JP5320548B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子を有する光源部の放熱手段としてヒートシンクを用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device using a heat sink as a heat radiating means of a light source unit having a light emitting element.
一般に、LEDは白熱電球やハロゲン電球に比べて高効率・長寿命であり、特に、近年、白色LEDの高輝度化が進むに連れ、当該白色LEDを用いた照明装置が普及している。 In general, LEDs have higher efficiency and longer life than incandescent bulbs and halogen bulbs, and in particular, as white LEDs have recently become brighter, illumination devices using the white LEDs have become widespread.
また、劇場やテレビスタジオ等の照明用に使用されるスポットライトの光源として複数個のLEDを用いたLED照明装置が開発されている(例えば、特許文献1,2参照)。
しかしながら、このような従来の照明装置では、点灯中のLEDの温度が過度に上昇することを避けるために、ヒートシンクを用いることがある。さらにこのヒートシンクを強制空冷するために冷却ファンを用いる場合があるが、冷却ファンは常時運転するために騒音が大きいうえに電力を浪費し、冷却ファンの寿命を短くするという課題がある。特に、長寿命のLEDの寿命が尽きる前に冷却ファンが早期に寿命に達し、スポットライト全体としての寿命が短縮することになり、LEDの長寿命の特性を活かしきれていない、という課題がある。 However, in such a conventional lighting device, a heat sink may be used in order to avoid an excessive increase in the temperature of the LED during lighting. In addition, a cooling fan is sometimes used to forcibly cool the heat sink. However, since the cooling fan is always operated, there is a problem that noise is large and electric power is wasted and the life of the cooling fan is shortened. In particular, there is a problem that the cooling fan reaches the end of its life before the long-life LED is exhausted, the life of the spotlight as a whole is shortened, and the long-life characteristics of the LED cannot be fully utilized. .
そこで、ヒートシンクのみで自然空冷する方法も考えられるが、これでは排熱性能が大きく低下するという課題がある。また、この課題解決のためには、ヒートシンクの大形化と重量化を招くという新たな課題もある。 Then, although the method of carrying out natural air cooling only with a heat sink is also considered, this has the subject that exhaust heat performance falls significantly. In order to solve this problem, there is a new problem that the heat sink is increased in size and weight.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、冷却ファンの負荷を軽減して、その寿命の延伸と、放熱効果の向上とを共に図ることができる照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an illumination device that can reduce the load of a cooling fan and extend the life and improve the heat dissipation effect. And
請求項1記載の照明装置は、発光素子を有する光源部、この光源部と熱交換可能に構成されたヒートシンクおよびこれに送風する冷却ファンを有する傾動可能の器具本体と;器具本体に設けられ、光源部と熱交換可能に配設され器具本体の傾動に伴って傾動するヒートパイプおよびこのヒートパイプと熱交換可能に配設された第2のヒートシンクと;器具本体の傾動角を検出する角度センサと;角度センサにより検出された器具本体の傾動角に応じて、ヒートパイプが第2のヒートシンクに熱伝達して放熱させる熱伝達性能を低下させる傾動角であるときに冷却ファンを運転し、これ以外のときは冷却ファンを運転しないように制御する制御手段と;を具備していることを特徴とする。 The illumination device according to claim 1 is provided in the instrument body, including a light source unit having a light emitting element, a heat sink configured to be able to exchange heat with the light source unit, and a tiltable instrument body having a cooling fan for blowing air to the light source unit; A heat pipe which is arranged so as to be capable of exchanging heat with the light source part and tilts as the instrument body tilts, and a second heat sink which is arranged so as to be able to exchange heat with the heat pipe; an angle sensor which detects the tilt angle of the instrument body And, depending on the tilt angle of the instrument body detected by the angle sensor , the cooling fan is operated when the heat pipe has a tilt angle that reduces the heat transfer performance of transferring heat to the second heat sink to dissipate heat. And control means for controlling the cooling fan so as not to operate at other times.
請求項2記載の照明装置は、発光素子を有する光源部、この光源部と熱交換可能に構成されたヒートシンクおよびこれに送風する冷却ファンを有する傾動可能の器具本体と;器具本体の傾動角を検出する角度センサと;角度センサにより検出された器具本体の傾動角に応じて冷却ファンの運転を制御する制御手段と;を具備し、前記冷却ファンは、ヒートシンクへ送風する送風方向を異にする複数台を有し、制御手段は、角度センサによる器具本体の検出角に応じてヒートシンクを冷却する空気の自然対流の方向に送風する冷却ファンを選択的に運転するように構成されたことを特徴とする。
A lighting device according to
上記発明において、光源部は発光素子としてLEDや有機ELなどの固体発光素子が用いられ、複数の発光素子を例えば面状に配設してもよい。ヒートシンクとしては、例えば放熱フィンを用いてもよく、光源部と熱交換可能に構成されている。例えば光源部の背後に直接放熱フィンを設けてもよい。角度センサは器具本体の傾動角を検出し得るセンサであればよく、重力の方向を検出する重力センサや加速度センサ、あるいはポテンショメータや摺動抵抗型等機械式のセンサでもよい。 In the above invention, the light source unit may be a solid light emitting element such as an LED or an organic EL as the light emitting element, and a plurality of light emitting elements may be arranged in a planar shape, for example. As the heat sink, for example, a heat radiating fin may be used, and it is configured to be able to exchange heat with the light source unit. For example, a heat radiating fin may be provided directly behind the light source unit. The angle sensor may be any sensor that can detect the tilt angle of the instrument body, and may be a gravity sensor or acceleration sensor that detects the direction of gravity, or a mechanical sensor such as a potentiometer or a sliding resistance type.
また、角度センサは冷却ファンの運転を制御するマイクロプロセッサ等の制御手段が実装される制御回路基板に設けてもよい。 The angle sensor may be provided on a control circuit board on which control means such as a microprocessor for controlling the operation of the cooling fan is mounted.
請求項1の発明によれば、冷却ファンの運転は、制御手段により器具本体の傾動角に応じて冷却が必要なときだけ動作するように制御され、常時運転しない。このために、冷却ファンの負荷を軽減できるので、その寿命を延伸することができる。 According to the first aspect of the present invention, the operation of the cooling fan is controlled by the control means so as to operate only when cooling is required according to the tilt angle of the instrument body, and is not always operated. For this reason, since the load of a cooling fan can be reduced, the lifetime can be extended.
また、光源部の発熱を、冷却ファン付きのヒートシンクと、ヒートパイプ付きの第2のヒートシンクの両者により2重に放熱するので、その放熱効果を向上させることができる。また、器具本体の傾動角、すなわちヒートパイプの傾動角が発光部の発熱を第2のヒートシンクに熱伝達して放熱させる熱伝達性能が低下する角度であるときのみに、冷却ファンを運転し、これ以外は運転しないので、冷却ファンの負荷を軽減させて寿命を延伸させ、騒音を低減することができる。 Further, since the heat generated by the light source unit is radiated twice by both the heat sink with the cooling fan and the second heat sink with the heat pipe, the heat dissipation effect can be improved. In addition, the cooling fan is operated only when the tilt angle of the appliance body, that is, the tilt angle of the heat pipe is an angle at which the heat transfer performance for transferring heat to the second heat sink to dissipate heat is reduced. Since no other operation is performed, the load on the cooling fan can be reduced, the life can be extended, and the noise can be reduced.
請求項2の発明によれば、複数台の冷却ファンのうち、器具本体の傾動角に応じて変化するヒートシンクの自然対流と同じ方向に送風する冷却ファンのみを選択して運転するので、冷却ファンの負荷を軽減できる。また、ヒートシンクを冷却する空気の自然対流方向と同じ方向へ冷却ファンから送風するので、ヒートシンクの放熱効果を向上させることができる。さらに、その放熱効果向上分、冷却ファンの単位時間当たりの回転数を低減できるので、この冷却ファンの負荷をさらに軽減し、寿命を延伸することができる。
According to the invention of
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら複数の添付図面中、同一または相当部分には、同一符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part in these several accompanying drawings.
図1は本発明の第1の実施形態に係る照明装置1の側面模式図、図2は同照明装置1の一部切欠き要部斜視図、図3は同光源ユニットの平面模式図、図4は同照明装置1を上向きに傾動させた状態の側面模式図、図5は同、下向きに傾動させた状態の側面模式図である。 FIG. 1 is a schematic side view of the lighting device 1 according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a principal part of the lighting device 1, and FIG. 3 is a schematic plan view of the light source unit. 4 is a schematic side view of the illumination device 1 tilted upward, and FIG. 5 is a schematic side view of the illumination device 1 tilted downward.
これら図1〜図5に示すように、照明装置1は、図中横方向に長い角筒状の器具本体2を有する。この器具本体2は、光源ユニット3、その前面(図中左側面)に同心状に固着されたレンズユニット4、第2のヒートシンクの一例である第2の放熱フィン5を有し、スポットライトに構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 5, the lighting device 1 includes a rectangular tube-
レンズユニット4は、その角筒状のケース4a内に、投影レンズ6,6を収容しており、その前方に太線矢印で示す光を投光するようになっている。 The lens unit 4 accommodates projection lenses 6 and 6 in a rectangular tube-like case 4a, and projects light indicated by a thick arrow in front of the lens.
光源ユニット3は、その角筒状のランプケース7の図1中上面上に、第2のヒートシンクの一例である第2の放熱フィン5を外部に露出させた状態で配設し、ランプケース7内には、光源部8、第1のヒートシンクの一例である第1の放熱フィン9、冷却ファン10を収容している。
The
また、図3に示すように光源ユニット3は、ランプケース7内に、第1の放熱フィン9の両側方において、電源装置11、点灯回路基板12、制御回路基板13、角度検出センサ14を収容している。
Further, as shown in FIG. 3, the
光源部8は、矩形平板状の光源配設板に、複数のLEDを例えばマトリクス状に配列して、いわば平面光源に構成されている。これらLEDは点灯回路基板12に電気的に接続され、点灯回路基板12には光源部8のLEDの点消灯等を制御する点灯回路が実装されている。光源部8の前方のランプケース7の前面板には、光源部8からの投光を通すアパーチャ7aが開口されている。
The
光源部8は、その背面を第1の放熱フィン9のフィンベース9aの外面(前面)ほぼ中央部に固定している。ランプケース7は、第1の放熱フィン9の複数のフィン9b,9b,…の背後と底面とを、外部に開口し、冷却ファン10により底面下方の外部へ排気して放熱する。
The rear surface of the
そして、図1,図2に示すように第1の放熱フィン9のフィンベース9aの外面(前面)には、例えば光源部8に密着させ、または近傍に設け、熱伝導性を有する左右一対の逆L字状のヒートパイプ15,15の下端部を添設している。これら左右一対の逆L字状のヒートパイプ15,15は、その上端部を、ほぼ垂直方向上方へ若干延在させてから、ランプケース7の上面から外部へ若干突出したところでほぼ直角に屈曲してランプケース7の上端外面に沿って後方へ延び、第2の放熱フィン5のフィンベース5aの外底面に密着させて固定している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a pair of left and right electrodes having heat conductivity are provided on the outer surface (front surface) of the
各ヒートパイプ15は、熱伝導性の高い材質からなる円管状の密閉容器内に揮発性の液体を作動流体として封入し、一端部(加熱部)を加熱すると、作動流体が蒸発して潜熱を吸収し、他端部(冷却部)で冷却すると、凝縮して潜熱を放出するサイクルにより熱を移動させる。したがって、冷却部である水平部15aが加熱部である垂直下端部15bよりも高い位置に設定することが必要である。
Each
このために、冷却部(水平部)15aの水平中心軸Oaが水平線Hに対する俯仰角θ,φが所定角度(例えば45°)をよりも小さくなった場合には、ヒートパイプ15,15の熱伝導性が低下する。なお、冷却部15aの水平中心軸Oaは器具本体2の水平中心軸Obとほぼ平行であるので、器具本体2の俯仰角は冷却部15aの俯仰角とほぼ同一である。
For this reason, when the horizontal central axis Oa of the cooling part (horizontal part) 15a is smaller than a predetermined angle (for example, 45 °) by the elevation angle θ and φ with respect to the horizontal line H, the heat of the
角度検出センサ14は、重力センサや加速度センサであり、器具本体2の傾動角、すなわち、ヒートパイプ15の冷却部15aの水平中心軸Oaの水平線Hに対する傾動角を検出し、その傾動角検出信号を制御回路基板13に実装された制御手段の一例であるマイクロプロセッサに与える。
The angle detection sensor 14 is a gravity sensor or an acceleration sensor, and detects the tilt angle of the
マイクロプロセッサは入力された傾動角検出信号が予め設定した所定の傾動角度(例えば俯角θが45°未満または仰角φが45°以上等)に達したとそれぞれ判断したときに、第1の冷却ファン3の冷却ファン10を予め設定した単位時間当たりの回転数で運転させ、これ以外の場合は冷却ファン10の運転を休止させておく制御機能を具備している。
When the microprocessor determines that the input tilt angle detection signal has reached a predetermined tilt angle (for example, the depression angle θ is less than 45 ° or the elevation angle φ is 45 ° or more), the
電源装置11は、この制御回路基板13、点灯回路基板12、冷却ファン10、角度検出センサ14に電気的に接続され、これらに所要の電力を給電する。
The
次に、この照明装置1の作用を説明する。 Next, the effect | action of this illuminating device 1 is demonstrated.
図示しない操作盤の点灯スイッチがON操作されると、光源部8のLEDが点灯回路基板12の点灯回路により点灯される。これにより発光するLEDの光源部8の投光はアパーチャ7aを経て投影レンズ6,6で集光されてから外部へ放射される。
When a lighting switch (not shown) is turned on, the LED of the
このときの器具本体2の傾動角は角度検出センサ14により検出され、その検出信号は制御回路基板13のマイクロプロセッサへ与えられる。マイクロプロセッサにより器具本体2の傾動角が所定値以下であると判断したときには、冷却ファン10を運転させずに休止させておく。
The tilt angle of the
そして、光源部8は、そのLEDの発光により発熱するが、この発熱は光源部8の背面が直接密着しているフィンベース9aを介して第1の放熱フィン9全体により自然放熱される。
The
また、光源部8の発熱は、ヒートパイプ15の図1中下端部の加熱部15bにより吸熱され、ここで作動流体が気化する。さらに、この気化した作動流体は、上部の冷却部15aに熱伝導される。
Further, the heat generated by the
この冷却部15aは第2の放熱フィン5全体へ、そのフィンベース5aを介して熱伝達される。第2の放熱フィン5は外気に露出しているので、この外気により自然冷却される。
The cooling
このように光源部8の発熱は第2の放熱フィン5と第1の放熱フィン9により冷却される。この第2の冷却フィン5により冷却されたヒートパイプ15内の作動流体は、凝固(液化)して重力により再び加熱部15bへ滴下し、以下、加熱と冷却を繰り返して光源部8の発熱を第2の放熱フィン5へ繰返し伝達する。
In this way, the heat generated by the
しかし、図4に示すように照明装置1が上向き方向に傾動され、その仰角φが所定値(例えば45°)以上に達したときには、ヒートパイプ15の冷却部15aが加熱部15bよりも高い位置でなくなるので、ヒートパイプ15の熱伝導性能が低下し、第2の放熱フィン5による放熱効果が低下する。
However, when the illumination device 1 is tilted upward as shown in FIG. 4 and the elevation angle φ reaches a predetermined value (for example, 45 °) or more, the
そこで、角度検出センサ14から傾動角検出信号を受けたマイクロプロセッサはオン信号を冷却ファン10に与え、予め設定された回転数で運転を開始させる。
Therefore, the microprocessor that has received the tilt angle detection signal from the angle detection sensor 14 gives an ON signal to the cooling
これにより、第1の放熱フィン9が冷却ファン10により強制的に空冷されるので、第2の放熱フィン5による放熱能力の低下を補償することができる。
Thereby, since the
これと同様に図5に示すように器具本体が図中下向きに傾動され、その俯角θが所定値(例えば45°)以上に達したときにも、マイクロプロセッサにより冷却ファン10が運転され、第1の放熱フィン9を強制空冷するので、光源部8を充分に冷却することができる。
Similarly, as shown in FIG. 5, when the instrument body is tilted downward in the figure and the depression angle θ reaches a predetermined value (for example, 45 °) or more, the cooling
したがって、この照明装置1によれば、冷却ファン10の運転は、制御手段のマイクロプロセッサにより器具本体2の傾動角に応じて制御し、常時運転しない。このために、冷却ファン10の負荷を軽減できるので、その寿命を延伸することができる。
Therefore, according to this lighting device 1, the operation of the cooling
また、光源部8の発熱を、冷却ファン10付きの第1の放熱フィン9と、ヒートパイプ15付きの第2の放熱フィン5の両者により2重に放熱するので、その放熱効果を向上させることができる。
Moreover, since the heat generated by the
図6は本発明の第2の実施形態に係る照明装置1Aの側面模式図である。この照明装置1Aは、図1等で示す照明装置において、その第2の放熱フィン5、ヒートパイプ15、冷却ファン10を削除する一方、第1の放熱フィン9の図6中上部と背後に、新たに第1,第2の冷却ファン20,21をそれぞれ配設し、上記制御回路基板13のマイクロプロセッサに、これら第1,第2の冷却ファン20,21の運転を制御する機能を付与した点に主な特徴がある。
FIG. 6 is a schematic side view of a
すなわち、一般に冷却フィンを冷却ファンにより強制的に空冷する場合、冷却フィンの自然対流の方向と同じ方向に冷却ファンから送風する方が冷却フィンの冷却効率を向上させることができる。 That is, in general, when cooling fins are forcibly cooled by a cooling fan, cooling efficiency of the cooling fins can be improved by blowing air from the cooling fan in the same direction as the natural convection direction of the cooling fins.
そこで、マイクロプロセッサは、かかる知見に基づいて、器具本体2の傾動角に応じて第1,第2の冷却ファン20,21のいずれかを選択的に運転させる制御機能を有する。
Therefore, the microprocessor has a control function for selectively operating one of the first and
すなわち、マイクロプロセッサは、そのメモリに、放熱フィン9の放熱効果を向上させるために、器具本体2の種々の傾動角と、この傾動角に応じて第1,第2の冷却ファン20,21のいずれか一方、または両者を運転するかの選択と、その運転時の回転数とを予めデータテーブルとして記録しておき、角度検出センサ14により検出された検出角に応じてこのデータテーブルを参照して第1,第2の冷却ファン20,21の運転を制御する。
That is, in order to improve the heat dissipation effect of the
したがって、この照明装置1Aによれば、2台の第1,第2冷却ファン20,21のうち、器具本体2の傾動角に応じて変化する放熱フィン9の自然対流とほぼ同じ方向に送風することができる第1,第2冷却ファン20,21のいずれか一方を選択して運転するので、第1,第2冷却ファン20,21の負荷を軽減できる。また、放熱フィン9の自然対流方向とほぼ同じ方向へ冷却ファン20,21から送風し強制空冷するので、放熱フィン9の放熱効果を向上させることができる。さらに、その放熱効果の向上分、第1,第2冷却ファン20,21の単位時間当たりの回転数を低減できるので、これらの冷却ファン20,21の負荷をさらに軽減し、寿命を延伸することができる。
Therefore, according to this illuminating
なお、上記実施形態では、角度検出センサとして重力センサや加速度センサを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではく、例えばポテンショメータや摺動抵抗式の角度センサを用いてもよい。そして、このポテンショメータを照明装置1に取り付ける場合には、例えば器具本体2を傾動可能に支持する支持部に、ポテンショメータの角度検出回転軸を器具本体2の傾動に連動するように設けてもよい。
In the above-described embodiment, the case where a gravity sensor or an acceleration sensor is used as the angle detection sensor has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a potentiometer or a sliding resistance type angle sensor may be used. Good. And when attaching this potentiometer to the illuminating device 1, you may provide the angle detection rotating shaft of a potentiometer in connection with tilting of the instrument
1,1A…照明装置、2…器具本体、3…光源ユニット、4…レンズユニット、5…第2の放熱フィン(ヒートシンク)、7…ランプケース、8…光源部、9…第1の放熱フィン(ヒートシンク)、10…冷却ファン、12…点灯回路基板、13…制御回路基板(制御手段)、14…角度検出センサ、15…ヒートパイプ、15a…ヒートパイプの加熱部、15b…ヒートパイプの冷却部、20,21…第1,第2の冷却ファン。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
器具本体に設けられ、光源部と熱交換可能に配設され器具本体の傾動に伴って傾動するヒートパイプおよびこのヒートパイプと熱交換可能に配設された第2のヒートシンクと;
器具本体の傾動角を検出する角度センサと;
角度センサにより検出された器具本体の傾動角に応じて、ヒートパイプが第2のヒートシンクに熱伝達して放熱させる熱伝達性能を低下させる傾動角であるときに冷却ファンを運転し、これ以外のときは冷却ファンを運転しないように制御する制御手段と;
を具備していることを特徴とする照明装置。 A light source unit having a light emitting element, a heat sink configured to be able to exchange heat with the light source unit, and a tiltable instrument body having a cooling fan for blowing air to the heat source;
A heat pipe which is provided in the instrument main body and is disposed so as to be capable of exchanging heat with the light source unit and tilts as the instrument main body is tilted; and a second heat sink disposed so as to be capable of exchanging heat with the heat pipe;
An angle sensor for detecting the tilt angle of the instrument body;
Depending on the tilt angle of the instrument body detected by the angle sensor , the cooling fan is operated when the heat pipe has a tilt angle that reduces the heat transfer performance of transferring heat to the second heat sink to dissipate heat. Control means for controlling the cooling fan not to operate at times;
An illumination device comprising:
器具本体の傾動角を検出する角度センサと;
角度センサにより検出された器具本体の傾動角に応じて冷却ファンの運転を制御する制御手段と;
を具備し、
前記冷却ファンは、ヒートシンクへ送風する送風方向を異にする複数台を有し、前記制御手段は、角度センサによる器具本体の検出角に応じてヒートシンクを冷却する空気の自然対流の方向に送風する冷却ファンを選択的に運転するように構成されたことを特徴とする照明装置。 A light source unit having a light emitting element, a heat sink configured to be able to exchange heat with the light source unit, and a tiltable instrument body having a cooling fan for blowing air to the heat source;
An angle sensor for detecting the tilt angle of the instrument body;
Control means for controlling the operation of the cooling fan in accordance with the tilt angle of the appliance body detected by the angle sensor;
Equipped with,
The cooling fan has a plurality of air blowing directions for blowing air to the heat sink, and the control means blows air in a natural convection direction of air that cools the heat sink according to a detection angle of the instrument body by the angle sensor. A lighting device configured to selectively operate a cooling fan .
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