JP6161925B2

JP6161925B2 - 照明装置

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Publication number: JP6161925B2
Application number: JP2013052027A
Authority: JP
Inventors: 海老原　聡; 聡海老原
Original assignee: AI Tec System Co Ltd
Current assignee: AI Tec System Co Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: JP2014179224A

Description

本発明は、複数の発光素子を複数並べ製品検査などの用いられる照明装置に関するものである。

従来、この種の検査などに用いられる照明装置として例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

この照明装置は、横長のＬＥＤ実装基板に単列又は複数列のＬＥＤを長手方向に配置した発光部を有し、ＬＥＤから照射された光を丸棒レンズ及び光拡散フィルムを通じて所定の照明位置に投光するもので、各種機器の製品検査用の照明装置として用いられている。また、この照明装置で使用されるＬＥＤはその使途の点から高輝度なものとなっているため、ＬＥＤから発せられる熱が非常の多量となり、ＬＥＤ等の照度向上やＬＥＤの熱による破損などに対する電子機器の保全上、強制冷却が必要不可欠なものとなっている。

そこで、従来の照明装置においては、ＬＥＤ実装基板に接触した熱伝導性の良好な放熱部を設けており、これにより、ＬＥＤにて発生した熱がＬＥＤ実装基板を通じて放熱部に伝導し、続いて、送風機の空気により放熱部が強制空冷され、照明装置の熱が外部に放出される構造となっている。

特開２００９−１１７２２８号公報

ところで、特許文献１に記載された照明装置に係る放熱部は、ＬＥＤ実装基板に接触するプレートとプレートから横方向に向かって延びる多数の放熱フィンから構成されている。このため、送風機から送風された空気が先ずプレートに直進して衝突し、しかる後、直角に曲がって左右方向に流れ、各放熱フィンによって放熱される構造となっている。

しかしながら、特許文献１の照明装置では、ＬＥＤ実装基板に接触する放熱部のみによって排熱しているため、ＬＥＤ等の電子機器の冷却が不十分となるおそれがあった。特に、ＬＥＤの冷却分布において、照明装置の長手方向（Ｘ方向）の中央寄りのＬＥＤ基板と両端寄りのＬＥＤ基板とを比較したとき、中央寄りのＬＥＤが隣接する素子排熱の影響を最も受けるため冷却不良となり易く、これにより、中央寄りのＬＥＤの性能が低下し、照明装置の照度にムラが発生するというおそれがあった。また、特許文献１の照明装置では、基板の一方の面から放熱部に熱伝導しているが、ＬＥＤから発生した熱は基板の他方の面（丸棒レンズや光拡散フィルタが配置された側）にも放熱されており、この他方の面の熱が全く回収されていなかった。更に、放熱部の外面は比較的高い温度となっているため、放熱部に人が接触した際、火傷は負わないまでも、不快感を与えるという問題点を有していた。

本発明の目的は、前記従来の課題に鑑み、基板を通じて伝導した熱を放熱部を介して効率よく放出することはもとより、基板を含む発光部全体の熱を放熱することができ、更には、放熱部の外側に触れた際に熱的に不快感を感受することがない照明装置を提供することにある。

本発明は前記課題を解決するため、光を照射する発光素子を基板の長手方向に沿う方向（Ｘ方向とする）に単列又は複数列に配置した発光部と、発光部に沿って配置され発光部で発生した熱を放出する放熱部と、放熱部に空気を送風する送風機とを備え、Ｘ方向と直交する方向（Ｚ方向とする）に発光部、放熱部及び送風機を順次並設した照明装置において、前記放熱部は、発光部の周囲を覆うとともに発光素子が搭載された基板に熱的に接触し発光部側から送風機側に向かって延びる内側放熱体と、内側放熱体の側面のうちＸ方向及びＺ方向のいずれにも直交する方向（Ｙ方向とする）の側面から離隔するとともに該側面に対向配置し放熱伝播可能な外側放熱体とを有し、内側放熱体と外側放熱体との間には発光部と送風機との間に亘って延びる放熱通風路を設け、前記内側放熱体は、一方が基板に接触し送風機側に延びる本体放熱部と、本体放熱部と熱的に接触するとともに発光部の両側面を覆う発光部側放熱部とから構成した構造となっている。

本発明によれば、内側放熱体が発光部の周囲を覆うように形成しているため、発光素子の熱が基板を通じて内側放熱体に伝導することはもとより、発光部全体の熱が内側放熱体に伝導し、照明装置全体が効率よく冷却される。また、外側放熱体が内側放熱体に対して対向配置されているため、内側放熱体から放熱通風路を挟んで外側放熱体に向かって輻射放熱及び熱伝導にて熱伝播がなされ、これにより、外側放熱体からも外部に熱を排出でき、極めて効率のよい放熱構造となっている。更に、外側放熱体が内側放熱体から離隔しているため、外側放熱体はさほど高い温度にはならず、外側放熱体に接触した際に熱的に不快感を感受することがない。

本発明によれば、発光素子を実装した基板を通じて伝導した熱を放熱部を介して効率よく放出できることはもとより、基板を含む発光部全体の熱を効率よく放熱できる。また、放熱部の外側に触れた際に熱的に不快感を感受することがない。

本発明に係る照明装置の第１実施形態において平面側から見た斜視図本発明に係る照明装置の第１実施形態において底面側から見た斜視図本発明に係る照明装置の第１実施形態の縦断面図本発明に係る照明装置の第１実施形態における内側放熱体と外側放熱体の組立断面図本発明に係る照明装置の第１実施形態における内側放熱体と外側放熱体の組立斜視図本発明に係る照明装置の第２実施形態の一部省略縦断面図本発明に係る照明装置の第３実施形態の一部省略縦断面図本発明に係る照明装置の第４実施形態の一部省略縦断面図本発明に係る照明装置の第５実施形態の要部断面図

図１乃至図５は本発明の係る照明装置の第１実施形態を示すもので、照明装置１は、照明装置１のケーシング兼用となっている放熱部２と、ＬＥＤ光を発光する発光部３と、放熱部２に強制的に空気を送風する送風機４を有している。

照明装置１は、製品検査等に使用される照明手段であり、図１に示すように、全体として略横長直方体形状となっている。照明装置１の上面には図１に示すように、送風機４を照明装置１の長手方向（Ｘ方向）に一列に等間隔に複数台（例えば１０台）設置しているが、送風機４が一台或いは中央部が密で両端寄りが粗の状態で複数台設置しても良い（図示しない）。他方、照明装置１の下面には図２に示すように発光部３が下方に向かって突出するとともに横方向に略直方体形状に延在してなり、内部には後述するＬＥＤ３１が設置されている。なお、照明装置１の左右両端は上下の側面板１１ａ，１１ｂで閉塞され、上側の側面板１１ａの一方（図１及び図２に向かって右側の側面板１１ａ）には１本の送風機用の電源コード１２と４本の発光部用の電源コード１３が貫通している。

放熱部２は、図３〜５に示すように、照明装置１の長手方向に延びる内側放熱体２１と、内側放熱体２１の外側に照明装置１の長手方向に延びる一対の外側放熱体２２とからなる。これら内側放熱体２１及び外側放熱体２２は共に熱伝導性の良好な材料（例えば、アルミニウム、銅など）で押出成形したもので、発光部３から放出された熱が効率よく各放熱体２１，２２に伝導されるようになっている。なお、図示しないが、各放熱体２１，２２の表面に、輻射効率を向上させるため、放熱塗料を塗布しても良いし、或いは、放熱シートを貼り付けるようにしても良い。

内側放熱部２１は、図３〜５に示すように、送風機４側から発光部３に向かって延在された本体放熱部２１１と、本体放熱部２１１の下端の両側から下方に向かって延びる一対の発光部側放熱部２１２とから構成されている。

本体放熱部２１１において、その上部には送風機用コネクタ設置用の上突出部２１１ａを有し、下部にはＬＥＤ設置用の下突出部２１１ｂを有する。また、上突出部２１１ａの基部には外側放熱体２２の上部を固定する上固定部２１１ｃを有する一方、下突出部２１１ｂの基部には外側放熱体２２の下部を固定する下固定部２１１ｄを有し、下固定部２１１ｄは本体放熱部２１１の厚さ方向（Ｙ方向）両側面から略逆Ｌ字状に屈曲した構成になっている。また、本体放熱部２１１の厚さ方向両側面において、上固定部２１１ｃと下固定部２１１ｄの間には、複数の放熱フィン２１１ｅが一体に形成されている。各放熱フィン２１１ｅは本体放熱部２１１から外方向に延在してなるとともに、各放熱フィン２１１ｅの間隔は放熱効果が最大になるように上下に等間隔、或いは、図示しないが、発光部３側が密で送風機４側が粗となるよう設計しても良い。

各発光部側放熱部２１２は本体放熱部２１１の幅方向両側から発光部３の側面を覆うように延びているもので、、発光部３の取り付けケーシングと兼用になっている。各発光部側放熱部２１２の上端が下固定部２１１ｄに固定され、これにより、各発光部側放熱部２１２が本体放熱部２１１に連結されている。また、各発光部側放熱部２１２の下部寄りが内側に向かって屈曲し各発光部側放熱部２１２の対向幅が狭くなっており、この対向幅の狭くなっている部分がネジ２１２ａにより照明装置１の下側の側面板１１ｂに固定している。

各外側放熱体２２は図３〜５に示すように板状に形成されもので、内側放熱体２１の厚さ方向（Ｙ方向）両側面の外側に対向配置され、各外側放熱体２２の上端が送風機４側に達する一方、下端が各発光部側放熱部２１２の下部寄りに達しており、これにより、照明装置１のケーシング兼用となっている。また、各外側放熱体２２の上部寄りは内側放熱体２１に固定されるもので、各外側放熱体２２を内側放熱体２１にボルト２２１ａによって固定する際、図４に示すように、上固定部２１１ｃの外面に固着されたナット形スペーサ２１１ｆを介して内側放熱体２１に螺合している。ナット型スペーサ２１１ｆは断面積が大きく且つ後述する放熱通風路５の通風抵抗を小さくして内側放熱体２１の熱を外側放熱体２２に効率よく伝播できるよう形成するとともに、内側放熱体２１と外側放熱体２２を互いにネジ止め可能な部材となっている。また、各外側放熱体２２の下部寄りは内側放熱体２１に固定されるもので、各外側放熱体２２を内側放熱体２１にボルト２２１ｂによって固定する際、図４に示すように、下固定部２１１ｄの外面に固着されたナット型スペーサ２１１ｇを介して内側放熱体２１に螺合している。このように、各外側放熱体２２がナット型スペーサ２１１ｆ，２１１ｇを挟んで内側放熱体２１に互いにネジ固定されるため、内側放熱体２１と各外側放熱体２２が離隔した状態となっている。

更に、各外側放熱体２２の内側で各ボルト２２１ａ，２２１ｂの間には、複数の放熱フィン２２１ｃが一体に形成されている。各放熱フィン２２１ｃは各外側放熱体２２から内方向に延在してなるとともに、各放熱フィン２２１ｃの間隔は内側放熱体２１の放熱フィン２１１ｅと同一の間隔となっている。これにより、図４及び図５に示すように、内側放熱体２１の各放熱フィン２１１ｅに対して外側放熱体２２の各放熱フィン２２１ｃが交互になるよう配置するときは、図３に示すように、各放熱フィン２１１ｅ，２２１ｃ間に蛇行状の通路が形成される。

このように、放熱部２の内側放熱体２１及び外側放熱体２２を構成することにより、図３の一点鎖線矢印に示すように、発光部３の外側から送風機４に達する蛇行した放熱通風路５が形成される。

発光部３は、図３及び図４に示すように、高輝度発光素子で構成されたＬＥＤ３１と、ＬＥＤ３１を搭載したＬＥＤ実装基板３２と、ＬＥＤ光を屈曲する丸棒レンズ３３（リニアフレネルレンズ、シリンドリカルレンズなどでも良い）と、丸棒レンズ３３で屈曲したＬＥＤ光を拡散する光拡散フィルム３４（レンチキュラーレンズ、微小楕円レンズの集合体でも良い）と、光拡散フィルム３４の外側から発光部３をカバーするカバー体３５（例えば、透明アクリル板、半透明アクリル板、ガラス板など）とを有している。ＬＥＤ実装基板３２は各発光部側放熱部２１２の内側に配置されるとともに、内側放熱体２１の下突出部２１１ｂの下面にネジ３２１により接触固定されており、これにより、ＬＥＤ３１から発生した熱が内側放熱体２１に伝導するようになっている。丸棒レンズ３３は各発光部側放熱部２１２の内側に対向して形成されたレンズ取り付け溝２１２ｂに挟持固定され、光拡散フィルム３４及びカバー体３５は同じく発光部側放熱部２１２の内側に対向して形成されたフィルム・カバー取り付け溝２１２ｃに挟持固定されている。

各送風機４はプロペラ翼を配置したプロペラファンであり、図３に示すように、ボルト４１によって取り付け板４２に設置している。取り付け板４２は外側放熱体２２との隙間が最小となるように嵌合されるとともに、内側放熱体２１に設置されており、送風機４と対向するよう部位には各外側放熱体２２の内側に臨む吸入口４２ａを形成し、各外側放熱体２２の内側を通る空気が吸入口４２ａを通じて送風機４に流れるようにしている。なお、内側放熱体２１の上突出部２１１ａにはナット４３及びネジ４４によってコネクタ基板４５が固定され、コネクタ基板４５に設置されたコネクタ４６を通じて送風機４に給電されるようになっている。

本実施形態において、ＬＥＤ３１に通電するときは、ＬＥＤ光が発光し丸棒レンズ３３、光拡散フィルム３４及びカバー体３５を通じて高輝度ＬＥＤ光が外部に照射される一方、ＬＥＤ３１への通電により多量の熱が発生する。この発生熱はＬＥＤ実装基板３２を通じて下突出部２１１ｂに伝導し、更に本体放熱部２１１の全体に伝導する。また、ＬＥＤ３１の発生熱は各発光部側放熱部２１２の内側にも滞留し、この滞留熱が各発光部側放熱部２１２に伝導する。

このＬＥＤ３１への通電時に送風機４を駆動するときは、空冷用の空気が図３の一点鎖線矢印に示すように流れる（なお、一点鎖線矢印と逆方向に空気を流すようにしても良い）。即ち、送風機４の駆動（送風機４の吸い込み駆動）により、照明装置１の外部空気が各外側放熱体２２の下端と各発光部側放熱部２１２の下端の間から放熱通風路５内に流入する。これにより、流入空気と各発光部側放熱部２１２との間で熱交換し、各発光部側放熱部２１２の内側に滞留した熱が確実に放熱される。

各外側放熱体２２と各発光部側放熱部２１２の間を通った空気は、本体放熱部２１１と各外側放熱体２２との間の蛇行空間に流れる。蛇行空間では熱交換するための道程が長くなる分、本体放熱部２１１の熱交換面積が拡大し、これにより、本体放熱部２１１に伝導した熱が効率よく放出される。そして、蛇行空間を通った空気は吸入口４２ａを通じて送風機４に吸い込まれ、照明装置１の外側に排出される。

以上のように、本実施形態に係る照明装置４は、内側放熱体２１の各発光部側放熱部２１２が発光部３の周囲を覆うように形成しているため、ＬＥＤ３１の熱が各発光部側放熱部２１２を通じて放熱され、照明装置全体が効率よく冷却される。また、外側放熱体２２が内側放熱体２１に対して対向配置されているため、内側放熱体２１に伝導した熱が放熱通風路５に伝導され送風機４によって強制排出されることはもとより、内側放熱体２１から外側放熱体２２に向かって輻射放熱及び熱伝導により放熱され、これにより、外側放熱体２２からも外部に排出でき、極めて効率のよい放熱構造となっている。更に、外側放熱体２２が内側放熱体２１から離隔しているため、外側放熱体２２はさほど高い温度にならず、外側放熱体２２に接触した際に熱的に不快感を感受することがない。

また、放熱部２を構成する部材、即ち、内側放熱体２１（本体放熱部２１１及び発光部側放熱部２１２）及び外側放熱体２２がそれぞれ熱伝導性の良好な材料（例えば、アルミニウム、銅など）の押出成形製造となっているため、照明装置１の長さを任意に変更でき、各種の照明装置１を製造することができる。更に、放熱部２を構成する部品は、本体放熱部２１１と一対の発光部側放熱部２１２と一対の外側放熱体２２とで構成されているため、押出成形型も３種類あれば足り、各種の照明装置１を容易に製造することができる。

図６は本発明に係る照明装置の第２実施形態を示すもので、第１実施形態に係る発光部側放熱部２１２を主に改良したものである。即ち、本実施形態に係る発光部側放熱部２１２の上下寸法を短くしたものであり、発光部３の基板３２の裏面全体に本体放熱部２１１の下突出部２１１ｂが接触状態で固定されている。

本実施形態によれば、照明装置１の高さ方向寸法（Ｚ方向寸法）が小さくなり、小型の照明装置１が実現される。また、ＬＥＤ３１が実装されるＬＥＤ実装基板３２としてアルミニウム基板やガラスエポキシ基板が用いられ、このＬＥＤ実装基板３２の裏面全体が本体放熱部２１１に接触しているため、ＬＥＤ実装基板３２から本体放熱部２１１への放熱効率が向上する。なお、その他の構成及び効果は前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図７は本発明に係る照明装置の第３実施形態を示すもので、第１実施形態に係る放熱通風路５を改良したものである。即ち、本実施形態に係る放熱通風路５は放熱フィン２２１ｃのうち最下位の放熱フィン２２１ｃ’を断面略逆Ｌ字状に形成するとともに、最下位の放熱フィン２２１ｃ’と本体放熱部２１１及び下固定部２１１ｄとの間にＵ字状蛇行部５ａを形成している。

本実施形態によれば、Ｕ字状蛇行部５ａにより放熱通風路５の熱交換通路寸法が第１実施形態の放熱通風路５のそれよりも長くなり、その分、熱交換効率が向上する。なお、その他の構成及び効果は前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図８は本発明に係る照明装置の第４実施形態を示すもので、第３実施形態に係る外側放熱体２２を改良したものである。本実施形態に係る外側放熱体２２はその外面に多数の溝２３ａを有している。各溝２３ａは外側放熱体２２の長手方向（Ｘ方向）に延びている。

本実施形態によれば、各溝２３ａによって外側放熱体２２の外面に多数の凹凸ができ、熱交換面積が大きくなるので放熱効果が向上する。また、この凹凸が外側放熱体２２のリブとしても機能し、リブ効果により外側放熱体２２の上下方向（Ｚ方向）へのせん断応力に対して対抗し、外側放熱体２２の耐久性が向上する。なお、その他の構成及び効果は前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図９は本発明に係る照明装置の第５実施形態を示すもので、第１実施形態に係る放熱通風路５を改良したものである。即ち、本実施形態に係る放熱通風路５のうち本体放熱部２１１と外側放熱体２２との対向面には多数の溝２３ｂを有している。各溝２３ｂは本体放熱部２１１及び外側放熱体２２の長手方向（Ｘ方向）に延びている。

本実施形態によれば、各溝２３ｂによって本体放熱部２１１と外側放熱体２２との対向面に多数の凹凸ができ、放熱通路路５内を通る空気との熱交換面積が大きくなるので、照明装置の熱交換効率が向上する。なお、本実施形態では溝を交互に設けることにより凹凸形状を形成したが、凹凸形状に形成できるものであれば、溝に限定されるものではなく、多数の窪みを設けても良い。その他の構成及び効果は前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上のように、第１実施形態乃至第５実施形態を説明したが、各実施形態の特徴的構成を互いに組み合わせることができることは勿論である。

１…照明装置、２…放熱部、３…発光部、４…送風機、５…放熱通風路、２１…内側放熱体、２２…外側放熱体、２３ａ，２３ｂ…溝、３１…ＬＥＤ、３２…ＬＥＤ実装基板、３３…丸棒レンズ、３４…光拡散フィルム、３５…カバー体、２１１…本体放熱部、２１２…発光部側放熱部、２１１ｆ，２１１ｇ…ナット型スペーサ、２２１ａ，２２１ｂ…ネジ。

Claims

光を照射する発光素子を基板の長手方向に沿う方向（Ｘ方向とする）に単列又は複数列に配置した発光部と、発光部に沿って配置され発光部で発生した熱を放出する放熱部と、放熱部に空気を送風する送風機とを備え、Ｘ方向と直交する方向（Ｚ方向とする）に発光部、放熱部及び送風機を順次並設した照明装置において、
前記放熱部は、発光部の周囲を覆うとともに発光素子が搭載された基板に熱的に接触し発光部側から送風機側に向かって延びる内側放熱体と、内側放熱体の側面のうちＸ方向及びＺ方向のいずれにも直交する方向（Ｙ方向とする）の側面から離隔するとともに該側面に対向配置し放熱伝播可能な外側放熱体とを有し、内側放熱体と外側放熱体との間には発光部と送風機との間に亘って延びる放熱通風路を設け、
前記内側放熱体は、一方が基板に接触し送風機側に延びる本体放熱部と、本体放熱部と熱的に接触するとともに発光部の両側面を覆う発光部側放熱部とから構成した
ことを特徴とする照明装置。
前記発光部側放熱部は、レンズ部材、光拡散部材及びカバー体を取り付ける取付ケーシングとなっている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
内側放熱体と外側放熱体との間にスペーサ部材を介在して放熱通風路を形成し、スペーサ部材は断面積が大きく且つ放熱通風路の通風抵抗を小さくして内側放熱体の熱を外側放熱体に効率よく伝播できるよう形成するとともに、内側放熱体と外側放熱体を互いにネジ止め可能な部材で形成した
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明装置。
前記放熱通風路のうち少なくとも一部を蛇行状に形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の照明装置。
前記外側放熱体の外面の少なくとも一部に複数の溝を形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の照明装置。
前記内側放熱体と前記外側放熱体との対向面の少なくとも一部を凹凸形状に形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項記載の照明装置。