JP5513472B2 - Lamp unit and signal lamp using the same - Google Patents

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Description

本発明は、主に交通信号灯に用いられる、複合放熱方式による冷却機構を具備するLEDランプなどに関するものである。   The present invention relates to an LED lamp having a cooling mechanism using a composite heat dissipation system, which is mainly used for traffic signal lights.

交通信号灯は、その使用目的である交通安全の確保のために、確実に、長寿命に動作し続けなければならない。   Traffic signal lights must continue to operate reliably and with a long service life in order to ensure traffic safety, which is the purpose of use.

近年、電球に代わって、交通信号灯に発光ダイオード(Light Emitting Diode、LED)が用いられている(例えば、特許文献1を参照)。交通信号灯の確実な動作を確保するためには、LEDを適切な温度範囲で駆動する必要がある。したがって、LEDランプの放熱機構を検討し、LEDの温度が過度に上昇しないようにする必要がある。   In recent years, instead of a light bulb, a light emitting diode (LED) is used for a traffic light (see, for example, Patent Document 1). In order to ensure the reliable operation of the traffic signal lamp, it is necessary to drive the LED in an appropriate temperature range. Therefore, it is necessary to examine the heat dissipation mechanism of the LED lamp so that the temperature of the LED does not rise excessively.

一方、LED以外の電球を用いていた交通信号灯の電球を、LEDに交換する場合、灯箱ごと交換することも考えられるが、コストや工事の手間の削減のために、従来の電球を使用していたこれまでの灯箱やランプユニットをそのまま使用し、内部の電球部分だけ交換することが行われることが多い。したがって、従来型のランプユニットにおいてもLEDの熱を放熱できるようにする必要がある。   On the other hand, when replacing a traffic signal light bulb that used a light bulb other than an LED with an LED, it is conceivable to replace the entire light box. However, in order to reduce costs and labor, a conventional light bulb is used. In many cases, the conventional light box or lamp unit is used as it is, and only the bulb part inside is replaced. Therefore, it is necessary to dissipate the heat of the LED even in the conventional lamp unit.

LEDに順方向バイアスを与え、電流を通じると、そのPN接合部において注入されたキャリアの自由電子と正孔との再結合により放出されたエネルギーは、光に変換され、発光を生じる。発光量は注入され再結合する自由電子と正孔の量に比例する。電流は毎秒当たりのキャリア注入量であることから、電流量と発光量は比例関係となる。
LED発光は、図12(a)に示すLEDの電圧電流特性の順方向に電流を通じ、PN接合部の活性領域において注入されたキャリアの再結合により生じる。注入を可能にするためには外部より拡散電位ほどの順方向電圧をLEDの端子間に印加することを要し、この電圧値は立ち上がり電圧と呼ばれる。この電圧値を超える電圧における電流の特性は、わずかな電圧増加に対して電流が急増し、定電圧特性に近い形となる。
When a forward bias is applied to the LED and an electric current is passed, energy released by recombination of free electrons and holes of carriers injected at the PN junction is converted into light and light is emitted. The amount of emitted light is proportional to the amount of free electrons and holes that are injected and recombined. Since the current is a carrier injection amount per second, the current amount and the light emission amount are in a proportional relationship.
LED light emission is caused by recombination of carriers injected in the active region of the PN junction through a current in the forward direction of the voltage-current characteristic of the LED shown in FIG. In order to enable injection, it is necessary to apply a forward voltage about the diffusion potential between the terminals of the LED from the outside, and this voltage value is called a rising voltage. The current characteristics at a voltage exceeding this voltage value are such that the current increases rapidly with a slight increase in voltage, and is close to a constant voltage characteristic.

したがって、発光状態における1個のLEDは、ほぼ立ち上がり電圧に等しい素子電圧値と電流値との積の電力を消費し、N個を使用するランプではそのN倍となる。消費電力量のうち、光に変換される量はわずかであり、ほとんどが熱となる。
この発熱は、LED自身を自己加熱し、その温度を高めることとなる。そのため、発光を安定に継続するためには放熱を行い、LEDの冷却が必要である。すなわち、目的とする安定で長寿命なLEDランプとするには、通電によりLEDから生じる発熱による温度上昇とそれに対する冷却のための放熱機構の熱平衡を総合的に検討しなければならない。
Therefore, one LED in the light emitting state consumes the power of the product of the element voltage value and the current value which are substantially equal to the rising voltage, and the number of lamps using N is N times that. Of the power consumption, only a small amount is converted to light, and most of it is heat.
This heat generation self-heats the LED itself and raises its temperature. Therefore, in order to continue light emission stably, it is necessary to dissipate heat and cool the LED. That is, in order to obtain a target stable and long-life LED lamp, it is necessary to comprehensively examine the temperature rise due to heat generated from the LED by energization and the thermal balance of the heat dissipation mechanism for cooling.

LEDは半導体電子デバイス固有の温度に敏感な性質を持つため、図12(b)に示すように、適切に動作できる周囲温度に上限値がある。さらに周囲温度に対して通電可能な電流量にも上限値があり、それらが囲う許容される動作範囲はLEDメーカから指定されており、周囲温度および使用電流値はこの領域内の諸値にとどめなければならない。   Since the LED has a property sensitive to the temperature inherent to the semiconductor electronic device, as shown in FIG. 12B, there is an upper limit for the ambient temperature at which the LED can operate properly. In addition, there is an upper limit for the amount of current that can be energized with respect to the ambient temperature, and the allowable operating range that they enclose is specified by the LED manufacturer, and the ambient temperature and operating current are limited to various values within this range. There must be.

実際の使用においてLEDの周囲温度は、置かれている外部環境温度に、発熱による上昇温度分を加算した値となる。
したがって、高い外部環境温度中において使用されるLEDランプ機器にあっては、外部環境温度が高くなるほど許容される発熱による温度上昇分は少ない。ここに放熱による冷却の重要性が存在する。
冷却を効果的に行うことができるなら、発熱による温度上昇分を減少させられることとなり、LED点灯動作を許容される動作範囲内におくことができ、適切な点灯動作を得る。
また、電子部品の集合体である電子機器においては高温度での作動は寿命に好ましくない影響を与えることは周知のことであり、冷却が効果的に行われ、適切な温度に下げることは極めて重要な装置構成の技術である。
すなわち、本発明方式による有効な放熱方式の冷却方法は、車両用交通信号灯器に用いるLEDランプにおいて極めて重要な技術となる。
In actual use, the ambient temperature of the LED is a value obtained by adding the temperature rise due to heat generation to the external environment temperature where the LED is placed.
Therefore, in an LED lamp device that is used in a high external environment temperature, the amount of temperature increase due to heat generation that is allowed increases as the external environment temperature increases. Here is the importance of cooling by heat dissipation.
If the cooling can be performed effectively, the temperature rise due to heat generation can be reduced, the LED lighting operation can be within the allowable operating range, and an appropriate lighting operation can be obtained.
In addition, it is well known that an electronic device that is an assembly of electronic components has an unfavorable effect on lifespan, and cooling is effectively performed and it is extremely difficult to reduce the temperature to an appropriate temperature. This is an important device configuration technology.
That is, the effective heat dissipation type cooling method according to the present invention is an extremely important technology for LED lamps used in traffic signal lamps for vehicles.

従来の車両用交通信号灯器51の灯箱53の外観を図15に示す。図15(a)が示すとおり、信号灯器51は、通常3個の青、黄、赤のランプユニット101が並んで設置された灯箱53を有する。また、図15(b)は、図15(a)のB−B’断面図であり、灯箱53の内部にランプユニット101を設けている。ランプユニット101内にはLEDランプ103が設けられ、信号灯器51の前方に信号色光55を照射している。   An appearance of a light box 53 of a conventional vehicle traffic signal lamp 51 is shown in FIG. As shown in FIG. 15A, the signal lamp 51 has a lamp box 53 in which usually three blue, yellow, and red lamp units 101 are installed side by side. FIG. 15B is a sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 15A, and the lamp unit 101 is provided inside the lamp box 53. An LED lamp 103 is provided in the lamp unit 101 and irradiates the signal color light 55 in front of the signal lamp 51.

LEDランプ103は、ランプユニット101への取り付け形態から明らかなように、道路上の車両に信号色の光を発するために、LEDランプ103の光軸を若干下向きで、水平に近い横向きの状態において使用されることが多い。   As is apparent from the manner in which the LED lamp 103 is attached to the lamp unit 101, in order to emit signal-colored light to vehicles on the road, the LED lamp 103 is in a sideways state in which the optical axis of the LED lamp 103 is slightly downward and close to horizontal. Often used.

車両用交通信号灯器において、LEDランプはランプユニットの中に密閉され、光軸をほぼ水平状態に装着される。ランプユニットの密閉状態の中に置かれたLEDランプが通電発光を開始した状態を考察する。LEDランプより発する光は外部に放射されるが、LED発光動作およびLED駆動電源回路などにおける電力消費により発生した熱はLEDランプを加熱し始める。さらに、その熱は閉じた空間のランプユニット内にこもり、その後に外部環境へ伝導し放熱され流れ出ることとなる。   In a vehicle traffic signal lamp, an LED lamp is sealed in a lamp unit, and the optical axis is mounted in a substantially horizontal state. Consider a state in which the LED lamp placed in the sealed state of the lamp unit has started to emit light. The light emitted from the LED lamp is radiated to the outside, but the heat generated by the LED light emission operation and the power consumption in the LED drive power supply circuit and the like starts to heat the LED lamp. Further, the heat is trapped in the lamp unit in the closed space, and then is conducted to the external environment and radiated and flows out.

したがって、ランプユニット内から外部環境へ速やかに放熱して内部を冷却する有効な手段を持つことが要求され、その手段を欠いては内部温度上昇がLEDランプの安全動作を困難にし、寿命に悪影響を及ぼす。特に夏季における高い外気温度の環境に対する考慮が必要であり、応答の速く、確実性を高めた冷却機構を備えなければならない。   Therefore, it is required to have effective means to quickly dissipate heat from the inside of the lamp unit to the external environment and cool the inside. Without this means, the internal temperature rise makes the safe operation of the LED lamp difficult and adversely affects the life. Effect. In particular, it is necessary to consider an environment with a high outside air temperature in summer, and a cooling mechanism with a quick response and high reliability must be provided.

一方、一般用照明光源は、天井などから吊り下げられて垂直状態で使用される。また、LEDランプが外部環境に開放された空間で使用されることが多い。そのため、LEDランプで発生した熱は、LEDランプの上方への空気の対流を発生させ、LEDランプは常に空間の温度とほぼ等しい空気で冷却し続けられることとなる。したがって、交通信号灯器用光源には、一般用照明光源とは異なる方式による冷却方法が必要である。   On the other hand, a general illumination light source is suspended from a ceiling or the like and used in a vertical state. Further, the LED lamp is often used in a space open to the external environment. For this reason, the heat generated in the LED lamp generates air convection above the LED lamp, and the LED lamp is always continuously cooled with air substantially equal to the temperature of the space. Therefore, the light source for traffic signal lamps requires a cooling method using a method different from that for general illumination light sources.

図16は、従来のLEDランプ103が取り付けられたランプユニット101の構成を示す図である。LEDランプ103は、光の拡散とカバーの機能を持つグローブ105と、LED3と、複数のLED3を固定した金属円板のLED基板5と、LED基板部背面の中央部に設けられる電源回路7を内包する部屋部9と、部屋部9につながるプラグ15とを有する。また、LED基板5の部屋部9の外周円環部の背面より垂直に伸びて多数配置された冷却用の放熱フィン11が放熱器を構成している。LEDランプ103は、取付金具31が設けられたソケット33に取り付けられており、ソケット33の電源コード35を介してLEDランプ103には電力が供給される。LEDランプ103をソケット33に締め付けて装着した後、取付金具31は、略お椀状の反射板25の後部から挿入され固定される。従来の技術においては、放熱器である放熱フィン11の後部端と取付金具31との間には、ランプ取り付け余裕と熱を運ぶ空気を通じる目的からすき間が設けられている。   FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a lamp unit 101 to which a conventional LED lamp 103 is attached. The LED lamp 103 includes a globe 105 having a function of diffusing light and a cover, an LED 3, an LED board 5 of a metal disk to which a plurality of LEDs 3 are fixed, and a power supply circuit 7 provided at the center part on the back of the LED board part. It has the room part 9 to enclose and the plug 15 connected to the room part 9. In addition, a plurality of cooling heat radiation fins 11 extending vertically from the back surface of the outer peripheral annular portion of the room portion 9 of the LED substrate 5 constitute a heat radiator. The LED lamp 103 is attached to a socket 33 provided with a mounting bracket 31, and power is supplied to the LED lamp 103 via a power cord 35 of the socket 33. After the LED lamp 103 is fastened and attached to the socket 33, the mounting bracket 31 is inserted and fixed from the rear part of the substantially bowl-shaped reflector 25. In the prior art, a gap is provided between the rear end of the radiating fin 11 serving as a radiator and the mounting bracket 31 for the purpose of passing the lamp mounting margin and air carrying heat.

ランプユニット101の前部には、前面レンズ23が取り付けられ、ランプユニット101内部は密閉状態となっている。この状態でランプユニット101は図15に示した車両用交通信号灯器51の灯箱53に取り付けられている。   A front lens 23 is attached to the front portion of the lamp unit 101, and the inside of the lamp unit 101 is sealed. In this state, the lamp unit 101 is attached to the lamp box 53 of the vehicle traffic signal lamp 51 shown in FIG.

LEDランプ103が点灯し、LEDランプ103を主とする熱源から発生した熱の散逸経路は以下のようになる。まず、LEDランプ103のLED3や電源回路7から発生した熱は、LED基板5や部屋部9に伝導され、さらに放熱器である放熱フィン11に伝導し、放熱器に接する空気を加熱し、熱は空気に伝達される。また、部屋部9の外側部も放熱器として空気に接して放熱している。
放熱器により加熱されて温度を高めた空気は密度を減じ、軽くなって上昇する。このため、その空間部の圧力が下がり、そこに下部の新しい空気が寄せられ加熱されるので、放熱動作は継続される。また、ランプユニット101内の空気は、空気の流れ27bに示す方向に対流する。
The LED lamp 103 is turned on, and a heat dissipation path generated from a heat source mainly composed of the LED lamp 103 is as follows. First, the heat generated from the LED 3 and the power supply circuit 7 of the LED lamp 103 is conducted to the LED substrate 5 and the room 9, and further conducted to the radiation fin 11 that is a radiator, and heats the air in contact with the radiator, Is transmitted to the air. Moreover, the outer side part of the room part 9 is also in contact with air as a heat radiator and radiates heat.
Air heated by a radiator and raised in temperature decreases in density and rises lightly. For this reason, the pressure in the space portion is lowered, and new air in the lower part is gathered and heated there, so that the heat radiation operation is continued. Further, the air in the lamp unit 101 convects in the direction indicated by the air flow 27b.

放熱器より上昇する温度の高い空気は、大きな表面積を持つランプユニット101の後部の反射板25と接する。反射板25の外面は、灯箱53内部の外気温度の空気に接していることから、熱の流れ29bに示すとおり、内部の温度の高い空気が持つ熱は反射板25を通じて外気温度の空気に伝えられ、ランプユニット101内部の空気が冷却される。温度を下げた空気はランプユニット内を循環し、再び放熱フィン11で加熱されて熱を運び去る。このようにして放熱器による放熱動作を主とする冷却機構によってLEDランプ103が冷却される方法が、従来の方法であり、現在のLEDランプに多用されている。   The high temperature air rising from the radiator contacts the reflector 25 at the rear of the lamp unit 101 having a large surface area. Since the outer surface of the reflector 25 is in contact with the air at the outside air temperature inside the lamp box 53, the heat of the high-temperature air is transferred to the air at the outside temperature through the reflector 25 as shown in the heat flow 29b. The air inside the lamp unit 101 is cooled. The air whose temperature has been lowered circulates in the lamp unit and is again heated by the radiation fins 11 to carry away heat. Thus, the method of cooling the LED lamp 103 by the cooling mechanism mainly using the heat radiation operation by the radiator is a conventional method, and is widely used in the current LED lamp.

特開2000−294002号公報JP 2000-294002 A

しかしながら、より高度な安全性と信頼性を持つ車両用交通信号灯器用LEDランプを実現する目的では、高い周囲温度においても許容される温度の動作範囲を広く確保し、また、LEDの自己加熱による温度上昇分を少なくすることが望まれる。しかし、ランプユニットに適合するランプの物理的大きさによる限定、およびランプユニット内の空間容積による限定によって、単純に放熱器の大きさを拡大する解決法では、これ以上の冷却は難しいという問題点があった。   However, for the purpose of realizing LED lamps for vehicle traffic signal lamps with higher safety and reliability, it is necessary to ensure a wide operating range of allowable temperatures even at high ambient temperatures, It is desirable to reduce the amount of increase. However, a solution that simply expands the size of the radiator due to the limitation of the physical size of the lamp that fits the lamp unit and the limitation of the space volume in the lamp unit makes it difficult to cool further. was there.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、従来と同じ形状のランプユニットに使用でき、さらに放熱効率が高いLEDランプなどを提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an LED lamp or the like that can be used for a lamp unit having the same shape as a conventional one and that has a high heat dissipation efficiency.

前述した目的を達成するために、以下の発明が提供される。
(1)略椀型の反射板と、前記反射板の前面を覆う前面レンズと、前記反射板の中央部に、取付金具を介して取り付けられたソケットと、前記取付金具に取り付けられる伝熱パッドと、前記ソケットに螺合したプラグと放熱フィンとを備えた本体の前面にLEDが備えられたLEDランプと、を具備し、前記伝熱パッドに、しわが形成された柔軟性を有する薄板状の金属が用いられ、前記伝熱パッドの周縁部が、前記反射板と前記取付金具との間に前記反射板と前記取付金具に密着してはさみこまれており、前記LEDランプの前記放熱フィンが、前記伝熱パッドに接触することを特徴とするランプユニット。
(2)前記伝熱パッドが、複数のアルミホイルを積層して構成されることを特徴とする(1)に記載のランプユニット。
(3)前記伝熱パッドが、前記周縁部に加えて、中央部周辺においても、前記取付金具に接触することを特徴とする(1)または(2)に記載のランプユニット。
(4)前記伝熱パッドは、周縁部に折り返し部を有し、前記折り返し部が、前記取付金具により前記反射板に固定されることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のランプユニット。
(5)略椀型の反射板と、前記反射板の前面を覆う前面レンズと、前記反射板の中央部に、取付金具を介して取り付けられたソケットと、前記取付金具に取り付けられる伝熱パッドと、前記ソケットに螺合したプラグと放熱フィンとを備えた本体の前面にLEDが備えられたLEDランプと、具備し、前記伝熱パッドの周縁部が、前記反射板と前記取付金具との間にはさみこまれており、前記LEDランプの前記放熱フィンが、前記伝熱パッドに接触し、前記伝熱パッドは、周縁部に折り返し部を有し、前記折り返し部が、前記取付金具により前記反射板に固定されることを特徴とするランプユニット。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載のランプユニットが、灯箱の内部に収納されたことを特徴とする信号灯器。
In order to achieve the above-described object, the following invention is provided.
(1) A substantially bowl-shaped reflector, a front lens that covers the front surface of the reflector, a socket attached to the center of the reflector via a fitting, and a heat transfer pad attached to the fitting And an LED lamp provided with an LED on the front surface of a main body provided with a plug screwed into the socket and a heat radiating fin, and a thin plate shape having wrinkles formed on the heat transfer pad. The peripheral edge of the heat transfer pad is sandwiched between the reflection plate and the mounting bracket in close contact with the reflection plate and the mounting bracket, and the heat radiation fin of the LED lamp Is in contact with the heat transfer pad.
(2) The lamp unit according to (1) , wherein the heat transfer pad is configured by stacking a plurality of aluminum foils.
(3) The lamp unit according to (1) or (2) , wherein the heat transfer pad is in contact with the mounting bracket also in the periphery of the central portion in addition to the peripheral portion.
(4) In any one of (1) to (3) , the heat transfer pad has a folded portion at a peripheral portion, and the folded portion is fixed to the reflecting plate by the mounting bracket. The lamp unit described.
(5) A substantially bowl-shaped reflector, a front lens covering the front surface of the reflector, a socket attached to the center of the reflector via a fitting, and a heat transfer pad attached to the fitting And an LED lamp provided with an LED on the front surface of a main body provided with a plug screwed into the socket and a heat radiating fin, and a peripheral portion of the heat transfer pad between the reflector and the mounting bracket. The heat dissipation fin of the LED lamp is in contact with the heat transfer pad, the heat transfer pad has a folded portion at a peripheral edge, and the folded portion is A lamp unit that is fixed to a reflector.
(6) A signal lamp device in which the lamp unit according to any one of (1) to (5) is housed in a lamp box.

本発明により、従来と同じ形状のランプユニットに使用でき、さらに放熱効率が高いLEDランプなどを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an LED lamp or the like that can be used in a lamp unit having the same shape as a conventional one and that has a higher heat dissipation efficiency.

本発明に係るLEDランプ1の斜視図。The perspective view of the LED lamp 1 which concerns on this invention. 本発明に係るLEDランプ1のA部分の拡大斜視図The enlarged perspective view of A section of LED lamp 1 concerning the present invention (a)本発明に係るLEDランプ1の断面図、(b)(a)のA部分拡大図。(A) Sectional drawing of the LED lamp 1 which concerns on this invention, (B) A partial enlarged view of (a). (a)本発明に係るLEDランプ1aの断面図、(b)(a)のA部分拡大図。(A) Sectional drawing of the LED lamp 1a which concerns on this invention, (B) A partial enlarged view of (a). LEDランプ1と伝熱パッド43とソケット33などの分解斜視図。The exploded perspective view of LED lamp 1, the heat-transfer pad 43, the socket 33, etc. FIG. LEDランプ1と伝熱パッド43とソケット33などの分解側面図。The exploded side view of LED lamp 1, the heat-transfer pad 43, the socket 33, etc. FIG. (a)伝熱パッド43の断面図、(b)LEDランプ1と伝熱パッド43とソケット33などの組立断面図。(A) Cross section of heat transfer pad 43, (b) Assembly cross section of LED lamp 1, heat transfer pad 43, socket 33, and the like. ランプユニット41の組み立て図。The assembly drawing of the lamp unit 41. FIG. 組み立て後のランプユニット41の斜視図。The perspective view of the lamp unit 41 after an assembly. ランプユニット41の断面図。Sectional drawing of the lamp unit 41. FIG. 熱伝導による熱の流れを図示する伝熱パッド43周辺の拡大図。The enlarged view of the heat transfer pad 43 periphery which illustrates the heat flow by heat conduction. (a)LEDの電圧電流特性、(b)LEDの周囲温度−許容順電流特性。(A) LED voltage-current characteristics, (b) LED ambient temperature-allowable forward current characteristics. LEDランプの発熱と温度の過渡応答モデル。Transient response model of LED lamp heat generation and temperature. 実施例1、2と比較例1の基板部温度上昇の測定結果。The measurement result of the board | substrate part temperature rise of Example 1, 2 and the comparative example 1. FIG. (a)車両用交通信号灯器の斜視図、(b)(a)のB−B’断面図。(A) The perspective view of the traffic signal lamp for vehicles, (b) B-B 'sectional drawing of (a). 従来のLEDランプ103の断面図。Sectional drawing of the conventional LED lamp 103. FIG.

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係るLEDランプ1を示す斜視図であり、図2は、図1のA部分の拡大斜視図であり、図3(a)はLEDランプ1の断面図であり、図3(b)は図3(a)のA部分拡大図であり、図4(a)はLEDランプ1aの断面図であり、図4(b)は図4(a)のA部分拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a perspective view showing an LED lamp 1 according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 3 (a) is a cross-sectional view of the LED lamp 1. 3 (b) is an enlarged view of part A of FIG. 3 (a), FIG. 4 (a) is a sectional view of the LED lamp 1a, and FIG. 4 (b) is an enlarged view of part A of FIG. 4 (a). is there.

LEDランプ1は、LED3が取り付けられたLED基板5と、LED基板5の背面中央部に設けられ、LED3に電力を供給する電源回路7が格納される部屋部9と、LED基板5の背面に設けられる放熱フィン11と、LED基板5の前面に、LED3を覆うように設けられるグローブ13と、部屋部9の先に設けられるプラグ15と、を有する。また、グローブ13には、グローブ13内に冷却用の空気が流入することが可能な、通気部17が設けられている。   The LED lamp 1 is provided on an LED substrate 5 to which the LED 3 is attached, a room portion 9 that is provided in the center of the back surface of the LED substrate 5 and stores a power supply circuit 7 that supplies power to the LED 3, and a back surface of the LED substrate 5. The heat dissipating fins 11 are provided, the globe 13 is provided on the front surface of the LED substrate 5 so as to cover the LEDs 3, and the plug 15 is provided at the tip of the room portion 9. The globe 13 is provided with a ventilation portion 17 through which cooling air can flow into the globe 13.

LED基板5は、円板状のアルミプレートであり、電源回路7は、プラグ15から供給される交流電圧を直流に変換し、LED3の作動電圧になるように調節し、LED3に印加する。部屋部9は、電源回路7を格納する中空のアルミ製の筒状体であり、放熱フィン11は、LED基板5の背面より垂直に伸びて多数配置された冷却用の金属板である。また、部屋部9の外側部も放熱器として空気に放熱している。なお、LED基板5、部屋部9、放熱フィン11は、アルミニウム以外の材料を用いてもよい。プラグ15は、後述するソケット33に螺合するとともに、ソケット33から供給される電力を電源回路7に伝える。プラグ15は、従来の信号灯の電球と互換性のある形状である。また、LED基板5、電源回路7、部屋部9、放熱フィン11、プラグ15等を合わせてLEDランプの本体とも呼ぶ。   The LED substrate 5 is a disk-shaped aluminum plate, and the power supply circuit 7 converts the alternating voltage supplied from the plug 15 into direct current, adjusts it to become the operating voltage of the LED 3, and applies it to the LED 3. The room portion 9 is a hollow aluminum cylindrical body that houses the power supply circuit 7, and the heat radiating fins 11 are cooling metal plates that extend in a vertical direction from the back surface of the LED substrate 5 and are arranged in large numbers. Moreover, the outer part of the room part 9 also radiates heat to the air as a radiator. In addition, you may use materials other than aluminum for the LED board 5, the room part 9, and the radiation fin 11. FIG. The plug 15 is screwed into a socket 33 to be described later, and transmits power supplied from the socket 33 to the power supply circuit 7. The plug 15 has a shape compatible with a conventional signal light bulb. Further, the LED substrate 5, the power supply circuit 7, the chamber 9, the heat radiation fin 11, the plug 15 and the like are collectively referred to as an LED lamp body.

通気部17は、グローブ13に設けられた、グローブ13内に冷却用の空気の通気が可能な部分である。例えば、図1〜図3においては、通気部17は、グローブ13のLED基板5へ取り付ける部材である脚部19以外のグローブ13の周縁部を切り欠くことにより設けられた、グローブ13とLED基板5との間のすき間である。この通気部17を通じて、発熱源のLED3の発光面部と基板部に接触する空気を送り、空気に熱を伝えて放熱して冷却する。図1〜図3においては、グローブ13の端面に脚部19を設けることによりグローブ13とLED基板5との間に間隙を形成し、通気部17を形成したが、脚部19を設けなくともグローブ13の一部をくり抜いた貫通孔を通気部17としてもよい。または、図4(a)、(b)に示すLEDランプ1aのように、LED基板5の外周部のグローブ13の内側に、貫通孔18を多数あけることで通気部17としても良い。
なお、LEDランプ1は、密閉されたランプユニット41内に設置されるため、外気の塵芥がLED3に付着して、故障の原因となることはほとんどない。一方、一般用照明光源は、LEDランプ自体が外気に露出することもあるため、通気部を設けると故障の原因となる。
The ventilation portion 17 is a portion that is provided in the globe 13 and allows ventilation of cooling air into the globe 13. For example, in FIGS. 1 to 3, the ventilation portion 17 is provided by cutting out the peripheral portion of the globe 13 other than the leg portion 19 which is a member attached to the LED substrate 5 of the globe 13 and the LED substrate. It is a gap between 5. Through this ventilation part 17, the air which contacts the light emission surface part and board | substrate part of LED3 of a heat generation source is sent, heat is transmitted to air, and it thermally radiates and cools. In FIG. 1 to FIG. 3, a gap 19 is formed between the globe 13 and the LED substrate 5 by providing the leg 19 on the end surface of the globe 13 and the ventilation part 17 is formed. A through hole formed by hollowing out a part of the globe 13 may be used as the ventilation portion 17. Or it is good also as the ventilation part 17 by opening many through-holes 18 inside the glove | globe 13 of the outer peripheral part of the LED board 5 like the LED lamp 1a shown to Fig.4 (a), (b).
In addition, since the LED lamp 1 is installed in the sealed lamp unit 41, dust from outside air adheres to the LED 3 and hardly causes a failure. On the other hand, the general illumination light source may cause the LED lamp itself to be exposed to the outside air.

図5〜図9を用いて、LEDランプ1のランプユニット41への取り付け方法を説明する。図5は、LEDランプ1と伝熱パッド43とソケット33などの分解斜視図であり、図6は、LEDランプ1と伝熱パッド43とソケット33などの分解側面図であり、図7(a)は伝熱パッド43の断面図であり、図7(b)は、LEDランプ1と伝熱パッド43とソケット33などの組立断面図であり、図8は、ランプユニット41の組み立て図であり、図9は、組み立て後のランプユニット41の斜視図である。   A method for attaching the LED lamp 1 to the lamp unit 41 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an exploded perspective view of the LED lamp 1, the heat transfer pad 43, the socket 33, and the like, and FIG. 6 is an exploded side view of the LED lamp 1, the heat transfer pad 43, the socket 33, and the like. ) Is a cross-sectional view of the heat transfer pad 43, FIG. 7B is an assembly cross-sectional view of the LED lamp 1, the heat transfer pad 43 and the socket 33, and FIG. 8 is an assembly view of the lamp unit 41. FIG. 9 is a perspective view of the lamp unit 41 after assembly.

図5、図6に示すように、まず、LEDランプ1をソケット33に螺合させる。
ソケット33には取付金具31が設けられている。また、取付金具31とLEDランプ1の間に伝熱パッド43を挟んで締め付ける。
As shown in FIGS. 5 and 6, first, the LED lamp 1 is screwed into the socket 33.
A mounting bracket 31 is provided on the socket 33. Further, the heat transfer pad 43 is sandwiched between the mounting bracket 31 and the LED lamp 1 and tightened.

取付金具31は、後述する略椀状の反射板25の中央部に設けられた取付孔47にはまり込む金具であり、後述する連結具46により反射板25に固定される。また、ソケット33は、取付金具31にネジ等で固定されている。   The mounting bracket 31 is a bracket that fits into a mounting hole 47 provided at the center of a substantially bowl-shaped reflecting plate 25 to be described later, and is fixed to the reflecting plate 25 by a connector 46 to be described later. The socket 33 is fixed to the mounting bracket 31 with screws or the like.

ソケット33は、内部にプラグ15と螺合する金具を有すると同時に、電源コード35から供給される電力をプラグ15へ供給する。   The socket 33 has a metal fitting screwed into the plug 15 inside, and at the same time supplies the power supplied from the power cord 35 to the plug 15.

図7(a)に示すように、伝熱パッド43は、金属などの熱伝導性の高い材料で形成された、断面コの字型で、中央部に部屋部9が通る貫通孔が設けられた柔軟性と弾力性を持つ厚めの円板状の部材である。伝熱パッド43の中央部の貫通孔周辺は、取付金具31に密着するようにふくらみ、柔軟性を有する接触部44を形成し、周縁部には、反射板25の取付孔47の筒部分にかみ合うような折り返し部45が設けられている。   As shown in FIG. 7A, the heat transfer pad 43 has a U-shaped cross section formed of a material having high thermal conductivity such as metal, and a through hole through which the chamber portion 9 passes is provided in the central portion. It is a thick disk-shaped member with high flexibility and elasticity. The periphery of the through hole in the central portion of the heat transfer pad 43 is swelled so as to be in close contact with the mounting bracket 31 to form a flexible contact portion 44, and the peripheral portion is formed on the cylindrical portion of the mounting hole 47 of the reflector 25. Folding portions 45 that engage with each other are provided.

伝熱パッド43を挟み込んで、LEDランプ1をソケット33に螺合させた後の組立断面図が図7(b)である。伝熱パッド43は、LEDランプ1の放熱フィン11の背面に接触する。さらに、伝熱パッド43の周縁部は、取付金具31と反射板25との間に密着させて挟まれる。また、折り返し部45が取付金具31により反射板25の取付孔47の筒部分にかみ合うように押さえつけられて密着する。また、伝熱パッド43の接触部44は、取付金具31に密着する。すなわち、伝熱パッド43は、放熱フィン11と、取付金具31または反射板25との間を熱的に接続する。   FIG. 7B is an assembled cross-sectional view after the LED lamp 1 is screwed into the socket 33 with the heat transfer pad 43 interposed therebetween. The heat transfer pad 43 contacts the back surface of the heat radiation fin 11 of the LED lamp 1. Further, the peripheral edge portion of the heat transfer pad 43 is sandwiched between the mounting bracket 31 and the reflection plate 25. Further, the folded-back portion 45 is pressed and adhered to the cylindrical portion of the mounting hole 47 of the reflector 25 by the mounting bracket 31. Further, the contact portion 44 of the heat transfer pad 43 is in close contact with the mounting bracket 31. That is, the heat transfer pad 43 thermally connects the radiating fin 11 and the mounting bracket 31 or the reflecting plate 25.

伝熱パッド43は反射板25と同じまたは近い値の熱膨張係数を有する材料を用いる。反射板25がアルミニウム製であるため、伝熱パッド43は、複数のアルミホイルを積層して構成されることが好ましい。複数のアルミホイルを積層して構成された伝熱パッド43は、アルミニウムの熱伝導性が高い上、ある程度の柔軟性があり、放熱フィン11や反射板25、取付金具31に密着するため、放熱フィン11の熱を効率よく反射板25に伝えることができる。また、伝熱パッド43は、折り返し部45により反射板25に押し付けられて固定されるため、LEDランプ1を振動の多い信号灯に用いても、伝熱パッド43が脱落することはない。なお、伝熱パッド43は、放熱フィン11やLED基板5と一体として設けられていてもよい。   The heat transfer pad 43 is made of a material having the same or close thermal expansion coefficient as that of the reflecting plate 25. Since the reflecting plate 25 is made of aluminum, the heat transfer pad 43 is preferably configured by laminating a plurality of aluminum foils. The heat transfer pad 43 formed by laminating a plurality of aluminum foils has high heat conductivity of aluminum and has a certain degree of flexibility, and is closely attached to the heat radiating fins 11, the reflecting plate 25, and the mounting bracket 31. The heat of the fin 11 can be efficiently transmitted to the reflecting plate 25. In addition, since the heat transfer pad 43 is pressed against the reflector 25 by the folded portion 45 and fixed, the heat transfer pad 43 does not fall off even when the LED lamp 1 is used for a signal lamp with a lot of vibration. The heat transfer pad 43 may be provided integrally with the heat radiating fins 11 and the LED substrate 5.

次に、図8に示すとおり、ソケット33と取付金具31と伝熱パッド43とを取り付けたLEDランプ1を、前面レンズ23を有する反射板25の中央孔部の取付孔47に入れる。次に、図9に示すとおり、連結具46で取付金具31の後端部を固定し、LEDランプ1などが反射板25に固定され、ランプユニット41が作られる。   Next, as shown in FIG. 8, the LED lamp 1 to which the socket 33, the mounting bracket 31, and the heat transfer pad 43 are attached is placed in the mounting hole 47 in the central hole portion of the reflector 25 having the front lens 23. Next, as shown in FIG. 9, the rear end portion of the mounting bracket 31 is fixed by the connector 46, the LED lamp 1 and the like are fixed to the reflecting plate 25, and the lamp unit 41 is made.

図10は、本発明に係るランプユニット41を示す断面図である。ランプユニット41は、略椀型の反射板25と、反射板25の前面を覆う前面レンズ23と、反射板25の中央部に取付金具31により取り付けられたLEDランプ1と、LEDランプ1と取り付けるソケット33と、ソケット33を反射板25に取り付ける取付金具31と、ソケット33から伸びる電源コード35とを備える。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a lamp unit 41 according to the present invention. The lamp unit 41 is attached to the substantially lamp-shaped reflecting plate 25, the front lens 23 that covers the front surface of the reflecting plate 25, the LED lamp 1 that is attached to the central portion of the reflecting plate 25 by the mounting bracket 31, and the LED lamp 1. A socket 33, a mounting bracket 31 for attaching the socket 33 to the reflection plate 25, and a power cord 35 extending from the socket 33 are provided.

反射板25は、LEDランプ1から発せられた光を前方に反射するための略椀状の部材であり、通常は金属製である。前面レンズ23は、無色透明なレンズであるかカラーレンズであり、その素材は、光の透過率が高く、屋外での長期使用に耐えられるよう、紫外線や温度変化に対して安定なものが良い。   The reflecting plate 25 is a substantially bowl-shaped member for reflecting light emitted from the LED lamp 1 forward, and is usually made of metal. The front lens 23 is a colorless and transparent lens or a color lens. The material of the front lens 23 should be high in light transmittance and stable against ultraviolet rays and temperature changes so that it can withstand long-term use outdoors. .

取付金具31は、反射板25に中央部に設けられた取付孔47にはまり込む金具であり、反射板25に固定される。また、ソケット33は、取付金具31にネジ等で一体化されている。ソケット33は、内部にプラグ15と螺合する金具を有すると同時に、電源コード35から供給される電力をプラグ15へ供給する。   The mounting bracket 31 is a bracket that fits into a mounting hole 47 provided in the center of the reflecting plate 25 and is fixed to the reflecting plate 25. The socket 33 is integrated with the mounting bracket 31 with a screw or the like. The socket 33 has a metal fitting screwed into the plug 15 inside, and at the same time supplies the power supplied from the power cord 35 to the plug 15.

次に、ランプユニット41における熱の流れについて説明する。LEDランプ1で発生した熱は、図10の空気の流れ27aのように放熱フィン11を介して空気に熱を伝えて空気が上昇する気流に加えて、LED3から、通気部17を通じてグローブ13の内部に入った空気に熱を伝えて空気が上昇する。
LED3の表面で高温度となった空気がすき間部の上部からグローブ13の外部に出る際に、背面部の放熱器を通過して出てきた高温度の上昇空気流が作る気圧の低下部にて合流することとなり、それによって吸い出される効果が期待できる。
つまり、ランプユニット41では、従来のランプユニット101における空気の流れとは別に、グローブ内を通る空気の流れがあるため、LED基板5の表側の面でも放熱することができる。
Next, the heat flow in the lamp unit 41 will be described. The heat generated in the LED lamp 1 is transmitted to the air through the heat dissipating fins 11 as shown in the air flow 27a in FIG. The air rises by transferring heat to the air inside.
When air that has reached a high temperature on the surface of the LED 3 comes out of the globe 13 from the upper part of the gap, the high-temperature rising air flow that has come out through the radiator on the back side creates a pressure-decreasing part. The effect of being sucked out can be expected.
That is, in the lamp unit 41, apart from the air flow in the conventional lamp unit 101, there is an air flow passing through the globe, so that heat can also be radiated from the front side surface of the LED substrate 5.

なお、グローブ13をLED基板5に密着させることなく、通気部17を設け、LED3の発光面部を空気流にさらす構造が可能な理由は、交通信号ランプは光軸を水平に近い状態でのみ使用すること、またランプユニット自身が密閉した構造であり、塵埃や結露による影響の恐れがないためである。   The reason why the ventilation part 17 is provided without the globe 13 being in close contact with the LED substrate 5 and the light emitting surface part of the LED 3 is exposed to the airflow is that the traffic signal lamp is used only when the optical axis is almost horizontal. This is because the lamp unit itself has a hermetically sealed structure, and there is no fear of being affected by dust or condensation.

ランプユニット41は、空気の流れ27aによる放熱に加えて、放熱フィン11から伝熱パッド43を介して反射板25などへの熱伝導による放熱を行う。図11は、熱伝導による熱の流れ29aを図示する、伝熱パッド43の周辺の拡大図である。LED基板5から最も多量に熱を取り出せる経路は、LED基板5の背面に設けた多数の放熱フィン11からなる放熱器であることから、これらを更に、LEDランプ1の後方に配置されたランプユニット構成要素への熱伝達経路に応用する。その熱伝達機能を高める目的で、放熱フィン11の放熱器の後端に熱伝導を目的とする伝熱パッド43を接触させている。伝熱パッド43は、積層アルミホイルなどから作られ、柔軟な材質によって必要な変形を許す構造である。これによりランプユニット後端部空間を埋め尽くす形状となって、良好に熱伝導する。LEDランプ1から発生した熱は、放熱フィン11から伝熱パッド43を通じて、ランプユニット41の反射板25と取付金具31に伝えられる。さらに、反射板25と取付金具31から、ランプユニット41の外側にある外部温度の空気へ熱を逃がすことができる。   The lamp unit 41 radiates heat by heat conduction from the radiating fins 11 to the reflecting plate 25 through the heat transfer pads 43 in addition to radiating heat by the air flow 27a. FIG. 11 is an enlarged view around the heat transfer pad 43 illustrating the heat flow 29a by heat conduction. The path through which heat can be extracted from the LED substrate 5 in the largest amount is a radiator composed of a large number of radiating fins 11 provided on the back surface of the LED substrate 5, so that these lamp units are further arranged behind the LED lamp 1. Applies to heat transfer path to components. In order to enhance the heat transfer function, a heat transfer pad 43 for heat conduction is brought into contact with the rear end of the radiator of the radiating fin 11. The heat transfer pad 43 is made of laminated aluminum foil or the like, and has a structure that allows necessary deformation by a flexible material. As a result, the lamp unit has a shape that fills the rear end space of the lamp unit and conducts heat well. The heat generated from the LED lamp 1 is transmitted from the heat radiation fin 11 to the reflection plate 25 and the mounting bracket 31 of the lamp unit 41 through the heat transfer pad 43. Furthermore, heat can be released from the reflector 25 and the mounting bracket 31 to the air having an external temperature outside the lamp unit 41.

ここで、熱の伝達に重要な役割を果たすのが伝熱パッド43の周縁部である。ランプユニット41は、反射板25の中央にLEDランプ1を組み付けた取付金具31をはめ込む構造であるため、反射板25へ取付金具31をはめ込み接合する際に、両者の円筒形状の部分の間に生じる隙間に、伝熱パッド43の薄い周縁部を挟み込み、両者を密着させて組み付けることができる。したがって、すき間を伝熱パッド43の柔軟で熱伝導の良好な周縁部で埋めることになり、熱は放熱フィン11から、ランプユニット41の金属の反射板25および取付金具31に効率よく導かれ、新たな放熱の経路が加えられる。   Here, the peripheral portion of the heat transfer pad 43 plays an important role in heat transfer. Since the lamp unit 41 has a structure in which the mounting bracket 31 in which the LED lamp 1 is assembled is fitted in the center of the reflecting plate 25, when the mounting bracket 31 is fitted and joined to the reflecting plate 25, the lamp unit 41 is interposed between both cylindrical portions. The thin peripheral portion of the heat transfer pad 43 can be sandwiched in the generated gap, and the two can be assembled in close contact with each other. Therefore, the gap is filled with the flexible peripheral portion of the heat transfer pad 43 that is flexible and has good heat conduction, and the heat is efficiently guided from the heat radiation fin 11 to the metal reflector 25 and the mounting bracket 31 of the lamp unit 41, New heat dissipation paths are added.

これらの外気に接する反射板25、取付金具31は放熱器として働き、特に反射板25は、極めて広い表面積を持つ放熱器となり有効な冷却機能を持つ。放熱フィン11と接触する伝熱パッド43の広い面積は平板放熱器としても併存機能し、一層の放熱の能率を高める。   The reflector 25 and the mounting bracket 31 that are in contact with the outside air function as a radiator, and in particular, the reflector 25 becomes a radiator having an extremely large surface area and has an effective cooling function. The large area of the heat transfer pad 43 in contact with the radiating fins 11 also functions as a flat plate radiator, and further increases the efficiency of heat dissipation.

すなわち、本実施の形態においては、グローブ13に通気部17を有するため、グローブ13内を通る空気の流れがあり、LED基板5の表側の面でも放熱することができ、高い放熱性能を持つ。
また、本実施の形態においては、伝熱パッド43を有するため、熱の伝達に空気を媒体とすることなく、熱伝導の良好な金属を連ねた経路を通じて、発熱源から、LEDランプの放熱フィン、さらにランプユニット構成要素まで熱を伝導する放熱経路を加えた構成であることを特徴とし、高い放熱性能を持つ。
That is, in this embodiment, since the globe 13 has the ventilation portion 17, there is a flow of air passing through the globe 13, heat can be radiated even on the front side surface of the LED substrate 5, and high heat dissipation performance is achieved.
In addition, in the present embodiment, since the heat transfer pad 43 is provided, the heat radiation fins of the LED lamp are connected from the heat source through a path in which a metal having good heat conduction is connected without using air as a medium for heat transfer. In addition, it is characterized in that a heat dissipation path for conducting heat is added to the lamp unit components, and it has high heat dissipation performance.

以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
[実施例1]
赤色発光LED12個を基板部に表面実装し、グローブ、放熱フィンおよび駆動電源部を内装したLEDランプを用いる。このLEDランプの全消費電力は9Wである。半球状のグローブには、高さ4mmのすき間からグローブ内に空気が流入できる。すき間を設けることによる効果を調べる。このLEDランプを、前面プラスチック製レンズの装着された、アルミニウム製の椀型の反射板を用いたランプユニットに取り付けた。
Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples and comparative examples.
[Example 1]
An LED lamp in which twelve red light emitting LEDs are surface-mounted on a substrate portion and equipped with a globe, a heat radiating fin, and a driving power source portion is used. The total power consumption of this LED lamp is 9W. In the hemispherical globe, air can flow into the globe through a gap of 4 mm in height. Examine the effect of providing a gap. This LED lamp was attached to a lamp unit using a saddle-shaped reflector made of aluminum, to which a front plastic lens was attached.

[実施例2]
アルミホイルを積み重ねた伝熱パッドを放熱フィンに接触するように設け、さらに伝熱パッドの周縁部が取付金具と反射板の間に挟み込み、伝熱パッドの貫通孔周辺の接触部が取付金具に密着するようにLEDランプを設けた点以外は実施例1と同様にしてランプユニットを得た。
[Example 2]
A heat transfer pad with stacked aluminum foil is provided so as to contact the heat radiating fin, and the periphery of the heat transfer pad is sandwiched between the mounting bracket and the reflector, and the contact portion around the through hole of the heat transfer pad is in close contact with the mounting bracket. Thus, a lamp unit was obtained in the same manner as in Example 1 except that the LED lamp was provided.

[比較例1]
通気部を設けず、密閉状態になるようにしたグローブを用いた点以外は実施例1と同様にしてランプユニットを得た。
[Comparative Example 1]
A lamp unit was obtained in the same manner as in Example 1 except that a glove which was not provided with a ventilation part and was in a sealed state was used.

これらのLEDランプを装着したランプユニットを、温度制御のできる恒温槽内に、ランプの光軸が水平になるように設置し、環境温度35℃一定の条件のもとで測定した。ランプのLED基板の金属表面に固定した熱電対により、LED基板の温度を計測し、実施例など3種類のランプユニットについて点灯後におけるLED基板の温度の上昇の過渡応答を得た。   A lamp unit equipped with these LED lamps was placed in a thermostatic chamber where the temperature could be controlled so that the optical axis of the lamp was horizontal, and the measurement was performed under the condition of a constant ambient temperature of 35 ° C. The temperature of the LED substrate was measured by a thermocouple fixed to the metal surface of the LED substrate of the lamp, and a transient response of the temperature increase of the LED substrate after lighting was obtained for three types of lamp units such as the examples.

[温度上昇のシミュレーションと冷却効果の評価方法]
一定の温度の環境中において、車両用信号灯器のランプユニットに取り付けられたLEDランプに関して、内部の電力消費による発熱と温度変化をモデル化する。
このモデルにおいて、LEDランプ全体を一体化して考えるとし、以下の各物理量を定義する。
LEDランプの諸量を、
消費される電力P[W]
熱容量C[J/K]
放熱係数H[J/K・s]
温度T[K]とし、
外気の環境温度をT[K]とする。
ここで、放熱係数HはLEDランプの全放熱経路を通じての総合した放熱の能力を表す係数として定義した。Hの値が大きければ速やかに熱は散逸、放熱され、冷却の効果により温度上昇は低減されることを表し、放熱能力は高い。
このモデルを用いて、Δt時間における熱の関係式は、ΔTをΔt時間内における温度上昇として、次式により表される。
[Temperature rise simulation and cooling effect evaluation method]
In a constant temperature environment, heat generation and temperature change due to internal power consumption are modeled for an LED lamp attached to a lamp unit of a vehicle signal lamp.
In this model, assuming that the entire LED lamp is integrated, the following physical quantities are defined.
Various quantities of LED lamps
Power consumption P [W]
Heat capacity C [J / K]
Heat dissipation coefficient H [J / K · s]
Let temperature T [K],
The ambient temperature of the outside air is T 0 [K].
Here, the heat radiation coefficient H was defined as a coefficient representing the total heat radiation capability through all the heat radiation paths of the LED lamp. If the value of H is large, heat is quickly dissipated and dissipated, and the temperature rise is reduced by the effect of cooling, and the heat dissipating ability is high.
Using this model, the relational expression of heat in Δt time is expressed by the following equation, where ΔT is a temperature rise in Δt time.

Figure 0005513472
Figure 0005513472

これを整理して熱と温度の時間tに関する微分方程式を得る。   By arranging this, a differential equation with respect to time t of heat and temperature is obtained.

Figure 0005513472
Figure 0005513472

環境温度T=一定、時間t=0において、一定量の電力Pの供給を始めた場合、LEDランプの温度がどのように変化するかは、(2)式にこれらの条件を与えて解くことから求められる。温度の過渡応答は(3)式となり、その様子を図13に示す。 When the supply of a constant amount of electric power P is started at the environmental temperature T 0 = constant and time t = 0, how the LED lamp temperature changes is solved by giving these conditions to the equation (2). It is requested from that. The transient response of temperature is given by equation (3), which is shown in FIG.

Figure 0005513472
Figure 0005513472

(3)式より、温度は右辺第二項の外気の環境温度に右辺第一項の時間とともに増す温度上昇分が加算される値で現れる。このため、LEDに許される周囲温度には上限があることから、高い外気温度中の使用では上限温度値までの上昇可能となる温度変化分は少なくなることが確認される。既述のように放熱機構の改善でより冷却を速めて温度上昇を減じることが本発明の目的となる。
放熱の能力を表す放熱係数Hの値によって応答曲線がどのように変化するかを考察する。(3)式の右辺第一項であるHは値が大きくなると時定数は小さくなって応答を速める。また、右辺第一項の係数の分母にあるHは温度上昇分の定常値を決める。すなわち、放熱係数Hの値を大きくすることができれば温度上昇分を減らせる。
すなわち、放熱の効果が温度の高まる定常値に現れ、観測データから容易に読み取れるので、温度上昇分の定常値における高低の程度を用いて放熱方法の評価に使用できる。ここでは、この方法を実験結果の比較評価に用いることとした。
From the equation (3), the temperature appears as a value obtained by adding the temperature increase that increases with the time of the first term of the right side to the ambient temperature of the outside air of the second term of the right side. For this reason, since the ambient temperature allowed for the LED has an upper limit, it is confirmed that the amount of temperature change that can be increased to the upper limit temperature value is reduced when the LED is used at a high outdoor temperature. As described above, it is an object of the present invention to accelerate the cooling and reduce the temperature rise by improving the heat dissipation mechanism.
Consider how the response curve changes depending on the value of the heat dissipation coefficient H representing the heat dissipation capability. As the value of H, which is the first term on the right side of equation (3), increases, the time constant decreases and the response is accelerated. Further, H in the denominator of the coefficient of the first term on the right side determines a steady value for the temperature rise. That is, if the value of the heat dissipation coefficient H can be increased, the temperature rise can be reduced.
That is, since the effect of heat dissipation appears in the steady value where the temperature rises and can be easily read from the observation data, it can be used for the evaluation of the heat dissipation method using the level of the steady value for the temperature rise. Here, this method was used for comparative evaluation of experimental results.

[実施例1、2、比較例1の基板部温度上昇の測定結果]
LEDランプのLED基板温度上昇に関する過渡応答実験結果について、実施例1、2、比較例1の比較を行えるように同一のグラフ中に記載し、図14に示した。各方式の放熱能力の比較評価は、温度上昇分の定常値を比較することで行う。
[Measurement results of substrate part temperature rise in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1]
The results of transient response experiments regarding the LED substrate temperature rise of the LED lamp are described in the same graph so that the comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 can be performed, and are shown in FIG. The comparative evaluation of the heat dissipation capability of each method is performed by comparing the steady values for the temperature rise.

従来の比較例1に対し、実施例1では、定常温度は3℃ほど下げられて放熱能力を増しているが、LED基板表面部の放熱面積拡大は難しく効果は限定的となる。実施例2では、定常温度を8℃近く大きく減じることに成功しており、放熱経路における各要素の密着度を高めることで、さらに能力を増すことが可能である。   In contrast to the conventional comparative example 1, in Example 1, the steady temperature is lowered by about 3 ° C. to increase the heat dissipating ability, but it is difficult to expand the heat dissipating area of the LED substrate surface, and the effect is limited. In Example 2, the steady temperature has been greatly reduced by nearly 8 ° C., and the ability can be further increased by increasing the adhesion of each element in the heat dissipation path.

以上の実施例・比較例より、本発明に係る冷却機構を具備するLED交通信号ランプの点灯動作は目的とする交通安全における信頼性を高め、又その技術は高温度の環境での性能維持、寿命の長期化に有効であると確信する。   From the above-mentioned examples and comparative examples, the lighting operation of the LED traffic signal lamp provided with the cooling mechanism according to the present invention increases the reliability in the target traffic safety, and the technology maintains the performance in a high temperature environment, I am convinced that it is effective in prolonging the service life.

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

1、1a………LEDランプ
3………LED
5………LED基板
7………電源回路
9………部屋部
11………放熱フィン
13………グローブ
15………プラグ
16………本体
17………通気部
18………貫通孔
19………脚部
23………前面レンズ
25………反射板
27………空気の流れ
29………熱の流れ
31………取付金具
33………ソケット
35………電源コード
41………ランプユニット
43………伝熱パット
44………接触部
45………折り返し部
46………連結具
47………取付孔
51………信号灯器
53………灯箱
55………信号色光
101………ランプユニット
103………LEDランプ
1, 1a ......... LED lamp 3 ......... LED
5 ......... LED substrate 7 ......... Power supply circuit 9 ......... Room part 11 ......... Heat radiation 13 ......... Glove 15 ......... Plug 16 ......... Main body 17 ......... Ventilation part 18 ......... Penetration Hole 19 ......... Leg 23 ......... Front lens 25 ......... Reflector 27 ......... Air flow 29 ......... Heat flow 31 ......... Mounting bracket 33 ......... Socket 35 ......... Power cord 41 ......... Lamp unit 43 ......... Heat transfer pad 44 ......... Contact part 45 ......... Folded part 46 ......... Connector 47 ......... Mounting hole 51 ......... Signal lamp 53 ......... Lamp box 55 ... …… Signal light 101 ……… Lamp unit 103 ……… LED lamp

Claims (6)

略椀型の反射板と、
前記反射板の前面を覆う前面レンズと、
前記反射板の中央部に、取付金具を介して取り付けられたソケットと、
前記取付金具に取り付けられる伝熱パッドと、
前記ソケットに螺合したプラグと放熱フィンとを備えた本体の前面にLEDが備えられたLEDランプと、
を具備し、
前記伝熱パッドに、しわが形成された柔軟性を有する薄板状の金属が用いられ、
前記伝熱パッドの周縁部が、前記反射板と前記取付金具との間に前記反射板と前記取付金具に密着してはさみこまれており、
前記LEDランプの前記放熱フィンが、前記伝熱パッドに接触することを特徴とするランプユニット。
A substantially bowl-shaped reflector,
A front lens covering the front surface of the reflector;
A socket attached to the central portion of the reflector via a mounting bracket;
A heat transfer pad attached to the mounting bracket;
An LED lamp provided with an LED on the front surface of a main body provided with a plug screwed into the socket and a radiation fin;
Comprising
For the heat transfer pad, a thin plate-like metal having wrinkles and having flexibility is used,
The peripheral portion of the heat transfer pad is sandwiched between the reflector and the mounting bracket in close contact with the reflector and the mounting bracket ,
The lamp unit, wherein the heat radiation fin of the LED lamp is in contact with the heat transfer pad.
前記伝熱パッドが、複数のアルミホイルを積層して構成されることを特徴とする請求項に記載のランプユニット。 The lamp unit according to claim 1 , wherein the heat transfer pad is configured by laminating a plurality of aluminum foils. 前記伝熱パッドが、前記周縁部に加えて、中央部周辺においても、前記取付金具に接触することを特徴とする請求項またはに記載のランプユニット。 It said heat transfer pad, in addition to the peripheral portion, also in the peripheral central portion, the lamp unit according to claim 1 or 2, characterized in that in contact with the mounting bracket. 前記伝熱パッドは、周縁部に折り返し部を有し、
前記折り返し部が、前記取付金具により前記反射板に固定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のランプユニット。
The heat transfer pad has a folded portion at the peripheral edge,
The lamp unit according to any one of claims 1 to 3 , wherein the folded portion is fixed to the reflecting plate by the mounting bracket.
略椀型の反射板と、A substantially bowl-shaped reflector,
前記反射板の前面を覆う前面レンズと、A front lens covering the front surface of the reflector;
前記反射板の中央部に、取付金具を介して取り付けられたソケットと、A socket attached to the central portion of the reflector via a mounting bracket;
前記取付金具に取り付けられる伝熱パッドと、A heat transfer pad attached to the mounting bracket;
前記ソケットに螺合したプラグと放熱フィンとを備えた本体の前面にLEDが備えられたLEDランプと、An LED lamp provided with an LED on the front surface of a main body provided with a plug screwed into the socket and a radiation fin;
を具備し、Comprising
前記伝熱パッドの周縁部が、前記反射板と前記取付金具との間にはさみこまれており、The peripheral edge of the heat transfer pad is sandwiched between the reflector and the mounting bracket,
前記LEDランプの前記放熱フィンが、前記伝熱パッドに接触し、The heat dissipating fin of the LED lamp is in contact with the heat transfer pad;
前記伝熱パッドは、周縁部に折り返し部を有し、The heat transfer pad has a folded portion at the peripheral edge,
前記折り返し部が、前記取付金具により前記反射板に固定されることを特徴とするランプユニット。The lamp unit, wherein the folded portion is fixed to the reflecting plate by the mounting bracket.
請求項〜5のいずれか1項に記載のランプユニットが、灯箱の内部に収納されたことを特徴とする信号灯器。 A signal lamp device comprising: the lamp unit according to any one of claims 1 to 5 housed in a lamp box.
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