JP5417085B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置に関するものである。

省電力で高寿命のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とするＬＥＤ照明装置の一例を図８に示す。

即ち、図８は従来のＬＥＤ照明装置の縦断面図であり、図示のＬＥＤ照明装置１０１は、光源である複数のＬＥＤ１０２（図８には１つのみ図示）を実装した円板状の基板１０３を密閉ケース１０５内に収容して構成されている。ここで、ＬＥＤ１０２は発熱によってその発光効率が低下するとともに、寿命が低下するため、基板１０３と密閉ケース１０５の材質には熱伝導率の高いアルミニウムが使用され、密閉ケース１０５の外面には複数の放熱フィン１０７が形成されており、ＬＥＤ１０２の温度上昇を放熱によって抑えるよう工夫されている。

又、特許文献１には、ＬＥＤ電球において、ＬＥＤを実装した基板が取り付けられた基台とこれが取り付けられたカバーを熱伝導率の高いアルミニウムで構成し、ＬＥＤの点灯によって発生した熱を基板から基台を経てカバーに迅速に伝熱させてカバーから放熱させることによってＬＥＤの温度上昇を抑える構成が提案されている。

特開２００８−０９１１４０号公報

図８に示した従来のＬＥＤ照明装置１０１においては、ＬＥＤ１０２にて発生した熱は第１の熱伝導経路Ｓ１’に沿って基板１０３を径方向外方に伝導した後、その一部は第２の熱伝導経路Ｓ２’に沿って密閉ケース１０５のテーパ壁１０５Ａを経て放熱フィン１０７から大気中に放熱され、他の一部は第３の熱伝導経路Ｓ３’に沿って密閉ケース１０５の側壁１０５Ｂを経て放熱フィン１０７から大気中に放熱されるが、外気に露出していない基板１０３に沿う第１の熱伝導経路Ｓ１’が長く、しかも、この第１の熱伝導経路Ｓ１’では放熱がなされないため、この長い第１の熱伝導経路Ｓ１’を伝わる熱によって密閉ケース１０５内が加熱され、ＬＥＤ１０２の温度上昇を効果的の抑えることが困難であるという問題がある。

又、特許文献１において提案された構成においても、外気に露出していない基台を伝わる熱の伝導経路が長いために電球内部が加熱され、ＬＥＤの温度上昇を効果的に抑えることが困難であるという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱効果を高めてＬＥＤの発光効率の向上と寿命延長を図ることができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光源であるＬＥＤとこれを実装する基板を密閉ケースに収容して成るＬＥＤ照明装置において、前記基板を前記密閉ケースの大気に露出する箇所に密着させ、前記密閉ケースの外面に複数の放熱フィンを形成するとともに、平面視において前記放熱フィンと重なる位置に前記ＬＥＤを配置したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記密閉ケースには外気を前記放熱フィンへと導く通気孔を形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記通気孔を平面視において前記放熱フィンと重なる位置に配置したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記通気孔を平面視において前記ＬＥＤに隣接する間に配置したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、基板を密閉ケースの大気に露出する箇所に密着させたため、ＬＥＤにて発生した熱が基板から密閉ケースを経て直ちに外気へと放熱され、高い放熱効果によってＬＥＤの温度上昇が効果的に抑制され、該ＬＥＤの発光効率の向上と寿命延長が図られる。

又、密閉ケース外面の放熱面積は放熱フィンによって増大するため、ＬＥＤから基板を経て密閉ケースへと伝導する熱は放熱フィンによる高い放熱効果によって効率良く外気に放熱され、ＬＥＤの温度上昇が一層効果的に抑制される。又、ＬＥＤを平面視において放熱フィンと重なる位置に配置したため、該ＬＥＤからの熱が放熱フィンまで最短経路を経て伝導して放熱フィンから外気に効率良く放熱される。

請求項２記載の発明によれば、密閉ケースに形成されて通気孔から放熱フィンに向かう外気の流れによって放熱フィンが冷却されるため、該放熱フィンによる放熱効果が更に高められ、ＬＥＤの温度上昇が一層効果的に抑制される。

請求項３記載の発明によれば、通気孔を平面視において放熱フィンと重なる位置に配置したため、該通気孔から外気が放熱フィンに直接当たって該放熱フィンを冷却する。このため、放熱フィンによる放熱効果が高められてＬＥＤの温度上昇が一層効果的に抑制される。

請求項４記載の発明によれば、通気孔を平面視においてＬＥＤに隣接する間に配置したため、通気孔を通過する外気によってＬＥＤを効率的に冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の側面図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の平面図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の変形例を示す図６と同様の図である。 従来のＬＥＤ照明装置の縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ照明装置の側面図、図２は同ＬＥＤ照明装置の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１は、図３に示すように、光源である６つ（図２参照）のＬＥＤ２を実装して成る円板状の基板３とその下方に配されたリフレクタ４を密閉ケース５内に収容して構成されている。ここで、基板３とリフレクタ４及び密閉ケース５の材質には熱伝導率の高いアルミニウムが使用されており、図２に示すように、基板３の下面には６つのＬＥＤ２が同一円周上に同一角度ピッチ（６０°ピッチ）で実装されている。

密閉ケース５は、その下面が円孔状に開口しており、この開口部は前記リフレクタ４を下方から支えるように取り付けられた透明な円板状カバー６によって閉じられている。そして、図４に示すように、密閉ケース５は、下部に形成された大径筒部５Ａと、該大径筒部５Ａの上方に同心的に垂直に立設された小径筒部５Ｂと、該小径筒部５Ｂと前記大径筒部５Ａとを接続する水平部５Ｃとで構成されており、小径筒部５Ｂの下部には下方に向かって広がるテーパ壁５Ｂ１が形成されている。又、密閉ケース５の外面には縦方向に延びる２４枚の放熱フィン７が等角度ピッチ（１５°ピッチ）で放射状に一体に形成されている（図２参照）。尚、密閉ケース５の小径筒部５Ｂの上端には口金８が取り付けられている。

而して、複数のＬＥＤ２を実装して成る前記基板３は、図３及び図４に示すように、その外周部が密閉ケース５の水平部５Ｃの内面（下面）に密着しており、この密着された外周部の下面に６つのＬＥＤ２が配置されている。又、図２に示すように、各ＬＥＤ２は、平面視において放熱フィン７に重なる位置に配置されている。

前記リフレクタ４は、図４及び図５に示すように、密閉ケース５の大径筒部５Ａの内部に収容されており、密閉ケース５の下面に開口する円形の開口部を塞ぐよう密閉ケース５の下面に取り付けられた前記円板状カバー６によって下方から支えられている。そして、図３に示すように、リフレクタ４の各ＬＥＤ２に対応する位置には、各ＬＥＤ２から下方に向かって出射される光を反射させて配光を制御するための反射孔４ａ（図３には１つのみ図示）がそれぞれ形成されている。

而して、本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１においては、光源である各ＬＥＤ２に通電されて各ＬＥＤ２が発光すると、その光は、リフレクタ４の各反射孔４ａ内を下方に向かって通過する過程で反射して配光が制御された後、透明な円板状カバー６を透過して下方へと照射されて照明に供される。

ところで、ＬＥＤ２は発光によって熱を発生するが、その熱は基板３から密閉ケース５の水平部５Ｃを図４に示す第１の熱伝導経路Ｓ１に沿って伝導すると同時に、密閉ケース５の小径筒部５Ｂを第２の熱伝導経路Ｓ２に沿って伝導し、これらの熱は放熱フィン７からの放熱によって外気へと排出される。又、第１の熱伝導経路Ｓ１に沿って密閉ケース５の水平部５Ｃを伝導する熱は、第３の熱伝導経路Ｓ３に沿って密閉ケース５の大径筒部５Ａを伝導し、放熱フィン７からの放熱によって外気へと排出される。

以上のように、ＬＥＤ２において発生した熱は、基板３から第１〜第３の熱伝導経路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に沿って伝導するが、密閉ケース５の水平部５Ｃと大径筒部５Ａ及び小径筒部５Ｂは共に外気に露出しており、これらの外面には放熱フィン７が形成されているため、第１〜第３の熱伝導経路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に沿って伝導する熱は放熱フィン７を介して外気へと放熱され、高い放熱効果によってＬＥＤ２の温度上昇が効果的に抑制される。

そして、本実施の形態では、基板３の密閉ケース５の水平部５Ｃに密着する部分にＬＥＤ２を配置したため、ＬＥＤ２において発生した熱は、基板３での長い熱伝導経路を経ることなく基板３から第１〜第３の熱伝導経路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に沿って密閉ケース５の水平部５Ｃを経て小径筒部５Ｂ及び大径筒部５Ａへと直ちに伝導し、放熱フィン７から外気へと効率良く放熱される。このため、ＬＥＤ２の温度上昇が効果的の抑えられ、該ＬＥＤ２の発光効率の向上と寿命延長が図られる。

又、本実施の形態では、図２に示すように各ＬＥＤ２を平面視において放熱フィン７に重なる位置に配置したため、ＬＥＤ２からの熱が放熱フィン７まで最短経路を経て伝導して放熱フィン７から外気へと効率良く放熱される。尚、密閉ケース５の外面の放熱面積は放熱フィン７によって増大するため、ＬＥＤ２から基板２を経て密閉ケース５へと伝導する熱は放熱フィン７による高い放熱効果によって効率良く外気に放熱され、ＬＥＤ２の温度上昇が一層効果的に抑制される。

本実施の形態の効果を確認するために、本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１と図８に示した従来のＬＥＤ照明装置１０１において、同じＬＥＤ投入電力でのシャンクション温度を熱流体解析によってそれぞれ求めた結果、従来のＬＥＤ照明装置１０１でのジャンクション温度が１１９℃であるのに対して、本発明に係るＬＥＤ照明装置１でのジャンクション温度は１１１℃と８℃だけ下がることが確認された。

尚、ＬＥＤ照明装置におけるＬＥＤや放熱フィンの数は本実施の形態において示したものに限定されず、任地に設定し得るものである。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図５及び図６に基づいて説明する。

図５は本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ照明装置の平面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図であり、これらの図においては図１〜図４において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態は、放熱フィン７に外気を導く通気孔９を密閉ケース５に形成したことを特徴とする。具体的には、図５に示すように、密閉ケース５の水平部５Ｃの平面視において隣接するＬＥＤ２の間に通気孔９がそれぞれ形成されており、水平部５Ｃには計６つの通気孔９が同一円周上に形成されている。そして、各通気孔９は、図６に示すように、基板３とリフレクタ４及び円板状カバー６の対応する位置にそれぞれ形成された各６つの通気孔３ａ，４ｂ，６ａに連通している。ここで、図５に示すように、通気孔３ａ，４ｂ，６ａ，９は平面視において放熱フィン７と重なる位置に配置されている。

而して、ＬＥＤ２において発生した熱が前記実施の形態１において説明した経路を経て伝導し、最終的に放熱フィン７から外気へと排出されるが、熱の伝導によって密閉ケース５が発熱すると、該密閉ケース５の周囲に対流による上昇気流が発生するが、この上昇気流のために外気が円板状カバー６、リフレクタ４、基板３及び密閉ケース５にそれぞれ形成された通気孔６ａ，４ｂ，３ａ，９を下方から上方へと通過して放熱フィン７に向かって流れる。そして、この外気の流れによって放熱フィン７が冷却されるため、該放熱フィン７による放熱効果が高められ、ＬＥＤ２の温度上昇が一層効果的に抑制される。特に、本実施の形態では、通気孔３ａ，４ｂ，６ａ，９を平面視において放熱フィン７と重なる位置に配置したため、これらの通気孔３ａ，４ｂ，６ａ，９から外気が放熱フィン７に直接当たって該放熱フィン７を冷却する。このため、放熱フィン７による放熱効果が高められてＬＥＤ２の温度上昇が一層効果的に抑制される。

本実施の形態の効果を確認するために、本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１と図８に示した従来のＬＥＤ照明装置１０１において、同じＬＥＤ投入電力でのシャンクション温度を熱流体解析によってそれぞれ求めた結果、従来のＬＥＤ照明装置１０１でのジャンクション温度が１１９℃であるのに対して、本発明に係るＬＥＤ照明装置１でのジャンクション温度は１０９℃と１０℃だけ下がる（実施の形態１の１１１℃に対して２℃だけ低下）ことが確認された。

ところで、本実施の形態では、ＬＥＤ２からの光の配光制御にリフレクタ４を使用した例について説明したが、リタレクタ４に代えてレンズ１０を使用する場合の構造を図７に示す。

即ち、図７は本実施の形態に係るＬＥＤ照明装置の変形例を示す図６と同様の図であり、本変形例においても基板３と密閉ケース５の前記と同じ位置には同数（６つ）の通気孔３ａ，９（図７には各１つのみ図示）がそれぞれ形成され、レンズ１０の通気孔３ａ，９に対応する位置には、これらの通気孔３ａ，９に下方から挿通嵌合する６本の通気パイプ１０Ａ（図７には１本のみ図示）が一体に立設され、その内部には通気孔１０ａが形成されている。

従って、本変形例においても、外気がレンズ１０の通気パイプ１０Ａと基板３及び密閉ケース５にそれぞれ形成された通気孔１０ａ，３ａ，９を下方から上方へと通過して放熱フィン７に向かって流れるため、この外気の流れによって放熱フィン７が冷却されて該放熱フィン７による放熱効果が高められ、ＬＥＤ２の温度上昇が効果的に抑制されるという前記と同様の効果が得られる。尚、この場合も通気孔１０ａ，３ａ，９は平面視において放熱フィン７と重なる位置に配置されている。

本発明は、ＬＥＤを光源とする室内照明や屋外照明用のＬＥＤ照明装置に対して適用可能である。

１ ＬＥＤ照明装置
２ ＬＥＤ
３ 基板
３ａ 基板の通気孔
４ リフレクタ
４ａ リフレクタの反射孔
４ｂ リフレクタの通気孔
５ 密閉ケース
５Ａ 密閉ケースの大径筒部
５Ｂ 密閉ケースの小径筒部
５Ｂ１ 小径筒部のテーパ壁
５Ｃ 密閉ケースの水平部
６ 円板状カバー
６ａ 円板状カバーの通気孔
７ 放熱フィン
８ 口金
９ 密閉ケースの通気孔
１０ レンズ
１０Ａ レンズの通気パイプ
１０ａ レンズの通気孔
Ｓ１ 第１の熱伝導経路
Ｓ２ 第２の熱伝導経路
Ｓ３ 第３の熱伝導経路

Claims (4)

1. 光源であるＬＥＤとこれを実装する基板を密閉ケースに収容して成るＬＥＤ照明装置において、
   前記基板を前記密閉ケースの大気に露出する箇所に密着させ、前記密閉ケースの外面に複数の放熱フィンを形成するとともに、平面視において前記放熱フィンと重なる位置に前記ＬＥＤを配置したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記密閉ケースには外気を前記放熱フィンへと導く通気孔を形成したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記通気孔を平面視において前記放熱フィンと重なる位置に配置したことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記通気孔を平面視において前記ＬＥＤに隣接する間に配置したことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ照明装置。
   

Images