JP4726872B2 - 反射型照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、手術などの医用の他、展示場あるいは劇場などでも好適に用いることのできる反射型照明装置に関するものである。
この種の反射型照明装置は、光源からの光を一旦反射鏡で反射させて、所定領域を照明するものであり、日常用いられる汎用の照明装置とは異なり大きな光量を必要とするため、光源には例えばハロゲンランプや水銀灯を用いている(特許文献1参照)。
しかしながら、ハロゲンランプや水銀灯は寿命が短いという問題点及び安定性が悪いという問題点がある。
このようなことから、歯科用などの比較的小光量の反射型照明装置においては、長寿命であり、安定性が優れたLEDを用いている(特許文献2参照)。
一方、近年では、パワーLED等を用いたLEDの大光量化が進んでおり、かかる超高輝度LEDを用いれば外科手術用又は劇場用などの大光量を必要とする照明にも対応が可能になる。
しかしながら、LEDは、温度上昇に伴う故障を防止するため、ハロゲンランプや水銀灯と異なり、放熱が必要となる。具体的には、LEDを設けている部材に放熱フィン等の放熱構造を設けることになるが、反射型照明装置においては、前記放熱構造が照明に際して邪魔となり、照射領域の影が生じるという新たな問題が生じうる。
特開2002−203406号公報 実案登録3084178号公報
そこで、本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、LEDを用いた反射型照明装置において放熱性を良くすること、及びその放熱性を構造上複雑にすることなく実現することをその主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係る反射型照明装置は、凹面状をなす反射面と、その反射面の一部から突出する複数のヒートパイプと、それらヒートパイプの先端部に取り付けられた熱伝導性に富む遮光部材と、その遮光部材に取り付けられて前記反射面に向かって光を射出するLEDと、前記反射面の裏側に取り付けられて前記複数のヒートパイプの基端部に熱的に接続される放熱部材と、を備え、前記複数のヒートパイプの先端部が、前記遮光部材の周縁に等間隔に接続されていることを特徴とする。
このようなものであれば、LEDが熱伝導性に富む遮蔽部材及びヒートパイプを介して放熱部材に連結されているので、LEDにより発生した熱を、構造を複雑にすることなく、好適に放熱することができる。そして、ヒートパイプのみによって遮光部材を保持する構造としているので、構造の複雑化を防ぐことができる。また、ハロゲンランプ等を用いた場合に比べて軽量化できるとともに、赤外線(熱線)をカットするためのカットガラスを設ける必要がないので、装置の軽量化を可能にすることができる。さらに、反射面が赤外線(熱線)を吸収する必要がないため、熱線吸収のための特殊な加工を施した反射面を用いることなく、単純な反射面を用いることができる。
ヒートパイプの放熱効率を最大限に発揮させて、LEDにより生じた熱を好適に放熱するためには、上方から下方に向かって光を照射するものであること、つまりヒートパイプが略垂直又は傾斜するようにしていることが望ましい。
装置の軽量化を一層促進するためには、前記反射面を構成する本体部材が樹脂製のものであることが望ましい。このように、本体部材を樹脂製とすることができるのは、可視光域の光を射出するLEDは赤外線を含まないので、光照射方向へ殆ど熱を照射せず、また反射面でほぼ100%反射されるので、本体部材の温度上昇を考慮する必要がないからである。
光源に可視光域の光を射出するLEDを用いているので、前記反射面で反射した光が、屈折や透過することなく、照明光として直接外部に射出されるように構成することができる。
種々の使用用途に応じて照明することができるようにするためには、前記反射面と、前記LEDとの距離を調節可能に構成していることが望ましい。
また、反射面の具体的な実施の態様としては、前記反射面に蛍光体物質を塗布して、前記LEDからの光を色変換することを挙げることができる。
外科手術用又は劇場用などの大光量の反射型照明装置の場合には、前記LEDがRGBの複数素子を有するものであることが考えられる。これならば、反射面がLEDに対して相対的に大きいので、LEDを点光源を見なすことができ、色収差が殆ど無く混色を行うことができる。
装置の構成を簡単にするためには、前記ヒートパイプが、前記LEDへの電力を供給する電極であることが望ましい。これならば、ヒートパイプ以外にLED専用の配線を設ける必要が無く、反射面の前方の構成を簡単にすることができる。その場合、ヒートパイプの表面に絶縁層をコーティングしておくことが好ましい。
このように構成した本発明によれば、LEDを用いた反射型照明装置において、放熱性を良くすること及びその放熱性を構造上複雑にすることなく実現することができる。
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る反射型照明装置1は、医療用、特に歯科治療に用いられる反射型の無影照明装置であって、図1及び図2に示すように、凹面状をなす反射面21と、その反射面21の一部から突出するヒートパイプ3と、そのヒートパイプ3の先端部31に取り付けられた熱伝導性に富む遮光部材4と、その遮光部材4に取り付けられて前記反射面21に向かって光を射出するLED5と、前記反射面21の裏側に取り付けられてヒートパイプ3の基端部32に熱的に接続される放熱部材6と、を備えている。そして、この反射型照明装置1は、図3に示すように、LED5からの光を一旦反射面21で内方に向かうように反射させて、所定領域を照明するものであり、LED5及び遮光部材4だけでなく、照射領域及び反射面21の間に介在する歯科医師の指や治療用具Jの影が所定領域に生じないように照明するものである。以下に各部について説明する。
反射面21は、凹面状をなすものであり、具体的には放物面鏡又は楕円面鏡である。そして、反射面21は本体部材2に形成されている。
本体部材2は、樹脂から形成された椀形状をなし、その内面にアルミ蒸着を施すことにより前記反射面21が形成されている。本体部材2に中央部(底部)には、ヒートパイプ3が貫通する貫通孔22が設けられている。
ヒートパイプ3は、本体部材2の貫通孔22に貫通して設けられ、後述する遮光部材4及び放熱部材6を熱的に連結するとともに、遮光部材4及びLED5を所定位置に保持するという2つの機能を兼ね備えたものである。その具体的な構成は、例えば銅、アルミニウム又はステンレス鋼等で形成されたパイプであり、その内壁に毛細管構造としての溝構造が形成され、内部に少量の水、フレオン又はアンモニア等の熱媒体が真空封入されたものである。本実施形態においては、ヒートパイプ3を2本用い、LED5を基準にして対称となるように設けている。これにより、LED5から生じた熱を均等に放熱部材6に伝熱して放熱することができる。また、ヒートパイプ3は、照明装置1が照明対象物を照明するときに垂直又は傾斜状態となる。これによりヒートパイプ3の放熱効率が向上する。
遮光部材4は、金属(例えば銅)等の熱伝導性に富む高熱伝導性材料から形成された円板状のものであり、ヒートパイプ3の先端部31に設けられている。そして、その反射面21側には、LED5が設けられ、LED5から射出された光は、直接照明対象物(図示しない)に照射されることなく反射面21に照射されるようにしている。反射面21により反射された光が照明対象物に照射される。
LED5は、遮光部材4の反射面21側の表面に設けられ、反射面21に向かって可視光域の光を射出するものである。そして、このLED5は、R(赤)、G(緑)、B(青)の発光素子を含み、それら各色が混ざるように射出する。本実施形態においては、1つのLED5が遮光部材4の反射面21側表面の中央部に設けられている。その電力供給源8は、例えば後述する固定部材7の内部に設けられ、配線コード(図示しない)はヒートパイプ3に沿って設けられている。
放熱部材6は、反射面21の裏側、つまり本体部材2の裏側に設けられて、ヒートパイプ3の基端部32に熱的に接続される放熱フィンFを備えている。そして放熱部材6は、アルミニウムから形成されている。またヒートパイプ3を挿入されて固定される固定孔61を前側に備えている。また、放熱フィンFに篭もった熱を外部に逃がすためのファン(図示しない)を設けても良い。
また、本実施形態の反射型照明装置1は、本体部材2と放熱部材6との間にヒートパイプ3を覆い、本体部材2と放熱部材6との相対位置を固定する固定部材7を備えている。
固定部材7は、両端部にフランジ部を有する筒状体であり、その軸方向の長さを調節することにより、本体部材2と放熱部材6との相対位置、より詳細には、LED5と反射面21との相対位置を調節して固定するものである。なお、本体部材2及び放熱部材6には図示しないネジによって固定される。また、その内部には、LED5に電力を供給するための電力供給源8が設けられている。電力供給源8からLED5に電力を供給する電気ケーブルは、ヒートパイプ3に沿わせてLED5に導かれている。
次に本実施形態に係る反射型照明装置1の組み立て方法の一例について、図4を参照して説明する。
予め遮光部材4にLED5を設け、遮光部材4とヒートパイプ3とを一体にする。その後、そのヒートパイプ3を本体部材2の貫通孔22、固定部材7及び放熱部材6の固定孔61の順番に挿入する。そして、固定部材7と本体部材2とをネジ固定するとともに、固定部材7と放熱部材6とをネジ固定する。
このように構成した本実施形態に係る反射型照明装置1によれば、LED5が熱伝導性に富む遮光部材4及びヒートパイプ3を介して放熱部材6に連結されているので、LED5により発生した熱を好適に放熱することができる。また、ヒートパイプ3のみによって遮光部材4を保持する構造としているので、構造の複雑化を防ぐことができる。さらに、ハロゲンランプ等を用いた場合に必要となる、赤外線をカットするためのカットガラスを設ける必要がないので、軽量化を促進することができる。同時に、色収差が生じることがなく、RGBを良く混ぜることができる。加えて、反射面21が赤外線(熱線)を吸収する必要がないため、熱線吸収のための特殊な加工を施した反射面を用いることなく、単純な反射面を用いることができる。
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、LED5を1つ用いたものであったが、複数個用いたものであっても良い。この場合、波長の異なるLED5を用いることができるのは言うまでもなく、遮光部材4の反射面21側表面に規則的に設けることが望ましい。
また、ヒートパイプ3に関して言うと、前記実施形態では、ヒートパイプ3を2つ用いたものであったが、3本以上用いたものであっても良い。この場合、均一な放熱を実現する観点から、遮光部材4の周縁に等間隔に設けることが望ましい。
さらに、一本のヒートパイプをU字形に曲げて、その折返し部分に遮光部材を設け、両端部を放熱部材の固定孔に挿入するようにしても良い。
加えて、遮光部材に関して言うと、前記実施形態では、遮光部材4はLED5が設けられている表面は平面であったが、その他にも、遮光部材4の反射面側表面に凹部を設けて、その凹部内にLED5を設けるようにしても良い。
加えて、遮光部材4の反射面側表面に鏡面加工を施しても良い。
その上、電力供給源を固定部材7に設けることなく、反射型照明装置1の外部に設け、配線コードによりLED5に電力を供給するようにしても良い。
また、LED5と反射面21との相対位置(距離)を調節可能としても良い。この場合、図5に示すように、固定部材7を伸縮可能に構成している。詳細には、固定部材7が、互いにスライド移動可能な第1部材71及び第2部材72と、それらのスライド移動を固定又は解除する止めねじ等の固定部材9とを備えている。そして、第1部材71に設けた雌ねじ孔を介して止めねじ9によりそれらを固定又は解除することにより、固定部材7の長さを可変としている。なお、第1部材71は、放熱部材6に固定されており、第2部材72は、本体部材2に固定されている。また、貫通孔22は、第2部材72のスライド移動を容易にするため、ヒートポンプ3の径よりも若干大きくしている。
このようなものであれば、LED5と反射面21との距離を調節して照射範囲を調節することができるので、種々の使用用途・目的に用いることができるようになる。
前記実施形態の反射型照明装置1は、医療用に用いられるものであったが、その他、車両等のヘッドライトに用いるものであっても良い。この場合には、反射型照明装置1は、図6に示すように、本体部材2の開口端部にガラス部材10を備えている。本体部材2は金属製であり、その開口端部において、ガラス部材10が取り付けられている部分より前方には、放熱部23が設けられている。ヒートパイプ3は、貫通孔22に固定されており、ヒートパイプ3を伝わってきた熱は、本体部材2に伝わり、放熱部23から外部に放熱される。
また、図7に示すように、本体部材2の側周面に放熱フィン2Fを設けるようにしても良い。このとき、放熱部材6が不要となりコンパクト化を実現することができる。さらに、本体部材2の前面と裏面とを貫通する空気孔(図示しない)を設けるようにしても良い。
さらに、図8に示すように、放熱フィン2Fを本体部材2の側周面の一部又は全部に軸方向に沿って設けるようにしても良い。これならば、車両等のヘッドライドに用いた場合には、車両等が走行することにより生じる走行風に沿って放熱フィン2Fが延びているので、冷却作用を一層向上させることができる。
また、LED5を遮光部材4に2個以上設けても良い。そして、それらLED5を切り替えて照明するようにしても良い。具体的には、各LED5を例えば一列に配列し、各LED5を切り替えて照射方向を変更可能にしても良い。これならば、反射面21から前方に射出される光の向きを調節することができ、例えば自動車等のヘッドライトに好適に用いることができる。例えば、図1において、1個又は複数個のLED5からなる群(以下、LED群という)を上下に2つ設けた場合、上方のLED群に切り替えて照明することにより、射出する光の向きを下方にずらすことができ、逆に下方のLED群に切り替えて照明することにより、射出する光を上方にずらすことができるようになる。
また、遮光部材4に立体的にLEDを設けても良い。つまり前記実施形態では、LED5を遮光部材4の表面に平面的に設けているが、複数のLED5を用いて遮光部材4の表面に立体的に設けるようにしても良い。
医療のうち、手術に好適に用いることができるものとして、図9に示すように、前記実施形態の反射型照明装置1を例えば放射線状に複数個並べて手術用照明装置100を構成することが考えられる。
また、前記実施形態では、LED5に電力を供給するための電気ケーブルをヒートパイプ3とは別に設け、ヒートパイプ3に沿わせて設けているが、ヒートパイプ3を電極として、LEDに電力を供給するようにしても良い。この場合、2本の電極がそれぞれ絶縁するようにしている。具体的には、電極を支えている本体部材2や放熱部材6等電極の周囲を絶縁している。
前記実施形態の反射面21に蛍光体物質を塗布して、LED5からの光を色変換して反射するようにしても良い。
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
本発明の一実施形態における反射型照射装置の斜視図。 同実施形態における反射型照明装置の断面図。 反射型照明装置の光照射方法を示す図。 同実施形態における反射型照明装置の部品分解構成図。 その他の変形実施形態に係る反射型照明装置の断面図。 その他の変形実施形態に係る反射型照明装置の断面図。 その他の変形実施形態に係る反射型照明装置の断面図。 その他の変形実施形態に係る反射型照明装置の斜視図。 その他の変形実施形態に係る手術用照明装置の正面図。
符号の説明
1 ・・・反射型照明装置
2 ・・・本体部材
21・・・反射面
3 ・・・ヒートパイプ
4 ・・・遮光部材
5 ・・・LED
6 ・・・放熱部材
7 ・・・固定部材

Claims (9)

  1. 凹面状をなす反射面と、その反射面の一部から突出する複数のヒートパイプと、それらヒートパイプの先端部に取り付けられた熱伝導性に富む遮光部材と、その遮光部材に取り付けられて前記反射面に向かって光を射出するLEDと、前記反射面の裏側に取り付けられて前記複数のヒートパイプの基端部に熱的に接続される放熱部材と、を備え
    前記複数のヒートパイプの先端部が、前記遮光部材の周縁に等間隔に接続されている反射型照明装置。
  2. 前記LEDが前記遮光部材の反射面側表面の中央部に設けられており、前記複数のヒートパイプの先端部が前記遮光部材の周縁に前記LEDに対して対称に接続されている請求項1記載の反射型照明装置。
  3. 上方から下方に向かって光を照射するものである請求項1又は2記載の反射型照明装置。
  4. 前記反射面を構成する本体部材が樹脂製のものである請求項1又は3記載の反射型照明装置。
  5. 前記反射面で反射した光が、屈折や透過することなく、照明光として直接外部に射出されるように構成している請求項1、2又は4記載の反射型照明装置。
  6. 前記反射面と、前記LEDとの距離を調節可能に構成している請求項1、2、34又は5記載の反射型照明装置。
  7. 前記反射面に蛍光体物質を塗布して、前記LEDからの光を色変換する請求項1、2、3、4又は6記載の反射型照明装置。
  8. 前記LEDがRGBの複数の発光素子を含むものである請求項1、2、3、4、5又は7記載の反射型照明装置。
  9. 前記ヒートパイプが、前記LEDへの電力を供給する電極である請求項1、2、3、4、5、6又は8記載の反射型照明装置。
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