JP5295683B2 - パワーｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明はパワーＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置に関するものであり、より具体的には強制空冷装置を備えたパワーＬＥＤ照明装置に関するものである。

パワーＬＥＤ照明装置は宝石店やブランド・バッグ販売店等で商品を照明するために使用される。パワーＬＥＤ照明装置は稼動中大量の熱を発生するため、パワーＬＥＤの演色性品質と寿命を保つために、通常、ヒートシンクが必要となる。使用するＬＥＤの数量を減らしつつレンズを使用して適当なレベルの照度を保持することにより発熱を最小限度に抑えることはできる。しかしながらレンズ使用により暖色光は冷色に変化し、求められるＬＥＤ照明効果が損なわれることが往々にしてある。

一般に、１ユニット面積あたり１ＫＷの電力を消費するＬＥＤを「パワーＬＥＤ」と呼び、非常に明るい光源が必要な場合によく使用されている。パワーＬＥＤは、大量の熱を発生するため、（例えばアルミニウム製の）放熱用にヒートシンクを装着しなければならない。一方、消費電力が０．１５ＫＷ程度の一般用ＬＥＤは、よほど装着密集度を上げて使用する必要がない限りヒートシンクは必要とならない。ヒートシンク使用の必要性を無視すると、大抵ＬＥＤの寿命が短くなるか、最悪の場合、破壊に至る。

一部の一般照明器具に匹敵するような高照度が求められる場合は、使用ＬＥＤの数量が増えるため、大量の熱が発生する。そのため、ＬＥＤの熱放射と品質および寿命を保つために必要な放熱を行うには大きなサイズのヒートシンクが必要になる。発熱を抑えるには、レンズを使用して照度を適当なレベルに保ちつつ実際に使用するＬＥＤの数量を減らさなければならない。しかし、そのレンズの使用により照明光が暖色から冷色に変化し演色性が損われてしまう。

本発明の目的は望ましいパワーＬＥＤの色温度と演色性を変化させることなく非常に明るい照明ができるパワーＬＥＤ照明装置を提供することである。

また本発明のさらなる目的は、使用ＬＥＤの数量を増やす要求とヒートシンク構造による放熱要求との相反する要求を満たす新しい組込み式ヒートシンク構造を持つコンパクトなパワーＬＥＤ照明装置を提供することである。
特開2002-329893

（１）複数のパワーＬＥＤを搭載したＬＥＤボードを有し、前記ＬＥＤボードは換気用の空気流通孔を有し、また前記ＬＥＤが発生する熱を解放するためのヒートシンクを有し、かつ前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードが互いに近接するように収められたヒートシンクエンクロージャーを有し、さらに前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードを備えた前記ヒートシンクエンクロージャー内に空気を強制還流および強制換気するためのマイクロファンを有することを特徴とするパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（２）複数のパワーＬＥＤを搭載したＬＥＤボードを有し、前記ＬＥＤボードは通気用の空気流通孔を有し、また前記ＬＥＤが発生する熱を解放するためのヒートシンクを有し、かつ前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードが互いに近接するように収められたヒートシンクエンクロージャーを有する共に前記ヒートシンクエンクロージャーも換気用の空気流通孔を有し、さらに前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードを備えた前記ヒートシンクエンクロージャー内に空気を強制還流および強制換気するためのマイクロファンを有し、また、前記ヒートシンクエンクロージャー内の空気の強制還流および換気をするための外部の空気を導入するために、ヒートシンクエンクロージャーとＬＥＤボードに空気流通孔が設けられたことを特徴とするパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（３）前記マイクロファンが薄型（ロープロファイル）であることを特徴とする上記（１）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（４）前記ＬＥＤから射出された光をフォーカスするための前記ヒートシンクエンクロージャーの前側に固定したレンズプレートを有することを特徴とする上記（１）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（５）前記ＬＥＤと前記マイクロファンの駆動部を搭載した駆動ボードを更に有することを特徴とする上記（１）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（６）さらに前記パワーＬＥＤ照明装置を壁や天井に固定する固定具を有することを特徴とする上記（１）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（７）前記パワーＬＥＤ照明装置の照射部分の角度を変化させることができることを特徴とする上記（６）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（８）単数のパワーＬＥＤを搭載したＬＥＤボードを有し、前記ＬＥＤボードは換気用の空気流通孔を有し、また前記ＬＥＤが発生する熱を解放するためのヒートシンクを有し、かつ前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードが互いに近接するように収められたヒートシンクエンクロージャーを有し、さらに前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードを備えた前記ヒートシンクエンクロージャー内の空気を強制還流および強制換気するためのマイクロファンを有することを特徴とするパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（９）温度が上昇したら前記マイクロファンが自動的に作動し放熱することを特徴とする上記（１）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

（１０）光量を調整しあるいは減少させ、ＬＥＤを異常な高温から保護するために、装置内の異常な温度上昇を検知するための温度センサーをさらに搭載することを特徴とする上記（１）に記載のパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

本発明のパワーＬＥＤ照明装置は、望ましいパワーＬＥＤの色温度と演色性を変化させることなく非常に明るい照明を実現できる。また、使用ＬＥＤの数量を増やす要求とヒートシンク構造による放熱要求との相反する要求を満たす新しい組込み式ヒートシンク構造を持つコンパクトなパワーＬＥＤ照明装置を提供する。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。

本発明はＬＥＤが求められる色温度と演色性を損ねることなく高い照明性および照明機能を実現するよう設計した。この目的を達成するため、本発明は、使用ＬＥＤの数を増やす要求とヒートシンク構造による放熱要求という真向から相反するふたつの要求を満たす、つまり、使用するＬＥＤの数量を増やしてもヒートシンクに熱が貯まらない新しい放熱構造を持ったコンパクトなパワーＬＥＤ照明装置を提供するものである。

一般的には１ワット当たり（ＬＥＤ１個当たり）２．５スクエアインチのヒートシンクが必要であることが知られている。しかし、発熱を抑えるためにＬＥＤの数量を少なくした場合、照度が制限されてしまう。また、ヒートシンクを装着したとしても、ヒートシンクからの放熱が実質的に高ければ、照明装置周辺のマテリアル（例えば棚板や天井板等）が変形や変色などを起こす。照度を高めるために往々にしてレンズ等が使用されるが、これでは前面照射部中央の色温度が非常に高くなり、照明装置の前面照射部分全体の色温度の均一性が得られない。

本発明の実施形態では、６個のパワーＬＥＤ（各１ワット）をアルミニウム製の小さな回路ボードに装着する。換気を促進するために、そのＬＥＤ回路ボードにヒートシンクと空気を流通させるための複数の空気流通孔を設ける。また、周辺の空気と換気するために、ヒートシンクを収容するヒートシンクエンクロージャーにも複数の空気流通孔を設けることが好ましい。ヒートシンクの上部には強制換気のためにマイクロファンを設ける。さらに、光量を調整しあるいは減少させ、ＬＥＤを異常な高温から保護するために装置内の異常な温度上昇を検知するための温度センサーを搭載する。温度が上昇すると、マイクロファンが自動的に作動して放熱する。

次に、本発明のいくつかの実施形態を添付の図面を参考にしながら記述説明する。図１に示すように、例えば、パワーＬＥＤ１０（各１ワット）６個をＬＥＤパワー回路（ＰＣ）ボード２０（例えばアルミニウムボード等）に装着する。パワーＬＥＤを放熱させるため、熱伝導性の高いマテリアルをＬＥＤ・ＰＣボード２０に使用してもよい。本発明の強制換気を行うため、ＬＥＤ・ＰＣボード２０の周辺に貫通孔または切抜部２１を相応する数設ける。ＬＥＤＰＣボード２０はヒートシンクカバー３０内に固定する。

図２は本発明を説明する実施形態のパワーＬＥＤ照明装置の各部分と、ＬＥＤ１０の他にもＬＥＤ・ＰＣボードおよびヒートシンクカバーも示す。また、ヒートシンクエンクロージャー３２内には熱放射フィンを設けたヒートシンク３１を収容する。ヒートシンクエンクロージャー３２は、その外周に複数の空気流通孔３３を設け、ヒートシンク３１と周辺部に空気を流通させる。ヒートシンクエンクロージャー３２の複数の空気流通孔３３を使用して放熱および空冷を効率的に行なうため、ヒートシンクエンクロージャー３２とヒートシンクカバー３０との間に、ＬＥＤ・ＰＣボード２０とヒートシンク３１をこれらが互いに近接するように収容する。ヒートシンクエンクロージャー３２内の空気の強制還流および換気をするため、ヒートシンクエンクロージャー３２後部にマイクロファン３４をファンスペーサー３５を使用して配置する。２０ミリ程度の超薄型マイクロファン３４は、神鋼造機株式会社からＩＣファン（登録商標）の商品名で販売されている。

駆動ボード４０には、コネクター４２（図３）を使用してＬＥＤ１０とマイクロファン３４を使用可能にし、制御するための制御回路がある。制御回路にはＬＥＤ１０をマイクロファン３４を異常な温度上昇から保護するための温度センサーまたはサーモスタット（図示なし）が含まれる。さらに、パワーＬＥＤ照明装置の温度が上昇したら換気が自動的に開始されるようにマイクロファン３４を接続してもよい。駆動ボード４０はヒートシンクエンクロージャー３２とは分離された駆動ボックス４１に収容される。パワーＬＥＤ照明装置を壁や天井に取付けるときは固定具５０を使用する。

ヒートシンクエンクロージャー３２の前側には、スナウトコーン（先端円錐）６１またはスナウトショート（短先端）６２を設置し、ＬＥＤ・ＰＣボード２０上の各ＬＥＤ１０が発する光を集中させるためのそれ相応の数のレンズ６４を有するレンズプレート６３を収容する。

図３はヒートシンクエンクロージャー３２と駆動ボックス４１の組立てられた状態を示す。また、図４（ａ）と図４（ｂ）はそれぞれスナウトコーン６１の平面図と断面図を示す。図４（ｃ）および図４（ｄ）に各々平面図と断面図でスナウトショート６２も示す。図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれヒートシンクカバー３０の平面図および断面図を示す。図６（ａ）および図６（ｂ）は各々レンズプレート６３の平面図および側面図を示す。図７は、６個のパワーＬＥＤと、隣接するパワーＬＥＤの間に６個の空気流通孔２１、２１とが設けられたパワーＬＥＤ・ＰＣボード２０の平面図を示す。図８（ａ）および図８（ｂ）はそれぞれ空気流通孔３３、３３を設けたヒートシンクエンクロージャー３２の平面図および断面図を示す。図９（ａ）および図９（ｂ）は各々ヒートシンク３１の平面図および側面図を示す。図１０はファンスペーサー３５の平面図を示す。図１１（ａ）および図１１（ｂ）はそれぞれ超薄型マイクロファン３４の平面図および側面図を示す。ただし、マイクロファン３４、ヒートシンク３１およびパワーＬＥＤ・ＰＣボード２０をヒートシンクエンクロージャー３２内に収納してパワーＬＥＤ照明装置のファン換気システム（ＦＶＳ）または強制換気システムを完成する。

図１２（ａ）はＦＶＳシステムの分解斜視図、図１２（ｂ）はＦＶＳシステムの横断側面図、また、図１２（ｃ）はＦＶＳシステムの前面図である。図１２（ａ）から図１２（ｃ）に矢印で示すように、パワーＬＥＤ・ＰＣボード２０の空気流通孔２１を通して周囲の空間から冷たい空気が流れ込み、パワーＬＥＤを冷却しながらパワーＬＥＤ・ＰＣボード２０上のパワーＬＥＤ１０の周りを流れる。そのため、パワーＬＥＤ１０で発生した熱は効率的に放熱される放熱用の断面延長部分を備えるヒートシンク３１と通って搬送される。暖かい空気は、マイクロファン３４の強制換気動作により外部の周囲の空間へ運び出される。パワーＬＥＤ照明装置のＦＶＳシステムはＬＥＤ・ＰＣボードのマイクロファン３４だけでなくＬＥＤ・ＰＣボード２０の空気流通孔２１およびヒートシンクエンクロージャー３２の空気流通孔３３も使用して、強制換気の効果を最大にする。

図１３は本発明のパワーＬＥＤ照明装置のアプリケーションを示す斜視図である。パワーＬＥＤ照明装置は固定具５０で壁や天井にパワーＬＥＤ照明装置の照射表面の角度を変化させることができるように固定する。パワーＬＥＤ照明装置のＦＶＳシステムは放熱と冷却が効率的にできるので、壁や天井を熱で傷めることを最小限に止める。

同業者ならこの他にも本発明について色々な変更や様々なバリエーションを考案できることは疑う余地もない。一般に、この開示が齎した技術の教えに基づくそのような変更やバリエーションは本発明の範囲であると考えるべきである。よって、本開示は説明的に捉えられるべきであり、制限的に捉えられるべきではない。むしろ、本発明の範囲は先の請求の範囲に記載したように、本発明の説明的実施形態では、例えば、パワーＬＥＤ・ＰＣボード２０はパワーＬＥＤ１０を６個搭載するとしているが、パワーＬＥＤ・ＰＣボード２０上の１個だけのパワーＬＥＤ１０でも十分な照度のスポットライトをすることができる可能性もあるであろう。

は本発明の実施例を示すパワーＬＥＤ照明装置の正面図である。 は図１のパワーＬＥＤ照明装置の各部分を示す分解図である。 は図１のパワーＬＥＤ照明装置と駆動ボックスを示す斜視図である。 （ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）および図４（ｄ）はスナウトコーン（先端円錐）の平面図および断面図、さらにスナウトショート（短先端）の平面図および断面図である。 （ａ）および図５（ｂ）はヒートシンクカバーの平面図および断面図である。 （ａ）および図６（ｂ）はスナウトとヒートシンクカバーの間に取付ける焦点レンズユニットの平面図および側面図である。 は複数のＬＥＤを取付けたＬＥＤボードの平面図である。 （ａ）および図８（ｂ）はＬＥＤボードおよびヒートシンクを収容するためのヒートシンクエンクロージャーの平面図および断面図である。 （ａ）および図９（ｂ）はヒートシンクの側面図および平面図である。 はファンスペーサーの平面図である。 （ａ）および図１１（ｂ）はパワーＬＥＤ照明装置におけるファン換気システム用のマイクロファンの平面図および側面図である。 （ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）はエアフローを示すためのファン換気システムの斜視図、側面図および前面図である。 はパワーＬＥＤ照明装置のアプリケーションを示す斜視図である。

符号の説明

１０ パワーＬＥＤ
２０ ＬＥＤボード
２１ 空気流通孔
３０ ヒートシンクカバー
３１ ヒートシンク
３２ ヒートシンクエンクロージャー
３３ 空気流通孔
３４ マイクロファン

Claims (9)

1. 複数のパワーＬＥＤを搭載したＬＥＤボードを有し、
   前記ＬＥＤボードは通気用の空気流通孔を有し、また
   前記ＬＥＤが発生する熱を解放するためのヒートシンクを有し、かつ
   前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードが互いに近接するように収められた筒状体のヒートシンクエンクロージャーを有すると共に
   前記ヒートシンクエンクロージャーの外周に、前記ヒートシンクに空気を流通させるための換気用の空気流通孔を有し、
   前記ＬＥＤボードが有する空気流通孔及び前記ヒートシンクエンクロージャーが有する空気流通孔から外気を前記ヒートシンクエンクロージャー内に導入し、導入された外気を前記ヒートシンクエンクロージャー外へ排出するために前記ヒートシンクの上部に配置されるマイクロファンを有するパワーＬＥＤ照明装置。
2. 前記マイクロファンが薄型（ロープロファイル）である請求項１記載のパワーＬＥＤ照明装置。
3. 前記ＬＥＤから射出された光をフォーカスするための前記ヒートシンクエンクロージャーの前側に固定したレンズプレートを有する請求項１記載のパワーＬＥＤ照明装置。
4. 前記ＬＥＤと前記マイクロファンの駆動部を搭載した駆動ボードを更に有する請求項１記載のパワーＬＥＤ照明装置。
5. さらに前記パワーＬＥＤ照明装置を壁や天井に固定する固定具を有する請求項１記載のパワーＬＥＤ照明装置。
6. 前記パワーＬＥＤ照明装置の照射部分の角度を変化させることができる請求項５記載のパワーＬＥＤ照明装置。
7. 温度が上昇したら前記マイクロファンが自動的に作動し放熱する請求項１に記載のパワーＬＥＤ照明装置。
8. 光量を調整しあるいは減少させ、ＬＥＤを異常な高温から保護するために、装置内の異常な温度上昇を検知するための温度センサーをさらに搭載する請求項１に記載のパワーＬＥＤ照明装置。
9. 単数のパワーＬＥＤを搭載したＬＥＤボードを有し、
   前記ＬＥＤボードは通気用の空気流通孔を有し、また
   前記ＬＥＤが発生する熱を解放するためのヒートシンクを有し、かつ
   前記ヒートシンクと前記ＬＥＤボードが互いに近接するように収められた筒状体のヒートシンクエンクロージャーを有すると共に
   前記ヒートシンクエンクロージャーの外周に、前記ヒートシンクに空気を流通させるための換気用の空気流通孔を有し、
   前記ＬＥＤボードが有する空気流通孔及び前記ヒートシンクエンクロージャーが有する空気流通孔から外気を前記ヒートシンクエンクロージャー内に導入し、導入された外気を前記ヒートシンクエンクロージャー外へ排出するために前記ヒートシンクの上部に配置されるマイクロファンを有するパワーＬＥＤ照明装置。

Images