JP3158694U - モジュール化されたｌｅｄ灯器具の冷却装置 - Google Patents

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【課題】モジュール化されたＬＥＤ灯器具の冷却装置を提供する。【解決手段】多数のＬＥＤ電球７０付きＬＥＤ灯器具の上部に配備されるＬＥＤ灯器具の冷却装置であって、ヒートシンク３０と、その上部に配備されて、冷却する一つ以上の冷却ファン２０と、前記ヒートシンクの下部に配設され、下部は吸熱部となり、上部は発熱部となるように構成されて、前記吸熱部は前記ＬＥＤ灯器具と接し、前記発熱部は前記ヒートシンクと接する一つ以上の熱電素子５０と、前記ヒートシンクの下部に装着される温度センサー４０と、を備える。前記熱電素子により前記ＬＥＤ灯器具から発せられる熱を吸収して前記ヒートシンクに伝達し、前記温度センサーにおいて測定された温度が予め設定された温度に達したか否かに応じて前記冷却ファンの駆動を調節する。【選択図】図３

Description

この考案は、モジュール化された各種の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する。）灯器具の上部に配設されて前記ＬＥＤ灯器具から発せられる熱を一層効率よく且つ速やかに冷却させることのできるＬＥＤ灯器具の冷却装置に関する。
人類は、白熱電灯といった照明装置の発明により闇から解放されて夜間にまでその活動時間が延びる恩恵に恵まれるようになり、これにより、人類文明は一層飛躍的な発展を成し遂げるようになった。
この後、人類は一層明るく低電力を消費する照明装置を開発するために鋭意努力した結果、現在、蛍光灯、三波長灯、ハロゲン灯などの数多くの照明装置が発明され、生活に利用されるに至った。
最近には、電気を流したときに光を発するＬＥＤ素子が開発されるに伴い、かようなＬＥＤ素子の特性を照明装置に利用することに関心が寄せられている。前記ＬＥＤ素子は低電力下でも高輝度の光を発し、寿命もまた長いことから、次世代の照明装置と言われており、このため、これに関する研究が活発になされており、製品としても一部販売されている。
照明装置は輝度が所定のレベル以上になることを余儀なくされるため、前記ＬＥＤ素子を用いた照明装置を製作するためには、一台のＬＥＤ照明装置に前記ＬＥＤ素子から構成されたＬＥＤ電球を多数密集させて配置し製造しなければならない。
しかしながら、前記ＬＥＤ電球はＴＶや電話機などの家電製品に表示灯として一つずつ使用されるときには前記ＬＥＤ電球から発せられる熱があまり問題とならないが、前記ＬＥＤ照明装置には多数のＬＥＤ電球が密集して配置されているため、前記多数のＬＥＤ電球から発せられる熱が前記照明装置に致命的な問題を引き起こす原因となっている。
前記ＬＥＤ電球は、そもそも従来の照明灯よりもその寿命が遥かに長いにも関わらず、前記多数のＬＥＤ電球から発せられる多量の熱に起因して頻繁に故障を引き起こし、しかも、その寿命が短くなるといった問題点があるため、低出力のＬＥＤ電球を使用せざるを得ず、その個数も少量装着されたＬＥＤ照明装置しか製造することができなかった。このため、白熱電灯や水銀灯、蛍光灯よりも照度は遥かに低く、且つ、その値段は高価であるため照明装置として汎用され難いといった問題点があった。
これらの理由から、前記ＬＥＤ素子を熱伝導に優れているメタルＰＣＢに装着し、ヒートシンクを取り付けて熱を外部に上手く放出することのできる方法が試みられている。しかしながら、この方法によっても、高出力、高輝度の照明装置を実現することは依然として困難であった。
このため、一層高輝度、高出力のＬＥＤ照明装置を実現するためには発生される熱を一層効率よく排出して、前記照明装置を効率よく且つ速やかに冷却させることのできる方法が切望されているのが現状である。
そこで、この考案は、ＬＥＤ灯器具を一層効率よく且つ速やかに冷却させることにより、高出力、高輝度及び耐久性に優れたＬＥＤ灯器具を実現することのできるＬＥＤ灯器具の冷却装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、この考案は、多数のＬＥＤ電球付きＬＥＤ灯器具の上部に配備されるＬＥＤ灯器具の冷却装置であって、ヒートシンクと、前記ヒートシンクの上部に配備されて、前記ヒートシンクから発せられる熱を外部に誘導しつつ前記ヒートシンクを冷却させる１以上の冷却ファンと、前記ヒートシンクの下部に配設され、下部は吸熱部となり、上部は発熱部となるように構成されて、前記吸熱部は前記ＬＥＤ灯器具と接し、前記発熱部は前記ヒートシンクと接する１以上の熱電素子と、前記ヒートシンクの下部に装着される温度センサーと、を備えてなることにより、前記温度センサーにおいて測定された温度が予め設定された温度に達したか否かに応じて前記冷却ファンの駆動を調節して前記ＬＥＤ灯器具を冷却させることを特徴とするモジュール化されたＬＥＤ灯器具の冷却装置を技術的要旨とする。
また、この考案は、前記熱電素子の下部に固定板がさらに配備されることを特徴とする。
上述したような構成を有するこの考案によれば、ＬＥＤ灯器具を一層効率よく且つ速やかに冷却させることにより、高出力、高輝度及び耐久性に優れたＬＥＤ灯器具を実現することのできるＬＥＤ灯器具の冷却装置が提供されるというメリットがある。
この考案によるＬＥＤ灯器具の冷却装置の一実施形態を示す斜視図。 この考案の一実施形態による熱電素子の配置を示す構成図。 この考案の一実施形態によるＬＥＤ灯器具の冷却装置の分解図。
以下、添付図面に基づき、この考案について説明する。なお、この考案を説明するに当たって、関連する公知の技術または構成についての具体的な説明がこの考案の要旨を余計に曖昧にする恐れがあると認められる場合にはその詳細な説明は省く。そして、後述する用語はこの考案における機能を考慮して定義された用語であり、これらは使用者、運用者の意図または慣例などによって異なるため、その定義はこの考案を説明するこの明細書の全般に亘っての内容を踏まえて下されるべきである。
図１は、この考案によるＬＥＤ灯器具の冷却装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、この考案の一実施形態による熱電素子の配置を示す構成図であり、図３は、この考案の一実施形態によるＬＥＤ灯器具の冷却装置の分解図である。
この考案は、ＬＥＤ灯器具の冷却装置に関するものであり、前記ＬＥＤ灯器具は、メタルＰＣＢ６０と、前記メタルＰＣＢ６０の下部に装着されるＬＥＤ電球７０と、を備えてなることにより、モジュール化されたＬＥＤ灯器具であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
前記メタルＰＣＢ６０はＬＥＤ電球７０から発せられる熱を容易に放出するために高い熱伝導率を有する金属から製作された基板であり、主としてアルミニウム素材から製作される。
このとき、一つの広いメタルＰＣＢ６０に多数のＬＥＤ電球７０が配置されるように構成することもでき、図３に示すように、一つのＬＥＤ電球７０が一つの小さなメタルＰＣＢ６０に配置されるようにして前記ＬＥＤ電球７０付き多数のメタルＰＣＢ６０を互いに隣り合うように連結して配置することもできる。
前記ＬＥＤ灯器具には制御用チップ付き回路基板がさらに配備されて前記灯器具の作動を制御することができる。
この考案によるＬＥＤ灯器具の冷却装置は、前記ＬＥＤ灯器具の上部に装着されて前記ＬＥＤ灯器具を効率よく冷却させるための冷却装置であり、大きく、ヒートシンク３０と、冷却ファン２０と、熱電素子５０と、温度センサー４０と、を備えてなる。
前記ヒートシンク３０は前記ＬＥＤ灯器具の上部に位置して前記ＬＥＤ灯器具から発せられる熱を伝達されて空気中に放出する役割を果たすものであり、高い熱伝導率を有する金属素材から製作され、その放熱効果を高めるために、図１から図３に示すように、表面積が広くなるように多数の羽根が形成されることが好ましい。
前記冷却ファン２０は前記ヒートシンク３０の上部に装着されて前記ヒートシンク３０の熱が一層速やかに空気中に放出できるように前記ヒートシンク３０に向かって風を吹き飛ばす役割を果たす。前記冷却ファン２０は１台が装着されてもよく、２台以上装着されてもよいが、その数は前記ＬＥＤ灯器具のサイズと出力に応じて決定されることが好ましい。
前記ヒートシンク３０の上部には前記冷却ファン２０を覆う冷却カバー１０がさらに配備されて、前記冷却ファン２０を保護し、多数の冷却ファン２０が外部に露出されないようにして簡素で且つすっきりした外観を提供することができる。このとき、冷却ファン２０によるヒートシンク３０の冷却性能を減少させないように、図１及び図２に示すように、冷却カバー１０の下端部が前記ヒートシンク３０から所定の間隔だけ離れて配設されて前記冷却ファン２０が吹き飛ばす風が円滑に外部に放出できるように構成する。
前記熱電素子５０は具体的にペルティエ素子であるが、前記ペルティエ素子は電流を流したときに一方は熱を吸収し、他方は熱を放出するものであり、前記ペルティエ素子の作動原理は公知の科学的知識であるためその詳細な説明は省く。
前記熱電素子５０は前記ヒートシンク３０と前記ＬＥＤ灯器具との間に配備されるが、好ましくは、前記ヒートシンク３０の下面に接するように位置する。
前記熱電素子５０は前記ＬＥＤ灯器具から発せられる熱を効率よく且つ速やかに吸収して前記ヒートシンク３０に伝達する役割を果たす。
前記熱電素子５０は前記ヒートシンク３０と接する上部は発熱部５１となり、前記ＬＥＤ灯器具と接する下部は吸熱部５２となるように配置される。より具体的には、前記吸熱部５２は前記ＬＥＤ灯器具のメタルＰＣＢ６０に直接的に接して前記多数のＬＥＤ電球７０から発せられる熱を吸収して前記ＬＥＤ灯器具を冷却させる。これに対し、前記発熱部５１から発せられる熱は前記ヒートシンク３０に伝達されて外部に放出され、前記冷却ファン２０により一層速やかに外部に放出される。
前記熱電素子５０もまた１つが装着されてもよく、２以上装着されてもよいが、その数は前記ＬＥＤ灯器具のサイズと出力に応じて決定されることが好ましい。
前記温度センサー４０は前記ヒートシンク３０の下部に配置されて前記ヒートシンク３０または前記メタルＰＣＢ６０の温度を測定する。前記温度センサー４０において測定された温度情報は回路基板のコントローラ（図示せず）に伝達されて前記温度情報に基づいて前記冷却ファン２０の駆動を制御して前記ＬＥＤ灯器具を所定の温度以上に上昇しないように統制することになる。前記コントローラは前記冷却ファン２０のオン／オフを制御するが、必要に応じて、前記冷却ファン２０の回転速度を制御することもできる。
のみならず、一般的に、前記熱電素子５０は電源が入ると常に作動されるように構成されるが、必要に応じて、前記コントローラが前記熱電素子５０の駆動を制御するように構成することもできる。
上述したように、前記温度センサー４０とコントローラにより温度に応じて電気装置のオン、オフを統制する装置をサーマスタットと呼び、前記この考案に係る温度センサー４０とコントローラとから構成されるサーマスタットは温度に応じて前記冷却ファン２０及び／または熱電素子５０を制御することになる。
一方、前記熱電素子５０の下部には固定板８０がさらに取り付けられていてもよい。すなわち、前記固定板８０の上面は前記熱電素子５０の吸熱部５２と接し、前記固定板８０の下面は前記メタルＰＣＢ６０の上面と接するように構成することができる。
前記メタルＰＣＢ６０の厚さが薄い場合、前記ＬＥＤ電球７０の周りと前記ＬＥＤ電球７０から離れている部分との温度差がやや大きくなって前記メタルＰＣＢ７０の上に熱が均一に分布されない状態となって迅速な放熱が困難になる場合がある。このため、この場合に、前記メタルＰＣＢ７０の上面に前記固定板８０をさらに配備して前記熱電素子５０と接するようにすることが好ましい。
前記固定板８０の素材もまた良好な熱伝導率を有するアルミニウムであることが好ましいが、これに限定されない。
既存のヒートシンクだけを利用する空冷式冷却方式や流冷式冷却方式はＬＥＤ灯器具から発せられる熱を効率よく制御することができないため、ヒートシンクの温度が５０℃以上に上昇するに伴い、照明装置の寿命を短縮する結果を招いて高出力、高輝度のＬＥＤ灯器具を実現することができなかったが、前記構成によるこの考案による冷却装置によれば、前記ヒートシンク３０の温度を３５℃程度に維持することにより前記ＬＥＤ電球の寿命を最大８万時間まで延ばしてその耐久性を大幅に向上させる。これにより、小さなサイズの照明装置にも高出力のＬＥＤ電球を用いて高輝度のＬＥＤ照明装置を製作することが可能になり、高出力のＬＥＤ電球を多数配置したＬＥＤ灯器具も容易に製造することが可能になることから、家庭用または商業用照明だけではなく、街灯などのＬＥＤ照明装置も一層高出力、高輝度及び優れた耐久性を有するように製造することが可能になる。
以上、図面と実施形態はこの考案を具体化するための一つの実施形態に過ぎないものであり、この考案は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲において請求するこの考案の要旨を逸脱することなく当該考案が属する分野において通常の知識を持った者であれば誰でも種々の変更実施が可能な範囲までこの考案の技術的精神があると言えるであろう。
１０：冷却カバー
２０：冷却ファン
３０：ヒートシンク
４０：温度センサー
５０：熱電素子
５１：熱電素子の発熱部
５２：熱電素子の吸熱部
６０：メタルＰＣＢ
７０：ＬＥＤ電球

Claims (2)

  1. 多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）電球付きＬＥＤ灯器具の上部に配備されるＬＥＤ灯器具の冷却装置であって、
    ヒートシンクと、
    前記ヒートシンクの上部に配備されて、前記ヒートシンクから発せられる熱を外部に誘導しつつ前記ヒートシンクを冷却させる一つ以上の冷却ファンと、
    前記ヒートシンクの下部に配設され、下部は吸熱部となり、上部は発熱部となるように構成されて、前記吸熱部は前記ＬＥＤ灯器具と接し、前記発熱部は前記ヒートシンクと接する一つ以上の熱電素子と、
    前記ヒートシンクの下部に装着される温度センサーと、
    を備えてなり、前記温度センサーにおいて測定された温度が予め設定された温度に達したか否かに応じて前記冷却ファンの駆動を調節して前記ＬＥＤ灯器具を冷却させることを特徴とするモジュール化されたＬＥＤ灯器具の冷却装置。
  2. 前記熱電素子の下部には固定板がさらに配備されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール化されたＬＥＤ灯器具の冷却装置。
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