JP2016081895A - LED lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、着用することができる小型のLED照明装置に関する。 The present invention relates to a small LED lighting device that can be worn.
従来から、高効率でかつ長寿命であるLED素子を用いた照明装置が種々実用化されている。しかし、LED素子を用いた照明装置は、本体ケース内がLED素子から発生する熱によって高温になると、LEDの発光効率が悪くなり照明装置の光出力が低下するという問題やLED素子の寿命が短くなるといった問題がある。 Conventionally, various lighting devices using LED elements with high efficiency and long life have been put into practical use. However, the lighting device using the LED element has a problem that the light emission efficiency of the LED deteriorates and the light output of the lighting device decreases and the life of the LED element is short when the temperature inside the main body case is increased by heat generated from the LED element. There is a problem of becoming.
そのため、従来からLED照明装置はLED素子を冷却するのに、LED素子を実装した基板の裏側に複数のフィンを設けて冷却を行っている(例えば、特許文献1を参照)。また、ファンを用いて能動的に冷却を行うLED照明装置も知られている(例えば、特許文献2を参照)。 For this reason, conventionally, in order to cool the LED element, the LED illumination device cools the LED element by providing a plurality of fins on the back side of the substrate on which the LED element is mounted (for example, see Patent Document 1). An LED lighting device that actively cools using a fan is also known (see, for example, Patent Document 2).
LED素子を用いた多様な照明装置の中でも、人が着用している眼鏡やヘッドバンド等の着用物や衣服に装着して使用する小型化されたLED照明装置が知られている。このような照明装置は、例えば、人の頭部に装着したとき、顔を向ける方向とライトの照射方向とが一致するため人の視線方向に沿って照明可能なことから、作業する手元をスポット的に照明する用途に最適な照明装置となっている。 Among various illuminating devices using LED elements, miniaturized LED illuminating devices that are used by being worn on clothes or clothing such as glasses or headbands worn by humans are known. Such an illuminating device, for example, when mounted on a person's head, can illuminate along the direction of the person's line of sight because the direction of the face coincides with the direction of illumination of the light. It is an illumination device that is optimal for the purpose of illuminating automatically.
しかし、この種のLED照明装置は、着用したときに負担とならないよう小型・軽量化されており、LED素子を収容するレンズケース内の体積容量も小さくなっている。したがって、レンズケース内の内側表面が小さく照光部分の表面積も小さく、ケース内に埃や水蒸気が侵入してケースの内側に汚れや水滴が付着し照光面が曇ると照度が極度に低下する。 However, this type of LED lighting device is reduced in size and weight so as not to become a burden when worn, and the volume capacity in the lens case that houses the LED element is also reduced. Therefore, if the inner surface of the lens case is small and the surface area of the illuminated portion is small, dust and water vapor enter the case, dirt and water droplets adhere to the inside of the case, and the illumination surface becomes cloudy.
これを防止するのに、小型化されたLED照明装置では、埃や水蒸気の侵入を防ぐためレンズケース内にLED素子を密閉して収容しているが、体積容量が少ないレンズケースを密閉するとケース内部の温度が短時間で上昇してしまい長時間の使用には不向きとなる問題がある。加えて、軽量性の面からLED光を照射するレンズは樹脂製である場合が殆どであり、熱によりレンズが損傷する虞もある。 In order to prevent this, in a miniaturized LED lighting device, the LED element is sealed and accommodated in the lens case in order to prevent intrusion of dust and water vapor, but if the lens case with a small volume capacity is sealed, the case There is a problem that the internal temperature rises in a short time, making it unsuitable for long-time use. In addition, the lens that irradiates the LED light from the light weight side is almost always made of resin, and there is a possibility that the lens is damaged by heat.
しかし、レンズケース内の温度上昇を抑えるのに、密閉された空間内にあっては、LED素子を実装している基板の裏面にフィンを設けても外部との熱交換を行うことができず、また、ファンを設けて外気による強制冷却を行うこともできない。 However, in order to suppress the temperature rise in the lens case, heat exchange with the outside cannot be performed even if a fin is provided on the back surface of the substrate on which the LED element is mounted in a sealed space. In addition, it is impossible to provide a fan and perform forced cooling by outside air.
上記点より本発明は、LED素子をレンズケース内に密閉して収容するLED照明装置において、レンズケース内の効果的な冷却を可能にすることを目的としている。 In view of the above, it is an object of the present invention to enable effective cooling in a lens case in an LED lighting device that encloses and houses an LED element in a lens case.
上記課題を解決するために、本発明に係るLED照明装置は、第1及び第2の端面を有して前記第1の端面に照光レンズが設けられる筒状のレンズケースと、LED素子が実装される基板と、前記レンズケースの前記第2の端面側に設けられる基台部と、前記基板を収納するよう前記基台部に形成される凹部と、前記レンズケースを前記第2の端面で前記凹部に嵌合させて前記基台部と結合させた状態を保持することで前記レンズケースの内部空間を密閉する接合部と、前記基台部から外部空間に突出するよう形成される放熱柱と、を備える。 In order to solve the above-described problems, an LED lighting device according to the present invention includes a cylindrical lens case having first and second end faces and an illumination lens provided on the first end face, and an LED element mounted thereon. A base plate provided on the second end surface side of the lens case, a recess formed in the base portion to store the substrate, and the lens case at the second end surface. A joining portion that seals the inner space of the lens case by being fitted in the recess and joined to the base portion, and a heat dissipation column that is formed to protrude from the base portion to the external space And comprising.
上記構成によれば、凹部に収容されたLED素子が発する熱は基台部に効果的に伝達されて、放熱柱が空気と熱交換することで外部空間に放熱される。その結果、密閉された内部空間で発生する熱の外部空間への高い放熱性が確保できる。 According to the said structure, the heat | fever which the LED element accommodated in the recessed part emits is effectively transmitted to a base part, and it thermally radiates to external space because a thermal radiation column heat-exchanges with air. As a result, it is possible to ensure high heat dissipation of the heat generated in the sealed internal space to the external space.
このとき、前記基板を前記凹部の底面にビスで固定することにより、このビスを介して前記LED素子からの発熱が前記基台部に伝達される。さらに、前記ビスの先端を、前記凹部の底面を貫通して前記基台部の背面から突出させると、ビスの突出した部分でも空気との熱交換を行なうことができる。 At this time, by fixing the substrate to the bottom surface of the concave portion with a screw, heat generated from the LED element is transmitted to the base portion via the screw. Furthermore, if the tip of the screw penetrates the bottom surface of the recess and protrudes from the back surface of the base portion, heat exchange with air can be performed even at the protruding portion of the screw.
また、前記放熱柱を、前記外部空間に空気通路を形成するファンの支持に利用すると良い。これにより、放熱柱による空気との熱交換が促進されるばかりか、放熱柱をファンの支持柱としたことで装置の簡素化が図れる。 Moreover, it is good to utilize the said thermal radiation column for the support of the fan which forms an air path in the said external space. This not only promotes heat exchange with the air by the heat radiating column, but also simplifies the apparatus by using the heat radiating column as a support column for the fan.
他の例として、ヒートパイプを基台部における前記LED素子の端子部から外部空間へ突出させてもよい。そして、このヒートパイプにフィンを装着するとよい。さらに、ファンを設けて空気通路によりさらに効率的に熱交換を行わせるとよい。 As another example, a heat pipe may protrude from the terminal portion of the LED element in the base portion to the external space. And it is good to equip this heat pipe with a fin. Furthermore, it is preferable to provide a fan to perform heat exchange more efficiently by the air passage.
さらに、他の例として、内部に前記LED素子へのリード線が通される電線パイプを基台部から外部空間へ突出させてもよい。 Furthermore, as another example, an electric wire pipe through which a lead wire to the LED element passes may be protruded from the base portion to the external space.
本発明によれば、レンズケース内を密閉する基台部に凹部を形成し、この凹部にLED素子が実装される基板を収容するために、LED素子による発熱が基台部に効率良く伝達される。そして、基台部の背面から外方に突出するよう設けた放熱柱やヒートパイプ又は電線パイプが空気との熱交換を行うために、レンズケース内の効果的な冷却が可能となり、耐久性の高いLED照明装置が実現される。 According to the present invention, the concave portion is formed in the base portion that seals the inside of the lens case, and the heat generated by the LED element is efficiently transmitted to the base portion in order to accommodate the substrate on which the LED element is mounted in the concave portion. The And since the heat radiation column, the heat pipe or the electric wire pipe provided so as to protrude outward from the back surface of the base portion performs heat exchange with the air, it is possible to effectively cool the lens case, and durability A high LED lighting device is realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[実施形態1]
図1は、操作者の身体に装着されて照光対象に光を照射する着用型のLED照明装置1を側断面図で示している。このLED照明装置1は、図2で示す各部品が組み立てられて構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a side cross-sectional view of a wearable LED lighting apparatus 1 that is attached to an operator's body and irradiates light to an illumination target. The LED lighting device 1 is configured by assembling the components shown in FIG.
レンズケース2は、略円錐台形状の筒であり対象物に光をスポット的に照射するための複数の凸レンズから成るレンズ系5を内蔵している。そして、レンズケース2の基端部には基台部4と接続するための結合部6が設けられており、結合部6の外周表面には螺旋状に連続した突起6aが形成されている。
The
LED保持部3は複数のLED素子を含むLEDパッケージ7が接着剤によって実装される円形状の基板であり、熱伝導性の高い樹脂又は金属(合金を含む)で構成されている。このときの接着剤も熱伝導性に優れたシリコーン系の接着剤を使用するとよい。そして、LED保持部3は、円周の一部に略四角形状の切欠10が形成されており、この切欠10にLEDパッケージ7のリード15が引き出されている。
The
四角体の基台部4は、熱伝導性の高い樹脂で成形されており、LED保持部3を収容するための円筒の凹部11が設けられている。そして、側面には外部から挿入されるハーネス24を受け入れるための受入口13を備えている。ハーネス24は、受入口13と凹部11の間を連通している経路26を通して凹部11の中へ導入される。したがって、LED保持部3は、切欠10が経路26の出口側と対向するよう配置されて、ハーネス24の線とLEDパッケージ7のリード15とは半田付けにて接続される。これにより、LEDパッケージ7にはハーネス24を通して外部から給電されて、LED素子が発光する。尚、基台部4は、アルミニウムなどの金属材料で形成されてもよい。
The
このように、ハーネス24を基台部4に組み込むとき、ハーネス24はグロメット25とOリング17、18のそれぞれの中空部に通された状態で受入口13に差し込まれる。そして、グロメット25を受入口13に被せて固定することにより、Oリング17は、受入口13の内周壁に形成されている環状の受部19で係止され、Oリング18は、受入口13の外側表面に形成されている溝部29に装着されて、受入口13はハーネス24を通した状態で密閉される。
Thus, when the
LED保持部3は、凹部11の底面に一対のビス12によって固定されるが、このときLED保持部3を凹部11の底面に接触させても或いは隙間を空けて配置してもよい。本例では、組み立て時にハーネス24の線とLEDパッケージ7のリード15とを接続するときの容易さを考慮して、LED保持部3と凹部11の底面との間には隙間を空けてビス12により固定している。
The
そして、ビス12は、LED保持部3を基台部4の凹部11に固定する目的以外に、LEDパッケージ7の発熱を外部へ放熱する。特に、LED保持部3と凹部11の底面との間には隙間を空けて固定する場合には、ビス12がLED保持部3の熱を基台部4に直接伝達するため、ビス12は、銅やタングステンを素材にしたビスが最適である。銅を素材にする場合は、腐食を考慮して表面に銀メッキ等を施すとよい。
The
凹部11の内周壁には、結合部6の突起6aと係合する溝11aが螺旋状に形成されている。したがって、凹部11にレンズケース2の結合部6を嵌め込み回転させることで、レンズケース2と基台部4とは締め付けられてネジ結合される。これにより、レンズケース2は、上記したように受入口13がハーネス24を通した状態でOリング17、18により密封されているために、レンズケース2内は密閉状態となって埃や湿気の侵入が防止される。
A
基台部4の背面の四隅には面から突出する放熱柱16が設けられている。照明時にLEDパッケージ7に発生する熱はLED保持部3から基台部4へと伝達されていく。本例ではLED保持部3と基台部4との間には間隔が設けられているために、LED保持部3から基台部4へ熱伝達は、両方と直接接しているビス12によって主に行われる。放熱柱16は樹脂で構成されて、基台部4と一体成形されるが、基台部4とは別部材で取り付けられる銅等による金属の棒やパイプによる柱であってもよい。
At the four corners of the back surface of the
そして、基台部4に伝達された熱は、放熱柱16による空気との熱交換により空気中に排熱される。これにより、放熱柱16によって、レンズケース2内が冷却されることになる。このように基台部4に形成した凹部11に、LEDパッケージ7が実装されているLED保持部3を収容することで、基台部4にはLEDパッケージ7での発熱が効果的に伝達されて放熱柱16から放熱される。
And the heat transmitted to the
以上のように、レンズケース2と接合してケース内を密閉する基台部4は、LEDパッケージ7が実装されているLED保持部3を収容する凹部11と放熱柱16とを備えることで、密閉されたLEDパッケージ7からの発熱を外部に効率良く放熱することができるため、LED照明装置1は長時間の光の照射が可能となる。基台部4から外側空間に向けて突出するような放熱柱16による空気との熱交換は、基台部4の背面にフィンを形成して背面の表面積を大きくするのと比べて排熱効果が高くなるが、放熱柱16と共に基台部4の背面にフィンを形成すればより効果的である。
As described above, the
さらに、冷却効果をいっそう高めるには、基台部4の中央部、すなわちLEDパッケージ7と正対している箇所にも放熱柱16を設けるとよい。また、LED保持部3を基台部4の凹部11の底面に固定するビス12は、LED保持部3の熱を直接、基台部4に伝達する作用も行うため、そのネジ部が図1で破線によって示すように凹部11の底面を貫通して外方に突出するようなネジを用いると更によい。ネジ部を外方に突出させた長尺のネジは、放熱柱16と同様に空気と熱交換を行うことができ放熱効果がより高まる。
Furthermore, in order to further enhance the cooling effect, it is preferable to provide the
LEDパッケージ7の消費電力が大きく放熱柱16による自然冷却だけでは冷却能力が不足する場合には、図3で示されているように、ファン装置20を用いて強制冷却することも可能である。この場合、ファン装置20を放熱柱16によって支持することができ、同じ照明装置でファンを備えるタイプと備えないタイプとを製造する場合の共通化が図れる。
In the case where the power consumption of the
本発明に係る小型のLED照明装置1に用いるファン装置20としては、広く実用に供されている、10数ミリ角で厚さも数ミリ程度の超小型で、且つ容量も3V乃至5V程度と小さいブラシレスDCファンモータを用いたファンが最適である。このファン装置20は軸流型のファンであり、図4に示すように、インペラ20bの回転によって、フレーム20a内に外から空気を取り込み軸方向に吹き出す。そして、吹き出された空気は基台部4の端面に当たって、隣り合う支持柱16が側枠でフレーム20a及び基台部4にあって互いに対向しているそれぞれの辺が上下枠となっている4方向の窓部42から外部に排出される。この空気の流れによって、基台部4の背面及び放熱柱16は、効果的に冷却される。尚、ファン装置20は、図示しないが電源線がハーネス24から分岐されて接続される。したがって、ファン装置20を備えるLED照明装置1では、ハーネス24には、LEDパッケージ7の給電線とアース線と共に、ファン装置20への給電線が追加される。尚、このとき形成される空気流は、インペラ20bの回転によって、4通りの窓部42から空気を取り込み、フレーム20a内を通って外に排気される上記とは逆向きの流れであってもよい。
As the
LED照明装置1は、図5で示すようにハーネス24に固定で取り付けられるアーム21を備えている。アーム21は、LED照明装置1を操作者の身体に装着される眼鏡やヘッドベルト等の着用物や衣服に取り付けるときに使用され、リンク機構部22と把持部23とを備える。
As shown in FIG. 5, the LED lighting device 1 includes an
3個のリンク22Aを回動自在に接続して構成されるリンク機構部22は、一端で把持部23と回動自在に接続されて、他端でハーネス24に固定されている。そして、各リンク22Aが自由度を持って回動することで、レンズケース2は、把持部4から離反又は接近する前後方向や、上下方向に動くことができる。
The
把持部23は、それぞれの一端部が同軸で回転自在に支持される一対の把持片23A及び23Bと、ネジ26と、バネ27と、ナット28とを含む。ネジ26は、把持片23Bに固定で取り付けられており、ネジ軸の先端は把持片23Aを貫通してナット28と嵌合している。そして、このネジ軸の把持片4Aと把持片4Bとの間の部分にはバネ27が嵌装されている。
The
上記のアーム21を備えるLED照明装置1は、例えば、眼鏡フレームに装着することで人が着用することができる。この場合、アーム21の把持部23は、把持片23A及び23Bの間に眼鏡フレームで両眼を繋いでいるブリッジ部を挟みナット26を締め付ける方向に回転させることでブリッジ部を把持して、LED照明装置1は眼鏡フレームに保持される。そして、把持している状態からナット28を緩めれば、把持片4A及び4Bの間隔が開いて、把持部4は装着部38の把持を解除する。また、眼鏡フレーム以外にも、人によって着用されるヘッドバンドや帽子等にも把持部4で把持して装着することができる。
The LED lighting device 1 including the
[実施形態2]
上記した実施形態1では、基台部4の背面に設けた放熱柱16により熱交換を行っているが、ヒートパイプを用いてもよい。図6に示すように、ヒートパイプ30は、基台部4の中央部、すなわち、LEDパッケージ7におけるLED素子の端子部と正対している箇所から突出するよう配置される。ヒートパイプ30は、内部に熱媒体が封入された棒状部材であり、基台部4と接している一端が吸熱側でLEDパッケージ7から基台部4に伝達される熱を吸熱し、他端の放熱側から外部に放熱する。このようなヒートパイプ30は、放熱柱16に代替して設けてもよいが、図6は、ヒートパイプ30と共に4本の放熱柱16を備えて、さらにファン装置20を備える実施例を示している。この場合も、ファン装置20がインペラ20bの回転によって、フレーム20a内に外から空気を取り込み軸方向に吹き出して、4方向の窓部42から外部に排出される空気流を形成したとき、ヒートパイプ30及び放熱柱16が空気流と熱交換することで、より効果的な冷却となる。
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, heat exchange is performed by the
図7は、ヒートパイプ30を利用した実施態様の変形例を示すもので、ヒートパイプ30には、薄板のフィン31を装着することで放熱効果を高めている。さらに、フィン31の平面が面している方向と直交する方向に空気通路を形成するファン32を設けることで、フィン31からの熱交換を効率的なものにしている。
FIG. 7 shows a modification of the embodiment using the
[実施形態3]
図8は、本発明の実施形態3によるLED照明装置1を側断面図で示しており、同様に実施形態1と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 8 shows a side sectional view of the LED lighting device 1 according to
実施形態3での基台部4は、実施形態1における外部から挿入されるハーネス24を受け入れるための受入口13と内部に形成される経路26は備えておらず、背面から凹部11に向けて貫通させた電線パイプ35内にハーネス24を通してLEDパッケージ7と結線している。パイプ35は金属又は樹脂によって構成されるが、熱伝導性の高い銅パイプが最適である。そして、パイプ35のハーネス24の差込端及び基台部4のパイプ35の挿入部はグロメット36、37によってそれぞれ閉塞することでレンズケース2内を密閉している。
The
このようなパイプ35は、実施形態1での放熱柱16と同様に、LEDパッケージ7から基台部4に伝達された熱は、パイプ35にさらに伝達されて、空気との熱交換により空気中に排熱される。そして、実施形態3の場合も、適宜、パイプ35にフィン39に装着し、さらにファン38を設けることで、より放熱効果が高まる。
In such a
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
1 LED照明装置
2 レンズケース
3 基板
4 基台部
5 照光レンズ
6 結合部
7 凹部
12 ビス
16 放熱柱
20 ファン装置
30ヒートパイプ
31 フィン
32 ファン
35 電線パイプ
39 フィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
LED素子が実装される基板と、
前記レンズケースの前記第2の端面側に設けられる基台部と、
前記基板を収納するよう前記基台部に形成される凹部と、
前記レンズケースを前記第2の端面で前記凹部に嵌合させて前記基台部と結合させた状態を保持することで前記レンズケースの内部空間を密閉する結合部と、
前記基台部から外部空間に突出するよう形成される放熱柱と、
を備えたことを特徴とするLED照明装置。 A cylindrical lens case having first and second end faces and provided with an illumination lens on the first end face;
A substrate on which the LED element is mounted;
A base portion provided on the second end face side of the lens case;
A recess formed in the base portion to store the substrate;
A coupling portion that seals the internal space of the lens case by holding the lens case in a state where the lens case is fitted to the recess at the second end surface and coupled to the base portion;
A heat dissipating column formed so as to protrude from the base portion to the external space;
An LED lighting device comprising:
LED素子が実装される基板と、
前記レンズケースの前記第2の端面側に設けられる基台部と、
前記基板を収納するよう前記基台部に形成される凹部と、
前記レンズケースを前記第2の端面で前記凹部に嵌合させて前記基台部と結合させた状態を保持することで前記レンズケース内を密閉した内部空間とする接合部と、
前記基台部における前記LED素子の端子部から外部空間に突出するよう形成されるヒートパイプと、
を備えたことを特徴とするLED照明装置。 A cylindrical lens case having first and second end faces and provided with an illumination lens on the first end face;
A substrate on which the LED element is mounted;
A base portion provided on the second end face side of the lens case;
A recess formed in the base portion to store the substrate;
A joint portion that forms an internal space in which the inside of the lens case is sealed by holding the lens case in a state where the lens case is fitted to the concave portion at the second end face and coupled to the base portion;
A heat pipe formed so as to protrude from the terminal portion of the LED element in the base portion to the external space;
An LED lighting device comprising:
LED素子が実装される基板と、
前記レンズケースの前記第2の端面側に設けられる基台部と、
前記基板を収納するよう前記基台部に形成される凹部と、
前記レンズケースを前記第2の端面で前記凹部に嵌合させて前記基台部と結合させた状態を保持することで前記レンズケース内を密閉した内部空間とする接合部と、
前記基台部から外部空間に突出するよう形成されて、内部に前記LED素子へのリード線が通される電線パイプと、
を備えたことを特徴とするLED照明装置。 A cylindrical lens case having first and second end faces and provided with an illumination lens on the first end face;
A substrate on which the LED element is mounted;
A base portion provided on the second end face side of the lens case;
A recess formed in the base portion to store the substrate;
A joint portion that forms an internal space in which the inside of the lens case is sealed by holding the lens case in a state where the lens case is fitted to the concave portion at the second end face and coupled to the base portion;
An electric wire pipe that is formed so as to protrude from the base portion to the external space, and through which a lead wire to the LED element is passed,
An LED lighting device comprising:
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