹部
31 ホルダ本体
32 固定腕部
33 係止爪
40 LED
41 LED基板
42 固定ビス
43 ビス挿通孔
44 切欠き
51 底部
52 外筒部
53 放熱フィン
54 リム部
61 基板収容部
62 導線押さえ装着部
71 ベース板部
72 保持部
73 ロック部
74 挿通孔
75 係止爪
76 係止溝
81 口金ピン
511 ビス挿通孔
512 配線用開口部
513 挿通孔
531 接続部
532 外側縁部
533 前線部
534 内側縁部
611 底部
612 筒壁部
613 固定部
614 切欠き
621 開口端
622 突起
700 リブ構造
DESCRIPTION OF
41
Claims (8)
前記LED発光モジュールを収容する筐体と、
を備え、
前記筐体は、前記LEDが発する熱を放熱するヒートシンクを少なくとも一部に備えると共に、前記LEDに供給される電力を制御する電源回路基板を収容するための基板収容部を有するドライバハウジングを備え、
前記基板収容部の内側の少なくとも一部は熱伝導率が20W/mK以上であって、かつ、前記基板収容部の内側の少なくとも一部にリブ構造を有する
ことを特徴とする照明装置。 An LED light emitting module having an LED;
A housing for housing the LED light emitting module;
With
The housing includes a driver housing having a board housing portion for housing a power circuit board for controlling power supplied to the LED, at least in part including a heat sink that dissipates heat generated by the LED.
At least a part of the inside of the substrate housing part has a thermal conductivity of 20 W / mK or more, and at least a part of the inside of the board housing part has a rib structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2018136231A (en) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | マークテック株式会社 | Light source unit for ultraviolet flaw detection lamp |
JP2021089980A (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 株式会社デンソー | Display unit |
-
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- 2013-06-14 JP JP2013125850A patent/JP2015002076A/en active Pending
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