JP6518545B2 - Ｌｅｄ照明用放熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、植物栽培工場用育成照明や、工事現場用サーチライトなどに使用されるＬＥＤ照明において、発光源として用いられるＬＥＤから発生する熱を放熱する放熱装置に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図２、図３および図５の上下を上下というものとする。

ＬＥＤを有する発光源を備えたＬＥＤ照明は、従来の白熱電球などと比べて、発光効率が高く、低消費電力で明るいという優れた特徴があるが、現在の技術では、消費電力の約８０％が熱になり、また、ＬＥＤを取り巻く樹脂材料が熱によって劣化し、発光効率が低下するとともに、寿命が短くなる。特に、消費電力が１００Ｗ以上の高消費電力型ＬＥＤ照明おいて、上述した問題が顕著である。

そこで、ＬＥＤ照明を効率良く冷却することが可能な放熱装置として、本出願人は、先に、熱伝導性材料からなり、かつ片面が複数のＬＥＤが装着された少なくとも１つのＬＥＤ回路基板が取り付けられる回路基板取付面となされるとともに他面が平坦な伝熱面となされた基板と、基板の伝熱面に設けられた複数の放熱フィンとを備えており、放熱フィンが、基板の伝熱面に固定されかつ当該伝熱面から伝えられる熱を受ける受熱部、および受熱部に上方突出状に一体に設けられかつ受熱部から伝えられる熱を放熱する放熱部からなり、複数の放熱フィンが、放熱部どうしが互いに間隔をおくように基板に固定され、放熱フィンの放熱部にヒートパイプ部が設けられ、当該ヒートパイプ部が中空状作動液封入回路内に作動液が封入されることにより設けられているＬＥＤ照明用放熱装置を提案した(特許文献１参照）。

特許文献１記載の放熱装置によれば、熱輸送性能が優れたヒートパイプを利用しているので、基板の伝熱面に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤを効率良く冷却することが可能になる。しかしながら、特許文献１記載の放熱装置においては、放熱フィンの放熱部に、中空状作動液封入回路内に作動液が封入されることにより形成されたヒートパイプ部が設けられているので、製造コストが比較的高くなる。

特開２０１４−１９４９１９号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、十分な放熱性能を確保した上で、特許文献１記載のＬＥＤ照明用放熱装置に比較して製造コストを安くすることが可能なＬＥＤ照明用放熱装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)一定の長さおよび一定の幅を有するアルミニウム押出形材製空冷式放熱器と、放熱器の両長側縁に設けられた１対のカバーとを備えており、
放熱器が、基板および基板の上面に放熱器の幅方向に間隔をおいて立ち上がり状に一体に形成されて放熱器の長手方向にのびる複数の放熱フィンからなり、放熱器の基板の下面に、ＬＥＤが装着されたＬＥＤ回路基板が取り付けられる複数の回路基板取付部が基板の長手方向に並んで設けられ、隣り合う放熱フィン間が通風間隙となり、放熱フィンに、放熱器の長手方向に間隔をおいて複数の切除部が形成され、両カバーが放熱器の基板に固定され、両カバーに複数の通風口が形成され、各通風口における放熱器の長手方向の範囲内に、放熱器の放熱フィンの切除部が位置しているＬＥＤ照明用放熱装置。

2)ヒートシンクの全切除部が、隣り合う回路基板取付部間に設けられている上記1)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。

3)ヒートシンクの全切除部のうちの一部の切除部が隣り合う回路基板取付部間に設けられ、残りの切除部がヒートシンクの基板の回路基板取付部における放熱器の長手方向の範囲内に設けられている上記1)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。

4)全回路基板取付部に装着されたＬＥＤ回路基板のＬＥＤの消費電力が１００Ｗ以上、放熱器の長さが５００ｍｍ以上、放熱フィンの高さが５０ｍｍ以上、切除部における放熱器の長手方向の幅が２０〜２６ｍｍである上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。

上記1)〜4)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、一定の長さおよび一定の幅を有する空冷式放熱器と、放熱器の両長側縁に設けられた１対のカバーとを備えており、放熱器が、基板および基板の上面に放熱器の幅方向に間隔をおいて立ち上がり状に一体に形成されて放熱器の長手方向にのびる複数の放熱フィンからなり、放熱器の基板の下面に、ＬＥＤが装着されたＬＥＤ回路基板が取り付けられる複数の回路基板取付部が基板の長手方向に並んで設けられ、隣り合う放熱フィン間が通風間隙となり、放熱フィンに、放熱器の長手方向に間隔をおいて複数の切除部が形成され、両カバーが放熱器の基板に固定され、両カバーに複数の通風口が形成され、各通風口における放熱器の長手方向の範囲内に、放熱器の放熱フィンの切除部が位置しているので、放熱器の基板の回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱は、基板を経て放熱フィンに伝わり、自然対流によって隣り合う放熱フィン間の通風間隙を流れる低温の空気に放熱される。ところで、ＬＥＤの消費電力が大きくなり、さらに放熱器、すなわち基板および放熱フィンの長さが比較的長くなるとともに、放熱フィンの高さが比較的高くなった場合、放熱器の長手方向の中央部付近においては、放熱器からの放熱性能が不十分になり、基板の長手方向の中央部付近の回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができなくなる。しかしながら、上記1)のＬＥＤ照明用放熱装置のように、放熱フィンに、放熱器の長手方向に間隔をおいて複数の切除部が形成され、両カバーの各通風口における放熱器の長手方向の範囲内に、放熱器の放熱フィンの切除部が位置していると、空気が、通風口および放熱フィンの切除部を、放熱器の長手方向と直交する方向に流れるので、放熱器の長手方向の中央部付近における放熱性能の低下が防止され、基板の長手方向の中央部付近の回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができる。

しかも、放熱器は、基板および放熱フィンを一体に押出成形した後に切除部を形成することによりつくることが可能になるので、製造作業が容易になり、特許文献１記載のＬＥＤ照明用放熱装置に比較して製造コストが安くなる。

上記2)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱が、切除部に妨げられることなく放熱フィンに伝わるので、回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができる。

上記3)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、回路基板取付部および回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板の放熱器の長手方向の長さが長く、たとえば１００ｍｍ以上になった場合にも、ＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができる。すなわち、回路基板取付部および回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板の放熱器の長手方向の長さが長くなると、全切除部を隣り合う回路基板取付部間に設けた場合、放熱フィンにおける隣り合う切除部間の長さが長くなって、放熱フィンにおける隣り合う切除部間の長手方向の中央部付近からの放熱効率が低下するおそれがある。しかしながら、上記3)のＬＥＤ照明用放熱装置のように、ヒートシンクの全切除部のうちの一部の切除部が隣り合う回路基板取付部間に設けられ、残りの切除部がヒートシンクの基板の回路基板取付部における放熱器の長手方向の範囲内に設けられていると、空気が、回路基板取付部における放熱器の長手方向の範囲内に存在する切除部を、放熱器の長手方向と直交する方向に流れるので、回路基板取付部および回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板の放熱器の長手方向の長さが長くなった場合にも、回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができる。

上記4)のＬＥＤ照明用放熱装置のように、全回路基板取付部に装着されたＬＥＤ回路基板のＬＥＤの消費電力が１００Ｗ以上、放熱器の長さが５００ｍｍ以上、放熱フィンの高さが５０ｍｍ以上の場合、放熱器の長手方向の中央部付近においては、放熱器からの放熱性能が不十分になり、基板の長手方向の中央部付近の回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができなくなる。しかしながら、放熱フィンに形成された複数の切除部における放熱器の長手方向の幅が２０〜２６ｍｍであれば、空気が、通風口および放熱フィンの切除部を放熱器の長手方向と直交する方向に効果的に流れるので、放熱器の長手方向の中央部付近における放熱性能の低下が防止され、基板の長手方向の中央部付近の回路基板取付部に取り付けられたＬＥＤ回路基板のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができる。

この発明のＬＥＤ照明用放熱装置の全体構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図１のＬＥＤ照明用放熱装置を示す正面図である。 図１のＬＥＤ照明用放熱装置を示す底面図である。 図１のＬＥＤ照明用放熱装置の放熱器の変形例を示す図３相当の図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

また、以下の説明において、図３および図４の左右を左右というものとし、図２の左側を前、これと反対側を後といものとする。

図１〜図４はこの発明のＬＥＤ照明用放熱装置の全体構成を示す。

図１〜図４おいて、ＬＥＤ照明用放熱装置(1)は、左右方向の一定の長さおよび前後方向の一定の幅を有するアルミニウム押出形材製空冷式放熱器(2)と、放熱器(2)の前後両長側縁に設けられた１対のカバー(3)と、カバー(3)に設けられた吊り下げ部材(4)とを備えている。

放熱器(2)は、水平状の基板(5)および基板(5)の上面に、放熱器(2)の幅方向(前後方向に)に間隔をおいて立ち上がり状に一体に形成されて放熱器(2)の長手方向(左右方向)にのびる複数の放熱フィン(6)からなり、ヒートシンク(4)の隣り合う放熱フィン(6)間が放熱器(2)の幅方向にのびる通風間隙(7)となっている。放熱器(2)の基板(5)の下面に、少なくとも１つ、ここでは１つのＬＥＤ回路基板(8)が取り付けられる回路基板取付部(9)が、放熱器(2)の長手方向に間隔をおいて並んで複数設けられている。

放熱器(2)の隣り合う放熱フィン(6)間の通風間隙(7)の左右両端は開口している。放熱器(2)の全放熱フィン(6)に、放熱器(2)の長手方向に間隔をおいて複数の切除部(11)が形成されている。全放熱フィン(6)の切除部(11)は、基板(5)の隣り合う回路基板取付部(9)間に設けられており、放熱器(2)の長手方向(左右方向)に関して同一位置にある。

ここで、全回路基板取付部(9)に装着されたＬＥＤ回路基板(8)のＬＥＤの消費電力が１００Ｗ以上、放熱器(2)の左右方向の長さが５００ｍｍ以上、放熱フィン(6)の高さが５０ｍｍ以上の場合、切除部(11)における放熱器(2)の長手方向の幅が２０〜２６ｍｍであることが好ましい。

両カバー(3)は、たとえばアルミニウムにより形成されており、下端部における左右方向に間隔をおいた複数部分において、ねじなどの適当な手段によってヒートシンク(4)の基板(5)の前後両面に固定されている。両カバー(3)には、それぞれ放熱器(2)の長手方向に間隔をおいて複数の通風口(12)が形成されている。各通風口(12)における放熱器(2)の長手方向の範囲内に、放熱器(2)の放熱フィン(6)の切除部(11)が位置している。なお、両カバー(3)の通風口(12)の左右方向の位置は同一であってもよいし、左右方向にずれていてもよい。また、各カバー(3)の下端に、他のカバー(3)側に突出して全ヒートシンク(4)を支持する支持壁(3a)が一体に設けられている。

吊り下げ部材(4)は、たとえばアルミニウムにより形成されており、長手方向を放熱器(2)の長手方向に向けた状態で放熱装置本体(2)の上方に間隔をおいて配置されていた水平板状の横向き吊持部(13)と、吊持部(13)の長手方向両端部に一体に設けられて下方にのび、かつ下端部が放熱器(2)の基板(5)に固定された垂直板状のアーム部(14)とよりなる。アーム部(14)の下端部は、前後方向に間隔をおいた複数部分において、ねじなどの適当な手段によって、左右両端のヒートシンク(4)の基板(5)における左右方向外方を向いた面に固定されている。

そして、放熱器(2)の基板(5)の回路基板取付部(9)に取り付けられるＬＥＤ回路基板(8)に、図示しないＬＥＤが実装された複数のＬＥＤパッケージが配置され、全ＬＥＤ回路基板(8)および図示しない部分に配置されたスイッチング電源により植物栽培工場用育成照明装置として使用されるＬＥＤ照明(15)が構成されている。なお、スイッチング電源は、吊り下げ部材(4)に取り付けられる場合もある。ＬＥＤ照明用放熱装置(1)およびＬＥＤ照明(15)は、吊り下げ部材(4)を利用して、植物栽培工場の屋根などから吊り下げられ、植物の育成照明装置として用いられる。

上述したＬＥＤ照明用放熱装置(1)において、ＬＥＤ照明(15)のＬＥＤから発せられた熱は、ＬＥＤ回路基板(8)を経て放熱器(2)の基板(5)に伝わった後放熱フィン(6)に伝わり、自然対流によって隣り合う放熱フィン(6)間の通風間隙(7)を流れる低温の空気に放熱される。このとき、ＬＥＤ回路基板(8)のＬＥＤから発せられた熱が、切除部(11)に妨げられることなく放熱フィン(6)に効率よく伝わる。

ところで、ＬＥＤ回路基板(8)のＬＥＤの消費電力がたとえば１００Ｗ以上、放熱器(2)の左右方向の長さがたとえば５００ｍｍ以上、放熱フィン(6)の高さがたとえば５０ｍｍ以上になった場合、放熱器(2)の長手方向の中央部付近においては、放熱器(2)の放熱フィン(6)からの放熱性能が不十分になり、基板(5)の長手方向の中央部付近の回路基板取付部(9)に取り付けられたＬＥＤ回路基板(8)のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができなくなる。しかしながら、全放熱フィン(6)に、放熱器(2)の長手方向に間隔をおいて複数の切除部(11)が形成され、両カバー(3)の各通風口(12)における放熱器(2)の長手方向の範囲内に、放熱フィン(6)の切除部(11)が位置していると、空気が、通風口(12)および放熱フィン(6)の切除部(11)を、放熱器(2)の幅方向に流れるので、放熱器(2)の長手方向の中央部付近における放熱性能の低下が防止され、基板(5)の長手方向の中央部付近の回路基板取付部(9)に取り付けられたＬＥＤ回路基板(8)のＬＥＤから発せられた熱を効率よく放熱することができる。

図５はＬＥＤ照明用放熱装置(1)に用いられる放熱器の変形例を示す
図５において、放熱器(20)の全放熱フィン(6)に、放熱器(20)の長手方向に間隔をおいて複数の切除部(11)(11A)が形成されている。放熱フィン(6)の全切除部(11)(11A)のうちの一部の切除部(11)は隣り合う回路基板取付部(9)間に設けられ、残りの切除部(11A)は放熱器(20)の基板(5)の回路基板取付部(9)における放熱器(20)の長手方向の範囲内に設けられている。全切除部(11)(11A)は、両カバー(3)の通風口(12)における放熱器(20)の長手方向の範囲内に位置している。

この発明によるＬＥＤ照明用放熱装置は、高消費電力型のＬＥＤ照明において、ＬＥＤから発せられる熱を効率良く放熱するのに用いられる。

(1)：ＬＥＤ照明用放熱装置
(2)(20)：放熱器
(3)：カバー
(5)：基板
(6)：放熱フィン
(7)：通風間隙
(8)：ＬＥＤ回路基板
(9)：回路基板取付部
(11)(11A)：切除部
(12)：通風口

Claims (4)

1. 一定の長さおよび一定の幅を有するアルミニウム押出形材製空冷式放熱器と、放熱器の両長側縁に設けられた１対のカバーとを備えており、
   放熱器が、基板および基板の上面に放熱器の幅方向に間隔をおいて立ち上がり状に一体に形成されて放熱器の長手方向にのびる複数の放熱フィンからなり、放熱器の基板の下面に、ＬＥＤが装着されたＬＥＤ回路基板が取り付けられる複数の回路基板取付部が基板の長手方向に並んで設けられ、隣り合う放熱フィン間が通風間隙となり、放熱フィンに、放熱器の長手方向に間隔をおいて複数の切除部が形成され、両カバーが放熱器の基板に固定され、両カバーに複数の通風口が形成され、各通風口における放熱器の長手方向の範囲内に、放熱器の放熱フィンの切除部が位置しているＬＥＤ照明用放熱装置。
2. ヒートシンクの全切除部が、隣り合う回路基板取付部間に設けられている請求項１記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
3. ヒートシンクの全切除部のうちの一部の切除部が隣り合う回路基板取付部間に設けられ、残りの切除部がヒートシンクの基板の回路基板取付部における放熱器の長手方向の範囲内に設けられている請求項１記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
4. 全回路基板取付部に装着されたＬＥＤ回路基板のＬＥＤの消費電力が１００Ｗ以上、放熱器の長さが５００ｍｍ以上、放熱フィンの高さが５０ｍｍ以上、切除部における放熱器の長手方向の幅が２０〜２６ｍｍである請求項１〜３のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
   

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