JP2015153706A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い放熱性能を保ちつつ軽量化を実現することができる照明装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る照明装置は、ベース板と、前記ベース板の主平面に対して垂直に設けられ、同心円状に配置された複数の筒型フィンと、前記ベース板の主平面に対して垂直に設けられ、前記筒型フィンの同心円の中心軸から前記筒型フィンの外縁に向かう方向に伸びた平板フィンと、を有するヒートシンクと、前記ベース板の前記筒型フィンが設けられた面とは反対の面に設けられた発光ユニットとを備える。【選択図】図1A
Description
本発明の実施形態は、照明装置に関する。
照明装置に収納された発光ダイオード(LED)は、電流が流れる際に電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、発熱し温度が上昇する。この高温状態によって、発光ダイオード(LED)の発光輝度や寿命の低下が生じる場合がある。そこで、生じた熱を放熱するために、金属などの熱伝導性の良い材料で作製したヒートシンクを配置した照明装置が知られている。
一方、例えばダウンライト型の照明装置は、天井などに取り付けるため、軽量であることが好ましい。しかしながら、上述の理由により金属製のヒートシンクを搭載する必要があるため、照明装置の軽量化が困難であった。
本発明の実施形態の目的は、高い放熱性能を保ちつつ軽量化を実現することができる照明装置を提供することである。
実施形態に係る照明装置は、ベース板と、前記ベース板の主平面に対して垂直に設けられ、同心円状に配置された複数の筒型フィンと、前記ベース板の主平面に対して垂直に設けられ、前記筒型フィンの同心円の中心軸から前記筒型フィンの外縁に向かう方向に伸びた平板フィンと、を有するヒートシンクと、前記ベース板の前記筒型フィンが設けられた面とは反対の面に設けられた発光ユニットとを備える。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
(第1の実施形態)
図1Aから図1Dに、第1の実施形態に係る照明装置を示す。図1Aは、本実施形態に係る照明装置の断面図である。図1Bは、本実施形態に係る照明装置の斜視図である。図1Cは、本実施形態に係る照明装置を、図1Aとは異なる個所で切断した場合の断面図である。図1Dは、本実施形態に係る照明装置を図1Aの断面と垂直な方向に切断した場合の断面図である。
図1Aから図1Dに、第1の実施形態に係る照明装置を示す。図1Aは、本実施形態に係る照明装置の断面図である。図1Bは、本実施形態に係る照明装置の斜視図である。図1Cは、本実施形態に係る照明装置を、図1Aとは異なる個所で切断した場合の断面図である。図1Dは、本実施形態に係る照明装置を図1Aの断面と垂直な方向に切断した場合の断面図である。
図1Aから図1Dに示すように、本実施形態に係る照明装置は、ヒートシンク10と発光ユニット20とを備える。ヒートシンク10は、ベース板11と、筒型フィン12と、平板フィン13とを有する。
ベース板11は、例えば、アルミダイキャスト合金といった熱電導性の高い材料を用いて、型成形や切削によって形成することができる。
筒型フィン12は、複数存在し、ベース板11の主平面に対して垂直に設けられている。複数の筒型フィン12は、同一の中心軸を持ち、同心円状に配置されている。
平板フィン13は、筒型フィン12と同様に、ベース板11の主平面に対して垂直に設けられる。平板フィン13は、例えば、上記の複数の筒型フィン12の同心円の中心軸から、筒型フィン12の外縁部に向かう方向に沿って放射状に伸びた板である。平板フィン13は、複数の筒型フィン12を接続するように設けられる。平板フィン13は、図1Aから図1Dに示すようにすべての筒型フィン12を接続してもよいし、複数の筒型フィン12のうちいくつかの筒型フィン12を接続するように設けられていてもよい。
筒型フィン12と平板フィン13は、例えば、アルミニウム合金といった熱伝導性の高い材料を用いて、押出形成することができる。
発光ユニット20は、ベース板11の筒型フィン12が設けられた面とは反対側の面に設けられる。発光ユニット20は、例えば、発光ダイオード(LED)といった発光素子を、基板上に配置したものである。
図2Aから図2Dに、本実施形態に係る別の照明装置の例を示す。図2Aは、本実施形態に係る別の照明装置の断面図である。図2Bは、本実施形態に係る別の照明装置の斜視図である。図2Cは、本実施形態に係る別の照明装置を、図2Aとは異なる個所で切断した場合の断面図である。図2Dは、本実施形態に係る別の照明装置を図2Aの断面と垂直な方向に切断した場合の断面図である。
図2Aから図2Dに示すように、本実施形態の照明装置は、平板フィン13が、筒型フィン12を突き抜けて設けられていてもよい。このとき、同心円の中心軸側に位置する筒型フィン12を平板フィン13が突き抜けていてもよいし、最外側に位置する筒型フィン12を平板フィン13が突き抜けていてもよい。
本実施形態に係る照明装置によれば、同心円状に配置された複数の筒型フィン12によって、筒状体の煙突効果により効率よく放熱することができる。
また、平板フィン13が複数の筒型フィン12を接続することによって、筒型フィン12間で熱を伝導し、すべての筒型フィン12から熱を効果的に放熱することができる。例えば、発光ユニット20の近傍の筒型フィン12に多くの熱が集中的に伝わると考えられるが、平板フィン13を介してこれらの熱が他の筒型フィン12にも伝えられ、熱が分散されることで、放熱効果を高めることができる。
筒型フィン12は、その端部の少なくとも一部と、ベース板11の主平面との間に空隙を備えていることが望ましい。例えば、図1Aや図2Aに示すように、ベース板11に突起が設けられており、その突起の上に複数の筒型フィン12が設置されているような形状にすることで、空隙を設けることができる。このような構成により、自然対流による煙突効果を効果的に生じさせることができる。
図3に、本実施形態に係る照明装置内の気流の様子を示す。図3に示すように、筒型フィン12の周囲の大気が筒型フィン12とベース板11との間に流れ込み、発光ユニット20からベース板11に伝導した熱を奪って、筒型フィン12の内部を通り抜ける。これにより、より高い放熱効果を得ることができる。
また、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸は、発光ユニット20の中心と一致していることが好ましい。これにより、発光ユニット20で生じた熱を、複数の筒型フィン12に効果的に分散させることができ、放熱効果を高めることができる。
筒型フィン12は、同心円の中心軸について回転対称の形状を有することが好ましい。例えば、筒型フィン12の断面形状は、四角形、六角形、といった多角形の形状や楕円形や正円形といった円形の形状を有することができる。とりわけ、筒型フィン12の断面形状は、円形であることが望ましい。筒型フィン12の断面形状が円形で、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸と発光ユニット20の中心とが一致している場合、発光ユニット20の中心から各筒型フィン12への距離が均等になり、発光ユニット20に起因する温度分布も概ね均等になる。これにより、筒型フィン12によって偏りなく熱を放熱することができるので、例えば特定の部分に熱が溜まって高温になる、といったことを防ぐことができる。
また、すべての筒型フィン12の断面形状は同じで、大きさだけが異なることが好ましい。これにより、均等に熱を分散させ、効果的に放熱することができる。
図4に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図4に示すように、平板フィン13は、筒型フィン12よりも板厚を厚くすることができる。このようにすることで、複数の筒型フィン12間で熱を効果的に伝導させることができるので、特定の筒型フィン12に熱が溜まることなく、複数の筒型フィン12全体に、熱を分散させることができる。これにより、複数の筒型フィン12全体から効率良く放熱することができる。
特に、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸と発光ユニット20の中心とが一致するように発光ユニット20が配置されている場合、内側の筒型フィン12ほど発光ユニット20から多くの熱が伝導されると想定されるが、図4のように平板フィン12を厚くすることで、外側の筒型フィン20にも熱を伝導し、複数の筒型フィン12全体を放熱に有効活用することができる。
図5に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図5に示すように、本実施形態に係る照明装置において、隣接する筒型フィン12の間隔dは、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸に近づくほど広くすることができる。これにより、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の内側ほど空気の流れを良くすることができるので、より放熱効果を高めることができる。
特に、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸と発光ユニット20の中心とが一致するように発光ユニット20が配置されている場合は、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の内側ほど熱が集まり高温になりやすいと考えられるので、隣接する筒型フィン12の間隔を広く設置し、放熱を促進することが有効である。
また、隣接する筒型フィン12の間隔dを、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸に近づくほど広くするのではなく、最も熱が集まりやすい筒型フィン12の周辺の間隔を広くするのでもよい。
図6に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図6に示すように、本実施形態に係る照明装置は、最内側の筒型フィン12に、熱伝導部材14が挿入されていてもよい。熱伝導部材14としては、例えば、銅を用いることができる。また、熱伝導部材14に代わって、ヒートパイプなどの熱輸送部品が挿入されていてもよい。熱伝導部材14により、発光ユニット20からベース板11に伝導した熱を、筒型フィン12の端部まで効率よく伝導することができる。これにより、放熱性能を向上できる。
図7に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図7に示すように、本実施形態に係る照明装置は、複数の筒型フィン12のうち、一部の筒型フィン12を厚くすることができる。この場合、熱源である発光ユニット20近傍の筒型フィン12の厚さを厚くするとよい。このようにすることで、発光ユニット20からベース板11に伝導した熱を、筒型フィン12に効率よく伝導することができ、放熱効果を高めることができる。
特に、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸と発光ユニット20の中心とが一致するように発光ユニット20が配置されている場合は、同心円の外側に位置する筒型フィン12よりも、同心円の内側に位置する筒型フィン12の厚さを厚くすると効果的である。
図8に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図8に示すように、本実施形態に係る照明装置は、複数の筒型フィン12のうちのいくつかを接続する局部平板フィン15をさらに備えていてもよい。局部平板フィン15は、とりわけ熱が集まると考えられるいくつかの筒型フィン12を接続するように設けられることが望ましい。局部平板フィン15により、熱を他の筒型フィン12により拡散させることができ、放熱性能を向上できる。特に、同心円の中央には局部平板フィン15を設置しないことで、中心部の通気性の良さを確保しつつ、放熱性能を向上できる。
図8では、同心円の外側に位置するいくつかの筒型フィン12を接続するように局部平板フィン15が設けられているが、局部平板フィン15を設ける個所はこれに限定されない。例えば、同心円の内側や中程に位置するいくつかの筒型フィン12を接続するように局部平板フィン15が設けられていてもよい。
図9に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図9に示すように、本実施形態に係る照明装置は、最外側に位置する筒型フィン12に塗装16を施すことができる。これにより、輻射による放熱量を向上させることができる。
図10に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図10に示すように、本実施形態に係る照明装置は、勾配部17を有していてもよい。勾配部17は、筒型フィン12とベース板11との接続部に設けられる。言い換えると、ベース板11の断面形状は、筒型フィン12の同心円の中心軸に向かって勾配を有する形である。勾配部17により、筒型フィン12の管内に空気を導くことができ、空気の流速が早くなり、放熱性能が向上する。
特に、同心円状に配置された複数の筒型フィン12の中心軸と発光ユニット20の中心とが一致するように発光ユニット20が配置されている場合に、熱源である発光ユニット20周辺の空気の流速を早くすることができるので、効果的である。
図11に、本実施形態に係る照明装置の断面図の別の例を示す。図11に示すように、本実施形態に係る照明装置は、筒型フィン12に、穴18を有していてもよい。穴18により、筒型フィン12の側面からも空気が流入するため、効果的に筒型フィン12を冷却することができる。複数の穴18を設けるとより効果的である。さらに、穴を空けたことにより筒型フィン12の金属の量を減らすことができ、軽量化を実現できる。
以下に、本実施形態に係る照明装置の製造方法を説明する。
図12に、本実施形態に係る照明装置の筒型フィン12と平板フィン13を示す。筒型フィン12と平板フィン13は、例えば、押出成形によって、一括で形成される。
図13に、本実施形態に係る照明装置のベース板11を示す。ベース板11は、例えば、型成形や、切削によって、形成される。
このようにして、筒型フィン12と平板フィン13が一体となった部品と、ベース板11、という2つの部品が製造される。これらの2つの部品を、ネジ止めやはんだ付け、ろう付けなどによって組み立てることで、図1に示したヒートシンク10が形成される。
本実施形態に係る照明装置の製造方法によれば、工程数が少なく、比較的簡単に製造することができる。また、複雑な加工動作を必要としないので、低コストで、高い生産性を実現することができる。
次に、本実施形態に係る照明装置と比較例の照明装置との特性比較について説明する。
図14に、比較例の照明装置における型成形によって形成したヒートシンク30を示す。図1に示した本実施形態に係る照明装置のヒートシンク10と、図14に示す比較例の照明装置におけるヒートシンク30について、特性評価を行った。発光ユニット20は、いずれもヒートシンクの中央に設置する場合を想定した。
図15に、本実施形態に係る照明装置のヒートシンク10と、比較例の照明装置におけるヒートシンク30との比較表を示す。図15より、本実施形態のヒートシンク10の方が、比較例のヒートシンク30よりも、重量が軽く、かつ、高い放熱性能を実現できていることがわかる。
これは、比較例のヒートシンク30は、型成形の際に放熱フィン31に抜き勾配が必要となるため、ベース板32に近接するほど放熱フィン間のすき間が小さくなり、風が通りにくくなる。それに対し、本実施形態のヒートシンク10は、筒型フィン12とベース板11との間に通風路を設け、風を通すことで、熱源である発光ユニット20の周辺を効果的に冷却することができるためである。また、円筒状の筒型フィン12を同心円状に配置することで、煙突効果により筒型フィン12内部の気流の流速を早めることができるためであると考えられる。
さらに、筒型フィン12は、押出成型によって一括で成形されるため、形成型の放熱フィンのような抜き勾配を必要とせず、均一な厚さで放熱フィンを成形できる。そのため、筒型フィン12の金属量を少なくすることができ、軽量化を実現できる。一般に部材が厚い方が端部まで熱を多く伝導できるが、本実施形態のヒートシンク10は、アルミダイキャスト合金よりも熱伝導の良いアルミ押出し材を用いるため、筒型フィン12のように薄い形状であっても端部まで効率よく伝熱できる。本実施形態に係る照明装置は、これまで説明してきた種々の工夫によって、より少ない金属量にもかかわらず、表面積を広くとることができるため、高い放熱性能を実現することができる。
以上説明してきたように、本実施形態に係る照明装置によれば、高い放熱性能を保ちつつ軽量化を実現することができる。
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10:ヒートシンク、11:ベース板、12:筒型フィン、13:平板フィン、14:熱伝導部材、15:局部平板フィン、16:塗装、17:勾配部、18:穴、20:発光ユニット、30:比較例のヒートシンク30
Claims (13)
- ベース板と、
前記ベース板の主平面に対して垂直に設けられ、同心円状に配置された複数の筒型フィンと、
前記ベース板に主平面に対して垂直に設けられ、前記筒型フィンの同心円の中心軸から前記筒型フィンの外縁に向かう方向に伸びた平板フィンと
を有するヒートシンクと、
前記ベース板の前記筒型フィンが設けられた面とは反対の面に設けられた発光ユニットと
を備えたことを特徴とする照明装置。 - 前記筒型フィンの端部の少なくとも一部と、前記ベース板の主平面との間に空隙を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記発光ユニットの中心と、前記筒型フィンの中心軸が一致している
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。 - 前記筒型フィンは、前記中心軸について回転対称の形状である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記筒型フィンの断面形状は、円である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記平板フィンは、前記筒型フィンよりも板厚が厚い
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の照明装置。 - 隣接する前記筒型フィンの間隔は、前記中心軸に近づくほど広くなる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の照明装置。 - 最内側の前記筒型フィンには、熱伝導部材が挿入されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記筒型フィンの厚さは、前記同心円の外側に位置する前記筒型フィンよりも、前記同心円の内側に位置する前記筒型フィンの方が厚い
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記複数の筒型フィンのうちのいくつかを接続する局部平板フィンをさらに備えた
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の照明装置。 - 最外側の前記筒型フィンは、塗装が施されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記ベース板の断面形状は、前記中心軸に向かって勾配を有する形である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記筒型フィンは、複数の穴を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の照明装置。
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2015
- 2015-01-26 US US14/605,312 patent/US20150233570A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017054731A (ja) * | 2015-09-10 | 2017-03-16 | 東芝ライテック株式会社 | 照明装置 |
JPWO2018043312A1 (ja) * | 2016-08-29 | 2019-06-24 | 古河電気工業株式会社 | ヒートシンク |
JP2018045954A (ja) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 東芝ライテック株式会社 | 照明装置 |
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US20150233570A1 (en) | 2015-08-20 |
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