JP2019023979A - 照明灯具 - Google Patents

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Yosuke Mizuki
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Abstract

【課題】不具合発生時のメンテナンスを容易に迅速に且つ確実に行うことができ、大型化及び重量化を抑制して高輝度化を図ることができる照明灯具を提供することにある。【解決手段】平板状の金属ベース2と半筒状の樹脂カバー3とで閉空間4を形成し、閉空間4内の金属ベース2上に光学系及び放熱系を備えた光源ユニット10を取り付けた。光学系は、光源16と光源16が実装された光源実装基板15と、光源実装基板15が取り付けられた基台11と、光源16を囲むように基台11上に配設されたランプハウス20と、ランプハウス20がパッキン60を介して取り外し可能に係合固定される光入射部32と、光源16からの出射光を反射するリフレクタ31とリフレクタ31による反射光を透過して外部に出射するアウターカバー41とを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、照明灯具に関するものであり、詳しくは、屋外使用の照明灯具に関する。
従来、この種の照明灯具としては、特許文献1に「LED街灯と散熱モジュールの組立て構造」の名称で開示されたものがある。
開示されたLED街灯は図12にあるように、上蓋板80が平板81を介して分隔板82にネジ止めされて上蓋板80内に多数の散熱片83が所定の間隔で並設されてなる散熱体84が設置され、分隔板82の下方には分隔板82に封鎖された下枠フレーム85を介して光透過レンズ86が嵌接されて密閉空間の光透過レンズ86内に複数のLEDランプユニット87が設置されている。
そして、散熱体84の連通孔88及び分隔板82の穿孔89を挿通したサーモチューブ90の受熱端91が温度均一板92の片側平面に密着接触し、温度均一板92の反対側平面がLEDランプユニット87のLEDモジュール(図示せず)に密着接触している。これにより、LEDモジュールからの発熱が迅速な熱伝導効果によって効率よく放熱される。
実用新案登録第3126628号
ところで、上記構成からなるLED街灯100は、屋外において、例えば、地上に立設されたポールに取り付けた状態で設置されるものであるが、LEDランプユニット(LEDモジュール)87やサーモチューブ90といったLED街灯100を構成する部品に不具合が生じた場合、不具合部品の交換作業においてはLED街灯100は一度分解するとその場で再度組み上げたときに当初の密閉性が確保できるかどうかが懸念材料となる。そのため、LED街灯100毎交換することによって不具合を解消すると共に信頼性を確保することが図られる。但し、この場合は経済的な負担が大きくなるためにメンテナンス費用を含めたランニングコストの増大を招くことになる。
更に、明るいLED街灯100を得るためにはLED街灯100からの出射光量を増やすことにより可能になるが、そのためにはLEDランプユニット(LEDモジュール)87を増やす必要があり、その結果としてLED街灯100からの出射光量の光量アップに伴ってLED街灯100の大型化及び重量化が避けられない。
また、LED街灯100の大型化及び重量化によって製造時や設置時のハンドリングが難しくなると共に頑丈な取付け機構が必要となって設置費用の増大を招くことになる。LED街灯100の大型化及び重量化はまた、ポールに取り付けた状態において風や地震を受けたときの揺れを大きくすることになり、機械的な不具合が生じる可能性が増す。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたものであり、その目的とするところは、不具合発生時のメンテナンスを容易に迅速に且つ確実に行うことができ、大型化及び重量化を抑制して高輝度化を図ることができる照明灯具を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、平板状の金属ベースと、前記金属ベースの一方の側を覆うように配置された半筒状の樹脂カバーと、前記金属ベースと前記樹脂カバーとで形成された閉空間内の前記金属ベース上に取り付けられた光源ユニットと、を備え、前記光源ユニットは光学系と放熱系とを備えており、前記光学系は、光源と前記光源が実装された光源実装基板と、前記光源実装基板が取り付けられた基台と、前記光源を囲むように前記基台上に配設されたランプハウスと、前記ランプハウスがパッキンを介して取り外し可能に係合固定される光入射部と、前記光源からの出射光を反射するリフレクタと前記リフレクタによる反射光を透過して外部に出射するアウターカバーとを有し、前記光入射部、前記リフレクタ及び前記アウターカバーが防水構造によって一体化されると共に前記アウターカバーが前記金属ベースに設けられたアウターカバー嵌合孔に嵌合固定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記リフレクタは内面を反射面とし、前記反射面は前記光源の位置を第1焦点の位置とし、前記アウターカバーの外側の位置を第2焦点の位置とする部分回転楕円面形状を有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1又は請求項2のいずれかにおいて、前記放熱系は、複数の平板状の放熱フィンが並設されてなる放熱フィン群に締結された複数のヒートパイプが前記金属ベースに伝熱的に取り付けられていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項1〜請求項3のいずれかにおいて、前記樹脂カバーの前記放熱系の直上領域、及び前記金属ベースの前記放熱系の直下領域にはいずれも複数のスリット状貫通孔が設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項5に記載された発明は、請求項1〜請求項4のいずれかにおいて、 前記閉空間内の前記金属ベース上に前記光源ユニットよりも重量の重い防水性の電源が取り付けられており、前記金属ベースの前記電源が取り付けられた面と反対面の前記電源の対向位置に、ポールの先端部が嵌合する嵌合部が設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項6に記載された発明は、請求項5において、前記閉空間内の前記金属ベース上に防水性の端子台が取り付けられており、前記電源と前記端子台とがコードで接続され、前記端子台と前記光源とが中間に防水コネクタを備えたコードで接続されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、金属ベースと樹脂カバーとで形成した閉空間内の金属ベース上に光学系と放熱系とを備えた光源ユニットを取り付け、光学系を、光源と光源が実装された光源実装基板と、光源実装基板が取り付けられた基台と、光源を囲むように基台上に配設されたランプハウスと、ランプハウスがパッキンを介して取り外し可能に係合固定される光入射部と、光源からの出射光を反射するリフレクタと、リフレクタによる反射光を透過して外部に出射するアウターカバーとを有する構成とした。
これにより、不具合発生時のメンテナンスを容易に迅速に且つ確実に行うことができ、大型化及び重量化を抑制して高輝度化を図ることができる照明灯具を実現した。
本発明に係る実施形態の照明灯具の縦断面図である。 光源ユニットを光路形成部側から見た分解斜視図である。 光源ユニットを放熱ユニット側から見た分解斜視図である。 光源ユニットをリフレクタ側からリフレクタを取り除いて見た図である。 図4のA−A断面図である。 光源ユニットで形成される光路の説明図である。 照明灯具を樹脂カバー側から樹脂カバーを取り除いて見た図である。 図7の側面図である。 図7の裏面図である。 本発明に係る実施形態の照明灯具を樹脂カバー側から見た上面図である。 照明灯具の照射領域の説明図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図11を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
本発明の照明灯具1は図1に示すように、主に略平板状の軽金属からなる金属ベース2と該金属ベース2の一方の面側に位置する、両端開口を塞いだ略半筒状の樹脂カバー3とで閉空間4が形成され、閉空間4内に放熱手段(放熱ユニット50)を備えた光源ユニット10、光源ユニット10を構成する光源16に電源コード(図示せず)を介して電力を供給する電源66、外部電源に接続された電力導入コード67と電源66の入力コード68とを接続する端子台69を備えている。そのうち、光源ユニット10において光源16からの出射光の光路形成に係る中空構造の光路形成空間30aを備えた光路形成部30、電源66及び端子台69の夫々は防水構造を有している。一方、金属ベース2の他方の面側には、照明灯具1を取り付けるポール75の先端部を挿嵌する半筒状の挿嵌部5を有している。
光源ユニット10は図2及び図3に示すように、主に基台11、光源実装基板15、ランプハウス20、パッキン60、光路形成部30及び放熱ユニット50を備えている。
基台11は、円板状を呈しており、金属あるいはセラミック等の熱伝導性が良好な材料で形成されている。
光源実装基板15は、光源16と光源16が実装された基板17を有しており、そのうち光源16は、発光源として例えば半導体発光素子(本実施形態においてはLED素子)が用いられると共に1個以上のLED素子が表面実装型のパッケージに組み込まれた構成を有しており、光出射面16a側から見た形状が矩形状を呈している。なお、光源16の光出射面16aの形状も矩形状を呈している。
基板17は、ガラスエポキシ基板(FR−4)やガラスコンポジット基板(CEM−3)、アルミニウム等の金属材料からなる金属基板あるいはセラミック材料からなるセラミック基板等が適宜選択して用いられる。
ランプハウス20は、白色の遮光反射樹脂で形成されており、外周縁部に位置する環状の底部21と底部21の内側で且つ底部21よりも一段高い位置に位置する円板状の上底部22を有している。そして、上底部22の中央には、光源16に対応する矩形状の開口23と、前記開口23の四辺の夫々から立ち上がって前方斜め側方に傾斜して上底部22まで延びる傾斜反射面24を有している。また、ランプハウス20の上底部22の外周縁部には、該外周縁部から略直角に立ち上がって所定の高さまで前方に延びて側方に折り曲げられた形状の係止片25が周方向に所定の間隔で複数個所に設けられている。
光路形成部30は、回転楕円面を互いに略直交する2つの面で切り取った回転楕円面の一部からなる部分楕円面形状を有するリフレクタ31と、部分楕円面形状のリフレクタ31の2つの切取面のうち一方の切取面に対応する光入射部32と、他方の切取面に対応する光出射部40を有しており、内部は中空構造の光路形成空間30aを有すると共に外周は防水構造を有している。
リフレクタ31は、耐熱性を有する樹脂材料で形成され、内面を部分回転楕円面からなる光反射面31aとしている。
光入射部32は、平板部33と平板部33の中央部の上部湾曲側に形成された該平板部33よりも前方に一段高い位置に位置する円板状の上底部34を有し、上底部34の中央部に円状の開口35を有している。上底部34の裏面側空間36はランプハウス20の外周に対応する大きさの径を有し、上底部34の中央部に設けられた開口35はランプハウス20の上底部22に対応する径を有すると共に、開口端部37にはランプハウス20の上底部22に設けられた係止片25に対向する位置に切欠き38が設けられている。
光出射部40は、透明材料からなり光源16からの出射光が透過するアウターカバー41で構成されている。
放熱系を形成する放熱ユニット50は、複数(本実施形態では12枚)の平板状の放熱フィン51が平行に並設されてなる放熱フィン群52と、複数(本実施形態では3本)のU字状のヒートパイプ53が平行に並設されてなるヒートパイプ群54を有しており、ヒートパイプ群54の夫々ヒートパイプ53のU字状の屈曲部55の一方の側から延びる直線部56が放熱フィン群52に対してカシメによる2箇所以上の密着固定がなされており、先端部56aが放熱フィン群52から外部に突出している。
上記構成部材からなる光源ユニット10は図4及び図5に示すように、基台11の一方の面上に、光源16を実装した光源実装基板15が面接触した状態で取り付けられていると共に同一面上にランプハウス20がパッキン61を間に挟んでねじ12によってねじ止め固定されている。このとき、基台11上に取り付けられた光源実装基板15は、ランプハウス20の上底部22の裏面側空間26内に収容されており、上底部22に設けられた矩形状の開口23が矩形状の光源16の夫々の側面を囲むように位置している。
基台11にねじ止め固定されたランプハウス20は、光入射部32の上底部34の裏面側空間36に収納されて上底部22の表面22aがパッキン60を介して光入射部32の上底部34の内面34aに対向配置された状態で、ランプハウス20の上底部22に設けられた係止片25を光入射部32の開口端部37に設けられた切欠き38に挿通してランプハウス20を押圧しながら回動することにより係止片25が光入射部32の開口端部37に係合されている。
これにより、光源ユニット10を構成する基台11、光源実装基板15、ランプハウス20及び光路形成部30が2つのパッキン60、61を介して防水構造に構成され、その中に光源16が収容されている。
基台11の他方の面側には上述の放熱ユニット50が配設されており、基台11の裏面に突出して延設された一対の側壁13によって囲まれた溝部14に、放熱ユニット50の放熱フィン群52に接触固定されたヒートパイプ群54の夫々のヒートパイプ53の直線部56に対して屈曲部55の他方の側から延びる直線部57が嵌め込まれている。
なお、基台11の溝部14の内面とヒートパイプ53の直線部57の外面とは面接触した状態になっており、そのため、放熱ユニット50がヒートパイプ群54を介して基台11に固定されると同時に、光源(LED素子)16の点灯(発光)時に光と同時に発せられた熱が光源実装基板15を伝導されて基台11に移動し、基台11に移った熱がヒートパイプ53の、基台11に溝部14に接触した部分で吸熱されてヒートパイプ53内を移動して該ヒートパイプ53が接触固定された放熱フィン群52に伝達され、放熱フィン群52を介して外部に放散される。
これにより、発光源のLED素子の発光時の自己発熱による温度上昇を良好に抑制することができる。その結果、LED素子の温度上昇に起因するLED素子の発光効率の低減による発光光量の減少が抑えられると共に、同様にLED素子の温度上昇に起因するLED素子の劣化による素子寿命の短縮を抑制することが可能となる。
光源ユニット10の光学系は図6に示すように、光源16、リフレクタ31の光反射面31a及び光出射部40のアウターカバー41で構成されており、リフレクタ31の光反射面31aは上述したように部分回転楕円面の形状を有している。この部分回転楕円面は、第1焦点(f)の位置を光源16の位置とし、第2焦点(f)の位置を光出射部40のアウターカバー41の前方斜め下方(光源16側方向)の位置としている。
そこで、第1焦点(f)の位置に位置する光源16からリフレクタ31の回転楕円面からなる光反射面31aに向けて出射された光は、光路形成部30の光路形成空間30a内を伝搬されて光反射面31で第2焦点(f)の位置に向けて反射され、反射光が光路形成空間30a内を伝搬されて光出射部40のアウターカバー41を透過して一旦第2焦点(f)に集束した後、あたかも第2焦点(f2)の1点から出射した光のごとく放射光となって拡散される。
上記構成の光源ユニット10は図7〜図9に示すように、電源66及び端子台69と共に金属ベース2上に支持固定される。この場合、電源66は、金属ベース2の一端部側の裏面側に設けられて、照明灯具1を取り付けるポール75の先端部を挿嵌する挿嵌部5の直上位置に配置され、光源ユニット10は、金属ベース2の、電源66が配置された側と反対側の他端部側に配置されている。端子台69は電源66と光源ユニット10との間に配置されている。
このように、光源ユニット10よりも重量の重い電源66をポール75の直上に配置することによりポール75に対して照明灯具1をバランスよく安定した状態で取り付けることができる。
金属ベース2の光源ユニット10の配置位置には、光源ユニット10の光路形成部30を構成する光出射部40に対応する、楕円と直線とで囲まれた形状(蒲鉾状)のアウターカバー嵌合孔6が設けられており、このアウターカバー嵌合孔6にアウターカバー41が嵌合固定されている。また、金属ベース2には、光源ユニット10を構成する放熱ユニット50の放熱フィン群52の直下位置に、光源16から放熱フィン群52に伝導された熱を自然空冷で放熱するための外気を取り込む複数のスリット状貫通孔からなる吸気孔7が設けられている。
そして、金属ベース2上に支持固定された電源66、端子台69及び光源ユニット10に対し、ポール75内を配線された電力導入コード67が端子台69において入力コード68に接続され、入力コード68は電源66の入力端子(図示せず)に接続されて電源66の出力端子(図示せず)に電源コード65が接続されて光源実装基板15まで延びている。
なお、電源コード65には途中に防水コネクタ70が設けられており、コード及び回路の断続が容易に行えるようになっている。
そこで、外部電源(図示せず)から供給された電力は電力導入コード67及び入力コード68を通して電源66に送られ、電源66で光源16の駆動電圧に変換された電力が電源コード65を通して光源実装基板15に送られて光源16に給電され、それにより光源16が駆動されて点灯する。
上記回路構成において、光源ユニット10に不具合(例えば、光源16の輝度低下や不点灯等)が生じた場合、防水コネクタ70で回路を切断することにより、電源66を金属ベース2上に固定した状態で光源ユニット10の光入射部32から該光入射部32に係合固定されたランプハウス20を取り外してランプハウス20、光源実装基板15が取り付けられた基台11及び放熱ユニット50を一体的に取り外す。
その後、正常な光源16を実装した光源実装基板15が取り付けられた基台11及び放熱ユニット50をランプハウス20を介して光源ユニット10の光入射部32に係合固定する。
また、電源66に不具合(例えば、出力低下や無出力等)が生じた場合は、端子台69及び防水コネクタ70の両方で回路を切断することにより、光源ユニット10を金属ベース2上に固定した状態で電源66のみを取り外して修理するか、あるいは新たな電源66に交換することができる。
樹脂カバー3は図1に示すように、光源ユニット10、電源66及び端子台69が取り付けられた金属ベース2を上方から覆うように両端開口を塞いだ略半筒状を呈している。
樹脂カバー3は、耐熱性及び耐候性に優れた樹脂材料で形成されており、光源ユニット10を構成する放熱ユニット50の放熱フィン群52の直上位置に、光源16から放熱フィン群52に伝導された熱を自然空冷で受熱してその熱を放熱する複数のスリット状貫通孔からなる排気孔8が設けられている(図10参照)。
つまり、金属ベース2に設けられた吸気孔7と樹脂カバー3に設けられた排気孔8とによる煙突効果によって、光源16から放熱ユニット50の放熱フィン群52に伝導された熱が効率よく放熱される。なお、金属ベース2に設けられた吸気孔7は、外気を取り込む吸気機能と同時に金属ベース2と樹脂カバー3とで形成された閉空間4内に侵入した水を排出する排水機能も有している。
照明灯具1は図11に示すように、ポール75に取り付けた状態において、光軸Xを側方に向けて配置された光源16から側方側に向けて出射された光が、光出射方向の前方(ポール75側)に位置するリフレクタ31の光反射面31aで下方に向けて反射されてその反射光が下方の照射面を照射する。
そのため、照明灯具1からの照射光はリフレクタ31の直下位置よりもポール75側を照射することはなく、リフレクタ31の直下近傍から前方(ポール75と反対側)を照らすことになる。そこで、例えば、照明灯具1を、道路の路肩に設けたポールに取り付けて道路を照明する街路灯の灯具として用いた場合、道路の幅方向に対して、路肩の外側の照明が不要なエリアには光が向けられず、照射光のほとんどは路面に向けられることになる。その結果、照明灯具1からの出射光の利用効率が高まって路面が明るく照らされ、運転者の前方視認性を高めることができる。
ところで、照明灯具1の出射光による照射パターンは、光源16の光出射面16aの形状が投影される。本実施形態の場合、光源16は上述したように光出射面16aの形状が矩形状を呈しており、光源ユニット10において光源16は光出射面16aの長手方向を水平方向とし、短手方向を鉛直方向として配置されている。そのため、道路の幅方向は光源16の光出射面16aの短手方向が投影され、道路の延長方向は光源16の光出射面16aの長手方向が投影される。
従って、光源16の光出射面16aの形状を適宜変えることにより、路面に対して形成される照射領域のパターンを所望するパターンに設定することができる。
また、光源16の光出射面16aの大きさが照射領域の大きさに反映されると共に光源を構成するLED素子の素子数が照射領域の明るさに反映される。そのため、照明灯具1の大型化及び重量化をすることなく光源の光出射面の形状寸法のみを変えることで照射領域の形状及び範囲を設定することができ、同様に、照明灯具1の大型化及び重量化することなく光源を構成するLED素子の数のみを変えることで照射領域内の明るさを設定することができる。
なお、上記構成の照明灯具1は、光源ユニット10が、該光源ユニット10を構成するアウターカバー41を金属ベース2のアウターカバー嵌合孔6に嵌合固定することにより金属ベース2上に取り付けられている。そのため、アウターカバー41は、光源ユニット10を金属ベース2に取り付けるための取付部としての機械的機能と、光源16からの出射光を外部に向けて出射する光出射部としての光学的機能の両方の機能を兼ね備えている。
その結果、照明灯具1を構成する構成部品の点数が抑制されて製造コストの低減を図ることができる。
1… 照明灯具
2… 金属ベース
3… 樹脂カバー
4… 閉空間
5… 挿嵌部
6… アウターカバー嵌合孔
7… 吸気孔
8… 排気孔
10… 光源ユニット
11… 基台
12… ねじ
13… 側壁
14… 溝部
15… 光源実装基板
16… 光源
16a… 光出射面
17… 基板
20… ランプハウス
21… 底部
22… 上底部
22a… 表面
23… 開口
24… 傾斜反射面
25… 係止片
26… 裏面側空間
30… 光路形成部
30a… 光路形成空間
31… リフレクタ
31a… 光反射面
32… 光入射部
33… 平板部
34… 上底部
34a… 内面
35… 開口
36… 裏面側空間
37… 開口端部
38… 切欠き
40… 光出射部
41… アウターカバー
50… 放熱ユニット
51… 放熱フィン
52… 放熱フィン群
53… ヒートパイプ
54… ヒートパイプ群
55… 屈曲部
56… 直線部
56a… 先端部
57… 直線部
60… パッキン
61… パッキン
65… 電源コード
66… 電源
67… 電力導入コード
68… 入力コード
69… 端子台
70… 防水コネクタ
75… ポール

Claims (6)

  1. 平板状の金属ベースと、
    前記金属ベースの一方の側を覆うように配置された半筒状の樹脂カバーと、
    前記金属ベースと前記樹脂カバーとで形成された閉空間内の前記金属ベース上に取り付けられた光源ユニットと、を備え、
    前記光源ユニットは光学系と放熱系とを備えており、
    前記光学系は、光源と前記光源が実装された光源実装基板と、前記光源実装基板が取り付けられた基台と、前記光源を囲むように前記基台上に配設されたランプハウスと、前記ランプハウスがパッキンを介して取り外し可能に係合固定される光入射部と、前記光源からの出射光を反射するリフレクタと前記リフレクタによる反射光を透過して外部に出射するアウターカバーとを有し、
    前記光入射部、前記リフレクタ及び前記アウターカバーが防水構造によって一体化されると共に前記アウターカバーが前記金属ベースに設けられたアウターカバー嵌合孔に嵌合固定されていることを特徴とする照明灯具。
  2. 前記リフレクタは内面を反射面とし、前記反射面は前記光源の位置を第1焦点の位置とし、前記アウターカバーの外側の位置を第2焦点の位置とする部分回転楕円面形状を有することを特徴とする請求項1に記載の照明灯具。
  3. 前記放熱系は、複数の平板状の放熱フィンが並設されてなる放熱フィン群に締結された複数のヒートパイプが前記金属ベースに伝熱的に取り付けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の照明灯具。
  4. 前記樹脂カバーの前記放熱系の直上領域、及び前記金属ベースの前記放熱系の直下領域にはいずれも複数のスリット状貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の照明灯具。
  5. 前記閉空間内の前記金属ベース上に前記光源ユニットよりも重量の重い防水性の電源が取り付けられており、前記金属ベースの前記電源が取り付けられた面と反対面の前記電源の対向位置に、ポールの先端部が嵌合する嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の照明灯具。
  6. 前記閉空間内の前記金属ベース上に防水性の端子台が取り付けられており、前記電源と前記端子台とがコードで接続され、前記端子台と前記光源とが中間に防水コネクタを備えたコードで接続されていることを特徴とする請求項5に記載の照明灯具。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020202524A1 (ja) * 2019-04-04 2020-10-08 株式会社Jetstream 冷却装置及び屋外灯
JP2022061845A (ja) * 2020-10-07 2022-04-19 岩崎電気株式会社 照明器具

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