JP5498253B2 - 照明装置及びそのヒートシンク - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置及びそのヒートシンクに関する。
発光ダイオードは、電球、放電管等と比較して、小型化、低消費電力、長寿命である。そのため、近年、車両用前照灯、車両用フォグランプ、家庭用照明等の照明装置の光源は、電球、放電管等から発光ダイオードに代替されてきている。ところが、発光ダイオードに電流が流れると、局部(PN接合部)に熱が集中するので、発光ダイオードの放熱対策が必要となる。
特許文献1には、放熱対策が施されたプロジェクタランプが記載されている。特許文献1の図4に示されているように、発光ダイオード(6)がマウントプレート(7)の上に搭載され、その発光ダイオード(6)が上に向いている。リフレクタ(8)は、発光ダイオード(6)を上から覆うようにしてマウントプレート(7)に取り付けられている。ヒートシンク(12)がマウントプレート(7)から下に垂下するように設けられ、放熱フィン(15)がリフレクタ(8)の上面から上に突き出るように設けられている。発光ダイオード(6)から発した熱がヒートシンク(12)や放熱フィン(15)まで伝熱し、その熱がヒートシンク(12)や放熱フィン(15)から空気中に放出される。その際、ヒートシンク(12)や放熱フィン(15)の熱によって気流が生じる。
特開2008−130232号公報
しかし、ヒートシンク(12)の上側がマウントプレート(7)によって塞がれているから、ヒートシンク(12)の熱によって生じた気流はマウントプレート(7)によって妨げられて小さくなってしまう。また、放熱フィン(15)の下側もリフレクタ(8)によって塞がれているから、放熱フィン(15)の熱によって生じた気流も小さい。そのため、ヒートシンク(12)や放熱フィン(15)からの放熱量も限られたものとなる。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、気流を利用してフィンの放熱量を高められるようにすることである。
以上の課題を解決するため、本発明に係る照明装置のヒートシンクは、前方を向いて立てた状態に設けられた下部フロントプレートと、前記下部フロントプレートの上端から上斜め前方に張り出して、前上がりに傾斜し、その前面に発光素子が取り付けられたフロントベースプレートと、前記フロントベースプレートの前端から上方に張り出すとともに前方を向いた上部フロントプレートと、前記下部フロントプレート、前記フロントベースプレート及び上部フロントプレートの後面から後方に突出するとともに、左右に間隔をおいて配列された複数のフィンと、を備えることとした。
好ましくは、前記フロントベースプレートが、前記下部フロントプレートの上端から上斜め前方に張り出し、前上がりに傾斜した後寄り部分と、前記後寄り部分の前端から前記上部フロントプレートの下端まで上斜め前方に張り出した前寄り部分と、を有し、前記発光素子が前記フロントベースプレートの前面のうち前記前寄り部分に取り付けられ、前記後寄り部分の勾配が前記前寄り部分の勾配よりも緩やかであることとした。
好ましくは、前記後寄り部分に貫通孔が形成されていることとした。
以上の課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、前記ヒートシンクと、前記発光素子と、前記発光素子から発した光を投射して、配光を形成する光学系と、を備えることとした。
好ましくは、前記光学系が、前記フロントベースプレートに対向し、前上がりに傾斜し、前記発光素子から発した光を受け入れる入射面と、前記入射面の前方に配置され、前記入射面に入射した光を下斜め後方に反射させる第1の反射面と、前記フロントベースプレート及び前記入射面の下方であって前記下部フロントプレートの前方に配置され、前記第1の反射面によって反射した光を前方に反射させる第2の反射面と、前記第2の反射面の前方に配置され、前記第2の反射面によって反射した光を前方に出射させる出射面と、を有することとした。
本発明によれば、下部フロントプレートが立てた状態に設けられているから、隣り合うフィンの隙間の上や下が下部フロントプレートによって塞がれていない。また、上部フロントプレートがフロントベースプレートの前端から上方に張り出しているから、隣り合うフィンの隙間の上や下が上部フロントプレートによって塞がれていない。そうすると、フィンの熱によって生じる気流が上昇気流となり、その上昇気流が下部フロントプレートや上部フロントプレートによって妨げられない。そのため、隣り合うフィンの間を通る上昇気流が強くなり、フィンの放熱量が高まる。
また、フィンが、フロントベースプレートの後面からのみならず、下部フロントプレート及び上部フロントプレートの後面からも後方に突出しているから、発光素子で発した熱が下部フロントプレート及び上部フロントプレートを通じてフィンに伝導する。そのため、発光素子を効率よく冷却することができる。
また、フロントベースプレートが前上がりに傾斜し、フロントベースプレートの前面に取り付けられた発光素子が下斜め前を向いているから、光学系の前後長を短くすることができる。
本発明の第1実施形態における照明装置の前方斜視図である。 同実施形態における照明装置の鉛直断面図である。 同実施形態におけるヒートシンクの前方斜視図である。 同実施形態におけるヒートシンクの平面図、正面図及び底面図である。 本発明の第2実施形態におけるヒートシンクの前方斜視図である。 同実施形態におけるヒートシンクの平面図、正面図及び底面図である。 本発明の第3実施形態における照明装置の鉛直断面図である。 本発明の第4実施形態における照明装置の鉛直断面図である。 本発明の第5実施形態における照明装置の鉛直断面図である。 本発明の第6実施形態におけるヒートシンクの平面図、正面図及び底面図である。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
〔第1の実施の形態〕
図1は、照明装置1の前方斜視図である。図2は、照明装置1を横から見て示した鉛直断面図である。
この照明装置1は、自動四輪車、自動二輪車、自転車、鉄道車両その他の車両に用いられる車両用灯具である。また、この照明装置1は、車両の前照灯、フォグランプその他の車両用灯具として用いられるものである。なお、以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」は、それぞれ、照明装置1が装備された車両の「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」である。従って、後ろから前に向かって見て(いわゆる車内のドライバー視点で)、左右の向きを定める。
照明装置1の光軸Axは、前方に延びている。照明装置1は、発光素子10、光学系20及びヒートシンク30等を備える。
発光素子10は、基板11上に実装されている。基板11がヒートシンク30の前面に取り付けられ、発光素子10が下斜め前方に向けられている。発光素子10は、発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子その他の半導体発光素子である。
光学系20は、発光素子10から発した光を前方に投射して、所定の配光を形成するものである。光学系20は、入射面21、第1の反射面22、第2の反射面23及び出射面24を有する。入射面21は、上斜め後方に向けられている。つまり、入射面21は、発光素子10に向けられている。第1の反射面22は、入射面21の前方に形成されている。第2の反射面23は、入射面21の下方に隣接するとともに、第1の反射面22の下斜め後方に形成されている。出射面24は、第1の反射面22の下方に隣接するとともに、第2の反射面23の前方に形成されている。出射面24と第1の反射面22が、連続して、面一に設けられている。なお、出射面24と第1の反射面22が分離して、出射面24と第1の反射面22の境界部が段差又は角となっていてもよい。
入射面21は、発光素子10から発した光を取り込むとともに、その光を屈折させる。第1の反射面22は、入射面21に入射した光を下斜め後方に反射させる。第2の反射面23は、第1の反射面22によって反射した光を前方に反射させる。出射面24は、第2の反射面23によって反射した光を前方に出射させるとともに、その光を屈折させる。入射面21、第1の反射面22、第2の反射面23及び出射面24の形状は、所望の配光を得るために設計されたものである。入射面21、第1の反射面22、第2の反射面23及び出射面24によって焦点F(又は、左右方向に延びた焦線)が設定され、その焦点F(焦線の場合には、焦線の中心点)が発光素子10又はその近傍に位置している。
照明装置1を前照灯又はフォグランプとして用いる場合には、入射面21、第1の反射面22、第2の反射面23及び出射面24の形状によって、出射面24から前方に出射する光が、左又は右から見て、水平面に対して僅かに下に傾いた略平行光となる。一方、入射面21、第1の反射面22、第2の反射面23及び出射面24の形状によって、出射面24から前方に出射する光は、上又は下から見て、放射状に左右へ拡散した光となる。
入射面21に入射した光が反射面22,23によって反射されるから、入射面21から出射面24までの光路の距離を確保しつつ、光学系20の前後長を短くすることができる。
また、より明るい配光を得るべく、入射面21を広くしても、光学系20の前後長が長くならず、光学系20の小型化を図ることができる。これは、発光素子10が下斜め前を向き、入射面21がその発光素子10に対向し、その入射面21が前上がりに傾斜しているためである。
図3は、ヒートシンク30の前方斜視図である。図4(a)は、ヒートシンク30の平面図である。図4(b)は、ヒートシンク30の正面図である。図4(c)は、ヒートシンク30の底面図である。
図3、図4(a)〜図4(c)に示すように、ヒートシンク30は、下部フロントプレート31、フロントベースプレート32、上部フロントプレート33、左右一対のサイドプレート34,34、左右一対のフランジ35,35及び複数のフィン36を有する。これら下部フロントプレート31、フロントベースプレート32、上部フロントプレート33、サイドプレート34、フランジ35及びフィン36は、一体成形されている。これら下部フロントプレート31、フロントベースプレート32、上部フロントプレート33、サイドプレート34、フランジ35及びフィン36は、伝熱材料(アルミニウム、アルミ合金、鉄鋼、ステンレス鋼、銅その他の金属)からなる。
下部フロントプレート31は、水平面に対して略垂直となるように立っているとともに、前方を向いている。下部フロントプレート31は、正面から見て、矩形状に成している。フロントベースプレート32は、下部フロントプレート31の上端に繋がっている。フロントベースプレート32は、下部フロントプレート31の上端から上斜め前方に張り出して、前上がりに傾斜している。
フロントベースプレート32は、後寄りの部分32aと、前寄りの部分32bとからなる。後寄り部分32aは、下部フロントプレート31の上端から上斜め前方に張り出している。前寄り部分32bは、後寄り部分32aの前端から上斜め前方に張り出している。後寄り部分32a及び前寄り部分32bは、前上がりに傾斜している。後寄り部分32aの勾配が前寄り部分32bの勾配よりも緩やかである。後寄り部分32a及び前寄り部分32bは、正面から見て、上底が下底よりも短い等脚台形の形状を成している。
上部フロントプレート33は、フロントベースプレート32の前端(つまり、前寄り部分32bの上底)に繋がっているとともに、フロントベースプレート32の前端から上方に張り出している。上部フロントプレート33は、水平面に対して略垂直となるように立っているとともに、前方を向いている。上部フロントプレート33は、正面から見て、矩形状に成している。
下部フロントプレート31、フロントベースプレート32及び上部フロントプレート33の左右の端部には、サイドプレート34,34がそれぞれ繋がっている。左のサイドプレート34は、下部フロントプレート31、フロントベースプレート32及び上部フロントプレート33の左端から左斜め後方に張り出しており、右のサイドプレート34は、下部フロントプレート31、フロントベースプレート32及び上部フロントプレート33の右端から右斜め後方に張り出している。また、これらサイドプレート34,34は、水平面に対して略垂直となるように立っており、左のサイドプレート34が左斜め前方を向いており、右のサイドプレート34が右斜め前方を向いている。サイドプレート34は、横から見て、その上部がその下部よりも前方に張り出している。
サイドプレート34,34の後端には、フランジ35,35がそれぞれ繋がっている。左のフランジ35は、左のサイドプレート34の後端から左方に張り出しており、右のフランジ35は、右のサイドプレート34の後端から右方に張り出している。これらフランジ35,35は、水平面に対して略垂直となるように立っている。
下部フロントプレート31、フロントベースプレート32及び上部フロントプレート33の後面には、三枚のフィン36,36,36が設けられている。サイドプレート34,34には、それぞれ二枚のフィン36,36が設けられている。フランジ35,35の後面には、それぞれ一枚のフィン36が設けられている。フィン36の数は、これらに限るものではない。
これらフィン36,36,…は、下部フロントプレート31、フロントベースプレート32、上部フロントプレート33、サイドプレート34,34及びフランジ35から後方に突き出ている。フィン36,36,…は、水平面に対して略垂直となるように立っている。フィン36,36,…は、下部フロントプレート31、フロントベースプレート32、上部フロントプレート33、サイドプレート34,34及びフランジ35よりも厚い。
フィン36,36,…は、互いに平行となるように、左右に間隔をおいて配列されている。これらフィン36,36,…の間に隙間37,37,…が形成されている。これら隙間37,37,…の前側が下部フロントプレート31、フロントベースプレート32、上部フロントプレート33、サイドプレート34,34及びフランジ35によって塞がれているが、これら隙間37,37,…の下側、上側及び後ろ側は塞がれていない。
図2に示すように、フロントベースプレート32の前寄り部分32bの前面には、発光素子10の基板11がネジ等によって取り付けられている。基板11と前寄り部分32bが面接触している。基板11が前寄り部分32bに取り付けられた状態では、発光素子10が下斜め前方に向いている。
光学系20がヒートシンク30の前に配置されている。ここで、図1に示すように、光学系20の左右両側に、それぞれ脚部25が設けられている。脚部25が後方に延出し、脚部25の突端がフランジ35との間にレンズホルダ26を挟持した状態でフランジ35に固定されている。
光学系20がヒートシンク30に取り付けられた状態では、フロントベースプレート32の前寄り部分32bが光学系20の入射面21の上寄り部分に対向している。入射面21の下寄り部分がフロントベースプレート32の後ろ寄り部分32aの下に配置されている。光学系20の第2の反射面23が、下部フロントプレート31の前に配置されている。
発光素子10は、フロントベースプレート32の前寄り部分32bと光学系20の入射面21の上寄り部分との隙間41に配置されている。入射面21の下寄り部分とフロントベースプレート32の後寄り部分32aとの間の隙間42は、フロントベースプレート32の前寄り部分32bと光学系20の入射面21の上寄り部分との間の隙間41よりも大きい。
発光素子10は、発光すると発熱する。発光素子10で生じた熱は、フロントベースプレート32を通じてフィン36に伝熱し、フィン36の熱が空気中に放出される。特に、フロントベースプレート32のみならず、下部フロントプレート31、上部フロントプレート33、サイドプレート34及びフランジ35によっても、発光素子10の熱がフィン36に伝熱する。そのため、発光素子10を効率よく冷却することができる。
また、フィン36の熱によって隣り合うフィン36の間の隙間37には、上昇気流が生じる。隙間37の上や下が下部フロントプレート31、上部フロントプレート33、サイドプレート34及びフランジ35によって塞がれていないから、発生した上昇気流が下部フロントプレート31、上部フロントプレート33、サイドプレート34及びフランジ35によって妨げられることはない。強い上昇気流によってフィン36の放熱量が高まり、発光素子10を効率よく放熱することができる。
フロントベースプレート32の後寄り部分32aの勾配が前寄り部分32bや入射面21の勾配よりも緩やかなため、入射面21とフロントベースプレート32の後寄り部分32aとの間の隙間42が大きくなっている。そのため、発光素子10から発した熱がその隙間42に籠もりにくく、発光素子10が高温になりにくい。
下部フロントプレート31が略垂直に立っているから、フィン36の表面積を確保しつつ、上部フロントプレート33からフィン36の後端までの前後長を短くすることができる。
〔第2の実施の形態〕
図5は、第2の実施の形態におけるヒートシンク30Aの前方斜視図である。図6(a)は、第2の実施の形態におけるヒートシンク30Aの平面図である。図6(b)は、ヒートシンク30Aの正面図である。図6(c)は、ヒートシンク30Aの底面図である。第2実施形態のヒートシンク30Aと第1実施形態のヒートシンク30との間で互いに対応する部分には、同一の符号を付す。
図5、図6(a)〜図6(c)に示すように、このヒートシンク30Aでは、貫通孔32cがフロントベースプレート32の後寄り部分32aに形成されている。そのため、熱気が隙間42に滞留せずに、貫通孔32cを通って上昇する。従って、発光素子10を効率よく冷却することができる。
以上に説明したことを除いて、第2実施形態のヒートシンク30Aと第1実施形態のヒートシンク30との間で互いに対応する部分が同様に設けられている。
〔第3の実施の形態〕
図7は、第3の実施の形態における照明装置1Bを横から見て示した鉛直断面図である。第3実施形態の照明装置1Bと第1実施形態の照明装置1との間で互いに対応する部分には、同一の符号を付す。
第3実施形態のヒートシンク30Bのフロントベースプレート32の形状が、第1実施形態のヒートシンク30のフロントベースプレート32の形状と異なる。つまり、水平面に対するフロントベースプレート32の前寄り部分32bの傾斜角と、水平面に対する前寄り部分32bの傾斜角が等しく、後寄り部分32aと前寄り部分32bが面一となっている。そのため、後寄り部分32aと入射面21との間の隙間42は、第1実施形態の場合と比較して第3実施形態の方が小さい。
以上に説明したことを除いて、第3実施形態の照明装置1Bと第1実施形態の照明装置1との間で互いに対応する部分が同様に設けられている。
〔第4の実施の形態〕
図8は、第4の実施の形態における照明装置1Cを横から見て示した鉛直断面図である。第4実施形態の照明装置1Cと第1実施形態の照明装置1との間で互いに対応する部分には、同一の符号を付す。
第4実施形態の照明装置1Cは、リフレクタ型照明装置である。つまり、この照明装置1Cの光学系20Cは、放物面系リフレクタである。光学系20Cが発光素子10の下斜め後ろから下斜め前にかけて配置されており、光学系20Cの前側内面が、放物面系反射面27となっている。放物面系反射面27によって焦点F(又は、左右方向に延びた焦線)が設定され、その焦点F(焦線の場合には、焦線の中心点)が発光素子10又はその近傍に位置している。放物面系反射面27は、発光素子10から発した光を前方に出射させる。放物面系反射面27によって反射した光は、左又は右から見て、水平面に対して僅かに下に傾いた略平行光となる。一方、放物面系反射面27によって反射した光は、上又は下から見て、放射状に左右へ拡散した光となる。
以上に説明したことを除いて、第4実施形態の照明装置1Cと第1実施形態の照明装置1との間で互いに対応する部分が同様に設けられている。なお、第2、第3の実施の形態のヒートシンク30A,Bをリフレクタ型照明装置1Cに適用してもよい。
〔第5の実施の形態〕
図9は、第5の実施の形態における照明装置1Dを横から見て示した鉛直断面図である。
第5実施形態の照明装置1Dは、ダイレクトプロジェクション型照明装置である。つまり、この照明装置1Dの光学系20Dは、凸レンズである。光学系20Dが発光素子10の前方に配置されている。光学系20Dによって焦点F(又は、左右方向に延びた焦線)が設定され、その焦点F(焦線の場合には、焦線の中心点)が発光素子10又はその近傍に位置している。光学系20Dは、発光素子10から発した光を前方に投射する。光学系20Dによって投射された光は、左又は右から見て、水平面に対して僅かに下に傾いた略平行光となる。一方、光学系20Dによって投射された光は、上又は下から見て、放射状に左右へ拡散した光となる。
以上に説明したことを除いて、第5実施形態の照明装置1Dと第1実施形態の照明装置1との間で互いに対応する部分が同様に設けられている。なお、第2、第3の実施の形態のヒートシンク30A,30Bをダイレクトプロジェクション型照明装置1Dに適用してもよい。
〔第6の実施の形態〕
図10(a)は、第6の実施の形態におけるヒートシンク30Dの平面図である。図6(b)は、ヒートシンク30Dの正面図である。図6(c)は、ヒートシンク30Dの底面図である。第6実施形態のヒートシンク30Dと第1実施形態のヒートシンク30との間で互いに対応する部分には、同一の符号を付す。
図10(a)〜図10(c)に示すように、このヒートシンク30Dには、サイドプレート34及びフランジ35が設けられていない。その代わり、下部フロントプレート31及び上部フロントプレート33が、左右方向に帯状に設けられている。フロントベースプレート32の後寄り部分32aと前寄り部分32bも、左右方向に帯状に設けられている。下部フロントプレート31及び上部フロントプレート33が、正面から見て、矩形状に成している。フロントベースプレート32の後寄り部分32aと前寄り部分32bも、同様である。
下部フロントプレート31、フロントベースプレート32及び上部フロントプレート33は、第1実施形態の場合と比較して左右に長く設けられている。そのため、下部フロントプレート31、フロントベースプレート32及び上部フロントプレート33に設けられたフィン36の数も、第1実施形態の場合と比較して多くなって、9枚となっている。なお、フィン36の数は9に限るものではない。
〔その他〕
上記各実施形態では、本発明に係る照明装置を車両用灯具として用いるものとして説明したが、ウォールライトその他の照明灯として用いてもよい。照明装置の用途に応じて光学系の特性を変更するのは勿論であり、光軸の向きも前向きではなく、下斜め前向きであってもよいし、下向きであってもよいし、その他の向きであってもよい。
1、1B、1C、1D 照明装置
10 発光素子
20、20C、20D 光学系
21 入射面
22 第1の反射面
23 第2の反射面
24 出射面
30、30A、30B、30D ヒートシンク
31 下部フロントプレート
32 フロントベースプレート
32a 後寄り部分
32b 前寄り部分
32c 貫通孔
33 上部フロントプレート
36 フィン

Claims (5)

  1. 前方を向いて立てた状態に設けられた下部フロントプレートと、
    前記下部フロントプレートの上端から上斜め前方に張り出して、前上がりに傾斜し、その前面に発光素子が取り付けられたフロントベースプレートと、
    前記フロントベースプレートの前端から上方に張り出すとともに前方を向いた上部フロントプレートと、
    前記下部フロントプレート、前記フロントベースプレート及び上部フロントプレートの後面から後方に突出するとともに、左右に間隔をおいて配列された複数のフィンと、を備えることを特徴とする照明装置のヒートシンク。
  2. 前記フロントベースプレートが、
    前記下部フロントプレートの上端から上斜め前方に張り出し、前上がりに傾斜した後寄り部分と、
    前記後寄り部分の前端から前記上部フロントプレートの下端まで上斜め前方に張り出した前寄り部分と、を有し、
    前記発光素子が前記フロントベースプレートの前面のうち前記前寄り部分に取り付けられ、
    前記後寄り部分の勾配が前記前寄り部分の勾配よりも緩やかであることを特徴とする請求項1に記載の照明装置のヒートシンク。
  3. 前記後寄り部分に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の照明装置のヒートシンク。
  4. 請求項1から3の何れか一項に記載のヒートシンクと、
    前記発光素子と、
    前記発光素子から発した光を投射して、配光を形成する光学系と、を備えることを特徴とする照明装置。
  5. 前記光学系が、
    前記フロントベースプレートに対向し、前上がりに傾斜し、前記発光素子から発した光を受け入れる入射面と、
    前記入射面の前方に配置され、前記入射面に入射した光を下斜め後方に反射させる第1の反射面と、
    前記フロントベースプレート及び前記入射面の下方であって前記下部フロントプレートの前方に配置され、前記第1の反射面によって反射した光を前方に反射させる第2の反射面と、
    前記第2の反射面の前方に配置され、前記第2の反射面によって反射した光を前方に出射させる出射面と、を有することを特徴とする請求項4に記載の照明装置。
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