JP2016081897A - 直管形発光ダイオード式照明灯およびそのケース - Google Patents

Abstract

【課題】 高い放熱性と照度を得ることができる直管形発光ダイオード式照明灯を提供する。【解決手段】 カバー２３は、ＬＥＤ素子１３からの光を透光する透光性カバー３１と、ヒートシンク１５と結合する第１のヒートシンク３３とを有する。第２のヒートシンク１７は、ＬＥＤ素子１３から発生した熱を基板１２を介して受け、第３のヒートシンク１９に伝達する。第３のヒートシンク１９は、第２のヒートシンク１７との結合部となる一端から透光性カバー３１に向けて延び、他端が第１のヒートシンク３３に結合している。横断面に沿った透光性カバー３１の中心線６１上にＬＥＤ素子１３が位置する。【選択図】図３

Description

本発明は、放熱・反射の構造に特徴を有する直管形発光ダイオード式照明灯およびそのケースに関する。

ＬＥＤの発光原理は、半導体素子に電圧をくわえた際に光るもので、素子を基板上に実装し、電気を通すことは周知であるが、電気をＬＥＤ素子に通す際に発生する熱を放熱するためにはヒートシンクが不可欠である。

ＬＥＤは、従来の照明器具と比較した場合、消費電力を減らして従来の白熱灯や蛍光灯と同程度の照度・光エネルギーを出すことが可能で、今後さらに普及していくことが期待されている。
特に、蛍光灯の代替光源として、蛍光灯と同様の外観を有し、既設の蛍光灯器具にもそのまま取り付けることが可能な、直管型のＬＥＤ照明管はその代表的なＬＥＤ光源である。

一般的に、ＬＥＤ照明管は、一般照明用と植物栽培用に大別され、それぞれ半透明、あるいは透明のガラスや合成樹脂からなる発光面とＬＥＤ基盤の放熱のためのヒートシンクから成る円筒状の管体である。管体の内部は、一方側の面にＬＥＤ素子が所定の間隔で実装されており、電流を通す回路基板を備えている。
ＬＥＤ照明管は、全体的に直管型の蛍光灯と同様の形状を有しており、管体の両端には口金が装着され、器具に接続するための端子が突出形成されている。
上記構成により、ＬＥＤ照明管は、新設はもちろん既設の蛍光灯器具に取付可能な構成となっており、そこから電源供給を受けて、管内部のＬＥＤを発光させることができる。

このような直管形のＬＥＤ照明管に関する発明として、例えば、特許文献１には、ポリカーボネート製の円筒状の管体と、その管体の周面の一部に設けられた開口部に装着されるアルミニウム製のヒートシンクとその管体内に実装される複数のＬＥＤとを備えるＬＥＤ照明管が開示されている。

また、特許文献２には、半透明のケーシングとこのケーシングに結合された保持部を有する放熱板とにより内部空洞を有する環状構造を構成し、放熱板の保持部に熱伝導的に固定される回路基板と、その回路基板に取り付けられた1つ以上のＬＥＤ光源と、管状構造の両端部に適合してはめられた2つの端部キャップとを備えるＬＥＤ照明管が開示されている。
特許文献２では、従来の蛍光灯に代わり蛍光灯器具に取り付けて使用することができ、広角度に均一に照射している。

特開２０１１−１１３８７６号公報 特開２０１３−２１９００４号公報

しかしながら、特許文献1や特許文献2のようなＬＥＤ照明管では、ＬＥＤが発光する際の熱の放熱処理が不十分で、放熱材およびデザインに問題がある。
すなわち、熱伝導的にはヒートシンク材料を鉄にすることが望ましいが、比重が高いことから、ＬＥＤ直管の重量限度５００ｇ（一般的な１．２ｍ直管）をはるかに超えてしまい、この条件をクリヤーする材料として、例えば、ＬＥＤ直管全体の重さを５００ｇ以内に抑えられるアルミニウムがヒートシンク材料として使われている。しかし、アルミニュームの熱伝導率は鉄の約３倍であり、ＬＥＤの熱の放熱が不十分でＬＥＤの寿命を延ばすことが難しいばかりでなく、点灯中のＬＥＤ直管に人間が触れる際に注意して触る必要があった。

一方、ＬＥＤ直管の明るさを数値で表したルーメン（ｌｍ）は、全ての方向に放射状に照射される光の総量（全光束）をまとめて表しているので、光源直下やその周辺の明るさが、実際には、ルーメンの数値通りにはならず、暗くなることも多々ある。
このように、ＬＥＤ直管は、広範囲に照射する事には向いているが、光源直下やその周辺空間等の特定の方向に光量を必要とする場合、すなわち、狭角（１８０〜９０度）の配光が要求される場合には必ずしも適していないことになる。

そこで、本発明は、上記の課題をかんがみてなされたものであり、その目的は、高い放熱性と照度を得ることができる直管形発光ダイオード式照明灯およびそのケースを提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明の直管形発光ダイオード式照明灯は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの光を透光する透光性カバーと、前記透光性カバーと一体となって形成した閉空間内に前記発光ダイオードを収容するように形成された第１のヒートシンクと、前記閉空間内に設けられ、前記発光ダイオードが搭載された伝熱性の基板と、前記閉空間内に設けられ、前記基板を支持する第２のヒートシンクと、前記閉空間内に設けられ、第２のヒートシンクから前記第１のヒートシンクに熱を伝達する第３のヒートシンクとを有し、前記第３のヒートシンクは、前記第２のヒートシンクから前記透光性カバーに向けて延び、一端が前記第２のヒートシンクに結合し、他端が前記第１のヒートシンクに結合している。

好適には、本発明の直管形発光ダイオード式照明灯は、前記第３のヒートシンクの前記発光ダイオード側の面は、光反射特性を有し、前記第３のヒートシンクは、前記発光ダイオードからの光を前記透光性カバーに指向する姿勢で配置されている。

好適には、本発明の直管形発光ダイオード式照明灯の前記第３のヒートシンクは、前記第２のヒートシンクから前記透光性カバーに向けて延びる第１のヒートシンク部材と、前記第１のヒートシンク部材の前記第２のヒートシンクと反対側の端部付近から、前記透光性カバーと対向して延び前記第１のヒートシンクに結合する第２のヒートシンク部材とを有する。
好適には、本発明の直管形発光ダイオード式照明灯の前記第２のヒートシンク部材の前記透光性カバーと対向する面は光反射特性を有している。
好適には、本発明の直管形発光ダイオード式照明灯では、円筒状の前記閉空間の横断面において、前記横断面に沿った前記透光性カバーの中心線上に前記発光ダイオードが位置し、前記第３のヒートシンクは、前記中心線に対して線対称である。

本発明の直管形発光ダイオード式照明灯用ケースは、発光ダイオードからの光を透光する透光性カバーと、前記透光性カバーと一体となって形成した閉空間内に前記発光ダイオードを収容するように形成された第１のヒートシンクと、前記閉空間内に設けられ、前記発光ダイオードが搭載された伝熱性の基板と、前記閉空間内に設けられ、前記基板を支持する第２のヒートシンクと、前記閉空間内に設けられ、第２のヒートシンクから前記第１のヒートシンクに熱を伝達する第３のヒートシンクとを有し、前記第３のヒートシンクは、前記第２のヒートシンクから前記透光性カバーに向けて延び、一端が前記第２のヒートシンクに結合し、他端が前記第１のヒートシンクに結合している。

本発明によれば、高い放熱性と照度を得ることができる直管形発光ダイオード式照明灯およびそのケースを提供することができる。

本実施形態に関わる直管形発光ダイオード式照明灯の斜視図である。 図１に示す直管形発光ダイオード式照明灯の分解斜視図である。 図１に示す断面線Ａ−Ａにおける直管形発光ダイオード式照明灯の断面図である。 本実施形態の直管形発光ダイオード式照明灯のヒートシンク構造を説明するための図である。 従来の直管形発光ダイオード式照明灯の構造を説明するための図である。 本実施形態の直管形発光ダイオード式照明灯の効果を説明するための図である。 本実施形態の直管形発光ダイオード式照明灯の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る直管形発光ダイオード式照明灯のその他の例を説明するための図である

以下、本発明の実施形態に係る直管形発光ダイオード式照明灯を説明する。
本実施形態の直管形発光ダイオード式照明灯では、ＬＥＤ素子が実装される基盤直下のヒートシンク部分と、人体が触れるヒートシンク部分との距離を、従来のヒートシンクの２〜３倍以上の長さにすることにより熱伝導効率が良くなり、ＬＥＤ素子が通電される際に発生する熱の放熱効果を高める。

本実施形態ではＬＥＤ素子が実装される基盤直下のヒートシンク構造を、半円形で、かつ、ＬＥＤ素子直下と人体に触れるヒートシンクまでの距離が短い構造ではなく、ＬＥＤ素子直下から、人体に触れるヒートシンクまでの距離を長くするため，Ｍ形構造とし、熱伝導効率を高め、より放熱を促進する構造とした。

本実施形態の構造では一定の角度で集光反射させるＭ形ヒートシンク(断面)構造としたことで、ＬＥＤ素子から発光する光を反射して所定の方向に指向し、照度向上を図る。
また、Ｍ形構造のヒートシンク(断面)を、配光角度を広角にするために、ＬＥＤ素子側のヒートシンク面を反射効率の高い銀塗装、メッキあるいはクロム処理する。
また、同様に配光角度を広角にするために、ヒートシンクカバーを拡散タイプあるいはプリズムタイプとする。

以下、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
本実施形態の直管形発光ダイオード式照明灯１は、ＬＥＤ直管のヒートシンクとそれに付帯するヒートシンクカバーの構造と、取付構造に特徴を有している。
図１は、本実施形態に係る直管形発光ダイオード式照明灯１の斜視図である。図２は図１に示す直管形発光ダイオード式照明灯１の分解斜視図である。図３は、図１に示す断面線Ａ−Ａにおける直管形発光ダイオード式照明灯１の断面図である。

直管形発光ダイオード式照明灯１は、蛍光灯取付具における従来の蛍光ライト管の代わりとなるような長さ及び直径となっている。
直管形発光ダイオード式照明灯１の全長は、従来の直管形の蛍光灯と同様であり、その用途に応じて、例えば、３００ｍｍ、４５０ｍｍ、６００ｍｍ、９００ｍｍ、１２００ｍｍ、１８００ｍｍ、２４００ｍｍ等に適宜設定することができる。
直管形発光ダイオード式照明灯１管径は、従来の直管形の蛍光灯と略同等であり、全体として、直管形の蛍光灯と略同様の外形および外観を有している。

図１〜図３に示すように、直管形発光ダイオード式照明灯１は、例えば、ＬＥＤ素子１３と、ＬＥＤ素子１３が実装された基板１２と、ヒートシンク１５と、第２のヒートシンク１７、第３のヒートシンク１９と、ＬＥＤ制御器２１と、カバー２３と、端部キャップ５０とを有する。
本実施形態において、第２のヒートシンク１７及び第３のヒートシンク１９は一体成形されている。

図３に示すように、カバー２３は、ＬＥＤ素子１３からの光を透光する透光性カバー３１と、ヒートシンク１５と結合する第１のヒートシンク３３とを有する。なお、本発明及び実施形態において、ヒートシンクが結合するとは、２つのヒートシンクが一体成形される場合や、２つのヒートシンクが熱が伝わるように当接する場合等を含む意味である。

ヒートシンク１５、カバー２３及び端部キャップ５０によって閉空間が形成され、当該閉空間内にＬＥＤ素子１３、基板１２、第２のヒートシンク１７及び第３のヒートシンク１９等が収容される。

端部キャップ５０は、ヒートシンク１５とカバー２３とによって構成される管状構造の２つの端部に嵌め込まれる。端部キャップ５０には、電源ピン５１が設けられている。

図２に示すように、基板１２上には、長手方向に沿って、等間隔に複数のＬＥＤ素子１３が配置されている。また、基板１２の端部にはＬＥＤ制御器２１が配置されている。
図３に示すように、基板１２は、第２のヒートシンク１７の長手形状の内部空間（閉空間）内に収容され、支持される。
また、図３の状態で、ＬＥＤ素子１３は、第２のヒートシンク１７の透光性カバー３１側に形成されたストライプ状の開口部に、発光面を透光性カバー３１と対向させて位置する。
基板１２は伝熱性を有している。
第２のヒートシンク１７は、ＬＥＤ素子１３から発生した熱を基板１２を介して受け、第３のヒートシンク１９に伝達する。

第３のヒートシンク１９は、第２のヒートシンク１７との結合部となる一端から透光性カバー３１に向けて延び、他端が第１のヒートシンク３３に結合している。
図３に示すように直管形発光ダイオード式照明灯１の上記閉空間の横断面において、当該横断面に沿った透光性カバー３１の中心線６１上にＬＥＤ素子１３が位置する。
図３に示すように、基板１２、ＬＥＤ素子１３、第２のヒートシンク１７、第３のヒートシンク１９、透光性カバー３１、第１のヒートシンク３３の各々は、中心線６１に対して線対称の形状を有している。

第３のヒートシンク１９のＬＥＤ素子１３側の面１９ａは、光反射特性を有している。すなわち、ＬＥＤ素子１３の発光照度を従来の蛍光管と同等あるいはそれ以上に向上させるため、第３のヒートシンク１９の面１９ａの全反射率を８０％以上にする。具体的には、面１９ａに、例えば銀メッキ、銀塗装、クロム処理等を施す。また、この時の照度は、「明るさは光源と照斜面までの距離の二乗に反比例する」という、「光の明るさの定理」に基づき、ＬＥＤ素子１３と第３のヒートシンク１９との間の距離Ｓを１〜１．５ｍｍＴとする。

また、第３のヒートシンク１９は、ＬＥＤ素子１３からの光を透光性カバー３１に指向する姿勢で配置されている
第３のヒートシンク１９は、基板１２の表面と角度αを形成している。αは、例えば、３０〜７０°である。

第３のヒートシンク１９は、第２のヒートシンク１７から透光性カバー３１に向けて延びる第１のヒートシンク部材１９１と、第２のヒートシンク部材１９３とを有する。
第２のヒートシンク部材１９３は、第１のヒートシンク部材１９１の第２のヒートシンク１７と反対側の端部付近から、透光性カバー３１と対向して延び第１のヒートシンク３３に結合する。
第２のヒートシンク部材１９３の透光性カバー３１と対向する面１９３ａは光反射特性を有している。

このように第２のヒートシンク部材１９３の面１９３ａに光反射特性を持たせることで、ＬＥＤ素子１３から光のうち、図４に示すように、透光性カバー３１の内面で反射された光を、面１９３ａで反射して透光性カバー３１を通過させることができる。
面１９３ａには、反射効率を高める処理（銀塗装等）を処理することにより、放熱効果と反射効果を高めることができる。

本実施形態の反射効率の高める処理は、銀塗装、銀メッキあるいはこれに準ずる塗装であり、銀塗装の場合、全反射率は９０％程度まで向上させることができる。また、反射材とヒートシンクのマッチングが不要となり、品質向上を図れる。

以上説明したように、直管形発光ダイオード式照明灯１は、図２及び図３に示す形状の第３のヒートシンク１９を用いたことで、ＬＥＤ素子１３と直管形発光ダイオード式照明灯１の外周面（人体が触れる部分）迄の距離を、図５に示す従来の構造に長くできる（２倍以上に長くできる）。図５において、８５がヒートシンクである。これにより、高い放熱効果を得ることができ、例えば、ヒートシンクの素材をアルミニウムにした場合、人体の触れる部分の熱を安全な温度（例えば４０℃程度）とすることができる。
なお、本実施形態のヒートシンクの素材は、熱伝導効率に優れているアルミニウムあるいは銅が一般的である。

ところで、図３に示す構造にしたで、図５に示す従来の構造に比べて、照度は高くなる。一方は、配光角度については、図４を用いて説明したように第２のヒートシンク部材１９３の面１９３ａに光反射特性を持たせることで、照度分布を広角（１４０℃以上）にできる。これにより、本実施形態では、従来の蛍光灯の性能（照度と配光）を蛍光灯の５０％の消費電力で実現でき、省エネルギー化を図ることができる。また、蛍光管のような高熱を発することが無く、高い安全性を得られる。

また、第２のヒートシンク１７と第３のヒートシンク１９とをアルマイトの金型引き抜き(押出し)一体加工することで、製作工程がシンプルになり、コストダウンと工程短縮を図ることができる。

すなわち、直管形発光ダイオード式照明灯１によればＬＥＤ直管（蛍光灯タイプ）、ＬＥＤの最大の課題であるヒートシンク表面温度を人体が触れても安全な温度（約４０℃）にすることができる上に、照度も蛍光灯と同等あるいは同等以上の性能を出すことが可能となる。
また、直管形発光ダイオード式照明灯１によれば、照度分布を広角（１４０℃以上）にすることが可能となり、従来の蛍光灯の性能（照度と配光）を蛍光灯の５０％の消費電力で可能となり、本当の省エネ照明光源を可能にする。具体的には、消費電力を蛍光灯に比べて１／２〜１／３程度にでき、照度・ＰＰＦＤを２〜３倍(従来のＬＥＤ比較)にできる。蛍光管のような高熱を発することが無く、安全と安心に寄与する。また、直管形発光ダイオード式照明灯１は、５００ｇ以下の重量にできる。

図６に示すようにＬＥＤ素子（光源）Ｘと、測定点Ａ，Ｂ，Ｃを規定した場合に、図５の示す従来構造と、本実施形態の構造と、蛍光灯とで図６に示す測定照度が得られた。
また、これらの性能、仕様の比較結果は図７に示すようになった。これらの実験結果からも、直管形発光ダイオード式照明灯１の優位性が分かる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
図８は、本発明の実施形態に係る直管形発光ダイオード式照明灯のその他の例を説明するための図である。
本発明の第１〜３のヒートシンク及び第１のヒートシンク材及び第２のヒートシンク材の形状は上述したものに特に限定されない。
例えば、第２のヒートシンク１７及び第３のヒートシンク１９は図８に示すように構成してもよい。

本発明は、直管形発光ダイオード式照明灯に適用可能である。

１…直管形発光ダイオード式照明灯
１３…ＬＥＤ素子
１５…ヒートシンク
２３…カバー
１５…ヒートシンク
１６…中心線
１７…第２のヒートシンク
１９…第３のヒートシンク
３１…透光性カバー
３３…第１のヒートシンク
５０…端部キャップ
１９１…第１のヒートシンク部材
１９３…第２のヒートシンク部材

Claims (6)

1. 発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードからの光を透光する透光性カバーと、
   前記透光性カバーと一体となって形成した閉空間内に前記発光ダイオードを収容するように形成された第１のヒートシンクと、
   前記閉空間内に設けられ、前記発光ダイオードが搭載された伝熱性の基板と、
   前記閉空間内に設けられ、前記基板を支持する第２のヒートシンクと、
   前記閉空間内に設けられ、第２のヒートシンクから前記第１のヒートシンクに熱を伝達する第３のヒートシンクと
   を有し、
   前記第３のヒートシンクは、
   前記第２のヒートシンクから前記透光性カバーに向けて延び、一端が前記第２のヒートシンクに結合し、他端が前記第１のヒートシンクに結合している
   直管形発光ダイオード式照明灯。
2. 前記第３のヒートシンクの前記発光ダイオード側の面は、光反射特性を有し、
   前記第３のヒートシンクは、前記発光ダイオードからの光を前記透光性カバーに指向する姿勢で配置されている
   請求項１に記載の直管形発光ダイオード式照明灯。
3. 前記第３のヒートシンクは、
   前記第２のヒートシンクから前記透光性カバーに向けて延びる第１のヒートシンク部材と、
   前記第１のヒートシンク部材の前記第２のヒートシンクと反対側の端部付近から、前記透光性カバーと対向して延び前記第１のヒートシンクに結合する第２のヒートシンク部材と
   を有する請求項１または請求項２に記載の直管形発光ダイオード式照明灯。
4. 前記第２のヒートシンク部材の前記透光性カバーと対向する面は光反射特性を有している
   請求項３に記載の直管形発光ダイオード式照明灯。
5. 円筒状の前記閉空間の横断面において、前記横断面に沿った前記透光性カバーの中心線上に前記発光ダイオードが位置し、
   前記第３のヒートシンクは、前記中心線に対して線対称である
   請求項１〜４のいずれかに記載の直管形発光ダイオード式照明灯。
6. 発光ダイオードからの光を透光する透光性カバーと、
   前記透光性カバーと一体となって形成した閉空間内に前記発光ダイオードを収容するように形成された第１のヒートシンクと、
   前記閉空間内に設けられ、前記発光ダイオードが搭載された伝熱性の基板と、
   前記閉空間内に設けられ、前記基板を支持する第２のヒートシンクと、
   前記閉空間内に設けられ、第２のヒートシンクから前記第１のヒートシンクに熱を伝達する第３のヒートシンクと
   を有し、
   前記第３のヒートシンクは、
   前記第２のヒートシンクから前記透光性カバーに向けて延び、一端が前記第２のヒートシンクに結合し、他端が前記第１のヒートシンクに結合している
   直管形発光ダイオード式照明灯用ケース。