JP4726872B2

JP4726872B2 - 反射型照明装置

Info

Publication number: JP4726872B2
Application number: JP2007249633A
Authority: JP
Inventors: 大成中田; 賢治米田
Original assignee: シーシーエス株式会社; 三菱化学株式会社
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: JP2008108721A

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

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。
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。
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。
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、２又は３記載の反射型照明装置。
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、３又は４記載の反射型照明装置。
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、３、４又は５記載の反射型照明装置。
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、５又は６記載の反射型照明装置。
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、６又は７記載の反射型照明装置。
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、７又は８記載の反射型照明装置。